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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Blickfeldanzeigevorrichtung, die ein virtuelles Bild anzeigt.
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STAND DER TECHNIK
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Es ist herkömmlicherweise eine Blickfeldanzeigevorrichtung bzw. eine sogenannte Head-up-Display-Vorrichtung (nachstehend „HUD-Vorrichtung“ genannt) bekannt, die ein Anzeigebild beispielsweise auf eine Windschutzscheibe eines Fahrzeugs projiziert, um es einem Betrachter wie einem Fahrer zu ermöglichen, visuell ein virtuelles Bild des projizierten Anzeigebilds zu erkennen. Beispielsweise offenbart die
JP 2013 - 214 008 A als einen Typ einer solchen HUD-Vorrichtung eine Konfiguration, die virtuelle Bilder von zwei Anzeigebildern an verschiedenen Positionen ausbildet.
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Insbesondere ist die HUD-Vorrichtung der
JP 2013 - 214 008 A mit einem Halbspiegel bzw. Einwegspiegel versehen, der sowohl Licht reflektieren als auch durchlassen kann. Licht eines virtuellen Bildes, das in der Nähe einer Windschutzscheibe erzeugt wird, wird von dem Halbspiegel reflektiert und dadurch auf die Windschutzscheibe projiziert, und das virtuelle Bild wird vor einem Betrachter erzeugt. Andererseits wird Licht eines virtuellen Bildes, das an einer entfernten Position ausgebildet wurde, auf die Windschutzscheibe projiziert, nachdem es den Halbspiegel passiert hat, und das virtuelle Bild wird vor dem Betrachter erzeugt.
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ÜBERBLICK
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In der HUD-Vorrichtung der
JP 2013 - 214 008 A , die den Halbspiegel verwendet, überlappen sich die optischen Pfade zweier Lichtstrahlen, die als die jeweiligen virtuellen Bilder gebildet werden, nachdem sie den Halbspiegel passiert haben. Infolgedessen ist es möglich, die virtuellen Bilder an zwei verschiedenen Positionen auszubilden, während eine Vergrößerung der HUD-Vorrichtung verhindert wird. Das Lichtreflexionsvermögen und die Lichtdurchlässigkeit eines gewöhnlichen Halbspiegels betragen jedoch jeweils nur ungefähr 50%, und es ist schwierig, ein hohes Reflexionsvermögen und eine hohe Durchlässigkeit sicherzustellen. Infolgedessen wird ungefähr die Hälfte jedes Lichts, das als virtuelles Bild in der Nähe oder weit weg von einer Windschutzscheibe ausgebildet werden soll, nicht auf die Windschutzscheibe projiziert. Infolgedessen ist es schwierig, für jedes virtuelle Bild eine ausreichende Helligkeit sicherzustellen.
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Es wird ferner auf die
JP 2016 -
224 077 A und die
JP 2008 -
51 970 A verwiesen, die als Stand der Technik ermittelt wurden.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine HUD-Vorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, eine ausreichende Helligkeit jedes virtuellen Bildes sicherzustellen, während eine Vergrößerung der HUD-Vorrichtung verhindert wird.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen wieder. [0014] Dementsprechend stellt die vorliegende Offenbarung eine HUD-Vorrichtung bereit, die in der Lage ist, eine ausreichende Helligkeit jedes virtuellen Bildes sicherzustellen, während eine Vergrößerung der HUD-Vorrichtung verhindert wird.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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- 1 ist ein Diagramm, das schematisch die Konfiguration einer HUD-Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt.
- 2 ist ein Blockschaltbild, das die elektrische Konfiguration der HUD-Vorrichtung darstellt.
- 3 ist eine perspektivische Ansicht, die eine detaillierte Positionsbeziehung eines optischen Systems der HUD-Vorrichtung darstellt.
- 4 ist eine Seitenansicht, die die detaillierte Positionsbeziehung des optischen Systems der HUD-Vorrichtung darstellt.
- 5 ist eine Vorderansicht, die die detaillierte Positionsbeziehung des optischen Systems der HUD-Vorrichtung darstellt.
- 6 ist eine Draufsicht, die die detaillierte Positionsbeziehung des optischen Systems der HUD-Vorrichtung darstellt.
- 7 ist ein Diagramm, das schematisch eine HUD-Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt.
- 8 ist ein Diagramm, das die Form eines optischen Erweiterungselements der zweiten Ausführungsform darstellt.
- 9 ist ein Diagramm, das das optische Erweiterungselement betrachtet in Richtung eines Pfeils IX von 8 darstellt und eine Neigung einer Endoberfläche, die eine Durchgangsöffnung definiert, übertrieben darstellt.
- 10 ist ein Diagramm, das schematisch die Konfiguration einer HUD-Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt.
- 11 ist ein Diagramm, das ein optisches Erweiterungselement und eine erste Anzeigevorrichtung der dritten Ausführungsform darstellt.
- 12 ist eine Querschnittsansicht des optischen Erweiterungselements und der ersten Anzeigevorrichtung entlang der Linie XII-XII von 11.
- 13 ist ein Diagramm, das schematisch die Konfiguration einer HUD-Vorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform darstellt.
- 14 ist ein Blockschaltbild, das die elektrische Konfiguration der HUD-Vorrichtung der vierten Ausführungsform darstellt.
- 15 ist ein Diagramm, das ein optisches Erweiterungselement und ein Schirmelement der vierten Ausführungsform darstellt.
- 16 ist eine Querschnittsansicht des optischen Erweiterungselements und des Schirmelements entlang der Linie XVI-XVI von 15.
- 17 ist ein Diagramm, das schematisch die Konfiguration einer HUD-Vorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform darstellt.
- 18 ist ein Diagramm, das schematisch die Konfiguration eines optischen Systems einer HUD-Vorrichtung einer ersten Modifikation darstellt.
- 19 ist ein Blockschaltbild, das die elektrische Konfiguration der HUD-Vorrichtung der ersten Modifikation darstellt.
- 20 ist ein Diagramm, das ein optisches Erweiterungselement gemäß einer zweiten Modifikation darstellt.
- 21 ist eine Querschnittsansicht der zweiten Modifikation entlang der Linie XXI-XXI von 20.
- 22 ist ein Diagramm, das ein optisches Erweiterungselement gemäß einer dritten Modifikation darstellt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den Ausführungsformen kann ein Teil, der einem Gegenstand entspricht, der in einer vorhergehenden Ausführungsform beschrieben wurde, mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sein und eine redundante Erläuterung des Teils kann weggelassen werden. Wenn nur ein Teil einer Konfiguration in einer Ausführungsform beschrieben wird, kann eine andere vorhergehende Ausführungsform auf die anderen Teile der Konfiguration angewendet werden. Die Teile können kombiniert werden, auch wenn nicht ausdrücklich beschrieben ist, dass die Teile kombiniert werden können. Die Ausführungsformen können teilweise kombiniert werden, auch wenn nicht explizit beschrieben ist, dass die Ausführungsformen kombiniert werden können, vorausgesetzt, die Kombination schadet nicht.
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Erste Ausführungsform
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Eine HUD-Vorrichtung 100, dargestellt in 1, gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist an einem Fahrzeug A montiert und versorgt einen Fahrer D des Fahrzeugs A mit verschiedenen Informationsstücken, die sich auf das Fahrzeug A beziehen. Die HUD-Vorrichtung 100 ist vor einem Fahrersitz angeordnet, auf dem der Fahrer D sitzt, und in einer Instrumententafel des Fahrzeugs A untergebracht.
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Die HUD-Vorrichtung 100 projiziert Lichtstrahlen von mehreren (zwei) Anzeigebildern auf einen Projektionsbereich PA einer Windschutzscheibe WS. Das auf die Windschutzscheibe WS projizierte Licht wird von dem Projektionsbereich PA in Richtung des Fahrers D reflektiert und gelangt zu einer Augenbox EB (vergleiche 9), die zuvor so definiert wurde, dass sie sich um den Kopf des Fahrers D befindet. Der Fahrer D, dessen Augenpunkt sich an der Augenbox EB befindet, kann das Licht des Anzeigebildes visuell als ein virtuelles Bild erkennen, das einem Vordergrund überlagert ist. Der Fahrer D kann verschiedene Informationen erkennen, indem er das virtuelle Bild wahrnimmt. Die virtuell angezeigten verschiedenen Informationen beinhalten Fahrzeugzustandsinformationen, wie beispielsweise eine Fahrzeuggeschwindigkeit und eine verbleibende Kraftstoffmenge, und Navigationsinformationen, wie beispielsweise eine Routenführung.
