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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Head-Up-Displayeinrichtung mit einem Bildschirmelement mit einer Mehrzahl von optischen Elementen.
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HINTERGRUND
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Beispielsweise lehrt die
JP H07 - 270 711 A eine Head-Up-Displayeinrichtung, in der ein Bündel von Strahlen von Licht durch ein Bildschirmelement gestreut wird, und das Bündel von Strahlen von Licht, welches durch das Bildschirmelement gestreut wird, wird als ein Displaybild auf ein Displayelement projiziert, um es einem Betrachter zu ermöglichen, ein virtuelles Bild des Displaybildes zu sehen.
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Das Bildschirmelement der Head-Up-Displayeinrichtung der
JP H07 - 270 711 A ist ein optisches Element, in dem eine Mehrzahl von Mikro-Optischen Elementen in einem Gittermuster derart angeordnet sind, dass diese ein Bündel von Strahlen von Licht transmittieren oder reflektieren, das auf die jeweiligen Mikro-Optischen Elemente einfällt bzw. auftrifft. Die Mikro-Optischen Elemente werden im Allgemeinen als Mikro-Linsen oder Mikro-Spiegel bezeichnet, und jede der Mikro-Linsen oder jeder der Mikro-Spiegel ist aus einer Ansicht, die in einer Richtung vorgenommen wurde, die senkrecht auf einer Ebene des Bildschirmelements steht, in einer rechteckigen Form konfiguriert. Diese Mikro-Linsen oder Mikro-Spiegel sind in einem Gittermuster angeordnet, um ein Mikro-Linsen Array oder ein Mikro-Spiegel Array auszubilden. Eine Oberfläche von jeder der Mikro-Linsen oder Mikro-Spiegel ist als eine gekrümmte Oberfläche mit einem vorbestimmten Radius oder Krümmung ausgebildet, um das Bündel von Strahlen von Licht, welches auf die gekrümmte Oberfläche einfällt, mit einem vorbestimmten Streuwinkel zu streuen. Dadurch wird das Bündel von Strahlen von Licht, welches von dem Bildschirmelement in einem vorbestimmten Streuwinkel abgegeben wird und auf das Displayelement projiziert wird, in einen vorbestimmten Bereich gelenkt, der um die Augen des Betrachters festgelegt ist. Dadurch kann der Betrachter das virtuelle Bild des Displaybildes visuell erkennen, sogar, wenn die Augen des Betrachters in dem vorbestimmten Bereich in der Vertikalrichtung und der Horizontalrichtung des Fahrzeugs bewegt werden. Dieser vorbestimmte Bereich wird im Allgemeinen als ein Sichtbereich bezeichnet.
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Die
JP H07 - 270 711 A lehrt ferner das Einstellen einer Breite und einer Höhe von jeder der Mikro-Linsen oder Mikro-Spiegel. Genauer gesagt lehrt die
JP H07 - 270 711 A das Einstellen einer Größe des Sichtbereichs durch das Einstellen der Neigungen bzw. der Pitches der Mikro-Linsen oder Mikro-Spiegel in der Richtung der Breite und der Richtung der Höhe jeder der Mikro-Linsen oder Mikro-Spiegel.
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Bei der Head-Up-Displayeinrichtung kann es wünschenswert sein, Untersichtbereiche bzw. Sub-Sichtbereiche neben dem Sichtbereich, in denen das virtuelle Bild durch den Betrachter visuell erkannt werden kann, auszubilden, um es dem Betrachter zu ermöglichen, das virtuelle Bild des Displaybildes visuell sogar bei einem Fall zu erkennen, wo der Betrachter seinen/ihren Kopf stark bewegt, beispielsweise um die Umgebung bei dem Zeitpunkt des Fahren des Fahrzeugs zu überprüfen. Der Unter- bzw. Subsichtbereich ist ein Bereich bzw. Raum, in dem das virtuelle Bild visuell mit der minimalen Helligkeit erkennbar ist. Bei der folgenden Diskussion wird der Sichtbereich, welcher neben dem Untersichtbereich ausgebildet ist, als der Hauptsichtbereich bezeichnet.
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Allerdings, wenn die Pitches der Mikro-Linsen oder Mikro-Spiegel in der Richtung der Breite und der Richtung der Höhe derart eingestellt werden, dass diese das visuelle Erkennen des virtuellen Bildes in dem Untersichtbereich ermöglichen, wird das Bündel von Strahlen von Licht, welches auf das Bildschirmelement auftrifft, gleichmäßig in sowohl den Hauptsichtbereich als auch den Untersichtbereich geleitet. Dies wird als ein Ergebnis des gleichmäßigen Festlegens eines Radius der Krümmung der gekrümmten Oberfläche der jeweiligen Mikro-Linsen oder Mirko-Spiegel erachtet.
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Wenn der Betrachtungsbereich bzw. der Sichtbereich in der vorstehend beschriebenen Art und Weise ausgebildet ist, wird die Energie des Bündels von Strahlen von Licht, welches auf das Bildschirmelement einfällt, ebenso den Untersichtbereichen zugeführt. Dadurch wird die Lichtmenge in dem Hauptsichtbereich im Vergleich zu dem Fall, wo nur der Hauptsichtbereich als der Betrachtungsbereich bzw. Betrachtungsraum festgelegt wird, reduziert, und dadurch wird die Helligkeit des virtuellen Bildes, welches in dem Hauptsichtbereich gesehen wird, im Vergleich zu dem Fall, wo nur der Hauptsichtbereich als der Betrachtungsbereich festgelegt wird reduziert. Außerdem wird die Lichtmenge in dem Untersichtbereich bzw. Untersichtraum im Wesentlichen gleich der Lichtmenge in dem Hauptsichtbereich. Daher wird die Lichtmenge in dem Untersichtbereich exzessiv erhöht und dadurch wird die Helligkeit des virtuellen Bildes in dem Untersichtbereich exzessiv erhöht. Im Ergebnis wird die Verwendungseffizienz des Bündels von Strahlen von Licht nachteilhaft verschlechtert.
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Aus der
US 2002 / 0 085 287 A1 ist ferner eine Mehrzahl an optischen Elementen bekannt, die verschieden gekrümmte Oberflächen besitzen und die einfallenden Lichtstrahlen unter verschiedenen Winkeln streuen.
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Offenbarung wurde im Hinblick auf den vorstehenden Nachteil getätigt. Auf diese Weise ist es eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung eine Head-Up-Displayeinrichtung vorzusehen, die einen Untersichtbereich ausbilden kann, in dem eine Helligkeit eines virtuellen Bildes eines Displaybildes im Vergleich zu einer Helligkeit des virtuellen Bildes eines Hauptsichtbereichs reduziert ist.
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Entsprechend der vorliegenden Offenbarung ist eine Head-Up-Displayeinrichtung vorgesehen, die derart konfiguriert ist, dass diese eine Displaybild auf eine Projektionsoberfläche eines Displayelements, welches in einem Fahrzeug installiert ist, zu projizieren, um es einem Betrachter, der in einer Fahrzeugkabine (z. B., einem Passagierabteil) des Fahrzeugs platziert ist, zu ermöglichen, ein virtuelles Bild des Displaybildes zu sehen. Die Head-Up-Displayeinrichtung enthält einen Projektor und ein Bildschirmelement. Der Projektor ist derart konfiguriert, dass dieser ein Bündel von Strahlen von Licht projiziert, welches das Displaybild ausbildet. Das Bündel von Strahlen von Licht wird von dem Projektor auf das Bildschirmelement projiziert. Das Bildschirmelement streut das Bündel von Strahlen von Licht, welches von dem Projektor projiziert wird, in einem vorbestimmten Streuwinkel direkt oder indirekt in Richtung des Displayelements, um das Bündel von Strahlen von Licht sowohl zu einem Haupt-Betrachtungsbereich und zu zumindest einem Unter-Betrachtungsbereich zu leiten, welche vorgegeben sind, und wobei in jedem dieser das virtuelle Bild durch den Betrachter visuell erkennbar ist. Das Bildschirmelement weist eine Mehrzahl von optischen Elementen auf, wobei jedes eine primär gekrümmte Oberfläche und zumindest eine sekundär gekrümmte Oberfläche enthält. Die primär gekrümmte Oberfläche von jedem der Mehrzahl von optischen Elementen streut das Bündel von Strahlen von Licht in Richtung des Haupt-Betrachtungsbereichs durch das Displayelement. Die zumindest eine sekundär gekrümmte Oberfläche von jedem der Mehrzahl der optischen Elemente streut das Bündel von Stahlen von Licht in Richtung des zumindest einem Unter-Betrachtungsbereichs durch das Displayelement. Ein Radius der Krümmung der primär gekrümmten Oberfläche von jedem der Mehrzahl von optischen Elementen ist größer als ein Radius der Krümmung von der zumindest einen sekundär gekrümmten Oberfläche des optischen Elements.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Die hierin beschriebene Zeichnung dient nur dem Zwecke der Illustration und es ist nicht beabsichtigt, dass diese den Umfang der vorliegenden Offenbarung in irgendeiner Weise zu beschränken.
