DE3331499C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrisch abblendbaren Rückspiegel für Kraftfahrzeuge mit einer in Einfallsrichtung des aus dem Beobachtungsraum auf den Rückspiegel auftreffenden Lichtes gesehen, vor der spiegelnden Fläche angeordneten, nematischen Flüssigkristallzelle, durch deren Ansteuerung mit variablen Ausgangssignalen einer Steuerspannungsquelle die optische Transmission der Flüssigkristallzelle und dadurch das hierzu proportionale effektive Reflexionsvermögen des Rückspiegels im Sinne einer situationsgerechten Abblendung gezielt veränderbar ist, wobei die Steuerspannungsquelle eine periodische Folge von Steuerspannungsimpulsen erzeugt, durch die die Flüssigkristallzelle in Zustände unterschiedlicher optischer Transmission steuerbar ist.

Ein Rückspiegel dieser Art ist durch die DE-OS 31 27 720 bekannt.

Bei dem bekannten Rückspiegel wird die Flüssigkristallzelle mit einer Folge von Steuerspannungsimpulsen alternierender Polarität angesteuert, was erforderlich ist, um eine Zerstörung der Zelle durch Ionenwanderung in der Flüssigkristallschicht zu vermeiden. Dabei werden die Impulsfolgefrequenz und das Tastverhältnis der Steuerspannungsimpulse konstant gehalten. Die Steuerung des Grades der Trübung der nematischen Flüssigkristallzelle und damit die Steuerung des effektiven Reflexionsvermögens dieses bekannten Spiegels erfolgt durch gesteuerte Änderung der Amplituden der Steuerspannungsimpulse. Als nachteilig wirkt sich hierbei die mit zunehmendem Steuerspannungspegel drastisch abfallende Transmissions-/ Steuerspannungskennlinie aus, so daß es regelungstechnisch sehr schwierig ist, einen bestimmten erwünschten Wert des effektiven Reflexionsvermögens des Spiegels einzustellen. Wegen der starken Abhängigkeit der optischen Transmission der Flüssigkristallzelle von der den Steuerspannungsamplituden proportionalen Steuerfeldstärke können auch durch Fertigungstoleranzen bedingte Dickenunterschiede der Flüssigkristallschicht innerhalb des Sichtfeldes zu Bereichen unterschiedlicher optischer Transmission führen, so daß das im Spiegel sichtbare Bild fleckig erscheint.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Rückspiegel der eingangs genannten Art zu schaffen, der im Abblendbetrieb auf der gesamten Sichtfläche ein gleichmäßiges effektives Reflexionsvermögen zeigt und innerhalb enger Toleranzen auf definierte Werte eines erwünschten Reflexionsvermögens einstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

Hiernach ist die Impulsdauer der Steuerspannungsimpulse mindestens gleich der für die Flüssigkristallzelle charakteristischen Einschaltzeit t _a gewählt, innerhalb derer nach dem Einsetzen des Steuerspannungsimpulses die optische Transmission der Flüssigkristallzelle von 90% auf 10% abnimmt, und es ist für die Impulsfolgefrequenz der Steuerspannungsimpule ein Wert gewählt, der größer ist als die Flimmerverschmelzungsfrequenz des menschlichen Auges. Durch die vorgesehene Mindestdauer der Steuersignalimpulse wird außerdem gewährleistet, daß das effektive Reflexionsvermögen des Spiegels zwischen für eine gute Konstanz des zeitlichen Mittelwertes hinreichend definierten Werten variiert.

Das effektive Reflexionsvermögen des erfindungsgemäßen Spiegels ist damit dem zeitlichen Integral der optischen Transmission der Flüssigkristallzelle nahezu exakt proportional und wird vom Fahrer auch als konstant empfunden. Die dem bekannten Rückspiegel anhaftenden Nachteile werden somit bei dem erfindungsgemäßen Rückspiegel weitestgehend vermieden.

Dies gilt insbesondere für die gemäß Anspruch 2 vorgesehene Art der Ansteuerung der Flüssigkristallzelle mit Steuerspannungsimpulsen, deren Impulspausen kürzer sind als die Abklingzeit der Flüssigkristallzelle. Es werden dann nach wenige Impulsperioden umfassenden Einschwingzeiten zumindest für Bruchteile der Steuerspannungsimpulsdauer Zustände absolut minimaler optischer Transmission, das heißt völliger Undurchsichtigkeit der Flüssigkristallzelle erreicht. Durch gesteuerte Variation der Dauer der Impulspausen kann das effektive Reflexionsvermögen des Spiegels in weiten Grenzen variiert werden.

Durch die gemäß Anspruch 3 vorgesehene Auslegung der Flüssigkristallzelle wird zusätzliche Sicherheit gegen lokale Variationen des effektiven Reflexionsvermögens des Spiegels erreicht, wenn dieser nicht zwischen den absoluten Grenzwerten der optischen Transmission der Flüssigkristallzelle betrieben wird.

Die gemäß Anspruch 4 vorgesehene, bevorzugte Gestaltung eines erfindungsgemäßen Rückspiegels, bei der zur Variation des Reflexionsvermögens streifenförmige Steuerelektroden vorgesehen sind, durch deren sukzessive Beaufschlagung mit Steuerspannungsimpulsen ein über die Sichtfläche des Spiegels hinweglaufendes periodisches Muster mit Zonen unterschiedlichen Reflexionsvermögens entsteht, vermittelt sowohl eine zeitliche wie auch eine räumliche Mittelung des Reflexionsvermögens des Spiegels und damit, über dessen Sichtfläche gesehen, ein besonders gut gleichmäßiges effektives Reflexionsvermögen.

Durch die Merkmale der Ansprüche 5 und 6 sind zur zweckentsprechenden Ansteuerung der streifenförmigen Steuerelektroden vorteilhaft einfache Gestaltung derselben sowie einfache steuerungstechnische Maßnahmen angegeben.

