DE2323696A1 - Optisches system zur erweiterung des gesichtsfeldes - Google Patents
Optisches system zur erweiterung des gesichtsfeldesInfo
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Description
Hern·, 8000 München 40,
FrelligrathatraBe 19 nii»ll«*.nun«*l·* ^isenache; Straße 17
Postfach 1« D I pi.-I ng. R. H, ΒΗηϊ Pat-Anw. Belzler
Te»ar«mnamjefirm. Telegrammanschrift:
Brtrprtente Herr* PATENTANWÄLTE Babetzpat München
Tel.X 0822.853 Telex 5215360
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Dresdner Bank AQ Herrn 7-520 «β
2323636 Postscheckkonto Dortmund 558 68
R*: M 4152
Donnelly Mirrors, Inc.
Optisches System zur Erweiterung des Gesichtsfeldes
Die Erfindung betrifft optische Systeme zur Erweiterung des Gesichtsfeldes
um Hindernisse herum, insbesondere optische Systeme, welche in Verbindung mit Fahrzeugen verwendet werden können, um dem
Fahrer Bereiche sichtbar zu machen, die normalerweise von Teilen des Fahrzeuges verdeckt sind.
Es bestand seit langem das Bedürfnis, Personen, welche sich innerhalb
der Begrenzungen eines Bereiches, z.B. eines Fahrzeuges befinden, den Bereich hinter diesen Begrenzungen sichtbar zu machen,
da diese Begrenzungen, falls sie nicht durchsichtig sind, die Sicht verdecken. Bei Fahrzeugen, insbesondere bei Landfahrzeugen
wie Automobilen, ist das Gesichtsfeld des Fahrersjund der Passagiere
durch die Bauteile des Fahrzeugs begrenzt. Die Sicht des Fahrers
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kann durch Teile des Fahrzeugs, z.B. durch die Dachträgerholme,
durch Gepäck zwischen ihm und dem hinteren Fenster und durch andere Dinge so extrem beschränkt sein, daß große "blinde oder
tote Winkelbereiche" vorhanden sind. In den letzten Jahren sind wegen der starken Zunahme von Automobilen und anderen Fahrzeugen,
welche die modernen Straßen benutzen, und in Übereinstimmung mit den strenger werdenden Sicherheitsvorschriften, welche den
Automobilherstellern in verschiedenen Ländern von den Regierungen auferlegt werden, viele Versuche unternommen worden, diese toten
Winkelbereiche zu eliminieren.
Es wurden bisher verschiedene Lösungen zur Eliminierung solcher toten Winkelbereiche vorgeschlagen. Einige dieser Lösungen
umfassen auf dem Dach befestigte, nach hinten gerichtete Periskope, Panoramascheiben vorne und hinten am Fahrzeug und an der Seite
oder auf den Kotflügeln des Fahrzeugs befestigte Rückspiegel. Alle diese Entwicklungen haben in verschiedenem Maße dazu beigetragen,
die beim Fahren eines Automobils auftretenden Sichtprobleme teilweise zu mildern. Keine dieser Entwicklungen löst jedoch in
angemessener Weise das Problem, den Bereich unmittelbar hinter einem Fahrzeug oder einem anderen Objekt sichtbar zu machen, damit
der Fahrer bei einer Fahrt in Rückwärtsrichtung überprüfen kann, ob sich in dem Raum hinter dem Fahrzeug kleine Kinder, Werkzeuge
oder Kübel befinden, welche er ohne eine solche Sicht gegebenenfalls überfahren würde. Die Sichtbarmachung des Bereichs unmittelbar
hinter einem Fahrzeug ist deshalb ein.extrem wichtiger Aspekt bei der Konstruktion sicherer Fahrzeuge.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein optisches System zu schaffen, welches einer Person den Sichtbereich erweitert, so daß sie
Bereiche sehen kann, die außerhalb des normalen, direkten Sichtbereiches
hinter einem Hindernis liegen, welches die Sicht verdeckt. Dieses System soll auch bei Fahrzeugen anwendbar sein.
/dünn Ferner soll dieses optische System relativ^ ausgebildet sein, damit
es an verschiedenen Stellen innen und außen am Fahrzeug oder am Fahrzeugzubehör so angebracht werden kann, daß es, ohne die
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normale Sieht des Fahrers und der Mitfahrer zu beeinträchtigen,
einen erweiterten und verkleinert erscheinenden Bereich unmittelbar hinter dem Fahrzeug, seitlich neben dem Fahrzeug und unterhalb
der Fensterbereiche sichtbar macht. Das optische System soll außerdem raumsparend und billig herstellbar sein.
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung gelöst durch eine optische Einheit, die aus der Kombination einer Fresnel-Linse mit
negative Brennweite mit einem Fresnel-Prisma mit einem gleich-
ybesteht mäßigen, bestimmten Ablenkungswinkel. Die negative Fresnel-Linse
und das Fresnel-Prisma sind in verschiedenen Ebenen, parallel zueinander und unmittelbar nebeneinander entweder auf einer durchsichtigen
tragenden Oberfläche, in einem Rahmen oder auf einer anderen Halterung längs der Systemachse angeordnet. Die Systemachse
umfaßt die Richtlinie, welche von einer vorbestimmten Augenposition
der Person ausgeht, welche durch den geometrischen Mittelpunkt des optischen Systems, d.h. durch den Mittelpunkt des
geometrischen Bereiches, welcher von der Fresnel-Linse und dem Fresnel-Prisma eingenommen wird, hindurch schaut. Die negative
Fresnel-Linse und das Fresnel-Prisma bewirken gemeinsam eine Brechung des Lichtes, welches von dem Bereich hinter einem Hindernis
auf das System fällt, so daß die virtuelle Augenposition der Person zu einem Punkt zwischen der tatsächlichen Augenposition
und dem System und außerhalb der Systemachse verschoben wird. Die Verschiebung der virtuellen Augenposition ermöglicht es der
durch das System hindurch-schauenden Person, einen erweiterten und verkleinert erscheinenden Bereich hinter dem System zu sehen,
der außerhalb des normalen Gesichtsfeldes liegt, welches durch die Strahlen definiert ist, welche von der Augenposition an dem
Rand des Systems entlang laufen.
Wenn dieses erfindungsgemäße optische System innen oder außen im hinteren Bereich des Fahrzeugs angeordnet wird, wird dem Fahrer
oder dem Mitfahrer ein erweiterter, verkleinert erscheinender Bereich hinter und/oder seitlich neben dem Fahrzeug oder seitlich
unterhalb der Fensterbereiche des Fahrzeugs sichtbar gemacht,
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abhängig von der jeweiligen Anordnung des Systems. Wenn ein solches System an einem Fahrzeug befestigt ist, dann hängt die
Größe und die Position bezüglich der Systemachse des erweiterten und verkleinert erscheinenden Gesichtsfeldes von der Größe der
negativen Brennweite der Fresnel-Linse, von der Größe des Ablenkungswinkels des Fresnel-Prismas, von der Position und der
relativen Winkelanordnung der Linse und des Prismas innerhalb der Halterungen und von der Winkelausrichtung des Systems ab.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann die Halterung eine Antriebsvorrichtung zum Ausfahren und zum Einfahren
der optischen Einheit aufweisen, welche mit dem Getriebe und der Schaltvorrichtung des Fahrzeugs so verbunden ist, daß die Antriebsvorrichtung
beim Einlegen des Rückwärtsgangs die optische Einheit in das Gesichtsfeld der Person ausfährt, wodurch dieser ein erweiterter
und verkleinert erscheinender Bereich hinter oder neben dem Fahrzeug sichtbar wird.
Weitere "Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus den Ansprüchen
in Verbindung mit der Beschreibung und der Zeichnung hervor.
Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels und in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. ΐ Eine schematische Darstellung der Theorie, welche
der Herstellung einer Fresnel-Linse zugrunde liegt,
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Theorie, welche
der Herstellung eines Fresnel-Prismas zugrunde liegt,
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Gesichtsfeldes,
welches man allein mit Hilfe einer Fresnel-Linse erhält,
Fig. 4 eine schematische Darstellung des Gesichtsfeldes
oder der optischen Brecheigenöchaften eines Fresnel-Prismas,
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Pig. 5 eine schematische Darstellung, in welcher der
normale, direkt sichtbare Bereich verglichen wird mit dem Bereich, welcher allein mit einer negativen
Fresnel-Linse sichtbar ist, und mit dem erweiterten
und verkleinert erscheinenden Bereich, welcher mit dem erfindungsgemäßen optischen System sichtbar ist,
welches aus der Kombination einer negativen Fresnellinse mit einem Presnel-Prisma besteht,
Pig. 6 eine schematische Darstellung der optischen Brecheigenschaften
der verschiedenen Abschnitte einer einzigen, negativen Fresnel-Linse,
Pig. 7 eine Seitenansicht einer Halterung für das erfindungsgemäße
optische System,
J^ig. 8 eine bruchstückhafte Vorderansicht der in Figur 7
gezeigten Halterung,
it
Pig. 9 eine Seitenansicht einer anderen Halterung zur Befestigung des erfindungsgemäßen optischen Systems
innen an dem Dach eines Fahrzeugs,
Pig.10 eine bruchstückhafte Vorderansicht eines Teils der
in Figur 9 gezeigten Halterung,
iig.11 eine Seitenansicht des erweiterten und verkleinert
erscheinenden Bereichs, welcher durch ein erfindungsgemäßes System sichtbar gemacht wird, das innen, nahe
dem Heckfenster eines Kombiwagens an dessen Dach befestigt ist,
Pig.12 den erweiterten und verkleinert erscheinenden Bereich,
der durch ein erfindungsgemäßes optisches System sichtbar gemacht wird, welches an der hinteren Klappe
eines Kombiwagens befestigt ist,
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"6 " 2323698
3FIg. 13 eine Draufsicht auf den erweiterten und verkleinert erscheinenden Bereich zu beiden Seiten einer Limousine,
welcher durch Anordnung der erfindungsgemäßen Systeme im Inneren des Automobils neben der Heckscheibe
sichtbar gemacht wird,
Fig.14 eine Draufsicht auf den erweiterten und verkleinert
erscheinenden Bereich zu beiden Seiten einer Limousine, der durch Anordnung der erfindungsgemäßen
optischen Systeme in dem Automobil an beiden Seiten des Heckfensters sichtbar gemacht wird,
Fig.15 eine bruchstückhafte/ perspektivische Ansicht einer
Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die
optischen Systeme unter dem Dach einer Limousine neben der Heckscheibe angeordnet sind,
Fig. 16 eine bruchstückhafte, perspektivische Ansicht eines
anderen Ausführungsbeispiels, bei welchem die optischen Systeme auf der Ablage neben dem Heckfenster einer
Limousine angeordnet sind,
i*ig.17 eine bruchstückhafte, perspektivische Ansicht einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung, gemäß welcher
die optischen Systeme unter dem Dach neben der Heckscheibe einer Limousine angeordnet sind,
S*ig. 18 eine Rückansicht eines geschlossenen Lastwagens und
die erweiterten und verkleinert erscheinenden Bereiche, welche mit zwei verschiedenen Ausführungsformen der
Erfindung sichtbar gemacht werden,
Fig.19 eine Draufsicht auf die erweiterten und verkleinert
erscheinendeP-Bereiche, welche mit den in Figur 18
gezeigten Ausführungsformen der Erfindung sichtbar gemacht werden.
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Pig.20 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung, gemäß welcher die optischen Systeme sowohl auf einem nach hinten gerichteten
Periskop als auch auf beiden Seitenspiegeln des Automobils angeordnet sind,
Pig.21 einen Querschnitt längs der Linie XXI-XXI der
Figur 20 und
Pig.22 eine Draufsicht auf die erweiterten und verkleinert
erscheinenden Bereiche seitlich neben einem Automobil, welche durch die in den Figuren 20 und 21 gezeigte
Ausführungsform der Erfindung sichtbar gemacht
werden.
Die Figuren 1 und 2 zeigen schematisch die optische und physikalische
Theorie, welche sowohl der Herstellung einer negativen Fresnel-Linse als auch der Herstellung eines Fresnel-Prismas zugrunde liegt.
Die Theorie, welche bei der Ausbildung einer Fresnel-Linse oder eines Fresnel-Prismas den Hintergrund bildet, ist allgemein die
Elimination aller unnötigen Dicken des Materials, welches zur Formung der Linse oder des Prismas verwendet wird. In der Figur
ist eine typische divergente oder negative Linse 10 dargestellt, deren divergente oder gekrümmte Brechungsfläche in eine Vielzahl
von Teile oder Abschnitte 12 unterteilt ist. Die nichtschraffierte
Fläche 14 ist für die Brechungseigenschaften der Linse nicht notwendig, da das Licht lediglich beim Eintritt in die Linse und beim
Austritt aus der Linse in Abhängigkeit vom Brechungsindex der Linse gebrochen wird. Diese Brecheigenschaften sind somit eine
funktion der Krümmung und des Brechungsindexes der Linse. Darüberhinaus
hat bei den dargestellten und beschriebenen dünnen Linsen die Dicke der Linse keinen Einfluß auf die Linseneigenschaften.
Folglich kann der in Figur 1 A gezeigte, nicht gestrichelte Bereich
1." fortgelassen werden, wie es in Figur 1 B gezeigt ist, ohne daß
die optisciiu.. ^igenscl" ften der Linse bedeutend geändert würden.
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Die Bildung der Fresnel-Linsen wird weiter vervollständigt, indem
die notwendigen lichtbrechenden Abschnitte 12, wie es in Figur 1 C dargestellt ist, auf einem flachen Blatt aus dem gleichen Material
kombiniert werden, welches zur -bildung der gekrümmten Abschnitte
der Linse verwendet wird. Das Ergebnis ist eine negative Eresnel-Linse 16, welche für einfallendes Licht die gleichen Brechungseigenschaften wie die ursprüngliche, normale Linse 10 hat, welche
aber relativ dünn ist und nur wenig mehr Raum einnimmt, als eine normale Glasscheibe.
In ähnlicher Weise kann man ein Fresnel-Prisma bilden, in-dem
man lediglich die brechenden Flächen und Abschnitte eines normalen Prismas verwendet, wie es in Figur 2 dargestellt ist. In der
■^'igur 2 A ist ein typisches Prisma 18 dargestellt, dessen brechende
Fläche 20 in mehrere Abschnitte 22 unterteilt ist. Die unnötige Dicke 24 des Prismas 18 kann fortgelassen werden, wie es in Figur
2 B gezeigt ist, so daß lediglich die notwendigen brechenden Abschnitte 22 übrigbleiben. Schließlich können, wie es in Figur 2 C
gezeigt ist, die nötigen brechenden Abschnitte 22 auf einem flachen oder ebenen Stück aus dem Material kombiniert werden, welches
zur Bildung der brechenden Abschnitte des Prismas verwendet wird, so daß man ein im allgemeinen ebenes, dünnes Fresnel-Prisma 26
erhält.
Das Fresnel-Prisma 26 hat für alle einfallenden Lichtstrahlen die
gleichen Brecheigenschaften, wie das übliche Prisma 18, aus welchem
es hergestellt worden ist, es ist aber relativ dünn und nimmt kaum mehr Raum ein, als eine normaldicke Glasscheibe, wie es oben in
ähnlicher Weise für eine negative Fresnel-Linse 16 beschrieben wurde.
