DE4303227C2 - Anzeigevorrichtung zur Darstellung eines virtuellen Bildes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung zur Darstellung eines virtuellen Bildes, die für ein Meßgerät oder ein Instrument in einem Fahrzeug geeignet ist, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Anzeigevorrichtung wird vielfach in einem Fahrzeug benutzt. Zum Beispiel wird die Anzeigevorrichtung für ein Instrument benutzt, das in Kombination einen Geschwindigkeitsmesser, einen Drehzahlmesser, und eine Kraftstoffanzeige eines Kraftfahrzeuges enthält. Derartige Anzeigevorrichtungen sind in eine Anzeigevorrichtung zur Darstellung eines reellen Bildes und in eine Anzeigevorrichtung zur Darstellung eines virtuellen Bildes eingeteilt. Bei einer Anzeigevorrichtung zur Darstellung eines reellen Bildes schaut ein Beobachter, wie z. B. ein Fahrer, direkt auf die Anzeige selbst. Andererseits wird bei der Anzeigevorrichtung zur Darstellung eines virtuellen Bildes ein virtuelles Bild durch Anzeigelicht, welches von der Anzeige ausgestrahlt wird, erzeugt.

Fig. 1 zeigt den Aufbau einer Kombinationsanzeige 70 eines Kraftfahrzeugs mit einer bekannten Anzeigevorrichtung zur Darstellung eines virtuellen Bildes. Gemäß Fig. 1 umfaßt die Kombinationsanzeige 70 eine Haube 71, eine Anzeigeeinrichtung 72, welche in der Haube 71 zum Anzeigen der Geschwindigkeit, der Motordrehzahl, des Kraftstoffs, der Wassertemperatur und so weiter untergebracht ist, eine Reflektorplatte 73, welche unter der Haube 71 angeordnet ist und eine Steuerungsschaltung der Anzeigeeinrichtung 74, welche auf der Rückseite der Reflektorplatte 73 angebaut ist.

Bei der Kombinationsanzeige 70 wird das Anzeigelicht, welches von der Anzeigeeinrichtung 72 ausgestrahlt wird, durch die Reflektorplatte 73 derart reflektiert, daß das Auge P eines Fahrers oder eines Beobachters, der die Kombinationsanzeige 70 betrachtet, getroffen wird. Als Ergebnis sieht der Fahrer auf der Rückseite der Reflektorplatte 73 ein virtuelles Bild I von dem Anzeigelicht, welches von der Anzeigeeinrichtung 72 ausgestrahlt wird.

Im allgemeinen ist vor der Reflektorplatte 73 eine transparente Abdeckung 75 zu Schutzzwecken angebracht, wie in Fig. 2 dargestellt.

Bei der Kombinationsanzeige 70 mit dem oben genannten Aufbau ist das Anzeigelicht der Anzeigeeinrichtung 72 Streulicht. Es wird hier angenommen, daß der Fahrer auf die Kombinationsanzeige 70 von einem Augenpunkt Q außerhalb eines vorbestimmten Augenbereichs des Fahrers, wie in Fig. 1 gezeigt, schaut (eine Seh-Linie vom Augenpunkt Q bildet mit der Vertikalen auf die Anzeigeeinrichtung 72 den Winkel Θ3). In diesem Fall ist die Anzeigeeinrichtung 72 für den Fahrer direkt sichtbar. Dies beeinträchtigt oder erniedrigt ungünstigerweise die Brauchbarkeit der Kombinationsanzeige 70.

Gemäß Fig. 2 ist die Anzeigeabdeckung 75 vor der Reflektorplatte 73 plaziert. Da das Anzeigelicht, welches von der Anzeigeeinrichtung 72 ausgestrahlt wird, Streulicht ist, ist ein Strahlengang H durch einen Lichtstrahl, der von der Anzeigeeinrichtung 72 ausgestrahlt wird, mit einem Winkel Θ4 gebildet. In diesem Fall erreicht den Augenpunkt P eines Fahrers eine störende Reflexion (Geisterbild), die anders ist als ein normales Anzeigebild des Anzeigelichts der Anzeigeeinrichtung 72. Dies führt zu Schwierigkeiten bei der visuellen Wahrnehmbarkeit. Somit ist die Marktfähigkeit bzw. Benutzbarkeit stark verschlechtert.

