DE102019205136A1

DE102019205136A1 - Head-up-Anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE102019205136A1
Application number: DE102019205136.7A
Authority: DE
Inventors: Takahiro Nambara; Kazuyuki Ishihara
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-04-23
Filing date: 2019-04-10
Publication date: 2019-10-24
Also published as: JP2019191313A

Abstract

Eine HUD-Vorrichtung zeigt eine virtuelle Abbildung durch ein Reflektieren eines Anzeigelichts einer Abbildung an einem Abbildungsbildungsabschnitt an, um eine visuelle Erkennung der virtuellen Abbildung zu ermöglichen. Die HUD-Vorrichtung enthält: eine optische Wellenführung (30), die konfiguriert ist, um ein Lichtbündel des Anzeigelichts auszudehnen und das Anzeigelichts in Richtung des Abbildungsbildungsabschnitts zu führen, eine Lichtquelle (11), die konfiguriert ist, um als eine Quelle des Anzeigelichts zu fungieren, und ein optisches Einfallsystem (IOS), das konfiguriert ist, um das Anzeigelicht durch ein Verwenden des Lichts, das von der Lichtquelle (11) vorgesehen ist, auszugeben, sodass das Anzeigelicht, das von dem optischen Einfallsystem (IOS) ausgegeben wird, an der optischen Wellenführung (30) einfallend ist. Eine erste Brennweite des optischen Einfallsystems (IOS), die an einer ersten meridionalen Ebene (MS1) definiert ist, und eine zweite Brennweite des optischen Einfallsystems (IOS), die an einer zweiten meridionalen Ebene (MS2) definiert ist, sind eingestellt, um voneinander verschieden zu sein.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Head-up-Anzeigevorrichtung (im Folgenden wird darauf als eine HUD-Vorrichtung verwiesen).
Stand der Technik
Aus der Vergangenheit ist eine HUD-Vorrichtung bekannt. Zum Beispiel enthält eine HUD-Vorrichtung, die in JP2017-528739A offenbart ist, eine optische Wellenführung, die ein Lichtbündel eines Anzeigelichts einer Abbildung expandiert bzw. ausdehnt. Außerdem zeigt eine HUD-Vorrichtung der JP2017-18645A eine virtuelle Abbildung durch ein Reflektieren eines Anzeigelichts einer Abbildung an einem Abbildungsbildungsabschnitt an, um eine visuelle Erkennung der Abbildung als die virtuelle Abbildung zu ermöglichen.
Wenn das Anzeigelicht, das von der optischen Wellenführung der HUD-Vorrichtung der JP2017-528739A ausgegeben wird, an dem Abbildungsbildungsabschnitt von JP2017-18645A reflektiert wird, um die virtuelle Abbildung anzuzeigen, kann die virtuelle Abbildung durch eine Form und eine Position des Abbildungsbildungsabschnitts beeinflusst werden. Dementsprechend wird die virtuelle Abbildung dem Betrachter wie eine Abbildung, die durch eine Person mit Astigmatismus gesehen wird, angezeigt, das heißt, dass die virtuelle Abbildung verschwommen oder verzerrt ist. Demnach wird es schwierig, die virtuelle Abbildung zu fokussieren, sodass es Bedenken gibt, dass das Fühlen von Ermüdung zur Zeit des Betrachtens der virtuellen Abbildung auftreten kann.
Zusammenfassung
Es ist ein Ziel der vorliegenden Offenbarung, eine HUD-Vorrichtung, die zum Anzeigen einer virtuellen Abbildung, die für einen Betrachter beim Fokussieren einfach ist und die kaum Ermüdung verursacht, fähig ist, vorzusehen.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine HUD-Anzeigevorrichtung zum Anzeigen einer virtuellen Abbildung durch ein Reflektieren eines Anzeigelichts einer Abbildung an einem Abbildungsbildungsabschnitt vorgesehen, um eine visuelle Erkennung der Abbildung als die virtuelle Abbildung zu ermöglichen, wobei die Head-up-Anzeigevorrichtung enthält:

eine optische Wellenführung, die konfiguriert ist, um ein Lichtbündel des Anzeigelichts auszudehnen und das Anzeigelicht in Richtung des Abbildungsbildungsabschnitts zu führen,
eine Lichtquelle, die konfiguriert ist, um als eine Quelle des Anzeigelichts zu fungieren, und
ein optisches Einfallsystem, das konfiguriert ist, um das Anzeigelicht durch eine Verwendung eines Lichts, das von der Lichtquelle vorgesehen ist, auszugeben, sodass das Anzeigelicht, das von dem optischen Einfallsystem ausgegeben wird, an der optischen Wellenführung einfallend ist, wobei:
- eine erste meridionale Ebene und eine zweite meridionale Ebene, die zueinander rechtwinklig sind, an dem optischen Einfallsystem definiert sind, und
- eine erste Brennweite des optischen Einfallsystems, die an der ersten meridionalen Ebene definiert ist, und eine zweite Brennweite des optischen Einfallsystems, die an der zweiten meridionalen Ebene definiert ist, eingestellt sind, um voneinander verschieden zu sein.

Nach dem vorstehenden Aspekt sind die erste Brennweite und die zweite Brennweite des optischen Einfallsystems, die als die zwei Meridionalebenen, die rechtwinklig zueinander platziert sind, jeweilig definiert sind, eingestellt, um voneinander verschieden zu sein. Aufgrund des Unterschieds der Brennweite, die vorstehend beschrieben ist, kann das optische Einfallsystem, das das Licht von der Lichtquelle empfängt, im Vorhinein auf die astigmatische Brennentfernung zum Korrigieren des Einflusses der Form des Abbildungsbildungsabschnittes auf die Lichtbündel des Anzeigelichts, das an der optischen Wellenführung einfallend sein soll, angewendet werden. Nach der Anwendung der astigmatischen Brennentfernung auf das Lichtbündel des Anzeigelichts wird dieses Lichtbündel des Anzeigelichts durch die optische Wellenführung ausgedehnt. Dementsprechend wird das Anzeigelicht durch den Abbildungsbildungsabschnitt reflektiert und dadurch kann die virtuelle Abbildung, die einen guten Abbildungszustand hat, angezeigt werden. Als ein Ergebnis ist es möglich, die HUD-Vorrichtung, die zum Anzeigen der virtuellen Abbildung, die für einen Betrachter einfach zu fokussieren ist und kaum Ermüdung verursacht, fähig ist, vorzusehen.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung, zusammen mit zusätzlichen Zielen, Merkmalen und Vorteilen davon, wird am besten von der folgenden Beschreibung, den angehängten Ansprüchen und den beiliegenden Zeichnungen verstanden.

1 ist ein Diagramm, das einen installierten Zustand einer HUD-Vorrichtung in einem Fahrzeug nach einer ersten Ausführungsform zeigt.
2 ist eine Perspektivansicht der HUD-Vorrichtung der ersten Ausführungsform.
3 ist eine Draufsicht der HUD-Vorrichtung der ersten Ausführungsform.
4 ist eine Seitenansicht der HUD-Vorrichtung der ersten Ausführungsform.
5 ist ein Diagramm, das eine Projektionseinrichtungseinheit und einen Drehspiegel der ersten Ausführungsform anzeigt, um ein optisches Einfallsystem zu beschreiben.
6 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer Beugungsgitterstruktur eines Eingabeanschlusses und eines Streuungsanschlusses der ersten Ausführungsform.
7 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer Beugungsgitterstruktur eines Ausgabeanschlusses der ersten Ausführungsform.
8 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer Funktion einer optischen Wellenführung der ersten Ausführungsform.
9 ist eine Seitenansicht der HUD-Vorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform.
10 ist ein Diagramm, das eine Projektionseinrichtungseinheit und einen Drehspiegel nach einer dritten Ausführungsform anzeigt.
11 ist ein Diagramm, das ein holografisches optisches Element einer zweiten Modifikation anzeigt.
12 ist ein Diagramm, das eine optische Wellenführung einer halbtransparenten Spiegelart einer vierten Modifikation zeigt.

Detaillierte Beschreibung
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In den folgenden jeweiligen Ausführungsformen werden korrespondierende Strukturelemente durch das gleiche Bezugszeichen angezeigt und können nicht redundant beschrieben sein. In einem Fall, bei dem nur ein Teil einer Struktur bei jeder der folgenden Ausführungsformen beschrieben ist, kann der Rest der Struktur der Ausführungsform der gleiche wie der der vorstehend beschriebenen einen Ausführungsform oder der mehreren von diesen sein. Neben der explizit beschriebenen Kombination oder den explizit beschriebenen Kombinationen von Strukturkomponenten in jeder der folgenden Ausführungsformen, können die Strukturkomponenten von verschiedenen Ausführungsformen teilweise kombiniert werden, sogar wenn solch eine Kombination oder solche Kombinationen nicht explizit beschrieben ist oder nicht explizit beschrieben sind, solange es kein Problem gibt.
