DE10011365A1 - System zur Blickfelderweiterung im Kfz - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zur Erweiterung des Blickfeldes von Fahrzeugführern mittels eines optischen Elementes, welches sich innerhalb des Fahrzeugs befindet. Dabei wird ein optisches Element im Blickfeld des Fahrzeugführers angeordnet, so daß dieser ohne sich aus seiner Sitzposition zu bewegen, Objekte, welche nicht in seinem natürlichen, direkten Blickfeld liegen und sich oberhalb vor oder seitlich neben dem Fahrzeug befinden, einsieht. Dies wird erreicht, indem ein Spiegel, ein Prisma oder eine Linse in Fresnel-Struktur ausgeführt und an geeigneter Stelle, wie zum Beispiel an der Windschutzscheibe oder am Armaturenbrett, angebracht ist. Zur Verbesserung der Straßenverkehrstauglichkeit ist das optische Element reflektions- und verzerrungsmindernd ausgestaltet und wirkt eventuellen Blendeffekten entgegen.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Beobachtung von Dingen, welche sich oberhalb oder seitlich vor dem Fahrzeug befinden, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Beim Halt an einer Verkehrskreuzung befinden sich oft die verkehrsregelnden Vorrichtungen (z. B.: Verkehrszeichen und Ampeln) soweit oberhalb oder seitlich vor dem Fahrzeug, außerhalb des natürlichen, direkten Blickfeldes des Fahrzeugführers. Dieser muß sich somit zu deren Beobachtung aus seiner Sitzposition bewegen.

Aus den Schriften GB 1177752 und WO 86-05749 sind dahingehende Modifikationen von Fahrzeug Rückspiegeln bekannt, die es erlauben diese durch geeignete Mittel (Seilzüge oder Elektromotoren) zu verdrehen, um vor das Fahrzeug zu schauen. Diese Vorrichtungen sind mechanisch aufwendig, insbesondere wenn auch noch der Blick zu oberhalb vor dem Fahrzeug befindlichen Objekten ermöglicht werden soll.

Eine aus der Patentschrift US 5316360 bekannte Vorrichtung sieht vor, eine kleines Fenster in der Sonnenblende zu integrieren, durch welches sich oberhalb vor dem Fahrzeug befindliche Objekte beobachten lassen. Die Erfindung zielt jedoch speziell auf einen Einsatz bei starkem Gegenlicht (tiefstehende Sonne) ab. Es wurde daher nicht beachtet, daß sich zur Beobachtung von Objekten, welche sich außerhalb des natürlichen, direkten Blickfelds des Fahrzeugführers befinden, dieser sich aus seiner Sitzposition heraus bewegen muß.

In der Patentschrift US 5214540 wird ein aus einer Kombination von mehreren gewölbter Spiegeln bestehendes optisches System vorgeschlagen, welches durch geeignete Kombination und Anordnung beliebig positionierte Objekte in das Sichtfeld eines Beobachters spiegelt. Die Ausrichtung einer solchen Spiegelkombination stellt in der Praxis jedoch hohe Präzisionsanforderungen, insbesondere wenn ein und die selbe Vorrichtung von Fahrzeugführern unterschiedlicher Körpergröße verwendet werden soll.

Eine Vorrichtung, welche es einem Autofahrer ermöglicht Dinge vor dem Auto zu sehen, die er ohne sie nicht sehen kann wir in DE 195 09 385 gezeigt. Hierbei wird vorgeschlagen ein optisches Element, im Kraftfahrzeug fest oder in verschiedenen Positionen arretierbar zu installieren. Im Wesentlichen zielt die Erfindung darauf Lösungsmöglichkeiten bezüglich einer sinnvollen Plazierung, Befestigung und Bedienung aufzuzeigen. Auf speziell für den Einsatz im Straßenverkehr geeignete und in Bezug auf Wirtschaftlichkeit und Kundenakzeptanz optimierte Ausführungsformen des optischen Elementes wird in der Schrift nicht eingegangen.

