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QUERVERWEIS AUF ZUGEHÖRIGE ANMELDUNG
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Die vorliegende Anmeldung basiert auf der
japanischen Patentanmeldung mit der Nr. 2015-114904 , eingereicht am 5. Juni 2015, deren Offenbarungen hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind.
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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Blickfeldanzeigevorrichtung bzw. Blickfeldanzeigevorrichtung (im Folgenden auch als "HUD-Vorrichtung" bezeichnet), die an einem mobilen Körper angebracht ist und ein virtuelles Bild eines Bildes anzeigt, so dass ein Insasse das Bild visuell bestätigen kann.
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Stand der Technik
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Es gibt eine bekannte HUD-Vorrichtung, die an einem beweglichen Körper montiert ist und ein virtuelles Bild eines Bildes anzeigt, so dass ein Insasse das Bild visuell bestätigen kann. Die in Patendokument 1 offenbarte HUD-Vorrichtung beinhaltet einen optischen Quellenteil, der ein Lichtemissionselement, das ein Quelllicht (Licht einer optischen Quelle) emittiert, eine Kondensorlinse, die dem optischen Quellenteil zugewandt ist und ein Quelllicht sammelt, und eine Feldlinse aufweist, die weiter das Quelllicht von der Seite der Kondensorlinse sammelt und das Quelllicht mit einem vorbestimmten Winkel projiziert. Die HUD-Vorrichtung umfasst ferner ein Bilderzeugungselement, das ein Bild durch das von der Feldlinsenseite eintretende Quelllicht erzeugt und das Licht des Bildes zu einer Projektionselementseite emittiert.
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Die Feldlinse bildet eine einzelne Oberfläche, die aus einer einzigen optischen Oberfläche gefertigt ist, als eine Oberfläche auf der Seite der Kondensorlinse und als eine Oberfläche auf der Seite des Bilderzeugungselements. Eine Diffusionsplatte ist zwischen der Kondensorlinse und der Feldlinse als ein Diffusionsteil angeordnet, der ein Quelllicht streut.
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LITERATUR DES STANDS DER TECHNIK
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PATENTLITERATUR
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- Patentdokument 1: JP 2007-108429 A
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Überblick über die Erfindung
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Die HUD-Vorrichtung kann eine Farbungleichmäßigkeit in einem angezeigten virtuellen Bild erzeugen. Der Grund für die Farbungleichmäßigkeit ist, dass Lichter von dem Lichtemissionselement des optischen Quellenteils in einigen Fällen gemäß den Lichtemissionsteilen oder -richtungen unterschiedliche Farben aufweisen. Um mit der Schwierigkeit fertig zu werden, hat der Erfinder der vorliegenden Anmeldung ein Verfahren entwickelt, das das Auftreten von Farbungleichmäßigkeiten unterdrücken kann. Gemäß dem Verfahren wird eine aus sich verbindenden optischen Oberflächen hergestellte Verbundoberfläche als eine Oberfläche auf der Seite der Kondensorlinse und/oder eine Oberfläche auf der Seite des Bilderzeugungselements der Feldlinse verwendet, so dass die Quelllichter, die unterschiedliche Farben gemäß Richtungen aufweisen, miteinander vermischt werden.
