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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Head-up-Display-Vorrichtung und eine Beleuchtungseinheit für eine Head-up-Display-Vorrichtung.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Üblicherweise sind Head-up-Display-Vorrichtungen (nachstehend „HUD-Vorrichtung“) weit bekannt. Ein Typ einer HUD-Vorrichtung projiziert ein Anzeigebild, welches von einem Display gebildet und von einem vergrößernden optischen System vergrößert wird, auf ein Anzeigeelement eines beweglichen Körpers, wodurch ein virtuelles Bild des Anzeigebildes angezeigt wird, sichtbar in einem Sichtbereich in dem beweglichen Körper zu sein.
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In solch einer HUD-Vorrichtung überträgt eine Beleuchtungseinheit eine Beleuchtung durch die Anzeigevorrichtung und veranlasst das Licht des Anzeigebildes, den Sichtbereich zu erreichen. Zum Beispiel beschreibt die
JP 2009 -
169 399 A eine Ausgestaltung für solch eine Beleuchtungseinheit. Diese Beleuchtungseinheit umfasst eine mehrstufige Kondensorlinse, die emittiertes Licht von einer Lichtquelle zu der Anzeigevorrichtung sammelt. Diese mehrstufige Kondensorlinse umfasst eine Anfangsstufenkondensorlinse, eine mittelstufige linsenförmige Linse und eine Endstufenkondensorlinse.
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Die
US 2014 / 0 022 645 A1 offenbart Beleuchtungseinheit für eine Head-up-Display-Vorrichtung, welche ein Anzeigebild, das von einer Anzeigevorrichtung gebildet und von einem vergrößernden optischen System vergrößert wird, auf ein Anzeigeelement eines beweglichen Körpers projiziert, um ein virtuelles Bild des Anzeigebildes auf eine sichtbare Weise an einem Sichtbereich in dem beweglichen Körper anzuzeigen, wobei die Beleuchtungseinheit das Licht des Anzeigebildes veranlasst, durch die Anzeigevorrichtung zu leuchten, um den Sichtbereich zu erreichen, wobei die Beleuchtungseinheit umfasst: eine Vielzahl von Sätzen von Beleuchtungsmodulen, welche entlang einer spezifischen Referenzrichtung angeordnet sind, wobei jeder Satz der Beleuchtungsmodule umfasst: eine Lichtquelle, welche Licht emittiert, die an einer konjugierten Position positioniert ist, welche zu dem Sichtbereich konjugiert ist, wobei das vergrößernde optische System zwischen der konjugierten Position und dem Sichtbereich ist, und eine Vielzahl von Stufen von Kondensorlinsen, welche das Licht von der Lichtquelle zu der Anzeigevorrichtung sammeln, wobei jeder Satz der Beleuchtungsmodule zumindest eine Anfangsstufenlinse unter den Kondensorlinsen, wobei die Anfangsstufenlinse am nächsten zu der Lichtquelle positioniert ist, und eine Endstufenlinse unter den Kondensorlinsen umfasst, wobei die Endstufenlinse am weitesten von der Lichtquelle positioniert ist, und in jedem Satz der Beleuchtungsmodule, unter einer Annahme eines zusammengesetzten Brennpunktes einer zusammengesetzten Linse, die aus allen Stufen der Kondensorlinsen von der Anfangsstufenlinse zu der Endstufenlinse kombiniert ist, ein Zwischenraum zwischen der Lichtquelle und einer Hauptebene der Anfangsstufenlinse eingestellt ist, gleich zu oder weniger als ein Zwischenraum zwischen der Hauptebene der Anfangsstufenlinse und dem zusammengesetzten Brennpunkt zu sein.
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Die
JP 2006 -
19 027 A beschreibt ein Beleuchtungssystem, das ausgestattet ist mit: einer Vielzahl von Leuchtdioden, die in einem vorbestimmten Bereich auf einer Oberfläche einer Leiterplatte angebracht sind; und ein Linsenarray, das durch Ausbilden von Linsenteilen zum Brechen des von den Leuchtdioden emittierten Beleuchtungslichts gebildet wird. Die an der Außenseite gebildeten Linsenteile sind so angebracht, dass die Mittelachse jedes Linsenteils in Bezug auf die optische Achse der entsprechenden Leuchtdioden geneigt ist, und jede Leuchtdiode ist so angebracht, dass sie in einem Brennpunkt des entsprechenden Linsenteils oder in der Nähe des Brennpunkts positioniert ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß der Beleuchtungseinheit in der
JP 2009 -
169 399 A wird eine einzelne Konvexlinse gemeinsam für eine Vielzahl von Lichtquellen als die Endstufenkondensorlinse verwendet. Diesbezüglich muss die Endstufensammellinse, die mehreren Lichtquellen gemeinsam ist, eine große effektive Blende bieten, um effektiv das Licht von diesen Lichtquellen zu verwenden, um den weiten Bereich der Anzeigevorrichtung zu beleuchten. Für eine typische Kondensorlinse kann es, wenn die effektive Blende groß ist, schwierig sein, die Krümmung der Linsenoberfläche zu vergrößern, und als ein Ergebnis gibt es eine Befürchtung, dass es schwierig sein kann, die Brennweite zu reduzieren. Aus diesem Grunde kann, gemäß der Beleuchtungseinheit in der
JP 2009 -
169 399 A , bei welcher die Endstufenkondensorlinse mehreren Lichtquellen gemeinsam ist, ein zusammengesetzter Brennpunkt, welcher der Brennpunkt einer zusammengesetzten Linse ist, die von allen Stufen von Kondensorlinsen gebildet wird, entfernt von der Anfangsstufenkondensorlinse sein.
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Bei der Ausgestaltung der Beleuchtungseinheit in der
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169 399 A , muss, um die Beleuchtungseffizienz zu erhöhen, wenn das Licht von jeder Lichtquelle auf den Sichtbereich abgebildet wird, jede Lichtquelle an einer konjugierten Position positioniert sein, welche mit dem Sichtbereich konjugiert ist. Das vergrößernde optische System ist zwischen dem Sichtbereich und der konjugierten Position positioniert. Hier wurde es, als ein Ergebnis von Studien durch den vorliegenden Erfinder, festgestellt, dass jede Lichtquelle genau an einer konjugierten Position zu dem Sichtbereich positioniert werden kann, indem ein Abstand zwischen einer Kondensorlinse und einer Lichtquelle innerhalb eines spezifischen Bereichs in Abhängigkeit von einem Abstand zwischen derselben Kondensorlinse und dem zusammengesetzten Brennpunkt eingestellt wird. Als ein Ergebnis weiterer sorgsamer Studien wurde es jedoch festgestellt, dass, gemäß der Ausgestaltung der Beleuchtungseinheit in der
JP 2009 -
169 399 A , wenn der zusammengesetzte Brennpunkt wie oben beschrieben im Abstand entfernt von einer Kondensorlinse angeordnet wird, dann als ein Ergebnis diese Kondensorlinse und die Lichtquelle notwendigerweise im Abstand weiter voneinander entfernt angeordnet sind. Dementsprechend gibt es eine Befürchtung, dass die physische Größe der Konfiguration zunehmen kann.
