DE3712663A1 - Anzeigesystem zum moeglichst akkommodationsfreien ablesen von informationen bei auf fernsicht eingestelltem auge - Google Patents
Anzeigesystem zum moeglichst akkommodationsfreien ablesen von informationen bei auf fernsicht eingestelltem augeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Anzeigesystem zum möglichst akkommo
dationsfreien Ablesen von Informationen bei auf Fernsicht ein
gestelltem Auge.
Es ist insbesondere bei der Kraftfahrzeugent
wicklung ein Bestreben, Anzeigesysteme zu schaffen, die dem
Fahrer ein ermüdungsfreies und möglichst akkommodationsfreies
Ablesen von Informationen von Anzeigeeinrichtungen gestatten.
Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß ein er
müdungsfreies und die Aufmerksamkeit des Fahrers wenig ablenken
des Ablesen von Informationen dann möglich ist, wenn diese in
den Bereich seines Blickfeldes eingegeben werden, so daß der
Fahrer seine Aufmerksamkeit von der Straße überhaupt nicht oder
aber nur kurzfristig ablenken muß. Diese Eingabe der Informatio
nen in den Bereich des Blickfeldes des Fahrers kann einmal da
durch geschehen, daß diese in die Frontscheibe eingespiegelt
werden, so daß der Fahrer seinen Blick überhaupt nicht von der
Straße abwenden muß. Weiterhin ist es möglich, die Information
in gut sichtbarer Form im Bereich des Armaturenbrettes erschei
nen zu lassen, so daß der Fahrer zum Lesen der Information
seinen Blick nur kurzfristig senken muß. In beiden Fällen soll
dabei die Information so erscheinen, daß der Fahrer diese mög
lichst akkommodationsfrei lesen kann, daß er also sein Auge
nicht auf ein näheres Objekt einstellen muß. Die Umstellung des
Blickes von Weitsicht auf Nahsicht und umgekehrt ist insbeson
dere für ältere Fahrer anstrengend und möglicherweise auch zeit
raubend. Durch im Blickfeld des Fahrers liegende Anzeigesysteme,
von denen der Fahrer die Informationen akkommodationsfrei able
sen kann, erhöhen die Fahrsicherheit wesentlich. Erfindungsgemäß
wird die akkommodationsfreie Ablesung von Informationen dadurch
geschaffen, daß die Anzeigesysteme in der Ferne erscheinende
virtuelle Bilder erzeugen.
Die Erfindung kann grundsätzlich durch zwei Anzeigesysteme ver
wirklicht werden, nämlich einmal durch ein Anzeigesystem mit
Einspiegelung der Information in die Frontscheibe (im folgenden
Head-Up-Display) und zum anderen durch die gut lesbare Darstel
lung der Information als virtuelles Bild im Bereich des Armatu
renbrettes (im folgenden Head-Down-Display).
- I. Beim Head-Up-Display (HUD) wird die Anzeige als virtuelles Bild im Abstand von einigen Metern vor dem Fahrer darge stellt. Das in der Anzeige erscheinende virtuelle Bild kann sich auf die jeweiligen Fahrzustände beziehen oder aber auch andere Informationen betreffen.
- In besonders eindrucksvoller Weise läßt sich in der Anzeige das virtuelle Bild beispielsweise eines Brems balkens darstellen, der seinen Abstand zum Fahrer bzw. zum Fahrzeug entsprechend der gefahrenen Geschwindigkeit ändert. Die Größe oder Länge des Bremsbalkens bedeutet dann ein Maß für den Bremsweg, den der Fahrer noch bis zu einem in seinem Blickfeld liegenden Gegenstand zurücklegen muß.
- Das HUD kann konventionell mit Linsen und Spiegeln aufge baut sein, aber auch aus holografisch optischen Elementen (HOE). Werden Flächenhologramme im Strahlengang verwendet, kann bei Ausleuchtung mit Weißlicht immer eine Kompensa tion der auftretenden Farbfehler gemacht werden.
- II. Das Head-Down-Display (HDD) befindet sich wie konventionel le Anzeigen im Armaturenbrett, nur mit dem Unterschied, daß die Anzeige als virtuelles Bild im Abstand von einigen Metern vor dem Fahrer erscheint.
- Das Head-Down-Display kann konventionell mit Linsen und Spiegeln, aber auch mit holografisch optischen Elementen aufgebaut sein.
- Die Systeme bestehen aus folgenden Teilen:
Diese kann eine Kathodenstrahlröhre (CRT), eine
Flüssigkristallanzeige (Liquid Cristal Display = LCD),
eine Spaltblende oder aber auch ein Hologramm sein,
das die Information in der gewünschten Entfernung ab
bildet.
Das Abbildungssystem kann konventionell mit Linsen und
Spiegeln aufgebaut sein, aber auch aus HOE.
Durch die Krümmung der Windschutzscheibe ist eine
Kompensationsoptik erforderlich, da ansonsten Doppel
bilder entstehen.
Die Kompensation geschieht entweder durch eine ent
sprechend geschliffene Abbildungslinse bzw. Spiegel,
die das Objekt in einer bestimmten Entfernung vor dem
Auge abbilden und gleichzeitig die Abbildungsfehler,
die durch die Frontscheibe entstehen, korrigieren.
Auch ein entsprechend geschliffener Spiegel oder ein
HOE, das nur die Scheibenkrümmung korrigiert (kompen
siert), oder ein Planspiegel, bzw. holografischer Plan
spiegel, der gebogen wird, führen zur Kompensation.
In Flugzeugen und überall dort, wo holografische
Combiner verwendet werden, wird die Information
auf schmalbandig emittierenden CRT angezeigt.
Der Nachteil hierbei ist:
- - Die Anzeige kann nur monochromatisch dar gestellt werden.
- - Die Lichtleistung für die Reflexion an der Windschutzscheibe ist zu gering.
Die Vorteile eines LCD sind:
- - Mehrfarbige Anzeigen sind möglich.
- - Keine Probleme mit der Lichtstärke.
Für die Anzeige einfacher Symbole, wie z. B. des
Bremsbalkens würde auch eine ausgeleuchtete
Spaltblende genügen.
Die Information ist in einem Hologramm auf
gezeichnet.
Einfache, sich nicht ändernde Anzeigen, wie z. B.
Warnanzeigen, können direkt in einem Hologramm
aufgezeichnet und dann in einer bestimmten Ent
fernung virtuell oder reell abgebildet werden.
Eine Anzeige der Information in verschiedenen
Entfernungen kann man durch Änderung der Lage
der Referenzlichtquelle oder durch Verwendung
eines Multiplexhologramms erreichen. Das Multi
plexhologramm besteht aus vielen Einzelholo
grammen, welche die Information jeweils in einer
anderen Entfernung rekonstruieren.
