DE102008015997A1

DE102008015997A1 - Head-up Display

Info

Publication number: DE102008015997A1
Application number: DE102008015997A
Authority: DE
Inventors: Toshiki Kariya Ishikawa; Hiroshi Kariya Ando; Takayuki Kariya Fujikawa
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2008-03-27
Publication date: 2008-10-09
Anticipated expiration: 2028-03-28
Also published as: DE102008015997B4; US8289229B2; US20080238814A1

Abstract

Eine Blickfeldanzeigevorrichtung (1) (engl.: head-up display) erlaubt einem Insassen eines Fahrzeugs, ein virtuelles Bild eines Bildlichts (81), das nach einem Laufen durch eine zylindrische Linse (7) durch eine Windschutzscheibe (9) reflektiert wird, visuell wahrzunehmen. Die zylindrische Linse ist gegenüber dem Bildlicht geneigt, um dadurch ein äußeres Licht abzulenken, um einen Augenbereich (3) des Insassen nicht zu erreichen. Die zylindrische Linse ist in einem Lichtleitungsabschnitt (2a) platziert, derart, dass (i) eine Wirkungsachsenrichtung für eine optische Wirkung und (ii) eine horizontale Richtung (X) in dem Anzeigebild (4) miteinander übereinstimmen. Bei der zylindrischen Linse sind ein Neigungswinkel und eine Einbautiefe so eingestellt, dass ein Licht, das in einem Winkel, der gleich einem oder größer als ein Einfangs-Obergrenzeneinfallswinkel ist, einfällt und durch eine Durchlaufseite der zylindrischen Linse reflektiert wird, bei dem Augenbereich des Insassen nicht ankommt.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Blickfeldanzeigevorrichtung (engl.: head-up display apparatus), die in einem bewegbaren Körper, wie einem Fahrzeug oder einem Kraftfahrzeug, vorgesehen ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es gab eine herkömmlicherweise bekannte Blickfeldanzeigevorrichtung (auf die im Folgenden als eine HUD-Vorrichtung Bezug genommen wird), die in einem bewegbaren Körper (auf den im Folgenden als ein Fahrzeug Bezug genommen wird), wie einem Kraftfahrzeug, eingebaut ist. Die HUD-Vorrichtung ist so aufgebaut, dass Folgendes implementiert ist: Verschiedenartige Informationen werden als ein Bildlicht von einem Bildprojektor, der innerhalb der Instrumententafel des Fahrzeugs angeordnet ist, projiziert; und dieselben werden durch die Innenoberfläche einer Windschutzscheibe reflektiert, so dass der Fahrer die verschiedenartigen Informationen als ein virtuelles Bild (auf das im Folgenden als ein Anzeigebild Bezug genommen wird) visuell wahrnehmen kann.
Eine solche HUD-Vorrichtung ist im Allgemeinen so aufgebaut, dass ein Anzeigebild in einer Überlagerung über den Blick vor das Fahrzeug angezeigt wird. Für den Fahrer ist es, um fähig zu sein, seine Augen auf ein Anzeigebild leicht zu konzentrieren, um dieses visuell wahrzunehmen, wichtig, folgende Maßnahme zu treffen: Das Anzeigebild wird zu einer Position, die dem Vorderblick so nahe wie möglich ist (einer Position, die von der Position der Augen des Fahrers entfernt ist), projiziert.
Für diesen Zweck ist es erforderlich, die Entfernung zwischen dem Fahrer, der ein Anzeigebild visuell wahrnehmen soll, und dem Bildprojektor zu verlängern. Dies bringt jedoch ein Problem mit sich. Wenn die Entfernung zwischen dem Fahrer, der ein Anzeigebild visuell wahrnehmen soll, und dem Bildprojektor einfach verlängert wird, wird die Größe der HUD-Vorrichtung selbst erhöht.
Um damit fertig zu werden, werden beispielsweise folgende Maßnahmen getroffen, um die Gesamtlänge einer HUD-Vorrichtung zu verkürzen, um ihre Größe zu reduzieren: Mehrere reflektierende Spiegel sind in dem optischen Weg zwischen einem Bildprojektor und einer Windschutzscheibe eingebaut, um den optischen Weg zu biegen; eine Vergrößerungslinse ist zwischen einem Bildprojektor und einer Windschutzscheibe angeordnet, um den optischen Weg äquivalent zu verlängern; und dergleichen. (Man nehme Bezug auf beispielsweise das Patendokument 1).
21 erklärt den Grundsatz, nach dem ein optischer Weg durch eine gewöhnliche konvexe Linse als eine Vergrößerungslinse äquivalent verlängert werden kann. Wenn ein Bildprojektor zum Projizieren eines Bildlichts 100 zwischen dem Brennpunkt F der konvexen Linse C und der konvexen Linse C angeordnet ist, findet Folgendes statt, wie in 21 dargestellt ist: Das erhaltene Anzeigebild 101 ist ein virtuelles Bild und wird in der gleichen Richtung wie die Richtung, in der der Bildprojektor angeordnet ist, wie von der konvexen Linse C betrachtet wird, angezeigt (d. h., das Bild wird gebildet).
Es wird angenommen, dass die Entfernung zwischen der Mitte der konvexen Linse C und dem Anzeigebild 101, das durch den Fahrer visuell wahrgenommen wird, b sein sollte, die Entfernung zwischen der Mitte der konvexen Linse C und dem Teil des Bildprojektors zum Projizieren des Bildlichts 100a sei und die Brennweite der konvexen Linse C f sei. Die durch einen Ausdruck (1) ausgedrückte Beziehung gilt dann zwischen der Entfernung a, der Entfernung b und der Brennweite f.
[Ausdruck 1]
Eine spezifischere Beschreibung wird angegeben. Wie aus dem Ausdruck (1) offensichtlich ist, kann Folgendes durch Verlängern der Entfernung a zwischen dem Bildprojektor zum Projizieren des Bildlichts 100 und der konvexen Linse C innerhalb des Bereichs von der konvexen Linse C zu dem Brennpunkt F implementiert sein: Die Entfernung b zu der Projektionsposition des Anzeigebilds kann verlängert werden, d. h., der optische Weg von dem Bildprojektor zu dem Fahrer, der das virtuelle Bild visuell wahrnehmen soll, kann äquivalent verlängert werden.
Bei der HUD-Vorrichtung existiert jedoch die Windschutzscheibe 203 zwischen der Linse 202 (der konvexen Linse C) und dem Fahrer, und der Bildprojektor ist so angeordnet, dass ein Bildlicht von unten zu der Windschutzscheibe 203 projiziert wird, wie in 22 dargestellt ist. D. h., der Fahrer nimmt visuell das Bildlicht 100, dessen Ausbreitungsrichtung geändert wurde, indem dieses durch die Windschutzscheibe 203 reflektiert wurde, wahr. Als ein Resultat erscheint das virtuelle Bild in einer Position hinter der Windschutzscheibe 203, nicht unter der Windschutzscheibe 203, unter der der Bildprojektor positioniert ist.

Patentdokument 1: JP 2002-202475 A (das der US 2002/0084950 A1 entspricht)

Die in dem Patentdokument 1 beschriebene HUD-Vorrichtung bringt jedoch ein Problem mit sich. Abhängig von dem Winkel, in dem ein äußeres Licht, wie Sonnenlicht 200, hereinkommt, läuft dieses durch die Windschutzscheibe 203 und wird durch die Linse 202 reflektiert, und das reflektierte Licht 201 kann in den Augenbereich 204 des Fahrers eintreten, wie in 23 dargestellt ist.
Als ein Resultat entsteht das in 24 dargestellte Problem. D. h., das reflektierte Licht 201 ist intensiver als das Licht des Anzeigebilds; dieses wird daher eine so inten sive Störung, dass diese für Fahrer unzulässig ist und die Sichtbarkeit eines Anzeigebilds beeinflusst.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Blickfeldanzeigevorrichtung zu schaffen, die fähig ist, ein Anzeigebild, das hinsichtlich der Sichtbarkeit ausgezeichnet ist, zu projizieren, ohne durch ein äußeres Licht beeinflusst zu werden, und hinsichtlich der Größe reduziert werden kann.
Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Blickfeldanzeigevorrichtung wie folgt geschaffen. Die Vorrichtung ist in einem bewegbaren Körper mit einem reflektierenden Element zum Transmittieren und Reflektieren eines Lichts. Die Vorrichtung erlaubt einem Insassen des bewegbaren Körpers, ein Bild, das aus einem Bildlicht, das durch das reflektierende Element reflektiert wird, gebildet ist, als ein virtuelles Bild visuell wahrzunehmen. Die Vorrichtung weist Folgendes auf. Ein optisches Element ist konfiguriert, um ein Licht zu transmittieren, während eine optische Wirkung an dem Licht hinsichtlich einer voreingestellten bestimmten Richtung erzielt wird. Ein Bildprojektionselement ist konfiguriert, um ein Bildlicht zu einer Projektionsseite des reflektierenden Elements durch eine Einfallsseite und eine Ausgangsseite des optischen Elements zu projizieren, wobei eine optische Hauptachse als durch eine Mitte des projizierten Bildlichts laufend definiert ist. Ein Lichtabschirmelement ist konfiguriert, um einen Teil eines äußeren Lichts, das von einer Nichtprojektionsseite des reflektierenden Elements hin zu dem optischen Element einfällt, einzufangen. Bei dem optischen Element hat hierin ein Querschnitt, der zu der bestimmten Richtung orthogonal ist, eine Einfallsseiten-Schnittlinie auf der Einfallsseite und eine Ausgangsseiten-Schnittlinie auf der Ausgangsseite. Das optische Element ist so angeordnet, dass eine Normale zu der Einfallsseiten-Schnittlinie und eine Normale zu der Ausgangsseiten-Schnittlinie hinsichtlich der optischen Hauptachse des Bilds, das auf das optische Element einfällt, individuell geneigt sind, so dass ein äußeres Licht, das bei dem optischen Element ankommt, ohne durch das Lichtabschirmelement eingefangen zu werden, und durch das optische Element reflektiert wird, dadurch aus einem visuellen Wahrnehmungsbereich gerichtet wird, in dem dem Bild, das aus dem Bildlicht, das durch das reflektierende Element reflektiert wird, gebildet ist, erlaubt ist, durch den Insassen visuell wahrgenommen zu werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorhergehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen vorgenommen ist, offensichtlicher. Es zeigen:
1 ein allgemeines Konfigurationsdiagramm, das darstellt, wie eine Blickfeldanzeigevorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auf ein Fahrzeug angewandt ist;
2 eine vergrößerte Ansicht, die einen Hauptteil einer allgemeinen Konfiguration, bei der die Blickfeldanzeigevorrichtung auf ein Fahrzeug angewandt ist, darstellt;
3 eine perspektivische Ansicht einer zylindrischen Linse;
4A eine erklärende Zeichnung, die eine Schnittform einer zylindrischen Linse und die Ausbreitung eines Lichts, das auf die zylindrische Linse einfallt, darstellt;
4B eine andere erklärende Zeichnung, die eine Schnittform einer zylindrischen Linse und die Ausbreitung eines Lichts, das auf die zylindrische Linse einfällt, darstellt;
5 eine erste erklärende Zeichnung, die darstellt, wie eine zylindrische Linse geneigt ist;
6A eine erklärende Zeichnung, die darstellt, wie eine zylindrische Linse angeordnet ist;
6B eine andere erklärende Zeichnung, die darstellt, wie eine zylindrische Linse angeordnet ist;
7A eine erste erklärende Zeichnung, die den Einfluss einer zylindrischen Linse, die außeraxial eingebaut ist, darstellt;
7B eine andere erste erklärende Zeichnung, die den Einfluss einer zylindrischen Linse, die außeraxial eingebaut ist, darstellt;
8A eine zweite erklärende Zeichnung, die den Einfluss einer zylindrischen Linse, die außeraxial eingebaut ist, darstellt;
8B eine andere zweite erklärende Zeichnung, die den Einfluss einer zylindrischen Linse, die außeraxial eingebaut ist, darstellt;
9 eine perspektivische Ansicht eines Freiformspiegels;
10A eine erklärende Zeichnung, die eine Schnittform eines Freiformspiegels und die Ausbreitung eines Lichts, das auf den Freiformspiegel einfällt, darstellt;
10B eine andere erklärende Zeichnung, die eine Schnittform eines Freiformspiegels und die Ausbreitung eines Lichts, das auf den Freiformspiegel einfällt, darstellt;
11 eine erklärende Zeichnung, die eine Reflexionsebene eines Freiformspiegels darstellt;
12 eine erklärende Zeichnung, die darstellt, wie ein Freiformspiegel geneigt und angeordnet ist;
13A eine erste erklärende Zeichnung, die den Einfluss eines Freiformspiegels, der außeraxial eingebaut ist, darstellt;
13B eine andere erste erklärende Zeichnung, die den Einfluss eines Freiformspiegels, der außeraxial eingebaut ist, darstellt;
14A eine zweite erklärende Zeichnung, die den Einfluss eines Freiformspiegels, der außeraxial eingebaut ist, darstellt;
14B eine andere zweite erklärende Zeichnung, die den Einfluss eines Freiformspiegels, der außeraxial eingebaut ist, darstellt;
15 eine perspektivische Ansicht einer linearen Fresnel-Linse;
16A eine perspektivische Ansicht einer gekrümmten substratartigen zylindrischen Linse;
16B eine andere perspektivische Ansicht einer gekrümmten substratartigen zylindrischen Linse;
16C eine weitere perspektivische Ansicht einer gekrümmten substratartigen zylindrischen Linse;
17A eine perspektivische Ansicht einer gekrümmten substratartigen linearen Fresnel-Linse;
17B eine andere perspektivische Ansicht einer gekrümmten substratartigen linearen Fresnel-Linse;
17C eine weitere perspektivische Ansicht einer gekrümmten substratartigen linearen Fresnel-Linse;
18A eine erklärende Zeichnung, die darstellt, wie eine gekrümmte substratartige zylindrische Linse (oder eine gekrümmte substratartige lineare Fresnel-Linse) angeordnet ist;
18B eine andere erklärende Zeichnung, die darstellt, wie eine gekrümmte substratartige zylindrische Linse (oder eine gekrümmte substratartige lineare Fresnel-Linse) angeordnet ist;
19 eine zweite erklärende Zeichnung, die darstellt, wie eine zylindrische Linse geneigt ist;
20 eine erklärende Zeichnung, wie mehrere Freiformspiegel angeordnet sind;
21 eine erklärende Zeichnung, die einen Grundsatz, nach dem ein optischer Weg durch eine konvexe Linse als eine gewöhnliche Vergrößerungslinse äquivalent verlängert werden kann, darstellt;
22 eine erklärende Zeichnung, die darstellt, wie ein virtuelles Bild in einer Position über eine Windschutzscheibe hinaus erscheint;
23 eine erklärende Zeichnung, die darstellt, wie Sonnenlicht, das durch eine Linse reflektiert wird, in einen Augenbereich eines Insassen eintritt;
24 eine Darstellung, die zeigt, wie eine Störung, die aus dem Sonnenlicht entsteht, in einem Anzeigebild erscheint;
25A, 25B eine perspektivische Ansicht und eine Querschnittsansicht einer keilförmigen zylindrischen Linse gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
26 eine erste erklärende Zeichnung, die darstellt, wie die keilförmige zylindrische Linse angeordnet ist;
27A, 27B eine perspektivische Ansicht und eine Querschnittsansicht einer keilförmigen Fresnel-Linse gemäß einer Modifikation des zweiten Ausführungsbeispiels; und
28 eine zweite erklärende Zeichnung, die darstellt, wie die keilförmige zylindrische Linse angeordnet ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Eine Beschreibung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen angegeben.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
<Konfiguration>
1 ist ein allgemeines Konfigurationsdiagramm, das darstellt, wie eine Blickfeldanzeigevorrichtung (auf die im Folgenden als eine HUD-Vorrichtung Bezug genommen wird) bei einem ersten Ausführungsbeispiel auf ein Objektfahrzeug angewandt ist; und 2 ist eine vergrößerte Ansicht ihres Hauptteils.
Wie in 1 dargestellt ist, ist die HUD-Vorrichtung 1 innerhalb einer Instrumententafel 2, die sich von der unteren Kante einer Windschutzscheibe 9 hin zu dem Inneren einer Fahrzeugzelle erstreckt, angeordnet. Diese weist eine Anzeigevorrichtung 5 zum Projizieren verschiedenartiger Informationen als ein Bildlicht (oder Strahl) 80, einen Freiformspiegel 6 zum Vergrößern und Reflektieren des Bildlichts 80, das von der Anzeigevorrichtung 5 projiziert wird, und eine zylindrische Linse 7 zum Vergrößern und Transmittieren eines Bildlichts 81, das durch den Freiformspiegel 6 reflektiert wird, auf.
Ein Bildlicht 82, das durch die zylindrische Linse 7 gelaufen ist, wird durch die Vorderwindschutzscheibe 9 reflektiert und kommt bei einem Augenbereich 3 (auf den ferner als ein visueller Wahrnehmungsbereich Bezug genommen wird) eines Insassen des Fahrzeugs an. Auf zwei Seiten oder Oberflächen der Windschutzscheibe 9 wird hier als eine Nichtprojektionsseite, die außerhalb des Fahrzeugs ist, und eine Projektionsseite, die innerhalb des Fahrzeugs ist, Bezug genommen. Der Insasse nimmt daher visuell ein virtuelles Bild eines Bildlichts 83 wahr, als ob dieses in der Position eines Anzeigebilds 4 des Blicks vor dem Fahrzeug (auf der Seite, die dem Insassen hinsichtlich der Windschutzscheibe 9 gegenüberliegt) wäre.
In der Instrumententafel 2 ist ein zylindrischer Lichtleitungsabschnitt 2a, der eine Öffnung in der oberen Fläche der Instrumententafel 2 hat und das Bildlicht 81, das durch den Freiformspiegel 6 reflektiert wird, zu der Windschutzscheibe 9 leitet, gebildet. Die zylindrische Linse 7 ist so angeordnet, dass diese den Lichtleitungsabschnitt 2a vollständig schließt. D. h., da die zylindrische Linse 7 die Öffnung in dem Lichtleitungsabschnitt 2a schließt, funktioniert diese ferner als ein Deckel zum Abschirmen des Inneren der Instrumententafel 2 vor Staub.
Die Instrumententafel 2 (die die innere Wand, die den Lichtleitungsabschnitt 2a bildet, aufweist) ist aus einem Lichtabschirmharz gebildet. D. h., die Instrumententafel 2 ist so gebildet, dass ein Licht, das auf ihre obere Fläche oder ihre innere Wand, die den Lichtleitungsabschnitt 2a bildet, einfällt, nicht reflektiert wird, sondern dieses wird absorbiert.
Die verschiedenen Richtungen werden im Folgenden wie folgt bezeichnet: Die Ausbreitungsrichtung einer optischen Hauptachse 8 oder einer Mittenachse eines Bilds, die durch den Lichtleitungsabschnitt 2a geht (durch die zylindrische Linse 7 laufend), ist eine Z-Richtung; die Richtung der Breite des Fahrzeugs, die zu einer lateralen Richtung des Fahrzeugs äquivalent ist, oder eine horizontale Richtung in dem Anzeigebild 4 ist eine X-Richtung; und die Richtung, die sowohl zu der X-Richtung als auch zu der Z-Richtung orthogonal ist, ist eine Y-Richtung. Die laterale Richtung des Fahrzeugs ist ferner natürlich zu einer Längsrichtung des Fahrzeugs orthogonal.
Wie in 2 dargestellt ist, wird die Oberfläche des Freiformspiegels 6, der das Bildlicht 80, das von der Anzeigevorrichtung 5 projiziert wird, reflektiert, als eine Reflexionsoberfläche 6a bezeichnet; die Oberfläche der zylindrischen Linse 7, auf die das Bildlicht 81, das durch die Reflexionsoberfläche 6a reflektiert wird, einfällt, wird als eine Einfallsseite oder eine Einfallsoberfläche 7a bezeichnet; und die andere Seite oder Oberfläche der zylindrischen Linse 7, aus der das Bildlicht 82, das durch die zylindrische Linse 7 läuft, hinausgeht, ist als eine Durchlaufseite oder eine Durchlaufoberfläche 7b bezeichnet. Auf die Einfallsseite 7a kann ferner als eine Eintrittsseite Bezug genommen werden, während auf die Durchlaufseite 7b als eine Ausgangsseite oder eine Austrittsseite Bezug genommen werden kann.
<Konfiguration und Wirkung einer zylindrischen Linse>
Die zylindrische Linse 7 ist eine allgemein bekannte, die lediglich in einer von zwei Richtungen, die zu der Richtung der Dicke der Linse (Richtung, in der ein Licht transmittiert wird) orthogonal ist, als eine Linse wirkt (ein Licht in einem vorbestimmten Grad konvergieren oder divergieren lässt).
3 ist eine perspektivische Ansicht einer einzelnen zylindrischen Linse 7. Wie in der Zeichnung dargestellt ist, wird im Folgenden die Richtung der Dicke der Linse als eine γ-Richtung bezeichnet; die Richtung, in der diese als eine Linse wirkt, (Wirkungsachsenrichtung) wird als eine α-Richtung bezeichnet; und die Richtung, in der diese nicht als eine Linse wirkt, (Nichtwirkungsachsenrichtung) wird als eine β-Richtung bezeichnet.
