DE68905380T2

DE68905380T2 - Sichtanzeigesystem fuer fahrzeuge.

Info

Publication number: DE68905380T2
Application number: DE8989305272T
Authority: DE
Inventors: Robert F Gutman; Robert Migrin
Original assignee: Lear Corp EEDS and Interiors
Current assignee: Lear Corp EEDS and Interiors
Priority date: 1988-05-24
Filing date: 1989-05-24
Publication date: 1993-06-24
Anticipated expiration: 2009-05-25
Also published as: EP0344968A1; ES2039860T3; DE68905380D1; US4874224A; EP0344968B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Informationsanzeigen zur Verwendung in einer Fahrzeugumgebung und insbesondere auf ein Steuern der Winkel, unter denen das Informationsbild bzw. die Informationsdarstellung gesehen werden kann oder projiziert wird. Eine beispielhafte Anwendung ist eine Drucktasten- Informationsanzeige als Teil einer Instrumentengruppe in einem Steuersystem eines Fahrzeugs. Die Erfindung ist in ihrer bevorzugtesten Ausführungsform insbesondere dafür geschaffen, eine Projektion der Informationsanzeige auf die Windschutzscheibe des Fahrzeugs zu verhindern.
Es ist häufig erwünscht, beispielsweise in einer Automobilumgebung, den möglichen Sichtwinkel einer Informationsanzeige einzuschränken, so daß die Information der Anzeige beispielsweise nur vom Fahrer des Fahrzeuges gesehen werden kann. Ebenso ist es wünschenswert, in einer solchen Umgebung sicherzustellen, daß die Informationsanzeige nicht auf die Innenseite der Windschutzscheibe projiziert oder reflektiert wird, um die Windschutzscheibe frei von irgend welchen reflektierenden, ablenkenden Abbildungen zu halten.
Zusätzlich kann es in anderen Fällen wünschenswert sein, die Sicht von dem(n) Fahrgast (Fahrgästen) aus einzuschränken oder dem seitlichen Fahrgast bzw. Beifahrer ein Sehen zu erlauben, aber bis zu einem gewissen Grad den Fahrer beim Sehen der Abbildung(en) einzuschränken oder ein mögliches Ablenken des Fahrers von den Fahrverantwortlichkeiten und -aufgaben durch die Abbildung(en) zu verhindern.
In noch anderen Fällen kann auch ein Wunsch bestehen, einige Informationen auf der Windschutzscheibe z.B. in einer Art Überkopf- bzw. "Heads-up"-Anzeige angezeigt zu haben, andere Informationen aber nicht dort, aber zum Ansehen in einigen anderen Bereichen zur Verfügung zu stellen.
Beim Stand der Technik können diese gewünschten Ziele typischerweise erreicht werden, indem Ablenkflächen oder mechanische Hindernisse verwendet werden, die ein anderes als das erwünschte Sehen der Informationsanzeige oder Reflektionen der Informationsanzeige auf die Innenseite der Windschutzscheibe verhindern. Derartige "Lösungen" weisen jedoch zahlreiche Nachteile einschließlich Kostenfaktoren, Komplexität bei der Gestalt(ung) von Instrumentengehäusen und geringe Ästhetik auf. Die GB-A-2156292 und die DE-C-3225362 beschreiben beide Informationsanzeigesysteme zur Verwendung in einem Fahrzeug. Insbesondere GB-A-2156292 beschreibt ein Informationsanzeigesystem zur Verwendung in einem Fahrzeug mit mindestens einem Fahrgastsitz mit einer Sitzfläche, auf der ein Insasse während der Fahrt im Fahrzeug sitzt, wobei das Anzeigesystem Licht des sichtbaren Spektrums zum Darstellen bzw. Sehen von Informationszeichen benutzt und begrenzte Winkel der Darstellung bzw. des Sehens der Informationszeichen von der Vorderseite des Anzeigesystems her aufweist, umfassend:
ein lichtdurchdurchlässiges optisches Element, das im Gebrauch im Fahrzeug in einer für einen auf der Sitzfläche sitzenden Insassen sichtbaren oder betrachtbaren Position angeordnet ist, einen durchsichtigen Körper mit einem ersten Brechungsindex und mindestens drei beabstandete Arbeitsflächen aufweist, einschließlich
- einer lichtdurchlässigen Frontfläche,
- einer inneren Brechfläche und
- einer getrennten inneren Sekundärfläche, die von der Brechfläche beabstandet ist,
ein eine Grenzfläche mit der Brechfläche bildendes Kopplungs- -oder Grenzflächenmedium mit einem zweiten, verschiedenen Brechungsindex, der kleiner ist als der erste Brechungsindex, und
ein dem Grenzflächenelement und der Brechfläche des optischen Elements zugeordnetes Informationszeichenelement. Im Gegensatz zu den Ansätzen beim Stand der Technik nutzt die vorliegende Erfindung die eigenen bzw. inhärenten optischen Reflektions- -und Brechungseigenschaften der Strukur bzw. des Aufbaus der Informationsanzeige selbst, um den (die) sichtbaren Bereich(e) der Informationszeichen zu begrenzen und deren Darstellung oder Projektion in (einem) anderen Bereich(en) zu verhindern.
Unter einem Gesichtspunkt betrachtet stellt die vorliegende Erfindung ein Informationsanzeigesystem zur Verwendung in einem Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bereit, wobei die Sekundärfläche eine dekorierte bzw. verzierte Fläche ist und dem Informationszeichenelement die Informationszeichen zugeordnet sind, die im Einsatz auf einem ersten begrenzten Bereich oberhalb der Sitzfläche des Fahrgastsitzes und vorderhalb der lichtdurchlässigen Frontfläche des optischen Elements unter Nutzung von Licht des sichtbaren Spektrums darzustellen sind und auf einem zweiten begrenzten Bereich nicht dargestellt werden, der vom ersten Bereich verschieden ist, der sich aber ebenfalls an einer vertikalen bzw. lotrechten Ebene oberhalb der Sitzfläche des Fahrgastsitzes und vorderhalb der lichtdurchlässigen Frontfläche des optischen Elements befindet, wobei die lichtdurchlässige Frontfläche von den beiden der ersten und zweiten Bereiche sichtbar ist, und ferner
- die Geometrie des optischen Elements selbst sowie die Relativwinkel und Trennabstände der beabstandeten, lichtdurchlässigen Brech- und Sekundärflächen,
- die relativen Brechungsindizes des optischen Elements und des Grenzflächeninediums sowie
