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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Anzeigesystem für
ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Im allgemeinen ist ein Anzeigesystem
für ein Fahrzeug
so entworfen, dass ein auf einer Anzeigeeinheit angezeigtes Bild
direkt von dem Fahrer beobachtet werden kann. Die Anzeigeeinheit
ist auf der Instrumententafel auf der Seite des Fahrers vorgesehen.
Folglich entstehen die folgenden Probleme: Damit der Fahrer, der
draußen
eine Szene vor dem Fahrzeug sieht, ein auf der Anzeigeeinheit angezeigtes
Bild beobachten kann, muss er seine Augen oder seine Sichtlinie
weit bewegen. Wenn er insbesondere das Fahrzeug bei hoher Geschwindigkeit
steuert, während
er weit entfernte, draußen
liegende Szenerien sieht, muss er seine Augen oder seine Sichtlinie weit
bewegen, und es ist für
ihn ziemlich schwierig, schnell seine Augen auf das angezeigte Bild
zu fokussieren.
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Um die oben beschriebenen Schwierigkeiten zu überwinden,
wurde ein sog. „Head-up-Display-Anzeigesystem" vorgeschlagen und
in die Praxis umgesetzt, welches wie folgt entworfen ist: Es wird
das virtuelle Bild eines auf der Anzeigeeinheit angezeigten Bitdes
hinter der Windschutzscheibe (bei Betrachtung von dem Fahrersitz
aus) gebildet, so dass die Bewegung der Sichtlinie minimiert ist,
und der Fahrer seine Augen auf das Bild sofort fokussieren kann.
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Ein Beispiel dieses Anzeigesystems,
das den Oberbegriffen der Patentansprüche
1 und
2 entspricht
und aus der
EP 0 450
553 A2 bekannt ist, ist in der
1 gezeigt. Dabei ist, wie in der
1 gezeigt, eine Anzeigeeinheit
6 zum
Anzeigen von Fahrdaten am Innendach
5 des Fahrzeugs befestigt,
wobei die Anzeigeoberfläche
zur Vorderseite des Fahrzeugs gerichtet ist, und um das Anzeigelicht
von der Anzeigeeinheit
6 zu reflektieren, ist ein konkaver Spiegel
7 an
der Instrumententafel
2 vorgesehen, wobei dessen reflektierende
Oberfläche
zu der Anzeigeeinheit
6 gerichtet ist. Das Anzeigelicht
von der Anzeigeeinheit
6 wird durch den konkaven Spiegel
7 reflektiert
und erneut durch die Windschutzscheibe
1 zu den Augen
4 des
Fahrers reflektiert, so dass der Fahrer
4 das virtuelle
Bild eines auf der Anzeigeeinheit
6 angezeigten Bildes
hinter der Windschutzscheibe
1 (bei Betrachtung von dem
Fahrersitz aus} in einer solchen Weise sieht, dass das virtuelle
Bild die Szene draußen überlappt.
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In diesem Fall ist die Gestaltung
(oder Krümmung)
des konkaven Spiegels 7 derart, dass die Anzeigeeinheit 6 innerhalb
der Brennweite des konkaven Spiegels 7 gelegen ist. Aufgrund
der Vergrößerungswirkung
des konkaven Spiegels 7 ist die Strecke D0 von
der Windschutzscheibe 1 zu dem virtuellen Bild X länger als
die Strecke (D1 + D2)
eines optischen Wegs, der sich von der Windschutzscheibe 1 über den
konkaven Spiegel 7 zu der Anzeigeeinheit 6 erstreckt.
Daher wird das virtuelle Bild an einer ausreichend entfernten Lage
gebildet. Die Anzeigeeinheit 6 ist aus einer fluoreszierenden
Anzeigeröhre,
einem LED-Anzeigeelement oder einem Flüssigkristallanzeigeelement
mit Rückseitenbeleuchtung
aufgebaut. In dem oben beschriebenen System ist der reflektierende
Spiegel der konkave Spiegel 7; jedoch kann anstelle des
konkaven Spiegels 7 ein ebener Spiegel verwendet werden.
In diesem Fall ist die Entfernung D0 zwischen
der Windschutzscheibe 1 und dem virtuellen Bild X gleich
der Länge
(D1 + D2) eines optischen
Wegs, der sich von der Windschutzscheibe 1 über den
ebenen Spiegel zu der Anzeigeeinheit 6 erstreckt.
