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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Monitorsystem für ein Fahrzeug. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Monitorsystem zum Ersatz eines Außenspiegels des Fahrzeugs.
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Ein Fahrzeug umfasst einen Außenspiegel, um einen Fahrer über Ereignisse zu informieren, die seitlich hinter dem Fahrzeug liegen. Der Außenspiegel kann durch ein Monitorsystem ersetzt werden, das eine Kamera und einen Bildschirm umfasst. Die Kamera ist an einer Außenseite des Fahrzeugs angebracht und der Bildschirm in einem Innenraum. Dadurch ergeben sich zusätzliche Gestaltungsfreiräume bei der Platzierung der Kamera; außerdem können Funktionen wie ein Blendschutz oder eine Kontrastanreicherung implementiert werden.
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Für die Platzierung des Bildschirms sind zahlreiche Restriktionen zu beachten, die von baulichen Gegebenheiten des Fahrzeugs, der Platzierung anderer Bedien- oder Anzeigeelemente oder rechtlichen Vorgaben herrühren können. Die Platzierung der Kamera kann zwar unabhängig von der Platzierung des Monitors durchgeführt werden, jedoch sind auch hier zahlreiche Vorgaben zu beachten. Beispielsweise soll die Kamera außerhalb eines von Spritzwasser umspülten Bereichs liegen, eine gute Einsicht in den seitlich hinter dem Fahrzeug liegenden Bereich ermöglichen und aerodynamisch günstig platziert sein.
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Im Ergebnis können Kamera und Bildschirm derart zueinander platziert sein, dass es für einen Fahrer schwierig ist, ein mittels des Bildschirms wiedergegebenes Bild der Kamera bezüglich Lage und Perspektive korrekt auf das Fahrzeug zu beziehen. Beispielsweise kann ein von hinten herannahendes anderes Fahrzeug bezüglich seiner Distanz oder seiner Geschwindigkeit falsch eingeschätzt werden. Beim Rangieren des Fahrzeugs kann eine Lage oder ein Abstand zu einem Hindernis missinterpretiert werden. Eine Unfallgefahr kann gesteigert sein.
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Eine der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht daher in der Angabe eines verbesserten Monitorsystems für ein Fahrzeug. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Monitorsystem für ein Fahrzeug eine außen am Fahrzeug anzubringende Kamera; eine in einem Innenraum des Fahrzeugs angebrachte Anzeigevorrichtung; und eine Steuervorrichtung zur Darstellung eines mittels der Kamera abgetasteten Bilds auf der Anzeigevorrichtung. Dabei umfasst die Anzeigevorrichtung einen Bildschirm und ein Reflexionselement, um für eine Person an Bord des Fahrzeugs ein Bild darzustellen, das an einer Stelle erscheint, die eine optische Achse der Kamera schneidet.
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Die Person kann insbesondere einen Fahrer des Fahrzeugs betreffen und die Kamera ist bevorzugt dazu eingerichtet, einen seitlich hinter dem Fahrzeug liegenden Bereich abzutasten. Die Kamera wird üblicherweise auf einer linken oder rechten Außenseite des Fahrzeugs platziert. In Längsrichtung des Fahrzeugs liegt die Kamera bevorzugt vor dem Kopf der Person. Die optische Achse der Kamera entspricht der optischen Achse eines von ihr verwendeten Linsensystems und kann durch die Kamera in Fahrtrichtung vorne verlängert werden. Befindet sich die Kamera links am Fahrzeug, so ist die Anzeigevorrichtung bevorzugt dazu eingerichtet, links von der Person montiert zu werden; befindet sich die Kamera rechts am Fahrzeug, so wird die Anzeigevorrichtung bevorzugt rechts von der Person im Innenraum des Fahrzeugs angebracht.