D. h., die zylindrische Linse 7 ist so aufgebaut, dass von zwei Oberflächen, die bei beiden Enden in der γ-Richtung positioniert sind, eine eine rechtwinklige flache Oberfläche 70 ist und die andere eine Linsenbildungsoberfläche 71 ist, die eine teilweise gekrümmte Oberfläche eines kreisförmigen Zylinders bildet. Bei der zylindrischen Linse 7 hat außerdem ein Querschnitt, der zu der α-Richtung orthogonal ist, eine erste Schnittlinie 70L und eine zweite Schnittlinie 71L mit der flachen Oberfläche 70 bzw. der Linsenbildungsoberfläche 71. Die erste und die zweite Schnittlinie sind zueinander parallel; der Querschnitt ist daher aus einem Rechteck geformt.
4A stellt die Schnittform der zylindrischen Linse 7 in der α-γ-Ebene und die Ausbreitungsrichtung eines Lichts, das von der Linsenbildungsoberfläche 71 entlang der γ-Richtung einfällt, dar. 4B stellt ihre Schnittform in der β-γ-Ebene, die Ausbreitungsrichtung eines Lichts, das von der Linsenbildungsoberfläche 71 entlang der γ-Richtung einfällt, und die Ausbreitungsrichtung des resultierenden transmittierten Lichts dar.
In 4A dargestellte Vektoren werden wie folgt bezeichnet: Ein Vektor, der die Ausbreitungsrichtung eines einfallenden Lichts in der Mittenposition in der α-Richtung auf der Linsenbildungsoberfläche 71 darstellt, ist ein Einfallsvektor Lc; ein Vektor, der die Ausbreitungsrichtung eines transmittierten Lichts basierend auf diesem einfallenden Licht darstellt, ist ein Transmissionsvektor Tc; ein Vektor, der die Ausbreitungsrichtung eines einfallenden Lichts in einer Position, die von der Mittenposition in der α-Richtung auf der Linsenbildungsoberfläche 71 entfernt ist und die lediglich in der α-Richtung in der α-β-Ebene entfernt ist, darstellt, ist ein Einfallsvektor Le; und ein Vektor, der die Ausbreitungsrichtung eines transmittierten Lichts basierend auf diesem einfallenden Licht darstellt, ist ein Transmissionsvektor Te.
Wie in den Zeichnungen dargestellt ist, erzielt die zylindrische Linse 7 eine optische Wirkung oder eine optische Funktion an dem einfallenden Licht entlang der y-Richtung wie folgt: Diese erzielt eine optische Wirkung oder eine optische Funktion in der α-Richtung (in der sich die Transmissionsvektoren Tc und Te hinsichtlich der Richtung in der α-γ-Ebene unterscheiden); diese hat jedoch keine optische Wirkung oder optische Funktion in der β-Richtung (in der die Transmissionsvektoren Tc und Te hinsichtlich der Richtung in der β-γ-Ebene identisch sind).
<Anordnung zylindrischer Linsen>
Die so gebildete zylindrische Linse 7 ist eingebaut, wie in 5 und 6A und 6B dargestellt ist. Eine spezifischere Beschreibung wird angegeben. Die zylindrische Linse 7 ist in der Einbautiefe d von der Öffnung in dem Lichtleitungsabschnitt 2a in einem sogenannten außeraxialen Zustand eingebaut. In dem außeraxialen Zustand ist Folgendes implementiert: Die Linsenbildungsoberfläche 71 bildet die Einfallsseite 7a, und die flache Oberfläche 70 bildet die Durchlaufseite 7b; die Wirkungsachsenrichtung (α-Richtung) der zylindrischen Linse 7 stimmt mit der horizontalen Richtung (X-Richtung) in dem Anzeigebild 4 überein; und die Richtung der Dicke der zylindrischen Linse 7 (γ-Richtung) ist von der Ausbreitungsrichtung (Z-Richtung) der optischen Hauptachse des Bildlichts 81 um einen Neigungswinkel θx geneigt, und die β-Richtung ist von der Y-Richtung um den Neigungswinkel θx geneigt.
Wie in 6A und 6B dargestellt ist, sind der Neigungswinkel θx und die Einbautiefe d so eingestellt, dass Folgendes implementiert ist: Wenn der Einfallswinkel (Winkel zu der horizontalen Ebene) eines Lichts, das auf die Durchlaufseite 7b der zy lindrischen Linse 7 einfällt, gleich einem oder größer als ein Einfangs-Obergrenzeneinfallswinkel θu ist, wird verhindert, dass ein Licht, dass durch die Durchlaufseite 7b der zylindrischen Linse 7 reflektiert wird, bei dem Augenbereich 3 ankommt (6B); und ein äußeres Licht (oder ein Tageslicht von außen), das in einem Einfallswinkel, der gleich dem oder kleiner als der Einfangs-Obergrenzeneinfallswinkel θu ist, einfällt, wird durch die Instrumententafel 2 blockiert und kann bei der zylindrischen Linse 7 nicht ankommen (6A).
Die zylindrische Linse 7 ist angeordnet, wobei die Wirkungsachsenrichtung (α-Richtung) auf die X-Richtung abgestimmt ist, so dass diese eine optische Wirkung lediglich in der X-Richtung hat. Die Richtung einer Reflexion eines äußeren Lichts, das auf der Durchlaufseite 7b der zylindrischen Linse 7 einfällt, kann daher innerhalb der Y-Z-Ebene eindeutig identifiziert werden.
Der Einfangs-Obergrenzeneinfallswinkel θu und daher die Einbautiefe d und der Neigungswinkel θx sind auf einer Automodell-um-Automodell-Basis basierend auf der Form der Windschutzscheibe 9, der Bildungsposition und der Orientierung des Lichtleitungsabschnitts 2a und dergleichen geeignet eingestellt.
<Einfluss einer außeraxialen Konfiguration>
7A und 7B stellen den Einfluss der zylindrischen Linse 7, die in einem außeraxialen Zustand eingebaut ist, dar. 7A ist eine perspektivische Ansicht der zylindrischen Linse 7, die in dem Lichtleitungsabschnitt 2a eingebaut ist, betrachtet aus der Y-Richtung. 7B ist eine Seitenansicht dieser zylindrischen Linse 7, betrachtet aus der X-Richtung.
Wie im Vorhergehenden erwähnt ist, ist die zylindrische Linse 7 so angeordnet, dass die γ-Richtung (Richtung der Dicke der zylindrischen Linse 7) in einem Winkel zu der Z-Richtung (Ausbreitungsrichtung der optischen Hauptachse 8) ist. Wenn dieselbe in der X-Z-Ebene betrachtet wird, wie in 7A dargestellt ist, findet Folgendes hin sichtlich der Bildlichter 81, die entlang der Z-Richtung einfallen, statt: Der Transmissionsvektor Tc des Bildlichts 81c, das auf die Mittenposition in der X-Richtung (=α-Richtung) einfällt, ist hinsichtlich der Richtung mit dem Einfallsvektor Lc des Bildlichts 81c identisch; und der Transmissionsvektor Te des Bildlichts 81e, das auf die Position, die von der Mittenposition um eine Entfernung Xe in der X-Richtung entfernt ist, einfällt, ist in einem Winkel zu dem Einfallsvektor Le des Bildlichts 81e. D. h., die zylindrische Linse 7 erzielt eine optische Wirkung (eine Vergrößerung bei diesem Ausführungsbeispiel) an Strahlen eines einfallenden Lichts, die sich hinsichtlich der Einfallsposition in der X-Richtung unterscheiden.
Wenn diese zylindrische Linse 7 in der Y-Z-Ebene betrachtet wird, wie in 7B dargestellt ist, findet Folgendes hinsichtlich der Bildlichter 81, die entlang der Z-Richtung einfallen, statt: Die Transmissionsvektoren Tc und Td der Bildlichter 81c und 81d, die auf eine Position, die lediglich in der Y-Richtung innerhalb der gleichen X-Y-Ebene entfernt ist, einfallen, sind in der gleichen Richtung orientiert. D. h., die zylindrische Linse 7 erzielt keine optische Wirkung an Strahlen eines einfallenden Lichts, die sich hinsichtlich der Einfallsposition in der Y-Richtung unterscheiden.
Selbst wenn die Bildlichter 81c und 81e hinsichtlich der Einfallsposition in der Y-Richtung innerhalb der Y-Z-Ebene identisch sind, findet jedoch Folgendes statt: Die Transmissionsvektoren Tc und Te der Bildlichter 81c und 81e, die sich hinsichtlich der Einfallsposition in der X-Richtung unterscheiden, sind in unterschiedlichen Richtungen orientiert. Die Abweichung hinsichtlich der Richtung wird zusätzlich weiter erhöht, als dieselben weg von der Mittenposition in der X-Richtung relativ zu der Orientierung (d. h. Z-Richtung) der Transmissionsvektoren Tc und Td der Bildlichter 81c und 81d, die auf die Mittenposition in der X-Richtung einfallen, gehen.
Der Grund dafür ist wie folgt: Wenn sich die Einfallsposition in der X-Richtung unterscheidet, unterscheidet sich die dreidimensionale Orientierung eines Normalenvektors in dieser Einfallsposition; und der Einfluss davon erscheint in der Richtung eines Transmissionsvektors in der Y-Z-Ebene.
Eine spezifischere Beschreibung wird angegeben. Es wird angenommen, dass der Normalenvektor des Bildlichts 81c in der Einfallsposition bei der Einfallsseiten-Endfläche 71 der zylindrischen Linse 7 Nc ist, der Normalenvektor des Bildlichts 81e in der Einfallsposition Ne ist und der Winkel, der zwischen diesen Normalenvektoren Nc und Ne in der X-Z-Ebene gebildet ist, ϕx ist. Die Vektorkomponenten der Normalenvektoren Nc und Ne können daher jeweils durch (2) ausgedrückt werden. Da der Einfallsvektor Lc und der Einfallsvektor Le gleich sind, sind jedoch die Einfallsvektoren Lc und Le hier durch den gleichen Einheitsvektor ausgedrückt.
Der Transmissionsvektor T des Bildlichts 82, das durch die zylindrische Linse 7 gelaufen ist, hat ferner eine Beziehung, die durch einen Ausdruck (3) ausgedrückt ist, wobei L der Einfallsvektor des Bildlichts 81 ist, das auf die zylindrische Linse 7 einfällt, N der Normalenvektor des Bildlichts 81 in der Einfallsposition an der Einfallsseiten-Endfläche 71 ist und η der Brechungsindex der zylindrischen Linse 7 ist.
Die Transmissionsvektoren Tc und Te können daher jeweils durch Einsetzen der Vektorkomponenten der Einfallsvektoren Lc und Le und der Normalenvektoren Nc und Ne in dem Ausdruck (2) in den Ausdruck (3) bestimmt werden.
