DE102004015275A1 - Anzeigeeinheit für ein Fahrzeug - Google Patents
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Abstract
Anzeigeeinheit für ein Fahrzeug, mittels welcher für den Fahrer eines Fahrzeugs visuelle Informationen darstellbar sind und welche aufweist: eine Flüssigkristallanzeige, einen Spiegel und ein optisches Prisma, mittels welchem dem Fahrer beim Hindurchsehen durch eine Fläche des Prismas ein vergrößertes, virtuelles Bild darstellbar ist, wobei das Bild in einem komfortablen Abstand hinter der Windschutzscheibe des Fahrzeugs erscheint. Die Flüssigkristallanzeige, der Spiegel und das Prisma, die in der Anzeigeeinheit vorgesehen sind, können als eine kompakte Baugruppe in einem Rahmen abgestützt und in das Armaturenbrett des Fahrzeugs montiert sein. Wenn die Anzeigeeinheit nicht verwendet wird, kann das Prisma in eine Aufbewahrungsposition abgesenkt werden.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Anzeigeeinheit für ein Fahrzeug, und insbesondere eine Anzeigeeinheit zum Bereitstellen visueller Informationen für den Fahrer eines Kraftfahrzeuges.
-
GB-A-2246900 - Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anzeigeeinheit für ein Fahrzeug zu schaffen, welche einfach herstellbar ist und bei welcher die durch ein Betrachten des von der Anzeigeeinheit projizierten Bildes verursachte Anstrengung der Augen des Fahrers des Fahrzeugs vermindert ist.
- Dies wird mit einer erfindungsgemäßen Anzeigeeinheit für ein Fahrzeug erreicht, die ein Bildanzeigemittel zum Erzeugen eines Bildes und ein optisches Prisma mit Fokussiervermögen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinheit ferner eine Reflektionsfläche aufweist, welche, bezüglich des Strahlengangs von Lichtstrahlen des vom Bildanzeigemittel erzeugten Bildes, zwischen dem Bildanzeigemittel und einer ersten, transmittierenden Fläche des optischen Prismas angeordnet ist und welche in Bezug auf die erste Fläche des optischen Prismas geneigt ist, um das Bild auf die erste Fläche des optischen Prismas zu reflektieren, woraufhin das Bild von einer zweiten, reflektierenden Fläche des optischen Prismas in Richtung zu und durch eine dritte, transmittierende Fläche des optischen Prismas hindurch reflektiert wird, so dass der Fahrer des Fahrzeugs das Bild in einem komfortablen Abstand betrachten kann.
- Mit anderen Worten ist die erfindungsgemäße Anzeigeeinheit für ein Fahrzeug derart eingerichtet, dass sie mittels des Bildanzeigemittels ein reales Anfangsbild erzeugt, dessen Inhalt der Fahrer schließlich wahrnehmen wird, mittels der Reflektionsfläche und des optischen Prismas ein auf dem realen Anfangsbild basierendes, virtuelles Bild gewünschter Größe und gewünschter Position ausbildet und mittels des optischen Prismas einen Betrachtungspunkt bereitstellt, durch welchen hindurch das virtuelle Bild betrachtet werden kann.
- Die Bereitstellung der Reflexionsfläche ermöglicht ohne Inanspruchnahme eines großen Raumes im Armaturenbrett (welcher Raum für andere Zwecke erforderlich sein könnte) eine Vergrößerung der Weglänge vom realen Bild zum optischen Prisma (welches als eine konvexe Linse oder Sammellinse wirkt) und ermöglicht dadurch, dass das vom Fahrer betrachtete, virtuelle Bild erscheint, als wäre es in einem komfortablen Abstand zu den Augen des Fahrers, ohne dass es erforderlich ist an den Flächen des optischen Prismas eine starke Krümmung vorzusehen.
- Das Bildanzeigemittel kann beispielsweise ein Flüssigkristall-Anzeigebildschirm mit einer Lichtquelle sein. Alternativ kann das Bildanzeigemittel ein Plasmabildschirm, eine ferromagnetische oder ferroelektrische Anzeige oder irgendeine andere Anzeigevorrichtung aufweisen, die ein geeignetes Bild erzeugt.