- die Wellenlänge(n) des in Verbindung mit der Informationsanzeige benutzten Lichts in Kombination angeordnet sind, um vom Zeichenelement kommendes Licht zum ersten Bereich übertragen zu lassen und eine Übertragung des vom Zeichenelement kommenden Lichts zum zweiten Bereich zu verhindern, so daß die Informationszeichen im ersten Bereich sichtbar, im zweiten Bereich aber unsichtbar sind.
Unter einem zweiten Gesichtspunkt betrachtet stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Begrenzen des Sichtbereichs oder Sehfeldes einer Informationsanzeige in einem Fahrzeug auf einen ersten Bereich und zur Verhinderung seiner Sichtbarkeit oder Projektion in einem bzw. in einen zweiten Bereich mit den folgenden Schritten bereit:
(a) Plazieren der darzustellenden Informationszeichen neben einer brechenden Rückseitenfläche eines optischen Prismenelements mit einer lichtdurchlässigen Frontfläche, durch welche und aus welcher Licht im sichtbaren Spektrum hindurch- -bzw. austreten muß, damit die Zeichen lesbar sind, und
(b) Vorsehen eines Kopplungs- oder Grenzflächenmediums zwischen dem Informationszeichen und dem optischen Element, mit einem Brechungsindex, der kleiner ist als der des optischen Elements,
(c) Vorsehen einer getrennten dekorierten bzw. verzierten Sekundärfläche am optischen Element neben und zwischen der Rückseite und der Frontseite des optischen Elements und
(d) Anordnen und Wählen --
- der Geometrie des optischen Elements selbst sowie der Relativwinkel und Trennabstände der beabstandeten lichtdurchlässigen Brech- und Sekundärflächen,
- der relativen Brechungsindizes des optischen Elements und des Grenzflächenelements sowie
- der Wellenlänge(n) des in Verbindung mit der Informationsanzeige benutzten Lichts, um in Kombination das von den Informationszeichen kommende Licht zum ersten Bereich übertragen zu lassen und die Übertragung des von dem Zeichenelement kommenden Lichts zum zweiten Bereich zu verhindern, wobei die Informationszeichen im ersten Bereich sichtbar, im zweiten Bereich aber unsichtbar sind, und um in Kombination zumindest einen Teil des von der getrennten verzierten Sekundärfläche kommenden Lichts zum zweiten Bereich übertragen zu lassen, indem es an der Brechfläche reflektiert wird.
Die vorliegende Erfindung nutzt somit die eigenen bzw. inhärenten optischen Reflektions- und Brechungseigenschaften der Informationsanzeige selbst, um den effektiven Sichtwinkel oder Bild-Projektionswinkel der Informationsanzeige zu steuern. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das dadurch erreicht, daß zwei "Anzeige" bzw. "Darstellungs"-Flächen verwendet werden; eine, die die darzustellenden bzw. anzuzeigenden Informationszeichen oder Grafiken enthält, und die andere, dekorierte bzw. verzierte Fläche, die eine informationslose Anzeigefläche aufweist, die beispielsweise entweder eine schwarze oder eine mattierte Fläche sein kann. Die Struktur bzw. der Aufbau und die optischen Eigenschaften des Aufbaus sind so gewählt, daß die gewünschte Informationsanzeige durch gebrochenes Licht in der gewünschten Informations-Sichtfläche dargestellt wird während die informationslose, nicht- lichtprojizierende Fläche mittels von dieser Fläche "reflektiertem" Licht in allen anderen Flächen, in denen ein Sehen oder eine Projektion der Information nicht erwünscht ist, "dargestellt" wird.
Eine beispielhafte Anwendung der vorliegenden Erfindung ist eine Drucktaste, die als Teil einer Instrumentengruppe in einer Automobilumgebung enthalten ist und bei der Information durch ihre Frontfläche dargestellt bzw. angezeigt wird. Die gemäß dieser Ausführungsform ausgeführten Tasten bzw. Knöpfe beinhalten ein prismatisches Lichtsteuerelement, welches den Sicht- und Projektionswinkel der der Taste zugeordneten Information steuert und welches beleuchtet werden kann oder natürliches oder anderes Umgebungslicht verwenden kann. Der gewählte sichtbare oder Projektionswinkel der Informationsanzeige der Taste hängt vom kritischen Winkel bzw. Grenzwinkel der jeweiligen in der Taste verwendeten Prismenausführung sowie von anderen Faktoren einschließlich der jeweiligen Geometrie, der räumlichen Beziehung(en) und des verwendeten Materials bzw. der verwendeten Materialien ab.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Informationsanzeige beispielsweise auf einer hinter dem prismatischen Element angeordneten und davon durch einen luftgefüllten Spalt getrennten Applikation enthalten. Die "dekorierte" bzw. "verzierte" Fläche, die als lediglich schwarz, mattiert oder anders diffus festgelegt ist, ist einem anderen Teil des Prismas zugeordnet. Abhängig vom kritischen Winkel bzw. Grenzwinkel der jeweiligen Prismenausführung würde eine Person im Fahrzeug die gebrochene Abbildung der Informationsapplikation sehen, bis der kritische Sichtwinkel bzw. Grenzsichtwinkel des prismatischen Elements überschritten ist. In diesem Fall würde der Einzelne dann die "reflektierte" Abbildung der "dekorierten" bzw. "verzierten" Fläche "sehen", die im Grunde ein "Nicht-Bild" ist. Auf diese Weise kann die Informationsabbildung nur in dem von den optischen Eigenschaften des Prismas und der relativen Lage der beiden Flächen zugelassenen Bereich gesehen werden, während das "Nicht-Bild" auf die Windschutzscheibe "projiziert" wird, wodurch das Entstehen irgend welcher Reflektionen bei Dunkelheit vermieden wird.
Somit kann Information beispielsweise von Anzeigeeinrichtungen, grafischen Einrichtungen, usw., die einstmals für die anderen Insassen sichtbar war, so gerichtet werden, daß nur der gewünschte Insasse die Information sehen kann.
