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BEZUGNAHME AUF ZUGEHÖRIGE ANMELDUNGEN
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Diese
Anmeldung basiert auf der
japanischen
Patentanmeldung Nr. 2006-213473 , deren Inhalt Bestandteil
dieser Anmeldung ist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abdeckung für eine Frontscheibenanzeige,
und auf eine Anzeigeeinheit für
ein Fahrzeug unter Verwendung der Abdeckung.
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STAND DER TECHNIK
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Eine
Frontscheibenanzeige wird in einem Fahrzeug zur Anzeige eines virtuellen
Datenbildes, das aufgrund des geringen Raums nicht auf einer Messeinheit
angezeigt werden kann, auf einer Frontscheibe verwendet, sodass
ein Fahrer visuell das einem Vordergrundbild, das durch die Frontscheibe sichtbar
ist, überlagerte
virtuelle Bild erkennen kann. Die
japanische
veröffentlichte
Patentanmeldung Nr. 2005-75230 beschreibt eine von üblichen
Frontscheibenanzeigen. Diese übliche
Frontscheibenanzeige (HUD) umfasst eine Staubabdeckung (einen Verschluss
als Schutzteil) und ein Reinigungs teil zum Entfernen von Fremdteilchen
von einem Anzeigeteil.
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Üblicherweise
umfasst die HUD eine Staubabdeckung, um zu verhindern, dass Staub
ins Innere der HUD eintritt. Wenn diese Abdeckung dünn ist, kann
ein Fahrer des Fahrzeugs unabsichtlich die Abdeckung zerbrechen
oder Wärme
kann die Abdeckung verformen. Weiter ist es schwierig, eine derartig
dünne Abdeckung
auszubilden. Es besteht daher ein Bedarf zur Verwendung einer dicken
Abdeckung.
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Wenn
jedoch die Abdeckung dick ist, wird das Anzeigelicht auf den Innenflächen der
Abdeckung reflektiert und erreicht einen Augenpunkt des Fahrzeugs
so, dass der Fahrer auf der Frontscheibe ein doppeltes virtuelles
Bild erkennt. Man hat herausgefunden, dass, wenn die Dicke der Abdeckung
zunimmt, die Intensität
des reflektierten Lichts zunimmt.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abdeckung für eine Frontscheibenanzeige
und eine Anzeigeeinheit für
ein Fahrzeug zu schaffen, um zu verhindern, dass Fremdteilchen in das
Innere der Anzeige eintreten, und um zu verhindern, dass auch bei
einer dicken Abdeckung Geisterbilder entstehen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch eine Abdeckung für
eine Frontscheibenanzeige gelöst,
die ein Gehäuse
und eine in dem Gehäuse
aufgenommene Anzeigequelle zur Überlagerung
eines virtuellen Bildes eines auf der Anzeige angezeigten Bildes,
das durch eine Öffnung
des Gehäuses
auf eine Frontscheibe eines Fahrzeugs projiziert wird, mit einem
Vordergrundbild durch die Frontscheibe so, dass das Bild an einem
Augenpunkt des Fahrzeuges erkannt wird, umfasst, wobei die Abdeckung
so ausgebildet ist, dass ein Eintritt von Fremdteilchen durch die Öffnung ins
Innere des Gehäuses
verhindert wird, und das von der Anzeigequelle projizierte Bild
hindurchgelangen kann, wobei die Abdeckung im Querschnitt im Wesentlichen
keilförmig
so ausgebildet ist, dass eine im Wesentlichen gerade Lichtbahn eines
direkten Lichts von einem willkürlichen Punkt
auf der Anzeigequelle durch die Abdeckung ohne Reflektion mit der
Lichtbahn eines reflektierten Lichts von dem willkürlichen
Punkt, das auf den Innenflächen
der Abdeckung zweimal reflektiert wird, ausgerichtet wird.
