DE69022932T2

DE69022932T2 - "Head-up Display" für Kraftfahrzeuge mit antireflektierendem Jalousie-Filter.

Info

Publication number: DE69022932T2
Application number: DE69022932T
Authority: DE
Inventors: John J Ferrer
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1989-08-31
Filing date: 1990-08-24
Publication date: 1996-03-14
Anticipated expiration: 2010-08-25
Also published as: EP0415275A3; CA2023264C; KR910004397A; CA2023264A1; EP0415275B1; KR920010685B1; JPH0396441A; DE69022932D1; EP0415275A2

Description

Die offenbarte Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeug, das ein Headup-Display (Über-Kopf-Anzeige) umfaßt, mit Mitteln zur Erzeugung einer abbildenden Beleuchtung von einer Bildquelle, die in einem Gehäuse angeordnet ist, um die abbildende Beleuchtung auf einen Kombinator zu richten, der zur teilweisen Reflektion der abbildenden Beleuchtung von der Bildquelle vorgesehen ist, um ein virtuelles Bild der Bildquelle zu erzeugen, das für den Bediener des Fahrzeugs sichtbar ist, ferner ein transparentes Fenster, das in dem optischen Weg zwischen der Bildquelle und dem Kombinator angeordnet ist, um die abbildende Beleuchtung von der Bildquelle zu dem Kombinator zu übertragen, wobei das transparente Fenster und das Gehäuse im wesentlichen eine Abdichtung der Bildquelle bewirken, sowie eine Rasterstruktur, die in dem optischen Weg zwischen der Bildquelle und dem Kombinator angeordnet ist, umfassend eine Mehrzahl von Rasterlamellen, um den Durchlaß eines wesentlichen Anteiles der übertragenen abbildenden Beleuchtung zu erlauben, und um Reflektionen von dem transparenten Fenster zu reduzieren.
Headup-Displays für Fahrzeuge, wie etwa Kraftfahrzeuge, werden verwendet, um ein virtuelles Bild einer Instrumentenanzeige an oder vor der Fahrzeug-Windschutzscheibe zu erzeugen, was eine verbesserte Sicherheit bedeutet, da ein Ablesen der Headup-Instrumentenanzeige kein Verschieben des Sichtfeldes und keine Refokussierung für den Bediener des Fahrzeugs erfordert.
Fahrzeug-Headup-Displays können eine abbildende Beleuchtungsquelle umfassen, mit optischen Elementen und einer Bildquelle, die in einem Gehäuse eingeschlossen ist. Die abbildende Beleuchtung gelangt durch schützende transparente Fenster auf der Oberseite des eingeschlossenen Gehäuses zu einem Kombinator, der beispielsweise einen Teil der Windschutzscheibe umfaßt. Der Vorteil eines geschlossenen Gehäuses besteht darin, daß das Schutzfenster eine physische Beschädigung der optischen Elemente verhindert und es verhindert, daß Partikel auf die optischen Elemente gelangen.
Ein bedeutender Faktor im Zusammenhang mit einem abgeschlossenen Beleuchtungsgehäuse ist das Sonnenlicht und/oder die Reflektion von dem schützenden Fenster zu den Augen des Bedieners des Fahrzeugs oder anderen Insassen. Helle oder blendende Reflektionen zu den Augen des Fahrzeugführers stellen einen potentiell gefährlichen Umstand dar. Ein weiterer Faktor ist die Tiefe der abbildenden Beleuchtungsquelle (gemessen in der vertikalen Richtung beim Einbau), da eine große Tiefe Designveränderungen im Armaturenbrett und eine Installation erfordern würde, die eine Demontage des Armaturenbrettes zum Ausbau erfordert.
Ein Fahrzeug mit einem eingangs erwähnten Headup-Display ist aus den Patent Abstracts von Japan, Band 11, Nr. 364 (P-556), (2531), 13. März 1987 und JP-A-61238015 bekannt. Das bekannte Design umfaßt eine transparente Platte, die eine Mehrzahl von Lichtabschirmplatten aufweist, die in einem transparenten Harzfilm in gleichbleibenden Abständen auf der Oberseite eines Gehäuses vorgesehen sind, aus dem das Licht von einer Lichtquelle hervortritt. Die Lichtabschirmplatten übertragen nur Licht, das in einem kleinen Einfallswinkel zur Senkrechten der Filmoberfläche einfällt. Auf der Oberseite des transparenten Harzfilms ist eine Polarisationsplatte befestigt, um Umgebungslicht von dem Auge des Beobachters abzuschirmen.
