DE102014215453A1

DE102014215453A1 - Head-up-anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE102014215453A1
Application number: DE102014215453.7A
Authority: DE
Inventors: c/o DENSO CORPORATION Fujikawa Takayuki; c/o DENSO CORPORATION Ando Hiroshi; c/o DENSO CORPORATION Yamaguchi Masayuki
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2013-08-08
Filing date: 2014-08-05
Publication date: 2015-02-12
Also published as: CN104345458B; JP2015034877A; JP6225550B2; KR101605064B1; US9395541B2; CN104345458A; KR20150018445A; US20150042542A1

Abstract

Eine Head-up-Anzeigevorrichtung beinhaltet einen Projektor (10), der einen Laserstrahl projiziert, und einen Bildschirm (30), der mehrere optische Elemente (32, 2032, 3032, 4032, 5032) beinhaltet, die in einem Raster angeordnet sind. Der Bildschirm (30) streut den Laserstrahl, der in die mehreren optischen Elemente (32, 2032, 3032, 4032, 5032) vom Projektor (10) eingetreten ist, hin zur Projektionsebene (91). Jedes der mehreren optischen Elemente (32, 3032, 3032, 4032, 5032) hat eine gekrümmte Oberfläche (33, 2033, 3033, 4033, 5033), die konvex- oder konkavförmig auf einer Außenfläche (31, 31a, 31b) des Bildschirms (30) ausgebildet ist. Eines der mehreren optischen Elemente (32, 2032, 3032, 4032, 5032) hat eine Dicke (T, Ta, Tb) an einem Krümmungsmittelpunkt (34, 2034, 3034, 4034, 5034), die sich von der des anderen der mehreren optischen Elemente (32, 2032, 3032, 4032, 5032), das unmittelbar zu dem einen der mehreren optischen Elemente (32, 2032, 3032, 4032, 5032) benachbart ist, unterscheidet.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Head-up-Anzeigevorrichtung, die ein virtuelles Bild eines Anzeigebilds durch Projizieren des Anzeigebilds auf eine Projektionsebene in einem Innenraum eines Fahrzeugs anzeigt.
HINTERGRUND
Eine Head-up-Anzeigevorrichtung (nachfolgend als „HUD-Vorrichtung” bezeichnet), die ein virtuelles Bild eines Anzeigebilds, das durch einen Laserstrahl (Lichtstrahl) erzeugt wird, durch Streuen des Laserstrahls mit einem Bildschirm hin zu einer Projektionsebene bereitstellt, ist allgemein bekannt.
Beispielsweise streut eine HUD-Vorrichtung, die in einem Patentdokument 1 offenbart ist, einen Laserstrahl, der von einem Projektor auf einen Bildschirm projiziert wird, mit mehreren optischen Elementen, die in einem Raster angeordnet sind. Der gestreute und auf eine Projektionsebene projizierte Laserstrahl ist als ein virtuelles Bild eines Anzeigebilds für einen Betrachter in einem Innenraum eines Fahrzeugs sichtbar.
Jedoch kann, wenn ein Laserstrahl mit hoher Kohärenz auf die optischen Elemente projiziert wird und durch die optischen Elemente, die ein regelmäßiges Muster der Gitteranordnung aufweisen, gestreut wird, kann das virtuelle Bild mit Luminanz-Unregelmäßigkeit (d. h. nicht einheitlich beleuchtet) erzeugt werden.
ÜBERBLICK
Die vorliegende Offenbarung wurde hinsichtlich des Vorstehenden gemacht, und eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, eine HUD-Vorrichtung bereitzustellen, die ein virtuelles Bild mit niedriger Luminanz-Unregelmäßigkeit anzeigt.
In einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet eine Head-up-Anzeigevorrichtung einen Projektor, der einen Lichtstrahl projiziert, und einen Bildschirm einschließlich mehrerer optischer Elemente, die in einem Raster auf einer Außenfläche des Bildschirms angeordnet sind. Der Bildschirm streut den vom Projektor hin zur Projektionsebene projizierten Lichtstrahl. Jedes der mehreren optischen Elemente weist eine gekrümmte Oberfläche mit einer konvexen oder einer konkaven Form auf. Der Lichtstrahl wird durch die gekrümmte Oberfläche gestreut. Eines der mehreren optischen Elemente hat eine Dicke an einem Krümmungsmittelpunkt der gekrümmten Oberfläche, die sich von der eines anderen der mehreren optischen Elemente, das unmittelbar zu dem einen der mehreren optischen Elemente benachbart ist, unterscheidet.
Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung haben die benachbarten optischen Elemente gekrümmte Oberflächen auf der Außenfläche des Bildschirms, die in der konvexen Form oder der konkaven Form ausgebildet sind, und der Lichtstrahl wird von der Außenfläche durch die gekrümmte Oberfläche emittiert. Demnach hat eine Intensitätsverteilung eines gebeugten Lichts, das durch Interferenz zwischen den Lichtstrahlen erzeugt wird, mehrere Beugungsspitzen unterschiedlicher Ordnung gemäß Emissionswinkeln. Jedoch sind, da die Dicken der benachbarten optischen Elemente am Krümmungsmittelpunkt sich voneinander unterscheiden, die Beugungsspitzen der gebeugten Lichter, die durch ein optisches Element und andere optische Elemente auf beiden Seiten des einen optischen Elements erzeugt werden, zueinander versetzt. Demzufolge werden die Beugungsspitzen, die durch das eine optische Element und das andere optische Element auf einer Seite des einen optischen Elements erzeugt werden, mit Beugungstälern überlagert, die durch das eine optische Element und das andere optische Element auf der anderen Seite des eines optischen Elements erzeugt werden. Demnach kann eine Luminanz-Unregelmäßigkeit in den gebeugten Lichtern, die durch einen Betrachter als ein virtuelles Bild erkannt werden, unterdrückt werden.
In einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet die Außenfläche eine Empfangsoberfläche, in die der Lichtstrahl eintritt, und eine emittierende Oberfläche, von der der Lichtstrahl emittiert wird. Die gekrümmte Oberfläche ist auf der Empfangsoberfläche und/oder der emittierenden Oberfläche ausgebildet. „m” ist als ein ungeradzahliger Wert größer oder gleich 1 definiert, „λ” ist als eine Wellenlänge des Lichtstrahls definiert, „n” ist als ein Brechungsindex der mehreren optischen Elemente definiert und eine Differenz zwischen der Dicke des einen der mehreren optischen Elemente und der Dicke des anderen der mehreren optischen Elemente ist als ΔT definiert. Eine numerische Formel wie nachfolgend bereitgestellt ist erfüllt. ΔT ≠ 1 / n – 1·m· λ / 2
Die Lichtstrahlen werden durch den Bildschirm gestreut, wenn sie durch die gekrümmten Oberflächen der mehreren optischen Elemente eintreten. Demnach können, wenn die Differenz ΔT zwischen den Dicken der benachbarten optischen Elemente gleich {1/(n – 1)}·m·λ/2 ist, die Beugungsspitzen, die durch ein optisches Element und die anderen optischen Elemente auf beiden Seiten des einen optischen Elements erzeugt werden, einander überlagert werden. Jedoch kann gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung, da die Differenz ΔT nicht gleich {1/(n – 1)}·m·λ/2 ist, die Überlagerung der Beugungsspitzen unterbunden werden. Demzufolge kann die Luminanz-Unregelmäßigkeit, die durch einen Betrachter erkannt wird, sicher unterdrückt werden.
In einem dritten Aspekt der vorliegenden Offenbarung hat das eine der mehreren optischen Elemente eine Breite, die sich von der des anderen der mehreren optischen Elemente unterscheidet.
Gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Offenbarung interferieren die Lichtstrahlen, die durch die Grenze zwischen den benachbarten optischen Elementen emittiert werden, miteinander durch Beugung. Demnach werden, sogar wenn die Fluktuationsintensitätsverteilungen der emittierenden Strahlen der benachbarten optischen Elemente erzeugt werden, die Fluktuationsintensitätsverteilungen gemäß der Differenz der Breiten der optischen Elemente zueinander verschoben. Demzufolge erkennt ein Benutzer die emittierenden Strahlen, die von den benachbarten optischen Elementen emittiert werden und die zueinander verschobene Intensitätsverteilung aufweisen, wodurch ferner die Luminanz-Unregelmäßigkeit unterdrückt wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Offenbarung zusammen mit zusätzlichen Aufgaben, Merkmalen und Vorteilen derselben ist als aus der nachfolgenden Beschreibung, den angehängten Ansprüchen und den begleitenden Zeichnungen ersichtlich.
Es zeigen:
1 ein Diagramm, das schematisch ein Fahrzeug illustriert, das mit einer HUD-Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform ausgestattet ist;
2 ein perspektivisches Diagramm, das schematisch die HUD-Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform illustriert,
3 ein Diagramm, das schematisch die HUD-Vorrichtung, die ein Anzeigebild innerhalb eines Fahrzeuginnenraums anzeigt, gemäß der ersten Ausführungsform illustriert;
4 ein Diagramm, das die HUD-Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform illustriert;
5 ein Diagramm, das teilweise einen Bildschirm gemäß der ersten Ausführungsform illustriert;
6 eine Querschnittsansicht entlang der Linie VIx-VIx und der Linie VIy-VIy von 5, die teilweise den Bildschirm gemäß der ersten Ausführungsform illustriert;
7 eine Querschnittsansicht, die teilweise einen Bildschirm gemäß einem Vergleichsbeispiel illustriert;
8 ein Diagramm, das eine optische Weglängendifferenz emittierter Strahlen gemäß dem Vergleichsbeispiel illustriert;
9 ein Diagramm, das eine Intensitätsverteilung gebeugter Lichter gemäß dem Vergleichsbeispiel illustriert;
10 ein Diagramm, das eine Überlagerung der gebeugten Lichter gemäß dem Vergleichsbeispiel illustriert;
11 ein Diagramm, das eine optische Weglängendifferenz emittierter Strahlen gemäß der ersten Ausführungsform illustriert;
12 ein Diagramm, das eine Intensitätsverteilung gebeugter Lichter gemäß der ersten Ausführungsform illustriert;
13 ein Diagramm, das eine Überlagerung der gebeugten Lichter gemäß der ersten Ausführungsform illustriert;
