DE102015102376B4

DE102015102376B4 - Winkelspiegel mit einem Display zum Einblenden von Zusatzinformationen

Info

Publication number: DE102015102376B4
Application number: DE102015102376.8A
Authority: DE
Inventors: Armin Grasnick
Original assignee: Krauss Maffei Wegmann GmbH and Co KG
Current assignee: Krauss Maffei Wegmann GmbH and Co KG
Priority date: 2015-02-19
Filing date: 2015-02-19
Publication date: 2018-10-25
Anticipated expiration: 2035-02-20
Also published as: DE102015102376A1

Abstract

Winkelspiegel zur Beobachtung der Umgebung eines Fahrzeugs mit einem Einblickteil (4) und einem Display (1) zum Einblenden von Zusatzinformationen, wobei eine optische Linse (2) zwischen dem Einblickteil (4) und dem Display (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Displaylichtweg (8) und der Umgebungslichtweg (9) in einem Beobachtungspunkt (S) außerhalb des Winkelspiegels schneiden, so dass unter einem ersten Einblickwinkel (α₁) die Umgebung und unter einem zweiten Einblickwinkel (α₂) das Display beobachtbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Winkelspiegel zur Beobachtung der Umgebung eines Fahrzeugs mit einem Einblickteil und einem Display zum Einblenden von Zusatzinformationen, wobei eine optische Linse zwischen dem Einblickteil und dem Display angeordnet ist.
Winkelspiegel werden bevorzugt in militärischen oder gepanzerten Fahrzeugen eingesetzt und dienen dazu, die Fahrzeugumgebung aus dem geschützten Inneren des Fahrzeugs zu beobachten, so dass der entsprechende Beobachter das Fahrzeug weder verlassen noch seinen Kopf aus dem Fahrzeug strecken und sich damit einer Gefahr aussetzen muss. Häufig dienen sie als Ersatz von Fenstern.
Winkelspiegel verfügen über Strahlumlenkeinrichtungen, die die Lichtstrahlen der Umgebung ins Innere des Fahrzeugs leiten. Dabei werden meist zwei Reflexionskörper beispielsweise in Form von Prismen oder Spiegeln derart angeordnet, dass ein einfallender Lichtstrahl durch den ersten Reflexionskörper, auch Ausblickteil genannt, auf den zweiten Reflexionskörper, auch Einblickteil genannt, reflektiert wird und von dort aus weiter ins Innere des Fahrzeugs bzw. zum Beobachter geleitet wird. Zwischen Ausblickteil und Einblickteil ist dabei meist ein optisches Medium beispielsweise ein Glaskörper in Form eines Prismas oder eines Zylinders angeordnet.
Bei militärischen Fahrzeugen ist das Ausblickteil in der Regel außerhalb der Panzerung bzw. außerhalb des Fahrzeugs angeordnet, das optische Medium ist meist in der Panzerung angeordnet bzw. ist durch diese geführt. Das Einblickteil ist meist innerhalb des Fahrzeugs angeordnet, so dass Lichtstrahlen von außerhalb bzw. von der Umgebung ins Innere des Fahrzeugs fallen können, ohne dass eine direkte Sichtverbindung besteht.
Problematisch beim Blick durch einen Winkelspiegel ist, dass während der Beobachtung der Umgebung keine Fahrzeugarmaturen beobachtet werden können. Dies führt besonders dann, wenn der Fahrer des Fahrzeugs das Fahrzeug per Winkelspiegel fährt, zu Problemen, da er ständig seinen Blick und seine Aufmerksamkeit auf die Fahrzeugarmaturen richten muss und damit zumindest für kurze Zeit die Fahrzeugumgebung außer Acht lassen muss.
Es hat sich daher als sinnvoll herausgestellt, wenn ein Display in den Winkelspiegel integriert wird, auf dem beispielsweise Zusatzinformationen, wie diese auch auf den Fahrzeugarmaturen zu sehen sind, dargestellt werden.
Die DE 10 2013 106 551 B3 beschreibt einen Winkelspiegel mit einem Einblick, einem Ausblick, einem in vertikaler Richtung an dem Winkelspiegel angeordneten Display, einer Einkopplungslinse und einem als Strahlteiler ausgebildeten Umlenkspiegel. Diese sind so angeordnet, dass am Strahlteiler der Strahlengang des Displays mit dem Strahlengang durch den Ausblick überlagert wird.
Die DE 696 18 809 T2 betrifft einen Winkelspiegel, bei dem Lichtstrahlen von der Umgebung und Lichtstrahlen von einem Display mit einem Strahlteiler im Inneren des Winkelspiegels überlagert werden.
In der DE 102 04 976 A1 wird ein Periskop beschrieben, bei welchem dem Außenbild Zusatzinformationen überlagert werden.
Die US 2014/0085716 A1 offenbart ein Periskop mit einem wahlweise zwischen zwei Positionen beweglichen Reflektor zum Wechsel zwischen einem reinen optischen und einem elektronisch generierten Bild.
