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Stand der Technik
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Kombi-Instrumente
sind handelsübliche Anzeigeinstrumente in Fahrzeugen wie
PKW, LKW, Motorrädern und Luftfahrzeugen, welche durch
Zusammenfügen von Anzeigeinstrumenten wie Tachometer, Drehzahlmesser,
Tankanzeige, Temperaturanzeige und/oder verschiedenen Warnlampen
entstanden sind. Als Anzeigeinstrumente werden dabei in der Regel
Zeigerinstrumente, LC-Displays (LCD) sowie Anzeigeleuchten in verschiedensten
Ausführungen verwandt.
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Im
Fahrzeugbau bekannt geworden sind unter anderem auch Anzeigevorrichtungen
mit Projektionseinheiten in Form von sogenannten Head-up-Displays
(HUD). Beispiele für derartige Anzeigevorrichtungen in
Fahrzeugen werden beschrieben in Druckschriften wie
DE 100 36 570 B4 sowie
DE 38 12 650 A1 .
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Aus
der Druckschrift
EP
0 679 549 B1 ist weiterhin eine sogenannte Combiner-HUD
bekannt. Als Reflexionsfläche wird in diesem Fall ein sogenannter Kombinierer
(Combiner) genutzt, auf den die Abbildung geworfen wird und der
für den Betrachter ein virtuelles Bild erzeugt. Aus dem
Stand der Technik ist auch bekannt, verschiedene Projektions- und
Abbildungsoptiken miteinander in einer gemeinsamen Vorrichtung zu
vereinen. Als Beispiele werden in diesem Kontext die Druckschriften
US 2002/0075200 A1 sowie
US 5,013,135 genannt. Die
erstgenannte US-Druckschrift verbindet hierbei ein HUD mit einer Clusterprojektionsanzeige
in einem gemeinsamen Gehäuse. Die zweit genannte US-Druckschrift
benutzt Fresnel-Linsen als Hilfsmittel zur Abbildung und Projektion.
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Nachteilig
an herkömmlichen HUDs ist, dass zu deren Anbringungen relativ
viel Platz benötigt wird. Bei den in den oben erwähnten
US-Druckschriften genannten Vorrichtungen werden relativ intensive Lichtquellen
benötigt, die außerdem permanent in Betrieb stehen
müs sen, um überhaupt eine Anzeige dem Benutzer
zur Verfügung zu stellen. Nachteilig ist hierbei eine hohe
Wärmeentwicklung.
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Aufgabe und Vorteile der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zur Grunde, ein alternatives Kombi-Instrument
für Fahrzeuge vorzuschlagen, welches den benötigten
Platz zum Einbau in das Fahrzeug vermindert.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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In
den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und
zweckmäßige Ausführungsbeispiele und Weiterbildungen
der Erfindung angegeben.
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Die
Erfindung geht aus von einem Kombi-Instrument, welches dem Betrachter
als Armatur mindestens ein in Direktansicht ablesbares Display und/oder
Zeigerinstrument zur Verfügung stellt. Die Ansteuerung
des Displays und/oder des Zeigerinstruments erfolgt über
eine im Kombi-Instrument integrierte Instrumentenelektronik. Der
Kern der Erfindung liegt nun darin, in das Kombi-Instrument eine zusätzliche
Bilderzeugungseinheit zu integrieren. Das erfindungsgemäße
Kombi-Instrument erzielt dadurch eine ernorme Platzersparnis, da
es als kompaktes Bauteil im Fahrzeug angebracht wird. Dem Benutzer
steht somit eine zusätzliche Anzeigevorrichtung in Form
einer Projektionsanzeigevorrichtung, insbesondere eines Head-up-Displays
zur Verfügung. Insbesondere wird dabei die Bilderzeugungseinheit,
die zuweilen auch als Optical Engine bezeichnet wird, im Kombi-Instrument
untergebracht. In der Regel ist diese Bilderzeugungseinheit als
Projektor ausgebildet. Es kann sich dabei beispielsweise um einen
Laserprojektor, einen Projektor mit TFT-Display, transmittierend
oder als LCoS-Anzeige, mit LED- oder Laserbeleuchtung, oder beispielsweise
