DE4413991C2 - Anzeigevorrichtung für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung für Kraftfahrzeuge, bei welcher ein an einer Anzeigeeinheit angezeigtes Bild von einem reflektierenden Teil reflektiert wird und zu dem Auge des Fahrers hingeführt wird, so daß das von der Anzeigeeinheit angezeigte Bild von dem Fahrer als ein virtuelles Bild hinter dem reflektierenden Teil beobachtet werden kann.

Eine Anzeigevorrichtung für Kraftfahrzeuge ist bekannt, mit welcher ein angezeigtes Bild als ein virtuelles Bild an einer entfernten Stelle vor dem Kraftfahrzeug beobachtet werden kann, wobei eine Anzeigeeinheit aus Leuchtanzeigen oder Flüssigkristall-Anzeigelementen zum Anzeigen von Informationen mit nach oben gerichteter Anzeigeseite in einem Armaturenbrett angeordnet ist, und das von der Anzeigeeinheit emittierte Bildlicht durch eine Öffnung in dem Armaturenbrett hindurchtritt und von einem reflektierenden Teil, wie einer Windschutzscheibe, zu dem Auge des Fahrers hin reflektiert wird, so daß das virtuelle Bild des angezeigten Bildes für den Fahrer hinter dem reflektierenden Teil, d. h. vor dem Kraftfahrzeug, sichtbar ist.

Mit einer Anzeigevorrichtung dieses Typs wird jedoch ein Geisterbild erzeugt, da das von der Anzeigevorrichtung emittierte Bildlicht an zwei Stellen, d. h. an der Innen- und der Außenfläche der Windschutzscheibe reflektiert wird.

Um solche Probleme zu vermeiden, wurden, wie in den japanischen Patentanmeldungen, Veröffentlichungs-Nr. Heisei 2-294615 und 2- 141720 beschrieben, Anordnungen vorgeschlagen, bei welchen die Anzeigeeinheit derart gestaltet ist, daß sie das das Bild wiedergebende Licht in S-Polarisation polarisiert, und ein Polarisationsrichtungs-Einstellmittel, das das einfallende S- polarisierte Licht in P-polarisiertes Licht umwandelt, zwischen laminierten Glasscheiben eingefügt ist, welche die Windschutzscheibe bilden, so daß eine unerwünschte Reflexion auf der Außenfläche der Windschutzscheibe verhindert wird und ferner verhindert wird, daß ein Geisterbild entsteht.

Da die Anzeigefläche der Anzeigeeinheit nach oben gerichtet ist, verursachen jedoch bei der Anzeigevorrichtung dieses Typs die durch die Öffnung in dem Armaturenbrett hindurch auf die Anzeigefläche einfallenden Außenlichtstrahlen, wie die Sonnenlichtstrahlen, ein sogenanntes Verwischungsphänomen, wodurch das angezeigte Bild nur sehr schwierig erkennbar ist.

Um die Probleme der Anzeigevorrichtungen nach dem Stand der Technik zu vermeiden, wurde die aus Fig. 2 ersichtliche Anordnung vorgeschlagen. In dieser Anordnung werden unmittelbar über der Anzeigefläche der Anzeigeeinheit 1 ein erstes und ein zweites Dreiecksprisma 11, 12 angeordnet, welche den gleichen Scheitelwinkel Θ aufweisen und derart aufeinandergestapelt sind, daß die Scheitelwinkel Θ der Prismen in entgegengesetzte Richtungen gerichtet sind. Eine derartige Anordnung von Dreiecksprismen für eine Anzeigevorrichtung ist auch aus der Druckschrift JP 3-117 271 bekannt.

Entsprechend dieser Anordnung wird das Außenlicht, falls es von der Windschutzscheibe 4 durch die Öffnung 2a in dem Armaturenbrett 2 hindurch auf die Anzeigeeinheit 1 einfällt, von der Grenzfläche 11a der aufeinandergestapelten ersten und zweiten Prismen 11, 12 reflektiert und in die mit dem Pfeil F gezeigte Richtung gerichtet, so daß Außenlicht nicht auf die Anzeigefläche der Anzeigeeinheit 1 einfällt. Daher besteht nicht die Möglichkeit, daß das von der Anzeigeeinheit angezeigte Bild von Außenlicht überstrahlt wird.

Da ferner die identisch ausgebildeten Prismen 11, 12 in entgegengesetzter Richtung aufeinandergestapelt angeordnet sind, wird das von der Anzeigeeinheit 1 emittierte Bildlicht kaum beeinflußt, wenn es durch die Prismen hindurchtritt. Hierdurch wird für den Betrachter sichergestellt, daß das von dem Betrachtungspunkt 6 aus sichtbare Bild nicht verzerrt wird. Ferner wird hierdurch ermöglicht, daß ein virtuelles Bild hinter dem reflektierenden Teil oder vor dem Kraftfahrzeug beobachtet wird.