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Die Windschutzscheibe WS ist aus einem lichtdurchlässigen Material wie Glas hergestellt und in einer gekrümmten plattenartigen Form ausgebildet. Die Windschutzscheibe WS ist so ausgerichtet, dass sie in Bezug auf eine horizontale Richtung und eine vertikale Richtung des Fahrzeugs A geneigt ist. Die Windschutzscheibe WS funktioniert als eines der optischen Systeme zur Erzeugung eines virtuellen Bildes. Der Projektionsbereich PA, der auf einer Oberfläche der Windschutzscheibe WS innerhalb einer Kabine definiert ist, ist in einer konkaven Form gekrümmt, wobei sich eine Krümmung kontinuierlich sowohl in der horizontalen Richtung als auch in der vertikalen Richtung in Bezug auf eine Konstruktion des Fahrzeugs A ändert.
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Der Projektionsbereich PA kann an der Windschutzscheibe WS angehaftet sein, zum Beispiel kann er aus einem aufgedampften Film oder einem Film zum Erhöhen des Lichtreflexionsvermögens gebildet sein. Das Projektionselement, auf das ein virtuelles Bild projiziert wird, kann ein Kombinierer sein, der getrennt von der Windschutzscheibe WS vorgesehen ist.
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Die mehreren virtuellen Bilder, die durch die HUD-Vorrichtung 100 angezeigt werden, beinhalten ein virtuelles Nahbild 29 und ein virtuelles Fernbild 39. Das virtuelle Nahbild 29 und das virtuelle Fernbild 39 werden an verschiedenen Positionen in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung des Fahrzeugs A ausgebildet. Das virtuelle Nahbild 29 wird an einer Position ausgebildet, die näher an der Windschutzscheibe WS liegt als das virtuelle Fernbild 39, und wird insbesondere in einem Raum ausgebildet, der zwei bis drei Meter vor dem Fahrzeug vom Augenpunkt liegt. Das virtuelle Fernbild 39 wird an einer Position ausgebildet, die weiter von der Windschutzscheibe WS entfernt ist als das virtuelle Nahbild 29, und wird insbesondere in einem Raum ausgebildet, der ungefähr 10 bis 20 Meter vor dem Fahrzeug A vom Augenpunkt liegt. Beispielsweise wird das virtuelle Nahbild 29 ungefähr 2 m vor dem Augenpunkt angezeigt und das virtuelle Fernbild 39 wird ungefähr 15 m vor dem Augenpunkt angezeigt.
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Die Bildausbildungspositionen des virtuellen Nahbilds 29 und des virtuellen Fernbilds 39 sind bei visueller Erkennung durch den Fahrer D auch in vertikaler Richtung (aufwärts/abwärts) getrennt. Die Bildausbildungsposition des virtuellen Nahbildes 29 ist etwas unterhalb des Augenpunktes festgelegt. Beispielsweise werden eine Fahrzeuggeschwindigkeit, ein Blinker und ein Symbol als virtuelles Nahbild 29 angezeigt. Die Bildausbildungsposition des virtuellen Fernbilds 39 ist im Wesentlichen auf die gleiche Höhe wie der Augenpunkt eingestellt. Das virtuelle Fernbild 39 wird zum Beispiel einer Straßenoberfläche überlagert, damit des für den Fahrer D als Augmented Reality (AR) -Anzeige funktioniert. Beispielsweise wird ein Pfeil, der eine Richtung einer Rechtskurve oder einer Linkskurve bzw. eines Rechts- oder Linksabiegens angibt, als das virtuelle Fernbild 39 angezeigt.
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Ein Bereich, in dem das virtuelle Nahbild 29 angezeigt werden kann, hat eine horizontal lange rechteckige Form. Andererseits hat ein Bereich, in dem das virtuelle Fernbild 39 angezeigt werden kann, eine horizontal lange rechteckige Form mit einem ausgesparten Ausschnitt an seinem unteren Randteil. Auf diese Weise hat der Bereich, in dem das virtuelle Fernbild 39 angezeigt werden kann, eine rechteckige Form, die teilweise ausgeschnitten ist, um den Bereich zu vermeiden, in dem das virtuelle Nahbild 29 bei visueller Erkennung durch den Fahrer D angezeigt und in einer Form definiert werden kann, die drei Seiten umgibt: die rechte Seite; die linke Seite; und die obere Seite des Bereichs, in dem das virtuelle Nahbild 29 angezeigt werden kann. Eine als virtuelles Fernbild 39 anzeigbare Größe ist größer als eine, die als virtuelles Nahbild 29 angezeigt werden kann
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Als nächstes wird die Konfiguration der HUD-Vorrichtung 100 beschrieben. Die HUD-Vorrichtung 100 ist als Komponenten eines optischen Systems zur virtuellen Bildanzeige mit einer ersten Anzeigevorrichtung 20, einer zweiten Anzeigevorrichtung 30, einer Steuerschaltung 90, einem optischen Vergrößerungselement 40 und einem optischen Erweiterungselement 50 versehen, die in 1 bis 6 dargestellt sind. Diese Komponenten sind in einem Gehäuse der HUD-Vorrichtung 100 untergebracht und werden von dem Gehäuse gehalten.
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Die erste Anzeigevorrichtung 20 ist eine Anzeigekonfiguration, die Licht eines Nah-Anzeigebildes 28, das als das virtuelle Nahbild 29 ausgebildet ist, zu dem optischen Vergrößerungselement 40 emittiert. Die erste Anzeigevorrichtung 20 beinhaltet eine erste Anzeigeoberfläche 21, die das Nah-Anzeigebild 28 leuchtend anzeigt. Die erste Anzeigevorrichtung 20 ist an dem Gehäuse der HUD-Vorrichtung 100 derart fixiert, dass die erste Anzeigeoberfläche 21 dem optischen Vergrößerungselement 40 zugewandt ist und dass sich die erste Anzeigeoberfläche 21 entlang des optischen Erweiterungselements 50 erstreckt.
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Die erste Anzeigevorrichtung 20 umfasst eine Flüssigkristallanzeigetafel 22, eine Hintergrundbeleuchtung 23 und weiteres. Die Flüssigkristallanzeigetafel 22 bildet die erste Anzeigeoberfläche 21. Die erste Anzeigeoberfläche 21 hat eine horizontal lange rechteckige planare Form, die im Wesentlichen keine Krümmung aufweist. Auf der ersten Anzeigeoberfläche 21 sind viele Pixel zweidimensional angeordnet. Jedes Pixel beinhaltet rote, grüne und blaue Unterpixel. Die Flüssigkristallanzeigetafel 22 zeigt verschiedene Nah-Anzeigebilder 28 in Farbe auf der ersten Anzeigeoberfläche 21 durch Steuern der Lichtdurchlässigkeit der Unterpixel leuchtend an.
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Die Hintergrundbeleuchtung 23 beinhaltet mehrere LEDs, die weißes Licht als Lichtquelle abstrahlen, und ein Prisma, das das von jeder LED abgestrahlte Licht zur Flüssigkristallanzeigetafel 22 führt. Das von jeder LED ausgestrahlte Licht wird zur Rückseite der ersten Anzeigeoberfläche 21 geführt und durchleuchtet das auf der ersten Anzeigeoberfläche 21 wiedergegebene Nah-Anzeigebild 28. Licht des Nah-Anzeigebildes 28, das die erste Anzeigeoberfläche 21 passiert hat, wird auf das optische Vergrößerungselement 40 projiziert.
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Die erste Anzeigevorrichtung 20 befindet sich hinter dem optischen Erweiterungselement 50 und über der zweiten Anzeigevorrichtung 30. Die erste Anzeigevorrichtung 20 ist näher an dem optischen Erweiterungselement 50 angeordnet als die zweite Anzeigevorrichtung 30. Beispielsweise ist die erste Anzeigevorrichtung 20 an einer Position angeordnet, an der die gesamte erste Anzeigeoberfläche 21 das optische Erweiterungselement 50 sowohl in der Seitenansicht als auch in der Draufsicht in einem Zustand überlappt, in dem die erste Anzeigevorrichtung 20 an dem Fahrzeug montiert ist (vgl. 4 und 6). Die Längsrichtung der ersten Anzeigeoberfläche 21 entspricht der Längsrichtung des optischen Erweiterungselements 50. Die Mitte der ersten Anzeigeoberfläche 21 ist von der Mitte des optischen Erweiterungselements 50 sowohl in der Längsrichtung als auch in der Querrichtung des optischen Erweiterungselements 50 versetzt.
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Die zweite Anzeigevorrichtung 30 ist eine Anzeigekonfiguration, die Licht eines Fern-Anzeigebildes 38, das als das virtuelle Fernbild 39 ausgebildet ist, in Richtung des optischen Erweiterungselements 50 emittiert. Die zweite Anzeigevorrichtung 30 beinhaltet eine zweite Anzeigeoberfläche 31, die das Fern-Anzeigebild 38 leuchtend anzeigt. Die zweite Anzeigevorrichtung 30 ist an dem Gehäuse der HUD-Vorrichtung 100 derart fixiert, dass die zweite Anzeigeoberfläche 31 dem optischen Erweiterungselement 50 zugewandt ist.