Eine spezifischere Beschreibung wird angegeben. Wie aus den Ausdrücken (2) und (3) offensichtlich ist, wird der Transmissionsvektor Te wie im Folgenden beschrie ben beeinflusst. Der Transmissionsvektor Te zeigt die Richtung des Bildlichts 82e an, das erhalten wird, wenn das Bildlicht 81e, das auf eine Position, die in der X-Richtung von der Mittenposition in der X-Richtung entfernt ist, einfällt, durch eine Linse läuft. Der Transmissionsvektor Te wird durch den Winkel ϕx hinsichtlich seiner Vektorkomponenten in der Y-Richtung und der Z-Richtung beeinflusst.
Aus diesem Grund wird eine Abweichung in der Y-Z-Ebene (d. h. Abweichung hinsichtlich des Ausgangswinkels) zwischen Folgendem erzeugt: Dem Transmissionsvektor Tc, der die Ausbreitungsrichtung des Bildlichts 82c anzeigt, das erhalten wird, wenn das Bildlicht 81c, das auf die Mittenposition in der X-Richtung (=α-Richtung) einfällt, durch eine Linse läuft, und diesem Transmissionsvektor Te.
Wie in 8A dargestellt ist, verschiebt diese Abweichung die Positionen des Folgenden in der vertikalen Richtung (nach unten in dieser Zeichnung): Die Position des Anzeigebilds 4c basierend auf dem Bildlicht 83c, das erhalten wird, wenn das Bildlicht 82c durch die Windschutzscheibe 9 reflektiert wird; und die Position des Anzeigebilds 4e basierend auf dem Bildlicht 83e, das erhalten wird, wenn das Bildlicht 82e durch die Windschutzscheibe 9 reflektiert wird. Diese Abweichung wird weiter erhöht, sowie diese näher zu irgendeinem Ende in der horizontalen Richtung geht (sowie diese weg von der Mittenposition in der X-Richtung geht).
Die zylindrische Linse 7, die in einem außeraxialen Zustand angeordnet ist, erzeugt daher eine in 8B dargestellte fächerförmige Verzeichnung in dem Anzeigebild 4, das durch einen Insassen des Fahrzeugs visuell wahrgenommen wird. 8A oder 8B stellt keine Wirkung, die mit der HUD-Vorrichtung 1 tatsächlich erhalten wird, dar. Dieselben stellen eine Wirkung dar, die erhalten wird, wenn ein Bildlicht von der Anzeigevorrichtung 5 zu der zylindrischen Linse 7 ohne das Dazwischenliegen des Freiformspiegels 6 direkt projiziert wird.
<Konfiguration und Wirkung eines Freiformspiegels>
Wie in 9 dargestellt ist, ist der Freiformspiegel 6 ein allgemein bekannter. D. h., dieser hat eine Reflexionsoberfläche 6a, die ein Licht reflektiert. Es wird angenommen, dass die Richtung der optischen Achse des Freiformspiegels 6 eine γ-Richtung ist; die zwei Richtungen, die zu dieser orthogonal sind, sind eine α-Richtung eine β-Richtung; die Koordinate in der γ-Richtung ist γ; und die Koordinaten in der α-β-Ebene sind (α, β). Zu dieser Zeit ist die Form der Reflexionsoberfläche 6a aus einer gekrümmten Oberfläche, die durch einen Polynomausdruck γ = f(α, β) ausgedrückt ist, aufgebaut. (Man nehme Bezug auf 11)
Die Krümmung der gekrümmten Oberfläche der Reflexionsoberfläche 6a ist so eingestellt, dass eine solche optische Wirkung, um Folgendes zu implementieren, erhalten werden kann: Ein einfallendes Licht wird in der α-Richtung und der β-Richtung ausgedehnt, und eine Verzeichnung in dem Anzeigebild 4, die basierend auf der Form der Windschutzscheibe 9 erzeugt wird, wird korrigiert.
10A stellt die Schnittform des Freiformspiegels 6 in der α-γ-Ebene und die Ausbreitungsrichtung eines Lichts, das durch die Reflexionsoberfläche 6a reflektiert wird, wie aus der β-Richtung betrachtet, dar. 10B stellt die Schnittform des Freiformspiegels 6 in der β-γ-Ebene und die Ausbreitungsrichtung eines Lichts, das durch die Reflexionsoberfläche 6a reflektiert wird, wie aus der α-Richtung betrachtet, dar.
Folgende Vektoren werden im Folgenden wie folgt bezeichnet: Ein Vektor, der die Ausbreitungsrichtung eines einfallenden Lichts in der Mittenposition auf der Reflexionsoberfläche 6a des Freiformspiegels in der α-Richtung und der β-Richtung darstellt, ist ein Einfallsvektor Lc; ein Vektor, der die Ausbreitungsrichtung eines reflektierten Lichts basierend auf diesem einfallenden Licht darstellt, ist ein Reflexionsvektor Rc; ein Vektor, der die Ausbreitungsrichtung eines einfallenden Lichts in einer Position, die in der α-Richtung innerhalb der α-β-Ebene von der Mittenposition entfernt ist, in der α-Richtung und der β-Richtung darstellt, ist ein Einfallsvektor Le; und ein Vektor, der die Ausbreitungsrichtung eines reflektierten Lichts basierend auf diesem einfallenden Licht darstellt, ist ein Reflexionsvektor Re.
Der Freiformspiegel 6 erzielt eine optische Wirkung an einem einfallenden Licht entlang der γ-Richtung sowohl in der α-Richtung als auch in der β-Richtung. (Die Reflexionsvektoren Rc und Re unterscheiden sich hinsichtlich der Richtung sowohl in der α-γ-Ebene als auch in der β-γ-Ebene.) Wie in den Zeichnungen dargestellt ist, findet jedoch Folgendes hinsichtlich des reflektierten Lichts (Reflexionsvektoren Rc und Re), das erhalten wird, wenn ein einfallendes Licht in der Mittenposition in der β-Richtung innerhalb der α-β-Ebene durch die Reflexionsoberfläche 6a reflektiert wird, statt: Wenn sie in der β-γ-Ebene betrachtet werden, sind dieselben in der gleichen Richtung orientiert.
<Anordnung eines Freiformspiegels>
Der so gebildete Freiformspiegel 6 ist eingebaut, wie in 12 dargestellt ist. Eine spezifischere Beschreibung wird angegeben. Der gebildete Freiformspiegel ist sozusagen außeraxial eingebaut, wobei die α-Richtung mit der X-Richtung (horizontalen Richtung in dem Anzeigebild 4) übereinstimmt und die Z-Richtung von der γ-Richtung um einen Neigungswinkel θm geneigt ist. (Die Y-Richtung ist ähnlich aus der β-Richtung geneigt.) Der gebildete Freiformspiegel 6 ist gleichzeitig in einer solchen Position angeordnet, dass ein Licht, das bei der Mitte des Freiformspiegels 6 reflektiert wird, durch die Mitte der zylindrischen Linse 7 läuft.
<Einfluss einer außeraxialen Konfiguration>
13A und 13B stellen den Einfluss des Freiformspiegels 6, der in einem außeraxialen Zustand eingebaut ist, dar. Wie in den Zeichnungen dargestellt ist, wird im Folgenden die Ausbreitungsrichtung der optischen Hauptachse 8 eines Bilds, das von der Anzeigevorrichtung 5 projiziert wird, als eine z-Richtung bezeichnet, die horizontale Richtung in diesem Bild wird als eine x-Richtung bezeichnet, und die Richtung, die sowohl zu der z-Richtung als auch zu der x-Richtung orthogonal ist, wird als eine y-Richtung bezeichnet.
13A ist eine perspektivische Ansicht des Freiformspiegels 6, der in der HUD-Vorrichtung 1 eingebaut ist, wie aus der y-Achse-Richtung betrachtet. 13B ist eine Seitenansicht dieses Freiformspiegels 6, wie aus der x-Achse-Richtung (=X-Achse-Richtung) betrachtet.
Wie im Vorhergehenden erwähnt ist, ist der Freiformspiegel 6 so angeordnet, dass die γ-Richtung aus der Z-Richtung geneigt ist (die γ-Richtung ist ebenfalls aus der z-Richtung geneigt). Wenn dieser Freiformspiegel 6 in der x-z-Ebene betrachtet wird, wie in 13A dargestellt ist, findet Folgendes hinsichtlich der Bildlichter 80, die entlang der z-Richtung einfallen, statt: Die Bildlichter 80c und 80e, die auf eine Position, die lediglich in der x-Richtung innerhalb der gleichen x-y-Ebene entfernt ist, einfallen, unterscheiden sich hinsichtlich der Normalenvektoren Nc und Ne hinsichtlich der Einfallsposition.
Aus diesem Grund findet Folgendes statt, wenn dieselben in der y-z-Ebene betrachtet werden, wie in 13B dargestellt ist: Die Reflexionsvektoren Re und Rc der Bildlichter 80c und 80e werden durch den Unterschied zwischen den Normalenvektoren Nc und Ne beeinflusst und in verschiedenen Richtungen orientiert.
Eine spezifischere Beschreibung wird angegeben. Wenn der Winkel, der zwischen den Normalenvektoren Nc und Ne in der x-z-Ebene gebildet ist, ϕm ist, können die Vektorkomponenten der Normalenvektoren Nc und Ne durch einen Ausdruck (4) ausgedrückt werden. Da der Einfallsvektor Lc und der Einfallsvektor Le gleich sind, sind jedoch die Einfallsvektoren Lc und Le hier durch den gleichen Einheitsvektor ausgedrückt.
Der Reflexionsvektor R, der die Ausbreitungsrichtung des Bildlichts 81, das durch den Freiformspiegel 6 reflektiert wird, darstellt, hat ferner eine Beziehung, die durch einen Ausdruck (5) ausgedrückt ist, wobei L der Einfallsvektor ist, der die Ausbreitungsrichtung des Bildlichts 80, das auf den Freiformspiegel 6 einfällt, anzeigt, und N der Normalenvektor ist, der die Normalenrichtung des Bildlichts 80 in der Einfallsposition an der Reflexionsoberfläche 6a anzeigt. [Ausdruck 5] R = 2(N × L) × N – L (5)
Die Reflexionsvektoren Rc und Re können daher jeweils durch Einsetzen der Vektorkomponenten der Einfallsvektoren Lc und Le und der Normalenvektoren Nc und Ne in dem Ausdruck (4) in den Ausdruck (5) bestimmt werden.
