DE102007041742B4

DE102007041742B4 - Anzeigeinstrument und Verfahren zum Betrieb eines Anzeigeinstruments

Info

Publication number: DE102007041742B4
Application number: DE102007041742A
Authority: DE
Inventors: Manfred SÜSS; Oliver Kirsch; Frank Schliep
Original assignee: Johnson Controls GmbH
Current assignee: Johnson Controls GmbH
Priority date: 2007-01-18
Filing date: 2007-09-04
Publication date: 2010-10-07
Anticipated expiration: 2027-09-05
Also published as: WO2008087013A1; DE102007041742A1

Abstract

Anzeigeinstrument (1) mit wenigstens einer Bildquelle (2) und einem optischen Element (3), wobei die Bildquelle (2) eine Anzeigeinformation (12) auf das optische Element (3) gemäß einer ersten Richtung projiziert und das optische Element (3) die projizierte Anzeigeinformation (12) in eine zweite Richtung zu einer Betrachtungsebene (4) hin reflektiert, wobei die erste Richtung und die zweite Richtung auf der der Bildquelle (2) und der Betrachtungsebene (4) zugewandten Seite des optischen Elements (3) einen spitzen Winkel (12') einschließen, wobei das Anzeigeinstrument (1) eine weitere Bildquelle (5) aufweist, welche parallel zur Betrachtungsebene (4) orientiert ist und eine weitere Anzeigeinformation (13) auf die Betrachtungsebene (4) projiziert, wobei das optische Element (3) zwischen der weiteren Bildquelle (5) und der Betrachtungsebene (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine räumliche Verzerrung einer durch die Bildquelle (2) räumlich verzerrt ausgegebenen Anzeigeinformation (12) durch die Reflexion an dem optischen Element (3) kompensiert wird, so dass die Anzeigeinformation (12) unverzerrt...