Die Hologramme können jedem Hologrammtyp ent
sprechen, z. B. Weißlicht-Transmissionshologramm,
Transmissionshologramm, verspiegeltes Transmis
sionshologramm etc.
Bei der Abbildung der Information in eine feste
Entfernung (z. B. 10 m vom Fahrer entfernt) kann
ein konventionelles Abbildungssystem mit großer
Austrittsluke verwendet werden (z. B. AL min =
150 mm). Das System soll wegen der beengten Raum
verhältnisse relativ kurzbrennweitig sein (z. B.
f′ ca. 150 mm), was einen großen optischen
Korrektionsaufwand der Abbildungsfehler verlangt
(siehe Bild 5).
Bei einer variablen Informationsabbildung, die
in unserem speziellen Fall einen Bremsbalken oder
eine Richtungsanzeige darstellt, ist es mit
einem normalen Abbildungssystem sehr schwierig,
die Lage des Balkens festzustellen, da bei einer
Abbildung des Balkens beispielsweise nach -∞
dieser vergrößert und nicht wie ein reales
Objekt, das sich vom Auge entfernt, verkleinert
erscheint.
Durch ein afokales Linsensystem, bei dem Objek
tiv und Okular ein bestimmtes Brennweitenver
hältnis und einen bestimmten Abstand voneinan
der haben, ist es möglich, den Abbildungsmaßstab
β′ System für jede Bildentfernung konstant zu
halten, woraus bei einer Entfernung des Bildes
A′′ eine entsprechende Verkleinerung des
Sehwinkels σ′ folgt. Durch diese Verkleinerung
des Sehwinkels σ′, der einem realen Objekt in
der gleichen Entfernung vom Auge entspricht und
dem gleichzeitigen Erfassen des Bildes mit
beiden Augen, kann die Lage des (Balkens) Bildes
im Raum bestimmt werden (Bild 6).
Hier wird die Abbildung der Information in einer
festen Entfernung, anstatt durch ein optisches
Abbildungssystem durch eine holografische Linse
abgebildet.
Hier wird die Information, die normalerweise aus
einer LCD oder CRT besteht, durch eine Hologramm
ersetzt. Bei der Rekonstruktion mit einer punkt
förmigen Lichtquelle entsteht entsprechend der
Aufnahmegeometrie ein virtuelles oder reelles
Bild.
Das virtuelle Bild (Bilder) wird in einer festen
Entfernung vom Betrachter rekonstruiert.
Das virtuelle Bild wird durch Änderung der Lage
der Rekonstruktionslichtquelle im Raum verscho
ben. Allerdings entspricht hier der Sehwinkel σ
nicht demeines realen Objekts in derselben
Entfernung.
Bei der Rekonstruktion des Hologramms (der Holo
gramme) wird ein reelles Zwischenbild (Zwischen
bilder) erzeugt. Durch Änderung der Lage der
Referenzlichtquelle (Referenzlichtquellen) wird
das Zwischenbild (die Zwischenbilder) in Lage
und Größe verändert. (Die Referenzlichtquellen
können unterschiedliche Positionen von einander
haben.) Durch eine langbrennweitige Linse mit
großem Durchmesser (die auch durch eine HOE er
setzt werden könnte), deren Brennpunkt mit dem
Brennpunkt F′ des Hologramms zusammenfällt, wird
das durch das Hologramm erzeugte Zwischenbild
so abgebildet, daß der Sehwinkel σ′ dem eines
realen Objekts in derselben Entfernung ent
spricht (Bild 8a, 8b).
Mehrere Bilder werden gleichzeitig in einem
festen Abstand vom Betrachter virtuell rekon
struiert.
Die Information wird in verschiedenen Entfernun
gen dargestellt, indem man für jede Entfernung
eine Aufnahme macht und diese dann einzeln
rekonstruiert (Bild 10).
Durch eine zweitstufige Abbildung wie in 2.2 wird
für die verschiedenen Entfernungen ein reelles
Zwischenbild erzeugt, welches durch ein binoku
lares System virtuell abgebildet wird (Bild 11).
Zur Abbildung der Information nach -∞ kann man,
wie schon erwähnt, ein konventionelles Abbil
dungssystem, aber auch ein Hologramm mit abbil
dender Wirkung und gleichzeitig kompensierter
Eigenschaft verwenden, d. h. die Abbildungs
fehler, die durch die Windschutzscheibe ent
stehen, werden in der holografischen Linse schon
berücksichtigt.
Bei einer Information, die im Raum verschiebbar
sein soll, muß, wie in 2.2 und 2.3 beschrieben,
eine zweite Linse bzw. ein zweites Hologramm
eingesetzt werden.
Eine Kompensation der Krümmung und eine gleich
zeitige Abbildung kann auch durch eine ent
sprechend geschliffene Linse erzielt werden.
Bei all den aufgezeigten Abbildungssystemen
(siehe 2) könnte jeder Hologrammtyp verwendet
werden, z. B. Weißlicht-Transmissions- bzw. Weiß
licht-Reflexionshologramme, Transmissionsholo
gramme, verspiegelte Transmissionshologramme
etc.
Die durch die Winschutzscheibenkrümmung entstehenden
Abbildungsfehler müssen durch eine entsprechend berech
nete Optik kompensiert werden.
Dies kann durch geschliffene Linsen oder Spiegel
erfolgen.
Nachteilig hierbei ist, daß die durch die Fertigung
auftretenden Toleranzen nicht ausgeglichen werden
können.
Bei einem Biegesiegel oder einem Hologramm können
diese Toleranzen durch eine Nachkorrektur ausgeglichen
werden.
Bei der Einspiegelung der Information in die
Scheibe kommt es bei beidäugigem Sehen durch
deren Krümmung zu Doppelbildern in der Horizon
talen. Mit Hilfe eines gekrümmten Spiegels, der
entsprechend der Windschutzscheibe angepaßt ist,
kann man die Doppelbilder kompensieren (siehe
Bild 1).
Bei einer Verwindung der Scheibe entsteht ein
schräges Doppelbild, das durch eine einfache
Krümmung des Kompensationsspiegels nicht über
lagert werden kann. Erst durch eine entsprechen
de Torsion des Spiegels entsteht ein korrektes
Bild.
Bei einer gewellten Scheibe muß der Spiegel über
eine Justiereinrichtung so zu verstellen sein,
daß ein gutes Bild entsteht.
Eine gleichzeitige Korrektur in der vertikalen
und in der horizontalen Richtung ist mit einem
Biegespiegel nicht möglich, da, sobald der
Spiegel in einer Richtung gekrümmt wird, dieser
sehr stabil ist und bei einer Krümmung in die
Richtung senkrecht dazu starke Spannungen auf
treten, die zum Bruch führen.
