System zur Blickfelderweiterung im Kfz
Die Erfindung betrifft ein System zur Beobachtung von Dingen, welche sich oberhalb oder seitlich vor dem Fahrzeug befinden, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Beim Halt an einer Verkehrskreuzung befinden sich oft die verkehrsregelnden Vorrichtungen (z.B.: Verkehrszeichen und Ampeln) soweit oberhalb oder seitlich vor dem Fahrzeug, außerhalb des natürlichen, direkten Blickfeldes des Fahrzeugführers. Dieser muß sich somit zu deren Beobachtung aus seiner Sitzposition bewegen. Aus den Schriften GB 1 177752 und WO 86-05749 sind dahingehende Modifikationen von Fahrzeug Rückspiegeln bekannt, die es erlauben diese durch geeignete Mittel (Seilzüge oder Elektromotoren) zu verdrehen, um vor das Fahrzeug zu schauen. Diese Vorrichtungen sind mechanisch aufwendig, insbesondere wenn auch noch der Blick zu oberhalb vor dem Fahrzeug befindlichen Objekten ermöglicht werden soll. Eine aus der Patentschrift US 5316360 bekannte Vorrichtung sieht vor, eine kleines Fenster in der Sonnenblende zu integrieren, durch welches sich oberhalb vor dem Fahrzeug befindliche Objekte beobachten lassen. Die Erfindung zielt jedoch speziell auf einen Einsatz bei starkem Gegenlicht (tiefstehende Sonne) ab. Es wurde daher nicht beachtet, daß sich zur Beobachtung von Objekten, welche sich außerhalb des natürlichen, direkten Blickfelds des Fahrzeugführers befinden, dieser sich aus seiner Sitzposition heraus bewegen muß.
In der Patentschrift US 5214540 wird ein aus einer Kombination von mehreren gewölbter Spiegeln bestehendes optisches System vorgeschlagen, welches durch geeignete Kombination und Anordnung beliebig positionierte Objekte in das Sichtfeld eines Beobachters spiegelt. Die Ausrichtung einer solchen Spiegelkombination stellt in der Praxis jedoch hohe Präzisionsanforderungen, insbesondere wenn ein und die selbe Vorrichtung von Fahrzeugführern unterschiedlicher Körpergröße verwendet werden soll.
Eine Vorrichtung, welche es einem Autofahrer ermöglicht Dinge vor dem Auto zu sehen, die er ohne sie nicht sehen kann wir in DE 19509385 gezeigt. Hierbei wird vorgeschlagen ein optisches Element, im Kraftfahrzeug fest oder in verschiedenen Positionen arretierbar zu installieren. Im Wesentlichen zielt die Erfindung darauf Lösungsmöglichkeiten bezüglich einer sinnvollen Plazierung, Befestigung und Bedienung aufzuzeigen. Auf speziell für den Einsatz im Straßenverkehr geeignete und in Bezug auf Wirtschaftlichkeit und Kundenakzeptanz optimierte Ausführungsformen des optischen Elementes wird in der Schrift nicht eingegangen. In der Schrift JP 97-554369 wird ein mit Fresnel-Struktur ausgebildeter Spiegel beschrieben, welcher in es erlaubt den Inhalt eines sich in einem Passagierflugzeug über den Sitzen befindlichen Gepäckfaches zu inspizieren.
Aufgabe der Erfindung ist es ein System anzugeben, mittels dessen Dinge welche sich oberhalb oder seitlich vor dem Fahrzeug befinden beobachtet werden können und welches derart gestaltet werden kann, daß es in kostengünstiger Weise, möglichst unauffällig und in einer für den Straßenverkehr tauglichen Art in einem Fahrzeug integriert werden kann.