Bei dieser vorgeschlagenen Anordnung treten keine Probleme auf; jedoch kann die Windschutzscheibe, welche bei den in den japanischen Patentanmeldungen, Veröffentlichungs-Nummern Heisei 2-294615 und 2-141720 beschriebenen Vorrichtungen als reflektierendes Teil verwendet wird, Probleme bereiten. Bei diesen Vorrichtungen wird, falls die oben beschriebenen Prismen verwendet werden, um die von dem Außenlicht verursachte unerwünschte Erscheinung zu vermeiden, das von der Anzeigeeinrichtung 1, welche ein Flüssigkristall-Anzeigeelement 1a mit einer Hintergrundbeleuchtung 1b aufweist, emittierte S- polarisierte Licht an den Prisma 12 - Luft-Übergangsstellen A, B und an den Prisma 11 - Luft-Übergangsstellen C, D mit einem Reflexionsfaktor reflektiert, der größer als der bei normalem Licht ist. Dies hat zur Folge, daß die Intensität des auf die Windschutzscheibe 4 einfallenden Lichtes verringert wird. Daher wird die Helligkeit des angezeigten Bilds verringert.

Die oben beschriebene Erscheinung kann mit Hilfe der in den Fig. 4 und 5 dargestellten Diagramme einfach verstanden werden. Die erwähnte Erscheinung wird dadurch verursacht, daß das von der Luft mit einer Brechungszahl von 1 in das Prisma mit einer Brechungszahl von 1,5 eintretende Licht bis zu einem Einfallswinkel von etwa 30° den gleichen Reflexionsfaktor für S-polarisiertes Licht und P-polarisiertes Licht aufweist, wie aus Fig. 4 ersichtlich. Der Reflexionsfaktor für das S- polarisierte Licht ist jedoch größer als für das P-polarisierte Licht, falls der Einfallswinkel 30° oder mehr ist.

Im Gegensatz dazu ist, wenn das Licht von dem Prisma mit einer Brechungszahl von 1,5 in die Luft mit einer Brechungszahl von 1 eintritt, der Reflexionsfaktor für S-polarisiertes Licht mit dem für das P-polarisierte Licht bis zu einem Einfallswinkel von etwa 15° gleich, wie aus Fig. 5 ersichtlich. Im Falle von größeren Einfallswinkeln bis zu dem Winkel von etwa 42°, bei dem eine vollständige Reflexion erfolgt, weist jedoch das S- polarisierte Licht einen größeren Reflexionsfaktor als das P- polarisierte Licht auf. Daher wird, falls die Prismen in der in Fig. 3 gezeigten Anordnung angeordnet sind, die Durchlässigkeit für das auf das Prisma einfallende Licht im Falle vom S-polarisierten Licht bis auf 30-40% verringert. Im Falle vom P-polarisierten Licht wird die Durchlässigkeit um etwa 10% verringert.

In den Fig. 4 und 5, bezeichnet Φ_b (= 56,3°, 33,7°) den Brewsterschen Winkel, der der Einfallswinkel ist, bei welchem keine Reflexion des P-polarisierten Lichts erfolgt. Ferner bezeichnet Φ_c (= 41,8°) den Winkel, bei welchem eine vollständige Reflexion erfolgt.

Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, die oben beschriebenen Nachteile zu vermeiden und eine Anzeigevorrichtung für Kraftfahrzeuge zu schaffen, mit welcher die von Außenlicht verursachten unerwünschten Wirkungen weitgehend vermieden werden können und damit ein angezeigtes Bild mit erhöhter Helligkeit erzeugt werden kann.

Um diese Aufgabe zu lösen, weist die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung auf: eine Anzeigeeinheit; ein erstes und ein zweites Prisma, welche mit in entgegengesetzte Richtungen gerichteten Scheitelwinkeln der Prismen aufeinandergestapelt sind, wobei das erste und das zweite Prisma nahe an der Anzeigefläche der Anzeigeeinheit angeordnet sind; und ein reflektierendes Teil zum Reflektieren des durch diese Prismen hindurchgetretenen Anzeigelichtes zu dem Auge des Fahrers hin; wobei das Anzeigelicht der Anzeigeeinheit relativ zu der Reflexionsfläche des reflektierenden Teiles als P-polarisiertes Licht emittiert wird; und wobei ein Polarisationsrichtungs- Drehmittel zum Verdrehen des durch die Prismen hindurchgetretenen Anzeigelichtes um 90° zwischen den Prismen und dem reflektierenden Teil angeordnet ist.