Es besteht die Möglichkeit der Korrektur der
beiden Richtungen über zwei Spiegel, wobei einer
die Vertikale, der andere die Horizontale korri
giert (siehe Bild 2), oder einen entsprechend
geschliffenen Spiegel, der für beide Ebenen
korrigiert ist (siehe Bild 1).
Alle in 3.2-3.4 aufgezeigten Korrekturmöglich
keiten können sowohl mitPlanspiegeln, die ent
sprechend gebogen sind, oder mit entsprechend
geformten Spiegeln durchgeführt werden.
Eine weitere Möglichkeit zur Korrektur ist, die
Spiegel durch ein Hologramm (HOE) zu ersetzen.
Hier wird entweder ein ebener Spiegel aufgenommen
und dann entsprechend so gekrümmt, daß die Scheiben
krümmung kompensiert wird, oder das Hologramm gleich
mit der kompensierenden Wirkung aufgenommen wird, so
daß nur noch die Toleranzen der Windschutzscheibe
übereine Justiereinrichtung korrigiert werden
müssen.
Es werden zwei Hologramme mit kompensierender
Wirkung aufgenommen, so daß nur noch die Toleran
zen der Windschutzscheibe über eine Justierein
richtung korrigiert werden müssen (siehe
Bild 3).
Aufnahme eines Kompensationshologramms für die
horizontale und vertikale Ebene. Nachteilig hier
bei ist, daß eine Korrektur, die durch die
fertigungsbedingten Scheibentoleranzen notwendig
sein kann, nur in einer Richtung (horizontal
oder vertikal) ausgeführt werden kann.
Die in den Kompensationssystemen verwendeten
Hologramme können Weißlichttransmissionsholo
gramme, Weißlichtreflexionshologramme, Trans
missionshologramme, verspiegelte Transmissions
hologramme etc., sein.
Aus den vorangegangenen Punkten 1 bis 3, die die
Möglichkeit einer Informationsdarstellung in
einer festen bzw. variablen Entfernung vom Auge
und die dabei nötige Kompensation der Abbildungs
fehler durch die Windschutzscheibenkrümmung auf
zeigen, leiten sich folgende Kombinationsmöglich
keiten ab:
- 1. Konventionelles, optisches Abbildungssystem wie in 2.2 beschrieben, plus Kompensation über Spiegel (3.1 bis 3.4). Anzeige wie in 1.1 bis 1.3.
- 2. Konventionelles Abbildungssystem (2.2), plus Kompensation der durch die Scheibe entstehenden Abbildungsfehler durch HOE (3.5 bis 3.6). Anzeige wie in 1.1 bis 1.3.
- 3. Abbildungssystem, das aus Hologrammen be steht, wie in 2.4.3, 2.5.2 und 2.5.3 be schrieben. Zur Kompensation der Windschutz scheibenkrümmung wird ein entsprechend geformter Spiegel verwendet (3.1 bis 3.4).
- 4. Abbildungssystem, wie in 2.4.3, 2.5.2 und 2.5.3 beschrieben. Zur Kompensation der Scheibenkrümmung wird ein Hologramm ver wendet (3.5 bis 3.6).
- 5. Abbildungssystem wie in 2.4.3, 2.5.2, 2.5.3, nur daß die durch die Scheiben krümmung entstehenden Abbildungsfehler in der zweiten holografischen Linse (biokula res System) berücksichtigt werden (2.6).
- 1. Optisches Abbildungssystem 2.1
Die Kompensation der durch die Windschutz scheibenkrümmung entstehenden Abbildungs fehler erfolgt wie in 3.1 bis 3.4 beschrie ben. Die Anzeige erfolgt wie in 1.1 bis 1.3 beschrieben, oder kann bei statischen An zeigen, wie Warnanzeigen, in einem Holo gramm aufgezeichnet sein (1.4), wobei das Abbildungssystem entfallen kann (nur bei (1.4). - 2. Optisches Abbildungssystem 2.1
Kompensation der durch die Windschutzschei be entstehenden Abbildungsfehler durch HOE (3.5, 3.6). Die Anzeige erfolgt wie in Dis play 1. - 3. Holografisches Abbildungssystem 2.3
Kompensation erfolgt wie in 3.1 bis 3.4 beschrieben. Die Anzeige erfolgt wie in den Display 1. und 2. - 4. Abbildungssystem 2.3
Zur Kompensation der Windschutzscheiben krümmung werden HOE verwendet (3.5, 3.6). Anzeige wie in den Displays 1., 2. und 3. - 5. In der holografischen Abbildungslinse wird die Korrektur der Windschutzscheibenkrüm mung gleich berücksichtigt (2.6). Die An zeige erfolgt wie in 1., 2., 3., 4.
- 6. Holografische Abbildung wie in 2.4.1 und
2.5.1
Die Kompensation der Windschutzscheiben krümmung erfolgt wie in 3.1 bis 3.4 be schrieben. - 7. Holografische Abbildung wie in 2.4.1 und
2.5.1
Die Kompensation der Windschutzscheiben krümmung erfolgt wie in 3.5 und 3.6 be schrieben.
Wegen der Fülle an Information und um dadurch den
Fahrer nicht abzulenken, könnte man einen Teil
der Information in einem Head-Down-Display unter
bringen.
Dieses Display befindet sich, wie beim normalen
Fahrzeug, im Armaturenbrett, nur mit dem Unter
schied, daß die Anzeige in einem Abstand von
mehreren Metern erscheint und dadurch akkommo
dationsfrei ablesbar ist. In diesem Display
sollten komplexere Multifunktions-Anzeigen, wie
z. B. Karten und Ziffern, bei denen es auf
Kontraststärke ankommt, dargestellt werden.
- 1. Darstellung über ein konventionelles Abbil
dungssystem.
Dies kann durch eine einfache Lupe (z. B. ⌀ min ca. 150 mm) oder einem korrigierten System geschehen (siehe 2.1). Vergrößerung: Γ = 250/fi. Die Anzeige erfolgt wie in 1.1 bis 1.3 beschrieben. - 2. Abbildung der Anzeige durch ein Abbildungs system 2.1 oder mit einer holografischen Linse (siehe 2.3). Die Anzeige erfolgt wie in 1.1 bis 1.3.
- 3. Für die Darstellung statischer Anzeigen kann man ein Hologramm verwenden. Durch Verände rung der Lage der Referenzlichtquelle kann auch die Lage und Größe der Information in einem bestimmten Bereich geändert werden (siehe 1.4).
Durch die Abknickung der Hauptachsen der Hologramme
verhalten sich diese zunächst ähnlich wie Gitter und
es kommt bei Flächenhologrammen (Transmissionsholo
gramme, verspiegelte Transmissionshologramme) bei der
Rekonstruktion mit Weißlicht zu einem transversalen
Farbfehler.