Die durch den Anspruch 7 umrissene, weitere bevorzugte Gestaltung eines erfindungsgemäßen Rückspiegels hat den Vorteil, daß durch geeignete Steuerung der Zeitverzögerung, mit der zwei ansonsten identische Streifenmuster unterschiedlicher optischer Transmission zweier Flüssigkristallzellen über das Sichtfeld des Spiegels hinweglaufen, dessen effektives Reflexionsvermögen sowohl zu hohen wie auch zu niedrigen Werten hin stufenlos einstellbar sind.

Durch die Merkmale der Ansprüche 8 und 9 sind, dem grundsätzlichen Aufbau nach, einfach gestaltete Fotodetektoreinrichtungen angegeben, die eine situationsgerechte, selbsttätige Abblendung des erfindungsgemäßen Rückspiegels vermitteln.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Rückspiegel in vereinfachter, schematischer Ansicht,

Fig. 2 ein erstes spezielles Ausführungsbeispiel eines Rückspiegels gemäß Fig. 1 mit einer Flüssigkristallzelle, im Schnitt längs einer zur spiegelnden Fläche senkrechten Ebene,

Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung des Ansprechverhaltens der Flüssigkristallzelle gemäß Fig. 2 bei Anlegen eines Steuerspannungsimpulses,

Fig. 4 und Fig. 5 Impulsdiagramme zur Erläuterung des zeitlichen Verlaufs der optischen Transmission des Rückspiegels gemäß Fig. 2 bei periodischer Ansteuerung,

Fig. 6a ein Impulsdiagramm zur Erläuterung der Steuerung des Reflexionsvermögens eines Rückspiegels gemäß Fig. 1 mit einer Vielzahl parallel angeordneter streifenförmiger Steuerelektroden,

Fig. 6b ein Schaubild zur Erläuterung der zeitlichen Veränderung eines mit Impulsfolgen gemäß Fig. 6a gesteuerten Rückspiegels mit streifenförmigen Steuerelektroden,

Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rückspiegels mit zwei Flüssigkristallzellen in einer der Fig. 2 entsprechenden Darstellung,

Fig. 8a ein Blockschaltbild einer zur selbsttätigen Abblendsteuerung des Rückspiegels gemäß Fig. 7 geeigneten Steuerspannungsquelle und Fotodetektoranordnung und

Fig. 8b ein Impulsdiagramm sowie ein Schaubild zur Erläuterung der Steuerspannungsquelle gemäß Fig. 8a in einer den Fig. 6a und 6b entsprechenden Darstellung.

Bei dem in Fig. 1 in vereinfachter Gesamtansicht, in Fig. 2 in einem zur Ebene der Fig. 1 senkrechten Schnitt dargestellten, selbsttätig abblendenden Rückspiegel 10 für ein Kraftfahrzeug ist, in der durch den Pfeil 11 in Fig. 2 repräsentierten Einfallsrichtung des aus dem Beobachtungsraum kommenden Lichtes gesehen, vor der hochreflektierenden Spiegelschicht 12, z. B. einer auf eine Glasplatte 13 aufgebrachten Aluminiumschicht eine insgesamt mit 14 bezeichnete, nematische Feldeffekt - Flüssigkristallzelle angeordnet, die durch Steuer - Ausgangsimpulse einer Steuerspannungsquelle 16 in Zustände verminderter Transparenz steuerbar ist, wodurch das effektive Reflexionsvermögen des Rückspiegels 10 in weiten Grenzen variierbar und damit der Rückspiegel 10 situationsgerecht selbsttätig abblendbar ist. Die Aktivierung der Steuerspannungsquelle 16 erfolgt, worauf im folgenden noch näher eingegangen wird, in Abhängigkeit von Ausgangssignalen einer Photodetektoreinrichtung, die ein Maß für die Umgebungshelligkeit und/oder die Intensität eines auf den Rückspiegel aus dem Beobachtungsraum auftreffenden Lichtstromes sind.

