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Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung für den
Einsatz in einem Fahrzeug und insbesondere eine
Anzeigevorrichtung für den Einsatz in einem Fahrzeug, mit der
ein Bild, das auf einer Anzeigequelle angezeigt wird, auf
eine Projektionsfläche einer Fahrzeugwindschutzscheibe
projiziert wird, so dass ein Fahrer den Fahrzeugvordergrund
sehen kann, der von einer Augenposition innerhalb des
Fahrzeugs durch die Windschutzscheibe zusammen mit einem
virtuellen Bild des auf die Windschutzscheibe projizierten
Bildes sichtbar ist, welches auf den Vordergrund überlagert
wird.
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Aufgrund der Zunahme und Diversifikation von Informationen,
die von einem Fahrer während der Fahrt benötigt werden, ist
vor kurzem eine Projektions-Anzeigeeinheit, welche als eine
Head-Up-Anzeige bezeichnet wird, entwickelt worden, so dass
Informationen, die wegen Platzmangels nicht in einer
Messeinheit angezeigt werden können, auf einer
Windschutzscheibe als ein virtuelles Bild angezeigt werden,
wobei ein Fahrer den Fahrzeugvordergrund durch die
Windschutzscheibe zusammen mit dem virtuellen Bild sehen
kann, welches dem Vordergrund überlagert wird.
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Weil eine Windschutzscheibe, auf die ein Bild von einer
Bildquelle projiziert wird, keine plane Oberfläche hat, und
die Krümmung und der Neigungswinkel relativ zur horizontalen
Ebene (oder vertikalen Ebene) in Abhängigkeit von der
Position der Windschutzscheibe unterschiedlich sind, ist in
solch einer Projektions-Anzeigeeinheit das virtuelle Bild,
das auf die Windschutzscheibe projiziert wird, daher
verzerrt, wodurch die Sichtbarkeit des virtuellen Bildes
beeinflusst wird.
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Um das oben beschriebene Problem zu lösen, ist zur Korrektur
der Verzerrung des virtuellen Bildes, das auf eine
Windschutzscheibe projiziert wird, vorgeschlagen worden, ein
optisches Element zu verwenden oder die Anzeige zu steuern,
wie zum Beispiel offenbart in den japanischen
Patentanmeldungen mit den Offenlegungsnummern H3-113413 und
H4-283790.
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Die Korrektur der Verzerrung mittels Reflektion und Brechung
durch Einsatz eines optischen Elementes in der Head Up-
Anzeige, in welcher das virtuelle Bild aufgrund der
Nichtplanarität der Windschutzscheibe verzerrt wird, kann
jedoch nicht ausreichend ausgeführt werden, indem nur der
Korrekturbetrag für die Krümmungen der Windschutzscheibe in
deren lateralen und longitudinalen Richtung bestimmt wird.
Das heißt, weil der Korrekturbetrag in Abhängigkeit von der
Position in einem Anzeigenbereich der Windschutzscheibe, auf
welcher das virtuelle Bild angezeigt wird, unterschiedlich
ist, ist es dadurch hinsichtlich der Konfiguration einer
gewölbten Oberfläche des optischen Elementes schwierig, eine
hinreichende Korrektur zu erreichen, wodurch die Herstellung
eines solchen optischen Elementes schwierig wird und dadurch
hohe Kosten verursacht werden.
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Es ist daher ein Ziel der Erfindung, das obige Problem zu
lösen und eine Anzeigevorrichtung für den Einsatz in einem
Fahrzeug zu schaffen, mit der die Korrektur des verzerrten
virtuellen Bildes mit einem kostengünstigen Korrekturteil
genau ausgeführt werden kann.