Die Aufgabe wird durch ein System gelöst, welches mindestens ein optisches Element, welches in Fresnel-Struktur ausgeführt ist.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Ein optisches Element, zum Beispiel in Form eines Spiegels, wird auf dem Armaturenbrett in der Nähe der Windschutzscheibe angebracht, so daß sich ein großer
Teil der Spiegeloberfläche im Blickfeld des Fahrers befindet. Um einen möglichst großen Bereich der sich oberhalb vor dem Fahrzeug befindlichen Umgebung im Spiegel abzubilden, wird der Spiegel in vorteilhafter Weise konvex oder sphärisch konvex ausgebildet. Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung stellt die Integration eines Prismas oder einer Linse fest in der Windschutzscheibe, im Schiebedach oder in bzw. an der Sonnenblende des Fahrzeugs dar. Beim Blick in Richtung dieses Prismas eröffnet sich dem Fahrzeugführer der Blick zu Objekten die sich oberhalb oder seitlich vor dem Fahrzeug befinden. Beim Blick in eine konkave Linse sieht er sowohl oberhalb als auch seitlich befindliche Fahrzeuge.
In erfinderischer Weise werden die oben beschriebenen optischen Elemente in erfinderischer Weise in Fresnel-Struktur ausgeführt, damit sie in kostengünstiger weise, möglichst unauffällig und in einer für den Straßenverkehr tauglichen Art in einem Fahrzeug integriert werden können. Die aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen optischer Elemente zur Erweiterung des Sichtfeldes eines Fahrzeugführers bedienen sich alle konventioneller Optiken, welche bei der notwendigen Überdeckung eines weiten Winkelbereichs im Straßenverkehr in ihrer Dickenausdehnung im Bereich von 2-3cm liegen. Die erfindungsgemäße, flache Ausführungsform des optischen Elementes in Fresnel-Struktur vereinfacht bei noch ausreichender optischer Qualität die Fertigung und reduziert das Gewicht der Vorrichtung erheblich. Außerdem sind derart flache Strukturen einfacher in bereits vorhandenen Fahrzeugelemente (Armaturenbrett, Windschutzscheibe, Sonnenblende oder Schiebedach) zu integrieren.
Während der Fahrt ist es im allgemeinen nicht notwendig verkehrsregelnden Vorrichtungen die sich oberhalb, direkt vor dem Fahrzeug befinden zu beobachten. Deshalb ist es vorteilhaft, daß während sich das Fahrzeug bewegt, das optische Element in seiner Reflektions- bzw. Transmissionseigenschaft verändert wird, um zu vermeiden daß stark leuchtende Objekte (tiefstehende Sonne oder helle Straßenbeleuchtung) den Fahrzeugführer blenden. Die optischen Elemente werden mit elektrochromen oder elektroreflektiven Materialien aufgebaut, wie sie u.a. von elektrisch abblendbaren Innenspiegeln in Automobilen bekannt sind. Hierzu wird auf das optische Elemente eine
elektrochrome oder elektroreflektive Beschichtung aufgebracht oder das optische Element wird aus elektrochromen oder elektroreflektiven Materialien gefertigt. Beispielsweise wird der Spiegel aus elektroreflektivem Material hergestellt, damit die Reflexion im Stand maximal und während der Fahrt minimal wird. Das Prisma oder die Linse werden z.B. aus elektrochromen Material hergestellt, damit die Transmission im Stand maximal und während der Fahrt minimal wird.
Die spitzen Winkel, welche die Prismenstruktur aus welcher konventionelle Fresnel- Strukturen aufgebaut sind, bewirken bei Lichteinstrahlung unter ungünstigen Einfallswinkeln interne Mehrfachreflektionen. Ist die Energie der einfallenden Lichtwelle groß gegenüber dem Umgebungslicht, wie beispielsweise direkte Sonneneinstrahlung bei Tag oder Straßenbeleuchtung bei Nacht, sind die mehrfach intern reflektierten Lichtstrahlen für den Fahrzeugführer als unerwünschte Lichtreflexe wahrnehmbar. Um diese Nachteile konventioneller, in Fresnel-Struktur ausgeführter, optischer Elemente auszugleichen, bietet es sich in vorteilhafter Weise an, die Winkel, welche die Prismen dieser Fresnel-Strukturen aufwiesen, nicht zu spitz zu wählen. In idealer weise sind die Winkel nahe 90° auszulegen, jedoch zeigen sich auch schon bei Winkeln im Bereich von 70° bis 80° deutliche Verbesserungen. Die aus dieser erfinderischen Ausführungsform resultierenden Doppelabbildungen, welche ihre Ursache in der zusammenfallenden konkaven und konvexen Ausbildung des optischen Elementes haben, lassen sich einfach durch Abdecken oder entsprechendem Einfärben des die unerwünschte Abbildung zeigenden Teils des optischen Elemente unterdrücken.