Außerdem wird die Strahlung mit der größeren Wellen
länge auch infolge der endlichen Brechkraft der holo
grafischen Linse stärker gebeugt. Dies führt bei
größer werdenden Wellenlängen zu immer kürzeren
Brennweiten der Linse und damit zu einem
longitudinalen Farbfehler.
Beide Farbfehler zusammen sorgen dafür, daß ein Objekt
produkt auf eine schräg zur Linse liegende Kurve ab
gebildet wird. Dabei ist der transversale Farbfehler
im allgemeinen wesentlich stärker als der
logitudinale.
Eine einzelne holografische Linse dieses Hologrammtyps
ist daher nur für monochromatische Strahlung verwend
bar. Diese könnte entweder durch eine Laserdiode oder
mit einer gefilterten Weißlichtquelle erzeugt werden.
Eine Korrektur über einen großen Spektralbereich kann
durch ein zweites Hologramm geschehen, vorzugsweise
ein einfaches Gitter, welches parallel zum ersten Holo
gramm steht und durch eine gegenläufige Abknickung des
Hauptstrahls den transversalen Farbfehlers korrigiert.
In unserem Fall kann als zweites Hologramm auch das
für die Korrektur der Vertikalen verwendet werden
(siehe Bild 3).
Anstatt eines Gitters kann auch ein Prisma mit genau
entgegengesetzter Dispersion verwendet werden
(Bild 13c).
Dadurch, daß das Sehfeld eines Head-Up-Displays be
grenzt ist, muß die Anzeige individuell an die Größe
des Fahrers angepaßt werden. Das heißt der aus dem System
austretende Hauptstrahl muß genau auf Augenhöhe des
Fahrers sein, da sonst eine starke Einengung des Seh
feldes auftritt, was den Verlust des sterioskopischen
Sehens zur Folge haben kann.
Die Anpassung des Hauptstrahls an die Augenhöhe ge
schieht durch eine Höhenverstellung des Abbildungs
systems samt der Informationsdarstellung (siehe
Bild 14), oder durch eine Sitzhöhenverstellung.
Bei einer Kombination von Abbildung und Kompensation
der Scheibenkrümmung wie in 2.5 kann die Anpassung des
Hauptstrahls auf die Augenhöhe nur durch eine Sitz
höhenverstellung erreicht werden, da bei einer Ver
stellung des Abbildungssystems gleichzeitig die Kompen
sationswirkung verändert wird.
Eine weitere Möglichkeit der Anpassung kann auch durch
Kippen des Abbildungssystems samt der Informationsdar
stellung geschehen. Nachteil hierbei ist, daß das Bild
der Information nicht in der Höhe des Fahrers er
scheint, da sich der Einfallswinkel des Hauptstrahls
auf die Frontscheibe ändert (siehe Bild 15).
Ein großes Problem, was die Abbildung durch Reflexion
an der Windschutzscheibe angeht, wirft der geringe
Reflexionsgrad und die Doppelreflexion des Lichts an
Vorder- und Hinterfläche der Scheibe auf. Bei senk
rechtem Lichteinfall würden die beiden entscheidenden
Bilder hintereinanderliegen, so daß nur das vordere
Bild gesehen wird. Da die Information aber von schräg
unten projiziert wird, wird das Bild der Vorderfläche
unter dem der Hinterfläche wahrgenommen.
Kompensiert kann diese Doppelreflexion dadurch werden,
daß man mit polarisiertem Licht im Brewsterwinkel
(ca. 56°) projiziert. Das Licht muß so polarisiert
sein, daß man an der Vorderfläche der Winschutz
scheibe den maximalen Reflexionsgrad (bis zu 30%)
erreicht, d. h. es muß senkrecht zur Einfallsebene
schwingen (⇒ geringe Transmission).
In der Scheibe wird neben oder anstatt der Verbund
folie eine polarisationsdrehende Folie eingebracht.
Diese Folie dreht die Polarisation des transmittieren
den Lichts um 90°, so daß man an der Rückfläche der
Scheibe nahezu keine Reflexion hat und daher kein
Doppelbild. Das Ganze funktioniert auch umgekehrt.
Das Licht muß dann so polarisiert werden, daß an der
Vorderfläche der Scheibe keine Reflexion entsteht
(⇒ ca. 100% Transmission). Durch die polarisations
drehende Folie wird die Polarisation wieder um 90°
gedreht; an der Rückfläche des Scheibe erhält man eine
maximale Reflexion und eineminimale Transmission.
- - Leichter;
- - Eventuell kürzerer Strahlengang durch verringerte Baulänge des Abbildungssystems und durch unkonven tionelle Strahlführung;
- - Billige Massenproduktion als Prägehologramm;
- - Bei Informationen, die in einem festen Abstand vom Fahrer angezeigt werden, können diese im Hologramm aufgezeichnet werden, d. h. man kann auf eine LDC bzw. CRT verzichten und somit Kosten und Platz sparen;
- - Korrektur der Abbildungsfehler bei Abbildungssystemen mit großem Öffnungsverhältnis ist einfacher als mit konventioneller Optik;
- - Bei einer Kompensation der Windschutzscheibenkrümmung kann die Korrektur für die vertikale und die horizontale Ebene in einem HOE untergebracht sein, und gleichzeitig können die Fertigungstoleranzen der Winschutzscheibe für eine Ebene nachkorrigiert werden, was bei einem für beide Richtungen korrigiertem Spiegel nicht möglich ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der
Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt
Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch ein in einem Kraft
fahrzeug angeordnetes virtuelles Anzeigesystem
mit Spiegelung auf der Innenseite der Front
scheibe in schematischer Darstellung,
Fig. 1a eine Draufsicht auf das optische Abbildungssystem
nach Fig. 1,
Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch eine zweite Aus
führungsform eines in einem Kraftfahrzeug an
geordneten virtuellen Anzeigesystems mit
Spiegelung an der Frontscheibe in schematischer
Darstellung,
Fig. 2a eine Draufsicht auf das optische Anzeigesystem
nach Fig. 2,
Fig. 3 eine den Fig. 1 und 2 entsprechende Darstellung
eines dritten virtuellen Anzeigesystems,
Fig. 3a eine Draufsicht auf das optische Anzeigesystem
nach Fig. 3,
Fig. 4 ein viertes Ausführungsbeispiel eines virtuellen
Anzeigesystems,
Fig. 4a eine Draufsicht auf das optische Anzeigesystem
nach Fig. 4,
Fig. 5 die schematische Darstellung eines Informations