In der US 2012/0099191 A1 wird eine Periskop-Vorrichtung beschrieben, bei welcher eine erste lichtbasierte Information zusammen mit einer visuellen Zusatzinformation einer zweiten lichtbasierten Information eines Projektors dargestellt wird.
Die WO 2010/102597 A1 offenbart einen solchen Winkelspiegel mit einem Display, wobei in einer bestimmten Einblickposition das Display und in einer anderen Einblickposition die Umgebung beobachtet werden kann. Das Einblickteil ist dabei derart gestaltet, dass es unter einer ersten Einblickposition spiegelnd ist und damit wie ein Teil eines normalen Winkelspiegels funktioniert und unter einer zweiten Beobachtungsposition transparent ist, so dass das dahinter angeordnete Display betrachtet werden kann.
Nachteilig an dieser Vorrichtung ist jedoch, dass das Auge des Beobachters bei der Betrachtung des Displays stark akkommodiert werden muss, was besonders bei ständigem Wechsel zwischen der Betrachtung des Displays und der Umgebung, die weitestgehend ohne Akkommodation betrachtet werden kann, zu einer großen Anstrengung führt.
Ausgehend von diesem Problem stellt sich die Erfindung damit die Aufgab e , einen Winkelspiegel der eingangs genannten Art anzugeben, wobei das Display ohne bzw. mit nur geringer Akkommodation betrachtet werden kann.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Teil der abhängigen Unteransprüche.
Dadurch, dass zwischen dem Einblickteil und dem Display eine optische Linse angeordnet ist, wird es ermöglicht, dass sich eine verlängerte Bildweite, die deutlich größer ist als der Abstand zwischen Beobachter und Display, ergibt und das Display dadurch im Unendlichen abgebildet werden kann. Der Beobachter kann das Display demnach entspannt und weitestgehend akkommodationsfrei betrachten.
Besonders wenn der Winkelspiegel in Fahrzeugen mit starker Fahrzeugbewegung eingesetzt wird, wie beispielsweise bei schneller Geländefahrt oder bei starkem Seegang, muss der Abstand vom Betrachter zum Winkelspiegel sehr gering sein, so dass gerade dann eine sehr starke Akkommodation des Auges benötigt wird, um die Inhalte des Displays erkennen zu können. Mitunter kann der Abstand zum Display aufgrund der möglichst geringen Bautiefe, so gering sein, dass die Akkommodationsbreite des Auges nicht mehr ausreicht, um das Display entsprechend scharf wahrzunehmen.
Die Umgebung des Fahrzeugs wird, abhängig vom Abstand des zu beobachtenden Objekts, mit einer geringen Akkommodation des Auges betrachtet, so dass das Auge beim Wechsel zwischen dem Blick auf die Linse bzw. auf das Display und dem Ausblick aus dem Winkelspiegel ständig den Fokus wechseln muss. Durch die optische Linse wird das Display jedoch im Unendlichen abgebildet, so dass das Auge nicht oder nur geringfügig neu akkommodiert werden muss und dadurch ein scharfes und entspanntes Sehen ermöglicht wird.
Das Display kann als elektronisches Display ausgestaltet sein und ist bevorzugt nicht auf Augenhöhe, sondern dazu versetzt angeordnet. Aus diesem Grund genügt es, wenn der Betrachter nur seine Augen bewegt, um entweder das Display oder die Umgebung zu beobachten. Eine Kopfbewegung wird dabei nicht benötigt. Das bietet besonders bei Vibrationen oder Stößen, beispielsweise aufgrund einer Fahrzeugbewegung den Vorteil, dass der Beobachter seinen Kopf gegen den Winkelspiegel bzw. gegen eine entsprechende Einrichtung pressen kann, weshalb die Wahrscheinlichkeit, den Blick aufgrund von schnellen Bewegungen des Fahrzeugs vom Winkelspiegel abwenden zu müssen, verringert wird.
Aufgrund der Anordnung des Displays kann es jedoch zu einer Schrägsicht kommen wegen derer das Display verzerrt abgebildet wird. Neben der bereits beschriebenen Akkommodation kann die optische Linse auch diese Verzerrungen ausgleichen und das Display möglichst scharf und unverzerrt abbilden. Dies wird im Folgenden noch erläutert.
Bei dem Winkelspiegel kann zwischen einem Einblickteil und einem Ausblickteil ein Tubus als optisches Medium angeordnet sein. Der Tubus kann sowohl ohne Kern, also als Hohlkörper oder auch mit Kern, also als Vollkörper ausgebildet sein. Der Tubus kann lichtdurchlässig, lichtleitend und/oder transparent sein. Er kann sowohl eine eckige als auch eine runde Grundfläche aufweisen und damit sowohl als Prisma als auch als Zylinder ausgebildet sein, so dass der Ablenkungswinkel der eintreffenden Lichtstrahlen im Wesentlichen 0° beträgt und es lediglich zu einem Höhenversatz der Lichtstahlen kommt. Alternativ kann der Tubus auch als schräges Prisma oder als schräger Zylinder ausgebildet sein, so dass der Höhenversatz der Lichtstrahlen durch eine entsprechende Verkippung überlagert wird.