Ein anderes herkömmliches Design (Patent Abstracts von Japan, Band 11, Nr. 364 (M-646), 27. November 1987, JP-A-62139728) verwendet eine Anzeigeeinheit, die an einem Handschuhfach eines Fahrzeugs mit seiner Anzeigefläche nach oben und einem Windschutzscheibenglas zugewandt montiert ist. Ein Raster ist über der Anzeigeeinheit angeordnet, und die Innenfläche der Windschutzscheibe ist mit einem Anzeigefilm beschichtet. Mit einer solchen Anordnung wird die Anzeige auf dem Film an der Innenseite der Windschutzscheibe angezeigt. Da die Anzeigefläche der Anzeigeeinheit von dem Raster abgeschirmt ist, ergibt sich eine klare Anzeige, und nachteilige Auswirkungen auf ein entgegenkommendes Fahrzeug werden vermieden.
Noch ein weiteres herkömmliches Design (Patent Abstracts von Japan, Band 9, Nr. 236 (P-93), 21. September 1985, JP-A-60088926) verwendet einen Lichtrichtungsselektor, der zwischen dem Anzeigeelement und der Projektionsplatte angeordnet ist, die vor der Innenfläche der Windschutzscheibe angeordnet ist. Der Lichtrichtungsselektor ist in eine Bienenwabenform aufgeteilt, um ein einziges Anzeigebild zu erzeugen, das von dem Auge einer Bedienungsperson betrachtet werden kann.
Noch ein anderes herkömmliches Design (Patent Abstracts von Japan, Band 9, Nr. 236 (P-390), 21. September 1985, JP-A-60088925) verwendet eine rasterartige durchsichtige Platte, die auf einer Innenfläche der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs befestigt ist. Das Anzeigebild eines Anzeigeelementes wird auf die lichtdurchlässige Platte projiziert und von der Platte reflektiert, um das Auge eines Fahrers zu erreichen, der das Anzeigebild wahrnimmt. Dieses Anzeigebild wird nur von der lichtdurchlässigen Platte reflektiert und weder von der rückwärtigen Fläche noch von der Oberfläche der Windschutzscheibe reflektiert, wodurch es verhindert wird, daß ein Doppelbild auf der rückwärtigen Fläche oder der oberen Fläche erzeugt wird.
Schließlich offenbart die US-A-4,365,866 eine Lichtaufsatzeinrichtung, die den Bildkontrast an Fernsehschirmen oder ähnlichen Videoanzeigeschirmen unter Bedingungen von starkem Streulicht verbessert. Die Lichtaufsatzeinrichtung umfaßt eine Mehrzahl von langgestreckten ebenen Streifen, die sich horizontal über die Breite der Scheibe erstrecken, wobei die Streifen differenziell von der Horizontalen in den Richtungen ihrer Breite geneigt sind, um auf einer horizontalen Linie an der gewünschten Höhe und an einem gewünschten Abstand von der Scheibe zu konvergieren.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Fahrzeug anzugeben, das ein Headup-Display mit einer abbildenden Beleuchtungsquelle mit einem transparenten Fenster umfaßt, die keine unerwünschten Reflektionen erzeugt und die keine vergrößerte Tiefe des Gehäuses erfordert. Ferner soll das Headup-Display eine flach ausgebildete, abbildende Beleuchtungsquelle aufweisen, die keine unerwünschten Reflektionen von Sonnenlicht und Umgebungslicht erzeugt.
Diese Aufgabe wird durch ein Fahrzeug gelöst, das ein Headup-Display der eingangs erwähnten Art umfaßt, bei dem eine Mehrzahl von Rasterlamellen im wesentlichen mit der normalen Augenposition eines Beobachters ausgerichtet ist, derart, daß sie parallel zu einem Lichtstrahl liegen, der vom Ort der Rasterlamelle vom Kombinator zu dem Beobachter reflektiert wird und die normale Augenposition des Beobachters erreicht.
Eine solche besondere Ausrichtung der Rasterlamellen reduziert erfindungsgemäß die durch die Rasterstruktur erzeugte Abschwächung. Die Rasterstruktur, die über dem transparenten Fenster liegt, erlaubt den Durchlaß von abbildender Beleuchtung, während Umgebungsreflektionen von dem transparenten Fenster eliminiert werden, die sonst die Augen des Fahrzeugführers erreichen würden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die Vorteile und Merkmale der hier offenbarten Erfindung werden den Fachleuten durch die folgende detaillierte Beschreibung leicht verständlich werden, die im Zusammenhang mit der Zeichnung zu lesen ist, in der:
FIG. 1 eine schematische Darstellung der Hauptkomponenten des offenbarten Headup-Display-Systems für ein Fahrzeug ist und
FIG. 2 eine schematische Schnittdarstellung der abbildenden Beleuchtungsquelle des Headup-Display-Systems gemäß FIG. 1 ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG

In der folgenden ausführlichen Beschreibung und in den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet.
Es sei nunmehr auf FIG. 1 Bezug genommen, in der ein Headup- Instrumentenanzeigesystem für ein Fahrzeug dargestellt ist, das eine abbildende Beleuchtungsquelle 20 und ein Kombinatorelement 11 umfaßt, das einen Teil der Fahrzeugwindschutzscheibe umfassen kann, zum Beispiel eine Kraftfahrzeugwindschutzscheibe.
Die abbildende Beleuchtungsquelle 20 ist vorzugsweise ausreichend flach ausgebildet, so daß sie in einem Hohlraum zum Beispiel an der Oberseite des Armaturenbrettes angeordnet sein kann. Das Kombinatorelement 11 reflektiert die abbildende Beleuchtung teilweise zu dem Fahrer, um so ein virtuelles Bild einer lichtemittierenden Bildquelle innerhalb der abbildenden Beleuchtungsquelle 20 zum Beispiel an einem Ort vor der Fahrzeugwindschutzscheibe zu erzeugen.
In beispielhafter Darstellung umfaßt das Kombinatorelement 11 einen Teil der Innenfläche der Windschutzscheibe oder eine Strahlteilerbeschichtung, die auf die Innenfläche der Windschutzscheibe aufgebracht ist oder zum Beispiel zwischen die Schichten der Windschutzscheibe eingebracht ist.
Obwohl die angegebenen Ausführungen im Zusammenhang mit einem Fahrzeug, wie mit einem Kraftfahrzeug, beschrieben sind, versteht es sich, daß das erfindungsgemäße Headup-Display-System der Erfindung bei Fahrzeugen verwendet werden kann, die keine Windschutzscheiben aufweisen, wobei der Kombinator dann eine transparente Scheibe oder eine ähnliche Einrichtung umfassen kann.
Es sei nun auf FIG. 2 Bezug genommen, in der eine schematische Schnittdarstellung der abbildenden Beleuchtungsquelle 20 gezeigt ist, die ein Gehäuse 17 umfaßt, ein transparentes Fenster 13, das im oberen Bereich des Gehäuses befestigt ist, sowie eine Rasterstruktur 15, die das transparente Fenster überdeckt. Das transparente Fenster 13, das grundsätzlich zum Beispiel ein ebenes Fenster sein kann, und das Gehäuse 17 führen im wesentlichen zu einem abgedichteten modularen abbildenden Beleuchtungsgehäuse, bei dem die optischen Elemente gegen Fremdpartikel und gegen physische Beschädigung geschützt sind.
Des weiteren kann die abbildende Beleuchtungsquelle 20 bei geeignet flacher Ausführung ohne weiteres in einem Hohlraum im oberen Bereich des Armaturenbrettes eingebaut werden und leicht entfernt werden, indem es aus dem Hohlraum herausgenommen wird.
Die abbildende Beleuchtung wird von einer Bildquelle 18 erzeugt, die zum Beispiel eine Vakuumfluoreszenzanzeige oder eine Flüssigkristallanzeige sein kann. Die abbildende Beleuchtung wird durch das transparente Fenster 13 und durch die Rasterstruktur 15 mittels geeigneter optischer Elemente geleitet, die derart konfiguriert sind, daß die äußere Tiefe oder das Profil der abbildenden Beleuchtungsquelle 20 reduziert wird, zum Beispiel mit Hilfe eines gekrümmten Spiegels 21.
In beispielhafter Ausführung sind die abbildende Beleuchtungsquelle 20 und der aufnehmende Hohlraum im Armaturenbrett derart konfiguriert, daß das transparente Fenster in der Nähe und unterhalb einer minimalen ausreichenden Sichtlinie derart, wie sie in der Automobilindustrie akzeptiert ist, angeordnet ist, wobei das obere Ende der Rasterstruktur 15 im wesentlichen mit der Sichtlinie ausgerichtet ist.
Das transparente Fenster 13 befindet sich in einer Winkelposition, die von zahlreichen Einflüssen abhängt, wozu die besondere Konfiguration des Gehäuses 17 der Bildquelle 20, die Höhe des Rasters, die Kontrolle von internen Reflektionen innerhalb der Bildquelle 20 gehören, ob Konformität mit der Form der Oberfläche der Instrumententafel oder der minimalen Sichtlinie gewünscht ist, und ob sich die Rasterstruktur 15 innerhalb des Sichtfeldes des Fahrers befinden soll.
Die Rasterstruktur 15 umfaßt einzelne dünne Rasterlamellen, die in unterschiedlichen Winkelorientierungen angeordnet sind. Falls die einzelnen Rasterlamellen in unterschiedlichen Winkeln angeordnet sind, dann ist jede von ihnen im wesentlichen mit der normalen Augenposition eines Beobachters ausgerichtet (d.h. parallel zu einem Lichtstrahl, der vom Ort der Rasterlamelle ausgeht und eine solche normale Augenposition erreicht). Eine solche individuelle Ausrichtung reduziert die Abschwächung, die durch die Rasterstruktur 15 erzeugt wird.
Die Höhe der Rasterlamellen und die Abstände dazwischen werden von solchen Einflußfaktoren bestimmt, wie der Dicke jeder Lamelle, der Tiefe, die für die Rasterstruktur vorgesehen ist, und der Anzahl von verwischten Linien auf der Anzeige, die durch die Rasterlamellen bedingt ist. Ein größerer Abstand zwischen den Lamellen erfordert eine größere Lamellenhöhe, was wiederum die Tiefe der Bildquelle 20 vergrößert. Ein kleinerer Abstand vergrößert die Störung, die durch die Rasterstruktur erzeugt wird.
Die Rasterstruktur wird vorzugsweise in matter schwarzer Farbe endbehandelt, um Reflektionen davon zu reduzieren, und kann als einheitliche Struktur zum Beispiel aus gespritztem Kunststoff bestehen.
Zuvor wurde ein Fahrzeug-Headup-Display offenbart, das eine eingeschlossene Bildquelle umfaßt und das unerwünschte Reflektionen von dem transparenten Dichtfenster der Bildquelle reduziert. Insbesondere ist eine Rasterstruktur angegeben, die keine besonderen Designerfordernisse oder -einschränkungen an die Struktur der Bildquelle stellt und die ohne weiteres bei unterschiedlichen Bildquellenanordnungen verwendet werden kann. Die Rasterstruktur erlaubt es ferner, eine Bildquelle mit ausreichend geringer Tiefe oder flachem Profil zu verwenden, so daß sie in einem flachen Hohlraum an der Oberseite des Armaturenbrettes eingebaut werden kann, was ein Herausnehmen und einen Ersatz ohne eine teilweise oder vollständige Demontage des Armaturenbrettes möglich macht.
Obwohl das Vorhergehende eine Beschreibung und Erläuterung von speziellen Ausfühuungsbeispielen der Erfindung ist, versteht es sich für die Fachleute, daß zahlreiche Abwandlungen und Veränderungen gemacht werden können, ohne von dem Rahmen der Erfindung abzuweichen, wie dieser durch die nachfolgenden Ansprüche definiert ist.