systems, bei dem die jeweils anzuzeigende In
formation durch ein LCD gebildet wird,
Fig. 6 eine schematische Darstellung der Bildung einer
variablen Information, beispielsweise eines
Warnbalkens, in unterschiedlichen Entfernungen,
Fig. 7 ein optisches System zur Bildung einer von einer
lcd-Platte abgeleiteten Information in schema
tischer Darstellung,
Fig. 8a Informationsbildung mit Hilfe eines Hologramms
in unterschiedlichen Entfernungen,
Fig. 8b schematische die Darstellung der Erzeugung eines
reellen Zwischenbildes gemäß Fig. 8a,
Fig. 9 schematisch die Darstellung der Schaffung der
Information durch sogenannte Multiplexhologramme,
Fig. 10 eine der Fig. 9 entsprechende Darstellung der
Informationsbildung mit Multiplexhologrammen in
zweistufiger Abbildung,
Fig. 11a einen Vertikalschnitt durch ein Kraftfahrzeug mit
einem virtuellen, im Bereich des Armaturenbretts
angeordnetem Anzeigesystem mit der Möglichkeit
akkomodationsfreier Ablese,
Fig. 11b eine schematische Darstellung des Informations
gebers des optischen Systems nach Fig. 11a,
Fig. 12 eine zweite Ausführungsform eines im Armaturen
brett angeordneten Anzeigesystems mit virtueller
Anzeige der Information,
Fig. 13a eine schematische Darstellung der Kompensation
des bei Flächenhologrammen auftretenden transver
salen Farbfehlers bei einem sich in der Front
scheibe spiegelnden Anzeigesystem,
Fig. 13b eine schematische Darstellung eines Kompensations
beispiels gemäß Fig. 13a,
Fig. 13c ein weiteres Beispiel zur optischen Kompensation
des transversalen Farbfehlers mittels eines
Prismas,
Fig. 14 Anpassung des sich in der Frontscheibe spiegeln
den Bildes bei unterschiedlicher Kopfhöhe des
Fahrers,
Fig. 15 eine schematische Darstellung einer weiteren
Abpassung des Strahlenganges der Anzeige an
unterschiedliche Kopfhöhen des Fahrers und
Fig. 16 einen Schnitt durch eine Frontscheibe mit ein
gelegter polarisationsdrehender Folie.
Bei dem in Fig. 1 schematisch dargestellten virtuellen Anzeige
system ist unterhalb der windschutzscheibe 1 etwa im Bereich des
Armaturenbrettes eine Einheit 2 vorgesehen, die die auszugebende
Information bildet. Mit der Linse 3 ist allgemein ein optisches
System dargestellt, das die von der Einheit 2 ausgegebene Infor
mation in die Winschutzscheibe 1 über ein spiegelndes Element 4
einspiegelt.
Da die Windschutzscheibe in beiden Ebenen üblicherweise gekrümmt
ist, wird ein in dieser gespiegeltes Bild verzerrt. Um eine ver
zerrungsfreie Darstellung der entsprechenden und gespiegelten In
formation zu ermöglichen, erfolgt eine der Krümmung der Wind
schutzscheibe 1 entsprechende Kompensation durch das spiegelnde
Element 4. Bei diesem kann es sich entweder um einen entspre
chend gegensinnig gekrümmten Spiegel, einen geschliffenen
Spiegel oder aber auch ein Hologramm handeln, wie nachstehend
noch näher erläutert werden wird.
Durch die Abbildungsoptik 3 erscheint die von der Einheit 1 aus
gegebene Information als virtuelles Bild im Blickfeld des Fah
rers, und zwar biokular durch deren entsprechende Größe. Weiter
hin läßt sich die ausgegebene Information, wie in Fig. 1 gestri
chelt dargestellt, im Blickfeld des Fahrers in akkomodations
freier Entfernung darstellen.
Das anhand der Fig. 1 und 2 dargestellte optische System zeigt
praktisch die Betrachtung eines beleuchteten Informationsträgers
durch eine Lupe. Befindet sich das durch die Lupe betrachtete
Objekt im Brennpunkt oder in der Nähe des Brennpunkts der Abbil
dungsoptik, ist eine akkommodationsfreie oder nahezu akkommoda
tionsfreie Betrachtung möglich. Um eine virtuelle Darstellung
der Information zu haben, muß die anzuzeigende Information sich
innerhalb der Brennweite der Abbildungsoptik befinden, also in
bezug auf die Abbildungsoptik vor deren Brennpunkt liegen.
Aus Fig. 2 ist ein Abbildungssystem ersichtlich, das seinem
grundsätzlichen Aufbau nach dem nach Fig. 1 entspricht. Nur sind
zwei Kompensationsspiegel 5, 6 vorgesehen, und zwar ein Spiegel
zur Kompensation der vertikalen Verzerrung und der andere Spie
gel zur Kompensation der horizontalen Verzerrung aufgrund der
entsprechenden Krümmung der Windschutzscheibe.
Die gewünschte Kompensation könnte grundsätzlich auch, wie an
hand der Fig. 1 dargestellt, durch einen Spiegel erfolgen. Die
Aufteilung der Kompensation auf zwei Spiegel ermöglicht aber
eine leichtere Herstellung und möglicherweise auch Nachstellung
der Spiegel. Beispielsweise läßt sich eine gewünschte Nachjustie
rung durch eine später erfolgende stärkere oder schwächere Krüm
mung eines Kompensationsspiegels erreichen, mit dem sich dieser
nachträglich noch auf die besondere Ausgestaltung der Windschutz
scheibe anpassen läßt.
Bei dem optischen Anzeigesystem nach Fig. 2 erscheint die virtu
elle Anzeige für den Fahrer in dem Punkt Y′. Y′ stellt einen
Bildpunkt der angezeigten Information dar.
In Fig. 3 ist ein optisches System zur virtuellen Anzeige einer
Information dargestellt, bei dem die Kompensation des durch die
Windschutzscheibe verzerrten Spiegelbildes durch zwei Hologramme
9, 10 erfolgt, die so zueinander gestellt sind, daß neben der
Entzerrung des Spiegelbildes auch eine Kompensation des trans
versalen Farbfehlers erfolgt.
Bei diesen Hologrammen handelt es sich um verspiegelte Trans
missionshologramme, die parallel zueinander in der Weise ange
ordnet sind, daß der an dem ersten Hologramm auftretende Farb
fehler durch das zweite Hologramm kompensiert wird. Die Farb
fehler bei den Hologrammen ergeben sich aus der Dispersion durch
Beaufschlagung mit Weißlicht. Der an dem ersten Hologramm ent
stehende Farbfehler wird durch entsprechende Ausgestaltung und
Anordnung des zweiten verspiegelten Transmissionshologramms
kompensiert.