- Das Bild kann Fahrzeuginformationen, wie beispielsweise die Geschwindigkeit, die Motortemperatur usw., in Form von alphanumerischen Daten und in Form von graphischen Symbolen aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann das Bild eine Ansicht der in Fahrtrichtung des Fahrzeugs vorausliegenden Straße aufweisen, welche Ansicht mittels Signalen von einer nach vorne weisenden, fahrzeugmontierten Kamera oder einem nach vorne weisenden, fahrzeugmontierten Infrarotsensor erhalten wird.
- Die Reflexionsfläche kann einen Silberspiegel aufweisen und das optische Prisma kann aus Glas oder aus Acrylmaterial oder aus irgendeinem anderen geeigneten optischen Material geformt sein.
- Bei einer Ausführungsform ist die Brechungszahl des optischen Prismas so gewählt, dass an der zweiten Fläche des optischen Prismas eine totale, interne Reflexion oder Totalreflexion der Lichtstrahlen auftritt, die das durch die erste Fläche des optischen Prismas hindurch reflektierte Bild aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann die zweite Fläche des optischen Prismas mit einer Reflexionsbeschichtung versehen sein.
- Bei einer Ausführungsform ist der Abstand vom Bildanzeigemittel zur ersten Fläche des optischen Prismas so bestimmt und ist die Fokussierleistung des optischen Prismas so vorgesehen (durch Bestimmen der Krümmung von jeder der drei Flächen des optischen Prismas), dass das vom Fahrer betrachtete virtuelle Bild erscheint, als wenn es sich in einem Abstand von in etwa 1½ Metern (von den Augen des Fahrers) zwischen der Windschutzscheibe und dem vorderen Ende des Fahrzeugs befindet. Dies hat den Vorteil einer geringeren Belastung des Fahrers hinsichtlich der Anpassung seiner Augen, wenn der Fahrer das virtuelle Bild betrachtet.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind das Bildanzeigemittel und die Reflexionsfläche innerhalb des Armaturenbretts des Fahrzeugs montiert und das optische Prisma liegt bei Verwendung auf der Oberseite des Armaturenbretts auf. Das optische Prisma kann mittels Schwenkmitteln und/oder mittels Gleitmitteln von einer Aufbewahrungsposition innerhalb des Armaturenbretts aus in eine Betriebsposition auf der Oberseite des Armaturenbretts bewegt werden. Ferner kann das optische Prisma geringfügig verstellbar sein, so dass ein optimaler Betrachtungswinkel zum Betrachten des virtuellen Bildes für den Fahrer bereitgestellt werden kann.
- Alternativ kann die Anzeigeinheit in das im Armaturenbrett des Fahrzeugs installierte Kombiinstrument bzw. die Instrumentengruppe integriert sein.
- Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
-
1 zeigt eine schematische Ansicht einer in ein Fahrzeug eingebauten Anzeigeeinheit gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. -
2 zeigt eine perspektivische Ansicht der Anzeigeeinheit von1 . -
3 zeigt eine schematische Ansicht, in der der Betrieb einer Anzeigeeinheit gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung erläutert ist. - Wie in