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Im Hinblick auf die obige Diskussion ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Beleuchtungseinheit mit einer kleinen Größe zum Beleuchten eines weiten Bereichs einer Anzeigevorrichtung in einer HUD-Vorrichtung bei einer hohen Beleuchtungseffizienz bereitzustellen und eine HUD-Vorrichtung bereitzustellen, welche solch eine Beleuchtungseinheit umfasst. Die Aufgabe wird durch eine Beleuchtungseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1, des Anspruchs 5 und des Anspruchs 6 sowie durch eine HUD-Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst. Die abhängigen Ansprüche sind auf vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gerichtet.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst eine Beleuchtungseinheit für eine HUD-Vorrichtung, welche ein Anzeigebild, das von einer Anzeigevorrichtung gebildet und durch ein vergrößerndes optisches System vergrößert wird, auf ein Anzeigeelement eines beweglichen Körpers projiziert, um ein virtuelles Bild des Anzeigebildes in einer sichtbaren Weise an einem Sichtbereich in dem beweglichen Körper anzuzeigen, wobei die Beleuchtungseinheit das Licht des Anzeigebildes veranlasst, durch die Anzeigevorrichtung zu leuchten, um den Sichtbereich zu erreichen, eine Vielzahl von Sätzen von Beleuchtungsmodulen, welche entlang einer spezifischen Referenzrichtung angeordnet sind, wobei jeder Satz der Beleuchtungsmodule eine Lichtquelle, welche Licht emittiert, die an einer konjugierten Position positioniert ist, welche mit dem Sichtbereich konjugiert ist, wobei das vergrößernde optische System zwischen der konjugierten Position und dem Sichtbereich ist, und eine Vielzahl von Stufen von Kondensorlinsen umfasst, welche das Licht von der Lichtquelle zu der Anzeigevorrichtung sammeln, wo jeder Satz der Beleuchtungsmodule zumindest eine Anfangsstufenlinse unter den Kondensorlinsen, wobei die Anfangsstufenlinse am nächsten zu der Lichtquelle positioniert ist, und eine Endstufenlinse unter den Kondensorlinsen umfasst, wobei die Endstufenlinse am weitesten von der Lichtquelle positioniert ist, und in jedem Satz der Beleuchtungsmodule, unter der Annahme eines zusammengesetzten Brennpunkts einer zusammengesetzten Linse, die aus allen Stufen der Kondensorlinsen von der Anfangsstufenlinse zu der Endstufenlinse kombiniert ist, ein Zwischenraum zwischen der Lichtquelle und einer Hauptebene der Anfangsstufenlinse gleich zu oder weniger als ein Zwischenraum zwischen der Hauptebene der Anfangsstufenlinse und dem zusammengesetzten Brennpunkt eingestellt ist.
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Gemäß dem ersten Aspekt sammelt jeder Satz von Beleuchtungsmodulen entlang der Referenzrichtung Licht von der Lichtquelle, welche an der konjugierten Position positioniert ist, die zu dem Sichtbereich konjugiert ist, wobei das vergrößernde optische System zwischen der konjugierten Position und dem Sichtbereich ist, und lenkt dieses Licht zu einer Anzeigevorrichtung unter Verwendung von jeweiligen mehreren Stufen von Kondensorlinsen. Gemäß der Beleuchtungseinheit, welche unter Verwendung von jedem Beleuchtungsmodulsatz, der auf diese Weise konfiguriert ist, verwirklicht ist, ist eine gleiche Anzahl jeder Stufe der Kondensorlinsen für jede der Vielzahl von Lichtquellen vorgesehen. Die Kondensorlinsen umfassen zumindest die Anfangsstufenlinse, die am nächsten zu der Lichtquelle ist, und die Endstufenlinse, welche die weiteste von der Lichtquelle ist. Folglich kann, gemäß jedem Beleuchtungsmodulsatz, selbst wenn jede/r der effektiven Radien und der Brennweiten von allen Stufen reduziert wird, ein weiter Bereich der Anzeigevorrichtung beleuchtet werden.
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Außerdem ist der Zwischenraum zwischen der Lichtquelle und der Hauptebene der Anfangsstufenlinse in jedem Satz von Beleuchtungsmodulen gleich zu oder weniger als der Zwischenraum zwischen derselben Hauptebene und dem zusammengesetzten Brennpunkt der zusammengesetzten Linse, die aus den Kondensorlinsen kombiniert ist, welche jeweils eine kleine Brennweite haben. Deswegen wird, da der Zwischenraum zwischen der Anfangsstufenlinsenhauptebene und dem zusammengesetzten Brennpunkt kleiner wird, in Abhängigkeit von diesem, der Zwischenraum zwischen der Hauptebene und der Lichtquelle ebenfalls kleiner. Folglich kann, selbst wenn die physische Größe der Beleuchtungseinheit reduziert wird, das Licht von jeder Lichtquelle verwendet werden, um ein Bild auf dem Sichtbereich zu bilden, während eine Beleuchtungseffizienz verbessert wird.
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Als nächstes projiziert gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung eine HUD-Vorrichtung ein Anzeigebild, welches von einer Anzeigevorrichtung gebildet und von einem vergrößernden optischen System vergrößert wird, auf ein Anzeigeelement eines beweglichen Körpers, um ein virtuelles Bild des Anzeigebildes in einer sichtbaren Weise an einem Sichtbereich innerhalb des beweglichen Körpers anzuzeigen, und umfasst die Beleuchtungseinheit gemäß dem ersten Aspekt, die Anzeigevorrichtung und das vergrößernde optische System.
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Gemäß der HUD-Vorrichtung des zweiten Aspekts kann, wegen der Beleuchtungseinheit kleiner Größe, welche zumindest die Ausgestaltung des ersten Aspekts hat, der weite Bereich der Anzeigevorrichtung lichtdurchlässig mit einer hohen Beleuchtungseffizienz beleuchtet werden. Dementsprechend kann, zusammen mit einer Befestigungsflexibilität in dem beweglichen Körper, die Helligkeit des virtuellen Bildes wegen dieser Beleuchtungseffizienz beibehalten werden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Ausgestaltungsansicht, welche eine HUD-Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt.
- 2 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine Beleuchtungseinheit gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt.
- 3 ist eine Vorderansicht, welche eine Beleuchtungseinheit gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt.
- 4 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine Beleuchtungseinheit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt.
- 5 ist eine Vorderansicht, welche eine Beleuchtungseinheit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt.
- 6 ist eine schematische Ansicht zum Erklären einer Beleuchtungseinheit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
- 7 ist eine Vorderansicht, welche ein modifiziertes Beispiel des ersten Ausführungsbeispiels zeigt.
- 8 ist eine schematische Ansicht zum Erklären eines modifizierten Beispiels des zweiten Ausführungsbeispiels.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIELE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
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Als nächstes wird eine Vielzahl von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Figuren erklärt werden. Sich entsprechende Abschnitte jedes Ausführungsbeispiels sind mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet, und überlappende Erklärungen können der Kürze halber weggelassen sein. Wenn nur ein Abschnitt der Ausgestaltung eines Ausführungsbeispiels beschrieben ist, können die Ausgestaltungen von vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen auf die anderen Abschnitte dieser Ausgestaltung angewendet werden. Die Ausführungsbeispiele sind nicht auf Kombinationen von Abschnitten beschränkt, welche spezifisch als kombinierbar seiend genannt sind. Stattdessen können, selbst ohne genannt zu sein, Abschnitte von Ausführungsbeispielen miteinander kombiniert werden, vorausgesetzt, dass kein spezielles Problem für diese Kombinationen auftritt.
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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Wie in 1 gezeigt, ist eine HUD-Vorrichtung 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung an einem Fahrzeug 8 montiert, welches einem „beweglichen Körper“ entspricht, und ist innerhalb eines Armaturenbretts 80 aufgenommen. Die HUD-Vorrichtung 1 projiziert ein Anzeigebild 10 auf eine Windschutzscheibe 81 des Fahrzeugs 8. Die Windschutzscheibe 81 entspricht einem „Anzeigeelement“. Als ein Ergebnis wird, innerhalb der Kabine des Fahrzeugs 8, das Licht des Anzeigebildes 10 an der Windschutzscheibe 81 reflektiert und kommt an einem Augpunkt 90 eines Betrachters 9 an. Der Betrachter 9 nimmt das an dem Augpunkt 90 ankommende Licht wahr und sieht als ein Ergebnis ein virtuelles Bild 10a des Anzeigebildes 10 vor der Windschutzscheibe 81. Das Sehen dieses virtuellen Bildes 10a ist darauf beschränkt, wenn der Augpunkt 90 in einem Sichtbereich 91 innerhalb des Fahrzeugs 8 positioniert ist. In anderen Worten, wenn der Augpunkt 90 außerhalb des Sichtbereichs 91 ist, kann es schwierig für den Betrachter 9 sein, das virtuelle Bild 10a zu sehen.
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Die HUD-Vorrichtung 1 umfasst eine Beleuchtungseinheit 2, eine Anzeigevorrichtung 5 und ein vergrößerndes optisches System 6. Außerdem kann die HUD-Vorrichtung 1 eine Anzeigesteuereinheit 7 umfassen.