Die optischen Qualitäten einer negativen Fresnel-Linse werden anhand
der Figur 3 im einzelnen beschrieben. Wie die Figur 3 zeigt, fokussiert eine negative Fresnel-Linse 16 einfallende Lichtstrahlen
aus einem Bereich, der weiter als der Bereich ist, welchen man normalerweise von der Position des tatsächlichen Auges durch die
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physikalischen Begrenzungen der Linse 16 sehen kann. Obwohl
die tatsächliche Augenposition sich in einem Abstand "S" von
der Linse 16 befindet, wobei das Gesichtsfeld normalerweise durch die Begrenzungen der Linse 16 bestimmt wird, wie es in
Figur 3 gezeigt ist, hat die negative Fresnel-Linse die optische
Brecheigenschaft, einfallende Lichtstrahlen aus einem weiteren oder größeren Gesichtsfeld.bei der in Figur 3 gezeigten virtuellen
Augenposition zu fokussieren; der Abstand "StI! der virtuellen
Augenposition von der Linse 16 liefert, wie es in Figur 3 gezeigt ist, von der Position "S" ein Gesichtsfeld, welches dem Gesichtsfeld
einer Person entspricht, welche von der virtuellen Augenposition durch die physikalischen Begrenzungen einer Linse 16
hindurch-sehaut. Die negative Fresnel-Linse fokussiert einfallende
Lichtstrahlen soi daß die Augenposition des Betrachters effektiv
näher an die Linse herangeschoben wird, wodurch ein größeres oder weiteres Gesichtsfeld geschaffen wird. Darüberhinaus hat
die negative Fresnel-Linse 16 die optische Eigenschaft, die durch sie betrachteten Objekte zu verkleinern. Der in Figur 3 bei der
Position "0" gezeigte Objekt^pfeil 28 wird als eine Abbildung 29,
welche kleiner als die tatsächliche Größe des Objektpfeiles 28 ist, bei der Position "I" gesehen. Die gesamten Eigenschaften
der negativen Fresnel-Linse 16 bewirken somit eine Erweiterung des Gesichtsfeldes und gleichzeitig eine Verkleinerung der betrachteten
Objekte.
Anhand der Figur 4 werden die optischen Brecheigenschaften eines Fresnel-Prismas 26 beschrieben. Das in das Prisma 26 einfallende
Licht wird von diesem unter einem gleichen und bestimmten Winkel Alpha gebrochen. Der bestimmte Brechungs- oder Ablenkungswinkel
Alpha des Prismas 26 hängt von dem Winkel der brechenden Flächen relativ zu den einfallenden Lichtstrahlen und von dem Brechungsindex
des Materials ab, aus welchem das Prisma besteht. Das Prisma bewirkt keine Fokussierung der auffallenden Lichtstrahlen, sondern
es bricht lediglich die einfallenden Lichtstrahlen um einen gleichmäßigen
und konstanten Ablenkungswinkel Alpha, vgl. Figur 4, und ändert so die Richtung der einfallenden Lichtstrahlen.
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In Figur 5 ist das neue, erfindungsgemäße Konzept dargestellt,
welches aus der Kombination einer Fresnel-Linse 32 und eines
Eresnel-Prismas 34 besteht, die zu einem einzigen optischen System
30 zusammengefaßt sind. Das optische System 30 ist relativ dünn
und beansprucht wenig Raum, und es kann in Nachbarschaft von Hindernissen
angeordnet sein, um, wie es in Figur 5 gezeigt ist, das Gesichtsfeld um das Hindernis herum zu erweitern. Somit kann ein
Betrachter unmittelbar hinter ein Hindernis schauen, obwohl seine Augen sich in der tatsächlichen Position X. befinden, welche
sich auf der entgegengesetzten Seite des optischen Systems 30 befindet. Die negative Fresnel-Linse 32 und das Fresnel-Prisma 34
sind im allgemeinen benachbart und parallel zueinander längs einer Systemachse angeordnet, welche durch die Gerade definiert ist, die
sich von der tatsächlichen Augenposition X. durch den geometrischen Mittelpunkt der Linse und des Prismas erstreckt. Eine Person,
welche durch die Begrenzungen des optischen Systems 30, welches nicht das optische System enthält, hindurch schaut, sieht normalerweise
einen Bereich, der in Figur 5 mit X bezeichnet ist. Wenn jedoch das optische System 30 sich innerhalb dieser Begrenzungen
befindet, wird durch die einzigartige Kombination der negativen Fresnel-Iiinse 32 mit dem Presnel-Prisma 34 die tatsächliche Augenposition
nach 2. verschoben, d.h. in eine Position zwischen der
tatsächlichen Augenposition X. und dem optischen System 30 und von der Systemachse fort. Das mittels des^ optischen Systems
30 sichtbare Gesichtsfeld ist somit das erweiterte und verkleinert sichtbare Gesichtsfeld, welches sich im Ausführungsbeispiel der
Figur 5 unmittelbar hinter und unterhalb des Hindernisses auf der anderen Seite des optischen Systems 30 befindet. Das optische
System 30 bildet eine Einrichtung zur Verschiebung des Aussichtspunktes des Betrachters zu einem näheren Punkt außerhalb der
Systemachse, von welchem aus er direkt das erweiterte Gesichtsfeld betrachten könnte. Es versteht sich, daß das erweiterte und verkleinert
sichtbare Gesichtsfeld, welches man mit dem optischen System 30sieht, einen Bereich Z umfaßt. Der Bereich Z umfaßt auch
einen Teil Y, welcher sich außerhalb des normalerweise direkt sieht
baren Bereichs X befindet.
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Wegen der optischen Eigenschaften der Linsen- und der Prismenkomponente,
die zu einem optischen System 30 zusammengefaßt sind,
/Position
ist die Größe und die ' des erweiterten und verkleinert sichtbaren
Bereiches Z "bezüglich der Systemachse selbstverständlich von verschiedenen Faktoren abhängig. Diese Paktoren umfaßen die
Größe der negativen Brennweite der negativen Fresnel-Linse, die Größe des Ablenkungswinkels des Fresnel-Prismas und den Winkel
der Ebenen, in welchen das Fresnel-Prisma und die Fresnel-Linse relativ zur Systemachse angeordnet sind.
Darüberhinaus ist das durch das optische System 30 sichtbare Gesichtsfeld verkleinert. Wenn man z.B. eine Fresnel-Linse verwendet,
die kreisförmig und bezüglich ihrer optischen Achse rotationssymmetrisch ist, die also um ihre optische Aohse gedreht
werden kann, ohne daß das Gesichtsfeld verändert wird, und wenn diese Linse einen Durchmesser von ungefähr 25,5 cm und eine Brennweite
von -30,5 cm hat, und wenn man ein entsprechend großes Presnel-Prisma verwendet, so erhält man bei einer tatsächlichen
Augenposition im Abstand von ungefähr 20 cm von der Linse eine maximale Verkleinerung oder minimale Vergrößerung von ungefähr
0,13 oder 13 % der normalen Größe und ein Gesichtsfeld, welches dem Bereich Z in Figur 5 entspricht, von ungefähr 51 %.
Anhand der 1Ji'igur 6 werden die Eigenschaften eines außerhalb der
Achse der negativen Fresnel-Linse liegenden Abschnittes im einzelnen beschrieben. In der Figur 6 ist die negative Fresnel-Linse 36
in drei Abschnitte 37,38 und 39 unterteilt. Die gesamte Fresnel-Linse 36 ist rotationssymmetrisch und optischfsymmetrisch, da sie
bei einer Drehung um die optische Achse und in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse stets alles Licht, welches aus dem
Gesichtsfeld D auf sie auffällt, bricht und in der tatsächlichen Augenposition fokussiert. Die Abschnitte der optischjsymmetrischen,
negativen Fresnel-Linse 36, welche sich in einem bestimmten Abstand, " . E in Figur 6, von der optischen Achse befinden, sind "außeraxiale11
A. "hmtte wie der Abschnitt 37, und diese Abschnitte
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sind optisch asymmetrisch und fokussieren lediglich die einfallenden
Lichtstrahlen, die aus dem Gesichtsfeld F einfallen, in der tatsächlichen Augenposition. Dementsprechend können die Abschnitte
der optisch rotationssymmetrischen, negativen Fresnel-Linse 36 entsprechend ihrem Grad der "Asymmetrie" ausgewählt
werden, d.h., entsprechend ihrem Abstand zur optischen Achse der im übrigen rotationssymmetrischen Linse. Der Grad der Asymmetrie
hängt somit vom Abstand des entsprechenden Bereichs der optisch rotationssymmetrischen Fresnel-Linse, von welcher der asymmetrische
Linsenabschnitt im übrigen einen Teil bildet, von der zentralen Drehachse der rotationssymmetrischen Linse ab, welche der optischen
Achse in Figur 6 entspricht. Daraus geht hervor, daß dann, wenn Licht aus einem gewünschten Gesichtsfeld, z.B. aus dem Gesichtsfeld
F in Figur 6, aus der dort gezeigten Augenposition gesehen werden soll, lediglich der optisch asymmetrische Linsenabschnitt
37 erforderlich ist. Folglich können asymmetrische negative Fresnel-Linsen oder '^eile von solchen mit Fresnel-Prismen kombiniert
werden, damit Personen mittels solcher kombinierter Systeme Bereiche außerhalb des normalen Gesichtsfeldes betrachten
können, welches durch die Geraden begrenzt ist, die von der tatsächlichen A-ugenposition an den physikalischen Begrenzungen des
kombinierten Linsensystems entlang laufen.
