DE102016226181A1

DE102016226181A1 - Optisches Anzeigelicht-Projektionssystem

Info

Publication number: DE102016226181A1
Application number: DE102016226181.9A
Authority: DE
Inventors: Junichi Matsushita
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2015-12-24
Filing date: 2016-12-23
Publication date: 2017-06-29
Also published as: US20170184844A1; JP6427095B2; JP2017116726A

Abstract

P-polarisiertes Anzeigelicht wird von einer HUD-Einheit 20 auf einen abgedichteten Körper 10 eines Fresnel-Spiegels projiziert, wobei eine Reflexion an der Vorderfläche und der Rückfläche des abgedichteten Körpers 10 des Fresnel-Spiegels unterdrückt wird. Der Winkel, in dem das Anzeigelicht auf den abgedichteten Körper 10 des Fresnel-Spiegels einfällt, wird so festgelegt, dass er einem Brewster-Winkel nahekommt, um die Reflexion werter zu unterdrücken. Das p-polarisierte Licht wird durch Erzeugen von linear polarisiertem Anzeigelicht durch eine Flüssigkristallanzeige, die eine Polarisierungsplatte einschließt, und anschließendes Anpassen seiner Polarisierungsrichtung durch eine Halbwellenplatte 25 oder durch Eingeben von unpolarisiertem Anzeigelicht in eine Polarisierungsplatte erzeugt. Die Verwendung von p-polarisiertem Licht ermöglicht, eine unnötige Reflexion zu unterdrücken. Die Reflexion kann minimiert werden, indem der Einfallswinkel auf den Brewster-Winkel festgelegt wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches Anzeigelicht-Projektionssystem, das mit einer Anzeigeeinheit zum Emittieren eines Anzeigelichts und mit einem Fresnel-Spiegel ausgestattet ist, der das von der Anzeigeeinheit kommende Anzeigelicht mit einer Bildvergrößerung reflektiert und Außenlicht transmittiert.
Hintergrund der Technik
Bei allgemeinen Blickfeldanzeige (head-up display, HUD)-Einrichtungen von Fahrzeugen wird ein Strahlengang so ausgebildet, dass ein optisches Bild, das verschiedene Arten von anzuzeigenden Informationen beinhaltet, auf eine Windschutzscheibe (Glasscheibe des Frontfensters) oder eine Reflexionsplatte projiziert wird, die als Kombinationseinrichtung (Combiner) bezeichnet wird, und Licht, das davon reflektiert wird, zu dem Augpunkt eines Fahrers gelangt. Infolgedessen kann der Fahrer die auf der HUD zu sehenden Anzeigeinformationen, die auf der Windschutzscheibe oder der Kombinationseinrichtung angezeigt werden, als virtuelles Bild visuell erfassen und gleichzeitig durch die Windschutzscheibe eine Szene vor dem Fahrzeug betrachten. Das heißt, der Fahrer kann verschiedene Arten von Informationen durch eine Anzeige der HUD visuell erfassen, ohne seine Blickrichtung verändern zu müssen, während er das Fahrzeug normal fährt.
Das Patentdokument 1 offenbart eine Anzeigeeinrichtung, bei der ein spezielles optisches Element (das der oben erwähnten Kombinationseinrichtung entspricht) mit der Glasoberfläche einer Windschutzscheibe verbunden ist. Licht, das von einer HUD-Einheit emittiert wird, wird durch die Oberfläche des optischen Elements reflektiert, das auf der Windschutzscheibe ausgebildet ist, und gelangt zu dem Augpunkt eines Fahrers. Da das optische Element aus einem Material hergestellt ist, das sichtbares Licht transmittiert, kann der Fahrer nicht nur ein Anzeigebild, das vor dem optischen Element ausgebildet wird, als virtuelles Bild sehen, sondern durch die Windschutzscheibe und das optische Element auch eine Szene usw. vor dem Fahrzeug.
Bei der Anzeigeeinrichtung des Patentdokuments 1 ist ein optisches Vergrößerungssystem durch Ausbilden einer Fresnel-Linse an dem optischen Element ausgebildet, wodurch die HUD-Einheit miniaturisiert werden kann. Des Weiteren ermöglicht die Verwendung der Fresnel-Linse, dass die Dicke des optischen Elements verringert wird.
Dokumente des Standes der Technik
Patentdokumente

[Patentdokument 1] JP-A-2012-123.393

Übersicht über die Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Bei Anzeigeeinrichtungen wie derjenigen, die in dem Patentdokument 1 offenbart wird, ist ein Fresnel-Spiegel in die Windschutzscheibe eines Fahrzeugs oder in eine Kombinationseinrichtung integriert oder mit dieser verbunden. Der größte Teil des Lichts, das von einer HUD-Einheit emittiert wird, wird durch die Oberfläche des Fresnel-Spiegels mit einer Bildvergrößerung reflektiert und anschließend durch einen Fahrer an seinem Augpunkt als Anzeigebild erfasst. Tatsächlich wird jedoch Licht durch die Oberfläche eines Dichtungselements, das oberhalb des Fresnel-Spiegels vorhanden ist, die Oberfläche eines Basiselements, das unterhalb des Fresnel-Spiegels vorhanden ist, und durch sonstige Oberflächen reflektiert, und Bilder von resultierenden Reflexionslichtstrahlen werden in der Nähe des beabsichtigten Anzeigebildes ausgebildet.
Während Licht, das von der Oberfläche des Fresnel-Spiegels reflektiert wird, ein vergrößertes Anzeigebild ausbildet, bildet Licht, das von den anderen Oberflächen reflektiert wird, des Weiteren Bilder mit gleicher Vergrößerung aus. Folglich bestehen deutliche Unterschiede zwischen dem beabsichtigten Anzeigebild und den sonstigen Bildern. Beispielsweise erscheint beim Ausbilden eines Anzeigebildes, wie es in 5(a) des Patentdokuments 1 dargestellt wird, ein doppeltes Geisterbild mit gleicher Vergrößerung in der Nähe des regulären Anzeigebildes, wie in 5(b) des Patentdokuments 1 dargestellt. Dies kann die Lesbarkeit des regulären Anzeigebildes und die Anzeigequalität verringern.
Die vorliegende Erfindung ist in Anbetracht der obigen Umstände gemacht worden, und ein Ziel der Erfindung besteht daher darin, ein optisches Anzeigelicht-Projektionssystem bereitzustellen, das in der Lage ist, eine Erzeugung eines doppelten Geisterbildes mit gleicher Vergrößerung in der Nähe eines regulären Anzeigebildes zu verhindern oder zu unterdrücken, das durch Reflexion durch die Oberfläche eines Fresnel-Spiegels ausgebildet wird.
Mittel zur Lösung der Probleme
Um das obige Ziel zu erreichen, weist das optische Anzeigelicht-Projektionssystem gemäß der Erfindung die folgenden Merkmale (1) bis (5) auf:

(1) Ein optisches Anzeigelicht-Projektionssystem, das aufweist: eine Anzeigeeinheit, die ein Anzeigelicht emittiert; und einen Fresnel-Spiegel, der das von der Anzeigeeinheit kommende Anzeigelicht mit einer Bildvergrößerung reflektiert und Außenlicht transmittiert, wobei der Fresnel-Spiegel aufweist: ein erstes Element, das eine Fresnel-förmige Oberfläche, die mit mehreren Fresnel-förmigen Rillen ausgebildet ist, und eine erste Oberfläche aufweist, auf die das Außenlicht einfällt; eine halbdurchlässige Spiegelschicht, die auf der Fresnel-förmigen Oberfläche ausgebildet ist; und ein zweites Element, das eine zweite Oberfläche aufweist, auf die das von der Anzeigeeinheit kommende Anzeigelicht einfällt und die die halbdurchlässige Spiegelschicht zwischen sich selbst und dem ersten Element abdichtet, wobei ein p-polarisiertes Anzeigelicht auf die zweite Oberfläche einfällt.