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Die zweite Anzeigevorrichtung 30 beinhaltet wie die erste Anzeigevorrichtung 20 eine Flüssigkristallanzeigetafel 32 und eine Hintergrundbeleuchtung 33. Die Flüssigkristallanzeigetafel 32 bildet die zweite Anzeigeoberfläche 31. Die zweite Anzeigeoberfläche 31 hat eine horizontal lange rechteckige ebene Form mit im Wesentlichen keiner Krümmung wie die erste Anzeigeoberfläche 21. Der Bereich der zweiten Anzeigeoberfläche 31 ist größer als der Bereich der ersten Anzeigeoberfläche 21 (vgl. 5 und dergleichen). Auf der zweiten Anzeigeoberfläche 31 sind viele Pixel zweidimensional angeordnet. Die Flüssigkristallanzeigetafel 32 steuert individuell die Lichtdurchlässigkeit mehrerer Unterpixel, die jedes Pixel bilden, um verschiedene Fern-Anzeigebilder 38 in Farbe auf der zweiten Anzeigeoberfläche 31 leuchtend anzuzeigen.
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Die Hintergrundbeleuchtung 33 hat im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie die Hintergrundbeleuchtung 23. Licht, das von jeder LED der Hintergrundbeleuchtung 33 abgestrahlt wird, wird zur Rückseite der zweiten Anzeigeoberfläche 31 geführt und durchleuchtet das Fern-Anzeigebild 38, das auf der zweiten Anzeigeoberfläche 31 wiedergegeben wird. Licht des Fern-Anzeigebildes 38, das die zweite Anzeigeoberfläche 31 passiert hat, wird von dem optischen Erweiterungselement 50 reflektiert und auf das optische Vergrößerungselement 40 projiziert.
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Die zweite Anzeigevorrichtung 30 ist zwischen dem optischen Vergrößerungselement 40 und dem optischen Erweiterungselement 50 in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung des Fahrzeugs A angeordnet. Die zweite Anzeigevorrichtung 30 ist unter dem optischen Erweiterungselement 50 angeordnet. Die zweite Anzeigevorrichtung 30 ist näher an dem optischen Vergrößerungselement 40 angeordnet als das optische Erweiterungselement 50. Die Längsrichtung der zweiten Anzeigeoberfläche 31 entspricht der Längsrichtung des optischen Erweiterungselements 50. Die Mitte in Längsrichtung der zweiten Anzeigeoberfläche 31 entspricht im Wesentlichen der Mitte in Längsrichtung des optischen Erweiterungselements 50.
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Die Steuerschaltung 90 steuert die Anzeige des virtuellen Nahbilds 29 und des virtuellen Fernbilds 39 durch die HUD-Vorrichtung 100. Die Steuerschaltung 90 beinhaltet hauptsächlich einen Mikrocontroller mit einem Prozessor, einem RAM und einem Speichermedium. Die Steuerschaltung 90 ist elektrisch mit einem Anzeigecontroller, der an dem Fahrzeug A angebracht ist, und der ersten Anzeigevorrichtung 20 und der zweiten Anzeigevorrichtung 30 verbunden. Der Anzeigecontroller 98 erlangt Informationen über das Fahrzeug A über einen Kommunikationsbus 99, der an dem Fahrzeug A angebracht ist, und bestimmt einen Anzeigemodus des virtuellen Nahbilds 29 und des virtuellen Fernbilds 39 entsprechend der Bedingung. Die Steuerschaltung 90 steuert die erste Anzeigevorrichtung 20 und die zweite Anzeigevorrichtung 30 in Übereinstimmung mit einem Befehlssignal von dem Anzeigecontroller 98, um den Fahrer D mit für den Fahrer D erforderlichen Informationen durch das virtuelle Nahbild 29 und das ferne virtuelle Bild zu versorgen 39.
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Das optische Vergrößerungselement 40 ist ein reflektierender Spiegel, der eine farblose und transparente Basis aus Kunstharz oder Glas und Metall wie Aluminium aufweist, das auf der Oberfläche der Basis abgeschieden sind. Das optische Vergrößerungselement 40 ist insgesamt in einer horizontal langen rechteckigen plattenartigen Form ausgebildet. Das optische Vergrößerungselement 40 ist gekrümmt, so dass die Oberfläche, auf der Aluminium abgeschieden ist, eine konkave Form aufweist. Das optische Vergrößerungselement 40 ist unterhalb des Projektionsbereichs PA und vor dem optischen Erweiterungselement 50 angeordnet. Eine reflektierende Vergrößerungsoberfläche 41 ist auf dem optischen Vergrößerungselement 40 ausgebildet. Das optische Vergrößerungselement 40 wird durch das Gehäuse der HUD-Vorrichtung 100 derart gehalten, dass die reflektierende Vergrößerungsoberfläche 41 der ersten Anzeigevorrichtung 20 und dem optischen Erweiterungselement 50 zugewandt ist.
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Die reflektierende Vergrößerungsoberfläche 41 hat eine horizontal lange rechteckige Form, die in der Dickenrichtung des optischen Vergrößerungselements 40 wellenförmig gekrümmt ist. Die reflektierende Vergrößerungsoberfläche 41 ist als konkave Freiformoberfläche mit unterschiedlichen Krümmungen in der Längsrichtung und der Querrichtung ausgebildet. Die in jeder Richtung der reflektierenden Vergrößerungsoberfläche 41 definierte Krümmung muss nicht konstant sein und kann in jeder Position der reflektierenden Vergrößerungsoberfläche 41 variieren. Die reflektierende Vergrößerungsoberfläche 41 ist sowohl über einen optischen Lichtpfad des Nah-Anzeigebildes 28 (nachstehend als „optischer Nahbild-Lichtpfad LP1" bezeichnet) als auch über einen optischen Lichtpfad des Fern-Anzeigebildes 38 (nachstehend als „optischer Fernbild-Lichtpfad LP2“ bezeichnet). Licht des Nah-Anzeigebildes 28, das von der ersten Anzeigeoberfläche 21 emittiert wird, und Licht des Fern-Anzeigebildes 38, das von dem optischen Erweiterungselement 50 reflektiert wird, treten beide in die reflektierende Vergrößerungsoberfläche 41 ein. In der reflektierenden Vergrößerungsoberfläche 41 überlappt mindestens ein Teil eines ersten Einfallsbereichs 42, in den Licht des Nah-Anzeigebildes 28 eintritt, mindestens einen Teil eines zweiten Einfallsbereichs 43, in den Licht des Fern-Anzeigebildes 38 eintritt. Der erste Einfallsbereich 42 befindet sich oberhalb des zweiten Einfallsbereichs 43. Der zweite Einfallsbereich 43 ist breiter als der erste Einfallsbereich 42. Die Mitte in Längsrichtung der reflektierenden Vergrößerungsoberfläche 41 entspricht im Wesentlichen der Mitte in Längsrichtung des optischen Erweiterungselements 50.
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Das optische Vergrößerungselement 40 reflektiert Licht des Fern-Anzeigebildes 38 und des virtuellen Fernbildes 39 in Richtung der Oberseite, nämlich hin zur Windschutzscheibe WS, während es das Licht durch die in einer konkaven Form gekrümmte reflektierende Vergrößerungsoberfläche 41 verbreitet. Das virtuelle Nahbild 29, das aus dem Nah-Anzeigebild 28 vergrößert ist, und das virtuelle Fernbild 39, das aus dem Fern-Anzeigebild 38 vergrößert ist, werden durch die Reflexion auf der reflektierenden Vergrößerungsoberfläche 41 gebildet. Die Vergrößerung des virtuellen Fernbilds 39 in Bezug auf das Fern-Anzeigebild 38 ist größer als die Vergrößerung des virtuellen Nahbilds 29 in Bezug auf das Nah-Anzeigebild 28.
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Das optische Erweiterungselement 50 ist ein reflektierender Spiegel, der eine farblose und transparente Basis aus Kunstharz oder Glas und Metall wie Aluminium aufweist, das auf der Oberfläche der Basis wie bei dem optischen Vergrößerungselement 40 abgeschieden ist. Das optische Erweiterungselement 50 ist insgesamt in einer rechteckigen plattenartigen Form ausgebildet, die kleiner als das optische Erweiterungselement 50 ist. Das optische Erweiterungselement 50 ist gekrümmt, so dass die Oberfläche, auf der das Aluminium abgeschieden ist, eine konvexe Form aufweist. Das optische Erweiterungselement 50 befindet sich hinter dem optischen Vergrößerungselement 40 und vor der ersten Anzeigevorrichtung 20. Das optische Erweiterungselement 50 ist zwischen dem optischen Vergrößerungselement 40 und der ersten Anzeigevorrichtung 20 angeordnet und näher an der ersten Anzeigevorrichtung 20 angeordnet als das optische Vergrößerungselement 40.