(Erste Ausführungsform)
Wie es in 1 gezeigt wird, wird eine Head-up-Anzeige (HUD)-Vorrichtung 100 nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in einem Fahrzeug (spezifischer einem Auto) 1 verwendet. Die HUD-Vorrichtung 100 wird in einem Inneren eines Armaturenbretts 2 des Fahrzeugs 1 eingebaut und ist damit in dem Fahrzeug 1 installiert. Die HUD-Vorrichtung 100 projiziert ein Anzeigelicht einer Abbildung (siehe Abbildungspunkte S, 0 der Abbildung, die in 8 gezeigt wird) auf einen Abbildungsbildungsabschnitt 3a, der an einer Windschutzscheibe (wird in 8 als WSHLD abgekürzt) 3 des Fahrzeugs 1 eingestellt ist. Auf diese Weise zeigt die HUD-Vorrichtung 100 die Abbildung als eine virtuelle Abbildung, die durch einen Betrachter (einen Insassen des Fahrzeugs 1) visuell erkennbar ist. Spezifisch erreicht das Anzeigelicht der Abbildung, das durch den Abbildungsbildungsabschnitt 3a reflektiert wird, einen Betrachtungsbereich EB, der an einer Innenseite eines Fahrgastraums des Fahrzeugs 1 eingestellt ist, sodass der Insasse, dessen Sichtbereich EP in dem Betrachtungsbereich EB ist, das Anzeigelicht als eine virtuelle Abbildung VRI wahrnimmt. Der Insasse kann verschiedene Arten von Informationen, die als die virtuelle Abbildung VRI angezeigt werden, erkennen. Die Informationen, die als die virtuelle Abbildung angezeigt werden, enthalten zum Beispiel: Informationen, die einen Zustand des Fahrzeugs 1 anzeigen, wie zum Beispiel eine Fahrzeuggeschwindigkeit, eine restliche Kraftstoffmenge und/oder Navigationsinformationen wie zum Beispiel Betrachtungshilfsinformationen, Straßeninformationen.
In der folgenden Beschreibung sind, außer wenn es anders beschrieben wird, eine vordere Seite, eine hintere Seite, eine Vorne-Hinten-Richtung, eine obere Seite (hoch), eine untere Seite (runter), eine Hoch-Runter-Richtung, eine linke Seite, eine rechte Seite und eine Links-Rechts-Richtung in Bezug auf das Fahrzeug 1, das an einer horizontalen Ebene HP platziert ist, beschrieben.
Die Windschutzscheibe 3 des Fahrzeugs 1 ist in einer Form einer transparenten Platte gebildet und ist zum Beispiel aus Glas oder synthetischem Harz gefertigt. Die Windschutzscheibe 3 ist an einer oberen Seite des Armaturenbretts 2 in dem Fahrzeug 1 platziert. Die Windschutzscheibe 3 ist geneigt, sodass ein oberer Abschnitt der Windschutzscheibe 3 an der hinteren Seite eines unteren Abschnitts der Windschutzscheibe 3 platziert ist. An der Windschutzscheibe 3 ist der Abbildungsbildungsabschnitt 3a, an den die Abbildung projiziert wird, in einer Form einer anamorphotischen Fläche, die weich vertieft und kurvig ist. Die Form der Windschutzscheibe 3 wird durch einen Automobilhersteller auf Grundlage von zum Beispiel einer gewünschten Verwendung des Fahrzeugs 1 oder einer Gestaltung des Fahrzeugs 1 eingestellt. Zum Beispiel ist der Abbildungsbildungsabschnitt 3a in der Links-Rechts-Richtung im Vergleich zu der Oben-Unten-Richtung kurviger. Dementsprechend ist der Abbildungsbildungsabschnitt 3a in einer Form einer vertieften Fläche geformt, sodass eine Krümmung des Abbildungsbildungsabschnitts 3a in der Links-Rechts-Richtung größer als eine Krümmung des Abbildungsbildungsabschnitts 3a in der Oben-Unten-Richtung ist. Die HUD-Vorrichtung ist konfiguriert, um ein Anzeigelicht an den Abbildungsbildungsabschnitt 3a der Windschutzscheibe 3 zu projizieren.
Der Betrachtungsbereich EB ist ein Raumvolumen, in dem die virtuelle Abbildung VRI, die durch die HUD-Vorrichtung 100 angezeigt wird, so sichtbar ist, dass die virtuelle Abbildung VRI einen vorbestimmten Standard (zum Beispiel einen Standard, der ein Betrachten der gesamten virtuellen Abbildung VRI bei einer vorbestimmten Helligkeitsstufe oder mehr als diese ermöglicht) erfüllt, und auf den Betrachtungsbereich EB wird als ein Sichtkasten bzw. eine Eye-Box verwiesen. Der Betrachtungsbereich EB ist typischerweise so eingestellt, dass der Betrachtungsbereich EB mit Eyellipses bzw. Augenellipsen, die in dem Fahrzeug 1 eingestellt sind, überlappt. Jede Augenellipse ist in einer ellipsenartigen Form auf Grundlage eines Augenbereiches, der eine räumliche Verteilung eines korrespondierenden Augenpunktes EP des Insassen statistisch repräsentiert, eingestellt.
Eine spezifische Struktur der HUD-Vorrichtung 100 wird in Bezug auf 2 bis 8 beschrieben. Wie es in 2 bis 4 gezeigt wird, enthält die HUD-Vorrichtung 100 eine Projektionseinrichtungseinheit 10, einen Drehspiegel 20, eine optische Wellenführung 30. Diese Komponenten werden zum Beispiel in ein Inneres eines Gehäuses 6, das eine hohle Form hat und das Licht abschirmt, eingebaut. Die HUD-Vorrichtung 100 der vorliegenden Offenbarung implementiert eine Struktur, die keinen großen Hohlspiegel benötigt, anders als eine vorher vorgeschlagene HUD-Vorrichtung, sodass eine wesentliche Größenverringerung der HUD-Vorrichtung 100 erreicht wird.
Die Projektionseinrichtungseinheit 10 projiziert ein Anzeigelicht einer Abbildung (darauf wird im Folgenden einfach als ein Anzeigelicht verwiesen). In Bezug auf 5 enthält die Projektionseinrichtungseinheit 10 eine Lichtquelle 11, eine Mehrzahl von Abbildungsvorrichtungen 12 (davon wird nur eine in 5 gezeigt) und einen Projektionslinsenabschnitt 13 (darauf wird auch als Projektionslinseneinheit verwiesen), die in einem Gehäuse 10a eingebaut sind. Ein Beispiel einer spezifischen Struktur der Projektionseinrichtungseinheit 10 wird jetzt beschrieben.
Die Lichtquelle 11 fungiert als eine Quelle des Anzeigelichts. Die Lichtquelle 11 enthält zum Beispiel eine Mehrzahl von Laseroszillatoren. Jeder Laseroszillator verwendet zum Beispiel einen Halbleiterlaser. Die Laseroszillatoren erzeugen Laserlicht, das verschiedene Wellenlängen in einem sichtbaren Lichtbereich jeweilig hat. In einem Fall, bei dem die Anzahl der Laseroszillatoren drei ist, enthalten die Laseroszillatoren: einen Laseroszillator, der oszilliert, um ein grünes Laserlicht, das eine Spitzenwellenlänge in einem Bereich von zum Beispiel 490-530 nm, bevorzugt 515 nm, hat, zu erzeugen, ein Laseroszillator, der oszilliert, um ein blaues Laserlicht, das eine Spitzenwellenlänge in einem Bereich von zum Beispiel 430-470 nm, bevorzugt 450 nm, hat, zu erzeugen, und ein Laseroszillator, der oszilliert, um ein rotes Laserlicht, das eine Spitzenwellenlänge in einem Bereich von zum Beispiel 600- 650 nm, bevorzugt 640 nm, hat, zu erzeugen.
Jede der Abbildungsvorrichtungen 12 ist eine reflektierende Flüssigkristallvorrichtung wie z.B. Flüssigkristall auf Silizium (LCOS), die eine Flüssigkristallschicht auf einer hinteren Ebene aus Silizium hat. Die Mehrzahl (in diesem Fall drei) der reflektierenden Flüssigkristallvorrichtungen ist vorgesehen, um zu den Laserlichtern mit verschiedenen Wellenlängen, die durch die Laseroszillatoren jeweilig erzeugt werden, jeweilig zu korrespondieren. Jede reflektierende Flüssigkristallvorrichtung kann einen Reflexionsgrad des Einfalllichts an jedem der Pixel der Flüssigkristallanzeige einer Anzeige, die Pixelelektroden hat, die zweidimensional angeordnet sind, steuern. Jede reflektierende Flüssigkristallvorrichtung kann eine Abbildung erzeugen, die zu den korrespondierenden Wellenlängen durch ein Steuern des Reflexionsvermögens korrespondiert. Danach wird eine Abbildung, die zu den jeweiligen Wellenlängen korrespondiert, durch ein dichroitisches Prisma synthetisch hergestellt und das Anzeigelicht der synthetisch hergestellten Abbildung tritt in den Projektionslinsenabschnitt 13 ein. Die jeweiligen reflektierenden Flüssigkristallvorrichtungen und die virtuelle Abbildung VRI sind einander in dem optischen System der HUD-Vorrichtung 100 zugeordnet.