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In dem Fall, wo, wie oben beschrieben,
die Anzeigeeinheit 6 am Innendach 5 des Fahrzeugs
befestigt ist, und die reflektierende Einrichtung (der konkave Spiegel) 7 auf
der Instrumententafel 2 angebracht ist, ist es notwendig
zu verhindern, dass äußeres Licht,
wie Sonnenlicht, das von der reflektierenden Einrichtung 7 reflektiert
wird, die Augen des Fahrers 4 erreicht; d.h., es ist notwendig
zu verhindern, dass der Fahrer, dessen Sichtpunkt sich am oberen Ende
eines durch die doppelt gepunktete, strichlierte Linie angedeuteten
Augenbereichs befindet, die obere Kante der reflektierenden Einrichtung 7 sieht.
Zu diesem Zweck ist eine große
offene Abdeckung 2a, die näher am Fahrer ist als die reflektierende
Einrichtung 7, wie eine Wand auf der Oberfläche der
Instrumententafel 2 in einer solchen Weise angebracht, dass
die Abdeckung 2a ungefähr
gleich in ihrer Höhe zu
der geraden Linie L, ist, die das obere Ende des Augenbereichs und
das obere Ende der reflektierenden Einheit 7 verbindet.
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Zusätzlich beschränken Fahrzeugbedingungen,
wie die Lage der Anzeigeeinheit 6, der Neigungswinkel der
Windschutzscheibe 1 und die Anordnung der oberen Oberfläche der
Instrumententafel 1 die Lage zum Anbringen der reflektierenden
Einrichtung 7, so dass das System im wesentlichen keine
Gestaltungsfreiheit aufweist.
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Zudem sollte die Größe der reflektierenden Einrichtung 7 gemäß dem Augenbereich
bestimmt werden; d.h. die Größe der reflektierenden
Einrichtung sollte in Proportion zu der Größe des Augenbereichs erhöht werden.
Um die Größe der reflektierenden
Einrichtung
7 verhindern, ist es notwendig, einen Drehmechanismus
vorzunehmen, der die reflektierende Einrichtung 7 gemäß der Lage
des Sichtpunkts 4 in dem Augenbereich dreht, was das Anzeigesystem
in seinem Aufbau zusätzlich
umständlich
macht.
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Aus der
DE 37 38 648 C2 und der
US 5 035 473 ist es bekannt,
für Head-up-Displays
Hologramme eines nicht regulären
Reflexionstyps zu venrwenden.
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Aus der
US 5 005 009 ist ein Head-up-Display
bekannt, das Anzeigeeinheiten im Armaturenbrett des Fahrzeugs aufweist,
wobei ein getönter
Bereich auf der Innenseite der Windschutzscheibe zur Reflexion des
Anzeigelichts vorgesehen ist.
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Die
DE-AS 24 50 704 offenbart eine Skala einer
Anzeige, die auf einem Armaturenbrett eines Fahrzeugs angeordnet
ist, wobei eine Polarisationsfolie über der Skala angeordnet ist.
Eine teilreflektierende Schicht ist auf der Innenseite der Windschutzscheibe
vorhanden, um die Anzeigedaten zu reflektieren.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
gattungsgemäßes Anzeigesystem
so zu verbessern, dass bei platzsparender Bauweise ein gutes Erkennen
des Anzeigebildes ermöglicht
wird.
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Diese Aufgabe wird durch die den
kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche 1 und 2 angegebenen Merkmale
gelöst.
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Bei dem erfindungsgemäßen Anzeigesystem
ist die Anzeigeeinheit ein Projektor, so dass die Größe einer
Diffusionstafel, die als reflektierende Einrichtung wirkt, auf die
Größe eines
realen Bildes verringert werden kann, so dass der für die Diffusionstafel
erforderliche Platz auf ein Minimum reduziert wird. Da die Diffusionsplatte
vergleichsweise dünn ausgebildet
werden kann, tritt auch in Höhenrichtung des
Armaturenbretts eine Raumeinsparung ein. Da ein virtuelles Bild
des Anzeigebildes erzeugt wird, kann das Anzeigebild vergrößert werden.
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Gemäß einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung wird das Bild von der Diffusionstafel nicht von der
Windschutzscheibe selbst, sondern von einem auf diese angeordneten
Hologramm eines nicht regulären
Reflexionstyps reflektiert. Dadurch wird die Gestaltungsfreiheit
der Anordnung der Diffusionstafel auf dem Armaturenbrett weiter
erhöht.
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Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin
zeigen:
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1 eine
Seitenansicht eines herkömmlichen
Anzeigesystems für
ein Fahrzeug;
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2 eine
Seitenansicht eines Anzeigesystems für ein Fahrzeug;
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3 eine
Seitenansicht eines Anzeigesystems für ein Fahrzeug gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung;
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4 eine
Schnittansicht eines in dem erfindungsgemäßen Anzeigesystem verwendeten
Projektors; und
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5 eine
Seitenansicht eines Anzeigesystems gemäß einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung.