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Das optische Erweiterungselement 50 ist auf dem optischen Fernbild-Lichtpfad LP2 angeordnet, und zwar in einem Abschnitt von der zweiten Anzeigeoberfläche 31 zu der reflektierenden Vergrößerungsoberfläche 41 auf dem optischen Fernbild-Lichtpfad LP2. Zusätzlich überlappt mindestens ein Teil des optischen Erweiterungselements 50 auch den optischen Nahbild-Lichtpfad LP1. Eine reflektierende Erweiterungsoberfläche 51 und ein Übertragungsteil 55 sind auf dem optischen Erweiterungselement 50 ausgebildet. Das optische Erweiterungselement 50 wird durch das Gehäuse der HUD-Vorrichtung 100 derart gehalten, dass die reflektierende Erweiterungsoberfläche 51 der reflektierenden Vergrößerungsoberfläche 41 und der zweiten Anzeigeoberfläche 31 zugewandt ist. In der folgenden Beschreibung wird auf beiden Seiten des optischen Erweiterungselements 50 eine Seite, auf der die reflektierende Erweiterungsoberfläche 51 ausgebildet ist, als Vorderseite 50b bezeichnet, und die andere Seite, auf die Licht des Nah-Anzeigebildes 28 eintritt, als Rückseite 50a bezeichnet.
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Die reflektierende Erweiterungsoberfläche 51 hat eine horizontal lange rechteckige Form, die in der Dickenrichtung des optischen Erweiterungselements 50 wellenförmig gekrümmt ist. Die reflektierende Erweiterungsoberfläche 51 ist in einer konkaven Freiformoberfläche mit unterschiedlichen Krümmungen in der Längsrichtung und der Querrichtung ausgebildet. Die in jeder Richtung der reflektierenden Erweiterungsoberfläche 51 definierte Krümmung muss nicht konstant sein und kann in jeder Position der reflektierenden Erweiterungsoberfläche 51 variieren. Licht des Fern-Anzeigebildes 38, das von der zweiten Anzeigeoberfläche 31 emittiert wird, tritt in die reflektierende Erweiterungsoberfläche 51 ein. Die reflektierende Erweiterungsoberfläche 51 reflektiert Licht des von der zweiten Anzeigeoberfläche 31 emittierten Fern-Anzeigebildes 38 zur Vorderseite, nämlich zum optischen Vergrößerungselement 40. Die reflektierende Erweiterungsoberfläche 51 macht einen optischen Fern-Pfad von der zweiten Anzeigeoberfläche 31 zu dem Projektionsbereich PA länger als einen optischen Nah-Pfad von der ersten Anzeigeoberfläche 21 zu dem Projektionsbereich PA durch eine optische Funktion zum Zurückdrehen des optischen Fernbild-Lichtpfads LP2. Eine virtuelle optische Achsenlinie des optischen Fernbild-Lichtpfads LP2 zwischen der reflektierende Erweiterungsoberfläche 51 und dem zweiten Einfallsbereich 43 erstreckt sich im Wesentlichen entlang einer virtuellen optischen Achsenlinie des optischen Nahbild-Lichtpfads LP1 zwischen der ersten Anzeigeoberfläche 21 und dem ersten Einfallsbereich 42. Genau genommen wird die optische Achsenlinie des optischen Fernbild-Lichtpfads LP2 allmählich von der optischen Achsenlinie des optischen Nahbild-Lichtpfads LP1 getrennt, wenn sie sich dem zweiten Einfallsbereich 43 nähert.
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Der Übertragungsteil 55 ist in einem Teil ausgebildet, der den optischen Nahbild-Lichtpfad LP1 in dem optischen Erweiterungselement 50 überlappt. Der Übertragungsteil 55 überträgt Licht des Nah-Anzeigebildes 28. Der Übertragungsteil 55 ist in einem Bereich ausgebildet, der der ersten Anzeigeoberfläche 21 in dem optischen Erweiterungselement 50 zugewandt ist. Metall wie Aluminium, das die reflektierende Erweiterungsoberfläche 51 bildet, ist auf dem optischen Erweiterungselement 50 abgeschieden, wobei ein Bereich vermieden wird, der das Übertragungsteil 55 ist. Der Übertragungsteil 55 ist wie bei der ersten Anzeigeoberfläche 21 in einer horizontal langen rechteckigen Form ausgebildet. Der Bereich des Übertragungsteils 55 ist größer als der Bereich der ersten Anzeigeoberfläche 21, um das Licht des Nah-Anzeigebildes 28, das sich bewegt, während es sich von der ersten Anzeigeoberfläche 21 ausbreitet, nicht zu blockieren. Um den Bereich des Übertragungsteils 55 zu verringern, ist der Abstand zwischen dem Übertragungsteil 55 und der ersten Anzeigeoberfläche 21 wünschenswerterweise kurz und auf beispielsweise 40 mm oder weniger festgelegt, insbesondere auf ungefähr 25 mm. Das Übertragungsteil 55 ist durchgehend mit der reflektierenden Erweiterungsoberfläche 51 auf der Vorderseite 50b ausgebildet. Die reflektierende Erweiterungsoberfläche 51 grenzt an mindestens eine Hälfte oder mehr der Umfangskante des Übertragungsteils 55 an. Insbesondere grenzen eine lange Seite und zwei kurze Seiten des Übertragungsteils 55 an die reflektierenden Erweiterungsoberfläche 51 an.
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Der Übertragungsteil 55 beinhaltet eine Überzugsschicht 56, die auf der der ersten Anzeigeoberfläche 21 zugewandten Rückseite 50a angeordnet ist. Die Überzugsschicht 56 besteht beispielsweise aus einem wellenlängenselektiven Filter. Die Überzugsschicht 56 hat die Funktion, hauptsächlich Licht im sichtbaren Bereich durchzulassen und Licht im nahen Infrarotbereich zu blockieren. Die Überzugsschicht 56 lässt den größten Teil (z. B. ungefähr 90%) des Lichts des Nah-Anzeigebilds 28 durch, das von der ersten Anzeigeoberfläche 21 emittiert wird. Andererseits reflektiert die Überzugsschicht 56 den größten Teil des Nahinfrarotlichts, das im Sonnenlicht enthalten ist (externes Licht), das in das Innere der HUD-Vorrichtung 100 eintritt und von der reflektierenden Vergrößerungsoberfläche 41 zu dem Übertragungsteil 55 gelangt. Die Lichtdurchlässigkeit im nahen Infrarotbereich im Übertragungsteil 55 ist durch die vorstehende Funktion der Überzugsschicht 56 niedriger als die Lichtdurchlässigkeit im sichtbaren Bereich im Übertragungsteil 55 definiert. Beispielsweise wird Licht mit einer Wellenlänge von 380 nm bis 780 nm als Licht im sichtbaren Bereich und Licht mit einer Wellenlänge von 780 nm bis 1080 nm als Licht im nahen Infrarotbereich definiert.
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In der vorstehend beschriebenen HUD-Vorrichtung 100 wird die Windschutzscheibe WS als das optische System verwendet, das jedes der virtuellen Bilder 29, 39 bildet. Die Windschutzscheibe WS ist jedoch nicht mit einer optisch bevorzugten Krümmung gekrümmt. Somit hat die Reflexion im Projektionsbereich PA einen optischen Einfluss auf das virtuelle Nahbild 29 und das virtuelle Fernbild 39. Somit sind die in der HUD-Vorrichtung 100 beinhalteten optischen Elemente, d.h., das optische Vergrößerungselement 40 und das optische Erweiterungselement 50, so entworfen, dass sie den optischen Einfluss korrigieren, der durch die Reflexion an der Windschutzscheibe WS verursacht wird.
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Insbesondere ist die reflektierende Vergrößerungsoberfläche 41 auf eine gekrümmte Form festgelegt, die zur Korrektur des optischen Einflusses auf das Nah-Anzeigebild 28 bevorzugt wird. Wenn der Abstand zur Bildausbildungsposition relativ gering ist und die Vergrößerung gering ist (z. B. weniger als das 10-fache), besteht ein geringerer Einfluss der Form der Windschutzscheibe WS. Somit kann eine Bilderzeugungsleistung des nahezu virtuellen Bildes 29 nur durch Korrektur durch die reflektierende Vergrößerungsoberfläche 41 ausreichend sichergestellt werden.