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Um das obige Ziel zu erreichen, ist eine Anzeigevorrichtung
für den Einsatz in einem Fahrzeug gemäß einem ersten Aspekt
der Erfindung geschaffen, mit welcher ein Bild, das auf einer
Anzeigequelle angezeigt wird, auf eine Projektionsfläche
einer Fahrzeugwindschutzscheibe projiziert wird, so dass der
Vordergrund des Fahrzeugs, der von einem Augenpunkt innerhalb
des Fahrzeugs aus durch die Windschutzscheibe hindurch
sichtbar ist, und ein virtuelles Bild des auf die
Windschutzscheibe projizierten Bildes, das dem Vordergrund
überlagert ist, gemeinsam gesehen werden, und welche
aufweist:
ein Korrekturteil, das zwischen der Windschutzscheibe
und der Anzeigequelle angeordnet ist, um ein Licht des Bildes
durch sich hindurch zu übertragen, um das Bild zu
korrigieren, das auf die Windschutzscheibe projiziert wird,
so dass die Bildverzerrung, welche vom Augenpunkt aus gesehen
wird und von der Nichtplanarität der Projektionsfläche der
Windschutzscheibe herrührt, unterdrückt wird,
wobei das Korrekturteil mittels Extrahierens eines
spezifischen Abschnittes, der die Bildverzerrung unterdrücken
kann, aus einer Linse ausgebildet ist, welche eine gewölbte
Oberfläche mit einem einzigen Krümmungsradius hat.
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Unter Vordergrund ist der vor der Windschutzscheibe gelegene
Bereich zu verstehen.
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Mit der oben beschriebenen Anordnung wird ein von einer
Anzeigequelle angezeigtes Bild mittels der Korrekturteils
korrigiert, wenn ein Licht des Bildes dort hindurchtritt und
auf eine Projektionsfläche einer Windschutzscheibe projiziert
wird. Weil das Korrekturteil geformt ist durch Extrahieren
eines die Bildverzerrung auslöschenden spezifischen
Abschnittes aus einer Linse, welche eine gewölbte Oberfläche
mit einem einzigen Krümmungsradius aufweist, besteht daher,
sogar wenn die Form des Korrekturteils kompliziert ist, weil
jede Korrektur mit einem unterschiedlichen Betrag für einen
zugehörigen Abschnitt der Projektionsfläche benötigt wird,
keine Notwendigkeit, das Korrekturteil gemäß jedem
unterschiedlichen Korrekturbetrag zu bearbeiten. Das heißt,
dass ein Niederkosten-Korrekturteil, das aus einer
bestehenden Linse extrahiert wird, verwendet werden kann, um
eine genaue Korrektur des virtuellen Bildes auszuführen.
Sogar wenn sich die Form der Windschutzscheibe in
Abhängigkeit von der Fahrzeugart unterscheidet und sich dabei
der Korrekturbetrag ändert, kann ein spezifischer Abschnitt
in Übereinstimmung mit dem Korrekturbetrag aus einer
existierenden Linse extrahiert werden.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist eine
Anzeigevorrichtung für den Einsatz in einem Fahrzeug
geschaffen, mit der ein von einer Anzeigequelle angezeigtes
Bild auf eine Projektionsfläche einer
Fahrzeugwindschutzscheibe projiziert wird, so dass der
Vordergrund des Fahrzeugs, der von einem Augenpunkt innerhalb
des Fahrzeugs durch die Windschutzscheibe sichtbar ist, und
ein virtuelles Bild des auf die Windschutzscheibe
projizierten Bildes, das dem Vordergrund überlagert ist,
gemeinsam gesehen werden, und welche aufweist:
ein Korrekturteil, das zwischen der Windschutzscheibe
und der Anzeigequelle angeordnet ist, um ein Licht des Bildes
durch sich hindurch zu übertragen, um das Bild zu
korrigieren, das auf die Windschutzscheibe projiziert wird,
so dass eine Bildverzerrung, welche vom Augenpunkt aus
gesehen wird und von der Nichtplanarität der
Projektionsfläche der Windschutzscheibe stammt, unterbunden
wird,
wobei das Korrekturteil ein spezifischer Abschnitt, der
die Bildverzerrung unterbinden kann, von einer Linse ist,
welche eine gewölbte Oberfläche mit einem einzigen
Krümmungsradius hat.
