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Die Erfindung betrifft eine fahrzeugeigene Anzeigevorrichtung,
mit einer Projektions-Untereinheit, die ein Bild projiziert,
das auf einer im Armaturenbrett des Fahrzeugs angeordneten
Anzeige, der Windschutzscheibe oder einem Hilfsschirm
angezeigt wird. Das Bild wird dem Hintergrund überlagert, der
durch die Windschutzscheibe oder einen Hilfsschirm bzw. eine
Hilfsscheibe gesehen werden kann.
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Seit einiger Zeit wird mit Zunahme der Informationen für den
Betrieb eines Fahrzeugs eine Hilfsanzeigevorrichtung, die als
Headup-Anzeige bezeichnet wird, verwendet, die es einem Fahrer
ermöglicht, zusätzliche notwendige Informationen für den
Fahrzeugbetrieb zu sehen, die über die Anzeigenkapazität des
Fahrzeugs hinausgehen. Die zusätzlichen Informationen werden
dem Hintergrund überlagert, der durch die Windschutzscheibe
des Fahrzeugs ohne größere Änderung der Fahrersichtlinie
sichtbar ist.
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In derartigen fahrzeugeigenen Anzeigevorrichtungen ist es
erwünscht, dass Sichtabstände nicht zu sehr variieren, wenn
der Fahrer seinen Blick zwischen der überlagerten Information
und dem Hintergrund wechselt. Daher wird vorzugsweise ein
größerer optischer Abstand von der Informationsanzeige zur
Windschutzscheibe vorgesehen, so dass der Sichtpunkt des
überlagerten virtuellen Bildes näher am Hintergrund ist.
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Beim Anhalten des Fahrzeugs ist jedoch der größere
Sichtabstand des virtuellen Bildes unvorteilhaft. Dies liegt
daran, dass der Fahrer auch dann die überlagerte Information
klar zu sehen wünscht.
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Wie oben beschrieben lassen derartige fahrzeugeigenen
Anzeigevorrichtungen das überlagerte virtuelle Bild während
des Betriebszustandes des Fahrzeugs näher am Hintergrund
scharf erscheinen, wohingegen das virtuelle Bild vorzugsweise
näher an die Fahreraugenposition gerückt wird, wenn das
Fahrzeug anhält. Um beides zu erreichen, kann die Anzeige
bewegt werden, um den Projektionsweg zwischen der Anzeige und
der Scheibe zu ändern. Eine Bewegung der Anzeige ist jedoch
unerwünscht, weil dies einen vergrößerten Raum für die
Unterbringung der Anzeige erfordert.
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Eine solche Anzeige ist im Allgemeinen im Armaturenbrett
untergebracht. Die Anzeige könnte aber auch in einem
Fahrzeughimmel montiert werden, jedoch kann die Anordnung der
Anzeige in der Nähe des Fahrerkopfes für den Fahrer unangenehm
sein.
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Es ist jedoch unpraktisch, wenn das Armaturenbrett nach hinten
verlängert wird, weil das Armaturenbrett nach hinten hin an
den Motorraum des Fahrzeugs angrenzt. Zudem wünscht der Fahrer
nicht, dass das virtuelle Bild auf der Windschutzscheibe zum
Fahrzeug seitlich bewegt wird.
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Daher kann das Armaturenbrett nur nach vorn zum Fahrer hin
verlängert werden, um die Anzeige der Anzeigevorrichtung im
Armaturenbrett unterzubringen.
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Das Armaturenbrett ist jedoch mit Instrumenten wie z. B. einem
Geschwindigkeitsmesser und einem Drehzahlmesser an dessen
vorderen Seite versehen. Wenn die Instrumente wegen der
Ausdehnung des Armaturenbrettes nach vorne hin näher an dem
Fahrer angeordnet werden, benötigt der Fahrer eine große
Änderung des Sichtabstandes, um seinen Blick zwischen den
Instrumenten und dem Hintergrund zu wechseln.
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Durch die Erfindung ist eine fahrzeugeigene Anzeigevorrichtung
geschaffen, welche ein auf einer Anzeige im Armaturenbrett
angezeigtes Bild zur Windschutzscheibe, die außerhalb des
Armaturenbrettes angeordnet ist, projiziert, und dadurch das
Bild dem durch die Windschutzscheibe sichtbaren Hintergrund
überlagert. Die fahrzeugeigene Anzeigevorrichtung kann das
überlagerte Bild optisch näher zum Hintergrund und weiter vom
Hintergrund entfernt nach vorne bewegen in Übereinstimmung mit
der Art von Information, die das Bild aufweist. Diese
Konfiguration erfordert keine Vergrößerung des Einbauraums im
Armaturenbrett.
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Eine erste Ausführungsform der Erfindung ist eine
fahrzeugeigene Anzeigevorrichtung, um ein Bild auf eine
Scheibe zu projizieren, wobei das Bild auf einer Anzeige in
einem Armaturenbrett des Fahrzeugs angezeigt wird, die Scheibe
außerhalb des Armaturenbrettes angeordnet ist, die Scheibe
transparent ist, so dass der Hintergrund durch die Scheibe mit
dem dem Hintergrund überlagerten Bild, das auf die Scheibe
projiziert wird, sichtbar ist. Die fahrzeugeigene
Anzeigevorrichtung weist auf: einen Reflexionsspiegel, der im
Armaturenbrett angeordnet ist, um Licht, das von dem auf der
Anzeige angezeigten Bild emittiert wird, in Richtung zu der
Scheibe zu reflektieren, einen halbdurchlässigen Spiegel, der
im Armaturenbrett zwischen der Anzeige und dem
Reflexionsspiegel angeordnet ist, wobei der halbdurchlässige
Spiegel in der Lage ist, Licht partiell durchtreten und
partiell reflektieren zu lassen, das vom Bild auf der Anzeige
emittiert wird, und einen Winkelverstellmechanismus, um
selektiv den halbdurchlässigen Spiegel relativ zur
Fahrzeuglängsrichtung in eine erste Neigungswinkelposition und
in eine zweite Neigungswinkelposition zu verstellen, wobei der
halbdurchlässige Spiegel das Licht des auf der Anzeige
angezeigten Bildes partiell in Richtung zur Scheibe
reflektiert, wenn der halbdurchlässige Spiegel in der ersten
Winkelposition ist, und der halbdurchlässige Spiegel vom
Reflexionsspiegel reflektiertes Licht partiell in Richtung zur
Scheibe reflektiert, wenn der halbdurchlässige Spiegel in der
zweiten Winkelposition ist.