Am oberen Ende des Tubus ist dieser mit dem Ausblickteil und am unteren Ende mit dem Einblickteil verbunden. Ein- und/oder Ausblickteil können als Prisma mit dreieckiger Grundfläche ausgebildet sein. Dabei kann jeweils eine Seite des Prismas als Umlenkfläche, an der Licht reflektiert wird, ausgebildet sein, wobei es vorteilhaft ist, wenn es an der Umlenkfläche zu einer Totalreflexion kommt, so dass möglichst kein Licht durch die Umlenkfläche transmittiert oder von dieser absorbiert wird. Alternativ kann das Display auch hinter einem teilweise transparenten Körper angeordnet sein, insbesondere hinter dem Einblickteil, so dass das Einblickteil zwischen einem Beobachter und dem Display angeordnet ist.
Der Tubus mit Ein- und Ausblickteil kann monolithisch, also aus einer festen Einheit bestehend, ausgebildet sein. Das ist insbesondere dann von Vorteil, wenn es zu einem Einsatz mit starker Vibration kommt, so dass die Ein- und Ausblickteile geometrisch unveränderbar mit dem Tubus verbunden sind. Alternativ können Einblick- und Ausblickteil separate Einheiten sein, die beispielsweise mit dem Tubus verbunden bzw. an diesem oder anderen geeigneten Objekten befestigt sind. Alternativ ist es auch möglich, dass der Winkelspiegel keinen Tubus aufweist und die Lichtstrahlen tubusfrei vom Einblickteil zum Ausblickteil geleitet werden.
Das Einblickteil kann eine Einblicköffnung aufweisen, in die der Beobachter zur Beobachtung der Umgebung hinein blickt. Das Ausblickteil kann eine Ausblicköffnung aufweisen, durch welche Lichtstrahlen aus der Umgebung in den Winkelspiegel einfallen können. Die Ein- und Ausblickteile können Blenden aufweisen, mit denen die entsprechenden Ein- bzw. Ausblicköffnungen verschlossen werden können. Bevorzugt sind die Blenden dabei schwenkbeweglich am Winkelspiegel oder auch entsprechend am Fahrzeug angeordnet, so dass die Blenden wahlweise vor die Ein- bzw. die Ausblicköffnung verschwenkt und diese somit verschlossen werden können.
Das Display kann im Bereich des Tubus angeordnet sein. In einer möglichen Ausgestaltung ist das Display dabei auf der Seite des Tubus, die der Einblicköffnung gegenüber liegt, angeordnet. Alternativ kann das Display jedoch auch an der gegenüberliegenden Seite, also an der Seite, die der Ausblicköffnung gegenüber liegt, angeordnet sein, wobei dann an der Seite des Tubus die der Einblicköffnung gegenüber liegt, eine weitere Umlenkeinrichtung wie beispielsweise ein Spiegel angeordnet sein kann.
Wenn das Display im Wesentlichen parallel zur Wandung des Tubus angeordnet ist, lässt sich eine geringe Bautiefe erreichen, die besonders, wenn der Winkelspiegel in militärischen Fahrzeugen eingesetzt wird, von Bedeutung ist, da dort der verfügbare Platz stark begrenzt ist.
Ein von der Umgebung in den Winkelspiegeln einfallender Lichtstrahl kann durch eine Ausblicköffnung auf die Umlenkfläche des Ausblickteils fallen und an dieser reflektiert, insbesondere totalreflektiert, werden. Von dort kann das Licht durch den Tubus auf die Umlenkfläche des Einblickteils geleitet werden, an welcher es wiederum reflektiert, insbesondere totalreflektiert wird und dann durch die Ausblicköffnung zum Beobachter geleitet wird. Der von einem solchen Lichtstrahl beschrittene Weg wird auch Umgebungslichtweg genannt.
Der Lichtweg, der vom Display ausgesendeten und zum Beobachter geleiteten Lichtstrahlen, auch Display-Lichtweg genannt, und der Umgebungslichtweg schneiden sich erfindungsgemäß an einem Punkt außerhalb des Winkelspiegels hinter der Einblicköffnung. An diesem sogenannten Beobachtungspunkt kann sich ein Beobachter befinden, der unter einem ersten Einblickwinkel die Lichtstrahlen des Umgebungslichtwegs und unter einem zweiten Einblickwinkel die Lichtstrahlen des Display-Lichtwegs wahrnehmen kann.
Durch Änderung des Blickwinkels kann somit unter einem ersten Winkel die Fahrzeugumgebung und unter einem zweiten Winkel das Display beobachtet werden. Die Kopfposition braucht dazu nicht verändert zu werden.