14 ein Diagramm, das eine Überlagerung illustriert, wenn eine Differenz ΔT ein spezifischer Wert gemäß der ersten Ausführungsform ist;
15 ein Diagramm, das die Intensitätsverteilungen der emittierten Strahlen gemäß der ersten Ausführungsform illustriert;
16 ein Diagramm, das eine Überlagerung der emittierten Strahlen gemäß der ersten Ausführungsform illustriert;
17 eine vergrößerte Ansicht von 5;
18 ein Diagramm, das teilweise einen Bildschirm gemäß einer zweiten Ausführungsform illustriert;
19 eine Querschnittsansicht entlang der Linie XIXx-XIXx und der Linie XIXy-XIXy von 18, die teilweise den Bildschirm gemäß der zweiten Ausführungsform illustriert;
20 ein Diagramm, das teilweise einen Bildschirm gemäß einer dritten Ausführungsform illustriert;
21 ein Diagramm, das teilweise einen Bildschirm gemäß einer vierten Ausführungsform illustriert;
22 ein Diagramm, das schematisch eine HUD-Vorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform illustriert;
23 ein Diagramm, das teilweise einen Bildschirm gemäß der fünften Ausführungsform illustriert;
24 ein Diagramm, das teilweise einen Bildschirm gemäß einer zweiten Modifikation illustriert;
25 ein Diagramm, das teilweise einen Bildschirm gemäß einer dritten Modifikation illustriert;
26 ein Diagramm, das teilweise einen Bildschirm gemäß einer vierten Modifikation illustriert;
27 ein Diagramm, das teilweise einen Bildschirm gemäß einer fünften Modifikation illustriert;
28 ein Diagramm, das teilweise einen Bildschirm gemäß einer elften Modifikation illustriert;
29 ein Diagramm, das teilweise einen Bildschirm gemäß einer zwölften Modifikation illustriert; und
30 ein Diagramm, das teilweise einen Bildschirm gemäß einer dreizehnten und einer vierzehnten Modifikation illustriert.
Nachfolgend werden mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. In jeder Ausführungsform sind die gleichen Bezugszeichen entsprechenden Konfigurationselementen zugeordnet, und es gibt einen Fall, in dem doppelte Beschreibungen weggelassen werden. In jeder Ausführungsform ist, wenn nur ein Teil einer Konfiguration einer Ausführungsform erläutert wird, eine entsprechende Konfiguration einer anderen Ausführungsform, die vorhergehend erläutert ist, auf den anderen Teil der Konfiguration der Ausführungsform anwendbar. Insofern es keine Probleme mit einer Kombination der Konfigurationen gibt, können die Konfigurationen nicht nur wie in jeder Ausführungsform angegeben miteinander kombiniert werden, sondern die Konfigurationen der mehreren Ausführungsformen können auch teilweise miteinander kombiniert werden, obwohl die teilweisen Kombinationen der Konfigurationen nicht angegeben sind.
(Erste Ausführungsform)
Wie in 1 dargestellt, ist eine HUD-Vorrichtung 100 der ersten Ausführungsform in einem Automobil, das ein „Fahrzeug” darstellt, installiert und ist innerhalb eines Armaturenbretts 80 untergebracht. Die HUD-Vorrichtung 100 projiziert ein Anzeigebild 71 auf eine Windschutzscheibe 90, die ein „Anzeigeelement” des Fahrzeugs 1 darstellt. In dem Fahrzeug 1 ist eine Projektionsebene 91 auf einer Innenfläche der Windschutzscheibe 90, die zu einem Fahrzeuginnenraum freigelegt ist, ausgebildet. Die Projektionsebene 91 ist in eine konkaven Oberfläche oder eine flache Oberfläche ausgebildet. Die Windschutzscheibe 90 kann eine Winkeldifferenz zwischen einer Außenfläche, die zu einer Außenseite des Fahrzeuginnenraums freigelegt ist, und der Innenfläche aufweisen, um eine optische Weglängendifferenz zu unterdrücken. Alternativ kann die Windschutzscheibe 90 eine aufgedampfte (durch Dampfabscheidung) Folie oder einen aufgedampften (durch Dampfabscheidung) Film auf der Innenfläche der Windschutzscheibe 90 aufweisen.
Im Fahrzeuginnenraum erreicht ein Lichtstrom des Anzeigebilds 71, das durch die Projektionsebene 91 reflektiert wird, einen Augpunkt 61 eines Betrachters. Der Betrachter erkennt visuell ein virtuelles Bild 70 des Anzeigebilds 71 vor der Windschutzscheibe 90, wenn der Betrachter den Lichtstrom erkennt. Die Erkennung des virtuellen Bilds 70 kann nur realisiert werden, wenn der Augpunkt 61 des Betrachters innerhalb einer visuellen Region 60 ist, wie in 2 dargestellt ist.
Wie vorstehend beschrieben ist, zeigt die HUD-Vorrichtung 100 die virtuellen Bilder 70 der Anzeigebilder 71 durch Projizieren der Anzeigebilder 71 auf die Projektionsebene 91 an, und der Betrachter innerhalb des Fahrzeuginnenraums erkennt visuell die virtuellen Bilder 71, wie in 3 dargestellt ist. Es ist zu beachten, dass die virtuellen Bilder 70 ein Hinweisbild 70a einer Fahrzeuggeschwindigkeit, ein Hinweisbild 70b einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs 1 basierend auf einem Navigationssystem, ein Warnbild 70c usw. beinhalten können.
(Gesamte Konfiguration der HUD-Vorrichtung)
Als Nächstes wird eine gesamte Konfiguration der HUD-Vorrichtung 100 nachfolgend beschrieben. Wie in 1 dargestellt ist, beinhaltet die HUD-Vorrichtung 100 einen Laserscanner bzw. eine Laserabtasteinrichtung 10, einen Kontroller 29, einen Bildschirm 30, ein optisches System 40 in einem Gehäuse 50.
Wie in 4 dargestellt ist, beinhaltet der Laserscanner 10 als ein „Projektor” eine Lichtquelle 13, einen Lichtführungsabschnitt 20 und ein mikroelektromechanisches System (MEMS) 26.
Die Lichtquelle 13 hat drei Laserprojektoren 14, 15 und 16. Jeder Laserprojektor 14, 15, 16 ist elektrisch mit dem Kontroller 29 verbunden und projiziert einen Laserstrahl (d. h. Lichtstrahl) mit einer einzelnen Wellenlänge gemäß Steuersignalen vom Kontroller 29. Der Laserstrahl, der von einem Laserprojektor 14, 15, 16 projiziert wird, hat eine Farbphase, die sich von der eines anderen Laserprojektors 14, 15, 16 unterscheidet. Insbesondere projiziert der Laserprojektor 14 einen roten Laserstrahl mit einer Spitzenwellenlänge innerhalb beispielsweise 600 bis 650 nm (bevorzugt 640 nm). Der Laserprojektor 15 projiziert einen blauen Laserstrahl mit einer Spitzenwellenlänge innerhalb beispielsweise 430 bis 470 nm (bevorzugt 450 nm). Der Laserprojektor 16 projiziert einen grünen Laserstrahl mit einer Spitzenwellenlänge innerhalb beispielsweise 490 bis 530 nm (bevorzugt 515 nm). Somit kann eine Varietät von Farben durch Mischen von drei Farblaserstrahlen, die von den Laserprojektoren 14, 15 und 16 projiziert werden, erzeugt werden.
Der Lichtführungsabschnitt 20 beinhaltet drei Kollimatoren bzw. Kollimatorlinsen 21, drei dichroitische Filter 22, 23 und 24 und einen Kondensor bzw. eine Kondensorlinse 25. Jeder Kollimator 21 ist mit einem Intervall (beispielsweise 0,5 mm) relativ zum Projektor 14, 15, 16 in einer Projektionsrichtung des Laserstrahls angeordnet. Jeder Kollimator 21 kollimiert den Laserstrahl in einen parallelen Strahl durch Brechen des Laserstrahls.
Jedes dichroitische Filter 22, 23, 24 ist stromabwärts des entsprechenden Kollimators 21 mit einem Intervall (beispielsweise 4 mm) angeordnet. Jedes dichroitische Filter 22, 23, 24 reflektiert teilweise und überträgt teilweise den Laserstrahl von dem entsprechenden Kollimator 21. In anderen Worten reflektiert das dichroitische Filter 22, 23, 24 den Laserstrahl, der eine spezifische Wellenlänge aufweist, und überträgt den Laserstrahl, der eine Wellenlänge außer der spezifischen Wellenlänge aufweist. Insbesondere überträgt das dichroitische Filter 22 entsprechend dem Laserprojektor 14 nur den roten Laserstrahl und reflektiert andere Farblaserstrahlen. Das dichroitische Filter 23, das dem Laserprojektor 15 entspricht, reflektiert nur den blauen Laserstrahl und überträgt andere Farblaserstrahlen. Das dichroitische Filter 24, das dem Laserprojektor 16 entspricht, reflektiert nur den grünen Laserstrahl und überträgt andere Farblaserstrahlen.
Das dichroitische Filter 23 ist mit einem Abstand (beispielsweise 6 mm) vom dichroitischen Filter 24 in einer Richtung einer Reflexion des grünen Laserstrahls am dichroitischen Filter 24 positioniert. Das dichroitische Filter 22 ist mit einem Abstand (beispielsweise 6 mm) vom dichroitischen Filter 23 in einer Richtung einer Reflexion des blauen Laserstrahls am dichroitischen Filter 23 positioniert (d. h. eine Übertragungsrichtung des grünen Laserstrahls durch das dichroitische Filter 23). Der Kondensor 25 ist mit einem Abstand (beispielsweise 4 mm) vom dichroitischen Filter 22 in einer Übertragungsrichtung des roten Laserstrahls, die durch das dichroitische Filter 22 geht, positioniert (d. h. eine Reflexionsrichtung des blauen Laserstrahls und des grünen Laserstrahls durch das dichroitische Filter 22). Durch diese Konfigurationen werden der rote Laserstrahl, der das dichroitische Filter 22 passiert hat, und der blaue Laserstrahl und der grüne Laserstrahl, die durch das dichroitische Filter 22 reflektiert wurden, nachdem sie entsprechend durch die dichroitischen Filter 23 und 24 reflektiert wurden, durch Eintreten in den Kondensor 25 gemischt.
Der Kondensor 25 ist eine plankonvexe Linse mit einer flachen Einfallsfläche und einer konvexen emittierenden Oberfläche. Der Kondensor 25 fokussiert den Laserstrahl, der in die Einfallsfläche eintritt, durch Brechung. Demzufolge wird der Laserstrahl von dem Kondensor 25 hin zum MEMS 26 emittiert.
