DE3822222A1 - Einrichtung fuer head-up-displays an kraftfahrzeugen - Google Patents
Einrichtung fuer head-up-displays an kraftfahrzeugenInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einer optischen Einrichtung an Kraftfahr
zeugen zur Einspiegelung bildhaft dargestellter Anzeigen in das
Sichtfeld des Fahrers nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Es gibt zahlreiche Vorschläge, dem Fahrer eines Kraftfahrzeugs rele
vante Informationen durch ein sogenanntes Head-up-Display (HUD) an
zuzeigen. Dabei werden auf einen Teil der Windschutzscheibe, der im
Sichtfeld des Fahrers liegt, für den Fahrer wichtige Meßdaten und
Warnsignale eingeblendet. Sie haben den Zweck, daß der Fahrer auch
bei Ausrichtung seiner Aufmerksamkeit auf die Verkehrssituation An
zeigesignale wie beispielsweise die Geschwindigkeit, die Funktions
sicherheit der Bremsanlage oder Wegleitinformationen erkennen kann,
ohne daß er seinen Blick von der Fahrbahn abwenden muß. Die Akkomo
dation der Augen des Fahrers entfällt weitgehend.
Head-up-Displays benötigen zur Überlagerung des virtuellen Bildes,
das aus den Anzeigeelementen gebildet wird, mit dem Umweltbild ei
nen teildurchlässigen Spiegel. Im Kraftfahrzeug kann hierzu die Re
flexion an der Windschutzscheibe oder einer vor der Windschutz
scheibe stehenden zusätzlichen Scheibe (Combiner) benutzt werden.
In beiden Fällen treten an den beiden Trennflächen zwischen der
Windschutzscheibe bzw. der Combinerscheibe und der Luft Reflexio
nen auf, die zu unerwünschten Doppelbildern führen und damit die Ab
lesbarkeit der Anzeigen stark beeinträchtigen. Auch führen Lichtein
strahlungen in den optischen Raum des HUD′s zu Reflexionen, die
ebenfalls in das Sichtfeld des Fahrers eingespiegelt werden. Dem
Fahrer erscheint eine helle nebelartige Hintergrundfläche, die die
Sicht auf das Verkehrsgeschehen behindert. Um diese Effekte zu un
terdrücken, wird im allgemeinen eine Beschichtung der innenliegenden
Grenzfläche mit einer dielektrischen Schicht vorgeschlagen, wodurch
eins der Reflexionsbilder verstärkt und die anderen abgeschwächt
werden.
Es ist weiterhin bekannt, die Reflexionsschichten so auszubilden,
daß sie nur Licht von der Wellenlänge reflektieren, welches die An
zeigenelemente, die innerhalb des Armaturenbrettes angeordnet sind,
abstrahlen. Dadurch läßt sich der Einfluß des Umgebungslichts ver
ringern.
Weiterhin ist aus der DE-PS 33 47 271 bekannt, den Lichtstrom zu
polarisieren und von einer auf der Windschutzscheibe aufgebrachten
Mehrfachbeschichtung mit unterschiedlichen Brechungsindizes unter
Berücksichtigung des Brewster-Winkels zum Fahrer hin abzulenken. Das
Aufbringen von dielektrischen Schichten durch Aufdampfen oder Sput
tern im Hochvakuum ist insbesondere auf die Windschutzscheibe sehr
aufwendig. Bekanntermaßen sind diese Schichten auch gegen Verkratzen
und Verschmutzen sehr empfindlich, so daß dadurch die Lesbarkeit der
Anzeigen beeinträchtigt wird.
Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen
der Hauptansprüche hat demgegenüber den Vorteil, daß einfache und
preiswert herzustellende lineare Polarisationsfilter verwendet wer
den, die einen guten Kontrast der Anzeigen auf die Windschutzschei
be liefern. Auch ist vorteilhaft, daß diese kratzfest sind und bei
eventueller Beschädigung leicht ausgetauscht werden können. Durch
die Verwendung von Jalousien wird die Transmission des Lichtes in
Richtung Fahrbahn in vorteilhafter Weise nur geringfügig beein
trächtigt.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor
teilhafte Weiterbildungen der in den Hauptansprüchen angegebenen
Einrichtung möglich. Besonders ist die Verwendung einer zweiten
Jalousie im Lichtstrom vorteilhaft, da dadurch das störende Streu
licht weitgehend ausgeblendet wird. Will man die Anzeigen im Blick
winkel und der Helligkeit variabel gestalten, dann ist die Anord
nung der Filterscheiben auf einem schwenkbaren Combiner vor der
Windschutzscheibe vorteilhaft. Durch Schwenken des Combiners ist das
virtuelle Abbild auch auf unterschiedliche große Fahrer einstellbar,
so daß in vorteilhafter Weise stets ein maximaler Kontrast unter dem
Brewster-Winkel erreicht wird. Auch ist vorteilhaft, vorzugsweise
transparente Flüssigkristallanzeigen mit dem virtuellen Bild auf dem
Combiner zu kombinieren, weil hierdurch wichtige Fahrzeugdaten wie
Drehzahl oder Geschwindigkeit in das Sichtfeld des Fahrers besonders
kontrastreich eingeblendet werden, die in Verbindung mit Wegleitin
formationen des virtuellen Bildes sehr übersichtlich darstellbar
sind.
Ein weiterer Vorteil ist, daß die Filterfolien oder -scheiben auf
grund ihrer dünnen Wandung sich bei Verbundscheiben leicht innerhalb
der Windschutzscheibe ohne nennenswerte störende Reflexionen ein
betten lassen, wodurch sie besonders gut gegen mechanische Beschä
digung geschützt sind. Auch ist die Anordnung der Anzeigen im Blick
feld auf die Motorhaube von Vorteil, da dadurch der Blick auf die
Straße nicht beeinträchtigt wird und dennoch eine Akkomodation der
Augen weitgehend vermieden wird. Weiterhin kann durch die Änderung
des Reflexionswinkels am Combiner oder der Helligkeit der Beleuch
tung das virtuelle Abbild der Anzeigen in vorteilhafter Weise den
Tageslichtverhältnissen angepaßt werden, wodurch eine Blendung des
Fahrers insbesondere auch nachts vermieden wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 die Reflexionsstrahlen der virtuellen Abbildungen an der un
behandelten Windschutzscheibe,
Fig. 2 ein erstes Ausführungsbei
spiel,
Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel,
Fig. 4 zeigt ein
drittes Ausführungsbeispiel,
Fig. 5 zeigt die Funktion der
Jalousie,
Fig. 6 zeigt eine Kombinationsanzeige mit zwei Flüssig
kristallanzeigen und
Fig. 7 zeigt den Aufbau der Kombinationsan
zeige im Schnitt.
Fig. 1 zeigt eine bekannte optische Einrichtung, bei der der Licht
strom 6, der durch die Anzeigenelemente 1 erzeugt und mit der Optik
4 fokussiert wird. Er trifft auf die Windschutzscheibe 24, wo er so
wohl an der Innenseite wie auch an der Außenseite der Scheibe re
flektiert wird. Ein Beobachter, der etwa in der Position 12 sitzt,
sieht aufgrund der Scheibendicke zwei verschobene, etwa gleichhelle
virtuelle Bilder auf der Scheibe 10, die sich dem Straßenbild über
lagern. Da auch Streulicht von außen in den Beobachtungsraum eintre