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Das Reflexionselement kann ein aus der Technik der Head-Up Anzeigen bekannter Combiner sein. Der Combiner ist bevorzugt teiltransparent, sodass er zwei aus unterschiedlichen Richtungen eintreffende Bilder oder Projektionen in einer dritten Richtung übereinanderlegt oder kombiniert. Durch den Einsatz des Reflexionselements kann das durch die Person wahrnehmbare Bild bezüglich seiner Position und der im Bild zu Grunde gelegten Perspektive einheitlich auf die Person wirken. So kann eine ergonomische Situation geschaffen werden, die von einem klassischen Außenspiegel her bekannt ist. Die Person kann ein seitlich hinter dem Fahrzeug liegendes Objekt verbessert intuitiv wahrnehmen und seine Größe, Geschwindigkeit und Lage bezüglich des Fahrzeugs verbessert einschätzen.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass das Reflexionselement derart ausgebildet und angeordnet ist, dass ein Abstand einer Bildebene des Bilds von der Person größer ist als ein Abstand zwischen der Person und dem Reflexionselement. Die Lage und Entfernung der Bildebene ist durch optische Eigenschaften des Reflexionselements oder anderer Elemente bestimmt, die an der Projektion des Bilds für die Person teilnehmen. Auf diese Weise kann das Bild weiter von der Person entfernt zu sein scheinen als ein Abstand zwischen der Person und dem Reflexionselement beträgt. Der scheinbare Abstand zwischen der Person und dem Bild wird auch als virtueller Abstand bezeichnet. Befindet sich die Person auf einer linken Seite des Fahrzeugs, so kann der virtuelle Abstand zum Bild eines linken Monitorsystems ca. 1,10 bis 1,40 Meter betragen. Der virtuelle Abstand zu einem Bild eines rechten Kamerasystems kann ca. 1,80 bis 2 Meter betragen.
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Durch den vergrößerten virtuellen Abstand kann die Person verbessert ein Umfeld des Fahrzeugs direkt durch eine Scheibe betrachten und mittels des Bildes dargebotene Informationen wahrnehmen. Ein Wechsel zwischen der Betrachtung eines entfernten Objekts und des bereitgestellten Bildes kann eine Akkommodation der Augen der Person nicht erfordern. Dadurch kann eine Reaktionszeit auf dargebotene Informationen deutlich verkürzt werden. In Experimenten wurde eine Beschleunigung um ca. 0,9 Sekunden nachgewiesen.
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Der Bildschirm des Monitorsystems liegt bevorzugt außerhalb einer direkten Verbindung der Person mit der Kamera. Die beschriebene, auf die Position und die Perspektive der Kamera angepasste Darstellung des Bildes für die Person kann erfindungsgemäß realisiert werden, ohne dass der Bildschirm für die Person mit der Kamera fluchtet. Die Anzeigevorrichtung kann dadurch verbessert im Fahrzeug platziert werden. Insbesondere in einem Fahrzeug mit vielen Restriktionen bezüglich der Platzierung der Anzeigevorrichtung kann so ein verbessertes Monitorsystem bereitgestellt werden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass das Reflexionselement gekrümmt ist. Die Krümmung kann insbesondere konkav aus einer Richtung des Bildschirms sein. Dadurch kann der Effekt des virtuell von der Person bzw. dem Anzeigesystem entfernten Bildes realisiert werden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass das Reflexionselement asphärisch gekrümmt ist. Die asphärische Krümmung kann bewirken, dass eine Bildachse des für die Person wahrnehmbaren Bildes seitlich versetzt ist. Die Geometrie des Reflexionselements kann mittels Raytracing bestimmt werden. Dazu können reale und gewünschte Strahlengänge mittels eines Computerprogramms simuliert werden, insbesondere mittels Methoden des Raytracing, und die Form des Reflexionselements kann derart bestimmt werden, dass eine gewünschte seitliche Versetzung und/oder vergrößerte virtuelle Entfernung des Bildes entsteht.