Bei der Konstruktion eines solchen beschriebenen Systems tritt dann, wenn Fresnel-Linsen mit gekrümmten Abschnitten verwendet
werden, welche in Form einer Kugel gekrümmt sind, das Problem der sphärischen Aberration oder Verzerrung auf. Zur Vermeidung solch
einer sphärischen Aberration können dementsprechend Fresnel-Linsen verwendet werden, deren Abschnitte asphärisch gekrümmt sind.
Die Verwendung solcher asphärischer, negativer Fresnel-Linsen verbessert
somit die optische Qualität des Bildes, welches man durch ein solches optisches System sieht.
Anhand der Figuren 7 bis 22 werden Verwendungsmöglichkeiten des
erfindungsgemäßen optischen Systems, welches eine negative
Fresnel-Linse und. ein'Fresnel-Prisma umfaßt, an oder auf Beförderungs-
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mitteln oder Fahrzeugen beschrieben. Diese Verwendungsmöglichkeiten
des erfindungsgemäßen optischen Systems in Verbindung mit Fahrzeugen erweitern das Gesichtsfeld einer Person innerhalb des Fahrzeugs,
so daß diese Person Bereiche sehen kann, welche normalerweise von Teilen des Fahrzeugs verdeckt sind. Solche "blinden Stellen"
oder tote Winkel entstehen durch Hindernisse entsprechend äem
in Figur 5 gezeigten Hindernis. Diese "toten Bereiche" werden eliminiert, indem eines oder mehrere optische Systeme im Bereich
der Fensterflächen nahe bei diesen "blinden Bereichen" oder auf oder nahe anderen Sichthilfeeinrichtungen,z.B. an Rückspiegeln
oder Periskope^ so angeordnet werden, daß das optische System ein erweitertes und verkleinert erscheinendes Gesichtsfeld erzeugt,
welches diese "toten Bereiche" umfaßt.
Die Figuren 7 und 8 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Halterung,
wel'che zur Befestigung eines erfindungsgemäßen optischen Systems in oder an einem Fahrzeug dient. Obgleich das optische System in
ein Fenster eingebaut oder direkt auf der Oberfläche eines Fensters,
z.B. eines Rücklichtes oder eines Heckfensters eines Automobils, angeordnet sein kann, wird es häufig zweckmässiger Weise mittels
einer separaten Halterung befestigt werden, besonders dann, wenn bereits bestehende Fahrzeuge mit dem optischen System ausgerüstet
werden. Solche Halterungen können dazu verwendet werden, das optische System an, nahe oder im Bereich eines bestehenden Fensters
zu montieren, um dadurch das Gesichtsfeld durch das Fenster zu erweitern. Wie die Figuren 7 und 8 zeigen, umfaßt eine solche
Halterung 40 einen Rahmen 42, welcher mit Hilfe von Befestigungsmitteln 46 drehbar an einer Basis 44 befestigt ist. Der Rahmen
umfaßt Seitenteile 48 und 52, ein Oberteil 50 und ein Unterteil In dem Rahmen 42 ist ein optisches System 55 angeordnet, welches
eine negative Fresnel-Mnse 56 und ein Fresnel-Prisma 58 umfaßt,
welche parallel zueinander und einander benachbart innerhalb der Rahmenteile 48,50,52 und 54 in Schlitzen 60 bzw. 62 angeordnet sind.
Der Rahmen 42 wird mittels Befestigungseinrichtungen 46, z.B. Schraubbolzen, auf einer Basis 44 befestigt. Da die Befestigungs-
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-H-
mittel oder Bolzen 46 längs derselben Drehachse 65 in dem Unterteil
54 der Basis 42 angeordnet sind,_ kann der gesamte Rahmen einschließlich der negativen Fresnel-Linse 56 und des Fresnel-Prismas
58 relativ zu der Systemachse gedreht werden, so daß das " optische System in verschiedenen Positionen befestigt werden kann,
entsprechend den gewünschten Positionen, die zur Erweiterung und verkleinerten Darstellung des Gesichtsfeldes zweekmässig sind,
wie es oben in Verbindung mit Figur 5 beschrieben wurde. Darüberhinaus weisen die Klammern 64 geschlitzte Abschnitte 67 auf,
welche eine Justierung des Rahmens 42, welcher das optische Systesi
55 trägt, bezüglich der Position der Basis 44 ermöglichen. Die gesamte Halterung 40, welche das optische System 55 umfaßt, definiert
eine optische Einheit, welche in verschiedenen Positionen in oder an einem Fahrzeug mittels Befestigungsflanschen 68 befestigt
werden kann, welche einen Teil der Klammern 64 und der
Befestigungsmittel 66 bilden. Die Halterung 40 der Figuren 7 und kann typischerweise dazu verwendet werden, das optische System 55
entweder nahe und außerhalb des Rückfensters eines Kombiwagens an dessen Rückklappe zu befestigen, wie es in Figur 12 gezeigt ist,
oder in einer Limousine auf dem Ablagebrett nahe dem Heckfenster, wie es in den Figuren 13,14 und 16 dargestellt ist, oder in den
hinteren Bereichen eines geschlossenen Lastwagens, wie es in den Figuren 18 und 19 gezeigt ist.
In den Figuren 9 und 10 ist ein anderes Ausführungsbeispiel einer
Halterung 70 dargestellt, welche dazu verwendet werden kann, ein optisches System gemäß der Erfindung an verschiedenen Stellen
in oder an einem Automobil zu befestigen. Die Halterung 70 umfaßt einen Rahmen 72, zwei Seitenteile 74, ein Bodenteil 76 und
ein Oberteil 78. Der Rahmen 72 ist dem Rahmen 42 ähnlich, er ist jedoch in umgekehrter Weise angeordnet. Der Rahmen 72 kann dazu
verwendet werden, ein optisches System 80, welches in beschriebener
Weise eine negative Fresnel-Linse 82 und ein Fresnel-Prisma 84
umfaßt, zu befestigen oder zu tragen. Die Halterung 70 unterscheidet
sich von der Halterung 40 dadurch, daß sie zur Halterung des
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optischen Systems 80 an dem Dach 86 eines Automobils im Bereich des Heckfensters 88 bestimmt ist. Der Rahmen 72 einschließlich
des optischen Systems 80 wird mittels einer Basiseinrichtung oder
einer Klammer 90, welche geschlitzte Seitenabschnitte 92 und einen Befestigungsflansch 94 aufweist, an dem Dachbereich 86 befestigt.
Der Rahmen 72 ist an den geschlitzten Abschnitten 92 eier Klammer 90 mit Hilfe von Befestigungsmitteln 96 befestigt.
Deshalb kann der Rahmen 72 relativ zur Systemachse gedreht und in verschiedenen Positionen mit Hilfe von Befestigungsmitteln
96 befestigt werden, so daß die Lage des erweiterten und verkleinert sichtbaren Gesichtsfeldes, welches mit Hilfe des optischen Systems
30 gesehen werden kann, eingestellt werden kann. Ähnlich wie die Halterung 40 umfaßt auch das gesamte optische System, welches
von der Halterung 70 getragen wird, eine optische Einheit, welche an dem Dachbereich 86 mittels anderer Befestigungsmittel 98 befestigt
werden kann. Üblicherweise wird die Halterung 70 dazu verwendet, das erfindungsgemäße optische System innerhalb verschiedenartiger
Fahrzeuge an dem Fahrzeugdach im Bereich des Heckfensters zu befestigen, wie es in den Figuren 11,15 und 17
gezeigt ist.
