DE2263687A1

DE2263687A1 - Optisches beobachtungssystem

Info

Publication number: DE2263687A1
Application number: DE2263687A
Authority: DE
Inventors: William Wayne Toy
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-01-05
Filing date: 1972-12-27
Publication date: 1973-07-19
Also published as: DE2263687B2; CH567950A5; US3784288A; ES409838A1; BE793707A; CA973741A; JPS4879652A; BR7300078D0; NL7216835A; FR2167646B1; ZA728866B; FR2167646A1; JPS566891B2; AR197482A1; SE393058B; GB1414192A; IT974344B; DE2263687C3

Description

Patentanwalt

7 Stuttgart 80 IVaihmgen)

Woldburgstraße 48

17.12.72

Williarn ¥. TQy

459 Henley Drive

City of Bloomfield Hills

Michigan, U. S. A.

Optisches Beobachtungssystem

Die Erfindung betrifft ein. Beobachtungssystem, vorzugsweise ein nach rückwärts gerichtetes System oberhalb und vor einem Fahrer zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug oder dergleichen.

Im Inneren und seitlich außerhalb von gegenwärtigen Kraftfahrzeugen angebrachte Spiegel werfen verschiedene Entwurfsprobleme auf und weisen ihnen innenwohnende Nachteile hinsichtlich Sicherheit und sonstiger Nachteile auf. Eine Hauptschwierigkeit hinsichtlich des Entwurfs solcher Spiegel ist die Not-

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wendigkeit, daß der geradlinige Pfad von dem Beobachter zum Spiegel und vom Spiegel zu dem Objekt nicht behindert sein darf. Eine teilweise Behinderung dieses Pfades, wie er beispielsweise verursacht ist von dem Aufbau des Kraftfahrzeugs, erzeugt blinde Punkte, die nicht selten äußerst gefährlich sind. Darüberhinaus verdecken solche Spiegel das nach vorne gerichtete Gesichtsfeld des Fahrers; auch kann das in dem Spiegel reflektierte Bild den vorderen blinden Punkt maskieren bzw. verdecken, was ebenfalls zu gefährlichen Situationen, insbesondere im Hinblick auf Fußgänger, führen kann. Ferner erzeugen die gegenwärtigen Spiegel lediglich ein relativ kleines Blickfeld der rückwärtigen Szene und lassen auf beiden Seiten blinde Flecken übrig.

In den früheren Jahren des Autoniobilbaus* bei nur geringem Verkehr waren die Kraftfahrzeuge von entsprechender Höhe und schachtelähnlich geformt und verwendeten zentral montierte Spiegel. In diesem Falle konnte ein Spiegel relativ groß sein und in einer hohen Position montiert sein, so daß viele der soeben erwähnten Schwierigkeiten vermieden wurden. Neuere Kraftfahrzeuge weisen jedoch niedrige Dachverläufe auf, um auf diese Weise tiefe Schwerpunkte und kleinere Frontflächen zu erzielen, was auch die Abmessungen des Rückfensters entsprechend niedriger und kleiner macht. Die im Inneren des Wagens montierten Rückspiegel mußten daher wesentlich tiefer plaziert werden, was dann die weiter vorn schon erwähnten Nachteile bewirkt. Eine Vergrößerung dieser Spiegel zur Erzielung eines größeren Gesichtsfeldes ist aufgrund der Behinderung des vor-

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deren Gesichtsfeldes unpraktisch, auch hinsichtlich der auf diese Weise erzeugten, vergrößerten Gefahr. Darüberhinaus sind auch innen angebrachte Spiegel im Falle eines Unfalles unter Umständen äußerst gefährlich. -

Versuche, diese Probleme zu lösen, sind schon in vielfältiger Form vorgenommen worden. So sind beispielsweise konvexe Spiegel verwendet worden, die jedoch nicht nur das Bild verzerren, sondern auch eine ihrerseits wieder gefährliche uiiö. unrealistische Tiefenwahrnehmung erzeugen. Zusätzliche Seitenspiegel können weiterhin das vordere Gesichtsfeld behindern und machen es nötig, daß der Beobachter seinen Blick ständig zwischen zwei oder mehr Spiegeln schweifen läßt, was ihn von dem vor ihm auftretenden Geschehen ablenkt. Seitenspiegel der heutzutage verwendeten Größe erzeugen im wesentlichen ein monokulares, d.h. einäugiges Sehen und beseitigen auf diese Weise die notwendige Tiefenwahrnehmung. Darüberhinaus haben solche seitlichen und das Licht von hinteren Kraftfahrzeugen nachts reflektierende Spiegel einen beträchtlichen Blendeffekt. Andere Nachteile dieser Seitenspiegel sind darin zu sehen, daß sie von der Fensterstruktur verdeckt sein können; sind sie relativ nahe am Erdboden angebracht, dann verschmutzen sie leicht bei schlechtem Wetter und bei dem von den Kraftfahrzeugrädern herrührenden Sprühnebel, auch bilden sie im Falle eines Unfalles ein Sicherheitsrisiko.

Seit kurzem ist erkannt worden, daß über dem Kopf angebrachte, sogenannte periskopische Spiegel am ehesten geeignet sind,

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eine Lösung dieser Probleme zu erbringen. Die meisten dieser vorgeschlagenen Konstruktionen ziehen jedoch ihrerseits wieder eine beträchtliche Anzahl von Problemen nach sich. Beispielsweise muß, da ein Zweispiegelsystem das rückwärtige Bild invertiert, ein dritter, das Bild korrigierender Spiegel hinzugefügt werden. Da jedoch die Spiegel so lokalisiert werden müssen, daß immer der eine daran gehindert ist, die Sichtlinie des anderen zu behindern, müssen sie relativ weit voneinander getrennt werden, so daß die Sichtlinie und damit der zugeordnete "Sichttunnel"-Efi'ekt verlängert wird. Werden Spiegel nur geringerer Abmessungen verwendet, dann hat der Beobachter Schwierigkeiten, das von den Spiegeln eingerahmte Bild in Sichtlinie zu halten, während andererseits, wenn die Spiegel extrem groß gemacht werden, unzählige Schwierigkeiten bei der Fahrzeugkonstruktion, der Spiegelmontage und weiterer Bedingungen auftreten. Darüberhinaus verbieten sich größere Spiegel aufgrund der entstehenden Kosten nahezu von selbst.