Aus der EP 420 196 A2 ist ein Head-up-Display bekannt, das im weitesten Sinne als Anzeigevorrichtung zur Darstellung eines virtuellen Bildes angesehen werden kann und die Merkmale des Oberbegriffes des Anspruches 1 auf­ weist. Bei der bekannten Anzeigevorrichtung sieht ein Beobachter vor einer Windschutzscheibe ein Bild, das außer­ halb seiner Sehlinie, unterhalb der Windschutzscheibe in einer Anzeigeeinrichtung erzeugt wird. Damit das virtuelle Bild für einen Betrachter vor der Windschutzscheibe ent­ steht, ist eine spezielle Lichtwellenplatte oder Folie auf­ gebracht. Um Zahlen als virtuelles Bild für einen Betrachter vor der Windschutzscheibe entstehen zu lassen, sind Lichtaussendeelemente auf einer Platte angebracht und hiervor beabstandet kleine Spiegelelemente angeordnet, welche die von den Lichtausstrahlungselementen ausge­ strahlten Lichtstrahlen auf eine über den Spiegelelementen beabstandet hiervor angeordnete Linsen spiegeln. Aufgrund des beabstandeten Aufbaues der Lichtausstrahlungselemente, der Spiegelelemente und der Linsen neigt das von den Lichtaussendeelementen kommende Licht dazu, eine diffuse Reflexion am Spiegelelement zu erzeugen, wodurch ein relativ unscharfes, diffuses und blendendes Bild entsteht.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anzeige­ vorrichtung zur Darstellung eines virtuellen Bildes zu schaffen, die es verhindert, daß die zum Erzeugen des virtuellen Bildes benötigte Anzeigeeinrichtung auch dann nicht direkt eingesehen werden kann, wenn diese von einer Position außerhalb eines vorbestimmten Blickbereiches betrachtet wird. Zusätzlich sollen auch keine Geisterbilder, d. h. Mehrfach­ bilder, erzeugt werden.

Diese Aufgabe wird durch eine Anzeigevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

In der Anzeigevorrichtung zur Darstellung eines virtuellen Bildes gemäß der Erfindung ist das Lichtsteuerelement an der Lichtprojektionsoberfläche der Anzeigeeinrichtung befestigt. Das Lichtsteuerelement richtet das Anzeigelicht der Anzeigeeinrichtung so, daß das Anzeigelicht nur in den begrenzten Richtungsbereich ausstrahlt. Dementsprechend kann das Anzeigelicht nicht von außerhalb eines vorbestimmten Blickbereichs gesehen werden. Zusätzlich ist es möglich, das Erscheinen von Geisterbildern, welche durch das von der Anzeigeeinrichtung ausgestrahlte Streulicht entstehen, zu verhindern. Folglich ist die Marktfähigkeit der Anzeigevorrichtung zur Darstellung eines virtuellen Bildes verbessert.

Zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der Erfindung werden nachfolgend zwei Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschreiben. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt des Aufbaus einer Kombinationsanzeige eines Automobils, welche eine herkömmliche Anzeigevorrichtung zur Darstellung eines virtuellen Bildes für ein Fahrzeug umfaßt.

Fig. 2 einen Querschnitt einer modifizierten Kombinationsanzeige, wie in Fig. 1 dargestellt, mit einer transparenten Abdeckung.

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Kombinationsanzeige eines Automobils, welches eine Anzeigevorrichtung zur Darstellung eines virtuellen Bildes gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels dieser Erfindung umfaßt.

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines Lichtsteuerelementes, welches an die Oberfläche einer Anzeigeeinrichtung in der Anzeigevorrichtung zur Darstellung eines virtuellen Bildes, wie in Fig. 3 dargestellt, angebracht ist.

Fig. 5A einen Querschnitt der Anzeigeeinrichtung und des Lichtsteuerelementes, wie in Fig. 4 dargestellt, zur Darstellung der linken und rechten Maximalwinkel Θ′ und Θ′′ in bezug zu den Vertikalen der Anzeigeoberfläche der Anzeigeeinrichtung.

Fig. 5B einen Querschnitt der Anzeigeeinrichtung und des Lichtsteuerelementes, wie in Fig. 4 dargestellt, zur Darstellung des begrenzten Richtungsbereiches, der durch das Lichtsteuerelement begrenzt wird, wie durch den schraffierten Bereich angedeutet.