Es wird angemerkt, daß die Anzeige, beispielsweise die Taste, für eine Sichtkontrolle der Funktion der vorliegenden Erfindung nicht beleuchtet zu werden braucht. Zusätzlich kann ein lichtsteuernder Film bzw. eine Schicht nicht erforderlich sein. Ebenso kann Farbe unter Tags beibehalten werden.
Obwohl die Anwendung der Prinzipien der Erfindung auf eine beleuchtete Taste einer Instrumentengruppe in einer Automobilumgebung eine bevorzugte Anwendung darstellt, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt.
Die vorstehenden und anderen Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden weiteren Beschreibung und den Zeichnungen, die nur als Beispiel angegeben sind, noch deutlicher.
Die Figur 1 ist eine vereinfachte grafische Darstellung von Lichtstrahlen, die unter unterschiedlichen Winkeln auf eine Fläche zwischen zwei unterschiedlichen Medien treffen, um zu verdeutlichen, unter welchen Winkeln die Lichtstrahlen durch die Oberfläche hindurchtreten und gebrochen werden, und unter welchen anderen Winkeln die Lichtstrahlen durch die Oberfläche vollständig im Inneren reflektiert werden, wobei die beiden Winkelbereiche durch den Grenzwinkel des optischen Systems getrennt werden; damit werden einige der in der Erfindung angewandten optischen Prinzipien verdeutlicht.
Die Figur 2 ist eine verallgemeinerte, vereinfachte Seitenansicht einer beispielhaften Automobilanwendung der vorliegenden Erfindung, einschließlich einer Reihe von Drucktasten in einer Instrumentengruppe oder anderer Informationsanzeigen, die in der Instrumententafel eines Automobils unterhalb der Windschutzscheibe und dem Bereich freier Sicht ("clear vision zone" - "CVZ") auf der Windschutzscheibe, in denen die Erfindung eine Anzeige der den Tasten zugeordneten Information verhindert, angeordnet sind.
Die Figur 3 ist eine auseinandergezogene, perspektivische Ansicht eines der beispielhaften Drucktasten-Aufbauelemente der Ausführungsform der Figur 2.
Die Figur 4 ist eine geschnittene Seitenansicht des zusammengebauten Drucktastenaufbaus der Figur 3, die noch detaillierter die optischen und inneren strukturellen Eigenschaften des Drucktastenaufbaus zeigt.
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung werden anhand von Figur 1 einige der in der Erfindung angewandten optischen Prinzipien erläutert und danach eine beispielhafte, bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die Figuren 2, 3 und 4 detailliert beschrieben.
Aus den Grundlagen der Optik ist es bekannt, daß für alle Farben und jede Paarung von Stoffen der Reflexionswinkel (r) eines auf eine Oberfläche auftreffenden Lichtstrahls gleich dem Einfallswinkel (i) ist. Das ist als das Reflexionsgesetz bekannt.
Für monochromatisches Licht und für eine gegebene Stoffpaarung, n und N, auf gegenüberliegenden Seiten der Trennfläche ist der Quotient vom Sinus des Winkels i (zwischen dem Strahl in Stoff n und dem Lot) und dem Sinus des Winkels I (zwischen dem Strahl in Stoff N und dem Lot) eine Konstante. Das ist als das Brechungsgesetz bekannte das normalerweise auf Willebroard Snell (1591-1626) zurückgeführt wird. Es wird allgemein als das "Snell'sche Gesetz" bezeichnet.
Reflexions- und Brechungsgesetze beziehen sich jedoch nur auf die Richtungen korrespondierender Strahlen und weitere Überlegungen müssen im Hinblick auf die Menge oder den Anteil des einfallenden Lichts angestellt werden, der reflektiert wird im Vergleich zu dem, der gebrochen wird. Diese hängen von dem Einfallswinkel i des auf die Grenzfläche auftreffenden Lichtstrahls ab.
Ist der Winkel i der eines in einem Vakuum laufenden Strahls monochromatischen Lichts, ist die Konstante des Snell'schen Gesetzes der Brechungsindex des anderen Stoffes oder Mediums. Es wird angemerkt, daß der Brechungsindex eines Vakuums als eins angenommen wird. Für die meisten Zwecke kann entsprechend auch der Brechungsindex von Luft als eins angenommen werden, da dessen Abweichung verhältnismäßig gering ist (tatsächlich gleich 1,0002918). Im Gegensatz dazu liegt der Brechungsindex beispielsweise der meisten gewöhnlichen in optischen Instrumenten verwendeten Gläser zwischen 1,46 und 1,96.
Es gibt nur wenige Stoffe mit größeren Indizes als dieser Wert, wobei Diamant mit einem Index von 2,42 einer davon ist. Zum Vergleich wird ebenfalls angemerkt, daß Wasser einen Brechungsindex von 1,33 und Kohlenstoffdisulfid in flüssiger Form einen Index von 1,63 aufweisen. Die meisten Gase besitzen einen Index, der sehr nahe an eins ist, wobei die meisten, wie oben für Luft angegeben, bis zur dritten signifikanten Stelle gleich 1 sind.
Bei der Angabe dieser beispielhaften Brechungsindizes für verschiedene Medien sollte beachtet werden, daß diese in Abhängigkeit von der Wellenlänge des zur Durchführung der Messung verwendeten monochromatischen Lichts schwanken können. Solche Messungen werden typischerweise mit einem dem gelben Licht einer Natrium-Flamme mit einer Wellenlänge von 589nm oder etwa 0,6x10&supmin;&sup6; Meter entsprechenden Licht durchgeführt.
Die Anwendung dieses optischen Wissens in der vorliegenden Erfindung kann besser unter Bezug auf Figur 1 verstanden werden, die schematisch eine Anzahl beispielhafter Lichtstrahlen 1, 2, 3 & 4 zeigt, die von einer Punktquelle P ausgehend in einem Medium mit Brechungsindex n divergieren und unter verschiedenen Winkeln i auf die Oberfläche eines zweiten Mediums mit Index N auftreffen, wobei n größer als N ist.
Aus dem Snell'schen Gesetz folgt
sin I = n/N sin i.
Da n/N größer als eins ist, ist sin I größer als sin i und wird gleich eins (d.h., I=90º) für einige Winkel i kleiner als 90º. Dieses ist durch Lichtstrahl 3 in Figur 1 verdeutlicht, der die Oberfläche gerade streifend unter einem Brechungswinkel I von 90º austritt. Der Einfallswinkel, bei dem der gebrochene Strahl tangential zur Oberfläche austritt, wird als der "Grenzwinkel" bezeichnet; er ist in Figur 1 durch ic bezeichnet und, wie erwähnt, durch Lichtstrahl 3 veranschaulicht.
