DE112015002632T5

DE112015002632T5 - Projektionsanzeigevorrichtung für ein fahrzeug

Info

Publication number: DE112015002632T5
Application number: DE112015002632.0T
Authority: DE
Inventors: Takeyoshi Watanabe
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2014-06-03
Filing date: 2015-05-15
Publication date: 2017-03-09
Also published as: CN106461947A; CN106896503A; CN106461947B; US20170082854A1; WO2015186488A1; US10437053B2; CN106896503B

Abstract

Eine Projektionsanzeigevorrichtung (eine HUD-Vorrichtung (100, 200)) für ein Fahrzeug, die ausgestattet ist mit: einer Projektionseinheit (einer Anzeigevorrichtung (10)), die Licht, das ein Bild bildet, als ein Anzeigebild auf eine Anzeigeoberfläche einer Windschutzscheibe (WS) oder dergleichen projiziert; einem optischen System (einem konkaven Spiegel (50)), das das von der Projektionseinheit projizierte Licht zur Anzeigeoberfläche leitet; und einem Einstellmechanismus (die Anzeigevorrichtung 10 und ein optisches Zwischenbilderzeugungselement (230)), der das Licht einstellt, bevor es in das optische System eingeleitet wird, um somit Licht, das von einem gekrümmten Bild stammt, von dem zumindest ein Teil gekrümmt ist, in das optische System einzuleiten.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Projektionsanzeigevorrichtung für ein Fahrzeug, die eine Anzeige durchführt, indem sie die Reflektion von Licht an einer Windschutzscheibe (Fensterglas) eines Fahrzeugs nutzt.
Stand der Technik
Beispielsweise projiziert eine allgemeine Fahrzeug-Head-Up-Anzeigevorrichtung (hiernach als ”HUD-Vorrichtung” bezeichnet) ein Bild aus Licht, das verschiedene anzuzeigende Teilinformationen umfasst, auf eine vordere Windschutzscheibe oder einen Combiner (Reflektionsplatte) in der Nähe der vorderen Windschutzscheibe und bildet einen Strahlengang, so dass das von der vorderen Windschutzscheibe oder dergleichen reflektierte Licht in der Blickpunktrichtung eines Fahrers ausgerichtet ist. Während er visuell das Panorama vor dem Fahrzeug erkennt, kann der Fahrer dementsprechend das Bild (hiernach als ”Anzeigebild” bezeichnet) visuell erkennen, das von der HUD-Vorrichtung projiziert wird, die das Bild auf die vordere Windschutzscheibe oder dergleichen als virtuelles Bild reflektiert. Mit anderen Worten kann der Fahrer, während er einen normalen Fahrzustand beibehält, das Anzeigebild durch die HUD-Anzeige visuell erkennen, ohne eine Blickrichtung zu bewegen.
Jedoch gibt es bei der Vorrichtung, die das Anzeigebild auf eine Oberfläche der Windschutzscheibe oder dergleichen in ähnlicher Weise wie die HUD-Vorrichtung projiziert, einen Fall, bei dem eine Verzerrung im virtuellen Bild erzeugt wird, die durch den Fahrer visuell erkannt wird. Beispielsweise umfassen Beispiele für einen Grund für die Verzerrung die Tatsache, dass der Fahrer das Anzeigebild, das auf die Oberfläche der Windschutzscheibe projiziert wird, aus einer schrägen Richtung betrachtet, und die Tatsache, dass die Oberfläche selbst der Windschutzscheibe eine Form einer leicht gekrümmten Oberfläche aufweist. Da eine Krümmung an jeder Stelle der Windschutzscheibe oder ein Neigungswinkel bezüglich einer horizontalen Oberfläche (oder einer rechtwinkligen Oberfläche) schwankt, gibt des des Weiteren Fälle, in denen verschiedene Verzerrungen im virtuellen Bild abhängig von dieser Situation erzeugt werden. In einem Fall, in dem das Anzeigebild unter Verwendung eines optischen Vergrößerungssystems projiziert wird, gibt es außerdem einen Fall, bei dem die Verzerrung aufgrund der gekrümmten Oberflächenform einer Linse und eines Spiegels erzeugt wird, die in dem optischen Vergrößerungssystem enthalten sind. Die Verzerrung beeinflusst die Sichtbarkeit des Anzeigebilds negativ.
Üblicherweise ist bei einer solchen Verzerrung (Aberration) die dreidimensionale Verzerrung des Anzeigebilds (des virtuellen Bilds), die durch ”Bildoberflächenkrümmung” verursacht wird, einer der Hauptgründe für die Verschlechterung der Sichtbarkeit des Anzeigebilds.
Da die Verzerrung des dreidimensionalen Anzeigebilds verringert wird, projiziert die in der Patentschrift 1 beschriebene HUD-Vorrichtung (hiernach als ”Vorrichtung des Standes der Technik” bezeichnet) das Laserlicht, das von einem Lasermodul emittiert wird, auf einen Bildschirm, der in der Mitte des optischen Systems der HUD-Vorrichtung vorgesehen ist und der in einer vorgegebenen Form gekrümmt ist, bevor sie das Laserlicht auf die Windschutzscheibe oder dergleichen projiziert. Danach wird das Licht, das von dem auf den Bildschirm projizierten Bild (dem gekrümmten Bild) emittiert (reflektiert) wird, über einen Spiegel mit zurückgenommener Oberfläche oder dergleichen auf die Windschutzscheibe projiziert. Auf diese Weise korrigiert die Vorrichtung des Standes der Technik die Bildoberflächenkrümmung des virtuellen Bildes, indem sie einmal das gekrümmte Bild auf dem gekrümmten Bildschirm bildet.
Liste der Literaturstellen
Patentschriften

[PTL 1] JP-A-2013-25205

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Wie oben beschrieben, verringert die Vorrichtung des Standes der Technik die dreidimensionale Verzerrung des Anzeigebildes (des virtuellen Bildes), die durch die ”Bildoberflächenkrümmung” verursacht wird, die aufgrund der Eigenschaften der Windschutzscheibe oder dergleichen erzeugt wird, indem sie den Bildschirm, der eine bestimmte Form aufweist, in der Mitte (des Strahlengangs) des optischen Systems der HUD-Vorrichtung einsetzt.
Da jedoch bei der Vorrichtung des Standes der Technik das Licht gestreut wird, wenn das Licht durch die Oberfläche des Bildschirms reflektiert wird, und die Lichtmenge, die auf die nachgelagerte Seite des Strahlengangs übertragen wird, verringert wird, ist die Nutzungseffizienz des Lichts nicht ausgezeichnet. Des Weiteren besteht in einem Fall, in dem von außen kommendes Licht, wie etwa Sonnenlicht, auf den Bildschirm fällt, eine Möglichkeit, dass sich die Sichtbarkeit des Anzeigebilds aufgrund des von außen kommenden Lichts verschlechtert.
Angesichts der oben beschriebenen Situation ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Projektionsanzeigevorrichtung für ein Fahrzeug bereitzustellen, die die Bildoberflächenkrümmung, die aufgrund einer Form einer Windschutzscheibe oder dergleichen und eines optischen Systems einer HUD-Vorrichtung erzeugt wird, verringern kann, ohne den Bildschirm, der eine bestimmte Form aufweist, im Strahlengang vorzusehen, und die die Sichtbarkeit des Anzeigebildes verbessern kann.
Lösung des Problems
Um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen, weist eine erfindungsgemäße Projektionsanzeigevorrichtung für ein Fahrzeug die folgenden Eigenschaften (1) bis (11) auf.

(1) Eine Projektionsanzeigevorrichtung für ein Fahrzeug, die die visuelle Erkennung eines virtuellen Bildes eines Anzeigebildes von einem vorgegebenen Augenpunkt erlaubt, wobei die Vorrichtung umfasst: einen Projektionsabschnitt, der als das Anzeigebild abzubildendes Licht auf eine Anzeigeoberfläche projiziert, die durch ein Lichtreflektionselement in einer Windschutzscheibe eines Fahrzeugs oder in der Nähe der Windschutzscheibe gebildet wird; ein optisches System, das das von dem Projektionsabschnitt projizierte Licht zur Anzeigeoberfläche leitet; und einen Einstellmechanismus, der das Licht einstellt, bevor es in das optische System eingeleitet wird, um zu ermöglichen, dass Licht, das von einem gekrümmten Bild stammt, von dem zumindest ein Teil gekrümmt ist, in das optische System eingeleitet wird.
(2) Die Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug nach dem oben beschriebenen Punkt (1), wobei der Einstellmechanismus eine dünne plattenartige oder filmartige flexible Anzeigevorrichtung, die ein Teil des Projektionsabschnitts ist und Flexibilität aufweist, und ein Formhalteelement umfasst, das eine Form der flexiblen Anzeigevorrichtung in einem Zustand hält, in dem zumindest ein Teil der flexiblen Anzeigevorrichtung gekrümmt ist, und wobei die flexible Anzeigevorrichtung das gekrümmte Bild bildet und das von dem gekrümmten Bild emittierte Licht in das optische System einleitet.