Der Projektionslinsenabschnitt 13 sammelt das Anzeigelicht, das von den Abbildungsvorrichtungen 12 empfangen wird, und projiziert das empfangene Anzeigelicht zu einem äußeren (spezifisch dem Drehspiegel 20 in der vorliegenden Ausführungsform) der Projektionseinrichtungseinheit 10. Der Projektionslinsenabschnitt 13 enthält eine Mehrzahl von Projektionslinsen 14, 15, 16, um einen Linsengruppe, die im Ganzen eine positive optische Leistung hat, zu bilden. Jede Linse 14, 15, 16 bricht das Anzeigelicht, das von den Abbildungsvorrichtungen 12 ausgegeben wird, um einen Projektionszustand des Anzeigelichts anzupassen.
Auf diese Weise projiziert, wie es in 2 und 4 gezeigt wird, die Projektionseinrichtungseinheit 10 das Anzeigelicht von der vorderen Seite zu der hinteren Seite des Fahrzeugs 1.
Der Drehspiegel 20 ist an der Seite der Projektionseinrichtungseinheit 10 der optischen Wellenführung 30 entlang eines optischen Pfades des Anzeigelichts platziert, das heißt, ist zwischen der Projektionseinrichtungseinheit 10 und der optischen Wellenführung 30 entlang des optischen Pfades platziert. Der Drehspiegel 20 ist ein reflektierender Spiegel, der eine reflektierende Fläche 21 hat, während die reflektierende Fläche 21 an einer Fläche eines Substrats, die aus zum Beispiel synthetischem Harz oder Glas durch zum Beispiel Dampfabscheidung von Aluminium gefertigt ist, gebildet. Die reflektierende Fläche 21 ist in einer Form einer weichen ebenen Fläche gebildet. Das Anzeigelicht, das von der Projektionseinrichtungseinheit 10 projiziert wird und an dem Drehspiegel 20 einfallend ist, wird in Richtung eines Eingabeanschlusses 33 der optischen Wellenführung 30 reflektiert.
Wie es in 3 und 4 gezeigt wird, ist die optische Wellenführung 30 in einer ebenen Plattenform gebildet, so dass der Eingabeanschluss 33, ein Streuungsanschluss 35 und ein Ausgabeanschluss 37 an einer korrespondierenden einen der zwei entgegengesetzten Plattenflächen 31a, 31b eines transparenten Plattensubstrats 31, das zum Beispiel aus Glas oder synthetischem Harz gefertigt ist, jeweilig geformt sind. Die optische Wellenführung 30 wird an der oberen Seite der Projektionseinrichtungseinheit 10 und dem Drehspiegel 20 platziert und wird verlängert, um eine rechteckige Form zu haben, die zwei kurze Seiten, die sich in der Vorne-Hinten-Richtung erstrecken, und zwei lange Seiten, die sich in der Links-Rechts-Richtung erstrecken, zu haben. Der Eingabeanschluss 33 ist dem Drehspiegel 20 in der Oben-Unten-Richtung gegenüberliegend. Mit anderen Worten ist der Eingabeanschluss 33 an der Plattenfläche 31 a des Plattensubstrats 31, die in Richtung der unteren Seite weist, gebildet.
Im Gegensatz dazu sind der Streuungsanschluss 35 und der Ausgabeanschluss 37 an der Plattenfläche 31b des Plattensubstrats 31, die zu der oberen Seite weist, gebildet. Mit anderen Worten sind der Streuungsanschluss 35 und der Ausgabeanschluss 37 an der Plattenfläche 31b, die zu der Plattenfläche 31a entgegengesetzt ist, gebildet. Der Streuungsanschluss 35 ist an einer korrespondierenden Position platziert, die von dem Eingabeanschluss 33 in Richtung der Vorderseite so verschoben ist, dass der Streuungsanschluss 35 nicht mit dem Eingabeanschluss 33 in einer plattendicken Richtung (die Oben-Unten-Richtung in der vorliegenden Ausführungsform), das heißt rechtwinklig zu einer Ebene des Plattensubstrats 31, nicht überlappt. Der Ausgabeanschluss 37 ist an einer korrespondierenden Position platziert, die von dem Streuungsanschluss 35 in Richtung der linken Seite oder der rechten Seite verschoben ist, so dass der Ausgabeanschluss 37 mit dem Eingabeanschluss 33 und dem Streuungsanschluss 35 in der plattendicken Richtung nicht überlappt.
In einer imaginären Ebene (eine Ebene von 3), die zu den Plattenflächen 31a, 31b der optischen Wellenführung 30 parallel ist, ist eine Richtung D1, die zwischen dem Eingabeanschluss 33 und dem Streuungsanschluss 35 verläuft, definiert, um entlang der Vorne-Hinten-Richtung zu sein, und eine Richtung D2, die zwischen dem Streuungsanschluss 35 und dem Ausgabeanschluss 37 verläuft, definiert, um entlang der Links-Rechts-Richtung zu sein. Die Richtung D1 und die Richtung D2 kreuzen einander bei im Wesentlichen 90 Grad.
In dem Plattensubstrat 31 sind die Plattenfläche 31a, an der der Eingabeanschluss 33 lokalisiert ist, und die Plattenfläche 31b, an der der Streuungsanschluss 35 und der Ausgabeanschluss 37 lokalisiert sind, zu einander im Wesentlichen parallel und in einer Form einer Spiegelfläche, die eben ist und das Anzeigelicht durch Reflexion führen kann, entsprechend gebildet.
Der Eingabeanschluss 33 ist in einer rechteckigen Form, spezifischer einer quadratischen Form, gebildet, um eine Flächengröße zu haben, die kleiner als eine Flächengröße des Streuungsanschlusses 35 und eine Flächengröße des Ausgabeanschlusses 37 ist. Der Eingabeanschluss 33 hat eine Plattendicke, die geringer als eine Plattendicke des Plattensubstrats 31 ist und der Eingabeanschluss 33 ist an die Plattenfläche 31a gefügt. Das Anzeigelicht, das von der Projektionseinrichtungseinheit 10 projiziert wird, wird in den Eingabeanschluss 33 durch den Drehspiegel 20 eingegeben und dann führt der Eingabeanschluss 33 das Anzeigelicht in ein Inneres der optischen Wellenführung 30. Der Eingabeanschluss 33 der vorliegenden Ausführungsform hat eine Beugungsgitterstruktur 34, die eine Art eines beugenden optischen Elements (DOE) ist.
Wie es in 6 vergrößert gezeigt wird, enthält die Beugungsgitterstruktur 34 eine Mehrzahl von verlängerten Strukturen 34a, wobei jede von diesen in einer Prismenform ist und sich in einer rechtwinkligen Richtung, die zu der Richtung D1 rechtwinklig ist, linear erstreckt und die verlängerten Strukturen 34a eine nach der anderen in der Richtung D1 angeordnet sind, um ein Gitter zu bilden. In der Beugungsgitterstruktur 34 sind eine Neigung der verlängerten Strukturen 34a und eine Höhe der verlängerten Strukturen 34a in Hinsicht auf die jeweilige Wellenlängen des Anzeigelichts angemessen eingestellt und die verlängerten Strukturen 34a sind wie in einem Blaze-Gitter bzw. geblazed, so dass eine Beugungseffizienz eines gebeugten Lichts erster Ordnung (die Beugungsordnung ist die erste Ordnung) höher als Beugungseffizienzen von anderen gebeugten Licht, das andere Ordnungen als die erste Ordnung hat, wird. Wenn das Anzeigelicht an der Beugungsgitterstruktur 34 einfallend ist, wird das gebeugte Licht erster Ordnung in das Innere des Plattensubstrats 31 mit einem Winkel, der eine Totalreflexion des gebeugten Lichts erster Ordnung an den Plattenflächen 31a, 31b verursacht, gebeugt und das gebeugte Licht erster Ordnung wird durch das Innere des Plattensubstrats 31 in Richtung des Streuungsanschlusses 35 übertragen. Das gebeugte Licht erster Ordnung wird zwischen den Plattenflächen 31a, 31b hin und her total reflektiert und erreicht den Streuungsanschluss 35.