Ist der Einfallswinkel i größer als der Grenzwinkel ic, wie das für Lichtstrahl 4 gilt, ist der nach dem Snell'schen Gesetz berechnete Brechungswinkel größer als eins. Das kann so interpretiert werden, daß der Strahl jenseits des Grenzwinkels nicht in das obere Medium gelangt sondern vollständig im Inneren an der Grenzfläche reflektiert wird.
Vollständige innere Reflexion bzw. Totalreflexion kann nur auftreten, wenn ein Strahl auf die Oberfläche eines Mediums einfällt, dessen Index kleiner ist als der des Mediums, in dem der Strahl läuft. Eine derartige Situation tritt beispielsweise auf, wenn Licht in Glas oder einem transparenten Kunststoff läuft und auf eine Grenzfläche mit einem Luftübergang einfällt.
Somit kann der Grenzwinkel von zwei gegebenen Stoffen ermittelt werden, indem in die Snell'sche Gleichung eingesetzt wird:
I = 90º oder sin I = 1.
Man bekommt dann:
sin ic = N/n.
Der Grenzwinkel einer Glas-Luft Oberfläche ist mit 1,50 als einem typischen Brechungsindex von Glas:
sin ic = 1/1,50 = 0,67,
und
ic = 42º.
Somit werden bei einem solchen Glas-Luft-Übergang Lichtstrahlen mit einem Einfallswinkel i von weniger als 42º (wie Strahl 2) durch den Übergang hindurchtreten und an diesem gebrochen, während Lichtstrahlen mit einem größeren Einfallswinkel als 42º (wie Strahl 4) vollständig im Inneren reflektiert werden und nicht durch den Glas-Luft-Übergang hindurchtreten.
Dieser Grenzwinkel wird bei einer umgekehrten Betrachtung manchmal als der Extinktionswinkel bezeichnet. Das ist der begrenzende Winkel bzw. Grenzwinkel, bei dem der Sinus des Durchlaßwinkels des durchgelassenen Strahls 1 überschreiten würde. Befindet man sich in einem dichteren Medium und blickt heraus, würde dieser begrenzende Winkel bzw. Grenzwinkel somit auftreten, wenn die Außenseite verschwindet, oder, von der umgekehrten Richtung herkommend, erscheint.
Dieser Grenzwinkel beträgt für Wasser beispielsweise 48,59º. Dieser Effekt kann beim Schwimmen unter Wasser beobachtet werden. Außerhalb des Grenzwinkels erscheint die Wasseroberfläche silbrig und ziemlich opak, während die Außenseite innerhalb (des Grenzwinkels) sichtbar ist.
Diese bekannten optischen Eigenschaften und Prinzipien [siehe beispielsweise Sears & Zemanky's sehr bekannte und weit verbreitete Ausbildungsabhandlung University Physics (Addison- Wesley Pub. Co., Inc., 3rd Ed., 1964), sowie John A. Kuecken's Buch Fiberoptics (Tab Books, Inc., 1980)] werden in der vorliegenden Erfindung genutzt, um den zulässigen Sichtwinkel der in einer Anzeige enthaltenen Information zu steuern oder beim Steuern des Projektionswinkels der Informationsanzeige, insbesondere bei einer Automobilanwendung, wobei diese alle durch eine Betrachtung der im folgenden genauer beschriebenen beispielhaften Automobilanwendung verständlicher werden.
Wie aus der verallgemeinerten Ansicht von Figur 2 hervorgeht, beinhaltet ein typisches, beispielhaftes Fahrzeug 5 ein Armaturenbrett 6 mit verschiedenen Instrumenten- und anderen Informationsanzeigen 6A, einschließlich einer beispielhaften Reihe von Drucktasten 6B. Die beispielhaften, in einer Tastengruppe zusammengestellten Drucktasten 6B könnten die Tastenschalter oder die Informationsanzeige für die "Auswahl (SELECT)"-Taste einer umfangreichen rechnergestützten Informationsanzeige, das "Dämmerungs-Hinweiszeichen" zum Steuern der Scheinwerfer, der (Instrumenten-)Tafel- Dimmerschalter und der Heckscheibenheizungsschalter usw., und vieles andere sein.
Ebenso enthalten ist ein Fahrersitz 7 mit einer Sitzfläche 7A, auf der ein Insasse 8 sitzt. Selbstverständlich gibt es typischerweise auch andere Fahrgastsitze, normalerweise an der Seite des Fahrers sowie einen oder mehrere hinter dem Fahrer.
Eine Front- bzw. Windschutzscheibe 9 ist vor dem Fahrer 8 angeordnet und erstreckt sich typischerweise über die Haupt- Sichtlinien ("main lines of sight" - "MLS") des Fahrers. Die Norm für die Sichtlinien wurde für die meisten Fahrer in Untersuchungen gut bestimmt bzw. festgesetzt, und die notwendigen Linien, Abstände und Dimensionen für ein bestimmtes Fahrzeug werden normalerweise in der Entwurfs- bzw. Konstruktionsphase eines Fahrzeugs ziemlich gut festgelegt.
Eines der vorrangigen Gestaltungskriterien dieser beispielhaften, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es zu verhindern, daß irgend ein Licht oder eine Informationsanzeige von der Instrumententafel oder dem Armaturenbrett 6 auf die Windschutzscheibe 9 projiziert wird, was möglicherweise die Sicht des Fahrers, insbesondere in dem Bereich freier Sicht ("clear vision zone" - "CVZ"), auf beispielsweise die Straße ablenken oder blockieren könnte, während der Fahrer beim Herabschauen selbstverständlich die Informationsanzeigen auf der Instrumententafel 6 noch sehen kann.
Wie im folgenden anhand eines beispielhaften Drucktastenschalters ausführlicher erläutert werden wird, wird das durch Anwendung der oben erörterten optischen Prinzipien erreicht.
Es wird angemerkt, daß die Figur 2 zur allgemeinen Veranschaulichung stark vereinfacht ist und in keiner Weise eine buchstäbliche, maßstäbliche Zeichnung sein soll.
Gemäß den Figuren 3 & 4 beinhaltet eine beispielhafte Drucktaste 6B gemäß der vorliegenden Erfindung ein transparentes bzw. lichtdurchlässiges optisches Element 10 mit drei Arbeitsflächen - einer lichtdurchlässigen Frontfläche oder vorderen Oberfläche 11, eine Brechfläche oder brechende Oberfläche 12 an dessen Rückseite und eine "reflektierende" Sekundärfläche 13 an dessen Boden bzw. Unterseite zwischen den Front- und Rückflächen 11, 12. Die Brechfläche 12, die auch Licht reflektiert (abhängig vom Einfallswinkel des Lichtstrahls), besitzt auf ihrer Außenseite einen Luftspalt 14 (siehe Fig. 4) mit einem angrenzend an diesen oder neben diesem parallel zur winkligen Rückseite des optischen Elements 10 angeordneten Informationszeichenelement 15 in Form einer grafischen Applikation.