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Während das Verfahren, das die Feldlinse verwendet, die Wirkung zum Unterdrücken des Auftretens von Farbungleichmäßigkeit erzeugen kann, verursacht die Anordnung der Diffusionsplatte in Patentdokument 1 eine andere Schwierigkeit derart, dass Quelllicht, das die Kondensorlinse passiert hat, in die Diffusionsplatte eintritt, wobei sein optischer Betrag pro Flächeneinheit kleiner ist, und dies bewirkt eine Verringerung der Dichte des gestreuten Lichts, was zu einer unzureichenden Leuchtdichte für eine virtuelle Bildanzeige führt, die auf das Projektionselement projiziert wird.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine HUD-Vorrichtung bereitzustellen, die eine ausgezeichnete Sichtbarkeit für eine virtuelle Bildanzeige aufweist, wobei gleichzeitige Farbungleichmäßigkeit unterdrückt und hohe Leuchtdichte sichergestellt wird.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Blickfeldanzeigevorrichtung an einem beweglichen Körper montiert und projiziert ein Bild auf ein Projektionselement zum Anzeigen eines virtuellen Bildes des Bildes, so dass ein Insasse das Bild visuell bestätigen kann, wobei die Blickfeldanzeigevorrichtung beinhaltet: einen optischen Quellenteil, der ein Lichtemissionselement aufweist, das ein Quelllicht emittiert; eine Kondensorlinse, die dem optischen Quellenteil zugewandt ist und das Quelllicht sammelt; eine Feldlinse, die ferner das Quelllicht von einer Seite der Kondensorlinse sammelt und das Quelllicht in einem vorbestimmten Winkel projiziert; und ein Bilderzeugungselement, das ein Bild durch Einfallen des Quelllichts von einer Seite der Feldlinse erzeugt und Licht des Bildes zu einer Seite des Projektionselements emittiert. Die Feldlinse hat eine Verbundoberfläche auf einer Oberfläche mindestens einer der Seite der Kondensorlinse und einer Seite des Bilderzeugungselements, wobei die Verbundoberfläche aus einer Vielzahl von optischen Oberflächen gefertigt ist, die miteinander verbunden sind. Die Kondensorlinse hat einen Diffusionsteil, der das Quelllicht streut.
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Wenn in der Blickfeldanzeigevorrichtung bzw. Blickfeldanzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung das Lichtemissionselement des optischen Quellenteils Quelllichter emittiert, die unterschiedliche Farben gemäß Lichtemissionsteilen oder richtungen aufweisen, treten die Quelllichter zuerst in die Kondensorlinse ein, die dem optischen Quellenteil zugewandt ist. Die Kondensorlinse, die den Diffusionsteil aufweist, sammelt Quelllichter mit großen optischen Beträgen pro Flächeneinheit, während sie die Lichter streut. Die Quelllichter werden mit verschiedenen Farben gemischt und es wird verhindert, dass die Dichte der Lichter abnimmt.
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Nach dem Passieren der Kondensorlinse werden die Quelllichter unterschiedlicher Farben zusätzlich durch die Verbundlinse der Feldlinse gemischt, die aus optischen Oberflächen hergestellt ist, die miteinander verbunden sind. Da ein aus den gemischten Quelllichtern gebildetes Bild auf das Projektionselement projiziert wird, ist es möglich, eine HUD-Vorrichtung bereitzustellen, die eine ausgezeichnete Sichtbarkeit für die virtuelle Bildanzeige aufweist, indem gleichzeitig das Auftreten von Farbungleichmäßigkeiten und hoher Leuchtdichte unterdrückt wird.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die obigen und andere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlicher.