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Daher wird der halbdurchlässige Spiegel selektiv in die erste
Neigungswinkelposition oder in die zweite
Neigungswinkelposition verstellt. In der ersten Winkelposition
wird Licht, das von dem auf der Anzeige angezeigten Bild
emittiert wird, von dem halbdurchlässigen Spiegel in Richtung
zur Scheibe reflektiert, wobei dadurch ein kürzerer optischer
Weg von der Anzeige zur Scheibe geschaffen wird. Indessen
tritt bei der zweiten Winkelposition Licht, das von dem auf
der Anzeige angezeigten Bild emittiert wird, durch den
halbdurchlässigen Spiegel hindurch, um den Reflexionsspiegel
zu erreichen, so dass das Licht von dem Reflexionsspiegel
reflektiert wird, um wieder zum halbdurchlässigen Spiegel zu
gelangen, welcher das Licht in Richtung zur Scheibe
reflektiert, wobei dadurch ein längerer optischer Weg von der
Anzeige zur Scheibe geschaffen wird. Hierdurch wird der
Wechsel der Bildposition für das Auge des Fahrers erreicht,
ohne die Anzeige zu bewegen.
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Bevorzugt weist der Winkelverstellmechanismus eine Stange auf,
die sich seitlich zum Fahrzeug erstreckt, so dass der
halbdurchlässige Spiegel um die Stange gedreht werden kann, um
den halbdurchlässigen Spiegel selektiv in die erste
Winkelposition oder in die zweite Winkelposition zu
verstellen.
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Somit kann der halbdurchlässige Spiegel durch Drehen um die
Stange einfach in die erste Winkelposition oder in die zweite
Winkelposition verstellt werden.
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Vorzugsweise hat die fahrzeugeigene Anzeigevorrichtung zudem
eine im Armaturenbrett angeordnete optische
Bildvergrößerungsvorrichtung, so dass Licht vom
Reflexionsspiegel zum halbdurchlässigen Spiegel für die
Vergrößerung des Bildes durch die optische
Bildvergrößerungsvorrichtung tritt.
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Daher ist in der zweiten Position des halbdurchlässigen
Spiegels das virtuelle Bild mit einer angemessenen Größe auf
der Scheibe sichtbar, obgleich der optische Weg von der
Anzeige zur Scheibe aufgrund des Vorhandenseins des
Reflexionsspiegels verlängert ist, um das Bild dem Hintergrund
anzunähern.
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Vorzugsweise ist die optische Bildvergrößerungsvorrichtung
eine Fresnel-Linse, die auf einer ihrer Seiten eine plane
Oberfläche und auf ihrer anderen Seite eine Fresneloberfläche
aufweist, wobei die plane Oberfläche in optischer Richtung des
von der Anzeige emittierten Bildes dem Reflexionsspiegel
zugewandt ist.
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Daher ist die Fresnel-Linse zwischen den halbdurchlässigen
Spiegel und den Reflexionsspiegel positioniert, um das
Umstellen des halbdurchlässigen Spiegels zwischen der ersten
und der zweiten Position nicht zu verhindern. Dadurch ist die
Anzeigevorrichtung in der Lage, das überlagerte Bild zu
vergrößern und die Bildweiten zu selektieren.
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Eine zweite Ausführungsform der Erfindung sieht eine
fahrzeugeigene Anzeigevorrichtung vor, welche ein Bild, das
auf der Anzeige im Armaturenbrett angezeigt wird, in Richtung
zur außerhalb des Armaturenbrettes angeordneten
Windschutzscheibe projiziert, wobei dadurch das Bild dem durch
die Windschutzscheibe sichtbaren Hintergrund überlagert wird.
Die fahrzeugeigene Anzeigevorrichtung kann das überlagerte
Bild dem Hintergrund annähern, sogar wenn im Armaturenbrett
eine Projektions-Untereinheit angeordnet ist. In der
fahrzeugeigenen Anzeigevorrichtung kann der Fahrer auch
Anzeigen von Messinstrumenten wie z. B. von einem
Geschwindigkeitsmesser sehen.
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Die zweite Ausführungsform der Erfindung ist eine
fahrzeugeigene Anzeigevorrichtung, die eine im Armaturenbrett
angeordnete Projektions-Untereinheit aufweist, um ein Bild auf
eine oberhalb des Armaturenbrettes angeordnete erste Scheibe
zu projizieren, wobei das Bild auf einer ersten Anzeige im
Armaturenbrett des Fahrzeugs angezeigt wird, wobei die erste
Scheibe transparent ist, so dass der Hintergrund durch die
erste Scheibe mit dem auf die Scheibe projizierten Bild,
welches dem Hintergrund überlagert ist, aus der
Fahreraugenposition sichtbar ist, wobei die fahrzeugeigene
Anzeigevorrichtung aufweist: eine zweite Scheibe, die näher an
der Augenposition angeordnet ist als die Projektions-
Untereinheit zur Projektion von Daten, die von
Messinstrumenten des Fahrzeugs empfangen werden, wobei die
zweite Scheibe direkt von der Augenposition aus sichtbar ist,
und eine zweite Anzeige, die der Augenposition näher
angeordnet ist als das Armaturenbrett und die Daten der
Messinstrumente anzeigt, wobei ein virtuelles Bild mit den von
den Messinstrumenten empfangenen Daten auf der zweiten Scheibe
von der Augenposition aus sichtbar ist.
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Somit kann der Fahrer sowohl die Daten, die von den
Messinstrumenten empfangen werden, als auch den Hintergrund
mit einem geringeren Unterschied ihrer zugehörigen Bildweiten
sehen, da die zweite Scheibe angeordnet ist, um Daten der
Messinstrumente des Fahrzeugs zu projizieren.
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Vorzugsweise hat die Projektions-Untereinheit einen
Reflexionsspiegel, um Licht in Richtung zur ersten Scheibe zu
reflektieren, das von dem auf der ersten Anzeige angezeigten
Bild emittiert wird.
