EP0423144A1 - Einrichtung für head-up displays an kraftfahrzeugen - Google Patents

Einrichtung für head-up displays an kraftfahrzeugen

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EP0423144A1
EP0423144A1 EP19890906039 EP89906039A EP0423144A1 EP 0423144 A1 EP0423144 A1 EP 0423144A1 EP 19890906039 EP19890906039 EP 19890906039 EP 89906039 A EP89906039 A EP 89906039A EP 0423144 A1 EP0423144 A1 EP 0423144A1
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blind
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Peter Knoll
Winfried KÖNIG
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Robert Bosch GmbH
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Description

Einrichtung für Head-up-Displays an Kraftfahrzeugen
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer optischen Einrichtung an Kraftfahrzeugen zur Einspiegelung bildhaft dargestellter Anzeigen in das Sichtfeld des Fahrers nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Es gibt zahlreiche Vorschläge, dem Fahrer eines Kraftfahrzeugs relevante Informationen durch ein sogenanntes Head-up-Display (HUD) anzuzeigen. Dabei werden auf einen Teil der Windschutzscheibe, der im Sichtfeld des Fahrers liegt, für den Fahrer wichtige MeBdaten und Warnsignale eingeblendet. Sie haben den Zweck, daß der Fahrer auch bei Ausrichtung seiner Aufmerksamkeit auf die Verkehrssituation Anzeigesignale wie beispielsweise die Geschwindigkeit, die Funktionssicherheit der Bremsanlage oder Wegleitinformationen erkennen kann, ohne daß er seinen Blick von der Fahrbahn abwenden muß. Die Akkomodation der Augen des Fahrers entfällt weitgehend.
Head-up-Displays benötigen zur Überlagerung des virtuellen Bildes, das aus den Anzeigeelementen gebildet wird, mit dem Umweltbild einen teildurchlässigen Spiegel. Im Kraftfahrzeug kann hierzu die Reflektion an der Windschutzscheibe oder einer vor der Windschutzscheibe stehenden zusätzlichen Scheibe (Combiner) benutzt werden. In beiden Fällen treten an den beiden Trennflächen zwischen der Windschutzscheibe bzw. der Combinerscheibe und der Luft Reflektionen auf, die zu unerwünschten Doppelbildern führen und damit die Ablesbarkeit der Anzeigen stark beeinträchtigen. Auch führen Lichteinstrahlungen in den optischen Raum des HUD's zu Reflektionen, die ebenfalls in das Sichtfeld des Fahrers eingespiegelt werden. Dem Fahrer erscheint eine helle nebelartige Hintergrundfläche, die die Sicht auf das Verkehrsgeschehen behindert. Um diese Effekte zu unterdrücken, wird im allgemeinen eine Beschichtung der innenliegenden Grenzfläche mit einer dielektrischen Schicht vorgeschlagen, wodurch eins der Reflektionsbilder verstärkt und die anderen abgeschwächt werden.
Es ist weiterhin bekannt, die Reflektionsschichten so auszubilden, daß sie nur Licht von der Wellenlänge reflektieren, welches die Anzeigenelemente, die innerhalb des Armaturenbrettes angeordnet sind, abstrahlen. Dadurch läßt sich der Einfluß des Umgebungslichts verringern.
Weiterhin ist aus der DE-PS 33 47 271 bekannt, den Lichtstrom zu polarisieren und von einer auf der Windschutzscheibe aufgebrachten MehrfachbeSchichtung mit unterschiedlichen Brechungsindizes unter Berücksichtigung des Brewster-Winkels zum Fahrer hin abzulenken. Das Aufbringen von dielektrischen Schichten durch Aufdampfen oder Sputtern im Hochvakuum ist insbesondere auf die Windschutzscheibe sehr aufwendig. Bekanntermaßen sind diese Schichten auch gegen Verkratzen und Verschmutzen sehr empfindlich, so daß dadurch die Lesbarkeit der Anzeigen beeinträchtigt wird.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen der Hauptansprüche hat demgegenüber den Vorteil, daß einfache und preiswert herzustellende lineare Polarisationsfilter verwendet werden, die einen guten Kontrast der Anzeigen auf die Windschutzscheibe liefern. Auch ist vorteilhaft, daß diese kratzfest sind und bei eventueller Beschädigung leicht ausgetauscht werden können. Durch die Verwendung von Jalousien wird die Transmission des Lichtes in Richtung Fahrbahn in vorteilhafter Weise nur geringfügig beeinträchtigt.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der in den Hauptansprüchen angegebenen Einrichtung möglich. Besonders ist die Verwendung einer zweiten Jalousie im Lichtstrom vorteilhaft, da dadurch das störende Streulicht weitgehend ausgeblendet wird. Will man die Anzeigen im Blickwinkel und der Helligkeit variabel gestalten, dann ist die Anordnung der Filterscheiben auf einem schwenkbaren Combiner vor der Windschutzscheibe vorteilhaft. Durch Schwenken des Combiners ist das virtuelle Abbild auch auf unterschiedliche große Fahrer einstellbar, so daß in vorteilhafter Weise stets ein maximaler Kontrast unter dem Brewster-Winkel erreicht wird. Auch ist vorteilhaft, vorzugsweise transparente Flüssigkristallanzeigen mit dem virtuellen Bild auf dem Combiner zu kombinieren, weil hierdurch wichtige Fahrzeugdaten wie Drehzahl oder Geschwindigkeit in das Sichtfeld des Fahrers besonders kontrastreich eingeblendet werden, die in Verbindung mit Wegleitinformationen des virtuellen Bildes sehr übersichtlich darstellbar sind.
Ein weiterer Vorteil ist, daß die Filterfolien oder -Scheiben aufgrund ihrer dünnen Wandung sich bei Verbundscheiben leicht innerhalb der Windschutzscheibe ohne nennenswerte störende Reflektionen einbetten lassen, wodurch sie besonders gut gegen mechanische Beschädigung geschützt sind. Auch ist die Anordnung der Anzeigen im Blickfeld auf die Motorhaube von Vorteil, da dadurch der Blick auf die Straße nicht beeinträchtigt wird und dennoch eine Akkomodation der Augen weitgehend vermieden wird. Weiterhin kann durch die Änderung des Reflektionswinkels am Combiner oder der Helligkeit der Beleuchtung das virtuelle Abbild der Anzeigen in vorteilhafter Weise den Tageslichtverhältnissen angepaßt werden, wodurch eine Blendung des Fahrers insbesondere auch nachts vermieden wird.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 die Reflektionsstrahlen der virtuellen Abbildungen an der unbehandelten Windschutzscheibe, Figur 2 ein erstes Ausführungsbeispiel, Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel, Figur 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, Figur 5 zeigt die Funktion der
Jalousie, Figur 6 zeigt eine Kombinationsanzeige mit zwei Flüssigkristallanzeigen und Figur 7 zeigt den Aufbau der Kombinationsanzeige im Schnitt.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt eine bekannte optische Einrichtung, bei der der Lichtstrom 6, der durch die Anzeigenelemente 1 erzeugt und mit der Optik 4 fokusiert wird. Er trifft auf die Windschutzscheibe 24, wo er sowohl an der Innenseite wie auch an der Außenseite der Scheibe reflektiert wird. Ein Beobachter, der etwa in der Position 12 sitzt, sieht aufgrund der Scheibendicke zwei verschobene, etwa gleichhelle virtuelle Bilder auf der Scheibe 10, die sich dem Straßenbild überlagern. Da auch Streulicht von außen in den Beobachtungsraum eintreten kann, ist ein eindeutiges Ablesen der Anzeigen für den Beobachter sehr erschwert. Zur Vermeidung dieser störenden Einflüsse wurde in dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 in der Austrittsöffnung 3 ein erstes Polarisationsfilter 11 eingesetzt, das den Lichtstrom 6 linear polarisiert. Weiterhin ist auf der Innenseite der Windschutz- Scheibe 24 ein zweites Polarisationsfilter 9 aufgebracht. Seine Polarisationsrichtung steht senkrecht auf der des ersten Polarisationsfilters 11. Auf der dem Fahrer zugewandten Seite des zweiten Polarisationsfilters 9 wird nunmehr ein Teil des Lichtstromes 6 zum Fahrer hin abgelenkt, er sieht das virtuelle Bild der Anzeigenelemente 1. Der nicht an der Oberfläche des zweiten Polarsationsfilters 9 reflektierte Teil des Lichtstromes 6 wird im gekreuzten zweiten Polarisationsfilter 9 weitgehend absorbiert. Das abgeschwächte Bild ist mit der punktierten Linie 16 gekennzeichnet, während das primäre Abbild durch den Lichtstrom 15 erkennbar ist. Durch Verschieben der Optik 4 im Schacht 2 läßt sich die Bildweite (virtuelle Entfernung) der Anzeigenelemente 1 einstellen. Der Fahrer ist dadurch in der Lage, das Anzeigenbild den Sichtverhältnissen auf der Straße anzupassen. Auch ist eine nicht dargestellte Helligkeitsregelung vorgesehen, die eine manuelle oder automatische Helligkeitsregelung der Anzeige vornehmen läßt, um Blendungen, insbesondere auch bei Dunkelheit zu vermeiden. Das zweite Polarisationsfilter 9 ist vorzugsweise im unteren Bereich der Windschutzscheibe angeordnet, der im wesentlichen im Blickfeld auf die Motorhaube liegt. Dadurch werden störende Beeinträchtigungen des Straßenbildes vermieden.
Ein zweites Ausführungsbeispiel ist in Figur 3 dargestellt. Anstelle der Polarisationsfilter sind hier Jalousien 7, 8 verwendet. Die Jalousien 7, 8 haben parallel angeordnete Reflektoren, die das auftreffende Licht je nach Auftreffwinkel durchlassen oder sperren. Die Jalousie 8, die auf der Innenseite der Windschutzscheibe 24 befestigt ist, ist so ausgerichtet, daß der auftreffende Lichtstrom 6 an ihrer Oberfläche teilweise zum Fahrer hin abgelenkt wird. In Figur 5 ist die Wirkungsweise dieser Reflektorscheibe ersichtlich. Die Anordnung der Reflektoren 13 ist derart, daß der verbleibende Teil des Lichtstromes 6 vollständig absorbiert wird und so kein Doppelbild entsteht. Dadurch wird nur die an der Trennfläche Luft/Folie entstehende Reflexion genutzt. Andererseits ist jedoch der Blick durch die Jalousie 8 für den Beobachter 12 nur wenig beeinträchtigt, da die Jalousie 8 unter diesem Blickwinkel einen hohen Transmissiongrad aufweist. Zur Vermeidung von Spiegelungen und unerwünschten Reflektionen aus dem optischen Raum des HUD's ist im Ausgang des Lichtschachtes 2 eine zweite Jalousie 7 angeordnet. Hier sind die Reflektoren parallel zum Lichtstrom 6 angeordnet, so daß der Lichtstrom 6 nahezu ungehindert hindurchtreten kann. Bei geeigneter Neigung der Windschutzscheibe 24 mit der ersten Jalousie 8 kann auf die Anwendung der zweiten Jalousie 7 verzichtet werden, da dann die störenden Reflektionen durch in den optischen Raum einfallendes Licht nicht auftreten können. Um ein Zerkratzen der Folien zu vermeiden, lassen sich die Jalousien auch in einer Zwischenschicht der Windschutzscheibe 24 einbetten.
Ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Figur 4 dargestellt. Hier ist vor der Windschutzscheibe 24 eine transparente Scheibe als Combiner 10 am Ausgang des Schachtes 3 vorgesehen. Auf der zum Fahrer zugewandten Seite des Combiners 10 ist entweder das zweite Polarisationsfilter 9 des ersten Ausführungsbeispiels oder die Jalousie 8 angebracht. Entsprechend erfolgt die Schachtabdekkung 11 mit einem Polarisationsfilter bzw. einer Jalousie. Die Wirkungsweise dieses Ausführungsbeispiels ist die gleiche wie in den zuvor aufgeführten. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wurde jedoch der Combiner schwenkbar angeordnet, so daß unabhängig vom Neigungswinkel der Windschutzscheibe 24 die Lage des virtuellen Bildes auf dem Combiner 10 durch Schwenken individuell eingestellt werden kann. Die maximale Lichtstärke erhält er, wenn der Combiner 10 zum Lichtstrom 6 unter dem Brewster-Winkel eingestellt wird. Durch die Aufstellung eines Combiners braucht auf die Lage der Windschutzscheibe und der damit verbundenen aerodynamischen Einflüsse auf die Karosserie keine Rücksicht genommen zu werden. Da die Funktionsweise die gleich ist wie beim ersten Ausführungsbeispiel, erübrigt sich eine weitere Erläuterung. In Figur 6 und 7 ist ein weiters Ausführungsbeispiel dargestellt, das eine Kombination von einem Feld mit einem virtuellen Bild mit zwei seitlich angeordneten Flüssigkristall-Anzeigen LCD auf einem gemeinsamen Combiner 10 aufweist. Das Feld mit dem virtuellen Bild ist wie im dritten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 mit dem zweiten Polarisationsfilter 9 auf der dem Beobachter 12 zugewandten Seite (Vorderseite) des Combiners 10 ausgestattet. Das zweite Polarisationsfilter 9 wird zweckmäßigerweise über die ganze Vorderseite des Combiners 10 gelegt. Zwischen dem zweiten Polarisationsfilter 9 und dem Combiner 10 sind seitlich neben dem Feld mit dem virtuellen Bild vorzugsweise transparente Flüssigkristall-Anzeigen LCD beispielsweise für die Anzeige der Motordrehzahl und der Fahrzeuggeschwindigkeit vorgesehen. Selbstverständlich können auch andere Indikatoren wie Öldruck, Uhrzeit oder Weginformationen integriert werden. Die Flüssigkristall-Anzeigen LCD weisen vorzugsweise dunkle oder farbige Zeichen auf. Die notwendigen elektrischen Versorgungsleitungen sind an nicht störender Stelle auf den Flüssigkristall-Anzeigen angeordnet.
Die Flüssigkristall-Anzeigen LCD sind auf der der Windschutzscheibe zugewandten Seite mit einem dritten Polarisationsfilter 14 hinterlegt, damit die Funktion der Flüssigkristall-Anzeigen gewährleistet ist. Das zweite Polarisationsfilter 9 ist in seiner Polarisationsrichtung zum ersten Polarisationsfilter 11 vorzugsweise in etwa senkrecht ausgerichtet, um störende Lichteinstreuungen weitgehendst zu absorbieren. Auch ist vorgesehen, die Flüssigkristall-Anzeigen LCD mit einer steuerbaren Beleuchtungsrichtung 18 auszugestalten, die beispielsweise im Raum zwischen der Windschutzscheibe 24 und dem Combiner 10 angeordnet ist.
Die Funktionsweise dieser Anordnung ist wie folgt. Das Feld mit dem virtuellen Bild stellt beispielsweise Wegleitinformationen für den Fahrer dar, wie es bereits nach dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde. Zusätzlich sind hier zwei elektrisch betriebene Flüssigkristall-Anzeigen LCD vorgesehen, die beispielsweise die Drehzahl und Geschwindigkeit anzeigen. Es sind jedoch auch andere Anzeigen insbesondere dann vorsehbar, wenn die Flüssigkristall-Anzeigen LCD mit einem Datenspeicher verbunden sind. Beispielsweise könnte bei geeigneter Gestaltung der Flüssigkristall-Anzeigen LCD auch Straßenkarten oder Stadtpläne zur Anzeige gebracht werden.

Claims

Ansprüche
1. Optische Einrichtung an einem Kraftfahrzeug zur Einspiegelung bildhaft dargestellter Anzeigen, die mittels Anzeigenelemente durch einen Lichtstrom in einem Schacht im Bereich der Armaturenabdeckung erzeugt und über eine Optik durch eine Austrittsöffnung des Schachtes in das Sichtfeld des Fahrers auf die Windschutzscheibe projiziert werden, die in diesem Bereich durch Folien oder Scheiben reflektiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Austrittsöffnung (3) im Strahlengang des Lichtstromes (6) ein erstes Polarisationsfilter (11) angebracht ist und daß ein zweites Polarisationsfilter (9) vorgesehen ist, das im Bereich der Innenseite der Windschutzscheibe (24) angeordnet ist und in seiner Polarisationsrichtung in etwa senkrecht zum ersten Polarisationsfilter (11) steht.
2. Optische Einrichtung an einem Kraftfahrzeug zur Einspiegelung bildhaft dargestellter Anzeigen, die mittels Anzeigenelemente durch einen Lichtstrom in einem Schacht im Bereich der Armaturenabdeckung erzeugt und über eine Optik durch eine Austrittsöffnung des Schachtes in das Sichtfeld des Fahrers auf die Windschutzscheibe projiziert werden, die in diesem Bereich durch Folien oder Scheiben reflektiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrom (6) an der Trennfläche Luft/Folie bzw. Luft/Scheibe einer ersten Jalousie (8), die horizontal liegende und übereinander geschichtete Reflektoren (13) aufweist und die im Bereich der Innenseite der Windschutzscheibe (24) angeordnet ist, zum Fahrer hin abgelenkt und bei der der verbleibende Teil des Lichtstromes (6) durch die Reflektoren (13) absorbiert wird.
3. Optische Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Jalousie (7) mit zum Lichtstrom parallelen Reflektoren (13) in der Austrittsöffnung (3) des Schachtes (2) angeordnet ist.
4. Optische Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Polarisationsfilter (9) oder die erste Jalousie (8) auf einem lichtdurchlässigen Combiner (10) vor der Windschutzscheibe (24) angeordnet ist.
5. Optische Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Windschutzscheibe (24) auf dem Combiner (10) eine weitere Anzeige angeordnet ist, die mindestens eine Flüssigkristall-Anzeige (LCD) aufweist, daß zwischen der Flüssigkristall-Anzeige (LCD) und der Windschutzscheibe (24) im Bereich der Flüssigkristall-Anzeige (LCD) ein drittes Polarisationsfilter (14) angeordnet ist, daß das zweite Polarisationsfilter (9) in der Polarisationsrichtung zum ersten Polarisationsfilter (11) in etwa senkrecht angeordnet ist und daß die Flüssigkristall-Anzeige (LCD) von einer Beleuchtungseinrichtung (18) beleuchtet wird, die im Raum zwischen dem Combiner (10) und der Windschutzscheibe (24) angeordnet ist.
6. Optische Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel des Combiners (10) einstellbar ist.
7. Optische Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Polarisationsfilter (9) zum Strahlengang des Lichtstroms (6) vorzugsweise unter dem BrewsterWinkel angeordnet ist.
8. Optische Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Polarisationsfilter (9) oder die erste Jalousie (8) in einer Zwischenschicht der Windschutzscheibe (24) angeordnet ist.
9. Optische Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Polarisationsfilter (9 ) oder die erste Jalousie (8) vorzugsweise im unteren Bereich der Windschutzscheibe (24) angeordnet ist.
10. Optische Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Helligkeit des virtuellen Abbildes auf dem zweite Polarisationsfilter (9) bzw. der ersten Jalousie (8) veränderbar ist.
EP19890906039 1988-07-01 1989-05-31 Einrichtung für head-up displays an kraftfahrzeugen Withdrawn EP0423144A1 (de)

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