Die Flüssigkristallzelle 14 umfaßt in an sich bekannter Anordnung eine dünne Flüssigkristallschicht 17, die zwischen durchsichtigen Flächenelektroden 18 und 19 angeordnet ist, durch deren Steuerspannungsbeaufschlagung die Transparenz der Flüssigkristallzelle 14 steuerbar ist. Als Träger für die z. B. aus einem Zinn - Indium - Oxid - Material bestehenden Elektroden 18 und 19 dienen Glasplatten 21 und 22, die durch nicht dargestellte Abstandsstücke in dem die Schichtdicke des Flüssigkristallmaterials bestimmenden Abstand gehalten sind. Der insoweit beschriebene Teil der Flüssigkristallzelle 14 ist zwischen gekreuzten Linearpolarisatoren 23 und 24 angeordnet, die zwei zueinander senkrechte Polarisationsebenen auszeichnen und damit für Lichtströme, die die durch diese Polarisationsebenen ausgezeichneten Polarisationszustände haben, alternativ durchsichtig sind. Die Elektroden 18 und 19 sind an ihren der Flüssigkristallschicht 17 zugewandten Seiten mit je einer Orientierungsschicht 26 bzw. 27 versehen, durch deren - z. B. durch Reiben in einer bestimmten Richtung erzeugte - Oberflächenstruktur eine Orientierung ausgezeichnet ist, mit der sich die langgestreckten und mit einem hohen elektrischen Dipolmoment behafteten Moleküle des nematischen Flüssigkristallmaterials jeweils in der Grenzschicht 17₁ bzw. 17₂, die an die Orientierungsschicht 26 bzw. 27 anschließt, an diese anlegen. Die Grenzschichten 17₁ und 17₂ der nematischen Flüssigkristallschicht 17 bilden daher ihrerseits Polarisationsschichten, die einen durch die Orientierung ihrer Moleküle bzw. der Oberflächenstrukturen der Orientierungsschichten markierten Polarisationszustand auszeichnen. Die Orientierungsschichten 26 und 27 der Flüssigkristallzelle 14 sind so ausgebildet, daß die Polarisationszustände, die durch die an die Orientierungsschichten 26 und 27 anschließenden Grenzschichten 17₁ und 17₂ ausgezeichnet sind, alternativ mit den durch den spiegelseitig angeordneten Polarisator 24 der Flüssigkristallzelle 14 definierten Polarisationszustand bzw. mit dem durch die eintrittsseitig angeordneten Polarisator 23 der Flüssigkristallzelle 14 definierten Polarisationszustand zusammenfallen. In den zwischen den Grenzschichten 17₁ und 17₂ angeordneten Schichtbereichen der nematischen Flüssigkristallschicht 17 geht im feldfreien Fall die Orientierung der Moleküllängsachsen kontinuierlich von der durch die Orientierungsschicht 26 vorgegebenen Orientierung in die durch die Orientierungsschicht 27 vorgegebene Orientierung über, so daß sich, über die Schichtdicke der Flüssigkristallschicht 17 gesehen, eine schraubenförmige Verdrehung der Flüssigkristallmoleküle ergibt. Diese schraubenförmige Verdrehung der Flüssigkristallmoleküle ist in Fig. 2 durch eine Folge von Strichen 28 mit von links nach rechts abnehmenden Längen angedeutet, die den Projektionen der Moleküllängen auf die Zeichenebene entsprechen. Durch die schraubenförmige Verdrehung der Moleküle in aufeinanderfolgenden Schichten des Flüssigkristallmaterials, wobei innerhalb dieser Schichten die Molekülachsen parallel zueinander verlaufen, entfaltet die Flüssigkristallschicht 17, solange sie nicht durch ein elektrisches Transversalfeld gestört ist, eine optische Aktivität, die die Schwingungsebene des Lichtes, das den durch den Polarisator 23 ausgezeichneten linearen Polarisationszustand hat, um 90° dreht, so daß das Licht den zwischen der Flüssigkristallzelle 14 und der Spiegelschicht 12 angeordneten linearen Polarisator ungeschwächt passieren kann; nachdem es an der Spiegelschicht 12 - unter Erhaltung des Polarisationszustandes - reflektiert worden ist und den Polarisator 24 ungeschwächt passiert hat, wird seine Schwingungsebene wiederum um 90° gedreht, so daß es den nunmehr austrittsseitig angeordneten Polarisator 23 ebenfalls ungeschwächt, d. h. abgesehen von Reflexionsverlusten an Grenzflächen, passieren kann. In diesem steuerfeldfreien Zustand der Flüssigkristallzelle 14 hat der Rückspiegel 10 sein maximales Reflexionsvermögen; ein z. B. in Richtung des Pfeils 29 zurückgeworfener Lichtstrom, der aus einer Reflexion eines in Richtung des Pfeils 11 auf den Rückspiegel 10 auftreffenden Lichtstromes resultiert, hat allerdings, abgesehen von zusätzlichen Reflexionsverlusten an den Grenzflächen der mit verschiedenen Brechungsindizes behafteten Polarisator-, Glas-, Elektroden- und Flüssigkristallschichten, nur noch 50% der Intensität des einfallenden Lichtstromes, da 50% des einfallenden Lichtes beim erstmaligen Hindurchtreten durch den Polarisator 23 absorbiert werden.

Wird an die Flüssigkristallzelle 14 für eine hinreichende Mindestzeitspanne ein in Richtung des Pfeils 31 wirksames elektrisches Querfeld angelegt, dessen Feldstärke E größer ist als ein bestimmter Schwellenwert E _s , so richten sich die Moleküle des Flüssigkristallmaterials parallel zu diesem Feld aus und die durch die Verdrehung der Flüssigkristallmoleküle in deren nematischer Phase bedingte optische Aktivität der Flüssigkristallschicht 17 wird vollständig aufgehoben. Die Flüssigkristallzelle 14 ist dann völlig undurchsichtig.

Ein elektrisches Steuerfeld kann durch Anlegen eines Wechselspannungsimpulses 32, dessen Pegel z. B. zwischen +3 V und -3 V variiert, an die eine Steuerelektrode 19 erzeugt werden, während die Gegenelektrode 18 auf Erdpotential gehalten ist. Die Ansteuerung der Flüssigkristallzelle 14 mit Wechselspannungsimpulsen ist erforderlich, um eine Zerstörung der Flüssigkristallzelle durch Ionenwanderung in der Flüssigkristallschicht 17 zu vermeiden.

Zur Erläuterung der sich bei Anlegen eines Wechselspannungsimpulses 32 an die Steuerelektrode 19 ergebenden Zeitabhängigkeit der Transparenz der Flüssigkristallzelle 14 sei nunmehr auf das Diagramm gemäß Fig. 3 verwiesen, in dem als Abszisse die Zeit t und als Ordinate die optische Transmission Tr aufgetragen sind, die für den feldfreien Fall auf 100% normiert ist.

