DE112015000979T5

DE112015000979T5 - Optische Projektionseinrichtung für Anzeigelicht

Info

Publication number: DE112015000979T5
Application number: DE112015000979.5T
Authority: DE
Inventors: Junichi Matsushita
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2014-02-26
Filing date: 2015-02-26
Publication date: 2016-11-17
Anticipated expiration: 2035-02-27
Also published as: WO2015129828A1; US20160327792A1; US10095028B2; JP2015161732A; DE112015000979B4

Abstract

Es werden bereitgestellt ein erstes optisches Element (11), das transparent und in Form einer dünnen Platte ausgebildet ist; ein Fresnel-förmiger Bereich (11a), der in konzentrischer Form auf einer Oberfläche des ersten optischen Elements in der Dickenrichtung ausgebildet ist; eine Halbspiegelschicht (12), die auf einer Oberfläche eines Fresnel-förmiger Bereichs ausgebildet ist; ein zweites optisches Element (13), das aus einem transparenten Füllmaterial zur Auffüllung von Unebenheiten auf einer Oberfläche der Halbspiegelschicht ausgebildet ist, um eine ebene Fläche zu erzeugen; und eine drittes optisches Element (14), das die Form einer transparenten dünnen Platte hat, die eine äußere Oberfläche des zweiten optischen Elements schützt, wobei ein Brechungsindex des ersten optischen Elements, ein Brechungsindex der zweiten optischen Elements und ein Brechungsindex des dritten optischen Elements gleich sind.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Projektionseinrichtung für eine Anzeigebeleuchtung, die Eigenschaften hat, wonach von einer Anzeigeeinheit ausgesendetes Anzeigelicht in die Nähe einer Oberfläche reflektiert und auf einen vorbestimmten Augpunkt projiziert wird, und äußeres Licht, das auf die andere Oberfläche fällt, in einer Dickenrichtung durchgelassen wird.
Stand der Technik
In Frontscheibenanzeigen bzw. Head-Up-Anzeigen (HUD) für allgemeine Fahrzeuge werden Bilder aus Licht, die diverse Arten von anzuzeigender Information enthalten, von den Frontscheibenanzeige auf Frontscheiben (fordere Fensterscheibe) oder auf Reflexionsplatten, die als Kombiniereinheit bezeichnet werden, projiziert, um optische Pfade so zu bilden, dass das von den Frontscheiben oder dergleichen reflektierte Licht in Richtungen von Betrachtungspunkten von Fahrern gelenkt wird. Daher können die Fahrer visuelle Anzeigeinformationen der HUDs, die auf den Frontscheiben angezeigt sind, als virtuelle Bilder gleichzeitig mit der Betrachtung von Szenen vor den Fahrzeugen durch die Frontscheibe betrachten. D. h., die Fahrer können diverse Informationsarten aufgrund der Anzeige der HUDs ohne Änderung ihrer Sichtlinien betrachten, während sie im normalen Zustand des Fahrens verbleiben können.
PTL 1 offenbart, dass ein spezielles optisches Element (das der vorhergehenden Kombiniereinheit entspricht) an einer Glasoberfläche einer Frontscheibe angebracht ist. Licht, das von einer HUD ausgesendet wird, wird von der Oberfläche des optischen Elements auf der Frontscheibe reflektiert und wird in die Richtung eines Betrachtungspunkts eines Fahrers gelenkt. Da das optische Element aus einem Material hergestellt ist, das sichtbares Licht durchlässt, kann der Fahrer nicht nur ein Anzeigebild, das als ein virtuelles Bild vor dem optischen Element erzeugt ist, sondern auch ein Bild einer Szene vor dem Fahrzeug in einem Zustand wahrnehmen, in welchem das Bild die Frontscheibe und das optische Element durchläuft.
PTL 1 offenbart, das eine Fresnel-Linse auf dem optischen Element vorgesehen ist, um ein optisches Aufweitungssystem zu bilden. Folglich kann die HUD miniaturisiert werden. Da die Fresnel-Linse verwendet wird, kann die Dicke des optischen Elements reduziert werden.
Zitatliste
Patentliteratur

[PTL 1] JP-A-2012-123393

Überblick über die Erfindung
Technisches Problem
Jedoch ergibt sich in dem optischen Element in der PTL 1 ein Problem, das nachfolgend beschrieben ist. Ein Bild einer Szene oder dergleichen vor einem Fahrzeug wird durch das optische Element in der Dickenrichtung durchgelassen und erreicht den Ort der Augen eines Fahrers. Jedoch ist eine unebene Form der Fresnel-Linse auf einer Oberfläche des optischen Elements in der Nähe des Fahrers vorhanden. Da somit eine Luftschicht in direktem Kontakt mit der Oberfläche der unebenen Form ist, ergeben sich optische Eigenschaften aufgrund einer Änderung im Brechungsindex an der Grenzfläche.
Das heißt, selbst wenn ein Bild einer Szene oder dergleichen vor einem Fahrzeug durch das optische Element übertragen und von dem optischen Element zur Seite des Fahrers ausgesandt wird, wird das Bild durch die optische Vergrößerung der Fresnel-Linse beeinflusst. Wenn daher der Fahrer ein vor ihm liegendes Sichtfeld betrachtet, nimmt der Fahrer das vor ihm liegende Sichtfeld gegebenenfalls in einem Zustand wahr, in welchem das Sichtfeld lokal erweitert oder zusammengezogen ist aufgrund des Einflusses der Fresnel-Linse, oder es wird durch Verzerrung oder unregelmäßige Reflexion nur in einem Teil beeinflusst, in welchem das optische Element als eines von diversen Gebieten auf der Frontscheibe angeordnet ist. Daher kann ein Gebiet, in welchem es schwierig ist, das vordere Sichtfeld wahrzunehmen, auf der Frontscheibe durch das optische Element erzeugt werden, und daher gibt es eine Möglichkeit einer nachteiligen Beeinflussung des Fahrens.
In dem in 7 in PTL 1 dargestellten Aufbau ist eine optische Transmissions-Reflexions-Schicht 15 an einer Position benachbart zu der Oberfläche mit der unebenen Form der Fresnel-Linse angeordnet. Jedoch gibt es selbst in dem Aufbau der 7 einen Unterschied zwischen dem Brechungsindex des Materials der Fresnel-Linse und dem Brechungsindex des Materials der optischen Transmissions-Reflexions-Schicht 15. Selbst wenn daher die optische Vergrößerung in allen integrierten Komponenten der Fresnel-Linse und der optischen Transmissions-Reflexions-Schicht 15 aufgehoben werden könnte, gibt es eine hohe Wahrscheinlichkeit einer Lichthofbildung oder dergleichen aufgrund des Einflusses der inneren unregelmäßigen Reflexion.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die zuvor beschriebenen Umstände erdacht und es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine optische Projektionseinrichtung für Anzeigelicht bereitzustellen, die die Funktion einer optischen Aufweitung und eine Reflexionsfläche hat, die für die Projektion einer HUD verfügbar und in der Lage ist, eine gute Sichtbarkeit bei der Transmission zu erhalten.