(3) Die Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug nach dem oben beschriebenen Punkt (2), wobei das Formhalteelement ein Basissubstrat umfasst, das die flexible Anzeigevorrichtung trägt und eine Oberfläche aufweist, die in einer vorgegebenen Form gekrümmt ist.
(4) Die Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug nach dem oben beschriebenen Punkt (3), wobei die flexible Anzeigevorrichtung an der Oberfläche des Basissubstrats anhaftet und so fixiert ist, dass sie die entlang der Oberfläche gekrümmte Form aufweist.
(5) Die Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug nach dem oben beschriebenen Punkt (4), wobei die flexible Anzeigevorrichtung durch einen Füllstoff, der einen Raum zwischen der flexiblen Anzeigevorrichtung und dem Basissubstrat auffüllt und verfestigt ist, so fixiert ist, dass sie die entlang der Oberfläche gekrümmte Form des Basissubstrats aufweist.
(6) Die Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug nach dem oben beschriebenen Punkt (2), wobei das Formhalteelement einen beweglichen Tragemechanismus umfasst, der gegen einen Teil der flexiblen Anzeigevorrichtung anliegt und in der Lage ist, den gekrümmten Zustand der flexiblen Anzeigevorrichtung abhängig von der Bewegung des beweglichen Tragemechanismus zu verändern.
(7) Die Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug nach einem der oben beschriebenen Punkte (2) bis (6), wobei die flexible Anzeigevorrichtung eine Form aufweist, die Aberration korrigiert, die mit einer Bildoberflächenkrümmung zusammenhängt, die durch Eigenschaften von zumindest einem von dem optischen System und der Anzeigeoberfläche verursacht wird und in dem virtuellen Bild erzeugt wird.
(8) Die Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug nach einem der oben beschriebenen Punkte (2) bis (7), die des Weiteren umfasst: ein optisches Korrekturelement, das an einer nachgeschalteten Seite eines Strahlengangs der flexiblen Anzeigevorrichtung angeordnet ist und eine Linsenoberfläche aufweist, die in einer Form gekrümmt ist, die sich von der flexiblen Anzeigevorrichtung unterscheidet.
(9) Die Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Einstellmechanismus ein optisches Zwischenbilderzeugungselement aufweist, das in der Lage ist, ein Zwischenbild zu bilden, das eine Form aufweist, von der zumindest ein Teil gekrümmt ist, indem es das von dem Projektionsabschnitt projizierte Licht verwendet, wobei das optische Zwischenbilderzeugungselement das Zwischenbild als das gekrümmte Bild bildet und das von dem Zwischenbild emittierte Licht in das optische System einleitet.
(10) Die Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug nach dem oben beschriebenen Punkt (9), wobei das optische Zwischenbilderzeugungselement das Zwischenbild bildet, das eine Form aufweist, die die Aberration korrigiert, die mit der Bildoberflächenkrümmung zusammenhängt, die durch Eigenschaften von zumindest einem von dem optischen System und der Anzeigeoberfläche verursacht wird und in dem virtuellen Bild erzeugt wird.
(11) Die Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug nach dem oben beschriebenen Punkt (9), wobei das optische Zwischenbilderzeugungselement zumindest eines von einer optischen Linse, einer Fresnel-Linse und einem Mikrolinsenarray umfasst.

Gemäß der Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug mit dem Aufbau des oben beschriebenen Punktes (1) ist es möglich, die Bildoberflächenkrümmung zu korrigieren, da das Licht, das so eingestellt wird, dass es das Licht ist, das von dem gekrümmten Bild stammt, von dem zumindest ein Teil gekrümmt ist, in das optische System eingeleitet wird, indem die Form des gekrümmten Bildes unter Berücksichtigung der Bildoberflächenkrümmung, die aufgrund der Form oder dergleichen der Windschutzscheibe erzeugt wird, eingestellt wird. Da es nicht nötig ist, den Bildschirm zu verwenden, anders als bei der Vorrichtung des Standes der Technik, wird ohne eine Verschlechterung der Nutzungseffizienz des Lichts eine Verschlechterung der Sichtbarkeit des Anzeigebilds, die durch von außen kommendes Licht verursacht wird, ebenfalls vermieden.
Gemäß der Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug mit dem Aufbau des oben beschriebenen Punktes (2) wird, da die Oberfläche der flexiblen Anzeigevorrichtung gekrümmt ist, das Bild (das gekrümmte Bild), das basierend auf der Form gebildet wird, in das optische System eingeleitet. Dementsprechend ist es möglich, die Aberration der Bildoberflächenkrümmung zu korrigieren.
Gemäß der Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug mit dem Aufbau des oben beschriebenen Punktes (3) ist es möglich, die gekrümmte Form der flexiblen Anzeigevorrichtung im Vorhinein in einer Form auszubilden, die für die Korrektur der Bildoberflächenkrümmung notwendig ist.
Gemäß der Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug mit dem Aufbau des oben beschriebenen Punktes (4) ist es möglich, die gekrümmte Form der flexiblen Anzeigevorrichtung in einer gewünschten Form auszubilden, nur durch einfaches Anhaften.
Gemäß der Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug mit dem Aufbau des oben beschriebenen Punktes (5) ist es möglich, die Form in einem Zustand zu fixieren, in dem die flexible Anzeigevorrichtung in einer gewünschten gekrümmten Form gekrümmt ist.
Gemäß der Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug mit dem Aufbau des oben beschriebenen Punktes (6) ist es durch das Bewegen des beweglichen Tragemechanismus möglich, die gekrümmte Form der flexiblen Anzeigevorrichtung wie benötigt einzustellen. Dementsprechend ist es beispielsweise möglich, die gekrümmte Form entsprechend der tatsächlichen Oberflächenform der Windschutzscheibe des Fahrzeugs einzustellen, und die Aberration der Bildoberflächenkrümmung zu korrigieren.
Gemäß der Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug mit dem Aufbau des oben beschriebenen Punktes (7) wird, da der gekrümmte Zustand der flexiblen Anzeigevorrichtung unter Berücksichtigung der Bildoberflächenkrümmung bestimmt wird, die durch die Form oder dergleichen der Windschutzscheibe verursacht wird, die Bildoberflächenkrümmung effektiv verringert, und die Sichtbarkeit des Anzeigebildes wird verbessert.
Gemäß der Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug mit dem Aufbau des oben beschriebenen Punktes (8) ist es möglich, die Aberration der Bildoberflächenkrümmung mit hoher Genauigkeit zu korrigieren. Mit anderen Worten ist die flexible Anzeigevorrichtung flexibel, aber wenn die Form gekrümmt ist, besteht eine bestimmte Einschränkung oder Grenze, und ein Kurve, die einer Form einer sphärischen Oberfläche ähnlich ist, ist in einigen Fällen nicht möglich. Durch Kombinieren des optischen Korrekturelements, das in einer Form gekrümmt ist, die sich von der flexiblen Anzeigevorrichtung unterscheidet, und der flexiblen Anzeigevorrichtung ist es hier möglich, verschiedene Bildoberflächenkrümmungen zu korrigieren.
Gemäß der Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug mit dem Aufbau des oben beschriebenen Punktes (9) bildet das optische Zwischenbilderzeugungselement das Zwischenbild (das gekrümmte Bild), von dem zumindest ein Teil gekrümmt ist, und das von dem Zwischenbild stammende Licht wird in das optische System eingeleitet. Dementsprechend ist es möglich, die Aberration der Bildoberflächenkrümmung zu korrigieren.
Gemäß der Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug mit dem Aufbau des oben beschriebenen Punktes (10) wird, da die Form des Zwischenbildes unter Berücksichtigung der Bildoberflächenkrümmung bestimmt wird, die durch die Form oder dergleichen der Windschutzscheibe verursacht wird, die Bildoberflächenkrümmung effektiv verringert, und die Sichtbarkeit des Anzeigebildes wird verbessert.
Gemäß der Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug mit dem Aufbau des oben beschriebenen Punktes (11) ist es ohne Verschlechterung der Lichtübertragungseffizienz möglich, das von dem Zwischenbild emittierte Licht an das optische System zu liefern. Dementsprechend ist es möglich, die Nutzungseffizienz des Lichts zu verbessern.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der erfindungsgemäßen Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug ist es ohne die Verwendung eines speziellen Bildschirms, anders als im Stand der Technik, möglich, die ”Bildoberflächenkrümmung” zu verringern, die aufgrund der Form oder dergleichen der Windschutzscheibe und das optische System der HUD-Vorrichtung erzeugt wird, und die Sichtbarkeit des Anzeigebildes zu verbessern.
Die vorliegende Erfindung wurde oben kurz beschrieben. Des Weiteren werden durch das Durchlesen der Aspekte (hiernach als ”Ausführungsformen” bezeichnet) zur Durchführung der Erfindung, die im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, spezifische Details der vorliegenden Erfindung deutlicher.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Längsschnittdarstellung, die eine Positionsbeziehung zwischen jedem Element in einem Fall darstellt, in dem ein Fahrzeug, das mit einer HUD-Einheit bestückt ist, von einer Seite betrachtet wird.