Bevorzugt ist das Display nicht auf Augenhöhe angeordnet, so dass es aufgrund des zweiten Einblickwinkels zu einer Schrägsicht auf das Display kommt. Der Abstand eines unteren Teils des Displays zum Beobachter ist damit kleiner als der Abstand eines oberen Teils des Displays, so dass das Bild des Displays ohne Hilfsmittel verzerrt abgebildet werden würde. Es kommt unter anderem zu einer sogenannten Trapez-Verzerrung, die auch als Keystone-Verzerrung bzw. als Keystone-Effekt bekannt ist, wodurch das Display verzerrt abgebildet wird und die entsprechenden Informationen nur sehr schlecht oder gar nicht lesbar sind. Durch die optische Linse, die zwischen dem Beobachter und dem Display und insbesondere zwischen dem Tubus und dem Display angeordnet ist, können diese Verzerrungen aufgrund einer Verkippung der Linse teilweise oder auch in Gänze ausgeglichen werden.
Die Bildverzerrung kann aufgrund der Schrägsicht abhängig vom zweiten Einblickwinkel und damit von der Position des Displays sein. Damit die optische Linse die entstehenden Verzerrungen bestmöglich ausgleicht, kann sie an die Position des Displays angepasst sein.
Um die Bautiefe und zudem auch das Gewicht des Winkelspiegels möglichst gering zu halten, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die optische Linse möglichst schmal ist. Bevorzugt ist die Linse daher als Fresnel-Linse ausgebildet. Solch eine Fresnel-Linse weist im Vergleich zu herkömmlichen Linsen eine deutlich geringere Dicke auf, wodurch die Bautiefe des Winkelspiegels verringert wird.
Besonders bevorzugt besteht die Fresnel-Linse aus einer zentralen dünnen sphärischen oder asphärischen Linse, die von stufenartig angeordneten Ringlinsen umgeben ist. Die einzelnen Ringlinsen können dabei so schmal sein, dass ihre Breiten unterhalb des Auflösungsvermögens des menschlichen Auges liegen. Dadurch bildet die Linse zum einen das Display möglichst scharf ab, zum anderen wird die Dicke der Linse auf ein Minimum reduziert. Alternativ können die einzelnen Ringlinsen auch Übergänge aufweisen, so dass es zu einer Gleitsicht kommt und auch bei breiteren Ringlinsen keine wahrnehmbaren Abstufungen und Sprünge zu erkennen sind, die eine möglichst scharfe Darstellung beeinträchtigen könnten.
In bevorzugter Ausgestaltung weist die Fresnel-Linse einen Substratträger und darauf angeordnete Brechungskörper auf. Die Substratträgerunterseite kann dabei im Wesentlichen parallel zum Display angeordnet sein und insbesondere direkt auf dem Display angeordnet sein oder auch mit diesen verklebt oder anderweitig verbunden sein, so dass Display und Linse eine feste Einheit bilden können. Der Substratträger kann die Form eines Zylinders oder Prismas, insbesondere die eines Prisma- oder Zylinderstumpfes mit abgeschrägter Schnittfläche, aufweisen.
Die Brechungskörper können jeweils eine Brechungsfläche aufweisen, an der einfallendes Licht gebrochen wird. Dadurch, dass unterschiedliche Brechungsflächen unterschiedliche Winkel in Bezug auf das Display aufweisen können, können die Brennweiten der einzelnen Brechungskörper unterschiedlich sein, so dass durch einen so genannten Brennweitenverlauf Verzerrungen ausgeglichen werden können. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Vergrößerung der Linse abhängig von ihrer vertikalen Höhe und damit auch abhängig vom Abstand zwischen Beobachter und Display ist. So können beispielsweise Bereiche des Displays, die weiter vom Beobachter entfernt liegen, größer abgebildet werden als andere Bereiche, die näher beim Beobachter und damit im unteren Bereich des Displays liegen, so dass dadurch Verzerrungen aufgrund der Schrägsicht ausgeglichen bzw. vermindert werden können.
Die einzelnen Brechungskörper können unabhängig voneinander verkippt sein, so dass dadurch die aufgrund der Schrägsicht auftretende verzerrte Darstellung des Displays korrigiert wird. Wenn der Substratträger als Prisma- oder Zylinderstumpf, insbesondere mit einer abgeschrägten Schnittfläche, ausgebildet ist, sind die untere Seite des Substratträgers und die obere Seite des Substratträgers nicht parallel zueinander, so dass alle auf dem Substratträger angeordneten Brechungskörper um einen gemeinsamen Winkel verkippt sein können.
Die Brechungskörper können zudem auch um einen bestimmten Anteil verschoben sein, so dass die Linse trotz der Verkippung der Brechungskörper eine gleichmäßige Dicke aufweist. Das ist insbesondere Vorteilhaft, um die Dicke der Linse und die Bautiefe des Winkelspiegels zu minimieren. Durch das Verkippen einzelner oder auch der gesamten Brechungskörper können Verzerrungen, insbesondere aufgrund der Schrägsicht, ausgeglichen oder reduziert werden.