Claims

1. Fahrzeug umfassend ein Headup-Display umfassend:

- Mittel zum Erzeugen abbildender Beleuchtung von einer Bildquelle (19), die in einem Gehäuse (17) angeordnet ist, um die abbildende Beleuchtung auf einen Kombinator (11) zu richten, der vorgesehen ist, um die abbildende Beleuchtung von der Bildquelle (19) teilweise zu reflektieren, um ein virtuelles Bild der Bildquelle (19) zu erzeugen, das für den Bediener des Fahrzeugs sichtbar ist;

- ein transparentes Fenster (13), das im optischen Weg zwischen der Bildquelle (19) und dem Kombinator (11) angeordnet ist, um die abbildende Beleuchtung von der Bildquelle (19) zu dem Kombinator (11) zu übertragen, wobei das transparente Fenster (13) und das Gehäuse (17) im wesentlichen eine Abdichtung für die Bildquelle (19) bewirken; und

- eine Rasterstruktur (15), die in dem optischen Weg zwischen der Bildquelle (19) und dem Kombinator (11) angeordnet ist und die eine Mehrzahl von Rasterlamellen umfaßt, um einen Durchlaß eines erheblichen Anteiles der übertragenen abbildenden Beleuchtung zu erlauben und um Reflektionen von dem transparenten Fenster (13) zu reduzieren;

dadurch gekennzeichnet, daß jede der Rasterlamellen mit der normalen Augenposition eines Beobachters ausgerichtet ist, derart, daß sie parallel zu einem Lichtstrahl ist, der durch den Ort der Rasterlamelle fällt, von dem Kombinator zu dem Beobachter reflektiert wird und die normale Augenposition des Beobachters erreicht.

2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kombinator (11) eine Innenfläche einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs umfaßt.

3. Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kombinator (11) eine Strahlteilerbeschichtung umfaßt, die auf der Windschutzscheibe des Fahrzeugs vorgesehen ist.

4. Fahrzeug nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das transparente Fenster (13) zur Übertragung der abbildenden Beleuchtung im wesentlichen eben ist.