(2) Das optische Anzeigelicht-Projektionssystem gemäß dem obigen Punkt (1), wobei die Anzeigeeinheit das p-polarisierte Anzeigelicht so emittiert, dass es in einem Einfallswinkel, der einem Brewster-Winkel nahekommt, auf die zweite Oberfläche einfällt.
(3) Das optische Anzeigelicht-Projektionssystem gemäß dem obigen Punkt (1) oder (2), wobei die Anzeigeeinheit aufweist: eine Lichtquelle, die ein Anzeigelicht emittiert; und ein Polarisierungselement, das das von der Lichtquelle emittierte Anzeigelicht in p-polarisiertes Licht für die zweite Oberfläche polarisiert.
(4) Das optische Anzeigelicht-Projektionssystem gemäß dem obigen Punkt (3), wobei: die Lichtquelle linear polarisiertes Anzeigelicht emittiert; und es sich bei dem Polarisierungselement um eine Halbwellenplatte handelt, die das linear polarisierte Anzeigelicht in p-polarisiertes Licht für die zweite Oberfläche polarisiert.
(5) Das optische Anzeigelicht-Projektionssystem gemäß dem obigen Punkt (3), wobei: die Lichtquelle unpolarisiertes Anzeigelicht emittiert; und es sich bei dem Polarisierungselement um eine Polarisierungsplatte handelt, die das unpolarisierte Anzeigelicht in p-polarisiertes Licht für die zweite Oberfläche polarisiert.

Gemäß dem optischen Anzeigelicht-Projektionssystem, das die Gestaltung des Punktes (1) aufweist, wird, da das Anzeigebild durch Projizieren eines p-polarisierten Anzeigelichts ausgebildet wird, eine Reflexion eines einfallenden Anzeigelichts durch eine andere Oberfläche als die Oberfläche der halbdurchlässigen Spiegelschicht unterdrückt, wodurch ein Auftreten eines doppelten Geisterbildes mit gleicher Vergrößerung unterdrückt werden kann. Wenn Licht durch die Grenzfläche zwischen unterschiedlichen Substanzen reflektiert wird, werden s-polarisiertes Licht und p-polarisiertes Licht entsprechend dem Verhältnis zwischen der Schwingungsrichtung seiner elektrischen Feldkomponente oder Magnetfeldkomponente und der Einfallsebene definiert. Da, wie im Folgenden beschrieben, eine Tendenz dazu besteht, dass das Reflexionsvermögen von p-polarisiertem Licht geringer als dasjenige von s-polarisiertem Licht ist, kann ein Auftreten eines doppelten Geisterbildes mit gleicher Vergrößerung dadurch unterdrückt werden, dass lediglich p-polarisiertes Licht verwendet wird.
Gemäß dem optischen Anzeigelicht-Projektionssystem, das die Gestaltung des Punktes (2) aufweist, kann ein Auftreten eines doppelten Geisterbildes mit gleicher Vergrößerung wirkungsvoller unterdrückt werden. Genauer gesagt, dadurch, dass das p-polarisierte Anzeigelicht in einem Einfallswinkel, der dem Brewster-Winkel nahekommt, auf die zweite Oberfläche einfallen gelassen wird, geht das Reflexionsvermögen an der zweiten Oberfläche ungefähr gegen 0, wodurch eine Erzeugung eines unnötigen Reflexionslichts verhindert werden kann.
Gemäß dem optischen Anzeigelicht-Projektionssystem, das die Gestaltung des Punktes (3) aufweist, dient selbst in dem Fall, in dem eine Lichtquelle verwendet wird, die ein Anzeigelicht emittiert, das kein p-polarisiertes Licht ist, das Polarisierungselement dazu zu verhindern, dass eine s-polarisierte Komponente auf die zweite Oberfläche einfällt, wodurch eine Erzeugung eines unnötigen Reflexionslichts unterdrückt werden kann.
Gemäß dem optischen Anzeigelicht-Projektionssystem, das die Gestaltung des Punktes (4) aufweist, wird, da die Halbwellenplatte dazu dient, p-polarisiertes Licht aus linear polarisiertem Anzeigelicht zu erzeugen, das von der Lichtquelle emittiert wird, verhindert, dass die s-polarisierte Komponente auf die zweite Oberfläche einfällt, wodurch eine Erzeugung eines unnötigen Reflexionslichts unterdrückt werden kann.
Gemäß dem optischen Anzeigelicht-Projektionssystem, das die Gestaltung des Punktes (5) aufweist, wird, da die Polarisierungsplatte dazu dient, p-polarisiertes Licht aus unpolarisiertem Anzeigelicht zu erzeugen, das von der Lichtquelle emittiert wird, verhindert, dass die s-polarisierte Komponente auf die zweite Oberfläche einfällt, wodurch eine Erzeugung eines unnötigen Reflexionslichts unterdrückt werden kann
Vorteile der Erfindung
Das optische Anzeigelicht-Projektionssystem gemäß der Erfindung ermöglicht, ein Auftreten eines doppelten Geisterbildes mit gleicher Vergrößerung zu verhindern oder zu unterdrücken, mit dem ein reguläres Anzeigebild einhergeht, das durch Reflexion durch die Oberfläche des Fresnel-Spiegels ausgebildet wird. Das heißt, da ein Anzeigebild durch Projizieren eines p-polarisierten Anzeigelichts ausgebildet wird, wird eine Reflexion eines einfallenden Anzeigelichts durch eine andere Oberfläche als die Oberfläche der halbdurchlässigen Spiegelschicht unterdrückt, wodurch ein Auftreten eines doppelten Geisterbildes mit gleicher Vergrößerung unterdrückt werden kann.
Die Erfindung ist oben kurzgefasst beschrieben worden. Die Einzelheiten der Erfindung werden besser ersichtlich, wenn die Verfahren zum Ausführen der Erfindung (im Folgenden als Ausführungsform bezeichnet), die im Folgenden beschrieben werden, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gelesen werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine beispielhafte Gestaltung eines Armaturenbretts, einer Windschutzscheibe und deren Umgebung eines Fahrzeugs darstellt, in dem ein optisches Anzeigelicht-Projektionssystem gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung montiert ist;
2 ist eine Vertikalschnittansicht derselben Objekte, wie in 1 dargestellt, von der Seite aus betrachtet;
3 stellt einen beispielhaften Aufbau eines abgedichteten Körpers eines Fresnel-Spiegels, der in dem optischen Anzeigelicht-Projektionssystem beinhaltet ist, und damit in Zusammenhang stehende Strahlengänge dar;
4A, 4B und 4C sind eine Draufsicht, eine Schnittansicht entlang einer Linie A-A in 4A bzw. eine Schnittansicht entlang einer Linie B-B in 4A, die einen beispielhaften Aufbau einer Fresnel-Linse darstellen, die in dem abgedichteten Körper des Fresnel-Spiegels beinhaltet ist;
5 stellt ein beispielhaftes Bild dar, das an einem Augpunkt zu sehen sein kann, sofern keine geeignete Gegenmaßnahme ergriffen wird; und
6A stellt einen beispielhaften Strahlengang eines Lichts dar, der durch den abgedichteten Körper des Fresnel-Spiegels verläuft, 6B ist eine Reflexionscharakteristik an der Vorderfläche des abgedichteten Körpers des Fresnel-Spiegels, und 6C ist ein Graph, der eine Reflexionscharakteristik an der Rückfläche des abgedichteten Körpers des Fresnel-Spiegels darstellt.