Gerade auch die Kosten, die bei Prismensystemen von sinnvoller Qualität und ausreichender Größe entstehen, sind ein solchen Prismensystemen zugeordnetes Problem.

In Form einer Aufzählung seien im folgenden noch Veröffentlichungen angegeben, die sich auf nach hinten gerichtete Beobachtungssysteme und andere optische bekannte Systeme beziehen. Es seien genannt:

CH-PS 244 o94, SW-ps 78 482, IT-PS 422 9o7,

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IT-PS 464 26o, GB-PS 924 721, FE-PS 4o7 463

FR-PS 768 461, FR-PS 1 o15 5o6, US-PS 829 121

US-PS 2 374 o27, US-PS 3 oo1 45o, US-PS 1 365 247

US-PS 2 398 354, US-PS 3 o33 o83, US-PS 1 386- 913

US-PS 2 423 267, US-PS 3 o43 194, US-PS 1 466 567

US-PS 2 467 266, US-PS 3 o59 519, US-PS 1 617 27o

US-PS 2 5o1 o67, US-PS 3 o58 395, US-PS 1 635 o11

US-PS 2 569 576, US-PS 3 198 o97, US-PS 1 644 9o2

US-PS 2 57o 357, US -PS 3 229 58o, US-PS 1 71 ο ο4ο

US-PS 2 645 159, US-PS 3 252 375, US-PS 1 939 311

US-PS 2 757 575, US-PS 3 28o 7oo, US-PS 2 o65 745 ·

US-PS 2 8o3 16o, US-PS 3 353 893, US-PS 2 193 217

US-PS 2 942 522, US-PS 3 441 335, US-PS 2 252 161

US-PS 2 992 593,. US-PS 3 456 999, US-PS 2 346 739

US-PS 3 oo1 449, US-PS 3 463 578

Gerade auch in dem als "Motor Vehicle Rear Vision" bezeichneten Report PB186228 für das National Highway Safety Bureau, U. S. Department of Transporation, veröffentlicht von dem U. S, Department of Commerce, können zahlreiche Rückspiegelsysteme und optische Systeme nachgelesen werden₉ die dort beschrieben sind. Dabei ist auch auf die ihnen innenwohnenden Nachteile genau eingegangen.

Eingehende Untersuchungen von nach rückwärts gerichteten Beobachtungssystemen, insbesondere auch unter Berücksichtigung menschlicher Forschungsfaktoren und den praktischen Gegebenheiten modernen Fahrzeugdesigns sowie uerstellungserfordernis-

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sen, die wiederum Kostenbetrachtungen und andere Faktoren einschließen, haben zu der Schlußfolgerung geführt, daß sich zur Erzielung einer hohen Lichtübertragungsrate zusammen mit verschiedenen weiteren optischen Vorteilen bei solchen Systemen von sämtlichen Standpunkten aus gesehen ein auf einem Prismentyp basierendes System als beste Lösung ergeben dürfte. Allerdings ergibt sich in Verbindung mit der Überprüfung solcher Prismen, wie sie gegenwärtig auch für ähnliche periskopische Systeme vorgeschlagen werden, daß Nachteile besonders in dem Umstand zu sehen sind, daß normale Prismen in der gewünschten Größe extrem kostspielig sind; auch sind solche Systeme gerade zur Verwendung bei Kraftfahrzeugen hinsichtlich ihrer Einstellungsmöglichkeiten mit Bezug auf Fahrer unterschiedlicher Größe beträchtlichen Beschränkungen unterworfen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Beobachtungssystem, vorzugsweise ein nach rückwärts gerichtetes Beobachtungssystem in Verbindung mit Kraftfahrzeugen zu schaffen, welches prinzipiell basierend auf einem prismatischen System dessen Nachteile, insbesondere die hohen Kosten, beseitigt, jedoch den bei billigeren Spiegelsystemen auftretenden Tunneleffekt (Verlängerung der Sichtlinie) nicht mehr

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einem Beobachtungssystem der eingangs genannten Art und besteht erfindungsgemäß darin, daß eine hohle, lichtdurchlässige und lichtreflektierende Flächen umfassende und zum Empfang eines

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Bildes eines hinter dem Fahrer befindlichen Objekts angeordnete und das Bild in vertikaler, geeigneter Position an den Fahrer weiterleitende Prismastruktur vorgesehen ist, die mit einem lichtdurchlässigen Fluidum angefüllt ist_s·mit einem solchen notwendigen Brechungsindex, daß in Kombination mit den Flächen eine prismatische Wirkung der Struktur erzielbar ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft daher ein prismatisches System, hergestellt aus einem transparente. Flächen aufweisenden Gehäuse oder aus mehreren Gehäusen und angefüllt mit einer Flüssigkeit mit einem Brechungsindex, der geeignet ist- für den durch diese Anordnung gebildeten, optischen Pfad in der Weise, daß dieser sich an den gewünschten, reflektierenden Flächen innerhalb des kritischen Winkels befindet. So ist es beispielsweise von besonderem Vorteil, daß Glasplatten, Scheibenglas, Fensterglas oder ähnliche planare Glasflächen, die die bei Prismenflächen erforderliche optische Ebenheit aufweisen und relativ preiswert sind, verwendet werden können zur Konstruktion bei der Bildung eines Gehäuses, welches dann mit einer Flüssigkeit, wie beispielsweise Zuckerwasser, gefüllt werden kann. Um die chromatische und sphärische Abberation innerhalb annehmbarer Grenzen zu halten, ist es notwendig, daß die Einlaß- und Auslaßflächen der Prismastruktur bzw. der kombinierten Prismenflächen zu jedem Moment, auch bei Verstellung, optisch parallel gehalten werden. Eine Einstellung bzw. eine Verstellung des gesamten erfindungsgemäßen Systems ist möglich, indem man in veränderbarer Weise zwei der Flächen des Prismas oder der der Erfindung zugrundeliegenden Prismastruk-

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tür in einer Weise verkippt oder verschwenkt» daß dieser optische Parallelismus aufrechterhalten bleibt.