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Anzeigeinstrument für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug, welches eine Bildquelle zur wahlweisen Darstellung einer Mehrzahl verschiedener Bilder aufweist, wobei die Bildquelle nicht im direkten Sichtbereich des Betrachters angeordnet ist.
Ähnliche Vorrichtungen sind allgemein bekannt. So beschreibt beispielsweise die Druckschrift DE 10 2005 011 093 A1 eine Anzeigeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Kombinationsinstrument, die in Blickrichtung des Fahrers ein Anzeigebild erzeugt, die Druckschrift DE 43 23 082 A1 eine Anzeigeeinheit für Kraftfahrzeuge mit einer einer Beobachtungsposition zugewandten, ein erstes Anzeigeelement enthaltenden Anzeigeebene und die Druckschrift EP 0 646 823 A2 ein Anzeigesystem für ein Fahrzeug, mit einer Anzeigetafel befestigt im Blickfeld der Bedienerposition, wobei das Anzeigesystem eine erste Bildquelle umfasst. Um die Gestaltungsfreiheit bei der Konstruktion von Anzeigeinstrumenten zu erhöhen oder spezielle Bauraum-Erfordernisse dafür zu erfüllen, ist es bekannt, eine Bildquelle zum Erzeugen grafischer Darstellungen in einer solchen Position oder Lage im Anzeigeinstrument anzuordnen, dass für die Darstellung der Bilder ein optisches Element, etwa ein Spiegel, erforderlich wird, welches im Sichtbereich des Betrachters zugeordnet ist. Dieses Element übernimmt dabei die Funktion einer virtuellen Bildquelle. Beispielsweise ist aus der Druckschrift DE 103 47 300 A1 ein Anzeigesystem bekannt, wobei eine Bildquelle eine Anzeigeinformation bereitstellt, welche von einem Spiegel bzw. einem optischen Element in Richtung einer virtuellen Anzeigefläche reflektiert wird. Abhängig von der Größe des Umlenkwinkels, den das optische Element für die von der ersten Bildquelle erzeugten Darstellung hervorrufen muss, kann es dabei zu Problemen bei seiner Positionierung bzw. bei dem hierdurch erforderlichen Bauraumbedarf kommen. Der Einfallswinkel der Anzeigeinformationen auf den die Anzeigeinformationen reflektierenden Spiegel ist gleich dem Ausfallswinkel. Bei einer rechtwinkligen Anordnung der (dem Benutzer zugewandten) Bildebene bzw. Betrachtungsebene zur Bildaustrittsfläche muss daher der Spiegel in der Winkelhalbierenden angeordnet sein, wodurch sich ein Zielkonflikt zu den oben beschriebenen Konstruktionserfordernissen ergibt, insbesondere hinsichtlich der Bauraumerfordernisse bei einer solchen Anordnung des Spiegels bzw. des reflektierenden Elements. Nachteilig daran ist insbesondere, dass der benötigte Bauraum des Anzeigesystem, welches eine vergleichsweise große Bauraumtiefe benötigt, nicht verändert oder an bestehende Bauräume angepasst werden kann, wodurch der Einbau in ein Cockpit eines Fahrzeugs erheblichen Aufwand verursacht. Zusätzlich ragt eine näher zur virtuellen Anzeigefläche angeordnete Spiegelkante vergleichsweise weit in das Cockpit ein, wodurch erhebliche ästhetische und sicherheitsrelevante Einschränkungen des Cockpits verbunden sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung eines Anzeigeinstruments, welches hinsichtlich der Bauraumanforderungen bzw. hinsichtlich seiner Konstruktionsanforderungen gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist, so dass eine wesentlich einfachere und kostengünstigere Integration des Anzeigeinstruments, insbesondere in ein Fahrzeugcockpit, ermöglicht wird.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Anzeigeinstrument gemäß Anspruch 1. Beispielsweise wird gemäß einer ersten Ausführungsform die Realisierung eines spitzen Winkels als Reflexionswinkel dadurch ermöglichst, dass eine Vorverzerrung der Anzeigeinformation derart vorgenommen wird, dass die Vorverzerrung der Anzeigeinformation gerade durch die Verzerrung des optischen Elements, welches insbesondere einen Spiegel und/oder einen halbdurchlässigen Spiegel umfasst, kompensiert wird, so dass die Anzeigeinformation in der Betrachtungsebene unverzerrt dargestellt wird. Eine Veränderung des Einfallswinkels ohne eine gleichzeitige Vorverzerrung würde eine verzerrte Darstellung der ersten Anzeigeinformation in der Betrachtungsebene bewirken. Die vorliegende Erfindung erreicht dies gemäß der ersten Ausführungsform durch den Einsatz einer besonderen Bildquellenform, d. h. einem sogenannten „3D-Display”. Solche Displays sind geeignet, in direkter Betrachtung eine räumliche Wirkung für die Darstellung zu erzeugen. Es kann also bereits innerhalb der Bildquelle eine darinliegende, scheinbare Wiedergabeebene erzeugt werden, die gegenüber der durch die Bildquellenoberfläche definierten Ebene gekippt ist. Mit anderen Worten wird die Vorverzerrung der Darstellung bereits in der Bildquelle durchgeführt. Dadurch wird es erst möglich, die Lage der Reflektionsebene (d. h. des optischen Elements) derart zu ändern, dass es zu einer Realisierung eines spitzen Winkels als Reflexionswinkel kommt. Nachdem das Bild durch das optische Hilfsmittel umgelenkt wurde, ist für den Betrachter dieselbe Lage der Wahrnehmungsebene im Raum bewirkt, wie in konventioneller Technik, weil die Änderung der Winkellage der Reflektionsebene genau so gewählt wurde, dass sie die von der Bildquelle gezielt herbeigeführte Vorverzerrung der Darstellung kompensiert.
