DE112015004035T5

DE112015004035T5 - Bildanzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE112015004035T5
Application number: DE112015004035.8T
Authority: DE
Inventors: Nozomi Nakagawa; Hironori Nakahara; Tomo Kishigami; Nobuo Takeshita
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-09-03
Filing date: 2015-08-25
Publication date: 2017-05-18
Anticipated expiration: 2035-08-26
Also published as: JP6172400B2; CN106662748A; WO2016035607A1; US20170285341A1; DE112015004035B4; JPWO2016035607A1; CN106662748B; US9817233B2

Abstract

Die Bildanzeigevorrichtung (100) stellt Bilder zur Verfügung, die von dem Bereich der Augenbox (E) wahrnehmbar sind, und enthält eine Lichtquelleneinheit (110), einen Schirm (140), eine Abtasteinheit (130) und ein optisches System (155). Der Schirm (140) hat eine einzelne Mikrolinsenanordnung (1), auf der eine Vielzahl von Mikrolinsen (3) angeordnet ist. Die Abtasteinheit (130) enthält einen Spiegel (130a) zum Reflektieren von von der Lichtquelleneinheit (110) emittierten Strahlen und schwenkt den Spiegel (130a) um eine Schwenkmitte (130c), um die Strahlen darüber abzutasten, wodurch Bilder erzeugt werden. Das optische System (155) bringt die auf dem Schirm (140) gebildeten Bilder zu der Augenbox (E). Ein Winkel (θout), der zwischen einem gebeugten Strahl nullter Ordnung und einem gebeugten Strahl erster Ordnung, die zu einem Lichtstrom von durch den Schirm gebeugten Strahlen gehören und durch die Mitte der Augenbox (E) hindurchgehen, gebildet ist, ist kleiner als ein minimaler Sehwinkel (Vmin).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Bildanzeigevorrichtung mit einer Mikrolinsenanordnung als einem Schirm zum Anzeigen eines Bilds.
Stand der Technik
Eine Blickfeld-Anzeigevorrichtung erzeugt ein Bild auf einem Schirm, beispielsweise mit einem MEMS-Spiegel. Das auf dem Schirm erzeugte Bild tritt als Bildstrahlen auf. Die Bildstrahlen werden durch einen Reflexionsspiegel usw., der als ein Kombinator bezeichnet wird, reflektiert, dann durch eine Vergrößerungsvorrichtung usw. vergrößert und schließlich zu der Augenposition oder dem Augenpunkt des Fahrers geführt. Das auf dem Schirm erzeugte Bild wird von dem Augenpunkt als ein virtuelles Bild wahrgenommen.
Es gibt eine herkömmliche Technik, die für einen Blickfeld-Anzeigeschirm vorgeschlagen ist, um eine Mikrolinsenanordnung zu verwenden, die aus einer großen Anzahl von periodisch angeordneten Linsen zusammengesetzt ist. Jedoch bewirkt in einem Fall, in welchem ein Blatt der Mikrolinsenanordnung bei einem Schirm angewendet wird, die periodische Struktur der Mikrolinsenanordnung gebeugte Strahlen, was zu dem Problem der Helligkeitsungleichförmigkeit führt.
Das Patentdokument 1 offenbart daher eine Technik zur Verwendung von zwei Bögen von Mikrolinsenanordnungen, das heißt, einer ersten Mikrolinsen-Anordnungseinheit und einer zweiten Mikrolinsen-Anordnungseinheit. Die beiden Mikrolinsenanordnungen sind einander gegenüberliegend angeordnet und haben einen gegenseitigen Abstand, der größer als die Brennweite der in der ersten Mikrolinsen-Anordnungseinheit angeordneten Mikrolinsenanordnung ist. Auch sind die Abstände zwischen den in der ersten Mikrolinsen-Anordnungseinheit angeordneten Mikrolinsen so konfiguriert, dass sie kleiner als diejenigen in der zweiten Mikrolinsen-Anordnungseinheit sind. Dies verhindert die Erzeugung übermäßig heller Punkte. Das heißt, durch Verwendung der beiden Mikrolinsenanordnungen kann die Erzeugung der gebeugten Strahlen, die sich aus der periodischen Anordnung der Mikrolinsenanordnungen ergeben, verhindert werden.
Dokument des Standes der Technik
Patentdokument
Patentdokument 1

Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2012-226304 (Seiten 13 bis 16, 3).

Zusammenfassung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösendes Problem
Die Verwendung von zwei Mikrolinsenanordnungen verringert jedoch die Lichtdurchlässigkeit, wodurch der Lichtausnutzungs-Wirkungsgrad herabgesetzt wird. Auch verringert die erhöhte Anordnungskomplexität aufgrund der Verwendung von zwei Mikrolinsenanordnungen die Produktivität und erhöht die Herstellungskosten.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die vorgenannten Probleme zu lösen. Gemäß der vorgeschlagenen Technik kann die Helligkeit der übermäßig hellen Punkte verringert werden durch Verwendung eines einzelnen Bogens einer Mikrolinsenanordnung. Das heißt, die Technik kann die übermäßig hellen Punkte weniger wahrnehmbar machen.
Mittel zum Lösen des Problems
Eine Bildanzeigevorrichtung zum Bereitstellen eines Bilds, das von einem Bereich einer Augenblox wahrnehmbar ist, enthält gemäß der vorliegenden Erfindung eine Lichtquelleneinheit zum Emittieren eines Strahls, einen Schirm mit einer Mikrolinsenanordnung, auf der eine Vielzahl von Mikrolinsen angeordnet sind, eine Abtasteinheit, die einen Spiegel zum Reflektieren der von der Lichtquelleneinheit emittierten Strahlen hat und die den Spiegel um eine Schwenkmitte schwenkt, um die Strahlen über den Schirm abzutasten, wodurch das Bild des Schirms erzeugt wird, und ein optisches System zum Bringen des auf dem Schirm gebildeten Bilds zu der Augenbox, wobei ein zwischen einem gebeugten Strahl nullter Ordnung und einem gebeugten Strahl erster Ordnung, die Teil eines Lichtstroms von durch den Schirm gebeugten Strahlen sind und durch die Mitte der Augenbox hindurchgehen, gebildeter Winkel kleiner als ein minimaler Sehwinkel ist.
Wirkung der Erfindung
Eine Bildanzeigevorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann helle Punkte weniger wahrnehmbar machen durch Verwendung nur eines einzelnen Bogens einer Mikrolinsenanordnung.
Kurzbeschreibung der Figuren
1 ist eine Zeichnung, die eine Mikrolinsenanordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung illustriert;
2 ist eine Zeichnung, die ein elementares Gitter illustriert, das zum Gestalten einer Mikrolinsenanordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung illustriert;
3 ist eine Zeichnung, die eine Versetzung von Scheitelpunkten der Mikrolinsenanordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung illustriert;
4 ist ein Diagramm, das schematisch eine Bildanzeigevorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung illustriert;
5 ist ein Diagramm, das einen optischen Pfad eines aus der Bildanzeigevorrichtung austretenden Stahls gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung illustriert;
6 ist ein Diagramm, das einfach eine optische Konfiguration der Bildanzeigevorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung illustriert;
7 ist ein Diagramm, das ein Simulationsergebnis der Bildanzeigevorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung illustriert;
8 ist ein Diagramm, das einen optischen Pfad eines aus der Bildanzeigevorrichtung austretenden Strahls gemäß dem Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung illustriert;
9 ist ein Diagramm, das einfach eine optische Konfiguration der Bildanzeigevorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung illustriert;
10 ist eine Zeichnung, die eine Mikrolinsenanordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung illustriert;
11 ist eine Zeichnung, die ein elementares Gitter, das zum Gestalten der Mikrolinsenanordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung verwendet wird, illustriert;
12 ist eine Zeichnung, die eine Gestaltung der Mikrolinsenanordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung illustriert;
13 ist auch eine Zeichnung zum Illustrieren einer Gestaltung der Mikrolinsenanordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung;
14 ist eine Zeichnung, die Positionen von Scheitelpunkten der in der Mikrolinsenanordnung enthaltenen Mikrolinsen gemäß dem Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung illustriert;
15 ist eine Zeichnung, die eine Anordnung von Grundmuster-Linsengruppen, die in einer Mikrolinsenanordnung voneinander verschieden sind, gemäß dem Ausführungsbeispiel 4 der vorliegenden Erfindung illustriert; und
16 sind Diagramme zum Illustrieren von Eigenschaften der Mikrolinsenanordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel 4 der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsbeispiele zum Durchführen der Erfindung
Bisher wurden mehreren Techniken vorgeschlagen, um eine Mikrolinsenanordnung bei einer Blickfeld-Anzeigevorrichtung anzuwenden.
Eine Mikrolinsenanordnung ist eine optische Vorrichtung, die aus einer großen Anzahl von periodisch angeordneten Mikrolinsen zusammengesetzt ist. Die Mikrolinsenanordnung ist eine optische Vorrichtung zum Erzeugen eines Zwischenbilds des von einem Fahrer betrachteten Bilds, und zum Vergrößern der Fläche, von der aus der Fahrer das angezeigte Bild sehen kann. Die Mikrolinsenanordnung funktioniert, wenn sie für eine Blickfeld-Anzeigevorrichtung verwendet wird, als ein Schirm, auf den Bildstrahlen projiziert werden. Die ”Bildstrahlen” bedeuten hier Strahlen, die Bildinformationen tragen.
Die als ein Schirm für eine Blickfeld-Anzeigevorrichtung verwendete Mikrolinsenanordnung erfordert eine erhebliche Bildgröße, was bedeutet, dass die Mikrolinsenanordnung eine große Anzahl von Mikrolinsen benötigt.
Beispielsweise benötigt ein Schirm mit einer Größe von 75 [mm] × 25 [mm] 1.350.000 auf diesem angeordnete Mikrolinsen. Hier wird angenommen, dass die Mikrolinsen auf dem Schirm in einer Wabenstruktur angeordnet sind, bei der das Intervall zwischen den Mikrolinsen oder die Wiederholungsperiode von diesen 40 [μm] beträgt.
Eine Mikrolinsenanordnung ist als eine herkömmliche Technik offenbart, bei der Mikrolinsen zufällig angeordnet sind, wobei ihre Scheitelpunkte unter einer bestimmten Bedingung versetzt sind. Ein Beispiel ist in dem Absatz 0021 der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2007-108400 beschrieben.
Gemäß dem in dem Patentdokument 1 beschriebenen Verfahren erfordert jedoch eine Mikrolinsenanordnung mit größeren Abmessungen Anordnungseinstellungen für eine große Anzahl von Mikrolinsen, was zu einer außerordentlichen Menge von Schirmgestaltungsdaten führt.
Gemäß der in der vorliegenden Erfindung offenbarten Technik kann dieses Problem gelöst werden, das heißt, Mikrolinsenanordnungen können mit einer geringeren Menge von Gestaltungsdaten als bei herkömmlichen Techniken gestaltet werden.
Als eine Folge können Bildanzeigevorrichtungen mit einer Mikrolinsenanordnung, die als ihr Schirm funktioniert, auch mit einer geringeren Menge von Gestaltungsdaten als bei herkömmlichen Techniken gestaltet werden.
Ein Schirm, der mit zwei Mikrolinsenanordnungen konfiguriert ist, wie im Patentdokument 1 beschrieben ist, hat das Problem, dass der hiermit konfigurierte Schirm auffallende punktartige Pixel in dem angezeigten Bild aufgrund von ungleichförmiger Luminanz bildet. Die Technik gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Auffälligkeit der punktartigen Pixel in dem angezeigten Bild aufgrund der Luminanzungleichförmigkeit herabsetzen.
Ausführungsbeispiel 1
<Konfiguration der Mikrolinsenanordnung 1>
1 ist eine Zeichnung, die eine Mikrolinsenanordnung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung illustriert. Wie in 1 durch verstärkte rechteckige Rahmen gezeigt ist, enthält die Mikrolinsenanordnung 1 mehrere Grundmuster-Linsengruppen 2.
Die Form der Grundmuster-Linsengruppe 2 ist beispielsweise ein Rechteck mit der Länge L₁ in Längsrichtung und der Länge L₂ in Seitenrichtung. 1 zeigt einen Fall, in welchem die Form der Grundmuster-Linsengruppe 2 ein Quadrat mit L₁ = L₂ = L ist.
Die in 1 gezeigte Mikrolinsenanordnung 1 hat eine Konfiguration, bei der zwei Grundmuster-Linsengruppen in Längsrichtung angeordnet sind und drei Grundmuster-Linsengruppen in Seitenrichtung angeordnet sind. Das heißt, in der in 1 gezeigten Mikrolinsenanordnung 1 sind die Grundmuster-Linsengruppen 2 in einer 2 × 3-Anordnung.
Die Grundmuster-Linsengruppen 2 sind über die Teilungslinien B1 bis B7 aneinander angrenzend angeordnet. Das heißt, das Anordnungsmuster, gemäß dem die Mikrolinsen 3 in einer Grundmuster-Linsengruppe 2 positioniert sind, wird wiederholt für jede Mikrolinse 3 der Mikrolinsenanordnung 1 angewendet. Jede der Teilungslinien B1 bis B7 wird als eine erste Teilungslinie kategorisiert.
Ein derartiger Ausdruck wie ”B1 bis B7”, wie er vorstehend verwendet wird, bedeutet nachfolgend ”B1, B2, B3, B4, B5, B6 und B7”. Der Ausdruck ist als solcher zu lesen, ungeachtet des Inneren zwischen den Anführungsstrichen.
Jede der Teilungslinien B1 bis B7 enthält eine gerade Linie. Jede der Teilungslinien B1 bis B7 ist in 1 einfach als eine gerade Linie dargestellt.
1 zeigt nur einen Teil der Mikrolinsenanordnung 1. Eine tatsächliche Mikrolinsenanordnung 1 hat mehr als 6 derselben Grundmuster-Linsengruppen 2, die wiederholt in der Längsrichtung und der Seitenrichtung angeordnet sind.
In der Fläche einer einzelnen Grundmuster-Linsengruppe 2 sind eine Vielzahl von Mikrolinsen 3 angeordnet. Die Teilungslinien jeder Mikrolinse 3 bilden beispielsweise ein Polygon.
Der Punkt in der Mikrolinse 2 ist der Scheitelpunkt 4 der Mikrolinse 3. Jede in der Mikrolinsenanordnung 1 angeordnete Mikrolinse 3 hat einen Scheitelpunkt 4. Jedoch zeigt 1 aus Gründen der Einfachheit die Positionen der Scheitelpunkte 4 für nur einen Teil der Mikrolinsen 3.
Der Scheitelpunkt 4 ist die höchste projizierte Position auf der Oberfläche der Mikrolinse 3 von der Oberflächenbasis der Mikrolinsenanordnung 1. Die Oberflächenbasis ist beispielsweise eine Basis, auf der die Vielzahl von Mikrolinsen 3 angeordnet ist. Mit anderen Worten, die Vielzahl von Mikrolinsen 3 ist auf der Oberflächenbasis angeordnet, um die Mikrolinsenanordnung 1 zu bilden.
Hier wird eine Wiederholungsperiode L [mm] der Grundmuster-Linsengruppe 2 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 erläutert.
Die Wiederholungsperiode L [mm] ist eine minimale Einheit für die Wiederholungsstrukturen, die in der Mikrolinsenanordnung 1 enthalten sind, die der Länge einer Seite der Grundmuster-Linsengruppe 2 in 1 entspricht. Da die Grundmuster-Linsengruppe 2 in 1 ein Quadrat ist, haben sowohl L als auch L₂ dieselbe Länge L. Wenn die Grundmuster-Linsengruppe 2 ein Rechteck ist, sind die Wiederholungsperioden L₁ [mm] in der Längsrichtung und L₂ [mm] in der Seitenrichtung.
In 1 sind die Grundmuster-Linsengruppe 2 und eine an die Grundmuster-Linsengruppe 2 rechts angrenzende Grundmuster-Linsengruppe 2b zu beachten. Das Symbol 2b ist zur Unterscheidung hinzugefügt, während die Grundmuster-Linsengruppe 2b dieselbe Konfiguration wie die Grundmuster-Linsengruppe 2 hat.
Eine in der Grundmuster-Linsengruppe 2 enthaltene Mikrolinse 3a und eine in der Grundmuster-Linsengruppe 2b enthaltene Mikrolinse 3b sind jeweils an den entsprechenden Positionen in den Grundmuster-Linsengruppen 2 und 2b angeordnet. In 1 sind die Mikrolinsen 3a und 3b durch verstärkte Linien markiert.
Der Abstand 13 zwischen dem Scheitelpunkt 4a der Mikrolinse 3a und dem Scheitelpunkt 4b der Mikrolinse 3b ist gleich der Wiederholungsperiode L [mm](L₃ = L).
1 zeigt hier quadratische Grundmuster-Linsengruppen 2, die durch gerade Teilungslinien B1 bis B7 geteilt sind. Die Form kann jedoch rechteckig sein oder kann gekrümmte Segmente haben. Die Anzahl von anzuordnenden Grundmuster-Linsengruppen 2 kann unter Berücksichtigung der Größe eines Schirms, der in einer Blickfeld-Anzeigevorrichtung verwendet wird, und/oder der optischen Eigenschaften des Schirms, die später erläutert werden, geändert werden.
<Zufallsanordnung der Mikrolinsen 3>
Als Nächstes wird ein Anordnungsverfahren der Mikrolinsen 3 in den in 1 gezeigten Grundmuster-Linsengruppen 2 im Einzelnen erläutert.
2 ist eine Zeichnung zum Illustrieren eines Elementargitters in Bezug auf die Positionierung der Scheitelpunkte 4 der Mikrolinsen 3. Die Mikrolinsen 3 sind in der Mikrolinsenanordnung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung enthalten.
Das in der Mikrolinsenanordnung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 verwendete Elementargitter ist ein Quadratgitter 10. Genauer gesagt, die in 1 gezeigte Mikrolinsenanordnung 1 ist gebildet durch Durchführen einer Transformation (wird später erläutert) auf der Grundlage des in 2 gezeigten Quadratgitters 10 (des Elementargitters). ”Gitter” bedeutet hier periodisch angeordnete Segmente oder Gitterzellen.
Die Scheitelpunkte 4 der in der Mikrolinsenanordnung 1 enthaltenen Vielzahl von Mikrolinsen 3 sind positioniert an den Positionen, die zufällig von Gitterzellenpunkten 11 der Quadratgitterzellen versetzt sind.
Wie in 2 gezeigt ist, ist das Quadratgitter 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 in quadratische Gitterzellen geteilt, von denen jede eine Seitenlänge P1 hat. Jede der Gitterzellen entspricht einer Mustereinheitsfläche 12, die später erläutert wird. Jeder der Gitterzellenpunkte 11 ist in der Mitte der entsprechenden Gitterzelle positioniert. In 2 ist jede Gitterzelle quadratisch.
Jede quadratische Gitterzelle hat in ihrem Inneren eine einzelne Mikrolinse 3. Eine Mustereinheitsfläche 12 (Gitterzelle) entspricht der einzelnen Mikrolinse 3. Der Gitterzellenpunkt 11 entspricht dem Scheitelpunkt 4 der Mikrolinse 3.
Das Elementargitter hat eine Vielzahl von Gitterzellenpunkten 11, die periodisch im gegenseitigen Abstand P1 sowohl in der Längs- als auch der Seitenrichtung positioniert sind. Jedoch sind in 2 aus Gründen der Einfachheit Symbole für nur zwei Gitterzellenpunkte aus der Vielzahl von Gitterzellenpunkten 11 angegeben.
Die Mustereinheitsfläche 12 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 wird hier erläutert.
Jede der Mustereinheitsflächen 12 ist eine Fläche mit einem einzelnen Gitterzellenpunkt 11 (Scheitelpunkt 4), die als ein stark umrandetes Quadrat gezeigt ist, das kleiner als die Grundmuster-Linsengruppe 2s in 2 ist. Die Mustereinheitsflächen 12 sind segmentiert durch Teilungslinien M1, von denen jede eine Halbierende eines Liniensegments ist, das zwei einander benachbarte Gitterzellenpunkte 11 verbindet. Somit sind die Teilungslinien M1 Grenzlinien zwischen den Mustereinheitsflächen 12.
Wenn das Elementgitter ein Quadratgitter 10 ist, sind die Mustereinheitsflächen 12 quadratische Flächen, wie in 2 gezeigt ist. Die Grundmuster-Linsengruppe 2s des in 2 gezeigten Quadratgitters 10 enthält, entsprechend der Grundmuster-Linsengruppe 2 der Mikrolinsenanordnung 1 sieben Mustereinheitsflächen 12 sowohl in der Längs- als auch der Seitenrichtung. Somit hat eine einzelne Grundmuster-Linsengruppe 2s 49 Mustereinheitsflächen 12.
Im Ausführungsbeispiel 1 wird für die Erläuterung angenommen, dass das Elementargitter ein Quadratgitter ist. Ein Quadratgitter ist ein Gitter, in welchem die Abstände zwischen benachbarten Gitterzellenpunkten 11 sowohl in der Längs- als auch der Seitenrichtung einander gleich sind. Die Anordnungsperioden der Gitterzellenpunkte 11 können jedoch zwischen Richtungen oder der Längs- und Seitenrichtung unterschiedlich sein.
Als Nächstes wird erläutert, wie die Scheitelpunkte 4 der Mikrolinsen 3 zufällig positioniert werden, mit Bezug auf die Gitterzellenpunkte 11 des in 2 gezeigten Quadratgitters.
In 2 ist eine Fläche, die sich von dem Gitterzellenpunkt 11 zu den Teilungslinien der Mustereinheitsfläche 12, die in einem vorbestimmten Abstand zu teilen ist, ausdehnt, als eine Versetzungsfläche 13 definiert. Die Versetzungsfläche 13 wird beispielsweise auf der Grundlage des Abstands (die Hälfte von P1) zwischen dem Gitterzellenpunkt 11 des Quadratgitters 10 und der Teilungslinie M1 (als eine zweite Teilungslinie kategorisiert) der Mustereinheitsfläche 12 gesetzt.
Der Scheitelpunkt 4 der Mikrolinse 3 ist an einer Position angeordnet, die von dem Gitterzellenpunkt 11 innerhalb der Versetzungsfläche 13 verschieden ist. Das heißt, innerhalb der Versetzungsflächen 13 sind die Scheitelpunkte 4 gegenüber den jeweiligen Gitterzellenpunkten 11 durch vorbestimmte Versetzungsgrößen, die voneinander verschieden sind, versetzt.
Es wird angenommen, dass der Abstand zwischen dem Gitterzellenpunkt 11 und der Teilungslinie M1 der Mustereinheitsfläche 12 ein Bezugsabstand S1 ist. Der Bezugsabstand S1 ist die Länge einer senkrechten Linie, die von dem Gitterzellenpunkt 11 zu der Teilungslinie M1 der Mustereinheitsfläche 12 gezogen ist. Das durch gestrichelte Linien angezeigte Quadrat, das beispielsweise gezeigt ist, hat Seiten, von denen jede durch einen Punkt hindurchgeht, der sich auf der senkrechten Linie und in einem Abstand von 0,6 × S1 von dem Gitterzellenpunkt 11 entfernt befindet, und die parallel zu den Teilungslinien M1 der Mustereinheitsfläche 12 verlaufen.
In 2 ist das Innere des durch gestrichelte Linien angezeigten Quadrats die Versetzungsfläche 13. Mit anderen Worten, ein Gitter, dessen Elementargitter ein Quadratgitter 10 ist, hat quadratische Versetzungsflächen 13 mit den Mitten in den Gitterzellenpunkten 11 und mit Seitenlängen von beispielsweise 0,6 × P1. Hier ist der Abstand P1 zweimal so lang wie der Bezugsabstand S1.
Die Versetzungsfläche 13 ist, wie vorstehend beschrieben ist, durch einen vorbestimmten Abstand von dem Gitterzellenpunkt 11 definiert. In dem vorbeschriebenen Beispiel ist die Versetzungsfläche 13 als ein Quadrat mit den Seiten der geraden Linien, die durch die Punkte hindurchgehen, die sich in einem Abstand von 0,6 × S1 von dem Gitterzellenpunkt 11 befinden, gebildet.
Jedoch ist es bevorzugt, dass die Versetzungsfläche 13 kleiner ist als ein Quadrat mit den Seiten der geraden Linien, die durch die Punkte hindurchgehen, die sich in einem Abstand von 0,9 × S1 von dem Gitterzellenpunkt 11 befinden. Dann sind die Versetzungsfläche 13 Quadrate mit den Mitten in den Gitterzellenpunkten 11 und den Seiten mit der Länge von 0,9 × P1.
Indem die Versetzungsfläche 13 kleiner als die Mustereinheitsfläche 12 gemacht wird, kann verhindert werden, dass die Scheitelpunkte 4 der benachbarten Mikrolinsen 3 einander überlappen. Indem die Größe der Versetzung der Scheitelpunkte 4 der Mikrolinsen 3 innerhalb der Grenze (der Teilungslinien M1) der Mustereinheitsflächen 12 liegt, kann verhindert werden, dass die Scheitelpunkte 4 der benachbarten Mikrolinsen 3 einander überlappen.
3 ist ein Diagramm, in welchem die Scheitelpunkte 4 der Mikrolinsen 3 gegenüber den Positionen der Gitterzellenpunkte 11 des in 2 gezeigten Quadratgitters 10 versetzt sind. Die Scheitelpunkte 4 sind innerhalb der Versetzungsflächen 13 versetzt.
Die Positionen der Scheitelpunkte 4 der in 3 gezeigten Mikrolinsen 3 sind so bestimmt, dass die Verteilung der jeweiligen Größe der Versetzung der Scheitelpunkte 4 sämtlicher Mikrolinsen 3 in der gesamten Mikrolinsenanordnung 1 vergleichmäßigt wird. Genauer gesagt, die Größe der Versetzung der Scheitelpunkte 4 der jeweiligen Mikrolinsen 3 wird beispielsweise in der Vektorform ausgedrückt, und dann werden die Positionen der Scheitelpunkte 4 der Mikrolinsen 3 so bestimmt, dass die Vektorsumme sämtlicher Versetzungen der Scheitelpunkte 4 der Mikrolinsen 3 gleich null ist.
In der Grundmuster-Linsengruppe 2, die als das stark umrandete Quadrat oben links in 3 gezeigt ist, sind die Teilungslinien M2, die die angrenzenden Mikrolinsen 3 segmentieren, durch gestrichelte Linien illustriert. Die Grundmuster-Linsengruppen 2, die anders als oben links in 3 angeordnet sind, haben auch die die angrenzenden Mikrolinsen 3 segmentierenden Teilungslinien, die jedoch in 3 weggelassen sind.
Zuerst werden, wie in 3 gezeigt ist, die Scheitelpunkte 4 der Mikrolinsen 3 zufällig positioniert. Dann werden die Teilungslinien M2 zwischen den Mikrolinsen 3, die in der Grundmuster-Linsengruppe 2 aneinander angrenzen, bestimmt.
Um die Teilungslinie M2 der beiden aneinander grenzenden Mikrolinsen 3 zu bestimmen, wird die Teilungslinie so definiert, dass sie eine Linie enthält, die senkrecht durch den Punkt hindurchgeht, der intern in einem bestimmten Verhältnis das Liniensegment, das die beiden Scheitelpunkte 4 der aneinander grenzenden Mikrolinsen 3 verbindet, teilt. Mit anderen Worten, die Teilungslinie M2 enthält die senkrechte Halbierende des die Scheitelpunkte 4 der aneinander grenzenden Mikrolinsen 3 verbindenden Liniensegments.
Hier ist die Vielzahl von Scheitelpunkten 4 zufällig positioniert. Beispielsweise können die gestrichelten Teilungslinien M2 der Mikrolinsen 3 in 3 erhalten werden durch Zeichnen eines Voronoi-Diagramms, in welchem äquidistante Punkte von jedem der Scheitelpunkte 4 als die Grenzen dargestellt sind. Hier entsprechen die Scheitelpunkte 4 Startparametern in dem Voronoi-Diagramm.
Ein ”Voronoi-Diagramm” ist ein Diagramm, in welchem der Bereich segmentiert ist, um zu illustrieren, welcher Startparameter aus der Vielzahl von zufällig positionierten Startparametern jedem in derselben Ebene oder demselben Raum existierenden Punkt nahe ist. Ein in 3 gezeigtes Beispiel ist die Teilungslinie M2, die eine Teilungslinie ist, die zwischen dem Scheitelpunkt 4c und dem Scheitelpunkt 4a gezogen ist. Wenn angenommen wird, dass der Scheitelpunkt 4a und der Scheitelpunkt 4c Startparameter sind, ist die Teilungslinie M2 Teil der Halbierenden des den Scheitelpunkt 4a und den Scheitelpunkt 4c verbindenden Liniensegments.
Die Grundmuster-Linsengruppen 2 in der Mikrolinsenanordnung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 sind wiederholt über die Teilungslinien B1 bis B7 angeordnet, von denen jede, wie vorstehend erwähnt ist, eine gerade Linie enthält. Jedoch ist in 3 jede der Teilungslinien B1 bis B7 als eine gerade Linie gebildet.
Um dies zu realisieren, muss die Positionierung der Scheitelpunkte 4 der Mikrolinsen 3, die in den Grundmuster-Linsengruppen 2 enthalten sind, konstruiert werden. Genauer gesagt, die Scheitelpunkte 4 der über die Teilungslinien B1 bis B7 einander benachbarten Mikrolinsen 3 werden so positioniert, dass sie äquidistant von den und liniensymmetrisch über die Teilungslinien B1 bis B7 sind. Mit dieser konstruierten Positionierung können die Teilungslinien B1 bis B7 mit einem Voronoi-Diagramm als gerade Linien gebildet werden, was die Anordnung der Grundmuster-Linsengruppen 2 aneinandergrenzend ohne Zwischenraum ermöglicht. Somit segmentieren die Teilungslinien B1 bis B7 die aneinander angrenzenden Grundmuster-Linsengruppen 2.
Die Konstruktionstechnik für die Positionierung der Scheitelpunkte 4 wird unter Verwendung von 3 erläutert.
Es wird angenommen, dass die Grundmuster-Linsengruppe 2 oben links in 3 ein Quadrat ist.
Zuerst werden die Scheitelpunkte 4d bis 4g, die in vier Ecken der Grundmuster-Linsengruppe 2 positioniert sind, nicht gegenüber den Gitterzellenpunkten 11 des Quadratgitters 10 versetzt. Das heißt, die Größe der Versetzung der Scheitelpunkte 4d bis 4g ist jeweils null.
Als Nächstes sind die Scheitelpunkte 4 der Mikrolinsen 3, die in Kontakt mit der Teilungslinie B2 (kategorisiert als eine erste Teilungslinie) sind, sämtlich äquidistant von der Teilungslinie B2. Das heißt, in der Vielzahl von Mikrolinsen 3, die in Kontakt mit der Teilungslinie B2 sind, sind die Abstände von den Scheitelpunkten 4 zu der Teilungslinie B2 sämtlich dieselben. Die Längen von senkrechten Linien, die von den Scheitelpunkten 4 herab zu der Teilungslinie B2 gezogen sind, sind dieselben.
Die Scheitelpunkte 4 der Mikrolinsen 3, die über die Teilungslinie B2 aneinander angrenzen, sind liniensymmetrisch. Genauer gesagt, in 3 sind der Scheitelpunkt 4 der Mikrolinse 3 auf der linken Seite der Teilungslinie B2 und der Scheitelpunkt 4 der Mikrolinse 3 auf der rechten Seite der Teilungslinie B2 liniensymmetrisch über die Teilungslinie B2 positioniert. Die Positionen der Scheitelpunkte 4 der Mikrolinsen 3, die über die Teilungslinie B2 aneinander angrenzen, sind gegenüber den Gitterzellenpunkten 11 parallel zu der Teilungslinie B2 in derselben Richtung versetzt.
Die Scheitelpunkte 4 der Mikrolinsen 3, die über die Teilungslinien, die andere als die Teilungslinie B2 sind, oder die Teilungslinien B3, B5 und B6 aneinander angrenzen, sind auch in der gleichen Weise positioniert, so dass die Erläuterung hierfür weggelassen wird. Die in 3 gezeigten Teilungslinien B3, B5 und B6 sind Teilungslinien, die sich wie die Teilungslinie B2 in der Längsrichtung erstrecken.
Die Scheitelpunkte 4 der Mikrolinsen 3, die auch über die Teilungslinien B1, B4 und B7 aneinander angrenzen, werden in derselben Weise positioniert, so dass die detaillierte Erläuterung hierfür weggelassen wird. Die in 3 gezeigten Teilungslinien B1, B4 und B7, die von der Teilungslinie B2 verschieden sind, sind sich in der seitlichen Richtung erstreckende Teilungslinien. In 3 sind daher die Scheitelpunkte 4 der Mikrolinsen 3 auf der oberen Seite der Teilungslinien B1, B4 und B7 und derjenigen auf der unteren Seite liniensymmetrisch über die Teilungslinien B1, B4 und B7 positioniert.
In 3 befinden sich die Scheitelpunkte 4 der über die Teilungslinien B1 bis B7 aneinander angrenzenden Mikrolinsen 3 in einem Abstand gleich der Hälfte von P1 von den Teilungslinien B1 bis B7 entfernt. Hier ist P1, wie vorstehend erwähnt ist, der Abstand zwischen den Gitterzellenpunkten 11 des Quadratgrundgitters 10.
Die Mikrolinsenanordnung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 kann die Gestaltungsdaten gegenüber herkömmlichen Techniken reduzieren.
Die Mikrolinsenanordnung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 genügt den folgenden Anforderungen (1) bis (4):