In Figur 11 ist eine Ausführungsform 100 eines erfindungsgemäßen
optischen Systems an einem Kombiwagen 102 befestigt. Der Kombiwagen 102 umfaßt einen Dachbereich 104, ein Heckfenster 106 und
eine hintere Klappe 108. Das optische System 100, welches eine_ optische Einheit umfaßt, wie sie in den Figuren 9 und 10 gezeigt
ist, ist an dem Dach 104 im Bereich des Rückfensters 106 befestigt. Das optische System 100 liefert ein erweitertes und verkleinert
erscheinendes, schraffiert dargestelltes Gesichtsfeld Z, welches
sich hinter und unterhalb der hinteren Klappe des Automobils 102 befindet. Das optische System 100 ist etwa vertikal und ungefähr
senkrecht zur Systemachse angeordnet, so daß das Gesichtsfeld Z einen gewünschten Sichtbereich hinter und unter dem Rückfenster
"umfaßt, der außerhalb des normal und direkt durch das Rückfenster 106 sichtbaren Bereichs G und außerhalb des durch die physikalischen
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Begrenzungen des optischen Systems 100 direkt sichtbaren Bereichs ·
H liegt.
In Figur 12 ist ein anderes Ausführungsbeispiel eines optischen Systems dargestellt, welches eine optische Einheit 110 umfaßt,
die nahe dem Heckfenster 106 eines- Kombiwagens 102 außen an der hinteren Klappe 108 befestigt ist. Eine in dieser Position
befestigte optische Einheit 110 verschafft dem Fahrer oder einer anderen Person in dem Fahrzeug einen erweiterten und verkleinert
erscheinenden Sichtbereich Z', der sich näher bei dem Fahrzeug
102 befindet, wie man an dem gekennzeichneten Abstand J' sieht. Der Sichtbereich Zf umfaßt einen Bereich, der sowohl außerhalb
des durch die Heckscheibe 106 liegenden normalen Gesichtsfeldes G1 als auch außerhalb des direkt durch die Begrenzungen des '
optischen Systems sichtbaren Bereichs H' liegt. Wie die optische Einheit 100, so ist auch die optische Einheit 110 etwa vertikal
und ungefähr normal zur Systemachse angeordnet. Die Ausführungsform 110 ermöglicht die Sicht eines Bereiches, der sich wesentlich
näher bei der Rückseite des Fahrzeugs befindet, als die Ausführungsform 100, welche in Figur 11. gezeigt ist, wie man aus dem Vergleich
der Abstände J1 und J sieht. Der geometrische Ort beider
Sichtbereiche Z und Z1 relativ zur Rückseite des Fahrzeugs 102
kann durch Einstellung der Parameter der optischen Einheit und durch Rotation der optischen Einheit relativ zu den Systemachsen
verändert werden. Die physikalische Dimension der optischen Einheit
100 und 110 beträgt üblicherweise ungefähr 12,7 x 12,7 cm.
Das optische System 100 verwendet üblicherweise entweder symmetrische oder asymmetrische, negative Fresnel-Linsen mit einer
Brennweite von ungefähr -17 cm bis 30,5 cm und ein Fresnel-Prisma mit einem UmIenkungswinkel von 17°, was zu minimalen Vergrößerungsfaktoren im Bereich von 0,08 - 0,13 oder von 8 % bis 13 % der
normalen Größe führt. In ähnlicher Weise umfaßt das optische System 100 eine negative Fresnel-Linse mit einer Brennweite im
Bereich von -17 cm bis -30,5 cm und ein Fresnel-Prisma mit einem Umlenkungswinkel im Bereich von 15° bis 50°, was zu einem Ver-
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kleinerungsfaktor zwischen 0,15 und 0,30 oder zwischen 15 % und
30 % der normalen Größe führt. Diese nur beispielhaft angegebenen
Werte sind für eine Objektweite von ungefähr 45,7 m hinter dem optischen System und für einen Augenabstand von ungefähr 2 m vom
optischen System berechnet worden.
In Figur 13 ist eine andere Ausführungsform 112 einer optischen
Einheit gezeigt, welche der oben beschriebenen Einheit ähnlich ist und neben dem Heckfenster 116 einer Limousine 114 angeordnet
ist. Wie die Figur 15 zeigt, kann die optische Einheit 112 an dem Dach 118 der Limousine 114 nahe des Heckfensters 116 im
Innenraum angeordnet sein. Die Einheit 112 kann jedoch auch auf dem Ablagebrett nahe der Unterseite des Heckfensters 116 befestigt
sein. Die optische Einheit 112 umfaßt zwei Kombinationen, die jeweils aus einer negativen Fresnel-Linse und aus einem Fresnel-Prisma
bestehen und die Seite an Seite in einem Rahmen angeordnet sind, wie die Figuren 7 und 8 oder 9 und 10 es zeigen. Wie man
in Figur 13 sieht, sind die negativen Fresnel-Linsen und die Fresnel-Prismen
so angeordnet, daß die erweiterten und verkleinert erscheinenden Gesichtsfelder K und K1 seitlich neben dem !Bereich
hinter dem Fahrzeug 114 sichtbar machen. Die Größe und die
Position der Gesichtsfelder K und Kf kann verändert werden, indem
die optischen Parameter der optischen Einheit 112 so geändert
oder eingestellt werden, daß mehr oder weniger von den Fahrzeugen 120, 122, 124 und 126 sichtbar wird, welche auf den benachbarten
Bahnen neben dem Fahrzeug 114 fahren. Die Fahrzeuge 120 und 122 sind Automobile normaler Größe und die Fahrzeuge 124 und 126
sind kompakte, kleinere Automobile. Die Gerade 128 bildet die Grenze des vorderen Gesichtsfeldes des Fahrers, wenn er in gewöhnlicherWeise
auf dem Führersitz des Fahrzeugs 114 sitzt. Wie man aus der Figur .13 sieht, wird der Bereich L, welchen der Fahrer
normalerweise direkt durch die Rückscheibe 116 sehen kann, um
die Sichtbereiche K und K' vergrößert. L' stellt einen kleinen,
teilweise blinden Winkelraum dar, welcher durch die Anordnung der optischen linheit 112 im Bereich des Heckfensters 116 verursacht
wird. Dieser kleine, teilweise blinde oder tote Winkelbereich
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wird jedoch durch den verbleibenden Teil des normalen Sichtbereiches
durch die Heckscheibe 116 mehr als ausgeglichen und bereitet Keine Schwierigkeit bei der Sicht durch die Heckscheibe. Die
üblichen Gesamtabmessungen der optischen Einheit 112 betragen
ungefähr 10 cm χ 25 cm. Die Parameter der optischen Einheit 112
umfaßen üblicherweise eine negative Fresnel-Linse mit einer Brennweite von ungefähr -17*5 cm bis -30,5 cm, ein Fresnel-Prisma mit
einem Ablenkungswinkel im Bereich zwischen 15 und 25 und einen
daraus resultierenden minimalen Vergrößerungsfaktor im Bereich zwischen 0,08 und 0,13 oder 8 % und 13 % der normalen Größe. Dies
sind wiederum typische Werte bei einem Abstand von etwa 45 bis 46 m zwischen Objekt und optischenf System und bei einer Entfernung
des tatsächlichen Augenabstands zum optischen System von ungefähr
203 cm. .