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Die Beleuchtungseinheit umfasst eine Vielzahl von Beleuchtungsmodulen 26, wie sie in 2 und 3 gezeigt sind. Jedes Beleuchtungsmodul 26 ist als ein Satz von einer Lichtquelle 20 und von mehreren Stufen von Kondensorlinsen 21 ausgebildet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beinhalten drei Sätze von Beleuchtungsmodulen 26 jeweils zwei Stufen von Kondensorlinsen 21. In jedem Satz ist eine Anfangsstufenlinse 22 am nächsten zu der Lichtquelle 20 von diesem Satz angeordnet, und eine Endstufenlinse 24 ist am weitesten von der Lichtquelle 20 von diesem Satz angeordnet. Dementsprechend umfasst die Beleuchtungseinheit 2 drei von jedem von einer Lichtquelle 20, einer Anfangsstufenlinse 22 und einer Endstufenlinse 24.
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Die Lichtquelle 20 in jedem Satz von Beleuchtungsmodulen (nachstehend als „jeder Beleuchtungsmodulsatz“ bezeichnet) 26 ist eine Punktquelle einer Lichtemission wie, zum Beispiel, lichtemittierende Dioden (LED). Die Lichtquelle 20 ist an einer konjugierten Position Pl (siehe 1) positioniert, welche mit dem Sichtbereich 91 konjugiert ist. Das vergrößernde optische System 6 ist zwischen der konjugierten Position Pl und dem Sichtbereich 91 positioniert. Die Lichtquelle 20 in jedem Beleuchtungsmodulsatz 26 emittiert Licht, nachdem sie mit Energie gespeist wird, um, zum Beispiel, weißes Licht abzustrahlen.
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Die Anfangsstufenlinse 22 in jedem Beleuchtungsmodulsatz 26 ist aus einem Stück aus lichtdurchlässigem Material wie beispielsweise Harz oder Glas gebildet, und sie bilden zusammen ein Anfangsstufenlinsenfeld 22a, welches insgesamt als eine rechteckige Platte geformt ist. Die Anfangsstufenlinse 22 in jedem Beleuchtungsmodulsatz 26 umfasst eine Anfangsstufenlinsenoberfläche 220, welche mit der maximalen positiven Leistung von einem jeweiligen Satz von Kondensorlinsen 21 versehen ist, und sammelt dadurch einen Teil des von der Lichtquelle 20 desselben Satzes emittierten Lichts
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Die Endstufenlinse 24 in jedem Beleuchtungsmodulsatz 26 ist aus einem Stück aus lichtdurchlässigem Material wie beispielsweise Harz oder Glas gebildet, und sie bilden zusammen ein Linsenfeld 24a, welches insgesamt als eine rechteckige Platte geformt ist. Die Endstufenlinse 24 in jedem Beleuchtungsmodulsatz 26 umfasst eine Endstufenlinsenoberfläche 240, welche mit einer kleineren positiven Leistung als derjenigen der Anfangsstufenlinse 22 desselben Satzes versehen ist, und sammelt dabei Licht von der Lichtquelle 20, nachdem es diese Anfangsstufenlinse 22 durchlaufen hat. Wegen dieser Lichtsammelfunktion tritt das Licht von der Lichtquelle 20 von jedem Beleuchtungsmodulsatz 26 durch die Anzeigevorrichtung 5 und das vergrößernde optische System 6, welche in 1 gezeigt sind, durch und wird als ein Bild in dem Sichtbereich 91 ausgebildet. Zu dieser Zeit stellt die Endstufenlinse 24 von jedem Beleuchtungsmodulsatz 26 den Bildbildungsort in dem Sichtbereich 91 für das Licht von der Lichtquelle 20 desselben Satzes ein.
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Die Anzeigevorrichtung 5 ist ein Bildanzeigefeld wie, zum Beispiel, ein TFT-Flüssigkristallfeld vom Punktmatrixtyp. Die Anzeigevorrichtung 5 umfasst einen rechteckigen Bildschirm, welcher dem Endstufenlinsenfeld 24a entspricht (siehe 2). Durch Ansteuern einer Vielzahl von in dem Bildschirm 50 enthaltener Bildpixel, bildet die Anzeigevorrichtung 5 ein Anzeigebild 10 auf diesem Bildschirm 50. Das Anzeigebild 10 kann zum Beispiel ein monochromes Bild oder ein Farbbild sein. Das von der Endstufenlinse 24 gesammelte Licht wird von jedem Beleuchtungsmodulsatz 26 zu dem Bildschirm 50 übertragen, und es wird ihm ermöglicht, durch den Bildschirm 50 zu leuchten. Hier sind, gemäß dem Bildschirm 50, die Beleuchtungszielbereiche für das Licht von jedem Beleuchtungsmodulsatz 26 voneinander versetzt, und als ein Ergebnis kann der gesamte Bereich des Bildschirms 50, welcher ein weiter Bereich ist, beleuchtet werden. Durch Empfangen einer Beleuchtung auf diese Weise zeigt die Anzeigevorrichtung 5 das Anzeigebild 10 lumineszierend auf den Bildschirm 50 an. Ferner wird dieses Anzeigebild 10 lumineszierend als ein optisches Bild angezeigt, welches fahrzeugbezogene Informationen wie beispielsweise eine Fahrgeschwindigkeit, eine Fahrtrichtung und Warnungen zeigt.
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Das vergrößernde optische System 6 wird primär von einem einzelnen Konkavspiegel 60 gebildet. Der Konkavspiegel 60 umfasst eine Reflexionsoberfläche 60a, welche durch Ablagern eines metallischen Reflexionsfilms, wie beispielsweise Aluminium, auf einem Substrat, wie beispielsweise Harz oder Glas, gebildet werden kann. Der Konkavspiegel 60 hat eine reflektierende Eigenschaft, wonach die Reflexionsoberfläche 60a von dem Bildschirm 50 der Anzeigevorrichtung 5 emittiertes Licht reflektiert. Wegen dieser Eigenschaft leitet der Konkavspiegel 60 das reflektierte Licht zu der Windschutzscheibe 81. Als ein Ergebnis dieser Führung wird das Anzeigebild 10 auf dem Bildschirm 50 vergrößert und auf die Windschutzscheibe 81 projiziert. Folglich wird das virtuelle Bild 10a des Anzeigebildes 10 an dem Sichtbereich 91 in dem Fahrzeug 8 angezeigt und ist für den Betrachter 9 sichtbar. Dementsprechend ist der Sichtbereich 91 ein durch die Spezifikation und Orientierung des Konkavspiegels 60 festgelegter Bereich. Es sollte beachtet werden, das die Orientierung des Konkavspiegels 60 einstellbar sein kann, um eine Einstellung des Sichtbereichs 91 zu ermöglichen, oder fixiert sein kann, um den Ort des Sichtbereichs 91 konstant zu machen. Ferner kann das vergrößernde optische System 6 eine Vielzahl von Konkavspiegeln 60 umfassen oder kann reflektierende Spiegel oder Linsen abgesehen von dem Konkavspiegel 60 umfassen.
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Die Anzeigesteuereinheit 7 ist ein elektrischer Stromkreis wie beispielsweise ein Mikrocomputer und ist elektrisch mit der Anzeigevorrichtung 5 und der Lichtquelle 20 von jedem Beleuchtungsmodulsatz 26 verbunden. Ferner ist die Anzeigesteuereinheit 7 mit verschiedenen Sensoren, anderen Steuereinheiten, etc. innerhalb des Fahrzeugs 8 verbunden, um eine Kommunikation mit diesen Sensoren und Steuereinheiten zu ermöglichen. Die Anzeigesteuereinheit 7 steuert die Energiespeisung von jedem Beleuchtungsmodulsatz 26 in Abhängigkeit von fahrzeugbezogenen Informationen, wodurch sie diese Lichtquellen 20 veranlasst zu leuchten. Außerdem steuert die Anzeigesteuereinheit 7 die einzelnen Pixel des Bildschirms 50 in Abhängigkeit von fahrzeugbezogenen Informationen an, um das Bild 10 auf dem Bildschirm 50 anzuzeigen, und dadurch das virtuelle Bild 10a dem Betrachter 9 anzuzeigen.
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(Detaillierte Ausgestaltung einer Beleuchtungseinheit)
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Als nächstes wird der Aufbau von jedem Beleuchtungsmodulsatz 26 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel im Detail beschrieben werden.