Das gesamte System innerhalb eines einzigen Gehäuses besteht aus zwei Abschnitten, nämlich einem Hauptprismaabschnitt bzw. Hauptprismagehäuse und einem optischen Keil(gehäuse). Das Hauptprismagehäuse verfügt über eine obere, ein Bild empfangende Fläche, eine geneigte Fläche, die das Bild spiegelbildlich nach vorn auf die Rückflächen einer Spiegelfläche reflektiert, von wo das Bild dann wieder durch die geneigte Fläche und durch den angrenzenden optischen Keil in Richtung auf den Fahrer des Fahrzeuges reflektiert wird, wobei dieser Keil über eine Schaufläche verfügt. Wie erwähnt, ist das Innere sowohl des Hauptprismas als auch des optischen Keils mit der gewünschten Flüssigkeit gefüllt.

Ein solches prismatisches System verfügt schon allein aufgrund der ihm innewohnenden Fähigkeiten über den Zweck, ein nach rückwärts gerichtetes Periskop zu bilden und hat die Fähigkeit, Licht mit einer vergleichsweise sehr hohen Übertragungsrate zu übertragen, wobei es gleichzeitig noch möglich ist, in dieses System Einstellmöglichkeiten einzubauen. Dies wird dadurch ermöglicht, daß gemäß einem besonderen Merkmal der Erfindung zwei der Flächen mit Bezug auf die anderen, das gesamtprismatische System bildenden Flächen einstellbar ausgebildet sind. Beim Ausführungsbeispiel sind als diese beiden Flächen die Schaufläche des optischen Keils und die Spiegelfläche des Hauptprismas ausgewählt worden, die dadurch einstellbar sind,

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daß sie über flexible Bälge oder eine Abrollbewegung ausführende flexible Dichtungen mit den Hauptkörpern der Gehäuse verbunden sind. Um die optische Parallelität der Schaufläche des optischen Keils und der oberen, horizontal angeordneten und das Bild empfangenden Fläche aufrecht zu halten, ist es notwendig, die Spiegelfläche mit dem halben Veränderungswert der Schaufläche zu verstellen, was durchgeführt werden kann durch eine rein mechanische Verstellmöglichkeit oder durch ein anderes geeignetes System. Dabei ist es gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung möglich, diese Spiegelfläche im Hauptprismasystem auch im Inneren desselben zu lagern, wobei die Notwendigkeit einer speziellen abdichtenden Dichtung entfällt.

Ein zusätzliches, recht vorteilhaftes Merkmal bei der Verstellmöglichkeit ist die Aufrechterhaltung eines konstanten Gesamtvolumens innerhalb der beiden Gehäuse, d.h. des Hauptprismas und des optischen Keils, in der Weise nämlich, daß die Hauptkörper der gesamtprismatischen Struktur vertikal mit Bezug auf die' obere, das Bild empfangende Fläche bei Aufrechterhaltung eines konstanten inneren Gesamtvolumens verschiebbar sind. Diese Einstellung lenkt das Prismasystem für kleinere Fahrer automatisch nach unten ab und hebt es für größere Fahrer an. Das in die Prismastruktur durch die obere horizontale, das Bild empfangende Fläche übertragene Bild wird dabei von einem höheren, auf dem Dach montierten Spiegel reflektiert, Dieser Spiegel ist nach oben und nach hinten mit Bezug auf das Kraftfahrzeug geneigt angeordnet. Wenn erwünscht, ist es möglich, diesen oberen Spiegel auch noch unter Verwendung

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einer direkt nach rückwärts gerichteten, empfangenden Fläche einzuschließen, woraufhin es dann möglich ist, die horizontal angeordnete, weiter vorn erwähnte und das Bild empfangende Fläche vollständig zu entfernen, in einer Weise, daß das Hauptprismagehäuse über eine obere spiegelbildlich reflektierende Fläche verfügen würde. In diesem Falle müßte die Schaufläche des optischen Keils und die nach rückwärts gerichtete Fläche angrenzend an die obere, reflektierende Fläche zu jedem Moment in optischer Parallelität gehalten werden. Es hat sich jedoch bei praktischen Versuchen herausgestellt, daß das zusätzliche Fluidumsgewicht vermutlich die Vorteile der Entfernung der oberen, das Bild empfangenden Fläche nicht ausgleicht.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und in diesen niedergelegt.

Im folgenden werden Aufbau und Wirkungsweise von zwei Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren im> einzelnen näher erläutert.
Dabei zeigen:

Fig. 1 eine vertikale Querschnittsdarstellung in schematisch vereinfachter Form eines einfacheren periskopischen Beobachtungssystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 eine Querschnittsdarstellung eines weiteren, einstellbaren Ausführungsbeispiels in einer ersten Position

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Fig. 3 das in Pig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel in einer zweiten, eingestellten Position.

Fig. 1 zeigt ein mit einer Öffnung -12 versehenes Fahrzeugdach 1o, wobei oberhalb der Öffnung ein vorzugsweise von einer Lagerstruktur 16, die in strichpunktierten Linien dargestellt ist, gehaltener Rückspiegel 14 angeordnet ist.