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Mit der oben beschriebenen Anordnung wird ein von einer
Anzeigequelle angezeigtes Bild von dem Korrekturteil
eingestellt, wenn das Licht des Bildes durch das
Korrekturteil hindurchtritt, und wird auf eine
Projektionsfläche einer Windschutzscheibe projiziert. Weil
das Korrekturteil ein spezifischer Abschnitt, der die
Bildverzerrung kompensieren kann, aus einer Linse ist, welche
eine gewölbte Oberfläche mit einem einzigen Krümmungsradius
aufweist, besteht, sogar wenn die Form des Korrekturteils
kompliziert sein möge, weil jede Korrektur mit einem
zugehörigen unterschiedlichen Betrag für einen zugehörigen
Abschnitt der Projektionsfläche benötigt wird, keine
Notwendigkeit, die Linse zu bearbeiten. Das heißt, eine
existierende Linse kann verwendet werden, um eine genaue
Korrektur des virtuellen Bildes auszuführen. Sogar wenn sich
die Form der Windschutzscheibe in Abhängigkeit vom
Fahrzeugtyp unterscheidet und sich dabei der Korrekturbetrag
ändert, kann man eine Linse auswählen und einsetzen, welche
den spezifischen Abschnitt in Übereinstimmung mit dem
Korrekturbetrag aufweist, oder man kann den spezifischen
Abschnitt einer Linse einsetzen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines
Ausführungsbeispiels mit Bezugnahme auf die Zeichnung
erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines prinzipiellen Aufbaus
einer Anzeigevorrichtung für den Einsatz in einem Fahrzeug
gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Fig. 2 eine Ansicht einer Windschutzscheibe, auf die das
Licht eines von der Anzeigeeinheit in Fig. 1 ausgehenden
Bildes projiziert wird, und die Umgebung der
Windschutzscheibe.
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Fig. 3 ein Bild mit der Information eines Instrumentes, in
dem das Bildsignal erzeugt wird, um auf die Windschutzscheibe
in Fig. 1 projiziert zu werden.
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Fig. 4 ein inverses virtuelles Bild, das auf der
Windschutzscheibe gesehen werden soll, wenn das in Fig. 3
gezeigte visuelle Bild auf der Anzeigeeinheit angezeigt wird.
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Fig. 5 eine vergrößerte perspektivische Ansicht, welche die
in Fig. 1 gezeigte Anzeigeeinheit und das Korrekturteil
zeigt.
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Fig. 6A eine andere bevorzugte Ausführungsform des
Korrekturteils, und
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Fig. 6B eine andere bevorzugte Ausführungsform des
Korrekturteils.
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Wie in Fig. 1 gezeigt, weist die Anzeigevorrichtung für den
Einsatz in einem Fahrzeug auf: eine Anzeigeeinheit 5
(entspricht der Anzeigequelle), welche im Inneren eines
Fahrzeugarmaturenbrettes 1 aufgenommen ist, und eine
Steuereinheit 7 zur Steuerung des Inhaltes des von der
Anzeigeeinheit 5 angezeigten Bildes.
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Die Anzeigeeinheit 5 ist zum Beispiel eine
Eigenlichtvorrichtung (wie zum Beispiel eine
Feldemissionsanzeige, Fluoreszenzanzeigenröhre und
Elektrolumineszenzanzeige) und Flüssigkristallanzeige mit
Hintergrundlicht. Die Anzeigeeinheit 5 zeigt leuchtend ein
inverses Bild an Ergänzungsinformationen, die für das Fahren
benötigt werden, wie zum Beispiel Informationen für die
Fahrtrichtung mittels eines Navigationssystems und die
Fahrzeuggeschwindigkeit, auf einer Anzeigeoberfläche 5a an,
welche nach oben gerichtet angeordnet ist, wobei die
Bildoberseite zur rückwärtigen Seite des Fahrzeugs und die
Bildunterseite zur nach vorne gerichteten Seite des Fahrzeugs
angeordnet ist.