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Jeder Beleuchtungsmodulsatz 26, wie in 2 und 3 gezeigt, liegt entlang einer spezifischen Referenzrichtung X. Diese Referenzrichtung X stimmt im Wesentlichen mit den Längsrichtungen von jedem Linsenfeld 22a, 24a überein, welche der Längsrichtung des Bildschirms 50 entsprechen (siehe 1). Außerdem stimmt eine in Bezug auf die Referenzrichtung X orthogonale Richtung Y im Wesentlichen mit den kurzen Richtungen von jedem Linsenfeld 22a, 24a überein, welche der kurzen Richtung des Bildschirms 50 entsprechen.
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Die Lichtquellen 20 von jedem Beleuchtungsmodulsatz 26 sind entlang der Referenzrichtung X angeordnet und sind zueinander im Abstand angeordnet. Die Lichtquellen 20 von jedem Beleuchtungsmodulsatz 26 sind mit einem konstanten Abstandswert Δs gesetzt, welcher eine Mittenentfernung in der Referenzrichtung X ist.
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Wie in 3 gezeigt, ist eine Einfallsoberfläche 22b des Anfangsstufenlinsenfelds 22a als eine flache Oberfläche ausgebildet, die der Lichtquelle 20 von jedem Beleuchtungsmodulsatz 26 von einem fixierten Abstand entfernt zugewandt ist. Eine emittierende Oberfläche 22c des Anfangsstufenlinsenfelds 22a bildet jeweilige Anfangsstufenlinsenoberflächen 220. Die Anfangsstufenlinsenoberflächen 220 sind entlang der Referenzrichtung X angeordnet, um die Anfangsstufenlinse 22 von jedem Beleuchtungsmodulsatz 26 auszubilden. Diesbezüglich sind die Anfangsstufenlinsenoberflächen 220 von jedem Beleuchtungsmodulsatz 26 auf der emittierenden Oberfläche 22c ausgebildet, welche auf einer entgegengesetzten Seite von der Lichtquelle 20 desselben Satzes ist. Als ein Ergebnis können Aberrationen betreffend das Licht von dieser Lichtquelle 20 reduziert werden.
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Die Anfangsstufenlinsenoberflächen 220 von jedem Beleuchtungsmodulsatz 26 definieren jeweilige individuelle Lichtachsen Ac, und die Lichtquelle 20 desselben Satzes ist auf diesen Lichtachsen Ac positioniert. Dementsprechend haben die Anfangsstufenlinsen 22 von jedem Beleuchtungsmodulsatz 26, welche in der Referenzrichtung X aufgereiht sind und welche jeweilige Anfangsstufenlinsenoberflächen 220 aufweisen, eine Zwischenlichtachsendistanz Δa, welche mit dem Abstand Δs zwischen Lichtquellen 20 übereinstimmt. Außerdem ist eine Hauptebene 224 der Anfangsstufenlinsenoberflächen 220 von jedem Beleuchtungsmodulsatz 26 so definiert, dass sie an den Scheitelpunkten auf den Lichtachsen Ac angeordnete Hauptpunkte einschließt. Dementsprechend wird, in jedem Beleuchtungsmodulsatz 26, ein fixierter Zwischenraum Gl zwischen der Hauptebene 224 der Anfangsstufenlinse 22 und der Lichtquelle 20 entlang von deren Lichtachse Ac beibehalten.
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Die Anfangsstufenlinsenoberflächen 220 von jedem Beleuchtungsmodulsatz 26 sind, gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, als eine zylindrisch geformte (siehe 2), konvexe Linsenoberfläche ausgebildet. Deswegen haben die Anfangsstufenlinsenoberflächen 220 von jedem Beleuchtungsmodulsatz 26 untereinander das gleiche Linsenprofil, wobei dieses Profil symmetrisch zu deren jeweiliger Lichtachse Ac in der Referenzrichtung X ist. Außerdem haben die Anfangsstufenlinsenoberflächen 220 von jedem Beleuchtungsmodulsatz 26, in einem Längsabschnitt entlang der Referenzrichtung X, einen spezifischen effektiven Radius ϕi und eine Krümmung Ci, so dass auf jeder Seite von deren jeweilige Lichtachse Ac zumindest eine Ableitung erster Ordnung und eine Ableitung zweiter Ordnung gebildet werden kann. Diesbezüglich ist, wegen des effektiven Radius ϕi und der Krümmung Ci der Anfangsstufenlinsenoberflächen 220, eine Brennweite fi der Anfangsstufenlinse 22 in jedem Beleuchtungsmodulsatz 26 eingestellt, ein positiver Wert zu sein. Ferner können die Anfangsstufenlinsenoberflächen 220 bis zu einer zweiten Ordnung differenzierbar sein, oder sie können ebenso bis zu einer dritten Ordnung oder darüber differenzierbar sein.
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Das Endstufenlinsenfeld 24a ist an dem Anfangsstufenlinsenfeld 22a durch einen Linsenrahmen 28 befestigt. Eine Einfallsoberfläche 24b des Endstufenlinsenfelds 24a ist als eine flache Oberfläche ausgebildet, die der emittierenden Oberfläche 22c des Anfangsstufenlinsenfelds 22a von einem fixierten Abstand entfernt zugewandt ist. Dementsprechend ist, in jedem Beleuchtungsmodulsatz 26, ein Zwischenhauptebenenabstand D zwischen der Endstufenlinse 24 und der Anfangsstufenlinse 22, welche jedes von dem Endstufenlinsenfeld 24a und dem Anfangsstufenlinsenfeld 22a bilden, eingestellt, ein konstanter Wert zu sein. Dieser Zwischenhauptebenenabstand D ist ein Abstand zwischen einer Hauptebene 244 der Endstufenlinse 24 und der Hauptebene 224 der Anfangsstufenlinse 22. Eine emittierende Oberfläche 24c des Endstufenlinsenfelds 24a bildet jeweilige Endstufenlinsenoberflächen 240. Die Endstufenlinsenoberflächen 240 sind entlang der Referenzrichtung X angeordnet, um die Endstufenlinse 24 von jedem Beleuchtungsmodulsatz 26 auszubilden.
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Die Endstufenlinsenoberflächen 240 von jedem Beleuchtungsmodulsatz 26 definieren eine jeweilige Lichtachse Ac, welche mit der Lichtachse Ac der Anfangsstufenlinsenoberflächen 220 desselben Satzes übereinstimmt. In anderen Worten ist, in jedem Beleuchtungsmodulsatz 26, die Lichtquelle 20 auf der Lichtachse Ac, welche allen Stufen von Kondensorlinsen 21 gemeinsam ist, von der Anfangsstufenlinse 22 zu der Endstufenlinse 24 positioniert. Außerdem ist die Hauptebene 244 der Endstufenlinsenoberflächen 240 in jedem Beleuchtungsmodulsatz 26 definiert, an den Scheitelpunkten auf den Lichtachsen Ac angeordnete Hauptpunkte einzuschließen. Dementsprechend behält, in jedem Beleuchtungsmodulsatz 26, die Endstufenlinse 24 den fixierten Zwischenhauptebenenabstand D entlang deren Lichtachsen Ac zwischen den Hauptebenen 244, 224 bei.
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Die Endstufenlinsenoberflächen 240 von jedem Beleuchtungsmodulsatz 26 sind, gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, als eine zylindrisch geformte (siehe 2), konvexe Linsenoberfläche ausgebildet. Deswegen haben die Endstufenlinsenoberflächen 240 von jedem Beleuchtungsmodulsatz 26 untereinander das gleiche Linsenprofil, wobei dieses Profil symmetrisch zu deren jeweiliger Lichtachse Ac in der Referenzrichtung X ist. Außerdem haben die Endstufenlinsenoberflächen 240 von jedem Beleuchtungsmodulsatz 26, in einem Längsabschnitt entlang der Referenzrichtung X, einen spezifischen effektiven Radius ϕf und eine Krümmung Cf, um auf jeder Seite von deren jeweiliger Lichtachse Ac zumindest zu einer ersten Ordnung und zu einer zweiten Ordnung differenzierbar zu sein. Ferner können die Endstufenlinsenoberflächen 240 bis zu einer zweiten Ordnung differenzierbar sein, oder sie können ebenso bis zu einer dritten Ordnung oder darüber differenzierbar sein.