2 ist eine Strahlengangansicht, die einen Strahlengang in einem Fall darstellt, in dem eine Oberfläche einer Anzeigevorrichtung in der Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug, das in 1 gezeigt wird, eine flache Oberfläche ist.
3 ist eine Strahlengangansicht, die einen Strahlengang in einem Fall darstellt, in dem die Oberfläche der Anzeigevorrichtung in der Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug, das in 1 gezeigt wird, gekrümmt ist.
Die 4(A) und 4(B) sind Längsschnittdarstellungen, die eine Ausbildung der Anzeigevorrichtung in der Dickenrichtung im ”Ausbildungsbeispiel 1” darstellen, und jede stellt einen Zustand vor der Integration einer Mehrzahl von Elementen und nach der Integration dar.
Die 5(A) und 5(B) sind Längsschnittdarstellungen, die eine Ausbildung einer Anzeigevorrichtung im ”Ausbildungsbeispiel 2” und ein Trageelement davon in der Dickenrichtung darstellen, und jede stellt einen Zustand vor der Integration einer Mehrzahl von Elementen und nach der Integration dar.
6 ist eine Längsschnittdarstellung, die eine Ausbildung einer Anzeigevorrichtung im ”Ausbildungsbeispiel 3” und ein Trageelement davon in der Dickenrichtung darstellt.
7 ist eine Längsschnittdarstellung, die eine Ausbildung einer Anzeigevorrichtung im ”Ausbildungsbeispiel 4” und ein Trageelement davon in der Dickenrichtung darstellt.
8 ist eine Längsschnittdarstellung, die eine Ausbildung einer Anzeigevorrichtung im ”Ausbildungsbeispiel 5” und ein Trageelement davon in der Dickenrichtung darstellt.
9 ist eine perspektivische Darstellung, die eine Anzeigevorrichtung im ”Ausbildungsbeispiel 6” und ein optisches Korrekturelement davon darstellt.
10 ist eine Längsschnittdarstellung, die eine Positionsbeziehung zwischen jedem Element darstellt, wenn das Fahrzeug, das mit der HUD-Einheit bestückt ist, von einer Seite betrachtet wird.
11 ist eine Strahlengangansicht, die einen Strahlengang in einem Fall darstellt, in dem die Oberfläche der Anzeigevorrichtung in der Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug, das in 10 gezeigt wird, eine flache Oberfläche ist.
12 ist eine Strahlengangansicht, die einen Strahlengang in einem Fall darstellt, in dem die Oberfläche der Anzeigevorrichtung in der Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug, das in 10 gezeigt wird, gekrümmt ist.
13 ist eine Strahlengangansicht, die eine Ausbildung und einen Strahlengang der Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug der Ausführungsform darstellt.
Beschreibung von Ausführungsformen
(Erste Ausführungsform)
Eine erste Ausführungsform, die sich auf eine erfindungsgemäße Projektionsanzeigevorrichtung für ein Fahrzeug bezieht, wird im Folgenden unter Bezugnahme auf jede Zeichnung beschrieben.
<Basis-Ausbildungsbeispiel einer Projektionsanzeigevorrichtung für ein Fahrzeug>
Eine Positionsbeziehung jedes Elements in einem Fall, in dem ein Fahrzeug, das mit der Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug (hiernach als ”HUD-Vorrichtung 100 bezeichnet) nach der Ausführungsform bestückt ist, von einer Seite betrachtet wird, wird in 1 dargestellt.
Die in 1 dargestellte HUD-Vorrichtung 100 ist auf der Innenseite eines Armaturenbretts eines Fahrzeugs untergebracht, und ist ausgebildet, in der Lage zu sein, Licht, das ein Anzeigebild umfasst, nach oben von einem Öffnungsabschnitt 70 zu emittieren, der an einem Teil an einer oberen Oberfläche des Armaturenbretts ausgebildet ist.
An der Innenseite der HUD-Vorrichtung 100 sind eine Anzeigevorrichtung 10, ein Spiegel 50 mit zurückgenommener Oberfläche und ein Anzeigesteuerabschnitt, der nicht gezeigt ist, vorgesehen. Die Anzeigevorrichtung 10 weist eine Anzeigeoberfläche auf, die ein beliebiges zweidimensionales Bild anzeigen kann. In einem Fall einer allgemeinen Anzeigevorrichtung ist die Anzeigeoberfläche davon eine flache Oberfläche, aber wie später beschrieben werden wird, wird bei der Anzeigevorrichtung 10 der Ausführungsform eine Oberfläche 10a (das heißt eine Anzeigeoberfläche) in einer gekrümmten Form gehalten.
Auf der Anzeigeoberfläche der Anzeigevorrichtung 10 werden die Informationen, die beim Fahren im Fahrzeug helfen, beispielsweise Zeicheninformationen, wie etwa ein Wert der Autogeschwindigkeit oder ”km/h”, wie benötigt angezeigt. Wie in 1 dargestellt, wird das Licht, das das zweidimensionale Anzeigebild umfasst, das auf der Anzeigeoberfläche der Anzeigevorrichtung 10 angezeigt wird, von der Anzeigevorrichtung 10 emittiert und zum Spiegel 50 mit zurückgenommener Oberfläche ausgerichtet, und wird durch eine Oberfläche des Spiegels 50 mit zurückgenommener Oberfläche reflektiert, und wird von dem Öffnungsabschnitt 70 emittiert. Das von dem Öffnungsabschnitt 70 emittierte Licht wird durch die Oberfläche einer Windschutzscheibe WS reflektiert, und wird zu einem Augenpunkt EP hin ausgerichtet. An einer Position des Augenpunkts EP kann ein Fahrer dementsprechend visuell das Anzeigebild erkennen, das durch die HUD-Vorrichtung 100 projiziert wird. Praktisch erkennt der Fahrer ein virtuelles Bild 60 visuell, das an einer vorgegebenen Position angezeigt wird, die weiter entfernt als die Windschutzscheibe WS ist. Da der Spiegel 50 mit zurückgenommener Oberfläche eine optische Vergrößerung aufweist, kann die Projektion in einem Zustand vorgenommen werden, in dem das durch den Fahrer visuell zu erkennende Anzeigebild vergrößert ist.
Ferner wird im Beispiel der 1 das durch die HUD-Vorrichtung 100 emittierte Licht durch die Oberfläche der Windschutzscheibe WS reflektiert, aber anstelle der Windschutzscheibe WS kann ein optisches Reflektionselement, das Combiner genannt wird, oder ein Halbspiegel verwendet werden.
<Beschreibung des Strahlengangs>
Ein Strahlengang in einem Fall, in dem die Oberfläche 10a der Anzeigevorrichtung 10 in der Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug, das in 1 gezeigt wird, flach ist, wird in 2 gezeigt. Indes wird ein Strahlengang in einem Fall, in dem die Oberfläche 10a der Anzeigevorrichtung 10 gekrümmt ist, in 3 gezeigt.
In den 2 und 3 zeigt ein Punkt f einen Fokuspunkt des Spiegels 50 mit zurückgenommener Oberfläche an, und ein Punkt c zeigt einen sphärischen Mittelpunkt des Spiegels 50 mit zurückgenommener Oberfläche an. Ferner wird in den 2 und 3 ein Fall betrachtet, in dem der Spiegel 50 mit zurückgenommener Oberfläche einen einfachen Krümmungsradius aufweist, um das Verständnis eines Prinzips der vorliegenden Erfindung zu erleichtern.
In einem Fall, in dem die Oberfläche 10a der Anzeigevorrichtung 10 flach ist, wie es in 2 dargestellt ist, bildet ein virtuelles Bild 60A ein Bild auf der gekrümmten Oberfläche, da der Einfluss der Form (gekrümmte Oberflächenform) einer Reflektionsoberfläche des Spiegels 50 mit zurückgenommener Oberfläche aufgenommen wird. Daher wird eine Bildoberflächenkrümmung erzeugt, wenn der Fahrer das virtuelle Bild 60A betrachtet, und es wird eine Verzerrung bezüglich der Tiefenrichtung einer optischen Achse erzeugt.
Indes wird in 3 der Einfluss der gekrümmten Oberflächenform der Reflektionsoberfläche des Spiegels 50 mit zurückgenommener Oberfläche korrigiert, und die Form der Oberfläche 10a der Anzeigevorrichtung 10 ist gekrümmt. Wie in 3 dargestellt ist, bildet daher ein virtuelles Bild 60B das Bild auf einer Ebene, und die Bildoberflächenkrümmung wird nicht erzeugt, wenn der Fahrer das virtuelle Bild 60B betrachtet. Dementsprechend ist es auch in einem Fall, in dem der Spiegel 50 mit zurückgenommener Oberfläche im optischen System verwendet wird, ohne den Einfluss zu empfangen, möglich, die Sichtbarkeit des Anzeigebildes zu verbessern.