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Es zeigt:
- 1 eine schematische Ansicht, die ein Fahrzeug zeigt, in dem ein Head-Up-Displayeinrichtung entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung installiert ist;
- 2 ein Diagramm, das eine Anordnung der Head-Up-Displayeinrichtung der ersten Ausführungsform in dem Fahrzeug zeigt;
- 3 ein Diagramm, dass eine Struktur eines Laserscanners der Head-Up-Displayeinrichtung der ersten Ausführungsform zeigt;
- 4 eine perspektivische Ansicht eines Bildschirmelements der Head-Up-Displayeinrichtung der ersten Ausführungsform;
- 5 eine partielle longitudinale Querschnittsansicht des Bildschirmelements der ersten Ausführungsform, die entlang der Line V-V in 4 oder 7 vorgenommen wurde;
- 6 eine partielle laterale Querschnittsansicht des Bildschirmelements der ersten Ausführungsform, die entlang der Linie VI-VI in 4 oder 7 vorgenommen wurde;
- 7 ist eine partielle Draufsicht des Bildschirmelements der ersten Ausführungsform;
- 8 ein Diagramm, das ein Bündel von Strahlen von Licht zeigt, welches auf eines der optischen Elemente des Bildschirmelements einfällt, und Strahlen des gestreuten Lichts zeigt, welche durch das optische Element entsprechend der ersten Ausführungsform gestreut werden;
- 9 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Lichtmenge und einer Horizontalposition eines Hauptsichtbereichs und zweier Untersichtbereiche entsprechend der ersten Ausführungsform zeigt;
- 10 eine partielle longitudinale Querschnittsansicht eines Bildschirmelements einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, die entlang einer Linie V-V in 4 oder 7 vorgenommen wurde;
- 11 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Lichtmenge und einer Horizontalposition in einem Hauptsichtbereich und in zwei Untersichtbereichen entsprechend der zweiten Ausführungsform zeigt.
- 12 ein Diagramm, das eine Anordnung der Head-Up-Displayeinrichtung einer Modifikation der ersten Ausführungsform in dem Fahrzeug zeigt;
- 13 ein Diagramm, das eine Anordnung der Head-Up-Displayeinrichtung in einer anderen Modifikation der ersten Ausführungsform in dem Fahrzeug zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden. In der folgenden Beschreibung werden ähnliche Komponenten durch die gleichen Bezugszeichen durchgehend durch die Ausführungsformen bezeichnet werden, und diese werden zum Zweck der Einfachheit nicht redundant beschrieben werden.
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(ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM)
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1 ist eine schematische Ansicht, die ein Fahrzeug zeigt, in dem eine Head-Up-Displayeinrichtung einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung installiert ist. 2 ist ein Diagramm zum Beschreiben der Anordnung der Head-Up-Displayeinrichtung in dem Fahrzeug entsprechend der vorliegenden Ausführungsform. 3 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer Struktur und eines Betriebs eines Laserscanners der ersten Ausführungsform. 4 ist eine perspektivische Ansicht des Bildschirmelements der Head-Up-Displayeinrichtung der ersten Ausführungsform.
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Die Head-Up-Displayeinrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform ist in einem Instrumentenpanel des Fahrzeugs 1 aufgenommen. Bei der Head-Up-Displayeinrichtung 100 wird ein Displaybild 71 auf ein Displayelement, wie zum Beispiel einer Frontscheibe 90 des Fahrzeugs 1 projiziert, sodass ein Betrachter (Fahrer) ein virtuelles Bild 70 des Displaybildes 71 in einem voreingestellten Hauptsichtbereich 60a und zwei voreingestellten Untersichtbereichen 60b in einem voreingestellten Bereich 60 visuell erkennen kann. Eine Projektionsoberfläche (auch bezeichnet als Oberfläche der Projektion) 91, auf die das Displaybild 71 durch die Head-Up-Displayeinrichtung 100 projiziert wird, ist an einer Oberfläche der Fahrzeuginnenseite der Frontscheibe 90 ausgebildet und ist als eine konkave Oberfläche ausgebildet, welche konkav ist, d.h., diese ist gekrümmt und in einer Richtung weg von dem Betrachter zurückgesetzt. Ein Bündel von Strahlen von Licht, welches das Displaybild 71 ausbildet und auf die Projektionsoberfläche 91 projiziert wird, wird durch die Projektionsoberfläche 91 in Richtung des Hauptsichtbereichs 60a und der Untersichtbereiche 60b reflektiert. Der Betrachter, der das Licht des Displaybildes 71 wahrnimmt, kann das virtuelle Bild 70 des Displaybildes 71, welches auf der Frontseite der Frontscheibe 90 (d.h., die Seite der Frontscheibe 90, welche dem Betrachter gegenüberliegt) ausgebildet ist, visuell wahrnehmen, d.h. dieses sehen. Das Displaybild 71 enthält Bildsegmente, die beispielsweise eine Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 1 mit der Head-Up-Displayeinrichtung 100, ein Bild eines Fahrrichtungszeichens des Fahrzeugs 1, welches durch das Navigationssystem spezifiziert wird, und ein Warnzeichen den Fahrzeugs 1 angeben.
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Der Betrachter kann das virtuelle Bild 70 nur dann visuell erkennen, wenn der Augenpunkt 61 des Betrachters in entweder dem Hauptsichtbereich 60a oder den Untersichtbereichen 60b platziert ist. Wenn der Augenpunkt 61 gegenüber allen Bereichen 60a, 60b verschoben ist, ist es für den Betrachter schwierig, das virtuelle Bild 70 visuell zu erkennen.
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Der Hauptsichtbereich 60a ist ein Bereich bzw. Raum, in dem der Augenpunkt 61 mit einer hohen Wahrscheinlichkeit wahrscheinlich platziert ist, wenn der Betrachter in dem Fahrersitz sitzt und eine geeignete Fahrhaltung auf dem Fahrersitz einnimmt. Der Hauptsichtbereich 60a ist in einer verlängerten Rechteckigen Form, welche in der Horizontalrichtung mehr verlängert ist als in der Vertikalrichtung, konfiguriert. Der Grund, warum der Hauptsichtbereich 60a derart festgelegt ist, dass dieser in der Horizontalrichtung verlängert ist, ist derjenige, dass der Kopf des Betrachters, der in dem Fahrersitz sitzt, dahin tendiert, sich in die Horizontalrichtung des Fahrzeugs mehr als in die Vertikalrichtung des Fahrzeugs zu bewegen. Die zwei Untersichtbereiche 60b sind jeweils an zwei Seiten des Hauptsichtbereichs 60a in der Horizontalrichtung vorgesehen. Eine Helligkeit (auch als Lichtintensität bezeichnet) des virtuellen Bildes 70, das in den jeweiligen Untersichtbereichen 60b gesehen wird, ist für den Betrachter niedriger als die Helligkeit des virtuellen Bildes 70, das in dem Hauptsichtbereich 60 a gesehen wird. Allerdings kann der Betrachter, der seinen/ihren Augenpunkt 61 in dem Untersichtbereich 60b hat, das virtuelle Bild 70 immer noch visuell erkennen.