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Sowohl die vergrößerte virtuelle Entfernung als auch der seitliche Versatz des Bildes können teilweise oder vollständig auch durch die Steuervorrichtung realisiert werden. Beispielsweise kann eine geometrische Verzerrung nach Art eines Kissen- oder Tonneneffekts auf eine mittels der Kamera durchgeführte Abtastung angewendet und auf dem Bildschirm ausgegeben werden. Das Reflexionselement muss dann nicht mehr entsprechend geformt sein, um diese Verzerrung durchzuführen. So können einer oder beide der beschriebenen Effekte jeweils teilweise oder vollständig durch Programmcode ersetzt werden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass ein Zentrum des für die Person wahrnehmbaren Bilds auf der optischen Achse der Kamera liegt. Dadurch kann sich die Person optimal bezüglich des dargestellten Bildes selbst verorten und eine Bildausrichtung intuitiv erfassen.
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In einer Ausführungsform liegt das Bild in Längsrichtung einer optischen Achse der Kamera zwischen einer optischen Linse und einer Abtastebene. Die optische Linse kann ein am weitesten entgegen der Fahrtrichtung des Fahrzeugs liegendes refraktives Element umfassen. In der Abtastebene kann ein optischer Sensor der Kamera liegen. Sollte die optische Achse der Kamera nicht gerade verlaufen, beispielsweise weil ein Spiegel oder ein Prisma im Strahlengang liegt, sind entsprechende Längenverhältnisse anzunehmen, wenn die Achse gerade verliefe.
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Das durch die Person wahrnehmbare virtuelle Bild schneidet dabei bevorzugt die optische Achse. Ein Abstand des virtuellen Bilds von der Kamera kann auf diese Weise minimiert sein, sodass Perspektiven des wahrgenommenen Bilds und des dargestellten Bildinhalts verbessert miteinander übereinstimmen können.
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In einer weiteren Ausführungsform liegt schneidet das Bild einen Brennpunkt der Kamera. Der Brennpunkt der Kamera kann einem Brennpunkt eines Linsensystems der Kamera entsprechen. Das Reflexionselement, der Bildschirm oder die gesamte Anzeigevorrichtung können in vorbestimmten Grenzen schwenkbar ausgeführt sein, um an unterschiedlich große Personen angepasst zu werden.
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In noch einer weiter bevorzugten Ausführungsform liegt im Strahlengang zwischen dem Bildschirm und dem Reflexionselement ein weiteres Reflexionselement. Dadurch kann ein optischer Abstand zwischen dem Bildschirm und dem Reflexionselement vergrößert werden, ohne Abmessungen der Anzeigevorrichtung zu vergrößern. Die Anzeigevorrichtung kann kompakt sein und unauffällig an einer vorteilhaften Stelle im Innenraum des Fahrzeugs positioniert werden.
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Für die Anordnung des Bildschirms und der beiden Reflexionselemente sind mehrere Konstellationen denkbar.
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In einer ersten Variante liegt der Bildschirm unterhalb des Reflexionselements und das weitere Reflexionselement liegt entgegen der Fahrtrichtung des Fahrzeugs zum Bildschirm versetzt. So kann der Strahlengang vom Bildschirm entgegen der Fahrtrichtung auf das weitere Reflexionselement und von dort in Fahrtrichtung auf das Reflexionselement und weiter entgegen der Fahrtrichtung zur Person verlaufen. Der Strahlengang im Bereich der Anzeigevorrichtung kann somit, aus einer Perspektive von seitlich des Fahrzeugs, Z- oder S-förmig verlaufen. Die Anordnung des Bildschirms kann vorteilhaft bezüglich eines elektrischen Anschlusses oder der Ableitung von Wärme vom Bildschirm sein.
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In einer zweiten Variante liegt der Bildschirm oberhalb des Reflexionselements und das weitere Reflexionselement unterhalb des Reflexionselements. Der Strahlengang kann vom Bildschirm vertikal nach unten auf das weitere Reflexionselement, von dort in Fahrtrichtung auf das Reflexionselement und weiter entgegen der Fahrtrichtung zur Person verlaufen. In dieser Variante können der Bildschirm und die beiden Reflexionselemente im Wesentlichen aneinander angrenzen, sodass sie leichter aneinander befestigt und als separat handhabbare Einheit ausgeführt werden können.
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Weitere Anordnungen mit zwei Reflexionselementen sind ebenfalls denkbar, beispielsweise auch solche, bei denen der Bildschirm seitlich zu einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs auf das weitere Reflexionselement strahlt.