Verfahren zum Ausführen der Erfindung
Im Folgenden wird eine spezifische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
<Spezifisches Beispiel für eine Nutzungsumgebung eines optischen Anzeigelicht-Projektionssystems>
1 stellt eine beispielhafte Gestaltung eines Armaturenbretts, einer Windschutzscheibe WS und deren Umgebung eines Fahrzeugs dar, in dem ein optisches Anzeigelicht-Projektionssystem gemäß der Ausführungsform montiert ist. 2 ist eine Vertikalschnittansicht derselben Objekte, wie in 1 dargestellt, von der Seite aus betrachtet.
In dem in 1 und 2 dargestellten Beispiel ist ein abgedichteter Körper 10 eines Fresnel-Spiegels (siehe 3) als Zwischenschicht in eine Windschutzscheibe WS (Fensterglasscheibe) eingeschlossen, bei der es sich um eine Verbundglasscheibe handelt. In dem abgedichteten Körper 10 des Fresnel-Spiegels ist ein Fresnel-Spiegelbereich FM ausgebildet. Der abgedichtete Körper 10 des Fresnel-Spiegels, der im Wesentlichen eine Funktion eines halbdurchlässigen Spiegels aufweist, weist eine solche Charakteristik auf, dass er Licht, das aus dem Inneren des Fahrzeugraums auf den Fresnel-Spiegelbereich FM einfällt, reflektiert und Licht transmittiert, das sich von außerhalb des Fahrzeugs in 2 nach rechts bewegt und auf den Fresnel-Spiegelbereich FM einfällt. Der Fresnel-Spiegelbereich FM bildet ein optisches Vergrößerungssystem mithilfe einer Fresnel-Linse aus. Ein spezifischer Aufbau des abgedichteten Körpers 10 des Fresnel-Spiegels wird im Folgenden ausführlich beschrieben.
Wenngleich das in 1 und 2 dargestellte Beispiel auf den Fall ausgerichtet ist, dass der abgedichtete Körper 10 des Fresnel-Spiegels in die Windschutzscheibe WS des Fahrzeugs eingeschlossen ist, kann der abgedichtete Körper 10 des Fresnel-Spiegels in der Nähe der Windschutzscheibe WS als Kombinationseinrichtung für eine Blickfeldanzeige(HUD)-Einrichtung angeordnet sein, die von der Windschutzscheibe WS unabhängig ist.
Bei dem in 1 dargestellten Fahrzeug ist eine HUD-Einheit 20 unter einem Armaturenbrett 22 angeordnet, das sich vor einer Messeinheit 21 befindet. Die HUD-Einheit 20 schließt einen Flachbildschirm ein, der eine Transmissionsflüssigkristalltafel und eine Polarisierungsplatte und eine Beleuchtungslichtquelle (Hintergrundbeleuchtung) beinhaltet. Verschiedene Arten von Informationen, die beim Fahren des Fahrzeugs hilfreich sind, wie zum Beispiel eine Fahrzeuggeschwindigkeit, werden bei Bedarf auf dem Bildschirm des Flachbildschirms in Form von sichtbaren Informationen wie zum Beispiel Buchstaben, Zahlen, Symbolen usw. angezeigt. Durch Beleuchten des Bildschirms mithilfe der Hintergrundbeleuchtung kann das Anzeigelicht, das die angezeigten sichtbaren Informationen transportiert, von der HUD-Einheit 20 emittiert werden.
Da der Flachbildschirm die Polarisierungsplatte einschließt, handelt es sich bei einem Anzeigelicht, das von der HUD-Einheit 20 emittiert wird, um ein linear polarisiertes Licht. Um aus dem linear polarisierten Licht ein p-polarisiertes Licht zu gewinnen, wird eine (im Folgenden beschriebene) Halbwellenplatte 25 zwischen der HUD-Einheit 20 und dem abgedichteten Körper 10 des Fresnel-Spiegels angeordnet.
Über der HUD-Einheit 20 ist eine rechteckige Öffnung 22a in dem Armaturenbrett 22 ausgebildet. Ein Anzeigelicht, das von der HUD-Einheit 20 emittiert wird, gelangt an der Öffnung 22a vorbei zu der Windschutzscheibe WS. Die Windschutzscheibe WS weist den oben genannten Fresnel-Spiegelbereich FM in einem solchen Bereich auf, dass von der HUD-Einheit 20 kommendes Licht empfangen wird.
Auf diese Weise fällt ein Anzeigelicht, das von der HUD-Einheit 20 emittiert wird, auf die Oberfläche der Windschutzscheibe WS ein, wird durch den Fresnel-Spiegelbereich FM reflektiert und erreicht den Augpunkt EP, der den Augen eines angenommenen Fahrers entspricht. Da das Anzeigelicht durch den Fresnel-Spiegelbereich FM reflektiert wird, wird ein Anzeigebild, das von dem Fahrer gesehen werden soll, als virtuelles Bild so ausgebildet, als sollte es in einer Ausbildungsebene 24 für virtuelle Bilder angezeigt werden, die sich vor der Windschutzscheibe WS befindet (z. B. 10 m davor). Da der Fresnel-Spiegelbereich FM von vor dem Fahrzeug kommendes Licht auf dieselbe Weise wie die Windschutzscheibe WS transmittiert, kann der Fahrer eine Szene vor dem Fahrzeug durch den Fresnel-Spiegelbereich FM sehen. Das heißt, der Fahrer kann die Szene vor dem Fahrzeug und das Anzeigebild der HUD-Einheit 20 gleichzeitig übereinandergelegt sehen.
Aufgrund des Einsetzens des Fresnel-Spiegels ist der Fresnel-Spiegelbereich FM so dünn, dass er in die Windschutzscheibe WS eingeschlossen werden kann. Da der Fresnel-Spiegelbereich FM ein optisches Vergrößerungssystem ausbildet, ist es nicht erforderlich, dass die HUD-Einheit 20 ein optisches Vergrößerungssystem einschließt. Die Öffnungsfläche der Öffnung 22a kann kleiner als in einem Fall gestaltet sein, in dem die HUD-Einheit 20 ein optisches Vergrößerungssystem einschließt.
Eine Abdeckung (louver) 23 ist in der Nähe der Öffnung 22a angeordnet. Die Abdeckung 23 hat eine Funktion, ein Vorkommnis zu unterbinden, bei dem unnötiges Außenlicht, das in der Nähe der Öffnung 22a reflektiert wird, zu dem Augpunkt EP gelangt, wodurch die Lesbarkeit eines Anzeigebildes der HUD-Einheit 20 erhöht wird.