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Der effektive Radius ϕf der Endstufenlinsenoberflächen 240 in jedem Beleuchtungsmodulsatz 26 ist eingestellt, größer als der effektive Radius ϕi der Anfangsstufenlinsenoberflächen 220 zu sein. Außerdem ist die Krümmung Cf der Endstufenlinsenoberflächen 240 in jedem Beleuchtungsmodulsatz 26 eingestellt, kleiner als die Krümmung Ci der Anfangsstufenlinsenoberflächen 220 zu sein. Weil der effektive Radius ϕf und die Krümmung Cf der Endstufenlinsenoberflächen 240 auf diese Weise eingestellt sind, ist, in jedem Beleuchtungsmodulsatz 26, die Endstufenlinse 24 mit einer kleineren positiven Leistung versehen als die Anfangsstufenlinse 22, und so hat die Anfangsstufenlinse 22 eine maximale positive Leistung. Außerdem ist, wegen des effektiven Radius ϕf und der Krümmung Cf der Endstufenlinsenoberflächen 240, in jedem Beleuchtungsmodulsatz 26, eine Brennweite ff der Endstufenlinse 24 eingestellt, ein größerer positiver Wert zu sein als die Brennweite fi der Anfangsstufenlinse 22.
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Bei jedem oben beschriebenen Beleuchtungsmodulsatz 26 wird es angenommen, dass ein zusammengesetzter Brennpunkt Pc der Brennpunkt einer zusammengesetzten Linse ist, die von allen Stufen von Kondensorlinsen 21, von der Anfangsstufenlinse 22 bis zu der Endstufenlinse 24 gebildet wird. Unter dieser Annahme zeigt Gleichung 1 einen Zwischenraum Gc zwischen dem zusammengesetzten Brennpunkt Pc und der Hauptebene 224 der Anfangsstufenlinse 22 entlang der Lichtachse Ac. Hier ist, bei jedem Beleuchtungsmodulsatz 26, Gleichung 2 erfüllt, da die rechte Seite von Gleichung 1 größer als 0 sein muss. Außerdem ist, bei jedem Beleuchtungsmodulsatz 26, da die Lichtquelle 20 zu der konjugierten Position Pl mit dem vergrößernden optischen System 6 zwischen der konjugierten Position Pl und dem Sichtbereich 91 ausgerichtet ist, während Gleichung 2 erfüllt ist, Gleichung 3 ebenfalls unter Verwendung des in Gleichung 1 gezeigten Zwischenraums Gc erfüllt. In anderen Worten ist, bei jedem Beleuchtungsmodulsatz 26, ein Zwischenraum Gl zwischen der Lichtquelle 20 und der Hauptebene 224 der Anfangsstufenlinse 22 eingestellt, gleich zu oder weniger als der Zwischenraum Gc zwischen dem zusammengesetzten Brennpunkt Pc und derselben Hauptebene 224 zu sein.
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(Betriebswirkungen)
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Als nächstes werden die Betriebswirkungen des ersten Ausführungsbeispiels, soweit wie beschrieben, erklärt werden.
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Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sammelt jeder Beleuchtungsmodulsatz 26 entlang der Referenzrichtung X Licht von der Lichtquelle 20, die an der konjugierten Position Pl positioniert ist, die zu dem Sichtbereich 91 konjugiert ist, wobei das vergrößernde optische System 6 zwischen der konjugierten Position Pl und dem Sichtbereich 91 ist, und lenkt dieses Licht zu einer Anzeigevorrichtung 5 unter Verwendung von jeweiligen mehreren Stufen von Kondensorlinsen 21. Gemäß der Beleuchtungseinheit 2, welche unter Verwendung von jedem auf diese Weise ausgestalteten Beleuchtungsmodulsatz 26 verwirklicht ist, ist eine gleiche Anzahl von jeder Stufe der Kondensorlinsen 21 für jede der Vielzahl von Lichtquellen 20 vorgesehen. Die Kondensorlinsen 21 beinhalten die Anfangsstufenlinse 22, welche am nächsten zu der Lichtquelle 20 ist, und die Endstufenlinse 24, welche die weiteste von der Lichtquelle 20 ist. Folglich kann, gemäß jedem Beleuchtungsmodulsatz 26, selbst wenn jeder der effektiven Radien ϕi, ϕf und jede der Brennweiten fi, ff von allen Stufen von Kondensorlinsen 21 reduziert werden, der breite Bereich der Anzeigevorrichtung 5 beleuchtet werden.
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Außerdem ist der Zwischenraum Gl zwischen der Lichtquelle 20 und der Hauptebene 224 der Anfangsstufenlinse 22 in jedem Beleuchtungsmodulsatz 26 gleich zu oder weniger als der Zwischenraum Gc zwischen derselben Hauptebene 224 und dem zusammengesetzten Brennpunkt Pc einer zusammengesetzten Linse, die aus den Kondensorlinsen 21 kombiniert ist, welche jeweils eine kleine Brennweite fi, ff haben. Deswegen wird, da der Zwischenraum Gc zwischen der Hauptebene 224 und dem zusammengesetzten Brennpunkt Pc kleiner wird, gemäß diesem, der Zwischenraum Gl zwischen der Hauptebene 224 und der Lichtquelle 20 ebenfalls kleiner. Folglich kann, selbst wenn die physische Größe der Beleuchtungseinheit 2 reduziert wird, das Licht von jeder Lichtquelle 20 verwendet werden, um ein Bild auf dem Sichtbereich 91 zu bilden, während ein Beleuchtungswirkungsgrad verbessert wird.
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Somit kann, gemäß der HUD-Vorrichtung 1 des ersten Ausführungsbeispiels, durch Verwendung einer Beleuchtungseinheit 2 mit einer kleinen physischen Größe und den oben beschriebenen Eigenschaften, der weite Bereich der Anzeigevorrichtung 5 mit einer hohen Beleuchtungseffizienz beleuchtet werden. Dementsprechend kann, zusammen mit einer Verbesserung einer Befestigungsflexibilität in dem Fahrzeug 8, die Helligkeit des virtuellen Bildes 10a wegen dieser Beleuchtungseffizienz beibehalten werden.
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Ferner kann, in jedem Beleuchtungsmodulsatz 26 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, die Anfangsstufenlinse 22, welche unter den Kondensorlinsen 21 die maximale positive Leistung hat, zuverlässig so viel Licht wie möglich von dem Licht, welches von der nahe gelegenen Lichtquelle 20 emittiert wird, zu der Endstufenlinse 24, die den letzteren Teil der Kondensorlinsen 21 bildet, sammeln. Dementsprechend kann die Menge von Licht, welche von jedem Beleuchtungsmodulsatz 26 zu der Anzeigevorrichtung 5 gesammelt wird, sichergestellt werden, und so kann der Beleuchtungswirkungsgrad verbessert werden.
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Ferner hat gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, von den zwei Stufen von Kondensorlinsen 21, die in jedem Beleuchtungsmodulsatz 26 vorgesehen sind, die Anfangsstufenlinse 22 die maximale positive Leistung und kann deshalb zuverlässig so viel von dem Licht wie möglich von dem von der nahe gelegenen Lichtquelle 20 emittierten Licht sammeln. Ferner hat, von den zwei Stufen von Kondensorlinsen 21, welche in jedem Beleuchtungsmodulsatz 26 vorgesehen sind, die Endstufenlinse 24 eine Lichtsammelfunktion in Bezug auf das durch die Anfangsstufenlinse 22 von der Lichtquelle 20 durchtretende Licht, und stellt dadurch die Bildbildungsposition dieses Lichts ein. Dementsprechend kann die Endstufenlinse 24 die Bildbildungsposition dieses Lichts daran hindern, von dem Sichtbereich 91 abzuweichen. Wegen dieser Punkte kann, selbst wenn der Aufbau von jedem Beleuchtungsmodulsatz 26 vereinfacht ist, eine hohe Beleuchtungseffizienz erzielt werden.