In der Schrift JP 97-554369 wird ein mit Fresnel-Struktur ausgebildeter Spiegel beschrieben, welcher in es erlaubt den Inhalt eines sich in einem Passagierflugzeug über den Sitzen befindlichen Gepäckfaches zu inspizieren.

Aufgabe der Erfindung ist es ein System anzugeben, mittels dessen Dinge welche sich oberhalb oder seitlich vor dem Fahrzeug befinden beobachtet werden können und welches derart gestaltet werden kann, daß es in kostengünstiger Weise, möglichst unauffällig und in einer für den Straßenverkehr tauglichen Art in einem Fahrzeug integriert werden kann.

Die Aufgabe wird durch ein System gelöst, welches mindestens ein optisches Element, welches in Fresnel-Struktur ausgeführt ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Ein optisches Element, zum Beispiel in Form eines Spiegels, wird auf dem Armaturenbrett in der Nähe der Windschutzscheibe angebracht, so daß sich ein großer Teil der Spiegeloberfläche im Blickfeld des Fahrers befindet. Um einen möglichst großen Bereich der sich oberhalb vor dem Fahrzeug befindlichen Umgebung im Spiegel abzubilden, wird der Spiegel in vorteilhafter Weise konvex oder sphärisch konvex ausgebildet.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung stellt die Integration eines Prismas oder einer Linse fest in der Windschutzscheibe, im Schiebedach oder in bzw. an der Sonnenblende des Fahrzeugs dar. Beim Blick in Richtung dieses Prismas eröffnet sich dem Fahrzeugführer der Blick zu Objekten die sich oberhalb oder seitlich vor dem Fahrzeug befinden. Beim Blick in eine konkave Linse sieht er sowohl oberhalb als auch seitlich befindliche Fahrzeuge.

In erfinderischer Weise werden die oben beschriebenen optischen Elemente in erfinderischer Weise in Fresnel-Struktur ausgeführt, damit sie in kostengünstiger Weise, möglichst unauffällig und in einer für den Straßenverkehr tauglichen Art in einem Fahrzeug integriert werden können. Die aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen optischer Elemente zur Erweiterung des Sichtfeldes eines Fahrzeugführers bedienen sich alle konventioneller Optiken, welche bei der notwendigen Überdeckung eines weiten Winkelbereichs im Straßenverkehr in ihrer Dickenausdehnung im Bereich von 2-3 cm liegen. Die erfindungsgemäße, flache Ausführungsform des optischen Elementes in Fresnel-Struktur vereinfacht bei noch ausreichender optischer Qualität die Fertigung und reduziert das Gewicht der Vorrichtung erheblich. Außerdem sind derart flache Strukturen einfacher in bereits vorhandenen Fahrzeugelemente (Armaturenbrett, Windschutzscheibe, Sonnenblende oder Schiebedach) zu integrieren.

Während der Fahrt ist es im allgemeinen nicht notwendig verkehrsregelnden Vorrichtungen die sich oberhalb, direkt vor dem Fahrzeug befinden zu beobachten. Deshalb ist es vorteilhaft, daß während sich das Fahrzeug bewegt, das optische Element in seiner Reflektions- bzw. Transmissionseigenschaft verändert wird, um zu vermeiden daß stark leuchtende Objekte (tiefstehende Sonne oder helle Straßenbeleuchtung) den Fahrzeugführer blenden. Die optischen Elemente werden mit elektrochromen oder elektroreflektiven Materialien aufgebaut, wie sie u. a. von elektrisch abblendbaren Innenspiegeln in Automobilen bekannt sind. Hierzu wird auf das optische Elemente eine elektrochrome oder elektroreflektive Beschichtung aufgebracht oder das optische Element wird aus elektrochromen oder elektroreflektiven Materialien gefertigt. Beispielsweise wird der Spiegel aus elektroreflektivem Material hergestellt, damit die Reflexion im Stand maximal und während der Fahrt minimal wird. Das Prisma oder die Linse werden z. B. aus elektrochromen Material hergestellt, damit die Transmission im Stand maximal und während der Fahrt minimal wird.