Lösung des Problems
Um die zuvor beschriebene Aufgabe zu lösen, hat die optische Projektionseinrichtung für Anzeigelicht die folgenden Eigenschaften (1) bis (8).

(1) Eine optische Projektionseinrichtung für Anzeigelicht hat Eigenschaften, wonach von einer Anzeigeeinheit ausgegebenes Anzeigelicht in der Nähe einer Oberfläche reflektiert wird und zu einem vorbestimmten Augpunkt projiziert wird, und äußeres Licht, das auf die andere Oberfläche einfällt, wird in einer Dickenrichtung durchgelassen. Die optische Projektionseinrichtung für Anzeigelicht umfasst: ein erstes optisches Element, das tansparent und in Form einer dünnen Platte ausgebildet ist; einen Fresnel-förmigen Bereich, der durch mehrere Nuten bzw. Einkerbungen gebildet ist, die auf einer Oberfläche des ersten optischen Elements in einer Dickenrichtung davon konzentrisch ausgebildet sind; eine Halbspiegelschicht, die auf einer Oberfläche eines Fresnel-förmigen Bereichs ausgebildet ist; ein zweites optisches Element, das aus einem transparenten Füllmaterial zum Ausfüllen von Unebenheiten einer Oberfläche der Halbspiegelschicht ausgebildet ist, um eine ebene bzw. flache Oberfläche zu bilden; und ein drittes optisches Element, in Form einer transparenten dünnen Platte, das eine Außenfläche des zweiten optischen Element schützt. Ein Brechungsindex des ersten optischen Elements, ein Brechungsindex des zweiten optischen Elements und ein Brechungsindex des dritten optischen Elements sind im Wesentlichen gleich.
(2) In der optischen Projektionseinrichtung für Anzeigelicht mit dem Aufbau des zuvor genannten (1) können Licht-Antireflexionsschichten auf einer Oberfläche des ersten optischen Elements, die nach außen freigelegt ist, und auf einer Oberfläche des dritten optischen Elements, die nach außen freigelegt ist, ausgebildet sein.
(3) In der optischen Projektionseinrichtung für Anzeigelicht mit dem Aufbau der vorhergehenden (1) oder (2) kann die Halbspiegelschicht als ein Band-Sperr-Filter wirken, der lediglich eine spezielle Wellenlängenkomponente reflektiert.
(4) In der optischen Projektionseinrichtung für Anzeigelicht mit dem Aufbau nach einem der vorhergehenden (1) bis (3) kann die optische Projektionseinrichtung für Anzeigelicht als eine Zwischenschicht aus laminierten Glas bzw. Verbundglas angeordnet sein, aus welchem eine Fahrzeugfrontscheibe hergestellt ist.
(5) In der optischen Projektionseinrichtung für Anzeigelicht mit dem Aufbau nach einem der vorhergehenden (1) bis (4) kann ein Anordnungszustand des Fresnel-förmigen Bereichs oder eine Einfallzielposition des Anzeigelichts so festgelegt werden, dass eine optische Achse von Licht, das aus der Anzeigeeinheit auf die Halbspiegelschicht fällt, von einem Mittelpunkt der konzentrischen Form des Fresnel-förmigen Bereichs verschoben ist.
(6) In der optischen Projektionseinrichtung für Anzeigelicht mit dem Aufbau nach einem der vorhergehenden (1) bis (5) kann die gesamte Form des ersten optischen Elements und die Form des Fresnel-förmigen Bereichs die Form einer gekrümmten Oberfläche sein, die sich einer Form der Fahrzeugfrontscheibe anpasst, und eine Krümmung einer Oberfläche des Fresnel-förmigen Bereichs kann entsprechend einer Kugelfläche, die durch einen konstanten Radius beschrieben ist, oder eine asphärische Oberfläche, die durch ein Polynom beschrieben ist, festgelegt sein.
(7) In der optischen Projektionseinrichtung für Anzeigelicht mit dem Aufbau einer der zuvor genannten (1) bis (6) kann ein Abstand P, mit welchen die mehreren Vertiefungen bzw. Einkerbungen in dem Fresnel-förmigen Bereich ausgebildet sind, ein angenäherter Wert der folgenden Formel sein: P = (tanΘ·D)/Pixel, wobei Θ ein Anzeigebetrachtungswinkel, D ein Abstand zwischen einem angenommenen Augpunkt und dem Fresnel-förmigen Bereich und Pixel eine Anzahl an vertikalen oder horizontalen Pixel auf einem Anzeigebildschirm der Anzeigeeinheit ist.
(8) In der optischen Projektionseinrichtung für Anzeigelicht mit dem Aufbau nach einem der vorhergehenden (1) bis (7) kann die Halbspiegelschicht auf einer gesamten Oberfläche ausgebildet sein, mit Ausnahme eines aufrechten Wandgebiets, das sich in einer Richtung parallel zu der Dickenrichtung in Grenzbereichen der mehreren Vertiefungen bzw. Einkerbungen des Fresnel-förmigen Bereichs erstreckt.

In der optischen Projektionseinrichtung für Anzeigelicht mit dem Aufbau des vorhergehenden (1) wird das von der Anzeigeeinheit ausgesandte Anzeigelicht von der Oberfläche der Halbspiegelschicht reflektiert und zu dem Augpunkt eines Fahrers gerichtet. Das externe Licht, das von der Vorderseite des Fahrzeugs einfällt, wird durch die optische Projektionseinrichtung für Anzeigelicht durchgelassen und wird zu dem Augpunkt gelenkt. Da die Halbspiegelschicht auf der Oberfläche des Fresnel-förmigen Bereichs ausgebildet ist, bildet die Halbspiegelschicht ein optisches Aufweitungssystem in dem reflektierten Licht. Da die Brechungsindizes des ersten optischen Elements, des zweiten optischen Elements und des dritten optischen Elements im Hinblick auf das die optische Projektionseinrichtung für Anzeigelicht durchlaufenden Lichts gleich sind, gibt es keine Reflexionen an den Grenzflächen der Oberflächen. Wenn daher der Fahrer eine Szene vor dem Fahrzeug betrachtet, kann der Fahrer das durch die optische Projektionseinrichtung für Anzeigelicht durchgelassen Licht als ein gleich großes Bild wahrnehmen wie in einer normalen Szene, die durch die Frontscheibe betrachtet wird.
In der optischen Projektionseinrichtung für Anzeigelicht mit dem Aufbau des vorhergehenden (2) ist es mit den Licht-Antireflexionsschichten möglich, das Auftreten eines Geistbildes mit der gleichen Vergrößerung oder dem Lichthof zu verhindern, das aufgrund einer unregelmäßigen inneren Reflexion hervorgerufen wird.