Wie es in 3 gezeigt wird, ist der Streuungsanschluss 35 in einer trapezartigen Form gebildet, so dass der Streuungsanschluss 35 in der Richtung D1 weg von dem Eingabeanschluss 33 verlängert ist, und eine Breite des Streuungsanschlusses 35, die in der rechtwinkligen Richtung, die zu der Richtung D1 rechtwinklig ist, gemessen wird, wird in Richtung einer entgegengesetzten Seite, die von dem Eingabeanschluss 33 in der Richtung D1 entgegengesetzt ist, fortschreitend erhöht. Der Streuungsanschluss 35 hat eine Plattendicke, die kleiner als die Plattendicke des Plattensubstrats 31 ist, und der Streuungsanschluss 35 ist an die Plattenfläche 31b gefügt. Der Streuungsanschluss 35 der vorliegenden Ausführungsform hat eine Beugungsgitterstruktur 36, die eine Art eines optisches Beugungselements ist.
Wie es in 6 vergrößert gezeigt wird, enthält die Beugungsgitterstruktur 36 eine Mehrzahl von verlängerten Strukturen 36a, wobei jede von diesen in einer Prismenform ist und sich in einer Richtung D3 (siehe auch 3), die sich mit der Richtung D1 schräg schneidet, linear erstreckt, und die verlängerten Strukturen 36a sind in einer rechtwinkligen Richtung, die zu der Richtung D3 rechtwinklig ist, eine nach der anderen periodisch angeordnet, um ein Gitter zu bilden. Bei der vorliegenden Ausführungsform, bei der die Richtung D1 und die Richtung D2 einander bei 90 Grad kreuzen, kreuzt die Richtung D3 die Richtung D1 bei 45 Grad, was eine Hälfte von 90 Grad ist. Ähnlich den Beugungsgitterstrukturen 34 des Eingabeanschlusses 33 ist die Beugungsgitterstruktur 36 gebildet, so dass die Beugungseffizienz des gebeugten Lichts einer spezifischen Ordnung höher als die Beugungseffizienz des gebeugten Lichts der anderen Ordnungen ist.
Wenn das Anzeigelicht, das von dem Eingabeanschluss 33 austritt, an der Beugungsgitterstruktur 36 des Streuungsanschlusses 35 einfallend ist, wird das gebeugte Licht erster Ordnung in das Innere des Plattensubstrats 31 bei einem Winkel, der in eine interne Totalreflexion des Lichts an den jeweiligen Plattenflächen 31a, 31b resultiert, gebeugt. Zu dieser Zeit ist, da die Richtung D3 die Richtung D1, entlang der sich das Anzeigelicht, das von dem Eingabeanschluss 33 ausgegeben wird, bewegt, schneidet, das Anzeigelicht in das Innere des Plattensubstrats 31 in eine Lichtkomponente, die in Richtung des Ausgabeanschlusses 37 in der Richtung D2 gelenkt wird, und eine Lichtkomponente, die sich in dem Streuungsanschluss 35 weg von dem Eingabeanschluss 33 in der Richtung D1 bewegt, im Wesentlichen geteilt. Dementsprechend wird das Lichtbündel des Anzeigelichts durch den Streuungsanschluss 35 in der Richtung D1 ausgedehnt und in der Richtung D2 umgelenkt.
Wie bei der Umlenkung an dem Eingabeanschluss 33 bewegt sich das Licht, das in der Richtung D2 umgelenkt wird, in dem Winkel, der aus der internen Totalreflexion der jeweiligen Plattenfläche 31a resultiert, so dass das Licht zwischen den Plattenflächen 31a, 31b hin und her total reflektiert wird und den Ausgabeanschluss 37 erreicht.
Wie es in 3 und 4 gezeigt wird, ist der Ausgabeanschluss 37 weg von dem Streuungsanschluss 35 in der Richtung D2 verlängert, so dass der Ausgabeanschluss 37 in einer rechteckigen Form (längliche rechteckige Form) gebildet ist, wobei sich eine Längsrichtung davon mit der Richtung D2 schneidet. Die Form des Ausgabeanschlusses 37 stimmt im Allgemeinen mit der Form des Betrachtungsbereiches EB überein. Der Ausgabeanschluss 37 hat eine Plattendicke, die kleiner als die Plattendicke des Plattensubstrats 31 ist, und der Ausgabeanschluss 37 ist an eine Plattenfläche 31b gefügt. Der Ausgabeanschluss 37 der vorliegenden Ausführungsform hat eine Beugungsgitterstruktur 38, die eine Art eines optischen Beugungselements ist.
Wie es in 7 vergrößert gezeigt wird, hat die Beugungsgitterstruktur 38 eine Mehrzahl von Vorragungsstrukturen 38a, wobei jede von ihnen in einer Form eines Prismas, das sich in der Richtung D1, die zu der Richtung D2 rechtwinklig ist, erstreckt, ist, und die Vorragungsstrukturen 38a sind voneinander beabstandet und eine nach der andern periodisch angeordnet. Eine ebene Flächenstruktur 38b, die in einer Form einer ebenen Fläche ist, ist zwischen jeden benachbarten zwei der Vorragungsstrukturen 38a gebildet, so dass die ebene Flächenstruktur von einem entfernten Ende von jeder der benachbarten zwei der Vorragungsstrukturen 38a stufig ist, so dass die Vorragungsstrukturen 38a und die ebenen Flächenstrukturen 38b in einem Streifenmuster abwechselnd angeordnet sind. Bei der Beugungsgitterstruktur 38 sind eine Neigung der Vorragungsstrukturen 38a und eine Höhe der Vorragungsstrukturen 38a in Hinsicht auf die jeweiligen Wellenlängen des Anzeigelichtes angemessen eingestellt. Auf diese Weise sind die jeweiligen Beugungseffizienzen eingestellt, so dass das gebeugte Licht nullter Ordnung (die Beugungsordnung ist die nullte Ordnung) und das gebeugte Licht erster Ordnung (die Beugungsordnung ist die erste Ordnung) mit einem vorbestimmten Verhältnis geteilt sind, um sich in verschiedene Richtungen jeweilig zu bewegen.
Spezifischer beugt, wenn das Anzeigelicht, das von dem Streuungsanschluss 35 ausgegeben wird, an der Beugungsgitterstruktur 38 einfallend ist, die Beugungsgitterstruktur 38 das gebeugte Licht nullter Ordnung in das Innere des Plattensubstrats 31, um das gebeugte Licht nullter Ordnung in die Richtung D2 weg von dem Streuungsanschluss 35 zu führen. Das gebeugte Licht nullter Ordnung wird durch die Plattenfläche 31a total reflektiert und erreicht dadurch eine Position, die von dem Streuungsanschluss 35 weiter entfernt ist, an dem Ausgabeanschluss 37. Außerdem beugt die Beugungsgitterstruktur 38 das gebeugte Licht erster Ordnung in Richtung außen von dem Plattensubstrat 31, das heißt in Richtung außen von der optischen Wellenführung 30. Dementsprechend wird das Lichtbündel des Anzeigelichts durch den Ausgabeanschluss 37 in der Richtung D2 mit Hilfe des gebeugten Lichts nullter Ordnung ausgedehnt und wird von den korrespondierenden Abschnitten des Ausgabeanschlusses 37 mit Hilfe des gebeugten Lichts erster Ordnung in Richtung des Abbildungsbildungsabschnitts 3a, der außerhalb der optischen Wellenführung 30 lokalisiert ist, ausgegeben.
Auf diese Weise dehnt, wie es in 8 angedeutet wird, die optische Wellenführung 30, die als ein Übertragungspfads des Lichts (elektromagnetische Welle) dient, das Lichtbündel des Anzeigelichts in der Richtung D1 und der Richtung D2 aus und führt das Anzeigelicht zu dem Abbildungsbildungsabschnitt 3a entlang des optischen Pfads. Mit anderen Worten fungiert die optische Wellenführung 30 als ein Ausdehnungselement einer Austrittspupille, die eine Austrittspupille des optischen Systems der HUD-Vorrichtung 100 ausdehnt.