Das MEMS 26 beinhaltet einen ersten Abtastspiegel 27, einen zweiten Abtastspiegel 28 und ein Stellelement (nicht dargestellt) für den ersten Abtastspiegel 27 und den zweiten Abtastspiegel 28. Der erste Abtastspiegel 27 beinhaltet eine gegenüberliegende Oberfläche, die dem Kondensor 25 zugewandt ist und einen Mittenabschnitt mit einem Intervall bzw. Abstand (beispielsweise 5 mm) relativ zum Kondensor 25 aufweist. Eine reflektierende Oberfläche 27b ist auf der gegenüberliegenden Oberfläche des ersten Abtastspiegels 27 durch Metalldampfabscheidung unter Verwendung von Aluminium ausgebildet. Der zweite Abtastspiegel 28 beinhaltet eine gegenüberliegende Oberfläche, die dem ersten Abtastspiegel 27 zugewandt ist und einen Mittenabschnitt mit einem Intervall bzw. Abstand (beispielsweise 1 mm) relativ zum ersten Abtastspiegel 27 aufweist. Eine reflektierende Oberfläche 28b ist auf der gegenüberliegenden Oberfläche des zweiten Abtastspiegels 28 durch Metalldampfabscheidung unter Verwendung von Aluminium ausgebildet. Das Stellelement für das MEMS 26 ist elektrisch mit dem Kontroller 29 verbunden und stellt individuell die Abtastspiegel 27 und 28 zum Rotieren um entsprechende Rotationsachsen 27a und 28a gemäß Steuersignalen vom Kontroller 29.
Ein Mittenabschnitt des zweiten Abtastspiegels 28 ist mit einem Intervall (beispielsweise 100 mm) relativ zum Bildschirm 30 angeordnet. Der Laserstrahl tritt sequenziell in die Abtastspiegel 27 und 28 vom Kondensor 25 ein und wird dann sequenziell durch die reflektierenden Oberflächen 27b und 28b reflektiert. Demzufolge wird der Laserstrahl hin zum Bildschirm 30 ausgehend vom MEMS 26 projiziert.
Der Kontroller 29 ist eine Steuerschaltung mit einem Prozessor. Der Kontroller 29 gibt die Steuersignale an jeden Laserprojektor 14, 15, 16 aus, und jeder Laserprojektor 14, 15, 16 projiziert intermittierend den Laserstrahl wie ein gepulstes Licht. Der Kontroller 29 gibt die Steuersignale an das Stellelement der Abtastspiegel 27 und 28 aus. Empfangen die Abtastspiegel 27 und 28 die Steuersignale, ändern sie die Projektionsrichtung der Laserstrahlen relativ zum Bildschirm 30 in Richtungen, die durch Pfeile in 4 angegeben sind, entlang mehrerer Abtastlinien LN. Demnach wird, wie in 5 dargestellt ist, wird das Anzeigebild 71 angezeigt, indem eine Projektionsregion O, wo der Laserstrahl in einer kreisförmigen Punktform auf den Bildschirm 30 projiziert wird, bewegt wird. Das heißt, der Laserstrahl, der vom Laserscanner 10 projiziert wird, wird das Anzeigebild 71, indem er in einer horizontalen Richtung x und einer senkrechten Richtung y (d. h. senkrecht zur horizontalen Richtung x) abtastet. Das Anzeigebild 71 ist als ein Bild, das beispielsweise 480 Pixel in der horizontalen Richtung x und 240 Pixel in der senkrechten Richtung y mit 60 Rahmen bzw. Bildern pro Sekunde aufweist, auf dem Bildschirm 30 ausgebildet. Es ist zu beachten, dass die horizontale Richtung x parallel zu einer horizontalen Richtung des Fahrzeugs 1 ist und die senkrechte Richtung y bezüglich einer vertikalen Richtung des Fahrzeugs 1 abgewinkelt oder parallel zur vertikalen Richtung sein kann (vgl. 2).
Wie in 5 und 6 dargestellt, ist der Bildschirm 30 aus Harz wie beispielsweise Polycarbonat oder Glas mit Durchsichtigkeit ausgebildet. Der Bildschirm 30 ist in eine Plattenform mit einer Dicke von beispielsweise 2 bis 5 mm ausgebildet. Der Bildschirm 30 ist zwischen dem Laserscanner 10 und einem konkaven Spiegel 42 angeordnet (vgl. 1 und 2). Der Bildschirm 30 hat mehrere optische Elemente 32, die in einem Raster in der horizontalen Richtung x und der senkrechten Richtung y angeordnet sind, um ein Mikrolinsenarray auszubilden. Jedes optische Element 32 streut und emittiert den Laserstrahl, wenn der Laserstrahl die optischen Elemente 32 passiert. Wie in 5 dargestellt, ist ein Durchmesser der Projektionsregion O gleich oder größer als ein halber Wert einer Elementbreite W (d. h. Breite) jedes optischen Elements 32. In der ersten Ausführungsform ist der Durchmesser der Projektionsregion O ebenso gleich oder größer als ein halber Wert einer schmalen Elementbreite Wb wie nachfolgend beschrieben. Der Bildschirm 30 ist als eine einzelne Komponente ausgebildet, wie in 6 dargestellt ist. Alternativ kann der Bildschirm 30 separat als ein Film ausgebildet sein und sich auf einem Substrat befinden. Danach wird eine Außenfläche 31 des Bildschirms 30, in die der Laserstrahl eintritt, als „Empfangsoberfläche 31a” bezeichnet, und die andere Außenfläche 31, von der der Laserstrahl emittiert wird, wird als „emittierende Oberfläche 31b” bezeichnet.
Wie in 1 und 2 dargestellt ist, beinhaltet das optische System 40 den konkaven Spiegel 42 und einen Stellabschnitt (nicht dargestellt) für das optische System 40. Der konkave Spiegel 42 ist beispielsweise durch Dampfabscheidung von Aluminium auf einer Oberfläche eines Harzsubstrats oder eines Glassubstrats ausgebildet. Der konkave Spiegel 42 führt den Laserstrahl hin zur Projektionsebene 91 zum Anzeigen des Anzeigebilds 71 durch Reflektieren des Laserstrahls, der durch den Bildschirm 30 gestreut wurde, mit einer reflektieren Oberfläche 42a des konkaven Spiegels 42. Die reflektierende Oberfläche 42a hat einen Mittenabschnitt, der in einer Richtung weg von dem Bildschirm 30 und der Projektionsebene 91 vertieft ist. Das heißt, die reflektierende Oberfläche 42a ist in eine gleichmäßig gekrümmten Oberfläche ausgebildet, um das Anzeigebild 71 zu vergrößern.
Der Stellabschnitt des optischen Systems 40 ist elektrisch mit dem Kontroller 29 verbunden und schwingt den konkaven Spiegel 42 um eine Schwingwelle 42b (in 1 dargestellt) gemäß Steuersignalen vom Kontroller 29. Durch das Schwingen des konkaven Spiegels 42 bewegt sich die visuelle Region 60 aufwärts und abwärts gemäß den Bewegungen der Abbildungsposition des virtuellen Bilds 70 in Aufwärts- und Abwärtsrichtungen. Die Position der visuellen Region 60 wird hinsichtlich „eines Augenlids 62” festgelegt. Die Augenlider 62 (oder Augenbereich) repräsentieren eine räumliche Region, in der der Augenpunkt 61 eines Betrachters, der auf einem Fahrersitz sitzt, existieren kann. Demnach wird die visuelle Region 60 derart festgelegt, dass mindestens ein Abschnitt der visuellen Region 60 innerhalb der Augenlider 62 ist, während sich die visuelle Region 60 gemäß dem Schwingen des konkaven Spiegels 42 bewegt.
Es ist zu beachten, dass das optische System 40 eine optische Komponente anstelle des konkaven Spiegels 42 oder zusätzlich zum konkaven Spiegel 42 beinhalten kann. Ferner kann der Laserstrahl direkt auf die Projektionsebene 91 ohne das optische System 40 (den konkaven Spiegel 42) nach Streuen des Laserstrahls durch jedes optische Element 32 projiziert werden.
(Detaillierte Beschreibung des optischen Elements)
Als Nächstes wird das optische Element 32 der ersten Ausführungsform detailliert beschrieben.
Wie in 5 und 6 dargestellt ist, hat jedes optische Element 32 eine gekrümmte Oberfläche 33 auf der Außenfläche 31 des Bildschirms 30. Die entsprechenden gekrümmten Oberflächen 33 der optischen Elemente 32 sind konvexförmig ausgebildet. Die gekrümmte Oberfläche 33 der ersten Ausführungsform ist nicht auf der Empfangsoberfläche 31a, sondern auf der emittierenden Oberfläche 31b ausgebildet. Die gekrümmte Oberfläche 33 ragt hin zu dem Laserscanner 10 und dem optischen System 40 in einer orthogonalen Richtung z (d. h. Dickenrichtung) senkrecht zu den beiden Richtungen x und y vor (vgl. 2). Die gekrümmte Oberfläche 33 hat einen Scheitel 34 (d. h. Krümmungsmittelpunkt) auf dem optischen Element 32. Eine Grenzlinie 35 ist zwischen den optischen Elementen 32, die in der Richtung x oder y zueinander benachbart sind, durch Überlappen peripherer Kanten der optischen Elemente 32 (d. h. Außenlinien der optischen Elemente 32) ausgebildet. Wie in 6 dargestellt ist, ist ein Abstand zwischen dem Scheitel 34 und der Grenzlinie 35 (d. h. ein Wendepunkt in einer Querschnittsansicht) in der Dickenrichtung des optischen Elements 32 (d. h. der Richtung z) als ein „Durchhangbetrag S” bezeichnet.
Die Erfinder der vorliegenden Offenbarung haben bezüglich des Bildschirms 30, in dem der Laserstrahl durch die gekrümmte Oberfläche 33 jedes optischen Elements 32 gestreut und von dieser emittiert wird, studiert und erforscht. Demzufolge haben die Erfinder herausgefunden, dass gebeugtes Licht, das eine Intensitätsverteilung mit mehreren Beugungsspitzen unterschiedlicher Ordnung gemäß Emissionswinkeln aufweist, durch Interferenz zwischen Laserstrahlen erzeugt wird, die von den benachbarten optischen Elementen 32 projiziert werden. Schließlich kamen die Erfinder zu dem Wissen, dass eine Luminanz-Unregelmäßigkeit durch die mehreren Beugungen hervorgerufen wird.
Insbesondere zeigt 7 einen Bildschirm 30 eines Vergleichsbeispiels, der einen konstanten Durchhangbetrag S zwischen den angrenzenden optischen Elementen 932 aufweist. Wie in 8 dargestellt ist, wird eine optische Weglängendifferenz ΔL zwischen den Laserstrahlen erzeugt, die von den benachbarten optischen Elementen 932 mit einem Emissionswinkel θ emittiert werden und miteinander interferieren. Ein Abstand zwischen Scheiteln 934 der benachbarten optischen Elemente 932 ist als ein Spitzenabstand P (vg. 7) definiert, die optische Weglängendifferenz ΔL ist durch eine numerische Formel 1, die nachfolgend bereitgestellt wird, unter Verwendung einer Näherung von sinθ = θ [rad] repräsentiert. Ferner ist, wenn eine Wellenlänge des Laserstrahls als λ definiert ist, eine Winkeldifferenz α des Emissionswinkels θ entsprechend einem Änderungsbetrag der optischen Weglängendifferenz ΔL für die Wellenlänge λ, d. h. entsprechend der Änderung einer Ordnung der Beugungsspitze, durch eine numerische Formel 2, die nachfolgend bereitgestellt wird, unter Verwendung der Näherung von sinα ≈ α und des Spitzenabstands P repräsentiert.
[Numerische Formel 1]