In den 2 und 3 ist nur der Einfluss des Spiegels mit zurückgenommener Oberfläche 50 dargestellt; da die Oberfläche der Windschutzscheibe WS allgemein eine gekrümmte Oberfläche ist, gibt es jedoch praktisch auch einen Fall, in dem die zu 2 ähnliche Bildoberflächenkrümmung aufgrund des Einflusses der gekrümmten Oberfläche der Windschutzscheibe WS erzeugt wird.
Daher ist es bezüglich der Form der Oberfläche 10a der Anzeigevorrichtung 10 notwendig, die gekrümmte Oberfläche unter Berücksichtigung sowohl des Einflusses des Spiegels 50 mit zurückgenommener Oberfläche wie auch des Einflusses der Windschutzscheibe WS zu bestimmen. Dementsprechend wird, wie in 3 zu sehen, das virtuelle Bild 60B, das keine Bildoberflächenkrümmung aufweist, erhalten.
<Beschreibung der Anzeigevorrichtung 10 und damit zusammenhängender Elemente>
Wie in 3 dargestellt, wird ein Ausbildungsbeispiel zur Verwirklichung der Anzeigevorrichtung 10, das die gekrümmte Oberfläche 10a aufweist, im Folgenden beschrieben.
<Ausbildungsbeispiel 1
Die 4(A) und 4(B) sind Längsschnittdarstellungen, die eine Ausbildung der Anzeigevorrichtung 10 in der Dickenrichtung im ”Ausbildungsbeispiel 1” darstellen, und jede Zeichnung stellt einen Zustand vor der Integration einer Mehrzahl von Elementen und nach der Integration dar. Ferner wird, um das Verständnis der Struktur zu erleichtern, in den 4(A) und 4(B) die Dickenrichtung gegenüber der tatsächlichen Größe vergrößert dargestellt. Die praktische Anzeigevorrichtung 10 weist eine filmartige oder dünne plattenartige Form auf, bei der die Dicke ungefähr von 1 mm bis mehrere mm beträgt.
Die Anzeigevorrichtung 10, die in den 4(A) und 4(B) dargestellt ist, ist aus einer organischen EL-Anzeigeelementschicht 11, einem flexiblen transparenten Harzsubstrat 12 und einem transparenten Basissubstrat 13 ausgebildet. Die organische EL-Anzeigeelementschicht 11 und das flexible transparente Harzsubstrat 12 sind eine so genannte flexible Anzeigevorrichtung und weisen eine Flexibilität auf. Ferner werden bei der Ausführungsform die Anzeigevorrichtung 10, die aus der organischen EL-Anzeigeelementschicht 11 und dem flexiblen transparenten Harzsubstrat 12 ausgebildet sind, beschrieben, jedoch ist es möglich, eine Anzeigevorrichtung einzusetzen, die nicht auf die oben beschriebene Anzeigevorrichtung 10 beschränkt ist, solange die Anzeigevorrichtung eine Flexibilität aufweist.
In der organischen EL-Anzeigeelementschicht 11 sind mehrere feine organische EL-Anzeigeelemente in der Längsrichtung (Horizontalrichtung der 4) und in der seitlichen Richtung (Tiefenrichtung von 4) in einem konstanten Intervall ausgebildet. Obwohl dies nicht dargestellt ist, ist jedes organische EL-Anzeigeelement aus einer Dichtungsschicht, einem negativen Pol, einem organischen Halbleiter, einem positiven Pol, einer Treiberschaltung und einem Transistor (TFT) ähnlich wie ein allgemeines organisches EL-Anzeigeelement aufgebaut.
Da die organische EL-Anzeigeelementschicht 11 auf dem flexiblen transparenten Harzsubstrat 12 ausgebildet ist, kann die organische EL-Anzeigeelementschicht 11 Flexibilität aufweisen und wie nötig gekrümmt werden. Ferner wird bei der Ausführungsform, wie in 4(B) gezeigt, um die Anzeigevorrichtung 10 zu verwirklichen, bei der die Form in einem gekrümmten Zustand fixiert ist, das harte transparente Basissubstrat 13 integriert.
Das transparente Basissubstrat 13 wird im Vorhinein in eine bestimmte gekrümmte Form gebracht, die notwendig ist, um die Bildoberflächenkrümmung durch die gekrümmte Oberflächenform der Reflektionsoberfläche des Spiegels 50 mit zurückgenommener Oberfläche, der in 1 gezeigt ist, und die Oberflächenform der Windschutzscheibe WS zu korrigieren. Wie in 4(A) gezeigt wird, wird durch das Schichten der organischen EL-Anzeigeelementschicht 11 und des flexiblen transparenten Harzsubstrats 12 auf dem transparenten Basissubstrat 13 und durch Fixieren (beispielsweise Anhaften) der Oberflächen aneinander in einem fest angehafteten Zustand die gesamte Anzeigevorrichtung 10 in einer gekrümmten Form ausgebildet, wie in 4(B) gezeigt wird.
Daher ist es durch das Bestücken der HUD-Vorrichtung 100, die in 1 gezeigt wird, mit der Anzeigevorrichtung 10, die in 4(B) gezeigt wird, möglich, das virtuelle Bild 60B, das keine Bildoberflächenkrümmung aufweist, zu erhalten, wie in 3 gezeigt.
Ferner ist im Ausbildungsbeispiel der 4(A) und 4(B) das transparente Basissubstrat 13 aus einem transparenten Material aufgebaut, da das transparente Basissubstrat 13 sich in der Emittierrichtung des Lichts befindet, jedoch kann in einem Fall, in dem das transparente Basissubstrat 13 auf der gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, das transparente Basissubstrat 13 aus einem opaken Material ausgebildet sein.
<Ausbildungsbeispiel 2>
Die 5(A) und 5(B) sind Längsschnittdarstellungen, die eine Ausbildung einer Anzeigevorrichtung 10B im ”Ausbildungsbeispiel 2” und ein Trageelement davon in der Dickenrichtung darstellen, und jede Zeichnung stellt einen Zustand vor der Integration einer Mehrzahl von Elementen und nach der Integration dar.
Die Anzeigevorrichtung 10B, die in den 5(A) und 5(B) dargestellt ist, ist eine so genannte flexible Anzeigevorrichtung und weist eine Flexibilität auf. An der Anzeigevorrichtung 10B sind mehrere feine organische EL-Anzeigeelemente in der Längsrichtung (Horizontalrichtung der 5) und in der seitlichen Richtung (Tiefenrichtung von 5) in einem konstanten Intervall ausgebildet. Obwohl dies nicht dargestellt ist, ist jedes organische EL-Anzeigeelement aus einer Dichtungsschicht, einem negativen Pol, einem organischen Halbleiter, einem positiven Pol, einer Treiberschaltung und einem Transistor (TFT) ähnlich wie ein allgemeines organisches EL-Anzeigeelement aufgebaut.
In der Ausführungsform wird, um die Form der Anzeigevorrichtung 10B in einem gekrümmten Zustand zu halten, wie in 4(B) gezeigt, ein gekrümmtes flächiges Trageelement 21 verwendet. Die Oberflächenform des gekrümmten flächigen Trageelements 21 wird in einer im Vorhinein bestimmten Form ausgeformt. Mit anderen Worten wird das gekrümmte flächige Trageelement 21 in der gekrümmten Oberflächenform der Reflektionsoberfläche des Spiegels 50 mit zurückgenommener Oberfläche, der in 1 gezeigt ist, ausgeformt, oder in einer Form, die notwendig ist, um die Aberration der Bildoberflächenkrümmung aufgrund der gekrümmten Oberflächenform der Windschutzscheibe WS zu korrigieren.
Wie in 5(A) gezeigt, wird in einem Zustand, in dem die Anzeigevorrichtung 10B geschichtet ist und fest an der Oberfläche des gekrümmten flächigen Trageelements 21 anhaftet, die Anzeigevorrichtung 10B durch Kleben und Anhaften fixiert. Wie in 5(B) gezeigt ist, ist es dementsprechend in einem gekrümmten Zustand möglich, die Form der Anzeigevorrichtung 10B zu halten.
Daher ist es durch das Bestücken der HUD-Vorrichtung 100, die in 1 gezeigt wird, mit der Anzeigevorrichtung 10B, die in 5(B) gezeigt wird, möglich, das virtuelle Bild 60B, das keine Bildoberflächenkrümmung aufweist, zu erhalten, wie in 3 gezeigt.
Da ferner in dem Ausbildungsbeispiel der 5(A) und 5(B) das gekrümmte flächige Trageelement 21 sich auf der der Emittierrichtung des Lichts entgegengesetzten Seite befindet, ist das gekrümmte flächige Trageelement 21 aus einem opaken Material ausgebildet, in einem Fall jedoch, in dem das gekrümmte flächige Trageelement 21 sich in der Emittierrichtung des Lichts befindet, ist es notwendig, das gekrümmte flächige Trageelement 21 durch ein transparentes Material auszubilden.