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Daher kann die Projektions-Untereinheit den optischen Weg von
der ersten Anzeige zur Scheibe verlängern.
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Die Projektions-Untereinheit weist vorzugsweise ein zweites
Reflexionselement auf, das in Längsrichtung des Fahrzeugs im
Abstand von der ersten Anzeige angeordnet ist, und der
Reflexionsspiegel ist ein halbdurchlässiger Spiegel, der
partiell Licht in Richtung zum zweiten Reflexionselement
passieren lassen kann, das von der ersten Anzeige emittiert
wird, wobei das zweite Reflexionselement das Licht in Richtung
zum halbdurchlässigen Spiegel reflektiert, so dass das Licht
vom halbdurchlässigen Spiegel in Richtung zu der ersten
Scheibe reflektiert wird.
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Daher dringt das Licht, das von dem auf der Anzeige
angezeigten Bild emittiert wird, durch den halbdurchlässigen
Spiegel, um das zweite Reflexionselement zu erreichen, so dass
das Licht von dem zweiten Reflexionselement reflektiert wird,
um wieder zum halbdurchlässigen Spiegel zu gelangen, der das
Licht in Richtung zur Scheibe reflektiert, wobei dadurch ein
längerer optischer Weg von der ersten Anzeige zur ersten
Scheibe geschaffen wird.
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Vorzugsweise ist die zweite Scheibe ein anderer
Reflexionsspiegel und die fahrzeugeigene Anzeigevorrichtung
hat eine kombinierte Platte, die sich im Wesentlichen
senkrecht erstreckt zur optischen Achse des Lichts, das von
dem auf der Anzeige angezeigten Bild emittiert wird, wobei die
kombinierte Platte eine der Anzeige zugewandte erste
Oberfläche und eine der Augenposition zugewandte zweite
Oberfläche aufweist, wobei das zweite Reflexionselement von
der ersten Oberfläche gebildet wird und die zweite Scheibe von
der zweiten Oberfläche gebildet wird.
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Daher wird das zweite Reflexionselement und der
Reflexionsspiegel der zweiten Scheibe von der kombinierten
Platte gebildet, um die Anzeigevorrichtung zu vereinfachen.
Vorzugsweise ist der Reflexionsspiegel der Projektions-
Untereinheit bewegbar in einer optischen Achsenrichtung des
Lichts, welches von dem auf der ersten Anzeige angezeigten
Bild emittiert wird.
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Daher ermöglicht es die fahrzeugeigene Anzeigevorrichtung dem
Fahrer, sowohl die Daten der Messinstrumente als auch den
Hintergrund mit einem geringeren Unterschied ihrer zugehörigen
Bildweiten zu sehen, weil der Reflexionsspiegel in einer
optischen Achsenrichtung des Lichtes bewegbar ist, welches von
dem auf der ersten Anzeige angezeigten Bild emittiert wird.
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Die Erfindung wird im Folgenden an Hand von
Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die Zeichnung
erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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Fig. 1 eine Schnittansicht einer Grundkonfiguration der
fahrzeugeigenen Anzeigevorrichtung einer Ausführungsform gemäß
der Erfindung;
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Fig. 2 eine vergrößerte Seitenansicht des
Vergrößerungsspiegels von Fig. 1;
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Fig. 3 eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines
Drehmechanismus des halbdurchlässigen Spiegels von Fig. 1;
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Fig. 4 eine Schnittansicht einer Grundkonfiguration der
fahrzeugeigenen Anzeigevorrichtung der zweiten Ausführungsform
gemäß der Erfindung;
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Fig. 5 eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines
Verlagerungsmechanismus des halbdurchlässigen Spiegels von
Fig. 4; und
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Fig. 6 eine vergrößerte Seitenansicht eines kombinierten
Reflexionsspiegels einer modifizierten Ausführung der
Erfindung.
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Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht, die eine
allgemeine Konfiguration einer Ausführungsform der
fahrzeugeigenen Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung
darstellt. In Fig. 1 zeigt Bezugszeichen 5 die fahrzeugeigene
Anzeigevorrichtung, die in einem Armaturenbrett 1 eines
Fahrzeugs untergebracht ist. Die fahrzeugeigene
Anzeigevorrichtung 5 projiziert ein Bild, das auf der im
Armaturenbrett angezeigten Anzeige angezeigt wird, auf eine
Windschutzscheibe 3 (entspricht der oben in der
Beschreibungseinleitung in Verbindung mit der ersten
Ausführungsform beschriebenen Scheibe), wobei das Bild dem
Hintergrund überlagert ist, der durch die Windschutzscheibe
gesehen werden kann. Die Windschutzscheibe 3, die über der
oberen Fläche 1a des Armaturenbrettes 1 angeordnet ist, hat
eine im Wesentlichen gleichmäßige Neigung relativ zur
Längsrichtung des Fahrzeugs.
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Die fahrzeugeigene Anzeigevorrichtung 5 weist unter anderem
auf: eine Anzeige 51, einen Vergrößerungsspiegel 53, einen
halbdurchlässigen Spiegel 55, einen Spiegeldrehmechanismus 57
(siehe Fig. 3).
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Die Anzeige 51 ist eine lichtemittierende Anzeigevorrichtung
(zum Beispiel eine Feldemissionsanzeige, eine
Elektronenstrahlanzeigeröhre, eine Elektrolumineszenzanzeige,
etc.), eine Flüssigkristallanzeige mit Hintergrundlicht oder
dergleichen Anzeige. Die Anzeige 51 hat ein Anzeigenpaneel
bzw. eine Anzeigenoberfläche 51a, das/die nach vorn zum Fahrer
hin gerichtet ist. Auf der Anzeigenoberfläche 51a wird
selektiv ein (in der Figur nicht dargestelltes) Bild
angezeigt, das Informationen aufweist bezüglich der
Fahrzeugnavigation, oder ein anders Bild angezeigt, das
Informationen aufweist, die sich auf den Betriebszustand des
Fahrzeugs beim Anhalten oder während der Fahrt beziehen.
