DE69012327T2

DE69012327T2 - Optische vorrichtung mit gesenkter anzeige, die den fahrer eines motorfahrzeugs mit information versorgt.

Info

Publication number: DE69012327T2
Application number: DE69012327T
Authority: DE
Inventors: Jean-Jacques Bezard; Alain Bonutto; Catherine Jury
Original assignee: Jaeger SA
Current assignee: Jaeger SA
Priority date: 1989-06-15
Filing date: 1990-06-15
Publication date: 1995-05-18
Anticipated expiration: 2010-06-16
Also published as: WO1990016004A3; WO1990016004A2; US5291338A; EP0477287A1; EP0477287B1; DE69012327D1; JPH04506269A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung vom Typ mit versenkter Stirnfläche, die so ausgebildet ist, daß sie einem Fahrer eines Kraftfahrzeuges Informationen liefert.
Man hat bereits zahlreiche Vorrichtungen vorgeschlagen, die dazu bestimmt sind, dem Fahrer eines Kraftfahrzeuges optische Informationen zu liefern. Man hat beispielsweise vor langer Zeit Anzeigevorrichtungen mit einem Zeiger sowie Anzeigeleuchten vorgeschlagen. Man hat darüber hinaus kürzlich elektrolumineszente Anzeigevorrichtungen und Anzeigevorrichtungen mit Flüssigkristallen vorgeschlagen.
Insbesondere aus ästhetischen Gründen sind letztere gegenwärtig bevorzugt. Indessen sind deren Kosten häufig extrem hoch, wenn die Anzeige eine erhebliche Größe haben soll.
Auf dem Gebiet der Raumfahrt kennt man weiterhin Systeme vom sogenannten Typ "Anzeige mit versenkter Stirnfläche". Derartige Systeme sollen Informationen im Sichtfeld von Geräten, die sich direkt unter der unteren Sichtlinie des Gesichtsfeldes der Umgebung befinden, ins Unendliche oder in eine große Entfernung projizieren, ohne daß zwischen der Umgebung und der Information eine Überlagerung auftritt. Die Systeme von Typ "Anzeige mit versenkter Stirnfläche" erlauben eine beachtliche Zunahme an Schnelligkeit der Aquisition der projizierten Informationen, da sie die erforderliche Anpassung oder Konvergenz während des Durchgangs der Informationen durch die Umgebung in Grenzen halten.
Die Systeme vom Typ mit versenkter Stirnfläche, die für die Raumfahrt vorgeschlagen sind, sind indessen im allgemeinen kompliziert und mit hohen Kosten verbunden.
Man hat gleichfalls, beispielsweise in der Druckschrift WO-A-8902611 Systeme vom Typ einer Anzeige mit versenkter Stirnfläche vorgeschlagen, die dazu bestimmt ist, dem Fahrer eines Kraftfahrzeuges Informationen zu liefern.
Das in der Druckschrift WO-A-8902611 beschriebene System ist jedoch gleichfalls sehr kompliziert. Es umfaßt insbesondere ein Anzeigegerät, das über ein Bündel optischer Fasern mit einer Lichtquelle verbunden ist.
Das in der Druckschrift WO-A-8902611 beschriebene System hat gegenwärtig nicht zu einer Anwendung auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik geführt.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, eine neue optische Vorrichtung vorzuschlagen, die dem Fahrer eines Kraftfahrzeuges Informationen liefert und die Nachteile der bisherigen Vorrichtungen beseitigt.
Dieses Ziel wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine optische Vorrichtung erreicht, die dem Fahrer eines Kraftfahrzeuges Informationen liefert und einen konkaven Spiegel umfaßt, der unter der unteren Sichtlinie des Gesichtsfeldes der Umgebung angeordnet ist, wobei die Konkavität zum Fahrer gerichtet ist, und einen Bildgeber, der so ausgebildet ist, daß er ein Lichtsignal auf den Spiegel wirft, wobei der Spiegel durch ein Torussegment gebildet ist, welche Vorrichtung Einrichtungen zum Einstellen der Ausrichtung des konkaven Spiegels und/oder des Bildgebers um eine horizontale Achse aufweist.
Das durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagene System ist einfach, unempfindlich, zuverlässig und wirtschaftlich.
Es erlaubt eine schnelle Einstellung durch jeden Fahrer, selbst wenn dieser mit komplizierten Systemen nicht vertraut ist.
Dank der Vergrößerung durch den konkaven Spiegel erlaubt es weiterhin, einen Bildgeber mit kleinen Abmessungen zu verwenden. Diese Ausbildung ist insofern interessant, als sie die Kosten des Bildgebers verringert. Sie erlaubt weiterhin einen beträchtlichen Platzgewinn.
Gemäß eines vorteilhaften Merkmals der vorliegenden Erfindung wird das vom Bildgeber abgegebene Lichtsignal von einem Hilfsumlenkspiegel auf den konkaven Spiegel geworfen.
Gemäß eines weiteren Merkmals der vorliegenden Erfindung ist die Bildgebereinrichtung von einem statischen Typ, beispielsweise vom Flüssigkristalltyp, und ist ein Verbindungsstecker zwischen dem Bildgeber und einer Versorgungs- und Informationserzeugungsschaltung auf einer vertikalen Seite des Bildgebers angeordnet.
Dieses Merkmal erlaubt es, den nach oben begrenzten verfügbaren Platz im Fahrzeuginnenraum optimal auszunutzen, wo diese Kombination zwischen der Oberfläche der Lenksäule und dem unteren Rand der Windschutzscheibe aufgenommen ist. Man kann tatsächlich einen Bildgeber vorsehen, dessen nutzbare Höhe praktisch gleich der verfügbaren Höhe ist.
Gemäß eines weiteren vorteilhaften Merkmals der vorliegenden Erfindung ist die Bildgebereinrichtung vom statischen Typ und sind Verbindungsstecker zwischen dem Bildgeber und einer Versorgungs- und Informationserzeugungsschaltung jeweils auf beiden vertikalen Seiten des Bildgebers angeordnet.
Gemäß eines anderen vorteilhaften Merkmals der vorliegenden Erfindung ist eine integrierte elektronische Schaltung, die wenigstens dazu dient, den Bildgeber zu steuern, an einem vertikalen seitlichen Bereich eines der Scheiben des Bildgebers angeordnet. Vorzugsweise und insbesondere ist eine integrierte elektronische Schaltung, die zum Steuern des Bildgebers dient, jeweils an jedem seitlichen vertikalen Bereich des Bildgebers außerhalb des Bereiches vorgesehen, der zum Sichtbarmachen von Zeichen benutzt wird.
Gemäß eines weiteren Merkmals der vorliegenden Erfindung umfaßt die Bildgebereinrichtung verschiedene ebene Elemente, die schräg zu einander stehen und deren Positionen bezüglich des Spiegels zur Erzeugung eines Bildes ohne Verzerrung optimiert sind.
Gemäß eines weiteren vorteilhaften Merkmals der vorliegenden Erfindung ist eine Anzeigeeinrichtung an jedem ebenen Element der Bildgebereinrichtung vorgesehen.
Weitere Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der detaillierten Beschreibung, die unter Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen anhand eines nicht beschränkenden Ausführungsbeispiel gegeben wird, in denen
Fig. 1 eine schematische Vertikalschnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 2 eine schematische Vertikalschnittansicht der wesentlichen Bauteile der optischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 3 eine Ansicht der Vorrichtung im einzelnen zeigt,
Fig. 4 eine Teilansicht einer Ausbildungsvariante der optischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Umlenkspiegel zeigt,
Fig. 5 und 6 zwei Ausbildungen zur Korrektur der Aberration auf der Höhe des Bildgebers zeigen,
Fig. 7 eine schematische Vertikalschnittansicht einer Ausbildungsvariante der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer optischen Korrigiereinrichtung zeigt,
Fig. 8 eine Stirnansicht eines konkaven Spiegels gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 9 eine schematische Horizontalschnittansicht desselben Spiegels längs der Schnittebene IX-IX in Fig. 8 zeigt,
Fig. 10 eine schematische Vertikalschnittansicht desselben Spiegels längs der Schnittebene X-X in Fig. 8 zeigt,
Fig. 11 eine schematische Horizontalansicht des Gesichtsfeldes eines Betrachters zeigt,
Fig. 12 eine schematische Stirnansicht eines Bildgebers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 13 schematisch eine der Vorderflächen eines statischen Bildgebers, beispielsweise eines Flüssigkristallgebers gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 14 eine schematische Vertikalansicht der wesentlichen Bauteile einer optischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 15 eine schematische Draufsicht auf einen Bildgeber gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt und
Fig. 16A und 16B schematische die Verfahrensschritte der Optimierung der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.
In der zugehörigen Fig. 1 ist der Grundaufbau einer optischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Man sieht teilweise in der zugehörigen Fig. 1 die Windschutzscheibe PB, das Lenkrad V und die Blende des Armaturenbrettes T eines Kraftfahrzeuges. Die optische Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist in das Armaturenbrett T integriert. Sie umfaßt einen konkaven Spiegel 100 und einen Bildgeber 200.
Der konkave Spiegel 100 ist mit seiner Konkavität zum Betrachter, d.h. zur Rückseite des Fahrzeuges, gerichtet. Der Bildgeber 200 ist zum Spiegel, d.h. zur Vorderseite des Kraftfahrzeuges, gerichtet. Der Bildgeber 200 ist insbesondere hinter dem Lenkrad V angeordnet. Der Betrachter sieht ein virtuelles Bild des Bildgebers 200 dank des Spiegels 100, wie es beispielsweise in Fig. 2 dargestellt ist.
In dieser Fig. 2 ist mit IV das virtuelle Bild des Bildgebers bezeichnet, das der Spiegel zeigt, und bezeichnet Y die Augenebene des Betrachters.
Die optische Achse 102 des Spiegels liegt vorzugsweise im wesentlichen parallel zur Längsachse des Fahrzeuges und ist etwas in Horizontalrichtung zur Rückseite des Fahrzeuges nach oben geneigt.
Wie es in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, hat der konkave Spiegel 100 vorzugsweise eine Brennweite in der Größenordnung von 200 mm in einer vertikalen Schnittebene. Er ist in vorteilhafter Weise in einem Abstand in der Größenordnung von 80 cm von den Augen Y des Betrachters derart angeordnet, daß das virtuelle Bild IV im Bereich von 1 m von den Augen Y liegt.
Die Achse 202 des Lichtbündels, das vom Bildgeber 200 zum konkaven Spiegel 100 ausgesandt wird, ist symmetrisch zur Blickrichtung O-O des Betrachters der Bilder bezüglich der Achse 102 des Spiegels 100. Die bevorzugte Ausrichtung des Spiegels 100 und des Bildgebers 200 ist derart, daß die Blickrichtung O-O etwa 200 bezüglich der Achse 102 des Spiegels geneigt ist. Die Achse 202 des Bildgebers ist bezüglich der Achse 102 des Spiegels dann in gleicher Weise geneigt. Der Bildgeber 200 ist im übrigen vorzugsweise etwa 100 mm vom Spiegel 100 angeordnet.
Wie es in Fig. 4 dargestellt ist, kann man den Platzbedarf der Vorrichtung dadurch verringern, daß das Lichtsignal, das vom Bildgeber erzeugt wird, mittels eines Umlenkspiegels 300 umgelenkt wird. Gemäß der Darstellung in Fig. 4 ist der Umlenkspiegel 300 ein ebener Spiegel im wesentlich vertikal und quer zur Längsachse des Fahrzeuges. Der Umlenkspiegel 300 kann verschiedene Geometrien haben.
Gemäß der Darstellung in Fig. 4 umfaßt die optische Vorrichtung somit einen konkaven Spiegel 100, dessen Konkavität zum Betrachter, d.h. zur Rückseite des Fahrzeuges, gerichtet ist, einen Umlenkspiegel 300, dessen Reflexionsfläche zur Vorderseite des Fahrzeuges, nämlich zum konkaven Spiegel 100, gerichtet ist, und einen Bildgeber 200, der zur Spiegelebene 300, d.h. zur Rückseite des Fahrzeuges, gerichtet ist.
Man sieht, daß das virtuelle Bild TV, das der konkave Spiegel 100 liefert, bezüglich des reellen Bildes des Bildgebers 200 verformt ist.
Um eine korrekte Information, d.h. eine Information ohne Verzerrung, an der Stelle des Betrachters zu geben, kann es zweckmäßig sein, die vom Spiegel 100 bewirkte Verzerrung direkt am Bildgeber 200 zu korrigieren. In Fig. 5 ist beispielsweise die Verformung eines Gitters dargestellt, die am Bildgeber 200 benötigt wird, damit ein korrektes virtuelles Bild erhalten wird. In Fig. 6 ist weiterhin die Verformung eines Kreises dargestellt, die am Bildgeber 200 benötigt wird.
Man sieht gleichfalls, daß vorzugsweise der Bildgeber 200 nicht mit einer ebenen Emissionsfläche, sondern mit einer gewölbten Fläche ausgebildet ist, um Aberrationen zu korrigieren, die vom konkaven Spiegel 100 verursacht werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante, die in Fig. 7 dargestellt ist, kann eine optische Korrigiereinrichtung 400 zwischen dem Bildgeber 200 und dem konkaven Spiegel 100 vorgesehen sein.
Wie es in den Fig. 8, 9 und 10 dargestellt ist, ist der konkave Spiegel 100 gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein Torussegment, d.h. eine Fläche gebildet, die durch einen Schnitt eines Kreises längs einer Geraden entsteht, die in der Kreisebene liegt, jedoch nicht durch den Kreismittelpunkt geht.
Wie es in Fig. 8 dargestellt ist, hat der Spiegel 100 mit torusförmigem Verlauf einen rechtwinkligen horizontal langgestreckten Umriß. Bei dem Ausführungsbeispiel, das in den Fig. 8, 9 und 10 dargestellt ist und ein nicht beschränkendes Beispiel darstellt, ist der Spiegel 100 durch ein Torussegment mit rechtwinkligem Umriß gebildet, das eine Höhe in der Größenordnung von 110 mm und eine horizontale Länge in der Größenordnung von 230 mm hat, wobei der Krümmungsradius des Spiegels in einer horizontalen Schnittebene in der Größenordnung von 352 mm liegt, während der Krümmungsradius des Spiegels 100 in einer vertikalen Schnittebene in der Größenordnung von 400 mm liegt.
Die Oberfläche des Spiegels, der in den Fig. 8, 9 und 10 dargestellt ist, kann mit anderen Worten entweder durch die Drehung eines Kreissektors, wie er in Fig. 10 dargestellt ist, mit einem Radius in der Größenordnung von 400 mm um eine vertikale Achse, die durch die vertikale Symmetrieebene des Spiegels und in einem Abstand von diesem Sektor von etwa 352 mm geht, oder durch die Drehung eines Sektors, der in der horizontalen Schnittansicht in Fig. 9 dargestellt ist, mit einem Radius von 352 mm um eine horizontale Achse in der horizontalen Symmetrieebene des Spiegels und von diesem Sektor um etwa 400 mm entfernt definiert werden.
Der konkave Spiegel 100 kann nach irgendeinem geeigneten herkömmlichen technischen Verfahren hergestellt werden. Beispielsweise ist die Herstellung von Spiegeln 100 durch Formguß aus einem Kunststoffmaterial und die anschließende Bildung einer reflektierenden Beschichtung durch Galvanisieren zu nennen. Der Körper des Spiegels aus einem Kunststoffmaterial kann beispielsweise aus Polymethylmethacrylat gebildet werden.
In der zugehörigen Fig. 11 sind das rechte Augenfeld, das linke Augenfeld und das Blickfeld des Betrachters dargestellt, das einem Bereich entspricht, das gleichzeitig das linke und das rechte Augenfeld abdeckt. Aus Fig. 11 ist ersichtlich, daß das Blickfeld des virtuellen Bildes, das gleichzeitig von beiden Augen des Betrachters gesehen wird, nur dem mittleren Bereich von etwa 70 % des Gesamtfeldes entspricht.
Wie es schematisch in Fig. 12 dargestellt ist, ist es somit vorteilhaft, die Nutzinformationen, die dem Betrachter zur Verfügung gestellt werden sollen, in einem mittleren Bereich 210 des Bildgebers anzuordnen, der etwa 70 % der horizontalen Ausdehnung des Bildgebers überdeckt, und die beiden Seitenbereiche 212, 214 jeweils mit etwa 15 % für sekundäre Informationen oder eine Umrandung zu reservieren.
Der konkave Spiegel, 100 kann auch halbreflektierend sein und einem zweiten Bildgeber zugeordnet sein, der hinter dem Spiegel angeordnet und zur Rückseite des Fahrzeuges gerichtet ist. Eine derartige Ausbildung erlaubt es, ein zweites Bild dem Sichtfeld des Betrachters zu überlagern. Man kann vorsehen, ein vom zweiten Bildgeber geliefertes Bild in dieselbe Ebene wie das virtuelle Bild zu projizieren, das vom konkaven Spiegel 100 des Bildgebers 200 kommt. Diese Anordnung ist jedoch nicht zwingend.
Die beiden Bildgeber können gleichzeitig zur Überlagerung von Informationen verwandt werden. Sie können abwechselnd benutzt werden. Sie können auch mit Zwischenhelligkeitsgraden benutzt werden.
Man kann beispielsweise die Möglichkeit erwähnen, dank der beiden Bildgeber komplementäre Informationen wie beispielsweise einerseits eine Skala für einen der Bildgeber und einen zugehörigen Zeiger für den anderen zu überlagern.
Der Bildgeber 200 kann in verschiedenen Ausbildungsformen vorliegen. Beispielsweise kann man neben herkömmlichen Bildgebern einer Skala oder eines Zeigers LCD, VFT, CRT, LED Bildgeber oder auch Bildgeber mit elektrolumineszenter Oberfläche nennen.
Es versteht sich, daß der Fachmann auch gewölbte Flüssigkristallbildgeber auf einer Unterlage aus einem Kunststoffmaterial herstellen kann. Diese technische Ausbildung zeigt sich als vorteilhaft zur ergänzenden Korrektur von Aberrationen, die vorn konkaven Spiegel 100 hervorgerufen werden, wie es im Vorhergehenden angegeben wurde.
Man erkennt gleichfalls die Möglichkeit, eine Platte aus einem Material wie beispielsweise Polymethylmethacrylat vor dem Bildgeber 200, nämlich zwischen diesem und dem konkaven Spiegel 100, anzuordnen, wobei die genannte Platte mit einer Senke in ihrer Dicke versehen und an ihrem Rand beleuchtet ist. Eine derartige Platte ist im übrigen vorzugsweise an ihrer Vorderfläche entspiegelt. Sie erlaubt es, in das Sichtfeld verschiedene Farben zu projizieren oder einen Rahmen am virtuellen Bild zu erzeugen, ohne daß der entsprechende Rahmen am Bildgeber 200 selbst benötigt wird. Diese Ausbildung zeigt sich als besonders vorteilhaft insofern, als sie die Ausbildung eines Rahmens am Bildgeber selbst vermeidet, da ein derartiger Rahmen in starkem Maße im übrigen die Möglichkeiten des Ausgangsanschlusses beschränkt.
Vorzugsweise umfaßt die optische Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weiterhin Einrichtungen, die so ausgebildet sind, daß sie eine Fokussierung des Umgebungslichtes, insbesondere der niedrig stehenden Sonne, verhindert, was sonst zu einer unangenehmen Aufwärmung des Inneren des Fahrzeuges führen würde.
Bei einem ersten Ausführungsbeispiel können diese Einrichtungen aus einer absorbierenden Glasscheibe bestehen, die oberhalb des konkaven Spiegels angeordnet ist. Es kann sich auch um ein Flüssigkristallelement handeln, das im betriebslosen Zustand lichtundurchlässig ist, um die Sonnenstrahlen abzuschirmen, und im Betrieb lichtdurchlässig ist.
Es kann sich gleichfalls um eine absorbierende Beschichtung handeln, die auf dem konkaven Spiegel 100 vorgesehen ist. Es sei die Möglichkeit erwähnt, einen kalten Spiegel, beispielsweise einen von der Firma MELLES GRIOT auf dem Markt erhältlichen Spiegel zu verwenden, um selektiv die Sonnenstrahlen zu absorbieren.
Gemäß eines weiteren Merkmals der optischen Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung sind Einrichtungen zum Einstellen der Ausrichtung vorgesehen, um die Vorrichtung genau an jeden Fahrer anzupassen, gleichgültig welche Größe er hat.
Bei einer ersten Variante bilden der konkave Spiegel 100 und der Bildgeber 200 ein festes System, ohne daß zwischen dem Spiegel 100 und dem Bildgeber 200 eine Relativbewegung möglich ist. In diesem Fall kann vorzugsweise das so gebildete System eine kontrollierte Drehung um eine etwa horizontale Achse ausführen, die durch die Pupille des Beobachters geht.
Bei einer zweiten Variante kann nur eines der beiden Elemente, nämlich der Spiegel oder der Bildgeber, die die optische Vorrichtung bilden, beweglich sein, um die Einstellung zu erlauben.
Man kann auch an die Möglichkeit denken, die Informationen in verschiedenen Ebenen des Sichtfeldes mit Hilfe von Einrichtungen sichtbar zu machen, die in der Patentanmeldung der Anmelderin vom 30. Nov. 1988 unter der Nr. 88 15693 beschrieben und dargestellt sind.
In der beigefügten Fig. 13 sind
- mit dem Bezugszeichen 1 eine Glasplatte eines Bildgebers, beispielsweise vom Flüssigkristalltyp,
- mit dem Bezugszeichen 2 der zentrale Nutzbereich, auf dessen Höhe die sichtbar zu machenden Zeichen auftreten,
- mit dem Bezugszeichen 3 und 4 die seitlichen Bereiche des Bildgebers, die außerhalb des zentralen Nutzbereiches 2 liegen,
- mit dem Bezugszeichen 5 und 6 die integrierten Schaltungen, die den Bildgeber steuern und an den seitlichen Bereichen 3, 4 angeordnet sind,
- mit den Bezugszeichen 7 und 8 elektrische Leiterbahnen, die an den seitlichen Bereichen 3, 4 vorgesehen sind, um die integrierten Schaltungen 5, 6 mit den Steuerelektroden des Bildgebers zu verbinden,
- mit den Bezugszeichen 9 und 10 elektrische Leiterbahnen bezeichnet, die an den seitlichen Bereichen 3, 4 vorgesehen sind, um die integrierten Schaltungen 5, 6 mit äußeren Anschlüssen 11, 12 zu verbinden. Diese sind an den seitlichen vertikalen Rändern 13, 14 des Bildgebers angeordnet.
Die integrierten Schaltungen 5, 6 sind vorzugsweise von einem Typ mit Multiplexsteuerung, um die Anzahl der Leiter zwischen der Steuer- und Informationsverarbeitungsschaltung und dem Bildgeber zu begrenzen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann der Bildgeber vom statischen Typ vorteilhafterweise ein LCD, wie es oben beschrieben wurde, ein VFT, ein CRT, ein elektrochromer oder irgendein anderer dem Fachmann bekannter ebener Bildgeber sein.
In der zugehörigen Fig. 14 ist eine optische Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, die einen konkaven Spiegel 100 und einen Bildgeber 200 umfaßt.
Der konkave Spiegel 100 ist mit seiner Konkavität zum Betrachter, d.h. zur Rückseite des Fahrzeuges, gerichtet. In Fig. 14 trägt das Auge des Betrachters das Bezugszeichen O1.
Der Bildgeber 200 ist zum Spiegel 100, d.h. zur Vorderseite des Fahrzeuges, gerichtet. Es ist dabei ersichtlich, daß bei einer Variante gegenüber dem, was im Vorhergehenden beschrieben wurde, ein Bildgeber hinter dem Spiegel 100 angeordnet sein kann.
In Fig. 14 ist mit dem Bezugszeichen IV das virtuelle Bild des Bildgebers 200 bezeichnet, das der Spiegel 100 liefert.
Der Scheitelpunkt des Spiegels trägt das Bezugszeichen O2. Der Mittelpunkt des Bildgebers trägt das Bezugszeichen B. Die Mitte des virtuellen Bildes trägt das Bezugszeichen B'. Der Winkel zwischen der Sichtachse des Betrachters O1- O2-B' und der Achse des Spiegels 100 ist mit θ bezeichnet.
Es können verschiedene Wege beim Ausbilden der Vorrichtung beschritten werden, die in Fig. 14 dargestellt ist.
Bei einem bevorzugten Weg geht man wie folgt vor.
Man beginnt mit der Festlegung der folgenden Werte:
- Position des Auges bezüglich eines Bildes,
- Abmessung des virtuellen Bildes IV,
- Platzbedarf der Anordnung aus dem Spiegel 100 und dem Bildgeber 200,
- Abstand des Auges O1 vom Spiegel 100.
Danach wird die Bedingung festgelegt, die notwendig ist, damit der Bildgeber nicht im Sichtfeld liegt und so nahe wie möglich an der Spiegelachse angeordnet ist, um das Feld zu begrenzen.
Wenn diese Bedingungen einmal festgelegt sind, berechnet man das System mit Hilfe der folgenden Gleichungen
In diesen Gleichungen bezeichnet θ den Winkel zwischen der durch den Scheitelpunkt des Spiegels hindurchgehende Sichtachse O1, O2 des Betrachters und der Spiegelachse, bezeichnet φ den Durchmesser des Spiegels, bezeichnet C die Krümmung des Spiegels und sind K und K' jeweils die Abmessungen des Bildgebers und des virtuellen Bildes.
Wenn beispielsweise p = 800 mm, K' = 120 mm, e = 100 mm und e' = 200 m sind, dann erhält man
φ = 96 mm,
sin θ = 0,36, d.h. θ = 21,1 Grad und
K = 60 mm.
Das in dieser Weise erhaltene System ist im allgemeinen nicht frei von Aberrationen. Um diese zu korrigieren, können gegebene Parameter des Systems (wie beispielsweise die Krümmung des Spiegels, sein Maß an asphärischer Ausbildung, der Abstand vom Bildgeber zum Spiegel, die Neigung des Bildgebers usw.) so geändert werden, daß ein fehlerfreies nicht verformtes Bild vom Bildgeber erhalten wird, wenn man das System mit dem bloßen Auge betrachtet.
Dazu kann man sich beispielsweise wie ein Objektiv fixieren, um eine Aberrationsfehler und eine Verzerrung unter 18", d.h. 0,08 mm auf 1 m (Auflösung des Auges für eine geübte Person) zu erhalten.
Man erkennt, daß das System keine chromatische Aberration zeigt, da es nur einen Spiegel umfaßt.
Da weiterhin die Pupille des Systems das Auge ist (somit von kleiner Abmessung) wird man wenig durch Aberrationen der Öffnung wie beispielsweise der sphärischen Aberration oder dem Komafehler beeinträchtigt.
Im Gegensatz können die Krümmung und Verzerrung erhebliche Werte bei relativ großen Feldern (über 20º bei dem beschriebenen Beispiel) annehmen.
Um dem abzuhelfen, kann man an der Form des Spiegels herumspielen (diese asphärisch machen) und andere Parameter, wie beispielsweise die Position und die Krümmung des Objektes, d.h. des Bildgebers 200, optimieren.
Die Anmelderin hat diesbezüglich festgestellt, daß zur Vereinfachung der Ausbildung des Bildgebers man diesen nicht nur in Form eines Kurvenelementes entsprechend der theoretischen Kurve, die durch die Optimierung erhalten wird, sondern auch in Form eines polygonalen Bauelementes ausbilden kann, das die erhaltene theoretische Kurve tangiert.
Dazu wird die Geometrie des Spiegels (sphärisch, parabolisch, toridoal, asphärisch und anderes) optimiert, um das Minimum an Aberration zu haben, und wird die Anordnung der Ebenen des Polygons nach dem folgenden Verfahren optimiert, um das Minimum an Verzerrung zu bekommen.
In Fig. 16A ist ein Gegenstand O dargestellt, der von einem Kreis und den Radien dargestellt ist und in der Ebene eines polygonalen Bildgebers liegt.
Berechnungen mit bekannten optischen Programmen ergeben ein Bild I, wie es in Fig. 16B dargestellt ist, und zwar bezüglich des oben bestimmten Spiegels O2.
Man kann für jeden Radius des Bildes I die Sehne K und den Pfeil F bestimmen.
Für die Gruppe der Radien R variiert K von einem kleinsten Wert Km zu einem größten Wert Km, deren Unterschied k charakteristisch für die Ausrichtung der Ebene des Bildgeber ist.
In gleicher Weise hat der pfeil F einen Maximalwert FM, der auch für die Ausrichtung der Ebene des Bildgebers charakteristisch ist.
Man definiert eine Funktion A = αk + β FM (α und β sind Gewichte, die man k und FM zugibt) und versucht das auf ein Minimum zu reduzieren. Diese Funktion A hängt von der Ausrichtung der Ebene des Gegenstandes bezüglich des Systems ab.
γ sei der Winkel zwischen der Ebene des Gegenstandes O und einer horizontalen Bezugsebene und δ sei der Winkel zwischen der Ebene des Gegenstandes O und einer vertikalen Bezugsebene. Die Funktion A zeit ein Minimum in Abhängigkeit von γ und ein Minimum in Abhängigkeit von δ. Diese Punkte sind optimale Positionswerte jeder Ebene des polygonalen Bildgebers. Die genannten Werte γ und δ können durch sukzessive Iterationen im Programm erhalten werden.
Es versteht sich, daß auch andere Möglichkeiten benutzt werden können, um die Werte der Winkel α und δ zu optimieren.
Wie es im Vorhergehenden angegeben wurde, erlaubt die Verwirklichung eines Bildgebers in Form verschiedener ebener Elemente, die schräg zueinander stehen, d.h. in Form eines Polygons, eine sehr ökonomische Herstellung des Bildgebers.
Gemäß eines weiteren vorteilhaften Merkmals der Erfindung ist eine Anzeigeeinrichtung wenigstens auf der Höhe jeder Ebene des Bildgebers vorgesehen.
Dabei sind diese Anzeigeeinrichtungen vorzugsweise vom Typ eines Zeigers, während der Bildgeber eine Skala trägt, deren Skalenwerte auf einem Kreis oder einem Kreissektor gleich verteilt sind, der um die Drehachse des Zeigers zentriert ist.
Das oben beschriebene Verfahren der Optimierung erlaubt es, tatsächlich ein nicht verformtes Bild des Zeigers zu erhalten, was somit die Abstandsgleichheit der Skalenteilungen erhält.
Wie es schematisch in einer Draufsicht in Fig. 15 dargestellt ist, ist der polygonale Bildgeber vorzugsweise bezüglich einer Achse BO2 symmetrisch, die durch die Mitte des Bildgebers und durch die Mitte des Spiegels geht.
Wie es im einzelnen in Fig. 15 dargestellt ist, umfaßt der Bildgeber 200 vorzugsweise drei zueinander geneigte Ebenen: eine erste Ebene 220 senkrecht zur Achse BO2 und zwei seitliche Ebenen 222, 224 symmetrisch bezüglich einer vertikalen Ebene, die durch die Achse BO2 geht, wodurch eine im wesentlichen zum konkaven Spiegel 100 konvexe Fläche gebildet wird.
Die optische Vorrichtung kann mit Einrichtungen zum Einstellen der Ausrichtung versehen sein, um die Vorrichtung genau an jeden Fahrer anzupassen, gleichgültig wie groß er ist.
Dazu kann vorgesehen sein, das Ausrichtungssystem der Vorrichtung mit motorbetriebenen Einrichtungen anzusteuern, die über einen Speicher gesteuert werden, der einen oder mehrere Sollwerte enthält, die den erforderlichen Positionen für jeden Fahrer entsprechen, um die Positionierung der Vorrichtung zu automatisieren.
Derartige bekannte Steuereinrichtungen mit Speicher werden nicht im einzelnen im folgenden beschrieben. Sie können den Vorrichtungen entsprechen, die in den Druckschriften FR-A-2585200, FR-A-2627916 und FR-A-2628906 beschrieben sind.
Gemäß eines weiteren Kennzeichens der vorliegenden Erfindung kann man einfachere Einrichtungen zum Ausrichten der Vorrichtung je nach Geschmack jedes Fahrers vorsehen.
Dazu können die Ausrichtungseinrichtungen einen Knopf oder irgendeine äquivalente Einrichtung umfassen, die an der Außenseite des Armaturenbrettes zugänglich ist, um vom Benutzer betätigt zu werden, und mit der Schwenkachse der Vorrichtung über Mitnahmeeinrichtungen verbunden ist. Derartige Mitnahmeeinrichtungen können aus einer Gruppe gewählt sein, die Treibstangen, einen Treibriemen, der vorzugsweise gerastert ist, eine Kette, Ritzel oder irgendwelche äquivalenten Einrichtungen umfaßt.

Claims

1. Optische Vorrichtung, die dem Fahrer eines Kraftfahrzeuges Informationen liefert, mit einem konkaven Spiegel (100), der unter der unteren Sichtlinie des Gesichtsfeldes der Umgebung angeordnet ist, wobei die Konkavität zum Fahrer gerichtet ist, und mit einem Bildgeber (200), der so ausgebildet ist, daß er ein Lichtsignal auf den Spiegel (100) wirft, dadurch gekennzeichnet, daß der konkave Spiegel (100) durch ein Torussegment gebildet ist und daß die Vorrichtung Einrichtungen zum Einstellen der Ausrichtung des konkaven Spiegels (100) und/oder des Bildgebers (200) um eine horizontale Achse aufweist.

2. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildgeber (200) und der konkave Spiegel (100) eine feste Anordnung ohne die Möglichkeit einer gegenseitigen Verschiebung bilden und daß die Anordnung um eine horizontale Achse drehbar ist, die im wesentlichen durch die Pupille geht.

3. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der konkave Spiegel (100) und der Bildgeber (200) eine feste Anordnung bilden, die um die horizontale Achse eines Halteelementes drehbar angebracht ist, und daß sie motorbetriebene Einrichtungen zum Steuern der Ausrichtung der Anordnung umfaßt, die mit Speichereinrichtungen verbunden sind, die wenigstens einen Positionseinstellwert in Abhängigkeit von einem Fahrer festlegen.

4. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der konkave Spiegel (100) und der Bildgeber (200) eine feste Anordnung bilden, die um die horizontale Achse eines Halters drehbar angebracht ist, und daß eine Handsteuereinrichtung vorgesehen ist, die am Armaturenbrett des Fahrzeuges zugänglich ist und mit der Drehachse der Anordnung über Einrichtungen verbunden ist, die aus der Gruppe gewählt sind, die eine Treibstange, einen Treibriemen, eine Kette oder Ritzel umfaßt.

5. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur eines der Bauelemente, nämlich der konkave Spiegel (100) oder der Bildgeber (200), die die optische Vorrichtung bilden, um die horizontale Achse drehbar ist.

6. Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildgeber (200) verschiedene ebene Elemente (220, 222, 224) umfaßt, die zueinander schräg verlaufen und deren Positionen bezüglich des Spiegels (100) so optimiert sind, daß ein verzerrungsfreies Bild erzeugt wird.

7. Optische Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildgeber (200) wenigstens an jedem ebenen Element (220, 222, 224) eine Anzeigeeinrichtung umfaßt.

8. Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Anzeigeeinrichtungen, die am Bildgeber (200) vorgesehen sind, eine Nadelanzeige ist.

9. Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Ebenen des Bildgebers (200) eine zum konkaven Spiegel (100) konvexe Hüllfläche bilden.

10. Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildgeber (200) drei ebene Elemente (220, 222, 224) umfaßt, die schräg zueinander verlaufen.

11. Optische Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildgeber ein erstes ebenes Element (220) normal zu einer Achse (BO2), die durch die Mitte des Bildgebers (200) und die Mitte des konkaven Spiegels (100) geht, und zwei seitliche ebene Elemente (222, 224) umfaßt, die bezüglich einer vertikalen Ebene symmetrisch zueinander liegen, die durch die genannte Achse (BO2) geht.

12. Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtsignal, das vom Bildgeber (200) ausgegeben wird, auf den konkaven Spiegel (100) über einen Hilfsumlenkspiegel (300) geworfen wird.

13. Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der konkave Spiegel (100) einen Krümmungsradius in der Größenordnung vom 352mm in einer horizontalen Schnittebene und einen Krümmungsradius in der Größenordnung von 400mm in einer vertikalen Schnittebene hat.

14. Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutzinformationen an einem zentralen Bereich (210) des Bildgebers (200) enthalten sind, der etwa 70% der horizontalen Länge einnimmt.

15. Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der konkave Spiegel (100) halbreflektierend ist, und daß ein zweiter Bildgeber hinter dem konkaven Spiegel (100) vorgesehen ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Scheibe aus einem transparenten Material, die mit einer Senke in Richtung ihrer Dicke versehen ist und am Rand beleuchtet ist, zwischen dem Bildgeber (200) und dem konkaven Spiegel (100) vorgesehen ist.

17. Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der konkave Spiegel (100) mit einem selektiv absorbierenden Überzug versehen ist.

18. Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildgeber (200) ein statischer Typ ist und daß ein Verbindungsstecker (11, 12) zwischen dem Bildgeber (200) und einer Versorgungs- und Informationserzeugungsschaltung an einer vertikalen Seite (13, 14) des Bildgebers (200) vorgesehen ist.

19. Optische Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Verbindungsstecker (11, 12) zwischen dem Bildgeber (200) und der Versorgungs- und Informationserzeugungsschaltung jeweils an den vertikalen Seiten (13, 14) des Bildgebers (200) angeordnet sind.

20. Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine integrierte elektronische Schaltung (5, 6), die zum Steuern des Bildgebers (200) dient, an einem seitlichen Bereich (3, 4) einer Scheibe des Bildgebers außerhalb des Nutzbereiches (2) angeordnet ist, der die sichtbar zu machenden Symbole enthält.

21. Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Schaltungen (5, 6), die zum Steuern des Bildgebers (200) dienen, jeweils an jedem seitlichen vertikalen Bereich (3, 4) eines der Gläser des Bildgebers außerhalb des Nutzbereiches (2) angeordnet sind, der die sichtbar zu machenden Symbole zeigt.