<Ausbildungsbeispiel 3>
6 ist eine Längsschnittdarstellung, die eine Ausbildung der Anzeigevorrichtung im ”Ausbildungsbeispiel 3” und das Trageelement davon in der Dickenrichtung darstellt.
Die Anzeigevorrichtung 10B, die in 6 dargestellt ist, ist eine so genannte flexible Anzeigevorrichtung und weist eine Flexibilität auf. An der Anzeigevorrichtung 10B sind mehrere feine organische EL-Anzeigeelemente in der Längsrichtung (Horizontalrichtung der 6) und in der seitlichen Richtung (Tiefenrichtung von 6) in einem konstanten Intervall ausgebildet. Obwohl dies nicht dargestellt ist, ist jedes organische EL-Anzeigeelement aus einer Dichtungsschicht, einem negativen Pol, einem organischen Halbleiter, einem positiven Pol, einer Treiberschaltung und einem Transistor (TFT) ähnlich wie ein allgemeines organisches EL-Anzeigeelement aufgebaut.
In der Ausführungsform wird, um die Form der Anzeigevorrichtung 10B in einem gekrümmten Zustand zu halten, ein Trageelement 22 und Füllstoff 23 verwendet. Mit anderen Worten, wenn die Anzeigevorrichtung 10B auf dem ebenenartigen Trageelement 22 fixiert wird, wird die Anzeigevorrichtung 10B gekrümmt, um die im Vorhinein bestimmte Fläche aufzuweisen, und der Raum eines Hohlraums zwischen der Anzeigevorrichtung 10B und dem Trageelement 22 wird mit dem Füllstoff 23 aufgefüllt. Während der Füllstoff 23 verfestigt wird, wird, wie in 6 gezeigt wird, die Form der Anzeigevorrichtung 10B fixiert, und die Anzeigevorrichtung 10B wird auf dem Trageelement 22 fixiert.
Die gekrümmte Form der Anzeigevorrichtung 10B in einem Zustand, in dem die Form fixiert wird, wird so ausgeformt, dass sie der gekrümmten Oberflächenform der Reflektionsoberfläche des Spiegels 50 mit zurückgenommener Oberfläche, der in 1 gezeigt ist, entspricht, oder in einer Form, die notwendig ist, um die Aberration der Bildoberflächenkrümmung aufgrund der gekrümmten Oberflächenform der Windschutzscheibe WS zu korrigieren.
Daher ist es durch das Bestücken der HUD-Vorrichtung 100, die in 1 gezeigt wird, mit der Anzeigevorrichtung 10B, die in 6 gezeigt wird, möglich, das virtuelle Bild 60B, das keine Bildoberflächenkrümmung aufweist, zu erhalten, wie in 3 gezeigt.
Da ferner in dem Ausbildungsbeispiel von 6 das Trageelement 22 und der Füllstoff 23 sich auf der der Emittierrichtung des Lichts entgegengesetzten Seite befinden, sind das Trageelement 22 und der Füllstoff 23 aus einem opaken Material ausgebildet, in einem Fall jedoch, in dem das Trageelement 22 und der Füllstoff 23 sich in der Emittierrichtung des Lichts befinden, ist es notwendig, das Trageelement 22 und den Füllstoff 23 durch ein transparentes Material auszubilden.
<Ausbildungsbeispiel 4>
7 ist eine Längsschnittdarstellung, die eine Ausbildung der Anzeigevorrichtung im ”Ausbildungsbeispiel 4” und das Trageelement davon in der Dickenrichtung darstellt.
Wie in 7 dargestellt, werden beide Seitenendenabschnitte der Anzeigevorrichtung 10B jeweils durch bewegliche Tragemechanismen 31 und 32 im ”Ausbildungsbeispiel 4” getragen. Der bewegliche Tragemechanismus 31 ist ausgebildet, in der Richtung A1 beweglich zu sein, und der bewegliche Tragemechanismus 32 ist ausgebildet, in der Richtung A2 beweglich zu sein.
Durch Bewegen der beweglichen Tragemechanismen 31 und 32 ist es daher möglich, den Abstand zwischen den beweglichen Tragemechanismen 31 und 32 einzustellen, um die Mechanismen dazu zu bringen, einander anzunähern und voneinander getrennt zu werden. Durch das Bewegen der Mechanismen verändert sich der gebogene Zustand der Anzeigevorrichtung 10B, und das mittlere Teil der Anzeigevorrichtung 10B bewegt sich in der Richtung A3.
Mit anderen Worten wird, wenn sich der bewegliche Tragemechanismus 31 und der bewegliche Tragemechanismus 32 einander annähern, die Form der Anzeigevorrichtung 10B stark gekrümmt, und wenn der bewegliche Tragemechanismus 31 und der bewegliche Tragemechanismus 32 voneinander getrennt werden, verringert sich die Krümmung der Anzeigevorrichtung 10B. Dementsprechend ist es möglich, die Form der Anzeigevorrichtung 10B so einzustellen, dass sie eine gewünschte Form ist.
Daher ist es bei der HUD-Vorrichtung 100, die in 1 dargestellt wird, dadurch, dass die gekrümmte Form der Anzeigevorrichtung 10B, die in 7 dargestellt wird, gemäß der Form des Spiegels 50 mit zurückgenommener Oberfläche und der Form der Windschutzscheibe WS eingestellt wird, möglich, die Aberration der Bildoberflächenkrümmung zu korrigieren und die Anzeigequalität des virtuellen Bildes 60 zu verbessern.
<Ausbildungsbeispiel 5>
8 ist eine Längsschnittdarstellung, die eine Ausbildung der Anzeigevorrichtung im ”Ausbildungsbeispiel 5” und das Trageelement davon in der Dickenrichtung darstellt.
Wie in 8 dargestellt, wird im ”Ausbildungsbeispiel 5” die Umgebung des Mittelpunkts der der Anzeigevorrichtung 10B durch einen beweglichen Tragemechanismus 33 getragen. Außerdem werden beide Seitenendenabschnitte der Anzeigevorrichtung 10B so getragen, dass sie nicht in der Dickenrichtung bewegt werden. Der bewegliche Tragemechanismus 33 ist ausgebildet, in der Richtung A4 beweglich zu sein.
Indem der bewegliche Tragemechanismus 33 in der Richtung A4 bewegt wird, bewegt sich daher der mittlere Teil der Anzeigevorrichtung 10B in der Dickenrichtung (der Richtung A4). Dementsprechend ist es möglich, die Form der Anzeigevorrichtung 10B so einzustellen, dass sie eine gewünschte gekrümmte Form ist.
Daher ist es bei der HUD-Vorrichtung 100, die in 1 dargestellt wird, dadurch, dass die gekrümmte Form der Anzeigevorrichtung 10B aus 8 gemäß der Form des Spiegels 50 mit zurückgenommener Oberfläche und der Form der Windschutzscheibe WS eingestellt wird, möglich, die Aberration der Bildoberflächenkrümmung zu korrigieren, und die Anzeigequalität des virtuellen Bildes 60 zu verbessern.
<Ausbildungsbeispiel 6>
9 ist eine perspektivische Darstellung, die die Anzeigevorrichtung 10 im ”Ausbildungsbeispiel 6” und ein optisches Korrekturelement 41 darstellt.
Wie in 9 gezeigt ist, ist im ”Ausbildungsbeispiel 6” das optische Korrekturelement 41 an der nachgeschalteten Seite (Emittierrichtung des Lichts) des Strahlengangs der Anzeigevorrichtung 10 angeordnet, die eine gekrümmte Form aufweist. Des Weiteren ist die Anzeigevorrichtung 10 in einer Form gekrümmt, bei der der mittlere Teil verglichen mit einem Randabschnitt in der Längsrichtung entlang der Richtung Ax hervorragt, die um eine Welle X herumläuft. Ferner ist das optische Korrekturelement 41 eine optische Korrekturlinse, die eine gekrümmte Oberfläche 41a aufweist, die die Oberflächenform entlang der Richtung Ay aufweist, die um eine Welle Y herumläuft. Die Welle X und die Welle Y weisen Richtungen auf, die sich voneinander unterscheiden, und sind beispielsweise in einer Positionsbeziehung angeordnet, in der die Wellen zueinander orthogonal sind.
Allgemein kann die flexible Anzeigevorrichtung die Form vergleichsweise frei ändern, ähnlich wie ein Bogen Papier. Da es eine gewisse Beschränkung oder Grenze der Verzerrung gibt, die durch die flexible Anzeigevorrichtung erlaubt ist, gibt es jedoch beispielsweise einen Fall, in dem es schwierig ist, das Ausformen in einer Form einer sphärischen Oberfläche auszuführen.
Da es viele Fälle gibt, in denen die Form der Reflektionsoberfläche des Spiegels 50 mit zurückgenommener Oberfläche oder der Oberfläche der Windschutzscheibe WS eine sphärische Oberfläche oder eine komplizierte dreidimensionale Form aufweist, gibt es indes einen Fall, bei dem es nicht möglich ist, ausreichend auf die Formen zu reagieren, nur indem die Form der Anzeigevorrichtung 10 verändert wird.