Innerhalb einer kurzen Verzögerungszeitspanne Δ t _{d 1}, die mit dem Einsetzen des Wechselspannungsimpulses 32 im Zeitpunkt t₀ beginnt, fällt die optische Transmission Tr zunehmend rascher ab, bis im Zeitpunkt t₁ der Wert 90% erreicht ist. Hieran schließt sich ein steiler Abfall 33 der optischen Transmissions-Verlaufskurve an, bis im Zeitpunkt t₂ die optische Transmission nur noch 10% beträgt. Die für diesen optischen Transmissionsabfall 33 charakteristische Zeitspanne t _a wird im folgenden als Einschaltzeit der Flüssigkristallzelle 14 bezeichnet. Nach einer weiteren kleinen Verzögerungszeitspanne Δ t _{d 2} wird etwa im Zeitpunkt t₃ der 0%-Wert der optischen Transmission erreicht. Auf das Abklingen des Steuerspannungsimpulses im Zeitpunkt t₄ setzt innerhalb einer weiteren, kleinen Verzögerungszeitspanne Δ t _{d 3} wieder ein Anstieg der optischen Transmission ein, wobei im Zeitpunkt t₅ wieder 10% der maximalen optischen Transmission erreicht werden. Durch einen hierauf folgenden wieder steilen Anstieg 34 der optischen Transmission wird nach der im folgenden als Abklingzeit bezeichneten Zeitspanne t _e im Zeitpunkt t₆ ein Wert von 70% der optischen Transmission erreicht, die hierauf mit flacher werdendem zeitlichem Anstieg schließlich auf ihren Maximalwert übergeht. Sowohl die Einschaltzeit t _a als auch die Abklingzeit t _e sind dem Quadrat der Schichtdicke d der Flüssigkristallschicht 17 proportional, wobei die Einschaltzeit t _a mit dem Quadrat der Steuerfeldstärke abnimmt.

Der anhand Fig. 3 eingehend geschilderte Zeitverlauf der optischen Transmission Tr der Flüssigkristallzelle 14, für den Fall, daß an diese ein Steuerspannungsimpuls 32 einer Dauer T, die größer als die Einschaltzeit t _a ist, angelegt wird, kann zu einer selbsttätig gesteuerten, situationsgerechten Anpassung des effektiven Reflexionsvermögens des Rückspiegels 10 wie folgt ausgenutzt werden:

Zunächst sei vorausgesetzt, daß die Steuerelektroden 18 und 19 als Flächenelektroden ausgebildet sind, die die gesamte Sichtfläche des Spiegels 10 überdecken. Weiter sei vorausgesetzt, daß die Einschaltzeit t _a und die Abklingzeit t _e jeweils ca. 20 ms betragen. Im Rahmen der Steuerspannungsquelle 16 (Fig. 2) ist ein Wechselspannungsoszillator vorgesehen, der mit einer typischen Frequenz von 8 kHz schwingt. Am Ausgang 36 der Steuerspannungsquelle 16 abgegebene Steuerspannungsimpulse 32, mit denen die Steuerelektrode 19 der Flüssigkristallzelle 14 beaufschlagbar ist, haben eine deren Einschaltzeit t _a entsprechende Dauer (Fig. 4 und 5). Ihr Pegel ist hinreichend hoch, damit die Stärke des elektrischen Steuerfeldes, dem die Flüssigkristallzelle 14 während der Dauer t _a der Steuerspannungsimpulse 32 ausgesetzt ist, hinreichend hoch ist, um die Flüssigkristallzelle 14 in den Zustand minimaler optischer Transmission steuern zu können. Typische Werte dieser Feldstärke sind 300 V/cm bis 1000 V/cm.

Die zeitliche Folge der Steuerspannungsimpulse 32, d. h. die Dauer t _p der Impulspausen zwischen aufeinanderfolgend erzeugten Steuerspannungsimpulsen 32 ist mittels einer insgesamt mit 37 bezeichneten Fotodetektoranordnung steuerbar, derart, daß die Impulspausendauer t _p einerseits mit abnehmender Umgebungshelligkeit, die mittels eines ersten Fotodetektors 38 erfaßt wird, und andererseits mit zunehmender Intensität des aus dem Beobachtungsraum auf den Rückspiegel 10 auftreffenden Lichtes, die mittels eines zweiten Fotodetektors 39 erfaßt wird, abnimmt. Dieser zweite Fotodetektor 39 ist im Bereich eines Fensters 41 der Spiegelschicht 12 des Rückspiegels 10 angeordnet, durch das auf diesen auftreffendes Licht, das die Flüssigkristallzelle 14 passiert hat, hindurchtreten kann. Die Fotodetektoranordnung 37 und die Steuerspannungsquelle 16 sind so ausgelegt, daß die Freigabe des Ausgangs 36 der Steuerspannungsquelle zur Abgabe von Steuerspannungsimpulsfolgen erst dann erfolgt, wenn deren Impulsfolgefrequenz größer als ein Schwellenwert von z. B. 12,5 Hz ist, damit die aus der Ansteuerung der Flüssigkristallzelle 14 resultierenden, mit der Impulsfolgefrequenz der Steuerspannungsimpulse 32 erfolgenden periodischen Veränderungen der optischen Transmission der Flüssigkristallzelle 14 bzw. des effektiven Reflexionsvermögens des Rückspiegels 10 vom Fahrer nicht mehr wahrgenommen, sondern im zeitlichen Mittel als konstant empfunden werden.

In Fig. 4 ist für den Fall, daß die Dauer t _p der Impulspausen gleich der der Einschaltzeit t _a entsprechenden Dauer der Steuerspannungsimpulse 32 ist, der Zeitverlauf der optischen Transmission der Flüssigkristallzelle 14 in einer Fig. 2 entsprechenden Darstellung wiedergegeben, wobei zum Zweck der Erläuterung angenommen ist, daß die Flüssigkristallzelle 14 im Zeitpunkt t₀ erstmalig mit einem Steuerspannungsimpuls 32 angesteuert sei. Wie anhand von Fig. 4 erkennbar, stellt sich nach einer Einschwingzeit, die beim speziellen Erläuterungsbeispiel drei Periodendauern T der Steuerspannungsimpulse 32 umfaßt, ein stationärer Zustand ein, in dem die optische Transmission der Flüssigkristallzelle 14 periodisch zwischen etwa 70% und 10% variiert und damit im zeitlichen Mittel 40% beträgt. Die Frequenz, mit der die optische Transmission der Flüssigkristallzelle 14 bzw. das Reflexionsvermögen des Rückspiegels 10 variiert, beträgt in diesem Falle 25 Hz. Mit dieser Frequenz erfolgende zeitliche Schwankungen des Reflexionsvermögens des Rückspiegels 10 können nicht mehr wahrgenommen werden.