Die die Krümmungen in zwei Ebenen der Winschutzscheibe kompen
sierenden Hologramme 9, 10 lassen sich einfacher herstellen als
entsprechend gekrümmte oder geschliffene Spiegel, weil sich die
Hologramme, wenn einmal die Gitterstruktur berechnet worden ist,
in einfacher Weise kopieren oder vervielfältigen lassen. Wird
für die Hologramme beispielsweise ein Muster für ein Prägever
fahren hergestellt, lassen sich die zur Anwendung kommenden ver
spiegelten Transmissionshologramme wirtschaftlich als Massen
produkte herstellen.
Der anhand der Fig. 3 erläuterte Aufbau muß nicht unbedingt aus
verspiegelten Transmissionshologrammen bestehen. Eine entspre
chende Wirkung kann auch durch die Hintereinanderschaltung von
Transmissionshologrammen erreicht werden.
Letztlich kann zur Kompensation der Krümmung der Windschutz
scheibe jeder Hologrammtyp mit entsprechender Kompensations
charakteristik verwendet werden.
Werden Weißlichthologramme verwendet, ergibt sich für die Dar
stellung der Information ein monochromatisches Bild. Bei Weiß
lichthologrammen werden alle Farben bis auf die, auf die die
Hologramme ausgelegt sind, absorbiert.
Ist eine mehrfarbige Darstellung erwünscht, werden entsprechende
Flächenhologramme eingesetzt.
In Fig. 4 ist ein in der Fig. 1 entsprechendes Abbildungssystem
mit Kompensation der Windschutzscheibenkrümmung dargestellt, bei
der jedoch im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1
kein sphärisch gekrümmter Spiegel vorgesehen ist, sondern ein
Kompensationshologramm 11. Dieses Kompensationshologramm 11 ist
für beide Ebenen ausgelegt. Bei diesem Kompensationshologramm
handelt es sich um ein Weißlichtreflektionshologramm, bei dem
keine Farbkompensation erforderlich ist.
Aus Fig. 5 ist ein System zur Bildung und Einspeisung einer
Information in den Strahlengang ersichtlich. Die Information
wird durch ein LCD (Liquid Cristal Display) 12 gebildet, das
praktisch wie ein Dia in dem Strahlengang angeordnet ist. Durch
entsprechende Beaufschlagung der Segmente des LCD lassen sich
unterschiedliche Informationen über die Steuereinheit 13 aus
geben. Das LCD 12 wird durch die Weißlichtquelle 15, beispiels
weise eine Lampe, und die Kollimatorlinse 14 ausgeleuchtet. Zur
Betrachtung der in dem LCD 12 gespeicherten Information dient
die okulare Abbildungsoptik 16, die im dargestellten Ausfüh
rungsbeispiel aus einer achromatischen Linsenkombination be
steht. Das virtuelle Bild erscheint für den Betrachter im
Schnittpunkt der gestrichelten Linien 17.
Das in Fig. 5 dargestellte Abbildungssystem dient zur Darstel
lung der in dem LCD 12 enthaltenen Information in einer festen
Entfernung.
Die Lichtquelle 5 kann eine Halogenlampe sein, die die in dem
LCD geschaffene Information über die Kollimatorlinse 12 aus
leuchtet. Das Abbildungssystem 16 dient der virtuellen Abbildung
der Information. Das Abbildungssystem enthält den langbrennweiti
gen Achromaten 16 mit einem Durchmesser von beispielsweise
150 mm, der ein beidäugiges Sehen der Information erlaubt.
Anhand der Fig. 6 wird ein Abbildungssystem für eine Abbildung
der Information, im dargestellten Ausführungsbeispiel ein im
Spalt erscheinender Lichtbalken, in variablen Entfernungen er
läutert. Eine Lichtquelle 20 leuchtet über die Kollimatorlinse
21 und die Mattscheibe 22 die Spaltblende 23, deren Spalt die
anzuzeigende Information ist, aus.
Der Lichtbalken, der der Anzeige dient, kann auch durch eine
sogenannte Soffitte erzeugt werden.
Das Abbildungssystem ist in dem dargestellten Ausführungsbei
spiels zweistufig. Durch die Sammellinse 24 wird ein reelles
Zwischenbild 25 des Spalts 26 erzeugt. Die Abbildungsoptik 27
schafft von dem reellen Zwischenbild 25 ein imaginäres Bild.
Die Spaltblende 23 mit dem der Information dienenden Spalt 26
läßt sich in Richtung des Doppelpfeils A durch eine nicht dar
gestellte Verstellmechanik verschieben. so daß das reelle
Zwischenbild 25 des Spalts an unterschiedlichen Stellen er
scheint und der Betrachter das imaginäre Bild des Spalts in
unterschiedlichen Entfernungen sieht.
Die dadurch in Form eines Spalts dargestellte Information kann
in günstiger Weise dem Fahrer einen Aufschluß über die Länge des
Bremsweges geben. Die Entfernung kann nämlich so auf ein im
Blickfeld des Fahrers liegenden Objekt, beispielsweise ein vor
ihm fahrendes Kraftfahrzeug, eingestellt werden, daß der Spalt
immer in einer Entfernung erscheint, die der Länge des jeweili
gen Bremsweges entspricht. Das bedeutet, daß der Bremsweg größer
als ein mögliches Hindernis ist, wenn der Balken für den Fahrer
hinter diesem erscheint.
Durch das Zusammenlegen der beiden Brennpunkte F′ der ersten
Linse 24 und der zweiten Linse 27 erhält man bei einer Abbil
dung des Objekts in Form des Spalts 26 in verschiedenen Entfer
nungen einen Sehwinkel σ′, der dem Sehwinkel bei der Betrach
tung des realen Objekts in dieser Entfernung entspricht. Das
heißt, der Vergrößerungsmaßstab bleibt für jede Entfernung
gleich.
Das Objekt, nämlich der Spalt 26, ist in Richtung des Doppel
pfeils A horizontal verschiebbar. Um das virtuelle Bild A′′ nahe
erscheinen zu lassen, kann das Objekt bis auf eine Entfernung,
die der Brennweite der Linse 24 entspricht, an die Linse 24
herangeschoben werden. Soll das Bild weitentfernt erscheinen,
muß das Objekt, nämlich der Spalt 26, von der Linie 24 entfernt
werden.
Um bei der Abbildung in eine große Entfernung einen möglicht
geringen Verschiebeweg des Objekts zu erhalten, muß das Brenn
weitenverhältnis der Linsen 24, 27 möglichst klein gewählt
werden.