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Eine Ausführungsform eines Anzeigesystems
wird nun in Bezug auf die 2 beschrieben, wobei
funktionell den Teilen, die in Bezug auf die 1 beschrieben worden sind, entsprechende
Teile mit den gleichen Bezugszeichen oder Buchstaben bezeichnet
sind.
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Die 2 zeigt
ein Anzeigesystem für
ein Fahrzeug. Wie in der 1 gezeigt
ist, ist eine Anzeigeeinheit 6 zum Anzeigen von Fahrdaten
an dem Innendach des Fahrzeugs in der Weise angebracht, dass die
Anzeigeoberfläche
zur Instrumententafel 2 gerichtet ist. Eine reflektierende
Einrichtung, nämlich ein
Hologramm 10 eines nicht regulären Reflexionstyps ist in einer
solchen Weise angebracht, dass seine reflektierende Oberfläche gegen
die Anzeigeoberfläche
der Anzeigeeinheit 6 und gegen die Windschutzscheibe 1 des
Fahrzeugs gerichtet ist.
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Das Hologramm 10 eines nicht
regulären
Reflexionstyps ist eine reflektierende Tafel, bei der der Einfallswinkel
eines auf die Hologrammoberfläche auftreffenden
Lichtstrahls von dem Reflexionswirikel dieses Lichts unterschiedlich
ist. Genauer gesagt wird das Hologramm 10 wie folgt gebildet:
In dem Fall, wo die reflektierende Funktion die eines ebenen Spiegels
ist, werden zum Bilden des Hologramms ein Gegenstandslichtstrahl
und ein Referenzlichtstrahl, die Parallellichtstrahlen sind, als
Laserstrahlen auf eine Hologrammtrockenplatte in einer solchen Weise eingestrahlt,
dass die Strahlen in ihrem Einfallswinkel unterschiedlich sind,
so dass darauf Interferenzmuster aufgezeichnet werden.
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In dem anderen Fall, wo die reflektierende Funktion
die eines konkaven Spiegels ist, werden beim Bilden des Hologramms
ein Referenzlichtstrahl, der ein divergenter Lichtstrahl ist, und
ein Gegenstandslichtstrahl, der ein Parallellichtstrahl ist, als
Laserstrahlen auf eine Hologrammtrockenplatte eingestrahlt, so dass
das Interferenzmuster darauf aufgezeichnet wird. Durch freies Einstellen
der Einfallswinkel des Gegenstandslichtstrahls und des Referenzlichtstrahls
können
die Einfalls- und Reflexionswinkel des resultierenden Hologramms,
wie gewünscht, ausgewählt werden.
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Folglich kann das Hologramm 10 eines
nicht regulären
Reflexionstyps, das in Bezug auf die Lage der Anzeigeeinheit 6,
den Neigungswinkel der Windschutzscheibe 1, die Lage und
den Winkel der Instrumententafel 2 und den Sichtpunkt 4 des
Fahrers gebildet worden ist, irgendwo auf der Instrumententafel 2 angebracht
sein. Daher ist es beim Installieren des Anzeigesystems nicht notwendig,
die Instrumententafel 2 zu verändern oder maschinell zu bearbeiten.
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Wenn das Anzeigelicht von der Anzeigeeinheit 6 auf
das so installierte Hologramm 10 einfällt, wird das Licht unter einem
von dem Einfallswinkel unterschiedlichen Reflexionswinkel reflektiert,
und so mit auf die Windschutzscheibe 1 gerichtet. Das derart ankommende
Licht wird von der Windschutzscheibe 1 zu den Augen des
Fahrers 4 reflektiert, so dass dem Fahrer ermöglicht ist,
das virtuelle Bild eines von der Anzeigeeinheit 6 angezeigten
Bildes weit hinter der Windschutzscheibe 1 (vor dem Fahrzeug)
zu sehen.
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Als eine Gegenmaßnahme gegen äußeres Licht
ist es notwendig zu verhindern, dass der Fahrer das Hologramm 10 direkt
sieht. Zu diesem Zweck ist es notwendig, eine Wand auf der Instrumententafel mit
der Höhe
einer geraden Linie L2, die das obere Ende
des Augenbereichs des Fahrers und die vordere Kante des Hologramms 10 verbindet,
vorzusehen. Diese Wand ist jedoch viel kürzer als die herkömmliche
offene Abdeckung.