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Wie in Fig. 2 gezeigt, wird das Licht eines von der
Anzeigeeinheit 5 angezeigten inversen Bildes auf eine
Projektionsfläche E einer nichtplanen Windschutzscheibe 3
projiziert, welche oberhalb des Armaturenbretts 1 angeordnet
ist, wobei das Licht durch eine Öffnung 1b hindurchtritt, die
in einer oberen Oberfläche 1a des Armaturenbretts 1
ausgebildet ist. Hierdurch werden der durch die
Windschutzscheibe 3 gesehene Vordergrund und ein virtuelles
Bild 5 des von der Anzeigeeinheit 5 angezeigten inversen
Bildes zusammen von der Augenposition I des Fahrzeugführers
aus gesehen.
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Zwischen der Anzeigeoberfläche 5a der Anzeigeeinheit 5 und
der Windschutzscheibe 3 ist ein Korrekturteil 6 angeordnet,
durch welches das Licht des auf die Windschutzscheibe 3 zu
projizierenden Bildes hindurchtritt, und welches das Licht
des Bildes so einstellt, dass die Bildverzerrung, welche von
der Augenposition I aus gesehen wird und aufgrund der
Nichtplanarität der Projektionsfläche E der Windschutzscheibe
3 verursacht ist, kompensiert wird.
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Die Windschutzscheibe 3 ist nichtplan ausgebildet und ist
jeweils im Hinblick auf die horizontale oder longitudinale
Richtung gewölbt. Wird angenommen, dass ein Bild von der
Information eines Instruments, von dem das Bildsignal in
einer Informationserzeugungseinheit erzeugt wird (nicht in
der Figur gezeigt), ein gitterähnliches Bild ist, das wie in
Fig. 3 gezeigt longitudinale und laterale Linien aufweist,
wenn man die vordere Windschutzscheibe 3 von der
Augenposition I aus sieht, ist ein inverses virtuelles Bild,
das auf der Windschutzscheibe 3 gesehen werden soll,
verzerrt, als ob das Bild in die untere rechte Richtung
gezogen ist, wie in Fig. 4 gezeigt.
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Weil die rechte Seite des inversen virtuellen Bildes im
Vergleich zu dessen linker Seite stärker korrigiert werden
muss, ist daher die gewölbte Oberflächenkonfiguration des
Korrekturteils 6 konstruiert, um die Verzerrung des inversen
virtuellen Bildes zu kompensieren. Eine Linse, welche eine so
konstruierte gewölbte Oberflächenkonfiguration oder eine
ähnliche gewölbte Oberflächenkonfiguration hat, wird aus
einer Vielzahl von konkaven Linsen (nachfolgend: Linse)
ausgewählt, welche optische Elemente sind und, wie zum
Beispiel zylindrische Linsen und sphärische Linsen, eine
gewölbte Oberfläche mit einem einzigen Krümmungsradius haben.
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Wenn die Linse ausgewählt ist, wird das Korrekturteil 6 aus
der Linse extrahiert, um das Korrekturteil 6, wie in Fig. 5
gezeigt, auszubilden, um die Konfiguration entsprechend der
äußeren Konfiguration der oberen Oberfläche der
Anzeigeeinheit 5 zu haben. Weil der Korrekturbetrag im
unteren Teil der Projektionsfläche E größer ist als in dessen
oberem Teil, nimmt in der bevorzugten Ausführungsform der
Abstand von der planen Oberfläche 6b zur gewölbten Oberfläche
6a beginnend vom oberen Rand 6a1 bis zum unteren Rand 6a2 zu,
welche mit der Projektionsfläche E korrespondieren. Weil der
Korrekturbetrag im rechten Teil der Projektionsfläche E
größer ist als in deren linkem Teil, nimmt ferner der Abstand
von der planen Oberfläche 6b zur gewölbten Oberfläche 6a
beginnend vom linken Rand 6a3 zum rechten Rand 6a4 zu, welche
mit der Projektionsfläche E korrespondieren. Das heißt, das
Korrekturteil 6 ist ausgebildet, um eine derart gewölbte
Oberfläche 6a zu haben, dass der Abstand von der planen
Oberfläche 6b zur gewölbten Oberfläche 6a entsprechend dem
unteren rechten Teil der Projektionsfläche E im Vergleich mit
den anderen Abständen größer ist.