Das Anzeigelicht, das von der optischen Wellenführung 30 ausgegeben wird, bewegt sich von dem Ausgabeanschluss 37 zu der Windschutzscheibe 3, die an der oberen Seite des Ausgabeanschlusses 37 lokalisiert ist. Zu dieser Zeit ist das Lichtbündel des Anzeigelichts an dem Abbildungsbildungsabschnitt 3a der Windschutzscheibe 3 in einem Zustand einfallend, in dem eine Größe (Durchmesser) des Lichtbündels des Anzeigelichts, die in der Links-Rechts-Richtung des Fahrzeugs 1 gemessen wird, durch den Ausgabeanschluss 37 (der Ausgabeanschluss 37 hat die Längsrichtung, die mit der Links-Rechts-Richtung, die mit der Links-Rechts-Richtung des Fahrzeugs 1 übereinstimmen) im Vergleich zu einer Größe (Durchmesser) des Lichtbündels des Anzeigelichts, die in der Vorne-Hinten-Richtung des Fahrzeugs 1 gemessen wird, vergrößert ist. Wenn das Lichtbündel des Anzeigelichts durch den Abbildungsbildungsabschnitt 3a reflektiert wird, wird die Bewegungsrichtung des Anzeigelichts in Richtung der hinteren Seite des Fahrzeugs 1 umgelenkt und erreicht zum Beispiel den Betrachtungsbereich EB, der an der oberen Seite des Sitzes des Insassen in dem Zustand ist, in dem die Größe (Durchmesser) des Lichtbündels des Anzeigelichts, die in der Links-Rechts-Richtung des Fahrzeugs 1 gemessen wird, größer als die Größe (Durchmesser) des Lichtbündels des Anzeigelichts, die in der Hoch-Runter-Richtung des Fahrzeugs 1 gemessen wird, ist. Dementsprechend ist der Betrachtungsbereich EB in der rechteckigen Form gebildet, so dass die Größe (Durchmesser) des Betrachtungsbereiches EB, die in der Links-Rechts-Richtung des Fahrzeugs 1 gemessen wird, größer als die Größe (Durchmesser) des Betrachtungsbereiches EB, die in der Hoch-Runter-Richtung des Fahrzeugs 1 gemessen wird, ist.
Wie es in 5 gezeigt wird, hat der Projektionslinsenabschnitt 13 der vorliegenden Ausführungsform eine Dreifachlinsenkonfiguration, bei der drei Linsen, das heißt, eine Sammellinse (Doppelsammellinse) 14, eine Hohllinse (Doppelhohllinse) 15 und eine Sammellinse (Doppelsammellinse) 16 in dieser Reihenfolge von der Seite der Abbildungsvorrichtung 12 angeordnet sind. Spezifisch hat die Sammellinse 14, die unter den drei Linsen 14, 15, 16 am nächsten zu den Abbildungsvorrichtungen 12 ist, eine Beugungsfläche 14a an der Einfallseite und eine Beugungsfläche 14b an der Austrittsseite. Die Beugungsfläche 14a an der Eintrittsseite und die Beugungsfläche 14b an der Austrittsseite haben jeweilig eine rotationssymmetrische Form, die in Bezug auf eine Rotation davon in einem beliebigen Winkel um die optische Achse im Wesentlichen symmetrisch ist. Die Hohllinse 15, die zwischen der Sammellinse 14 und der Sammellinse 16 zwischengefügt ist, hat eine Beugungsfläche 15a an einer Einfallseite und eine Beugungsfläche 15b an einer Austrittsseite. Die Beugungsfläche 15a an der Einfallseite und die Beugungsfläche 15b an der Austrittsseite haben jeweilig eine rotationssymmetrische Form, die in Bezug auf eine Rotation davon um einen beliebigen Winkel um die optische Achse im Wesentlichen symmetrisch ist.
Die Sammellinse 16, die unter den drei Linsen 14, 15, 16 zu dem Drehspiegel 20 am nächsten ist (das heißt die nächste zu der optischen Wellenführung 30), hat eine Beugungsfläche 16a an der Einfallseite und eine Beugungsfläche 16b an der Austrittsseite. Die Beugungsfläche 16a an der Eintrittsseite hat eine rotationssymmetrische Form, die in Bezug auf eine Rotation davon um einen beliebigen Winkel um die optische Achse im Wesentlichen symmetrisch ist. Im Gegensatz dazu hat die Beugungsfläche 16b der Austrittsseite der Sammellinse 16 eine rotations-asymmetrische Form, die in Bezug auf eine Rotation davon um einen beliebigen Winkel um die optische Achse nicht symmetrisch ist, aber nur in Bezug auf eine Rotation davon um 180° um die optische Achse symmetrisch ist. Spezifischer ist die Beugungsfläche 16b der Austrittsseite eine konvexe toroidale Fläche, die eine Art von einer anamorphotischen Fläche ist.
Auf die Komponenten, die entlang des optischen Pfades zwischen der Lichtquelle 11 und dem Eingabeanschluss 33 der optischen Wellenführung 30 platziert sind, wird zusammenfassend als ein optisches Einfallsystem IOS verwiesen. Spezifisch wird bei der vorliegenden Ausführungsform auf die Abbildungsvorrichtungen 12, den Projektionslinsenabschnitt 13 und den Drehspiegel 20 zusammenfassend als das optische Einfallsystem IOS verwiesen. Das optische Einfallsystem IOS ist ein optisches System, das eine positive optische Leistung als ein Ganzes hat und konfiguriert ist, um das Anzeigelicht durch eine Verwendung des Lichts, das von der Lichtquelle 11 vorgesehen ist, auszugeben, so dass das Anzeigelicht, das von dem optischen Einfallsystem IOS ausgegeben wird, an der optischen Wellenführung 30 einfallend ist.
Eine erste meridionale Ebene MS1 und eine zweite meridionale Ebene MS2, die die optische Achse jeweilig enthalten und zueinander rechtwinklig sind, sind bei dem optischen Einfallsystem IOS definiert. Zum Beispiel kann an der Beugungsfläche 16b der Austrittsseite der Sammellinse 16 die erste meridionale Ebene MS1 so definiert sein, dass die erste meridionale Ebene MS1 eine Richtung AD der optischen Achse und eine Richtung, entlang der die Krümmung der Beugungsfläche 16b der Auszugsseite die größte ist, enthält. Auch kann die zweite meridionale Ebene MS2 so definiert sein, dass die zweite meridionale Ebene MS2 die Richtung AD der optischen Achse und eine Richtung, entlang der die Krümmung der Beugungsfläche 16b der Auszugsseite die kleinste ist, enthalten. Die erste meridionale Ebene MS1 ist ein Querschnitt der virtuellen Abbildung VRI, der entlang der Hoch-Runter-Richtung genommen wird, und die zweite meridionale Ebene MS2 ist ein Querschnitt der virtuellen Abbildung VRI, der in der Links-Rechts-Richtung genommen wird.
Eine erste Brennweite des optischen Einfallsystems IOS, die bei der ersten meridionalen Ebene MS1 definiert ist, und eine zweite Brennweite des optischen Einfallsystems ISO, die bei der zweiten meridionalen Ebene MS2 definiert ist, sind eingestellt, um voneinander verschieden zu sein. Die erste Brennweite korrespondiert zu der Richtung, entlang der die Krümmung des Abbildungsbildungsabschnitt 3a klein (kleiner) ist, und die zweite Brennweite korrespondiert zu der Richtung, entlang der die Krümmung des Abbildungsbildungsabschnitts 3a groß (größer) ist. In diesem Fall ist die erste Brennweite eingestellt, um kürzer als die zweite Brennweite zu sein. Spezifisch bei dieser Ausführungsform ist eine Differenz zwischen der ersten Brennweite und der zweiten Brennweite aufgrund der Form der Beugungsfläche 16b der Austrittsseite der Sammellinse 16 geschuldet.
Aufgrund der Differenz zwischen der ersten Brennweite und der zweiten Brennweite wird ein astigmatisches Büschel, das eine astigmatische Brennweite hat, von dem Drehspiegel 20 des optischen Einfallsystems IOS reflektiert und ist an dem Eingabeanschluss 33 der optischen Wellenführung 30 als das Lichtbündel des Anzeigelichts einfallend. Mit anderen Worten hat eine Wellenfront des Lichtbündels des Anzeigelichts, das an dem Eingabeanschluss 33 einfallend ist, auch eine rotationsasymmetrische Form wie eine toroidale Fläche.
Die optische Wellenführung 30 ist so konfiguriert, dass die astigmatische Brennweite des Lichtbündels des Anzeigelichts, das an dem Eingabeanschluss 33 einfallend ist, durch die Konfiguration der Plattenflächen 31a, 31 b und die Konfiguration der jeweiligen Anschlüsse 33, 35, 37 in der optischen Wellenführung 30 bleibt. Spezifisch wird, obwohl der Durchmesser des Lichtbündels des Anzeigelichts im Inneren der optischen Wellenführung 30 ausgedehnt ist, die rotations-asymmetrische Form der Wellenfront zur Zeit des Austretens von dem Ausgabeanschluss 37 beibehalten. Das restliche der astigmatischen Brennweite bezieht sich hier nicht nur auf den Fall, bei dem die gleiche Größe der astigmatischen Brennweite, die die gleiche wie die Größe der astigmatischen Brennweite zur Zeit eines Einfall des Lichtbündels des Anzeigelichts an dem Eingabeanschluss 33 ist, zur Zeit eines Austritts von dem Ausgabeanschluss 37 beibehalten wird, aber bezieht sich auf einen Fall, bei dem die Größe der astigmatischen Brennweite zur Zeit eines Austritts eines Einfalls des Lichtbündels des Anzeigelichts von dem Ausgabeanschluss 37 von der Größe der astigmatischen Brennweite zur Zeit eines Einfalls des Lichtbündels des Anzeigelichts an einem Eingabeanschluss 33 in so einer Größenordnung verringert ist, dass die astigmatische Brennweite ein Einfluss auf das Abbilden der virtuellen Abbildung VRI hat.