(1) eine Vielzahl von Mikrolinsen 3 zu haben;
(2) eine Vielzahl von gleichen Grundmuster-Linsengruppen 2 enthaltend erste Teilungslinien B1 bis B7 zu haben;
(3) jede der Grundmuster-Linsengruppen 2 der Mikrolinsenanordnung 1 hat eine Vielzahl von Mikrolinsen 3, von denen jede einen Scheitelpunkt 4 hat; und
(4) Jeder Scheitelpunkt 4 der Vielzahl von Mikrolinsen 3 ist gegenüber dem entsprechenden Gitterzellenpunkt 11 des Elementargitters um eine individuell unterschiedliche Versetzungsgröße zu versetzen. Das Elementargitter enthält die Vielzahl von Gitterzellenpunkten 11, die in äquidistanten Abständen positioniert sind.

Die Mikrolinsenanordnung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 erleichtert die Anordnung der aneinander angrenzenden Grundmuster-Linsengruppen 2, während die Positionierungszufälligkeit der Scheitelpunkte 4 gewährleistet wird.
Die Mikrolinsenanordnung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 genügt auch den folgenden Anforderungen (1) bis (4):

(1) das Elementargitter ist ein Quadratgitter 10;
(2) die Teilungslinien B1 bis B7 enthalten gerade Linien, mit denen die Vielzahl von in den Grundmuster-Linsengruppen 2 enthaltenen Mikrolinsen 3 in Kontakt sind. Beispielsweise sind die Teilungslinien B1 bis B7 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 als gerade Linien gezeigt;
(3) Die Paare von Scheitelpunkten 4 der über die gemeinschaftlichen Teilungslinien B1 bis B7 aneinander grenzenden Mikrolinsen 3 sind liniensymmetrisch zu den gemeinschaftlichen Teilungslinien anzuordnen; und
(4) die Paare von Scheitelpunkten 4 der über die gemeinschaftlichen Teilungslinien B1 bis B7 aneinander angrenzenden Mikrolinsen 3 sind in Positionen auf geraden Linien, die durch die Gitterzellenpunkte 11 hindurchgehen und parallel zu den Teilungslinien verlaufen, zu versetzen.

Die Mikrolinsenanordnung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 kann verhindern, dass die Scheitelpunkte 4 der aneinander angrenzenden Mikrolinsen 3 einander überlappen.
Die Mikrolinsenanordnung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 genügt auch den folgenden Anforderungen (1) und (2). Hier ist die Mustereinheitsfläche 12 eine Fläche, die einen einzelnen Gitterzellenpunkt 11 enthält.

(1) Das Elementargitter ist durch zweite Teilungslinien M1 unterteilt, die Halbierende der die Gitterzellenpunkte der aneinander grenzenden Mustereinheitsflächen 12 verbindenden Liniensegmente sind, enthalten, und
(2) die Versetzungsgröße des Scheitelpunkts 4 jeder Mikrolinse 3 ist innerhalb der zweiten Teilungslinien M1 der entsprechenden Mustereinheitsfläche 12.