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Entsprechend
wird eine im Wesentlichen gerade Lichtbahn des direkten Lichts vom
willkürlichen Punkt
auf der Anzeigequelle durch die Abdeckung ohne Reflektion mit der
reflektierten Lichtbahn des reflektierten Lichts von der Anzeigequelle,
dass zweimal auf den Innenflächen
der Abdeckung reflektiert wird, ausgerichtet. Somit werden beide
Lichtbahnen in Richtung eines Augenpunktes eines Fahrzeugfahrers
reflektiert.
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Vorzugsweise
ist die Abdeckung so ausgebildet, dass das von dem willkürlichen
Punkt ausgegebene und an einer Innenseite einer Ausgabefläche als
eine der Innenflächen
der Abdeckung reflektierte Licht auf einem Brechungspunkt einer
Auftrefffläche als
der anderen von der Frontscheibe entfernten Innenfläche der
Abde ckung auftrifft, wo das direkte Licht von dem willkürlichen
Punkt gebrochen wird, und das reflektierte Licht sich auf der gleichen
Bahn vom Brechungspunkt zur Frontscheibe wie das direkte Licht befindet.
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Entsprechend
wird das an der Innenfläche der
Abdeckung in der Nähe
der Frontscheibe reflektierte Licht erneut am Brechungspunkt in
gleicher Richtung wie das direkte Licht gebrochen. Das direkte Licht
und das reflektierte Licht werden sicher überlagert.
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Vorzugsweise
ist die Ausgabefläche
in der Nähe
der Frontscheibe der Abdeckung gekrümmt so ausgebildet, dass das
durch die Frontscheibe von außen
eintretende Licht in Richtungen mit Ausnahme der Richtung zum Augenpunkt
eines Fahrers des Fahrzeugs reflektiert wird.
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Entsprechend
wird das durch die Frontscheibe gelangende äußere Licht auf die Außenwand
des Gehäuses
in Richtungen außerhalb
des Augenpunktes reflektiert. Das auf die Abdeckung reflektierte äußere Licht
gelangt somit sicher nicht in Richtung des Augenpunktes.
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Erfindungsgemäß wird weiter
eine Anzeigeeinheit für
ein Fahrzeug geschaffen, umfassend eine Frontscheibenanzeige mit
einem Gehäuse
und einer in dem Gehäuse
aufgenommenen Anzeigequelle zur Überlagerung
eines virtuellen Bildes eines auf der Anzeigequelle angezeigten
Bildes, das durch eine Öffnung
des Gehäuses
auf eine Frontscheibe eines Fahrzeuges projiziert wird, mit einem
Vordergrundbild durch die Frontscheibe und eine Abdeckung für die Frontscheibenanzeige
nach einem der Ansprüche
1 bis 3.
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Entsprechend
ist eine Abdeckung an einer Frontscheibenanzeige befestigt, um den
Eintritt von Fremdteilchen in eine Öffnung des Gehäuses zu
verhindern. Das direkte durch die Abdeckung gelangende Licht und
das an den Innenflächen
der Abdeckung reflektierte Licht werden miteinander überlagert
und zur Frontscheibe projiziert, sodass das direkte Licht und das
reflektierte Licht am Augenpunkt miteinander überlagert sind.
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Weitere
Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es
zeigen:
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1 ein
schematisches Diagramm zur Darstellung einer Ausführungsform
einer Abdeckung für eine
Frontscheibenanzeige und eine Anzeigeneinheit für ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 eine
Erläuterungsansicht
zur Darstellung des Verlaufs des direkten Lichts und des reflektierten
Lichts in der Abdeckung von 1;
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3 eine
Erläuterungsansicht
zur Darstellung einer Beziehung zwischen dem direkten Licht und
dem reflektierten Licht;
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4 eine
Erläuterungsansicht
zur Darstellung des Auslegungsverfahrens der Abdeckung zur Ausrichtung
einer reflektierten Lichtbahn des reflektierten Lichts mit einer
im Wesentlichen geraden Lichtbahn des direkten an einem Brechungspunkt gebrochenen
Lichts;
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5 eine
Erläuterungsansicht
zur Darstellung eines Berechnungsverfahrens eines Abstandes zwischen
einem Reflektionspunkt und einem Brechungspunkt;
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6 eine
Erläuterungsansicht
zur Darstellung eines Berechnungsverfahrens eines Winkels zwischen
dem direkten Licht und dem reflektierten Licht an dem willkürlichen
Punkt; und
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7 eine
Erläuterungsansicht
zur Darstellung eines Beispiels der Abdeckung mit einer besonderen
Form zur Entfernung eines Geisterbildes aufgrund des äußeren Lichts.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 eine
Ausführungsform
einer Anzeigeneinheit für
ein Fahrzeug mit einer Abdeckung für eine Frontscheibenanzeige
gemäß der Erfindung beschrieben.