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Der Vergrößerungsspiegel 53, in Fig. 2 dargestellt, weist auf
eine Fresnel-Linse 53a (entspricht der einleitend
beschriebenen optischen Bildvergrößerungsvorrichtung) und
einen Reflexionsspiegel 53d (entspricht dem einleitend zur
ersten Ausführungsform beschriebenen zweiten
Reflexionselement). Die Fresnel-Linse 53a hat eine plane
Oberfläche 53b, und der Spiegel 53d hat eine
Reflexionsoberfläche 53e. Die plane Oberfläche 53b wird durch
Evaporation in direkten Kontakt mit der Reflexionsoberfläche
53e gebracht. Die Fresnel-Linse 53a hat entgegengesetzt zur
planen Oberfläche 53b eine Fresneloberfläche 53c. Wie in Fig.
1 dargestellt ist die Fresneloberfläche 53c der
Anzeigenoberfläche 51a der Anzeige 51 zugewandt, wobei
zwischen der Fresneloberfläche 53c und der Anzeigenoberfläche
51a der Anzeige 51 in Fahrtrichtung ein Abstand besteht.
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Der halbdurchlässige Spiegel 55 wird vom Drehmechanismus 57
derart gehalten, dass der halbdurchlässige Spiegel 55 in einer
Linie mit der optischen Achse L des (in den Figuren nicht
dargestellten) Bildes liegt, das von der Anzeige 51 zum
Vergrößerungsspiegel 53 emittiert wird.
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Wie besonders in Bild 3 dargestellt, hat der Drehmechanismus
57 ein Paar von Halterahmen 57a, 57a, die sich jeweils
parallel in Längsrichtung des Fahrzeugs erstrecken, einen
Haltezapfen 57b, der an einem mittleren Abschnitt jedes
Halterahmens 57a vorgesehen ist, und ein Halteplattenpaar 57c,
57c, das sich um eine Achse O senkrecht zur Längsrichtung des
Fahrzeugs dreht.
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Jeder Halterahmen 57a ist mit einem Führungszapfen 57d
versehen, der in Längsrichtung im Abstand vom Haltezapfen 57b
angeordnet ist. Jede Halteplatte 57c ist mit einem
bogenförmigen Führungsschlitz 57e versehen, in den der
Führungszapfen 57d derart eingreift, dass die Halteplatte 57c
um den Haltezapfen 57b drehbar ist. Der Drehbereich der
Halteplatte 57c wird von dem bogenförmigen Führungsschlitz 57e
begrenzt.
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Der Drehmechanismus 57 hat eine Antriebsvorrichtung (nicht
dargestellt), die elektrisch sein kann wie z. B. ein Motor oder
wie eine Scheibe von Hand bedient wird, um den Halterahmen 57a
um den Haltezapfen 57b zu drehen. Dadurch wird der
halbdurchlässige Spiegel 55 zwischen der Anzeige 51 und dem
reflektierenden Vergrößerungsspiegel 53 selektiv in eine erste
Neigungswinkelposition oder in eine zweite
Neigungswinkelposition gedreht. In Fig. 1 ist, wie mit einer
durchgezogenen Linie dargestellt, der halbdurchlässige Spiegel
55 in der ersten Winkelposition zum reflektierenden
Vergrößerungsspiegel 53 geneigt. Wie mit einer
strichpunktierten Linie dargestellt, ist der halbdurchlässige
Spiegel 55 in der zweiten Winkelposition zur Anzeige 51
geneigt.
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In der oberen Fläche 1a des Armaturenbrettes 1 ist eine
Öffnung 1b ausgebildet, so dass das Licht des Bildes (nicht
dargestellt) vom Armaturenbrett 1 zur Windschutzscheibe 3
emittiert wird.
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Nachfolgend wird die Funktion der so konfigurierten
fahrzeugeigenen Anzeigevorrichtung 5 der Ausführungsform
erläutert.
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In der ersten Winkelposition des halbdurchlässigen Spiegels
55, der mit einer durchgezogenen Linie in Fig. 1 dargestellt
ist, zeigt die Anzeige 51 ein (in der Figur nicht
dargestelltes) Bild, das eine Information hinsichtlich der
Fahrzeugnavigation aufweist. Eine solche Information wird
gewöhnlich bei stehendem Fahrzeug angezeigt. Das Bild wird von
der Anzeigeoberfläche 51a der Anzeige 51 zum halbdurchlässigen
Spiegel 55 emittiert, der zwischen der Anzeigeoberfläche 51a
und dem Vergrößerungsspiegel 53, welcher der Anzeigeoberfläche
51a gegenübersteht, angeordnet ist.
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Weil der halbdurchlässige Spiegel 55 gegen den
Vergrößerungsspiegel 53 so geneigt ist, das er den ersten
Winkel relativ zu der optischen Achse L des emittierten Bildes
einnimmt, wird ein Teil des auf dem halbdurchlässigen Spiegel
55 angelangten Bildes nach oben reflektiert. Dann wird das
Bild durch die Öffnung 1b der oberen Fläche 1a des
Armaturenbrettes 1 emittiert, um die Windschutzscheibe 3 zu
erreichen, so dass das Bild auf der Scheibe 3 projiziert wird.
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Mittlerweile tritt der andere Teil des auf den
halbdurchlässigen Spiegel 55 ausgesandten Bildes durch den
halbdurchlässigen Spiegel 55 hindurch, um zum
Vergrößerungsspiegel 53 zu gelangen. Das auf dem
halbdurchlässigen Spiegel 55 angelangte Bild tritt durch die
Fresnel-Linse 53a von der Fresneloberfläche 53c zu ihrer
planen Oberfläche 53b. Die plane Oberfläche 53b steht in
direktem Kontakt mit der Reflexionsoberfläche 53e des Spiegels
53d, der das Bild gegen die Fresneloberfläche 53c reflektiert,
so dass das Bild wieder durch die Fresnel-Linse 53a in
Richtung zur Anzeige 51 hindurchtritt.
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Das vom Vergrößerungsspiegel 53 emittierte Bildlicht erreicht
wieder den halbdurchlässigen Spiegel 55. Ein Teil des zum
halbdurchlässigen Spiegel 55 ausgesandten Bildlichtes tritt
durch den halbdurchlässigen Spiegel 55 hindurch, während der
andere Teil des Bildlichtes vom halbdurchlässigen Spiegel 55
nach unten in das Armaturenbrett 1 reflektiert wird.