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Wenn andererseits der Abstand zur Bildausbildungsposition relativ groß ist (z. B. 5 m oder mehr), um eine AR-Anzeige durchzuführen, und die Vergrößerung ebenfalls groß ist (z. B. 10-fach oder mehr), wird der Einfluss der Form der Windschutzscheibe WS wahrscheinlich ersichtlich. Somit wird der optische Einfluss auf das Fern-Anzeigebild 38 sowohl durch die reflektierende Vergrößerungsoberfläche 41 als auch die reflektierende Erweiterungsoberfläche 51 korrigiert. Insbesondere ist die reflektierende Erweiterungsoberfläche 51 auf eine gekrümmte Form festgelegt, die zur Durchführung einer Korrektur bevorzugt ist, die durch die reflektierende Vergrößerungsoberfläche 41 für den optischen Einfluss auf das Fern-Anzeigebild 38 nicht durchgeführt werden kann. Infolgedessen wird Licht des Fern-Anzeigebildes 38 klar als virtuelles Fernbild 39 gebildet, indem es durch die reflektierende Erweiterungsoberfläche 51 und die reflektierende Vergrößerungsoberfläche 41 der Reihe nach passiert, selbst wenn das Licht von dem Projektionsbereich PA reflektiert wird.
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Der optische Einfluss umfasst beispielsweise Feldkrümmung und Astigmatismus. Die Feldkrümmung ist ein Phänomen, bei dem ein in einer planaren Form angezeigtes Anzeigebild durch die konkave Form des Projektionsbereichs PA in der Richtung von vorne nach hinten entlang der optischen Achse gekrümmt ist. Der Astigmatismus ist ein Phänomen, bei dem einzelne Punktbilder, die ein virtuelles Bild bilden, durch eine Inkonsistenz der Brennweite an jeder Position im Projektionsbereich PA deformiert werden.
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Gemäß der Konfiguration, wie sie in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, in der das optische Erweiterungselement 50, das auf dem optischen Fernbild-Lichtpfad LP2 angeordnet ist, mit dem Übertragungsteil 55 versehen ist, der Licht des Nah-Anzeigebildes 28 überträgt, ist es möglich, den optischen Nahbild-Lichtpfad LP1 und optischen Fernbild-Lichtpfad LP2 nahe zueinander zu bringen. Wenn die reflektierende Erweiterungsoberfläche 51 und der Übertragungsteil 55 separat in dem optischen Erweiterungselement 50 vorgesehen sind, kann zusätzlich ein hohes Reflexionsvermögen der reflektierenden Erweiterungsoberfläche 51 sichergestellt werden und eine hohe Durchlässigkeit des Übertragungsteils 55 ebenso sichergestellt werden, im Vergleich zu einer Konfiguration, in der das gesamte optische Erweiterungselement 50 aus einem Halbspiegel gebildet ist. Somit kann der größte Teil des Lichts des Fern-Anzeigebilds 38 und der größte Teil des Lichts des Nah-Anzeigebilds 28 auf den Projektionsbereich PA projiziert werden. Durch die vorstehende Konfiguration wird erreicht, dass die HUD-Vorrichtung 100 in der Lage ist, eine ausreichende Helligkeit jedes der virtuellen Bilder 29, 39 sicherzustellen, während eine Vergrößerung der HUD-Vorrichtung 100 verhindert wird. Wenn die Bildausbildung durchgeführt werden kann, ohne die Lichtmenge sowohl des Nah-Anzeigebildes 28 als auch des Fern-Anzeigebildes 38 zu verlieren, ist es möglich, die visuelle Erkennbarkeit des virtuellen Nahbilds 29 und des virtuellen Fernbilds 39 zu erhöhen.
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Außerdem grenzt bei dem optischen Erweiterungselement 50 der ersten Ausführungsform der größte Teil der Außenkante des Übertragungsteils 55 an die reflektierende Erweiterungsoberfläche 51 an. In einer solchen Anordnung, in der der Übertragungsteil 55 und die reflektierende Erweiterungsoberfläche 51 eng angeordnet sind, können das virtuelle Nahbild 29 und das virtuelle Fernbild 39, selbst wenn der Übertragungsteil 55 und der Übertragungsteil 55 getrennt vorgesehen sind, an Positionen, die nah zueinander sind, bei visueller Erkennung des Fahrers D angezeigt werden. Die vorstehende Konfiguration erleichtert das Erweitern bzw. Aufweiten von Bereichen, in denen das virtuelle Nahbild 29 und das virtuelle Fernbild 39 angezeigt werden können. Somit kann eine hohe Flexibilität der virtuellen Bildanzeige sichergestellt werden.
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Ferner ist in der ersten Ausführungsform die Überzugsschicht 56 auf dem Übertragungsteil 55 ausgebildet, um die Lichtdurchlässigkeit im nahen Infrarotbereich im Übertragungsteil 55 zu verringern. Mit einer solchen Konfiguration ist es möglich, die erste Anzeigeoberfläche 21 vor Sonnenlicht zu schützen, das in die HUD-Vorrichtung 100 eintritt.
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Ferner ist das optische Erweiterungselement 50 der ersten Ausführungsform näher an der ersten Anzeigeoberfläche 21 angeordnet als das optische Vergrößerungselement 40. In einer solchen Positionsbeziehung überträgt der Übertragungsteil 55 Licht des Nah-Anzeigebildes 28, das von der ersten Anzeigeoberfläche 21 emittiert wird, bevor sich das Licht des Nah-Anzeigebildes 28 stark ausbreitet. Dementsprechend kann die Größe des Übertragungsteils 55 verringert werden. Somit kann eine Vergrößerung der HUD-Vorrichtung 100 zuverlässiger verhindert werden.
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Zusätzlich überlappen sich in der reflektierenden Vergrößerungsoberfläche 41 der ersten Ausführungsform der erste Einfallsbereich 42 und der zweite Einfallsbereich 43. Ein derartiger Entwurf des optischen Systems ermöglicht eine Verkleinerung des optischen Vergrößerungselements 40. Da der optische Einfluss auf das virtuelle Fernbild 39 nicht nur durch die reflektierende Vergrößerungsoberfläche 41 korrigiert wird, sondern auch durch die reflektierende Erweiterungsoberfläche 51, selbst wenn der erste Einfallsbereich 42 und der zweite Einfallsbereich 43 einander teilweise überlappen, kann eine ausreichende Bildausbildungsleistung der beiden virtuellen Bilder 29, 39 sichergestellt werden.
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In der ersten Ausführungsform entspricht die reflektierende Erweiterungsoberfläche 51 der „Reflexionsfläche“, das Fahrzeug A entspricht einem „sich bewegenden Körper“, der Fahrer D entspricht dem „Betrachter“ und die Windschutzscheibe WS entspricht dem „Projektionselement“.
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(Zweite Ausführungsform)
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Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, die in 7 bis 9 dargestellt ist, ist eine Modifikation der ersten Ausführungsform. Eine HUD-Vorrichtung 200 gemäß der zweiten Ausführungsform ist mit einem optischen Erweiterungselement 250 versehen. Das optische Erweiterungselement 250 ist ein Spiegel mit ungerader Form und hat eine horizontal lange rechteckige Form, die teilweise ausgeschnitten ist. Das optische Erweiterungselement 250 beinhaltet eine Durchgangsöffnung 255 zusätzlich zu einer reflektierenden Erweiterungsoberfläche 51, die im Wesentlichen die gleiche wie bei der ersten Ausführungsform ist.
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Die Durchgangsöffnung 255 ist an einem Teil ausgebildet, der einen optischen Nahbild-Lichtpfad LP1 in dem optischen Erweiterungselement 250 überlappt, wie bei dem Übertragungsteil 55 (vgl. 3). Die Durchgangsöffnung 255 lässt Licht eines Nah-Anzeigebildes 28 durch. Die Durchgangsöffnung 255 ist in einem Bereich ausgebildet, der einer ersten Anzeigeoberfläche 21 in dem optischen Erweiterungselement 250 zugewandt ist. Die Durchgangsöffnung 255 ist wie bei der ersten Anzeigeoberfläche 21 in einer horizontal langen rechteckigen Form ausgebildet. Der offene Bereich der Durchgangsöffnung 255 ist größer als der Bereich der ersten Anzeigeoberfläche 21, um das Licht des Nah-Anzeigebildes 28 nicht zu blockieren. Die Durchgangsöffnung 255 ist durchgehend mit der reflektierenden Erweiterungsoberfläche 51 an einer Vorderseite 50b des optischen Erweiterungselements 250 ausgebildet. Die reflektierende Erweiterungsoberfläche 51 grenzt an mindestens eine Hälfte oder mehr der Umfangskante der Durchgangsöffnung 255 an. Insbesondere stehen eine lange Seite und zwei kurze Seiten der Durchgangsöffnung 255 mit der reflektierenden Erweiterungsoberfläche 51 in Kontakt.
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In dem optischen Erweiterungselement 250 sind drei Endoberflächen 257, die an die Durchgangsöffnung 255 angrenzen, in einer Richtung geneigt, die die Durchgangsöffnung 255 aufweitet. Jede der Endoberflächen 257 ist geneigt, um die Durchgangsöffnung 255 von der Vorderseite 50b zu einer Rückseite 50a entlang einer Dickenrichtung TD des optischen Erweiterungselements 250 zu erweitern bzw. aufzuweiten. Der Neigungswinkel der Endoberfläche 257 in Bezug auf die reflektierende Erweiterungsoberfläche 51 ist so definiert, dass der Fahrer D, dessen Augenpunkt sich an der Augenbox EB befindet, die Endoberfläche 257 nicht sehen kann. Insbesondere wird der Verjüngungswinkel der Endoberfläche 257 so festgelegt, dass externes Licht, das von einer reflektierenden Vergrößerungsoberfläche 41 reflektiert wird, nicht direkt auf die Endoberfläche 257 einfällt (vgl. 9).