In einer möglichen Ausgestaltung ist die Linse derart angeordnet, dass das Display zwischen der Linse und der Brennweite der Linse angeordnet ist. Bevorzugt ist die Linse derart angeordnet, dass das Display in der Brennweite der Linse bzw. in der Brennweite der einzelnen Brechungskörper angeordnet ist. Wenn das Display in der Brennweite der Linse angeordnet ist, wird das Display im Unendlichen abgebildet und kann vom Beobachter im Wesentlichen akkommodationsfrei betrachtet werden, so dass sich das Auge des Beobachters, nachdem er über den Winkelspiegel die Fahrzeugumgebung betrachtet hat, nicht auf das deutlich nähere Display einstellen muss. Das bietet den Vorteil von einem entspannten Sehen, unabhängig davon was beobachtet werden soll und führt damit zu einer geringen Augenanstrengung.
Es hat sich ferner als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Linse bzw. die Brechungskörper der Linse derart verkippt sind, dass sich die Linsenebene, insbesondere die mittlere Brechungskörperebene, die Displayebene und die Betrachterebene, in einer Geraden schneiden. Durch diese so genannte Scheimpflugbedingung können sowohl die Displaybereiche, die aufgrund der Schrägsicht näher beim Beobachter liegen und auch die weiter entfernt liegenden Bereiche scharf abgebildet werden, so dass die Tiefenunschärfe reduziert werden kann.
Der Abstand zwischen Display und Linse ist demnach maßgeblich für die Verkippung der Linse, so dass es vorteilhaft ist, wenn die Linse möglichst nah am Display angeordnet ist, so dass die Verkippung und damit auch die Bautiefe möglichst gering sind.
Der Substratträger der Linse kann keilförmig ausgebildet sein, so dass die schräge Seite des Keils parallel zum Display angeordnet ist und damit beispielsweise vollflächig auf diesem aufliegen kann. Alternativ kann der Substratträger auch gerade sein und beispielsweise mittels eines Klebstoffkeils auf dem Display befestigt sein.
Das Brechungsvermögen der Linse ist abhängig von der Wellenlänge der eintreffenden Lichtstrahlen und damit von der Farbe des Lichts. Um Farbfehler aufgrund der daraus resultierenden chromatischen Aberration zu vermeiden bzw. zu verringern, kann zusätzlich ein Farbfilter im Bereich der Linse, alternativ auch nur im Bereich einzelner Brechungskörper, angeordnet sein.
Es hat sich zudem als vorteilhaft erwiesen, wenn der Displaylichtweg bzw. die entsprechenden Lichtstrahlen des Displays zwischen der Einblicköffnung und der Linse und insbesondere auch zwischen dem Display und der Linse prismenfrei sind. Unter prismenfrei ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass die Lichtstrahlen ohne an Prismen oder Spiegeln umgelenkt zu werden oder ohne durch Einrichtungen wie beispielsweise Strahlteiler ausgekoppelt zu werden zum Beobachter gelangen können. Die Intensität der Lichtstrahlen am Display und am Beobachtungspunkt kann nahezu gleich sein.
Des Weiteren hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Umgebungslichtweg bzw. die einfallenden Lichtstrahlen aus der Umgebung möglichst ohne absorbiert zu werden durch den Winkelspiegel geleitet werden und der Tubus bzw. der Lichtweg zwischen Einblick- und Ausblickteil demnach absorptionselementfrei ist. Das ist insbesondere dann von großem Vorteil, wenn die Umgebung nachts beobachtet werden soll, da dann nur noch Lichtstrahlen mit geringer Intensität in den Winkelspiegel einfallen, was bei einer zusätzlichen Absorption oder Rückreflexion der Lichtstrahlen dazu führen würde, dass die Sicht sehr stark beeinträchtigt wird.
Es hat sich weiterhin als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Brechungskörper in einem Raster angeordnet sind. Die einzelnen Brechungskörper können unabhängig voneinander flexibel verkippt sein, so dass die Brechungscharakteristik der Linse bestmöglich an die Anforderungen angepasst werden kann. Die Ausrichtung und/oder die Position der Brechungskörper am Raster können abhängig von den Ortswerten der Linse sein. Die Brechungskörper können gegenüber dem Display verdreht sein, so dass Interferenzeffekte, beispielsweise der Moire-Effekt, verringert oder vermieden werden. Die geometrischen Abmessungen jedes Brechungskörpers können derart gewählt sein, dass dadurch Interferenzeffekte verringert oder ausgeglichen werden können. Jeder Brechungskörper kann eine verschiedene geometrische Gestalt aufweisen.
Weiterhin können die Brechungskörper in einem symmetrischen Raster ausgerichtet sein. Das symmetrische Raster kann beispielsweise punktsymmetrisch zum Mittelpunkt der Linse sein. Alternativ kann das Raster auch in Zeilen und Spalten aufgeteilt sein. Alle Brechungskörper können die gleiche Gestalt haben, beispielsweise können die gleichen Abmessungen aufweisen. Die Brechungskörper können beliebig am Raster ausgerichtet sein.
Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Display gegenüber der Linse bzw. gegenüber den Brechungskörpern verdreht ist. Durch die Verdrehung des Displays können Interferenzeffekte, beispielsweise der Moire-Effekt, minimiert oder ausgeglichen werden. Dadurch kann die Abbildungsqualität weiter verbessert werden.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung können Verzerrungen, beispielsweise aufgrund der Schrägsicht, auch rechentechnisch ausgeglichen werden. Die Inhalte des Displays werden dabei derart dargestellt, dass Verzerrungen ausgeglichen werden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Darin zeigt:

1 den erfindungsgemäßen Winkelspiegel in einer Seitenansicht,
2 einen Ausschnitt aus einer Seitenansicht des Winkelspiegels,
3a - d Längsschnitte durch mehrere Fresnel-Linsen,
4 eine Draufsicht auf eine Fresnel-Linse.

In 1 ist der erfindungsgemäße Winkelspiegel schematisch in einer Seitenansicht dargestellt. Ein Beobachter A befindet sich dabei im Inneren eines nicht dargestellten Fahrzeugs, beispielsweise im Inneren eines Rad- oder Kettenfahrzeugs, eines Schiffes, eines Flugzeugs oder eines Unterseebootes. Der Winkelspiegel 15 ist dabei derart in dem entsprechenden Fahrzeug angeordnet, dass Lichtstrahlen von der Umgebung durch eine Wand bzw. durch die Panzerung des Fahrzeugs ins Innere fallen können und dabei keine direkte Sichtverbindung zwischen Umgebung und Innenraum besteht.
Der Winkelspiegel 15 weist ein Einblickteil 4 mit einer Einblicköffnung 6 und ein Ausblickteil 5 mit einer Ausblicköffnung 7 auf. Zwischen Einblickteil 4 und Ausblickteil 5 ist ein eckiger Tubus 3 in Form eines Quaders angeordnet, der mit dem Einblickteil 4 und dem Ausblickteil 5 verbunden ist. Die Ein- und Ausblickteile 4, 5 haben eine dreieckige Grundfläche und sind als Prismen ausgebildet.
Von der Umgebung können Umgebungslichtstrahlen 9 durch die Ausblicköffnung 7 auf die Reflexionsfläche 10 des Ausblickteils 5 fallen, wo der Umgebungslichtstrahl 9 reflektiert wird und durch den Tubus 3 auf die Reflexionsfläche 11 des Einblickteils 4 fällt. Dort wird der Umgebungslichtstrahl 9 erneut reflektiert und durch die Einblicköffnung 8 ins Innere des Fahrzeugs geleitet. Die beiden Reflexionsflächen 10, 11 sind dabei parallel zueinander angeordnet, so dass auch der Umgebungslichtstrahl 9 beim Durchqueren der Ausblicköffnung 7 und beim Durchqueren der Einblicköffnung 6 parallel verläuft und es somit zu einem Höhenversatz der einfallenden Lichtstrahlen 9 kommt.
Das Display 1 ist an der Seite des Tubus 3 angeordnet, die der Einblicköffnung 6 gegenübersteht. Das Display sendet Displaylichtstrahlen 8 aus, die an der Linse 2 bzw. an den entsprechenden Brechungskörpern 13 der Linse 2 gebrochen werden. Von der Linse 2 fallen die Displaylichtstrahlen 8 durch den Tubus, wo sie beim Eintritt und beim Austritt aus dem Tubus 3 erneut gebrochen werden. Die Displaylichtstrahlen 8 werden dabei jedoch nicht über Spiegel, Prismen oder ähnliche Elemente umgelenkt, bzw. reflektiert, so dass das Display 1 direkt beobachtet werden kann. Es handelt sich daher um ein so genanntes Direktsichtdisplay 1.
Die Displaylichtstrahlen 8 und die Umgebungslichtstrahlen 9 schneiden sich hinter der Einblicköffnung 6 im Punkt S. An diesem Punkt befindet sich der Beobachter A bzw. dessen Auge. Dadurch, dass sich die Lichtstrahlen 8, 9 in einem Punkt S schneiden, wird es dem Beobachter A ermöglicht, abhängig von seinem Einblickwinkel, entweder die Umgebung oder das Display 1 zu betrachten. Dies wird im Folgenden in Bezug auf 2 noch näher erläutert.