<Der abgedichtete Körper des Fresnel-Spiegels 10>
3 stellt einen beispielhaften Aufbau des abgedichteten Körpers 10 des Fresnel-Spiegels, der in dem optischen Anzeigelicht-Projektionssystem beinhaltet ist, und damit in Zusammenhang stehende Strahlengänge dar. Der in 3 dargestellte abgedichtete Körper 10 des Fresnel-Spiegels ist als Kombinationseinrichtung zum Projizieren von Anzeigelicht der HUD-Einheit 20 ausgebildet. Der abgedichtete Körper 10 des Fresnel-Spiegels weist dieselbe rechteckige Form wie eine Fresnel-Linse 11 (siehe 4A) auf und ist größer als der in 1 dargestellte Fresnel-Spiegelbereich FM.
Wie in 3 dargestellt, ist der abgedichtete Körper 10 des Fresnel-Spiegels aus mehreren Schichten gebildet, die in ihrer Dickenrichtung übereinander gelegt sind. Genauer gesagt ist der abgedichtete Körper 10 des Fresnel-Spiegels zusätzlich zu der Fresnel-Linse 11, die als Substrat dient, mit einer halbdurchlässigen Spiegelschicht 12, einer Schicht 13 eines Abdichtungsmittels, einer transparenten Platte 14 und Schichten 15 und 16 einer AR-Beschichtung ausgestattet.
Die halbdurchlässige Spiegelschicht 12 ist auf der Oberfläche eines Fresnel-förmigen Abschnitts 11a der Fresnel-Linse 11 ausgebildet. Genauer gesagt wird die halbdurchlässige Spiegelschicht 12 durch Aufdampfen eines Metalls oder einer mehrschichtigen dielektrischen Folie auf die Oberfläche des Fresnel-förmigen Abschnitts 11a ausgebildet. Bei der Ausführungsform wird die halbdurchlässige Spiegelschicht 12 so ausgebildet, dass dort ein Reflexionsvermögen von 20% erzielt wird. Die Dicke der halbdurchlässigen Spiegelschicht 12 ist auf 100 nm oder weniger festgelegt.
Bei der Ausführungsform werden beim Ausbilden der halbdurchlässigen Spiegelschicht 12 aufgerichtete Fresnel-Flächen 11b des Fresnel-förmigen Abschnitts 11a dem Aufdampfen nicht unterzogen. Das heißt, die halbdurchlässige Spiegelschicht 12 wird auf sämtlichen Oberflächen mit Ausnahme der aufgerichteten Fresnel-Flächen 11b ausgebildet, die sich an den Grenzflächen zwischen den mehreren Rillen des Fresnel-förmigen Abschnitts 11a befinden und die parallel zu der Dickenrichtung der Fresnel-Linse 11 sind. Da in diesem Fall keine Abschnitte der halbdurchlässigen Spiegelschicht 12 auf den aufgerichteten Fresnel-Flächen 11b ausgebildet werden, wird eine Reflexion an den aufgerichteten Fresnel-Flächen 11b, die über andere Strahlengänge als gewöhnliche Transmissions- oder Einzelreflexionswege verläuft, unterdrückt, wodurch eine Erzeugung von unbeabsichtigten Lichtstrahlen durch eine solche Reflexion minimiert wird. Auf diese Weise wird das Ausmaß einer Erzeugung von Flare-Bildern vermindert.
Die Schicht 13 des Abdichtungsmittels wird bereitgestellt, um eine ebene Fläche auszubilden, indem die Vorsprünge und Vertiefungen des Fresnel-förmigen Abschnitts 11a bedeckt werden. Die Schicht 13 des Abdichtungsmittels wird durch Aufbringen und Härten eines transparenten Materials wie zum Beispiel eines Ultraviolett(UV)-härtenden Harzes ausgebildet. Das Material der Schicht 13 des Abdichtungsmittels ist auf solche beschränkt, deren Brechungsindizes n3 ungefähr mit dem Brechungsindex n1 der Fresnel-Linse 11 übereinstimmen.
Eine Oberfläche 13a der Schicht 13 des Abdichtungsmittels, die sich auf einer Seite (auf der Seite der transparenten Platte 14) befindet, ist eben, und die andere Oberfläche 13b die mit dem Fresnel-förmigen Abschnitt 11a der halbdurchlässigen Spiegelschicht 12 in engem Kontakt steht, weist eine solche Form auf, dass sie die Vorsprünge und Vertiefungen des Fresnel-förmigen Abschnitts 11a ausgleicht.
Die transparente Platte 14 wird bereitgestellt, um die Oberfläche des abgedichteten Körpers 10 des Fresnel-Spiegels zu schützen. Die transparente Platte 14 ist als dünne Platte mithilfe eines transparenten Materials ausgebildet, dessen Brechungsindex n2 ungefähr mit dem Brechungsindex n1 der Fresnel-Linse 11 übereinstimmt.
Wie in 3 dargestellt, sind die Schichten 15 und 16 der AR(Antireflex)-Beschichtung als zwei jeweilige äußere Oberflächen in der Dickenrichtung des abgedichteten Körpers 10 des Fresnel-Spiegels ausgebildet. Die Schichten 15 und 16 der AR-Beschichtung unterdrücken eine Reflexion eines Lichts, das von außerhalb des Fahrzeugs auf den abgedichteten Körper 10 des Fresnel-Spiegels einfällt, und eines Lichts, das von der HUD-Einheit 20 emittiert wird. Auf diese Weise bieten die Schichten 15 und 16 der AR-Beschichtung einen spezifischen Vorteil darin, dass eine Erzeugung eines Geisterbildes mit gleicher Vergrößerung und eine Lichthofbildung aufgrund einer inneren diffusen Reflexion verhindert werden können.
Die Schichten 15 und 16 der AR-Beschichtung können durch Antireflexbehandlung ausgebildet werden, bei der zum Beispiel eine mehrschichtige dielektrische Folie ausgebildet wird (Antireflexbehandlung). Ein weiteres Verfahren zum Bereitstellen der Antireflexfunktion besteht darin, winzige Vorsprünge und Vertiefungen wie zum Beispiel eine Mottenaugenstruktur durch Nano-Prägung auszubilden.
In dem in 1 und 2 dargestellten Beispiel ist der in 3 dargestellte abgedichtete Körper 10 des Fresnel-Spiegels als Zwischenschicht in die Windschutzscheibe WS eingeschlossen und dadurch in diese integriert. Das heißt, die halbdurchlässige Spiegelschicht 12 des abgedichteten Körpers 10 des Fresnel-Spiegels bildet den in 1 und 2 dargestellten Fresnel-Spiegelbereich FM aus. Dadurch, dass sie aufgrund der Form des Fresnel-förmigen Abschnitts 11a gleichwertige optische Eigenschaften wie eine Fresnel-Linse hat, die eine optische Vergrößerung aufweist, dient die halbdurchlässige Spiegelschicht 12 dazu, ein optisches Vergrößerungssystem auszubilden. Auf diese Weise kann ein virtuelles Bild an einer Position ausgebildet werden, die in Vorwärtsrichtung von der Windschutzscheibe WS entfernt ist (d. h., in der Ausbildungsebene 24 für virtuelle Bilder).
Wenngleich der abgedichtete Körper 10 des Fresnel-Spiegels in dem in 1 und 2 dargestellten Beispiel in die Windschutzscheibe WS integriert ist, kann er an einer Position angeordnet sein, die von der Windschutzscheibe WS entfernt ist; zum Beispiel kann eine unabhängige Kombinationseinrichtung in einer geneigten Stellung über dem Armaturenbrett 22 angeordnet sein.