Fig. 6 eine Ansicht zur Darstellung der Befestigung des Lichtsteuerelementes, wenn die Anzeigeeinrichtung eine analoge Anzeigeeinrichtung ist.

Fig. 6A eine Explosionszeichnung der Anzeigeeinrichtung zur Darstellung der Reihenfolge der Schichtung,

Fig. 6B einen Querschnitt der Anzeigeeinrichtung nach Ausführung der Schichtung.

Fig. 7 eine Darstellung zur Beschreibung der Befestigung des Lichtsteuerelementes gemäß dieser Erfindung.

Fig. 7A das Lichtsteuerelement mit einem bedruckten Teil, welches auf der Vorderseite der Anzeigeeinrichtung liegt und welche das von der Anzeigeeinrichtung ausgestrahlte Licht durchläßt.

Fig. 7B das Lichtsteuerelement, welches an einem begrenzten Abschnitt des bedruckten Teils angebracht ist, im Falle, daß schlechte oder falsche Bedingungen, die nur im begrenzten Teil verursacht werden, möglich sind; und

Fig. 8 einen Querschnitt einer Anzeigevorrichtung zur Darstellung eines virtuellen Bildes gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Die Beschreibung bezieht sich auf die Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Verweis auf die beiliegenden Figuren.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Kombinationsanzeige 10 eines Automobils, welches eine Anzeigevorrichtung zur Darstellung eines virtuellen Bildes gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung umfaßt. Wie aus der Fig. 3 ersichtlich, umfaßt die Kombinationsanzeige 10, eine Haube 11, ein in die Haube 11 eingepaßte Anzeigeeinrichtung 12 zur Anzeige der Geschwindigkeit, der Motordrehzahl, des Benzinstandes, der Wassertemperatur, und so weiter, eine Reflektorplatte 13, die unter der Haube 11 plaziert ist, und eine auf der Rückseite der Reflektorplatte angebrachte Steuerschaltung der Aneigeeinrichtung 14.

Bei der Kombinationsanzeige 10, mit dem oben beschriebenen Aufbau, ist ein Lichtsteuerelement 20 auf der Anzeigeoberfläche des Anzeigegeräts 12 angebracht, wie in Fig. 4 dargestellt. Das Lichtsteuerelement 20 dient zur Umwandlung des Streulichtes, welches von der Anzeigeeinrichtung 12 ausgestrahlt wird, in das direkte Licht O, welches nur in einem begrenzten Richtungsbereich läuft.

Nun wird ein Augenbereich R als Standardbereich der Lage eines Auges eines Fahrers, der in die Kombinationsanzeige 10 schaut, festgelegt. Ein virtuelles Bild K des Anzeigelichts bildet sich hinter der Reflektorplatte 13. Eine Seh-Linie zwischen der oberen Kante des Augenbereichs R und der oberen Kante des virtuellen Bildes K und eine Seh-Linie zwischen der unteren Kante des Augenbereichs R und der oberen Kante des virtuellen Bildes K bildet einen Winkel Θ1. Ebenso bildet eine Seh-Linie zwischen der oberen Kante des Augenbereichs R und der unteren Kante des virtuellen Bildes K und eine Seh-Linie von der unteren Kante des Augenbereichs R zu der unteren Kante des virtuellen Bildes K einen Winkel Θ2.

Wie aus Fig. 5A ersichtlich, sind Θ1′, Θ1′′, Θ2′ und Θ2′′ bezüglich der Vertikalen durch den am weitesten links liegenden Punkt P1 und dem am weitesten rechts liegenden Punkt P2 auf der Anzeigeoberfläche der Anzeigeeinrichtung 12 definiert. In diesem Fall ist ein schraffierter Bereich als begrenzter Richtungsbereich, der durch das Lichtsteuerelement 20 begrenzt wird, notwendig, wie in Fig. 5B dargestellt.

Gemäß der Fig. 5B ist der begrenzte Bereich durch ein Paar nach außen mit Θ2′ und Θ1′ geneigten Linien bezüglich der Vertikalen durch den am meisten links und den am meisten rechts liegenden Punkten P1 und P2 definiert.