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Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Fahrzeug ein hierin beschriebenes Monitorsystem. Besonders bevorzugt sind an dem Fahrzeug zwei Monitorsysteme vorgesehen, von denen eines zur Überwachung eines links hinter dem Fahrzeug befindlichen Bereichs und eines zur Überwachung eines rechts hinter dem Fahrzeug liegenden Bereichs eingerichtet ist.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genauer beschrieben, in denen:
- 1 ein Monitorsystem an einem Fahrzeug in einer ersten Ausführungsform;
- 2 das Monitorsystem von 1 in einer anderen Perspektive; und
- 3 ein Monitorsystem an einem Fahrzeug in einer zweiten Ausführungsform
illustriert.
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1 zeigt ein Monitorsystem 100 an einem Fahrzeug 105 in einer ersten Ausführungsform, die einer oben beschriebenen ersten Variante entsprechen kann. Das Fahrzeug 105 umfasst bevorzugt ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Kraftrad, einen Personenkraftwagen, einen Lastkraftwagen oder einen Bus. An Bord des Fahrzeugs 105 befindet sich üblicherweise eine Person 110, die als Fahrer dazu vorgesehen sein kann, das Fahrzeug 105 zu steuern.
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In der dargestellten Ausführungsform befindet sich die Person 110 auf einem vorderen linken Platz des Fahrzeugs 105 und das Monitorsystem 100 ist dazu eingerichtet, der Person 110 den Einblick in einen links hinter dem Fahrzeug 105 liegenden Bereich zu ermöglichen. Ein entsprechendes Monitorsystem 100 für die rechte Seite kann ebenfalls vorgesehen sein.
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Das Monitorsystem 100 umfasst eine Kamera 115, eine Anzeigevorrichtung 120 und eine Steuervorrichtung 125. Die Kamera 115 ist an einer Außenseite des Fahrzeugs 105 angebracht. Üblicherweise umfasst das Fahrzeug 105 eine Frontscheibe, die seitlich durch eine Fahrzeugsäule begrenzt ist. Die Kamera 115 ist üblicherweise im Bereich eines unteren Endes der Fahrzeugsäule angeordnet. Dabei befindet sich die Kamera 115 bevorzugt an einer Seitenfläche des Fahrzeugs 105. Eine Höhe über einem Untergrund oder eine Längsposition der Kamera 115 können an einem konkreten Fahrzeug 105 nach vorliegenden Gegebenheiten passend gewählt sein.
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Die Steuervorrichtung 125 ist dazu eingerichtet, eine mittels der Kamera 115 bereitgestellte Abtastung des Umfelds des Fahrzeugs 105 an die Anzeigevorrichtung 120 zur Darstellung für die Person 110 weiterzuleiten. Dabei können Anpassungen vorgenommen werden. Beispielsweise können zusätzliche Informationen eingeblendet werden oder die Abtastung kann geometrisch angepasst werden. Ein Farbbereich kann verändert werden oder eine Falschfarbendarstellung kann unterstützt werden.
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Die Anzeigevorrichtung 120 umfasst einen Monitor 130, ein erstes Reflexionselement 135 und ein zweites Reflexionselement 140.
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Der Monitor 130 ist dazu eingerichtet, ein zweidimensionales Bild bereitzustellen, das üblicherweise aus einer Matrix von Bildelementen besteht. Die Bildelemente sind selbstleuchtend und können beispielsweise auf der Basis von LCD, LED, Mikro-LED oder OLED realisiert sein. Die Reflexionselemente 135 und 140 können jeweils nach Art von Spiegeln, insbesondere Oberflächenspiegeln, hergestellt sein. Im Strahlengang zwischen dem Monitor 130 und der Person 110 kann ein Kollimator angeordnet sein oder eines der Reflexionselemente 135, 140 kann einen Kollimator bilden.