In der optischen Projektionseinrichtung für Anzeigelicht mit dem Aufbau des zuvor genannten (3) kann durchgelassenes Licht zu dem Augpunkt des Fahrers ohne wesentliche Abschwächung in der Halbspiegelschicht gelenkt werden. Daher ist es möglich, die Sichtbarkeit in dem Falle zu verbessern, in welchem der Fahrer eine voraus liegende Szene durch die optische Projektionseinrichtung für Anzeigelicht betrachtet. In diesem Falle kann das Wellenlängenband des Anzeigelichts auf ein schmales Band unter Anwendung einer Abtasteinheit festgelegt werden, die in der Lage ist, einen einzelnen Anteil an Laserlicht oder mehrere Anteile aus R, G und B aus Laserlicht als eine Lichtquelle der Anzeigeeinheit auszusenden. Daher ist es möglich, das Anzeigelicht aus der Halbspiegelschicht, die die Funktion des Band-Sperr-Filters hat, effizient zu reflektieren.
Da die optische Projektionseinrichtung für Anzeigelicht mit dem Aufbau des zuvor genannten (4) in der Fahrzeugfrontscheibe eingebettet ist, kann die Vorderfläche der Frontscheibe in einem vorgegebenen Zustand beibehalten werden. Daher ist es möglich, das Anzeigelicht zu projizieren, ohne dass bei dem Fahrer ein unangenehmes Gefühl hervorgerufen wird.
In der optischen Projektionseinrichtung für Anzeigelicht mit dem Aufbau des zuvor genannten (5) ist es möglich, einen Einfluss eines doppelten Geistbildes, das aufgrund der Kombination eines aufgeweiteten Bildes und eines gleichgroßen Bildes hervorgerufen wird, zu reduzieren. D. h., da das von dem Fahrer betrachtete Anzeigebild ein gleich großes Bild, das von der vorderen Oberfläche oder der hinteren Oberfläche der optischen Projektionseinrichtung für Anzeigelicht reflektiert ist, und auch ein erweitertes Bild, das von der Halbspiegelschicht reflektiert und erzeugt ist, wahrnimmt, gibt es die Möglichkeit, dass ein doppeltes Geistbild wahrgenommen wird. Da die Position des aufgeweiteten Bildes und die Position des gleichgroßen Bildes deutlich voneinander abweichen, indem die optische Achse des Lichts, das auf die Halbspiegelschicht einfällt, in Bezug zu den Mittelpunkt der konzentrischen Kreise des Fresnel-förmigen Bereichs verschoben wird, wird das doppelte Bild nur selten wahrgenommen.
In der optischen Projektionseinrichtung für Anzeigelicht mit dem Aufbau des zuvor genannten (6) ist die Form der gekrümmten Oberfläche der Form der Frontscheibe des Fahrzeugs angepasst. Daher ist es möglich, die Anzeigequalität zu optimieren, wenn der Fahrer die HUD-Anzeige betrachtet.
In der optischen Projektionseinrichtung für Anzeigelicht mit dem Aufbau des zuvor genannten (7) ist es möglich, eine minimale erforderliche Auflösung entsprechend den Anzeigeeigenschaften der Anzeigeeinheit sicherzustellen. Des Weiteren ist es möglich, eine spektrale Beugung (Auftreten von Regenbogenfarben), die durch die Beugung in einem Fresnel-Randbereich oder durch ein doppeltes Geistbild, oder dergleichen hervorgerufen wird, zu vermeiden, und es ist daher möglich, das Auftreten eines flimmernden Bildes aufgrund einer unregelmäßigen Reflexion zu reduzieren.
In der optischen Projektionseinrichtung für Anzeigelicht mit dem Aufbau des zuvor genannten (8) wird die Reflexion von Licht in dem Gebiet der aufrechten Wand unterdrückt. Daher werden das Auftreten eines nicht gewünschten Lichtstrahls, der entlang eines optischen Pfades, der nicht die Transmission von normalem Licht ist, verläuft, oder eine einmalige Reflexion minimiert wird, und somit ist es möglich, das Auftreten eines flimmernden Bildes zu unterdrücken.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Die optische Projektionseinrichtung für Anzeigelicht gemäß der Erfindung hat die optische Aufweitung und die Reflexionsoberfläche, die für die Projektion der HUD verfügbar ist, und es ist daher möglich, eine verbesserte Sichtbarkeit bei Transmission im Vergleich zum Stand der Technik zu erreichen.
Die Erfindung ist zuvor in einfacher Weise beschrieben. Ferner wird ein Modus zum Ausführen der Erfindung, der nachfolgend beschrieben ist (im Weiteren als eine „Ausführungsform” bezeichnet) mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen beschrieben, um die Details der Erfindung zu verdeutlichen.
Kurze Beschreibung von Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht, die die Umgebung einer Frontscheibe eines Fahrzeugs zeigt, auf welchem eine optische Projektionseinrichtung für Anzeigelicht montiert ist, wenn die Betrachtung aus dem Inneren des Fahrzeugs heraus erfolgt.
2 ist eine Längsschnittansicht, die das gleiche Fahrzeug wie in 1 zeigt, wenn es von der Seite aus betrachtet wird.
3A ist eine Ansicht von vorne, die die optische Projektionseinrichtung für Anzeigelicht gemäß einer Ausführungsform darstellt, und 3B ist eine teilweise erweiterte Schnittansicht entlang der Linie IIIB-IIIB der 3A.
4 ist eine Längsschnittansicht, die die optische Projektionseinrichtung für Anzeigelicht im angeordneten Zustand und eine Positionsabhängigkeit zwischen einer optischen Achse einer Anzeigeeinrichtung und einem Augpunkt darstellt.
5 ist eine Längsschnittansicht, die die Form einer optischen Projektionseinrichtung für Anzeigelicht gemäß einem modifizierten Beispiel darstellt.
Beschreibung von Ausführungsformen
Mit Bezug zu den Zeichnungen wird nun eine spezielle Ausführungsform einer optischen Projektionseinrichtung für Anzeigelicht gemäß der Erfindung beschrieben.
<Spezielles Beispiel einer Nutzungsumgebung einer optischen Projektionseinrichtung für Anzeigelicht >
1 zeigt einen Zustand, in welchem die Umgebung einer Frontscheibe WS eines Fahrzeugs, auf welchem eine optische Projektionseinrichtung für Anzeigelicht gemäß der Ausführungsform montiert ist, in einer geneigten Richtung aus dem Inneren des Fahrzeugs aus betrachtet wird. 2 zeigt jede Einheit im angeordneten Zustand auf der Schnittfläche in Längsrichtung, wenn das gleiche Fahrzeug der 1 von der Seite aus betrachtet wird.
In einem in 1 und 2 dargestellten Beispiel ist die optische Projektionseinrichtung für Anzeigelicht gemäß der Ausführungsform als eine Zwischenschicht in einer Frontscheibe WS (Fensterglas) des Fahrzeugs, die aus laminierten Glas bzw. Verbundglas hergestellt ist, eingebettet. Ein Fresnel-Spiegelgebiet FM ist in der optischen Projektionseinrichtung für Anzeigelicht ausgebildet. Das Fresnel-Spiegelgebiet FM hat im Prinzip eine Halbspiegelschicht und hat Eigenschaften, wonach Licht, das auf das Fresnel-Spiegelgebiet FM von der Innenseite des Fahrzeugs einfällt, reflektiert wird und Licht, das auf das Fresnel-Spiegelgebiet FM von rechts einfällt, von außerhalb des Fahrzeugs zu der rechten Seite der 2 durchgelassen wird. Das Fresnel-Spiegelgebiet FM bildet ein optisches Aufweitungssystem, das eine Fresnel-Linse enthält. Der spezielle Aufbau der optischen Projektionseinrichtung für Anzeigelicht ist nachfolgend detailliert erläutert.