Anhand von Fig. 7 wird eine grundsätzlich der Abbildungsoptik
gemäß Fig. 6 entsprechende Optik dargestellt, bei der es aber
nicht mehr erforderlich ist, das Objekt in Längsrichtung zu
verschieben, um es in unterschiedlichen Entfernungen erscheinen
zu lassen. Bei dem Abbildungssystem nach Fig. 7 besteht das
Objekt aus einem schräg in dem Strahlengang angeordneten LCD 30,
dessen parallel zueinander verlaufende Balken darstellenden
Segmente über die Platte verteilt sind. Um den Balken wandern
zu lassen, wird über die Ansteuerung 32 ein entsprechendes
Segment des LCD angesteuert.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 sind zwei angesteuerte
Segmente 31, 31′ dargestellt, die sich in den Endbereichen des
LCD befinden und daher in unterschiedlichen Entfernungen für den
Betrachter erscheinen. Die Bildpunkte des Balkens 31 erscheinen
als virtuelles Bild für den Betrachter im Schnittpunkt der ge
strichelten Linie 33. Entsprechend sieht der Betrachter die
Bildpunkte des Balkens 31′ im Schnittpunkt der strichpunktierten
Linien 33′. Aus der Darstellung der Strahlengänge ist ohne weite
res ersichtlich, daß der Betrachter die Balken in unterschied
licher Entfernung und auch in unterschiedlicher Höhe sieht.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 ist die anzuzeigende
Information in dem Transmissionshologramm 40 gespeichert. Das
in dem Transmissionshologramm 40 gespeicherte Bild wird durch
die Weißlichtquelle 41 und die Kollimatorlinse 42 reell im
Punkte 43 rekonstruiert. Die Lage des aus dem Hologramm 40
rekonstruierten reellen Bildes 43 läßt sich entweder durch
Bewegung der Lichtquelle 41 oder der Kollimatorlinse 42 ver
ändern. Durch das Okular 45 erscheinen sodann die Bildpunkte des
aus dem Hologramm 40 rekonstrukierten reellen Bildes 43 im
Schnittpunkt der gestrichelten Linien 46. Aus Fig. 8b ist er
sichtlich, wie sich beispielsweise durch Verschiebung der Licht
quelle 41 das in dem Hologramm gespeicherte Bild einmal an der
Stelle 43 und zum anderen an der Stelle 43′ rekonstruieren läßt.
Aus Fig. 9 ist die Speicherung der Information in einem Multi
plexhologramm ersichtlicht. Verschiedene Hologramme mit unter
schiedlichen Informationen sind streifenförmig auf einem Film
angeordnet, der auf die spulen 45, 46 aufgewickelt ist. Um in
dem Blendenspalt 47 den gewünschten Hologrammabschnitt zu haben,
sind die spulen 45, 46 mit entsprechenden Antrieben versehen,
die den gewünschten gesteuertern transport des Films 48 bewirken.
Bei dem auf dem Film 48 gespeicherten Hologramm handelt es sich
um ein Transmissionshologramm, und zwar ein Weißlichttrans
missionshologramm, wobei die in dem Film gespeicherten Infor
mationen im Punkt 49 virtuell rekonstruiert werden. Der Betrach
ter sieht die gespeicherten Informationen in unterschiedlicher
Entfernung entsprechend den in dem Multiplexhologramm gespeicher
ten Bildinformationen. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird für
jede darzustellende Entfernung beispielsweise eines Bremsbalkens
ein besonderer Abschnitt des Multiplexhologramms benötigt.
Aus Fig. 10 ist die zweitstufige Darstellung der gespeicherten
Hologramminformation ersichtlich, bei der die gespeicherten
Hologramminformationen zunächst in Form reeller Zwischenbilder
51 rekonstrukiert werden, die durch das Okular 52 betrachtet
werden können, so daß die Hologramminformation im Schnittpunkt
der gestrichelten Linien 53 als virtuelles Bild sichtbar wird.
Das Okular 52 weist dabei wiederum eine Größe auf, daß eine
biokulare Betrachtung durch das Okular 52 möglich ist.
Jedes Einzelhologramm des Multiplexhologramms liefert bei seiner
Rekonstruktion ein reelles Zwischenbild A′ in einer anderen Ent
fernung von dem biokularen System 52. Das biokulare System 52
erzeugt dann das virtuelle Bild.
Durch die Blende 52′ wird immer nur ein Hologramm, dargestell
ten Ausführungsbeispiel das Hologramm A, ausgeleuchtet. Durch
eine Filmtransporteinrichtung wird das Hologramm für die ge
wünschte Entfernung zum Blendenschlitz 52′ transportiert. Die
Rekonstruktion des Hologramms geschieht durch die Lichtquelle
und die Kollimatorlinse. Die Rekonstruktion der einzelnen Holo
gramme könnte auch durch Verschieben des Blendenschlitzes ge
schehen.
Anhand der Fig. 11a und 11b wird nun der grundsätzliche Aufbau
einer Anzeigeeinrichtung beschrieben, bei der die abzulesende
Information auf dem Armaturenbrett in einer Weise erscheint, daß
diese von dem Fahrer okkomodationsfrei oder nahezu akkommoda
tionsfrei betrachtet werden kann.
Die Information wird durch die Einrichtung 55 erzeugt und kann
von dem Fahrer durch die aus beispielsweise einer Lupe bestehen
den Abbildungsoptik 56 betrachtet werden, so daß im Schnitt
punkt der gestrichelten Linien 57 als virtuelles Bild erscheint.
Die Informationsausgabeeinrichtung 55 ist in einem Ausführungs
beispiel anhand der Fig. 11b erläutert. Diese besteht wiederum
aus einem LCD 58, das zur Erzeugung unterschiedlicher Infor
mationen mit einer Steuereinrichtung 59 versehen ist. Das LCD
wird durch die Weißlichtquelle 60 und die Kollimatorlinse 61
ausgeleuchtet.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 12 unterscheidet sich von dem
nach Fig. 11 dadurch, daß die Abbildungsoptik aus zwei Holo
grammen 62, 63 besteht, von denen eines der Farbkompensation
dient. Insofern gelten die vorbeschriebenen Verhältnisse. Das
imaginäre Bild erscheint für den Fahrer nahezu akkommodations
frei im Punkt A′.
Das Anzeigesystem besteht also aus einer holografischen Linse
und einem holografischen Gitter zur Kompensation des transver
salen Farbfehlers. Der Hauptstrahl wird dabei gegenläufig um den
Winkel α gebeugt.
Aus Fig. 13a ist die Art der Farbkompensation bei den Flächen
hologramm 64, 65 ersichtlich. Bei den Hologrammen 64, 65
handelt es sich umverspiegelte Transmissionshologramme. Diese
dienen der Kompensation des Farbfehlers in der Weise, daß der
Hauptstrahl gegenläufig jeweils um den Winkel B reflektiert
wird, so daß der austretende Strahl lediglich eine Parallelver
schiebung der Wellen unterschiedlicher Wellenlänge erfährt, so
daß das Ausgabe die dadurch aufgeteilten Farben wieder zu der Aus
gangsfarbe zusammensetzt.