<Bildanzeigevorrichtung 100>
Als Nächstes wird eine Bildanzeigevorrichtung 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 erläutert.
4 ist ein Diagramm, das schematisch eine Konfiguration der Bildanzeigevorrichtung 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 illustriert.
In den folgenden Ausführungsbeispielen wird eine Mikrolinsenanordnung für Schirme von Blickfeld-Anzeigevorrichtungen erläutert. Die in den Ausführungsbeispielen zu beschreibende Mikrolinsenanordnung kann jedoch beispielsweise für solche Gegenstände von einem Laserabtastprojektor kleiner Größe bis zu einem Kamerasucher angewendet werden. Die in den Ausführungsbeispielen zu beschreibende Mikrolinsenanordnung kann auch beispielsweise für eine Anzeigevorrichtung für TV und PC verwendet werden. Weiterhin kann die in den Ausführungsbeispielen zu beschreibende Mikrolinsenanordnung für Anzeigevorrichtungen oder dergleichen mit einer Bildanzeigevorrichtungsfunktion angewendet werden, die beispielsweise für Fahrzeuge, Schiffe, Flugzeuge oder Fabrikeinrichtungen verwendet wird.
Wie in 4 gezeigt ist, enthält die Bildanzeigevorrichtung 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 eine Lichtquelleneinheit 110, eine MEMS(elektromechanisches Mikrosystem)-Spiegelvorrichtung 130 (kann nachfolgend als eine Abtasteinheit bezeichnet werden), einen Schirm 140 und einen Vergrößerungsspiegel 150. Die Bildanzeigevorrichtung 100 kann einen Spiegel 120 enthalten.
Hier bildet, wenn die Windschutzscheibe gekrümmt ist und zum Sammeln von Strahlen beiträgt, diese die Bildanzeigevorrichtung 100 als ein Teil einer optischen Elementeinheit 150 (ein optisches Lichtsammelsystem) zusammen mit dem Vergrößerungsspiegel 150.
Der Spiegel 120 reflektiert Strahlen von der Lichtquelleneinheit 110. Die MEMS-Spiegelvorrichtung 130 versieht die von dem Spiegel 120 reflektierten Strahlen mit Bildinformationen. Bildstrahlen, die aus der MEMS-Spiegelvorrichtung 130 austreten, werden auf den Schirm 140, der die Mikrolinsenanordnung 1 enthält, projiziert. Der Vergrößerungsspiegel 150 vergrößert und reflektiert ein erzeugtes Bild auf den Schirm 140.
Der Vergrößerungsspiegel 150 sammelt Strahlen von dem Schirm 140 und vergrößert das auf dem Schirm 140 erzeugte Bild, um für einen Fahrer das Bild als ein virtuelles Bild 180 bereitzustellen.
Die Lichtquelleneinheit 110 kann Halbleiterlaser 111, 112 und 113; ein Strahlenkombinierungsprisma 117 und 118; und Kopplungslinsen 114, 115 und 116 enthalten.
Die Halbleiterlaser enthalten einen roten Halbleiterlaser 111, einen grünen Halbleiterlaser 112 und einen blauen Halbleiterlaser 113. Das heißt, die Lichtquelleneinheit 110 enthält Lichtquellen, um Strahlen mit jeweils einem der drei Wellenlängentypen zu emittieren.
Die Strahlenkombinierungsprismen 117 und 118 lassen die von den Halbleiterlasern 111, 112 und 113 emittierten Laserstrahlen entweder durch oder reflektieren sie, wodurch die Laserstrahlen entlang derselben Achse parallel kombiniert werden. In 4 hat die Lichtquelleneinheit 110 zwei Strahlenkombinierungsprismen 117 und 118.
Das Strahlenkombinierungsprisma 117 lässt einen von dem Halbleiterlaser 111 emittierten roten Laserstrahl durch und reflektiert einen von dem Haltleiterlaser 112 emittierten grünen Laserstrahl. Das Strahlenkombinierungsprisma 118 lässt den roten Laserstrahl und den grünen Laserstrahl, die durch das Strahlenkombinierungsmuster 117 kombiniert wurden, durch und reflektiert einen von dem Halbleiterlaser 113 emittierten blauen Laserstrahl.
Die Kopplungslinsen 114, 115 und 116 konzentrieren die von den Halbleiterlasern 111, 112 bzw. 113 emittierten Laserstrahlen. Die Kopplungslinse 114 konzentriert den von dem Halbleiterlaser 111 emittierten roten Laserstrahl. Die Kopplungslinse 115 konzentriert den von dem Halbleiterlaser 112 emittierten grünen Laserstrahl. Die Kopplungslinse 116 konzentriert den von den Halbleiterlasern 113 emittierten blauen Laserstrahl.
Die Kopplungslinse 114 ist zwischen dem roten Halbleiterlaser 111 und dem Strahlenkombinierungsprisma 117 angeordnet; die Kopplungslinse 115 ist zwischen dem grünen Halbleiterlaser 112 und dem Strahlenkombinierungsprisma 117 angeordnet; die Kopplungslinse 116 ist zwischen dem blauen Halbleiterlaser 118 und dem Strahlenkombinierungsprisma 118 angeordnet.
Der Spiegel 120 reflektiert den von der Lichtquelleneinheit 110 emittierten Laserstrahl zu der MEMS-Spiegelvorrichtung 130 hin. Der von der Lichtquelleneinheit 110 emittierte Laserstrahl ist ein kombinierter Strahl, der aus dem roten Laserstrahl, dem grünen Laserstrahl und dem blauen Laserstrahl besteht.
Die MEMS-Spiegelvorrichtung 130 erzeugt Bildstrahlen, die Bildinformationen enthalten, und funktioniert als eine Abtasteinheit zum Abtasten der Laserstrahlen.
Die MEMS-Spiegelvorrichtung 130 enthält einen Spiegel 130a und kann eine Antriebseinheit 130b enthalten.
Die Antriebseinheit 130b kann den Spiegel 130a um eine Schwenkmitte 130c schwenken. Hier bedeutet ”Schwenken” das Bewegen von Seite zu Seite, und daher schwenkt die Antriebseinheit 130b den Spiegel 130a.
Die MEMS-Spiegelvorrichtung 130 tastet die von der Spiegeleinheit 120 reflektierten Laserstrahlen zweidimensional über die Oberfläche des Schirms 140 ab. Die zweidimensionale Abtastung wird erzielt durch Schwenken des Spiegels 130a. Das heißt, der Spiegel 130a wird um zwei orthogonale Achsen geschwenkt.
Hier wird ein durch die MEMS-Spiegelvorrichtung 130 auf der Oberfläche des Schirms 140 erzeugtes Bild als ein Zwischenbild bezeichnet.
Der Schirm 140 enthält die Mikrolinsenanordnung 1, die eine Sammlung der Mikrolinsen 3 ist. Die auf dem Schirm 140 enthaltenen Mikrolinsen 3 streuen und geben Strahlen aus, die in die Mikrolinsen 3 eintreten, gemäß der Materialeigenschaft (dem Brechungsindex) und der Krümmung.
”Krümmung” zeigt das Ausmaß an, in welchem eine Linie oder eine Ebene gekrümmt ist. Eine Linse, die aus einem Material mit hohem Brechungsindex besteht und einen kleinen Krümmungsradius hat, hat eine kurze Brennweite. Ein Krümmungsradius ist die Umkehrung von Krümmung.
In der Streuungswinkelcharakteristik des aus der Mikrolinse 3 austretenden Strahls ist ein in vollem Winkel ausgedrückter Streuungswinkel θ so definiert, dass eine Helligkeit an dem Streuungswinkel die Hälfte der mittleren Helligkeit ist. Der Streuungswinkel θ wird auch als ein Divergenzwinkel bezeichnet.
Der Streuungswinkel θ der Mikrolinse 3 ist vorher derart zu bezeichnen, dass der Winkel ein geforderter Streuungswinkel ist. ”Der geforderte Streuungswinkel” ist beispielsweise ein Winkel, der groß genug ist, damit der Strahl den gesamten Bereich einer Augenbox E abdecken kann.
Somit ist die Bildanzeigevorrichtung 100 in der Lage, den in den Schirm 140 mit der Mikrolinsenanordnung 1 eintretenden Strahl zu einer erforderlichen Fläche zu zerstreuen. Die Bildanzeigevorrichtung 100 streut den in den Schirm 140 eintretenden Strahl zu der erforderlichen Fläche hin. Die ”erforderliche Fläche” ist beispielsweise ein Bereich zum Überdecken des gesamten Bereichs der Augenbox E. die vollständig mit dem Strahl bestrahlt werden soll. Als das Ergebnis kann der von der Lichtquelleneinheit 110 emittierte Laserstrahl effizient verwendet werden.
Anders als die Mikrolinsenanordnung 1 kann eine vollständige Streuungsplatte, die einen Strahl in allen Richtungen streut, für den Schirm 140 verwendet werden. Die Mikrolinsenanordnung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 ist jedoch in der Lage, den Streuungswinkel θ des Strahls zu steuern. Die Mikrolinsenanordnung 1 kann daher ein helleres Bild als eine vollständige Streuungsplatte anzeigen, was zu einer höheren Sichtbarkeit für Fahrer führt, wenn sie für in Fahrzeugen installierte Vorrichtungen verwendet wird.
Der Vergrößerungsspiegel 150 ist ein konkaver Spiegel oder dergleichen, der ein auf dem Schirm 140 angezeigtes Zwischenbild (Bildlicht) vergrößert und reflektiert, um das virtuelle Bild 180 zu erzeugen.
Die Bildinformationen tragenden Laserstrahlen (Bildstrahlen), die von dem Vergrößerungsspiegel 150 reflektiert wurden, werden wieder von der Windschutzscheibe 160 reflektiert, um in das (menschliche) Auge 170 des Fahrers einzutreten. Kurz gesagt, die Bildinformationen tragenden Laserstrahlen (Bildstrahlen) erreichen die Augenbox E.
Der Bereich, zu dem die Bildstrahlen reichen, wird als die Augenbox E bezeichnet, die als ein Bereich gesetzt ist, innerhalb dessen das Auge 170 des Fahrers während des Fahrens positioniert sein kann. Mit anderen Worten, die Augenbox E kann als ein Bereich innerhalb des Fahrzeugs angesehen werden, innerhalb dessen sich das Auge des Fahrers bewegen kann, während der Fahrer auf dem Fahrersitz sitzt, und hat beispielsweise eine Größe von 20 cm × 10 cm × 10 cm. Somit erstreckt sich die Augenbox E von der Augenposition des Fahrers in der Tiefenrichtung sowie in der Längs- und der Seitenrichtung.
Das Auge 170 des Fahrers kann sich innerhalb des Bereichs der Augenbox E bewegen. Daher ist festzustellen, dass diese Begriffe, das Auge 170 des Fahrers und die Augenbox E bei der Erläuterung der Ausführungsbeispiele als untereinander austauschbar zu verstehen sind.
Das auf die Windschutzscheibe 160 projizierte Bild wird dem Sichtbild des Fahrers nach vorn überlagert, und wird von dem Auge 170 des Fahrers als ein virtuelles Bild 180 gesehen. Der Fahrer kann das virtuelle Bild 180 wahrnehmen, wenn das Auge 170 des Fahrers in einem Bereich positioniert ist, der als die Augenbox E bezeichnet wird, und vermittelt dem Fahrer die visuelle Wahrnehmung. Mit anderen Worten, der Fahrer kann das virtuelle Bild 180 wahrnehmen, wenn sich das Auge 170 des Fahrers innerhalb der Augenbox E befindet.
<Verringerung der Luminanzungleichförmigkeit im angezeigten Bild>
Als Nächstes wird der Winkel des aus der Bildanzeigevorrichtung 100 austretenden Laserstrahls erläutert, um die Sichtbarkeit des angezeigten Bilds weiter zu verbessern. In der folgenden Beschreibung von optischen Pfaden wird der Strahl als ein Einzelstrahl bezeichnet.
Die Wiederholungsstruktur der Mikrolinsenanordnung 1 bewirkt eine Luminanzungleichförmigkeit bei einem auf die Windschutzscheibe 160 projizierten Bild. Aufgrund von Beugung erzeugen die aus der Mikrolinsenanordnung 1 austretenden Lichtstrahlen helle Punkte Bp. Die hellen Punkte Bp ergeben sich aus von der Mikrolinsenanordnung 1 gebeugten Strahlen. Die Mikrolinsenanordnung 1 erzeugt einen gebeugten Strahl nullter Ordnung, einen gebeugten Strahl erster Ordnung und einen gebeugten Strahl zweiter Ordnung, usw., die die hellen Punkte Bp erzeugen.
Aufgrund des Vorhandenseins mehrerer heller Punkte Bp haben die von der Lichtquelleneinheit 110 emittierten Strahlen eine Luminanzungleichförmigkeit. Hier wird, je größer die Abstände zwischen den hellen Punkten Bp sind, desto geringer die Sichtbarkeit des angezeigten Bilds. Nachfolgend wird der Abstand zwischen hellen Punkten Bp als ein Abstand Lb von hellen Punkten bezeichnet.
Der Abstand Lb von hellen Punkten ist beispielsweise der Abstand zwischen dem hellen Punkt Bp des gebeugten Strahls nullter Ordnung und dem hellen Punkt Bp des gebeugten Strahls erster Ordnung. In gleicher Weise ist der Abstand Lb von hellen Punkten auch der Abstand zwischen dem hellen Punkt Bp des gebeugten Strahls erster Ordnung und dem hellen Punkt Bp des gebeugten Strahls zweiter Ordnung. Hier ist, je kleiner der Abstand Lb von hellen Punkten ist, desto höher die Sichtbarkeit des angezeigten Bilds. Das heißt, die hellen Punkte werden weniger wahrnehmbar.
Um den hellen Punkt Bp für Fahrer nicht wahrnehmbar zu machen, muss eine andere Technik erdacht werden über den Winkel für den Bildstrahl, der in das Auge 170 des Fahrers eintritt. Als Nächstes erfolgt eine Erläuterung eines Verfahrens zum Bestimmen des Winkels für den Bildstrahl zum Eintreten in ein menschliches (nachfolgend zur Erläuterung als Fahrer bezeichnet) Auge 170.
5 ist ein Diagramm, das den optischen Pfad des Bildstrahls, der aus der in 4 gezeigten Bildanzeigevorrichtung 100 austritt, dann von der Windschutzscheibe 160 reflektiert wird und schließlich das Auge 170 des Fahrers erreicht, illustriert. In 5 sind der Spiegel 120, die Lichtquelleneinheit 110 und das virtuelle Bild 180, die in 4 gezeigt sind, weggelassen. Komponenten, die andere als die weggelassenen Komponenten sind, haben dieselbe Konfiguration hinsichtlich der Positionsbeziehung und dergleichen wie in 4 gezeigt, so dass ihre Erläuterung weggelassen wird.
Die strichpunktierte Linie in 5 ist eine optische Achse C der Bildanzeigevorrichtung 100. Die optische Achse C ist eine Linie, die beispielsweise die Schwenkmitte 130c des bewegbaren Spiegels 130a in der MEMS-Spiegelvorrichtung 130 und die Mitte des menschlichen Auges 170 verbindet. Da sich das menschliche Auge 170 innerhalb der Augenbox E herum bewegt, kann angenommen werden, dass die Mitte des menschlichen Auges 170 als die Mitte der Augenbox E definiert ist. Kurz gesagt, die optische Achse C ist eine Linie, die beispielsweise die Schwenkmitte 130c des bewegbaren Spiegels 130a in der MEMS-Spiegelvorrichtung 130 und die Mitte E₀ der Augenbox E verbindet.
In dem Ausführungsbeispiel 1 ist der Schirm 140 so angeordnet, dass er senkrecht zu der optischen Achse C ist. Daher zeigt die strichpunktierte Linie in 5 den optischen Pfad des Einzelstrahls G₀ so, dass er sich senkrecht von der Mitte des Schirms 140 erstreckt. Das heißt, der Einzelstrahl G₀ ist ein Einzelstrahl, der durch die Mitte des Schirms 140 hindurchgeht, wenn die MEMS-Spiegelvorrichtung 130 den Laserstrahl abtastet.
In dem Ausführungsbeispiel 1 ist der optische Pfad des Einzelstrahls als die optische Achse C definiert. Hier ist die optische Achse C durch den Vergrößerungsspiegel 150 und die Windschutzscheibe 160 umgelenkt. Daher ist die optische Achse C, die beispielsweise die Schwenkmitte 130c des bewegbaren Spiegels 130a der MEMS-Spiegelvorrichtung 130 und die Mitte E₀ der Augenbox verbindet, optisch gerade.
In 5 ist der Abstand zwischen dem Spiegel 130a der MEMS-Spiegelvorrichtung 130 und dem Schirm 140 der Abstand D₀ [mm], der Abstand zischen dem Schirm 140 und dem Vergrößerungsspiegel 150 ist der Abstand D₁ [mm], der Abstand zwischen dem Vergrößerungsspiegel 150 und der Windschutzscheibe 160 ist der Abstand D₂₁ [mm], der Abstand zwischen der Windschutzscheibe 160 und dem Auge 170 des Fahrers (der Mitte E₀ der Augenbox) der Abstand D₂₂ [mm], und der Abstand (nicht gezeigt) zwischen dem Vergrößerungsspiegel 150 und dem Auge 170 des Fahrers (der Mitte E₀ der Augenbox) ist der Abstand D₂(D₂ = D₂₁ + D₂₂) [mm]. Es ist zu beachten, dass der Abstand D₂ hier ein Abstand unter der Annahme ist, dass die Windschutzscheibe 160 Flach ist, so dass sie keine Strahlensammelfunktion hat. Auch ist jeder der Abstände D₀, D₁, D₂₁, D₂₂ und D₂ ein Abstand auf der optischen Achse C.
Hier ist der Winkel, der durch einen Einzelstrahl G, der von der MEMS-Spiegelvorrichtung 130 in den Schirm 140 eintritt, und der optischen Achse C gebildet wird, ein Winkel θ₀ [rad]. Der Einzelstrahl G ist ein Laserstrahl, der von der MEMS-Spiegelvorrichtung 130 abgetastet wird. Der Einzelstrahl G ist gegenüber der optischen Achse C um den Winkel θ₀ [rad] geneigt. Da der Einzelstrahl G von der MEMS-Spiegelvorrichtung 130 abgetastet wird, ändert sich der Winkel θ₀ [rad] mit der Zeit.
Der Winkel θ₀ [rad] ist ein Winkel, der zwischen dem Einzelstrahl G₀, der in den Schirm 140 eintritt und dem gebeugten Strahl Gd₀ nullter Ordnung, der durch die Mitte E₀ der Augenbox hindurchgeht, entspricht, und dem Einzelstrahl G₁, der in den Schirm 140 eintritt und dem durch sie hindurchgehenden gebeugten Strahl Gd₁ erster Ordnung entspricht, gebildet ist.
Der aus der MEMS-Spiegelvorrichtung 130 austretende Einzelstrahl G wird durch den Schirm 140 gebeugt und tritt aus, um einen Winkel θ_in [rad] gegenüber der optischen Achse C zu bilden. Hier ist beispielsweise der Winkel θ_in [rad] ein Winkel, der zwischen dem gebeugten Strahl Gd₁ erster Ordnung, der der von dem Schirm 140 (der Mikrolinsenanordnung 1) gebeugte Einzelstrahl G ist, und der optischen Achse C gebildet ist. Mit anderen Worten, der gebeugte Strahl Gd₁ erster Ordnung ist gegenüber der optischen Achse C um den Winkel θ_in [rad] geneigt.
Der gebeugte Strahl Gd₁ erster Ordnung ist ein Strahl, der der in die Augenbox E eintretende gebeugte Strahl erster Ordnung ist und durch die Mitte E₀ der Augenbox hindurchgeht. Somit ist Winkel θ_in [rad] ein Winkel, der zwischen einem Strahl, der Teil des gebeugten Strahls Gd₁ ist, der durch den Schirm 140 (der Mikrolinsenanordnung 1) aus dem Einzelstrahl G gebeugt wurde, ist, und durch die Mitte E₀ der Augenbox hindurchgeht, und einem Strahl, der Teil des gebeugten Strahls Gd₀ nullter Ordnung ist, der durch den Schirm 140 (der Mikrolinsenanordnung 1) aus dem Strahl G gebeugt wurde und durch die Mitte E₀ der Augenbox hindurchgeht, gebildet ist.
Ein Strahl, der Teil des gebeugten Strahls Gd₀ nullter Ordnung ist und in die Augenbox E eintritt, um durch die Mitte E₀ der Augenbox hindurchzugehen, befindet sich gewöhnlich auf der optischen Achse C. Daher kann die optische Achse C als der gebeugte Strahl Gd₀ nullter Ordnung, der durch die Mitte E₀ der Augenbox hindurchgeht, betrachtet werden, und kann als der Einzelstrahl G₀, der in den Schirm 14 eintritt, entsprechend dem gebeugten Strahl Gd₀ nullter Ordnung betrachtet werden. Hier ist gebeugte Strahl Gd₀ nullter Ordnung ein Strahl, in den der in den Schirm 14 eintretende Einzelstrahl G₀ in nullter Ordnung gebeugt wird.
Der gebeugte Strahl Gd₁ erster Ordnung, der von der Windschutzscheibe 160 reflektiert wurde und dann in das Auge 170 des Fahrers eintritt, und die optische Achse C bilden einen Winkel θ_out [rad]. Das heißt, der gebeugte Strahl Gd₁, der aus dem Schirm 140 unter dem Winkel θ_in [rad] gegenüber der optischen Achse C austritt, tritt unter dem Winkel θ_out [rad] gegenüber der optischen Achse C in das Auge 170 ein.
Der Winkel θ_out [rad] ist ein zwischen dem gebeugten Strahl erster Ordnung Gd₁, der durch die Mitte E₀ der Augenbox hindurchgeht, und dem gebeugten Strahl nullter Ordnung Gd₀, der durch diese hindurchgeht, gebildeter Winkel.
Der Abstand zwischen einer Position auf dem Schirm 140, an der der Einzelstrahl G von der MEMS-Spiegelvorrichtung 130 aus eintritt, und der optischen Achse C wird als ein Abstand r_in [mm] bezeichnet. Der Abstand zwischen einer Position, an der der gebeugte Strahl erster Ordnung Gd₁, der von der Windschutzscheibe 160 reflektiert wurde, in das Auge 170 des Fahrers eintritt, und der optischen Achse C wird als ein Abstand r_out [mm] bezeichnet. Somit ist der Abstand r_out [mm] der Abstand zwischen einer Position, an der der gebeugte Strahl Gd₁ erster Ordnung in die Augenbox E eintritt, und der optischen Achse C. Hier ist die Eintrittsposition in die Augenbox E in einer Ebene, die die Mitte E₀ der Augenbox enthält und senkrecht zu der optischen Achse C ist.
Als Nächstes wird die in 6 gezeigte Konfiguration erläutert.
Die in 6 gezeigte Konfiguration zeigt einen vereinfachten optischen Pfad. Die vorstehend erläuterten Winkel und Abstände werden insgesamt als ”verschiedene Variable” bezeichnet.
6 ist ein Diagramm, das eine optische Beziehung zwischen der Bildanzeigevorrichtung 100 und dem Auge 170 des Fahrers zeigt und das gegenüber dem in 5 illustrierten vereinfacht ist. In 6 verläuft der Einzelstrahl G von links nach rechts.
In 6 sind der Vergrößerungsspiegel 150 und die Windschutzscheibe 160, die beide in 5 gezeigt sind, durch die einzelne optische Elementeinheit 155 ersetzt. Kurz gesagt, die optische Elementeinheit 155 ist ein optisches System zum Erzeugen eines virtuellen Bilds aus einem auf dem Schirm 140 erzeugten Bild. Eine strichpunktierte Linie in 6 ist die optische Achse C, die durch die Mitte des Schirms 140 hindurchgeht und senkrecht zu dem Schirm 140 ist.
In 6 ist die MEMS-Spiegelvorrichtung 130 (der Spiegel 130a) entlang der optischen Achse C auf der linken Seite des Schirms 140 angeordnet; und das Auge 170 des Fahrers (die Augenbox E) ist entlang der optischen Achse C auf der rechten Seite des Schirms 140 positioniert.
Mit anderen Worten, das Auge 170 des Fahrers (die Augenbox E) befindet sich auf einer Seite des Schirms 140, die verschieden von einer Seite ist, auf der die MEMS-Spiegelvorrichtung 130 (der Spiegel 130a) angeordnet ist. Das heißt, der Schirm 140 befindet sich zwischen der MEMS-Spiegelvorrichtung 130 (dem Spiegel 130a) und dem Auge 170 des Fahrers (der Augenbox E) entlang der optischen Achse C.
Die optische Elementeinheit 155 befindet sich zwischen dem Auge 170 des Fahrers und dem Schirm 140. Die optische Elementeinheit 155 und der Schirm 140 teilen sich dieselbe optische Achse.
In dem Ausführungsbeispiel 1 enthält die optische Elementeinheit 155 den Vergrößerungsspiegel 150 und die Windschutzscheibe 160. Jedoch ist beispielsweise in einem Fall, in welchem die Windschutzscheibe 160 flach ist und hierdurch nicht eine Funktion des Sammelns von Strahlen hat, die Windschutzscheibe 160 nicht in der optischen Elementeinheit 155 enthalten. Die optische Elementeinheit 155 kann eine optische Vorrichtung enthalten, die eine andere als der Vergrößerungsspiegel 150 und die Windschutzscheibe 160 ist.
Die Brennweite der optischen Elementeinheit 155 ist als f bezeichnet. Wie in 5 erläutert ist, wird der Abstand zwischen der optischen Elementeinheit 155 und dem Auge 170 des Fahrers auf der optischen Achse C als D₂ bezeichnet. Die verschiedenen Variablen, die andere als die hier bezeichneten sind, sind wie in 5 erläutert.
Wie in 6 gezeigt ist, tritt der aus dem MEMS-Spiegel 130 austretende Einzelstrahl G an einer Position r₁ [mm] in den Schirm 140 ein, die hoch gegenüber der optischen Achse C ist. Der Austrittswinkel des aus dem MEMS-Spiegel 130 austretenden Einzelstrahls G ist θ₀ [rad]. Es ist jedoch zu beachten, dass der Winkel θ₀ [rad] sich ändert, wenn der Einzelstrahl R durch den MEMS-Spiegel 130 abgetastet wird.
Nach dem Eintritt in den Schirm 140 wird der Einzelstrahl G durch die Mikrolinsenanordnung 1 des Schirms 140 gebeugt. Der Beugungswinkel des gebeugten Strahls wird beispielsweise durch die Wiederholungsstruktur der Grundmuster-Linsengruppe 2 bestimmt.
Der gebeugte Strahl Gd₁ erster Ordnung des in den Schirm 140 eintretenden Einzelstrahls G tritt unter einem Winkel θ_in [rad] aus dem Schirm 140 aus. Der Winkel θ_in [rad] ist ein durch den gebeugten Strahl Gd₁ erster Ordnung und die optische Achse C gebildeter Winkel.
Dann geht der gebeugte Strahl Gd₁ erster Ordnung, der aus dem Schirm 140 austritt, durch die optische Elementeinheit 155 hindurch. Die optische Elementeinheit 155 hat eine positive Brechkraft mit der Brennweite f [mm].
Nach dem Durchgang durch die optische Elementeinheit 155 tritt der gebeugte Strahl Gd₁ erster Ordnung in das Auge 170 des Fahrers ein. Ein Eintrittswinkel des gebeugten Strahl Gd₁ erster Ordnung zum Eintritt in das Auge 170 des Fahrers (die Augenbox E) ist θ_out [rad]. Der Winkel θ_out [rad] ist ein Winkel, der durch den gebeugten Strahl Gd₁ erster Ordnung und die optische Achse C gebildet ist. Der gebeugte Strahl Gd₁ erster Ordnung tritt an einer Position r_out [mm] in das Auge 170 des Fahrers ein, die hoch gegenüber der optischen Achse C ist. Die Höhe r_out[mm] ist von der Position der Mitte E₀ der Augenbox aus bestimmt.
7 zeigt ein Simulationsergebnis des in 6 gezeigten optischen Systems.
In 7 sind nur die gebeugten Strahlen Gd₀ nullter Ordnung und die gebeugten Strahlen Gd₁ erster Ordnung gezeigt, die Strahlen sind, die aus dem den Schirm 140 abtastenden Einzelstrahl G gebeugt sind und in die Augenbox E eintreten. Auch sind als der Einzelstrahl G nur Einzelstrahlen gezeigt, die den gebeugten Strahlen Gd₀ nullter Ordnung und den gebeugten Strahlen Gd₁ erster Ordnung, die in die Augenbox G eintreten, entsprechen. In 7 existiert der Einzelstrahl G als mehrere Einzelstrahlen; daher sind sie von einer strichlierten Linie mit dem Symbol G umgeben.
Die den Schirm 140 abtastenden Einzelstrahlen G sind als ausgezogenen Linien gezeigt. Die gebeugten Strahlen nullter Ordnung sind als feine strichlierte Linien gezeigt. Ein gebeugter Strahl Gd₀ nullter Ordnung, der durch die Mitte des Lichtstroms der gebeugten Strahlen nullter Ordnung hindurchgeht, ist als eine strichpunktierte Linie gezeigt. Die gebeugten Strahlen erster Ordnung sind als grob strichlierte Linien gezeigt. Ein gebeugter Strahl Gd₁ erster Ordnung, der durch die Lichtstrommitte der gebeugten Strahlen erster Ordnung hindurchgeht, ist als Linie mit einander abwechselndem Strich und zwei Punkten gezeigt.
Der gebeugte Strahl Gd₀ nullter Ordnung, der durch die Mitte des Lichtstroms der gebeugten Strahlen nullter Ordnung hindurchgeht, geht durch die Mitte E₀ der Augenbox hindurch. Auch geht der gebeugte Strahl Gd₁ erster Ordnung, der durch die Mitte des Lichtstroms der gebeugten Strahlen erster Ordnung hindurchgeht, durch die Mitte E₀ der Augenbox hindurch.
Der in 6 gezeigte gebeugte Strahl Gd₁ erster Ordnung ist der gebeugte Strahl Gd₁ erster Ordnung, der durch die in 7 gezeigte Mitte des Lichtstroms der gebeugten Strahlen erster Ordnung hindurchgeht. Auch ist der in 6 gezeigte gebeugte Strahl Gd₀ nullter Ordnung der gebeugte Strahl Gd₀ nullter Ordnung, der durch die in 7 gezeigte Mitte des Lichtstroms der gebeugten Strahlen nullter Ordnung hindurchgeht.
Unter den in die Augenbox E eintretenden gebeugten Strahlen bilden der gebeugte Strahl Gd₀ nullter Ordnung, der durch die Mitte des Lichtstroms der gebeugten Strahlen nullter Ordnung hindurchgeht, und der gebeugte Strahl Gd₁ erster Ordnung, der durch die Mitte des Lichtstroms der gebeugten Strahlen erster Ordnung hindurchgeht, den Winkel θ_out. Unter den gebeugten Strahlen, die in die Augenbox E eintreten, bilden der gebeugte Strahl Gd₀ nullter Ordnung, der Teil des Lichtstroms der gebeugten Strahlen nullter Ordnung ist und durch die Mitte E₀ der Augenbox hindurchgeht, und der gebeugte Strahl Gd₁ erster Ordnung, der Teil des Lichtstroms der gebeugten Strahlen erster Ordnung ist und durch die Mitte E₀ der Augenbox hindurchgeht, den Winkel θ_out.
In gleicher Weise bilden unter den aus dem Schirm 140 austretenden gebeugten Strahlen der gebeugte Strahl Gd₀ nullter Ordnung, der durch die Mitte des Lichtstroms der gebeugten Strahlen nullter Ordnung hindurchgeht, und der gebeugte Strahl Gd₁ erster Ordnung, der durch die Mitte des Lichtstroms der gebeugten Strahlen erster Ordnung hindurchgeht, den Winkel θ_in. Unter den gebeugten Strahlen, die aus dem Schirm 140 austreten, bilden der gebeugte Strahl Gd₀ nullter Ordnung, der Teil des Lichtstroms der gebeugten Strahlen nullter Ordnung ist und durch die Mitte E₀ der Augenbox hindurchgeht, und der gebeugte Strahl Gd₁ erster Ordnung, der Teil des Lichtstroms der gebeugten Strahlen erster Ordnung ist und durch die Mitte E₀ der Augenbox hindurchgeht, den Winkel θ_in.
In gleicher Weise bilden unter den von dem Spiegel 130a reflektierten Strahlen der Einzelstrahl G₀, der in den Schirm 140 eintritt und der dem gebeugten Strahl Gd₀ nullter Ordnung entspricht und durch die Mitte des Lichtstroms der gebeugten Strahlen nullter Ordnung hindurchgeht, und der Einzelstrahl G₁, der in den Schirm 140 eintritt, und der dem gebeugten Strahl Gd₁ erster Ordnung entspricht und durch die Mitte des Lichtstroms der gebeugten Strahlen erster Ordnung hindurchgeht, den Winkel θ₀. Unter den von dem Spiegel 130a reflektierten Einzelstrahlen bilden der Einzelstrahl G₀, der in den Schirm 140 eintritt und der dem gebeugten Strahl Gd₀ nullter Ordnung entspricht und durch die Mitte E₀ der Augenbox hindurchgeht, und der Einzelstrahl G₁, der in den Schirm 140 eintritt und der dem gebeugten Strahl Gd₁ erster Ordnung entspricht und durch die Mitte E₀ der Augenbox hindurchgeht, den Winkel θ.
Wie in 7 gezeigt ist, ist der gebeugte Strahl Gd₀ nullter Ordnung auf einen Brennpunkt Pd₀ auf einer Abbildungsfläche 170a (Retina) fokussiert. Auch ist der gebeugte Strahl Gd₁ erster Ordnung auf einen Brennpunkt Pd₁ auf dieser fokussiert. Hier ist in der Abstand zwischen dem Brennpunkt Pd₀ und dem Brennpunkt Pd₁ ein Abstand Lb heller Punkte auf der Abbildungsfläche 170a (Retina). Kurz gesagt, die Brennpunkte Pd₀ und Pd₁ entsprechen den vorbeschriebenen hellen Punkten. Daher bereitet der winkel θ_out, der kleiner als die Grenze V_min des visuellen Winkels ist, Fahrern Schwierigkeiten, den Brennpunkt Pd₀ und den Brennpunkt Pd₁ zu unterscheiden.
Der Winkel θ_out [rad] ist ein Winkel, unter dem der gebeugte Strahl Gd₁ erster Ordnung, der in den Bildstrahlen enthalten ist, in das Auge 170 des Fahrers eintritt. Durch Ändern des Winkels θ_out [rad] ist es möglich, den Abstand Lb der hellen Punkte des gebeugten Strahls weniger unterscheidbar für Fahrer zu machen.
Wenn die menschliche Sehkraft als Sehkraft a bezeichnet wird, ist die Sehkraft a die Umkehrung eines wahrnehmbaren minimalen visuellen Winkels V_min. Das heißt, es gilt eine Bezugsbeziehung für die Sehkraft a = 1/V_min. Hier ist die Einheit des visuellen Winkels V_min die ”Bogenminute”. Der visuelle Winkel V wird bezeichnet als a^–1 ['(min)]. Das heißt, der visuelle Winkel V_min ist die Umkehrung der Sehkraft a.
Wenn ein Beispiel für das menschliche Auge genommen wird, wird der visuelle Winkel V erläutert als ein Winkel, der durch zwei gerade Linien gebildet wird, die von jedem der zwei Enden eines Objekts zu dem Auge gezogen werden. Wenn das Objekt eine Höhe Sv hat und sich in einem Abstand Dv von einem Knotenpunkt des Auges entfernt befindet, wird der visuelle Winkel V ausgedrückt als eine Gleichung V = 2arctan(Sv/(2Dv)). Wenn ein diagonal zu der optischen Achse in eine Linse eintretender Strahl parallel zu dem ursprünglichen eintretenden Strahl austritt, sind Knotenpunkte solche Punkte, an denen die verlängerten Teile des eintretenden Strahls und des austretenden Strahls jeweils die optische Achse schneiden. Hier ist der Abstand Dv der Abstand von der Mitte der Eintrittspupille des Auges zu dem Objekt.
Für Abbildungsvorrichtungen wie eine Kamera anstelle eines menschlichen Auges entspricht der visuelle Winkel der Abbildungsvorrichtung geteilt durch die Anzahl von Pixeln ihrer Abbildungselemente dem wahrnehmbaren minimalen visuellen Winkel V_min.
In Japan beispielsweise erfordert eine Fahrlizenz erster Klasse für normale Fahrzeuge, dass Fahrer mit einer Sehkraft von weniger als 0,7 mit Brillen oder Kontaktlinsen fahren. Daher beträgt die Grenze V_min des visuellen Winkels in Japan 1,43 Minuten (1/0,7 = 1,43). Auf diese Weise werden im Allgemeinen Landoltringe zum Messen der Sehkraft a in Japan verwendet.
Daher hat ein Fahrer mit einer Sehkraft von 0,7 Schwierigkeiten, Bilder eines visuellen Winkels V, der kleiner als die Grenze V_min (1,43 Minuten) des visuellen Winkels ist, wahrzunehmen.
Die Grenze V_min des visuellen Winkels ist der minimale visuelle Winkel V für diejenigen, die ein durch die Bildanzeigevorrichtung 100 angezeigtes Bild erkennen müssen. Das heißt, die Grenze V_min des visuellen Winkels ist der für Fahrer benötigte minimale visuelle Winkel V.
Es ist bevorzugt, dass der Winkel θ_out [rad] dem folgenden Bedingungsausdruck (1) genügt. Der Bedingungsausdruck (1) bedeutet, dass der Winkel θ_out kleiner als die Grenze V_min des visuellen Winkels ist. ”1/a” in dem Bedingungsausdruck (1) ist die Grenze V_min des visuellen Winkels. Es ist zu beachten, dass im Ausdruck (1) die Einheit ”Minute” in ”rad” umgewandelt ist, um die Grenze V_min des visuellen Winkels auszudrücken.
[Ausdruck 1]