Gemäß Figur 4 verläuft die rückseitige Fläche 12 schräg nach unten von der Frontfläche 11 weg, wobei der Winkel A zwischen diesen beiden beispielsweise 10º ist. Der erforderliche Winkel A zwischen der Rückseite 12 und der Frontseite 11 hängt von der Beziehung zwischen der Anordnung der Taste 6B im Fahrzeug im Vergleich zum relativen Winkel und Position der Windschutzscheibe 9 (oder Fenster) ab.
Die Frontfläche 11 kann auch als Druckfläche für die Betätigung des(r) der Taste zugeordneten Schalter(s) dienen. Obwohl ein einzelner, integraler Aufbau des optischen Elements bevorzugt ist, kann das optische Element 10 falls gewünscht aus einer Anzahl einzelner miteinander verbundener optischer Teilelemente hergestellt sein.
Das optische Element 10 und seine Informations- oder Grafik- Applikation 15 sind in einem opaken bzw. lichtundurchlässigen Tastengehäuse 16 untergebracht, welches wiederum für eine schalterbetätigende Bewegung an der Instrumententafel 6 befestigt ist. Der gezeigte Tastenschalter 6B könnte beispielsweise ein rechteckiger Kippschalter für ein selektives Anzeigesystem sein, wie beispielsweise das im U.S.-Patent 4,760,218 offenbarte System mit der Bezeichnung "miteinander verbundenes, tastenbetätigtes Matrix-Schaltsystem, insbesondere für Automobilinstrumentierung, mit Tastengruppenschaltung (Inter-Locked Button Actuated Matrix Switch System, Particularly For Automotive Instrumentation With Button Cluster Switching)".
Bei einer solchen Anwendung könnte die Applikation 15 beispielsweise wie dargestellt das Informationszeichen "< SELECT> " aufgedruckt haben, um die Funktion der Taste und die beiden alternativen Seitenrichtungen anzugeben, in die diese bei der "Auswahl" -Funktion gedrückt werden kann. Eine derartige Taste kann von hinten mit einer Sekundärlichtquelle beleuchtet sein oder vom Fahrer 8 mit Umgebungs- oder natürlichem Licht gelesen werden.
Das optische Element 10, das als Linse oder Prisma dient, könnte beispielsweise aus optischem Glas oder für größere Kostengünstigkeit aus Polykarbonat oder Akrylharz, wie z.B "V920" Plexiglas von Rohm & Haas mit einem Brechungsindex von 1,491, gefertigt sein. Die reflektierende Sekundärfläche 13 ist eine dekorierte bzw. verzierte Oberfläche, wie z.B. eine schwarze oder andere dunkel gefärbte oder etwas diffuse oder "benetzte" Oberfläche, ohne irgend welche Informationszeichen oder -Anzeige.
Obwohl die Applikation 15 eher direkt auf die Rückseite des optischen Elements 10 als auf eine separate, parallele Platte oder ein Tragelement bzw. einen Support 15A gemäß Figur 4 aufgebracht werden könnte, ist immer ein gewisser, wenn auch winziger Luftspalt 14 dazwischen erforderlich, um das weniger dichte Übergangsmedium mit einem geringeren Brechungsindex (ähnlich dem N in Figur 1) als dem des optischen Elements 10 (analog zu n in Figur 1) zu versehen. Dieser Luftspalt 14 kann auch dann noch vorhanden sein, wenn die Applikation 15 auf die Rückseite aufgebracht wird; ein dichter, benetzender Berührungsübergang zwischen den beiden sollte jedoch nicht vorliegen, um das Vorhandensein eines gewissen Luftspalts 14 sicherzustellen.
Unter Rückbesinnung auf die mit Bezug auf Figur 1 erörterten optischen Prinzipien und unter deren Anwendung auf den Drucktastenaufbau 6B in Figur 4 sollte es klar sein, daß das Informationszeichen "< SELECT> " auf der Applikation 15 in den ersten, relativ niedrigeren Bereichen 17 auf beiden Seiten der Normalen-Linie NL innerhalb der Grenzwinkel gesehen wird, in dem oberen, zweiten Bereich 18 oberhalb des oberen Grenzwinkels ic, welcher für das genannte Akryl 42,1º beträgt, gemessen bezogen auf die zur Rückseite 12 lotrechte Linie NL, jedoch nicht gesehen oder dahin projiziert wird. Obwohl das Informationszeichen 15 im wirksamen Brechungsabbildungs- Sichtbereich 17 auf die als Tasten-Druckfläche der Taste 16 dienende Frontfläche 11 aufgedruckt erscheint, kann es somit im wirksamen "Reflexions"-Abbildungsbereich 18 nicht gesehen werden, obwohl der Betrachter oder die Zone freier Sicht ("clear vision Zone" - "CVZ") sich noch vor der Taste befindet.
Selbstverständlich können, aufgrund der Einschränkung des Sehfeldes durch die Seiten 16 des äußeren Tastengehäuses, die tatsächlichen Sichtfelder der Bereiche 17 & 18 geringer sein als die theoretischen Bereiche bei bloßer Berücksichtigung der Einfallswinkel der im Inneren auf die Rückfläche 12 auftreffenden Lichtstrahlen, da beispielsweise die untere Kante 16A einen Teil des unteren, theoretischen gebrochenen Sichtbereiches 17 und die obere Kante 16B den oberen Teil des "reflektierten" Sichtbereiches 18 abschirmt.
Selbstverständlich wird etwas Brechung (nicht dargestellt) der Lichtstrahlen an der Frontfläche 11 auftreten, so daß die tatsächlichen Sichtwinkel geringfügig größer als der Grenzwinkel sein werden (bei fehlenden Abschirmelementen).
Im Hinblick auf die hier verwendeten Begriffe "unterer" und "oberer" oder "unterhalb" und "oberhalb", ist zu beachten, daß sie im Hinblick auf den "Grenzwinkel" als eine Bezugslinie verwendet werden, was nicht notwendigerweise bedeutet, daß sich beispielsweise der gesamte "obere" Bereich 18 auf einer höheren vertikalen Position befindet als der gesamte "untere" Bereich 17. Tatsächlich befinden sich bei der Drucktaste 6B einige Teile des Sichtbereichs 17 an einer höheren vertikalen Position als einige Teile des Nicht-Sichtbereiches 18, wenn diese Bereiche nach außen verlängert werden. Wird die Erfindung herangezogen, um die Sicht- und Nicht-Sichtbereiche in einer seitlichen Richtung festzulegen, d.h. Zulassen eines Sehens in einem Bereich, nicht aber in einem seitlich davon oder daneben liegenden Bereich, können sich die entsprechenden Bereiche 17 & 18 auch in den selben relativen vertikalen Positionen befinden.