Eine spezifischere Beschreibung wird angegeben. Wie aus dem Ausdruck (5) offensichtlich ist, wird der Reflexionsvektor Re wie im Folgenden beschrieben beeinflusst. Der Reflexionsvektor Re zeigt die Ausbreitungsrichtung des Bildlichts 81e an, das erhalten wird, wenn das Bildlicht 80e, das auf eine Position einfällt, die von der Mittenposition in der x-Richtung entfernt ist, reflektiert wird. Der Reflexionsvektor Re wird durch den Winkel ϕm hinsichtlich seiner Vektorkomponenten in der y-Richtung und der z-Richtung beeinflusst.
Aus diesem Grund wird eine Abweichung in der y-z-Ebene (d. h. Abweichung hinsichtlich des Reflexionswinkels) zwischen Folgendem erzeugt: Dem Reflexionsvektor Rc, der die Ausbreitungsrichtung des Bildlichts 81c anzeigt, das erhalten wird, wenn das Bildlicht 80c, das auf die Mittenposition in der x-Richtung einfällt, reflektiert wird, und diesem Reflexionsvektor Re.
Wie in 14A dargestellt ist, verschiebt diese Abweichung die Positionen des Folgenden in der vertikalen Richtung (nach oben in dieser Zeichnung): Die Position des Anzeigebilds 4c basierend auf dem Bildlicht 83c, das erhalten wird, wenn das Bildlicht 81c durch die Windschutzscheibe 9 reflektiert wird; und die Position des Anzeigebilds 4e basierend auf dem Bildlicht 83e, das erhalten wird, wenn das Bildlicht 81e durch die Windschutzscheibe 9 reflektiert wird. Diese Abweichung wird weiter erhöht, sowie diese näher zu irgendeinem Ende in der horizontalen Richtung geht (sowie diese weg von der Mittenposition in der x-Richtung geht).
Der Freiformspiegel 6, der in einem außeraxialen Zustand angeordnet ist, erzeugt daher eine in 14B dargestellte umgekehrte fächerförmige Verzeichnung in dem Anzeigebild 4, das durch einen Insassen des Fahrzeugs visuell wahrgenommen wird. 14A oder 14B stellt keine Wirkung, die mit der HUD-Vorrichtung 1 tatsächlich erhalten wird, dar. Dieselben stellen eine Wirkung dar, die erhalten wird, wenn ein Bildlicht, das von der Anzeigevorrichtung 5 projiziert wird, durch den Freiformspiegel 6 reflektiert wird und zu der Windschutzscheibe 9 ohne das Dazwischenliegen der zylindrischen Linse 7 direkt projiziert wird.
Eine spezifischere Beschreibung wird angegeben. Es wird angenommen, dass die Positionsabweichung in der Y-Richtung, die in der Y-Z-Ebene verursacht wird, wenn Bildlichter, die sich hinsichtlich der Einfallsposition in der X-Richtung unterscheiden, durch den Freiformspiegel 6 reflektiert werden, ΔM ist und die Positionsabweichung in der Y-Richtung, die in der Y-Z-Ebene verursacht wird, wenn dieselben durch die zylindrische Linse 7 laufen, ΔL ist. Bei diesem Fall ist der Neigungswinkel θm des Freiformspiegels 6 so eingestellt, dass ΔM und ΔL hinsichtlich der Größe miteinander identisch sind und die Richtungen der Abweichungen in der Y-Richtung zueinander entgegengesetzt sind. Die Verzeichnung in dem Anzeigebild 4, die durch den Freiformspiegel 6 erzeugt wird, und die Verzeichnung in dem Anzeigebild 4, die durch die zylindrische Linse 7 erzeugt wird, heben sich daher gegenseitig auf.
Bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel kann die Windschutzscheibe 9 als eine reflektierende Einrichtung oder ein reflektierendes Element funktionieren, die zylindrische Linse 7 kann als eine optische Einrichtung oder ein optisches Element funktionieren, die Anzeigevorrichtung 5 kann als eine Bildprojektionseinrichtung oder ein Bildprojektionselement funktionieren, die Instrumententafel 2 kann als eine Abschirmeinrichtung oder ein Abschirmelement funktionieren, und der Freiformspiegel 6 kann als eine Ablenkeinrichtung oder ein Ablenkelement funktionieren.
<Effekt des ersten Ausführungsbeispiels>
Wie bis zu diesem Punkt beschrieben ist, sind folgende Maßnahmen hinsichtlich der HUD-Vorrichtung 1 getroffen. Der Neigungswinkel θx und die Einbautiefe d der zylindrischen Linse 7 sind so eingestellt, dass Folgendes implementiert ist: Wenn der Einfallswinkel eines Lichts, das auf ihre Durchlaufseite 7b einfällt, gleich dem oder größer als der Einfangs-Obergrenzeneinfallswinkel θu ist, kommt das Licht, das durch die Durchlaufseite 7b reflektiert wird, bei dem Augenbereich 3 nicht an. Die zylindrische Linse 7 ist innerhalb des Lichtleitungsabschnitts 2a eingebaut, so dass Folgendes implementiert ist: Ein äußeres Licht, das in einem Einfallswinkel, der gleich dem oder kleiner als der Einfangs-Obergrenzeneinfallswinkel θu ist, einfällt, wird durch die Instrumententafel 2 blockiert und kann bei der zylindrischen Linse 7 nicht ankommen.
Gemäß der HUD-Vorrichtung 1 tritt daher ein äußeres Licht, das durch die zylindrische Linse 7 reflektiert wird, in den Augenbereich 3 eines Insassen nicht ein, und das Anzeigebild 4, das hinsichtlich der Sichtbarkeit ausgezeichnet ist, kann daher erhalten werden. Bei der HUD-Vorrichtung 1 sind verschiedene Elemente oder Einrichtungen so angeordnet, dass sich Folgendes gegenseitig aufhebt: Die Verzeichnung (fächerförmige Verzeichnung) in dem Anzeigebild 4 aufgrund der geneigten Anordnung der zylindrischen Linse 7; und die Verzeichnung (umgekehrte fächerförmige Verzeichnung) in dem Anzeigebild 4 aufgrund der geneigten Anordnung des Freiformspiegels 6. D. h., Verzeichnungen können sich durch gegenseitiges Abgleichen (i) der Vergrößerung und des Neigungswinkels der zylindrischen Linse 7 und (ii) der Vergrößerung und des Nei gungswinkels des Freiformspiegels 6 aufheben. Dies macht es für einen Insassen möglich, das Anzeigebild 4 durch einen einfachen Aufbau frei von einer Verzeichnung visuell wahrzunehmen.
<Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels>
Einige Beispiele werden angeführt. Das erste Ausführungsbeispiel verwendet die zylindrische Linse 7 als die optische Einrichtung oder das optische Element. Statt dieser zylindrischen Linse 7 kann eine in 15 dargestellte lineare Fresnel-Linse 700 mit einer optischen Wirkung lediglich in einer Richtung verwendet sein.
Wie aus der Zeichnung offensichtlich ist, ist die lineare Fresnel-Linse 700 hinsichtlich der Dicke kleiner als die zylindrische Linse 7. Dies trägt zu einem Verkleinern der HUD-Vorrichtung 1 bei. Statt der zylindrischen Linse 7 kann ferner eine solche gekrümmte substratartige zylindrische Linse 710, wie in 16A bis 16C dargestellt ist, verwendet sein. Die gekrümmte substratartige zylindrische Linse hat eine Krümmung zum Ausdehnen eines einfallenden Lichts in der α-Richtung. Das Substrat selbst ist zusätzlich eine konkave Fläche 711 mit einer zylindrischen Innenflächenform, und die andere Oberfläche ist eine konvexe Fläche 712, die sich entlang der konkaven Fläche 711 erstreckt. Eine solche gekrümmte substratartige lineare Fresnel-Linse, wie in 17A bis 17C dargestellt ist, kann ferner verwendet sein.
Wenn ein zylindrisches gekrümmtes Substrat als das Linsensubstrat verwendet ist, wird folgender Vorteil erlangt: Der Lichtabschirm-Obergrenzeneinfallswinkel θu wird reduziert, wie in 18A dargestellt ist; und es wird ferner leichter gemacht, ein äußeres Licht, das in einem Winkel, der gleich dem oder größer als der Lichtabschirm-Obergrenzeneinfallswinkel θu ist, einfällt, außerhalb des Augenbereichs abzulenken, wie in 18B dargestellt ist. D. h., der Lichtabschirmabschnitt der Instrumententafel 2 kann hinsichtlich der Höhe reduziert werden. Mit anderen Worten ist es möglich, die Tiefe der Einbauposition (d. h. die Einbautiefe d) flach zu machen, und dies steigert eine Leichtigkeit eines Einbaus innerhalb der Instrumententafel.
Eine achromatisierende Linse, eine achromatische Linse, eine apochromatische Linse oder dergleichen, die durch Kombinieren mehrerer Linsen, die aus Materialen gebildet sind, die sich hinsichtlich des Brechungsindex und der chromatischen Dispersion unterscheiden, aufgebaut sind, so dass eine chromatische Aberration korrigiert wird, können ferner verwendet sein.
Bei diesem Fall kann ein Anzeigebild 4, das hinsichtlich der chromatischen Aberration sehr klein ist, erhalten werden, und dies macht es möglich, die Sichtbarkeit des Anzeigebilds 4 weiter zu steigern. Statt der zylindrischen Linse 7 kann eine Freiformlinse mit einer optischen Wirkung nicht nur in der α-Richtung, sondern auch in der β-Richtung verwendet sein. Die optische Wirkung in der β-Richtung muss jedoch so winzig sein, dass diese gesteuert werden kann, um den Eintritt eines äußeren Lichts, das durch die Durchlaufseite 7b reflektiert wird, in den Augenbereich 3 durch geeignetes Einstellen des Neigungswinkels θx und der Einbautiefe d zu verhindern.
Bei diesem Fall kann die HUD-Vorrichtung 1 so aufgebaut sein, dass beispielsweise die Verzeichnung, die aus der Form der Windschutzscheibe 9 entsteht, durch diese Freiformlinse, nicht durch den Freiformspiegel 6, korrigiert wird. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist die zylindrische Linse 7 angeordnet, wobei die α-Richtung auf die X-Richtung abgestimmt ist. Wie in 19 dargestellt ist, kann diese stattdessen mit der α-Richtung aus der X-Richtung um einen Neigungswinkel θy geneigt angeordnet sein. Bei diesem Fall erscheint jedoch der Einfluss einer optischen Wirkung in der α-Richtung ferner in der Y-Z-Ebene. Um damit fertig zu werden, muss der Neigungswinkel θy innerhalb eines solchen Bereichs eingestellt sein, dass selbst unter dem Einfluss dieser optischen Wirkung ein äußeres Licht, das durch die Durchlaufseite 7b reflektiert wird, in den Augenbereich 3 nicht eintritt.