In Figur 14 ist ein anderes Ausführungsbeispiel des optischen
Systems offenbart, welches demjenigen der Figur 13 ähnlich ist. Dieses Ausführungsbeispiel umfaßt zwei optische Einheiten 130 und
132, welche nahe den seitlichen Rändern des Heckfensters 116 eines Fahrzeugs 114 angeordnet sind und ein erweitertes und verkleinert
erscheinendes Gesichtsfeld seitlich und hinter dem Fahrzeug sichtbar machen. Bei dieser Ausführungsform können die beiden optischen
Einheiten 130 und 132 entweder auf dem Ablagebrett nahe der Unterseite
des Heckfensters 116 angeordnet sein, wie es in Figur 16 gezeigt ist, oder sie können an dem Fahrzeugdach nahe der Oberkante
innen in der Nähe des Heckfensters 116 angeordnet sein,
wie es in Figur 17 gezeigt ist. Wie bereits erwähnt, kann die
Halterung 40 zur Befestigung der beiden in Figur 26 gezeigten optischen Einheiten verwendet werden, und die Halterung 70 kann
zur Befestigung der beiden in Figur 17 gezeigten optischen Einheiten
verwendet werden. Ähnlich wie die optische'Einheit 112
in Figur 13 liefern auch die optischen Einheiten 130 und 132 erweiterte und verkleinert erscheinende Gesichtsfelder Q und R,
welche dem Fahrer oder einer anderen Person im Fahrzeug 114
die Sicft-f; äeg Verkehrs auf den Spuren oder Bahnen ermöglicht,
welche beiden Seiten des Fahrzeugs benachbart sind, und zwar
sowohl die Sicht der normal|großen Fahrzeuge als auch die Sicht der kompakten Kleinwagen. In Figur 14 ist der normalerweise direkt
sichtbare Bereich T des Fahrers oder einer anderen Person innerhalb
des Fahrzeugs 114 dargestellt, wobei die Bereiche T' und Tlf
die toten Winkelbereiche bezeichnen, welche aufgrund der Anordnung der optischen Einheiten 130 und 132 im Bereich des Heckfensters
116 entstehen. Diese vorhandenen, teilweise blinden oder toten Winkelbereiche werden jedoch durch den verbleibenden Teil des
direkten, normalen Gesichtsfeldes des Fahrers durch das Heckfenster 116 vollständig kompensiert. Die optischen Einheiten 130 und 132
können die Abmessungen von etwa 10 cm χ 13 cm aufweisen. Die Parameter dieser Einheiten umfaßen eine negative Fresnel-Linse
mit einer Brennweite im Bereich von etwa -17 cm bis -30,5 cm, ein Fresnel-Prisma mit einem Umlenkungswinke1 im Bereich zwischen
etwa 15 ° und 25° und einen daraus resultierenden Yerkleinerungsfaktor
zwischen ungefähr 0,08 und 0,13 oder 8 % und 13 % der normalen Größe. Diese beispielhafter» Werte sind wiederum für
einen Abstand von etwa 45 m zwischen Objekt und optischem System und für einen tatsächlichen Abstand von etwa 2 m zwischen Auge
und optischem System berechnet worden. Alle optischen Einheiten, welche in den Figuren 13 und 14 gezeigt sind, einschließlich der
optischen Einheit 112 und der optischen Einheiten 130 und 132, sind im allgemeinen so angeordnet, daß die Ebenen der negativen
Fresnel-Linsen und der Fresnel-Prismen senkrecht zu der Vertikalebene angeordnet sind, welche die optischen Achsen der betreffenden
Einheiten enthält. Die entsprechenden Einheiten können deshalb gedreht werden, während sie die senkrechte Anordnung relativ
zu der vertikalen Ebene beibehalten, wie es oben im Zusammenhang mit den Halterungen 40 und 70 beschrieben wurde, so daß erweiterte
und verkleinert erscheinende Gesichtsfelder näher bei der Kante des Fahrzeugs 114 oder weiter von dieser fort eingestellt werden
können. In bestimmten Anwendungsformen ist es vorteilhaft, die optischen Einheiten senkrecht zu der Geraden von der Position
des Auges oder des virtuellen Auges durch den optischen Mittelpunkt der Fresnel-Linse anzuordnen, je|nachdem ob die Linse das
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optische Zentrum enthält oder nicht. Wie o"ben erklärt wurde, muß
ein außeraxialer Linsena"bschnitt nicht den optischen Mittelpunkt der Linse enthalten. Es versteht sich, daß der optische Mittelpunkt
nicht notwendigerweise mit dem geometrischen Mittelpunkt der Linse oder der optischen Einheit" zusammenfällt-. Das optische
System funktioniert auch dann, wenn die Ebenen der Linsen und der Prismen gegenüber der Vertikalebene, welche die Systemachse enthält,
geneigt ist. Tatsächlich funktioniert das optische System in beliebiger Orientierung, wenn auch das Gesichtsfeld von Personen
in dem Fahrzeug durch das optische System einen maximalen Wert annimmt, wenn die optischen Systeme in einer der oben beschriebenen
Positionen angeordnet sind.
In den Figuren 18 und 19 sind zwei weitere Ausführungsbeispiele des optischen Systems gezeigt, welche im hinteren Bereich eines
Kastenwagens oder eines Pritschenwagens angeordnet sind. Eine Ausführungsform
umfaßt optische Einheiten 134 und 136, die jeweils an einem Heckfenster 138 bzw. 140 eines Lastwagens 142 in besonderen
Halteeinrichtungen befestigt sind, welche ihrerseits mit den Rahmen der Fenster verbunden sind, oder die mit einem Klebstoff oder auf
andere Weise direkt an der Oberfläche der Fenster befestigt sind. Bei dieser Ausführungsform sind die optischen Einheiten 134 und
136 etwa senkrecht zu den Systemachsen des Lastwagens angeordnet.
Diese Einheiten 134 und 136 liefern erweiterte und verkleinert erscheinende 3-eSichtsfelder Ύ und Y1 unter und hinter der Rückwand
des Lastwagens 142. ,
Sollte der Lastwagen so beladezi sein, daß die Sicht durch die Heckfenster
138 und 140 "behindert ists, kann in ähnlicher Weise eine
andere A-asflinrungsform der Erfindimg angewendet werden, nach welcher
ein Sichthilfsmittel im G-esiGhtsfeld der im Fahrzeug befindlichen
Person zwischen der Augenposition dieser Person und der Position
des erfind'angsgsmäßen optischen Systems an dem Fahrzeug angeordnet
ist. Diese Ausflüirungsform des Systems oder des Lastwagens umfaßt
optische Sizüieiten 144 vjiä 146 ^ welche seitlich an dem Lastwagen
in dessen hinterem Bereich so angeordnet sind, daß sie in dem
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Gesichtsfeld der nach hinten gerichteten Sichthilfseinrichtungen liegen, welche einen außen montierten Rückwärtsspiegel im Bereich
des Fahrers und/oder des Beifahrers des Lastwagens 142 umfassen. Die optischen Einheiten 144 und 146 liefern erweiterte und verkleinert
erscheinende G-esichtsfelder W und W hinter und unter den
optischen Einheiten 144 und 146 und hinter und unter dem Kastenwagen 142. Die relativen Positionen der optischen Einheiten 134,
136, 144 und 146 können relativ zu den Systemachsen so verändert
werden, daß erweiterte und verkleinert erscheinende Sichtbereiche näher bei den hinteren Extremitäten des Lastwagens 142 oder weiter
von diesem fort eingestellt werden können. Zusätzlich können bei diesen optischen Einheiten asymmetrische, negative Fresnel-Linsen
anstelle der rotationssymmetrischen Presnel-Linsen verwendet werden, so daß die optischen Systeme in den gewünschten Sichtbereich gerichtet
werden können. Die allgemeinen Abmessungen und die typischen Parameter dieser optischen Einheiten stimmen mit denen
überein, die oben für andere Ausführungsbeispiele des optischen Systems angegeben wurden.