1 gezeigt, weist eine Anzeigeeinheit auf, und besteht insbesondere aus, einen hintergrundbeleuchteten Flüssigkristall-Anzeigebildschirm1 und einen eine Strahlengang-Umlenkebene bildenden Silberspiegel2 , die in einem Armaturenbrett3 eines Fahrzeugs montiert sind, sowie ein optisches Prisma4 , das auf das Armaturenbrett3 über einem Lenkrad5 montiert ist. Die Position der Augen eines Fahrers ist mit dem Bezugszeichen6 bezeichnet und eine der Blickrichtung der Augen des Fahrers entsprechende Sichtlinie7 erstreckt sich vom im Fahrgastraum des Fahrzeugs befindlichen Punkt6 aus durch das optische Prisma4 hindurch und durch die Windschutzscheibe8 des Fahrzeugs hindurch auf die andere Seite der Windschutzscheibe8 des Fahrzeugs, d.h. bis hinter die Windschutzscheibe8 in Richtung zum vorderen Ende des Fahrzeugs. - Der Anzeigebildschirm
1 ist vom üblichen Typ und bei dieser Ausführungsform vorgesehen, um bei einer Nutzung während des Tages Symbole, Warnmitteilungen, die Fahrzeuggeschwindigkeit und dergleichen anzuzeigen sowie um bei einer Nutzung während der Nacht eine Szene bzw. ein Bild der dem Fahrzeug in Fahrtrichtung vorausliegenden Straße anzuzeigen, welches Bild mittels Signalen von einem fahrzeugmontierten, nach vorne weisenden Sensor (z.B. einem Infrarotgerät oder einem Nachtsichtgerät, nicht gezeigt) erzeugt wird. - Ein das auf dem Anzeigebildschirm
1 angezeigte Bild aufweisender Lichtstrahl kann vom Anzeigebildschirm1 zum Spiegel2 hin geleitet werden, an welchem Spiegel2 der Lichtstrahl in Richtung zum optischen Prisma4 reflektiert wird. Der Lichtstrahl tritt durch eine erste, konvexe Fläche4a des optischen Prismas4 hindurch in dieses ein und wird intern von einer zweiten, ebenen Fläche4b des optischen Prismas4 totalreflektiert. Danach tritt der Lichtstrahl durch eine dritte, konvexe Fläche4c des optischen Prismas4 hindurch in Richtung zu den am Punkt6 befindlichen Augen des Fahrers hin aus. Der durch die dritte Fläche4c des optischen Prismas4 hindurch schauende Fahrer sieht ein vergrößertes, virtuelles Bild9 in einem Abstand von etwa 2 Metern. Die in der Zeichnung gezeigten, geometrischen Anordnungsbeziehungen des optischen Prismas4 , des Spiegels2 und des Anzeigebildschirms1 ermöglichen eine leichte Montage der erfindungsgemäßen Anzeigeeinheit innerhalb des Armaturenbretts3 . - Wie in
2 gezeigt, sind das optische Prisma4 , der Spiegel2 und der Anzeigebildschirm1 in einem Rahmen10 aufgenommen und daran abgestützt. Das optische Prisma4 ist zusätzlich mit einer Schwenkeinrichtung11 versehen, welche es dem Fahrer ermöglicht den Winkel des optischen Prismas4 (relativ zur Sitzposition des Fahrers) zu verstellen, um seinen Sichtwinkel durch die dritte und die zweite Fläche4c bzw.4b des optischen Prismas4 hindurch zu optimieren. D.h., das optische Prisma4 ist schwenkbar mit dem Rahmen10 gekuppelt. Die mittels der Schwenkeinrichtung11 ermöglichte Feinverstellung gewährleistet, dass der Fahrer das gesamte auf dem Anzeigebildschirm1 dargestellte Bild sehen kann. Ferner kann das optische Prisma4 , wenn es nicht verwendet wird, mittels der Schwenkeinrichtung11 in eine Aufbewahrungsposition gedreht werden, in der das optische Prisma4 abgesenkt ist. -
3 zeigt gemäß einer, alternativen Ausführungsform die Bewegung eines optischen Prismas12 von einer Aufbewahrungsposition (unteren Position) im Armaturenbrett eines Fahrzeugs aus zu zwei Betriebspositionen (obere Positionen) teilweise über bzw. vollkommen über dem Armaturenbrett hin. Das optische Prisma12 ist derart eingerichtet, dass es in Führungsnuten13 abgestützt und in diesen verschiebbar ist. Ein Flüssigkristall-Anzeigebildschirm14 (LCD-Bildschirm) und ein Spiegel15 sind innerhalb einer Stützstruktur, d.h. eines Rahmens16 , befestigt. Ferner ist das optische Prisma12 über eine Schwenkverbindung17 mit dem Rahmen16 gekuppelt und die Führungsnuten13 bilden einen Teil des Rahmens16 . - In der Aufbewahrungsposition A ist das optische Prisma