ΔL = P·θ

[Numerische Formel 2]

α = λ / P

9 zeigt die Intensitätsverteilung des Vergleichsbeispiels, wenn die optische Weglängendifferenz ΔL – λ, 0, +λ ist (das heißt, die Ordnung der Beugungsspitzen ist –1, 0, +1) unter Verwendung der numerischen Formeln 1 und 2. Wie in 9 dargestellt ist, ändert sich die Intensitätsverteilung gemäß der Winkeldifferenz α. In der Intensitätsverteilung ist eine Mitte der Beugungsspitze, die durch ein optisches Element 932 und die anderen optischen Elemente 932 auf beiden Seiten des einen optischen Elements 932 erzeugt wird, dargestellt, wenn der Emissionswinkel θ bei –α, 0, +α ist. Ferner ist eine Mitte eines Beugungstals, das durch das eine optische Element 932 und die anderen optischen Elemente 932 auf beiden Seiten des einen optischen Elements 932 erzeugt wird, dargestellt, wenn der Emissionswinkel θ bei –3α/2, –α/2, α/2, 3α/2 ist. Es ist zu beachten, dass das Beugungstal einem Tal zwischen den Beugungsspitzen in der Intensitätsverteilung entspricht.
10 zeigt eine Intensitätsverteilung (eine durchgezogene Linie) durch Überlagern gebeugter Lichter (eine strichzweipunktierte Linie) zwischen dem einen optischen Element 932 und den anderen optischen Elementen 932 auf beiden Seiten des einen optischen Elements 932. In der in 10 dargestellten Intensitätsverteilung wird die Intensitätsdifferenz ΔI zwischen den überlagerten Beugungsspitzen (das heißt, der Emissionswinkel θ ist bei –α, 0, +α) und den überlagerten Beugungstälern (das heißt, der Emissionswinkel θ ist bei –3α/2, –α/2, α/2, 3α/2) erhöht. Der Betrachter erkennt somit die Luminanz-Unregelmäßigkeit in dem virtuellen Bild 70 gemäß der Intensitätsdifferenz ΔI.
Im Gegensatz zum Vergleichsbeispiel unterscheidet sich gemäß der ersten Ausführungsform der Durchhangbetrag S von einem optischen Element 32 von dem der anderen optischen Elemente 32 auf beiden Seiten des einen optischen Elements 32. Insbesondere haben in der ersten Ausführungsform die benachbarten optischen Elemente zwei Typen der Durchhangbeträge S (großer Durchhangbetrag Sa, kleiner Durchhangbetrag Sb). Das optische Element 32 mit dem großen Durchhangbetrag Sa und das optische Element 32 mit dem kleinen Durchhangbetrag Sb sind abwechselnd in sowohl der x-Richtung als auch der y-Richtung angeordnet. Durch diese Anordnung ist eine Stufe ΔS des Durchhangbetrags S (d. h. Sa – Sb) zwischen dem großen Durchhangbetrag Sa und dem kleinen Durchhangbetrag Sb in der Richtung z ausgebildet. In anderen Worten ist die Stufe ΔS eine Differenz zwischen dem Durchhangbetrag Sa von einem des optischen Elements 32 und dem Durchhangbetrag Sb des anderen der optischen Elemente 32, die zu dem einen der optischen Elemente 32 benachbart sind.
Die Dicke des optischen Elements 32 am Scheitel 34 in der Richtung z ist als eine Dicke T definiert. In der ersten Ausführungsform unterscheidet sich, wie in 6 dargestellt ist, die Dicke T eines optischen Elements 32 von der der anderen optischen Elemente 32 auf beiden Seiten des einen optischen Elements 32. In der ersten Ausführungsform gibt es zwei Typen der Dicke T (dickere Dicke Ta, dünnere Dicke Tb). Das optische Element 32, das die dickere Dicke Ta aufweist, und das optische Element 32, das die dünnere Dicke Tb aufweist, sind abwechselnd in sowohl der x-Richtung als auch der y-Richtung angeordnet.
In der ersten Ausführungsform hat das optische Element 32 mit dem großen Durchhangbetrag Sa die dickere Dicke Ta, wohingegen das optische Element 32 mit dem kleinen Durchhangbetrag Sb die dünnere Dicke Tb aufweist. Die Stufe ΔS in der Richtung z ist auf der emittierenden Oberfläche 31b ausgebildet, da die gekrümmte Oberfläche 33 auf der emittierenden Oberfläche 31b ausgebildet ist. Somit ist, wenn eine Dickendifferenz zwischen der dickeren Dicke Ta und der dünneren Dicke Tb als ΔT definiert ist, ΔT = ΔS im Wesentlichen erfüllt.
Die optische Weglängendifferenz ΔL in der ersten Ausführungsform wird beispielsweise wie in 11 dargestellt erzeugt. Wenn ein Brechungsindex des optischen Elements 32 (oder des Bildschirms 30) als „n” unter der Näherung von sinθ ≈ θ [rad] definiert ist, ist die optische Weglängendifferenz ΔL durch eine numerische Formel 3 und eine numerische Formel 4, die nachfolgend bereitgestellt werden, unter Verwendung des Spitzenabstands P (vgl. 5 und 6) repräsentiert, der ausreichend größer als ΔT ist. Insbesondere ist die numerische Formel 3 zwischen einem optischen Element 32 mit der dickeren Dicke Ta und dem anderen optischen Element 32 mit der dünneren Dicke Tb auf einer Seite (beispielsweise einer rechten Richtung in 6) des einen optischen Elements 32 erfüllt. Indessen ist die numerische Formel 4 zwischen dem einen optischen Element 32 mit der dickeren Dicke Ta und dem anderen optischen Element 32 mit der dünneren Dicke Tb auf der anderen Seite (beispielsweise einer linken Richtung in 6) des einen optischen Elements 32 erfüllt. Ferner ist die Winkeldifferenz α durch eine numerische Formel 5, die nachfolgend bereitgestellt wird, unter Verwendung des Spitzenabstands P wie beim Vergleichsbeispiel repräsentiert.
[Numerische Formel 3]

ΔL = P·θ – (n – 1)·ΔT

[Numerische Formel 4]

ΔL = P·θ + (n – 1)·ΔT

[Numerische Formel 5]

α = λ / P

12 zeigt Intensitätsverteilungen der ersten Ausführungsform mit der optischen Weglängendifferenz ΔL von –λ, 0, +λ (d. h. der Ordnung der Beugungsspitze –1, 0, +1) basierend auf den numerischen Formeln 3, 4 und 5). Wie in 12 dargestellt ist, hängen die Intensitätsverteilungen von der Winkeldifferenz α des Emissionswinkels θ ab. In einer Intensitätsverteilung (vgl. durchgezogene Linie in 12) ist eine Mitte der Beugungsspitze durch ein optisches Element 32 mit der dickeren Dicke Ta und das andere optische Element 32 mit der dünneren Dicke Tb auf einer Seite des einen optischen Elements 32 gemäß den numerischen Formeln 3 und 5 dargestellt, wenn der Emissionswinkel θ beim Beugungswinkel θ0 nullter Ordnung ist, der durch +ΔT·α/λ von 0, θ0 – α, θ0 + α verschoben ist. Indessen ist in der anderen Intensitätsverteilung (siehe eine strichpunktierte Linie in 12) eine Mitte der Beugungsspitze durch das optische Element 32 mit der dickeren Dicke Ta und das andere optische Element 32 mit der dünneren Dicke Tb auf der anderen Seite des einen optischen Elements 32 gemäß den numerischen Formeln 4 und 5 dargestellt, wenn der Emissionswinkel θ beim Beugungswinkel –θ0 nullter Ordnung ist, der durch –ΔTTα/λ von 0, –θ0 – α, –θ0 + α verschoben ist. Es ist zu beachten, dass 12 ein Beispiel darstellt, in dem die Mitten der Beugungsspitzen jeweils bei θ0 = α/4, α/4 + α, α/4 – α und jeweils bei –θ0 = –α/4, –α/4 + α, –α/4 – α durch Festlegen von ΔT = {1/(n – 1)}·λ/4 dargestellt sind. Ferner entsprechen Punkte A bis G, die auf der durchgezogenen Linie von 12 angegeben sind, Richtungen A bis G der gebeugten Lichter, die die optischen Weglängendifferenzen ΔL erzeugen, wie in 11 dargestellt ist.
Wie vorstehend beschrieben ist, werden die Beugungsspitzen der gebeugten Lichter, die durch das eine optische Element 32 und die anderen optischen Elemente 32 auf beiden Seiten des einen optischen Elements 32 erzeugt werden, bei den unterschiedlichen Emissionswinkeln θ erzeugt, das heißt, die Beugungsspitzen sind zueinander verschoben. Demzufolge sind die Beugungsspitzen, die durch das eine optische Element 32 und das andere optische Element 32 auf einer Seite des einen optischen Elements 32 erzeugt werden, mit den Beugungstälern, die durch das eine optische Element 32 und das andere optische Element 32 auf der anderen Seite des einen optischen Elements 32 erzeugt werden, überlagert.
13 zeigt eine Intensitätsverteilung (eine durchgezogene Linie in 13) durch Überlagern der gebeugten Lichter (strichzweipunktierte Linie), die durch ein optisches Element 32 und die anderen optischen Elemente 32 auf beiden Seiten des einen optischen Elements 32 erzeugt werden. Eine Intensitätsdifferenz ΔI zwischen den Mitten der Beugungsspitzen bei Emissionswinkeln θ (d. h. θ0, θ0 + α, θ0 – α, –θ0, –θ0 + α, –θ0 – α usw.) und den anderen Emissionswinkeln θ ist verringert. Beispielsweise verringert sich, wenn ΔT = {1/(n – 1)}·λ/4 in 13 wie in 12 festgelegt wird, die Intensitätsdifferenz ΔI zwischen den Mitten der Beugungsspitzen, wenn der Emissionswinkel θ bei α/4, α/4 + α/2, α/4 – α/2, –α/4, –α/4 + α/2, –α/4 – α/2 usw. ist, und den niedrigsten Punkten, wenn der Emissionswinkel θ bei 0, 0 – α/2, 0 + α/2 usw. ist. Demnach kann unterdrückt werden, dass der Betrachter die Luminanz-Unregelmäßigkeit fühlt, aufgrund der verringerten Intensitätsdifferenz ΔI.
Wie vorstehend beschrieben ist, wird in der ersten Ausführungsform der Laserstrahl durch jedes optische Element 32 gestreut und von diesem emittiert, wenn der Laserstrahl die gekrümmte Oberfläche 33 passiert. Bei dieser Konfiguration können, wenn ein ungeradzahliger Wert, der gleich oder größer als 1 ist, als „m” definiert ist und eine Differenz ΔT zwischen den Dicken der benachbarten optischen Elemente 32 gleich {1/(n – 1)}·m·λ/2 ist, die Beugungsspitzen, die durch ein optisches Element 32 und die anderen optischen Elemente 32 auf beiden Seiten des einen optischen Elements 32 erzeugt werden, einander überlagern, wie in 14 dargestellt ist. Dies kommt daher, dass, wenn ΔT = {1/(n – 1)}m·λ/2 (wobei ΔT = λ/2 in 14) erfüllt ist, die Beugungsspitzen bei θ0 = α/2, α/2 + α, α/2 – α, –θ0 = –α/2, –α/2 + α, –α/2 – α usw. dargestellt sind.
Gemäß der ersten Ausführungsform jedoch wird die Differenz ΔT der Dicken der benachbarten optischen Elemente 32 festgelegt, um eine numerische Formel 6 wie nachfolgend bereitgestellt zu erfüllen. Ferner erfüllt die Differenz ΔT bevorzugt eine numerische Formel 7. Noch bevorzugter erfüllt die Differenz ΔT eine numerische Formel 8, solange die numerische Formel 6 erfüllt ist
[Numerische Formel 6]