Bei diesem Fall kann die Korrektur einer Verzeichnung in dem Anzeigebild 4 in der horizontalen Richtung exakt angepasst werden, und die Sichtbarkeit des Anzeigebilds 4 kann gesteigert werden. Bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel ist ledig lich ein Freiformspiegel 6 als die Ablenkeinrichtung oder das Ablenkelement verwendet. Wie in 20 dargestellt ist, kann ein reflektierender Spiegel 66 hinzugefügt sein. Dieser reflektierende Spiegel 66 reflektiert ferner das Bildlicht 81, das durch den Freiformspiegel 6 reflektiert wird, und leitet dieses zu der zylindrischen Linse 7.
Bei diesem Fall wird ein und derselbe Raum ferner als der Weg von Bildlichtern verwendet. Selbst in dem begrenzten Raum in der Instrumententafel 2 kann daher der Weg von Bildlichtern verlängert werden, und dies trägt zu einem weiteren Verkleinern der HUD-Vorrichtung 1 bei.
Die Zahl der reflektierenden Spiegel 66 muss nicht eins sein, und zwei oder mehr reflektierende Spiegel können hinzugefügt sein. Der reflektierende Spiegel 66 kann eine optische Wirkung, wie eine Vergrößerung, haben. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Freiformspiegel 6 mit einer solchen Orientierung eingebaut, dass die zylindrische Linse 7 und die Anzeigevorrichtung 5 in der gleichen Y-Z-Ebene angeordnet sind (dieselben sind hinsichtlich der Position in der X-Richtung identisch). Gemäß der Form des Raums in der Instrumententafel 2 kann stattdessen der Freiformspiegel 6 mit einer solchen Orientierung eingebaut sein, dass dieselben in unterschiedlichen Y-Z-Ebenen angeordnet sind (dieselben unterscheiden sich hinsichtlich der Position in der X-Richtung).
D. h., der Freiheitsgrad bei einem Anordnen der Komponenten, die die Vorrichtung konfigurieren, kann durch geeignetes Einstellen der Orientierung des Freiformspiegels 6 gesteigert werden. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird eine Verzeichnung, die aus der außeraxialen Anordnung der zylindrischen Linse 7 entsteht, durch Neigen des Freiformspiegels 6, um eine Verzeichnung, die diese Verzeichnung aufhebt, zu erzeugen, korrigiert. Die HUD-Vorrichtung 1 kann so aufgebaut sein, dass die Verzeichnung durch die Form der gekrümmten Oberfläche einer Freiformlinse, die anstelle des Freiformspiegels 6 oder der zylindrischen Linse 7 angeordnet ist, korrigiert wird.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Ein zweites Ausführungsbeispiel ist als Nächstes im Folgenden beschrieben. 25A, 25B sind eine perspektivische Ansicht bzw. eine Schnittansicht, die eine keilförmige zylindrische Linse 730 darstellen.
Die Blickfeldanzeigevorrichtung (HUD-Vorrichtung) 1 des zweiten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von der des ersten Ausführungsbeispiels hinsichtlich eines Einsetzens der zylindrischen Keillinse 730 für die zylindrische Linse 7. Unterschiedliche Teile sind im Folgenden erklärt.
<Konfiguration und Wirkung einer keilförmigen zylindrischen Linse>
Wie in 25A, 25B gezeigt ist, hat bei der keilförmigen zylindrischen Linse 730 ein Querschnitt, der zu einer Wirkungsachse (α-Richtung) orthogonal ist, eine erste Schnittlinie 731L und eine zweite Schnittlinie 732L mit der Durchlaufseite oder Durchlaufoberfläche (oder einer Ausgangsseite oder Ausgangsoberfläche) 731 bzw. der Einfallsseite oder der Einfallsoberfläche 732. Die erste und die zweite Schnittlinie sind nicht zueinander parallel, der Querschnitt ist daher wie ein Keil geformt. Auf die erste Schnittlinie 731L wird als eine Ausgangsseiten-Schnittlinie Bezug genommen, auf die zweite Schnittlinie 732L wird als eine Einfallsseiten-Schnittlinie Bezug genommen.
25A ist zusätzlich gestaltet, um der zylindrischen Linse 7 (man nehme Bezug auf 3) des ersten Ausführungsbeispiels zu entsprechen. Ähnlich zu dem ersten Ausführungsbeispiel wird die Richtung der Dicke der Linse als eine γ-Richtung bezeichnet; die Richtung, in der diese als eine Linse wirkt, (Wirkungsachsenrichtung) wird als eine α-Richtung bezeichnet; und die Richtung, in der diese nicht als eine Linse wirkt, (Nichtwirkungsachsenrichtung) wird als eine β-Richtung bezeichnet. D. h., die keilförmige zylindrische Linse 730 ist so aufgebaut, dass von zwei Oberflächen, die bei beiden Enden in der γ-Richtung positioniert sind, eine eine rechtwinklige flache Oberfläche 731 und die andere eine Linsenbildungsoberfläche 732 ist, die sich einer gekrümmten Oberfläche einer zylindrischen Säule nähert.
25B stellt außerdem eine Schnittform in einer β-γ-Ebene der keilförmigen zylindrischen Linse 730 dar. Die keilförmige zylindrische Linse 730 ist gebildet, so dass lediglich eine Ausgangsseiten-Schnittlinie 731L in einem vorbestimmten Keilwinkel θw (beispielsweise θw = 2 Grad) gegenüber einer Einfallsseiten-Schnittlinie 732L geneigt ist. Es sei bemerkt, dass der Keilwinkel θw innerhalb eines Bereichs eingestellt ist, um keinen Einfluss einer chromatischen Aberration aufgrund eines Prismeneffekts in einem Anzeigebild 4 zu erzeugen, wenn die keilförmige zylindrische Linse 730 in der HUD-Vorrichtung 1 aufgestellt ist.
26 stellt als Nächstes einen Zustand dar, in dem die keilförmige zylindrische Linse 730 statt der zylindrischen Linse 7 des ersten Ausführungsbeispiels in dem Lichtleitungsabschnitt 2a vorgesehen ist. Wie in 26 dargestellt ist, ist die keilförmige zylindrische Linse 730 angeordnet, derart, dass die Durchlaufseite 731 vorne in dem Fahrzeug liegt und sich die Dicke der Linse 730 nach hinten in dem Fahrzeug erhöht.
Bei einer solchen Anordnung der keilförmigen zylindrischen Linse 730 tritt ein Teil 82 eines Bildlichts 81, das auf die Einfallsseite 732 einfällt, aus der Durchlaufseite 731 aus, während er innerhalb der Linse 730 nicht reflektiert wird. Der Teil 82, der durch die Linse 730 läuft, wird dann durch die Windschutzscheibe 9 reflektiert, um dadurch einen Augenbereich 3 zu erreichen. Der andere Teil 802 des Bildlichts 81 tritt im Gegensatz dazu aus der Durchlaufseite 731 der Linse 730 als ein Geisterlicht, das (mehrere) Reflexionen innerhalb der Linse 730 auf der Durchlaufseite 731 und der Einfallsseite 732 erlebt, aus. Verglichen mit dem Teil 82 des Bildlichts 81, der keine Reflexion innerhalb der Linse 730 erlebt, wird der andere Teil 802 des Bildlichts 81 zu der hintereren Seite des Fahrzeugs gerichtet. Der andere Teil 802 des Bildlichts 81 wird daher auf einen oberen Abschnitt außerhalb des Augenbereichs 3 gerichtet, nachdem er durch die Vorderwindschutzscheibe 9 reflektiert wird.
<Effekt des zweiten Ausführungsbeispiels>
Gemäß der HUD-Vorrichtung 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann verhindert werden, dass ein Geisterbild, das aus einem Geisterlicht gebildet ist, durch einen Insassen des Fahrzeugs als ein virtuelles Bild visuell wahrgenommen wird. Dies erlaubt, dass ein Anzeigebild 4 mit einer ausreichenden Sichtbarkeit sicher projiziert wird.
Hinsichtlich der keilförmigen zylindrischen Linse 730, die bei dem Lichtleitungsabschnitt 2a vorgesehen ist, ist ferner der Neigungswinkel der Durchlaufseite 731, z. B. hinsichtlich der Längsrichtung oder der horizontalen Ebene des Fahrzeugs, größer als der der Einfallsseite 732. Mehr an äußerem Licht, das durch die keilförmige zylindrische Linse 730 reflektiert wird, kann durch die Instrumententafel 2 bei einer Vorderseite des Fahrzeugs unterbrochen werden.
Gemäß der HUD-Vorrichtung 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann leichter verhindert werden, dass ein äußeres Licht in den Augenbereich 3 eintritt. Eine Einbautiefe d der keilförmigen zylindrischen Linse 730 kann vergleichsweise flach bestimmt sein. Die HUD-Vorrichtung 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann daher in dem Fahrzeug leichter eingebaut werden.
<Modifikation des zweiten Ausführungsbeispiels>
Bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel ist die keilförmige zylindrische Linse 730 statt der zylindrischen Linse 7 verwendet. Ohne begrenzt zu sein, kann eine andere Linse mit einem keilförmigen Querschnitt eingesetzt sein. Wie in 27A, 27B dargestellt ist, kann beispielsweise eine keilförmige Fresnel-Linse 740 mit einer Funktion, die zu jener der keilförmigen zylindrischen Linse 730 äquivalent ist, eingesetzt sein. Hinsichtlich der keilförmigen Fresnel-Linse 740 hat ein Querschnitt, der zu einer Wirkungsachse (α-Richtung) orthogonal ist, eine Ausgangsseiten-Schnittlinie 741L und eine Einfallsseiten-Schnittlinie 742L, von denen beide nicht zueinander parallel sind.
Bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel ist die keilförmige zylindrische Linse 730 angeordnet, derart, dass die Durchlaufseite 731 vorne in dem Fahrzeug liegt und sich die Dicke der Linse 730 nach hinten in dem Fahrzeug erhöht. Ohne auf das Vorhergehende begrenzt zu sein, kann, wie in 28 dargestellt ist, die keilförmige zylindrische Linse 730 angeordnet sein, derart, dass die Durchlaufseite 731 hinten in dem Fahrzeug liegt und sich die Dicke der Linse 730 nach vorne in dem Fahrzeug erhöht. Bei einer solchen Anordnung wird ein Geisterlicht, das aus der Linse austritt, nachdem es mehrere Reflexionen innerhalb der Linse erlebt, im Vergleich zu dem Licht 82, das aus der Durchlaufseite 731 austritt, ohne innerhalb der Linse reflektiert zu werden, auf eine Vorderseite des Fahrzeugs gerichtet. Das Geisterlicht wird daher auf einen unteren Abschnitt außerhalb des Augenbereichs 3 gerichtet, nachdem es durch die Vorderwindschutzscheibe 9 reflektiert wird.
