DE102004015275B4

DE102004015275B4 - Anzeigeeinheit für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102004015275B4
Application number: DE102004015275A
Authority: DE
Inventors: Richard Dennis Longford Shelton; Gary Baxterley Ford; Peter Howard Congleton Betts
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2010-12-30
Anticipated expiration: 2024-03-30
Also published as: GB2400187B; US20040239583A1; GB0405347D0; GB2400187A; GB0307371D0; DE102004015275A1

Abstract

Anzeigeeinheit für ein Fahrzeug, wobei die Anzeigeeinheit aufweist: ein Bildanzeigemittel (14) zum Erzeugen eines Bildes und ein optisches Prisma (12) mit Fokussiervermögen, wobei das Bild in das Prisma (12) durch eine erste, transmittierende Fläche (12a) des Prismas (12) hindurch eintritt, woraufhin das Bild von einer zweiten, reflektierenden Fläche (12b) des Prismas (12) in Richtung zu und durch eine dritte, transmittierende Fläche (12c) des Prismas (12) hindurch reflektiert wird, so dass der Fahrer des Fahrzeugs das Bild auf der dem Fahrer abgewandten Seite der Windschutzscheibe betrachten kann,
dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinheit eine Reflektionsfläche (15) aufweist, welche dem Bildanzeigemittel (14) und der ersten Fläche (12a) des Prismas (12) zwischengeordnet ist und welche in Bezug darauf geneigt ist, um das Bild auf die erste Fläche (12a) des Prismas (12) zu reflektieren,
wobei das Bildanzeigemittel (14), das Prisma (12) und die Reflektionsfläche (15) in einem gemeinsamen Rahmen (16) abgestützt sind, und...