In dem in 1 dargestellten Fahrzeug ist eine Frontscheibenanzeige(HUD)-Einheit 20 unter einem Armaturenbrett 22 vor einer Messeinheit 21 angeordnet. Die HUD-Einheit 20 enthält im Inneren beispielsweise eine Flachpanel-Anzeige, etwa ein durchlässiges Flüssigkristall-Panel, und eine Beleuchtungsquelle (Rückseitenlicht). Auf einem Bildschirm der Flachpanel-Anzeige werden beispielsweise diverse Arten von Information, etwa Fahrzeuggeschwindigkeit, die für das Fahren zweckdienlich sind, als visuelle Information, etwa Text, Zahlen, Zeichen, bei Bedarf angezeigt. Anzeigelicht, das ein Bild der angezeigten visuellen Information enthält, kann von der HUD-Einheit 20 durch Beleuchtung des Bildschirms mit dem Rückseitenlicht ausgesandt werden.
Eine Öffnung 22a mit rechteckiger Form ist in dem Bereich des Armaturenbretts 22 über der HUD-Einheit 20 ausgebildet. Anzeigelicht, das von der HUD-Einheit 20 ausgesendet wird, wird über die Öffnung 22a zu der darüber angeordneten Frontscheibe WS gelenkt. Das zuvor beschriebene Fresnel-Spiegelgebiet FM ist in einem Bereich der Frontscheibe WS angeordnet, auf den das Anzeigelicht von der HUD-Einheit 20 fällt.
Folglich trifft das von der HUD-Einheit 20 ausgesandte Anzeigelicht auf die Oberfläche der Frontscheibe WS, wird von dem Fresnel-Spiegelgebiet FM reflektiert und erreicht einen Augpunkt EP, der den vermuteten Orten der Augen des Fahrers entspricht. Da das Anzeigelicht in dem Fresnel-Spiegelgebiet FM reflektiert wird, wird das von dem Fahrer wahrgenommene Anzeigebild als ein virtuelles Bild erzeugt, das auf einer Oberfläche zur Erzeugung eines virtuellen Bildes 24 vor (beispielsweise 10 m von der Vorderseite) der Frontscheibe WS anzuzeigen ist. Da das Fresnel-Spiegelgebiet FM das in dem Inneren des Fahrzeugs aus der Vorderseite des Fahrzeugs eintreffende Licht wie in der Frontscheibe WS durchlässt, kann der Fahrer eine Szene vor dem Fahrzeug durch das Fresnel-Spiegelgebiet FM betrachten. D. h., der Fahrer kann die Szene vor dem Fahrzeug und das von der HUD-Einheit 20 anzuzeigende Anzeigebild gleichzeitig in überlappendem Zustand betrachten.
Durch Verwendung einer Fresnel-Linse in dem Fresnel-Spiegelgebiet FM ist die Dicke reduziert, so dass das Fresnel-Spiegelgebiet FM in der Frontscheibe WS eingebettet werden kann. Da das Fresnel-Spiegelgebiet FM ein optisches Aufweitungssystem bildet, ist es nicht erforderlich, intern ein optisches Aufweiten in der HUD-Einheit 20 vorzusehen. Im Vergleich zu einem Fall, in welchem ein optisches Aufweitungssystem intern in der HUD-Einheit 20 vorgesehen ist, kann eine Öffnungsfläche der Öffnung 22a reduziert werden.
Es ist ein Gitter 23 in der Nähe der Öffnung 22a vorgesehen. Das Gitter 23 hat die Funktion, unerwünschtes externes Licht in die Nähe der Öffnung 22a zu reflektieren, um zu unterdrücken, dass das externe Licht zu dem Augpunkt EP gelenkt wird. Daher kann die Sichtbarkeit der HUD-Anzeige verbessert werden.
<Aufbau der optischen Projektionseinrichtung für Anzeigelicht>
3A ist eine Frontansicht, die die optische Projektionseinheit für Anzeigelicht gemäß einer Ausführungsform darstellt. 3B ist eine teilweise aufgeweitete Schnittansicht entlang der Linie IIIB-IIIB der 3A.
In der Ausführungsform ist die optische Projektionseinrichtung für Anzeigelicht als eine Kombiniereinheit 10 ausgebildet, die das Anzeigelicht der HUD-Einheit 20 projiziert. Die Kombiniereinheit 10 hat eine rechteckige Form, wie in 3A dargestellt ist, und ist mit einer größeren Baugröße als das in 1 dargestellte Fresnel-Spiegelgebiet FM ausgebildet. Die Baugrößen der Kombiniereinheit 10 und des Fresnel-Spiegelgebiets FM sind nicht auf diese Größenbeziehung zueinander beschränkt. Die Baugrößen können entsprechend einer Spezifizierung gestaltet sein, die von der Kombiniereinheit 10 und dem Fresnel-Spiegelgebiet FM einzuhalten ist.
Wie in 3B dargestellt ist, ist die Kombiniereinheit 10 aus mehreren Schichten aufgebaut, die in ihrer Dickenrichtung gestapelt sind. Insbesondere umfasst die Kombiniereinheit 10 eine Fresnel-Linse 11, eine Halbspiegelschicht 12, eine versiegelte Schicht bzw. Versiegelungsschicht 13, eine transparente Platte 14 und AR-Beschichtungen 15 und 16.
Die Fresnel-Linse 11 ist in Form einer dünnen Platte mit einem Material, etwa Glas oder Kunstharz (beispielsweise Polymethylmethacrylat-Kunstharz: PMMA) aufgebaut, dessen Brechungsindex (n1) bekannt ist. Ein Fresnel-förmiger Bereich 11a ist auf einer Oberfläche der Fresnel-Linse 11 in der Dickenrichtung ausgebildet und die andere Oberfläche davon ist als eine flache Oberfläche 11c ausgebildet.
Wie in 3A gezeigt ist, hat der Fresnel-förmige Bereich 11a viele Einkerbungen bzw. Vertiefungen, die ausgehend von der Mitte der Fresnel-Linse 11 zueinander konzentrisch sind, und Zwischenräume zwischen den zueinander benachbarten Einkerbungen sind als Erhebungen ausgebildet. Daher hat der Fresnel-förmige Bereich 11a eine sägezahnförmige vordere Fläche im Querschnitt der Oberfläche, die in 3B dargestellt ist. Durch diese Form der vorderen Oberfläche wird optisch eine Linse erzeugt. Ein Abstand (Fresnel-Abstand) P, mit denen die Einkerbungen und Erhebungen in dem Fresnel-förmige Bereich 11a ausgebildet sind, ist nachfolgend beschrieben.