θ_out < 1 / a· 1 / 60· 2π / 360 [rad] (1)

Als Nächstes wird die Konfiguration der Mikrolinsenanordnung 1 erläutert, um der für den Winkel θ_out [rad] gegebenen Bedingung zu genügen.
Die Mikrolinsenanordnung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 hat die Wiederholungsstruktur der Grundmuster-Linsengruppen 2. Daher hat die Mikrolinsenanordnung 1 eine periodische Struktur mit der Wiederholungsperiode L [mm] als die Grundeinheit. Genauer gesagt, die beiden aneinander angrenzenden Grundmuster-Linsengruppen 2 haben die gleich geformten Mikrolinsen 3 an ihren entsprechenden Positionen.
Daher enthalten die aus der Mikrolinsenanordnung 1 (dem Schirm 140) zu dem Vergrößerungsspiegel 150 hin austretenden Einzelstrahlen den gebeugten Strahl Gd₁ erster Ordnung, der sich aus der Wiederholungsperiode L [mm] ergibt.
Wenn die Intervalle zwischen den Mikrolinsen 1 sämtlich einander identisch sind, wie in 2 gezeigt ist, ist die Wiederholungsperiode der Abstand P1. Jedoch wird, wie in 3 gezeigt ist, durch zufälliges Versetzen der Scheitelpunkte 4 der Mikrolinsen 1 die Wiederholungsperiode auf den Abstand L verlängert.
Wie vorstehend erläutert ist, tauchen, wenn die Strahlen (die Einzelstrahlen G), die von der Lichtquelleneinheit 110 emittiert wurden, durch die Mikrolinsenanordnung 1 gebeugt werden, die hellen Punkte in dem Bild, das der Fahrer sieht, auf. Die Wiederholungsperiode L [mm] wird so bestimmt, dass die hellen Punkte von dem Auge 170 des Fahrers nicht wahrgenommen werden, indem der Abstand zwischen den hellen Punkten verkürzt wird.
Die hellen Punkte sind die Brennpunkte Pd₀ und Pd₁ in 7.
Als Nächstes wird im Einzelnen erläutert, wie die Wiederholungsperiode L [mm], bei der der Abstand Lb der hellen Punkte in den Bildern bewirkt, dass die hellen Punkte für das Auge 170 des Fahrers nicht wahrnehmbar werden, erhalten wird.
In 6 wird eine Beziehung zwischen dem Winkel θ₀ [rad] und dem Winkel θ_in [rad] an dem Schirm 140 als der folgende Ausdruck (2) ausgedrückt. Eine Wellenlänge λ [nm] ist die Wellenlänge des von der Lichtquelleneinheit 110 emittierten Einzelstrahls G. Der Ausdruck (2) basiert auf der optischen Beugungsgleichung, die auf die periodische Struktur, die die Wiederholungsperiode L [mm] enthält, angewendet wird. [Ausdruck 2]
Im Allgemeinen ist, je größer die Wiederholungsperiode L ist, desto kürzer der Abstand Lb der hellen Punkte des angezeigten Bilds. Je kürzer die Wiederholungsperiode L [mm] ist, desto größer ist der Abstand Lb der hellen Punkte des angezeigten Bilds. Daher ist der Bereich der Wiederholungsperiode L [mm], in welchem der Abstand Lb der hellen Punkte die hellen Punkte für das Auge 170 des Fahrers nicht wahrnehmbar macht, durch den nachfolgenden Beziehungsausdruck (3) gegeben. [Ausdruck 3]
Die durch den Ausdruck (3) angezeigte Beziehung zwischen dem Winkel θ₀ [rad] und dem Winkel θ_in [rad] wird unter Verwendung von 6 erläutert.
Die Beziehungsgleichungen zwischen verschiedenen Variablen über die Fortpflanzung der Einzelstrahlen kann leicht erhalten werden durch Verwendung eines Einzelstrahlenmatrix-Verfahrens für die Komponenten 130a, 140, 155 und E(170), die in 6 gezeigt sind. Der folgende Ausdruck (4) stellt eine Beziehung zwischen der Höhe r_in [mm], dem Winkel θ_in [rad], der Höhe r_out [mm] und dem Winkel θ_out [rad] dar. Die Höhe r_in [mm] ist ein Abstand von der optischen Achse C, um den der aus dem Schirm 140 austretende Einzelstrahl von der optischen Achse C entfernt ist. Die Höhe r_out [mm] ist ein Abstand, um den der in das Auge 170 des Fahrers (die Augenbox E) eintretende Einzelstrahl von der optischen Achse C entfernt ist. [Ausdruck 4]
Hier wird durch Setzen von X = r_in + D₁θ_in Gleichung (4) als der folgende Ausdruck (5) dargestellt. [Ausdruck 5]
Der Winkel θ_out [rad] des in das Auge 170 des Fahrers eintretenden Einzelstrahls kann als der folgende Beziehungsausdruck (6) erhalten werden durch Einsetzen von ”0” für Höhe r_out in den in der oberen (ersten) Reihe des Ausdrucks (4) gezeigten Beziehungsausdruck. [Ausdruck 6]
Die Beziehung zwischen dem Winkel θ_in [rad] und dem Winkel θ_out [rad] wird durch den folgenden Ausdruck (7) dargestellt, der aus den durch die untere Reihe des Ausdrucks (5) und des Ausdrucks (6) gezeigten Beziehungen abgeleitet ist. [Ausdruck 7]
Hier muss der Winkel θ_out [rad] in den im Ausdruck (1) gezeigten Bereich fallen. Daher wird der Bereich des Winkels θ_in [rad] als folgender Ausdruck (8) durch Einsetzen des Ausdrucks (7) zurück in den Ausdruck (1) erhalten. [Ausdruck 8]
Der Winkel θ_in im Ausdruck (8) entspricht dem Winkel θ_out, der kleiner als die Grenze V_min des visuellen Winkels ist. ”1/a” im Ausdruck (8) ist die Grenze V_min des visuellen Winkels.
Wenn der im Ausdruck (3) gezeigte Winkel θ₀ [rad] mit dem Winkel θ_in [rad] dargestellt wird, gilt der Ausdruck (9) von der in 6 gezeigten geometrischen Beziehung. [Ausdruck 9]
Der nachfolgende Ausdruck (10) gilt, der abgeleitet ist aus der Gleichung X = r_in + D₁θ_in, dem Ausdruck (6) und der Beziehung zwischen der Höhe r_in [mm] und dem Winkel θ_in [rad] im Ausdruck (9).
[Ausdruck 10]
Der nachfolgende Ausdruck (11) stellt die Beziehung zwischen dem Winkel θ₀ [rad] und dem Winkel θ_in [rad] durch Einsetzen des Ausdrucks (10) in den Ausdruck (9) dar. [Ausdruck 11]
Die im Ausdruck (3) gezeigte Wiederholungsperiode L [mm] wird so bestimmt, dass dem Ausdruck (8) und dem Ausdruck (11) genügt sind. Als Ergebnis kann der Abstand Lb der hellen Punkte des angezeigten Bilds verkürzt werden auf einem Pegel, bei dem der helle Punkt für das Auge 170 des Fahrers nicht wahrnehmbar ist.
Unter den verschiedenen Variablen wird die Wellenlänge λ [nm] des von der Lichtquelleinheit 110 emittierten Einzelstrahls G bestimmt auf der Grundlage der Wellenlängen der Lichtquellen-Halbleiterlaser 111, 112 und 113, die 638 nm (rot), 515 nm (grün) bzw. 450 nm (blau) sind. Unter diesen wird beispielsweise die Wellenlänge mit der höchsten Helligkeitsfunktion für die Wellenlänge λ [nm] als eine verschiedene Variable verwendet.
Eine ”Helligkeitsfunktion” ist ein Wert, der relativ ein Helligkeitsgefühl von Licht, das dieselbe Energie wie Licht hat, das ein Bezugswellenlängenlicht hat und dessen Helligkeitsgefühl als eins angesehen wird, ausdrückt. Normalerweise wird ein gelbgrünes Licht, das eine Wellenlänge von 555 [nm] hat, um am hellsten gefühlt zu werden, als Bezugswert angenommen.
In dem Ausführungsbeispiel 1 ist es erwünscht, eine grüne Wellenlänge (515 nm) oder die Wellenlänge (555 nm) ”der effizientesten Tageshelligkeitsfunktion” zu verwenden, bei der die menschlichen Augen fühlen, dass das Licht am hellsten ist im Vergleich zu Licht derselben Energie.
Auch wird die Grenze V_min des visuellen Winkels (1/Sehstärke a) bestimmt unter Berücksichtigung der Sehstärke a des Fahrers des Fahrzeugs mit der installierten Bildanzeigevorrichtung 100.
In Japan erfordert beispielsweise eine Fahrerlinzenz erster Klasse, dass die Sehkraft des Fahrers gleich oder größer als 0,7 ist. Wenn ein Fahrer mit einer Sehstärke a = 0,7 bei Verwendung beider Augen als Maßstab genommen wird, wird aus dem Ausdruck (1) der Winkel θ_out [rad] < 4,16 × 10^–4 [rad] erhalten.
Demgegenüber wird für einen Fahrer mit der Sehstärke a = 2,0 auch aus dem Ausdruck (1) der Winkel θ_out [rad] < 1,45 × 10^–4 [rad] erhalten.
Gemäß den vorstehenden Erläuterungen ist es mehr erwünscht, dass der Winkel θ_out [rad] dem folgenden Bedingungsausdruck (12) genügt.
[Ausdruck 12]