Fig. 5 zeigt in einer zur Fig. 1 analogen Darstellung den Zeitverlauf der optischen Transmission der Flüssigkristallzelle 14 für den Fall, daß die durch die Fotodetektoranordnung 37 gesteuerte Impulsdauer t _p auf 75% der Einschaltzeit t _a abgefallen ist, z. B. weil die Umgebungshelligkeit, der der Rückspiegel 10 ausgesetzt ist, abgenommen hat oder auf diesen ein intensiver Lichtstrom auftrifft, durch den der Fahrer geblendet werden könnte. Fig. 5 ist insoweit vereinfacht, als die optischen Transmissionsänderungen jeweils durch die in erster Näherung linearen Abfälle 33 und Anstiege 34 (Fig. 3) der optischen Transmission repräsentiert sind. Der eingeschwungene Zustand wird wiederum nach etwa drei Periodendauern T der Steuerspannungsimpulse 32 erreicht, in dem nunmehr die optische Transmission der Flüssigkristallzelle 14 zwischen 60% und 0% variiert und die Flüssigkristallzelle 14 bzw. der Rückspiegel 10 für Zeitspannen t _d , deren Dauer der Differenz der Impulsdauern t _a und der Impulspausen t _p entspricht, vollkommen "dunkel gesteuert" ist. Das sich für den eingeschwungenen Zustand ergebende zeitlich gemittelte Reflexionsvermögen des Rückspiegels 10 beträgt nur noch ca. 25%. Die Frequenz der Schwankungen des Reflexionsvermögens des Rückspiegels 10 beträgt in diesem Falle ca. 28 Hz.

Durch die mittels der Fotodetektoreinrichtung 37 gesteuerte Variation der Dauer t _p der Impulspausen kann, schon für sich allein gesehen, das effektive Reflexionsvermögen des Rückspiegels 10 in weiten Grenzen bedarfsgerecht variiert werden.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Rückspiegel 10 ist nun anstelle einer einzigen, mit den Steuerspannungsimpulsen 32 der Steuerspannungsquelle 16 beaufschlagbaren Steuerelektrode 19 eine Vielzahl von streifenförmigen, gegeneinander isolierten Steuerelektroden 42 vorgesehen, die in der aus Fig. 1 ersichtlichen Anordnung parallel nebeneinander verlaufend angeordnet sind und die Sichtfläche des Rückspiegels 10 praktisch lückenlos überdecken. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind je acht nebeneinander angeordnete streifenförmige Steuerelektroden 42 zu Gruppen I bis VI zusammengefaßt, innerhalb derer die einzelnen Steuerelektroden 42 in ihrer räumlichen Folge entlang der Längsachse 43 des Rückspiegels 10 jeweils zeitversetzt mit den Steuerspannungsimpulsen 32 gemäß Fig. 4 oder 5 entsprechenden Steuerspannungsimpulsen 32′ angesteuert werden; die zeitliche Folge, mit der sie an den Ausgängen 51 bis 58 der Steuerspannungsquelle 16 in der durch die aufsteigende Numerierung charakterisierten Reihenfolge abgegeben werden, ist in Fig. 6a, auf deren Einzelheiten ausdrücklich verwiesen sei, dargestellt. Die Dauern t _p der Impulspausen zwischen den Steuerspannungsimpulsen 32′, deren Dauer wiederum der Einschaltzeit t _a entspricht, können auf dieselbe Art und Weise gesteuert sein, wie anhand von Fig. 2 prinzipiell erläutert. Der zeitliche Versatz Δ t _v , mit dem innerhalb jeder der Elektrodengruppen I bis VI die Ansteuerung benachbarter Steuerelektroden 42 erfolgt, sei beim Erläuterungsbeispiel gemäß Fig. 6a durch die Beziehung

t _v = t _a /n (1)

gegeben, wobei mit n (n = 8 beim speziellen Erläuterungsbeispiel) die Zahl der Steuerelektroden 42 innerhalb der einzelnen Elektrodengruppen I bis VI angegeben ist. Weiter sei t _a = t _p angenommen.

Zu einem bestimmten Zeitpunkt betrachtet, haben dann die zu einer der Elektrodengruppen I bis VI gehörenden, durch je eine der Steuerelektroden 42 markierten Bereiche der Flüssigkristallzelle 14 unterschiedliche Werte der optischen Transmission; die optische Transmission ist dabei um so niedriger bzw. höher, je länger - zu dem bestimmten Betrachtungszeitpunkt - eine einzelne Steuerelektrode 42 mit einem Steuerspannungsimpuls 32 beaufschlagt bzw. nicht mehr beaufschlagt war.

Durch die zeitversetzte Ansteuerung der Steuerelektroden 42 entsteht somit ein aus dunkleren und helleren Streifen zusammengesetztes Streifenmuster, das, in Richtung der Längsachse 43 des Rückspiegels 10 gesehen, periodisch ist und sich in dieser Richtung über die Sichtfläche des Rückspiegels hinwegbewegt, wobei die Periodizitätslänge L dieses speziellen Streifenmusters für den speziellen Fall gemäß Fig. 6a der doppelten, in Richtung der Längsachse 43 des Rückspiegels 10 gemessenen Breite B der einzelnen Elektrodengruppen I bis VI entspricht.

In Fig. 6b ist für neun verschiedene Zeitpunkte t₁ bis t₉, deren zeitlicher Abstand dem doppelten Wert des Zeitversatzes Δ t _v ist, der räumliche Zustand des Streifenmusters dargestellt, wobei die mit einem Steuerspannungsimpuls angesteuerten Steuerelektroden 42 schraffiert eingezeichnet sind.

Im allgemeinen Fall ist die Periodizitätslänge L des Streifenmusters durch die Beziehung

gegeben, wenn mit b die Breite einer Steuerelektrode 42 bezeichnet ist.