Die Halbspiegelschicht 12 ist an der Vorderfläche des Fresnel-förmigen Bereichs 11a der Fresnel-Linse 11 ausgebildet. Insbesondere wird die Halbspiegelschicht 12 hergestellt, indem ein Metall oder eine anorganische mehrlagige Dünnschicht auf der vorderen Oberfläche abgeschieden wird. In der Ausführungsform ist die Halbspiegelschicht 12 so ausgebildet, dass sie eine Lichtreflexivität von 20% in der Halbspiegelschicht 12 hat. Die Dicke der ausgebildeten Halbspiegelschicht 12 ist auf weniger als 100 [nm] festgelegt.
In der Ausführungsform ist der Bereich einer aufrechten Fresnel-Wand 11b des Fresnel-förmigen Bereichs 11a als ein Abscheideziel ausgenommen, wenn die Halbspiegelschicht 12 ausgebildet wird. D. h., die Halbspiegelschicht 12 wird auf der gesamten Oberfläche mit Ausnahme des Gebiets der aufrechten Fresnel-Wand 11b ausgebildet, die sich in einer Richtung senkrecht zu der Dickenrichtung an den Grenzbereichen der mehreren Einkerbungen des Fresnel-förmigen Bereichs 11a erstreckt. Da in diesem Falle die Halbspiegelschicht 12 in dem Bereich bzw. an der Stelle der aufrechten Fresnel-Wand 11b nicht vorhanden ist, werden Reflexionen an der aufrechten Fresnel-Wand 11b, die einen optischen Pfad mit Ausnahme für die normale bzw. senkrechte Transmission bildet, oder eine einmalige Reflexion unterdrückt, und somit kann das Auftreten eines nicht gewünschten Lichtstrahls, der aufgrund der Reflexion hervorgerufen wird, minimiert werden. Folglich wird auch das Auftreten eines Flimmerbildes reduziert.
Die versiegelte Schicht 13 ist vorgesehen, um den umgebenden Bereich des Fresnel-förmigen Bereichs 11a der Fresnel-Linse 11 abzudecken und um eine ebene Oberfläche zu erzeugen. Die versiegelte Schicht bzw. Versiegelungsschicht 13 wird gebildet, indem beispielsweise ein transparentes Material, etwa durch ultraviolett-(UV)Licht aushärtbares Kunstharz, eingefüllt und ausgehärtet wird. Lediglich Material mit einem Brechungsindex (n3), der im Wesentlichen gleich ist zu der Fresnel-Linse 11 ist, wird als das Material verwendet, aus welchem die versiegelte Schicht bzw. Versiegelungsschicht 13 hergestellt wird.
Eine Oberfläche 13a der versiegelten Schicht 13 ist in der Dickenrichtung flach bzw. eben und eine Oberfläche 13b, die an dem Fresnel-förmige Bereich 11a und der Halbspiegelschicht 12 anhaftet, ist mit einer vorderen Oberfläche in einer Form ausgebildet, die komplementär zu der Unebenheit des Fresnel-förmigen Bereichs 11a ist.
Die transparente Platte 14 ist vorgesehen, um die vordere Fläche der Kombiniereinheit 10 zu schützen. Die transparente Platte 14 ist aus einem transparenten Material mit einem Brechungsindex (n2) hergestellt, der im Wesentlichen gleich dem der Fresnel-Linse 11 ist und sie ist in der Form einer dünnen Platte ausgebildet.
Wie in 3A gezeigt ist, sind die Antireflexions-(AR-)Beschichtungen 15 und 16 auf zwei äußeren Oberflächen bzw. Außenflächen der Kombiniereinheit 10 in der Dickenrichtung ausgebildet. Daher ist es möglich, eine Reflexion von Licht, das von außen auf die Kombiniereinheit 10 einfällt, und von Licht, das von der Kombiniereinheit 10 von den vorderen Flächen ausgesandt wird, zu verhindern. Folglich ist es insbesondere möglich, das Auftreten eines Geistbildes in der gleichen Vergrößerung oder mit dem gleichen Lichthof zu verhindern, das aufgrund der internen unregelmäßigen Reflexion hervorgerufen wird.
Die in 3A und 3B dargestellte Kombiniereinheit 10 ist so eingebettet, dass sie als eine Zwischenschicht in der Frontscheibe WS in dem in 1 und 2 dargestellten Beispiel integriert ist. D. h., die Halbspiegelschicht 12 der Kombiniereinheit 10 bildet das in 1 und 2 dargestellte Fresnel-Spiegelgebiet FM. Die Halbspiegelschicht 12 bildet den der Fresnel-Spiegel mit optischer Vergrößerung entsprechend der Form des Fresnel-förmigen Bereichs 11a, und bildet daher ein optisches Aufweitungssystem für Licht, das aus der HUD-Einheit 20 eintrifft. Daher ist es möglich, ein virtuelles Bild an einer Position (die Oberfläche zur Erzeugung eines virtuellen Bildes 24) in der Ferne vor der Frontscheibe WS zu erzeugen.
In dem in 1 und 2 dargestellten Beispiel ist die Kombiniereinheit 10 mit der Frontscheibe WS als Einheit aufgebaut, aber die unabhängige Kombiniereinheit 10 kann an einer anderen Stelle in Bezug zu der Frontscheibe WS, beispielsweise auf dem Armaturenbrett 22 in einem geneigten Zustand angeordnet werden.
<Beschreibung der typischen Betriebsweise>
In der in 3A und 3B dargestellten Kombiniereinheit 10 sind der Brechungsindex (n1) des Materials der Fresnel-Linse 11, der Brechungsindex (n2) des Materials der transparenten Platte 14 und der Brechungsindex (n3) des Materials der versiegelten Schicht 13 jeweils zueinander gleich festgelegt. Daher ist es möglich, eine Brechung von Licht, die aufgrund einer Differenz im Brechungsindex an der Grenze zwischen der Fresnel-Linse 11 und der versiegelten Schicht 13 und der Grenze zwischen der versiegelten Schicht 13 und der transparenten Platte 14 hervorgerufen würde, zu verhindern.
Daher wird beispielsweise eine Szene vor dem Fahrzeug, die von dem Fahrer an dem Augpunkt EP, der in 2 dargestellt ist, wahrgenommen wird, als ein Bild mit der gleichen Vergrößerung ohne Auftreten einer optischen Vergrößerung wahrgenommen, selbst wenn einfallendes Licht durch das Fresnel-Spiegelgebiet FM hindurch geht. D. h., ein Unterschied in der Größe, der Position, der Form oder dergleichen des Bildes der betrachteten Szene tritt nicht auf im Vergleich zu Fällen, wonach die Szene vor dem Fahrzeug über das Fresnel-Spiegelgebiet FM betrachtet wird und wonach die Szene über andere Gebiete auf der Frontscheibe WS wahrgenommen wird. Selbst wenn daher das Fresnel-Spiegelgebiet FM verwendet wird, kann ein zum Fahren erforderliches gutes Sichtfeld gewährleistet werden. Da die Reflexion von Licht an der vorderen Fläche und der hinteren Fläche der Kombiniereinheit 10 durch die AR-Beschichtungen 15 und 16 unterdrückt wird, ist es möglich, das Auftreten eines Geistbildes mit gleicher Vergrößerung oder gleichem Lichthof, das durch die interne unregelmäßige Reflexion hervorgerufen würde, zu verhindern.