Im ”Ausbildungsbeispiel 6” von 9 werden die Anzeigevorrichtung 10, die entlang der Richtung Ax gekrümmt ist, und das optische Korrekturelement 41, das die Oberfläche aufweist, die entlang der Richtung Ay gekrümmt ist, in Kombination miteinander verwendet. Daher ist es möglich, die Bildoberflächenkrümmung mit hoher Genauigkeit zu korrigieren, die aufgrund dessen, dass der Spiegel 50 mit zurückgenommener Oberfläche eine sphärische Oberfläche oder eine komplizierte dreidimensionale Form aufweist, oder aufgrund der Windschutzscheibe WS, erzeugt wird.
(Zweite Ausführungsform)
Als Nächstes wird eine zweite Ausführungsform, die sich auf die erfindungsgemäße Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug bezieht, im Folgenden unter Bezugnahme auf jede Zeichnung beschrieben.
<Basis-Ausbildungsbeispiel einer Projektionsanzeigevorrichtung für ein Fahrzeug>
Eine Positionsbeziehung jedes Elements in einem Fall, in dem das Fahrzeug, das mit der Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug (hiernach als ”HUD-Vorrichtung 200” bezeichnet) nach der Ausführungsform bestückt ist, von einer Seite betrachtet wird, wird in 10 dargestellt.
Die in 10 dargestellte HUD-Vorrichtung 200 ist auf der Innenseite des Armaturenbretts des Fahrzeugs untergebracht, und ist ausgebildet, in der Lage zu sein, das Licht, das das Anzeigebild umfasst, nach oben von einem Öffnungsabschnitt 270 zu emittieren, der an einem Teil an der oberen Oberfläche des Armaturenbretts ausgebildet ist.
An der Innenseite der HUD-Vorrichtung 200 sind eine Anzeigevorrichtung 210, ein Spiegel 250 mit zurückgenommener Oberfläche, ein optisches Zwischenbilderzeugungselement 230 und ein Anzeigesteuerabschnitt, der nicht gezeigt ist, vorgesehen. Die Anzeigevorrichtung 210 weist eine Anzeigeoberfläche auf, die ein beliebiges zweidimensionales Bild anzeigen kann. Die Anzeigeoberfläche der Anzeigevorrichtung 210 in der Ausführungsform (zweite Ausführungsform) ist eine flache Oberfläche. Das optische Zwischenbilderzeugungselement 230 ist ein Element, das ein Zwischenbild (gekrümmtes Bild) bilden kann, das eine Form aufweist, von der zumindest ein Teil gekrümmt ist, indem es das von der Anzeigevorrichtung 210 projizierte Licht verwendet, und wird später beschrieben.
Auf der Anzeigeoberfläche der Anzeigevorrichtung 210 werden die Informationen, die beim Fahren im Fahrzeug helfen, beispielsweise Zeicheninformationen, wie etwa ein Wert der Autogeschwindigkeit oder ”km/h”, wie benötigt angezeigt. Wie in 10 dargestellt, wird das Licht, dass das zweidimensionale Anzeigebild umfasst, das auf der Anzeigeoberfläche der Anzeigevorrichtung 210 angezeigt wird, von der Anzeigevorrichtung 210 emittiert und, nachdem es das optische Zwischenbilderzeugungselement 230 durchlaufen hat, wird das Licht durch die Oberfläche des Spiegels 250 mit zurückgenommener Oberfläche reflektiert und wird von dem Öffnungsabschnitt 270 emittiert. Das von dem Öffnungsabschnitt 270 emittierte Licht wird durch die Oberfläche einer Windschutzscheibe WS reflektiert, und wird zu dem Augenpunkt EP hin ausgerichtet. An einer Position des Augenpunkts EP kann daher der Fahrer visuell das Anzeigebild erkennen, das durch die HUD-Vorrichtung 200 projiziert wird. Praktisch erkennt der Fahrer ein virtuelles Bild 260 visuell, das an einer vorgegebenen Position angezeigt wird, die weiter entfernt als die Windschutzscheibe WS ist. Da der Spiegel 250 mit zurückgenommener Oberfläche eine optische Vergrößerung aufweist, kann die Projektion in einem Zustand vorgenommen werden, in dem das durch den Fahrer visuell zu erkennende Anzeigebild vergrößert ist.
Ferner wird im Beispiel der 10 das durch die HUD-Vorrichtung 200 emittierte Licht durch die Oberfläche der Windschutzscheibe WS reflektiert, aber anstelle der Windschutzscheibe WS kann ein optisches Reflektionselement, das Combiner genannt wird, oder ein Halbspiegel verwendet werden.
<Beschreibung des Strahlengangs>
Ein Strahlengang in einem Fall, in dem das optische Zwischenbilderzeugungselement 230 nicht in der Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug vorhanden ist, das in 10 gezeigt wird, wird in 11 gezeigt. Im Fall der 11 wird ähnlich einem Fall, der in 2 dargestellt ist, ein Anzeigebild 210A auf einer zweidimensionalen Ebene gebildet, da das Bild auf einem Bildschirm angezeigt wird, der eine Form einer Ebene der Anzeigevorrichtung 210 aufweist.
Indes ist der Strahlengang in einem Fall, in dem das optische Zwischenbilderzeugungselement 230 vorhanden ist (das heißt ein Fall der zweiten Ausführungsform), in 12 gezeigt. In einem Fall aus 12, wird, wie später beschrieben wird, ähnlich wie in einem in 3 dargestellten Fall das Anzeigebild 230A (das heißt das Zwischenbild), das in das optische System (Spiegel 250 mit zurückgenommener Oberfläche) eingeleitet wird, in einen gekrümmten Zustand gebracht, da das optische Zwischenbilderzeugungselement 230 das gekrümmte Zwischenbild (gekrümmtes Bild) bildet.
In den 11 und 12 zeigt ein Punkt f einen Fokuspunkt des Spiegels 250 mit zurückgenommener Oberfläche an, und ein Punkt c zeigt einen sphärischen Mittelpunkt des Spiegels 250 mit zurückgenommener Oberfläche an. Ferner wird in den 11 und 12 ein Fall betrachtet, in dem der Spiegel 250 mit zurückgenommener Oberfläche einen einfachen Krümmungsradius aufweist, um das Verständnis eines Prinzips der vorliegenden Erfindung zu erleichtern.
In einem Fall, in dem das optische Zwischenbilderzeugungselement 230 nicht vorhanden ist, wie es in 11 dargestellt ist, bildet ein virtuelles Bild 260A das Bild auf der gekrümmten Oberfläche, da der Einfluss der Form (gekrümmte Oberflächenform) der Reflektionsoberfläche des Spiegels 250 mit zurückgenommener Oberfläche aufgenommen wird. Daher wird die Bildoberflächenkrümmung erzeugt, wenn der Fahrer das virtuelle Bild 260A betrachtet, und es wird eine Verzerrung bezüglich der Tiefenrichtung der optischen Achse erzeugt.
Da in 12 das optische Zwischenbilderzeugungselement 230 das gekrümmte Zwischenbild bildet, ist indes die Form des Anzeigebildes (Zwischenbild) 230A, das von dem Zwischenbild (gekrümmtes Bild) freigegeben wird und in das optische System (Spiegel 250 mit zurückgenommener Oberfläche) eingeleitet wird, gekrümmt. Wie in 12 dargestellt ist, wird daher ein virtuelles Bild 260B auf einer Ebene gebildet, und die Bildoberflächenkrümmung wird nicht erzeugt, wenn der Fahrer das virtuelle Bild 260B betrachtet. Dementsprechend ist es auch in einem Fall, in dem der Spiegel 250 mit zurückgenommener Oberfläche im optischen System verwendet wird, ohne den Einfluss zu empfangen, möglich, die Sichtbarkeit des Anzeigebildes zu verbessern.
In den 11 und 12 ist nur der Einfluss des Spiegels mit zurückgenommener Oberfläche 250 dargestellt; da die Oberfläche der Windschutzscheibe WS allgemein eine gekrümmte Oberfläche ist, gibt es jedoch praktisch auch einen Fall, in dem die zu 11 ähnliche Bildoberflächenkrümmung aufgrund des Einflusses der gekrümmten Oberfläche der Windschutzscheibe WS erzeugt wird.
Daher ist es bezüglich der Form des Zwischenbilds (gekrümmtes Bild), das durch das optische Zwischenbilderzeugungselement 230 gebildet wird, notwendig, die gekrümmte Oberfläche unter Berücksichtigung sowohl des Einflusses des Spiegels 250 mit zurückgenommener Oberfläche wie auch des Einflusses der Windschutzscheibe WS zu bestimmen. Dementsprechend wird, wie in 12 zu sehen, das virtuelle Bild 260B, das die Bildoberflächenkrümmung nicht aufweist, erhalten.