Damit, nunmehr als Folge einer räumlich - zeitlichen Mittelung, lokale Unterschiede des Reflexionsvermögens des Rückspiegels 10 vom Fahrer nicht mehr wahrgenommen werden können, muß die Geschwindigkeit v _s , mit der das Streifenmuster über die Sichtfläche des Rückspiegels wandert, so groß gewählt werden, daß auch die Zahl der pro Sekunde an einer willkürlichen Bezugsstelle des Rückspiegels vorbeitretenden helleren und dunkleren Streifen hinreichend groß ist, damit für den Fahrer, wiederum bedingt durch die Trägheit des Auges, die Sichtfläche des Rückspiegels 10 als gleichmäßig abgedunkelt erscheint.

Davon ausgehend, daß es hierfür ausreichend ist, wenn pro Sekunde zehn Streifenperioden an dieser Bezugsstelle vorbeitreten, ergibt sich für die Mindest-Wanderungsgeschwindigkeit der Wert 10 · L/s. Da andererseits die Geschwindigkeit, mit der sich das Streifenmuster über die Sichtfläche bewegt, durch die Beziehung

v _s = L/(t _a + t _p ) (3)

gegeben ist, ergibt sich hieraus, daß (t _a + t _p ) insgesamt höchstens 100 ms betragen darf; dies ist ein Wert, der mit gängigen Flüssigkristallmaterialien noch ohne weiteres erreichbar ist.

Das Streifenmuster stellt ein optisches Gitter dar, dessen Gitterkonstante der Periodizitätslänge L des Streifenmusters entspricht.

Um zu vermeiden, daß aus der Gitterstruktur des Streifenmusters resultierende Beugungs- und Interferenzerscheinungen zu Unschärfen des in Reflexion betrachteten Bildes des Beobachtungsraumes führen, muß die Periodizitätslänge L so groß gewählt werden, daß der durch die Beziehung

definierte Winkel α _m
m = Beugungsordnung (0, 1, 2, . . .)
λ = Lichtwellenlänge
unter dem, bezogen auf die Reflexionsrichtung das Beugungsbild erster Ordnung erscheint, kleiner ist als das Winkel-Auflösungsvermögen α _a des menschlichen Auges, das in guter Näherung durch die Beziehung

gegeben ist, worin p den Pupillendurchmesser bedeutet.

Für kleine Winkel ergibt dann der Vergleich der Beziehungen (4) und (5) für die erste Beugungsordnung und einen mit 5 mm geschätzten Pupillendurchmesser, daß die Periodizitätslänge L mindestens 4 mm betragen muß. Für das anhand Fig. 6a und 6b erläuterte Fallbeispiel bedeutet dies, daß die Breite b der Steuerelektroden 42 mindestens etwa 250 µm betragen muß. Sie kann jedoch ohne weiteres größer sein und beispielsweise, wie in Fig. 1 dargestellt, 5 mm betragen, was sowohl aus herstellungstechnischen Gründen als auch zur Erzielung niedriger elektrischer Widerstandswerte der Steuerelektroden günstiger ist. Die durch die Steuerelektroden 42 erzielbare günstige Aufteilung des Sichtfeldes des Rückspiegels 10 kann unter Beachtung der geschilderten maßgeblichen Gesichtspunkte gegebenenfalls experimentell ermittelt werden.

Wird der Zeitversatz Δ t _v , mit dem die einzelnen Steuerelektroden 42 nacheinander angesteuert werden, größer als t _a /n, z. B. gleich dem doppelten dieses Wertes gewählt, so hat dies zur Folge, daß ein über die Sichtfläche des Rückspiegels laufendes Streifenmuster entsteht, bei dem, wie im linken oberen Teil der Sichtfläche des Rückspiegels 10 gemäß Fig. 1 für einen bestimmten Zeitpunkt dargestellt, neben je vier angesteuerten Elektroden, die schraffiert angedeutet sind und Bereiche abnehmenden Reflexionsvermögens des Rückspiegels repräsentieren, je vier nicht angesteuerte Elektroden angeordnet sind, die Bereiche zunehmenden Reflexionsvermögens repräsentieren, wobei dieses Streifenmuster wiederum mit der Geschwindigkeit v _s über die Sichtfläche des Rückspiegels 10 läuft.

Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rückspiegels 10′ sind in optischer Hintereinanderschaltung zwei Flüssigkristallzellen 14′ und 14″ vorgesehen, deren mit den Steuerspannungsimpulsen beaufschlagbare Steuerelektroden 42′ und 42″ die anhand von Fig. 1 geschilderte Anordnung und streifenförmige Ausbildung haben. Der Aufbau der Flüssigkristallzellen 14′ und 14″ ist, je für sich gesehen, dem anhand der Fig. 2 geschilderten Aufbau analog, wobei ein zentral angeordneter Polarisator 61 für beide Flüssigkristallzellen 14′ und 14″ als Auftritts- bzw. Eintrittspolarisator ausgenutzt ist. Eine synchrone, jedoch zeitversetzte Ansteuerung der beiden Flüssigkristallzellen 14′ und 14″ mit einem Signalmuster, das für die Flüssigkristallzelle 14′ die im linken oberen Teil von Fig. 1 dargestellte Streifenstruktur und für die Flüssigkristallzelle 14″ die im linken unteren Teil von Fig. 1 in entsprechender Darstellung wiedergegebene Streifenstruktur ergibt, führt in der Überlagerung dieser Streifenstrukturen zu der im rechten Teil von Fig. 1 dargestellten Streifenstruktur, bei der das effektive Reflexionsvermögen des Rückspiegels 10′ durch ein anderes Verhältnis der Zahl der hellen Streifen zur Zahl der dunklen Streifen, im speziellen Fallbeispiel durch das Verhältnis 1/3 bestimmt ist. Das effektive Reflexionsvermögen kann bei diesem Zwei- Zellenspiegel durch Variation der Zeitspanne Δ t _r variiert werden, um die die eine Zelle 14′ gegenüber der anderen Zelle 14″ zeitverzögert angesteuert wird. In Kombination mit den anhand Fig. 4 und 5 erläuterten Arten der Ansteuerung der Flüssigkristallzelle 14 kann durch die zeitverzögerte Ansteuerung zweier Zellen eine praktisch stufenlose Anpassung des Reflexionsvermögens des Rückspiegels 10 an die situationsbedingten Lichtverhältnisse erreicht werden.