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Das optische Erweiterungselement 250 kann ausgebildet werden, indem Metall wie Aluminium auf einer Harzbasis mit ungerader Form, die mit einer Aussparung bzw. Vertiefung an einer Position entsprechend der Durchgangsöffnung 255 aufweist, abgeschieden wird. Alternativ kann das optische Erweiterungselement 250 durch eine Entfernungsverarbeitung zum Entfernen eines Bereichs entsprechend der Durchgangsöffnung 255 in einem reflektierenden Spiegel, der in einer gekrümmten rechteckigen Form ausgebildet ist, gebildet werden.
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Die Konfiguration, wie sie in der zweiten Ausführungsform beschrieben wurde, in der das optische Erweiterungselement 250 mit der Durchgangsöffnung 255 versehen ist, die Licht von dem Nah-Anzeigebild 28 durchlässt, ermöglicht es auch, Effekte ähnlich den Effekten der ersten Ausführungsform zu erzielen und den optischen Nahbild-Lichtpfad LP1 und den optischen Fernbild-Lichtpfad LP2 nahe zueinander zu bringen. Wenn zusätzlich die reflektierende Erweiterungsoberfläche 51 und die Durchgangsöffnung 255 separat in dem optischen Erweiterungselement 250 vorgesehen sind, kann ein hohes Reflexionsvermögen der reflektierenden Erweiterungsoberfläche 51 sichergestellt werden. Gemäß der vorstehenden Konfiguration können der größte Teil des Lichts des Fern-Anzeigebilds 38 und der größte Teil des Lichts des Nah-Anzeigebilds 28 auf den Projektionsbereich PA projiziert werden. Somit ist es möglich, eine ausreichende Helligkeit jedes der virtuellen Bilder 29, 39 sicherzustellen, während eine Vergrößerung verhindert wird.
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Zusätzlich werden in der Anordnung, wie sie in der zweiten Ausführungsform beschrieben ist, in der die reflektierende Erweiterungsoberfläche 51 und die Durchgangsöffnung 255 eng angeordnet sind, selbst wenn die reflektierende Erweiterungsoberfläche 51 und die Durchgangsöffnung 255 getrennt vorgesehen sind, das virtuelle Nahbild 29 und das virtuelle Fernbild 39 bei visueller Erkennung des Fahrers D an nahe beieinanderliegenden Positionen angezeigt. Die vorstehende Konfiguration macht es einfach, den anzeigbaren Bereich sowohl des virtuellen Nahbilds 29 als auch des virtuellen Fernbilds 39 zu erweitern bzw. aufzuweiten. Somit ist eine hohe Flexibilität der virtuellen Bildanzeige gewährleistet.
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Wenn die Endoberfläche 257, die an die Durchgangsöffnung 255 angrenzt, in Bezug auf die Dickenrichtung TD geneigt ist, wie in der zweiten Ausführungsform beschrieben, ist es weniger wahrscheinlich, dass von der Endoberfläche 257 reflektiertes Licht als virtuelles Bild ausgebildet wird, das vom Fahrer D visuell erkennbar ist. Gemäß der Neigungsform der Endoberfläche 257, in der sich die Durchgangsöffnung 255 in Richtung der Rückseite 50a aufweitet, ist es ferner weniger wahrscheinlich, dass externes Licht, das in die HUD-Vorrichtung 200 eingetreten ist, durch die Endoberfläche 257 in Richtung des optischen Vergrößerungselements 40 reflektiert wird. Somit wird eine Verschlechterung der Anzeigequalität verhindert, die durch das externe Licht verursacht wird, das von der Endoberfläche 257 reflektiert wird und ein vom Fahrer D visuell erkennbares virtuelles Bild erzeugt.
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(Dritte Ausführungsform)
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Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, die in 10 bis 12 dargestellt ist, ist eine Modifikation der zweiten Ausführungsform. In einer HUD-Vorrichtung 300 der dritten Ausführungsform sind ein optisches Erweiterungselement 350 und eine erste Anzeigevorrichtung 20 zusammen integriert. Eine Flüssigkristallanzeigetafel 22 und eine Hintergrundbeleuchtung 23 der ersten Anzeigevorrichtung 20 werden von dem optischen Erweiterungselement 350 gehalten. Eine erste Anzeigeoberfläche 21 ist in eine Befestigungsöffnung 355 eingebettet, die der Durchgangsöffnung 255 (siehe 8) der zweiten Ausführungsform (siehe 11 und dergleichen) entspricht. Die erste Anzeigeoberfläche 21 ist in die gleiche Richtung wie eine reflektierende Erweiterungsoberfläche 51 gerichtet und ist einer reflektierenden Vergrößerungsoberfläche 41 eines optischen Vergrößerungselements 40 zugewandt. Die erste Anzeigeoberfläche 21 und ein Hauptbereich der reflektierenden Erweiterungsoberfläche 51 sind nebeneinander in der Auf-Ab-Richtung angeordnet. Die reflektierende Erweiterungsoberfläche 51 grenzt an eine lange Seite und zwei kurze Seiten der ersten Anzeigeoberfläche 21 an.
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Die Konfiguration, wie sie in der dritten Ausführungsform beschrieben wurde, in der die reflektierende Erweiterungsoberfläche 51 und die erste Anzeigeoberfläche 21 nebeneinander angeordnet sind, ermöglicht es auch, einen optischen Nahbild-Lichtpfad LP1 und einen optischen Fernbild-Lichtpfad LP2 nahe zueinander zu bringen. Ferner wird Licht eines Nah-Anzeigebildes 28, das von der ersten Anzeigeoberfläche 21 emittiert wird, auf einen Projektionsbereich PA projiziert, ohne von dem optischen Erweiterungselement 350 blockiert zu werden. Da die reflektierende Erweiterungsoberfläche 51 getrennt von der ersten Anzeigeoberfläche 21 vorgesehen ist, ist es außerdem einfach, das Reflexionsvermögen der reflektierenden Erweiterungsoberfläche 51 zu erhöhen. Somit kann der größte Teil des Lichts des Fern-Anzeigebildes 38 auch auf den Projektionsbereich PA projiziert werden. Somit ist es möglich, eine ausreichende Helligkeit jedes der virtuellen Bilder 29, 39 sicherzustellen, während eine Vergrößerung verhindert wird.
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Zusätzlich können in der dritten Ausführungsform, da das optische Erweiterungselement 350 in die erste Anzeigevorrichtung 20 integriert ist, diese Komponenten in kompakter Weise in einem Gehäuse der HUD-Vorrichtung 300 untergebracht werden. Somit kann die Konfiguration, in der das optische Erweiterungselement 350 und die erste Anzeigevorrichtung 20 zusammen integriert sind, weiter dazu beitragen, eine Vergrößerung der HUD-Vorrichtung 300 zu verhindern. In der dritten Ausführungsform entspricht die erste Anzeigevorrichtung 20 der „Bildanzeigevorrichtung“.
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(Vierte Ausführungsform)
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Eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, die in 13 bis 16 dargestellt ist, ist eine Modifikation der dritten Ausführungsform. In einer HUD-Vorrichtung 400 der vierten Ausführungsform ist ein optisches Erweiterungselement 450 in ein Schirmelement 453 integriert. Die HUD-Vorrichtung 400 ist zusätzlich zu einer Anzeigevorrichtung 430, die im Wesentlichen dieselbe wie die zweite Anzeigevorrichtung 30 ist (vgl. 10), mit einem Projektor 420 versehen.
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Eine Anbringungsöffnung 455 ist an dem optischen Erweiterungselement 450 ausgebildet (vgl. 15 und dergleichen). Das Schirmelement 453 ist in die Anbringungsöffnung 455 eingebettet. Das Schirmelement 453 ist aus einem farblosen und transparenten Material wie Glas hergestellt und an der Anbringungsöffnung 455 in einer plattenartigen Form mit der gleichen Größe ausgebildet. Die Anbringungsöffnung 455 und das Schirmelement 453 haben beide eine horizontal lange rechteckige Form. Die jeweiligen Flächen des Schirmelements 453 dienen als eine Einfallsfläche 454a und eine Emissionsfläche 454b.