Im zweiten, informationslosen Bereich 18 wird die "reflektierte Abbildung" der Sekundärfläche 13 "gesehen", welches von der Rückfläche 12 reflektiert wird. Aufgrund der schwarzen, dunkel gefärbten oder diffusen Natur der Bodenfläche 13 wird eigentlich "nichts" oder "Schwarz" "gesehen". Somit wird die Informationsanzeige der Zeichen auf der Applikation 15 optisch daran gehindert, insbesondere nachts auf die Zone freier Sicht ("CVZ") auf der Windschutzscheibe projiziert zu werden.
Somit sollte klar sein, daß bei Bezugnahmen auf Licht, das von der Sekundärfläche 13 reflektiert wird, oder auf die Abbildung der Oberfläche 13, die von der Rückfläche 12 zum "sichtbar"- -werden im zweiten Bereich 18 reflektiert wird, normalerweise eher auf die imaginären Reflexionslinien Bezug genommen wird, die in einer mathematischen, geometrischen oder optischen Analyse des optischen Elements und insbesondere in der Beziehung zwischen der Sekundärfläche 13 und der reflektierenden Brechfläche 12 "existieren" würden, als auf wirkliche Lichtstrahlen, die notwendigerweise reflektiert oder übertragen bzw. durchgelassen werden.
Falls gewünscht kann wie gezeigt ein ablenkendes(r) oder strukturelles(r) Hindernis bzw. Block 6C im Armaturenbrett 6 als eine zusätzliche Feld-Einschränkungsmaßnahme enthalten sein. Wie jedoch in Figur 2 erkennbar ist, wäre eine solche eingeschränkte Ablenkung unwirksam im Beseitigen von Informationsanzeige oder -Reflexion in der bezeichneten Zone freier Sicht ("CVZ"), was durch die vorliegende Erfindung in einer unaufdringlichen, ästhetisch ansprechenden Weise erreicht wird.
Aus Figur 4 und den obigen Anmerkungen geht hervor, daß auch das umgebende Gehäuse 16 verwendet werden kann, um die effektiven Sichtfelder zu begrenzen und daß dessen Gestalt eine bedeutende Rolle beim Erzeugen der gewünschten Bereiche 17 & 18 des Sehens bzw. Nicht-Sehens von Information leisten kann. Die Sicht-begrenzende Wirkung des Gehäuses 16 hängt beispielsweise davon ab, wie tief die Rückseite 12 und die Applikation 15 im Gehäuse 16 zurückgesetzt sind und wie der Winkel "A" zwischen ihnen und z.B. der oberen Fläche des Gehäuses eingestellt wird.
Somit kann man in Abhängigkeit davon, ob es sich um die Bereiche 17 oder 18 handelt, die gebrochene Abbildung der Applikation 15 durch die hintere nicht-dekorierte Fläche 12 des optischen Prismenelements 10 sehen, bis der Grenzwinkel ic der Rückfläche 12 überschritten wird, und danach die reflektierte "Abbildung", welche die von der hinteren, jetzt spiegelähnlichen Oberfläche 12 "reflektierte" Bodenfläche 13 ist.
Um sicherzustellen, daß es klar ist, von wo aus der Grenzwinkel gemessen wird, nämlich von der Normalen-Linie bzw. dem Lot NL aus, welche nicht notwendigerweise die horizontale Linie oder Ebene ist, wurde auch die horizontale Mittellinie ("horizontal midsection line") MSL in der Figur 4 dargestellt.
Aus der vorstehenden Erörterung der relevanten optischen Prinzipien sollte es ersichtlich sein, daß es eine Anzahl gegenseitig abhängiger, untereinander zusammenhängender Variablen bzw. veränderlicher Größen gibt, die bei der Gestaltung eines Automobil-Anzeigen-Sichtsteuersystems gemäß der vorliegenden Erfindung genutzt und gegenseitig verändert werden können und aufgrund ihrer gegenseitigen Beziehungen bis zu dem Grad auf geeignete Weise abgestimmt sein sollten, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen. Diese umfassen:
- die Geometrie des optischen Elements 10 selbst sowie die Winkel und Trennungsabstände seiner verschiedenen Arbeits-, Front-, Brech- bzw. Sekundär-/Reflexionsflächen 11, 12 & 13, einschließlich der relativen Anordnung der schrägen Oberflächen in Bezug auf die Bereiche, von denen ein Sehen zugelassen werden soll und in Bezug auf die Bereiche, für die eine Projektion ausgeschaltet werden soll;
- die relativen Brechungsindizes des dichteren optischen Elements 10 und des angrenzenden, weniger dichten Mediums 14, und insbesondere die für das optische Element 10 und das angrenzende Medium 14 verwendeten Materialien und ob sie fest, flüssig oder gasförmig sind; und
- die Wellenlänge des in Verbindung mit der Informationsanzeige bzw. -darstellung verwendeten Lichts.
Obwohl die Ausführungsform im Hinblick auf ein Verhindern von Projektionen auf die Windschutzscheibe beschrieben wurde, sollte es klar sein, daß die Erfindung auch eingesetzt werden kann, um ein Sehen von der Seite einzuschränken, um zu verhindern, daß beispielsweise Informationsanzeigen von einem nicht-fahrenden Passagier im Fahrzeug an der Seite des Fahrers gesehen werden und umgekehrt.
Obwohl diese Erfindung im Hinblick auf ein detailliertes, beispielhaftes Ausführungsbeispiel dargestellt und beschrieben wurde, sollte es für den Fachmann klar sein, daß verschiedene Änderungen in Form, Detail, Methodenlehre und/oder Ansatz gemacht werden können, ohne vom Rahmen dieser Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Informationsanzeigesystem zur Verwendung in einem Fahrzeug (5) mit mindestens einem Fahrgastsitz (7) mit einer Sitzfläche (7A), auf der ein Insasse (8) während der Fahrt im Fahrzeug sitzt, wobei das Anzeigesystem Licht des sichtbaren Spektrums zum Darstellen von Informationszeichen benutzt und begrenzte Winkel der Darstellung der Informationszeichen von der Vorderseite des Anzeigesystems her aufweist, umfassend:

ein lichtdurchlässiges optisches Element (10), das im Gebrauch im Fahrzeug in einer für einen auf der Sitzfläche sitzenden Insassen sichtbaren oder betrachtbaren Position angeordnet ist, einen durchsichtigen Körper mit einem ersten Brechungsindex und mindestens drei beanstandete Arbeitsfläche aufweist, einschließlich

- einer lichtdurchlässigen Frontfläche (11),

- einer inneren Brechfläche (12) und

- einer getrennten inneren Sekundärfläche (13), die von der Brechfläche beabstandet ist,

ein eine Grenzfläche mit der Brechfläche (12) bildendes Kopplungs- oder Grenzflächenmedium (14) mit einem zweiten, verschiedenen Brechungsindex, der kleiner ist als der erste Brechungsindex, und

ein dem Grenzflächenelement (14) und der Brechfläche (12) des optischen Elements (10) zugeordnetes Informationszeichenelement (15),

dadurch gekennzeichnet,

daß die Sekundärfläche eine dekorierte bzw. verzierte Fläche (13) ist und daß dem Informationszeichenelement (15) die Informationszeichen zugeordnet sind, die im Gebrauch auf einem ersten begrenzten Bereich (17) oberhalb der Sitzfläche (7A) des Fahrgastsitzes (7) und vorderhalb der lichtdurchlässigen Frontfläche (11) des optischen Elements (10) unter Nutzung von Licht des sichtbaren Spektrums darzustellen sind und auf einem zweiten begrenzten Bereich (18) nicht dargestellt werden, der vom ersten Bereich (17) verschieden ist, sich aber ebenfalls an einer lotrechten Ebene oberhalb der Sitzfläche (7A) des Fahrgastsitzes (7) und vorderhalb der lichtdurchlässigen Frontfläche (11) des optischen Elements (10) befindet, wobei die lichtdurchlässige Frontfläche (11) von den beiden der ersten und zweiten Bereiche (17, 18) sichtbar ist, und ferner

dadurch gekennzeichnet, daß

die Geometrie des optischen Elements (10) selbst sowie die Relativwinkel und Trennabstände der beabstandeten, lichtdurchlässigen, Brech- und Sekundärflächen (11, 12, 13),

- die relativen Brechungsindizes des optischen Elements (10) und des Grenzflächenmediums (14) sowie

- die Wellenlänge(n) des in Verbindung mit der Informationsanzeige benutzten Lichts in Kombination angeordnet sind, um vom Zeichenelement kommendes Licht zum ersten Bereich (17) übertragen zu lassen und eine Übertragung des vom Zeichenelement kommenden Lichts zum zweiten Bereich (18) zu verhindern, so daß die Informationszeichen (15) im ersten Bereich (17) sichtbar, im zweiten Bereich (18) aber unsichtbar sind.

2. Informationsanzeigesystem nach Anspruch 1, bei dem :

- die Geometrie des optischen Elements (10) selbst sowie die Relativwinkel und Trennabstände der beabstandeten lichtdurchlässigen, Brech- und Sekundärflächen (11, 12, 13),

- die Wellenlänge(n) des in Verbindung mit der Informationsanzeige benutzten Lichts

in Kombination auch bewirken, daß zumindest ein Teil des von der getrennten Sekundärfläche (13) kommenden, zum zweiten Bereich (18) zu übertragenden Lichts von der Brechfläche (12) reflektiert wird.

3. Informationsanzeigesystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Sekundärfläche (13) eine reflektierende Innenseite aufweist, die ohne Informationsinhalt ist.

4. Informationsanzeigesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Sekundärfläche (13) dunkel gefärbt ist.

5. Informationsanzeigesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Sekundärfläche (13) eine diffuse Fläche aufweist.

6. Informationsanzeigesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der erste Bereich (17) lotrecht unter dem zweiten Bereich (18) angeordnet ist.

7. Informationsanzeigesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Fahrzeugaufbau (5) einen Frontscheibenbereich (9) aufweist, der erste Bereich (17) auf einer Augenhöhe für einen auf der Sitzfläche (7A) sitzenden Insassen (8) angeordnet ist und der zweite Bereich (18) der (die) Frontscheibenbereich oder -oberfläche (9) der Fahrzeugaufbaus ist.

8. Informationsanzeigesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Fahrzeugaufbau eine Instrumententafel (6) mit mindestens einer Drucktaste (6B) aufweist und das optische Element (10) in die Drucktaste (6B) integriert ist.

9. Informationsanzeigesystem nach Anspruch 8, wobei die lichtdurchlässige Frontfläche (11) des optischen Elements (10) die Druck-Frontfläche (11) der Drucktaste (6B) bildet.

10. Informationsanzeigesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die lichtdurchlässige Frontfläche (11) des optischen Elements (10) zumindest im wesentlichen flach und lotrecht angeordnet ist, die Brechläche (12) zumindest im wesentlichen flach und an der Rückseite des optischen Elements, der Frontfläche im wesentlichen gegenüberstehend, aber abwärts unter einem Winkel (A) von der Frontfläche hinweg divergierend angeordnet ist und die Sekundärfläche (13) an der Unterseite des optischen Elements (10) zwischen der Frontfläche (11) und der Brechfläche (12) angeordnet ist.

11. Informationsanzeigesystem nach Anspruch 10, wobei die Rückseite (12) einen Winkel (A) von etwa 10º mit der Frontfläche (11) bildet.

12. Informationsanzeigesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Grenzflächenmedium (14) aus Luft besteht und das Informationszeichenelement (15) eine auf die Außenseite der Brechfläche aufgetragene Applikation (15) ist.

13. Informationsanzeigesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Sichtwinkel (17) des ersten Bereichs (17) im wesentlichen innerhalb des kritischen Winkels (ic) der Brechfläche liegt.

14. Informationsanzeigesystem nach Anspruch 15, wobei das optische Element (10) innerhalb eines opaken Gehäuses (16) mit einer Vorderkante (16B) enthalten ist, die neben dem Bereich (18) liegt, der von der senkrecht zur inneren Brechfläche (12) verlaufenden Linie (NL) am weitesten entfernt ist.

15. Informationsanzeigesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Sekundärfläche (13) im wesentlichen flach ist.

16. Verfahren zum Begrenzen des Sichtbereichs oder Sehfelds einer Informationsanzeige in einem Fahrzeug auf einen ersten Bereich (17) und zur Verhinderung seiner Sichtbarkeit in einem zweiten Bereich (18), umfassend die folgenden Schritte:

(a) Plazieren der darzustellenden Informationszeichen (15) neben einer brechenden Rückseitenfläche (12) eines optischen Prismenelements (10) mit einer lichtdurchlässigen Frontfläche (11), durch welche und aus welcher Licht im sichtbaren Spektrum hindurch- bzw. austreten muß, damit die Zeichen (15) sichtbar sind, und

(b) Vorsehen eines Kopplungs- oder Grenzflächenmediums (14) mit einem Brechungsindex, der kleiner ist als der des optischen Elements, zwischen dem Informationszeichen (15) und dem optischen Element (10),

dadurch gekennzeichnet,

daß das Verfahren ferner umfaßt:

(c) Vorsehen einer getrennten dekorierten bzw. verzierten Sekundärfläche (13) am optischen Element (10) neben und zwischen der Rückseite (12) und der Frontseite (11) des optischen Elements (10) und

(d) Anordnen und Wählen --

- der Geometrie des optischen Elements (10) selbst sowie der Relativwinkel und Trennabstände der beabstandeten lichtdurchlässigen, Brech- und Sekundärflächen (11, 12, 13),

- der relativen Brechungsindizes des optischen Elements (10) und des Grenzflächenelements (14) sowie

- der Wellenlänge(n) des in Verbindung mit der Informationsanzeige benutzten Lichts, um in Kombination das von den Informationszeichen (15) kommende Licht zum ersten Bereich (17) übertragen zu lassen und die Übertragung des von den Zeichenelementen (15) kommenden Lichts zum zweiten Bereich (18) zu verhindern, wobei die Informationszeichen (15) im ersten Bereich (17) sichtbar, im zweiten Bereich (18) aber unsichtbar sind, und um in Kombination zumindest einen Teil des von der getrennten verzierten Sekundärfläche (13) kommenden Lichts zum zweiten Bereich (18) übertragen zu lassen, indem es an der Brechfläche (12) reflektiert wird.