Der Vorteil der Verwendung von Hologrammen als Abbildungsoptik
liegt darin, daß diese sehr klein gehalten werden kann. Würde
eine Abbildungsoptik mit gleicher optischer Wirkung aus Linsen
aufgebaut werden, müßten diese einen sehr großen Durchmesser
aufweisen, was Schwierigkeiten bei der Anordnung im Armaturen
brett geben würde. Weiterhin wäre es fertigungstechnisch schwie
rig, derartige Linsen herzustellen. Auch das Ablesen von Linsen
ist erschwert, weil der günstigste Blickwinkel von dem Fahrer
angenommen werden muß. Ist eine große Abbildungsoptik vorhanden,
die durch einflächiges Hologramm verwirklicht werden kann, ist
nicht nur die Herstellung und Anordnung vereinfacht, sondern
auch der Ablesekomfort.
Aus Fig. 13b ist die Kompensation des transversalen Farbfehlers
der holografische Linse 70 ersichtlich. Durch ein holografi
sches Gitter 71 wird der Hauptstrahl 72 um den Winkel α gegen
sinnig gebeugt. Dadurch werden die in einzelne Farben aufgeteil
ten Lichtstrahlen wieder derart zusammengeführt, daß sie im Auge
des Betrachters als die Ausgangsfarbe erscheinen.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 13c ist statt des holo
grafischen Gitters 71 ein Prisma 74 vorgesehen. Dieses dient
optisch demselben Zweck.
Bei unterschiedlicher Kopfhöhe des Fahrers, beispielsweise bei
unterschiedlich großen Fahrern oder nach Verstellung der Sitz
höhe, würde das in die Windschutzscheibe gespiegelte Bild in
unterschiedlichen Höhen erscheinen. Aus diesem Grunde ist nach
Fig. 14 eine Einrichtung vorgesehen, um die Abbildungsoptik
entsprechend der Höhe des Fahrers ebenfalls auf unterschiedliche
Höhen einstellen zu können. diese Justierung und Einstellung ist
erforderlich, weil der erscheinende Bildausschnitt relativ klein
ist, so daß der Hauptstrahl in Augenhöhe liegen muß.
Eine ähnliche Wirkungs wird gemäß Fig. 15 erreicht, wenn die
Abbildungsoptik geschwenkt wird. Dieses Schwenken hat, wie aus
Fig. 15 ersichtlich, jedoch die Wirkung, daß auch das imaginäre
Anzeigebild in seiner Höhe verändert wird. Eine derartige Stell
einrichtung kommt daher nur in Betracht, wenn eine derartige
Bildverstellung in Kauf genommen werden kann.
Ein besonderes Problem der Einspiegelung von Anzeigeinformatio
nen durch die Windschutzscheibe liegt darin, daß Spiegelbilder
sowohl an der Vorder- als auch an der Hinterseite der Windschutz
scheibe entstehen können. Um dadurch entstehende Doppelspiege
lungen zu vermeiden, wird eine polarisationsdrehende Folie 80
anstatt oder zusätzlich zu der Verbundfolie verwendet. Derartige
polarisationsdrehende Folien sind bekannt.
Maximale Reflexion erhält man durch senkrecht zur Einfalzebene
linear polarisiertes Licht. Schwingt das Licht in Richtung der
Einfallsebene bei einem Winkel von ca. 56° (Brewsterwinkel),
erhält man 100% der Transmission. Die Zeichnung zeigt einen im
Brewsterwinkel senkrecht zur Einfallsebene schwingenden Strahl.
Dieser wird an der ersten Fläche der Scheibe mit maximalem
Reflexionsgrad (ca. 30%) reflektiert. Die ca. 70% des trans
mittierten Lichts erhalten durch die Polarisationsfolie eine
Drehung um 90°, so daß das Licht nun in der Einfallsebene
schwingt, d. H. an der Rückfläche der Scheibe tritt keine
Reflexion auf.
Claims (17)
1. Anzeigesystem, vorzugsweise für Kraftfahrzeuge, mit einem
Abbildungssystem, das von einer Lichtquelle über einen
Kollimator o. dgl. ausgeleuchtete, der Informationsdar
stellung dienende Objekte sichtbar macht,
dadurch gekennzeichnet,
daß die anzuzeigende Information als virtuelles Bild in
für die beobachtende Person akkommodationsfreier Darstel
lung in die Frontscheibe eines Kraftfahrzeugs o. dgl. ein
gespiegelt (Head-Up-Display) oder durch ein optisches
Linsen- und/oder Spiegelsystem und/oder durch holografisch
optische Elemente (HOE) im Bereich des Armaturenbrettes
o. dgl. dargestellt wird.
2. Anzeigesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
bei einem Head-Up-Display in dem Abbildungssystem eine die
Krümmung der Windschutzscheibe o. dgl. kompensierende Optik
vorgesehen ist.
3. Anzeigesystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Kompensationsoptik durch mindestens eine entsprechend
geschliffene Abbildungslinse oder einen Spiegel gebildet
ist.
4. Anzeigesystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Kompensationsoptik aus gebogenen Spiegeln besteht.
5. Anzeigesystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Kompensationsoptik aus holografischen Planspiegeln
oder holografischen optischen Elementen besteht.
6. Anzeigesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die dargestellte Information
durch Kathodenstrahlröhren gebildet wird.
7. Anzeigesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Information des Anzeige
systems durch eine Flüssigkristallanzeige (LCD) mit einer
deren Segmente steuernden Steuereinrichtung gebildet wird.
8. Anzeigesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Information durch eine aus
geleuchtete Spaltblende gebildet wird.
9. Anzeigesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die darzustellende Information
in einem Hologramm gespeichert ist und aus diesem rekon
struiert wird.
10. Anzeigesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Informationen in Multiplex
hologrammen gespeichert sind, die relativ zu dem rekonstru
ierenden Lichtstrahl beweglich sind.
11. Anzeigesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Abbildungssystem aus
Linsen aufgebaut ist.
12. Anzeigesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Abbildungssystem aus
holografisch optischen Elementen aufgebaut ist.
13. Anzeigesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsoptik aus
geschliffenen Linsen oder Spiegeln, aus gebogenen Spiegeln
oder Hologrammen besteht.
14. Anzeigesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verwendung
holografisch optischer Elemente zur Korrektur des
transversalen Farbfehlers ein zweites Hologramm verwendet
wird.
15. Anzeigesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines holo
grafischen optischen Elements zur Korrektur des transversa
len Farbfehlers ein Prisma mit genau entgegengesetzter
Dispersion verwendet wird.
16. Anzeigesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Abbildungssystem höhen
verstellbar oder schwenkbar angeordnet ist.
17. Anzeigesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß als oder neben der Verbund
folie in der Windschutzscheibe eine polarisationsdrehende
Folie vorgesehen ist.
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