auch um einen Projektor mit DMD-Display und LED- oder Laserbeleuchtung
handeln. Je nach Bauart kann die Bilderzeugungseinheit allerdings
auch noch weitere optische Bauteile umfassen, wie z. B. Linsen,
Spiegel, Streuscheiben, Polarisatoren, Lichtventile, Blenden und
so weiter. Durch die bauliche Integration der Bilderzeugungseinheit
in das Kombi-Instrument wird unter anderem ein geringerer Aufwand beim
Einbau ermöglicht. Das Kernstück der HUD und das
gesamte Anzeigeninstrumentarium des Armaturenbretts können
somit in einem einzigen Bauteil untergebracht und ggf. auch ausgetauscht
werden. Vorteilhafterweise wird der benötigte Bauraum für
die Bilderzeugungseinheit durch das Kombi-Instrument zur Verfügung
gestellt. Gleichzeitig wird dem Benutzer, dem Fahrer bzw. dem Piloten
neben einem HUD eine klassische Armaturenanzeige, welche Zeigerinstrumente,
LC-Displays oder Lämpchen umfasst, geboten. Zusätzlich
zur Platzeinsparung können hierbei vorteilhafterweise verschiedene
Elektronik baugruppen gemeinsam vom klassischen Anzeigeinstrumentarium
des Kombi-Instruments sowie von der Bilderzeugungseinheit genutzt
werden. Denkbar sind hierfür beispielsweise eine gemeinsame
Spannungsversorgung, ein gemeinsamer Überspannungs- und
Verpolschutz, ein gemeinsamer Spannungsregler, gemeinsame Schnittstellen
zur Fahrzeugelektrik, z. B. CAN-Bus, Flexray, MOST etc., gemeinsame
Mikrocontroller zur Steuerung der Geräte, gemeinsame Grafik-Controller-Funktionalität
usw. Vorteilhalterweise wird durch eine derartige Nutzung gemeinsamer Elektronikbaugruppen
durch HUD und Kombi-Instrument auch eine Kostenersparnis ermöglicht.
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Die
Erfindung beschränkt sich dabei keineswegs darauf, dass
sämtliche Teile der Projektionsanzeigevorrichtung, insbesondere
HUD, im Kombi-Instrument integriert sind. Zumindest ist eine Bilderzeugungseinheit,
die wenigstens einen Projektor umfasst, in das Kombiinstrument integriert.
Es kann z. B. vorteilhaft sein, etwaige Streuscheiben, Umlenkspiegel
etc. außerhalb des Kombi-Instrumentes anzubringen. Dies
ist beispielsweise bei einem weiter unten beschriebenen Ausführungsbeispiel
der Fall, wenn eine Verlängerung des Projektionsstrahlenganges über
einen beispielsweise am Dach angebrachten Umlenkspiegel benötigt
wird oder eventuell auch wenn etwa eine Streuscheibe direkt am Fuß der Windschutzscheibe
bzw. an der Instrumententafel angebracht werden soll.
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Bei
einem bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
wird die Bilderzeugungseinheit aus Sicht des Fahrers bzw. Piloten
hinter der Instrumentenelektronik angebracht. Somit ist vorteilhafterweise
trotz der Integration in das gemeinsame Kombi-Instrument dennoch
eine bauliche Trennung der beiden Einheiten gewährleistet,
was beispielsweise bei der Wärmeabfuhr durch Kühlung
von Vorteil sein kann. Aber auch baulich wird somit bei einer etwaigen
Reparatur ein besserer Zugang ermöglicht.
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Entsprechend
umfasst eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung eine Kühlungsvorrichtung zur
zumindest bereichsweisen Kühlung der Bilderzeugungseinheit.
Je nach verwendeter Lichtquelle der Bilderzeugungseinheit kann die
produzierte Abwärme unterschiedlich groß sein.
Um eine eventuelle Herabsetzung des Wirkungsgrades der Elektronik bzw.
eine Beschädigung der Elektronik zu vermeiden, wird daher
bevorzugt eine Kühlungsvorrichtung vorgesehen, welche beispielsweise
am Gehäuse des Kombi-Instruments, eventuell in Fahrtrichtung,
angebracht werden kann und beispielsweise als Kühlkörper,
z. B. Aluminiumkühlkörper mit Kühlrippen, und/oder
als thermoelektronische Kühlung, z. B. als wenigstens ein
Peltier-Element ausgebildet sein kann. Insgesamt ist die produzierte
Wärme jedoch geringer als bei Instrumenten, welche ausschließlich Projektionsanzeigen
verwenden.