Das astigmatische Büschel, bei dem die astigmatische Brennweite bleibt, wird der von der optischen Wellenführung 30 als das Wellenbündel des Anzeigelichts ausgegeben. Dadurch wird, wenn dieses Lichtbündel das Anzeigelichts an dem Abbildungsbildungsabschnitt 3a, der in der Form der vertieften Fläche ist und so gebildet ist, dass die Krümmung des Abbildungsbildungsabschnitts 3a in der Links-Rechts-Richtung eingestellt ist, um größer als die Krümmung des Abbildungsbildungsabschnitts 3a in der Oben-Unten-Richtung zu sein, reflektiert wird, das Lichtbündel des Anzeigelichts korrigiert, so dass die astigmatische Brennweite verringert oder verloren ist (mit anderen Worten wird die Wellenfront korrigiert, um sich einer Form einer sphärischen Fläche anzunähern).
(Effekte und Vorteile)
Effekte und Vorteile der ersten Ausführungsform werden nochmals im folgenden Abschnitt beschrieben.
Nach der ersten Ausführungsform sind die erste Brennweite und die zweite Brennweite, die bei der ersten meridionalen Ebene MS1 und der zweiten meridionalen Ebene MS2 des optischen Einfallsystems IOS jeweilig beschrieben sind, eingestellt, um voneinander verschieden zu sein. Aufgrund der Differenz der Brennweite, die vorstehend beschrieben ist, kann das optische Einfallsystem IOS, das das Licht von der Lichtquelle 11 erhält, im Vorhinein die astigmatische Brennentfernung zum Korrigieren des Einflusses der Form des Abbildungsbildungsabschnitts 3a auf das Lichtbündel des Anzeigelichts, das an der optischen Wellenführung 30 einfallend sein soll, angewendet werden. Nach der Anwendung der astigmatischen Brennentfernung auf das Lichtbündel des Anzeigelichts wird das Lichtbündel des Anzeigelichts durch die optische Wellenführung 30 ausgedehnt. Dementsprechend wird das Anzeigelicht durch den Abbildungsbildungsabschnitt 3a reflektiert und dadurch kann die virtuelle Abbildung VRI, die einen guten Abbildungszustand hat, angezeigt werden. Dementsprechend ist es möglich, die HUD-Vorrichtung vorzusehen, die zum Anzeigen der virtuellen Abbildung VRI, die für den Betrachter einfach zu fokussieren ist und die kaum Müdigkeit verursacht, fähig ist.
Außerdem ist nach der ersten Ausführungsform das Anzeigelicht an der optischen Wellenführung 30 als das astigmatische Bündel, das die astigmatische Brennentfernung hat, einfallend und die optische Wellenführung 30 ist konfiguriert, um das Lichtbündel des Anzeigelichts, das die astigmatische Brennentfernung hat, auszugeben. Das Lichtbündel des Anzeigelichts wird durch den Abbildungsbildungsabschnitt 3a in dem Zustand reflektiert, in dem die astigmatische Brennentfernung, die durch die optische Wellenführung 30 erzeugt wird, in dem Lichtbündel des Anzeigelichts bleibt. Dementsprechend ist es möglich, den Einfluss der Form des Abbildungsbildungsabschnitts 3a einfach zu korrigieren und die virtuelle Abbildung VRI, die den guten Abbildungszustand hat, anzuzeigen.
Außerdem ist das optische Einfallsystem IOS nach der ersten Ausführungsform wie folgt konfiguriert. Das heißt, dass zumindest eine der Beugungsflächen 14a, 14b, 15a, 15b, 16a, 16b des Projektionslinsenabschnitts 13 als die anamorphotische Fläche gebildet ist, sodass die erste Brennweite und die zweite Brennweite eingestellt sind, um voneinander verschieden zu sein. Mit anderen Worten kann die Korrektur der verschiedenen Abweichungen und das Vorsehen der astigmatischen Brennentfernung durch den Projektionslinsenabschnitt 13 zusammen implementiert sein, um den Abbildungszustand der virtuellen Abbildung VRI weiter zu verbessern.
Außerdem ist nach der ersten Ausführungsform die Beugungsfläche 16b der Austrittsseite entlang des optischen Pfades unter den Beugungsflächen 14a, 14b, 15a, 15b, 16a, 16b des Projektionslinsenabschnitts 13 am nächsten zu der optischen Wellenführung 30 und die Beugungsfläche 16b der Austrittsseite ist als die anamorphotische Fläche gebildet. Wenn die Beugungsfläche 16b, die zu der optischen Wellenführung 30 im Vergleich zu den anderen Beugungsflächen 14a, 14b, 15a, 15b, 16a, 16b näher ist, als die anamorphotische Fläche gebildet ist, kann das Anzeigelicht durch die anamorphotische Fläche in dem Zustand, in dem das Anzeigelicht im Vergleich mit dem Anzeigelicht, das an dem Projektionslinsenabschnitt 13 einfallend ist, weiter ausgedehnt ist, passieren. Dementsprechend kann, da die astigmatische Fokusentfernung, wenn das gesamte Lichtbündel des Anzeigelichts genauer gegeben werden kann, der Abbildungszustand der virtuellen Abbildung VRI weiter verbessert werden.
(Zweite Ausführungsform)
Wie es in 9 gezeigt wird, ist eine zweite Ausführungsform eine Modifikation der ersten Ausführungsform. Die zweite Ausführungsform wird hauptsächlich in Bezug auf die verschiedenen Punkte, die von der ersten Ausführungsform verschieden sind, beschrieben.
Bei der zweiten Ausführungsform haben die Beugungsflächen des Projektionslinsenabschnitts 213 eine rotationssymmetrische Form, die in Bezug auf eine Rotation davon um einen beliebigen Winkel um die optische Achse im Wesentlichen symmetrisch ist. Im Gegensatz dazu ist eine Reflexionsfläche 221 eines Drehspiegels 220 eine vertiefte zylindrische Fläche, die eine Art einer anamorphotischen Fläche ist.
Spezifischer ist die Reflexionsfläche 221 eine zylindrische Fläche, die eine erzeugende Fläche eines Zylinders, der sich in der Links-Rechts-Richtung erstreckt, hat. Mit anderen Worten ist die reflektierende Fläche 221 eine zylindrische Fläche, die durch ein Rotieren einer erzeugenden Fläche eines Zylinders, der sich in der Links-Rechts-Richtung erstreckt, um die Achse des Zylinders herum erhalten wird. Dementsprechend ist die Krümmung der reflektierenden Fläche 221 in der Links-Rechts-Richtung eingestellt, um kleiner als die Krümmung der reflektierenden Fläche 221 in einer Richtung, die zu der Links-Rechts-Richtung rechtwinklig ist, zu sein. In der vorliegenden Ausführungsform korrespondiert die Links-Rechts-Richtung entlang der Reflexionsfläche 221 zu der Links-Rechts-Richtung der virtuellen Abbildung VRI.
Sogar bei der zweiten Ausführungsform sind die erste Brennweite des optischen Einfallsystems IOS und die zweite Brennweite des optischen Einfallsystems IOS voneinander verschieden. Besonders bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Differenz bei der Brennweite wegen der Form des Drehspiegels 220 erzeugt.
Nach der zweiten Ausführungsform, die vorstehend diskutiert wird, ist die reflektierende Fläche 221 des Drehspiegels 220 als die anamorphotische Fläche gebildet, sodass die erste Brennweite und die zweite Brennweite eingestellt sind, um voneinander verschieden zu sein. Spezifisch ist es möglich, dem Anzeigelicht zu ermöglichen, die anamorphotische Fläche sofort vor der Zeit des Einfalls des Anzeigelichts an dem Eingabeanschluss 33, in dem das Anzeigelicht in dem optischen Einfallsystem IOS am meisten ausgedehnt ist, zu passieren. Dementsprechend kann, da die astigmatische Brennentfernung an das gesamte Lichtbündel des Anzeigelichts genauer gegeben werden kann, der Abbildungszustand der virtuellen Abbildung weiter verbessert werden.
(Dritte Ausführungsform)
Wie es in 10 gezeigt wird, ist eine dritte Ausführungsform eine Modifikation der ersten Ausführungsform. Die dritte Ausführungsform wird in Bezug auf verschiedene Punkte, die von der ersten Ausführungsform verschieden sind, hauptsächlich beschrieben.