<Basis-Ausbildungsbeispiel einer Projektionsanzeigevorrichtung für ein Fahrzeug nach der Ausführungsform>
Die Ausbildung und der Strahlengang der HUD-Vorrichtung 200 werden detailliert in 13 dargestellt. Bezüglich der HUD-Vorrichtung 200 der 13 wird zur bequemen Beschreibung ein Teil der Ausbildung, die in 10 dargestellt wird, wie folgt verändert.
Mit anderen Worten wird bei der HUD-Vorrichtung 200 ein Projektor 220 als ein Element verwendet, das der Anzeigevorrichtung 210 entspricht. Des Weiteren ist das optische Zwischenbilderzeugungselement 230 an der nachgeschalteten Seite des Strahlengangs des Projektors 220 angeordnet. Ferner entspricht ein optisches System 240, das in 13 dargestellt wird, dem Spiegel 250 mit zurückgenommener Oberfläche aus 10.
Der Projektor 220 ist mit einer Lichtquelle 221, einer Anzeigevorrichtung 222 und einer Projektionslinse 223 versehen. Im Beispiel von 13 wird ein Fall betrachtet, in dem die Anzeigevorrichtung 222 eine transparente Flüssigkristallanzeigevorrichtung ist, jedoch ist es möglich, verschiedene Arten von Anzeigevorrichtungen zu verwenden, ähnlich wie bei einem allgemeinen Projektor. Beispielsweise können eine Reflektionsvorrichtung, wie etwa Flüssigkristall auf Silikon (liquid crystal on silicon, LCOS) und eine digitale Mikrospiegelvorrichtung (digital micromirror device, DMD) verwendet werden, und es ist möglich, den Projektor durch einen Scanner auszubilden, in dem ein mikroelektromechanisches System (micro electro mechanical system, MEMS) verwendet wird. Als Lichtquelle wird eine LED oder eine Laserlichtquelle nach Bedarf verwendet.
Wenn im Beispiel von 13 Beleuchtungslicht, das von der Lichtquelle 221 emittiert wird, die Anzeigevorrichtung 222 durchdringt, wird die Intensität oder dergleichen in Abhängigkeit von dem zweidimensionalen Anzeigebild moduliert, das in der Anzeigevorrichtung 222 angezeigt wird, und das Beleuchtungslicht fällt auf die Projektionslinse 223 als das Licht, das die Informationen des Anzeigebildes umfasst.
Das von der Projektionslinse 223 des Projektors 220 projizierte Licht wird in das optische Zwischenbilderzeugungselement 230 eingeleitet. Das optische Zwischenbilderzeugungselement 230 ist aus einer optischen Linse, einer Fresnel-Linse, einem Mikrolinsenarray und einem Reflektionsspiegel aufgebaut, und bildet das Zwischenbild 230A, das eine Form (in 12 gezeigte gekrümmte Form) aufweist, von der zumindest ein Teil gekrümmt ist, indem es das von der Projektionslinse 223 projizierte Licht verwendet. Außerdem wird das von dem Zwischenbild 230A emittierte Licht in das optische System 240 eingeleitet.
Das optische System 240 überträgt das Licht des Zwischenbilds 230A, das über das optische Zwischenbilderzeugungselement 230 einfällt, zur Windschutzscheibe WS, wie in 10 gezeigt, und bildet das Anzeigebild auf der Windschutzscheibe WS. Am Augenpunkt EP wird das Anzeigebild visuell als ein virtuelles Bild 260C erkannt, das so angezeigt ist, dass es weiter entfernt als die Windschutzscheibe WS ist.
Auch bei der Ausbildung der 13 besteht durch den Einfluss der gekrümmten Oberfläche des optischen Systems 240 (Spiegel 250 mit zurückgenommener Oberfläche) und der Windschutzscheibe eine Möglichkeit, dass die Aberration der Bildoberflächenkrümmung im virtuellen Bild 260C erzeugt wird. Jedoch bildet bei der HUD-Vorrichtung 200 der 13 das Zwischenbild 230A ein Bild in einer gekrümmten Form aus, und durch diese Form ist es möglich, einen Effekt der Korrektur der Bildoberflächenkrümmung zu erhalten, um den Einfluss der gekrümmten Oberfläche des Spiegels 250 mit zurückgenommener Oberfläche und der Windschutzscheibe WS auszugleichen. Daher wird das virtuelle Bild 260C der 13 auf einer Ebene ähnlich dem virtuellen Bild 260B der 12 gebildet, und die Erzeugung der Bildoberflächenkrümmung wird unterdrückt.
Da ferner bei der HUD-Vorrichtung 200 der 13 das optische Zwischenbilderzeugungselement 230 das von dem Zwischenbild 230A emittierte Licht auf Seiten des optischen Systems 240 so, wie es ist, einleitet, ohne den Bildschirm oder dergleichen der Vorrichtung des Standes der Technik zu verwenden, ist es möglich, das Licht effektiver zu übertragen. Dementsprechend ist es möglich, die Lichtemissionsintensität, die für die Lichtquelle 221 der Anzeigevorrichtung 210 (Projektor 220) benötigt wird, zu verringern, und dies führt zu der Verringerung des Stromverbrauchs und der Wärmeerzeugung.
Da die HUD-Vorrichtung 200, die in 13 dargestellt wird, anders als die Vorrichtung im Stand der Technik nicht den Bildschirm zum Bilden des Zwischenbildes 230A nutzt, ist es möglich zu verhindern, dass das von außen kommende Licht, wie etwa das Sonnenlicht, gestreut wird, und dementsprechend wird die Sichtbarkeit des virtuellen Bildes 260C verbessert.
Hier werden die Eigenschaften der Ausführungsformen der Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug nach der oben beschriebenen vorliegenden Erfindung in den folgenden Punkten (1) bis (11) aufgeführt, wobei die Eigenschaften kurz zusammengefasst werden.

(1) Eine Projektionsanzeigevorrichtung für ein Fahrzeug (100 der ersten Ausführungsform oder 200 der zweiten Ausführungsform) (HUD-Vorrichtung 100), die die visuelle Erkennung eines virtuellen Bildes eines Anzeigebildes von einem vorgegebenen Augenpunkt (EP) erlaubt, umfassend: einen Projektionsabschnitt (Anzeigevorrichtung 10), der Licht, das ein Bild bildet, das das Anzeigebild ist, auf eine Anzeigeoberfläche projiziert, auf der ein Lichtreflektionselement in einer Windschutzscheibe (WS) eines Fahrzeugs oder in der Nähe der Windschutzscheibe gebildet ist; ein optisches System (Spiegel 50 mit zurückgenommener Oberfläche), das das von dem Projektionsabschnitt projizierte Licht zur Anzeigeoberfläche leitet; und einen Einstellmechanismus (Anzeigevorrichtung 10 der ersten Ausführungsform oder das optische Zwischenbilderzeugungselement 230 der zweiten Ausführungsform), der das Licht einstellt, bevor es in das optische System eingeleitet wird, um zu ermöglichen, dass das Licht, das von einem gekrümmten Bild stammt, von dem zumindest ein Teil gekrümmt ist, in das optische System eingeleitet wird.
(2) Die Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug (HUD-Vorrichtung 100) nach dem oben beschriebenen Punkt (1), wobei der Einstellmechanismus eine dünne plattenartige oder filmartige flexible Anzeigevorrichtung (Anzeigevorrichtungen 11 und 12 aus 4), die ein Teil des Projektionsabschnitts (10) ist und Flexibilität aufweist, und ein Formhalteelement (transparentes Basissubstrat 13 aus 4) umfasst, das eine Form der flexiblen Anzeigevorrichtung in einem Zustand hält, in dem zumindest ein Teil der flexiblen Anzeigevorrichtung gekrümmt ist, und wobei die flexible Anzeigevorrichtung das gekrümmte Bild bildet und das von dem gekrümmten Bild emittierte Licht in das optische System (50) einleitet.
(3) Die Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug nach dem oben beschriebenen Punkt (2), wobei das Formhalteelement (siehe 4) ein Basissubstrat (13) umfasst, das die flexible Anzeigevorrichtung (11) trägt und eine Oberfläche aufweist, die in einer vorgegebenen Form gekrümmt ist.
(4) Die Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug nach dem oben beschriebenen Punkt (3), wobei die flexible Anzeigevorrichtung (10B aus 5) an der Oberfläche des Basissubstrats (gekrümmtes flächiges Trageelement 21 aus 5) anhaftet und so fixiert ist, dass sie die entlang der Oberfläche gekrümmte Form aufweist.
(5) Die Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug nach dem oben beschriebenen Punkt (4), wobei die flexible Anzeigevorrichtung (10B aus 6) durch einen Füllstoff (23 aus 6), der den Raum zwischen der flexiblen Anzeigevorrichtung und dem Basissubstrat (Trageelement 22 aus 6) auffüllt und verfestigt ist, so fixiert ist, dass sie die entlang der Oberfläche gekrümmte Form des Basissubstrats aufweist.