12 unterhalb der oberen Fläche18 des Armaturenbretts und außerhalb des Sichtbereichs des Fahrers positioniert. - Um das optische Prisma
12 für eine Nutzung am Tage in Betrieb zu nehmen, wird das optische Prisma12 mittels eines Elektromotors (nicht gezeigt) angetrieben in den Führungsnuten13 nach oben bewegt, bis die Hälfte der dem Fahrer zugewandten Fläche12c des optischen Prismas12 über die obere Fläche18 des Armaturenbretts hinaus vorsteht (Position B). Das optische Prisma12 wird dann mittels eines Elektromotormittels (nicht gezeigt) über die Schwenkverbindung17 so verstellt, dass die korrekte Winkelbeziehung zwischen dem optischen Prisma12 und dem Spiegel15 erzielt wird. Durch den Fahrer kann ferner eine Feinverstellung des optischen Prismas12 vorgenommen werden, um dem Fahrer ein optimales Betrachten des auf dem Anzeigebildschirm14 dargestellten Bildes zu ermöglichen. Der Anzeigebildschirm14 zeigt nun Symbole, Warnmitteilungen und dergleichen an, die der Fahrer durch die obere Hälfte der dem Fahrer zugewandten Fläche12c des optischen. Prismas12 hindurch in einem komfortablen Abstand hinter der Windschutzscheibe des Fahrzeugs, d.h. auf der dem Fahrer abgewandten Seite der Windschutzscheibe, sehen kann. In dieser Teil-Betriebsposition ist der Bereich der Windschutzscheibe, der vom optischen Prisma12 verdeckt wird, auf einem Minimum gehalten. - Um das optische Prisma
12 in die Komplett-Betriebsposition C zu bewegen, wird das optische Prisma12 vom Elektromotor angetrieben in den Führungsnuten13 weiter nach oben bewegt, bis es vollkommen über die obere Fläche18 des Armaturenbretts hinaus vorsteht, und über die Schwenkverbindung17 in die korrekte Winkelposition zum Spiegel15 eingestellt. Die Komplett-Betriebsposition C wird für das Fahren bei Nacht verwendet, wobei der Anzeigebildschirm14 derart angepasst ist, dass der Anzeigebildschirm14 ein Bild bzw. eine Szene der dem Fahrzeug in Fahrtrichtung vorausliegenden Straße anzeigt, welches Bild mittels von einer nach vorne weisenden Infrarotkamera (nicht gezeigt) gelieferten Signalen erzeugt wird. Nun kann der Fahrer dieses Bild durch die gesamte ihm zugewandte Fläche12c des optischen Prismas12 hindurch betrachten, wobei für den Fahrer das Bild als in einem komfortablen Abstand zu seinen Augen hinter der Windschutzscheibe des Fahrzeugs befindlich erscheint. - Bei einer anderen Ausführungsform ist der Spiegel
15 an einem zentralen Schwenkpunkt montiert, so dass der Spiegel15 von einer Aufbewahrungsposition aus in eine Betriebsposition bewegt werden kann, in der der Spiegel15 die korrekte Winkeleinstellung in Bezug auf den Anzeigebildschirm14 hat. - Die erfindungsgemäße Anzeigeeinheit stellt eine steife und stabile optische Einrichtung mit nur drei nahe miteinander gekuppelten, mechanisch einfachen Komponenten bereit.
- Vorteilhafterweise wird das Bild dem Fahrer in einer ergonomisch wünschenswerten Weise angezeigt, d.h. das Bild kann sehr nahe an der normalen Sichtlinie des Fahrers mit ausreichender Helligkeit und Auflösung sowie in einem Abstand erscheinen, welcher keine übermäßigen Anforderungen an die Augenanpassung des Fahrers und andere Fähigkeiten des Fahrers stellt.