Jede beschriebene optische Einheit kann mit dem Getriebe des
Fahrzeugs verbunden werden, so daß die optischen Einheiten ausgefahren werden können und von ihrer normalen Sichtposition wieder
zurückgezogen werden können, wenn sie nicht mehr gebraucht werden. Insbesondere bei den Ausführungsbeispielen, bei welchen die
optischen Einheiten außerhalb des Fahrzeugs angeordnet sind, nämlich die Einheiten 110,144 und 146, ist eine solche Befestigung
besonders vorteilhaft. Alle Fahrzeuge, welche solche optischen Einheiten umfassen, weisen ein Getriebe (nicht dargestellt) auf,
welches einen Rückwärtsgang und eine Schalteinrichtung (nicht dargestellt) umfaßt. Zusätzlich wird eine Krafteinrichtung (nicht
dargestellt) zum Ausfahren und zum Zurückziehen der Einheiten aus dem Gesichtsfeld der Person, welche die Einheiten verwenden will,
vorgesehen. Die" Kraft einrichtung, z.B. ein Elektromotor, wird der Schalteinrichtung zugeordnet, so daß beim Einlegen des Rückwärtsgangs
die optische Einheit in das Gesichtsfeld der Person
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bewegt wird, wodurch dieser ein erweitertes, verkleinert erscheinendes
Gesichtsfeld verschafft wird. Wenn der Rückwärtsgang herausgenommen wird, wird die optische Einheit aus dem Gesichtsfeld
zurückgezogen. Es kann auch eine Steuerschaltung (nicht dargestellt) vorgesehen sein, welche die optische Einheit
unabhängig vom Zustand des Getriebes herausfährt und wieder zurückzieht. So kann z.B. in dem Ausführungsbeispiel, welches die
optische Einheit 110 verwendet, der Kombiwagen tQ2 einen
Elektromotor und Steuereinrichtungen (nicht dargestellt) aufweisen, mit deren Hilfe die optische Einheit zur Sichtbarmachung
des Bereiches Zf beim Rückwärtsfahren vertikal nach oben ausgefahren
und danach wieder in die hintere Klappe zurückgezogen werden kann.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindungs welches
in den Figuren 20 bis 22 dargestellt ist, wird das erfindungsgemäße
optische System auf oder neben den zusätzlichen Sichthilfsmitteln
des Fahrzeugs befestigt. In der Ausführungsform der I*igur 20 ist das optische System auf einem zusätzlichen, nach
hinten wirkenden ^ichthilfsmittel angeordnet, welches ein nach hinten gerichtetes Periskop 150 umfaßt, das auf dem Dach 154
eines Beförderungsmittels, z,B, eines Automobils 152, befestigt ist. Das Periskop 150 dient normalerweise zur Vergrößerung des
hinteren Sichtbereiches des Fahrers. Wenn das optische System, welches die optischen Einheiten 156 und 158 umfaßt", in das nach
hinten gerichtete Periskop eingebaut wird, wird das Gesichtsfeld des Fahrers seitlich neben dem hinteren Bereich des Fahrzeuges
und um einen Winkel längs den Seiten des Fahrzeuges nach unten vergrößert, so daß Objekte und andere Fahrzeuge auf den Bahnen
neben dem Fahrzeug 152 sichtbar werden» Solch ein Einbau der optischen Einheiten 156 und 158 unmittelbar neben den seitliehen
Kanten des nach hinten gerichteten Periskops sind besonders nützlich für Nachtfahrten, wenn diese optischen Einheiten den?
Fahrer die Scheinwerfer und die mitlaufenden Lichtflächen vorbeifahrender
Fahrzeuge sichtbar machen, welche sich neben seinem
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Fahrzeug "befinden; diese Scheinwerfer und diese mitlaufenden
Lichtflächen sind normalerweise nicht sichtbar, da sie sich unterhalb der Fensterbereiche des Fahrzeuges und außerhalb des
Gesichtsfeldes der normalen Seitenspiegel befinden.
In Figur 21 ist eine optische Einheit 156 oder 158 gezeigt, die
eine negative Fresnel-Linse und ein Fresnel-Prisma 162 umfaßt,
und an einem nach hinten gerichteten Periskop 150 befestigt ist.
Das Periskop 150 ist einstückig mit dem Dach 154 des Fahrzeugs 152 ausgebildet und umfaßt eine aerodynamisch geformte Abdeckung
166, welche die inneren Elemente des Periskops nach außen hin schützt. Das Periskop 150 umfaßt einen ersten Spiegel 168, einen
zweiten Spiegel 170 und einen dritten Spiegel 172. Eine transparente Feldabdeckungseinrichtung oder ein Feldglas 174, welches
zwischen dem Ende der Abdeckung 166 und dem Dach 154 angeordnet
ist, vervollständigt das Periskop. Das optische System, welches die optischen Einheiten 156 und 158 umfaßt, kann direkt auf der
Oberfläche des Deckglases 174 mit geeigneten Klebemitteln befestigt
werden, wie es in Figur 21 geneigt ist, oder es kann
unmittelbar neben dem Deckglas 174 auf einer geeigneten Halterung (nicht dargestellt) montiert werden. Manche Peinskope, welche
zusammen mit den beschriebenen optischen System verwendet werden können, enthalten eine Linse oder lediglich eine Öffnung, in
welcher das Deckglas angeordnet ist, wie im Ausführungsbeispiel. Wenn kein Deckglas 174 oder eine Linse vorhanden ist, deren
Oberfläche keine direkte Anfügung des optischen Systems erlaubt, können die negative Fresnel-Linse und das Fresnel-Prisma in
einer Halterung neben dem Periskop befestigt werden. Wie man in Figur 21 sieht, stellen M und N die Randstrahlen des normalerweise
von hinten einfallenden Lichtes und damit die Begrenzungen des durch das Periskop sichtbaren Gesichtsfeldes dar, wenn kein
erfindungsgemäßes optisches System verwendet wird. Die Strahlen M und N treten von hinten durch das Deckglas 174 hindurch und
werden von dem dritten Spiegel 172 auf den zweiten Spiegel 170 reflektiert, welcher sie seinerseits zu dem ersten Spiegel 168
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reflektiert. Der erste Spiegel '168 kann entsprechend den Augenpositionen
des Fahrers, welche innerhalb der Ellipse 176 liegen,
eingestellt werden, so daß das Periskop für Fahrer beliebiger Größe angepaßt werden kann.
Durch den Einbau der optischen Einheiten 156 und 158 wird das
Gesichtsfeld durch das Periskop 150 erweitert, so daß es die
schraffierte Fläche zwischen den Lichtstrahlen A und B umfaßt, wie man aus Figur 21 sieht. Wenn die Einheiten 156 und 158 unmittelbar
neben den seitlichen Rändern des Periskops 150 angeordnet
sind, dann können die negative Fresnel-Linse und das
Fresnel-Prisma so ausgerichtet werden, daß sie Lichtstrahlen aus dem hinteren und seitlichen Viertelraum des Fahrzeugs in
das Periskop lenken. Dieser Bereich umfaßt denjenigen Bereich, der für den Fahrer und/oder den Beifahrer normalerweise nicht
sichtbar ist, weil er von dem Dachträgerholm 155 verdeckt wird, wie man aus Figur 20 sieht. Wie man aus Figur 22 sieht, erhält
man durch die Kombination des erfindungsgemäßen optischen Systems mit dem Periskop 150 erweiterte und verkleinert erscheinende
Gesichtsfelder, welche den Bereich zwischen den Lichtstrahlen A und B und Af und B1 umfaßen. Der Fahrer des Fahrzeugs 152
kann mit einem kurzen Blick auf den ersten Spiegel 168 seines Periskops 150 sowohl normal große Fahrzeuge 120 und 122 erkennen,
vgl. Figur 22, als auch kompakte Kleinwagen 124 und 126, welche
sich in beiden Bahnen neben seinem Fahrzeug 152 befinden.
Wie bereits erwähnt, sind solche Gesichtsfelder besonders bei Nachtfahrten wichtig, wenn nämlich der Fahrer die Scheinwerfer
und die mitlaufenden Lichtbereiche der an beiden Seiten seines Fahrzeugs 152 erkennen kann; diese Scheinwerfer und diese mitlaufenden
Lichtbereiche wären sonst durch verschiedene Teile des Fahrzeugs 152 einschließlieh des Dachträgerholms 155 verdeckt.
Folglich wird der Sichtbereich des Fahrzeugfahrers und/oder des Beifahrers durch die neue Kombination des Periskops 150 mit
dem erfindungsgemäßen optischen System, welches die optischen Einheiten 156 und 158 umfaßt, wesentlich erweitert.