In realistischen Verkehrsszenarien befinden sich von vom Fahrzeugführer durch die optische Vorrichtung zu beobachtende Objekte an unterschiedlichen Stellen um Umfeld des Fahrzeuges. Herkömmliche optische Elemente bilden im allgemeinen aber nur einen eingeschränkten Bereich verzerrungsfrei ab, was dazu führt, daß meist das eine oder andere Objekt stark verzerrt abgebildet wird. Eine denkbare Situation hierfür ist der Fall, daß sich oberhalb und seitlich vom Fahrzeug ein Verkehrszeichen oder eine Ampel befindet. Um die Verzerrungen zu minimieren, ist eine Abweichung der optisch wirksamen Oberfläche von der radialsymmetrischen Form notwendig, im einfachsten Fall durch die Einführung eines entsprechenden Astigmatismus. Dieser kann direkt durch das optische Element realisiert sein. Ein solches Verfahren zu fertigen ist jedoch
schwierig und kostspielig. In vorteilhafter Weise läßt sich eine solche Ausführung jedoch ersetzen durch die Kombination von zwei einfach zu fertigenden optischen Elementen, bei denen eines als Zylinderlinse bzw. zylindrischer Spiegel und das andere ebenfalls zylindrisch oder radialsymmetrisch ausgeführt wird.
Beispielhaft wäre dies eine Kombination von zwei Zylinderlinsen unterschiedlicher Brennweite, deren Achsen senkrecht aufeinander stehen.
Bezüglich einer vorteilhaften Gestaltung der Halterung für das optische Element, ist es denkbar diese klapp- oder faltbar so auszubilden, so daß der Fahrer sie bei Bedarf ins Blickfeld bringen oder sie wegschwenken kann, damit der Fahrer durch das optische Element nicht geblendet wird. Eine klappbare Halterung ist z.B. für eine Linse durch Befestigung mit einem Scharnier an der Sonnenblende realisiert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das optische Element direkt in der Sonnenblende integriert. Da jedoch die Sonnenblende vom Fahrzeugführer in seiner Position frei eingestellt werden kann, kann das in der Sonnenblende integrierten optische Element bei Bedarf nicht richtig justiert sein. In vorteilhafter Weise ist deshalb das optische Element drehbar gelagert (z.B.: mittels Scharnier oder kardanischer Aufhängung) in der Sonnenblende gelagert.
Um die Ausmaße des optischen Elementes möglichst klein zu halten, um beispielsweise eine unauffällige Integration im Fahrzeuginnern zu erlauben, ist es denkbar eine mehrere der erfindungsgemäßen Vorrichtungen innerhalb eines Fahrzeugs anzuordnen. In besonders vorteilhafterweise lassen sich durch eine Anordnung von zwei jeweils als Linse ausgeführten Vorrichtungen oben rechts und oben links an oder in der Windschutzscheibe Ampelanlagen, welche sich oberhalb und seitlich vom Fahrzeug befinden, gleichzeitig beobachten.
In besonders vorteilhafter Weise läßt sich das System in eine automatische Anlage zur
Interpretation von Verkehrsszenen integrieren, wenn mindestens einem der optischen
Elemente an die Stelle oder zusätzlich zum Fahrzeugführers eine Einheit zur Aufnahme und/oder Verarbeitung und/oder Wiedergabe von Bildinformationen nachgeschaltet
wird. Auf diese Art könnte beispielsweise auf einfache eine ein großes Sichtfeld abdeckende automatische Ampel- oder Fußgängererkennung realisiert werden. Auch ist dann in erfinderischer Weise denkbar die durch die im System integrierte Einheit gewonnene Informationen über eine Kommunikationsverbindung an anderer Verkehrsteilnehmer oder eine Verkehrsüberwachungs- und koordinationszentrale zu übertragen.