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Das derart ausgebildete Korrekturteil 6 ist so angeordnet,
dass es mit der gewölbten Oberfläche 6a der Windschutzscheibe
3 zugewandt ist. Die plane Oberfläche 6b ist der
Anzeigeeinheit 5 zugewandt angeordnet. Weil das Korrekturteil
6 durch Extrahieren des spezifischen Anteils aus der Linse,
welche eine gewölbte Oberfläche mit einem einzigen
Krümmungsradius hat, ausgebildet ist, kann die gewölbte
Oberfläche 6a, welche geeignet ist, die Verzerrung der
Projektionsfläche E zu korrigieren, einfach ausgebildet
werden. Ein Niederkosten-Korrekturteil kann gefertigt werden,
sogar wenn die Konfiguration der gewölbten Oberfläche 6a
kompliziert wird.
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Der Korrekturbetrag jedes Linsenabschnittes kann auf der
Basis von Messwerten berechnet werden, welche mit einem
Experiment der Transmission des Lichtes eines inversen Bildes
erhalten werden, das auf der Anzeigeeinheit 5 angezeigt wird,
oder aus den Konfigurationen der Windschutzscheibe 3 und der
Linse berechnet werden, indem eine Simulationssoftware
verwendet wird.
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Die Steuereinheit 7 weist Signaleingangsanschlüsse und einen
Mikrocomputer auf, um einen an die Signaleingangsanschlüsse
erfolgenden Bildsignaleingang zu verarbeiten, und gibt das
Bildsignal als ein Bildsignal des inversen Bildes an die
Anzeigeeinheit 5 aus. Für den Signaleingangsanschluss ist der
Eingang das Bildsignal des Bildes, das vom Fahrer gesehen
werden soll, einschließlich der Instrumenteninformationen wie
zum Beispiel Fahrgeschwindigkeit, Motordrehzahl,
Treibstoffrestbetrag und Kühlwassertemperatur. Jedes
Bildsignal wird in einer Informationserzeugungseinheit (nicht
in der Figur gezeigt) auf der Basis der Erfassung durch
unterschiedliche Sensoren (nicht in der Figur gezeigt) im
Fahrzeug erzeugt.
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Nachfolgend wird der Betrieb der Anzeigevorrichtung für den
Einsatz in einem Fahrzeug gemäss der bevorzugten
Ausführungsform erklärt.
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Wenn das Bild, das vom Fahrer gesehen werden soll,
einschließlich der Instrumenteninformation auf der
Anzeigeeinheit 5 angezeigt wird, wird das Bildlicht von der
planen Oberfläche 6b des Korrekturteils 6 aufgenommen und
erreicht die gewölbte Oberfläche 6a, indem es durch das
Korrekturteil 6 hindurchtritt. Dann wird das Bildlicht mit
einem Brechungswinkel entsprechend der gewölbten Oberfläche
6a gebrochen und zur Windschutzscheibe 3 projiziert. Das
heißt, das Bildlicht, das aus Abschnitten stammt, die einen
großen Brechungswinkel der gewölbten Oberfläche 6a haben, wie
zum Beispiel Abschnitte nahe des unteren Randes 6a2 oder des
rechten Randes 6a4, wird signifikant gebrochen und dann zur
Windschutzscheibe 3 projiziert. Das Bildlicht, das aus
Abschnitten kommt, die einen kleinen Brechungswinkel der
gewölbten Oberfläche 6a haben, wie zum Beispiel der Bereich
nahe des oberen Randes 6a1, wird andererseits nicht stark
gebrochen zur Windschutzscheibe 3 projiziert.