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Zur
Projektion des Bildes wird eine Projektionsfläche benötigt.
In der Regel ist dabei eine direkte Projektion an die durchsichtige
Windschutzscheibe nicht möglich. Das an die Windschutzscheibe
geworfene Bild wird zuvor auf eine Streuscheibe, welche ein reelles
Zwischenbild erzeugt, geworfen. Derartige Streuscheiben können
sowohl transmittierend als auch reflektierend ausgebildet sein.
Denkbar ist daher ein Ausführungsbeispiel, bei dem eine
derartige Streuscheibe bereits in das Kombi-Instrument integriert
ist.
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Wie
bereits oben erwähnt ist es denkbar, neben der Bilderzeugungseinheit,
die im Kombi-Instrument integriert ist, auch weitere optische Element, beispielsweise
im Fahrgastraum an anderer Stelle unterzubringen. Bevorzugt wird
dabei eine Weiterbildung der Erfindung, bei welcher der Weg des
Projektionsstrahlenganges vergrößert und somit
auch eine deutlichere Vergrößerung des Bildes
ermöglicht wird. Denkbar ist hierzu die Anbringung eines
Umlenkspiegels am Fahrzeugdach und/oder im oberen Bereich der Windschutzscheibe,
wie beispielsweise auch am Innenspiegel, an dem das Licht reflektiert
und weitergeleitet werden kann. Es ist ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung denkbar, bei dem das Licht anschließend auf eine
Streuscheibe gelangt und von dort aus auf die Windschutzscheibe
geworfen wird.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass wenigstens
einer der verwendeten Umlenkspiegel vom Benutzer justierbar ist.
Denkbar ist dabei beispielsweise eine rein mechanische Justierung
durch den Benutzer oder eine Vorrichtung, welche elektrisch gesteuert
wird.
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Wie
bereits beschrieben besteht generell die Möglichkeit der
Freiraumprojektion, bei der die Windschutzscheibe als Reflexionsfläche
genutzt wird und das Licht in der Regel über eine Streuscheibe
auf die Windschutzscheibe geworfen wird. Eine derartige Streuscheibe
kann beispielsweise transmittierend oder reflektierend ausgebildet
sein. Daher besteht eine denkbare Ausführungsvariante der
Erfindung darin, eine derartige Freiraumprojektion mit Hilfe der Windschutzscheibe
als Reflexionsfläche einzusetzen.
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Als
vorteilhafte Weiterbildung ist es aber auch denkbar, wenigstens
einen Kombinierer vorzusehen, welcher als Reflexionsfläche
dient. Auch hier kann eine Streuscheibe zur Erzeugung eines reellen Zwischenbildes,
das schließlich auf die Reflexionsfläche geworfen
wird, vorteilhaft sein. Eine bevorzugte Gestaltung dieser erfindungsgemäßen
Weiterbildung kann eine Anbringung eines Kombinierers am Kombi-Instrument
vorsehen. Denkbar ist aber auch, einen Kombinierer getrennt vom
Kombi-Instrument anzubringen, beispielsweise an der Instrumententafel oder
einer externen Anzeigebaugruppe.
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Als
Kern der Erfindung ist allen Ausführungsbeispielen und
Weiterbildungen der Erfindungen gemein, dass eine Bilderzeugungseinheit
zur Erzeugung eines Bildes über einen Strahlengang für
eine Projektionsanzeigervorrichtung im Kombi-Instrument integriert
ist.