θ_out < 1,45 × 10^–4 rad (12)

Andere verschiedene Variable f, D₁, D₂ und D₀ werden bestimmt in Abhängigkeit von Spezifikationen der Bildanzeigevorrichtung 100. Wenn beispielsweise die Variablen wie folgt gegeben sind: die Brennweite f = 300 [mm], der Abstand D₁ 250 [mm], der Abstand D₂ = 1700 [mm] und der Abstand D₀ = 300 [mm], dann beträgt die Wiederholungsperiode L [mm] angenähert 0,36 [mm].
Daher soll im Ausführungsbeispiel 1 die Grundmuster-Linsengruppe 2 ein Quadrat von 0,36 × 0,36 [mm] als die Bedingung für die verschiedenen Variablen sein. Auch soll das Intervall zwischen den Mikrolinsen 3 40 [μm] sein. Unter diesen Annahmen müssen etwa 80 Mikrolinsen 3 gestaltet werden, um eine Mikrolinsenanordnung 1 zu bilden, was eine erhebliche Verringerung von Gestaltungsdaten bedeutet.
In der Mikrolinsenanordnung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 hat keine der Mikrolinsen 3, die in Kontakt mit den Teilungslinien B1 bis B7 sind, eine diskontinuierliche Form, was wiederum bedeutet, dass die Teilungslinien B1 bis B7 sämtlich gerade Linien sind. In jeder der Grundmuster-Linsengruppen 2 wird dasselbe Zufallsmuster für die Anordnung der Mikrolinsen 3 verwendet.
Die Mikrolinsen 3 können daher wiederholt in derselben Zufallsanordnung angeordnet werden. Anders als in anderen Fällen wie vollständigen Streuungsplatten können optisch gestaltete Mikrolinsenanordnungen 1 leicht in einer kurzen Zeitperiode hergestellt werden.
Jedoch kann es sein, dass der Austrittswinkel θ_out [rad] der Bildanzeigevorrichtung 100 gemäß Ausführungsbeispiel 1 in einem Fall, in welchem die Anzeigevorrichtung in einem verschiedenen Typ von Fahrzeugen installiert ist, dem Ausdruck (12) nicht genügt. Dies tritt beispielsweise auf, wenn zumindest einer von dem Abstand D₂₁ [mm] und dem Abstand D₂₂ [mm], die in 5 gezeigt sind, geändert wird. Der Abstand D₂₁ [mm] ist der Abstand von dem Vergrößerungsspiegel 150 zu der Windschutzscheibe 160, und der Abstand D₂₂ [mm] ist der Abstand von der Windschutzscheibe 160 zu dem Auge 170 des Fahrers.
Wie in dem vorbeschriebenen Beispiel gezeigt ist, wird, wenn die verschiedenen Variablen geändert werden, die Wiederholungsperiode L [mm] der in der Mikrolinsenanordnung 1 enthaltenen Grundmuster-Linsengruppe 2 geändert. Allein hierdurch kann die Bildanzeigevorrichtung 100 die durch die gebeugten Strahlen bewirkte Verschlechterung der Sichtbarkeit unterdrücken.
Dies bedeutet, dass keine Notwendigkeit besteht, mit der Bildanzeigevorrichtung 100 assoziierte Variablen wie den Abstand D₀ [mm], den Abstand D₁ [mm] oder die Brennweite f des Vergrößerungsspiegels 150 zu ändern. Hier ist der Abstand D₀ [mm] der Abstand von dem MEMS-Spiegel 130 zu dem Schirm 140. Der Schirm 140 ist die Mikrolinsenanordnung 1. Der Abstand D₁ [mm] ist der Abstand von dem Schirm 140 zu dem Vergrößerungsspiegel 150.
Die Bildanzeigevorrichtung 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 enthält die Lichtquelleneinheit 110, die Mikrolinsenanordnung 1 (den Schirm 140), die Abtasteinheit 130 und das optische System 155.
Die Mikrolinsenanordnung 1 enthält die Vielzahl von Grundmuster-Linsengruppen 2. Die Abtasteinheit 130 reflektiert die von der Lichtquelleneinheit 110 emittierten Strahlen, um Bilder auf der Oberfläche enthaltend die Mikrolinsenanordnung 1 zu schaffen. Das optische System 155 ist entlang der optischen Achse C der Mikrolinsenanordnung 1 angeordnet, um die auf der Mikrolinsenanordnung 1 geschaffenen Bilder auf das menschliche Auge 170 (Retina) zu projizieren.
Der von der Lichtquelleneinheit 110 emittierte Strahl (der Einzelstrahl G) wird durch die Mikrolinsenanordnung 1 gebeugt, um in das menschliche Auge 170 einzutreten. Der Winkel θ_out, der zwischen dem Strahl, der in das menschliche Auge 170 eintritt (der gebeugte Strahl Gd₁ erster Ordnung) und der optischen Achse C gebildet ist, soll beispielsweise in den durch den Ausdruck (12) angezeigten Bereich fallen.
Das Konfigurieren der Mikrolinsenanordnung 1 aus der Vielzahl von Grundmuster-Linsengruppen 2 kann, anders als die herkömmlichen Verfahren, die Gestaltungsdaten reduzieren, um die Mikrolinsenanordnung 1 für den Schirm 140 der Blickfeld-Anzeigevorrichtung verwendbar zu machen.
Durch Setzen des Winkels θ_out, der zwischen dem in das menschliche Auge 170 eintretenden Strahl (dem gebeugten Strahl Gd₁ erster Ordnung) und der optischen Achse C gebildet ist, auf einen Wert, der dem Ausdruck (12) genügt, kann die Helligkeitsungleichförmigkeit herabgesetzt werden, und die Sichtbarkeit des angezeigten Bilds kann verbessert werden.
Auch genügt in der Bildanzeigevorrichtung 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 die Wiederholungsperiode L [mm] der Grundmuster-Linsengruppe 2 dem Ausdruck (3) innerhalb des durch den Ausdruck (8) angezeigten Bereichs. Beispielsweise kann ein Wert, der größer als 0,36 [mm] ist, als die Wiederholungsperiode L [mm] angenommen werden. Dann kann die Hellligkeitsungleichförmigkeit herabgesetzt werden und die Sichtbarkeit des angezeigten Bilds kann weiter verbessert werden.
Der Abstand D₂ ist der Abstand zwischen dem optischen System 155 und dem menschlichen Auge 170 (der Mitte E₀ der Augenbox). Die Wellenlänge λ ist die Wellenlänge des Strahls (des Einzelstrahls G), der von der Lichtquelleneinheit 110 emittiert wird. Der Winkel θ₀ ist der Winkel, der zwischen dem Strahl (dem Einzelstrahl G), der von der Abtasteinheit 130 aus in die Mikrolinsenanordnung 1 eintritt, und der optischen Achse C gebildet ist. Der Winkel θ_in [rad] ist der gebeugte Winkel des gebeugten Strahls Gd₁ erster Ordnung der Mikrolinsenanordnung 1. Hier ist der ”gebeugte Winkel” der Winkel, der zwischen dem gebeugten Strahl Gd₀ nullter Ordnung und dem gebeugten Strahl Gd₁ erster Ordnung gebildet ist, wenn die Strahlen aus dem Schirm 140 austreten. Der Abstand f ist die Brennweite des optischen Systems 155. Da angenommen wird, dass die Windschutzscheibe 160 in 5 flach ist, ist der Abstand f die Brennweite des Vergrößerungsspiegels 150. Die Sehstärke a ist die menschliche (des Fahrers) Sehstärke, um die durch die Bildanzeigevorrichtung 100 angezeigten Bilder zu betrachten. Die Wiederholungsperiode L [mm] ist das Intervall zwischen den Mikrolinsen 3, die sich an den entsprechenden Positionen der aneinander angrenzenden Grundmuster-Linsengruppen 2 befinden.
Ausführungsbeispiel 2
In dem Ausführungsbeispiel 2 wird der Fall erläutert, in welchem der Schirm 140 so angeordnet ist, dass er um einen Winkel θ_M gegenüber der optischen Achse C der Bildanzeigevorrichtung 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 geneigt ist.
In dem Fall, in welchem der Schirm 140 so angeordnet ist, dass er um den Winkel θ_M zu der optischen Achse C der Bildanzeigevorrichtung 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 geneigt ist, illustriert 8 den optischen Pfad eines Bildstrahls, der aus der in 4 gezeigten Bildanzeigevorrichtung 100 austritt, dann durch die Windschutzscheibe 160 reflektiert wird und schließlich das Auge 170 des Fahrers erreicht.
In 8 sind der Spiegel 120, die Lichtquelleneinheit 110 und das virtuelle Bild 180, die in 4 gezeigt sind, weggelassen. Die anderen in der Figur gezeigten Komponenten sind auch in derselben Positionsbeziehung und dergleichen, wie in 4 gezeigt ist. Daher wird ihre Erläuterung weggelassen. Auch sind in 8 die Konfigurationskomponenten mit Ausnahme des Schirms 140 in derselben Positionsbeziehung und dergleichen, wie in 5 gezeigt ist, und ihre Erläuterungen werden weggelassen.
In 8 ist ein Abstand D₀ [mm] der Abstand von der MEMS-Spiegelvorrichtung 130 zu dem Schnittpunkt der optischen Achse C und des Schirms 140. Ein Abstand D₁ [mm] ist der Abstand von dem vorgenannten Schnittpunkt zu dem Vergrößerungsspiegel 150. Ein Abstand D₁₁ [mm] ist der Abstand von dem vorgenannten Schnittpunkt zu einem Punkt des Schirms 140, an dem der aus der MEMS-Spiegelvorrichtung 130 austretende Einzelstrahl eintritt (siehe 9). Der Abstand D₁₁ wird ausgedrückt als D₁₁ ≈ θ_M × r_in. Es ist zu beachten, dass die Abstände D₀, D₁, D₂₁ und D₂₂ Abstände auf der optischen Achse C sind. Der Abstand D₁₁ ist der Abstand in der Richtung parallel zu der optischen Achse C.
Als Nächstes wird die in 9 gezeigte Konfiguration erläutert. Die Konfiguration in 9 zeigt eine vereinfachte Version des optischen Pfads. Die vorstehend gezeigten Winkel und Abstände werden gesammelt als ”verschiedene Variable” bezeichnet.
9 ist ein Diagramm, das die vereinfachte Version der optischen Beziehung zwischen der Bildanzeigevorrichtung 100 und dem Auge 170 des Fahrers, die in 8 gezeigt ist, illustriert. In 9 sind die Konfigurationskomponenten, die andere als der Schirm 140 sind, in derselben Positionsbeziehung wie in 6, und ihre Erläuterung wird weggelassen.
Ähnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel 1 kann auch die Bildanzeigevorrichtung 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel 2 den Abstand Lb der hellen Punkte des gebeugten Strahls für das Auge 170 des Fahrers nicht wahrnehmbar machen, indem der Winkel θ_out [rad] geändert wird. Der Winkel θ_out [rad] ist der Eintrittswinkel des in den Bildstrahlen enthaltenen gebeugten Strahls Gd₁ erster Ordnung für den Eintritt in das Auge 170 des Fahrers. Es ist erwünscht, dass der Winkel θ_out [rad] dem Bedingungsausdruck (1) genügt.
Als Nächstes wird die Konfiguration der Mikrolinsenanordnung 1, die bewirkt, dass der Winkel θ_out [rad] dem Bedingungsausdruck (1) genügt, erläutert.
Die Mikrolinsenanordnung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel 2 hat eine Wiederholungsstruktur der Grundmuster-Linsengruppen 2. Daher hat die Mikrolinsenanordnung 1 eine periodische Struktur mit der Wiederholungsperiode L [mm] als der Grundeinheit.
Genauer gesagt, die beiden aneinander angrenzenden Grundmuster-Linsengruppen 2 haben jeweils die gleich geformte Mikrolinse 3 an ihren entsprechenden Positionen. Daher enthalten die aus der Mikrolinsenanordnung 1 (dem Schirm 140) zu dem Vergrößerungsspiegel 150 austretenden Einzelstrahlen gebeugte Strahlen, die sich aus der Wiederholungsperiode L [mm] ergeben.
Wie vorstehend erläutert ist, treten, wenn die von der Lichtquelleneinheit 110 emittierten Strahlen durch die Mikrolinsenanordnung 1 gebeugt werden, helle Punkte in den Bildern auf, die der Fahrer sieht. Die Wiederholungsperiode L [mm] wird so bestimmt, dass die hellen Punkte für das Auge 170 des Fahrers nicht wahrnehmbar werden, indem der Abstand Lb der hellen Punkte verkürzt wird.
Als Nächstes wird eine detaillierte Erläuterung darüber gegeben, wie die Wiederholungsperiode L [mm], bei der der Abstand Lb der hellen Punkte bewirkt, dass die in dem Bild enthaltenen hellen Punkte für das Auge 170 des Fahrers nicht wahrnehmbar werden, erhalten wird.
In 9 wird die Beziehung zwischen Winkel θ₀ [rad] und dem Winkel θ_in [rad] an dem Schirm 140 als der folgende Ausdruck (13) ausgedrückt. Die Wellenlänge λ [nm] ist die Wellenlänge des von der Lichtquelleneinheit 110 emittierten Einzelstrahls G. Der Ausdruck (13) beruht auf der optischen Beugungsgleichung, die auf die periodische Struktur, die die Wiederholungsperiode L [mm] enthält, angewendet wird. [Ausdruck 13]
Daher wird der Bereich, in welchem die hellen Punkte für das Auge 170 des Fahrers nicht wahrnehmbar werden, durch den folgenden Beziehungsausdruck (14) gegeben. [Ausdruck 14]
In 9 ist der Abstand D₁₁ klein genug im Vergleich zu dem Abstand D₀ oder dem Abstand D₁, um vernachlässigt zu werden. Daher genügen der Winkel θ_in [rad] und der Winkel θ₀ [rad], die dem Ausdruck (14) genügen, den Bedingungsausdrücken (8) und (11), ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel 1.
Somit wird die durch den Ausdruck (14) angezeigte Wiederholungsperiode L [mm] so bestimmt, dass sie den durch den Ausdruck (8) und den Ausdruck (11) angezeigten Beziehungen genügt. Als eine Folge kann der Abstand Lb der hellen Punkte in dem angezeigten Bild ausreichend gekürzt werden, um zu bewirken, dass die hellen Punkte für das Auge 170 des Fahrers nicht wahrnehmbar werden.
Ausführungsbeispiel 3
In dem Ausführungsbeispiel 3 ist ein hexagonales Gitter 21 (ein regelmäßiges hexagonales Gitter) als das Elementargitter angewendet. Jeder der Scheitelpunkte 19 von Mikrolinsen 18 ist gegenüber einem Gitterzellenpunkt 19 des hexagonalen Gitters 21 um einen vorbestimmten Versetzungsbetrag versetzt.
10 ist eine Zeichnung, die eine Mikrolinsenanordnung 14 gemäß dem Ausführungsbeispiel 3 illustriert.
In 10 ist eine Grundmuster-Linsengruppe 15 als eine größere Fläche aus zwei Arten von Flächen angezeigt, die in der Größe verschieden sind und durch verstärkte Linien eingerahmt sind. Wie in 10 gezeigt ist, enthält eine Mikrolinsenanordnung 14 eine Vielzahl von Grundmuster-Linsengruppen 15.
Die Mikrolinsenanordnung 14 hat eine Konfiguration, bei der zwei Grundmuster-Linsengruppen in der Längsrichtung angeordnet sind und die drei Grundmuster-Linsengruppen in der Seitenrichtung angeordnet sind. Das heißt, die Vielzahl von Grundmuster-Linsengruppen 15 sind in 2 × 3 in Längs- bzw. Seitenrichtung angeordnet. Die Vielzahl von Grundmuster-Linsengruppen 15 sind aneinander angrenzend über die Teilungslinien B8 bis B14 angeordnet. Mit anderen Worten, die Vielzahl von Grundmuster-Linsengruppen 15 sind wiederholend angeordnet.
10 zeigt einen Teil der Mikrolinsenanordnung 14. Tatsächlich sind die Grundmuster-Linsengruppen 15 von mehr als sechs wiederholt, sowohl in Längs- als auch in Seitenrichtung angeordnet.
In der Fläche von jeder Grundmuster-Linsengruppe 15 ist die Vielzahl von Mikrolinsen 18 angeordnet, von denen jede durch eine polygonale Grenze gebildet ist. Die schwarzen Punkte in den Mikrolinsen 18 bezeichnen Scheitelpunkte 19 der Mikrolinsen 18.
Die Mikrolinsenanordnung 14 gemäß dem Ausführungsbeispiel 3 verwendet das hexagonale Gitter 21 als ihr Elementargitter.
Die Mikrolinsenanordnung 14 enthält eine Vielzahl von Mikrolinsen 18. In der Mikrolinsenanordnung 14 sind die Scheitelpunkte 19 der Vielzahl von Mikrolinsen 18 Punkte, die jeweils gegenüber den Gitterzellenpunkten 16 der hexagonalen Gitter 21 durch unterschiedliche Versetzungsbeträge in verschiedenen Richtungen versetzt sind. Das heißt, die Scheitelpunkte 19 sind an Positionen angeordnet, gegenüber denen die Gitterzellenpunkte 16 der hexagonalen Gitter 21 zufällig versetzt sind. Wie die Positionen der Scheitelpunkte 19 bestimmt werden, wird später erläutert.
Hier erfolgt eine Erläuterung einer Wiederholungsperiode L [mm] der Grundmuster-Linsengruppe 15 gemäß dem Ausführungsbeispiel 3. Die Wiederholungsperiode L [mm] ist die minimale Einheit der Wiederholungsstruktur der Mikrolinsenanordnung 14.
In 10 sind die Grundmuster-Linsengruppe 15 und eine Grundmuster-Linsengruppe 15b, die auf der rechten Seite an die Grundmuster-Linsengruppe 15 angrenzt, dargestellt. Die Grundmuster-Linsengruppe 15b ist identisch mit der Grundmuster-Linsengruppe 15. Das Symbol 15b ist für Erläuterungszwecke gegeben.
Eine Mikrolinse 18a und eine Mikrolinse 18b sind an jeweiligen Positionen einander entsprechend angeordnet. Die Mikrolinse 18a ist in der Grundmuster-Linsengruppe 15 enthalten. Die Mikrolinse 18b ist in der Grundmuster-Linsengruppe 15b enthalten. Die Mikrolinsen 18a und 18b sind durch kleinere Flächen, die durch verstärkte Linien eingerahmt sind, angezeigt.
In 10 sind die Grundmusterlinsengruppe 15 und eine an ihrer unteren Seite angrenzende Grundmuster-Linsengruppe 15c dargestellt. Die Grundmuster-Linsengruppe 15c ist identisch mit der Grundmuster-Linsengruppe 15, und ihr ist ein Symbol 15c zu Erläuterungszwecken gegeben.
Die Mikrolinse 18a und die Mikrolinse 18c befinden sich an den jeweiligen einander entsprechenden Positionen. Die Mikrolinse 18a ist in der Grundmuster-Linsengruppe 15 enthalten. Die Mikrolinse 18c ist in der Grundmuster-Linsengruppe 15c enthalten. Die Mikrolinse 18c ist durch eine kleinere Fläche, die durch verstärkte Linien eingerahmt ist, angezeigt.
Der seitliche Abstand zwischen einem Scheitelpunkt 19a und einem Scheitelpunkt 19b ist als eine Wiederholungsperiode L₅ bestimmt. Der Längsabstand zwischen dem Scheitelpunkt 19a und einem Scheitelpunkt 19c wird als eine Wiederholungsperiode 16 bestimmt. Hier ist der Scheitelpunkt 19a der Scheitelpunkt der Mikrolinse 18a. Der Scheitelpunkt 19b ist der Scheitelpunkt der Mikrolinse 18b. Der Scheitelpunkt 19c ist der Scheitelpunkt der Mikrolinse 18c.
Als Nächstes wird detailliert erläutert, wie die in 10 gezeigte Mikrolinse 18 angeordnet wird. Die Mikrolinse 18 ist in der Grundmuster-Linsengruppe 15 der Mikrolinsenanordnung 14 enthalten.
11 ist eine Zeichnung zum Erläutern eines Elementargitters, das der Bezugsgegenstand für den zu positionierenden Scheitelpunkt 19 der Mikrolinse 18 gemäß dem Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung ist. Die Mikrolinse 18 ist in der Mikrolinsenanordnung 14 enthalten.
Wie in 11 gezeigt ist, sind eine Vielzahl von Mustereinheitsflächen 17 so angeordnet, dass ein hexagonales Gitter 21 gebildet wird, in welchem jeder Abstand zwischen benachbarten Gitterzellenpunkten 16 gleich P2 ist. In 11 ist zur Vereinfachung ein Symbol 16 zur Anzeige des Gitterzellenpunkts nur vier Mustereinheitsflächen 17 unter der Vielzahl von Mustereinheitsflächen 17 gegeben. Das hexagonale Gitter 21 enthält eine Vielzahl von Grundmuster-Linsengruppen 15s.
Hier wird die Mustereinheitsfläche 17 des hexagonalen Gitters 21 gemäß dem Ausführungsbeispiel 3 erläutert.
Die Mustereinheitsfläche 17 ist eine Fläche, die einen einzelnen Gitterzellenpunkt 16 hat. Die Mustereinheitsfläche 17 ist durch Halbierende M3 (Teilungslinien) der Liniensegmente, die Gitterzellenpunkte 17 von zwei aneinander angrenzenden Mikrolinsen 18 verbinden, segmentiert.
Wie in 11 gezeigt ist, hat die Mustereinheitsfläche 17 mit dem Elementargitter, das ein hexagonales Gitter 21 ist, die Form eines regelmäßigen Sechsecks. Die Struktur, die durch aneinander angrenzende regelmäßige Sechsecke konfiguriert ist, hat keinen Raum zwischen diesen, wie die Grundmuster-Linsengruppe 15 gemäß dem Ausführungsbeispiel 3, und wird als Wabenstruktur bezeichnet.
Eine Fläche, in der die sechs Mustereinheitsflächen 17 in der Längsrichtung und die acht in der Seitenrichtung angeordnet sind, entspricht der Fläche der Grundmuster-Linsengruppe 15 der in 10 gezeigten Mikrolinsenanordnung 14.
Als Nächstes wird erläutert, wie die Scheitelpunkte 19 der Mikrolinsen 18 zufällig angeordnet werden, unter Verwendung der Gitterzellenpunkte 16 des hexagonalen Gitters 21 als Bezugsgegenstand.
In 11 wird eine Fläche, die durch eine Grenze segmentiert ist, die auf der Grundlage eines vorbestimmten Abstands von dem Gitterzellenpunkt 16 zu den Teilungslinien M3 der Mustereinheitsfläche 17 hin gesetzt ist, als eine Versetzungsfläche 22 bestimmt. Die Versetzungsfläche 22 wird auf der Grundlage des Abstands (die Hälfte von P2) zwischen dem Gitterzellenpunkt 16 des hexagonalen Gitters 21 und der Teilungslinie M3 der Mustereinheitsfläche 17 bestimmt. Genauer gesagt, ein Liniensegment wird von dem Gitterzellenpunkt 16 vertikal zu jeder der Teilungslinien M3 gezogen. Die Teilungslinien M3 der Versetzungsfläche 22 sind senkrechte Halbierende der vertikal gezogenen Liniensegmente.
Der Scheitelpunkt 19 der Mikrolinse 18 wird von dem Gitterzellenpunkt 16 an einer Position angeordnet, die von dem Gitterzellenpunkt 16 in dem Versetzungsbereich 22 verschieden ist. Das heißt, die Scheitelpunkte 19 werden von den jeweiligen Gitterzellenpunkten 16 durch jeweils verschiedene, vorher bestimmte Versetzungsbeträge in vorher bestimmten, jeweils verschiedenen Richtungen bewegt. Das heißt, die Positionen der Scheitelpunkte 19 der Mikrolinsen 18 sind Positionen, die zufällig gegenüber den jeweiligen Gitterzellenpunkten 16 innerhalb der Versetzungsfläche 22 versetzt sind.
In 11 ist der Abstand zwischen dem Gitterzellenpunkt 16 des hexagonalen Gitters 21 und der Teilungslinie M3 der Mustereinheitsfläche 17 ein Bezugsabstand S2. Das heißt, der Bezugsabstand S2 ist die Länge der senkrechten Linie, die von dem Gitterzellenpunkt 16 zu der Teilungslinie M3 der Mustereinheitsfläche 17 gezogen ist. Unter Verwendung von gestrichelten Linien wird ein Sechseck durch Linien gezeichnet, die durch Punkte hindurchgehen, die auf den vorgenannten senkrechten Linien und in einem Abstand von 0,6 × S2 von dem Gitterzellenpunkt 19 entfernt liegen und parallel zu den Teilungslinien M3 der Mustereinheitsfläche 12 verlaufen. In 11 ist die hexagonale Fläche, die durch die gestrichelten Liniensegmente eingerahmt ist, die Versetzungsfläche 22.
Somit werden eine Versetzungsrichtung und ein Betrag zum Anordnen des Scheitelpunkts 19 innerhalb eines Bereichs (der Versetzungsfläche 22), der durch den vorbestimmten Abstand von dem Gitterzellenpunkt 16 definiert ist, bestimmt. Eine Versetzungsfläche 22, die kleiner als die Mustereinheitsfläche 17 ist, kann verhindern, dass die Scheitelpunkte 19 der gegenseitig aneinandergrenzenden Mikrolinsen 18 einander überlappen.
Eine Bildanzeigevorrichtung 100 mit den Mikrolinsen 18 gemäß dem Ausführungsbeispiel 3 kann die Helligkeitsungleichförmigkeit der angezeigten Bilder herabsetzen.
Hier sind die Versetzungsbeträge der Scheitelpunkte 19 so gegeben, dass die Grundmuster-Linsengruppen 15 über die Teilungslinien B8 bis B14 kontinuierlich aneinander angrenzen. Ein Verfahren zum Bereitstellen derartiger Versetzungsbeträge wird als Nächstes erläutert, insbesondere unter den Mikrolinsen 18 der Grundmuster-Linsengruppen 15 bei den Scheitelpunkten 19 der Mikrolinsen 18, die in Kontakt mit den Teilungslinien B8 bis B14 sind.
Es wird für alle der in 11 gezeigten Mustereinheitsflächen 17 angenommen, dass die Positionen der Scheitelpunkte 19 der Mikrolinsen 18 zufällig angeordnet sind. Hier können ähnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel 1 die Teilungslinien der Mikrolinsen 18 durch Erzeugen eines Voronoi-Diagramms gezogen werden. In diesem Fall jedoch haben die Teilungslinien B8 bis B14, die die Mikrolinsenanordnung 14 segmentieren, eine zufällige Form, wie in 10 gezeigt ist. Daher ist es schwierig, dieselben Grundmuster-Linsengruppen 15 wiederholt anzuordnen.
Um dieses Problem zu lösen, sind in der Mikrolinsenanordnung 14 gemäß dem Ausführungsbeispiel 3 die Gestaltung der Teilungslinien B8 bis B14 und die Positionierung der Scheitelpunkte 19 der Mikrolinsen 18 so durchgeführt, dass die Grundmuster-Linsengruppen 15 wiederholt angeordnet werden können.
12 ist eine Zeichnung zur Erläuterung, wie die Versetzungsbeträge der Gitterzellenpunkte 16 der Mikrolinsen 18, die in Kontakt mit den in Längsrichtung verlaufenden (senkrechten) Teilungslinien B9, B10, B12 und B13 sind, bestimmt werden. In 12 sind die in Längsrichtung verlaufenden Bezugslinien B21 und B22 Bezugslinien für die Teilungslinien B9, B10, B12 und B13. Hier wird die in Längsrichtung verlaufende Bezugslinie B21 als eine erste in Längsrichtung verlaufende Bezugslinie bezeichnet, und die in Längsrichtung verlaufende Bezugslinie B22 wird als ein zweite in Längsrichtung verlaufende Bezugslinie bezeichnet.
Die in Längsrichtung verlaufenden Bezugslinien B21 und B22 sind in den ohne Zwischenraum angeordneten Mustereinheitsflächen 17 gezogen. Der seitliche Abstand zwischen den in Längsrichtung verlaufenden Bezugslinien B21 und B22 ist der Abstand (die Wiederholungsperiode) L₅. Mit anderen Worten, der Abstand (die Wiederholungsperiode) L₅ ist die seitliche Wiederholungsperiode der in Längsrichtung verlaufenden Bezugslinien B21 und B22. Hier ist der Abstand (die Wiederholungsperiode) L₅ zwischen den in Längsrichtung verlaufenden Bezugslinien B21 und B22 als eine Periodenlänge P multipliziert mit einer ganzen Zahl bestimmt.
Die Periodenlänge P ist die seitliche Periodenlänge für die Mustereinheitsflächen 17. in 12 ist sie beispielsweise der Abstand zwischen Flächen X11 und Z11, wie später erläutert wird. Das heißt, die Periodenlänge P ist ein Abstand zwischen zwei Mustereinheitsflächen 17, die in der Richtung der in der Längsrichtung verlaufenden Bezugslinie B21 oder B22 in derselben Position angeordnet sind. In dem hexagonalen Gitter 21 hat die Periodenlänge P einen von einer Periodenlänge Q verschiedenen Wert, wie später erläutert wird.
Zuerst werden die Mustereinheitsflächen 17 auf den in Längsrichtung verlaufenden Bezugslinien B21 und B22 erläutert. Jede von derartigen Mustereinheitsflächen 17 entspricht einer ersten in Längsrichtung angeordneten Mustereinheitsfläche. Hier wird den Mustereinheitsflächen 17, die sich an einander entsprechenden Positionen auf den jeweiligen in Längsrichtung verlaufenden Bezugslinien B21 und B22 befinden, derselbe Versetzungsbetrag in derselben Richtung gegeben. ”Entsprechend” bedeutet, dass zwei betroffene Mustereinheitsflächen 17 in der Längsrichtung an derselben Position auf den jeweiligen in Längsrichtung verlaufenden Bezugslinien B21 und B22 angeordnet sind. Die Längsrichtung ist die Richtung, in der sich die in Längsrichtung verlaufenden Bezugslinien B21 und B22 erstrecken.
In 12 sind den Mustereinheitsflächen 17 auf der in Längsrichtung verlaufenden Bezugslinie B21 beispielsweise die Symbole Y11, Y21, Y31, YN1-1 und YN1 gegeben. Auch sind den Mustereinheitsflächen 17 auf der in Längsrichtung verlaufenden Bezugslinie 22 beispielsweise die Symbole Y12, Y22, Y32, YN2-1 und YN2 gegeben.
Als Nächstes werden Mustereinheitsflächen 17 erläutert, die auf der linken Seite der Mustereinheitsflächen 17 auf den in Längsrichtung verlaufenden Bezugslinien B21 und B22 positioniert sind. Jede dieser Mustereinheitsflächen 17 entspricht einer zweiten in Längsrichtung angeordneten Mustereinheitsfläche. Den Mustereinheitsflächen 17, die unter solchen Mustereinheitsflächen 17 sind und die sich an einander entsprechenden Postionen befinden, ist derselbe Versetzungsbetrag in derselben Richtung gegeben.
In 12 sind den Mustereinheitsflächen 17, die auf der linken Seite der Mustereinheitsflächen 17 auf der in der Längsrichtung verlaufenden Bezugslinie B21 positioniert sind, beispielsweise die Symbole X11, X21, X31, XN1-1 und XN1 gegeben. Auch sind den Mustereinheitsflächen 17, die auf der linken Seite der Mustereinheitsflächen 17 auf der in Längsrichtung verlaufenden Bezugslinie B22 positioniert sind, beispielsweise die Symbole X12, X22, X32, XN2-1 und XN2 gegeben.
Als Nächstes werden Mustereinheitsflächen 17, die auf der rechten Seite der Mustereinheitsflächen 17 auf den in Längsrichtung verlaufenden Bezugslinien B21 und B22 positioniert sind, erläutert. Jede dieser Mustereinheitsflächen 17 entspricht einer dritten in Längsrichtung angeordneten Mustereinheitsfläche. Mustereinheitsflächen 17, die unter solchen Mustereinheitsflächen 17 sind und sich an entsprechenden Positionen befinden, wird derselbe Versetzungsbetrag in derselben Richtung gegeben.
In 12 sind Mustereinheitsflächen 17, die auf der rechten Seite der Mustereinheitsflächen 17 auf der in Längsrichtung verlaufenden Bezugslinie B21 positioniert sind, beispielsweise die Symbole Z11, Z21, Z31, ZN1-1 und ZN1 gegeben. Auch sind Mustereinheitsflächen 17, die auf der rechten Seite der Mustereinheitsflächen 17 auf der in Längsrichtung verlaufenden Bezugslinie B22 positioniert sind, beispielsweise die Symbole Z12, Z22, Z32, ZN2-1 und ZN2 gegeben.
In 12 sind Symbole für einige der Mustereinheitsflächen 17 vorgesehen, um deren Positionen zu zeigen. Beispielsweise ist eine Mustereinheitsfläche 17, die sich an der Position X11 befindet, zur Erläuterung als ”eine Fläche X11” dargestellt.
In 12 sind unter den Mustereinheitsflächen 17 die Fläche X11 und die Fläche X12 an entsprechenden Positionen. in derselben Weise sind die Fläche X21 und die Fläche X22 die Mustereinheitsflächen 17, die an entsprechenden Positionen positioniert sind. Die Fläche X31 und die Fläche X32 sind die Mustereinheitsflächen 17, die an entsprechenden Positionen positioniert sind.
Auch sind die Fläche Y11 und die Fläche Y12 die Mustereinheitsflächen 17, die an entsprechenden Positionen positioniert sind. Die Fläche Y21 und die Fläche Y22 sind die Mustereinheitsflächen 17, die an entsprechenden Positionen positioniert sind. Die Fläche Y31 und die Fläche Y32 sind die Mustereinheitsflächen 17, die an entsprechenden Positionen positioniert sind.
In derselben Weise sind die Fläche Z11 und die Fläche Z12 die Mustereinheitsflächen 17, die an entsprechenden Positionen positioniert sind. Die Fläche Z21 und die Fläche Z22 sind die Mustereinheitsflächen 17, die an entsprechenden Positionen positioniert sind. Die Fläche Z31 und die Fläche Z32 sind die Mustereinheitsflächen 17, die an entsprechenden Positionen positioniert sind.
Der gleiche Versetzungsbetrag in der gleichen Richtung wird den Gitterzellenpunkten 16 der Mustereinheitsflächen 17, die an entsprechenden Positionen positioniert sind, gegeben.
Eine Gruppe wird durch die Flächen X11, X21, X31, Y11, Y21, Y31, Z11, Z21 und Z31, die in der Nähe der in Längsrichtung verlaufenden Bezugslinie B21 positioniert sind, gebildet. Auch wird eine andere Gruppe durch die Flächen X12, X22, X32, Y12, Y22, Y32, Z12, Z22 und Z32, die in der Nähe der in Längsrichtung verlaufenden Bezugslinie B22 positioniert sind, gebildet.