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Wie
in 1 gezeigt, ist eine Anzeigeeinheit für ein Fahrzeug 1 im
Inneren eines Armaturenbretts 2 befestigt. Die Anzeigeeinheit
für ein
Fahrzeug 1 umfasst eine Frontscheibenanzeige (HUD) 10 und eine
Abdeckung 20 für
die HUD.
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Die
HUD 10 umfasst ein Gehäuse 11,
eine Anzeigequelle 12 und ein Reflektionsteil 13.
Das Gehäuse 11 nimmt
die Anzeigequelle 12 und das Reflektionsteil 13 auf.
Das Gehäuse 11 ist
im Wesentlichen kastenförmig
aus Kunststoff, Metall oder ähnlichem
ausgebildet und umfasst eine Öffnung 11a,
die mit einer Öffnung 2a des
Armaturenbretts 2 in Verbindung steht. Die Größe und die
Form der Öffnung 11a sind
so ausgebildet, dass sie nicht das Anzeigelicht 11 von
der Anzeigequelle 12 blockieren.
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Eine
lichtaussendende Einrichtung, wie zum Beispiel eine Feldemissionsanzeige,
eine fluoreszierende Röhre,
eine Elektrolumineszenz oder eine LCD-Anzeige mit einem Hintergrundlicht
werden als Anzeigequelle 12 verwendet. Die Anzeigequelle 12 zeigt
durch eine nicht dargestellte Steuereinrichtung eingegebene Daten
an.
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Ein
Reflektionsspiegel, ein Vergrößerungsspiegel
oder ähnliches
werden als Reflektionsteil 13 verwendet. Das Reflektionsteil 13 reflektiert
das auf der Anzeigequelle 12 angezeigte Anzeigelicht L
in Richtung einer Projektionszone E auf einer Frontscheibe 3.
Die Anzeigequelle 12 und das Reflektionsteil 13 sind
nämlich
einander gegenüberliegend
in dem Gehäuse 11 angeordnet.
Bei dieser Ausführungsform
wird nur ein Reflektionsteil 13 verwendet. Die vorliegende
Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Verschiedene Ausführungsformen
können verwendet
werden, zum Beispiel solche, bei denen mehrere Reflektionsteile 13 das
Anzeigelicht L mehrmals reflektieren, oder solche, bei de nen das
Anzeigelicht L direkt zur Frontscheibe 3 ohne Verwendung des
Reflektionsteils 13 gelangt.
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Bei
einer derartigen HUD 10 wird das Anzeigelicht L eines auf
der Anzeigequelle 12 angezeigten Bildes in Richtung zur
Frontscheibe 3 durch das Reflektionsteil 13 reflektiert.
Das Anzeigelicht L gelangt dann zur Frontscheibe 3 durch
die Öffnung 11a.
Hierdurch wird ein virtuelles Bild S des auf der Anzeigequelle 12 angezeigten
Bildes auf der Projektionsfläche
E der Frontscheibe 3 angezeigt. Ein durch die Frontscheibe 3 erscheinendes
Vordergrundbild und das virtuelle Bild S werden somit an einem Augenpunkt
I eines Fahrzeugfahrers überlagert.
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Die
HUD 10 umfasst einen nicht dargestellten Positionseinstellmechanismus,
der zur Einstellung einer Position des virtuellen Bildes S ausgelegt ist,
damit die Sichtbarkeit des virtuellen Bildes S sichergestellt ist,
auch wenn sich der Augenpunkt I im Inneren eines Augenbereichs IR
bewegt.