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Nun wird eine Struktur der Head-Up-Displayeinrichtung 100 in Bezug auf die 1 bis 4 beschrieben werden. Die Head-Up-Displayeinrichtung 100 enthält einen Laserscanner 10, ein Bildschirmelement (auch einfach als Bildschirm bezeichnet) 30 und eine konkaven Spiegel 40, welche in einem Gehäuse 110 aufgenommen sind. In der folgenden Beschreibung wird eine Achse der Horizontalrichtung (auch als Lateralrichtung oder eine erste Richtung bezeichnet) des virtuellen Bildes 70, das durch den Betrachter betrachtet wird, als eine x-Achse bezeichnet werden. Außerdem wird eine Achse der Vertikalrichtung (auch als eine oben-nach-unten Richtung oder eine zweite Richtung bezeichnet) des virtuellen Bildes, welche senkrecht auf der Horizontalrichtung steht, als eine y-Achse bezeichnet. Auch wird in der folgenden Beschreibung zum Zwecke des Komforts die Richtung der x-Achse des Displaybildes 71, welche auf jeder entsprechenden Komponente ausgebildet oder projiziert wird, als die Horizontalrichtung (auch als die Lateralrichtung oder die erste Richtung bezeichnet) bezeichnet werden, und die Richtung der y-Achse des Displaybildes 71, welches auf jeder entsprechenden Komponente ausgebildet oder projiziert wird, als die Vertikalrichtung (auch bezeichnet als die oben-nach-unten Richtung oder die zweite Richtung) bezeichnet werden.
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Der Laserscanner 10 enthält eine Lichtquelle 13, eine optische Vorrichtung 20, eine mikroelektrische mechanische Systemvorrichtung 26 (MEMS) und einen Controller 11.
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Die Lichtquelle 13 enthält drei Laserprojektionsvorrichtungen 14 bis 16. Jede der Laserprojektionsvorrichtungen 14 bis 16 weist eine Laserlichtquelle, welche beispielsweise ein Halbleiterlaser (Laserdiode) ist, auf. Außerdem projiziert jede der Laserprojektionsvorrichtungen 14 bis 16 ein entsprechendes Laserlicht (auch als Laserstrahl bezeichnet), das eine Frequenz aufweist, welche zu der der anderen zwei Laserprojektionsvorrichtungen 14 bis 16 unterschiedlich ist, d.h., das entsprechende Laserlicht weist eine Farbphase auf, welche zu der der anderen zwei Laserprojektionsvorrichtungen 14 bis 16 unterschiedlich ist. Genauer gesagt, projiziert die Laserprojektionsvorrichtung 14 ein Laserlicht mit eine roten Farbe. Die Laserprojektionsvorrichtung 15 projiziert ein Laserlicht mit einer blauen Farbe. Die Laserprojektionsvorrichtung 16 projiziert ein Licht mit einer grünen Farbe. Wenn die Laserlichter mit den verschiedenen Farbphasen additiv gemischt werden, können verschiedene Farben reproduziert werden. Jede Laserprojektionsvorrichtung 14 bis 16 ist mit dem Controller 11 verbunden. Jede Laserprojektionsvorrichtung 14 bis 16 projiziert das Laserlicht der entsprechenden Farbphase basierend auf einem Steuersignal, das von dem Controller 11 abgegeben wird.
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Die optische Vorrichtung 20 enthält drei Kollimatorlinsen 21, drei diachronische Filter 22 bis 24 und eine Kondensorlinse 25. Jede Kollimatorlinse ist auf einer nachgelagerten Seite der entsprechenden Laserprojektionsvorrichtung 14 bis 16 in der Projektionsrichtung des Laserlichts platziert, welches von der Laserprojektionsvorrichtung 14 bis 16 projiziert wird. Die Kollimatorlinse 21 erzeugt durch das Brechen des Laserlichts parallele Strahlen von Licht.
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Jeder diachronische Filter 22 bis 24 ist auf einer nachgelagerten Seite der entsprechenden Kollimatorlinse 21 in der Projektionsrichtung des Laserlichts, welches von der entsprechenden Laserprojektionsvorrichtung 14 bis 16 projiziert wird, platziert. Der diachronische Filter 22, welcher auf der nachgelagerten Seite der Laserprojektionsvorrichtung 14 platziert ist, lässt das Licht mit der Frequenz der roten Farbe durch und reflektiert die anderen Lichter mit den anderen Frequenzen, die eine andere sind, wie die Frequenz der roten Farbe. Der diachronische Filter 23, welcher auf der nachgelagerten Seite der Laserprojektionsvorrichtung 15 platziert ist, reflektiert das Licht mit der Frequenz der blauen Farbe und lässt die anderen Lichter mir den anderen Frequenzen, die anders sind als die Frequenz der blauen Farbe, hindurch. Der diachronische Filter 24, welcher auf der nachgelagerten Seite der Laserprojektionsvorrichtung 16 platziert ist, reflektiert das Licht mit der Frequenz der grünen Farbe und lässt die anderen Lichter mit den anderen Frequenzen, die eine andere sind, als die Frequenz der grünen Farbe, hindurch. Das grüne Laserlicht, welches durch den diachronischen Filter 24 reflektiert wird, und das blaue Laserlicht, welches durch den diachronischen Filter 23 reflektiert wird, werden durch den diachronischen Filter 22 reflektiert und treten in die Kondensorlinse 25 ein, und das rote Laserlicht, welches durch den diachronischen Filter 22 hindurch tritt, wird ebenso in Richtung der Kondensorlinse 25 gelenkt und tritt in die Kondensorlinse 25 ein.
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Die Kondensorlinse 25 ist eine plan-konvexe Linse, welche eine Lichteintrittsoberfläche, die als eine planare Oberfläche ausgebildet ist, und eine Lichtaustrittsoberfläche, die als eine konvexe Oberfläche ausgebildet ist, aufweist. Die Kondensorlinse 25 konvergiert das Licht durch das Brechen des Laserlichts, welches in die Lichteintrittsoberfläche der Kondensorlinse 25 eintritt. Daher wird das Laserlicht, welches durch die Kondensorlinse 25 hindurchgetreten ist, auf einer Abbildungsoberfläche (auch als angeordnete Oberfläche oder erste-Seiten-Oberfläche bezeichnet) 31 des Bildschirmelements 30 fokussiert, welche einer flachen Oberfläche (auch als zweite-Seiten-Oberfläche bezeichnet) 34 des Bildschirmelements 30 gegenüber liegt, nachdem dieses durch die MEMS-Vorrichtung 26 hindurchgetreten ist.
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Die MEMS-Vorrichtung 26 ist mit dem Controller 11 verbunden und enthält einen Horizontalscanner 27 und eine Vertikalscanner 28. Ein Metallfilm wird durch Aufdampfen von beispielsweise Aluminium auf eine Oberfläche des Horizontalscanners 27, welche der optischen Vorrichtung 20 gegenüberliegt, ausgebildet, um das Licht zu reflektieren. Der Horizontalscanner 27 wird durch einen drehbaren Schaft 27a drehbar gelagert, welcher sich in der Vertikalrichtung erstreckt, so dass der Horizontalscanner 27 um eine Drehachse des drehbaren Schafts 27a drehbar ist. Der drehbare Schaft 27a wird durch das Gehäuse des Laserscanners 10 drehbar gelagert. Eine Antriebsvorrichtung ist bei der MEMS-Vorrichtung 26 derart vorgesehen, dass diese den drehbaren Schaft 27a dreht. Die Antriebsvorrichtung dreht den drehbaren Schaft 27a, um denselben um eine Drehachse zu drehen und um dadurch den Horizontalscanner 27 basierend auf einem Antriebssignal, das von dem Controller 11 abgegeben wird, zu drehen.