Innerhalb jeder der Gruppen sind den jeweiligen Gitterzellenpunkten 16 der Mustereinheitsflächen 17 unterschiedliche Versetzungsrichtungen und unterschiedliche Versetzungsbeträge zugewiesen.
13 ist eine Zeichnung, die zum Erläutern eines Verfahrens zum Bestimmen der Versetzungsbeträge für die Gitterzellenpunkte 16 der Mikrolinsen 18, die in Kontakt mit den seitlichen (horizontalen) Teilungslinien B8, B11 und B14 sind, verwendet wird. In 13 sind die seitlichen Bezugslinien B31 und B32 die Bezugsgegenstände für die Teilungslinien B8, B11 und B14. Hier wird die seitliche Bezugslinie B31 als eine erste seitliche Bezugslinie bezeichnet, und die seitliche Bezugslinie B32 wird als eine zweite Bezugslinie bezeichnet.
Es ist zu beachten, dass eine erste Bezugslinie und eine zweite Bezugslinie eine Kombination von Linien in derselben Richtung sind. Das heißt, sie sind eine Kombination von in Längsrichtung verlaufenden Bezugslinien oder eine Kombination von seitlichen Bezugslinien.
Die seitlichen Bezugslinien B31 und B32 sind auf den ohne Zwischenraum angeordneten Mustereinheitsflächen 17 gezogen. Der longitudinale Abstand zwischen den seitlichen Bezugslinien B31 und B32 ist der Abstand (die Wiederholungsperiode) L₆. Mit anderen Worten, der Abstand (die Wiederholungsperiode) L₆ ist die Wiederholungsperiode der seitlichen Bezugslinien B31 und B32 in Längsrichtung. Hier wird der Abstand (die Wiederholungsperiode) L₆ zwischen den seitlichen Bezugslinien B31 und B32 als die Periodenlänge Q multipliziert mit einer ganzen Zahl bestimmt.
Die Periodenlänge Q ist eine Periodenlänge der Mustereinheitsflächen 17 in Längsrichtung. In 13 ist sie beispielsweise der Abstand zwischen Flächen α11 und β11, wie später erläutert wird. Das heißt, sie ist der Abstand zwischen den beiden Mustereinheitsflächen 17, die in der Richtung der seitlichen Bezugslinien B31 und B32 an den gleichen Positionen angeordnet sind.
Zuerst werden die Mustereinheitsflächen 17 auf den seitlichen Bezugslinien B31 und B32 erläutert. Jede von derartigen Mustereinheitsflächen 17 entspricht einer ersten seitlichen Mustereinheitsfläche. Hier ist den Mustereinheitsflächen 17, die sich an einander entsprechenden Positionen auf den jeweiligen seitlichen Bezugslinien B31 und B32 befinden, der gleiche Versetzungsbetrag in der gleichen Richtung gegeben. ”Entsprechend” bedeutet, dass die betreffenden Mustereinheitsflächen 17 auf den jeweiligen seitlichen Bezugslinien B31 und B32 auf den gleichen Positionen in der seitlichen Richtung sind. Die seitliche Richtung ist die Richtung, in der sich die seitlichen Bezugslinien B31 und B32 erstrecken.
In 13 sind den Mustereinheitsflächen 17 auf der seitlichen Bezugslinie B31 beispielsweise die Symbole β11, β21, β31, βN1-1 und βN1 gegeben. Auch sind den Mustereinheitsflächen 17 auf der seitlichen Bezugslinie B32 beispielsweise die Symbole β12, β22, β32, βN2-1 und βN2 gegeben.
Als Nächstes wird eine Erläuterung der Mustereinheitsflächen 17, die auf der oberen Seite der Mustereinheitsflächen 17 auf den seitlichen Bezugslinien B31 und B32 positioniert sind, gegeben. Jede dieser Mustereinheitsflächen 17 entspricht einer zweiten seitlichen Mustereinheitsfläche. Den Mustereinheitsflächen 17, die unter solchen Mustereinheitsflächen 17 und sich an einander entsprechenden Positionen befinden, ist der gleiche Versetzungsbetrag in der gleichen Richtung gegeben.
In 13 sind Mustereinheitsflächen 17, die auf der oberen Seite der Mustereinheitsflächen 17 auf der seitlichen Bezugslinie B31 positioniert sind, beispielsweise die Symbole α11, α21, α31, αN1-1 und αN1 gegeben. Auch sind den Mustereinheitsflächen 17, die auf der oberen Seite der Mustereinheitsflächen 17 auf der seitlichen Bezugslinie B32 positioniert sind, beispielsweise die Symbole α12, α22, α32, αN2-1 und αN2 gegeben.
Als Nächstes erfolgt eine Erläuterung der Mustereinheitsflächen 17, die auf der unteren Seite der Mustereinheitsflächen 17 auf den seitlichen Bezugslinien B31 und B32 positioniert sind. Jede dieser Mustereinheitsflächen 17 entspricht einer dritten seitlichen Mustereinheitsfläche. Den Mustereinheitsflächen 17, die unter solchen Mustereinheitsflächen 17 sind und sich an entsprechenden Positionen befinden, ist der gleiche Versetzungsbetrag in der gleichen Richtung gegeben.
In 13 sind Mustereinheitsflächen 17, die auf der unteren Seite der Mustereinheitsflächen 17 auf der seitlichen Bezugslinie B31 positioniert sind, beispielsweise die Symbole γ11, γ21, γ31, γN1-1 und γN1 gegeben. Auch sind Mustereinheitsflächen 17, die auf der unteren Seite der Mustereinheitsflächen auf der seitlichen Bezugslinie B32 positioniert sind, beispielsweise die Symbole γ12, γ22, γ32, γN2-1 und γN2 gegeben.
Bei der Bildung einer Kombination von Mustereinheitsflächen ist zu bemerken, dass die in derselben Richtung angeordneten Mustereinheitsflächen zu kombinieren sind. Genauer gesagt, die in der Längsrichtung aneinander angrenzenden Mustereinheitsflächen 17 sind zu kombinieren, und die in der seitlichen Richtung aneinander angrenzenden Mustereinheitsflächen 17 sind zu kombinieren.
In 13 sind für einige der Mustereinheitsflächen 17 Symbole vorgesehen, um deren Position zu zeigen. Hier wird beispielsweise eine Mustereinheitsfläche 17, die sich an der Position all befindet, zur Erläuterung als ”eine Fläche all” dargestellt.
In 13 sind unter den Mustereinheitsflächen 17 die Fläche all und die Fläche α12 an entsprechenden Positionen. In derselben Weise sind die Fläche α21 und die Fläche α22 die an entsprechenden Positionen angeordneten Mustereinheitsflächen 17. Die Fläche α31 und die Fläche α32 sind die an entsprechenden Positionen angeordneten Mustereinheitsflächen 17.
Auch sind die Fläche β11 und die Fläche β12 an entsprechenden Positionen angeordnete Mustereinheitsflächen 17. Die Fläche β21 und die Fläche β22 sind die an entsprechenden Positionen angeordneten Mustereinheitsflächen 17. Die Fläche β31 und die Fläche β32 sind die an entsprechenden Positionen angeordneten Mustereinheitsflächen 17.
In der gleichen Weise sind die Fläche γ11 und die Fläche γ12 die an entsprechenden Positionen angeordneten Mustereinheitsflächen 17. Die Fläche γ21 und die Fläche γ22 sind die an entsprechenden Positionen angeordneten Mustereinheitsflächen 17. Die Fläche γ31 und die Fläche γ32 sind die an entsprechenden Positionen angeordneten Mustereinheitsflächen 17.
Den Gitterzellenpunkten 16 der an entsprechenden Positionen angeordneten Mustereinheitsflächen 17 werden der gleiche Versetzungsbetrag in der gleichen Richtung gegeben.
Eine Gruppe wird durch die Flächen α11, α21, α31, β11, β21, β31, γ11, γ21 und γ31, die in der Nähe der seitlichen Bezugslinie B31 positioniert sind, gebildet. Auch wird eine andere Gruppe durch die Flächen α12, α22, α32, β12, β22, β32, γ12, γ22 und γ32, die in der Nähe der seitlichen Bezugslinie B32 positioniert sind, gebildet.
Innerhalb jeder der Gruppen sind den jeweiligen Gitterzellenpunkten 16 der Mustereinheitsflächen 17 unterschiedliche Versetzungsrichtungen und unterschiedliche Versetzungsbeträge zugewiesen.
14 ist eine Zeichnung, die illustriert, dass die Positionen der Scheitelpunkte 19 der Mikrolinsen 18 in den ohne Zwischenraum angeordneten Mustereinheitsflächen 17 gemäß dem vorstehend erläuterten Verfahren zufällig angeordnet sind.
In 14 zeigen schwarze Punkte die Positionen der Scheitelpunkte 19 der Mikrolinsen 18 an. In den Mustereinheitsflächen 17, die an den entsprechenden Positionen zwischen den Längsbezugslinien B21 und B22 sowie zwischen den seitlichen Bezugslinien B31 und B32 angeordnet sind, ist den Positionen der Scheitelpunkte 19 der Mikrolinsen 18 der gleiche Versetzungsbetrag in der gleichen Richtung gegeben.
Beispielsweise sind die Scheitelpunkte 19a, 19b, 19c und 19d an der gleichen Position in den jeweiligen Mustereinheitsflächen 17 angeordnet.
Der Scheitelpunkt 19a ist der Scheitelpunkt 19 der Mustereinheitsfläche 17, die auf der linken Seite der Längsbezugslinie B21 und auf der oberen Seite der seitlichen Bezugslinie B31 positioniert ist. Der Scheitelpunkt 19b ist der Scheitelpunkt 19 der Mustereinheitsfläche 17, die auf der linken Seite der Längsbezugslinie B22 und auf der oberen Seite der seitlichen Bezugslinie B31 positioniert ist. Der Scheitelpunkt 19c ist der Scheitelpunkt 19 der Mustereinheitsfläche 17, die auf der linken Seite der Längsbezugslinie B21 und auf der oberen Seite der seitlichen Bezugslinie B32 positioniert ist. Der Scheitelpunkt 19d ist der Scheitelpunkt 19 der Mustereinheitsfläche 17, die auf der linken Seite der Längsbezugslinie B22 und auf der oberen Seite der seitlichen Bezugslinie B32 positioniert ist.
Wie in 9 und 10 erläutert ist, sind die Abstände (die Wiederholungsperiode) L₅ und L₆, die der Abstand zwischen den Längsbezugslinien B21 und B22 bzw. der Abstand zwischen den seitlichen Bezugslinien B31 und B32 sind, auswählbar. Durch Auswählen der Abstände (der Wiederholungsperiode) L₅ und L₆ kann die Größe der Grundmuster-Linsengruppe 15 frei gewählt werden.
12 und 13 zeigen einen Fall, in welchem die Bezugslinien B21, B22, B31 und B32 in der Längs- und der seitlichen Richtung gezogen werden. Durch Verwendung desselben Verfahrens kann jedoch das hexagonale Gitter 21 in einer schrägen Richtung gebildet werden. Weiterhin können verschiedene Typen von Polygonen für die Bezugslinien verwendet werden, um eine Wiederholungsstruktur von Zufallsanordnungen zu entwickeln. Anstelle von geraden Linien können gekrümmte Linien als die Bezugslinien verwendet werden.
Die Teilungslinien B8 bis B14 der Vielzahl von Mikrolinsen 18 werden auf der Grundlage der Positionen der Scheitelpunkte 19 der in 14 gezeigten Mustereinheitsflächen 17 bestimmt. Dann kann die in 10 gezeigte Mikrolinsenanordnung 14, die die Grundmuster-Linsengruppen 15 enthält, erhalten werden.
Das Bestimmungsverfahren für die Teilungslinien B8 bis B14 der Grundmuster-Linsengruppen 15 ist das gleiche wie das im Ausführungsbeispiel erläuterte.
Die Vielzahl der zufällig positionierten Scheitelpunkte 19 der Mikrolinsen 18 wird als die Startparameter verwendet. Eine gerade Linie wird gezogen, die intern gemäß einem bestimmten Verhältnis das Liniensegment, das zwei Startpunkte (die Scheitelpunkte 19) der aneinander angrenzenden Mikrolinsen 18 verbindet, teilt. Diese gerade Linie ist eine Teilungslinie M4 der Mikrolinse 18. Die in 10 gezeigten Teilungslinien M4 können erhalten werden durch Zeichnen eines Voronoi-Diagramms, das diese geraden Linien als Teilungslinien verwendet. Hier entsprechen die Teilungslinien M4 der dritten Teilungslinie. Mit anderen Worten, die Teilungslinien der Mikrolinsen 18 sind die dritte Teilungslinie.
Jede der in 10 gezeigten Teilungslinien B8 bis B14 ist eine Reihe der Teilungslinien M4, die auf der Grenze der Grundmuster-Linsengruppen 15 positioniert sind, um miteinander verbunden zu werden.
Beispielsweise können die in Längsrichtung verlaufenden Teilungslinien B9, B10, B12 und B13 der Grundmuster-Linsengruppen 15 gemäß dem Ausführungsbeispiel 3 erhalten werden durch beispielsweise Verbinden der Teilungslinien M4 zwischen den Mikrolinsen 18 entsprechend den ersten longitudinalen Mustereinheitsflächen und den Mikrolinsen 18 entsprechend den zweiten longitudinalen Mustereinheitsflächen.
In der gleichen Weise können die in Längsrichtung verlaufenden Teilungslinien B9, B10, B12 und B13 erhalten werden durch Verbinden der Teilungslinien M4 zwischen den Mikrolinsen 18 entsprechend den ersten longitudinalen Mustereinheitsflächen und den Mikrolinsen 18 entsprechend den dritten longitudinalen Mustereinheitsflächen.
Die ersten longitudinalen Mustereinheitsflächen sind die Flächen Y11, Y21, Y31, Y12, Y22 und Y32. Die zweiten longitudinalen Mustereinheitsflächen sind die Flächen X11, X21, X31, X12, X22 und X32. Die dritten longitudinalen Mustereinheitsflächen sind die Flächen Z11, Z21, Z31, Z12, Z22 und Z32.
In der gleichen Weise können beispielsweise die seitlichen Teilungslinien B8, B11 und B14 der Grundmuster-Linsengruppe 15 gemäß dem Ausführungsbeispiel 3 erhalten werden durch Verbinden der Teilungslinien M4 zwischen den Mikrolinsen 18 entsprechend den ersten seitlichen Mustereinheitsflächen und den Mikrolinsen 18 entsprechend den zweiten seitlichen Mustereinheitsflächen.
Die seitlichen Teilungslinien B8, B11 und B14 können erhalten werden durch Verbinden der Teilungslinien M4 zwischen den Mikrolinsen 18 entsprechend den ersten seitlichen Mustereinheitsflächen und den Mikrolinsen 18 entsprechend den dritten seitlichen Mustereinheitsflächen.
Die ersten seitlichen Mustereinheitsflächen sind die Flächen β11, β21, β31, β12, β22 und β32. Die zweiten seitlichen Mustereinheitsflächen sind die Flächen α11, α21, α31, α12, α22 und α32. Die dritten seitlichen Mustereinheitsflächen sind die Flächen γ11, γ21, γ31, γ12, γ22 und γ32.
In gleicher Weise wie beim Ausführungsbeispiel 1 kann die Mikrolinsenanordnung 14 gemäß dem Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung für den Schirm 140 der in 4 gezeigten Bildanzeigevorrichtung 100 verwendet werden. Auch werden in den Grundmuster-Linsengruppen 15 der Mikrolinsenanordnung 14 die Scheitelpunkte 19 der Mikrolinsen 18 zufällig positioniert. Da die Grundmuster-Linsengruppen 15 wiederholt angeordnet sind, existieren Linsen mit der gleichen Form, ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel 1, an den entsprechenden Positionen in den jeweiligen aneinandergrenzenden periodischen Strukturen. Hier bedeutet ”die periodische Struktur” die Grundmuster-Linsengruppe 15.
Daher werden die gebeugten Strahlen anhand der periodischen Struktur auf der Grundlage der seitlichen Wiederholungsperiode 15 und der Längswiederholungsperiode 16, die in den Grundmuster-Linsengruppen 15 enthalten sind, erzeugt.
Auch bei dem Ausführungsbeispiel 3 ist es wie in dem Fall des Ausführungsbeispiels 1 erwünscht, die Wiederholungsperioden 15 und 16 [mm] so zu bestimmen, dass der Winkel θ_out [rad] kleiner als V_min wird, die die Grenze des visuellen Winkels des Auges 170 des Fahrers ist. Hier ist der Winkel θ_out [rad] der Eintrittswinkel des gebeugten Strahls Gd₁ erster Ordnung in das Auge 170 des Fahrers in Bezug auf die optische Achse G. Der visuelle Winkel, der als a^–1 ['] (min) dargestellt wird, ist die Umkehrung der Sehstärke a.
Wie bereits im Ausführungsbeispiel 1 erläutert wurde, wird das Berechnungsverfahren für die Wiederholungsperiode L [mm], um den Winkel θ_out [rad] kleiner als V_min oder die Grenze des visuellen Winkels für das Auge 170 des Fahrers zu machen, weggelassen.
Das Elementargitter der Mikrolinsenanordnung 14 gemäß dem Ausführungsbeispiel 3 ist das hexagonale Gitter 21. Die erste Längsbezugslinie B21 und die zweite Längsbezugslinie B22 werden über dem hexagonalen Gitter 21 angeordnet. Die zweite Längsbezugslinie B22 ist gegenüber der ersten Längsbezugslinie B21 angeordnet. Sowohl die erste Längsbezugslinie B21 als auch die zweite Längsbezugslinie B22 werden über dem hexagonalen Gitter 21 angeordnet.
In den ersten longitudinalen Mustereinheitsflächen 17, die jeweils an entsprechenden Positionen mit Bezug auf die erste Längsbezugslinie B21 und die zweite Längsbezugslinie B22 existieren, sind die Versetzungsbeträge und -richtungen von den jeweiligen Gitterzellenpunkten 16 die gleichen. Darüber hinaus sind in den zweiten longitudinalen Mustereinheitsflächen 17 die Versetzungsbeträge und -richtungen von den jeweiligen Gitterzellenpunkten 16 die gleichen. Weiterhin sind in den dritten longitudinalen Mustereinheitsflächen 17 die Versetzungsbeträge und -richtungen von den jeweiligen Gitterzellenpunkten 16 die gleichen.
Die zweiten longitudinalen Mustereinheitsflächen 17 sind Flächen, die auf einer Seite der ersten longitudinalen Mustereinheitsflächen 17 positioniert sind. Die dritten longitudinalen Mustereinheitsflächen 17 sind Flächen, die auf der anderen Seite der ersten longitudinalen Mustereinheitsflächen 17 positioniert sind. In dem Ausführungsbeispiel 3 ist ”eine Seite” die linke Seite, und ”die andere Seite” ist die rechte Seite.
Die dritte Teilungslinie M4 enthält die Halbierende des Liniensegments, das die Scheitelpunkte 19 der aneinander angrenzenden Mikrolinsen 18 verbindet. In diesem Fall enthält jede der ersten Teilungslinien B9, B10, B12 und B13 dritte Teilungslinien M4, die für die Mikrolinsen 18 vorgesehen sind, die in den ersten longitudinalen Mustereinheitsflächen 17 positioniert sind. Die dritten Teilungslinien M4 sind Teilungslinien der Mikrolinsen 18.
Das Elementargitter der Mikrolinsenanordnung 14 gemäß dem Ausführungsbeispiel 3 ist das hexagonale Gitter 21. Die erste seitliche Bezugslinie B31 und die zweite seitliche Bezugslinie B32 sind über dem hexagonalen Gitter 21 angeordnet. Die zweite seitliche Bezugslinie B32 ist gegenüber der ersten seitlichen Bezugslinie B31 positioniert. Sowohl die erste seitliche Bezugslinie B31 als auch die zweite seitliche Bezugslinie B32 sind über das hexagonale Gitter 21 gesetzt.
In den ersten seitlichen Mustereinheitsflächen 17, die jeweils an entsprechenden Positionen mit Bezug auf die erste seitliche Bezugslinie B31 und die zweite seitliche Bezugslinie B32 existieren, sind die Versetzungsbeträge und -richtungen von den jeweiligen Gitterzellenpunkten 16 die gleichen. Darüber hinaus sind in den zweiten seitlichen Mustereinheitsflächen 17 die Versetzungsbeträge und -richtungen von den jeweiligen Gitterzellenpunkten 16 die gleichen. Weiterhin sind in den dritten seitlichen Mustereinheitsflächen 17 die Versetzungsbeträge und -richtungen von den jeweiligen Gitterzellenpunkten 16 die gleichen.
Die zweiten seitlichen Mustereinheitsflächen 17 sind Flächen, die auf einer Seite der ersten seitlichen Mustereinheitsflächen 17 positioniert sind. Die dritten seitlichen Mustereinheitsflächen 17 sind Flächen, die auf der anderen Seite der ersten seitlichen Mustereinheitsflächen 17 positioniert sind. In dem Ausführungsbeispiel 3 ist ”eine Seite” die obere Seite, und ”die andere Seite” ist die untere Seite.
Die dritte Teilungslinie M4 ist ein Teil der Halbierenden des Liniensegments, das die Scheitelpunkte 19 der aneinander angrenzenden Mikrolinsen 18 verbindet. In diesem Fall ist jede der ersten Teilungslinien B8, B11 und B14 eine Reihe der dritten Teilungslinien M4, die für die Mikrolinsen 18 vorgesehen sind, die in den ersten seitlichen Mustereinheitsflächen 17 positioniert sind. Die dritten Teilungslinien M4 sind Teilungslinien der Mikrolinsen 18.
Als eine Folge kann die Zufälligkeit der Positionierung der Scheitelpunkte 19 der Mikrolinsen 18, die in Kontakt mit den ersten Teilungslinien B8 bis B14 sind, weiter verbessert werden. Auch kann die Sichtbarkeit des angezeigten Bilds für Fahrer weiter verbessert werden gegenüber dem Fall, in welchem die ersten Teilungslinien B8 bis B14 zwischen den Grundmuster-Linsengruppen 15 einzelne gerade Linien sind wie die in 1 gezeigten ersten Teilungslinien B1 bis B7. Weiterhin wird eine wiederholende Anordnung der gleichen Grundmuster-Linsengruppen 15 möglich.
Die Verwendung der Mikrolinsenanordnung 14 gemäß dem Ausführungsbeispiel 3 für die Bildanzeigevorrichtung 100 verbessert weiterhin die Sichtbarkeit des angezeigten Bilds für Fahrer.
Ausführungsbeispiel 4
Eine Mikrolinsenanordnung 29 gemäß dem Ausführungsbeispiel 4 enthält Grundmuster-Linsengruppen 30, 31 und 32, die verschieden voneinander sind. Die Positionierungszufälligkeiten der Scheitelpunkte 4 und 19 in den Mikrolinsen 3 sind zwischen den Grundmuster-Linsengruppen 30, 31 und 32 unterschiedlich.
15 ist eine Zeichnung, die eine Konfiguration der Mikrolinsenanordnung 29 illustriert.
Die Grundmuster-Linsengruppen 30 sind in dem mittleren Bereich der Mikrolinsenanordnung 29 angeordnet. In 15 sind drei Grundmuster-Linsengruppen 30 in der seitlichen Richtung und auch drei in der Längsrichtung angeordnet. Das heißt, in dem mittleren Bereich der Mikrolinsenanordnung 29 sind neun Grundmuster-Linsengruppen 30 angeordnet.
Die Grundmuster-Linsengruppen 31 sind um den Bereich der Grundmuster-Linsengruppen 30 herum angeordnet. Die Grundmuster-Linsengruppen 31 sind in einer einzelnen Linie angeordnet, um den Bereich der Grundmuster-Linsengruppen 30 zu umgeben. Äußerste Grundmuster-Linsengruppen 30 in dem Bereich der Grundmuster-Linsengruppen 30 und der Grundmuster-Linsengruppen 31 sind aneinander angrenzend. Sechzehn Grundmuster-Linsengruppen 31 sind wie in 15 gezeigt angeordnet.
Darüber hinaus sind die Grundmuster-Linsengruppen 32 um den Bereich der Grundmuster-Linsengruppen 31 angeordnet. Die Grundmuster-Linsengruppen 32 sind in einer einzelnen Linie angeordnet, um die Grundmuster-Linsengruppen 31 zu umgeben. Die Grundmuster-Linsengruppen 31 und die Grundmuster-Linsengruppen 32 sind aneinander angrenzend. Vierundzwanzig Grundmuster-Linsengruppen 32 sind in 15 angeordnet.
Hier ist die Positionierungszufälligkeit der Scheitelpunkte 4 und 19 der Mikrolinsen 3, 18 zwischen den Bereichen der Grundmuster-Linsengruppen 30, 31 und 32 unterschiedlich. Trotz unterschiedlicher Zufälligkeiten in den Grundmuster-Linsengruppen 30, 31 und 32 sind die Teilungslinien zwischen diesen so gestaltet, dass die Grundmuster-Linsengruppen 30, 31 und 32 aneinander angrenzen können.
In 15 ist die Form einer Teilungslinie B15, die den äußeren Umfang des Bereichs der Grundmuster-Linsengruppen 30 sowie den inneren Umfang des Bereichs der Grundmuster-Linsengruppen 31 bildet, so gestaltet, dass diese aneinandergrenzend sind. Auch ist die Form einer Teilungslinie B16, die den äußeren Umfang des Bereichs der Grundmuster-Linsengruppen 31 sowie den inneren Umfang des Bereichs der Grundmuster-Linsengruppen 32 bildet, so gestaltet, dass diese aneinander angrenzen.
Die Mikrolinsen 3 und 18, die in Kontakt mit den Teilungslinien B15 und B16 sind, haben die gleiche Zufälligkeit zwischen den Grundmuster-Linsengruppen 30 und den Grundmuster-Linsengruppen 31 und die gleiche Zufälligkeit zwischen den Grundmuster-Linsengruppen 31 und den Grundmuster-Linsengruppen 32.
Auf diese Weise können die Grundmuster-Linsengruppen 30, 31 und 32, die unterschiedliche Zufälligkeiten haben, aneinandergrenzend angeordnet werden.
Es ist jedoch zu beachten, dass derselbe Typ von Gruppen unter den Grundmuster-Linsengruppen 30, 31 und 32 die gleiche Zufälligkeit hat.
15 zeigt die Mikrolinsenanordnung 29, in der die drei Grundmuster-Linsengruppen 30, 31 und 32 mit voneinander unterschiedlichen Zufälligkeiten angeordnet sind. Gemäß dem Ausführungsbeispiel 4 sind diese unterschiedlichen Grundmuster-Linsengruppen 30, 31 und 32 wiederholt angeordnet. Auch sind diese unterschiedlichen Grundmuster-Linsengruppen 30, 31 und 32 so angeordnet, dass sie aneinander angrenzen. Gemäß dem Ausführungsbeispiel 4 sind die Grundmuster-Linsengruppen 30, 31 und 32 mit unterschiedlichen Zufälligkeiten nicht auf solche Typen beschränkt.
15 zeigt den Fall, in welchem die Grundmuster-Linsengruppen 30, 31 und 32 mit unterschiedlichen Zufälligkeiten in der Reihenfolge von dem mittleren Bereich zu dem Umfang der Mikrolinsenanordnung 29 angeordnet sind. Jedoch können die Grundmuster-Linsengruppen 30, 31 und 32 mit unterschiedlichen Zufälligkeiten in jeder möglichen Reihenfolge angeordnet sein.
Weiterhin sind bei der Mikrolinsenanordnung 29 die in den Grundmuster-Linsengruppen 30, 31 und 32 enthaltenen Mikrolinsen 3 so gestaltet, dass sie jeweilige unterschiedliche Streuungswinkel θ (Divergenzwinkel) haben. Die Streuungswinkel θ hängen von der Linsenflächenkrümmung der Mikrolinsenanordnung 29 ab. Der Lichtausnutzungs-Wirkungsgrad kann weiterhin verbessert werden durch Verwendung eines Schirms 140, der mit der Mikrolinsenanordnung 29 für die Bildanzeigevorrichtung 100 verwendet wird.
16(A) und 16(B) sind Diagramme, die die Beziehung zwischen Streuungswinkeln θ von aus der Mikrolinsenanordnung 29 und der Augenbox E austretenden Strahlen illustrieren.
Hier ist die ”Augenbox” ein Bereich, in welchem eine vollständige Ansicht des angezeigten Bilds, das durch die Bildanzeigevorrichtung 100 auf die Windschutzscheibe 160 projiziert wird, erhalten wird, selbst wenn sich das Auge 170 des Fahrers bewegt. Genauer gesagt, die Augenbox ist, wie in 16 gezeigt ist, der Bereich, in welchem die Streuungswinkel θ der Mikrolinsen 3 an allen Positionen der Mikrolinsenanordnung 29 einander überlappen.
16(A) ist ein Diagramm, das die in die Augenbox E eintretenden Strahlen illustriert. Hier sind die Streuungswinkel θ der jeweiligen Mikrolinsen 3, die in den Grundmuster-Linsengruppen 30, 31 und 32 mit unterschiedlichen Zufälligkeiten enthalten sind, die gleichen. Genauer gesagt, in 16(A) sind sämtliche Streuungswinkel θ der Mikrolinsen 3 der in 15 gezeigten Grundmuster-Linsengruppen 30, 31 und 32 der gleiche Winkel θ1.
16(B) ist ein Diagramm, das die in die Augenbox E eintretenden Strahlen illustriert. Hier sind die Streuungswinkel θ der Mikrolinsen 3, die in den Grundmuster-Linsengruppen 30, 31 und 32 mit verschiedenen Zufälligkeiten enthalten sind, zwischen den Grundmuster-Linsengruppen 30, 31 und 32 jeweils unterschiedlich. Genauer gesagt, in 16(B) sind die Streuungswinkel θ der Mikrolinsen 3 in den Grundmuster-Linsengruppen 30, den Grundmuster-Linsengruppen 31 und den Grundmuster-Linsengruppen 32, die in 15 gezeigt sind, auf den Winkel θ3, den Winkel θ2 bzw. den Winkel θ1 gesetzt.
Der Streuungswinkel θ der Grundmuster-Linsengruppen 31 ist θ3. Der Streuungswinkel θ der Grundmuster-Linsengruppen 32 ist θ2. Der Streuungswinkel θ der Grundmuster-Linsengruppen 33 ist θ1.
Hier genügen die Winkel θ3, θ2 und θ1 der Beziehung θ3 < θ2 < θ1. Das heißt, die Streuungswinkel θ der Mikrolinsen 3 sind so gestaltet, dass sie in der Reihenfolge von dem Umfang zu dem mittleren Bereich hin abnehmen. Beispielsweise ist der Streuungswinkel θ1 der Mikrolinsen 3 in den Grundmuster-Linsengruppen 32, die am Umfang der Mikrolinsenanordnung 29 angeordnet sind, größer als der Streuungswinkel θ3 der Mikrolinsen 3 in den Grundmuster-Linsengruppen 30, die im mittleren Bereich der Mikrolinsenanordnung 29 angeordnet sind.
Wie in 16(3) gezeigt ist, sind die Mikrolinsen 3 der Grundmuster-Linsengruppen 30, 31 und 32 so gestaltet, dass die Streuungswinkel θ1, θ2 und θ3 der Beziehung θ3 < θ2 < θ1 genügen.
Aus 16 ist ersichtlich, dass der Lichtausnutzungs-Wirkungsgrad verbessert werden kann ohne Änderung der Größe der Augenbox E. Mit anderen Worten, die in die Augenbox eintretende Strahlenmenge kann erhöht werden gegenüber dem Fall von θ3 = θ2 = θ1, in dem die Streuungswinkel θ1, θ2 und θ3 der Mikrolinsen 3 der Grundmuster-Linsengruppen 30, 31 und 32 so gestaltet werden, dass sie der Beziehung θ3 < θ2 < θ1 genügen.
Dies ergibt sich daraus, dass die aus den Grundmuster-Linsengruppen 30 und 31 austretende Strahlenmenge, um in die Augenbox E einzutreten, in der in 16(3) gezeigten Mikrolinsenanordnung 29 größer als in der in 13(A) gezeigten Mikrolinsenanordnung 29 ist.
Anhand von 16 wurde erläutert, dass die Grundmuster-Linsengruppen 30, 31 und 32 Zufälligkeiten haben, die voneinander verschieden sind. Es kann möglich sein, nur die Streuungswinkel θ so einzustellen, dass sie verschieden sind, während die Zufälligkeiten die gleichen sind.
Die Mikrolinsenanordnung 29 gemäß dem Ausführungsbeispiel 4 enthält die mehreren verschiedenen Grundmuster-Linsengruppen 30, 31 und 32. Die Scheitelpunkte 4 der Mikrolinsen 3 sind an unterschiedlichen Positionen angeordnet gemäß den jeweiligen unterschiedlichen Grundmustern der Linsengruppen 30, 31 und 32. Somit werden die Positionierungszufälligkeiten der Scheitelpunkte 4 der Mikrolinsen 3, die in der Mikrolinsenanordnung 29 enthalten sind, weiter verbessert, wodurch eine höhere Sichtbarkeit des angezeigten Bilds erreicht wird.
Gemäß der Mikrolinsenanordnung 29 nach dem Ausführungsbeispiel 4 sind in den mehreren unterschiedlichen Grundmuster-Linsengruppen 30, 31 und 32 die Streuungswinkel θ der Mikrolinsen 3 so gestaltet, dass ihre Große in der Reihenfolge von dem Umfang zum mittleren Bereich hin abnimmt. Das heißt, der Streuungswinkel θ1 der Mikrolinsen 3 in den Grundmuster-Linsengruppen 32, die an der Peripherie der Mikrolinsenanordnung 29 angeordnet sind, ist größer als der Streuungswinkel θ3 der Mikrolinsen 3 in den Grundmuster-Linsengruppen 30, die in dem mittleren Bereich der Mikrolinsenanordnung 29 angeordnet sind. Somit kann der Lichtausnutzungs-Wirkungsgrad verbessert werden ohne Änderung der Fläche der Augenbox E.
Durch Verwendung der Mikrolinsenanordnung 29 nach dem Ausführungsbeispiel 4 für den Schirm 140 der Bildanzeigevorrichtung 100 kann der Lichtausnutzungs-Wirkungsgrad verbessert werden ohne Änderung der Größe der Augenbox E.
Es wurden die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung erläutert. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf den Bereich der Ausführungsbeispiele beschränkt. Innerhalb des Bereichs der Erfindung können die Ausführungsbeispiele frei kombiniert, angemessen geändert und/oder weggelassen werden.
Bezugszeichenliste