Mit der oben beschriebenen Anordnung ist es möglich, die von dem Außenlicht verursachten unerwünschten Wirkungen zu vermeiden. Ferner besteht, da das von der Anzeigeeinheit emittierte Anzeigelicht ein P-polarisiertes Licht ist, eine kleine Reflexion an der Prisma-Luft-Übergangsstelle und ein großer Anteil des Lichtes tritt durch die Prismen hindurch. Das durch die Prismen hindurchgetretene Licht wird von dem Polarisationsrichtungs-Drehmittel um 90° verdreht, so daß das P-polarisierte Licht in S-polarisiertes Licht umgewandelt wird, das dann auf das reflektierende Teil einfällt. Falls das reflektierende Teil aus der Windschutzscheibe gebildet wird, wird das S-polarisierte Licht mit großem Reflexionsfaktor reflektiert, wodurch ein helles Anzeigebild erzeugt wird. Zusätzlich kann durch Anordnung eines Gliedes, wie in der japanischen Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer Heisei 2- 294615 beschrieben, auf der Grenzfläche zwischen den zusammengesetzten Glasscheiben der Windschutzscheibe die Möglichkeit bedeutend verringert werden, daß ein Geisterbild entsteht.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer Anzeigevorrichtung nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht einer herkömmlichen Anzeigevorrichtung, welche Prismen aufweist, um die unerwünschten Wirkungen des Außenlichts zu verringern;

Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht der Anzeigevorrichtung zur Erläuterung des mit dieser verbundenen Problems, das besteht, falls das Anzeigelicht der Anzeigeeinheit relativ zu der Windschutzscheibe, welche als reflektierendes Teil verwendet wird, in S-polarisiertes Licht polarisiert wird, um den Reflexionsfaktor der Windschutzscheibe zu erhöhen;

Fig. 4 zeigt ein Diagramm, mit dem der Unterschied zwischen dem Reflexionsfaktor für das S-polarisierte Licht und dem für das P-polarisierte Licht gezeigt wird, wenn das Licht von Luft in Glas eintritt; und

Fig. 5 zeigt ein Diagramm, mit dem der Unterschied zwischen dem Reflexionsfaktor für das S-polarisierte Licht und dem für das P-polarisierte Licht gezeigt wird, wenn das Licht von Glas in Luft eintritt.

Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Teile, die mit denen der herkömmlichen Vorrichtung identisch sind oder denen der herkömmlichen Vorrichtung entsprechen, werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung für Kraftfahrzeuge.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, weist die Anzeigevorrichtung 1 nach dieser Ausführungsform ein Flüssigkristall-Anzeigeelement 1a vom Transmissionstyp mit einer Hintergrundbeleuchtung 1b auf. Die an beiden Oberflächen der Anzeigeeinheit vorhandenen Polarisatoren sind derart angeordnet, daß ein Anzeigelicht als P-polarisiertes Licht in Richtung zu der Reflexionsfläche der Windschutzscheibe 4 emittiert wird.

Ein Polarisationsrichtungs-Drehmittel 5 ist über der Oberfläche eines ersten Prismas 11 angeordnet. Das Polarisationsrichtungs- Drehmittel 5 weist ein Flüssigkristallpanel vom TN-Typ oder eine Halbwellenlängen-Platte auf und bewirkt, daß die Polarisationsrichtung des Anzeigelichts, das durch das zweite und das erste Prisma 12, 11 hindurchgetreten ist, um 90° verdreht wird. Dies bedeutet, daß das Anzeigelicht, das durch das Polarisationsrichtungs-Drehmittel 5 hindurchgetreten ist, in ein S-polarisiertes Licht umgewandelt wird, dessen Schwingung senkrecht zu der Einfallebene der Windschutzscheibe 4 erfolgt.

In dieser Anordnung, bei der die Scheitelwinkel Θ des ersten und des zweiten Prismas 11, 12 auf den gewünschten Winkel eingestellt sind, bei welchem das Außenlicht gesperrt wird, wird das von der Anzeigeeinheit 1 emittierte, P- polarisierte Anzeigelicht an den Übergangsstellen A, B zwischen dem ersten Prisma 11 und der Luft und den Übergangsstellen C, D zwischen dem zweiten Prisma 12 und der Luft mit kleinerem Reflexionsfaktor als der für S-polarisiertes Licht reflektiert. Die Verringerung des Reflexionsfaktors ist insbesondere bei den Prisma-Luft-Übergangsstellen B, C bedeutend. Dies hat zur Folge, daß die Durchlässigkeit der Prismen 11, 12 erhöht wird. Die Punkte A, B, C, D in den Fig. 4 und 5 bezeichnen die Einfallswinkel an den Übergangsstellen A, B zwischen dem Prisma 12 und der Luft und an den Übergangsstellen C, D zwischen dem Prisma 11 und der Luft. Ferner bezeichnet das Bezugszeichen E den Einfallswinkel, unter welchem das Anzeigelicht in die Windschutzscheibe 4 eintritt. Diese Punkte sind gezeigt, um den Reflexionsfaktor für das S-polarisierte Licht mit dem für das P-polarisierte Licht vergleichen zu können.