Die Projektionseinrichtungseinheit 10 der dritten Ausführungsform ist ein Mikroelektromechanisches-System (MEMS) einer Rastereinrichtungsart. Eine Lichtquelle 311 der dritten Ausführungsform enthält eine Licht emittierende Diode. Die Licht emittierende Diode ist an einer Leiterplatte der Lichtquelle platziert und mit einer elektrischen Leistungsquelle durch ein Schaltungsmuster an der Leiterplatte der Lichtquelle elektrisch verbunden. Die Licht emittierende Diode wird durch ein Ummanteln eines blauen LED-Chips (blaues Licht emittierender Chip) in einem gelben Phosphor, das durch ein Mischen von lichtdurchlässigem synthetischen Harz und einem gelben Fluoreszenzmittel gebildet wird, gebildet. Das blaue Licht, das von dem blauen LED-Chip nach der Menge eines elektrischen Stroms, der zu dem blauen LED-Chip zugeführt wird, emittiert wird, regt den gelben Phosphor an, um das gelbe Licht zu emittieren und unechtes weißes Licht wird durch ein Kombinieren des blauen Lichts und des gelben Lichts zusammen emittiert.
Eine Abbildungsvorrichtung 312 der dritten Ausführungsform enthält einen Anpassungslinsenabschnitt (darauf wird auch als eine Anpassungslinseneinheit verwiesen) 312a, einen Lichtführungsspiegel 312d und eine Rastervorrichtung 312e. Der Anpassungslinsenabschnitt 312a enthält eine einzelne Linse und sammelt das Licht, das von der Lichtquelle 311 ausgegeben wird, um ein parallel gerichtetes Lichtbündel (einen parallel gerichteten Lichtstrahl) zu bilden. Der Anpassungslinsenabschnitt 312a passt einen Zustand des Lichtbündels des Anzeigelichts an und das angepasste Lichtbündel des Anzeigelichts wird durch den Lichtführungsspiegel 312d reflektiert und zu der Rastervorrichtung 312e zugeführt.
Spezifischer ist in der vorliegenden Ausführungsform zumindest eine Beugungsfläche 312b der Einfallseite und eine Beugungsfläche 312c der Austrittsseite des Anpassungslinsenabschnitts 312a eine vorragende toroidale Fläche, das heißt eine Art anamorphotische Fläche. Genauer ist die Beugungsfläche 312c der Austrittsseite in der vorliegenden Ausführungsform die vorragende toroidale Fläche.
Ein Rasterspiegel 312f wird bei der Rastervorrichtung 312e verwendet. Der Rasterspiegel 312f ist ein Spiegel des Mikro-elektromechanischen-Systems (MEMS), der das MEMS verwendet, und ist konfiguriert, um das Lichtbündel des Anzeigelichts zeitweise zu rastern. Der Rasterspiegel 312f hat eine reflektierende Fläche, die durch zum Beispiel Dampfablagerung von Aluminium gebildet wird. Die reflektierende Fläche ist in zwei Achsen, die entlang einer Ebene der reflektierenden Fläche rechtwinklig sind, rotierbar.
Der Rasterspiegel 312f, der in der vorstehend beschriebenen Weise konfiguriert ist, ist mit der Steuerungseinrichtung elektrisch verbunden und kann auf Grundlage eines Rastersignals von der Steuerungseinrichtung rotiert werden, um die Orientierung der reflektierenden Fläche zu ändern.
Das Lichtbündel des Anzeigelichts ist an der reflektierenden Fläche des Rasterspiegels 312f einfallend. Der Rasterspiegel 312f wird durch die Steuerungseinrichtung gesteuert, zum Beispiel, sodass eine Projektionsrichtung des Lichtbündels des Anzeigelichts, das an einem Umlenkungspunkt (dient als ein Einfallspunkt des Lichtbündels des Anzeigelichts) LT der reflektierenden Fläche einfallend ist, umgelenkt wird und mit dem Betrieb der Lichtquelle 311 synchron gelenkt wird, um das Lichtbündel des Anzeigelichts zeitweise zu rastern (oder die Projektionsrichtung des Lichtbündels des Anzeigelichts zu rastern). Durch ein Rastern des Lichtbündels des Anzeigelichts in einem Rasterwinkelbereich RG nach einem Schwenkwinkel des Rasterspiegels 312f kann eine Abbildung, die als eine virtuelle Abbildung VRI angezeigt wird, gebildet werden.
Das Lichtbündel des Anzeigelichts, das durch den Rasterspiegel 312f durch die Umlenkung des Lichtbündels des Anzeigelichts an dem Umlenkungspunkt TL gerastert wird, wird von der Projektionseinrichtungseinheit 10 zu dem Drehspiegel 20 reflektiert und wird danach in Richtung des Eingabeanschlusses 33 der optischen Wellenführung 30 projiziert.
Das optische Einfallsystem IOS der dritten Ausführungsform enthält den Anpassungslinsenabschnitt 312a, den Lichtführungsspiegel 312d, die Rastervorrichtung 312e und den Drehspiegel 20. Die erste Brennweite des optischen Einfallsystems IOS und die zweite Brennweite des optischen Einfallsystems IOS sind eingestellt, um voneinander verschieden zu sein. Besonders wird bei dieser Ausführungsform die Differenz der Brennweite wegen der Form des Anpassungslinsenabschnitts 312a erzeugt.
Außerdem ist nach der dritten Ausführungsform zumindest eine der Beugungsflächen 312b, 312c des Anpassungslinsenabschnitts 312a als die anamorphotische Fläche gebildet, sodass die erste Brennweite und die zweite Brennweite eingestellt sind, um voneinander verschieden zu sein. Spezifisch wird das Anzeigelicht durch die anamorphotische Fläche vor der Zeit eines Rasterns des Lichtbündels des Anzeigelichts durch die Rastervorrichtung 312e reflektiert, sodass es möglich ist, die astigmatische Brennweite bei jedem Pixel der hergestellten Abbildung selektiv vorzusehen. Dementsprechend ist es möglich, den Abbildungszustand der virtuellen Abbildung VRI weiter zu verbessern.
(Andere Ausführungsformen)
Die vorliegende Offenbarung wurde in Bezug auf die vorstehenden Ausführungsformen beschrieben. Allerdings soll die vorliegende Offenbarung nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen begrenzt sein und die vorliegende Offenbarung kann in verschiedenen Ausführungsformen und Kombinationen der Ausführungsformen innerhalb eines Umfangs der vorliegenden Offenbarung implementiert werden.
Spezifisch kann der Abbildungsbildungsabschnitt 3a als eine erste Modifikation nicht an der Windschutzscheibe 3 gebildet sein. Zum Beispiel kann eine Kombinationseinrichtung, die von dem Fahrzeug 1 getrennt gebildet ist, in dem Fahrzeug 1 installiert sein und der Abbildungsbildungsabschnitt 3a kann an der Kombinationseinrichtung eingestellt sein.
Als eine zweite Modifikation kann in Bezug auf 11 ein holografisches optisches Element 939, das eine Art eines optischen Beugungselements ist, verwendet werden, um zumindest einen der Anschlüsse, Eingabeanschluss 33, Streuungsanschluss 35 und Ausgabeanschluss 37, der optischen Wellenführung 30 zu bilden. Das holografische optische Element 939 ist in einer dünnen Plattenform gebildet und enthält eine Hologrammschicht 939b, die zwischen einem Paar von transparenten Substratschichten 939a, die zum Beispiel aus synthetischem Harz oder Glas gefertigt sind, gehalten wird. Die Hologrammschicht 939b ist gebildet, um durch eine Zusammensetzung, die zum Beispiel aus künstlichem Harz gefertigt ist, lichtdurchlässig zu sein und die Hologrammschicht 939b hat eine Beugungsindexverteilung in einem gestreiften Muster. Wegen der Beugungsindexverteilung der Hologrammschicht 939b kann das Anzeigelicht gebeugt werden. Mit dieser Konfiguration ändert sich die Leistung der optischen Wellenführung 30 unter dem Einfluss der Wärme des Sonnenlichts kaum.
Als eine dritte Modifikation kann das gebeugte Licht, das an dem Eingabeanschluss 33, dem Streuungsanschluss 35 und dem Ausgabeanschluss 37 in der optischen Wellenführung 30 verwendet wird, ein gebeugtes Licht sein, das eine andere Ordnung hat, wie zum Beispiel ein gebeugtes Licht einer höheren Ordnung, das die höhere Beugungsordnung hat, die höher als die erste Beugungsordnung ist.