(Aspekte)
Aspekte der hierin beschriebenen Offenbarung sind in den folgenden Absätzen dargelegt.
Als ein Aspekt der Offenbarung wird eine Blickfeldanzeigevorrichtung wie folgt geschaffen. Die Vorrichtung befindet sich in einem bewegbaren Körper mit einem reflektierenden Element zum Transmittieren und Reflektieren eines Lichts. Die Vorrichtung erlaubt einem Insassen des bewegbaren Körpers, ein Bild, das aus einem Bildlicht, das durch das reflektierende Element reflektiert wird, gebildet ist, als ein virtuelles Bild visuell wahrzunehmen. Die Vorrichtung weist Folgendes auf. Ein optisches Element ist konfiguriert, um ein Licht zu transmittieren, während eine optische Wirkung an dem Licht hinsichtlich einer voreingestellten bestimmten Richtung erzielt wird. Ein Bildprojektionselement ist konfiguriert, um ein Bildlicht zu einer Projektionsseite des reflektierenden Elements durch eine Einfallsseite und eine Ausgangsseite des optischen Elements zu projizieren, wobei eine optische Hauptachse als durch eine Mitte des projizierten Bildlichts laufend definiert ist. Ein Lichtabschirmelement ist konfiguriert, um einen Teil eines äußeren Lichts, das von einer Nichtprojektionsseite des reflektierenden Elements hin zu dem optischen Element einfällt, einzufangen. Bei dem optischen Element hat hierin ein Querschnitt, der zu der bestimmten Richtung orthogonal ist, eine Einfallsseiten-Schnittlinie auf der Einfallsseite und eine Ausgangsseiten-Schnittlinie auf der Ausgangsseite. Das optische Element ist so angeordnet, dass eine Normale zu der Einfallsseiten-Schnittlinie und eine Normale zu der Ausgangsseiten-Schnittlinie hinsichtlich der optischen Hauptachse des Bilds, das auf das optische Element einfällt, individuell geneigt sind, so dass ein äußeres Licht, das bei dem optischen Element ankommt, ohne durch das Lichtabschirmelement eingefangen zu werden, und durch das optische Element reflektiert wird, dadurch aus einem visuellen Wahrnehmungsbereich gerichtet wird, in dem dem Bild, das aus dem Bildlicht, das durch das reflektierende Element reflektiert wird, gebildet ist, erlaubt ist, durch den Insassen visuell wahrgenommen zu werden.
Gemäß der Blickfeldanzeigevorrichtung kann das Lichtabschirmelement daher einen bestimmten Teil eines äußeren Lichts, das von der Nichtbildprojektionsseite des reflektierenden Elements hin zu dem optischen Element eintritt, ohne einen Fehler einfangen. Der bestimmte Teil des äußeren Lichts soll durch das optische Element reflektiert werden, um dadurch in einen Augenbereich einzutreten, wenn das Lichtabschirmelement nicht anwesend ist. Als ein Resultat kann die Blickfeldanzeigevorrichtung ein Anzeigebild, das hinsichtlich der Sichtbarkeit ausgezeichnet ist, projizieren, ohne durch das äußere Licht beeinflusst zu werden.
Als ein optionales Merkmal ist es bei der Blickfeldanzeigevorrichtung wünschenswert, dass die Einfallsseiten-Schnittlinie und die Ausgangsseiten-Schnittlinie konfiguriert sind, um nicht zueinander parallel zu sein. Bei einer solchen Konfiguration unterscheiden sich (i) ein erstes Bildlicht, das austritt, nachdem es mehrere Reflexionen auf der Ausgangsseite und der Einfallsseite des optischen Elements erlebt, und (ii) ein zweites Bildlicht, das austritt, ohne mehrere Reflexionen zu erleben, voneinander hinsichtlich eines Ausgangswinkels, der aus der Ausgangsseite austritt. Dies verursacht, dass das reflektierende Element das erstere erste Bildlicht reflektiert, um es dadurch auf einen Punkt außerhalb eines visuellen Wahrnehmungsbereichs oder eines Augenbereichs zu richten. D. h., es kann verhindert werden, dass ein Geisterbild, das aus einem Bildlicht, das die mehreren Reflexionen erlebt hat, gebildet ist, durch den Insassen des Fahrzeugs als ein virtuelles Bild betrachtet wird. Dies kann ferner ein Anzeigebild mit einer besseren Sichtbarkeit liefern.
Bei einer solchen Konfiguration kann, wenn ein Neigungswinkel der Einfallsseite oder der Ausgangsseite des optischen Elements als ein Winkel gegenüber einer Normalen zu einer optischen Hauptachse des Bilds, das auf das optische Element einfällt, definiert ist, der Neigungswinkel der Ausgangsseite angeordnet sein, um größer als der der Einfallsseite zu sein. Mehr an äußerem Licht kann daher durch das Lichtabschirmelement eingefangen werden. Während leicht verhindert wird, dass ein äußeres Licht einen Augenbereich erreicht, kann die Einbautiefe der Linse vergleichsweise flach bestimmt sein. Die HUD-Vorrichtung 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann in dem Fahrzeug leichter eingebaut werden.
Als ein optionales Merkmal ist es wünschenswert, dass das optische Element um eine erste Neigungsachse entlang der bestimmten Richtung geneigt ist. Es ist ferner wünschenswert, dass das optische Element konfiguriert ist, derart, dass die bestimmte Richtung mit der horizontalen Richtung des Anzeigebilds annähernd zusammenfällt, um dadurch zu verursachen, dass das Bild eine optische Wirkung lediglich in der horizontalen Richtung erlebt. Das vorhergehende „annähernd" zeigt an, dass es nicht erforderlich ist, dieselben miteinander genau übereinstimmen zu lassen. Wenn der Winkel, der zwischen der bestimmten Richtung und der horizontalen Richtung gebildet ist, innerhalb des Bereichs von beispielsweise ± 20° oder so ist, ist dies akzeptabel.
Als ein optionales Merkmal kann daher das optische Element angeordnet sein, derart, dass die bestimmte Richtung mit einer horizontalen Richtung des Anzeigebilds zusammenfällt. Wenn das optische Element wie im Vorhergehenden erwähnt angeordnet ist, hat die optische Wirkung des optischen Elements keinen Einfluss in einer Ebene, die zu der horizontalen Richtung orthogonal ist. Es ist daher möglich, einen solchen Neigungswinkel des optischen Elements zuverlässig zu erhalten, dass ein äußeres Licht, das durch das optische Element reflektiert wird, aus dem visuellen Wahrnehmungsbereich gerichtet wird.
Bei der Blickfeldanzeigevorrichtung kann das optische Element aus beispielsweise einer zylindrischen Linse oder einer linearen Fresnel-Linse aufgebaut sein.
Die Fresnel-Linse kann insbesondere hinsichtlich der Dicke reduziert sein, und dies trägt zu einem weiteren Verkleinern der Vorrichtung bei.
Als ein optionales Merkmal kann bei der Blickfeldanzeigevorrichtung das optische Element aus mehreren Linsen aufgebaut sein, die aus Materialien, die sich hinsichtlich des Brechungsindex und der chromatischen Dispersion unterscheiden, hergestellt sind. Die mehreren Linsen können kombiniert sein, um eine chromatische Aberration zu korrigieren. Bei diesem Fall kann eine chromatische Aberration, die durch die optische Wirkung des optischen Elements erzeugt wird, korrigiert werden, und ein virtuelles Bild, das hinsichtlich der Sichtbarkeit ausgezeichnet ist, kann erhalten werden.
Als ein optionales Merkmal ist es bei der Blickfeldanzeigevorrichtung wünschenswert, dass das optische Element eine optische Wirkung eines Vergrößerns eines Bilds hat. Eine Anordnung eines solchen optischen Elements macht es möglich, einen optischen Weg des Bilds äquivalent zu verlängern, und dies trägt zu einem Verkleinern der Vorrichtung bei.
Als ein optionales Merkmal ist es bei der Blickfeldanzeigevorrichtung wünschenswert, dass eines oder mehrere Ablenkelemente zum Ablenken eines Lichts in dem Lichtweg des Bildlichts von dem Bildprojektionselement zu dem optischen Element angeordnet sind.
Bei diesem Fall ist es nicht notwendig, die Richtung einer Projektion von dem Bildprojektionselement mit der Richtung der optischen Achse des optischen Elements in Übereinstimmung zu bringen. Dies steigert den Freiheitsgrad bei dem Entwurf des Bildprojektionselements. Wenn mehrere Ablenkelemente angeordnet sind, kann ein begrenzter Raum effektiv benutzt werden, um den optischen Weg eines Bilds durch Bie gen des optischen Wegs des Bilds mehr als einmal zu verlängern. Dies trägt zu einem weiteren Verkleinern der Vorrichtung bei.
Bei diesem Fall ist es ferner wünschenswert, dass mindestens ein Ablenkelement eine optische Wirkung einem Licht vermittelt. Auf ein Ablenkelement, das einem Licht eine optische Wirkung vermittelt, wie im Vorhergehenden erwähnt ist, wird im Folgenden insbesondere als ein funktionalisiertes Ablenkelement Bezug genommen.
Eine Anordnung eines solchen funktionalisierten Ablenkelements ergänzt eine optische Wirkung, die einem Bild durch das optische Element vermittelt wird; ein virtuelles Bild, das hinsichtlich der Sichtbarkeit günstig ist, kann daher erhalten werden.
Es ist ferner wünschenswert, dass die optische Wirkung, die durch mindestens ein funktionalisiertes Ablenkelement gegeben wird, eine Vergrößerung eines Bilds ist.
Bei diesem Fall wird die Vergrößerungswirkung, die einem Bild durch das optische Element gegeben wird, ergänzt; ein virtuelles Bild, das hinsichtlich der Sichtbarkeit günstiger ist, kann daher erhalten werden.
Als ein optionales Merkmal ist es bei der Blickfeldanzeigevorrichtung wünschenswert, dass mindestens ein funktionalisiertes Ablenkelement mit einer optischen Wirkung wie folgt konfiguriert ist. Ein bestimmter Punkt auf der Einfallsseite (Reflexionsoberfläche) des Ablenkelements ist als ein Punkt, bei dem die optische Hauptachse des Bilds einfällt, definiert. Die Normale bei dem bestimmten Punkt der Einfallsseite ist in einem Neigungswinkel gegenüber der optischen Hauptachse des Bilds geneigt. Der Neigungswinkel ist bestimmt, um die Verzeichnung in einem virtuellen Bild, die aus der geneigten Anordnung des optischen Elements entsteht, aufzuheben.
Bei diesem Fall wird die Verzeichnung in dem virtuellen Bild, die aus der geneigten Anordnung des optischen Elements mit einer optischen Wirkung entsteht, durch die Verzeichnung, die aus der geneigten Anordnung des funktionalisierten Ablenkele ments mit einer optischen Wirkung entsteht, aufgehoben. Als ein Resultat kann ein virtuelles Bild, das hinsichtlich der Sichtbarkeit günstig ist, mit einer kleineren Verzeichnung erhalten werden.