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Daher wird in der ersten Winkelposition des halbdurchlässigen
Spiegels 55 das von der Anzeige 51 angezeigte Bild vom
halbdurchlässigen Spiegel 55 reflektiert, um auf die
Windschutzscheibe 3 projiziert zu werden. Dadurch ist ein
virtuelles Bild S1 einschließlich der Navigations-Information
des Fahrzeugs von der Fahreraugenposition I aus auf der
Windschutzscheibe 3 sichtbar.
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Es wird darauf hingewiesen, dass aufgrund des optischen Weges
von der Anzeige 51 zur Windschutzscheibe 3 durch den
halbdurchlässigen Spiegel 55 hindurch das virtuelle Bild S1 im
Abstand von der Windschutzscheibe 3 erscheint.
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Das virtuelle Bild S1 ist nicht vergrößert, weil das virtuelle
Bild nicht vom Vergrößerungsspiegel 53 reflektiert worden ist.
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In der zweiten Position des halbdurchlässigen Spiegels 55,
welche mit einer strichpunktierten Linie in Fig. 1 dargestellt
ist, zeigt die Anzeige 51 ein (nicht in der Figur
dargestelltes) Bild einschließlich der Information
hinsichtlich der Betriebsbedingungen des Fahrzeugs an. Eine
solche Information wird im Allgemeinen während des
Betriebszustandes des Fahrzeugs genutzt. Das Bild wird von der
Anzeigenfläche 51a der Anzeige 51 zum halbdurchlässigen
Spiegel 55 emittiert, welcher zwischen der Anzeigenfläche 51a
und dem Vergrößerungsspiegel 53 angeordnet ist.
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Weil der halbdurchlässige Spiegel 55 zur Anzeige 51 in dem
zweiten vorbestimmten Winkel relativ zur optischen Achse L des
emittierten Bildes geneigt ist, wird ein Teil des auf den
halbdurchlässigen Spiegel 55 empfangenen Bildes zur unteren
Seite des Armaturenbrettes 1 reflektiert, während der andere
Teil des empfangenen Bildes durch den halbdurchlässigen
Spiegel 55 hindurchtritt, um zum Vergrößerungsspiegel 53 zu
gelangen.
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Das von dem halbdurchlässigen Spiegel 55 empfangene Bild tritt
durch die Fresneloberfläche 53c zu deren planen Oberfläche 53b
durch die Fresnel-Linse 53a hindurch. Die plane Oberfläche 53b
steht in direktem Kontakt mit der Reflexionsoberfläche 53e des
Spiegels 53d, der das Bild zur Fresneloberfläche 53c
reflektiert, so dass das Bild wieder durch die Fresnel-Linse
53a in Richtung zur Anzeige 51 hindurchtritt.
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Das Bild, das die Fresnel-Linse 53a zweifach passiert, wird
durch den Lichtkonvergenzeffekt der Fresnel-Linse 53a
vergrößert. Das vergrößerte Bild erreicht den
halbdurchlässigen Spiegel 55 auf dem Weg zur Anzeige 51.
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Das Bild, das den halbdurchlässigen Spiegel 55 wieder
erreicht, wird nach oben durch ein Fenster 59b der
Abdeckplatte 59a des Armaturenbrettes 1 reflektiert, so dass
die Windschutzscheibe 3, auf der das Bild projiziert ist,
erreicht wird.
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Daher ist bei der zweiten Winkelposition des halbdurchlässigen
Spiegels 55 ein virtuelles Bild S3 auf der Windschutzscheibe 3
mit Informationen über die Betriebsbedingungen des Fahrzeugs
von der Fahreraugenposition I aus sichtbar.
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Das virtuelle Bild S3 erscheint in Längsrichtung des Fahrzeugs
weiter hinten als das virtuelle Bild S1, weil sich der
virtuelle Abstand des virtuellen Bildes S3 von der Anzeige 51
bis zur Windschutzscheibe 3 aus der Länge des optischen Weges
durch den halbdurchlässigen Spiegel 55 hindurch bis zu dem
Vergrößerungsspiegel 53 ergibt.
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Es ist zu beachten, dass das virtuelle Bild S3 vergrößert ist,
weil das Bildlicht in der Fresnel-Linse 53a gedreht wird.
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Daher ist das virtuelle Bild S1 mit Informationen, die während
des stehenden Fahrzeugs benötigt werden, näher an der
Windschutzscheibe 3 angeordnet. Im Gegensatz dazu ist das
virtuelle Bild S3 mit Informationen, die während der Fahrt des
Fahrzeugs verwendet werden, näher am Hintergrund angeordnet,
was einen unerwünschten Sichtwechsel des Fahrers zwischen dem
virtuellen Bild S3 und dem Hintergrund eliminiert.
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Die Bildvergrößerung mittels der Fresnel-Linse 53a des
Vergrößerungsspiegels 53 kann, falls nicht gewünscht,
weggelassen werden. In diesem Fall ist an Stelle des
Vergrößerungsspiegels 53 ein gewöhnlicher Spiegel vorgesehen.
Es ist jedoch besser, wenn die Vergrößerung des Bildes mittels
der Fresnel-Linse 53a vorgenommen wird, um das virtuelle Bild
S3 näher an dem aus der Augenposition I durch die
Windschutzscheibe 3 sichtbaren Hintergrund anzuordnen. Dies
liegt darin begründet, dass eine vergrößerte Bildweite ein
kleineres Bild zur Folge hat. Daher ist bei der zweiten
Position des halbdurchlässigen Spiegels 55 das vergrößerte
virtuelle Bild S3 für den Fahrer klar erkennbar.
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In der Ausführungsform dreht der Drehmechanismus 57 den
halbdurchlässigen Spiegel 55, so dass der halbdurchlässige
Spiegel 55 in die erste Winkelposition bzw. in die zweite
Winkelposition verstellt wird. Alternativ dazu kann die
fahrzeugeigene Anzeigevorrichtung ein Paar von
halbdurchlässigen Spiegeln aufweisen, wobei einer der Spiegel
einen Neigungswinkel mit der ersten Winkelposition, der andere
Spiegel einen Neigungswinkel mit der zweiten Winkelposition
des halbdurchlässigen Spiegels 55 hat. Beide halbdurchlässigen
Spiegel 55 können jeweils mittels eines
Verlagerungsmechanismus (nicht gezeigt) selektiv zurückbewegt
werden, um den optischen Weg zwischen der Anzeige 51 und dem
Vergrößerungsspiegel 53 zu kreuzen.