Claims (14)
- Anzeigeeinheit für ein Fahrzeug, welche Anzeigeeinheit aufweist: ein Bildanzeigemittel (
1 ;14 ) zum Erzeugen eines Bildes und ein optisches Prisma (4 ;12 ) mit Fokussiervermögen, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinheit ferner eine Reflektionsfläche (2 ;15 ) aufweist, welche dem Bildanzeigemittel (1 ;14 ) und einer ersten, transmittierenden Fläche (4a ;12a ) des optischen Prismas (4 ;12 ) zwischengeordnet ist und welche in Bezug darauf geneigt ist, um das Bild auf die erste Fläche (4a ;12a ) des optischen Prismas (4 ;12 ) zu reflektieren, woraufhin das Bild von einer zweiten, reflektierenden Fläche (4b ;12b ) des optischen Prismas (4 ;12 ) in Richtung zu und durch eine dritte, transmittierende Fläche (4c ;12c ) des optischen Prismas (4 ;12 ) hindurch reflektiert wird, so dass das Bild vom Fahrer des Fahrzeugs in einem komfortablen Abstand betrachtet werden kann. - Anzeigeeinheit gemäß Anspruch 1, wobei die Bildanzeige (
1 ;14 ) einen Flüssigkristall-Anzeigebildschirm und eine Lichtquelle aufweist. - Anzeigeeinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Reflektionsfläche (
2 ;15 ) ein Silberspiegel ist. - Anzeigeeinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das optische Prisma (
4 ;12 ) aus Glas geformt ist. - Anzeigeeinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das optische Prisma (
4 ;12 ) aus Acrylmaterial geformt ist. - Anzeigeeinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Fläche (
4b ;12b ) des optischen Prismas (4 ;12 ) mit einer Reflexionsbeschichtung versehen ist. - Anzeigeeinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Fläche (
4a ;12a ) und die dritte Fläche (4c ;12c ) des optischen Prismas (4 ;12 ) konvex sind und die zweite Fläche (4b ;12b ) des optischen Prismas (4 ;12 ) eben ist. - Anzeigeeinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abstand der Bildanzeige (
1 ;14 ) zum optischen Prisma (4 ;12 ) und das Fokussiervermögen des optischen Prismas (4 ;12 ) derart angepasst sind, dass das vom Fahrer betrachtete Bild erscheint, als wäre es in einem Abstand, der über die Windschutzscheibe8 des Fahrzeugs hinausgeht und in einem komfortablen Betrachtungsabstand von den Augen des Fahrers. - Anzeigeeinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das optische Prisma (
4 ;12 ) derart eingerichtet ist, dass das optische Prisma (4 ;12 ) zwischen einer Aufbewahrungsposition und einer Betriebsposition bewegbar ist. - Anzeigeeinheit gemäß Anspruch 9, wobei das optische Prisma (
12 ) derart eingerichtet ist, dass das optische Prisma (12 ) zwischen der Aufbewahrungsposition (A) und einer ersten Betriebsposition (B) bewegbar ist, in der für den Fahrer nur ein oberer Abschnitt des optischen Prismas (12 ) sichtbar ist. - Anzeigeeinheit gemäß Anspruch 9, wobei das optische Prisma (
12 ) derart eingerichtet ist, dass das optische Prisma (12 ) zwischen der Aufbewahrungsposition (A) und einer zweiten Betriebsposition (C) bewegbar ist, in der für den Fahrer im Wesentlichen das gesamte optische Prisma (12 ) sichtbar ist. - Anzeigeeinheit gemäß einem der Ansprüche 9, 10 und 11, die ferner einen Rahmen (
16 ) zum Abstützen des optischen Prismas (12 ) aufweist, wobei das optische Prisma (12 ) innerhalb von im Rahmen (16 ) vorgesehenen Führungsnuten (13 ) zwischen der Aufbewahrungsposition (A) und der Betriebsposition (B, C) bewegbar ist. - Anzeigeeinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das optische Prisma (
4 ;12 ) derart eingerichtet ist, dass das optische Prisma (4 ;12 ) verstellbar ist, um dem Fahrer des Fahrzeugs einen optimalen Betrachtungswinkel bereitzustellen. - Anzeigeeinheit gemäß Anspruch 13, wobei zwischen dem optischen Prisma (
4 ;12 ) und dem Stützrahmen (10 ;16 ) eine Schwenkverbindung (11 ,17 ) vorgesehen ist.
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