Die spitzen Winkel, welche die Prismenstruktur aus welcher konventionelle Fresnel- Strukturen aufgebaut sind, bewirken bei Lichteinstrahlung unter ungünstigen Einfallswinkeln interne Mehrfachreflektionen. Ist die Energie der einfallenden Lichtwelle groß gegenüber dem Umgebungslicht, wie beispielsweise direkte Sonneneinstrahlung bei Tag oder Straßenbeleuchtung bei Nacht, sind die mehrfach intern reflektierten Lichtstrahlen für den Fahrzeugführer als unerwünschte Lichtreflexe wahrnehmbar. Um diese Nachteile konventioneller, in Fresnel-Struktur ausgeführter, optischer Elemente auszugleichen, bietet es sich in vorteilhafter Weise an, die Winkel, welche die Prismen dieser Fresnel-Strukturen aufwiesen, nicht zu spitz zu wählen. In idealer Weise sind die Winkel nahe 90° auszulegen, jedoch zeigen sich auch schon bei Winkeln im Bereich von 70° bis 80° deutliche Verbesserungen. Die aus dieser erfinderischen Ausführungsform resultierenden Doppelabbildungen, welche ihre Ursache in der zusammenfallenden konkaven und konvexen Ausbildung des optischen Elementes haben, lassen sich einfach durch Abdecken oder entsprechendem Einfärben des die unerwünschte Abbildung zeigenden Teils des optischen Elemente unterdrücken.

In realistischen Verkehrsszenarien befinden sich von vom Fahrzeugführer durch die optische Vorrichtung zu beobachtende Objekte an unterschiedlichen Stellen um Umfeld des Fahrzeuges. Herkömmliche optische Elemente bilden im allgemeinen aber nur einen eingeschränkten Bereich verzerrungsfrei ab, was dazu führt, daß meist das eine oder andere Objekt stark verzerrt abgebildet wird. Eine denkbare Situation hierfür ist der Fall, daß sich oberhalb und seitlich vom Fahrzeug ein Verkehrszeichen oder eine Ampel befindet. Um die Verzerrungen zu minimieren, ist eine Abweichung der optisch wirksa­ men Oberfläche von der radialsymmetrischen Form notwendig, im einfachsten Fall durch die Einführung eines entsprechenden Astigmatismus. Dieser kann direkt durch das optische Element realisiert sein. Ein solches Verfahren zu fertigen ist jedoch schwierig und kostspielig. In vorteilhafter Weise läßt sich eine solche Ausführung jedoch ersetzen durch die Kombination von zwei einfach zu fertigenden optischen Elementen, bei denen eines als Zylinderlinse bzw. zylindrischer Spiegel und das andere ebenfalls zylindrisch oder radialsymmetrisch ausgeführt wird.

Beispielhaft wäre dies eine Kombination von zwei Zylinderlinsen unterschiedlicher Brennweite, deren Achsen senkrecht aufeinander stehen.

Bezüglich einer vorteilhaften Gestaltung der Halterung für das optische Element, ist es denkbar diese klapp- oder faltbar so auszubilden, so daß der Fahrer sie bei Bedarf ins Blickfeld bringen oder sie wegschwenken kann, damit der Fahrer durch das optische Element nicht geblendet wird. Eine klappbare Halterung ist z. B. für eine Linse durch Befestigung mit einem Scharnier an der Sonnenblende realisiert.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das optische Element direkt in der Sonnenblende integriert. Da jedoch die Sonnenblende vom Fahrzeugführer in seiner Position frei eingestellt werden kann, kann das in der Sonnenblende integrierten optische Element bei Bedarf nicht richtig justiert sein. In vorteilhafter Weise ist deshalb das optische Element drehbar gelagert (z. B.: mittels Scharnier oder kardanischer Aufhängung) in der Sonnenblende gelagert.

Um die Ausmaße des optischen Elementes möglichst klein zu halten, um beispielsweise eine unauffällige Integration im Fahrzeuginnern zu erlauben, ist es denkbar eine mehrere der erfindungsgemäßen Vorrichtungen innerhalb eines Fahrzeugs anzuordnen. In besonders vorteilhafterweise lassen sich durch eine Anordnung von zwei jeweils als Linse ausgeführten Vorrichtungen oben rechts und oben links an oder in der Windschutzscheibe Ampelanlagen, welche sich oberhalb und seitlich vom Fahrzeug befinden, gleichzeitig beobachten.

In besonders vorteilhafter Weise läßt sich das System in eine automatische Anlage zur Interpretation von Verkehrsszenen integrieren, wenn mindestens einem der optischen Elemente an die Stelle oder zusätzlich zum Fahrzeugführers eine Einheit zur Aufnahme und/oder Verarbeitung und/oder Wiedergabe von Bildinformationen nachgeschaltet wird. Auf diese Art könnte beispielsweise auf einfache eine ein großes Sichtfeld abdeckende automatische Ampel- oder Fußgängererkennung realisiert werden. Auch ist dann in erfinderischer Weise denkbar die durch die im System integrierte Einheit gewonnene Informationen über eine Kommunikationsverbindung an anderer Verkehrsteilnehmer oder eine Verkehrsüberwachungs- und koordinationszentrale zu übertragen.

Claims (20)

1. System zur Beobachtung von Dingen, welche sich oberhalb oder seitlich vor dem Fahrzeug befinden, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens ein optisches Element enthält, welches in Fresnel-Struktur ausgeführt ist.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element ein Spiegel ist und die Fresnel-Struktur eine konvexe Ausformung dessen nachbildet.

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element ein Spiegel ist und die Fresnel-Struktur eine sphärisch konvexe Ausformung dessen nachbildet.

4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element ein Prisma oder eine Linse ist.

5. System nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel mit einem in seinen Reflektionseigenschaften veränderlichen Material aufgebaut ist.

6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderlichen Reflektionseigenschaften so steuerbar sind, daß sie im Stand maximal und während der Fahrt minimal ist.

7. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Prisma oder die Linse mit einem in seinen Transmissionseigenschaften veränderlichen Material aufgebaut ist, so daß die Transmission im Stand maximal und während der Fahrt minimal ist.

8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderlichen Transmissionseigenschaften so steuerbar sind, daß sie im Stand maximal und während der Fahrt minimal ist.

9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Reduktion von Lichtreflexen die Winkel, welche die Prismen der Fresnel-Struktur aufwiesen, nahe 90° ausgelegt werden.

10. System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element zur Verringerung der geometrischen Verzerrung aus einer Kombination von zwei optischen Elementen besteht, bei denen eines als Zylinderlinse bzw. als zylindrischer Spiegel und das andere ebenfalls zylindrisch oder radialsymmetrisch ausgeführt wird.

11. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element auf dem Armaturenbrett in der Nähe der Windschutzscheibe angebracht ist.

12. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element in der Windschutzscheibe integriert ist.

13. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element im Schiebedach integriert ist.

14. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element in der Sonnenblende integriert oder an der Sonnenblende befestigt ist.

15. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer Kombination aus optischen Elementen besteht, wobei ein Element oben rechts und das andere Element oben links an oder in der Windschutzscheibe angebracht ist.

16. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einem der optischen Elementen eine Einheit zur Aufnahme und/oder Verarbeitung und/oder Wiedergabe von Bildinformationen nachgeschaltet ist.

17. System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die nachgeschaltete Einheit an eine Kommunikationsanlage zur Übermittlung der gewonnene Informationen gekoppelt ist.

18. Verfahren zum Betrieb eines Systems zur Beobachtung von Dingen, welche sich oberhalb oder seitlich vor dem Fahrzeug befinden, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildung der beobachteten Dinge mittels mindestens eines optischen Elementes, welches in Fresnel-Struktur ausgeführt ist einem Beobachter zugeführt wird, welcher sodann Informationen daraus ableiten kann.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitung der Informationen mittels einer dem optischen Element nachgeschalteten Einheit zur Aufnahme und/oder Verarbeitung und/oder Wiedergabe von Bildinformationen erfolgt.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeleiteten Informationen über eine Kommunikationsverbindung übertragen werden.