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Ein Metallfilm wird durch Aufdampfen von beispielsweise Aluminium auf eine Oberfläche des Vertikalscanners 28, welche dem Horizontalscanner 27 gegenüber liegt, ausgebildet, um das Licht zu reflektieren. Der Vertikalscanner 28 wird durch den drehbaren Schaft 28a drehbar gelagert, welcher sich in der Horizontalrichtung erstreckt, sodass der Vertikalscanner 28 um eine Drehachse des drehbaren Schafts 28a drehbar ist. Der drehbare Schaft 28 wird drehbar durch das Gehäuse des Laserscanners 10 gelagert. Eine Antriebsvorrichtung ist bei der MEMS-Vorrichtung 26 vorgesehen, um den drehbaren Schaft 28 zu drehen. Die Antriebsvorrichtung treibt den drehbaren Schaft 28 an, um den gleichen um die Drehachse zu drehen und dadurch den Vertikalscanner 28 basierend auf einem Antriebssignal, das von dem Controller 11 abgegeben wird, zu drehen.
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Mit der vorstehend beschriebenen Struktur der MEMS-Vorrichtung 26 werden der Horizontalscanner 27 und der Vertikalscanner 28 basierend auf den Antriebsignalen, die von dem Controller 11 abgegeben werden, angetrieben. Dadurch wird der Horizontalscanner 27 um die Drehachse des drehbaren Schafts 27a gedreht und der Vertikalscanner 28 wird um die Drehachse des drehbaren Schafts 28 a gedreht.
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Der Controller 11 ist eine Steuervorrichtung, welche einen Prozessor enthält. Der Controller 11 gibt das Steuersignal an jede Laserprojektionsvorrichtung 14 bis 16 aus, um das Laserlicht wie ein gepulstes Licht zu blinken. Zusätzlich gibt der Laser-Controller 11 die Antriebssignale zu der MEMS-Vorrichtung 26 aus, um die Richtung des Reflektierten Laserlichts zu steuern, welches durch den Horizontalscanner 27 und durch den Vertikalscanner 28 reflektiert wird, sodass das reflektierte Laserlicht, das durch den Horizontalscanner 27 und den Vertikalscanner 28 reflektiert wird, eine Scannerlinie SL ausbildet, welche in 3 gezeigt ist.
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Der Controller 11 steuert den Laserscanner 10 derart, so dass der Laserscanner 10 das Licht (Bündel von Strahlen) projiziert, welches das Displaybild 71 auf der Abbildungsoberfläche 31 des Bildschirmelements 30 ausbildet. Genauer gesagt wird das Displaybild 71, von dem jedes Pixel durch das entsprechende blinkende Laserlicht ausgebildet wird, auf der Abbildungsoberfläche 31 des Bildschirmelements 30 durch das Scannen des projizierten blinkenden Laserlichts ausgebildet. Das Displaybild 71, welches durch das Scannen des Laserscanners 10 ausgebildet wird, ist ein Bild, das beispielsweise 60 Bilder pro Sekunde und 480 Pixel in der Horizontalrichtung (die x-Achse) und 240 Pixel in der Vertikalrichtung (die y-Achse) aufweist.
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Das Bildschirmelement 30 ist ein reflektives Bildschirmelement (ein Bildschirmelement des reflektiven Typs), welches beispielsweise durch Aufdampfen von Aluminium auf eine entsprechende Oberfläche eines Substrats, das beispielsweise aus Glas hergestellt ist, ausgebildet wird. Das Bildschirmelement 30 streut und reflektiert ein Bündel von Strahlen des aufgenommenen Lichts bei einem vorbestimmten Winkel (in einem vorbestimmten Winkel). Das Bildschirmelement 30 ist auf der oberen Seite des Laserscanners 10 in der Vertikalrichtung des Fahrzeugs 1 platziert (siehe 2). Das Bildschirmelement 30 weist die Abbildungsoberfläche 31 auf. Die Abbildungsoberfläche ist durch einen Metallfilm, beispielsweise aus Aluminium, das auf das Bildschirmelement 30 aufgedampft wird, ausgebildet. Das Displaybild 71 wird auf der Abbildungsoberfläche 31 ausgebildet, wenn das Laserlicht von dem Laserscanner entlang einer y-z Ebene projiziert wird, welche durch die y-Achse und eine z-Achse definiert ist (siehe 3 und 4). Die Abbildungsoberfläche 31 weist eine Mehrzahl von optischen Elementen 32 auf, um das Laserlicht zu streuen, welches auf die Abbildungsoberfläche 31 projiziert wird. Die Abbildungsoberfläche 31 streut das Bündel von Strahlen des Laserlichts, welches das Displaybild 71 ausbildet und auf die Abbildungsoberfläche 31 auftrifft, und das gestreute Bündel von Strahlen des Laserlichts wird in Richtung des konkaven Spiegels 40 reflektiert.
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Der konkave Spiegel 40 wird durch Aufdampfen von beispielsweise Aluminium auf eine Oberfläche eines Substrats, das beispielsweise aus Glas hergestellt ist, ausgebildet. Der konkave Spiegel 40 weist eine Reflektionsoberfläche 41 auf, das das reflektierte Bündel von Strahlen von Licht, welches von der Abbildungsoberfläche 31 des Bildschirmelements 30 reflektiert wird, auf die Projektionsoberfläche 91 der Frontscheibe 90 reflektiert. Die Reflektionsoberfläche 41 projiziert das Displaybild 71 solchermaßen auf die Projektionsoberfläche 91, dass die Reflektionsoberfläche 41 das Displaybild 71, welches durch die Abbildungsoberfläche 31 reflektiert wird, vergrößert und reflektiert.
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Nachstehend werden charakteristische Merkmale der Head-Up-Displayeinrichtung 100 der ersten Ausführungsform beschrieben werden. Jedes der optischen Elemente 32, welche auf der Abbildungsoberfläche 31 ausgebildet sind, weist eine konvexe Oberfläche auf, die konvex ist, d. h. die gekrümmt ist und in eine Richtung der z-Achse in Richtung des Laserscanners 10 hervorstehend ist. Die konvexe Oberfläche des optischen Elements ist wie folgt konfiguriert. In Bezug auf 5, weist in einem longitudinalen Querschnitt von jedem der optischen Elemente 32, der entlang einer Linie V-V in 4 vorgenommen wurde, d. h. entlang der x-Achse, die konvexe Oberfläche des optischen Elements 32 zwei Typen bzw. Arten von Bogen Aa, Ab auf, die jeweils einen vorbestimmten Krümmungsradius Ra und einen vorbestimmten Krümmungsradius Rb aufweisen, die voneinander unterschiedlich sind. Im Gegensatz dazu weist in einem lateralen Querschnitt (Querschnitt in der Breite) von jedem der optischen Elemente 32, der entlang einer Linie VI-VI in 4 vorgenommen wurde, d. h., entlang der y-Achse, in Bezug auf 6 die konvexe Oberfläche des optischen Elements 32 nur einen Typ bzw. eine Art von Bogen Ac auf, welche einen vorbestimmten Krümmungsradius Rc aufweist. Die Oberflächenstruktur von jedem optischen Element 32 wird später im Detail beschrieben werden. Außerdem ist in einer Draufsicht des Bildschirmelements 30 jedes optische Element 32 in einer verlängerten rechteckigen Form konfiguriert. In Bezug auf 4 ist eine Länge des optischen Elements 32, die in der Longitudinalrichtung davon gemessen wird, d. h., in der Richtung der x-Achse, länger als eine Breite des optischen Elements 32, die in der Lateralrichtung davon gemessen wird, d. h., in der Richtung der y-Achse. Die optischen Elemente 32 sind in Reihen und Zeilen in einem Gittermuster angeordnet, um ein Array auszubilden. Mit Bezug auf die 2 und 4 ist ein Verhältnis zwischen der Länge des optischen Elements 32, die in der Richtung der x-Achse gemessen wird, und der Breite des Optischen Elements 32, die in der Richtung der y-Achse gemessen wird, im wesentlichen gleich wie ein Verhältnis zwischen einer Länge des Bereichs 60 (d. h., der Summer einer Länge des Hauptsichtbereichs 60a und Längen der Untersichtbereiche 60b), die in der Richtung der x-Achse gemessen wird (der Horizontalrichtung), und einer Breite des Bereichs 60 (d. h., eine Breite von sowohl des Hauptsichtbereichs 60a und der Untersichtbereiche 60b), die in der Richtung der y-Achse gemessen wird (der Vertikalrichtung).