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Dabei ist besonders bevorzugt, dass zumindest das erste Reflexionselement 135 gekrümmt ist, und zwar weiter bevorzugt asphärisch, wie noch genauer beschrieben wird. Die Anzeigevorrichtung 120 oder zumindest eines der Reflexionselemente 135, 140 können in vorbestimmten Bereichen beweglich angebracht sein, um das optische System der Anzeigevorrichtung 120 auf unterschiedliche Positionen oder Proportionen der Person 110 abzustimmen. In einer Ausführungsform kann wenigstens eines der Reflexionselemente 135, 140 in genau zwei vorbestimmten Stellungen verbracht werden.
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Der Bildschirm 130 stellt ein Bild 145 bereit, welches optional am zweiten Reflexionselement 140 und weiter am ersten Reflexionselement 135 reflektiert wird, um in das Auge der Person 110 zu treffen. Für die Person 110 scheint das solchermaßen dargestellte Bild 145 in der Richtung des ersten Reflexionselements 135 zu liegen.
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Aufgrund dessen gekrümmter Form erscheint der Person 110 das Bild 145 in einer größeren Entfernung zu sein als zwischen ihr und dem ersten Reflexionselement 135 liegt. Insbesondere ist das erste Reflexionselement 135 derart geformt, dass das Bild 145 außerhalb des Fahrzeugs 105 zu liegen scheint.
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Das für die Person 110 wahrnehmbare Bild 145 ist außerdem durch die Krümmung oder Wölbung des ersten Reflexionselements 135 bevorzugt seitlich oder in Höhenrichtung versetzt. Ein geometrischer Mittelpunkt des Bildes 145 liegt bevorzug auf einer optischen Achse 150 der Kamera 115. Insbesondere ist bevorzugt, dass ein Mittelpunkt des Bildes 145 die optische Achse 150 der Kamera 115 schneidet.
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2 zeigt das Monitorsystem 100 von 1 in einer anderen Perspektive. Dabei sind vom Monitorsystem 100 nur ausgewählte Elemente eingezeichnet.
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Es ist zu erkennen, wie das Bild 145 für die Person 110 hinter dem ersten Reflexionselement 135 zu schweben scheint.
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3 zeigt ein Monitorsystem 100 an einem Fahrzeug 105 in einer zweiten Ausführungsform, die einer oben beschriebenen zweiten Variante entsprechen kann. Auch hier sind vom Monitorsystem 100 nur ausgewählte Elemente dargestellt. Im Vordergrund ist eine erste Anzeigevorrichtung 120 dargestellt, die zu einem linken Monitorsystem 100 gehört; weiter rechts ist eine rechte Anzeigevorrichtung 120 zu sehen, die von einem rechten Monitorsystem 100 umfasst sein kann.
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In der vorliegenden Ausführungsform liegt der Monitor 130 oberhalb des ersten Reflexionselements 135 und strahlt vertikal nach unten. Unterhalb des ersten Reflexionselements 135 und in vertikaler Richtung geneigt liegt das zweite Reflexionselement 140, das eine Umlenkung des bereitgestellten Bildes auf das erste Reflexionselement 135 durchführt.
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Das erste Reflexionselement 135 reflektiert das Bild erneut in Richtung der Person 110. Krümmungen, insbesondere asphärischer Form, des ersten und/oder zweiten Reflexionselements 135, 140 bewirken eine Vergrößerung eines virtuellen Abstands zwischen der Person 110 und einem durch die Person 110 wahrnehmbaren Bild 145 über die Entfernung der Anzeigevorrichtung 120 von der Person 110 hinaus. So kann eine das Bild 145 wahrnehmende Person 110 den Eindruck eines außerhalb des Fahrzeugs 105 schwebenden Bilds 145 haben. Dieser Eindruck kann besonders überzeugend sein, wenn das Bild 145 für die Person 110 vollständig hinter einer Scheibe, insbesondere einer Seitenscheibe des Fahrzeugs 105, liegt.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Monitorsystem
- 105
- Fahrzeug
- 110
- Person
- 115
- Kamera
- 120
- Anzeigevorrichtung
- 125
- Steuervorrichtung
- 130
- Monitor
- 135
- erstes Reflexionselement, Spiegel
- 140
- zweites Reflexionselement, Spiegel
- 145
- Bild
- 150
- optische Achse der Kamera