ten kann, ist ein eindeutiges Ablesen der Anzeigen für den Beobach
ter sehr erschwert. Zur Vermeidung dieser störenden Einflüsse wurde
in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 in der Austrittsöffnung 3
ein erstes Polarisationsfilter 11 eingesetzt, das den Lichtstrom 6
linear polarisiert. Weiterhin ist auf der Innenseite der Windschutz
scheibe 24 ein zweites Polarisationsfilter 9 aufgebracht. Seine Po
larisationsrichtung steht senkrecht auf der des ersten Polarisa
tionsfilters 11. Auf der dem Fahrer zugewandten Seite des zweiten
Polarisationsfilters 9 wird nunmehr ein Teil des Lichtstromes 6 zum
Fahrer hin abgelenkt, er sieht das virtuelle Bild der Anzeigenele
mente 1. Der nicht an der Oberfläche des zweiten Polarsationsfilters
9 reflektierte Teil des Lichtstromes 6 wird im gekreuzten zweiten
Polarisationsfilter 9 weitgehend absorbiert. Das abgeschwächte Bild
ist mit der punktierten Linie 16 gekennzeichnet, während das primäre
Abbild durch den Lichtstrom 15 erkennbar ist. Durch Verschieben der
Optik 4 im Schacht 2 läßt sich die Bildweite (virtuelle Entfernung)
der Anzeigenelemente 1 einstellen. Der Fahrer ist dadurch in der
Lage, das Anzeigenbild den Sichtverhältnissen auf der Straße anzu
passen. Auch ist eine nicht dargestellte Helligkeitsregelung vorge
sehen, die eine manuelle oder automatische Helligkeitsregelung der
Anzeige vornehmen läßt, um Blendungen, insbesondere auch bei Dunkel
heit zu vermeiden. Das zweite Polarisationsfilter 9 ist vorzugsweise
im unteren Bereich der Windschutzscheibe angeordnet, der im wesent
lichen im Blickfeld auf die Motorhaube liegt. Dadurch werden stören
de Beeinträchtigungen des Straßenbildes vermieden.
Ein zweites Ausführungsbeispiel ist in Fig. 3 dargestellt. Anstel
le der Polarisationsfilter sind hier Jalousien 7, 8 verwendet. Die
Jalousien 7, 8 haben parallel angeordnete Reflektoren, die das auf
treffende Licht je nach Auftreffwinkel durchlassen oder sperren. Die
Jalousie 8, die auf der Innenseite der Windschutzscheibe 24 be
festigt ist, ist so ausgerichtet, daß der auftreffende Lichtstrom 6
an ihrer Oberfläche teilweise zum Fahrer hin abgelenkt wird. In Fig. 5
ist die Wirkungsweise dieser Reflektorscheibe ersichtlich. Die
Anordnung der Reflektoren 13 ist derart, daß der verbleibende Teil
des Lichtstromes 6 vollständig absorbiert wird und so kein Doppel
bild entsteht. Dadurch wird nur die an der Trennfläche Luft/Folie
entstehende Reflexion genutzt. Andererseits ist jedoch der Blick
durch die Jalousie 8 für den Beobachter 12 nur wenig beeinträchtigt,
da die Jalousie 8 unter diesem Blickwinkel einen hohen Transmission
grad aufweist. Zur Vermeidung von Spiegelungen und unerwünschten Re
flexionen aus dem optischen Raum des HUD′s ist im Ausgang des
Lichtschachtes 2 eine zweite Jalousie 7 angeordnet. Hier sind die
Reflektoren parallel zum Lichtstrom 6 angeordnet, so daß der Licht
strom 6 nahezu ungehindert hindurchtreten kann. Bei geeigneter Nei
gung der Windschutzscheibe 24 mit der ersten Jalousie 8 kann auf die
Anwendung der zweiten Jalousie 7 verzichtet werden, da dann die stö
renden Reflexionen durch in den optischen Raum einfallendes Licht
nicht auftreten können. Um ein Zerkratzen der Folien zu vermeiden,
lassen sich die Jalousien auch in einer Zwischenschicht der Wind
schutzscheibe 24 einbetten.
Ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 4 darge
stellt. Hier ist vor der Windschutzscheibe 24 eine transparente
Scheibe als Combiner 10 am Ausgang des Schachtes 3 vorgesehen. Auf
der zum Fahrer zugewandten Seite des Combiners 10 ist entweder das
zweite Polarisationsfilter 9 des ersten Ausführungsbeispiels oder
die Jalousie 8 angebracht. Entsprechend erfolgt die Schachtabdek
kung 11 mit einem Polarisationsfilter bzw. einer Jalousie. Die Wir
kungsweise dieses Ausführungsbeispiels ist die gleiche wie in den
zuvor aufgeführten. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wurde
jedoch der Combiner schwenkbar angeordnet, so daß unabhängig vom
Neigungswinkel der Windschutzscheibe 24 die Lage des virtuellen
Bildes auf dem Combiner 10 durch Schwenken individuell eingestellt
werden kann. Die maximale Lichtstärke erhält er, wenn der Combiner
10 zum Lichtstrom 6 unter dem Brewster-Winkel eingestellt wird.
Durch die Aufstellung eines Combiners braucht auf die Lage der Wind
schutzscheibe und der damit verbundenen aerodynamischen Einflüsse
auf die Karosserie keine Rücksicht genommen zu werden. Da die Funk
tionsweise die gleiche ist wie beim ersten Ausführungsbeispiel, er
übrigt sich eine weitere Erläuterung.
In Fig. 6 und 7 ist ein weiters Ausführungsbeispiel dargestellt,
das eine Kombination von einem Feld mit einem virtuellen Bild mit
zwei seitlich angeordneten Flüssigkristall-Anzeigen LCD auf einem
gemeinsamen Combiner 10 aufweist. Das Feld mit dem virtuellen Bild
ist wie im dritten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 mit dem zwei
ten Polarisationsfilter 9 auf der dem Beobachter 12 zugewandten
Seite (Vorderseite) des Combiners 10 ausgestattet. Das zweite Pola
risationsfilter 9 wird zweckmäßigerweise über die ganze Vorderseite
des Combiners 10 gelegt. Zwischen dem zweiten Polarisationsfilter 9
und dem Combiner 10 sind seitlich neben dem Feld mit dem virtuellen
Bild vorzugsweise transparente Flüssigkristall-Anzeigen LCD bei
spielsweise für die Anzeige der Motordrehzahl und der Fahrzeugge
schwindigkeit vorgesehen. Selbstverständlich können auch andere In
dikatoren wie Öldruck, Uhrzeit oder Weginformationen integriert wer
den. Die Flüssigkristall-Anzeigen LCD weisen vorzugsweise dunkle
oder farbige Zeichen auf. Die notwendigen elektrischen Versorgungs
leitungen sind an nicht störender Stelle auf den Flüssigkristall-An
zeigen angeordnet.
Die Flüssigkristall-Anzeigen LCD sind auf der der Windschutzscheibe
zugewandten Seite mit einem dritten Polarisationsfilter 14 hinter
legt, damit die Funktion der Flüssigkristall-Anzeigen gewährleistet
ist. Das zweite Polarisationsfilter 9 ist in seiner Polarisations
richtung zum ersten Polarisationsfilter 11 vorzugsweise in etwa
senkrecht ausgerichtet, um störende Lichteinstreuungen weitgehendst
zu absorbieren. Auch ist vorgesehen, die Flüssigkristall-Anzeigen
LCD mit einer steuerbaren Beleuchtungsrichtung 18 auszugestalten,
die beispielsweise im Raum zwischen der Windschutzscheibe 24 und dem
Combiner 10 angeordnet ist.
Die Funktionsweise dieser Anordnung ist wie folgt. Das Feld mit dem
virtuellen Bild stellt beispielsweise Wegleitinformationen für den
Fahrer dar, wie es bereits nach dem ersten Ausführungsbeispiel
beschrieben wurde.
Zusätzlich sind hier zwei elektrisch betriebene Flüssigkristall-An
zeigen LCD vorgesehen, die beispielsweise die Drehzahl und Geschwin
digkeit anzeigen. Es sind jedoch auch andere Anzeigen insbesondere
dann vorsehbar, wenn die Flüssigkristall-Anzeigen LCD mit einem
Datenspeicher verbunden sind. Beispielsweise könnte bei geeigneter
Gestaltung der Flüssigkristall-Anzeigen LCD auch Straßenkarten oder
Stadtpläne zur Anzeige gebracht werden.