Beispielsweise wird gemäß einer zweiten Ausführungsform die Realisierung eines spitzen Winkels als Reflexionswinkel dadurch ermöglichst, dass zur Abstrahlung der Anzeigeinformation eine Bildquelle eingesetzt wird, die zur Abstrahlung eines Bildes unter einem von der Lotrechten auf die Bildaustrittsfläche abweichenden Winkel geeignet ist. Solche Bildquellen werden mit der Bezeichnung „Dual View” in Verbindung gebracht. Als ein mögliches Einsatzfeld ist ihre Anordnung als Bildschirm in der Mittelkonsole angegeben worden, wobei die Abstrahlung von blickwinkelabhängig (relativ zur Bildaustrittsfläche) unterschiedlicher Bilder, beispielsweise für Fahrer und Beifahrer vorgesehen ist. Eine mögliche Methode zur Realisierung solcher Bildquellen besteht in der oberflächigen Anordnung von Mikrolinsen in Form von Zylinderabschnitten, die hinsichtlich ihres Querschnitts als Kreissegment beschrieben werden können. Bevorzugt wird dies gemäß der ersten oder der zweiten Ausführungsform dadurch realisiert, dass die die Anzeigeinformation erzeugende Bildquelle eine die Anzeigeinformation ausgebende Fläche aufweist, wobei eine Flächennormale der Fläche spitzwinklig zur ersten Richtung verläuft (dass es also zu einer Winkelablage zwischen der Lotrechten auf die die Anzeigeinformation ausgebende Fläche und der ersten Richtung, d. h. der Abstrahlrichtung der Anzeigeinformation, kommt) ist es möglich, das optische Element unter Beibehaltung der Gegebenheiten für das Nutzerblickfeld steiler und somit raumsparender anzuordnen. Bevorzugt wird die angesprochene Bildquelle zur Erzeugung der Anzeigeinformation baulich an die Verwendung in einem erfindungsgemäßen Kombinations-Anzeigeinstrument durch eine Modifikation der die Abstrahlung unter Winkelablage bewirkenden Mittel angepasst, da das namensgebende „Dual View”-Erfordernis hier entfällt. Es ist nämlich nurmehr die Abstrahlung in eine einzige Ablagerichtung erforderlich; damit könnten die oberflächig angeordneten zylindrischen Mikrolinsen beispielsweise durch eine die Umlenkung bewirkende Prismen- oder Lamellenmikrostruktur ersetzt werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist der spitze Winkel (bzw. der Reflexionswinkel) eine Größe von mehr als etwa 45 Grad und weniger als 90 Grad auf, insbesondere von etwa 50 Grad bis etwa 85 Grad, bevorzugt von etwa 60 Grad bis etwa 80 Grad, besonders bevorzugt von etwa 70 Grad bis 75 Grad. Vorteilhaft wird somit die Bautiefe des Anzeigeinstruments im Vergleich zum Stand der Technik erheblich verkleinert, wodurch die Integration des Anzeigeinstruments in ein Fahrzeugcockpit deutlich einfacher und somit kostengünstiger realisierbar ist. Besonders vorteilhaft ist, dass durch derartige Einfallswinkel das optische Element bzw. Teilbereiche des optischen Elements im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich weniger weit in das Cockpit ragen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist das Anzeigeinstrument eine weitere Bildquelle auf, welche im Wesentlichen parallel zur Betrachtungsebene orientiert ist und eine weitere Anzeigeinformation auf die Betrachtungsebene projiziert, wobei das optische Element zwischen der weiteren Bildquelle und der Betrachtungsebene angeordnet ist. Besonders bevorzugt umfasst das optische Element ein halbdurchlässiges optisches Element derart, dass die Anzeigeinformation auf die Betrachtungsebene reflektiert und die weitere Anzeigeinformation das optische Element im Wesentlichen ungehindert durchläuft. In besonders vorteilhafter Weise wird somit die Darstellung zweier Anzeigeinformationen gleichzeitig und/oder zeitlich aufeinanderfolgend auf der einen Betrachtungsebene mit variabel einstellbarem Bauraum ermöglicht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind zwischen dem optischen Element und der Betrachtungsebene weitere halbdurchlässige optische Elemente angeordnet sind, welche weitere Anzeigeinformationen von weiteren Bildquellen auf die Betrachtungsebene reflektieren. Besonders vorteilhaft wird somit eine Vielzahl von Anzeigeinformationen einer Vielzahl von Bildquellen auf die eine Betrachtungsebene projiziert.