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5 zeigt den longitudinalen Querschnitt des optischen Elements 32 in der Spalte, welche entlang der Linie V-V vorgenommen wurde, d. h., entlang der x-Achse der 4 und 7, d. h., dieser wurde entlang einer imaginären longitudinalen Linie des Bildschirmelements 30 vorgenommen, welche sich entlang eines Zentrums in der Breite für jedes der optischen Elemente 32 in der Spalte erstreckt. 6 zeigt den lateralen Querschnitt der optischen Elemente 32, der entlang der Linie VI-VI vorgenommen wurde, d. h., entlang der y-Achse der 4 und 7, d. h., welcher entlang einer imaginären lateralen Linie des Bildschirmelements 30 vorgenommen wurde, die sich entlang einem longitudinalen Zentrum für jedes der optischen Elemente 32 in der Reihe erstreckt. 7 ist eine teilweise Draufsicht, die einen partiellen Abschnitt des Arrays von optischen Elementen 32 angibt, das in 4 gezeigt wird. Wie in 7 gezeigt, sind eine primär gekrümmte Oberfläche 32a und zwei sekundär gekrümmte Oberflächen 32b in der Oberfläche von jedem optischen Element 32 ausgebildet. Die primär gekrümmte Oberfläche 32a ist in einer Mittenposition der Oberfläche des optischen Elements 32 ausgebildet. Bei dem optischen Element 32 sind die sekundär gekrümmten Oberflächen 32b auf einer Seite und der anderen Seite der primär gekrümmten Oberfläche 32a in der Richtung der x-Achse platziert. Die primär gekrümmte Oberfläche 32a ist eine dreidimensional gekrümmte Oberfläche, die ausgebildet wird, indem ein Apex des Bogens Ac der 6 (siehe eine durchgezogene bogenförmige Linie) entlang den Bogens Aa der 5 (siehe durchgezogene, bogenförmige Linie) in die Richtung der x-Achse von 5 nach dem Drehen der Ebene der 6 um 90° beweget wird. Der Bogen Ac der 6 erstreckt sich bogenförmig als ein Teil eines imaginären Kreises Pc um eine Mitte O3 und weist einen vorbestimmten Krümmungsradius Rc auf. Der Bogen Aa von 5 erstreckt sich bogenförmig als ein Teil eines imaginären Kreises Pa um eine Mitte O1 und weist einen vorbestimmten Krümmungsradius Ra auf. Jede der sekundär gekrümmten Oberflächen 32b ist eine dreidimensional gekrümmte Oberfläche, die ausgebildet wird, indem der Apex des Bogens Ac von 6 entlang des Bogens Ab von 5 (siehe durchgezogene bogenförmige Linie) in der Richtung der x-Achse von 5 nach dem Drehen der Ebene von 6 um 90° bewegt wird. Der Bogen Ab von 5 erstreckt sich als ein Teil eines imaginären Kreises Pb um eine Mitte 02 und weist einen vorbestimmten Krümmungsradius Rb auf. Der Krümmungsradius Rb ist kleiner als der Krümmungsradius Oa (d. h. Rb < Ra). Wie in 5 gezeigt sind bei jedem optischen Element 32 die Bögen Ab der zwei sekundär gekrümmten Oberflächen beide entlang des gemeinsamen imaginären Kreises Pb platziert, welcher um die Mitte 02 zentriert ist. Wie in 7 gezeigt, gibt es bei dem optischen Element 32 keine sekundär gekrümmte Oberfläche 32b auf beiden Seiten der primär gekrümmten Oberfläche 32a in der Richtung der y-Achse. Außerdem sind bei dem longitudinalen Querschnitt des optischen Elements 32, der in 5 gezeigt wird, die Mitte O1 des Bogens Aa und die Mitte 02 des Bogens Ab voneinander beabstandet angeordnet und entlang einer imaginären Linie M platziert, welche sich in der Richtung der z-Achse erstreckt.
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Wenn jedes der optischen Elemente 32 auf die vorstehend beschriebene Art und Weise konfiguriert ist, können die folgenden Vorteile erzielt werden. Nun werden diese Vorteile im Detail in Bezug auf die 8 und 9 beschrieben werden.
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Wie in 8 gezeigt, wenn das Bündel von Strahlen von Licht, das von dem Laserscanner 10 in der z-Richtung abgegeben wird, auf das optische Element 32 einfällt, streut das optische Element 32 das Bündel von Strahlen von Licht in entsprechenden Streuwinkeln, welche den primär und sekundär gekrümmten Oberflächen 32a, 32b des optischen Elements 32 entsprechen. Genauer gesagt, ist der Streuwinkel des Bündels von Strahlen von Licht, welches auf die primär gekrümmte Oberfläche 32a einfällt, kleiner als der Streuwinkel des Bündels von Strahlen von Licht, welches auf die sekundär gekrümmte Oberfläche 32b einfällt. Dies rührt daher, dass der Krümmungsradius Ra der primär gekrümmten Oberfläche 32a größer ist als der Krümmungsradius Rb der sekundär gekrümmten Oberfläche 32b. Auf diese Weise wird der Winkel des Bündels von Stahlen von Licht, welches durch die primär gekrümmte Oberfläche 32a reflektiert wird, relativ der Richtung der z-Achse kleiner als der Winkel des Bündels von Strahlen von Licht, welcher durch die sekundär gekrümmte Oberfläche 32b reflektiert wird, relativ der Richtung der z-Achse. Daher wird wie in 8 gezeigt eine Dichte der Stahlen des reflektierten Lichts, welches durch die primär gekrümmte Oberfläche 32a reflektiert wird, höher als eine Dichte von Strahlen des reflektierten Lichts, welches durch die sekundär gekrümmte Oberfläche 32b reflektiert wird. Da die primär gekrümmte Oberfläche 32a und die sekundär gekrümmte Oberfläche 32b den gemeinsamen Krümmungsradius Rc in der Richtung der y-Achse aufweisen, ist der Streuwinkel des Bündels von Strahlen in der Richtung der y-Achse der gleiche für sowohl die primär gekrümmte Oberfläche 32a als auch die sekundär gekrümmte Oberfläche 32b.
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Daher wird das Bündel von Stahlen von Licht, welches auf die primär gekrümmte Oberfläche 32a einfällt, mit dem entsprechenden Streuwinkel gestreut, welches der Oberflächenkontur der primär gekrümmten Oberfläche 32a entspricht, und dieses gestreute Bündel von Strahlen wird zu dem konkaven Spiegel 40 transmittiert. Dann wird dieses Bündel von Strahlen von Licht, welches durch den konkaven Spiegel 40 reflektiert wird, durch die Projektionsoberfläche 91 der Frontscheibe 90 reflektiert und zu dem Hauptsichtbereicht 60a geleitet. Im Gegensatz dazu wird das Bündel von Strahlen von Licht, welches auf die entsprechende der zwei sekundär gekrümmten Oberflächen 32b, die jeweils auf den gegenüberliegenden Seiten der primär gekrümmten Oberfläche 32a platziert sind, einfällt, mit einem entsprechenden Streuwinkel, welcher der Oberflächenkontur der sekundär gekrümmten Oberfläche 32b entspricht gestreut, und dieses gestreute Bündel von Strahlen wird zu dem konkaven Spiegel 40 transmittiert. Dann wird dieses Bündel von Strahlen von Licht, welches durch den konkaven Spiegel 40 reflektiert wird, durch die Projektionsoberfläche 91 der Frontscheibe 90 reflektiert und zu der korrespondierenden der zwei Untersichtbereiche 60b gelenkt, welche jeweils auf den zwei gegenüberliegenden Seiten des Hauptsichtbereichs 60a in der Richtung der x-Achse (der Horizontalrichtung) platziert sind.