1, 14, 29: Mikrolinsenanordnung
2, 2b, 2s, 15, 15s, 30, 31, 32: Grundmuster-Linsengruppe
3, 18: Mikrolinse
4, 19: Scheitelpunkt
10: Quadratgitter
21: hexagonales Gitter
11, 16: Gitterzellenpunkt
12, 17: Mustereinheitsfläche
13, 22: Versetzungsfläche
100: Bildanzeigevorrichtung
111, 112, 113: Halbleiterlaser
117, 118: Strahlenkombinierungsprisma
114, 115, 116: Kopplungslinse
110: Lichtquelleneinheit
120: Spiegel
130: MEMS-Spiegelvorrichtung (Abtasteinheit)
130a: Spiegel
130b: Antriebseinheit
130c: Spiegelschwenkmitte
140: Schirm
150: Vergrößerungsspiegel
155: optische Elementeinheit (optisches System)
160: Windschutzscheibe
170: Auge des Fahrers
170a: Retina (Abbildungsfläche)
180: virtuelles Bild
B1 bis B16: Teilungslinie
B21, B22: Längsbezugslinie
M, M1, M2, M3, M4: Teilungslinie
L₁, L₂: Länge
L: Wiederholungsperiode
θ_out, θ_in, θ₀, θ_M: Winkel
θ: Beugungswinkel
S1: Bezugsabstand
Sv: Höhe
P, Q: Periodenlänge
P1, P2: Abstand
L1, L2: Länge
Lb: Abstand zwischen hellen Punkten
Bp: heller Punkt
E: Augenbox
E₀: Augenboxmitte
C: optische Achse
D, D₀, D₁, D₂₁, D₂₂: Abstand
Dv: Abstand
G₀, G₁, G: Einzelstrahl G
Gd₀, Gd₁: gebeugter Strahl
Pd₀, Pd₁: Brennpunkt
r_out: Höhe
f: Brennpunkt