Wie in Verbindung mit Fig. 1 und 2 erwähnt, verursachen die Strahlungswinkel Θ3 und Θ4 der Anzeigeeinrichtungswinkel der Anzeigeeinrichtung 12 die schlechten oder falschen Bedingungen. Die Beziehung zwischen den Strahlungswinkeln Θ3 und Θ4 und dem Maximalwinkel Θ1′ lautet

Θ1′ < Θ3, Θ1′ < Θ4.

Das Lichtsteuerelement 20 kann zum Beispiel auch ein Lichtsteuerfilm (LCF), der auch als eine Art Raster bezeichnet werden kann, sein. Der Lichtsteuerfilm umfaßt eine dünne Plastikplatte und ein sehr schmales schwarzes Raster, welches in die dünne Plastikplatte eingearbeitet ist. Solch ein Lichtsteuerfilm ist in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 303 822/1992 enthalten.

Wenn die Anzeigeeinrichtung 12 eine analoge Anzeigeeinrichtung ist, so können eine bedruckte Oberfläche 21, das Lichtsteuerelement 20, eine Streuscheibe 22 und ein eine Lichtquelle enthaltender Kasten 23 in dieser Reihenfolge geschichtet sein, wie in den Fig. 6A und 6B dargestellt. Alternativ können die bedruckte Oberfläche 21, die Streuscheibe 22, das Lichtsteuerelement 20 und der die Lichtquelle enthaltender Kasten 23 in dieser Reihenfolge geschichtet sein.

Das oben beschriebene Lichtsteuerelement 20 kann auf der gesamten Oberfläche der Anzeigeeinrichtung 12 angebracht sein. Jedoch unter Berücksichtigung der Kosten kann das Lichtsteuerelement 20 auch nur auf einem bedruckten Teil, durch den das Licht durchgeht, angebracht sein, wie in Fig. 7A dargestellt. Wenn die falschen Bedingungen bzw. störenden Reflexionen möglicherweise nur in einem begrenzten Abschnitt des bedruckten Teils verursacht werden, wird das Lichtsteuerelement 20 nur in einem begrenzten Abschnitt des bedruckten Teils angebracht, während ein rauchfarbiges Teil 25 am restlichen Abschnitt angebracht ist, so daß eine gleichmäßige spezifische Durchlässigkeit ermöglicht wird, wie in Fig. 7B dargestellt. Als weitere Möglichkeit ist der restliche Teil einem geeigneten Druckprozeß zu unterziehen.

Bei der Anzeigevorrichtung zur Darstellung eines virtuellen Bildes 10 mit dem oben beschriebenen Aufbau wird sogar wenn die Abdeckung vor der Reflektorplatte 13 plaziert ist, kein Geisterbild produziert. Dies ist möglich, weil das Anzeigelicht, das von der Anzeigeeinrichtung 12 ausgestrahlt wird, durch das Lichtsteuerelement 20 in richtungsgerichtetes Licht umgewandelt wird und deshalb das ausgestrahlte Licht der Anzeigeeinrichtung 12 nicht den Strahlengang H, wie in Fig. 2 dargestellt, annehmen kann.

Fig. 8 ist eine Anzeigevorrichtung zur Darstellung eines virtuellen Bildes 30 gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels dieser Erfindung. Zur Kürzung der Beschreibung sind Teile, welche der Anzeigevorrichtung zur Darstellung eines virtuellen Bildes 10, wie in Fig. 3 dargestellt, ähnlich sind, mit den gleichen Kennzahlen versehen. Dementsprechend umfaßt die Anzeigevorrichtung zur Darstellung eines virtuellen Bildes 30 eine Haube 11, ein Anzeigegerät 12, welches in die Haube 11 zur Anzeige der Geschwindigkeit, der Motordrehzahl, den Kraftstoffstand, eine Wassertemperatur usw. eingebaut ist, eine Reflektorplatte 13, welche unter der Haube 11 plaziert ist und ein Lichtsteuerelement 20, welches an der Anzeigeoberfläche der Anzeigeeinheit 12 angebracht ist.

Bei der Anzeigevorrichtung zur Darstellung eines virtuellen Bildes 30 gemäß diesem Ausführungsbeispiel besteht die Reflektorplatte 13 aus einem Halbspiegel. Unter der Reflektorplatte 13 ist die Anzeigeeinrichtung 12 mit dem daran angebrachten Lichtelement 20 gegenüber einem Spiegel 16 angeordnet. Auf diese Weise ist die Anzeigeeinrichtung 12 auf einer Position abweichend von der Seh-Linie eines Betrachters angeordnet. Der Spiegel 16 liegt gegenüber der Anzeigeeinrichtung 12. Die Reflektorplatte 13, welche aus einem Halbspiegel besteht, ist auf einer Zwischenposition zwischen der Anzeigeeinheit 12 und dem Spiegel 16 geneigt.