Description

Die Erfindung betrifft eine Anzeigeeinheit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine Anzeigeeinheit der eingangsgenannten Art ist aus DE 41 23 905 C2 bekannt.
Aus DE 41 02 678 A1 ist eine Anzeigeeinheit für Fahrzeuge bekannt, welche eine Reflektionsfläche aufweist, die einem Bildanzeigemittel und einem Kombinierer zwischengeordnet ist und die in Bezug darauf geneigt ist, um das Bild auf den Kombinierer zu reflektieren.
Eine weitere Anzeigeeinheit für ein Fahrzeug ist aus DE 41 25 070 C2 bekannt.
GB 2469001 offenbart eine armaturenbrettmontierte Fahrzeug-Anzeigeeinheit, die eine an einer Fläche eines Prismas anliegende Flüssigkristallanzeige aufweist, wobei ein reales, von der Flüssigkristallanzeige erzeugtes Bild von einer zweiten Fläche des Prismas (welche oben an der Windschutzscheibe des Fahrzeugs positioniert ist) und durch eine dritte Fläche des Prismas hindurch in Richtung zum Auge des Fahrers reflektiert wird. Der Fahrer sieht das virtuelle Bild, als ob es sich auf der Windschutzscheibe befinden würde. Das Problem bei dieser Anordnung ist, dass der Fahrer, um diese Anzeige zu betrachten, den Fokus oder Blickpunkt seiner Augen verändern muss, wenn der Fahrer seinen Blick von der vorausliegenden Straße aus der vor ihm befindlichen Anzeige zuwendet. Dies kann zu einer anpassungsbedingten Augenüberanstrengung führen und ist insbesondere ein Problem für ältere Fahrer sowie für jüngere Fahrer beim Fahren in der Nacht. Der Abstand des virtuellen Bildes von den Augen des Fahrers kann theoretisch durch Erhöhen des Fokussiervermögens bzw. der Fokussierleistung des Prismas vergrößert werden. Um jedoch einen komfortablen Abstand (von mindestens zwei Metern (2 m)) zu erzielen, würde solch eine Erhöhung der Fokussierleistung in den Nachteilen übermäßiger optischer Abbildungsfehler (Aberrationen) und übermäßiger Herstellungsprobleme resultieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anzeigeeinheit für ein Fahrzeug zu schaffen, welche einfach herstellbar ist und deren optische Komponenten in einem Außerbetriebszustand der Anzeigeeinheit die Fahrersicht nicht einschränken sowie gegen Beschädigung und Verschmutzung geschützt sind.
Dies wird mit einer Anzeigeeinheit gemäß Patentanspruch 1 erreicht. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Gemäß der Erfindung weist die Anzeigeeinheit ein Bildanzeigemittel zum Erzeugen eines Bildes und ein optisches Prisma mit Fokussiervermögen auf, wobei 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 von 1.
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-Anzeigebildschirm 1 und einen eine Strahlengang-Umlenkebene bildenden Silberspiegel 2, die in einem Armaturenbrett 3 eines Fahrzeugs montiert sind, sowie ein optisches Prisma 4, das auf das Armaturenbrett 3 über einem Lenkrad 5 montiert ist. Die Position der Augen eines Fahrers ist mit dem Bezugszeichen 6 bezeichnet und eine der Blickrichtung der Augen des Fahrers entsprechende Sichtlinie 7 erstreckt sich vom im Fahrgastraum des Fahrzeugs befindlichen Punkt 6 aus durch das optische Prisma 4 hindurch und durch die Windschutzscheibe 8 des Fahrzeugs hindurch auf die andere Seite der Windschutzscheibe 8 des Fahrzeugs, d. h. bis hinter die Windschutzscheibe 8 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 Anzeigebildschirm 1 zum Spiegel 2 hin geleitet werden, an welchem Spiegel 2 der Lichtstrahl in Richtung zum optischen Prisma 4 reflektiert wird. Der Lichtstrahl tritt durch eine erste, konvexe Fläche 4a des optischen Prismas 4 hindurch in dieses ein und wird intern von einer zweiten, ebenen Fläche 4b des optischen Prismas 4 totalreflektiert. Danach tritt der Lichtstrahl durch eine dritte, konvexe Fläche 4c des optischen Prismas 4 hindurch in Richtung zu den am Punkt 6 befindlichen Augen des Fahrers hin aus. Der durch die dritte Fläche 4c des optischen Prismas 4 hindurch schauende Fahrer sieht ein vergrößertes, virtuelles Bild 9 in einem Abstand von etwa 2 Metern. Die in der Zeichnung gezeigten, geometrischen Anordnungsbeziehungen des optischen Prismas 4, des Spiegels 2 und des Anzeigebildschirms 1 ermöglichen eine leichte Montage der erfindungsgemäßen Anzeigeeinheit innerhalb des Armaturenbretts 3.
Wie in 2 gezeigt, sind das optische Prisma 4, der Spiegel 2 und der Anzeigebildschirm 1 in einem Rahmen 10 aufgenommen und daran abgestützt. Das optische Prisma 4 ist zusätzlich mit einer Schwenkeinrichtung 11 versehen, welche es dem Fahrer ermöglicht den Winkel des optischen Prismas 4 (relativ zur Sitzposition des Fahrers) zu verstellen, um seinen Sichtwinkel durch die dritte und die zweite Fläche 4c bzw. 4b des optischen Prismas 4 hindurch zu optimieren. D. h., das optische Prisma 4 ist schwenkbar mit dem Rahmen 10 gekuppelt. Die mittels der Schwenkeinrichtung 11 ermöglichte Feinverstellung gewährleistet, dass der Fahrer das gesamte auf dem Anzeigebildschirm 1 dargestellte Bild sehen kann. Ferner kann das optische Prisma 4, wenn es nicht verwendet wird, mittels der Schwenkeinrichtung 11 in eine Aufbewahrungsposition gedreht werden, in der das optische Prisma 4 abgesenkt ist.
3 zeigt gemäß einer alternativen Ausführungsform die Bewegung eines optischen Prismas 12 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 Prisma 12 ist derart eingerichtet, dass es in Führungsnuten 13 abgestützt und in diesen verschiebbar ist. Ein Flüssigkristall-Anzeigebildschirm 14 (LCD-Bildschirm) und ein Spiegel 15 sind innerhalb einer Stützstruktur, d. h. eines Rahmens 16, befestigt. Ferner ist das optische Prisma 12 über eine Schwenkverbindung 17 mit dem Rahmen 16 gekuppelt und die Führungsnuten 13 bilden einen Teil des Rahmens 16.
In der Aufbewahrungsposition A ist das optische Prisma 12 unterhalb der oberen Fläche 18 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 Prisma 12 mittels eines Elektromotors (nicht gezeigt) angetrieben in den Führungsnuten 13 nach oben bewegt, bis die Hälfte der dem Fahrer zugewandten Fläche 12c des optischen Prismas 12 über die obere Fläche 18 des Armaturenbretts hinaus vorsteht (Position B). Das optische Prisma 12 wird dann mittels eines Elektromotormittels (nicht gezeigt) über die Schwenkverbindung 17 so verstellt, dass die korrekte Winkelbeziehung zwischen dem optischen Prisma 12 und dem Spiegel 15 erzielt wird. Durch den Fahrer kann ferner eine Feinverstellung des optischen Prismas 12 vorgenommen werden, um dem Fahrer ein optimales Betrachten des auf dem Anzeigebildschirm 14 dargestellten Bildes zu ermöglichen. Der Anzeigebildschirm 14 zeigt nun Symbole, Warnmitteilungen und dergleichen an, die der Fahrer durch die obere Hälfte der dem Fahrer zugewandten Fläche 12c des optischen Prismas 12 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 Prisma 12 verdeckt wird, auf einem Minimum gehalten.
Um das optische Prisma 12 in die Komplett-Betriebsposition C zu bewegen, wird das optische Prisma 12 vom Elektromotor angetrieben in den Führungsnuten 13 weiter nach oben bewegt, bis es vollkommen über die obere Fläche 18 des Armaturenbretts hinaus vorsteht, und über die Schwenkverbindung 17 in die korrekte Winkelposition zum Spiegel 15 eingestellt. Die Komplett-Betriebsposition C wird für das Fahren bei Nacht verwendet, wobei der Anzeigebildschirm 14 derart angepasst ist, dass der Anzeigebildschirm 14 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 Fläche 12c des optischen Prismas 12 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 Spiegel 15 von einer Aufbewahrungsposition aus in eine Betriebsposition bewegt werden kann, in der der Spiegel 15 die korrekte Winkeleinstellung in Bezug auf den Anzeigebildschirm 14 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