Claims

Bildanzeigevorrichtung, zum Ermöglichen, dass ein Bild aus einem Bereich einer Augenbox heraus sichtbar ist, welche Vorrichtung aufweist: eine Lichtquelleneinheit, zum Emittieren eines Strahls; einen Schirm, der eine Mikrolinsenanordnung enthält, die durch Anordnen einer Vielzahl von Mikrolinsen gebildet ist; eine Abtasteinheit, die einen Spiegel enthält, um den von der Lichtquelleneinheit emittierten Strahl zu reflektieren, und die den Strahl abtastet, um das Bild auf dem Schirm zu erzeugen, indem der Spiegel um eine Schwenkmitte herum geschwenkt wird; und ein optisches System zum Lenken des Bildes auf dem Schirm zu der Augenbox, wobei ein zwischen einem gebeugten Strahl nullter Ordnung, der durch die Mitte der Augenbox hindurchgeht, und einem gebeugten Strahl erster Ordnung, der durch die Mitte der Augenbox hindurchgeht, welche zu einem Lichtstrom von durch den Schirm gebeugten Strahlen gehören, gebildeter Winkel kleiner als ein minimaler Sehwinkel ist.
Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Mikrolinsenanordnung durch wiederholtes Anordnen einer Grundmuster-Linsengruppe, die eine Fläche ist, in der Scheitelpunkte der Mikrolinse zufällig angeordnet sind, gebildet ist.
Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 2, bei der gemäß den folgenden Definitionen: eine Wellenlänge des von der Lichtquelleneinheit emittierten Strahls ist λ; ein zwischen einem Strahl, der in den Schirm eintritt und dem gebeugten Strahl nullter Ordnung entspricht, um durch die Mitte der Augenbox hindurchzugehen, und einem Strahl, der in den Schirm 140 eintritt und dem gebeugten Strahl erster Ordnung entspricht, um durch die Mitte der Augenbox hindurchzugehen, gebildeter Winkel ist θ₀; ein Beugungswinkel des gebeugten Strahls erster Ordnung von der Mikrolinsenanordnung ist θ_in; ein Abstand zwischen dem optischen System und der Augenbox ist D₂; eine Brennweite des optischen Systems ist f; und eine menschliche Sehstärke ist a, innerhalb eines Bereichs von
eine Wiederholungsperiode L der Grundmuster-Linsengruppen, die ein Intervall zwischen Mikrolinsen ist, die an entsprechenden Positionen in aneinander angrenzenden Grundmuster-Linsengruppen angeordnet sind, dem Ausdruck
genügt.
Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei der die Wiederholungsperiode der Grundmuster-Linsengruppen größer als 0,36 mm ist.
Bildanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der die Grundmuster-Linsengruppen auf einem Elementargitter basieren, das ein Quadratgitter ist, und die Scheitelpunkte zufällig positioniert sind; das Elementargitter Gitterzellen enthält, die Gitterzellenpunkte in ihren Mitten haben; jede der Teilungslinien zwischen den aneinander angrenzenden Grundmuster-Linsengruppen eine gerade Linie enthält; und Scheitelpunkte einer Vielzahl von Mikrolinsen, die über die gemeinsame gerade Linie aneinander angrenzen, liniensymmetrisch mit Bezug auf die gemeinsame gerade Linie positioniert und zu Positionen entlang gerader Linien versetzt sind, die durch die Gitterzellenpunkte parallel zu der gemeinsamen geraden Linie hindurchgehen.
Bildanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der in den Grundmuster-Linsengruppen auf der Grundlage eines hexagonalen Elementargitters die Scheitelpunkte zufällig angeordnet sind, wobei die Richtungen und Beträge ihrer Versetzung von jeweiligen Gitterzellenpunkten variieren; das Elementargitter die Gitterzellenpunkte in den Mitten von jeweiligen Gitterzellen hat; eine erste Bezugslinie und eine zweite Bezugslinie, die der ersten Bezugslinie gegenüberliegt, über das hexagonale Gitter gesetzt sind; die Versetzungsrichtungen und -beträge in ersten Mustereinheitsflächen, die an entsprechenden Positionen auf der ersten Bezugslinie und der zweiten Bezugslinie positioniert sind, die gleichen sind; die Versetzungsrichtungen und -beträge in zweiten Mustereinheitsflächen, die auf einer ersten Seite einer senkrechten Richtung zu der ersten Bezugslinie und auf der ersten Seite einer senkrechten Richtung zu der zweiten Bezugslinie positioniert sind, die gleichen sind; die Versetzungsrichtungen und -beträge in dritten Mustereinheitsflächen, die auf einer zweiten Seite der senkrechten Richtung zu der ersten Bezugslinie und auf einer zweiten Seite der senkrechten Richtung zu der zweiten Bezugslinie positioniert sind, die gleichen sind; und eine Teilungslinie zwischen den aneinandergrenzenden Grundmuster-Linsengruppen entweder zu einer Grenze zwischen jeder der ersten Mustereinheitsflächen und jeder der zweiten Mustereinheitsflächen oder zu einer Grenze zwischen jeder der ersten Mustereinheitsflächen und jeder der dritten Mustereinheitsflächen gesetzt ist.
Bildanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei der der Schirm eine Vielzahl von Grundmuster-Linsengruppen enthält, die verschiedene Grade von Scheitelpunkt-Positionierungszufälligkeiten haben oder eine Vielzahl von Grundmuster-Linsengruppen, die verschiedene Streuungswinkel in den Mikrolinsen haben, enthält.