<Transmissionscharakteristik>
3 stellt den abgedichteten Körper 10 des Fresnel-Spiegels dar, bei dem sämtliche jeweilige Brechungsindizes n1, n2 und n3 der Materialien der Fresnel-Linse 11, der transparenten Platte 14 und der Schicht 13 des Abdichtungsmittels übereinstimmen. In diesem Fall kann eine Lichtbrechung aufgrund einer Differenz im Brechungsindex an der Grenzfläche zwischen der Fresnel-Linse 11 und der Schicht 13 des Abdichtungsmittels und an der Grenzfläche zwischen der Schicht 13 des Abdichtungsmittels und der transparenten Platte 14 unterdrückt werden. Wenn der abgedichtete Körper 10 des Fresnel-Spiegels als Zwischenschicht in die Windschutzscheibe WS eingeschlossen ist, ist es dadurch, dass der Brechungsindex des Materials der Windschutzscheibe WS und der Brechungsindex n1 des Materials der Fresnel-Linse 11 übereinstimmend festgelegt werden, möglich, dass ein Teil der Windschutzscheibe WS dieselbe Funktion wie die transparente Platte 14 ausübt (die transparente Platte 14 kann weggelassen werden).
Bei der obigen Festlegung des Brechungsindexes tritt keine optische Vergrößerung für eine Szene vor dem Fahrzeug auf, die durch den Fahrer an dem Augpunkt EP zu sehen ist (siehe 2), und sie wird als Bild mit gleicher Vergrößerung wahrgenommen, selbst wenn damit in Zusammenhang stehendes einfallendes Licht durch den Fresnel-Spiegelbereich FM fällt. Das heißt, die Größe, die Position, die Form usw. eines erfassten Bildes einer Szene vor dem Fahrzeug variieren nicht zwischen einem Fall, in dem die Szene durch den Fresnel-Spiegelbereich FM betrachtet wird, und einem Fall, in dem sie durch einen anderen Bereich der Windschutzscheibe WS betrachtet wird. Infolgedessen kann, selbst wenn der Fresnel-Spiegelbereich FM verwendet wird, ein gutes Blickfeld gewährleistet werden, das zum Fahren erforderlich ist. Da die Schichten 15 und 16 der AR-Beschichtung eine Lichtreflexion an der Vorder- und der Rückfläche des abgedichteten Körpers 10 des Fresnel-Spiegels unterdrücken, können des Weiteren eine Erzeugung eines Geisterbildes mit gleicher Vergrößerung und eine Lichthofbildung aufgrund einer inneren diffusen Reflexion verhindert werden.
Da der abgedichtete Körper 10 des Fresnel-Spiegels mithilfe der Fresnel-Linse 11 in oder in der Nähe der Windschutzscheibe WS ein optisches Vergrößerungssystem ausbildet, kann die HUD-Einheit 20 ein virtuelles Bild mit einem weiten Blickwinkel anzeigen. Da es nicht erforderlich ist, dass die HUD-Einheit 20 mit einem optischen Vergrößerungssystem ausgestattet ist, kann des Weiteren die HUD-Einheit 20 miniaturisiert werden, und die Fläche der Öffnung 22a kann verringert werden.
<Beispielhafter Aufbau der Fresnel-Linse 11>
4A, 4B und 4C sind eine Draufsicht, eine Schnittansicht entlang einer Linie A-A in 4A bzw. eine Schnittansicht entlang einer Linie B-B in 4A, die einen beispielhaften Aufbau der Fresnel-Linse 11 darstellen, die in dem abgedichteten Körper 10 des Fresnel-Spiegels beinhaltet ist.
Die Fresnel-Linse 11, bei der es sich um einen Substratkörper handelt, ist wie eine dünne Platte geformt und aus einem transparenten Material hergestellt, dessen Brechungsindex n1 bekannt ist, wie zum Beispiel aus einem Harz oder aus Glas. Die eine Oberfläche der Fresnel-Linse 11 ist mit dem Fresnel-förmigen Abschnitt 11a ausgebildet, und bei der anderen Oberfläche handelt es sich um eine ebene Oberfläche 11c.
Bei der Ausführungsform, wie sie in 4A dargestellt wird, weist die Fresnel-Linse 11 zahlreiche Fresnel-Rillen 31 bis 36 auf, deren Umfänge 31a bis 36a eine elliptische Form oder eine dazu ähnliche Form haben. Selbst wenn die Fresnel-Rillen 31 bis 36 kreisförmig sind, kann die Verzerrung des optischen Systems jedoch auch unterdrückt werden, indem der Neigungswinkel (Durchhangwinkel) jeder der Reflexionsflächen 31b bis 36b (im Folgenden beschrieben) abhängig von der Umfangsposition in der Rille variiert wird.
Die Anzahl, der Anordnungsabstand usw. der Fresnel-Rillen muss entsprechend solchen Bedingungen, wie durch die optischen Eigenschaften erforderlich, geändert werden. Die Fresnel-Rillen 31 bis 36 sind konzentrisch um einen mittigen Abschnitt 30 herum angeordnet.
Wie in 4B und 4C dargestellt, ist eine Stufe zwischen angrenzenden der Fresnel-Rillen 31 bis 36 ausgebildet. Genauer gesagt, der Fresnel-förmige Abschnitt 11a weist in einer Schnittansicht eine gezackte Oberflächenform auf, und bei den Reflexionsflächen 31b bis 36b handelt es sich um schräge Flächen, die im Hinblick auf die Richtung geneigt sind, die zu der Dickenrichtung der Fresnel-Linse 11 senkrecht verläuft. Wenngleich sich die aufgerichteten Fresnel-Flächen 11b an den Grenzflächen zwischen den Reflexionsflächen 31b bis 36b der Fresnel-Rillen 31 bis 36 in der Dickenrichtung der Fresnel-Linse 11 erstrecken, sind die schrägen Reflexionsflächen 31b bis 36b in einer Draufsicht annähernd miteinander zusammenhängend, so dass sie keine Oberflächen ausbilden, die senkrecht zu der Dickenrichtung sind. Dadurch, dass sie die oben beschriebene Oberflächenform aufweist, dient die Fresnel-Linse 11 in einem optischen Sinn als Linse.
Die Fresnel-Rillen 31 bis 36 sind so ausgebildet, dass der Lichtreflexionscharakteristik des Fresnel-förmigen Abschnitts 11a eine freie Oberflächencharakteristik verliehen wird. Der Neigungswinkel (Durchhangwinkel) jeder der Reflexionsflächen 31b bis 36b der Fresnel-Rillen 31 bis 36 ist so festgelegt, dass er abhängig von der Umfangsposition in der Rille fortlaufend variiert.
Wenn die Tiefe (VH, VV) jeder der Fresnel-Rillen 31 bis 36 konstant gehalten wird, wird die Entfernung (der Abstand) (PH, PV) zwischen den Umfängen, die jede der Fresnel-Rillen 31 bis 36 definieren, abhängig von der Umfangsposition variiert, indem der Winkel der Reflexionsfläche 31b, 32b, 33b, 34b, 35b oder 36b abhängig von der Umfangsposition fortlaufend variiert wird. Infolgedessen werden die Umfänge 31a bis 36a der Fresnel-Rillen 31 bis 36 elliptisch.