Anhand Fig. 8a und 8b sei abschließend auf den Aufbau und die Funktion einer Steuerspannungsquelle 16′ eingegangen, mit der der anhand Fig. 1 und 7 erläuterte Zwei-Zellen-Rückspiegel situationsgerecht selbsttätig abblendbar ist:
Die Steuerspannungsquelle 16′ hat einen ersten Satz 62 von Ausgangsstufen 63, an deren Ausgängen 51′ bis 58′ die zur sukzessiven Ansteuerung der Steuerelektroden 42′ der Elektrodengruppen I bis VI der einen Flüssigkristallzelle 14′ notwendigen Steuerspannungsimpulse 32′ abgegeben werden, deren zeitliche Folge und Dauer für einen bestimmten Wert der Intensität eines auf den Rückspiegel 10′ aus dem Beobachtungsraum auftreffenden Lichtstromes durch die Impulsfolgen nach Fig. 8b, auf deren Einzelheiten ausdrücklich verwiesen sei, wiedergegeben ist. Die Ausgangsstufen 63 sind als Torschaltungen ausgebildet, die durch sukzessiv erzeugte Hochpegel-Ausgangsimpulse 64 der Dauer t _a einer Impulsformerstufe 66 nacheinander aufgesteuert werden, so daß für deren Impulsdauern das Ausgangssignal eines z. B. mit 8 kHz schwingenden Wechselspannungsoszillators 67 an den einzelnen Ausgängen 51′ bis 58′ ansteht. Den Ausgängen 71 bis 78 der Impulsformerstufe 66 ist je eine monostabile Kippstufe 70 zugeordnet, die durch die verschiedenen Zählerstands-Ausgangssignale eines Ringzählers 68 einzeln zur Abgabe ihrer Hochpegel-Ausgangsimpulse 64 der Dauer t _a getriggert sind. Dieser Ringzähler 68 ist mit den Ausgangsimpulsen eines Spannungsfrequenzwandlers 69 angesteuert, dessen Ausgangsimpulsfrequenz mit zunehmender Eingangsspannung zunimmt. Diesem Spannungsfrequenzwandler 69 ist als Eingangsspannung die verstärkte Ausgangsspannung eines Fotodetektors 39′ zugeleitet, mit dem die Intensität des auf den Rückspiegel 10′ aus dem Beobachtungsraum auftreffenden Lichtes erfaßt wird. Dieser Fotodetektor 39′ ist so geschaltet, daß seine Ausgangsspannung mit zunehmender Intensität dieses Lichtes ebenfalls zunimmt. Durch die insoweit erläuterte Art der Ansteuerung der Steuerelektroden 42′ der einen Flüssigkristallzelle 14′ wird erreicht, daß die Dauer t _p der Impulspausen zwischen den Steuerspannungsimpulsen 32′ zunehmender Intensität eines auf den Rückspiegel 10′ aus dem Beobachtungsraum auftreffenden Lichtstromes abnimmt, dadurch die optische Transmission der Flüssigkristallzelle 14′ und damit das Reflexionsvermögen des Rückspiegels 10′ entsprechend vermindert wird. Die Steuerspannungsquelle 16′ umfaßt weiter einen zweiten Satz 82 von als Torschaltungen ausgebildeten Ausgangsstufen 83, an deren Ausgängen 51″ bis 58″ die zur Ansteuerung der Steuerelektroden 42″ der zweiten Flüssigkristallzelle 14″ des Rückspiegels 10′ erforderlichen Steuerspannungsquelle abgegeben werden, die, wie vorstehend für den ersten Satz 62 von Ausgangsstufen 63 erläutert, von den Wechselspannungsausgangssignalen des Oszillators 67 abgeleitet werden. Die Aussteuerung der der zweiten Flüssigkristallzelle 14″ zugeordneten Ausgangsstufen 83 erfolgt ebenfalls mit den Hochpegel-Ausgangsimpulsen der Impulsformerstufe 66, jedoch mit einer Zeitverzögerung Δ t _r , die durch untereinander identische Zeitverzögerungsglieder 84 bestimmt ist, über die die Steuereingänge der Ausgangsstufen 83 des zweiten Satzes 82 je einzeln mit dem zugeordnet Ausgang 71 bis 78 der Impulsformerstufe 66 verbunden sind. Die Zeitverzögerungsglieder 84 sind spannungsgesteuert, derart, daß mit zunehmendem Pegel ihrer Steuerspannung die Verzögerungszeit Δ t _r zunimmt. Als Steuerspannung für die Zeitverzögerungsglieder 84 dient die wiederum verstärkte Ausgangsspannung eines Fotodetektors 38′, mit dem die Umgebungshelligkeit des Fahrzeuges erfaßt wird. Dieser Fotodetektor 38′ ist so geschaltet, daß seine Ausgangsspannung mit abnehmender Umgebungshelligkeit zunimmt.

Die aus der erläuterten Art der Ansteuerung der Flüssigkristallzellen 14′ und 14″ resultierenden Muster von streifenförmigen Bereichen unterschiedlicher optischer Transmission haben dieselbe Struktur und Periodizität, sind jedoch in Abhängigkeit von der Umgebungshelligkeit räumlich gegeneinander versetzt, wobei eine dadurch bedingte Minderung des effektiven Reflexionsvermögens des Rückspiegels 10′ dem Betrag der fotoelektrisch gesteuerten Verzögerungszeit Δ t _r proportional ist.