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Die
Abdeckung 20 für
die HUD besteht aus einem durchscheinenden Kunststoff oder ähnlichem. Die
Abdeckung 20 ist so befestigt, dass ein Eintreten von Fremdteilchen
ins Innere des Gehäuses 11 durch die Öffnung 11a verhindert
wird. Das Anzeigelicht L gelangt durch die Abdeckung 20 in
Richtung der Frontscheibe 3. Bei dieser Ausführungsform
verschließt
die Abdeckung 20 die Öffnung 11a durch
ein Anschlagsteil 11b, das sich von einem Rand der Öffnung 11a vertikal
erstreckt.
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Die
Abdeckung 20 umfasst einen Abdeckungskörper 21 und ein festes
sich rings um den Abdeckungskörper 21 erstreckendes
Befestigungsteil 22. Der Abdeckungskörper 21 und der Befestigungsteil 22 sind
einstückig
miteinander ausgebildet. Der Abdeckungskörper 21 ist im Wesentlichen
im Querschnitt keilförmig
ausgebildet, sodass das durch den Abdeckungskörper 21 vom willkürlichen
Punkt P des Anzeigelichts L auf der Anzeigequelle 12 direkte
Licht LB und das an den Innenflächen
des Abdeckungskörpers 21 von
dem willkürlichen
Punkt P zweimal reflektierte Licht miteinander ausgerichtet werden.
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Bei
dieser Ausführungsform
wird das Anzeigelicht L als das gesamte Licht von der Anzeigequelle 12 definiert.
Das direkte Licht LB wird als das Licht von dem willkürlichen
Punkt P des Anzeigelichts L definiert. Zur Vereinfachung der Erläuterung
dieser Ausführungsform
wird ein Fall angenommen, bei dem der willkürliche Punkt P die Mitte des
Anzeigelichts L darstellt.
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Das
Befestigungsteil 22 ist an dem Gehäuse 11 mit einem Befestigungsteil,
wie zum Beispiel einer Schraube so befestigt, dass das Befestigungsteil 22 mit
einer Außenwand
des Gehäuses 11 und
einem sich vertikal erstreckenden Teil 11b in Eingriff
tritt. Das Befestigungsteil 22 umfasst eine Lichtabschirmungswand 22a,
die sich von dem Armaturenbrett 2 zum Abdeckungskörper 21 erstreckt.
Bei dieser Ausführungsform
ist die Abdeckung 20 an dem Gehäuse 11 befestigt.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Es
können
verschiedene Ausführungsformen
verwendet werden, bei denen beispielsweise die Abdeckung 20 mit
dem Ar maturenbrett 2 in Eingriff tritt oder in die Abdeckung 20 eingepasst
ist.
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Im
Folgenden wird ein Beispiel einer Auslegung der Abdeckung 20 mit
einem im Wesentlichen keilförmigen
Querschnitt unter Bezugnahme auf die 3 bis 6 beschrieben.
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Wie
in 3 gezeigt, erfüllt
eine Bedingung zur Ausrichtung des Lichts LB mit dem Licht LR die Bedingungen
1 und 2. Die Bedingung 1 bedeutet, dass die Lichtbahn des direkten
Lichts LB an einem Brechungspunkt PR an einer Einfallfläche (hintere Fläche) 23 des
Abdeckungskörpers 21 mit
der Lichtbahn des reflektierten Lichts LR an einem Reflektionspunkt
PS ausgerichtet wird, das vorher an einem Reflektionspunkt PT an
einer Innenseite einer Ausgabefläche 24 des
Abdeckungskörpers 21 reflektiert wurde.
Die Bedingung 2 bedeutet, dass der Brechungspunkt PR mit dem Reflektionspunkt
PS ausgerichtet ist.