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Wie vorstehen diskutiert wird der Streuwinkel des Bündels von Strahlen des reflektierten Lichts, welches durch die primär gekrümmte Oberfläche 32a reflektiert wird, kleiner als der Streuwinkel des Bündels von Strahlen des reflektierten Lichts, welches durch die sekundär gekrümmte Oberfläche 32b reflektiert wird. Daher wird die Dichte von Strahlen des reflektierten Lichts, welches durch die primär gekrümmte Oberfläche 32a reflektiert wird, höher als die Dichte von Strahlen des reflektierten Lichts, welches durch die sekundär gekrümmte Oberfläche 32b reflektiert wird. Eine Lichtmenge (auch als Lichtenergie bezeichnet), welche zu der entsprechenden des Hauptsichtbereiches 60a und der Untersichtbereiche 60b gelenkt wird, ist proportional zu der Dichte der Stahlen von Licht, die dorthin gelenkt werden. Daher, wie in 9 gezeigt, wird die Lichtmenge bei dem Hauptsichtbereich 60a größer als die Lichtmenge bei jeder der Untersichtbereiche 60b. Im Ergebnis kann die Helligkeit des virtuellen Bildes 70 des Displaybildes 71 in dem Hauptsichtbereich 60a höher festgelegt werden, als die Helligkeit des virtuellen Bildes 70 des Displaybildes in dem Untersichtbereich 60b. Daher ist es möglich, die Helligkeit des virtuellen Bildes 70 in dem Hauptsichtbereich 60a im Vergleich zu der des virtuellen Bildes 70 in dem jeweiligen Untersichtbereich 60b zu erhöhen. Außerdem wird die Lichtmenge in dem Untersichtbereich 60b kleiner als die Lichtmenge in dem Hauptsichtbereich 60a. Daher kann der Betrachter das virtuelle Bild 70 ohne das exzessive Erhöhen der Helligkeit des virtuellen Bildes 70 in dem Untersichtbereich 60b visuell erkennen. Außerdem ist die Lichtmenge in jedem Untersichtbereich 60b nicht exzessiv erhöht. Daher ist es möglich, dass exzessive Zuführen von Energie der Strahlen von Licht von dem Laserscanner 10 zu dem Unersichtbereich 60b zu limitieren bzw. zu beschränken. Im Ergebnis ist es möglich, eine Reduzierung der Verwendungseffizienz des Lichts zu beschränken.
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Die Länge von jedem optischen Element 32 in der Richtung der x-Achse und die Breite des optischen Elements 32 in der Richtung der y-Achse als auch das Verhältnis dazwischen werden basierend auf der festzulegenden Größe des Hauptsichtbereichs 60a und der festzulegenden Größe von jedem Untersichtbereich 60b bestimmt. Außerdem variiert die Größe des Hauptsichtbereichs 60a und die Größe von jedem Untersichtbereich 60b in Abhängigkeit zu dem Krümmungsradius Ra und dem Krümmungsradius Rb. Daher sollte des Krümmungsradius Ra und der Krümmungsradius Rb bei dem Zeitpunkt des Festlegens des Hauptsichtbereichs 60a und der Untersichtbereiche 6b berücksichtigt werden. Dies rührt daher, dass der Streuwinkel der Strahlen von Licht in Abhängigkeit zu dem Krümmungsradius, wie vorstehend erläutert, variiert, um eine Änderung in der Entfernung (Größe) der Strahlen von Licht, die in diesen Streuwinkel gelenkt werden sollen, hervorzurufen.
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Wie vorstehen diskutiert wird das Bündel von Strahlen von Licht, das durch die primär gekrümmte Oberfläche 32a reflektiert wird, zu dem Hauptsichtbereich 60a gelenkt, und dass Bündel von Strahlen von Licht, dass durch die entsprechende sekundär gekrümmte Oberfläche 32b reflektiert wird, wird zu dem entsprechenden Untersichtbereich 60b gelenkt. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die sekundär gekrümmten Oberflächen 32b symmetrisch auf den jeweils gegenüberliegenden Seiten der primär gekrümmten Oberfläche 32a vorgesehen. Daher sind die Untersichtbereiche 60b jeweils symmetrisch auf den gegenüberliegenden Seiten des Hauptsichtbereiches 60a vorgesehen. Hier wird angemerkt, dass die sekundär gekrümmten Oberflächen 32b möglicherweise asymmetrisch auf den jeweils gegenüberliegenden Seiten der primär gekrümmten Oberfläche 32a vorgesehen sein können, um die Untersichtbereiche 60b jeweils auf den gegenüberliegenden Seiten des Hauptsichtbereichs 60a asymmetrisch vorzusehen, falls dies gewünscht wird.
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Bei dem Fall, wo der Hauptsichtbereich 60a und die Untersichtbereiche 60b in der vorstehend beschriebenen Art und Weise vorgesehen sind, kann der Augenpunkt 61 immer noch in einer der Untersichtbereiche 60b, die jeweils auf den gegenüberliegenden Seiten des Hauptsichtbereichs 60a platziert sind, verbleiben, so dass der Betrachter das virtuelle Bild 70 des Displaybildes 71 zuverlässiger sehen kann, sogar wenn der Augenpunkt 61 des Betrachters gegenüber dem Hauptsichtbereich 60a aufgrund einer Bewegung der oberen Hälfte des Körpers des Betrachters während des Manövrierens des Fahrzeugs verlagert wird. Der Fahrer sitzt bei dem Zeitpunkt des Fahrens des Fahrzeugs in dem Fahrersitz. Daher tendiert der Kopf des Betrachters, der in dem Fahrersitz sitzt, dahingehend, sich mehr in der Horizontalrichtung des Fahrzeugs als in der Vertikalrichtung des Fahrzeugs zu bewegen. Daher tendiert der Augenpunkt 61 dazu, sich in der Horizontalrichtung zu bewegen.
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Genauer gesagt sind bei der vorliegenden Ausführungsform die zwei sekundär gekrümmten Oberflächen 32b jeweils auf den zwei gegenüberliegenden Seiten der primär gekrümmten Oberfläche 32a in der Richtung der x-Achse (der Horizontalrichtung) ausgebildet, um die zwei Untersichtbereiche 60b jeweils auf den zwei gegenüberliegenden Seiten des Hauptsichtbereiches 60a in der Richtung der x-Achse (der Horizontalrichtung) auszubilden. Dadurch können die Untersichtbereiche 60b und der Hauptsichtbereich 60a derart platziert werden, dass diese der Bewegung des Kopfs des Betrachters (der Bewegung des Augenpunkts 61) entsprechen. Im Ergebnis kann die Sichtbarkeit des virtuellen Bildes 70 des Displaybildes 61 verbessert werden.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform dient der Laserscanner 10 als ein Projektor. Der Hauptsichtbereich 60a dient als ein Hauptbetrachtungsbereich bzw. Hauptbetrachtungsraum. Jeder der Untersichtbereiche 60b dient als ein Unterbetrachtungsbereich bzw. Unterbetrachtungsraum.
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(ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM)
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Bei der ersten Ausführungsform sind die zwei sekundär gekrümmten Oberflächen 32b jeweils auf zwei gegenüberliegenden Seiten der primär gekrümmten Oberfläche 32a vorgesehen. In dem Fall, wo die primär gekrümmte Oberfläche 32a und die sekundär gekrümmten Oberflächen 32b in der vorstehend beschriebenen Art und Weise ausgebildet sind, ändert sich die Lichtmenge rapide, wenn der Augenpunkt 61 von dem Hauptsichtbereich 60a verlagert und in dem Untersichtbereich 60b platziert wird, und dadurch wird die Helligkeit des virtuellen Bildes 70 rapide verringert, wie in 9 gezeigt. Auf diese Weise kann der Betrachter möglicherweise ein unkomfortables Gefühl in Bezug auf die schnelle Änderung der Helligkeit haben.