Claims (9)

1. Elektrisch abblendbarer Rückspiegel für Kraftfahrzeuge mit einer, in Einfallsrichtung des aus dem Beobachtungsraum auf den Rückspiegel auftreffenden Lichtes gesehen, vor der spiegelnden Fläche angeordneten, nematischen Flüssigkristallzelle, durch deren Ansteuerung mit variablen Ausgangssignalen einer Steuerspannungsquelle die optische Transmission der Flüssigkristallzelle und dadurch das hierzu proportionale effektive Reflexionsvermögen des Rückspiegels im Sinne einer situationsgerechten Abblendung gezielt veränderbar ist, wobei die Steuerspannungsquelle eine periodische Folge von Steuerspannungsimpulsen erzeugt, durch die die Flüssigkristallzelle in Zustände unterschiedlicher optischer Transmission steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsdauer der Steuerspannungsimpulse (32; 32′) mindestens gleich der für die Flüssigkristallzelle (14; 14′, 14″) charakteristischen Einschaltzeit t _a gewählt ist, innerhalb derer nach dem Einsetzen des Steuerspannungsimpulses die optische Transmission der Flüssigkristallzelle von 90% auf 10% abnimmt, und daß die Impulsfolgefrequenz der Steuerspannungsimpulse (32; 32′) größer ist als die Flimmerverschmelzungsfrequenz des menschlichen Auges.

2. Rückspiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer t _p der Impulspausen zwischen aufeinanderfolgenden Steuerspannungsimpulsen (32; 32′) auf Werte einstellbar ist, die niedriger sind, als die für die Flüssigkristallzelle (14; 14′, 14″) charakteristische Abklingzeit t _e′ innerhalb derer die optische Transmission der Flüssigkristallzelle, nach dem Abklingen eines Steuerspannungsimpulses, von 10% als minimalem Wert wieder auf einen Wert von 70% ansteigt.

3. Rückspiegel nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschaltzeit t _a der Flüssigkristallzelle (14) gleich oder annähernd gleich der Abklingzeit t _e ist.

4. Rückspiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sichtfläche des Rückspiegels (10; 10′) durch parallel zueinander verlaufende streifenförmige Steuerelektroden (43; 42′, 42″) gleicher Breite in schmale Bereiche unterteilt ist, durch deren sukzessive Ansteuerung in Zustände verschiedener optischer Transmission ein über die Sichtfläche hinweglaufendes, periodisches Muster mit Zonen unterschiedlichen Reflexionsvermögens des Rückspiegels entsteht, wobei die Laufgeschwindigkeit v _s dieses Streifenmusters größer ist als 10 L/s und L größer als 4 mm ist, und wobei mit L die in Laufrichtung gemessene Periodizitätslänge des Streifenmusters bezeichnet ist.

5. Rückspiegel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils n (z. B. n = 8) nebeneinander angeordnete streifenförmige Steuerelektroden (42; 42′, 42″) zu ihrerseits nebeneinander angeordneten Gruppen (I bis VI) zusammengefaßt sind, innerhalb derer die streifenförmigen Steuerelektroden (42; 42′, 42″) entsprechend ihrer räumlichen Reihenfolge auch zeitlich nacheinander mit einem definierten Zeitversatz Δ t _v angesteuert werden, wobei in ihrer Stellung innerhalb der Gruppen (I bis VI) einander entsprechende streifenförmige Steuerelektroden mit den an je einem von insgesamtn Ausgängen (51-58) der Steuerspannungsquelle (16; 16′) abgegebenen Steuerspannungsimpulsen (32; 32′) beaufschlagt werden, die an benachbarten Ausgängen mit dem entsprechenden Zeitversatz Δ t _v abgegeben werden.

6. Rückspiegel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitversatz Δ t _v zwischen t _a /n und (t _a + t _e )/n gewählt ist.

7. Rückspiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4-6, dadurch gekennzeichnet, daß vor der spiegelnden Fläche (12) des Rückspiegels (10′) in optischer Hintereinanderschaltung zwei Flüssigkristallzellen (14′ und 14″) mit streifenförmigen Steuerelektrodengruppen (I bis VI) angeordnet sind, durch deren zeitverzögert-synchrone Ansteuerung mit Steuerspannungsimpulsen (32′) der Steuerspannungsquelle (16′) ein aus der Überlagerung zweier durchlaufender Streifenmuster resultierendes Streifenmuster des effektiven Reflexionsvermögens des Rückspiegels (10′) resultiert.

8. Rückspiegel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf die Umgebungshelligkeit und/oder auf die Intensität des aus dem Beobachtungsraum auf den Rückspiegel (10; 10′) auftreffenden Lichtes ansprechende und für diese chrakteristische Ausgangssignale erzeugende Fotodetektoreinrichtung (38, 39; 38′, 39′) vorgesehen ist, durch deren mit niedrigen Werten der Umgebungshelligkeit bzw. hohen Werten der Intensität auf den Rückspiegel (10; 10′) auftreffenden Lichtes verknüpfte Ausgangssignale die Steuerspannungsquelle (16; 16′) zur Abgabe von Steuerspannungsimpulsfolgen angesteuert wird, mit deren Impulsform und -dauer niedrige Werte des effektiven Reflexionsvermögens des Rückspiegels (10; 20′) verknüpft sind.

9. Rückspiegel nach Anspruch 8 in Verbindung mit Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fotodetektoreinrichtung (38′) vorgesehen ist, durch deren Ausgangssignal die Zeitverzögerung Δ t _r steuerbar ist, um die zur Ansteuerung der beiden Flüssigkristallzellen (14′ und 14″) des Rückspiegels (10′) ausgenutzte Steuerspannungsimpulsfolgen gegeneinander verzögert sind.