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Um
die Bedingungen zu erfüllen,
ist es erforderlich, dass der Einfallwinkel des Brechungspunktes PR
und des Reflektionspunktes PS mit einem Brechungswinkel θ' des direkten Lichts
LB ausgerichtet sind. Der Abdeckungskörper 21 ist daher
im Querschnitt im Wesentlichen keilförmig ausgebildet, sodass sich
ein Einfallwinkel an der Einfallfläche 23 (hintere Fläche des
Abdeckungskörpers 21 von
der Frontscheibe 3 entfernt) von einem Einfallwinkel an der
Ausgabefläche 24 (vordere
Fläche
des Abdeckungskörpers 21 in
der Nähe
der Frontscheibe 3) unterscheidet.
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Betrachtet
man die Bedingung 1, so wird ein Winkel, wie in 4 gezeigt,
zwischen dem direkten Licht LB und dem reflektierten Licht LR als α bezeichnet.
Ein Keilwinkel des Abdeckkörpers 21 wird
als β bezeichnet.
Ein Winkel zwischen der Einfallfläche 23 und dem direkten
Licht LB wird als θ bezeichnet.
Der Brechungswinkel des direkten Lichts LB wird als θ' bezeichnet.
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Da
der Reflektionswinkel des reflektierten Lichts LR an der Einfallfläche 23 mit
dem Brechungswinkel des direkten Lichts LB an der Einfallfläche 23 ausgerichtet
werden soll, ist der Reflektionswinkel θ'. Da der Keilwinkel β ist, ist der Reflektionswinkel
an der Ausgabefläche 24 θ' – β. Weiter wird der Brechungswinkel
an der Einfallfläche 23 θ' – 2β (1). Hier ist das einfallende
Licht des reflektierten Lichts LR zur Einfallfläche 23 θ – 2α (2).
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Unter
Verwendung von (1), (2) und dem Snelliuschen Gesetz erhält man n·sin(θ – α) = n'·sin(θ' – 2β)wobei
n der Brechungsindex der Luft und n' einen Brechungsindex des Abdeckungskörpers 21 darstellt.
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Wenn
man die Gleichung nach α auflöst, erhält man α = θ – sin–1{n'/n·sin(θ' – 2β)} (3)
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Betrachtet
man die Bedingung 2, so ist, wie in 5 gezeigt,
ein Abstand einer senkrechten Linie vom Reflektionspunkt PT zur
auftreffenden Fläche 23 als
t definiert.
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Zuerst
erhält
man einen Abstand T zwischen dem Brechungspunkt PU und dem Reflektionspunkt PS
des reflektierten Lichts als T = t·tan(θ' – 2β) + t·tanθ' (4)
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Im
Folgenden erhält
man, wie in 6 gezeigt, einen Abstand D von
der Anzeigequelle 12 zum Abdeckungskörper 21 als D = T·sinθ/tanα + T·cosθ
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Wenn
man die Gleichung nach α auflöst, erhält man α =
tan–1{T·sinθ/(D – T·cosθ)} (5)
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Somit
werden durch Einstellen des Keilwinkels β zum Erfüllen der Gleichungen (3) und
(5) das direkte Licht LB und das reflektierte Licht LR miteinander
ausgerichtet. Durch Anwenden dieses Verfahrens auf andere willkürliche Punkte
wird das Geisterbild weiter sicher verhindert.
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Wenn
sich der willkürliche
Punkt P in der Mitte der Anzeigequelle 12 befindet, und
sich der Augenpunkt I in der Mitte des Augenbereichs IR befindet,
erscheinen andere willkürliche
Punkte als Geisterbild. Dies stellt jedoch kein Problem dar, wenn
eine Differenz zwischen dem Licht LB und LR unterhalb einer Auflösung eines
menschlichen Auges liegt. Weiter ist es möglich, dass ein Randbereich
der Auflösung
des menschlichen Auges einer Herstellungstoleranz der Abdeckung 20 oder
eines Fehlers der an einem Fahrzeug befestigten HUD zugeordnet wird.
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Im
Folgenden soll ein Beispiel eines Projektionsvorgangs des direkten
Lichts LB in der Anzeigeeinheit für ein Fahrzeug gemäß der Erfindung
unter Bezugnahme auf 2 beschrieben werden.