Claims (10)
1. Optische Einrichtung an einem Kraftfahrzeug zur Einspiegelung
bildhaft dargestellter Anzeigen, die mittels Anzeigenelemente durch
einen Lichtstrom in einem Schacht im Bereich der Armaturenabdeckung
erzeugt und über eine Optik durch eine Austrittsöffnung des Schach
tes in das Sichtfeld des Fahrers auf die Windschutzscheibe proji
ziert werden, die in diesem Bereich durch Folien oder Scheiben re
flektiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Aus
trittsöffnung (3) im Strahlengang des Lichtstromes (6) ein erstes
Polarisationsfilter (11) angebracht ist und daß ein zweites Polari
sationsfilter (9) vorgesehen ist, das im Bereich der Innenseite der
Windschutzscheibe (24) angeordnet ist und in seiner Polarisations
richtung in etwa senkrecht zum ersten Polarisationsfilter (11) steht.
2. Optische Einrichtung an einem Kraftfahrzeug zur Einspiegelung
bildhaft dargestellter Anzeigen, die mittels Anzeigenelemente durch
einen Lichtstrom in einem Schacht im Bereich der Armaturenabdeckung
erzeugt und über eine Optik durch eine Austrittsöffnung des Schach
tes in das Sichtfeld des Fahrers auf die Windschutzscheibe proji
ziert werden, die in diesem Bereich durch Folien oder Scheiben re
flektiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrom (6) an
der Trennfläche Luft/Folie bzw. Luft/Scheibe einer ersten Jalousie
(8), die horizontal liegende und übereinander geschichtete Reflekto
ren (13) aufweist und die im Bereich der Innenseite der Windschutz
scheibe (24) angeordnet ist, zum Fahrer hin abgelenkt und bei der
der verbleibende Teil des Lichtstromes (6) durch die Reflektoren
(13) absorbiert wird.
3. Optische Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
eine zweite Jalousie (7) mit zum Lichtstrom parallelen Reflektoren
(13) in der Austrittsöffnung (3) des Schachtes (2) angeordnet ist.
4. Optische Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß das zweite Polarisationsfilter (9) oder
die erste Jalousie (8) auf einem lichtdurchlässigen Combiner (10)
vor der Windschutzscheibe (24) angeordnet ist.
5. Optische Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
vor der Windschutzscheibe (24) auf dem Combiner (10) eine weitere
Anzeige angeordnet ist, die mindestens eine Flüssigkristall-Anzeige
(LCD) aufweist, daß zwischen der Flüssigkristall-Anzeige (LCD) und
der Windschutzscheibe (24) im Bereich der Flüssigkristall-Anzeige
(LCD) ein drittes Polarisationsfilter (14) angeordnet ist, daß das
zweite Polarisationsfilter (9) in der Polarisationsrichtung zum
ersten Polarisationsfilter (11) in etwa senkrecht angeordnet ist und
daß die Flüssigkristall-Anzeige (LCD) von einer Beleuchtungseinrich
tung (18) beleuchtet wird, die im Raum zwischen dem Combiner (10)
und der Windschutzscheibe (24) angeordnet ist.
6. Optische Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich
net, daß der Neigungswinkel des Combiners (10) einstellbar ist.
7. Optische Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß das zweite Polarisationsfilter (9) zum
Strahlengang des Lichtstroms (6) vorzugsweise unter dem Brewster-
Winkel angeordnet ist.
8. Optische Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß das zweite Polarisationsfilter (9) oder
die erste Jalousie (8) in einer Zwischenschicht der Windschutzschei
be (24) angeordnet ist.
9. Optische Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß das zweite Polarisationsfilter (9) oder
die erste Jalousie (8) vorzugsweise im unteren Bereich der Wind
schutzscheibe (24) angeordnet ist.
10. Optische Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Helligkeit des virtuellen Abbildes
auf dem zweiten Polarisationsfilter (9) bzw. der ersten Jalousie (8)
veränderbar ist.
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Legal Events
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |