DE4142111C2 - Anzeigegerät für ein Head-up Display - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Anzeigegerät mit einer Lichtquel­ le für ein Head-up Display.

Projizierte Frontscheibenanzeigen, sogenannte Head-up Dis­ plays, sind seit langer Zeit zur Unterstützung der Piloten in Luftfahrzeugen und in jüngster Zeit auch bei Kraftfahrzeu­ gen in Gebrauch. Bei einer derartigen optischen Einrich­ tung, wie sie beispielsweise aus der DE-PS 33 47 271 bekannt ist, werden die anzuzeigenden Informationen in einem Muster­ generator in Anzeigesignale umgewandelt und über eine Konvex­ linse und einen Umlenkspiegel auf die Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs projiziert. Alternativ ist vorgesehen, den Mustergenerator mit einer Lichtquelle zu beleuchten, wodurch bestimmte Anzeigeelemente projiziert werden können, die zwi­ schen anderen Elementen im Mustergenerator angeordnet sind.

Eine solche Projektion von Informationen auf die vordere Windschutzscheibe hat für den Fahrer den Vorteil, daß dieser seine Augen beim Ablesen von diesen nicht auf eine andere Entfernung als die der Straße umzustellen braucht. Ein Nach­ teil der aus der DE-PS 33 47 271 bekannten Ausführungsformen ist jedoch, daß dem Fahrer lediglich unbewegliche Symbole angezeigt werden können. Eine Anzeige, die ein Maß für einen veränderlichen Betriebsparameter des Fahrzeugs ist, beispielsweise dessen Geschwindigkeit, kann nicht projiziert werden. Dies schränkt die Einsatzmöglichkeiten dieser be­ kannten optischen Einrichtung erheblich ein.

Ein weiterer Nachteil ist, daß die Anordnung der benötigten optischen Elemente viel Raum in Anspruch nimmt. Der in Kraftfahrzeugen üblicherweise herrschende Platzmangel macht die Verwendung der bekannten optischen Einrichtungen daher äußerst schwierig.

Nachteilig wirkt sich hier außerdem aus, daß die optischen Elemente sehr genau justiert werden müssen, um eine scharfe Abbildung der darzustellenden Informationen bzw. Symbole zu erreichen. Dies ist insbesondere insofern problematisch, als sich die Elemente während des Fahrzeugbetriebs durch Er­ schütterungen und Vibrationen von selbst verstellen, weshalb entweder eine sehr aufwendige und stabile Anordnung der Ele­ mente oder deren regelmäßige Nach-Justage nötig ist, was in beiden Fällen zu hohen Kosten führt.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine An­ zeige für ein Head-up Display zu schaffen, mit dem die Pro­ jektion einer Anzeige einer veränderlichen Fahrzeug-Betriebs­ größe in das Sichtfeld des Fahrzeug-Bedieners möglich ist. Ferner soll das Gerät in möglichst kleinen Abmessungen aus­ führbar sein, damit es leicht in den betreffenden Fahrzeugen untergebracht werden kann. Außerdem soll die Anzeige so auf­ gebaut sein, daß sie unter allen Betriebsbedingungen funktionstüchtig bleibt.

Diese Aufgabe wird bei einem Anzeigegerät für ein Head-up Display der eingangs genannten Art gelöst durch einen Zeiger mit einer Zeigerwelle, einem Zeigerarm aus lichtleitendem Material mit einer Zeigerspitze, wobei die Zeigerwelle mit einem Ende des Zeigerarms im wesentlichen gegenüber der Zei­ gerspitze verbunden ist, einer im wesentlichen an der Zeiger­ welle angeordneten Lichteintrittsfläche zum Aufnehmen von Licht von der Lichtquelle in den Zeigerarm, einer ersten Reflexionsfläche zum Reflektieren von Licht durch den Zeiger­ arm und einer zweiten Reflexionsfläche zum Reflektieren von Licht aus der Zeigerspitze entlang eines Projektionsweges des Head-up Displays, und einem Meßinstrument, das mit der Zeigerwelle verbunden ist, um den Zeiger zu drehen und somit ein Maß für einen Parameter zu liefern. Durch diese Anord­ nung läßt sich durch einen gleichzeitig beleuchtbaren und bewegbaren Zeiger eine Meßgröße analog projizieren, so daß ein Fahrer einen wichtigen Betriebsparameter wie beispiels­ weise die Fahrzeuggeschwindigkeit ablesen kann, ohne den Blick von der Straße wenden zu müssen. Die Darstellung als analoge Anzeige entspricht dabei dem Bedürfnis der meisten Fahrer, die Informationen wie bei den herkömmlichen Anzeige­ instrumenten auf gewohnte Weise ablesen zu können.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß der Zeiger und somit das gesamte Gerät außerdem in relativ kleinen Abmessun­ gen hergestellt werden kann, da bei der vorliegenden Erfin­ dung die Lichtquelle nicht im Zeiger selbst untergebracht ist. Desweiteren ist das Meßinstrument direkt über die Zeigerwelle mit dem Zeiger verbunden, so daß alle Bauteile eine kompakte Einheit bilden, die einfach in entsprechende Kontakte am Fahrzeug gesteckt werden kann, um einsatzbereit zu sein.

Vorteilhaft ist ferner, daß eine sorgfältige Abstimmung der optischen Bauteile untereinander entfällt, da der Zeiger selbst für die Lichtleitung sorgt und somit die Zeigerspitze immer eine definierte und scharfe Lichtquelle darstellt, so­ lange der Zeiger an seiner Lichteintrittsfläche ausreichend stark durch die separate Lichtquelle beleuchtet wird. Die Erfindung ist somit äußerst unempfindlich gegenüber äußeren Einflüssen wie zum Beispiel Vibrationen oder Erschütterun­ gen.

Im Ergebnis schafft die vorliegende Erfindung ein An­ zeigegerät für ein Head-up Display, das durch einen beleucht­ baren und bewegbaren Zeiger die Projektion einer analogen Anzeige einer Meßgröße ermöglicht und darüber hinaus noch äußerst kompakt und zuverlässig ist.

Hinsichtlich weiterer Ausbildungsformen wird auf die Unteransprüche sowie die nachfolgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung verwiesen.

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Darstellung einer Ausführung eines be­ leuchteten Zeigers zur Verwendung als Licht­ quelle für eine analoge projizierte Anzeige;

Fig. 2 eine Darstellung, bei der die Bildquelle nach Fig. 1 in einem typischen projizieren­ den Anzeigesystem enthalten ist; und

Fig. 3 eine Darstellung eines mit einer separaten Lichtquelle beleuchteten Zeigers aus Fig. 1.

In Fig. 1 ist die Bildquelle für eine projizierte Anzeige ge­ bildet aus einem Meßinstrument 10, einem Gehäuse 17, einem Umlenkspiegel 12, einem Zeiger 20, einer Graphikplatte 14, einer Abdeckung 18, einem Reflektor 15 und einer Lichtquelle 16. Die Lichtquelle 16 ergibt zusammen mit dem Reflektor 15 eine Beleuchtung der Graphikplatte 14 und des Zeigers 20. Die Graphikplatte 14 besteht vorzugsweise aus durchscheinen­ dem Material mit einem lichtundurchlässigen Graphikmuster, so daß dieses dunkel auf hellem Hintergrund erscheint (z. B. als Geschwindigkeitsskala usw.).

Im Gebrauch wird das Abbild der beleuchteten Graphikplatte von dem Umlenkspiegel 12 weg reflektiert und längs des Pro­ jektionsweges 36 des projizierenden Anzeigesystems (Fig. 2) projiziert.

Von der Lichtquelle kommendes Licht tritt auch in den Zeiger 20 am Lichtaufnahmeabschnitt 27 ein, der aus irgendeinem lichtleitendem Material der bei Lichtleitern benutzten Art besteht. Das Licht wird von der Fläche 28 so reflektiert, daß es in parallelen Strahlen längs des Zeigerarms 26 läuft. Die reflektierende Oberfläche 28 ist eine durch Schleifen oder Schmelzen in dem Zeigerarm 26 ausgebildete Fläche, die mit im wesentlichen 45° zur Zeigerwellenbreite und mit 45° zur Zeigerarmlänge 26 verläuft. Vorzugsweise ist auf der Oberfläche 28 keine Reflexionsbeschichtung aufgetragen, da die Fläche auch ohne eine solche Beschichtung wirksam Licht reflektiert, und weil einige Beschichtungen zur Streuung des Lichts führen.

Das von der Fläche 28 weg reflektierte Licht wird nicht ge­ streut und läuft in Längsrichtung des Zeigerarms 26, bis es an der zweiten Reflexionsfläche 24 wieder gebrochen wird. Die zweite Reflexionsfläche 24 liegt im wesentlichen paral­ lel zur ersten Reflexionsfläche 28 und reflektiert das Licht im wesentlichen ohne Streuung aus der Zeigerspitze 22 heraus. Das aus der Zeigerspitze austretende Licht wird durch den Faltspiegel 12 reflektiert und als Projektionsan­ zeige projiziert.

Die Welle 13 des Zeigers 20 ist mit dem Meßinstrument 10 ver­ bunden, so daß der Zeiger sich dreht, wenn das Meßinstrument 10 die Welle 13 zur Drehung bringt. Die Abdeckung 18 hindert das Licht daran, in der Gegend um den Zeiger herum auszutre­ ten, so daß ein hoher Zeigerkontrast entsteht.

Nach Fig. 2 wird die Bildquelle 40 als Bild längs des Projek­ tionsweges 36 projiziert. Die Lichtstrahlen werden am Spie­ gel 30 reflektiert (der möglicherweise asphärisch ist, um die durch die Windschutzscheibe 32 verursachte Verzerrung auszugleichen) und an der Windschutzscheibe 32, und es er­ scheint ein vergrößertes virtuelles Bild 30 der Bildquelle mit einigem Abstand vor dem Auge 34 des Fahrers. Das Abbild des Zeigers 20 erscheint als ein Lichtstab, der sich entspre­ chend der Änderung der Fahrzeug-Geschwindigkeit oder mit der Änderung der jeweils angezeigten Information über die Skala hin- und herbewegt. Ein (nicht dargestelltes) Farbfilter kann über den Lichtaufnahme-Abschnitt 27 (Fig. 1) gesetzt werden, um die Farbe des Zeigers zu ändern. Ein Rotfilter ist ideal, da rot die auffälligste Farbe bei Tageslicht ist.

Die meisten Projektionsanzeigesysteme vergrößern das Bild mehrfach, so daß das Abbild größer als das durch die Bild­ quelle erzeugte Bild erscheint. Demzufolge braucht die Bild­ quelle nicht groß sein, und vorzugsweise wird sie miniaturi­ siert. Die beschriebene Leuchtzeiger-Bildquelle eignet sich hervorragend für eine solche Miniaturisierung.

Der beleuchtete Zeiger braucht nicht genau die angegebene Form zu besitzen. Beispielsweise kann der Zeiger durch eine separate Lichtquelle wie die in Fig. 3 dargestellte LED 52 beleuchtet werden, wodurch ein unterschiedlicher Aufbau für die Projektionsanzeige-Bildquelle erhalten wird. Die LED 52 ist an einer Befestigung 50 angebracht, die sich nicht bewegt. Bei einer (nicht dargestellten) anderen Ausführung kann die LED (oder eine andere Lichtquelle) an dem Zeiger an­ gebracht sein, so daß sie sich mit diesem dreht. In diesem Fall werden die LED-Zuleitungen über Torsionsfeder-Verbinder mit der Stromquelle verbunden, so daß sich die LED mit dem Zeiger drehen kann.

Wie weiter aus Fig. 3 zu ersehen, tritt Licht von der LED 52 in den Zeigerraum 54 ein und wird von der ersten Reflexions­ fläche 58 weg gebrochen, die sowohl zum Zeigerarm als auch zur Achse der Zeigerwelle 13 mit 45° schräg liegt. Das Licht durchläuft den Zeigerarm, stößt auf die zweite Reflexionsflä­ che 62 und tritt aus der Zeigerspitze 60 aus. Die Lichtquel­ le 70 beleuchtet die Graphikplatte 68 und die Abdeckung 66 hindert das Licht, dort auszutreten, so daß ein hoher Kon­ trast für den Zeiger geschaffen ist.

Claims (8)

1. Anzeigegerät mit einer Lichtquelle für ein Head-up Display, gekennzeichnet durch

• - einen Zeiger (20) mit
• - einer Zeigerwelle (13),
• - einem Zeigerarm (26) aus lichtleitendem Material mit einer Zeigerspitze (22), wobei die Zeigerwelle mit einem Ende des Zeiger­ arms im wesentlichen gegenüber der Zeiger­ spitze verbunden ist,
• - einer im wesentlichen an der Zeigerwelle angeordneten Lichteintrittsfläche (27) zum Aufnehmen von Licht von der Lichtquelle (16) in den Zeigerarm,
• - einer ersten Reflexionsfläche (28) zum Re­ flektieren von Licht durch den Zeigerarm und
• - einer zweiten Reflexionsfläche (24) zum Re­ flektieren von Licht aus der Zeigerspitze entlang eines Projektionsweges des Head-up Displays,
• - und einem Meßinstrument (10), das mit der Zeigerwelle verbunden ist, um den Zeiger zu drehen und somit ein Maß für einen Parameter zu liefern.

2. Anzeigegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichteintrittsfläche (27) und die Reflexions­ flächen (28, 24) so ausgebildet sind, daß sie Licht im wesentlichen ohne Lichtstreuung reflektieren.

3. Anzeigegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Reflexionsfläche (28) mit einem Winkel von im wesentlichen 45° relativ zur Achse der Zeigerwelle und im wesentlichen 45° relativ zu dem Längsabschnitt des Zeigerarms angeordnet ist.

4. Anzeigegerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Reflexionsfläche im wesentlichen parallel zur zweiten Reflexionsfläche (24) ist.

5. Anzeigegerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Reflexionsfläche (62) im wesentlichen senkrecht zur ersten Reflexionsfläche ist.

6. Anzeigegerät nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsflächen unbeschichtet sind.

7. Anzeigegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eine lichtemittierende Diode (52) ist.

8. Anzeigegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßinstrument ein Luftkern-Meßinstrument (10) ist.