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Für die Bildvergrößerung kann anstatt der für die
Ausführungsform verwendeten Fresnel-Linse 53a ein gewölbter
Spiegel vorgesehen werden, der eine sphärische Oberfläche oder
eine andere gewölbte Oberfläche aufweist.
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Für die Bildvergrößerung kann anstatt der Fresnel-Linse 53a
eine konvexe Linse vorgesehen werden. Die konvexe Linse kann
an einer ihrer Seiten eine plane Oberfläche haben, und die
plane Oberfläche wird in direkten Kontakt mit dem Spiegel 53d
gebracht, indem dieser aufgedampft wird, um einen
Vergrößerungsspiegel zu bilden. Alternativ dazu kann die
konvexe Linse beidseitig eine gewölbte Oberfläche haben, wobei
die konvexe Linse unter Ausbildung eines Vergrößerungssystems
vom Spiegel 53d separat vorgesehen ist.
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In der Ausführungsform ist der Neigungswinkel des
halbdurchlässigen Spiegels 55 vorbestimmt. Tatsächlich wird
der Neigungswinkel unter anderem bestimmt gemäß der Neigung
der Windschutzscheibe 3 an den Projektionspunkten, der Längs-
und Vertikalposition der Projektionspunkte relativ zum
halbdurchlässigen Spiegel 55 und der Richtung der Sichtlinien
aus der Augenposition I des Fahrers heraus.
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In der Ausführungsform ist die Scheibe als Windschutzscheibe 3
vorgestellt. Die Scheibe kann jedoch auch eine Hilfsscheibe
oder ein sonstiger Schirm sein, die/der innerhalb der
Windschutzscheibe 3 angebracht ist, auf welche das Bild
projiziert wird.
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Eine zweite Ausführungsform:
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Fig. 4 ist eine schematische Schnittansicht, die eine
allgemeine Konfiguration einer zweiten Ausführungsform der
fahrzeugeigenen Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung
darstellt.
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Hinsichtlich der zweiten Ausführungsform hat ein in der ersten
Ausführungsform gleichermaßen vorhandenes Bauteil das gleiche
Bezugszeichen wie in der ersten Ausführungsform, die nicht
erneut diskutiert wird.
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In Fig. 4 zeigt Bezugszeichen 5' die fahrzeugeigene
Anzeigevorrichtung an, die eine Projektions-Untereinheit 6 für
zusätzliche Informationen und eine Projektions-Untereinheit 7
für Messwerte aufweist.
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Die Projektions-Untereinheit 6 für zusätzliche Informationen
projiziert ein Bild, das auf einer im Armaturenbrett 1
angeordneten Anzeige 51 angezeigt wird, auf eine
Windschutzscheibe 3 (entspricht der in der Zusammenfassung
beschriebenen ersten Scheibe). Das Bild wird dem Hintergrund,
der durch die Windschutzscheibe 3 gesehen werden kann,
überlagert. Die Windschutzscheibe 3, die über der oberen
Fläche 1a des Armaturenbrettes 1 angeordnet ist, hat eine im
Wesentlichen gleichförmige Neigung relativ zur Längsrichtung
des Fahrzeugs.
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Der halbdurchlässige Spiegel 55 wird vom
Verlagerungsmechanismus 67 derart gehalten, dass der
halbdurchlässige Spiegel 55 mit der optischen Achse L in einer
Linie des Bildes (in den Figuren nicht dargestellt) liegt, das
von der Anzeige 51 zum vergrößernden Reflexionsspiegel 53
emittiert wird.
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Wie in Fig. 5 in Einzelheiten dargestellt weist der
Verlagerungsmechanismus 67 auf: ein Führungsstangenpaar 67a,
67a, welches sich parallel zur Längsrichtung des Fahrzeugs
erstreckt, ein Gleitstück 57b, das entlang der Führungsstangen
67a, 67a gleiten kann, und einen Halter 67c, der am Gleitstück
67b ausgebildet ist.
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Der Halter 67c nimmt den halbdurchlässigen Spiegel 55 derart
auf, dass, wie in Fig. 1 dargestellt, der halbdurchlässige
Spiegel 55 zur Anzeige 51 geneigt ist, so dass er einen
vorbestimmten Winkel relativ zur optischen Achse L des
emittierten Bildes (in den Figuren nicht dargestellt)
aufweist. Der halbdurchlässige Spiegel 55 ist zwischen der
Anzeige 51 und dem Vergrößerungsspiegel 53 angeordnet, so dass
er mit der optischen Achse L in einer Linie liegt. Der
halbdurchlässige Spiegel 55 ist entlang der optischen Achse L,
das heißt in Längsrichtung des Fahrzeugs, bewegbar.
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Wie in Fig. 5 dargestellt, weist der Verlagerungsmechanismus
67 zudem ein Ritzel 67d auf, das an einer Seite des
Armaturenbrettes 1 angeordnet ist, und eine Zahnstange 67e,
die mit dem Ritzel 67d in Eingriff steht. Die Zahnstange 67e
ist am Gleitstück 67b fixiert. Das Antreiben des Ritzels mit
einem Elektromotor oder von Hand bewegt den halbdurchlässigen
Spiegel 55 und das Gleitstück 67b in Längsrichtung des
Fahrzeugs gemäß einer vertikalen Lageänderung (später
beschrieben) zwischen einer Augenposition I1, I3 (Fig. 4).
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In dieser Ausführungsform ist die Öffnung 1b in der oberen
Fläche 1a des Armaturenbrettes 1 ausgebildet, so dass das
Bildlicht durch das Armaturenbrett 1 zur Windschutzscheibe 3
emittiert werden kann.
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Die Projektions-Untereinheit 7 für die Messwerte hat einen
Reflexionsspiegel 71 (entspricht dem einleitend beschriebenen
zweiten Reflexionselement), der auf einer vorderen Oberfläche
1c des Armaturenbrettes 1 angeordnet ist und eine zweite
Anzeige 73 hat, die auf der Lenksäule 9 befestigt ist, welche
von der vorderen Fläche 1c des Armaturenbrettes 1 seitlich des
Fahrers diagonal nach unten gerichtet angeordnet ist.