Als eine vierte Modifikation kann, wie es in 12 gezeigt wird, eine optische Wellenführung einer halbtransparenten Spiegelart als die optische Wellenführung 30 verwendet werden. Bei der optischen Wellenführung der halbtransparenten Spiegelart, die in 12 gezeigt wird, sind halbtransparente Spiegel 930a in einem Inneren des Plattensubstrats 31 so platziert, dass das Anzeigelicht in ein übertragenes Licht und ein reflektiertes Licht durch jeden halbtransparenten Spiegel 930a getrennt wird und dadurch das Lichtbündel des Anzeigelichts ausgedehnt wird.
Als eine fünfte Modifikation kann eine Projektionseinrichtung einer digitalen Lichtverarbeitung (DLP®) als die Projektionseinrichtungseinheit 10 verwendet werden und eine digitale-Mikrospiegel-Vorrichtung (DMD) kann als die Abbildungsvorrichtung 12, die die Abbildung herstellt, verwendet werden.
Als eine sechste Modifikation, die mit der ersten Ausführungsform verwandt ist, kann eine Beugungsfläche 16b der Austrittsseite der konvexen Linse 16 eine zylindrische Fläche oder eine frei gebildete Fläche sein.
Außerdem kann als eine siebte Modifikation, die mit der ersten Ausführungsform verwandt ist, eine der Beugungsflächen 14a, 14b, 15a, 15b, 16a, 16b des Projektionslinsenabschnitts 13 als eine anamorphotische Fläche gebildet sein oder zwei der Beugungsflächen 14a, 14b, 15a, 15b, 16a, 16b des Projektionslinsenabschnitts 13 oder mehr davon oder alle von diesen können als eine anamorphotische Fläche gebildet sein.
Als eine achte Modifikation, die mit der zweiten Ausführungsform verwandt ist, kann die Reflektionsfläche 221 des Drehspiegels 220 eine toroidale Fläche oder eine frei gebildete Fläche sein.
Bei einer neunten Modifikation, die mit den Ausführungsformen, erste und zweite Ausführungsform, verwandt ist, muss der Projektionslinsenabschnitt 13, 213 nicht unbedingt auf die Dreifachlinsenkonfiguration beschränkt sein und kann jede von verschiedenen Arten von Linsenkonfigurationen, die jede Anzahl von Linsen enthalten, haben.
Als eine zehnte Modifikation, die mit der dritten Ausführungsform verwandt ist, kann eine Mehrzahl von Laseroszillatoren als die Lichtquelle 311 der Projektionseinrichtungseinheit 310 wie bei der ersten Ausführungsform verwendet werden. In solch einem Fall kann der Anpassungslinsenabschnitt (Anpassungslinseneinheit) 312a eine Mehrzahl von Linsen, die parallel angeordnet sind, um zu den Laseroszillatoren jeweilig zu korrespondieren, enthalten. Außerdem kann der Lichtführungsspiegel 312d mit einer Mehrzahl von dichroitischen Spiegeln ersetzt werden, um Lichtbündel von Laserlicht zu kombinieren, die von den Laseroszillatoren ausgegeben werden und durch den Anpassungslinsenabschnitt 312a übertragen werden.
Als eine elfte Modifikation ist es möglich, einen Anpassungsmechanismus, der eine rotierbare Welle, die den Drehspiegel 20 stützt und sich in der Links-Rechts-Richtung erstreckt, enthält, hinzuzufügen. Die rotierbare Welle kann durch zum Beispiel einen elektrischen Motor des Anpassungsmechanismus rotiert werden, um den Drehspiegel 20 um eine Rotationsachse der rotierbaren Welle zu rotieren, um eine Anzeigeposition der virtuellen Abbildung VRI und des Betrachtungsbereiches EB in der Oben-Unten-Richtung zu bewegen.
Als eine zwölfte Modifikation kann die HUD-Vorrichtung 100 auf verschiedene Arten von Fahrzeugen, zum Beispiel ein Flugzeug, ein Schiff oder ein sich nicht bewegendes Gehäuse wie zum Beispiel ein Gehäuse einer Spielmaschine und Ähnliches angewendet werden.
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 2017528739 A [0002, 0003]
JP 2017018645 A [0002, 0003]

Claims

Head-up-Anzeigevorrichtung zum Anzeigen einer virtuellen Abbildung durch ein Reflektieren eines Anzeigelichts einer Abbildung an einem Abbildungsbildungsabschnitt (3a), um eine visuelle Erkennung der Abbildung als die virtuelle Abbildung zu ermöglichen, wobei die Head-up-Anzeigevorrichtung aufweist: eine optische Wellenführung (30), die konfiguriert ist, um ein Lichtbündel des Anzeigelichts auszudehnen und das Anzeigelicht in Richtung des Abbildungsbildungsabschnitts (3a) zu führen, eine Lichtquelle (11), die konfiguriert ist, um als eine Quelle des Anzeigelichts zu fungieren, und und ein optisches Einfallsystem (IOS), das konfiguriert ist, um das Anzeigelicht durch eine Verwendung eines Lichts, das von der Lichtquelle (11) vorgesehen ist, auszugeben, sodass das Anzeigelicht, das von dem optischen Einfallsystem (IOS) ausgegeben wird, an der optischen Wellenführung (30) einfallend ist, wobei: eine erste meridionale Ebene (MS1) und eine zweite meridionale Ebene (MS2), die rechtwinklig zueinander sind, an dem optischen Einfallsystem (IOS) definiert sind, und eine erste Brennweite des optischen Einfallsystems (IOS), die an der ersten meridionalen Ebene (MS1) definiert ist, und eine zweite Brennweite des optischen Einfallsystems (IOS), die an der zweiten meridionalen Ebene (MS2) definiert ist, eingestellt sind, um voneinander verschieden zu sein.
Head-up-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei: die optische Wellenführung (30) konfiguriert ist, um das Lichtbündel des Anzeigelichts als ein astigmatisches Büschel, das eine astigmatische Brennentfernung hat, zu erhalten, und die optische Wellenführung (30) konfiguriert ist, um das Lichtbündel des Anzeigelichts auszugeben, während die astigmatische Brennentfernung bei dem Lichtbündel des Anzeigelichts, das von der optischen Wellenführung (30) ausgegeben wird, bleibt.
Head-up-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei: ein optisches Einfallsystem (IOS) enthält: eine Abbildungsvorrichtung (12), die konfiguriert ist, um die Abbildung herzustellen, und einen Projektionslinsenabschnitt (13), der konfiguriert ist, um das Anzeigelicht, das von der Abbildungsvorrichtung (12) ausgegeben wird, zu sammeln, und zumindest eine einer Mehrzahl von Beugungsflächen (14a, 14b, 15a, 15b, 16a, 16b) des Projektionslinsenabschnitts (13) gebildet ist, um eine anamorphotische Fläche zu sein, sodass die erste Brennweite und die zweite Brennweite eingestellt sind, um voneinander verschieden zu sein.
Head-up-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 3, wobei eine nächste der Mehrzahl von Beugungsflächen (14a, 14b, 15a, 15b, 16a, 16b) des Projektionslinsenabschnitts (13), die die nächste zu der optischen Wellenführung (30) entlang eines optischen Pfades ist, die anamorphotische Fläche ist.
Head-up-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei: das optische Einfallsystem (IOS) enthält: eine Abbildungsvorrichtung (12), die konfiguriert ist, um die Abbildung herzustellen, und einen Drehspiegel (220), der an einer Position, an der der Drehspiegel (220) zu einem Eingabeanschluss (33) der optischen Wellenführung (30) gegenüberliegend ist, platziert ist, wobei der Drehspiegel (220) konfiguriert ist, um das Anzeigelicht, das von einer Seite der Abbildungsvorrichtung (12) entlang eines optischen Pfades ausgegeben wird und an dem Drehspiegel (220) einfallend ist, in Richtung des Eingabeanschlusses (33) durch ein Reflektieren des Anzeigelichts zu drehen, und eine reflektierende Fläche (221) des Drehspiegels (220) gebildet ist, um eine anamorphotische Fläche zu sein, sodass die erste Brennweite und die zweite Brennweite eingestellt sind, um voneinander verschieden zu sein.
Head-up-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei: das optische Einfallsystem (IOS) enthält: eine Rastervorrichtung (312e), die konfiguriert ist, um die Abbildung durch ein Rastern des Lichtbündels des Anzeigelichts zu bilden, und einen Anpassungslinsenabschnitt (312a), der konfiguriert ist, um einen Zustand des Lichtbündels des Anzeigelichts, das zu der Rastervorrichtung (312e) durch ein Beugen des Lichtbündels des Anzeigelichts zugeführt werden soll, anzupassen, und zumindest eine einer Mehrzahl von Beugungsflächen (312b, 312c) des Anpassungslinsenabschnitts (312a) gebildet ist, um eine anamorphotische Fläche zu sein, sodass die erste Brennweite und die zweite Brennweite eingestellt sind, um voneinander verschieden zu sein.