(6) Die Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug nach dem oben beschriebenen Punkt (2), wobei das Formhalteelement einen beweglichen Tragemechanismus (31 und 32 aus 7, 33 aus 8) umfasst, der gegen einen Teil der flexiblen Anzeigevorrichtung anliegt und in der Lage ist, den gekrümmten Zustand der flexiblen Anzeigevorrichtung (10B aus den 7 und 8) abhängig von der Bewegung des beweglichen Tragemechanismus zu verändern.
(7) Die Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug nach einem der oben beschriebenen Punkte (2) bis (6), wobei die flexible Anzeigevorrichtung (10B aus den 7 und 8) eine Form aufweist, die Aberration korrigiert, die mit einer Bildoberflächenkrümmung zusammenhängt, die durch Eigenschaften von zumindest einem von dem optischen System und der Anzeigeoberfläche verursacht wird und in dem virtuellen Bild erzeugt wird.
(8) Die Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug nach einem der oben beschriebenen Punkte (2) bis (7), die des Weiteren umfasst: ein optisches Korrekturelement (41 aus 9), das an einer nachgeschalteten Seite eines Strahlengangs der flexiblen Anzeigevorrichtung angeordnet ist und eine Linsenoberfläche aufweist, die in einer Form gekrümmt ist, die sich von der der flexiblen Anzeigevorrichtung unterscheidet.
(9) Die Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug (HUD-Vorrichtung 200) nach dem oben beschriebenen Punkt (1), wobei der Einstellmechanismus ein optisches Zwischenbilderzeugungselement (230) aufweist, das in der Lage ist, ein Zwischenbild (230A) zu bilden, das eine Form aufweist, von der zumindest ein Teil gekrümmt ist, indem es das von dem Projektionsabschnitt (die Anzeigevorrichtung 210, genauer der Projektor 220) projizierte Licht verwendet, wobei das optische Zwischenbilderzeugungselement das Zwischenbild, das das gekrümmte Bild ist, bildet und das von dem Zwischenbild emittierte Licht in das optische System (240, genauer der Spiegel 250 mit zurückgenommener Oberfläche) einleitet.
(10) Die Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug nach dem oben beschriebenen Punkt (9), wobei das optische Zwischenbilderzeugungselement (230) das Zwischenbild bildet, das eine Form aufweist, die die Aberration korrigiert, die mit der Bildoberflächenkrümmung zusammenhängt, die durch Eigenschaften von zumindest einem von dem optischen System und der Anzeigeoberfläche verursacht wird und in dem virtuellen Bild erzeugt wird.
(11) Die Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug nach dem oben beschriebenen Punkt (9), wobei das optische Zwischenbilderzeugungselement (230) zumindest eines von einer optischen Linse, einer Fresnel-Linse und einem Mikrolinsenarray umfasst.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die detaillierten und spezifischen Ausführungsformen beschrieben, jedoch ist es für Fachleute deutlich, dass es möglich ist, verschiedene Veränderungen oder Korrekturen hinzuzufügen, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen.
Die vorliegende Anmeldung basiert auf der am 3. Juni 2014 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2014-114931 und der am 3. Juni 2014 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2014-114932 , und deren Inhalt wird hierin durch Bezugnahme umfasst.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es ohne die Verwendung eines speziellen Bildschirms möglich, die Bildoberflächenkrümmung zu verringern, die aufgrund der Form der Windschutzscheibe oder dergleichen und des optischen Systems der HUD-Vorrichtung erzeugt wird, und die Sichtbarkeit des Anzeigebildes zu verbessern. Die vorliegende Erfindung, die die Wirkungen erzielt, ist nützlich bei der Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug, die die Anzeige durchführt, indem sie die Lichtreflektion an der Windschutzscheibe oder dergleichen des Fahrzeugs nutzt.
Bezugszeichenliste

100: HUD-Vorrichtung
10: Anzeigevorrichtung
11: organische EL-Anzeigeelementschicht
12: Flexibles transparentes Harzsubstrat
13: Transparentes Basissubstrat
21: Gekrümmtes flächiges Trageelement
22: Trageelement
23: Füllstoff
31, 32, 33: Beweglicher Tragemechanismus
41: Optisches Korrekturelement
50: Spiegel mit zurückgenommener Oberfläche
60, 60A, 60B: Virtuelles Bild
WS: Windschutzscheibe
EP: Augenpunkt
200: HUD-Vorrichtung
210: Anzeigevorrichtung
220: Projektor
230: Optisches Zwischenbilderzeugungselement
230A: Zwischenbild
240: Optisches System
250: Spiegel mit zurückgenommener Oberfläche
260, 260A, 260B, 260C: Virtuelles Bild

Claims

Projektionsanzeigevorrichtung für ein Fahrzeug, die die visuelle Erkennung eines virtuellen Bildes eines Anzeigebildes von einem vorgegebenen Augenpunkt erlaubt, wobei die Vorrichtung umfasst: einen Projektionsabschnitt, der als das Anzeigebild abzubildendes Licht auf eine Anzeigeoberfläche projiziert, die durch ein Lichtreflektionselement in einer Windschutzscheibe eines Fahrzeugs oder in der Nähe der Windschutzscheibe gebildet wird; ein optisches System, das das von dem Projektionsabschnitt projizierte Licht zur Anzeigeoberfläche leitet; und einen Einstellmechanismus, der das Licht einstellt, bevor es in das optische System eingeleitet wird, um zu ermöglichen, dass Licht, das von einem gekrümmten Bild stammt, von dem zumindest ein Teil gekrümmt ist, in das optische System eingeleitet wird.
Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Einstellmechanismus umfasst eine dünne plattenartige oder filmartige flexible Anzeigevorrichtung, die ein Teil des Projektionsabschnitts ist und Flexibilität aufweist, und ein Formhalteelement, das eine Form der flexiblen Anzeigevorrichtung in einem Zustand hält, in dem zumindest ein Teil der flexiblen Anzeigevorrichtung gekrümmt ist, und wobei die flexible Anzeigevorrichtung das gekrümmte Bild bildet und das von dem gekrümmten Bild emittierte Licht in das optische System einleitet.
Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug nach Anspruch 2, wobei das Formhalteelement ein Basissubstrat umfasst, das die flexible Anzeigevorrichtung trägt und eine Oberfläche aufweist, die in einer vorgegebenen Form gekrümmt ist.
Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug nach Anspruch 3, wobei die flexible Anzeigevorrichtung an der Oberfläche des Basissubstrats anhaftet und so fixiert ist, dass sie die entlang der Oberfläche gekrümmte Form aufweist.
Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug nach Anspruch 4, wobei die flexible Anzeigevorrichtung durch einen Füllstoff, der einen Raum zwischen der flexiblen Anzeigevorrichtung und dem Basissubstrat auffüllt und verfestigt ist, so fixiert ist, dass sie die entlang der Oberfläche gekrümmte Form des Basissubstrats aufweist.
Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug nach Anspruch 2, wobei das Formhalteelement einen beweglichen Tragemechanismus umfasst, der gegen einen Teil der flexiblen Anzeigevorrichtung anliegt und in der Lage ist, den gekrümmten Zustand der flexiblen Anzeigevorrichtung abhängig von der Bewegung des beweglichen Tragemechanismus zu verändern.
Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die flexible Anzeigevorrichtung eine Form aufweist, die Aberration korrigiert, die mit einer Bildoberflächenkrümmung zusammenhängt, die durch Eigenschaften von zumindest einem von dem optischen System und der Anzeigeoberfläche verursacht wird und in dem virtuellen Bild erzeugt wird.
Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 7, des Weiteren umfassend: ein optisches Korrekturelement, das an einer nachgeschalteten Seite eines Strahlengangs der flexiblen Anzeigevorrichtung angeordnet ist und eine Linsenoberfläche aufweist, die in einer Form gekrümmt ist, die sich von der flexiblen Anzeigevorrichtung unterscheidet.
Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Einstellmechanismus ein optisches Zwischenbilderzeugungselement aufweist, das in der Lage ist, ein Zwischenbild zu bilden, das eine Form aufweist, von der zumindest ein Teil gekrümmt ist, indem es das von dem Projektionsabschnitt projizierte Licht verwendet, und wobei das optische Zwischenbilderzeugungselement das Zwischenbild als das gekrümmte Bild bildet und das von dem Zwischenbild emittierte Licht in das optische System einleitet.
Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug nach Anspruch 9, wobei das optische Zwischenbilderzeugungselement das Zwischenbild bildet, das eine Form aufweist, die die Aberration korrigiert, die mit der Bildoberflächenkrümmung zusammenhängt, die durch Eigenschaften von zumindest einem von dem optischen System und der Anzeigeoberfläche verursacht wird und in dem virtuellen Bild erzeugt wird.
Projektionsanzeigevorrichtung für das Fahrzeug nach Anspruch 9, wobei das optische Zwischenbilderzeugungselement zumindest eines von einer optischen Linse, einer Fresnel-Linse und einem Mikrolinsenarray umfasst.