Der Beobachter A befindet sich in einem sehr kurzen Abstand zum Winkelspiegel 15 bzw. zur Einblicköffnung 6. Zudem ist der gesamte Winkelspiegel 15 derart ausgestaltet, dass er eine möglichst geringe Bautiefe aufweist. Dadurch befindet sich das Display 1 so nah beim Betrachter A, dass das Display 1 nur aufgrund einer großen Akkommodation beobachtet werden könnte. Um den Abstand zwischen Beobachter A und Display 1 optisch zu vergrößern, so dass ein entspanntes und weitestgehend akkommodationsfreies Sehen ermöglicht wird, verfügt die Linse 2 über Brechungskörper 13, die das Bild des Displays 2 im Unendlichen abbilden können. Zudem kommt es dadurch, dass das Display 1 nicht auf Augenhöhe, sondern darüber an der Tubuswand angeordnet ist, zum einen zu Verzerrungen aufgrund der Schrägsicht und zum anderen auch zu Beeinträchtigungen aufgrund der Lichtbrechung an den Tubuswänden. Die Linse 2 ist entsprechend derart ausgestattet, dass diese Beeinträchtigungen verringert oder vermieden werden. Der Aufbau der Linse 1 wird im Folgenden anhand der 3a bis 3d noch genauer erläutert.
Auch wenn die Lichtstrahlen 8, 9 bzw. die entsprechenden Lichtwege in der Zeichnung nur als dünne Striche gezeigt sind, versteht es sich, dass diese nur für einen einzigen repräsentativen Lichtstrahl stehen, insgesamt jedoch deutlich mehr Lichtstrahlen, die beispielsweise parallel zu diesen verlaufen, durch den Winkelspiegel 15 einfallen bzw. vom Display 1 ausgesendet werden.
2 zeigt ebenfalls den in 1 dargestellten Winkelspiegel, wobei die Betrachterebene B, die Displayebene D und die Linsenebene L gezeigt sind. Wie bereits beschrieben, kann unter einem ersten Einblickwinkel α₁ die Fahrzeugumgebung und unter einem zweiten Einblickwinkel α₂ das Display 1 betrachtet werden. Da die Displayebene D und die Betrachterebene B beim Betrachten des Displays 1 nicht parallel zueinander sind, kommt es zu einer Schrägsicht und damit zu einer verzerrten Wahrnehmung des Displays 1.
Aufgrund des zweiten Einblickwinkels α₂ vermag es die Linse 2 nicht, das gesamte Display 1 scharf abzubilden, da verschiedene Bereiche des Displays 1 unterschiedliche Abstände zum Beobachter A aufweisen. Aus diesem Grund müssen die Linse 2 bzw. die entsprechenden Brechungskörper 13 derart verkippt sein, dass sich die Displayebene D, die Linsenebene L und die Betrachterebene B in einer Geraden G schneiden. In der Darstellung in 2 steht die Gerade G senkrecht zur Figurenebene, so dass die Gerade G dort nur als Punkt sichtbar ist. Da bei Schrägsicht die Betrachterebene B und die Displayebene D nicht parallel sind, muss die Verkippung der Linse 2 an die Position des Displays 1 bzw. an die Position des Displays 1 und des Beobachters A angepasst sein. Durch eine entsprechende Verkippung kann damit das gesamte Display 1 scharf abgebildet werden und es kommt zu keiner bzw. nur zu einer geringen Unschärfe.
Beim Betrachten der Fahrzeugumgebung beträgt der erste Einblickwinkel α₁ etwa 90 Grad, die Betrachterebene B steht demnach senkrecht zu den einfallenden Umgebungslichtstrahlen 9. Um nun das Display 1 zu beobachten, muss das Auge des Beobachters B nach oben verschwenkt werden. Der dafür benötigte Winkel entspricht der Differenz des ersten Einblickwinkels α₁ und des zweiten Einblickwinkels α₂. Nachdem das Auge entsprechend nach oben verschwenkt wurde, steht die Betrachterebene B wieder senkrecht zu den einfallenden Lichtstrahlen, in diesem Fall senkrecht zu den Displaylichtstrahlen 8, weshalb in dieser Stellung das Display 1 beobachtet werden kann.
In 3 sind entsprechende Ausgestaltungsformen der Linse 2 gezeigt. Die Linse 2 ist dabei als Fresnel-Linse 2 ausgebildet und weist einen Substratträger 12 und darauf angeordnete Brechungskörper 13 auf. Der Substratträger 12 ist auf einem nicht dargestellten Display 1 angeordnet, so dass die Displaylichtstrahlen 8 zunächst von unten auf den Substratträger 12 und dann auf die Brechungskörper 13 treffen. Die Brechungskörper 13 verfügen über eine zu den einfallenden Lichtstahlen 8 schräg stehende Brechungsfläche, an der die Lichtstrahlen 8 entsprechend gebrochen bzw. abgelenkt werden.
Dadurch, dass die Brechungskörper 13 unterschiedliche Winkel zur Substratträgerunterseite bzw. zu dem darauf angeordneten Display 1 aufweisen, kann die Linse 2 deutlich dünner ausgeführt sein als Linsen mit nur einem einzigen durchgängigen Brechungskörper.