In dem Beispiel von 4A bis 4C weisen die Umfänge 31a bis 36a ein elliptisches Muster auf, das in der x-Achsenrichtung breiter als in der y-Achsenrichtung ist, und folglich ist die Entfernung PV zwischen den Umfängen 35a und 36a im Querschnitt A-A kürzer als die Entfernung PH zwischen den Umfängen 35a und 36a im Querschnitt B-B. Der Neigungswinkel der Reflexionsfläche 36b ist an den Positionen, an denen die Entfernung PH auftritt, kleiner als an den Positionen, an denen die Entfernung PV auftritt. Es versteht sich, dass die Umfänge 31a bis 36a ein elliptisches Muster aufweisen können, das abhängig von der Montageposition der Fresnel-Linse 11, ihrem Verhältnis zu der Position des Augpunktes EP oder einem sonstigen Faktor in der y-Achsenrichtung breiter als in der x-Achsenrichtung ist.
Wenn die Tiefe (VH, VV) jeder der Fresnel-Rillen 31 bis 36 entsprechend einer Variation des Neigungswinkels (des Durchhangwinkels) der Reflexionsfläche 31b, 32b, 33b, 34b, 35b oder 36b variiert wird, ist es möglich, die Entfernung (PH, PV) zwischen den Umfängen, die jede der Fresnel-Rillen 31 bis 36 definieren, konstant zu halten. In diesem Fall kann der Lichtreflexionscharakteristik selbst in einem Fall, in dem jeder der Umfänge 31a bis 36a der Fresnel-Rillen 31 bis 36 einen echten Kreis oder eine annähernde Form annimmt, eine freie Oberflächencharakteristik verliehen werden.
Die Form jedes der Umfänge 31a bis 36a der Fresnel-Rillen 31 bis 36 ist nicht auf eine Ellipse (siehe 4A) oder einen Kreis beschränkt, und es kann sich um eine beliebige sonstige Form wie zum Beispiel eine Umrisslinie entsprechend einer erforderlichen freien Oberflächencharakteristik handeln.
Wenn das optische Anzeigelicht-Projektionssystem beispielsweise eine Verzerrung so erzeugt, dass sich die vertikale Größe und die horizontale Größe eines ausgebildeten Anzeigebildes voneinander unterscheiden, können eine solche Verzerrung und eine binokulare Parallaxe unterdrückt werden, und dadurch kann eine Anzeige mit hoher Qualität erzielt werden, indem eine Fresnel-Linse 11 mit einem elliptischen Muster eingesetzt wird, dessen Vertikal-Horizontal-Verhältnis in geeigneter Weise angepasst ist. Da die Fresnel-Linse 11 wie eine dünne Platte geformt ist, kann der abgedichtete Körper 10 des Fresnel-Spiegels darüber hinaus kompakt gestaltet sein.
Dadurch, dass dem Fresnel-förmigen Abschnitt 11a der Fresnel-Linse 11 eine besondere Form verliehen wird, wie in 4A bis 4C dargestellt, kann der Lichtreflexionscharakteristik eine freie Oberflächencharakteristik verliehen werden, und es kann eine ideale Linsencharakteristik einer asphärischen Oberfläche umgesetzt werden, die durch ein Polynom definiert wird. Infolgedessen können sogar ohne eine grolle Linse oder einen großen Spiegel die Bilderzeugungsleistung, die binokulare Parallaxe, die Anzeigeverzerrung usw. des optischen Anzeigelicht-Projektionssystems verbessert werden, und dadurch kann dessen Anzeigequalität verbessert werden.
Auftreten eines doppelten Geisterbildes mit gleicher Vergrößerung
5 stellt ein beispielhaftes Bild dar, das an dem Augpunkt EP zu sehen sein kann, sofern keine geeignete Gegenmaßnahme ergriffen wird, wenn das Anzeigelicht, das von der HUD-Einheit 20 emittiert wird, durch den abgedichteten Körper 10 des Fresnel-Spiegels reflektiert wird und anschließend zu dem Augpunkt EP gelangt.
Wie in 3 dargestellt, kann das Anzeigelicht, das von der HUD-Einheit 20 emittiert wird, den Augpunkt EP erreichen, nachdem es sich entlang verschiedener Pfade bewegt hat. Im Wesentlichen fällt das Anzeigelicht, das von der HUD-Einheit 20 emittiert worden ist, durch die transparente Platte 14 und die Schicht 13 des Abdichtungsmittels, wird anschließend durch die Oberfläche der halbdurchlässigen Spiegelschicht 12 reflektiert und erreicht schließlich den Augpunkt EP in einem Zustand eines vergrößerten Bildes, da es vergrößert wird, wenn es durch den Fresnel-förmigen Abschnitt 11a reflektiert wird, der die oben beschriebene Form aufweist.
Da die äußere Oberfläche 14a der transparenten Platte 14 mit einer Luftschicht in Kontakt steht, die einen anderen Brechungsindex als die transparente Platte 14 aufweist, tritt demgegenüber eine Lichtreflexion an der Grenzfläche zwischen diesen auf. Infolgedessen gelangt ein Teil des Anzeigelichts, das von der HUD-Einheit 20 emittiert wird, ohne Bildvergrößerung zu dem Augpunkt EP, nachdem es durch die Oberfläche 14a der transparenten Platte 14 reflektiert worden ist. Da die äußere Oberfläche 11c der Fresnel-Linse 11 des Weiteren ebenfalls mit einer Luftschicht in Kontakt steht, die einen anderen Brechungsindex als die Fresnel-Linse 11 aufweist, tritt eine Lichtreflexion auch an der Grenzfläche zwischen diesen auf, infolgedessen fällt ein weiterer Teil des Anzeigelichts, das von der HUD-Einheit 20 emittiert wird, durch die transparente Platte 14, die Schicht 13 des Abdichtungsmittels, die halbdurchlässige Spiegelschicht 12 und die Fresnel-Linse 11, wird anschließend durch die Oberfläche 11c reflektiert, fällt erneut durch die Fresnel-Linse 11, die halbdurchlässige Spiegelschicht 12, die Schicht 13 des Abdichtungsmittels und die transparente Platte 14 und erreicht schließlich den Augpunkt EP ohne Bildvergrößerung.
Das heißt, wie in 5 dargestellt, werden ein Bild des Anzeigelichts, das durch die halbdurchlässige Spiegelschicht 12 reflektiert wird, ein Bild des Anzeigelichts, das durch die Oberfläche 14a reflektiert wird, und ein Bild des Anzeigelichts, das durch die Oberfläche 11c reflektiert wird, an unterschiedlichen Positionen ausgebildet, nachdem sich die Anzeigelichtstrahlen entlang verschiedener Strahlengänge bewegt haben. Wenngleich das Anzeigelicht, das durch die halbdurchlässige Spiegelschicht 12 reflektiert wird, das Bild in einem Zustand eines vergrößerten Bildes ausbildet, bilden des Weiteren das von der Oberfläche 14a kommende Reflexionslicht und das von der Oberfläche 11c kommende Reflexionslicht Bilder in einem Zustand gleicher Vergrößerung aus. Infolgedessen erscheint, wie in 5 dargestellt, an dem Augpunkt EP ein doppeltes Geisterbild mit gleicher Vergrößerung wie ein Schatten in der Nähe des eigentlichen Bildes des Anzeigelichts.