Innerhalb dieser Öffnung und von dieser Öffnung nach unten ausgehend, wie in Fig. 1 gezeigt, ist eine prismatische Struktur 18 angeordnet, die aus einem Hauptprismagehäuse 18a und einem eine Keilform aufweisenden, optischen Gehäuse bzw. einem optischen Kammblechgehäuse 18b gebildet ist, die als Einheit miteinander verbunden sind.

Das Hauptprismagehäuse 18a umfaßt eine obere, vorzugsweise horizontal angeordnete und transparente, ein Bild empfangende Flache 2o, die vorzugsweise bündig abschließend mit der oberen Fläche des Kraftfahrzeugdaches 1o montiert ist, eine nahe angrenzend von der rückwärtigen Kante der Fläche 2o sich nach unten und vorwärts erstreckende transparente Prismafläche 22 und schließlich eine weiter vorn angeordnete Rückspiegelfläche 24, die sich ausgehend von einem Gehäuseelement 26 nach unten erstreckt, wobei ihre untere Kante naheangrenzend an die untere vordere Kante der Fläche 22 angeordnet ist.

Das optische, eine Keilform aufweisende Gehäuse 18b, welches im folgenden als Keilgehäuse 18b bezeichnet ist, umfaßt eine

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nach vorne geneigte transparente Prismafläche 28, parallel und in einem leichten Abstand zu der Prismafläche 22 des Hauptprismagehäuses 18a angeordnet, sowie eine transparente Schaufläche 3o, die ausgeht von einer Stelle naheangrenzend an die obere Rückkante der Prismafläche 28 und zu dieser divergierend angeordnet ist. Dabei sind die unteren Kanten der Prismafläche 28 und der Schaufläche 3o mit einem unteren Gehäuseelement 33 in abgedichteter Weise verbunden.

Sämtliche Flächen 2o, 22, 28 und 3o, durch welche Lichtstrahlen hindurchlaufen, weisen vorzugsweise im wesentlichen den gleichen Brechungsindex auf wie das in dem Hauptprismagehäuse und dem Keilgehäuse enthaltene flüssige Medium und bestehen vorzugsweise aus flachen Glasplatten bzw. Glasscheiben. Die Flüssigkeit, mit welcher das Innere des Hauptprismagehäuses 18a und des Keilgehäuses 18b angefüllt ist, weist den gewünschten Brechungsindex auf, so daß der geeignete kritische Winkel der inneren Lichtstrahlen an der äußeren Glasoberfläche erreicht ist, in der Weise, daß die Gesamtheit der Gehäuse und der Glasflächen bzw. -platten übliche Prismen bilden, wobei jedoch das Scheibenglas und die notwendige Flüssigkeit, die normales Zuckerwasser sein kann, beträchtlich weniger kostspielig sind als irgendwelche festen Prismen. Es hat sich dabei herausgestellt, daß die Gesamtanordnung dabei in äußerster Weise zufriedenstellend arbeitet. Die Kosten für feste Prismen beruhen auf dem Umstand, daß das Glas bzw. das sonstige verwendete Material im wesentlichen blasen- oder fleckenfrei sein muß; die Prismenflächen müssen geschliffen und nach-

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poliert sein mit einem honen Maß an Genauigkeit. Auf der anderen Seite sind plattenf örmiges Glas, Fensterglas oder Glasscheiben normalerweise flach und weisen das notwendige Ausmaß an Genauigkeit auf, wobei die flüssigkeit hohe Lichtdurchlässigkeitseigenschaften aufweist und eine blasenfreie Masse darstellt.

Die Wirkungsweise der Gesamtanordnung ist so, daß ein von dem Objektiv entlang der von der strichpunktierten Linie A dargestellten optischen Achse kommendes Bild I zunächst von dem oberen Rückspiegel 14 nach unten durch die das Bild empfangende Fläche 2o reflektiert wird, dann an der Hauptprismafläche 22 in einem Winkel zurückgeworfen wird, der größer ist als der kritische Winkel y der Hauptprismafläche 22, so daß das Bild spiegelbildlich total-reflektiert wird, und zwar ohne Lichtübertragungsverluste, nach vorn auf die Spiegelfläche 24» von welcher das Bild zurück auf die Hauptprismafläche 22 mit einem Winkel ζ zurückgeworfen wird, der geringer ist als der oben angegebene kritische Winkel y, so daß das Bild durch die Hauptprismafläche in diesem Bereich hindurchläuft.

Da die das Bild empfangende Fläche 2o und die Hauptprismafläche 22 optisch nicht parallel sind, würde das von der Hauptprismafläche 22 ausgehende Licht normalerweise gebrochen bzw. einer Beugung unterworfen sein. Daher ist der "optische Keil" 18b erforderlich, dessen Prismafläche 28 parallel zu der Hauptprismafläche 22 ist und dessen Schaufläche 3o optisch parallel zu der das Bild empfangenden Fläche 2o isi; (d.h., daß die op-

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tischen Achsen A an den Flächen 2o und 3o sich im gleichen Winkel befinden), so daß das Bild durch die Prismafläche 28 und die Schaufläche 3o gebrochen wird, um von dem Beobachter ohne sich ergebende optische Brechung oder Beugung und entsprechend zugeordneter chromatischer Abberation gesehen zu werden. Wie der Darstellung der Fig. 1 entnommen werden kann, ist das durch den Pfeil I angezeigte Bild von der Anordnung so orientiert, daß das Bild in seiner normalen aufrechten Position gesehen werden kann, und da die Hauptprismafläche 22 das Bild sowohl reflektiert als durchläßt, kann diese nah angrenzend an die Spiegelfläche 24 angeordnet werden, so daß die Länge der optischen Achse im Vergleich zu einer optischen Achse reduziert ist, die zwischen üblichen Spiegeln reflektiert ist, die notwendigerweise voneinander getrennt werden, um die Behinderung des einen Spiegels durch den anderen zu vermeiden.