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Auf diese Weise wird bei der zweiten Ausführungsform, wie in 10 gezeigt, eine Verbindungsoberfläche (auch als Übergangsoberfläche bezeichnet) 32c als eine gekrümmte Oberfläche zwischen der primär gekrümmten Oberfläche 32a und jeder der sekundär gekrümmten Oberflächen 32b entlang der x-Achse ausgebildet. Bei dem longitudinalen Querschnitt des optischen Elements 32, der entlang der x-Achse vorgenommen wurde (d. h., der Querschnitt, der entlang der Linie V-V von 4 vorgenommen wurde), wird ein Krümmungsradius der Verbindungsoberfläche 32c progressiv von dem Krümmungsradius Ra zu dem Krümmungsradius Rb von einer Seite der Verbindungsoberfläche 32c, bei der die primär gekrümmte Oberfläche 32c platziert ist, zu der anderen Seite der Verbindungsoberfläche 32c, bei der die sekundär gekrümmte Oberfläche 32b platziert ist, in der Richtung der x-Achse geändert. Außerdem ist bei dem lateralen Querschnitt des optischen Elements 32 (d. h., der Querschnitt, der entlang der Linie VI-VI von 4 vorgenommen wurde) ein Krümmungsradius der Verbindungsoberfläche 32c derart festgelegt, dass dieser wie in der ersten Ausführungsform der Krümmungsradius Rc ist. Genauer gesagt weist bei dem lateralen Querschnitt des optischen Elements 32, der entlang der y-Achse vorgenommen wurde, die konvexe Oberfläche des optischen Elements 32 nur einen Typ des Bogens Ac, wie in der ersten Ausführungsform, auf (Siehe 6).
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Auf diese Weise ist, wie in 11 gezeigt, ein Verbindungssichtbereich (Übergangssichtbereich) 60c zwischen dem Hauptsichtbereich 60a und jedem Untersichtbereich 60b ausgebildet. Die Lichtmenge, welche dem Verbindungssichtbereich 60c zugeführt wird, wird von der Seite des Hauptsichtbereichs 60a progressiv zu der Seite des Untersichtbereichs 60b reduziert. Daher wird die Helligkeit des virtuellen Bildes 70 des Displaybildes 71 progressiv von der Seite des Hauptsichtbereichs 60a zu der Seite des Untersichtbereichs 60b reduziert. Im Ergebnis ist es möglich, das unkomfortable Gefühl des Betrachters, welches durch die rapide Änderung der Helligkeit verursacht wird, zu lindern.
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Die vorliegende Offenbarung wurde in Bezug auf die erste und zweite Ausführungsform beschrieben. Allerdings ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen beschränkt und die vorstehenden Ausführungsformen können im Geiste und Umfang der vorliegenden Offenbarung modifiziert werden.
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Bei der ersten und zweiten Ausführungsform sind die primär gekrümmte Oberfläche 32a und die sekundär gekrümmte Oberfläche 32b in der Horizontalrichtung angeordnet, d. h., in der Richtung der x-Achse in jedem der optischen Elemente 32 des Bildschirmelements 30, um den Hauptsichtbereich 60a und die Untersichtbereiche 60b auszubilden, die in der Horizontalrichtung angeordnet sind, d. h., in der Richtung der x-Achse. Die Anordnung der primär gekrümmten Oberfläche 32a und der sekundär gekrümmten Oberflächen 32b ist aufgrund der Anordnung des Hauptsichtbereich 60a und der Untersichtbereiche 60b in der Horizontalrichtung. Bei einem Fall, wo beispielsweise der Hauptsichtbereich 60a und die Untersichtbereiche 60b in der Vertikalrichtung angeordnet werden müssen, d. h., der Richtung der y-Achse, können die primär gekrümmte Oberfläche 32a und die sekundär gekrümmten Oberflächen 32b in der Vertikalrichtung angeordnet sein, d. h., in der Richtung der y-Achse solchermaßen, dass die sekundär gekrümmten Oberflächen 32b auf jeweils zwei gegenüberliegenden Seiten der primär gekrümmten Oberfläche 32a in der Richtung der y-Achse platziert sind. Außerdem kann bei einem Fall, wo die Untersichtbereiche 60b (d. h., drei oder mehr Untersichtbereiche 60b) derart angeordnet sein müssen, dass diese den Hauptsichtbereich 60a umgeben, die sekundär gekrümmten Oberflächen 32b (z. B., drei oder mehr sekundär gekrümmte Oberflächen 32b) derart angeordnet sein, so dass diese die primär gekrümmte Oberfläche 32a umgeben.
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Außerdem ist bei der ersten und zweiten Ausführungsform jedes der optischen Elemente 32 in eine verlängerte rechteckige Form konfiguriert, und diese optischen Elemente 32 sind in Reihen und Spalten in dem Gittermuster angeordnet, um das Bildschirmelement 30 auszubilden. Allerdings ist die Form von jedem der optischen Elemente 32 nicht auf die rechteckige Form beschränkt. Beispielsweise kann die Form von jedem der optischen Elemente 32 eine hexagonale Form sein, und diese optischen Elemente 32 können in einem Bienenwabenmuster dicht angeordnet sein, um das Bildschirmelement auszubilden. Wenn jedes der optischen Elemente in einer hexagonalen Form konfiguriert ist, wird der ganze Bereich, welcher den Hauptsichtbereich und die Untersichtbereiche enthält, eine hexagonale Form.
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Bei der ersten und zweiten Ausführungsform wird das Bündel von Stahlen von Licht indirekt von dem Bildschirmelement 30 auf die Projektionsoberfläche 91 der Frontscheibe 90 durch den konkaven Spiegel 40 projiziert. Alternativ kann, wie in 12 gezeigt, der konkave Spiegel 40 eliminiert werden, und das Bündel von Strahlen von Licht kann direkt von dem Bildschirmelement 30 auf die Projektionsoberfläche 91 der Frontscheibe 90 projiziert werden. In 12 ist die Abbildungsoberfläche 31 des Bildschirmelements 30 auf die Projektionsoberfläche 91 der Frontscheibe 90 gerichtet, um das Bündel von Strahlen von Licht, welches von dem Laserscanner 10 aufgenommen wird, zu der Projektionsoberfläche 91 der Frontscheibe 90 direkt zu reflektieren.