ΔT ≠ 1 / n – 1·m· λ / 2

[Numerische Formel 7]

2m – 1 / n – 1·λ < 2m + 1 / n – 1· λ / 8

[Numerische Formel 8]

ΔT = 1 / n – 1·m· λ / 4

Es ist zu beachten, dass in der ersten Ausführungsform, in der die Laserstrahlen mit den mehreren Farben verwendet werden, die Wellenlänge λ in den numerischen Formeln 6, 7 und 8 für mindestens einen der Laserstrahlen festgelegt wird. Beispielsweise kann die Wellenlänge λ bevorzugt auf eine Spitzenwellenlänge des grünen Laserstrahls, der eine hohe Sichtbarkeit aufweist, oder eine Spitzenwellenlänge des roten Laserstrahls, der einen großen Beugungswinkel aufweist, festgelegt werden, wenn die Wellenlänge λ für nur einen Laserstrahl mit einer Farbe festgelegt wird. Wird die Wellenlänge λ für zwei oder mehr Laserstrahlen mit unterschiedlichen Farben festgelegt, werden die numerischen Formeln 6, 7 und 8 durch Festlegen von „m” auf einen für jede Farbe des Laserstrahls unterschiedlichen Wert hinsichtlich des Brechungsindex entsprechend jeder Farbe erfüllt.
Insbesondere wird, wenn die Wellenlänge λ für die Spitzenwellenlänge des grünen Laserstrahls festgelegt wird, die Differenz ΔT [nm] auf einen Wert festgelegt, der die numerische Formel 9 basierend auf der numerischen Formel 8, bevorzugt die numerische Formel 10 basierend auf der numerischen Formel 7, noch bevorzugter die numerische Formel 11 basierend auf der numerischen Formel 8 erfüllt, wie nachfolgend bereitgestellt.
[Numerische Formel 9]

ΔT ≠ 1 / n – 1·m· 490 / 2 ~ 1 / n – 1·m· 530 / 2

[Numerische Formel 10]

2m – 1 / n – 1· 490 / 8 < ΔT < 2m + 1 / n – 1· 530 / 8

[Numerische Formel 11]

ΔT = 1 / n – 1·m· 490 / 4 ~ 1 / n – 1·m· 530 / 4

Indessen wird, wenn die Wellenlänge λ für die Spitzenwellenlänge des roten Laserstrahls festgelegt wird, die Differenz ΔT [nm] auf einen Wert festgelegt, der die numerische Formel 12 basierend auf der numerischen Formel 6, bevorzugt die numerische Formel 13 basierend auf der numerischen Formel 7, noch bevorzugter die Formel 14 basierend auf der Formel 8 erfüllt, wie nachfolgend bereitgestellt.
[Numerische Formel 12]

ΔT ≠ 1 / n – 1·m· 600 / 2 ~ 1 / n – 1·m· 650 / 2

[Numerische Formel 13]

2m – 1 / n – 1· 600 / 8 < ΔT < 2m + 1 / n – 1· 650 / 8

[Numerische Formel 14]