In den Figuren 2 und 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Beobachtung der mit Bezug auf Fig. 1 erläuterten Grundprinzipien dargestellt, bei dem zur Anpassung an die unterschiedliche Augenposition von Beobachtern die optische Achse einstellbar ist. Wie gezeigt, weist das Kraftfahrzeugdach 4o eine Öffnung 42 auf, oberhalb welcher ein Rückspiegel 44 angebracht ist, der vorzugsweise von einer Tragestruktur gehalten ist, die gegebenenfalls über eine rückwärtige, transparente Fensterfläche 47 verfügt. Innerhalb der Öffnung 42 gelagert und sich von dieser nach unten erstreckend ist eine prismatische Struktur 48 vorgesehen, die ein Hauptprismagehäuse 48a und ein optisches Keilgehäuse 48b umfaßt, die als Ein-

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heit miteinander verbunden sind. Dabei ist zur Lagerung bzw. Halterung der Prismastruktur 48 ein flexibler Balg bzw. eine eine Abrollbewegung durchführende flexible Dichtung 5o vorgesehen, die mit ihrem einen Ende umfangsmäßig an einer Rahmenstruktur 52 des oberen Hauptprismagehäuses 48a und mit ihrem anderen Ende umfangsmäßig, wie gezeigt, mit der inneren Oberfläche der Öffnung 42 verbunden ist.

Das Hauptprismagehäuse 48a umfaßt eine vorzugsweise horizontal angeordnete, transparente und ein Bild empfangende Fläche 6o, die vorzugsweise bündig abschließend mit der oberen Fläche des Kraftfahrzeugdaches 4o montiert ist, sowie eine transparente Hauptprismafläche 62, deren obere Kante montiert an der oberen, rückwärtigen Kante der Rahmenstruktur 52 des Gehäuses und sich nach unten und nach vorne von dieser Kante ausgehend neigt. Weiterhin umfaßt das Hauptprismagehäuse 48a, wie auch schon mit Bezug auf Fig. 1 erläutert, eine rückwärtige Spiegelfläche 64, deren untere Kante am Punkt P schwenkbar an einem unteren strukturellen Gehäuseelement 63 verbunden ist, und zwar nah angrenzend an die untere Kante der Hauptprismafläche 62; die Seiten und die Oberkante der Spiegelfläche 64 sind dabei an dem einen Endteil eines flexiblen Balges bzw. einer eine Abrollbewegung ausführenden, flexiblen Dichtung befestigt, deren anderes Ende angebracht ist an einem unteren Flanschteil der Rahmenstruktur 52 des Gehäuses.

Das optische Keilgehäuse 48b umfaßt eine transparente Prismafläche 68 mit einer oberen Kante, die an einer Rückkante der

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Rahmenstruktur 52 befestigt ist und deren untere Kante an der Vorderseite des strukturellen Gehäuseelementes 63 so angebracht ist, daß sie nah angrenzend und parallel zu der Hauptprismafläche 62, wie gezeigt, montiert ist. Weiterhin ist eine Schaufläche 7o vorgesehen, deren obere Kante am Punkt P' nahe angrenzend der oberen Kante der Prismafläche 68 schwenkbar mit der Rahmenstruktur 52 verbunden ist und deren untere und die Seitenkanten mit einem Ende eines flexiblen Balges bzw. einer eine Rollbewegung ausführenden, flexiblen Dichtung 72 verbunden sind, deren anderes Ende befestigt ist an der rückwärtigen Seite des strukturellen Gehäuseelementes 65. Das Hauptprismagehäuse 48a und das Keilgehäuse 48b sind mit einer beliebigen, bevorzugten Flüssigkeit angefüllt, die den gewünschten Brechungsindex aufweist, wenn der Brechungsindex der transparenten Flächen 6o, 62, 68 und 7o betrachtet wird und diese Flächen offen miteinander verbunden sind durch irgendwelche Mittel, beispielsweise durch einen Durchlaß 74, so daß bei einer Einstellung, die weiter unten noch erläutert wird, die Flüssigkeit zwischen den beiden Gehäusen fließen kann, sowie sich deren Volumen jeweils entsprechend verändert.

Die Spiegelfläche 64 ist winkelroäßig mit Bezug auf die Hauptprismafläche 62 einstellbar ausgebildet, um die optische Achse A der Anordnung, wie ein Vergleich zwischen den Positionen der Figuren 2 und 3 ergibt, zu verändern. Auch die Schaufläche 7o des optischen Keilgehäuses 48b ist einstellbar, um ihren Winkel relativ zur Prismafläche 68 einzustellen, um auf diese Weise die Schaufläche 7o optisch parallel zu der das Bild

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empfangenden Fläche 60 zu halten, wenn sich die optische Achse ändert. Diese Einstellungen sind möglich aufgrund der Anordnung von flexiblen Dichtungen bzw« Bälgen 66 und 72, die eine flexible, abdichtende Verbindung zwischen den jeweiligen Flächen und der Gehäusestruktur ergeben.