Da das Anzeigelicht, das durch die Prismen 11, 12 hindurchgetreten ist, in seiner Polarisationsrichtung von dem Polarisationsrichtungs-Drehmittel 5 um 90° verdreht wird, wird das Licht in S-polarisiertes Licht umgewandelt und fällt so auf die Oberfläche der Windschutzscheibe 4 ein. Da der Reflexionsfaktor der Windschutzscheibe 4 für das S-polarisierte Licht größer als für P-polarisiertes Licht ist, wird der Anteil des Anzeigelichts, das das Auge des Fahrers erreicht, erhöht, so daß der Fahrer ein helles Bild beobachten kann.

Die wirksame Durchlässigkeit der Prismen 11, 12 ist für Anzeigelicht, das in S-polarisiertes Licht polarisiert ist, um etwa 30 bis 40% verringert, während die Durchlässigkeitsverringerung für das P-polarisierte Licht etwa 10% beträgt. Daher wird, falls die Polarisation des auf die Prismen einfallenden Anzeigelichts in P-Polarisation umgewandelt wird, die wirksame Durchlässigkeit um 20 bis 30% erhöht. Falls die Durchlässigkeit des Flüssigkristallpanels oder der Halbwellenlängenplatte mit 95% berücksichtigt wird, ist es möglich, die Gesamtdurchlässigkeit in der Größenordnung von 15 bis 25% zu erhöhen.

Wie oben beschrieben, werden erfindungsgemäß die im Querschnitt als rechtwinklige Dreiecke ausgebildeten und mit ihrer Hypotenusenfläche aufeinandergestapelten Prismen verwendet, um zu verhindern, daß die von dem Außenlicht verursachten unerwünschten Wirkungen auftreten, und wird das von der Anzeigeeinheit emittierte Anzeigelicht in P-polarisiertes Licht polarisiert, wodurch die Reflexion an den Prisma-Luft- Übergangsstellen bedeutend verringert und die Durchlässigkeit der Prismen bedeutend verbessert werden. Ferner wird, da die Polarisationsrichtung des Anzeigelichts, das durch die Prismen hindurchgetreten ist, mit Hilfe des Polarisationsrichtungs- Drehmittels um 90° verdreht wird, das auf das Reflexionsglied einfallende Anzeigelicht S-polarisiert. Falls als reflektierendes Teil die Windschutzscheibe verwendet wird, ist es wegen des verhältnismäßig hohen Reflexionsfaktors der Windschutzscheibe möglich, ein helles Anzeigebild zu erhalten, da der hohe Reflexionsfaktor der Windschutzscheibe mit der durch die P-Polarisation erhöhten Durchlässigkeit der Prismen zusammenwirkt.

Claims (6)

1. Anzeigevorrichtung für Kraftfahrzeuge mit einer Anzeigeeinheit; einem ersten und einem zweiten Prisma, welche mit in entgegengesetzte Richtungen gerichteten Scheitelwinkeln der Prismen aufeinandergestapelt sind, wobei das erste und das zweite Prisma nahe an der Anzeigefläche der Anzeigeeinheit angeordnet sind; einem reflektierenden Teil zum Reflektieren des durch die Prismen hindurchgetretenen Anzeigelichtes zu dem Auge des Fahrers hin; und einem Polarisationsrichtungs-Drehmittel zum Verdrehen der Polarisationsrichtung des durch die Prismen hindurchgetretenen Anzeigelichtes um 90°, wobei das Polarisationsrichtungs- Drehmittel zwischen den Prismen und dem reflektierenden Teil angeordnet ist, und das Anzeigelicht der Anzeigeeinheit relativ zu der Reflexionsfläche des reflektierenden Teiles als P- polarisiertes Licht emittiert wird.

2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Anzeigeeinheit ein Flüssigkristall-Anzeigeelement vom Transmissionstyp mit einer Hintergrundbeleuchtung ist.

3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Polarisationsrichtungs-Drehmittel (5) aus einem Flüssigkristallpanel vom TN-Typ ist.

4. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Polarisationsrichtungs-Drehmittel aus einer Halbwellenlängen-Platte ist.

5. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, bei der das reflektierende Teil aus einer Windschutzscheibe oder einem unteren Endbereich einer Windschutzscheibe gebildet ist.

6. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, bei der das erste und das zweite Prisma aus Glas oder Kunstharz sind.