ΔT = 1 / n – 1·m· 600 / 4 ~ 1n – / 1·m· 650 / 4

Es ist zu beachten, dass, wenn ein unterer Grenzwert oder eine untere Grenzwertformel als „MIN” und ein oberer Grenzwert oder eine obere Grenzwertformel als „MAX” definiert sind, ein Umfang von „MIN – MAX”, der in der vorliegenden Beschreibung rezitiert wird, einen Umfang einschließlich „MIN” und „MAX” repräsentiert, d. h. einen Umfang „gleich oder größer als MIN und gleich oder kleiner als MAX.
Gemäß der ersten Ausführungsform, in der eine der Formeln 6, 10 oder 11 erfüllt ist, wird die Differenz ΔT um mindestens einen Laserstrahl mit einer Farbe von {1/(n – 1)}·m·λ/2 verschoben, und somit kann unterbunden werden, dass die Beugungsspitzen einander überlagern. Es ist zu beachten, dass die Differenz ΔT in 6 für ein einfaches Verständnis viel größer als eine tatsächliche Differenz illustriert ist.
Die Erfinder der vorliegenden Ausführungsform haben ferner herausgefunden, dass, wenn der Laserstrahl durch die Grenze 35 zwischen den benachbarten optischen Elementen 32 emittiert wird, der emittierende Laserstrahl eine Intensitätsverteilung aufweist, die gemäß dem Emissionswinkel aufgrund der Beugung an der Grenze 35 fluktuiert, und als ein Ergebnis der Grenzbeugung (Öffnungsbeugung) die Luminanz-Unregelmäßigkeit ebenso hervorgerufen werden kann.
Hinsichtlich des Vorstehenden ist das optische Element 32 gemäß der ersten Ausführungsform derart konfiguriert, dass Elementbreiten W auf Querschnittsebenen, die sich jeweils entlang den Richtungen x und y erstrecken und den Scheitel 34 beinhalten, zwischen den benachbarten optischen Elementen 32 unterschiedlich sind, wie in 5 und 6 dargestellt ist. Insbesondere beinhaltet die Elementbreite W gemäß der ersten Ausführungsform eine große Elementbreite Wa und eine kleine Elementbreite Wb, die kleiner als die große Elementbreite Wa ist. Das optische Element 32, das die große Elementbreite Wa aufweist, und das optische Element 32, das die kleine Elementbreite Wb aufweist, sind abwechselnd in sowohl der x- als auch der y-Richtung angeordnet. Durch diese Anordnung entspricht die Größenbeziehung der Elementbreite W zwischen den benachbarten optischen Elementen 32 in der horizontalen Richtung x der der Elementbreite W zwischen den benachbarten optischen Elementen 32 in der senkrechten Richtung y.
Demnach werden, wie in 15 dargestellt ist, eine Intensitätsverteilung des optischen Elements 32 mit der großen Elementbreite Wa (eine durchgezogene Linie) und eine Intensitätsverteilung des optischen Elements 32 mit der kleinen Elementbreite Wb (eine strichpunktierte Linie) zueinander verschoben, wodurch ein Anstieg einer Spitzenstärke unterdrückt wird. 16 zeigt eine Intensitätsverteilung durch Überlagern der von den optischen Elementen 32 mit der großen Elementbreite Wa und der kleinen Elementbreite Wb emittierten Laserstrahlen. Wie in 16 dargestellt ist, kann, da die Fluktuation um den Emissionswinkel θb entsprechend der Grenze 35 unterdrückt wird, die Luminanz-Unregelmäßigkeit ebenso unterdrückt werden. Gemäß der Untersuchung durch die Erfinder ist es zum Unterdrücken der Luminanz-Unregelmäßigkeit bevorzugt, ein Differenzverhältnis der Elementbreite Wa bezüglich des Spitzenabstands P festzulegen (entsprechend dem Durchschnittsbetrag der Elementbreiten Wa und Wb in der ersten Ausführungsform), um innerhalb des Umfangs von +3,5% ~ +5% zu sein, und ein Differenzverhältnis der Elementbreite Wb bezüglich des Spitzenabstands P festzulegen, um innerhalb des Umfangs von –5% ~ –3,5% zu sein.
Um die vorstehend beschriebenen Merkmale zu realisieren, ist das optische Element 32 mit dem großen Durchhangbetrag Sa (d. h. das optische Element 32 mit der dickeren Dicke Ta) konfiguriert, die große optische Elementbreite Wa aufzuweisen, wie in 6 dargestellt ist. Das optische Element 32, das den kleinen Durchhangbetrag Sb aufweist (d. h. das optische Element 32 mit der dünneren Dicke Tb) ist konfiguriert, die kleine optische Elementbreite Wb aufzuweisen. Ferner hat die gekrümmte Oberfläche 33 von jedem optischen Element 32 einen Krümmungsradius, der auf den Querschnittsebenen ist, die jeweils den Scheitel 34 beinhalten und sich entlang den Richtungen x und y erstrecken, und der Krümmungsradius von jedem optischen Element ist derselbe. Wie in 5 und 6 dargestellt ist, werden die Spitzenabstände P in sowohl der x- als auch der y-Richtung festgelegt, über den gesamten Bildschirm 30 die gleichen zu sein. Ferner wird ein doppelter Wert des Spitzenabstands P festgelegt, gleich einer Summe der großen Elementbreite Wa und der kleinen Elementbreite Wb (d. h. Wa + Wb) in sowohl der x- als auch der y-Richtung zu sein.
Bei der Konfiguration hat das optische Element 32 mit dem kleinen Durchhangbetrag Sb von der Richtung z aus betrachtet, wie in 5 dargestellt ist, eine Quadratform und ist mit vier optischen Elementen 32, die den großen Durchhangbetrag Sa aufweisen, an den Grenzen 35 verbunden, die sich linear auf der Außenfläche 31 des Bildschirms 30 erstrecken. Somit ist ein Innenwinkel ψb jeder Ecke des optischen Elements 32, das den kleinen Durchhangbetrag Sb aufweist, auf 90° festgelegt, wie in 17 dargestellt ist. Indessen hat das optische Element 32 mit dem großen Durchhangbetrag Sa von der Richtung z aus betrachtet, wie in 5 dargestellt ist, eine im Wesentlichen achteckige Form, die durch Schneiden von vier Ecken von einer Quadratform ausgebildet ist. Somit ist das optische Element 32, das den großen Durchhangbetrag Sa aufweist, nicht nur mit vier optischen Elementen 32, die den kleinen Durchhangbetrag Sb aufweisen, an der Grenze 35 verbunden, sondern ebenso mit vier optischen Elementen 32, die den großen Durchhangbetrag Sa aufweisen. Demzufolge ist ein Innenwinkel ψa jeder Ecke des optischen Elements 32, das den großen Durchhangbetrag Sa aufweist, auf 135° festgelegt, wie in 17 dargestellt ist.
(Operation und Wirkungen)
Eine Operation und Wirkungen gemäß der ersten Ausführungsform werden nachfolgend beschrieben.
Die benachbarten optischen Elemente 32 gemäß der ersten Ausführungsform emittieren die Laserstrahlen von der Außenfläche 31 durch die gekrümmten Oberflächen 33, die konvexförmig ausgebildet sind. Somit hat die Intensitätsverteilung, die durch die Interferenz zwischen den emittierenden Laserstrahlen erzeugt wird, die Beugungsspitzen mit mehreren Ordnungen gemäß den Emissionswinkeln. Jedoch werden in der ersten Ausführungsform, da die Dicken T der benachbarten optischen Elemente 32 sich voneinander unterscheiden, die Beugungsspitzen der gebeugten Lichter, die durch ein optisches Element 32 und die anderen optischen Element 32 auf beiden Seiten des einen optischen Elements 32 erzeugt werden, zueinander verschoben. Unter Verwendung der Verschiebung der Beugungsspitzen werden die Beugungsspitzen, die durch das eine optische Element 32 und das andere optische Element 32 auf einer Seite des einen optischen Elements 32 erzeugt werden, mit den Beugungstälern überlagert, die durch das eine optische Element 32 und das andere optische Element 32 auf der anderen Seite des einen optischen Elements 32 erzeugt werden, wodurch die Luminanz-Unregelmäßigkeit unterdrückt wird.
Ferner werden gemäß der ersten Ausführungsform die benachbarten optischen Elemente 32, die die unterschiedlichen Dicken Ta und Tb aufweisen, über eine Gesamtheit der Außenfläche 31 des Bildschirms 30 ausgebildet. Demzufolge kann die Verschiebung der Beugungsspitzen ohne Anordnen der Position der optischen Elemente 32 auf der Außenfläche 31 erreicht werden, und somit kann ein hoher Unterdrückungseffekt für die Luminanz-Unregelmäßigkeit erreicht werden.
Gemäß der ersten Ausführungsform kann, da die Differenz ΔT der Dicken T (d. h. Ta – Tb) nicht gleich {1/(n – 1)}m·λ/2 ist, die Überlagerung der Beugungsspitzen vermieden werden. Somit kann der Unterdrückungseffekt für die Luminanz-Unregelmäßigkeit, die durch den Betrachter erkannt wird, sicher erreicht werden.
Insbesondere kann, wenn die Differenz ΔT gleich {1/(n – 1)}·m·λ/4 ist, die Mitte jedes Beugungstals der gebeugten Lichter mit der Mitte jeder Beugungsspitze der gebeugten Lichter überlagert werden, wodurch der Unterdrückungseffekt für die Luminanz-Unregelmäßigkeit, die durch den Betrachter erkannt wird, sicher erreicht wird.
Ferner ist die Differenz ΔT der benachbarten optischen Elemente 32 gleich der Differenz ΔS der Durchhangbeträge der benachbarten optischen Elemente 32. Demzufolge kann die Überlagerung der Beugungsspitzen vermieden werden, und somit kann der Unterdrückungseffekt für die Luminanz-Unregelmäßigkeit, die durch den Betrachter erkannt wird, sicher erreicht werden.
Ferner wird die Überlagerung der Beugungsspitzen hinsichtlich der Spitzenwellenlänge λ des grünen Laserstrahls zwischen 490 und 530 nm, d. h. der Spitzenwellenlänge λ des Laserstrahls mit der hohen Sichtbarkeit, vermieden. Demnach kann der Unterdrückungseffekt für die Luminanz-Unregelmäßigkeit, die durch den Betrachter erkannt wird, verbessert werden. Alternativ wird die Überlagerung der Beugungsspitzen hinsichtlich der Spitzenwellenlänge λ des roten Laserstrahls zwischen 600~650 nm, d. h. der Spitzenwellenlänge λ mit dem großen Beugungswinkel, vermieden. Demnach kann die Luminanz-Unregelmäßigkeit, die bei dem großen Beugungswinkel dazu neigt, deutlich zu sein, sicher unterdrückt werden.
Gemäß der ersten Ausführungsform interferieren die Laserstrahlen, die durch die Grenze 35 zwischen den benachbarten optischen Elementen 32 emittiert werden, miteinander durch Beugung. Demnach werden, sogar wenn die fluktuierenden Intensitätsverteilungen der emittierenden Strahlen der benachbarten optischen Elemente 32 erzeugt werden, die Intensitätsverteilungen gemäß der Differenz der Elementbreiten W (d. h. Wa – Wb) zueinander verschoben. Demzufolge werden die emittierenden Strahlen, die von den benachbarten optischen Elementen 32 emittiert werden und die verschobene Intensitätsverteilung zueinander haben, durch den Betrachter als das virtuelle Bild 70 erkannt, wodurch die Luminanz-Unregelmäßigkeit weiter unterdrückt wird.
Ferner können, da die optischen Elemente 32 an der linearen Grenze 35 miteinander verbunden sind, ein Verlust der Laserstrahlen beim Eintritt in den Augpunkt 61 und ein Auftreten eines Geisterbilds aufgrund der Beugung der Laserstrahlen an der Grenze 35 reduziert werden.
(Zweite Ausführungsform)
18 und 19 zeigen den Bildschirm 30 gemäß der zweiten Ausführungsform, die eine Modifikation der ersten Ausführungsform ist. In der zweiten Ausführungsform sind die Elementbreiten W entsprechender optischer Elemente 2032 in sowohl der x- als auch der y-Richtung zueinander gleich, das heißt, jede Elementbreite W wird festgelegt, gleich dem Spitzenabstand P zu sein. In anderen Worten, die optischen Elemente 2032 mit der einheitlichen Elementbreite W sind mit dem Spitzenabstand P in der horizontalen Richtung x und der senkrechten Richtung y angeordnet.
Die benachbarten optischen Elemente 2032 gemäß der zweiten Ausführungsform haben die unterschiedlichen Durchhangbeträge S, insbesondere den großen Durchhangbetrag Sa und den kleinen Durchhangbetrag Sb, der um die Differenz ΔS kleiner als der große Durchhangbetrag Sa ist. Ebenso haben die optischen Elemente 2032 die gekrümmte Oberfläche 2033 mit demselben Krümmungsradius R auf den Querschnittsebenen, die sich jeweils entlang den Richtungen x und y erstrecken und den Scheitel 2034 (d. h. den Krümmungsmittelpunkt) beinhalten. Es ist zu beachten, dass in der zweiten Ausführungsform der Durchhangbetrag S als eine Differenz (d. h. eine Tiefe) in der Richtung z (d. h. Dickenrichtung) zwischen dem Scheitel 2034 und einer Grenze 2035 zwischen den benachbarten optischen Elementen 2032 definiert ist.
Das optische Element 2032 mit dem großen Durchhangbetrag Sa hat von der Richtung z aus betrachtet, wie in 18 dargestellt ist, eine Quadratform und ist mit vier optischen Elementen 2032, die den kleinen Durchhangbetrag Sb aufweisen, an den Grenzen 2035 verbunden, die eine Stufenform aufweisen, wie in 19 dargestellt ist. Ferner hat das optische Element 2032 von der Richtung z aus betrachtet, wie in 18 dargestellt ist, eine Quadratform und ist mit vier optischen Elementen 2032, die den großen Durchhangbetrag Sa aufweisen, an der Grenze 2035 verbunden, die eine Stufenform aufweist, wie in 19 dargestellt ist. In anderen Worten ist ein optisches Element 2032 in der Dickenrichtung des einen optischen Elements 2032 relativ zum anderen optischen Element 2032, das unmittelbar benachbart zu dem einen optischen Element 2032 ist, versetzt.
Wie bei der ersten Ausführungsform ist, wenn die Differenz zwischen den Dicken T (d. h. der dickeren Dicke Ta und der dünneren Dicke Tb) der benachbarten optischen Elemente 2032 am Scheitel 2034 als ΔT definiert ist, ΔT = ΔS im Wesentlichen erfüllt.
Gemäß der zweiten Ausführungsform ist die Grenze 2035 in der Stufenform (d. h. Versatzform) ausgebildet, und somit sind die Positionen der Scheitel 2034 der benachbarten optischen Elemente 3032 in der Richtung z (d. h. der Dickenrichtung) zueinander versetzt. Somit haben die benachbarten optischen Elemente 2032 die unterschiedlichen Dicken T (die dickere Dicke Ta und die dünnere Dicke Tb) zueinander, wodurch die Luminanz-Unregelmäßigkeit unterdrückt wird. Ferner haben die optischen Elemente 2032 gemäß der zweiten Ausführungsform denselben Krümmungsradius R und dieselbe Elementbreite W. In anderen Worten hat die gekrümmte Oberfläche 2033 des einen optischen Elements 2032 den Krümmungsradius R, der gleich dem der gekrümmten Oberfläche 2033 des anderen optischen Elements 2032 ist. Ferner hat das eine optische Element 2032 die Elementbreite W, die gleich der der anderen optischen Elemente 2032 ist. Demnach kann die Konsistenz des Streuungsumfangs jedes Laserstrahls vom optischen Element 2032 aufrechterhalten werden, und somit kann der Verlust der Laserstrahlen beim Eintreten in den Augpunkt 61 unterdrückt werden.
(Dritte Ausführungsform)