Bei der dargestellten optischen Anordnung muß eine Einstellung der Schaufläche 7o zweimal 02W, das Doppelte des Einstellwertes der Spiegelfläche 64 betragen, um den notwendigen optischen Parallelismus der empfangenden und das Bild abgebenden Flächen 60 und 7ο zu erhalten. Dies wird erreicht durch einen beliebigen geeigneten Mechanismus, beispielsweise durch das in den Figuren 2 und 3 dargestellte Hebelsystem 80, welches einen Verbindungshebel 82 umfaßt, der an einem Ende, beispielsweise bei 84, schwenkbar mit der unteren Kante der Schaufläche. 7o und mit dem anderen Ende bei 86 mit dem unteren Ende eines Hebels 88 verbunden ist, der seinerseits wiederum schwenkbar bei 90 an einem Bügel 92 oder etwas Ähnlichem drehbar gelagert ist. Dabei ist der Bügel 92 am Hauptprismagehäuse 48a gelagert bzw. gehalten. Das andere Ende des Hebels 88 ist bei 94 schwenkbar mit der Außenseite der Spiegelfläche 64 verbunden. Der Verbindungshebel 82 umfaßt vorzugsweise eine Zahnstange 82a bzw. ist mit einer solchen ausgerüstet, die mit einem Stirnrad 96 in Wirkverbindung steht, welches mittels eines geeigneten Handhebels bzw. Handrades 98 gedreht werden kann. Wie ersichtlich, bewirkt eine Verdrehung des Handhebels 98 eine Betätigung des Verbindungshebels 82 zur direkten winkelmäßigen Einstellung der Schaufläche 7o und zur Einstel-

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lung bzw. Verstellung der Spiegelfläche 64über den Hebel 88 in dem gewünschten Verhältnis.

Da sich die raummäßigen Dimensionen des Hauptprismagehäuses 48a und des Keilgehäuses 48b beim Übergang von. der Position der Fig. 2 zur Position der Fig. 3 ändern bzw. sich ihre jeweiligen Volumina ändern, fließt Flüssigkeit aus dem Keilgehäuse 48b durch den Durchlaß 74 in das Hauptprismagehäuse 48a. Dies bewirkt eine insgesamt nach unten gerichtete Bewegung der Prismastruktur 48 mit Bezug auf die obere, das Bild empfangende Fläche 6o zum Ausgleich für die nach innen gerichteten Bewegungen der Flächen 64 und 7o und zur konstanten Aufrechterhaltung des Gesamtvolumens innerhalb der Gehäuse. Diese Absenkung der Prismastruktur 48 von der Position der Fig. 2 in die der Fig. 3 umfaßt die Tendenz, die Schaufläche 7o in eine mehr geeignete Höhe für kleinere Fahrer zu bringen, während die umgekehrt nach oben gerichtete Bewegung aus der Position der Fig. 3 in die der Fig. 2 darauf gerichtet ist, die Anordnung aus dem Gesichtsfeld eines größeren Fahrers bzw. Beobachters zu bringen.

Obwohl bei den dargestellten Ausführungsbeispielen die winkelmäßigen Beziehungen der Schaufläche 7o und der Spiegelfläche 64 relativ zu den anderen Flächen der Prismastruktur 48 verändert worden sind, können zur Erzielung des gleichen Ergebnisses jede beliebigen zwei der Flächen eingestellt werden, und zwar so lange als wie die Hauptprismafläche 62 und die Prismafläche 68 im wesentlichen parallel zueinander bleiben

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und die Flächen 60 und 7o, d.h. die das Bild empfangende Fläche und die Schaufläche, in jedem Moment optisch parallel zueinander bleiben.

Auch ist es möglich, daß die vordere Seite der Rahmenstruktur 52 des Gehäuses sich vollkommen nach unten erstreckt, um so eine feste Wand des Hauptprismagehäuses 48a zu bilden, wobei die Spiegelfläche 64 im Inneren zwischen einer solchen Vorderwand und der Hauptprismafläche 62 gelagert ist und im wesentlichen in der gleichen Weise, wie in den Figuren 2 und 3 dargestellt, eingestellt werden kann, sich jedoch vollständig im Inneren der mit Flüssigkeit gefüllten Struktur befindet, so daß die Notwendigkeit der flexiblen Abdichtung 66 beseitigt wird.

Weiterhin kann die rückwärtige FensterELäche 47 eine prismatische, ein Bild empfangende Fläche sein, wobei die das Bild empfangende Fläche 60 der Figuren 2 und 3 entfallen kann und die Flüssigkeit dann das gesamte Volumen auch oberhalb der Dachlinie ausfüllen würde. Auch in diesem Falle würde die Rückspiegelfläche 44 eine flache Glasplatte oder ein anderes transparentes Element sein, welche in einem Winkel eine Prismafläche bildet, derart, daß die optische Achse dieser zur spiegelbildlichen, nach unten gerichteten Ablenkung in einem größeren Winkel als dem kritischen Winkel zugeleitet wird. Es sei darauf hingewiesen, daß auch in einem solchen Falle die Flächen 47 und die Fläche 7o, d.h. die Schaufläche, optisch zueinander parallel gehalten werden müssen, d.h. daß die bei 47 in Kauf zu nehmende Brechung eines Lichtstrahls bei 7o kom-

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pensiert werden würde, wie dies für die Flächen 60 und 7o der Figuren 2 und 3 zutrifft.

Auch das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 könnte in ähnlicher Weise modifiziert werden, und es könnte ein Rückfenster hinzugefügt werden, und zwar bei Entfernung der oberen, das Bild empfangenden Fläche 2o. Unter praktischen Gesichtspunkten dürfte jedoch das zusätzliche Flüssigkeitsgewicht im oberen Raum oberhalb der Dachlinie durch die größeren Durchlaßeigenschaften und weitere Vorteile einer solchen Modifikation nicht ausgeglichen sein.

Aus Gründen des Stylings bei Kraftfahrzeugen unter Einbeziehung entsprechender Windschlüpfrigkeit und aus Kostenerwägungen heraus ist es wichtig, die Abmessungen der äußeren Teile so klein wie möglich zuhalten. Ein zusätzliches, vorteilhaftes Merkmal der Erfindung ist in dem Umstand zu sehen, daß die Lichtstrahlen bei Eintritt in das Prismenmedium gegen die Normale umgebogen werden, was einen Effekt bewirkt ähnlich einer weiteren Verkürzung des optischen Pfades und was es möglich macht, bei Erreichen eines unter konstanten Bedingungen gegebenen Gesichtsfeldes einen kleineren oberen Spiegel zu verwenden.