Durch die Anordnung der Kombiniereinheit 10 einschließlich des optischen Aufweitungssystems unter Verwendung der Fresnel-Linse 11 auf der Frontscheibe WS oder in der Nähe der Frontscheibe WS kann ein virtuelles Bild mit einem weiten Winkel des Sichtfeldes mittels der HUD-Einheit 20 angezeigt werden. Da es ferner nicht notwendig ist, ein optisches Aufweitungssystem auf Seite der HUD-Einheit 20 vorzusehen, kann die HUD-Einheit 20 in der Baugröße verkleinert werden, und somit kann auch die Fläche der Eröffnung 22a reduziert werden.
<Beschreibung des Fresnel-Abstands P>
In der in 3B dargestellten Kombiniereinheit 10 ist ein Abstand, mit welchem die mehreren Einkerbungen in dem Fresnel-förmigen Bereich 11a ausgebildet sind, d. h., der Fresnel-Abstand P, so festgelegt, dass er näherungsweise ein Wert der folgenden Formel oder ein kleinerer Wert als der angenäherte Wert ist: P = (tanΘ·D)/Pixel (1), wobei Θ ein Winkel zur Betrachtung der Anzeige bzw. ein Anzeigebetrachtungswinkel ist, D ein Abstand zwischen einem angenommenen Augpunkt und dem Fresnel-förmigen Bereich ist und Pixel die Anzahl vertikaler oder horizontale Pixel auf dem Anzeigebildschirm der HUD-Einheit 20 ist.
Wenn beispielsweise die Anzahl an vertikalen oder horizontalen Pixel auf einem Bildschirm einer Flachpanel-Anzeige innerhalb der HUD-Einheit 20 640 [Pixel] beträgt, ein Anzeigebetrachtungswinkel Θ gleich 16 [Grad], und ein Abstand D = 1000 [mm] angenommen wird, dann wird P = 0,45 [mm] aus der vorhergehenden Formel (1) erhalten.
Durch Festlegung des Fresnel-Abstandes P des Fresnel-förmigen Bereichs 11a auf diese Weise, ist es möglich, eine erforderliche minimale Punkt-Pixel-Anzeigeleistung zu gewährleisten, die für die HUD-Einheit 20 im Hinblick auf ein Anzeigebild erforderlich ist, das von dem Fahrer an dem Augpunkt EP betrachtet wird. Des weiteren ist es möglich, eine spektrale Beugung (Auftreten von Regenbogenfarben) zu vermeiden, die aufgrund der Beugung an einem Fresnel-Randbereich oder eine Geistbilderscheinung eines doppelten Bildes oder dergleichen hervorgerufen wird, und daher ist es möglich, das Auftreten eines Flimmerbildes, das durch eine unregelmäßige Reflexion hervorgerufen wird, zu reduzieren.
<Beschreibung eines modifizierten Beispiel>
<Anwenden eines Band-Sperr-Filters>
In der in 3B dargestellten Kombiniereinheit 10 ist die Halbspiegelschicht 12 so ausgebildet, dass sie die Funktion eines Band-Sperr-Filters hat. D. h., die Eigenschaften sind so ausgebildet, das Reflexionseigenschaften für Licht aus der Halbspiegelschicht 12 entsprechend einem Unterschied in einer Wellenlänge variieren.
Wenn beispielsweise eine Laser-Lichtquelle als in Lichtquelle für Anzeigelicht, das auf die Kombiniereinheit 10 einfällt, verwendet wird, wird das Laser-Licht nur in einem sehr schmalen Wellenlängenband ausgesendet. Die Halbspiegelschicht 12 ist ausgebildet, die Eigenschaften eines Band-Sperr-Filters zu haben, wonach nur das Laser-Licht des Wellenlängenbandes reflektiert wird und das gesamte Licht anderer Wellenlängen durchgelassen wird. Folglich kann äußeres Licht in einen Wellenlängenband, das nicht das Wellenlängenband des Laser-Lichts ist, durch die Halbspiegelschicht 12 ohne wesentliche Abschwächung hindurch treten. Selbst wenn daher ein Fahrer eine Szene vor einem Fahrzeug durch das Fresnel-Spiegelgebiet FM wahrnimmt, ist die Durchlässigkeit der Kombiniereinheit 10 hoch. Daher ist es möglich, die Szene in einen Zustand großer Helligkeit wie in einem Gebiet wahrzunehmen, das nicht das Fresnel-Spiegelgebiet FM ist.
Wenn eine Vollfarbenanzeige von der HUD-Einheit 20 bereitgestellt wird, können drei Laser-Lichtquellen, die Laser-Licht mit den Wellenlängen für R, G und B aussenden, verwendet werden. In diesem Falle ist die Halbspiegelschicht 12 ausgebildet, die Eigenschaften des Band-Sperr-Filters zu haben, wonach Licht mit dem Wellenlängenband R, mit dem Wellenlängenband G und dem Wellenlängenband B reflektiert wird.
Wenn eine Laser-Lichtquelle verwendet wird, kann ein vollständiges rechteckiges Gebiet gleichmäßig durch sequenzielle Abtastung jedes Gebiets einer Anzeigeoberfläche in der linken, rechten, oberen und unteren Richtung unter Anwendung einer Laser-Abtasteinheit beleuchtet werden, und somit kann das Anzeigelicht erzeugt werden.
<Einstellung der optischen Achse und Gestaltung>
Ein Anordnungszustand der Kombiniereinheit 10 (optische Projektionseinrichtung für Anzeigelicht) und eine Positionsbeziehungen zwischen einer optischen Achse einer Anzeigeeinrichtung und eines Augpunkts sind in 4 dargestellt.
In einer allgemein betrachteten Anordnung ist eine optische Achse A1 von Licht, das von der HUD-Einheit 20 ausgesendet wird, so gestaltet, dass sie die Mitte der Kombiniereinheit 10 trifft, d. h., eine Fresnel-Mitte SC der Fresnel-Linse 11, wie in 4 gezeigt ist. In diesem Falle wird ein Anzeigebild der HUD-Einheit 20 von der Halbspiegelschicht 12 so reflektiert, dass das Anzeigebild an einer Position eines Augpunkts EP1, der der Fresnel-Mittel FC zugewandt ist, wahrgenommen werden kann.
Andererseits wird in dem modifizierten Beispiel Licht, das von der HUD-Einheit 20 ausgesendet wird, so bezüglich der Position gesteuert, dass das Licht an einer Position verläuft, die zu der Fresnel-Mittel FC als optische Achse A2, die in 4 dargestellt ist, versetzt ist. In diesem Falle wird ein Anzeigebild der HUD-Einheit 20 an einer Position reflektiert, die in Bezug auf die Fresnel-Mittel FC nach oben verschoben ist und wird so erzeugt, dass es an einem Augpunkt EP2 wahrgenommen wird.