20 zeigt den Bildschirm 30 gemäß der dritten Ausführungsform, die eine Modifikation der zweiten Ausführungsform ist. Die benachbarten optischen Elemente 3032 haben dieselbe Elementbreite W gleich dem Spitzenabstand P und die unterschiedlichen Durchhangbeträge S (den großen Durchhangbetrag Sa und den kleinen Durchhangbetrag Sb) zueinander. Jedoch hat das optische Element 3032 der dritten Ausführungsform den Krümmungsradius R, der auf andere Weise wie bei der zweiten Ausführungsform festgelegt ist. Insbesondere haben die benachbarten optischen Elemente 3032 die gekrümmten Oberflächen 3033 mit den unterschiedlichen Krümmungsradien R (d. h. einem kleinen Krümmungsradius Ra und einem großen Krümmungsradius Rb) zueinander. Das optische Element 3032, das den kleinen Krümmungsradius Ra aufweist, und das optische Element 3032, das den großen Krümmungsradius Rb aufweist, sind abwechselnd in sowohl der x- als auch der y-Richtung angeordnet. Demnach ist die Größenbeziehung der Krümmungsradien R in der horizontalen Richtung x dieselbe wie die Größenbeziehung der Krümmungsradien R in der senkrechten Richtung y. Das optische Element 3032 mit dem großen Durchhangbetrag Sa hat den kleinen Krümmungsradius Ra, und das optische Element 3032 mit dem kleinen Durchhangbetrag Sb hat den großen Krümmungsradius Rb.
Das optische Element 3032, das den großen Durchhangbetrag Sa aufweist, hat von der Richtung z aus betrachtet eine Quadratform (nicht dargestellt) und ist mit vier optischen Elementen 3032, die den kleinen Durchhangbetrag Sb aufweisen, an der Grenze 3035 verbunden, die sich linear auf der Außenfläche 31 des Bildschirms 30 erstreckt. Das optische Element 3032, das den kleinen Durchhangbetrag Sb aufweist, hat von der Richtung z aus betrachtet eine Quadratform (nicht dargestellt) und ist mit vier optischen Elementen 3032, die den großen Durchhangbetrag Sa aufweisen, an der Grenze 3035 verbunden, die sich linear auf der Außenfläche 31 des Bildschirms 30 erstreckt.
Wie bei der zweiten Ausführungsform ist, wenn die Differenz zwischen den Dicken T (d. h. der dickeren Dicke Ta und der dünneren Dicke Tb) der benachbarten optischen Elemente 3032 am Scheitel 3034 (d. h. Krümmungsmittelpunkt) als ΔT definiert ist, ΔT = ΔS im Wesentlichen erfüllt.
Gemäß der dritten Ausführungsform haben die benachbarten optischen Elemente 3032 die unterschiedlichen Krümmungsradien R, und somit sind die Positionen der Scheitel 3034 der benachbarten optischen Elemente 3032 in der Richtung z zueinander verschoben. Somit haben die benachbarten optischen Elemente 3032 die unterschiedlichen Dicken T (die dickere Dicke Ta und die dünnere Dicke Tb) zueinander, wodurch die Luminanz-Unregelmäßigkeit unterdrückt wird. Ferner sind die optischen Elemente 3032 gemäß der dritten Ausführungsform an der linearen Grenze 3035 miteinander verbunden. Somit können der Verlust der Laserstrahlen beim Eintritt in den Augpunkt 61 und das Auftreten des Geisterbilds aufgrund der Beugung der Laserstrahlen an der Grenze 3035 reduziert werden.
(Vierte Ausführungsform)
21 zeigt den Bildschirm 30 gemäß der vierten Ausführungsform, die eine Modifikation der ersten Ausführungsform ist. Die optischen Elemente 4032 der vierten Ausführungsform weisen die emittierende Oberfläche 31b auf. Jede emittierende Oberfläche 31b hat eine gekrümmte Oberfläche 4033, die konkavförmig ausgebildet ist. Die gekrümmte Oberfläche 4033 ist von dem Laserscanner 10 und dem optischen System 40 weg in der orthogonalen Richtung z vertieft und hat einen tiefsten Punkt 4034 (d. h. Krümmungsmittelpunkt). Die benachbarten optischen Elemente 4032 bilden eine Grenze 4035 dazwischen durch Überlappen einer peripheren Kante (d. h. eines Umrisses) der optischen Elemente 4032 miteinander aus. In der vierten Ausführungsform ist eine Differenz zwischen dem tiefsten Punkt 4034 und der Grenze 4035 (d. h. ein Wendepunkt in einer Querschnittsansicht) in der Richtung z (d. h. Dickenrichtung) als der Durchhangbetrag S definiert. Wie bei der ersten Ausführungsform beinhaltet der Durchhangbetrag S der vierten Ausführungsform den großen Durchhangbetrag Sa und den kleinen Durchhangbetrag Sb. Das optische Element 4032, das den großen Durchhangbetrag Sa aufweist, und das optische Element 4032, das den kleinen Durchhangbetrag Sb aufweist, sind abwechselnd in sowohl der x- als auch der y-Richtung angeordnet.
Ferner beinhaltet wie bei der ersten Ausführungsform die Dicke T des optischen Elements 4032 die dickere Dicke Ta und die dünnere Dicke Tb, und das optische Element 4032, das die dickere Dicke Ta aufweist, und das optische Element 4032, das die dünnere Dicke Tb aufweist, sind abwechselnd in sowohl der x- als auch der y-Richtung angeordnet.
Insbesondere hat das optische Element 4032 mit dem großen Durchhangbetrag Sa die dünnere Dicke Tb und das optische Element 4032 mit dem kleinen Durchhangbetrag Sb hat die dickere Dicke Ta. Ferner ist wie bei der ersten Ausführungsform, wenn die Differenz zwischen den Dicken T (d. h. Ta – Tb) der benachbarten optischen Elemente 4032 am tiefsten Punkt 4034 als ΔT definiert ist, ΔT = ΔS im Wesentlichen erfüllt.
Gemäß der vierten Ausführungsform können dieselbe Operation und Effekte wie bei der ersten Ausführungsform erreicht werden, da die vierte Ausführungsform dieselbe Konfiguration wie die erste Ausführungsform mit Ausnahme der vorstehend beschriebenen Konfigurationen aufweist.
(Fünfte Ausführungsform)
22 und 23 zeigen die fünfte Ausführungsform, die eine Modifikation der 22 und 23 zeigen die fünfte Ausführungsform, die eine Modifikation der ersten Ausführungsform ist. Das optische Element 5032 der fünften Ausführungsform hat eine gekrümmte Oberfläche 5033 der Außenfläche 31. Jede gekrümmte Oberfläche 5033 ist konvexförmig ausgebildet. Insbesondere ist die gekrümmte Oberfläche 5033 des optischen Elements 5032 nicht auf der emittierenden Oberfläche 31b, sondern auf der Empfangsoberfläche 31a ausgebildet.
Eine Stufe in der Richtung z ist auf der Empfangsoberfläche 31a ausgebildet, da die gekrümmte Oberfläche 5033 auf der Empfangsoberfläche 31a ausgebildet ist. Demnach ist, wenn die Differenz zwischen den Dicken T (d. h. Ta – Tb) der benachbarten optischen Elemente 5032 am Scheitel 5034 (d. h. Krümmungsmittelpunkt) als ΔT definiert ist, ΔT = ΔS im Wesentlichen erfüllt.
In der fünften Ausführungsform ist die optische Weglängendifferenz ΔL zwischen den Laserstrahlen, die von den benachbarten optischen Elementen 5032 emittiert werden und miteinander interferieren, durch die numerischen Formeln 3 und 4 repräsentiert, wie in der ersten Ausführungsform erläutert. Ferner wird die Winkeldifferenz α des Emissionswinkels θ entsprechend eines Änderungsbetrags der optischen Weglängendifferenz ΔL für die Wellenlänge λ, das heißt, entsprechend der Änderung einer Ordnung der Beugungsspitze, die durch die Interferenz der Laserstrahlen erzeugt wird, durch die numerische Formel 5 repräsentiert, wie in der ersten Ausführungsform beschrieben ist. Es ist zu beachten, dass die Berechnungen basierend auf der ersten Ausführungsform wie auf die Empfangsoberfläche 31a angewandt werden, wenn die numerischen Formeln 3, 4 und 5 berechnet werden. Ferner wird, wenn der Emissionswinkel des Laserstrahls von der Empfangsoberfläche 31a als θm definiert ist, sinθ = n·sinθm hinsichtlich der Brechung an der emittierenden Oberfläche 31b verwendet.
Die Differenz ΔT zwischen den benachbarten optischen Elementen 5032 wird auf einen Wert festgelegt, der die numerische Formel 6 erfüllt, wie in der ersten Ausführungsform erläutert ist. Ferner wird, solange die numerische Formel 6 erfüllt ist, die Differenz ΔT der Dicken der benachbarten optischen Elemente 5032 bevorzugt auf einen Wert festgelegt, der die numerische Formel 7 erfüllt, wie in der ersten Ausführungsform erläutert ist, und noch bevorzugter auf einen Wert, der die numerische Formel 8 erfüllt, wie in der ersten Ausführungsform erläutert ist.
Gemäß der fünften Ausführungsform können dieselbe Operation und Effekte wie bei der ersten Ausführungsform erreicht werden, da die fünfte Ausführungsform dieselbe Konfiguration wie die erste Ausführungsform mit Ausnahme der vorstehend beschriebenen Konfigurationen aufweist.
(Weitere Ausführungsformen)
Die mehreren Ausführungsformen sind vorstehend beschrieben, jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die Ausführungsformen beschränkt. Unterschiedliche Ausführungsformen und Kombinationen davon können insofern angewandt werden, als die Ausführungsformen und die Kombinationen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht verlassen.
Wie in 24 dargestellt, die den Bildschirm 30 einer ersten Modifikation der ersten und der fünften Ausführungsform illustriert, können die benachbarten optischen Elemente 32 gemäß der dritten Ausführungsform unterschiedliche Krümmungsradien R (wobei Ra > Rb) aufweisen.
Wie in 25 dargestellt, die den Bildschirm 30 einer zweiten Modifikation der zweiten Ausführungsform illustriert, können die benachbarten optischen Elemente 3032 gemäß der dritten Ausführungsform unterschiedliche Krümmungsradien R (wobei Ra > Rb) aufweisen.
Alternativ können, wie in 26 dargestellt, die den Bildschirm 30 einer dritten Modifikation der zweiten Ausführungsform illustriert, die benachbarten optischen Element 2032 unterschiedliche Elementbreiten W (Wa, Wb) gemäß der ersten Ausführungsform aufweisen.
Wie in 27 dargestellt, die den Bildschirm 30 einer vierten Modifikation der zweiten und der dritten Ausführungsform illustriert, kann das optische Element 2032 eine gekrümmte Oberfläche 2033, die konkavförmig ausgebildet ist, gemäß der vierten Ausführungsform aufweisen. Es ist zu beachten, dass 27 die vierte Modifikation der zweiten Ausführungsform darstellt.
In einer fünften Modifikation der ersten bis fünften Ausführungsform kann das optische Element 32 (2032, 3032, 4032, 5032) unterschiedliche Elementbreiten W (Wa und Wb) in den Richtungen x und y aufweisen.
In einer sechsten Modifikation der ersten bis fünften Ausführungsform kann das optische Element 32 (2032, 3032, 4032, 5032) unterschiedliche Krümmungsradien R (Ra und Rb) in den Richtungen x und y aufweisen.
In einer siebten Modifikation der ersten und der fünften Ausführungsform können drei oder mehr Arten der Durchhangbeträge S zwischen den optischen Elementen ausgebildet werden.
In einer achten Modifikation der ersten, der vierten und der fünften Ausführungsform kann das optische Element drei oder mehr Arten der Elementbreite W aufweisen.
In einer neunten Modifikation der ersten bis fünften Ausführungsform kann ein Scannspiegel bzw. Abtastspiegel, der um zwei Achsen herum drehbar ist, als das MEMS 26 des Laserscanners 10 verwendet werden, der als „Projektor” dient.
In einer zehnten Modifikation der ersten bis fünften Ausführungsform kann ein anderes Element außer der Windschutzscheibe 90 als „Anzeigeabschnitt” verwendet werden, der als die Projektionsebene 91 des Fahrzeugs 1 dient. Beispielsweise kann ein Kombinator, der auf der Windschutzscheibe 90 innerhalb des Fahrzeuginnenraums angebracht oder separat mit der Windschutzscheibe 90 ausgebildet ist, verwendet werden.
In einer elften Modifikation der ersten bis fünften Ausführungsform kann das optische Element 32 (2032, 3032, 4032, 5032) die gekrümmte Oberfläche 33 (2033, 3033, 4033, 5033) sowohl auf der Empfangsoberfläche 31a als auch auf der emittierenden Oberfläche 31b aufweisen. Wie in 28 dargestellt, ist die Grenze 35 (2035, 3035, 4035, 5035) zwischen den benachbarten optischen Elementen 32 (2032, 3032, 4032, 5032) sowohl auf der Empfangsoberfläche 31a als auch auf der emittierenden Oberfläche 31b ausgebildet. Die Grenze 35 auf der Empfangsoberfläche 31a ist entsprechend der Grenze 35 auf der emittierenden Oberfläche 31b in sowohl der x- als auch der y-Richtung positioniert.
Wie in 29 dargestellt, die den Bildschirm 30 einer zwölften Modifikation der ersten, der vierten und der fünften Ausführungsform illustriert, kann das optische Element 32 (4032, 5032) eine im Wesentlichen achteckige Form und einen großen Durchhangbetrag Sa aufweisen. Das optische Element 32 kann zu vier optischen Elementen 32 (4032, 5032), die den großen Durchhangbetrag Sa aufweisen, durch einen flachen Abschnitt 37 (durch eine Schraffierung in 29 angegeben) benachbart sein. In diesem Fall ist das optische Element 32 (4032, 5032), das den kleinen Durchhangbetrag Sb aufweist, ebenso zu vier optischen Elementen 32 (4032, 5032), die den kleinen Durchhangbetrag Sb aufweisen, durch den flachen Abschnitt 37 benachbart. Es ist zu beachten, dass 29 die Modifikation 12 der ersten Ausführungsform darstellt.
Wie in 30 dargestellt, die den Bildschirm 30 einer dreizehnten Modifikation der ersten bis fünften Ausführungsform illustriert, kann der Bildschirm 30 einen Abschnitt, in dem die benachbarten optischen Elemente 32 (2032, 3032, 4032, 5032) die unterschiedlichen Dicken T zueinander aufweisen, und einen verbleibenden Abschnitt aufweisen, in dem der gleiche Durchhangbetrag S zwischen den benachbarten optischen Elementen 32 (2032, 3032, 4032, 5032) ausgebildet ist. Es ist zu beachten, dass 30 die dreizehnte Modifikation der ersten Ausführungsform darstellt.
Ferner kann, wie in 30 dargestellt, die ebenso den Bildschirm 30 einer vierzehnten Modifikation der ersten bis fünften Ausführungsform illustriert, der Bildschirm 30 einen Abschnitt, in dem die benachbarten optischen Elemente 32 (2032, 3032, 4032, 5032) die unterschiedlichen Elementbreiten W zueinander aufweisen, und einen verbleibenden Abschnitt aufweisen, in dem alle optischen Elemente 32 dieselbe Elementbreite S aufweisen. Es ist zu beachten, dass 30 ebenso die vierzehnte Modifikation der ersten Ausführungsform darstellt.
In einer fünfzehnten Modifikation der ersten bis fünften Ausführungsform kann die vorliegende Offenbarung auf unterschiedliche Fahrzeuge (d. h. Transportkörper) wie beispielsweise ein Flugzeug, ein Wasserfahrzeug (engl.: vessel) oder dergleichen außer dem Automobil wie in der ersten Ausführungsform beschrieben angewandt werden.