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Die modifizierte Ausführungsform der oben beschriebenen Erfindung
ist zwar nur im Zusammenhang mit einem Drei-Spiegel-Periskop gezeigt, sie kann aber auch mit anderen Periskopen und mit anderen,
nach hinten gerichteten Sichthilfsmitteln verwendet werden, welche verschieden viele und verschiedenartige optische Elemente enthalten,
In den Figuren 20 bis 22 ist außerdem eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher das optische System
mit einem andersartigen, nach hinten gerichteten Sichthilfsmittel vereinigt ist, z.B. mit einem Rückspiegel 180. Wie man aus Figur
sieht, können Rückspiegel 180 und 182 an beiden Seiten des Fahrzeugs
vereinigt sein, um das Gesichtsfeld des Fahrers auf jeder Seite des Fahrzeugs zu erweitern. Normalerweise werden Spiegel
180 und 182 dazu -verwendet, eine Sicht nach hinten an den Längsseiten
des-Fahrzeuges vorbei zu ermöglichen,und die Gesichtsbereiche
werden normalerweise durch die in Figur 22 gezeigten Lichtstrahlen
UU und U1U1 seitlich begrenzt. Deshalb können zu bestimmten Zeiten
Fahrzeuge in benachbarten Bahnen sich im toten "Blickwinkel des Fahrers des Fahrzeuges 152 befinden, in welchem sie vom Fahrer
nicht gesehen werden. Wie man in den Figuren 20 und 22 sieht, kann jedoch ein optisches System mit einer optischen Einheit,
welche eine negative Fresnel-Linse und ein Fresnel-Prisma umfaßt,
ähnlich wie bei den anderen Anwendungsbeispielen direkt auf der Oberfläche der seitlichen Rückspiegel 180 und 182 befestigt werden,
damit der Fahrer einen erweiterten und verkleinert erscheinenden Bereich sehen kann, welcher durch die schraffierten Flächen
zwischen den Geraden YY und ZZ und zwischen den Geraden Y1Y1 und
Z'Z' in den Figuren 20 und 22 angedeutet ist. Zusätzlich kann die
optische Einheit bei einigen Anwendungsbeispielen neben der Oberfläche der seitlichen Rückspiegel befestigt werden. Die optische
Einheit kann also in einem kleinen Abstand von der Oberfläche des Spiegels parallel zu diesem befestigt werden, sie kann aber auch
unter einem Neigungswinkel zur Oberfläche des Spiegels befestigt werden, um das mit Hilfe der Kombination der optischen Einheit
und des Spiegels weiter zu lenken. Somit können Fahrzeuge in den
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benachbarten Bahnen neben dem Fahrzeug 152, welche normalerweise in den Seitenspiegeln 18Q und 182 nicht sichtbar wären, durch
Kombination des erfindungsgemäßen Systems mit den entsprechenden Spiegeln leicht sichtbar gemacht werden. Wie die ^igur 22 zeigt,
liefert die Verwendung des erfindungsgemäßen optischen Systems an beiden Seiten des Perlskops 150 und an den Rückspiegeln 180
und 182 desselben Fahrzeugs ein nahezu kontinuierliches erweitertes und verkleinert erscheinendes Gesichtsfeld der Bahnen neben
dem Fahrzeug 152 von einer Position, die noch innerhalb des normalen Gesichtsfeldes des Fahrers liegt, bis zum hinteren Ende
seines Fahrzeuges bis zu einer Geraden 184, welche die Grenze des für den Fahrer und/oder Beifahrer sichtbaren Halbraumsbildet,
wenn er in üblicher Weise In dem Fahrzeug sitzt und nach vorne schaut.
Wie aus der Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung hervorgeht, können negative Fresnel-Linsen und Fresnel-Prismen
in Verbindung mit einem Periskop 150 und mit Rückspiegeln 180 und 182 so verwendet werden, daß sie einen erweiterten und verkleinert
erscheinenden Bereich neben dem Fahrzeug sichtbar machen. Durch Verwendung asymmetrischer Abschnitte von negativen Fresnel-Linsen
und durch Verwendung von Fresnel-Prismen, welche das einfallende Licht um größere oder kleinere Winkel brechen, können erweiterte
und verkleinert erscheinende Gesichtsfelder noch weiter innerhalb eines gewünschten Bereiches ausgewählt werden.
Es versteht sich deshalb, daß die erfindungsgemäße Kombination
einer Fresnel-Linse mit einem Fresnel-Prisma dazu verwendet werden kann, einen erweiterten und verkleinert erscheinenden Bereich um
oder hinter Hindernissen und dergleichen sichtbar zu machen, was besonders nützlich ist, wenn Bereiche innerhalb des toten Winkels
von Fahrzeugen sichtbar gemacht werden sollen. Ein optisches System welches eine Kombination aus einer Fresnel-Linse und einem Fresnel-Prisma
enthält, kann so angeordnet werden, daß die Linse oder das Prisma sich dicht bei der tatsächlichen Augenposition des Betrachte
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befindet, wobei die rillenaufweisenden oder rauhen Seiten der Linse und des Prismas sich entweder innerhalb oder außerhalb
des Systems befinden Können. Es können auch asphärische negative Fresnel-Linsen in dem System verwendet werden, damit sphärische
Aberrationen, die sonst auftreten wurden, vermieden werden. Außerdem
können asymmetrische negative Fresnel-Linsen oder Fresnel-Linsen-Abschnitte
verwendet werden, um dadurch das erweiterte und verkleinert erscheinende Gesichtsfeld noch stärker zu
orientieren. Ferner kann die Kombination so angeordnet werden, daß sie während der Perioden, wenn sie benutzt werden soll, von
verschiedenen Positionen des Fahrzeuges ausgefahren und hinterher v/ieder eingefahren werden kann. Schließlich kann das erfindungsgemäße
optische System sowohl für die Sicht nach hinten als auch für die Sicht nach vorne verwendet werden. Dieses System eignet
sich auch für die Verwendung bei großen Vorrichtungen, z.B. bei Erdbewegungsfahrzeugen, bei welchen verschiedene Teile der Vorrichtung
wesentliche Bereiche des Gesichtsfeldes des Fahrers abdecken.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung beruht zum Teil darauf, daß das System relativ dünn ausgebildet ist.
Das System kann leicht so angepaßt werden, daß es, wie oben beschrieben wurde, in dünnen Rahmen in den Glasbereichen des
Fahrzeuges befestigt werden kann, welche normalerweise von Fenstern eingenommen werden, daß es flach an den vorhandenen Fenstern und
außerhalb des Fahrzeuges neben den vorhandenen Fenstern und in vielen anderen Positionen befestigt werden kann. Das System nimmt
kaum mehr Platz ein, als ein Glas doppelter Dicke, und es kann deswegen in vielen Anwendungsformen verwendet werden.
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Claims (10)
- AnsprücheOptisches System zur Erweiterung des Gesichtsfeldes, gekennzeichnet durch eine optische Einheit (30), die aus einer Anordnung einer Fresnel-Linse (16,32)-und einem Prisma (26,34) nebeneinander "besteht.
- 2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Prisma (26,34) ein Fresnel-Prisma ist.
- 3. Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fresnel-Linse asphärisch ausgebildet ist.
- 4. Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Fresnel-Linse ein außeraxialer Abschnitt (37,39) einer Fresnel-Linse mit einer vorbestimmten optischen Asymmetrie, welche die Position des Gesichtsfeldes bestimmt, verwendet wird, und daß ein Prisma (34) mit einem bestimmten Ablenkungswinkel verwendet wird.
- 5. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Einheit (30) in Kombination mit einem Fahrzeug (114,152) zur Erweiterung des Gesichtsfeldes einer in dem Fahrzeug (114,152) befindlichen Person verwendet ist.
- 6. Optisches System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Einheit (30) in der Richtlinie von einer bestimmten Augenposition einer Person aus angeordnet ist, die sich in einem Fahrzeug (114,152) befindet, welches in der Sichtlinie zwischen der bestimmten Augenposition und der optischen Einheit Sichthilfsmittel aufweist, welche die ^ der Person durch die optische Einheit (30) erleichtern.
- 7. Optisches System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sichthilfsmittel Rückspiegel (180,182) umfassen.30 984 8/0902
- 8. Optisches System nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sichthilfsmittel ein Periskop (150) umfassen.
- 9. Optisches System nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß-das Fahrzeug (114,152) ein Getriebe und eine Schaltvorrichtung umfaßt, welche mit einer Antriebsvorrichtung zum Ausfahren und zum Einfahren der optischen Einheit (32) derart verbunden sind, daß die Antriebsvorrichtung beim Einlegen des Rückwärtsganges die optische Einheit (30) in das Gesichtsfeld der Person ausfährt, wodurch deren Gesichtsfeld erweitert wird.
- 10. Optisches System nach einem der Ansprüche 5 bis 9, gekennzeichnet durch verstellbare Halterungen (40,70), mit denen die optische Einheit (30) so an dem Fahrzeug (114,152) befestigt ist, daß der durch die optische Einheit (30) sichtbare, erweiterte Bereich einstellbar ist.3098A8/0902Lee rYe i t e
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