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Die Einfallsfläche 454a ist in die gleiche Richtung gerichtet wie eine Rückseite 50a des optischen Erweiterungselements 450. Die Einfallsfläche 454a ist in einer flachen ebenen Form ausgebildet. Die Emissionsfläche 454b ist in die gleiche Richtung gerichtet wie eine reflektierende Erweiterungsoberfläche 51. In der Emissionsfläche 454b sind viele Mikrolinsen angeordnet. Die Emissionsfläche 454b beinhaltet eine Mikrolinsenanordnung bzw. ein Mikrolinsenarray (MLA). Die Emissionsfläche 454b bildet eine erste Anzeigeoberfläche 421. Die erste Anzeigeoberfläche 421 ist einer reflektierenden Vergrößerungsoberfläche 41 eines optischen Vergrößerungselements 40 zugewandt. Eine lange Seite und zwei kurze Seiten der ersten Anzeigeoberfläche 421 stehen mit der reflektierenden Erweiterungsoberfläche 51 in Kontakt. Die erste Anzeigeoberfläche 421 fungiert als durchlässiger Schirm.
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Der Projektor 420 gibt ein Nah-Anzeigebild 28 auf der ersten Anzeigeoberfläche 421 wieder, wobei Licht auf die erste Anzeigeoberfläche 421 projiziert wird. Beispielsweise ist der Projektor 420 ein Laserprojektor, der unter Verwendung eines MEMS-Scanners (Mikrosystem-Scanner) ein Abtasten mit Laserlicht in zweidimensionalen Richtungen durchführt. Das Wiedergeben des Nah-Anzeigebildes 28 durch den Projektor 420 wird durch eine Steuerschaltung 90 (siehe 14) zusammen mit dem Wiedergeben eines Fern-Anzeigebildes 38 auf einer zweiten Anzeigeoberfläche 31 gesteuert. Der Projektor 420 ist auf der Seite angeordnet, die einem ersten Einfallsbereich 42 über die erste Anzeigeoberfläche 421 gegenüberliegt. Der Projektor 420 bewirkt, dass Laserlicht von der Rückseite 50a des optischen Erweiterungselements 450 in die Einfallsfläche 454a des Schirmelements 453 eintritt. Das Nah-Anzeigebild 28 wird auf der ersten Anzeigeoberfläche 421 durch Laserlicht, das durch das Schirmelement 453 übertragen wird, hell angezeigt. Wie vorstehend beschrieben ist, funktioniert die erste Anzeigeoberfläche 421 als ein durchlässiger Bildschirm.
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Die vorstehend beschriebene vierte Ausführungsform erzielt auch ähnliche Effekte wie die dritte Ausführungsform und der größte Teil des Lichts sowohl des Nah-Anzeigebildes 28 als auch des Fern-Anzeigebildes 38 kann auf einen Projektionsbereich PA projiziert werden. Somit ist es möglich, eine ausreichende Helligkeit jedes der virtuellen Bilder 29, 39 sicherzustellen, während eine Vergrößerung durch die Anordnung verhindert wird, bei der ein optischer Nahbild-Lichtpfad LP1 und ein optischen Fernbild-Lichtpfad LP2 nahe beieinanderliegen.
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Das Schirmelement 453 kann ein holographischer Diffusor oder eine Diffusorplatte sein. Der Projektor 420 ist nicht auf einen Laserprojektor beschränkt. Beispielsweise kann der Projektor 420 eine digitale Lichtverarbeitungskonfiguration (DLP, eingetragene Marke) aufweisen, die eine digitale Mikrovorrichtung (DMD) mit vielen Mikrospiegeln und eine Projektionslichtquelle beinhaltet, die Licht in Richtung der DMD projiziert. Alternativ kann eine Flüssigkristallanzeige (LCD)-Konfiguration, die eine Flüssigkristallanzeige mit einer Projektionslichtquelle kombiniert, als Projektor 420 verwendet werden.
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(Fünfte Ausführungsform)
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Eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, die in 17 dargestellt ist, ist eine Modifikation der vierten Ausführungsform. In einer HUD-Vorrichtung 500 der fünften Ausführungsform ist ein Schirmelement 553 in eine Anbringungsöffnung 455 eines optischen Erweiterungselements 450 eingepasst. Auf beiden Flächen des Schirmelements 553 ist eine Fläche, die in die gleiche Richtung wie eine reflektierende Erweiterungsoberfläche 51 gerichtet ist, eine Reflexionsfläche und bildet eine erste Anzeigeoberfläche 521. Auf der ersten Anzeigeoberfläche 521 sind viele Mikrospiegel angeordnet. Die erste Anzeigeoberfläche 521 beinhaltet eine Mikrospiegelanordnung (MMA).
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Ein Projektor 420 der fünften Ausführungsform ist unterhalb eines optischen Vergrößerungselements 40 angeordnet. Der Projektor 420 bringt Laserlicht auf die erste Anzeigeoberfläche des Schirmelements 553, das sich oberhalb befindet, von einer Position zwischen dem optischen Vergrößerungselement 40 und einer Anzeigevorrichtung 430, die in Auf-Ab-Richtung Seite an Seite angeordnet sind, auf. Laserlicht, das an der ersten Anzeigeoberfläche 521 angekommen ist, wird von jedem der Mikrospiegel reflektiert, so dass ein Nah-Anzeigebild 28 auf der ersten Anzeigeoberfläche 521 leuchtend angezeigt wird. Wie vorstehend beschrieben ist, funktioniert die erste Anzeigeoberfläche 521 als ein reflektierender Schirm.
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Die vorstehend beschriebene fünfte Ausführungsform erzielt auch ähnliche Effekte wie die vierte Ausführungsform und der größte Teil des Lichts sowohl des Nah-Anzeigebildes 28 als auch des Fern-Anzeigebildes 38 kann auf einen Projektionsbereich PA projiziert werden. Somit ist es möglich, eine ausreichende Helligkeit jedes der virtuellen Bilder 29, 39 sicherzustellen, während eine Vergrößerung durch die enge Anordnung eines optischen Nahbild-Lichtpfads LP1 und eines optischen Fernbild-Lichtpfads LP2 verhindert wird.
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Weitere Ausführungsform
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Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die vorstehend erwähnten Ausführungsformen beschränkt und kann verschiedene Modifikationen und Kombinationen davon aufweisen, ohne vom Kern der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
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Wie in 18 und 19 dargestellt ist, ist eine HUD-Vorrichtung 600 gemäß einer ersten Modifikation der ersten Ausführungsform mit einem Projektor 630 und einem Schirmelement 637 als Konfigurationen zum leuchtenden Anzeigen des Fern-Anzeigebildes 38 zusätzlich zu einer Anzeigevorrichtung 620 versehen. Die Anzeigevorrichtung 620 hat im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie die erste Anzeigevorrichtung 20 (vgl. 1) der ersten Ausführungsform und zeigt das Nah-Anzeigebild 28 auf der ersten Anzeigeoberfläche 21 leuchtend an.
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Der Projektor 630 ist ein Laserprojektor, der ein Abtasten mit Laserlicht in zweidimensionalen Richtungen unter Verwendung eines MEMS-Scanners (wie bei dem Projektor 420 (vgl. 13) der vierten Ausführungsform ausführt. Das Wiedergeben des Fern-Anzeigebildes 38 durch den Projektor 630 wird durch die Steuerschaltung 90 zusammen mit dem Wiedergeben des Nah-Anzeigebildes 28 auf der ersten Anzeigeoberfläche 21 gesteuert.
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Das Schirmelement 637 ist aus einem farblosen und transparenten Material wie Glas hergestellt und in einer horizontal langen rechteckigen plattenähnlichen Form ausgebildet, wie dies bei dem Schirmelement 553 (vgl. 17) der fünften Ausführungsform der Fall ist. Das Schirmelement 637 bildet eine zweite Anzeigeoberfläche 31 als reflektierende Fläche, die als reflektierender Schirm funktioniert. Das Schirmelement 637 beinhaltet eine Mikrospiegelanordnung (MMA) und die reflektierende Oberfläche, auf der viele Mikrospiegel angeordnet sind, dient als zweite Anzeigeoberfläche 31. Das Schirmelement 637 ist unter dem optischen Vergrößerungselement 40 angeordnet. Das Schirmelement 637 wird durch das Gehäuse der HUD-Vorrichtung 600 derart gehalten, dass die zweite Anzeigeoberfläche 31 der reflektierenden Erweiterungsoberfläche 51 zugewandt ist.
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In einer zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform, wie sie in 20 und 21 dargestellt ist, ist ein Übertragungsteil 755 nicht zu einer Seite in der Längsrichtung eines optischen Erweiterungselements 750 versetzt, sondern im Wesentlichen in der Mitte davon angeordnet. Auf diese Weise können die Position, an der der Übertragungsteil auf dem optischen Erweiterungselement ausgebildet ist, und die Form des Übertragungsteils geeignet geändert werden.