<Verfahren zum Abschwächen eines doppelten Geisterbildes mit gleicher Vergrößerung>
In dem in 3 dargestellten optischen Anzeigelicht-Projektionssystem handelt es sich bei einem Anzeigelicht, das von der HUD-Einheit 20 emittiert wird, um linear polarisiertes Licht, da die HUD-Einheit 20 eine Flüssigkristall-Anzeigetafel aufweist, die eine Polarisierungsplatte einschließt. Wie in 3 dargestellt, ist die Halbwellenplatte 25 zwischen einem Ausgangsabschnitt der HUD-Einheit 20 und dem abgedichteten Körper 10 des Fresnel-Spiegels angeordnet. Der Winkel, der durch die Halbwellenplatte 25 und das einfallende Licht ausgebildet wird, wird so angepasst, dass das Anzeigelicht, das von der Halbwellenplatte 25 ausgegeben wird, zu p-polarisiertem Licht gemacht wird.
Wie allgemein bekannt ist, handelt es sich bei der Halbwellen(λ/2)-Platte 25 um ein doppelbrechendes Element, das orthogonal polarisierten Komponenten eine Phasendifferenz π (180°) verleiht und dazu verwendet wird, die Polarisierungsrichtung von linearer polarisiertem Licht zu ändern. Wenn linear polarisiertes Licht in solcher Weise auf die Halbwellenplatte 25 einfällt, dass seine Schwingungsrichtung einen Winkel θ zu der Richtung der optischen Achse der Halbwellenplatte 25 ausbildet, wird linear polarisiertes Licht, dessen Schwingungsrichtung um 2 θ gedreht ist, von der Halbwellenplatte 25 ausgegeben. Wenn zum Beispiel linear polarisiertes Licht in solcher Weise auf die Halbwellenplatte 25 einfällt, dass seine Schwingungsrichtung 45° zu der Richtung der optischen Achse ausbildet, wird linear polarisiertes Licht, dessen Schwingungsrichtung um 90° gedreht ist, von der Halbwellenplatte 25 ausgegeben.
Wenn Licht durch die Grenzfläche zwischen unterschiedlichen Substanzen reflektiert wird, werden s-polarisiertes Licht und p-polarisiertes Licht entsprechend dem Verhältnis zwischen der Schwingungsrichtung seiner elektrischen Feldkomponente oder Magnetfeldkomponente und der Einfallsebene definiert. Bei dem s-polarisierten Licht handelt es sich um eine elektromagnetische Welle, deren elektrische Feldkomponente senkrecht zu der Einfallsebene ist, und bei dem p-polarisierten Licht handelt es sich um eine elektromagnetische Welle, deren elektrische Feldkomponente parallel zu der Einfallsebene ist.
In dem in 3 dargestellten optischen Anzeigelicht-Projektionssystem fällt p-polarisiertes Anzeigelicht mithilfe der HUD-Einheit 20 und der Halbwellenplatte 25 auf den abgedichteten Körper 10 des Fresnel-Spiegels ein, und der Winkel, in dem das Anzeigelicht auf den abgedichteten Körper 10 des Fresnel-Spiegels einfällt, und der Winkel, in dem das Anzeigelicht aus dem abgedichteten Körper 10 des Fresnel-Spiegels austritt, werden so festgelegt, dass sie ungefähr gleich wie ein Brewster-Winkel sind. Infolgedessen tritt fast keine Reflexion an der Oberfläche 14a der transparenten Platte 14 und der Oberfläche 11c der Fresnel-Linse 11 auf. Das oben erwähnte doppelte Geisterbild mit gleicher Vergrößerung kann verhindert werden oder abgeschwächt werden.
<Spezifisches Beispiel für eine Reflexionscharakteristik von polarisiertem Licht>
6A bis 6C stellen ein spezifisches Beispiel für eine Reflexionscharakteristik von polarisiertem Licht des abgedichteten Körpers 10 des Fresnel-Spiegels dar. 6A stellt einen beispielhaften Strahlengang eines Lichts dar, der durch den abgedichteten Körper 10 des Fresnel-Spiegels verläuft, 6B stellt eine Reflexionscharakteristik an der Vorderfläche 14a des abgedichteten Körpers 10 des Fresnel-Spiegels dar, und 6C stellt eine Reflexionscharakteristik an der Rückfläche 11c des abgedichteten Körpers 10 des Fresnel-Spiegels dar. In den Graphen von 6B und 6C stellt die horizontale Achse den Einfallswinkel dar, und die vertikale Achse stellt das Reflexionsvermögen dar.
Das Beispiel von 6A bis 6C geht davon aus, dass es sich bei dem transparenten Material des abgedichteten Körpers 10 des Fresnel-Spiegels um ein PMMA(Polymethylmethacrylat)-Harz handelt und dass der abgedichtete Körper 10 des Fresnel-Spiegels von einer Luftschicht umgeben ist. Die Brechungsindizes n von PMMA und von Luft betragen 1,49 bzw. 1.
Bei dem Brewster-Winkel handelt es sich um einen Einfallswinkel, bei dem das Reflexionsvermögen von p-polarisiertem Licht, das auf die Grenzfläche zwischen Substanzen mit unterschiedlichen Brechungsindizes einfällt, gleich 0 wird. Beispielsweise wird das Reflexionsvermögen von p-polarisiertem Licht in dem Graphen von 6B gleich 0, wenn dessen Einfallswinkel etwa gleich 60° beträgt, und folglich beträgt der Brewster-Winkel BA 60°. In dem Graphen von 6C wird das Reflexionsvermögen von p-polarisiertem Licht gleich 0, wenn dessen Einfallswinkel etwa gleich 35,5° beträgt, und folglich beträgt der Brewster-Winkel BA 35,5°.
Wenn, wie in 6A dargestellt, p-polarisiertes Licht von außen in einem Einfallswinkel von 60° auf die Oberfläche 14a des abgedichteten Körpers 10 des Fresnel-Spiegels einfällt, wird das Reflexionsvermögen an der Oberfläche 14a gleich 0. Wenn des Weiteren p-polarisiertes Licht in einem Einfallswinkel von 35,5° auf die Oberfläche 11c des abgedichteten Körpers 10 des Fresnel-Spiegels einfällt, nachdem es durch das Innere des abgedichteten Körpers 10 des Fresnel-Spiegels gefallen ist, wird das Reflexionsvermögen an der Oberfläche 11c gleich 0.
Wie aus 6B und 6C zu ersehen ist, besteht eine Tendenz, dass das Reflexionsvermögen von p-polarisiertem Licht bei einem beliebigen Einfallswinkel geringer als dasjenige von s-polarisiertem Licht ist. Wenn p-polarisiertes Anzeigelicht mithilfe der HUD-Einheit 20 und der Halbwellenplatte 25 auf den abgedichteten Körper 10 des Fresnel-Spiegels einfällt, wie bei dem in 3 dargestellten optischen Anzeigelicht-Projektionssystem, kann der Reflexionsgrad an den Oberflächen 14a und 11c folglich geringer gestaltet werden als in dem Fall von s-polarisiertem Anzeigelicht. Indem der Winkel, in dem p-polarisiertes Licht auf die Oberfläche 14a einfällt, und der Winkel, in dem p-polarisiertes Licht auf die Oberfläche 11c einfällt, in der Nähe der Brewster-Winkel festgelegt werden, tritt nahezu keine unnötige Reflexion jeweils an den Oberflächen 14a und 11c auf, wodurch ein Auftreten des oben erwähnten doppelten Geisterbildes mit gleicher Vergrößerung verhindert werden kann.