Es versteht sich, daß im Vorhergehenden lediglich einige der möglichen Abänderungen und Modifikationen des erfindungsgemäßen Systems genannt werden konnten, daß aber auch weitere äquivalente Lösungen innerhalb des erfindungsgemäßen Rahmens liegen.

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Claims

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Patentansprüche

Beobachtungssystem, vorzugsweise ein nach rückwärts gerichtetes System oberhalb und vor einem Fahrer zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug oder dergleichen, dadurch .gekennzeichnet, daß eine hohle, lichtdurchlässige und lichtreflektierende Flächen umfassende und zum Empfang eines Bildes eines hinter dem Fahrer befindlichen Objekts angeordnete und das Bild in vertikaler, geeigneter Position an den Fahrer weiterleitende Prismastruktur (18, 48) vorgesehen ist, die mit einem lichtdurchlässigen Fluidum angefüllt ist mit einem solchen notwendigen Brechungsindex, daß in Kombination mit den Flächen eine prismatische Wirkung der Struktur erzielbar ist.

2. Beobachtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prismastruktur (18, 48) besteht aus einer ein Objektivbild empfangenden Fläche (2o, 6o), aus inneren reflektierenden Flächen (22, 24, 28; 62, 64, 68) und aus einer Schaufläche (3o, 7o), wobei diese Flächen so konstruiert und angeordnet sind, daß sie ein auf einer optischen Achse (A) durch die empfangende Fläche (2o, 6o) in die Prismastruktur eintretendes Bild (I) ins Innere auf die reflektierenden Flächen und von dort im Inneren entlang nach außen auf die Schaufläche (2o, 7o) reflektiert übertragen und daß selektiv einstellbare Einstellmittel

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(82, 88) zur Veränderung mindestens einer der Flächen relativ zu den anderen zur winkelmäßigen Veränderung der optischen Achse (A) im Inneren der Prismastruktur (18, 48) vorgesehen sind.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellmittel (Verbindungshebel 82, Hebel 88) die das Bild empfangende Fläche (2o, 6o) und die Schaufläche (3o, 7o) zu jedem Moment optisch parallel halten.

4. System nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Prismastruktur (18, 48) ein Gehäuse (26, 32; 52, 63) umfaßt, mit mindestens einer Kammer (Hauptprismengehäuse 18a, 48a; Keilgehäuse 18b, 48b), die ein lichtübertragendes Fluidum mit dem notwendigen Brechungsindex aufweist, derart, daß bei Kombination mit den zugeordneten Flächen eine prismatische Brechungswirkung der Gesamtstruktur erzielbar ist.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren räumlichen Abmessungen der Prismastruktur (18, 48) bei Betätigung der Einstellmittel (82, 88) veränderbar sind.

6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellmittel (82, 88) eine der reflektierenden Flächen (Spiegelfläche 24, 64) und die Schaufläche (3o, 7o) in ihrer Einstellung verändern.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß diese

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Flächen (Spiegelfläche 24, 64; Schaufläche 18b, 48b) von den Einstellmitteln (82, 88} zur Aufrechterhaltung der optischen Parallelität von das Bild empfangenden Flächen (2o, 6o) und Schauflächen (3o, 7o) mit ungleichen Einstellwerten veränderbar sind.

8. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Flächen (14, 2o, 24, 22, 28,3o; 41, 44, 64, 62, 68, 7o) planar ausgebildet sind.

9. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellmittel mindestens zwei der Flächen mit zur Aufrechterhaltung der notwendigen optischen Parallelität entsprechenden Werten verändern.

1o. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierenden Flächen eine spiegelbildlich reflektierende Fläche (Hauptprismafläche 22, 62) und eine Spiegelfläche (24, 64) umfassen, wobei sich die optische Achse (A) durch die Prismastruktur (18, 48) erstreckt von einem äußeren Objekt (I) durch die das Bild empfangende Fläche (2o, 6o) zu der spiegelbildlich reflektierenden Fläche (Hauptprisma 22, 62) in einem mehr als kritischen Winkel zur Reflexion auf die Spiegelfläche (24, 64), zur weiteren Reflexion von dieser durch die spiegelbildlich reflektierende Fläche (Hauptprismafläche 22, 62) hindurch in einem geringeren

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als dem kritischen Winkel und von dort durch die Schaufläche (3o, 7o) zum Beobachter.

11. System nach einem der Ansprüche 1 bis 1o, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufläche (3o, 7o) mit Bezug auf die anderen Flächen bei Aufrechterhaltung eines konstanten Volumens innerhalb der Prismastruktur (18, 48) verschiebbar ist.

12. System nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die anderen Flächen in einer Richtung senkrecht zur Ebene der das Bild empfangenden Fläche (2o, 6o) verschiebbar sind.

13. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelfläche (24, 64) und die Schaufläche (3o, 7o) von den Einstellmitteln veränderbar, vorzugsweise winkelmäßig verschwenkbar sind.

14. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufrechterhaltung der optischen Parallelität zwischen der das Bild empfangenden Fläche (2o, 6o) und der Schaufläche (3o, 7o) die Spiegelfläche (24, 64) mit dem halben Verstellwert der Schaufläche verschiebbar ist.

15. System nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (Durchlaß 74) zur Aufrechterhaltung eines konstanten Volumens innerhalb der Prismastruktur (18, 48) vorgesehen sind.