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Wenn das Ausgangsbildlicht des inversen Bildes durch die
Öffnung 1b hindurchtritt und zur Windschutzscheibe 3
projiziert wird, wird das imaginäre virtuelle Bild des
inversen Bildes, das verzerrt ist, als ob das Bild in die
untere rechte Richtung gezogen ist, wie in Fig. 4 gezeigt,
aufgrund der Brechung an der gewölbten Oberfläche 6a des
Korrekturteils 6 korrigiert, das heißt, die Verzerrung des
virtuellen Bildes wird vermieden. Wenn der Fahrer die
Windschutzscheibe 3 von der Augenposition I aus sieht, ist
das virtuelle Bild des inversen Bildes bzw. das Bildlicht,
welches auf die Windschutzscheibe 3 reflektiert wird, ein
gitterähnliches Bild, welches longitudinale und laterale
Linien ohne Verzerrung aufweist, wie in Fig. 3 gezeigt.
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In der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform ist das
Korrekturteil 6 durch Herausarbeiten aus einer Linse
ausgebildet. Stattdessen kann das Korrekturteil 6 für die
Anzeigevorrichtung für den Einsatz in einem Fahrzeug auch
verwendet werden, ohne aus einer Linse herausgearbeitet, das
heißt extrahiert, zu werden.
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Fig. 6A zeigt eine andere bevorzugte Ausführungsform des
Korrekturteils, bei dem eine sphärische Linse 6A als ein
Korrekturteil oberhalb der Anzeigeeinheit 5 angeordnet ist.
Fig. 6B zeigt eine andere bevorzugte Ausführungsform des
Korrekturteils, bei dem eine zylindrische Linse 6B als ein
Korrekturteil 6 oberhalb der Anzeigeeinheit 5 angeordnet ist.
In diesen Fällen wird eine sphärische Linse 6A oder eine
zylindrische Linse 6B ausgewählt, welche einen spezifischen
Abschnitt entsprechend oder ähnlich der gewölbten
Oberflächenkonfiguration haben, der so konstruiert ist, dass
die Verzerrung des inversen Bildes vermieden werden kann. Die
ausgewählte Linse ist so angeordnet, dass der spezifische
Abschnitt der oberen Oberfläche der Anzeigeeinheit 5
zugewandt ist. Ein ähnlicher Effekt wie bei jener oben
beschriebenen bevorzugten Ausführungsform kann mit jeder
dieser Anordnungen erreicht werden.
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Weil das Korrekturteil ein spezifischer Abschnitt, welcher
die Bildverzerrung kompensieren kann, von einer sphärischen
Linse 6A oder einer zylindrischen Linse 6B ist, welche eine
gewölbte Oberfläche mit einem einzigen Krümmungsradius hat,
besteht keine Notwendigkeit, die Linse zu bearbeiten, sogar
wenn die Form des Korrekturteils kompliziert wird, da jede
Korrektur mit einem zugehörigen unterschiedlichen Betrag für
einen zugehörigen Abschnitt der Projektionsfläche E benötigt
ist. Das heißt, eine bestehende Linse kann verwendet werden,
um eine genaue Korrektur des virtuellen Bildes auszuführen.
Sogar wenn sich ferner die Form der Windschutzscheibe in
Abhängigkeit von der Art des Fahrzeugs unterscheidet und sich
dadurch der Korrekturbetrag ändert, kann man eine Linse
auswählen und verwenden, die einen spezifischen Abschnitt in
Übereinstimmung mit dem Korrekturbetrag hat, oder man kann
den spezifischen Abschnitt einer Linse verwenden.
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In der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform ist die
Linse, aus der das Korrekturteil 6 extrahiert wird, eine
Plankonkavlinse. Stattdessen kann eine Bikonkavlinse oder
eine Konvexlinse verwendet werden, vorausgesetzt, dass die
Verzerrung des virtuellen Bildes vermieden werden kann.
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Ferner ist in der oben beschriebenen bevorzugten
Ausführungsform eine Linse ausgewählt, welche die
konstruierte gewölbte Oberflächenkonfiguration oder eine
ähnlich gewölbte Oberflächenkonfiguration hat. Stattdessen
kann das Korrekturteil aus einer Linse spezifiziert werden,
welche von selbst den spezifischen Abschnitt aufweist, mit
dem die Verzerrung des virtuellen Bildes vermieden werden
kann.