Es gibt die Möglichkeit, dass das unter dem Augpunkt EP betrachtete Anzeigebild ein unnötiges Bild enthält, das von der vorderen Fläche und der hinteren Fläche der Kombiniereinheit 10 reflektiert wird und den Augpunkt EP sowie das von der Halbspiegelschicht 12 reflektierte Anzeigebild erreicht. Daher wird in einigen Fällen entsprechend ein zweifaches Geistbild wahrgenommen. Wenn jedoch ein optischer Pfad des Anzeigebilds von der Fresnel-Mitte FC abweicht, wie in der in 4 dargestellten optischen Achse A2, wird die Differenz eines optischen Pfades zwischen einem aufgeweiteten Bild, das von der Halbspiegelschicht 12 reflektiert wird, und einem gleichgroßen Bild, das von der vorderen Oberfläche oder der hinteren Oberfläche der Kombiniereinheit 10 reflektiert wird, vergrößert, und somit wird das doppelte Geistbild nur selten gesehen.
<Anwendung einer gekrümmten Oberflächenform>
Die Querschnittsform einer Kombiniereinheit 10B (optische Projektionseinrichtung für Anzeigelicht) gemäß dem modifizierten Beispiel ist in 5 dargestellt.
Wie in 1 und 2 dargestellt ist, ist es wünschenswert, wenn die Kombiniereinheit 10 als die Zwischenschicht in der Frontscheibe WS montiert ist, die Form der Kombiniereinheit in die gekrümmte Oberflächenform zu ändern, wie dies in der Kombiniereinheit 10B der Fall ist, die in 5 dargestellt ist, um die Qualität der HUD-Anzeige zu optimieren.
Wenn eine Krümmung (Basiskrümmung) der Fresnel-Oberfläche optisch in der Kombiniereinheit 10B, die in 5 dargestellt ist, vorgesehen wird, wird die Krümmung entsprechend einer Kugelfläche festgelegt, die mit einem konstanten Radius (R) ausgedrückt wird, oder entsprechend einer asphärischen Oberfläche, die als ein Polynom ausgedrückt ist, um eine Anpassung an die gekrümmte Oberflächenform zu erreichen, die für die Frontscheibe WS vorgegeben ist.
Folglich wird die Qualität der HUD-Anzeige verbessert, und somit kann die gleiche Sichtbarkeit in der Durchlassrichtung erreicht werden wie im Falle, wenn die Betrachtung durch die normale Frontscheibe WS folgt, selbst wenn ein vorderes Sichtfeld durch das Fresnel-Spiegelgebiet FM betrachtet wird.
Es werden nun die Eigenschaften der Ausführungsform der optischen Projektionseinrichtung für Anzeigelicht gemäß der zuvor beschriebenen Erfindung in den folgenden (1) bis (8) einfach aufgeführt.

(1) Eine optische Projektionseinrichtung für Anzeigelicht (Kombiniereinheit 10), die Eigenschaften hat, wonach von einer Anzeigeeinheit (HUD-Einheit 20) ausgesendetes Anzeigelicht in der Nähe einer Oberfläche reflektiert und zu einem vorbestimmten Augpunkt (EP) projiziert wird, und externes Licht, das auf die andere Oberfläche einfällt, in einer Dickenrichtung durchgelassen wird, wobei die optische Projektionseinrichtung für Anzeigelicht (Kombiniereinheit 10) umfasst: ein erstes optisches Element (Fresnel-Linse 11), das transparent ist und in Form einer dünnen Platte ausgebildet ist; einen Fresnel-förmigen Bereich (11a), der durch mehrere Einkerbungen, die zueinander konzentrisch sind, auf einer Oberfläche des ersten optischen Elements in seiner Dickenrichtung ausgebildet sind; eine Halbspiegelschicht (12), die auf einer Oberfläche eines Fresnel-förmigen Bereichs ausgebildet ist; ein zweites optisches Element (versiegelte Schicht bzw. Versiegelungsschicht 13), das aus einem transparenten Füllmaterial zum Auffüllen von Unebenheiten in einer Oberfläche der Halbspiegelschicht hergestellt ist, um eine ebene Oberfläche zu erzeugen; und ein drittes optisches Element (transparente Platte 14), das die Form einer transparenten dünnen Platte hat, die eine Außenfläche des zweiten optischen Elements schützt, wobei ein Brechungsindex des ersten optischen Elements, ein Brechungsindex des zweiten optischen Elements und ein Brechungsindex des dritten optischen Elements im Wesentlichen gleich sind.
(2) Die optische Projektionseinrichtung für Anzeigelicht mit dem Aufbau des zuvor genannten (1), wobei Licht-Antireflexionsschichten (AR-Beschichtungen 15 und 16) auf einer Oberfläche des ersten optischen Elements, die nach außen zeigt, und einer Oberfläche des dritten optischen Elements, die nach außen zeigt, ausgebildet sind.
(3) Die optische Projektionseinrichtung für Anzeigelicht mit dem Aufbau der vorherigen (1) oder (2), wobei die Halbspiegelschicht eine Band-Sperr-Filterfunktion ausführt, die nur eine spezielle Wellenlängenkomponente reflektiert.
(4) Die optische Projektionseinrichtung für Anzeigelicht mit dem Aufbau nach einem der vorhergehenden (1) bis (3), wobei die optische Projektionseinrichtung für Anzeigelicht als eine Zwischenschicht eines laminiertes Glases bzw. Verbundglases angeordnet ist, aus welchem eine Fahrzeugfrontscheibe (WS) gebildet wird.
(5) Die optische Projektionseinrichtung für Anzeigelicht mit dem Aufbau nach einem der vorhergehenden (1) bis (4), wobei ein Anordnungszustand des Fresnel-förmigen Bereichs oder eine Einfallzielposition des Anzeigelichts so festgelegt sind, dass eine optische Achse (A2) von Licht, das von der Anzeigeeinheit auf die Halbspiegelschicht trifft, von einem Mittelpunkt (Fresnel-FC) der konzentrischen Form des Fresnel-förmigen Bereichs verschoben ist.
(6) Die optische Projektionseinrichtung für Anzeigelicht (Kombiniereinheit 10B) mit dem Aufbau nach einem der vorhergehenden (1) bis (5), wobei die gesamte Form des ersten optischen Elements und die Form des Fresnel-förmigen Bereichs eine Form einer gekrümmten Oberfläche haben, die einer Form einer Fahrzeugfrontscheibe angepasst ist und eine Krümmung einer Oberfläche des Fresnel-förmigen Bereichs entsprechend einer Kugelfläche, die mit einem konstanten Radius ausgedrückt ist, oder einer asphärischen Oberfläche, die doch ein Polynom ausgedrückt ist, festgelegt ist.