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In
der HUD 10 wird das auf der Anzeigequelle 12 angezeigte
Anzeigelicht L an einem Reflektionsteil 13 in Richtung
der Frontscheibe 3 reflektiert. Das direkte Licht LB des
Anzeigelichts L an dem willkürlichen
Punkt P wird an dem Brechungspunkt PR an der Einfallfläche 23 des
Abdeckungskörpers 21 gebrochen
und tritt ins Innere des Abdeckungskörpers 21 ein. Andererseits
wird das reflektierte Licht LR an dem Brechungspunkt PU an der Einfallfläche 23 gebrochen
und tritt in das Innere des Abdeckungskörpers 21 ein. Dann
wird das reflektierte Licht LR an dem Reflektionspunkt PT in Richtung
des Brechungspunktes PR an der Einfallfläche 23 reflektiert. Das
reflektierte Licht LR wird dann an dem Brechungspunkt PR, nämlich dem
Reflektionspunkt PS in der gleichen Richtung wie das direkte Licht
LB reflektiert.
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Somit
gelangt das überlagerte
Licht LB·LR, indem
das direkte Licht LB und das reflektierte Licht LR miteinander überlagert
sind, in Richtung zum Brechungspunkt PO der Ausgabefläche 24.
Das überlagerte
Licht LB·LR
wird dann an dem Brechungspunkt 20 gebrochen und gelangt
in Richtung der Frontscheibe 3. Dann wird das überlagerte
Licht LB·LR
an der Frontscheibe 3 in Richtung des Augenpunktes I reflektiert.
Da das direkte Licht LB und das reflektierte Licht LR in dem Abdeckungskörper 21 miteinander überlagert
sind, wird das Auftreten eines Geisterbildes (doppeltes Bild) des
Anzeigelichts L verhindert.
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Da
der Abdeckungskörper 21 im
Querschnitt im Wesentlichen keilförmig ausgebildet ist, werden gemäß der oben
beschriebenen Abdeckung 20 für eine HUD das direkte Licht
LD und das reflektierte Licht miteinander in dem Abdeckungskörper 21 überlagert,
und das Geisterbild kann entfernt werden. Auch wenn die Dicke des
Abdeckungskörpers 21 erhöht wird,
wird die Sichtbarkeit des virtuellen Bildes nicht verschlechtert
und die Lebensdauer der Abdeckung 20 verbessert. Da die
Ausbildung des dicken Abdeckungskörpers 21 leichter
ist, wird die Produktivität
der Abdeckung 20 verbessert und der Zusammenbau verbessert.
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Bei
dieser Ausführungsform
wird das reflektierte Licht LR in Richtung des Brechungspunktes
PR des direkten Lichts LB reflektiert, und dann gegen den Brechungspunkt
PR reflektiert, sodass das reflektierte Licht LR mit dem direkten
Licht LR überlagert
wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Es
können
verschiedene Querschnittsformen der Abdeckung 20 verwendet
werden, solange das reflektierte Licht LB am Ende mit dem direkten
Licht LR vor dem Augenpunkt I überlagert
wird.
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Wie
in 7 gezeigt, kann die Austrittsfläche 24 so
ausgebildet sein, dass die Austrittsfläche 24 äußeres Licht
F, das durch die Frontscheibe 3 eintritt, in Richtungen
mit Ausnahme des Augenpunktes I reflektiert wird (linke Seite in 7).
Die Austrittsfläche 24 kann
als gekrümmte
Fläche
ausgebildet sein, um das äu ßere Licht
F zu der Lichtabschirmwand 22a als Innenwand des Gehäuses 11 zu
sammeln. In diesem Fall wird das Geisterbild aufgrund des äußeren Lichts F
verhindert, und ein Fahrer wird nicht geblendet.
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Die
Erfindung wurde anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, wobei jedoch verständlich ist, dass verschiedene Änderungen
und Abänderungen
für den
Fachmann möglich
sind. Wenn diese Änderungen
und Abänderungen
sich nicht vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung gemäß den beigefügten Ansprüchen entfernen,
sollen sie mit in den Schutzumfang der Erfindung fallen.