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Ferner sind gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel die Anfangsstufenlinsen 22 von jedem Beleuchtungsmodulsatz 26 miteinander kombiniert, um das Anfangsstufenlinsenfeld 22a zu bilden, und die Endstufenlinsen 24 von jedem Beleuchtungsmodulsatz 26 sind miteinander kombiniert, um das Endstufenlinsenfeld 24a zu bilden. Diesbezüglich tendiert, gemäß dem Anfangsstufenlinsenfeld 22a und dem Endstufenlinsenfeld 24, der Zwischenhauptebenenabstand D zwischen der Anfangsstufenlinse 22 und der Endstufenlinse 24 dazu, während eines Linsenzusammenbaus nicht voneinander abzuweichen. Als eine Konsequenz ist es, bei jedem Beleuchtungsmodulsatz 26, einfach, den Zwischenraum Gl zwischen der Lichtquelle und der Hauptebene 224 der Anfangsstufenlinse 22 in Bezug auf den Zwischenraum Gc zwischen dem zusammengesetzten Brennpunkt Pc und derselben Hauptebene 224 einzustellen, wobei diese Einstellung in Abhängigkeit von dem Zwischenhauptebenenabstand D nach einem Zusammenbauen der Felder durchgeführt wird. Als ein Ergebnis ist es möglich, die Bildbildungsposition des Lichtes der Lichtquelle 20 daran zu hindern, von dem Sichtbereich 91 abzuweichen verursacht dadurch, dass der Zwischenraum Gl zwischen der Lichtquelle 20 und der Hauptebene 224 größer als der Zwischenraum Gc zwischen dem zusammengesetzten Brennpunkt Pc und der Hauptebene 224 wird.
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Außerdem ist, gemäß jedem Beleuchtungsmodulsatz 26 des ersten Ausführungsbeispiels, die Lichtquelle 20 auf der Lichtachse Ac positioniert, welche allen Stufen von Kondensorlinsen 21, von der Anfangsstufenlinse 22 zu der Endstufenlinse 24, gemeinsam ist. In diesem Fall ist es schwierig für Abweichungen, in dem Einfallwinkel des von der Endstufenlinse 24 zu der Anzeigevorrichtung 5 emittierten Lichts aufzutreten. Deswegen ist es möglich, eine ungleichmäßige Beleuchtung daran zu hindern, in der Anzeigevorrichtung 5 zwischen den Beleuchtungszielbereichen von jedem Beleuchtungsmodulsatz 26 aufzutreten.
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(Zweites Ausführungsbeispiel)
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Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie in 4 bis 6 gezeigt, ist ein modifiziertes Beispiel des ersten Ausführungsbeispiels. In dem zweiten Ausführungsbeispiel ist, von zwei Stufen von Kondensorlinsen 2021 von jedem Beleuchtungsmodulsatz 2026, eine Endstufenlinse 2024 auf einer späteren Stufe als die Anfangsstufenlinse 22. Diese Endstufenlinse 224 umfasst Endstufenlinsenoberflächen 2242, welche von einer Vielzahl von abwechselnd angeordneten ersten Linsenoberflächenabschnitten 2240 und zweiten Linsenoberflächenabschnitten 2241 gebildet werden.
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Wie in 6 gezeigt, ist der erste Linsenoberflächenabschnitt 2240 von jedem Beleuchtungsmodulsatz 2026 ausgebildet, eine Form zu haben, sodass, unter einer Annahme, dass es eine Vielzahl von ersten imaginären Linsenoberflächen 2240a gibt, Abschnitte intermittierend von einer jeweiligen entsprechenden ersten imaginären Linsenoberfläche 2240a extrahiert werden, wie sie durch die gepunkteten Linien in dieser Figur gezeigt ist. Ferner wird es angenommen, dass es drei erste imaginäre Linsenoberflächen 2240a gibt, gleich zu der Anzahl von Sätzen von Beleuchtungseinheiten 2026. In 6 sind zwei der drei ersten imaginären Linsenoberflächen 2240a für eine Darstellung gezeigt.
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Hier ist jede erste imaginäre Linsenoberfläche 2240a imaginär so definiert, dass jede jeweilige individuell entsprechende Lichtachse Ac eine erste Lichtachse Af1 definiert. Ferner ist, in dem zweiten Ausführungsbeispiel, jede erste imaginäre Linsenoberfläche 2240a als eine zylindrisch geformte, konvexe Linsenoberfläche definiert. Deswegen haben alle ersten imaginären Linsenoberflächen 2240a untereinander das gleiche Linsenprofil, wobei dieses Linsenprofil symmetrisch zu deren jeweiliger ersten Lichtachse Af1 in der Referenzrichtung X ist. Außerdem hat jede erste imaginäre Linsenoberfläche 2240a, in einem Längsabschnitt entlang der Referenzrichtung X, einen spezifischen effektiven Radius ϕf1 und eine Krümmung Cf1, um zwischen der ersten Lichtachse Af1 und einer zweiten Lichtachse Af2 (später beschrieben), welche gegenseitig benachbart sind, zumindest zu einer ersten Ordnung und einer zweiten Ordnung differenzierbar zu sein. Außerdem kann jede erste imaginäre Linsenoberfläche 2240a bis zu einer zweiten Ordnung differenzierbar sein, oder sie kann ebenso bis zu einer dritten Ordnung oder darüber differenzierbar sein.
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Der zweite Linsenoberflächenabschnitt 2241 von jedem Beleuchtungsmodulsatz 2026 ist ausgebildet, eine Form zu haben, so dass, unter einer Annahme, dass es eine Vielzahl von zweiten imaginären Linsenoberflächen 2241a gibt, Abschnitte intermittierend von jeweiligen zwei entsprechenden zweiten imaginären Linsenoberflächen 2241a, wie durch die gepunkteten Linien in 6 gezeigt, extrahiert werden. Ferner wird es angenommen, dass es vier zweite imaginäre Linsenoberflächen 2241a gibt, eine mehr als die Anzahl von Sätzen von Beleuchtungseinheiten 2026. In 6 sind drei der vier zweiten imaginären Linsenoberflächen 2241a für eine Darstellung gezeigt.
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Hier ist jede zweite imaginäre Linsenoberfläche 2241a imaginär so definiert, dass eine zweite Lichtachse Af2 an einer mittleren Position zwischen aufeinanderfolgenden ersten Lichtachsen Af1, Af1 entlang der Referenzrichtung X definiert ist. Deswegen erstrecken sich alle zweiten Lichtachse Af2 parallel zueinander mit einem Zwischenlichtachsenabstand Δa zwischen einander in der Referenzrichtung X. Außerdem ist jede zweite Lichtachse Af2 um eine Hälfte dieses Zwischenlichtachsenabstands Δa beabstandet weg von jeder der ersten Lichtachsen Af1, Af1 auf jeder Seite in der Referenzrichtung X angeordnet. D.h. jede zweite Lichtachse Af2 ist exzentrisch zu den ersten Lichtachsen Af1, Af1 auf beiden Seiten in der Referenzrichtung X um eine Hälfte des Zwischenlichtachsenabstands Δa. In anderen Worten können die ersten imaginären Linsenoberflächen 2240a als eine imaginäre Linsenoberfläche behandelt werden, die durch Versetzen der ersten Lichtachse Af1 von der zweiten Lichtachse Af2 in der Referenzrichtung X definiert sind.
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Ferner ist jede zweite imaginäre Linsenoberfläche 2241a in dem zweiten Ausführungsbeispiel als eine zylindrisch geformte konvexe Linsenoberfläche definiert. Deswegen haben alle zweiten imaginären Linsenoberflächen 2241a untereinander das gleiche Linsenprofil, wobei dieses Linsenprofil symmetrisch zu deren jeweiliger zweiten Lichtachse Af2 in der Referenzrichtung X ist. Außerdem hat jede zweite imaginäre Linsenoberfläche 2241a, in einem Längsabschnitt entlang der Referenzrichtung X, einen spezifischen effektiven Radius ϕf2 und eine Krümmung Cf2, so dass sie zwischen der ersten Lichtachse Af1 und der zweiten Lichtachse Af2, die gegenseitig benachbart sind, zumindest zu einer ersten Ordnung und einer zweiten Ordnung ableitbar ist. Außerdem kann jede zweite imaginäre Linsenoberfläche 2241a bis zu einer zweiten Ordnung ableitbar sein, oder kann ebenso bis zu einer dritten Ordnung oder darüber ableitbar sein.