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Zusätzlich werden in der ersten Modifikation Überzugsschichten 756 auf beiden Seiten des Übertragungsteils 755 gebildet. Jede der Überzugsschichten 756 ist beispielsweise aus einem Polarisationsfilm mit einer Polarisationseigenschaft gebildet. Der Polarisationsfilm kann den größten Teil des von der reflektierenden Vergrößerungsoberfläche reflektierten externen Lichts blockieren. Infolgedessen wird die Durchlässigkeit für Nahinfrarotlicht im Übertragungsteil 755 verringert. Infolgedessen wird eine Konzentration von Sonnenlicht auf der ersten Anzeigevorrichtung verhindert.
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Beispielsweise kann die Überzugsschicht nur auf der Vorderseite des Übertragungsteils ausgebildet sein. Wenn die nachteilige Wirkung von externem Licht auf die erste Anzeigevorrichtung gering ist, kann die Überzugsschicht weggelassen werden. In einem solchen Modus ist die Durchlässigkeit für Nahinfrarotlicht im Übertragungsteil gleich der Durchlässigkeit für sichtbares Licht oder geringfügig höher als die Durchlässigkeit für sichtbares Licht. Die Durchlässigkeit des Übertragungsteils beträgt wünschenswerterweise 90% oder mehr. In einem Modus, in dem Überzugsschichten auf beiden Seiten gebildet werden, kann die Durchlässigkeit des Übertragungsteils jedoch weniger als 90% betragen.
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In der zweiten Modifikation der zweiten Ausführungsform, wie sie in 22 dargestellt ist, ist eine Durchgangsöffnung 855 im Wesentlichen in der Mitte eines optischen Erweiterungselements 850 offen. Eine reflektierende Erweiterungsoberfläche 51 umgibt die Umfangskante der Durchgangsöffnung 855 über ihren gesamten Umfang. Gemäß dem optischen Erweiterungselement 850 der zweiten Modifikation schneiden sich ein optischer Nahbild-Lichtpfad und ein optischer Fernbild-Lichtpfad in einem Raum. Auch bei einer solchen Festlegung des optischen Pfades wird, wenn die Durchgangsöffnung 855 und die reflektierende Erweiterungsoberfläche 51 getrennt ausgebildet sind, der größte Teil des Lichts jedes Anzeigebildes auf die Windschutzscheibe projiziert und visuell als virtuelles Bild mit hoher Helligkeit erkannt.
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In der Konfiguration, wie sie in der zweiten Modifikation beschrieben ist, in der die Durchgangsöffnung ausgebildet ist, kann eine die Durchgangsöffnung umgebende Endoberfläche im Wesentlichen senkrecht zu der reflektierenden Erweiterungsoberfläche ausgebildet sein. Alternativ kann die Endoberfläche in der Richtung geneigt sein, die die Durchgangsöffnung von der Rückseite zur Vorderseite entlang der Dickenrichtung des optischen Erweiterungselements aufweitet. Ferner kann auf jede Endoberfläche eine schwarze Beschichtung aufgebracht werden, die das Lichtreflexionsvermögen verringert.
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In den vorstehenden Ausführungsformen ist nur ein Übertragungsteil oder eine Durchgangsöffnung auf dem optischen Erweiterungselement ausgebildet. Es können jedoch mehrere Übertragungsteile oder mehrere Durchgangsöffnungen auf dem optischen Erweiterungselement ausgebildet sein. Die Form des Übertragungsteils oder der Durchgangsöffnung kann geeignet geändert werden und kann eine Dreieckform, eine Sektorform oder eine Quadratform sein. Auf dem optischen Erweiterungselement können neben der reflektierenden Erweiterungsoberfläche mehrere Anzeigeschirme oder mehrere erste Anzeigeoberflächen als Schirme angeordnet sein.
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In der vorstehenden ersten Ausführungsform und dergleichen wird die Anzeigevorrichtung, die die Flüssigkristallanzeigetafel und die Hintergrundbeleuchtung in Kombination beinhaltet, als die Konfiguration verwendet, die jedes Anzeigebild leuchtend anzeigt. Die Konfiguration jeder Anzeigevorrichtung kann jedoch entsprechend geändert werden. Beispielsweise kann eine Anzeigevorrichtung, die organische Elektrolumineszenz (EL) verwendet, jedes Anzeigebild leuchtend anzeigen. Ferner können sowohl die erste Anzeigeoberfläche als auch die zweite Anzeigeoberfläche Schirme sein, auf denen Anzeigebilder von dem Projektor wiedergegeben werden.
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In den vorstehenden Ausführungsformen ist die HUD-Vorrichtung eine bifokale HUD, die virtuelle Bilder auf zwei verschiedenen Brennpunkten ausbildet. Die HUD-Vorrichtung kann jedoch eine multifokale HUD sein, die virtuelle Bilder auf drei oder mehr Brennpunkten ausbildet, indem Licht von drei oder mehr Anzeigebildern auf einen Projektionsbereich projiziert wird.
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In den vorstehenden Ausführungsformen wird jedes Anzeigebild in Farbe angezeigt. Das Anzeigebild und das virtuelle Bild können jedoch in einer einzelnen Farbe leuchtend angezeigt werden. Die Größe des Anzeigebildes und des virtuellen Bildes können angemessen geändert werden. Der Bereich, in dem jedes virtuelle Bild angezeigt werden kann, kann vertikal lang sein. Zusätzlich können die Bildausbildungsposition und die Orientierung des virtuellen Fernbilds und des virtuellen Nahbilds geeignet geändert werden.
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Die Konfiguration des in der HUD-Vorrichtung verwendeten optischen Systems kann angemessen geändert werden. Beispielsweise muss die Anzahl der optischen Vergrößerungselemente und die Anzahl der optischen Erweiterungselemente nicht eins sein. Die Anzahl der im HUD-Gerät beinhalteten Spiegel kann angemessen geändert werden. Beispielsweise können mehrere optische Vergrößerungselemente auf jedem optischen Pfad angeordnet sein. Ferner kann das optische Erweiterungselement zwischen dem optischen Vergrößerungselement und dem Projektionsbereich auf dem optischen Lichtpfad des Fern-Anzeigebildes angeordnet sein. Ein reflektierender Spiegel oder eine Linse, die eine optische Wirkung aufweist, die sich von den optischen Wirkungen des optischen Vergrößerungselements und des optischen Erweiterungselements unterscheidet, kann auf dem optischen Nahbild-Lichtpfad angeordnet sein. Der erste Einfallsbereich und der zweite Einfallsbereich, die auf der reflektierenden Vergrößerungsoberfläche definiert sind, können voneinander getrennt sein.
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Die gekrümmte Form der reflektierenden Vergrößerungsoberfläche und der reflektierenden Erweiterungsoberfläche kann angemessen geändert werden, so dass eine wirksame Korrektur stattfindet. Jede reflektierende Oberfläche hat wünschenswerterweise eine Freiformoberflächenform zum Maximieren einer Korrektur. Jede reflektierende Oberfläche kann jedoch eine Toroidform oder eine Zylinderform haben, um den Herstellungsaufwand zu verringern, solange eine ausreichende Korrektur stattfindet.
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Der bewegliche Körper, an dem die HUD-Vorrichtung angebracht ist, kann ein anderer beweglicher Körper als ein Fahrzeug sein, beispielsweise ein Schiff, ein Flugzeug oder eine Transportmaschine. Zusätzlich muss ein Insasse des beweglichen Körpers kein Fahrer sein, der den beweglichen Körper bedient. Das Projektionselement, auf das Licht des Anzeigebildes von der HUD-Vorrichtung projiziert wird, ist nicht auf die Windschutzscheibe beschränkt und kann ein Kombinierer sein, der über einer Instrumentenhaube angeordnet ist.
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Die oben offenbarte Konfiguration trägt nicht nur zu den vorstehenden Effekten wie der Verhinderung einer Vergrößerung und der Sicherstellung einer ausreichenden Helligkeit jedes virtuellen Bildes bei, sondern auch zur Verbesserung verschiedener Leistungen in Bezug auf die HUD-Vorrichtung. Beispielsweise kann die Konfiguration der vorliegenden Offenbarung zur Verbesserung der Anzeigequalität (der Ausdruckskraft und der Flexibilität) jedes virtuellen Bildes, zur Verbesserung der Verfolgung von Farbe und Position zu einem Objekt einer AR-Anzeige, zur Erweiterung eines Gesichtsfelds, Energieeinsparung, Gewichtsreduzierung, Aufwandsreduzierung und Verbesserung der Formbarkeit und Montagefreundlichkeit während der Herstellung beitragen. Ferner kann die Konfiguration der vorliegenden Offenbarung auch zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit während eines Montagevorgangs an einem Fahrzeug, der Wartbarkeit nach der Montage, der Wärmebeständigkeit gegenüber Sonnenlicht, der Beständigkeit gegenüber Vibrationen und Stößen eines Fahrzeugs und einer Staubdichtigkeit beitragen. Die Konfiguration der vorliegenden Offenbarung kann auch die vorstehend beschriebenen Effekte auf kompatible Weise zeigen.