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Wie oben beschrieben wurde, wird
in dem Anzeigesystem das Hologramm eines nicht regulären Reflexionstyps
als eine auf der Instrumententafel vorgesehene reflektierende Einrichtung
verwendet. Daher kann durch geeignetes Anpassen des Einfalls- und
Reflexionswinkels des Hologramms dieses auf jegliche Instrumententafel
unabhängig
von dem Aufbau installiert werden. Deshalb ist es beim Installieren
des Anzeigesystems nicht notwendig, den Aufbau der Instrumententafel 2 zu
verändern
oder ihn maschinell zu bearbeiten. Demnach kann die Ausführung der
Instrumententafel 2 mit einem großen Grad an Freiheit entworfen
werden; d.h., das Anzeigesystem selbst kann mit einem großen Grad
an Freiheit entworfen werden. Da weiter der Winkel zum Anbringen
des Hologramms nicht begrenzt ist, kann die offene Abdeckung auf
der Instrumententafel in ihrer Größe verringert werden.
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Ausführungsformen der Erfindung
werden in Bezug auf die 3 bis 5 beschrieben werden, in
denen funktionell den Teilen, die in Bezug auf die das oben beschriebene
herkömmliche
Anzeigesystem zeigende 1 beschrieben
worden sind, entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen
oder Buchstaben bezeichnet sind.
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Die 3 zeigt
ein Anzeigesystem für
ein Fahrzeug, das eine erste Ausführungsform der Erfindung darstellt.
Wie in der 1 gezeigt
ist, ist ein Projektor 20 zum Anzeigen von Fahrzeugfahrdaten an
dem Innendach des Fahrzeugs in einer solchen Weise angebracht, dass
er gegen die Instrumententafel 2 des Fahrzeugs gerichtet
ist. Eine Diffusionstafel 30 eines Lichtreflexionstyps
ist auf der Instrumententafel in einer solchen Weise angebracht, dass
ihre reflektierende Oberfläche
gegen den Projektor 20 und gegen die Windschutzscheibe 1 des Fahrzeugs
gerichtet ist.
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Der Projektor 20 umfasst,
wie in der 4 gezeigt,
eine Anzeigeeinrichtung 21, die ein Flüssigkristallanzeigeelement
ist. Eine Lichtquelle 23 mit einem reflektierenden Spiegel 22 ist
hinter der Anzeigeeinrichtung 21 vorgesehen. Ein Kaltlicht-Filter 24 zum
Abhalten von Infrarotstrahlen und eine Gruppe von Kondensorlinsen 25 sind
zwischen der Lichtquelle 23 und der Anzeigeeinrichtung 21 vorgesehen,
so dass das Ausgangslicht aus der Lichtquelle 23 auf die
Anzeigeeinrichtung 21 mit hoher Effizienz einwirkt, während der
Temperaturanstieg der Anzeigeeinrichtung, der von der Anwendung
von Licht darauf bewirkt wird, so stark wie möglich unterdrückt wird.
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Eine projizierende Linse 26 ist
vor der Anzeigeeinrichtung 21 vorgesehen. Die projizierende
Linse 26 wird vor- und zurückbewegt, so dass ein auf der
Anzeigeeinrichtung 21 angezeigtes Bild als ein reales Bild
auf einem außerhalb
vorgesehenen Schirm gebildet wird. Daher wird in dem Anzeigesystem
die projizierende Linse 26 in ihrer Lage angepasst, so
dass das auf der Anzeigeeinrichtung 21 angezeigte Bild
auf der Diffusionstafel 30 (die als ein Schirm dient),
die auf der Instrumententafel 2 angebracht ist, gebildet
wird.
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Wenn in dem Anzeigesystem der Leistungsschalter
des Projektors 20 eingeschaltet wird, wird das auf der
Anzeigeeinrichtung 21 angezeigte Bild als ein reales Bild
auf der Diffu sionstafel 30 über die Projektionslinse 26 des
Projektors 20 gebildet. Die Diffusionstafel 30 wirkt
so, als ob sie eine Filmleinwand wäre, und das darauf gebildete
Bild wird durch die Windschutzscheibe zu den Augen des Fahrers 4 reflektiert.
Folglich sieht der Fahrer 4 weit hinter der Windschutzscheibe 1 das
virtuelle Bild des auf der Diffusionstafel 30 gebildeten
Bildes. In diesem Fall sieht der Fahrer das virtuelle Bild durch
die Windschutzscheibe 1, und deshalb ist der Augenbereich ziemlich
groß.
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Wie oben beschrieben wurde, wird
in dem Anzeigesystem das reale Bild auf der Diffusionstafel 30 gebildet.