Bei der Anzeigevorrichtung zur Darstellung eines virtuellen Bildes 30 wird das ausgestrahlte Licht der Anzeigeeinrichtung 12 durch das Lichtsteuerelement 20 in das richtungsgerichtete Licht umgewandelt. Das Licht wird durch die Reflektorplatte 13, die aus einem Halbspiegel besteht, durchgelassen und wird vom Spiegel 16 reflektiert. Dann wird das Licht von der als Halbspiegel ausgebildeten Reflektorplatte 13 so reflektiert, daß der Augenpunkt P des Betrachters oder Fahrers getroffen wird. Auch bei dieser Ausführungsform der Anzeigevorrichtung zur Darstellung eines virtuellen Bildes 30 ist die Ausstrahlungsrichtung des Strahlungslichtes der Anzeigeeinrichtung 12 durch das Lichtsteuerelement 20 begrenzt. Folglich wird kein Geisterbild aufgrund der Ausstrahlung der Anzeigeeinrichtung 12 erzeugt.

Claims (8)

1. Anzeigevorrichtung zur Darstellung eines virtuellen Bildes, mit

• - einer außerhalb der Seh-Linie eines Betrachters angeordneten Anzeigeeinrichtung (12),
• - einem Lichtsteuerelement (20), welches das von der Anzeigeeinrichtung (12) ausgestrahlte Anzeigelicht derart steuert, daß das Anzeigelicht nur in einem begrenzten Richtungsbereich ausgestrahlt wird, und
• - einer Reflektorplatte (13), welche das von der Anzeigeeinrichtung (12) aus durch das Lichtsteuerelement (20) verlaufende Anzeigelicht reflektiert, um einen Strahlengang des Anzeigelichts entlang der Seh-Linie des Betrachters (P) so zu richten, daß ein virtuelles Bild des Anzeigelichtes für den Beobachter sichtbar ist,

dadurch gekennzeichnet, daß
die Anzeigeeinrichtung (12) einen eine Lichtquelle enthaltenden Kasten (23), eine Streuscheibe (22) und ein Teil (21) mit einer durch ein Muster bedruckten Oberfläche beinhaltet, wobei der eine Lichtquelle enthaltende Kasten (23), die Streuscheibe (22), das Lichtsteuerelement (20) und das bedruckte Teil (21) in dieser Reihenfolge aufeinanderliegend angeordnet sind.

2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtsteuerelement (20) einen Lichtsteuerfilm beinhaltet.

3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtsteuerfilm aus einer dünnen Platte aus Kunststoff besteht, die eine Anzahl sehr kleiner schwarzer Raster beinhaltet.

4. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtsteuerelement (20) an einer Lichtprojektionsoberfläche der Anzeigeeinrichtung (12) angebracht ist.

5. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtsteuerelement (20) auf einem lichtdurchlässigen Abschnitt eines bedruckten Teiles, durch den das Licht hindurchgeht und welcher auf der Vorderfläche der Anzeigeeinrichtung (12) angebracht ist, angeordnet ist.

6. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtsteuerelement (20) nur auf einem störende Reflexionen verursachenden, begrenzten Abschnitt eines bedruckten Teiles angeordnet ist, wobei das bedruckte Teil auf der Vorderseite der Anzeigeeinrichtung (12) angebracht ist.

7. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektorplatte (13) als halbdurchlässiger Spiegel ausgebildet ist, der zwischen der Anzeigeeinrichtung (12) und einem Spiegel (16) angeordnet ist, wobei die als halbdurchlässiger Spiegel ausgebildete Reflektorplatte (13) das von der Anzeigeeinrichtung (12) durch das Lichtsteuerelement (20) verlaufende Anzeigelicht so durchläßt, daß das Anzeigelicht auf den Spiegel (16) einfällt und derart auf die Reflektorplatte (13) zurückgerichtet wird, daß ein virtuelles Bild des Anzeigelichtes für den Beobachter (P) sichtbar ist.