Um die Verzerrungen aufgrund der Schrägsicht auszugleichen, können die Brechungskörper, wie in 3d gezeigt, um einen bestimmten Winkel β verkippt sein. Alternativ kann auch der Substratträger 12, wie in 3c gezeigt, eine abgeschrägte Fläche aufweisen, wodurch alle auf dem Substratträger 12 angeordneten Brechungskörper 13 um denselben Winkel γ verkippt werden. Zudem kann der Substratträger 12 auch mittels eines zusätzlichen Keils 14, beispielsweise in Form von Klebstoff der den Substratträger 12 mit dem Display 1 verbindet, verkippt sein, so wie dies in 3b gezeigt ist. Diese beiden Verkippungen können zudem auch überlagert sein, so dass die Linse 2 bestmöglich an die Gegebenheiten im Winkelspiegel 15 angepasst werden kann.
Des Weiteren können die Brechungskörper, wie dies in 3d gezeigt ist, um einen bestimmten Wert senkrecht zur Substratträgerebene versetzt sein, so dass sich aufgrund der Verkippung und der Verschiebung der Brechungskörper 13 insgesamt eine Linse 2 mit einer minimalen Dicke ergibt.
In der 4 ist die Fresnel-Linse 2 in einer Draufsicht dargestellt. Die Brechungskörper 13 der Fresnel-Linse 2 sind dabei an einem Raster ausgerichtet. Die Raster-Werte i, j sind abhängig von den Ortswerten x, y der Fresnel-Linse 2. Dadurch, dass jeder Brechungskörper 13 unabhängig von den anderen Brechungskörpern 13 verkippt bzw. andere geometrische Abmessungen aufweisen kann, können die Verkippung und die Geometrie der Brechungskörper 13 als Funktionen der Ortswerte x, j der Fresnel-Linse 2 dargestellt werden. In der 4 sind wegen der besseren Übersicht nur einige der Brechungskörper 13 bezeichnet.
Bezugszeichenliste

1: Display
2: Linse, Fresnel-Linse
3: Tubus
4: Einblickteil
5: Ausblickteil
6: Einblicköffnung
7: Ausblicköffnung
8: Displaylichtstrahl, Displaylichtweg
9: Umgebungslichtstrahl, Umgebungslichtweg
10: Reflexionsfläche
11: Reflexionsfläche
12: Substratträger
13: Brechungskörper
14: Keil
15: Winkelspiegel
α₁: erster Einblickwinkel
α₂: zweiter Einblickwinkel
β: Winkel
γ: Winkel
A: Beobachter
B: Betrachterebene
D: Displayebene
G: Gerade
L: Linsenebene
S: Punkt, Beobachtungspunkt
i: Rasterwert
j: Rasterwert
x: Ortswert der Fresnel-Linse
y: Ortswert der Fresnel-Linse

Claims

Winkelspiegel zur Beobachtung der Umgebung eines Fahrzeugs mit einem Einblickteil (4) und einem Display (1) zum Einblenden von Zusatzinformationen, wobei eine optische Linse (2) zwischen dem Einblickteil (4) und dem Display (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Displaylichtweg (8) und der Umgebungslichtweg (9) in einem Beobachtungspunkt (S) außerhalb des Winkelspiegels schneiden, so dass unter einem ersten Einblickwinkel (α₁) die Umgebung und unter einem zweiten Einblickwinkel (α₂) das Display beobachtbar ist.
Winkelspiegel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Tubus (3), der zwischen dem Einblickteil (4) und einem Ausblickteil (5) angeordnet ist.
Winkelspiegel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Display (1) auf der einer Einblicköffnung (6) gegenüberliegenden Seite des Tubus (3) angeordnet ist.
Winkelspiegel nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Display-Lichtweg (8) zwischen einer Einblicköffnung (6) und der Linse (2) prismenfrei ist.
Winkelspiegel nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umgebungslichtweg (9) absorptionselementfrei ist.
Winkelspiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Displaylichtweg (8) durch eine Wandung des Tubus (3) verläuft.
Winkelspiegel nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Display (1) zwischen der Linse (2) und der Brennweite der Linse (2) oder in der Brennweite der Linse (2) angeordnet ist.
Winkelspiegel nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Displayebene (D), die Linsenebene (L) und eine Betrachterebene (B) in einer Geraden (G) schneiden.
Winkelspiegel nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (2) derart ausgestaltet ist, dass Verzerrungen korrigierbar sind.
Winkelspiegel nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (2) als Fresnel-Linse mit mehreren Brechungskörpern (13) ausgebildet ist.
Winkelspiegel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Korrektur einzelne Brechungskörper (13) der Linse (2) verkippt sind.
Winkelspiegel nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Brechungskörper (13) verdreht sind, so dass Interferenzeffekte verringert werden.
Winkelspiegel nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Brechungskörper (13) der Fresnel-Linse (2) in einem Raster angeordnet sind und einzeln unabhängig voneinander flexibel verkippt sind.
Winkelspiegel nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch rechnertechnische Anpassung der Darstellung auf dem Display (1) Verzerrungen ausgeglichen oder verringert werden können.