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Ferner hat jede zweite imaginäre Linsenoberfläche 2241a des zweiten Ausführungsbeispiels das gleiche Linsenprofil wie jede erste imaginäre Linsenoberfläche 2240a. Deswegen ist der effektive Radius ϕf2 von jeder zweiten imaginären Linsenoberfläche 2241a eingestellt, gleich zu dem effektiven Radius ϕf1 von jeder ersten imaginären Linsenoberfläche 2240a zu sein, innerhalb eines Bereichs, der größer ist als der effektive Radius ϕi der Anfangsstufenlinsenoberflächen 220. Außerdem ist die Krümmung Cf2 von jeder zweiten imaginären Linsenoberfläche 2241a eingestellt, gleich zu der Krümmung Cf1 von jeder ersten imaginären Linsenoberfläche 2240a zu sein, innerhalb eines Bereichs, der kleiner als die Krümmung Ci der Anfangsstufenlinsenoberflächen 220 ist.
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Wie in 4 bis 6 gezeigt, ist, gemäß jedem Beleuchtungsmodulsatz 2026, die Anzahl von Extrahierungen der zweiten Linsenoberflächenabschnitte 2241 von den oben beschriebenen zweiten imaginären Linsenoberflächen 2241a eingestellt, sechs oder acht zu sein, gleich zu der Anzahl von Extrahierungen der ersten Linsenoberflächenabschnitte 2240 von den ersten imaginären Linsenoberflächen 2240a, die oben beschrieben sind. Ferner ist, wie in 6 gezeigt, in der Referenzrichtung X von jedem Beleuchtungsmodulsatz 2026, eine Extrahierungsbreite W1 der ersten Linsenoberflächenabschnitte 2240 von den ersten imaginären Linsenoberflächen 2240a größer für die ersten Linsenoberflächenabschnitte 2240, welche näher an den ersten Lichtachsen Af1 sind. Ferner ist, in der Referenzrichtung X von jedem Beleuchtungsmodulsatz 2026, eine Extrahierungsbreite W2 der zweiten Linsenoberflächenabschnitte 2241 von den zweiten imaginären Linsenoberflächen 2241a größer für die zweiten Linsenoberflächenabschnitte 2241, welche näher an den zweiten Lichtachsen Af2 sind.
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Ferner sind, wie in 5 und 6 gezeigt, erste Linsenoberflächenabschnitte 2240, auf der ersten Lichtachse Af1 von jedem Beleuchtungsmodulsatz 2026, in einer Achsensymmetrie benachbart zueinander. Ferner sind, auf der zweiten Lichtachse Af2 von jedem Beleuchtungsmodulsatz 2026, zweite Linsenoberflächenabschnitte 2241 in einer Achsensymmetrie benachbart zueinander.
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Gemäß jedem Beleuchtungsmodulsatz 2026, welcher die oben beschriebene Endstufenlinse 2024 beinhaltet, wird, durch Einstellen jeder imaginären Linsenoberfläche 2240a, 2241a wie oben beschrieben, die Endstufenlinse 2024 mit einer kleineren positiven Leistung versehen als die Anfangsstufenlinse 22. Folglich hat, auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel, von den Kondensorlinsen 2021 in demselben Satz, die Anfangsstufenlinse 22 die maximale positive Leistung. Ferner ist, gemäß jedem Beleuchtungsmodulsatz 2026, durch Einstellen von jeder der imaginären Linsenoberflächen 2240a, 2241a, eine Brennweite der ersten imaginären Linsenoberflächen 2240a als eine Brennweite ff der Endstufenlinse 2024, wie in 5 gezeigt, so eingestellt, größer als die Brennweite fi der Anfangsstufenlinse 22 zu sein.
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Diesbezüglich wird, bei jedem Beleuchtungsmodulsatz 2026, der Zwischenraum Gc zwischen der Hauptebene 224 der Anfangsstufenlinse 22 und dem zusammengesetzten Brennpunkt Pc, ähnlich zu dem ersten Ausführungsbeispiel, durch Gleichung 1 repräsentiert. Hier ist der zusammengesetzte Brennpunkt Pc von einer zusammengesetzten Linse, welche von allen Stufen von Kondensorlinsen 2021, von der Anfangsstufenlinse 22 bis zu der Endstufenlinse 2024, kombiniert ist. Ferner ist, gemäß jedem Beleuchtungsmodulsatz 2026, ähnlich zu dem ersten Ausführungsbeispiel, da Gleichungen 2 und 3 erfüllt sind, der Zwischenraum Gl zwischen der Hauptebene 224 und der Lichtquelle 20 gleich zu oder weniger als der Zwischenraum Gc zwischen der Hauptebene 224 und dem zusammengesetzten Brennpunkt Pc entlang der Richtung der Lichtachsen Ac der Anfangsstufenlinse 22. Dementsprechend können wenigstens die gleichen Betriebswirkungen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel bei dem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt werden.
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Außerdem umfasst, gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, die Endstufenlinse 2024 von jedem Beleuchtungsmodulsatz 2026 die Vielzahl von ersten Linsenoberflächenabschnitten 2240, von welchen jeder durch teilweise Extrahierung von der ersten imaginären Linsenoberfläche 2240a gebildet wird. Die erste imaginäre Linsenoberfläche 2240a ist zumindest bis zu der zweiten Ordnung differenzierbar. Als ein Ergebnis kann, bei jedem Beleuchtungsmodulsatz 2026 jeder erste Linsenoberflächenabschnitt 2240 eine Lichtsammelfunktion für das Licht von der Lichtquelle 20 zeigen, welche auf der Lichtachse Ac positioniert ist, die der ersten Lichtachse Af1 entspricht, die durch die erste imaginäre Linsenoberfläche 2240a definiert ist.
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Außerdem umfasst, gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, die Endstufenlinse 2024 von jedem Beleuchtungsmodulsatz 2026 eine Vielzahl von zweiten Linsenoberflächenabschnitten 2241, welche alternierend mit den ersten Linsenoberflächenabschnitten 2240 in der Referenzrichtung X angeordnet sind. Jeder der Vielzahl von zweiten Linsenoberflächenabschnitten 2241 wird durch teilweise Extrahierung von der zweiten imaginären Linsenoberfläche 2241a gebildet, welche zumindest zu der ersten Ordnung differenzierbar ist. Als ein Ergebnis kann, bei jedem Beleuchtungsmodulsatz 2026, das von den zweiten Linsenoberflächenabschnitten 2241 emittierte Licht über das von den ersten Linsenoberflächenabschnitten 2240 emittierte Licht zwischen den Lichtachsen Af1, Af2 entlang der Referenzrichtung X gelegt werden, ebenso wie auf der zweiten Lichtachse Af2, welche durch die zweite imaginäre Linsenoberfläche 2241a definiert ist, wobei die zweite Lichtachse Af2 in der Referenzrichtung X exzentrisch zu der ersten Lichtachse Af1 ist. Wegen dieser Lichtüberlappungsfunktion kann, selbst an Orten, welche in Abständen weg von der ersten Lichtachse Af1 angeordnet sind, die als die Lichtachse Ac agiert, auf welcher die Lichtquelle 20 von jedem Beleuchtungsmodulsatz 2026 platziert ist, die Intensität des emittierten Lichts erhöht werden. Deswegen ist es möglich, eine ungleichmäßige Beleuchtung dahingehend zu reduzieren, in der Anzeigevorrichtung 5 zwischen den Beleuchtungszielbereichen von jedweden Beleuchtungsmodulsätzen 2026 aufzutreten.
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Ferner können, gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, die Endstufenlinsen 2024 ausgebildet sein, so dünn wie möglich zu sein, weil jede Endstufenlinse 2024 durch Anordnen der Linsenoberflächenabschnitte 2240, 2241 gebildet wird, welche teilweise von den imaginären Linsenoberflächen 2240a, 2241a extrahiert sind. Deswegen kann der Zwischenhauptebenenabstand D zwischen der Anfangsstufenlinse 22 und der Endstufenlinse 2024, eingestellt werden, klein zu sein, und der Zwischenraum Gl, welcher in Abhängigkeit von diesem Abstand D festgelegt wird und welcher gleich zu oder kleiner als der Zwischenraum Gc ist, kann ebenfalls eingestellt werden, klein zu sein. Als ein Ergebnis kann die physische Größe der Beleuchtungseinheit 2 weiter reduziert werden.