(7) Die optische Projektionseinrichtung für Anzeigelicht mit dem Aufbau nach einem der vorhergehenden (1) bis (6), wobei ein Abstand P, mit welchen die mehreren Einkerbungen in dem Fresnel-förmigen Bereich ausgebildet sind, ein Näherungswert der folgenden Formel ist: P = (tanΘ·D)/Pixel wobei Θ ein Anzeigebetrachtungswinkel ist, D ein Abstand zwischen einem angenommenen Augpunkt und dem Fresnel-förmigen Bereich ist, und Pixel die Anzahl vertikaler oder horizontaler Pixel auf einem Anzeigebildschirm der Anzeigeeinheit ist.
(8) Die optische Projektionseinrichtung für Anzeigelicht mit dem Aufbau nach einem der vorhergehenden (1) bis (7), wobei die Halbspiegelschicht auf einer vollständigen Oberfläche ausgebildet ist, wobei ein aufrechtes Wandgebiet (aufrechte Fresnel-Wand 11b), das sich in einer Richtung parallel zu der Dickenrichtung in Grenzbereichen der mehreren Einkerbungen des Fresnel-förmiger Bereichs erstreckt, ausgenommen ist.

Die Erfindung ist mit Bezug zu der detaillierten oder speziellen Ausführungsform beschrieben, wobei jedoch für den Fachmann ersichtlich ist, dass die Erfindung in diversen Arten modifiziert oder korrigiert werden kann, ohne von dem Grundgedanken und dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
Es wird die Priorität der japanischen Patentanmeldung ( japanischen Patentanmeldung mit der Nummer 2014-035492 ) beansprucht, die am 26. Februar 2014 eingereicht wurde und deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme mit eingeschlossen ist.
Industrielle Anwendbarkeit
Gemäß der Erfindung ist es möglich, vorteilhafte Wirkungen zu erreichen, wonach die optische Aufweitungsfunktion und die Reflexionsoberfläche, die für die Projektion der HUD verfügbar ist, und eine gute Sichtbarkeit bei Transmission erreicht werden. Die Erfindung mit den vorteilhaften Wirkungen ist zweckdienlich für eine optische Projektionseinrichtung für Anzeigelicht mit den Eigenschaften, wonach Licht, das von einer Anzeigeeinheit ausgesendet wird, in der Nähe einer Oberfläche reflektiert und zu einem vorbestimmten Augpunkt projiziert wird, und wonach äußeres Licht, das auf die andere Oberfläche fällt, in einer Dickenrichtung durchgelassen wird.
Bezugszeichenliste

10: Kombiniereinheit
11: Fresnel-Linse
11a: Fresnel-förmiger Bereich
11b: aufrechte Fresnel-Wand
11c: Ebene Oberfläche
12: Halbspiegelschicht
13: Versiegelte Schicht bzw. Versiegelungsschicht
13a, 13b: Oberfläche
14: Transparente Platte
15, 16: AR-Beschichtung
20: HUD-Einheit
21: Messeinheit
22: Armaturenbrett
22a: Öffnung
23: Gitter
24: Oberfläche zur Erzeugung eines virtuellen Bildes
EP: Augpunkt
FM: Fresnel-Spiegelgebiet
WS: Frontscheibe

Claims

Eine optische Projektionseinrichtung für Anzeigelicht mit Eigenschaften, wonach Licht, das von einer Anzeigeeinheit ausgesendet wird, in der Nähe einer Oberfläche reflektiert und zu einem vorbestimmten Augpunkt projiziert wird, und wonach äußeres Licht, das auf die andere Oberfläche trifft, in einer Dickenrichtung durchgelassen wird, wobei die optische Projektionseinrichtung für Anzeigelicht umfasst: ein erstes optisches Element, das transparent ist und in Form einer dünnen Platte ausgebildet ist; einen Fresnel-förmigen Bereich, der durch mehrere Einkerbungen, die konzentrisch zueinander sind, auf einer Oberfläche des ersten optischen Elements in einer Dickenrichtung davon ausgebildet ist; eine Halbspiegelschicht, die auf einer Oberfläche eines Fresnel-förmigen Bereichs ausgebildet ist; ein zweites optisches Element, das aus einem transparenten Füllmaterial zum Auffüllen von Unebenheiten einer Oberfläche der Halbspiegelschicht ausgebildet ist, um eine ebene Fläche zu bilden; und ein drittes optisches Element, das die Form einer transparenten dünnen Platte hat und eine äußere Fläche des zweiten optischen Elements schützt, wobei ein Brechungsindex des ersten optischen Elements, ein Brechungsindex des zweiten optischen Elements und ein Brechungsindex des dritten optischen Elements im Wesentlichen gleich sind.
Die optische Projektionseinrichtung für Anzeigelicht nach Anspruch 1, wobei Licht-Antireflexions-Schichten auf einer Oberfläche des ersten optischen Elements, die nach außen frei liegt, und einer Oberfläche des dritten optischen Elements, die nach außen frei liegt, ausgebildet sind.
Die optische Projektionseinrichtung für Anzeigelicht nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Halbspiegelschicht als ein Band-Sperr-Filter dient, der nur eine spezielle Wellenlängenkomponente reflektiert.
Die optische Projektionseinrichtung für Anzeigelicht nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die optische Projektionseinrichtung für Anzeigelicht als eine Zwischenschicht eines Verbundglases angeordnet ist, aus welchem eine Fahrzeugefrontscheibe hergestellt ist.
Die optische Projektionseinrichtung für Anzeigelicht nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Anordnungszustand des Fresnel-förmigen Bereichs oder eine Einfallzielposition des Anzeigelichts so festgelegt sind, dass eine optische Achse von Licht, das aus der Anzeigeeinheit auf die Halbspiegelschicht einfällt, zu einer Mitte der konzentrischen Form des Fresnel-förmigen Bereichs versetzt ist.
Die optische Projektionseinrichtung für Anzeigelicht nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die gesamte Form des ersten optischen Elements und die Form des Fresnel-förmigen Bereichs die Form einer gekrümmten Oberfläche, die einer Form der Fahrzeugfrontscheibe angepasst ist, haben, und eine Krümmung einer Oberfläche des Fresnel-förmigen Bereichs entsprechend einer Kugelfläche, die mit einem konstanten Radius ausgedrückt ist, oder einer asphärischen Oberfläche, die als ein Polynom ausgedrückt ist, festgelegt ist.
Die optische Projektionseinrichtung für Anzeigelicht nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Abstand P, mit welchen die mehreren Einkerbungen in dem Fresnel-förmigen Bereich ausgebildet sind, ein Näherungswert der folgenden Formel ist: P = (tanΘ·D)/Pixel, wobei Θ ein Anzeigebetrachtungswinkel ist, D ein Abstand zwischen einem angenommenen Augpunkt und dem Fresnel-förmigen Bereich ist und Pixel eine Anzahl an vertikalen oder horizontalen Pixel auf einem Anzeigebildschirm der Anzeigeeinheit ist.
Die optische Projektionseinrichtung für Anzeigelicht nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Halbspiegelschicht auf einer gesamten Oberfläche ausgebildet ist, wobei ein aufrechtes Wandgebiet, das sich in einer Richtung parallel zu der Dickenrichtung in Grenzbereichen der mehreren Einkerbungen des Fresnel-förmiger Bereichs erstrecken, ausgenommen ist.