Anzeigeeinheit für ein Fahrzeug, wobei die Anzeigeeinheit aufweist: ein Bildanzeigemittel (14) zum Erzeugen eines Bildes und ein optisches Prisma (12) mit Fokussiervermögen, wobei das Bild in das Prisma (12) durch eine erste, transmittierende Fläche (12a) des Prismas (12) hindurch eintritt, woraufhin das Bild von einer zweiten, reflektierenden Fläche (12b) des Prismas (12) in Richtung zu und durch eine dritte, transmittierende Fläche (12c) des Prismas (12) hindurch reflektiert wird, so dass der Fahrer des Fahrzeugs das Bild auf der dem Fahrer abgewandten Seite der Windschutzscheibe betrachten kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinheit eine Reflektionsfläche (15) aufweist, welche dem Bildanzeigemittel (14) und der ersten Fläche (12a) des Prismas (12) zwischengeordnet ist und welche in Bezug darauf geneigt ist, um das Bild auf die erste Fläche (12a) des Prismas (12) zu reflektieren, wobei das Bildanzeigemittel (14), das Prisma (12) und die Reflektionsfläche (15) in einem gemeinsamen Rahmen (16) abgestützt sind, und wobei das Prisma (12) mittels daran und am Rahmen (16) vorgesehener Gleitmittel in Bezug auf die Reflektionsfläche (15) zwischen einer Aufbewahrungsposition (A), in der das Prisma (12) im Rahmen (16) aufgenommen ist und sich unter einer oberen Fläche (18) des Armaturenbretts (3) des Fahrzeugs befindet, und einer Betriebsposition (B, C) verschiebbar ist, in der das Prisma (12) zumindest teilweise über dem Rahmen (16) und die obere Fläche (18) des Armaturenbretts (3) vorsteht.
Anzeigeeinheit gemäß Anspruch 1, wobei das Bildanzeigemittel (14) einen Flüssigkristall-Anzeigebildschirm und eine Lichtquelle aufweist.
Anzeigeeinheit gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Reflektionsfläche (15) ein Silberspiegel ist.
Anzeigeeinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das optische Prisma (12) aus Glas geformt ist.
Anzeigeeinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das optische Prisma (12) aus Acrylmaterial geformt ist.
Anzeigeeinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die zweite Fläche (12b) des optischen Prismas (12) mit einer Reflexionsbeschichtung versehen ist.
Anzeigeeinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste Fläche (12a) und die dritte Fläche (12c) des optischen Prismas (12) konvex sind, und wobei die zweite Fläche (12b) des optischen Prismas (12) eben ist.
Anzeigeeinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Abstand des Bildanzeigemittels (14) zum optischen Prisma (12) und das Fokussiervermögen des optischen Prismas (12) derart angepasst sind, dass das vom Fahrer betrachtete Bild erscheint, als wäre es in einem Abstand, der über die Windschutzscheibe (8) des Fahrzeugs hinausgeht, und auf der dem Fahrer abgewandten Seite der Windschutzscheibe.
Anzeigeeinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Betriebsposition des optischen Prismas (12) eine Teil-Betriebsposition (B) aufweist, in der für den Fahrer nur ein oberer Abschnitt des Prismas (12) sichtbar ist.
Anzeigeeinheit gemäß Anspruch 9, wobei die Betriebsposition des optischen Prismas (12) eine Komplett-Betriebsposition (C) aufweist, in der für den Fahrer das gesamte Prisma (12) sichtbar ist.
Anzeigeeinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Gleitmittel Führungsnuten (13) aufweisen, die im Rahmen (16) vorgesehen sind und in denen abgestützt das optische Prisma (12) zwischen der Aufbewahrungsposition (A) und der Betriebsposition (B, C) bewegbar ist.
Anzeigeeinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das optische Prisma (12) derart eingerichtet ist, dass das optische Prisma (12) verstellbar ist, um dem Fahrer des Fahrzeugs einen optimalen Betrachtungswinkel bereitzustellen.
Anzeigeeinheit gemäß Anspruch 12, wobei zwischen dem optischen Prisma (12) und dem Rahmen (16) eine Schwenkverbindung (11, 17) vorgesehen ist.