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(Andere Ausführungsbeispiele)
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Eine Vielzahl von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist oben diskutiert, aber die vorliegende Erfindung soll nicht interpretiert werden, auf dieser Ausführungsbeispiele beschränkt zu sein. Eine Vielfalt von Ausführungsbeispielen und Kombinationen, welche nicht von dem Geiste der vorliegenden Erfindung abweichen, wird in Erwägung gezogen.
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Insbesondere kann, gemäß einem ersten modifizierten Beispiel, welches sich auf das erste und das zweite Ausführungsbeispiel bezieht, die Anfangsstufenlinsenoberfläche 220 auf der Einfallsoberfläche 22b des Anfangsstufenlinsenfelds 22a zusätzlich zu, oder anstelle von, der emittierenden Oberfläche 22c desselben Linsenfeldes 22a ausgebildet sein. In diesem Fall kann, wenn die Anfangsstufenlinsenoberfläche 220 auf jeder von der emittierenden Oberfläche 22c und der Einfallsoberfläche 22b ausgebildet ist, ein zweidimensionaler Anordnungsaufbau verwendet werden, bei welchem eine Vielzahl von Lichtquellen 20 entlang jeder von mehreren unterschiedlichen Referenzrichtungen von diesen Oberflächen 22c, 22b angeordnet ist.
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Gemäß einem zweiten modifizierten Beispiel, welches sich auf das erste Ausführungsbeispiel und das zweite Ausführungsbeispiel bezieht, können die Endstufenlinsenoberflächen 240, 2242 auf der Einfallsoberfläche 24b des Endstufenlinsenfelds 24a zusätzlich zu, oder anstelle von, der emittierenden Oberfläche 24c desselben Linsenfeldes 24a ausgebildet sein. In diesem Fall kann, wenn die Endstufenlinsenoberflächen 240, 2242 auf jeder von der emittierenden Oberfläche 24c und der Einfallsoberfläche 24b ausgebildet werden, ein zweidimensionaler Anordnungsaufbau verwendet werden, bei welchem eine Vielzahl von Lichtquellen 20 entlang jeder von mehreren unterschiedlichen Referenzrichtungen von diesen Oberflächen 24c, 24b angeordnet ist.
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Gemäß einem dritten modifizierten Beispiel, welches sich auf das erste Ausführungsbeispiel und das zweite Ausführungsbeispiel bezieht, können, betreffend die Kondensorlinsen 21, 2021 von jedem Beleuchtungsmodulsatz 26, 2026, drei oder mehr Stufen vorgesehen sein, solange wie die Anfangsstufenlinse 22 und die Endstufenlinse 24, 2024 vorgesehen sind. Zum Beispiel kann, in dem dritten modifizierten Beispiel, eine Mittelstufenlinse unter den Kondensorlinsen 21 vorgesehen sein und zwischen der Anfangsstufenlinse 22 und der Endstufenlinse 24, 2024 positioniert sein. In diesem Fall ist der Zwischenraum Gl zwischen der Lichtquelle 20 und der Hauptebene 224 der Anfangsstufenlinse 22 eingestellt, gleich zu oder weniger als der Zwischenraum Gc zwischen derselben Hauptebene 224 und dem zusammengesetzten Brennpunkt von all diesen Stufen zu sein. Ferner kann, auch in diesem Fall, die Mittelstufenlinse von jedem Beleuchtungsmodulsatz 26, 2026 als ein einstückiges Mittelstufenlinsenfeld ausgebildet sein.
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Gemäß einem vierten modifizierten Beispiel, welches sich auf das erste Ausführungsbeispiel und das zweite Ausführungsbeispiel bezieht, kann eine späterstufige Kondensorlinse 21 (zum Beispiel die Endstufenlinse 24, 2024) eher als die Anfangsstufenlinse 22 desselben Satzes mit der maximalen positiven Leistung versehen sein. Ferner kann, gemäß einem fünften modifizierten Beispiel, welches sich auf das erste Ausführungsbeispiel und das zweite Ausführungsbeispiel bezieht, von den Kondensorlinsen 21, welche die Anfangsstufenlinse 22 und die Endstufenlinse 24, 2024 von jedem Beleuchtungsmodulsatz 26, 2026 beinhalten, zumindest eine Stufe von Kondensorlinse 21 getrennt von anderen vorgesehen sein.
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Gemäß einem sechsten modifizierten Beispiel, welches sich auf das erste Ausführungsbeispiel und das zweite Ausführungsbeispiel bezieht, können, bei irgendeinem Satz von Beleuchtungsmodulen 26, 2026, die Lichtquelle 20 und eine Stufe der Kondensorlinsen 21 nach der Anfangsstufenlinse 22 (wie beispielsweise die Endstufenlinse 24, 2024) von der Lichtachse Ac (der ersten Lichtachse Af1 in dem zweiten Ausführungsbeispiel) der Anfangsstufenlinse 22 versetzt sein. Zum Beispiel sind, gemäß dem sechsten modifizierten Beispiel, wie es sich auf das erste Ausführungsbeispiel bezieht und in 7 gezeigt ist, in der Vielzahl von Sätzen von Beleuchtungsmodulen 26, wo die Hauptpunkte von allen Stufen von Kondensorlinsen 21 auf umgebenden Hauptstrahlen Rs positioniert sind, welche durch die Peripherien von der Mitte des Blickwinkels der Anzeigevorrichtung 5 (nicht dargestellt) hindurch treten, die Lichtquellen 20 auf diesen umgebenden Hauptstrahlen Rs positioniert, welche von den Lichtachsen Ac der Anfangsstufenlinse 22 in der Referenzrichtung X versetzt sind. Gemäß dem sechsten modifizierten Beispiel, wie es sich auf das erste Ausführungsbeispiel bezieht und in 7 gezeigt ist, ist jedoch in einem Satz eines Beleuchtungsmoduls 26, wo die Hauptpunkte von allen Stufen von Kondensorlinsen 21 auf einem Mittelhauptstrahl Rc positioniert sind, welcher durch die Mitte des Blickwinkels der Anzeigevorrichtung 5 (nicht dargestellt) hindurch tritt, die Lichtquelle 20 auf diesem Mittelhauptstrahl Rc positioniert, der mit der Lichtachse Ac der Anfangsstufenlinse 22 zusammenfällt.
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Gemäß einem siebten modifizierten Beispiel, welches sich auf das zweite Ausführungsbeispiel bezieht, können sich das Linsenprofil der ersten imaginären Linsenoberfläche 2240a und das Linsenprofil der zweiten imaginären Linsenoberfläche 2241a voneinander unterscheiden. Zum Beispiel können in dem siebten modifizierten Beispiel die Krümmung Cf1 der ersten imaginären Linsenoberfläche 2240a und die Krümmung Cf2 der zweiten imaginären Linsenoberfläche 2241a unterschiedlich zueinander sein. Als ein Beispiel kann, wie in dem siebten modifizierten Beispiel von 8 gezeigt, die zweite imaginäre Linsenoberfläche 2241a ein zu der ersten imaginären Linsenoberfläche 2240a unterschiedliches Linsenprofil haben, indem sie mit einer Prismalinsenform ausgebildet ist, welche auf eine winkelförmige Art und Weise in Bezug auf die Referenzrichtung X ansteigt und abfällt, wobei diese Prismalinsenform nur bis zu der ersten Ordnung in einem Längsabschnitt entlang der Referenzrichtung X zwischen den Lichtachsen Af1, Af2 differenzierbar ist.
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Gemäß einem achten modifizierten Beispiel, welches sich auf das erste Ausführungsbeispiel und das zweite Ausführungsbeispiel bezieht, kann ein anderes Element als die Windschutzscheibe 81 als das „Anzeigeelement “ des Fahrzeugs 8 verwendet werden. Zum Beispiel kann ein Kombinator oder solcherlei an der Innenoberfläche der Windschutzscheibe 81 befestigt werden, oder ein Kombinator kann separat zu der Windschutzscheibe 81 vorgesehen sein. Ferner kann, gemäß einem neunten modifizierten Beispiel, welches sich auf das erste Ausführungsbeispiel und das zweite Ausführungsbeispiel bezieht, die vorliegende Erfindung auf eine Beleuchtungseinheit 2 einer HUD-Vorrichtung 1 angewendet werden, welche an einem anderen „beweglichen Körper“ als dem Fahrzeug 8 befestigt ist, wie beispielsweise einem Schiff oder einem Flugzeug.