<Modifizierung>
Bei dem in 3 dargestellten optischen Anzeigelicht-Projektionssystem wird die Halbwellenplatte 25 dazu verwendet, p-polarisiertes Anzeigelicht zu erzeugen, da die HUD-Einheit 20 den Flachbildschirm einschließt, der die Polarisierungsplatte beinhaltet. Wenn die HUD-Einheit 20 keine Polarisierungsplatte beinhaltet, wird eine spezielle Polarisierungsplatte dazu verwendet, nur p-polarisiertes Licht zu extrahieren, was eine Verringerung einer unnötigen Reflexion von unpolarisiertem Anzeigelicht erleichtert, das verschiedene Polarisierungskomponenten beinhaltet. Beispielsweise ist es möglich, p-polarisiertes Anzeigelicht auf den abgedichteten Körper 10 des Fresnel-Spiegels einfallen zu lassen, indem eine Polarisierungsplatte anstelle der in 3 dargestellten Halbwellenplatte 25 angeordnet wird.
Merkmale des oben beschriebenen optischen Anzeigelicht-Projektionssystems gemäß der Ausführungsform der Erfindung werden im Folgenden in Form von Punkten [1] bis [5] kurz zusammengefasst:

[1] Ein optisches Anzeigelicht-Projektionssystem, das aufweist: eine Anzeigeeinheit (eine HUD-Einheit 20), die ein Anzeigelicht emittiert; und einen Fresnel-Spiegel (einen abgedichteten Körper 10 eines Fresnel-Spiegels), der das von der Anzeigeeinheit kommende Anzeigelicht mit einer Bildvergrößerung reflektiert und Außenlicht transmittiert, wobei der Fresnel-Spiegel aufweist: ein erstes Element (eine Fresnel-Linse 11), das eine Fresnel-förmige Oberfläche (einen Fresnel-förmigen Abschnitt 11a), die mit mehreren Fresnel-förmigen Rillen ausgebildet ist, und eine erste Oberfläche (eine ebene Oberfläche 11c) aufweist, auf die das Außenlicht einfällt; eine halbdurchlässige Spiegelschicht (12), die auf der Fresnel-förmigen Oberfläche ausgebildet ist; und ein zweites Element (eine Schicht 13 eines Abdichtungsmittels), das eine zweite Oberfläche (13a oder 14a) aufweist, auf die das von der Anzeigeeinheit kommende Anzeigelicht einfällt und die die halbdurchlässige Spiegelschicht zwischen sich selbst und dem ersten Element abdichtet, wobei ein p-polarisiertes Anzeigelicht auf die zweite Oberfläche einfällt.
[2] Das optische Anzeigelicht-Projektionssystem gemäß dem obigen Punkt [1], wobei die Anzeigeeinheit das p-polarisierte Anzeigelicht so emittiert, dass es in einem Einfallswinkel, der einem Brewster-Winkel nahekommt, auf die zweite Oberfläche einfällt.
[3] Das optische Anzeigelicht-Projektionssystem gemäß dem obigen Punkt [1] oder [2], wobei die Anzeigeeinheit aufweist: eine Lichtquelle (eine HUD-Einheit 20), die ein Anzeigelicht emittiert; und ein Polarisierungselement (eine Halbwellenplatte 25), das das von der Lichtquelle emittierte Anzeigelicht in p-polarisiertes Licht für die zweite Oberfläche polarisiert.
[4] Das optische Anzeigelicht-Projektionssystem gemäß dem obigen Punkt [3], wobei: die Lichtquelle linear polarisiertes Anzeigelicht emittiert; und es sich bei dem Polarisierungselement um eine Halbwellenplatte (25) handelt, die das linear polarisierte Anzeigelicht in p-polarisiertes Licht für die zweite Oberfläche polarisiert.
[5] Das optische Anzeigelicht-Projektionssystem gemäß dem obigen Punkt [3], wobei: die Lichtquelle unpolarisiertes Anzeigelicht emittiert; und es sich bei dem Polarisierungselement um eine Polarisierungsplatte handelt, die das unpolarisierte Anzeigelicht in p-polarisiertes Licht für die zweite Oberfläche polarisiert.

Bezugszeichenliste

10: abgedichteter Körper des Fresnel-Spiegels
11: Fresnel-Linse
11a: Fresnel-förmiger Abschnitt
11b: aufgerichtete Fresnel-Fläche
11c: ebene Oberfläche
12: halbdurchlässige Spiegelschicht
13: Schicht des Abdichtungsmittels
13a, 13b: Oberfläche
14: transparente Platte
15, 16: Schicht der AR-Beschichtung
20: HUD-Einheit
21: Messeinheit
22: Armaturenbrett
22a: Öffnung
23: Abdeckung
24: Ausbildungsebene für virtuelle Bilder
25: Halbwellenplatte
30: mittiger Abschnitt
31, 32, 33, 34, 35, 36: Fresnel-Rille
31a, 32a, 33a, 34a, 35a, 36a: Umfang
31b, 32b, 33b, 34b, 35b, 36b: Reflexionsfläche
EP: Augpunkt
FM: Fresnel-Spiegelbereich
WS: Windschutzscheibe
PH, PV: Entfernung (Abstand; Durchhangentfernung)
VH, VV: Tiefe (Durchhangtiefe)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2012-123393 A [0005]

Claims

Optisches Anzeigelicht-Projektionssystem, das aufweist: eine Anzeigeeinheit, die ein Anzeigelicht emittiert; und einen Fresnel-Spiegel, der das von der Anzeigeeinheit kommende Anzeigelicht mit einer Bildvergrößerung reflektiert und Außenlicht transmittiert, wobei der Fresnel-Spiegel aufweist: ein erstes Element, das eine Fresnel-förmige Oberfläche, die mit mehreren Fresnel-förmigen Rillen ausgebildet ist, und eine erste Oberfläche aufweist, auf die das Außenlicht einfällt; eine halbdurchlässige Spiegelschicht, die auf der Fresnel-förmigen Oberfläche ausgebildet ist; und ein zweites Element, das eine zweite Oberfläche aufweist, auf die das Von der Anzeigeeinheit kommende Anzeigelicht einfällt und die die halbdurchlässige Spiegelschicht zwischen sich selbst und dem ersten Element abdichtet, wobei ein p-polarisiertes Anzeigelicht auf die zweite Oberfläche einfällt.
Optisches Anzeigelicht-Projektionssystem nach Anspruch 1, wobei die Anzeigeeinheit das p-polarisierte Anzeigelicht so emittiert, dass es in einem Einfallswinkel, der einem Brewster-Winkel nahekommt, auf die zweite Oberfläche einfällt.
Optisches Anzeigelicht-Projektionssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Anzeigeeinheit aufweist: eine Lichtquelle, die ein Anzeigelicht emittiert; und ein Polarisierungselement, das das von der Lichtquelle emittierte Anzeigelicht in p-polarisiertes Licht für die zweite Oberfläche polarisiert.
Optisches Anzeigelicht-Projektionssystem nach Anspruch 3, wobei: die Lichtquelle linear polarisiertes Anzeigelicht emittiert; und es sich bei dem Polarisierungselement um eine Halbwellenplatte handelt, die das linear polarisierte Anzeigelicht in p-polarisiertes Licht für die zweite Oberfläche polarisiert.
Optisches Anzeigelicht-Projektionssystem nach Anspruch 3, wobei: die Lichtquelle unpolarisiertes Anzeigelicht emittiert; und es sich bei dem Polarisierungselement um eine Polarisierungsplatte handelt, die das unpolarisierte Anzeigelicht in p-polarisiertes Licht für die zweite Oberfläche polarisiert.