Es ist ferner wünschenswert, dass ein funktionalisiertes Ablenkelement in einem Lichtweg vor einem Erreichen des optischen Elements angeordnet ist und das eine funktionalisierte Ablenkelement in einem Winkel um eine zweite Neigungsachse, die in der gleichen Ebene wie die erste Neigungsachse positioniert ist, geneigt ist. Eine Anordnung in dem Lichtweg vor dem Erreichen des optischen Elements bezieht sich auf eine solche Anordnung, dass ein ausgehendes Licht aus dem funktionalisierten Ablenkelement ein Licht, das auf das optische Element einfällt, wird.
Es ist ferner wünschenswert, dass das funktionalisierte Ablenkelement so angeordnet ist, dass ein Winkel, der zwischen der ersten Neigungsachse und der zweiten Neigungsachse in der gleichen Ebene gebildet ist, innerhalb des Bereichs von ± 20° oder so ist. Es ist insbesondere wünschenswerter, dass das funktionalisierte Ablenkelement so angeordnet ist, dass die erste Neigungsachse und die zweite Neigungsachse zueinander parallel sind.
Bei diesem Fall ist es leicht, einen solchen Neigungswinkel einzustellen, dass eine Verzeichnung in einem virtuellen Bild, die aus der geneigten Anordnung des optischen Elements entsteht, aufgehoben wird, und das funktionalisierte Ablenkelement anzuordnen.
Ein ungenutzter Raum zum Einbauen der Vorrichtung wird ferner beseitigt, und die Vorrichtung kann daher hinsichtlich der Größe reduziert werden.
Als ein optionales Merkmal kann bei der Blickfeldanzeigevorrichtung mindestens ein Ablenkelement mit einer optischen Wirkung eine solche Form haben, um eine optische Wirkung eines Aufhebens einer Verzeichnung in einem virtuellen Bild, die aus der Form mindestens entweder des optischen Elements oder des Ablenkelements entsteht, zu vermitteln.
Bei diesem Fall kann das Ablenkelement entworfen sein, um auf die optische Wirkung des optischen Elements oder des reflektierenden Elements zu folgen, und ein virtuelles Bild, das hinsichtlich der Sichtbarkeit günstig ist, mit einer bei weitem kleineren Verzeichnung kann erhalten werden.
Die Blickfeldanzeigevorrichtung kann ferner so aufgebaut sein, dass Folgendes implementiert ist: Diese weist eine Hülle mit einem Projektionselement, das in dieser installiert ist, auf; das Lichtabschirmelement funktioniert ferner als eine innere Wand, die eine Öffnung in der Hülle bildet; und das optische Element ist so angeordnet, dass die Ankunft eines Teils eines äußeren Lichts durch das Lichtabschirmelement verhindert wird.
Bei diesem Fall funktioniert das Lichtabschirmelement ferner als ein Teil der Hülle mit dem Projektionselement, das in dieser installiert ist; eine Zahl von Komponenten kann daher reduziert werden. Als ein Resultat kann der Herstellungsaufwand der Vorrichtung reduziert werden.
Bei der Blickfeldanzeigevorrichtung kann ferner noch das optische Element ebenfalls als ein Deckel zum Abschirmen des Inneren der Hülle vor Staub funktionieren.
Bei diesem Fall kann daher eine Zahl von Komponenten weiter reduziert werden. Als ein Resultat kann der Herstellungsaufwand der Vorrichtung weiter reduziert werden.
Es wird Fachleuten klar sein, dass verschiedene Änderungen bei den im Vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung vorgenommen sein können. Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung sollte jedoch durch die folgenden Ansprüche bestimmt sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2002-202475 A [0009]
- US 2002/0084950 A1 [0009]

Claims

Blickfeldanzeigevorrichtung (1) in einem bewegbaren Körper mit einem reflektierenden Element (9) zum Transmittieren und Reflektieren eines Lichts, wobei die Vorrichtung einem Insassen des bewegbaren Körpers erlaubt, ein Bild, das aus einem Bildlicht, das durch das reflektierende Element reflektiert wird, gebildet ist, als ein virtuelles Bild (4) visuell wahrzunehmen, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist: ein optisches Element (7), das konfiguriert ist, um ein Licht zu transmittieren, während eine optische Wirkung an dem Licht hinsichtlich einer voreingestellten bestimmten Richtung (α) erzielt wird; ein Bildprojektionselement (5), das konfiguriert ist, um ein Bildlicht durch eine Einfallsseite (7a, 71, 702, 712, 722, 732, 742) und eine Ausgangsseite (7b, 70, 701, 711, 721, 731, 741) des optischen Elements zu einer Projektionsseite des reflektierenden Elements zu projizieren, wobei eine optische Hauptachse (8) als durch eine Mitte des projizierten Bildlichts laufend definiert ist; und ein Lichtabschirmelement (2), das konfiguriert ist, um einen Teil eines äußeren Lichts, das von einer Nichtprojektionsseite des reflektierenden Elements hin zu dem optischen Element einfällt, einzufangen, wobei bei dem optischen Element ein Querschnitt, der zu der bestimmten Richtung orthogonal ist, eine Einfallsseiten-Schnittlinie (71L, 732L, 742L) auf der Einfallsseite und eine Ausgangsseiten-Schnittlinie (70L, 731L, 741L) auf der Ausgangsseite hat; und das optische Element so angeordnet ist, dass eine Normale zu der Einfallsseiten-Schnittlinie und eine Normale zu der Ausgangsseiten-Schnittlinie hinsichtlich der optischen Hauptachse des Bilds, das auf das optische Element einfällt, individuell geneigt sind, so dass ein äußeres Licht, das bei dem optischen Element ankommt, ohne durch das Lichtabschirmelement eingefangen zu werden, und durch das optische Element reflektiert wird, dadurch aus einem visuellen Wahrnehmungsbereich (3) gerichtet wird, in dem erlaubt ist, dass das Bild, das aus dem Bildlicht, das durch das reflektierende Element reflektiert wird, gebildet ist, durch den Insassen visuell wahrgenommen wird.
Blickfeldanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, bei der das optische Element konfiguriert ist, derart, dass die Einfallsseiten-Schnittlinie (732L, 742L) und die Ausgangsseiten-Schnittlinie (731L, 741) nicht parallel sind.
Blickfeldanzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das optische Element angeordnet ist, um um eine erste Neigungsachse (θx), die entlang der bestimmten Achse ist, geneigt zu sein.
Blickfeldanzeigevorrichtung nach Anspruch 3, bei der die bestimmte Richtung eine horizontale Richtung (X) des Bilds ist.
Blickfeldanzeigevorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, bei der das optische Element eine zylindrische Linse (7, 710, 730) aufweist.
Blickfeldanzeigevorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, bei der das optische Element eine Fresnel-Linse (700, 720, 740) aufweist.
Blickfeldanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der das optische Element eine Mehrzahl von Linsen aufweist, die aus Materialien, die sich hinsichtlich des Brechungsindex und der chromatischen Dispersion unterscheiden, gebildet sind; und die Mehrzahl von Linsen so kombiniert sind, dass eine chromatische Aberration korrigiert wird.
Blickfeldanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die optische Wirkung, die durch das optische Element erzielt wird, eine Vergrößerung eines Bilds ist.
Blickfeldanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner mit mindestens einem Ablenkelement (6), das konfiguriert ist, um ein Licht abzulenken, wobei das mindestens eine Ablenkelement in einem Lichtweg, der das optische Element von dem Bildprojektionselement erreicht, angeordnet ist.
Blickfeldanzeigevorrichtung nach Anspruch 9, bei der mindestens ein Ablenkelement des mindestens einen Ablenkelements ein funktionalisiertes Ablenkelement (6), das eine optische Wirkung an einem Licht erzielt, aufweist.
Blickfeldanzeigevorrichtung nach Anspruch 10, bei der die optische Wirkung, die durch das funktionalisierte Ablenkelement erzielt wird, eine Vergrößerung eines Bilds ist.
Blickfeldanzeigevorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, bei der das optische Element in einer geneigten Anordnung vorgesehen ist, um um eine erste Neigungsachse (θx) entlang der bestimmten Achse geneigt zu sein; das funktionalisierte Ablenkelement so angeordnet ist, dass eine Normale (Nc) zu einer Bildeinfallsseite (6a) des funktionalisierten Ablenkelements auf der optischen Hauptachse des Bilds, das auf das funktionalisierte Ablenkelement einfällt, von der optischen Hauptachse des Bilds um eine zweite Neigungsachse (α) mit einem zweiten Neigungswinkel (θm) geneigt ist; und der zweite Neigungswinkel vorgesehen ist, derart, dass eine Verzeichnung in dem virtuellen Bild, die durch die geneigte Anordnung des optischen Elements erzeugt wird, aufgehoben wird.
Blickfeldanzeigevorrichtung nach Anspruch 12, bei der das funktionalisierte Ablenkelement in einem Lichtweg vor einem Erreichen des optischen Elements angeordnet ist und um die zweite Neigungsachse, die in einer gleichen Ebene (X-Z) wie eine Ebene der ersten Neigungsachse entlang der bestimmten Richtung positioniert ist, geneigt ist.
Blickfeldanzeigevorrichtung nach Anspruch 13, bei der das optische Element und das funktionalisierte Ablenkelement so angeordnet sind, dass die erste Neigungsachse und die zweite Neigungsachse zueinander parallel sind.
Blickfeldanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, bei der das mindestens eine Ablenkelement eine solche Form hat, um eine optische Wirkung eines Aufhebens einer Verzeichnung in dem virtuellen Bild, die durch eine Form mindestens entweder des optischen Elements oder des reflektierenden Elements erzeugt wird, zu erzielen.
Blickfeldanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, ferner mit einer Hülle (2), die konfiguriert ist, um das Bildprojektionselement zu enthalten und eine Öffnung (2a) zu haben, wobei das optische Element so angeordnet ist, dass das Lichtabschirmelement verhindert, dass der Teil des äußeren Lichts bei dem optischen Element ankommt; und das Lichtabschirmelement konfiguriert ist, um als eine innere Wand, die die Öffnung in der Hülle bildet, zu dienen.
Blickfeldanzeigevorrichtung nach Anspruch 16, bei der das optische Element konfiguriert ist, um ferner als ein Deckel zum Abschirmen eines Inneren der Hülle vor Staub zu dienen.
Blickfeldanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, bei der das optische Element konfiguriert ist, derart, dass die Einfallsseiten-Schnittlinie (71L) und die Ausgangsseiten-Schnittlinie (70L) parallel sind.