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Außerdem kann, wie in 13 gezeigt, das reflektive Bildschirmelement 30 durch ein transmissives Bildschirmelement 130 ersetzt werden, das aus einem lichttransmissiven Material hergestellt ist. Eine Konfiguration des transmissiven Bildschirmelements 130 ist ähnlich der des reflektiven Bildschirmelements 30, das in 4 gezeigt wird. Genauer gesagt, wie in 4 gezeigt, enthält das transmissive Bildschirmelement 130 eine Mehrzahl von optischen Elementen 132, welche als Mikro-Linsen (ein Array von Mikro-Linsen) bei einer geordneten Oberfläche 131 des transmissiven Bildschirmelements 130 ausgebildet sind. In diesem Fall tritt das Bündel von Strahlen von Licht, welches von dem Laserscanner 10 projiziert wird, in das Bildschirmelement 130 von einer flachen Oberfläche 134 des Bildschirmelements 130 (die untere Seite des Bildschirmelements 130 von 4) ein und wird durch das Bildschirmelement 130 transmittiert. Dann wird das Bündel von Strahlen von Licht, welches durch das Bildschirmelement 130 tranmittiert wird, gestreut und von der geordneten Oberfläche 131 des Bildschirmelements 130 (die obere Seite des Bildschirmelements 130 in 4) durch das entsprechende optische Element 132 abgegeben. Jedes der optischen Elemente 132 weist die primär gekrümmte Oberfläche 32a und die zwei sekundär gekrümmten Oberflächen 32b auf, welche ähnlich denen des optischen Elements 32 des reflektiven Bildschirmelements 30 sind, das in der ersten Ausführungsform diskutiert wurde, mit der Ausnahme, das die primär gekrümmte Oberfläche 32a und die zwei sekundär gekrümmten Oberflächen 32b des optischen Elements 132 nicht reflektive Oberflächen sind, die mit dem Aluminiumfilm beschichtet sind, sonder transmissive Oberflächen, ohne einen Aluminiumfilm oder dergleichen. Das Bündel von Strahlen von Licht, welches von dem optischen Element 132 abgegeben wird, wird direkt auf die Projektionsoberfläche 91 der Frontscheibe 90 projiziert. Ebenso wird angemerkt, dass die Orientierung des Bildschirmelements 130, das in 4 gezeigt wird, umgedreht sein kann, d. h., um 180° gedreht, um das Bündel von Strahlen von Licht, was von dem Laserscanner 10 projiziert wird, in die primär gekrümmte Oberfläche 32a und die sekundär gekrümmte Oberfläche 32b des optischen Elements 132, das in der geordneten Oberfläche 131 des Bildschirmelements 130 ausgebildet ist, eintreten zu lassen. Bei einem solchen Fall wird das Bündel von Strahlen von Licht von dem Bildschirmelement 130 in Richtung der Projektionsoberfläche 91 der Frontscheibe 90 von der glatten Oberfläche 134 des Bildschirmelements 130 projiziert. Sogar mit diesen Modifikationen unter Verwendung des Bildschirmelements 130 können die Vorteile, die ähnlich denen sind, die in der ersten Ausführungsform diskutiert wurden, erzielt werden. Ebenso kann das optische Element 132 des Bildschirmelements 130 die Verbindungsoberflächen 32c der zweiten Ausführungsform aufweisen, um die Vorteile zu erzielen, die ähnlich denen der zweiten Ausführungsform sind.
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Außerdem kann die Modifikation der 13 weiter derart modifiziert werden, so dass der konkave Spiegel 40 der ersten oder zweiten Ausführungsform zwischen dem Bildschirmelement 130 und der Projektionsoberfläche 91 der Frontscheibe 90 in einer Weise platziert wird, die ähnlich der der ersten Ausführungsform, die in 3 gezeigt wird, ist, um das Bündel von Strahlen von Licht von dem Bildschirmelement 130 auf die Projektionsoberfläche 91 der Frontscheibe 90 durch den konkaven Spiegel 40 indirekt zu projizieren.
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Bei der ersten und zweiten Ausführungsform wird die MEMS-Vorrichtung 26 verwendet, die den Horizontalscanner 27, welcher das Laserlicht in der Horizontalrichtung scannt, und den Vertikalscanner 28, welcher das Laserlicht in der Vertikalrichtung scannt, enthält. Die MEMS-Vorrichtung kann derart modifiziert werden, dass diese ein einzelnes reflektives Element und zwei Schafte (Pivote) aufweist. Das einzelne reflektive Element reflektiert das Laserlicht, das von der optischen Vorrichtung projiziert wird, und die zwei Schafe erstrecken sich jeweils in der Horizontalrichtung und der Vertikalrichtung. Das reflektive Element ist in der Vertikalrichtung und der Horizontalrichtung um diese Schäfte angetrieben, um das zweidimensionale Displaybild auszubilden.
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Bei der ersten und zweiten Ausführungsform wird die Frontscheibe 90 als das Displayelement verwendet, auf das durch die Head-Up-Displayeinrichtung 100 das Displaybild 71 projiziert wird. Allerdings ist das Displayelement, auf der die Projektionsoberfläche ausgebildet ist, nicht auf die Frontscheibe 90 beschränkt. Beispielsweise kann das Displayelement ein Kombinator (getrenntes Element) mit einer Projektionsoberfläche sein. Dieser Kombinator ist aus einem lichttransmissiven Material hergestellt und ist in der Nähe zu, genauer gesagt, an, der inneren Oberfläche der Frontscheibe 90 angebracht, die in dem Inneren des Passagierabteils des Fahrzeugs platziert ist. Außerdem kann der Kombinator von der Frontscheibe 90 getrennt ausgebildet sein oder getrennt vorgesehen sein.
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Bei der ersten und zweiten Ausführungsform wird der Laserscanner 10, welcher das Displaybild 71 auf der Abbildungsoberfläche 31 durch das Scannen des Laserlichts ausbildet, als der Projektor verwendet. Allerdings können verschiedene andere Typen von Projektoren als der Projektor der vorliegenden Offenbarung verwendet werden, solang ein solcher Projektor das Licht projizieren kann, welches das Displaybild auf der Abbildungsoberfläche ausbildet. Genauer gesagt kann beispielsweise ein Projektor, welcher ein Flüssigkristall auf Silizium (LCOS) oder eine digitale Spiegelvorrichtung (DMD) zusammen mit einer Lichtquelle und einem optischen System (z. B., eine Linse oder Linsen) enthält, als der Projektor der vorliegenden Offenbarung verwendet werden.
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Ein LCOS wird durch das Halten einer Flüssigkristallschicht zwischen einem Siliziumsubstrat und einem lichttransmissiven Substrat ausgebildet. Die Flüssigkristallschicht bildet eine Mehrzahl von geordneten Pixeln aus. Ein Schaltkreis, welcher das Flüssigkristall ansteuert, und eine Elektrode, welche das Licht reflektiert, sind in dem Siliziumsubstrat vorgesehen. Ein Licht der Lichtquelle, welches durch das lichttransmissive Substrat in das LCOS eintritt, tritt durch die Flüssigkristallschicht hindurch und wird durch die Elektrode, die in dem Siliziumsubstrat vorgesehen ist, reflektiert, so dass das reflektierte Licht aus dem LCOS austritt. Wenn ein Originalbild, welches später das Displaybild wird, auf der Flüssigkristallschicht ausgebildet wird, kann der Projektor mit solch einem LCOS das Licht projizieren, das das Displaybild auf der Abbildungsoberfläche ausbildet.
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Die DMD wird durch das Ordnen einer großen Anzahl von Mikro-Spiegeln auf einem Substrat ausgebildet. Jeder der Mirko-Spiegel bildet einen entsprechenden Pixel aus. Ein Neigungswinkel von jedem Mirko-Spiegel kann basierend auf einem Steuersignal geändert werden. Das Licht der Lichtquelle, welches in die DMD eintritt, wird durch jeden Mirko-Spiegel reflektiert. Die DMD kann das Bild durch das Steuern des Neigungswinkels von jedem der Mikro-Spiegel ausbilden. Auf diese Weise kann der Projektor, der die DMD aufweist, das Licht projizieren, welches das Displaybild auf der Abbildungsoberfläche ausbildet.
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Bei der ersten und zweiten Ausführungsform wird die vorliegende Offenbarung auf die Head-Up-Displayeinrichtung angewandt, welche das Displaybild 71 auf die Frontscheibe 90 des Fahrzeugs (z. B., das Automobil) projiziert. Allerdings kann die vorliegende Offenbarung auf verschiedene Typen von Head-Up-Displays angewandt werden, welche angepasst werden, so dass diese in verschiedenen anderen Typen von Transporteinrichtungen (z. B., andere Typen von Fahrzeugen, beispielsweise Flugzeuge, Schiffe, Züge) installiert werden, und so dass es dies einem Betrachter ermöglicht, das virtuelle Bild 70 des Displaybildes 71 zu sehen.
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Zusätzliche Vorteile und Modifikationen werden dem Fachmann leicht einfallen. Die vorliegende Offenbarung in dessen weiterem Sinne ist deshalb nicht auf die spezifischen Details, repräsentative Einrichtung, und illustrativen Beispiele, die gezeigt und beschrieben wurden, beschränkt.