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Die zweite Anzeige 73 weist eine Konstruktion auf, welche
jener der für die Anzeige 51 beschriebene Konstruktionen
ähnlich ist.
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Die zweite Anzeige 73 weist eine dem Reflexionsspiegel 71
gegenüber angeordnete Anzeigenfläche 73a auf, um ein Bild (in
der Figur nicht dargestellt) betreffend der von den
Messinstrumenten erhaltenen Daten, wie die
Fahrzeuggeschwindigkeit, die Motorumdrehungszahl, die
Restmenge des Kraftstoffs und die Kühlwassertemperatur
anzuzeigen.
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Der Reflexionsspiegel 71 ist mit einem vorbestimmten Winkel
relativ zur vorderen Fläche 1c des Armaturenbrettes 1
angeordnet, so dass das gesamte Bild der Anzeigenfläche 73a
der zweiten Anzeige 73 aus der Augenposition I1 oder I3 auf
dem Reflexionsspiegel 71 sichtbar ist.
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In der Projektions-Untereinheit 6, die den in Fig. 4 mit einer
durchgezogenen Linie dargestellten halbdurchlässigen Spiegel
55 aufweist, zeigt die Anzeige 51 ein (in der Figur nicht
dargestelltes) Bild mit Informationen an, welche den Betrieb
des Fahrzeugs betreffen. Das Bild wird von der Anzeigefläche
51a der Anzeige zum halbdurchlässigen Spiegel 55 emittiert,
der zwischen der Anzeigefläche 51a und dem
Vergrößerungsspiegel 53 angeordnet ist.
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Weil der halbdurchlässige Spiegel 55 zur Anzeige 51 geneigt
ist, so dass er einen vorbestimmten Winkel relativ zur
optischen Achse L des emittierten Bildes aufweist, wird ein
Teil des vom halbdurchlässigen Spiegel 55 empfangenen Bildes
zur Unterseite des Armaturenbrettes 1 reflektiert, während der
andere Teil des empfangenen Bildes durch den halbdurchlässigen
Spiegel 55 hindurchtritt, um zum Vergrößerungsspiegel 53 zu
gelangen.
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Das vom Vergrößerungsspiegel 53 ausgesandte Bild tritt durch
die Fresnel-Linse 53a von der Fresneloberfläche 53c zu deren
planen Oberfläche 53b hindurch. Die plane Oberfläche 53b steht
in direktem Kontakt mit der Reflexionsoberfläche 53e des
Spiegels 53d, der das Bild zur Fresneloberfläche 53c
reflektiert, so dass das Bild wieder durch die Fresnel-Linse
53a zur Anzeige 51 hindurchtritt.
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Das Bild, das die Fresnel-Linse 53a zweifach passiert hat,
wird aufgrund des Lichtkonvergenzeffektes der Fresnel-Linse
53a vergrößert. Das vergrößerte Bild erreicht den
halbdurchlässigen Spiegel 55 auf dem Weg zur Anzeige 51.
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Das Bild, das den halbdurchlässigen Spiegel 55 wieder erreicht
hat, wird nach oben reflektiert, so dass es durch das Fenster
59b der Abdeckplatte 59a des Armaturenbrettes 1 hindurchtritt,
um die Windschutzscheibe 3 zu erreichen, auf der das Bild
projiziert wird.
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Somit kann der Fahrzeugfahrer ein virtuelles Bild S1 sehen,
das auf einen Projektionspunkt P1 der Windschutzscheibe 3
projiziert ist. Der Projektionspunkt P1 ist auf einer
Sichtlinie L1 des Fahrers positioniert, der durch die
Windschutzscheibe 3 auf den etwa 10 bis 20 Meter vor dem
Fahrzeug liegenden Hintergrund blickt. Die Augenposition I1
des Fahrers liegt vor dem Projektionspunkt P1 des auf die
Windschutzscheibe 3 projizierten Bildes. Der Abstand von 10
bis 20 Meter vom Fahrzeug zum anvisierten Hintergrund ist im
Allgemeinen während des Fahrzeugbetriebes angemessen.
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Der halbdurchlässige Spiegel 55 wird vorwärts in eine zweite
Position bewegt, wie in Fig. 4 mit der strichpunktierten Linie
dargestellt, so dass das auf der Anzeigefläche 51a der Anzeige
51 angezeigte Bild emittiert wird, um durch den
halbdurchlässigen Spiegel 55 hindurchzutreten und in der
Fresnel-Linse 53a gedreht zu werden. Dann erreicht das von der
Fresnel-Linse 53a vergrößerte Bild auf dem Weg zur Anzeige 51
den halbdurchlässigen Spiegel 55, und ein Teil des
vergrößerten Bildes wird vom halbdurchlässigen Spiegel 55 nach
oben zum Armaturenbrett 1 reflektiert, wobei das vergrößerte
Bild durch die Öffnung 1b der oberen Fläche 1a des
Armaturenbrettes 1 hindurchtritt, um auf die Windschutzscheibe
3 projiziert zu werden.
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Weil sich der halbdurchlässige Spiegel 55 vorwärts bewegt hat,
hat sich der Projektionspunkt P3 des Bildes auf der
Windschutzscheibe 3 an eine Stelle des Projektionspunktes P1
bewegt, die der ersten Position des halbdurchlässigen Spiegels
55 entspricht. Daher ist der Projektionspunkt P3 auf einer
Sichtlinie L3 des Fahrers positioniert, der durch die
Windschutzscheibe 3 auf den Hintergrund in etwa 10 bis 20
Meter vor dem Fahrzeug blickt. Daher ist das virtuelle Bild S3
dem Hintergrund überlagert. Die Augenposition I3 des Fahrers
liegt gerade vor dem Projektionspunkt P3 des Bildes auf der
Windschutzscheibe 3.
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Somit erfordert eine Aufwärtsbewegung der Fahreraugenposition
eine Vorwärtsbewegung des halbdurchlässigen Spiegels 55,
wohingegen eine Abwärtsbewegung der Fahreraugenposition eine
Rückwärtsbewegung des halbdurchlässigen Spiegels 55 erfordert,
so dass das Bild auf einer Sichtlinie positioniert ist, die es
dem Fahrer ermöglicht, den Hintergrund in etwa 10 bis 20 Meter
vor dem Fahrzeug zu sehen.