Claims

Head-up-Anzeigevorrichtung zum Anzeigen eines virtuellen Bilds (70) eines Anzeigebilds (71) durch Projizieren des Anzeigebilds (71) auf eine Projektionsebene (91) in einem Innenraum eines Fahrzeugs (1), wobei die Head-up-Anzeigevorrichtung aufweist: einen Projektor (10), der einen Lichtstrahl projiziert; und einen Bildschirm (30) einschließlich mehrerer optischer Elemente (32, 2032, 3032, 4032, 5032), die in einem Raster auf einer Außenfläche (31) des Bildschirms (30) angeordnet sind, wobei der Bildschirm (30) den vom Projektor (10) hin zur Projektionsebene (91) projizierten Lichtstrahl streut, wobei jedes der mehreren optischen Elemente (32, 2032, 3032, 4032, 5032) eine gekrümmte Oberfläche (33, 2033, 3033, 4033, 5033) mit einer konvexen oder einer konkaven Form aufweist, wobei der Lichtstrahl durch die gekrümmte Oberfläche (33, 2033, 3033, 4033, 5033) gestreut wird, und eines der mehreren optischen Elemente (32, 2032, 3032, 4032, 5032) eine Dicke (T, Ta, Tb) an einem Krümmungsmittelpunkt (34, 2034, 3034, 4034, 5034) der gekrümmten Oberfläche (33, 2033, 3033, 4033, 5033) aufweist, die sich von der eines anderen der mehreren optischen Elemente (32, 2032, 3032, 4032, 5032), das unmittelbar zu dem einen der mehreren optischen Elemente (32, 2032, 3032, 4032, 5032) benachbart ist, unterscheidet.
Head-up-Anzeigevorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche (31) eine Empfangsoberfläche (31a), in die der Lichtstrahl eintritt, und eine emittierende Oberfläche (31b) beinhaltet, von der der Lichtstrahl emittiert wird, und die gekrümmte Oberfläche (33, 2033, 3033, 4033, 5033) auf der Empfangsoberfläche (31a) und/oder der emittierenden Oberfläche (31b) ausgebildet ist, wobei m als ein ungeradzahliger Wert größer oder gleich 1 definiert ist, λ als eine Wellenlänge des Lichtstrahls definiert ist, n als ein Brechungsindex der mehreren optischen Elemente (32, 2032, 3032, 4032, 5032) definiert ist, und eine Differenz zwischen der Dicke (T, Ta, Tb) des einen der mehreren optischen Elemente (32, 2032, 3032, 4032, 5032) und der Dicke (T, Ta, Tb) des anderen der mehreren optischen Elemente (32, 2032, 3032, 4032, 5032) als ΔT definiert ist, wobei gilt ΔT ≠ 1 / n – 1·m· λ / 2.
Head-up-Anzeigevorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass gilt 2m – 1 / n – 1· λ / 8 < ΔT < 2m + 1 / n – 1· λ / 8.
Head-up-Anzeigevorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass gilt ΔT = 1 / n – 1·m· λ / 4.
Head-up-Anzeigevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gekrümmte Oberfläche (33, 2033, 3033, 4033, 5033) auf der Empfangsoberfläche (31a) oder der emittierenden Oberfläche (31b) ausgebildet ist, das eine der mehreren optischen Elemente (32, 2032, 3032, 4032, 5032) mit dem anderen der mehreren optischen Elemente (32, 2032, 3032, 4032, 5032) an einer Grenze (35, 2035, 3035, 4035, 5035) verbunden ist, jedes der mehreren optischen Elemente (32, 2032, 3032, 4032, 5032) einen Durchhangbetrag (S, Sa, Sb) aufweist, der eine Distanz von dem Krümmungsmittelpunkt (34, 2034, 3034, 4034, 5034) der gekrümmten Oberfläche (33, 2033, 3033, 4033, 5033) zur Grenze (35, 2035, 3035, 4035, 5035) in einer Dickenrichtung der mehreren optischen Elemente (32, 2032, 3032, 4032, 5032) ist, wobei, wenn eine Differenz zwischen dem Durchhangbetrag (Sa) des einen der mehreren optischen Elemente (32, 2032, 3032, 4032, 5032) und dem Durchhangbetrag (Sb) des anderen der mehreren optischen Elemente (32, 2032, 3032, 4032, 5032) als ΔS definiert ist, gilt ΔT = ΔS.
Head-up-Anzeigevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstrahl mehrere Farblaserstrahlen beinhaltet, die mehreren Farblaserstrahlen einen grünen Farblaserstrahl mit einer Spitzenwellenlänge zwischen 490 und 530 nm beinhalten, und λ die Spitzenwellenlänge des grünen Farblaserstrahls ist.
Head-up-Anzeigevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstrahl mehrere Farblaserstrahlen beinhaltet, die mehreren Farblaserstrahlen einen roten Farblaserstrahl mit einer Spitzenwellenlänge zwischen 600 und 650 nm beinhalten, und λ die Spitzenwellenlänge des roten Farblaserstrahls ist.
Head-up-Anzeigevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das eine der mehreren optischen Elemente (32, 2032, 3032, 4032, 5032) eine Breite (W, Wa, Wb) aufweist, die sich von der des anderen der mehreren optischen Elemente (32, 2032, 3032, 4032, 5032) unterscheidet.
Head-up-Anzeigevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das eine der mehreren optischen Elemente (32, 2032, 3032, 4032, 5032) mit dem anderen der mehreren optischen Elemente (32, 2032, 3032, 4032, 5032) an einer Grenze (35, 2035, 3035, 4035, 5035) verbunden ist, die sich linear auf der Außenfläche (31) des Bildschirms (30) erstreckt.
Head-up-Anzeigevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das eine der mehreren optischen Elemente (2032) in einer Dickenrichtung der mehreren optischen Elemente (2032) relativ zu dem anderen der mehreren optischen Elemente (2032) an einer Grenze (2035) zwischen diesen versetzt ist.
Head-up-Anzeigevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die gekrümmte Oberfläche (3033) des einen der mehreren optischen Elemente (3032) einen Krümmungsradius (R, Ra, Rb) aufweist, der sich von dem der gekrümmten Oberfläche (3033) des anderen der mehreren optischen Elemente (3032) unterscheidet.
Head-up-Anzeigevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das eine der mehreren optischen Elemente (2032) in einer Dickenrichtung der mehreren optischen Elemente (2032) relativ zu dem anderen der mehreren optischen Elemente (2032) an einer Grenze (2035) zwischen diesen versetzt ist, die gekrümmte Oberfläche (2033) des einen der mehreren optischen Elemente (2032) einen Krümmungsradius (R) aufweist, der gleich dem der gekrümmten Oberfläche (2033) des anderen der mehreren optischen Elemente (2032) ist, und das eine der mehreren optischen Elemente (2032) eine Breite (W) aufweist, die gleich der des anderen der mehreren optischen Elemente (2032) ist.
Head-up-Anzeigevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren optischen Elemente (32, 2032, 3032, 4032, 5032) über eine Gesamtheit der Außenfläche (31) des Bildschirms (30) ausgebildet sind.