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Anzeigeinstruments, wobei die Anzeigeinformation derart durch die Bildquelle verzerrt oder verzerrt ausgegeben wird, dass die Reflektion der Anzeigeinformation an dem optischen Element die Verzerrung der Anzeigeinformation kompensiert. Besonders vorteilhaft ist somit die Darstellung einer unverzerrten Anzeigeinformation mit variabel einstellbarem Einfallswinkel möglich, so dass eine Anpassung des benötigten Bauraums des Anzeigeinstruments realisierbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung passiert die weitere Anzeigeinformation das optische Element ungehindert bzw. im wesentlichen ungehindert, so dass in der Betrachtungsebene eine Überlagerung der Anzeigeinformation mit der weiteren Anzeigeinformation erzeugt wird, wodurch in besonders einfacher Weise eine Darstellung zweier Anzeigeinformationen von zwei Bildquellen auf einer einzigen Betrachtungsebene ermöglicht wird, wobei der benötigte Bauraum des Anzeigeinstruments anpassbar ist.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines erfindungsgemäßen Anzeigeinstruments in einem Fahrzeug und insbesondere im Sichtfeld eines Fahrzeugführers.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Zeichnungen
Es zeigen
1 eine schematische Ansicht eines Anzeigeinstruments gemäß einer nicht erfindungsgemäßen ersten Ausführungsform und
2 eine schematische Seitenansicht eines Anzeigeinstruments gemäß einer erfindungsgemäßen zweiten Ausführungsform.
Figurenbeschreibung
In 1 sind schematisch die Winkellagenverhältnisse bei einem erfindungsgemäßen Anzeigeinstruments 1 gemäß einer beispielhaften nicht erfindungsgemäßen ersten Ausführungsform dargestellt, wobei das Anzeigeinstrument 1 mit eine Bildquelle 2 und ein optisches Element 3 aufweist, wobei die Bildquelle 2 eine Anzeigeinformation 12 auf das optische Element 3 projiziert und das optische Element 3 die projizierte Anzeigeinformation 12 in Richtung einer Betrachtungsebene 4 reflektiert. Die Anzeigeinformation 12 wird zwischen der Bildquelle 2 und dem optischen Element 3 gemäß einer ersten Richtung abgestrahlt und zwischen dem optischen Element 3 und der Betrachtungsebene 4 gemäß einer zweiten Richtung abgestrahlt, wobei die erste Richtung und die zweite Richtung einen spitzen Winkel 12' einschließen, der auch als Reflexionswinkel bezeichnet wird. Bei der ersten Ausführungsform schließt fernereine erste die Anzeigeinformation 12 ausgebende erste Fläche 9 der ersten Bildquelle 2 und eine zweite die Anzeigeinformation 12 reflektierende zweite Fläche 10 des optischen Elements 3 einen Einfallswinkel 8 ein. Der Einfallswinkel 8 ist gemäß der ersten Ausführungsform derart vorgesehen, dass eine Vorverzerrung der Anzeigeinformation 12 durch die Bildquelle 2 derart vorgesehen ist, dass die Vorverzerrung der Anzeigeinformation 12 durch die verzerrende Reflektion an dem optischen Element 3 in Richtung der Betrachtungsebene 4 kompensiert wird. In der Betrachtungsebene 4 wird die Anzeigeinformation 12 folglich unverzerrt dargestellt. Insbesondere wird die Vorverzerrung durch die Bildquelle durchgeführt, wobei innerhalb der Bildquelle eine darinliegende, scheinbare Wiedergabeebene 20 erzeugt wird, welche gegenüber der ersten Fläche 9 der Bildquelle 2 gekippt ist. Die Bildquelle 2 erzeugt also in direkter Betrachtung eine räumliche Wirkung der Anzeigeinformation 12. Der Einfallswinkel 8 des Anzeigeinstruments gemäß der ersten Ausführungsform beträgt bevorzugt 70 bis 75 Grad.
In 2 ist eine schematische Seitenansicht eines Anzeigeinstruments 1 gemäß einer erfindungsgemäßen zweiten Ausführungsform dargestellt, wobei die zweite Ausführungsform im wesentlichen gegenüber der ersten Ausführungsform identisch ist, zusätzlich jedoch eine weitere Bildquelle 5 aufweist, welche im Wesentlichen parallel zur Betrachtungsebene 4 orientiert ist und eine weitere Anzeigeinformation 13 auf die Betrachtungsebene 4 projiziert, wobei das optische Element 3 zwischen der weiteren Bildquelle 5 und der Betrachtungsebene 4 angeordnet ist. Das optische Element 3 ist halbdurchlässig, so dass die Anzeigeinformation 12 auf die Betrachtungsebene 4 reflektiert wird, während die weitere Anzeigeinformation 13 das optische Element 3 im Wesentlichen ungehindert durchläuft. In der Betrachtungsebene 4 ist eine Überlagerung der Anzeigeinformation 12 und der weiteren Anzeigeinformation 13 dargestellt. Beispielhaft ist zur Vorverzerrung der Anzeigeinformation 12 durch die Bildquelle 2 eine Vorverzerrungsebene 21 dargestellt, welche eine die Umlenkung der Anzeigeinformation 12 zur Herstellung einer räumlichen Vorverzerrung bewirkende Prismen- oder Lamellenmikrostruktur aufweist.