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16. System nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß Anordnungen (flexibler Balg 5o) vorgesehen sind zur relativen Bewegung der das Bild empfangenden Fläche (2o, 6o) mit Bezug auf die anderen Flächen zum Ausgleich der ungleichen Einstellwerte von Spiegelfläche (24, 64) und Schaufläche (3o, 7o) bei Aufrechterhaltung eines konstanten Volumens innerhalb der Prismastruktur (18, 48).

17. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, . dadurch gekennzeichnet, daß die Prismastruktur (18, 48) besteht aus einem optischen Prisma und einem optischen Keil, jeweils umfassend ein Gehäuse (Hauptprismagehäuse 18a, 48a; Keilgehäuse 18b, 48b) mit einem ein lichtdurchlässiges Fluidum enthaltenden Raum, und daß dem Prisma zugeordnet sind die das Bild empfangende Fläche (2o, 6o) und die reflektierenden Flächen (Hauptprismafläche 22, 62; Spiegelfläche 24, 64) und daß der optische Keil die Schaufläohe (3o, 7o) umfaßt.

18. System nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Keil angeordnet ist angrenzend an die spiegelbildlich reflektierende Fläche (Hauptprismafläche 22, 62) und so aufgebaut ist, daß er die Schaufläche (3o, 7o) optisch parallel zur empfangenden Fläche (2o, 6o) hält.

19. System nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß ein Durchlaß (74) zur offenen Verbindung des Hauptprismagehäuses (18a) und des Keilgehäuses (18b) für den Fluidumsdurchfluß vorgesehen ist.

20. System nach einem der Ansprüche 1 bis 19» dadurch gekennzeichnet, daß eine Verstellung der Flächen eine Veränderung des jeweiligen Volumens der Räume von Prisma bzw. Keil bewirkt.

21. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 2o, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gehäuselagerstruktur (Gehäuseelement 26, Rahmenstruktur 52) vorgesehen ist, an welcher die das Bild empfangende Fläche (2o, 6o) des Prismas befestigt ist mit Mitteln (5o) zur Bewegung der restlichen Komponenten des Prismas und des Keils relativ zu dieser Fläche.

22. System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die restlichen Komponenten des Prismas und des Keiles in einer Richtung senkrecht zur Ebene der empfangenden Fläche (2o, 6o) bewegbar sind.

23. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß eine der reflektierenden Flächen (Spiegelfläche 24, 64) und die Schaufläche (5o, 7o) winkelmäßig relativ zu den anderen Flächen bei ungleicher Veränderung der Kammervolumen verschwenkbar sind, wobei die durch den Durchlaß (74) zwischen den Kammern ausge-

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glichene Volumensveränderung zur Aufrechterhaltung eines im wesentlichen konstanten Gesamtvolumens beider Kammern die Verschiebungsmittel (flexibler Balg 5o) zur Bewegung der restlichen Komponenten des Prismas und des Keils betätigt.

24. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellmittel einen Verbindungshebel (82) und einen an diesem angelenkten weiteren Hebel (88) umfassen zur gleichzeitigen Verschwenkung der einstellbaren Flächen.

25. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Prisma ein Gehäuse (18a, 48a) umfaßt mit einer mit einem lichtdurchlässigen Pluidum gefüllten Kammer, die gebildet ist teilweise von der das Bild empfangenden Fläche (2o, 6o), der spiegelmäßig reflektierenden Fläche (22, 62) und der Spiegelfläche (24, 64) mit einem Brechungsindex des Fluidums derart, daß dieses in Kombination mit den Flächen als Prisma wirkt.

26. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Keil ein Gehäuse (Keilgehäuse 18b, 48b) umfaßt mit einer mit einem lichtdurchlässigen Fluidum gefüllten Kammer, die teilweise gebildet ist von der Schaufläche (3o, 7o) und einer lichtdurchlässigen Fläche, angrenzend angeordnet an die spiegelmäßig reflektierende Flache (Hauptprismafläche 22, 62)

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des Prismas, wobei der Brechungsindex der Keilflüssigkeit in Kombination mit den Keilflächen eine prismatische Wirkung begründet.

27. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelfläche (24, 64) eine reflektierende äußere Fläche aufweist.

28. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Prismastruktur (18, 48) getragen ist von der lagernden Gehäusestruktur (26, 52) und sich von dieser ausgehend nach unten erstreckt und daß die verstellbaren Flächen (24, 64, 3o, 7o) im wesentlichen um horizontale Achsen verschwenkbar sind.

29· System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die das Bild empfangende Fläche (2o, 6o) an der lagernden Gehäusestruktur (26, 52) befestigt ist und Mittel (flexibler Balg 5o) vorgesehen sind zur automatischen Bewegung des restlichen Teils der Prismastruktur (18, 48) in einer vertikalen Richtung nach unten zum Ausgleich von ungleichen Bewegungen der Spiegelfläche (24, 64) und der Schaufläche (3o, 7o) bei Aufrechterhaltung eines konstanten Volumens innerhalb der Prismastruktur (18, 48) derart, daß durch diese kombinierte Einstell- und Senkrechtbewegung das System an unterschiedliche Fahrergrößen anpaßbar ist.

3o.System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 29,

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dadurch gekennzeichnet, daß zum Empfang und zur nach unten gerichteten Reflexion eines von rückwärts kommenden Objektivbildes ein Rückspiegel (14>44) in einer Lagerung (16, 46) vorgesehen ist und daß unterhalb dieses Spiegels die das Bild von diesem empfangenden Flächen (2o, 60) im wesentlichen horizontal angeordnet sind.

31. System nach Anspruch 3o, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung (16, 46) gegenüber dem Dach (1o) des Kraftfahrzeuges erhaben ausgebildet und vor dem Fahrer angeordnet ist.

32. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen (2o, 22, 24, 28, 3o; 60, 62, 64, 68, 7o) aus Glasplatten, Glasscheiben, Fensterglas oder dergleichen bestehen.

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