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Mehrere
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt und werden nachstehend unter Angabe weiterer Vorteile
und Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:
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1:
eine schematische, teiltransparente Seitenansicht durch ein Fahrzeug
samt Kombi-Instrument mit Bilderzeugungseinheit zur Freiraumprojektion
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2:
einen schematischen Aufbau mit Seitenansicht des Kombi-Instruments
aus 1 einschließlich Instrumententafel
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3:
ein Fahrzeug samt Kombi-Instrument mit integrierter Bilderzeugungseinheit
für eine Projektion mittels Kombinierer in einer zu 1 vergleichbaren
Ansicht
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4:
einen schematischen Aufbau mit Seitenansicht eines Kombi-Instruments
mit integrierter Bilderzeugungseinheit und Kombinierer.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist
der prinzipielle Aufbau eines Head-up-Displays zu sehen, bei welchem
die Bilderzeugungseinheit 2 in das Kombi-Instrument 1 integriert
ist. Das Kombi-Instrument 1 ist in einem Fahrzeug 12 angebracht.
Das ausgestrahlte Licht 10 der Bilderzeugungseinheit 2 wird
auf einen Umlenkspiegel 3, der am Dach angebracht ist,
gelenkt und von diesem reflektiert. Das Licht gelangt anschließend auf
eine Streuscheibe 4 und wird auf die Windschutzscheibe 5 geworfen.
Vom Fahrer 13 aus gesehen entsteht hinter der Windschutzscheibe 5 ein
virtuelles Bild 6. Es handelt sich hierbei um eine Ausführungsvariante
unter Verwendung der Freiraumprojektion mit der Streuscheibe 4 als
Projektionsfläche und der Windschutzscheibe 5 als
Reflexionsfläche. In 2 ist der
prinzipielle Aufbau des Kombi-Instrumentes 1 samt der Instrumententafel 7 für
eine Freiraumprojektion zu sehen. Die Streuscheibe 4 ist
in der Instrumententafel angebracht. Das Kombi-Instrument 1 umfasst
Zeigerinstrumente, wobei ein Zeiger 11 im Aufbauschema
zu sehen ist. Hinter dem Zeigerinstrument des Kombi-Instruments
mit schematisch angebrachtem Zeiger 11 ist die Bilderzeugungseinheit
angebracht.
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3 zeigt
eine zu 1 vergleichbare Ansicht eines Fahrzeug mit einem
Kombi-Instrument 1 mit integrierter Bilderzeugungseinheit 2 sowie
einem daran angebrachten Kombinierer 8, welcher für
den Betrachter ein virtuelles Bild 6 erzeugt. Ein vergrößertes
Aufbauschema des Kombi-Instrumentes 1 einschließlich
Kombinierer 8 ist in 4 dargestellt. Auch
hier besitzt das Kombi-Instrument 1 Zeigerinstrumente,
hier dargestellt durch den Zeiger 11, und eine aus Sicht
des Fahrers dahinter angebrachte Bilderzeugungseinheit 2,
welche sich ebenfalls hinter der Elektronik 9 befindet.
Das von der Bilderzeugungseinheit 2 ausgestrahlte Licht 10 gelangt
auf eine Streuscheibe 4, welche transmittierend ausgebildet
ist. Von dort wird der Strahlengang über einen Umlenkspiegel 3 auf
einen Kombinierer 8 gelängt. Die 3 und 4 zeigen,
wie eine Kombinier-HUD vollständig im Kombi-Instrument 1 integriert
werden kann. Dieses äußerst kompakte Kombi-Instrument 1 ermöglicht
eine hohe Platzersparnis.
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Auch
in dem Ausführungsbeispiel, welches in 1 und 2 dargestellt
ist, ist die Bilderzeugungseinheit 2 in das Kombi-Instrument
integriert. Lediglich ein Umlenkspiegel 3 sowie die Streuscheibe 4 sind
außerhalb des Kombi-Instruments 1 angebracht.
Aber auch hier ergibt sich vorteilhafterweise eine enorme Platzersparnis,
da Streuscheibe 4 und Umlenkspiegel 3 ohne störenden
Einfluss in der Nähe der Windschutzscheibe 5 montiert
werden können, während die Bilderzeugungseinheit 2 für
den Fahrer unsichtbar im Kombi-Instrument 1 verborgen bleibt.
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Die
dargestellten kompakten Ausführungsvarianten der Erfindung
ermöglich einen einfachen Ein- und Ausbau im jeweiligen
Fahrzeug sowie eine platzsparenden Unterbringung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10036570
B4 [0002]
- - DE 3812650 A1 [0002]
- - EP 0679549 B1 [0003]
- - US 2002/0075200 A1 [0003]
- - US 5013135 [0003]