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Mittlerweile zeigt in der Projektions-Untereinheit 7 für die
Messwerte die zweite Anzeige ein Bild (in den Figuren nicht
dargestellt) an, welches von den Messinstrumenten empfangene
Daten wie die Fahrzeuggeschwindigkeit, die
Motorumdrehungszahl, die Restmenge des Kraftstoffs und die
Kühlwassertemperatur betrifft. Das Bild wird von der
Anzeigenfläche 73a der Anzeige 73 emittiert, so dass es vom
Reflexionsspiegel 71 zur Augenposition I1 oder I3 reflektiert
wird.
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In der fahrzeugeigenen Anzeigevorrichtung 5' der zweiten
Ausführungsform ist die für die zusätzlichen Informationen
verwendete Projektions-Untereinheit 6 im Armaturenbrett 1
untergebracht. Die Projektions-Untereinheit 6 projiziert das
von der Anzeige 51 angezeigte Bild auf die Windschutzscheibe
3, so dass ein virtuelles Bild S1 oder S3 auf der
Windschutzscheibe 3 aus der Augenposition I1 oder I3 sichtbar
ist. Dadurch wird für das Armaturenbrett 1 ein vergrößerter
Innenraum erforderlich, um die für die zusätzlichen
Informationen verwendete Projektions-Untereinheit 6 im
Armaturenbrett 1 unterzubringen.
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Eine Ausdehnung des Armaturenbrettes 1 nach hinten ist nicht
zulässig, weil das Armaturenbrett 1 an den dahinter
angeordneten Fahrzeugmotorraum angrenzt. In der zweiten
Ausführungsform ist die vordere Fläche 1c des Armaturenbrettes
1 in Längsrichtung des Fahrzeugs vorwärts verschoben, so dass
der Innenraum des Armaturenbrettes 1 vergrößert ist.
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In diesem Fall, wenn Messanzeigen (wie eine Digitalanzeige in
der Art der zweiten Anzeige 73 oder eine Analoganzeige wie ein
Zeigerinstrument) auf die nach vorn verschobene vordere Fläche
1c des Armaturenbrettes 1 montiert sind, sind die Messanzeigen
näher an den Augenpositionen I1, I3 positioniert. Dies
verursacht aus den Augenpositionen I1, I3 eine deutliche
Differenz der Bildweiten, wenn der Fahrer auf den Hintergrund
blickt und wenn der Fahrer auf die Messanzeigen auf der
vorderen Fläche 1c blickt. Dies ist unvorteilhaft für den
Fahrer, der seine Sichtlinie zum Hintergrund und zu den
Messanzeigen bewegt.
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Die fahrzeugeigene Anzeigevorrichtung 5' der zweiten
Ausführungsform ist jedoch mit einem Reflexionsspiegel 71 an
der Stelle der Messanzeigen versehen, die auf der vorderen
Fläche 1c des Armaturenbrettes 1 montiert sind. Zudem ist die
zweite Anzeige 73 auf der Lenksäule 9 montiert, welche sich
von der vorderen Fläche 1c des Armaturenbrettes 1 seitlich des
Fahrers diagonal nach unten erstreckt. Die zweite Anzeige 73
zeigt Daten an, die von den Messinstrumenten des Fahrzeugs
empfangen werden. Die auf der Anzeigenfläche 73a der zweiten
Anzeige 73 angezeigte Information wird von dem
Reflexionsspiegel 71 reflektiert, so dass auf dem
Reflexionsspiegel 71 ein virtuelles Bild S der angezeigten
Information aus der Augenposition I1 oder I3 sichtbar ist.
Daher kann das virtuelle Bild S mit den von den
Messinstrumenten empfangenen Daten eine angemessene Bildweite
beibehalten, sogar wenn die vordere Fläche 1c des
Armaturenbrettes 1 näher an den Fahrer heran versetzt worden
ist.
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Daher kann die fahrzeugeigene Anzeigevorrichtung verwendet
werden, um sowohl die von den Messinstrumenten empfangenen
Daten als auch den Hintergrund ohne größeren Unterschied in
deren Bildweite zu sehen.
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Wie in Fig. 6 dargestellt, kann der Vergrößerungsspiegel 53
eine Reflexionsplatte 53d haben, die mit dem Reflexionsspiegel
71 integriert ist. Die Reflexionsplatte 53d hat eine
Reflexionsfläche 53e, die der Anzeigefläche 51a der Anzeige 51
gegenüber angeordnet ist, und hat eine andere Fläche, die eine
Reflexionsoberfläche 71a ist (entspricht dem in der
Zusammenfassung beschriebenen zweite Scheibe).
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In der zweiten Ausführungsform weist die für die zusätzlichen
Informationen verwendete Projektions-Untereinheit 6 den
halbdurchlässigen Spiegel 55 auf, so dass das von der
Anzeigenfläche 51a der Anzeige 51 emittierte Bild auf die
Windschutzscheibe 3 projiziert wird. Der halbdurchlässige
Spiegel 55 kann jedoch ein gewöhnlicher Reflexionsspiegel
sein, so dass das Bild zur Windschutzscheibe 3 reflektiert
wird oder das Bild der Anzeigefläche 51a der Anzeige 51 kann
direkt auf die Windschutzscheibe 3 projiziert werden.
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In der zweiten Ausführungsform kann der
Verlagerungsmechanismus 67 den halbdurchlässigen Spiegel 55 in
Längsrichtung des Fahrzeugs in Übereinstimmung mit der
vertikalen Positionsänderung der Augenposition I1, I3 bewegen.
Der Verlagerungsmechanismus kann jedoch, falls nicht
erwünscht, weggelassen werden.
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Bei dieser Erfindung kann der Neigungswinkel des
halbdurchlässigen Spiegels 55 konfiguriert werden, so dass er
einstellbar ist, um die vertikale Lage des Projektionspunktes
P1 oder P3 des auf die Windschutzscheibe 3 überlagerten Bildes
zu variieren.
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Die Fresnel-Linse 53a für die Vergrößerung des überlagerten
Bildes kann, falls nicht erwünscht, weggelassen werden.