1: Anzeigeinstrument
2: Bildquelle
3: Optisches Element
4: Betrachtungsebene
5: Weitere Bildquelle
8: Einfallswinkel
9: Erste Fläche
10: Zweite Fläche
12: Anzeigeinformation
12': spitzer Winkel
13: Weitere Anzeigeinformation
20: Scheinbare Wiedergabeebene
21: Vorverzerrungsebene

Claims

Anzeigeinstrument (1) mit wenigstens einer Bildquelle (2) und einem optischen Element (3), wobei die Bildquelle (2) eine Anzeigeinformation (12) auf das optische Element (3) gemäß einer ersten Richtung projiziert und das optische Element (3) die projizierte Anzeigeinformation (12) in eine zweite Richtung zu einer Betrachtungsebene (4) hin reflektiert, wobei die erste Richtung und die zweite Richtung auf der der Bildquelle (2) und der Betrachtungsebene (4) zugewandten Seite des optischen Elements (3) einen spitzen Winkel (12') einschließen, wobei das Anzeigeinstrument (1) eine weitere Bildquelle (5) aufweist, welche parallel zur Betrachtungsebene (4) orientiert ist und eine weitere Anzeigeinformation (13) auf die Betrachtungsebene (4) projiziert, wobei das optische Element (3) zwischen der weiteren Bildquelle (5) und der Betrachtungsebene (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine räumliche Verzerrung einer durch die Bildquelle (2) räumlich verzerrt ausgegebenen Anzeigeinformation (12) durch die Reflexion an dem optischen Element (3) kompensiert wird, so dass die Anzeigeinformation (12) unverzerrt die Betrachtungsebene (4) erreicht, wobei die Bildquelle (2) eine eine räumliche Verzerrung bewirkende Prismenmikrostruktur aufweisende Vorverzerrungsebene (21) aufweist.
Anzeigeinstrument (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Anzeigeinformation (12) erzeugende Bildquelle (2) eine die Anzeigeinformation (12) ausgebende erste Fläche (9) aufweist, wobei eine Flächennormale der ersten Fläche (9) spitzwinklig zur ersten Richtung verläuft.
Anzeigeinstrument (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der spitze Winkel (12') eine Größe von 50° bis 85° aufweist.
Anzeigeinstrument (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (3) ein halbdurchlässiges optisches Element derart umfasst, dass die Anzeigeinformation (12) auf die Betrachtungsebene (4) reflektiert und die weitere Anzeigeinformation (13) das optische Element (3) durchläuft.