Daher ist es bei dem Anzeigesystem im Gegensatz zu einem herkömmlichen
nicht notwendig, den Augenbereich bei der Bestimmung der Größe der reflektierenden
Einrichtung in Betracht zu ziehen; d.h., dass die Größe der Diffusionstafel 30 auf die
des durch die Windschutzscheibe 1 gesehenen virtuellen
Bildes verringert werden kann. Nach der Erfindung wird die Diffusionstafel 30 als
die reflektierende Einrichtung (der nach dem Stand der Technik der verwendete
Spiegel entspricht) verwendet, wodurch das Anzeigesystem von Problemen
bezüglich
des äußeren Lichts
befreit ist. Es ist jedoch notwendig zu verhindern, dass der Fahrer
das reale Bild auf der Diffusionstafel 30 sieht. Zu diesem
Zweck sollte eine Wand auf der Instrumententafel 1 mit
einer Höhe
eine Linie L2, die das obere Ende des Augenbereichs
und die vordere Kante der Diffusionstafel 30 verbindet, ausgebildet
sein.
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Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird nun in bezug auf die 5 beschrieben,
in der funktionell den Teilen, die in bezug auf die 3 und 4 beschrieben
worden sind, entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen oder
Buchstaben bezeichnet sind.
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Die zweite Ausführungsform der Erfindung ist,
wie in der 5 gezeigt,
ausgebildet, wobei sie sich von der oben beschriebenen ersten Ausführungsform
darin unterscheidet, dass ein Hologramm eines nicht regulären Reflexionstyps
an die Windschutzscheibe 1 geheftet ist. In der oben beschriebenen
zweiten Ausführungsform
wird das durch den Projektor 20 auf der Diffusionstafel 30 gebildete
Bild durch Windschutzscheibe 1 zu den Augen des Fahrers 4 reflektiert.
Andererseits wird in der dritten Ausführungsform das durch den Projektor 20 auf
der Diffusionstafel 30 gebildete Bild durch das Hologramm 40 eines
nicht regulären
Reflexionstyps zu den Augen des Fahrers 4 reflektiert.
Das Hologramm eines nicht regulären
Reflexionstyps ist eine Art einer reflektierenden Tafel, die so
entworfen ist, dass der Einfallswinkel eines auf die Hologrammoberfläche auftreffenden
Lichtstrahls unterschiedlich vom Reflexionswinkel dieses Lichtstrahls
ist. Insbeson dere ist das Hologramm durch geeignetes Steuern der
Bedingungen eines Gegenstandslichtstrahls und eines Referenzlichtstrahls,
die darauf anzuwenden waren, gebildet worden.
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Mit dem geeignet ausgebildeten Hologramm eines
nicht regulären
Reflexionstyps kann die Diffusionstafel 30, die eine zweite
reflektierende Tafel ist, irgendwo auf der Instrumententafel 2 angebracht
werden. In der oben beschriebenen Ausführungsform ist die Diffusionstafel 30 auf
der Instrumententafel 2 angebracht. Die Diffusionstafel 30 kann
jedoch auch an anderen Stellen vorgesehen sein, wenn es kein Hindernis
zwischen dem Projektor 20, der Diffusionstafel 30 und
der Windschutzscheibe 1 gibt. Zusätzlich kann beim Anordnen der
als ein Schirm dienenden Diffusionstafel 30 deren Winkel
mit größerer Freiheit eingestellt
werden. Daher kann die Diffusionstafel 30 in Übereinstimmung
mit der Ausgestaltung der Instrumententafel 2 eingesetzt
werden.
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Wie oben beschrieben wurde, wird
in dem erfindungsgemäßen Anzeigesystem
der Projektor zum Bilden des realen Bildes auf der reflektierenden
Einrichtung, die die Diffusionstafel ist, verwendet. Daher kann
die Größe der reflektierenden
Einrichtung auf die Größe des realen
Bildes verringert werden, was es möglich macht, die Einrichtung
zu miniaturisieren. Da weiter das reale Bild durch die Windschutzscheibe
beobachtet wird, kann der Augenbereich vergrößert werden, und die offene
Abdeckung auf der Instrumententafel kann in ihrer Größe verringert
werden.
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Zusätzlich wird erfindungsgemäß das Hologramm
eines nicht regulären
Reflexionstyps an der Windschutzscheibe angebracht. Deshalb kann
der Grad an Freiheit beim Anordnen der ersten reflektierenden Tafel
auf der Instrumententafel durch geeignetes Anpassen des Einfalls-
und Reflexionswinkels des Hologramms eines nicht regulären Reflexionstyps
erhöht
werden.