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In den Zeichnungen:
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1 ist ein Diagramm, das schematisch einen Zustand darstellt, in dem eine HUD-Vorrichtung an einem Fahrzeug in einer ersten Ausführungsform montiert ist;
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2 ist ein Diagramm, das schematisch die allgemeine Anordnung eines optischen Quellenteils, einer Kondensorlinse, einer Feldlinse und einer Flüssigkristalltafel in der ersten Ausführungsform darstellt;
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3 ist ein Diagramm, das ein Lichtemissionselement in der ersten Ausführungsform von der Kondensorlinse aus betrachtet darstellt;
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4 ist ein Diagramm, das eine Chromatizität darstellt, die die Farben von Quelllichtern beschreibt, die von dem Lichtemissionselement in der ersten Ausführungsform emittiert werden;
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5 ist ein schematisches Diagramm, das einen vergrößerten Teil der Feldlinse in der ersten Ausführungsform zum Beschreiben der Positionsbeziehung zwischen dem optischen Quellenteil und der Kondensorlinse darstellt;
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6 ist ein experimentelles Bild, das ein angezeigtes virtuelles Bild zeigt, das von einem oberen Ende einer Augenbox in einem Vergleichsbeispiel beobachtet wurde;
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7 ist ein Diagramm entsprechend 6 in der ersten Ausführungsform;
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8 ist ein Diagramm entsprechend 2 in einer zweiten Ausführungsform;
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9 ist ein Diagramm, das ein Simulationsbild darstellt, das ein angezeigtes virtuelles Bild zeigt, das von einem rechten Ende der Augenbox in dem Vergleichsbeispiel beobachtet wurde;
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10 ist ein Diagramm entsprechend 9 in der zweiten Ausführungsform;
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11 ist ein Diagramm entsprechend 5 in einem dritten modifizierten Beispiel; und
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12 ist ein schematisches Diagramm, das eine Feldlinse in einem vierten modifizierten Beispiel veranschaulicht.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Entsprechende Komponenten der Ausführungsformen sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, so dass überschneidende Beschreibungen nach Bedarf weggelassen werden können. Wenn die Konfigurationen einer Ausführungsform nur teilweise in der Spezifikation spezifiziert wurden, kann der Rest der Konfigurationen der Ausführungsform beschrieben werden, indem die Konfigurationen einer anderen zuvor beschriebenen Ausführungsform angewendet werden. Ferner ist nicht nur eine Kombination der in den Beschreibungen der Ausführungsformen spezifizierten Konfigurationen, sondern auch eine Kombination verschiedener Teile der Konfigurationen der Ausführungsformen, die nicht angegeben sind, anwendbar, solange die Kombination nicht mit dem Kern der Konfiguration in Konflikt steht.
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(Erste Ausführungsform)
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Wie in 1 dargestellt ist, ist eine HUD-Vorrichtung 100 in der ersten Ausführungsform an einem Fahrzeug 1 montiert, das ein beweglicher Körper ist, und ist in einem Armaturenbrett 2 untergebracht. Die HUD-Vorrichtung 100 projiziert ein Bild auf eine Windschutzscheibe 3, die ein hervorstehendes Element des Fahrzeugs 1 ist, und zeigt ein virtuelles Bild des Bildes unter Verwendung einer Reflexion eines Lichts des Bildes von der Windschutzscheibe 3 an, so dass das Bild visuell von einem Insassen in dem Fahrzeug 1 bestätigt werden kann. Mit anderen Worten, wenn das Licht des Bildes von der Windschutzscheibe 3 reflektiert wird und die Augen eines Insassen in der Kabine des Fahrzeugs 1 erreicht, nimmt der Insasse das Licht des Bildes als virtuelles Bild VI wahr und kann verschiedene Arten von Informationen aus dem virtuellen Bild VI erkennen. Die Beispiele der Informationen, die in dem virtuellen Bild VI angezeigt werden sollen, umfassen eine Fahrzeuggeschwindigkeit, einen Fahrzeugzustandswert wie zum Beispiel eine Kraftstoffrestmenge und Navigationsinformationen wie Straßeninformationen und Sichtunterstützungsinformationen.
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Die Windschutzscheibe 3 in dem Fahrzeug 1 ist beispielsweise eine Platte aus lichtdurchlässigem Glas oder Kunstharz. In der Windschutzscheibe 3 ist eine Oberfläche auf der Fahrzeugraumseite als eine Projektionsoberfläche 3a, auf die das Bild projiziert wird, mit einer gekrümmten konkaven Oberfläche oder einer flachen planaren Oberfläche ausgebildet. Als das hervorstehende Element kann anstelle der Windschutzscheibe 3 ein von dem Fahrzeug 1 getrennter Kombinierer in das Fahrzeug 1 eingesetzt werden, um eine Projektion eines Bildes zu empfangen.
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Die spezifische Struktur der HUD-Vorrichtung 100 wird auf der Grundlage von 1 und 2 beschrieben. Die HUD-Vorrichtung 100 beinhaltet einen optischen Quellenteil 10, eine Kondensorlinse 20, eine Feldlinse 30, ein Bilderzeugungselement 40, einen Planspiegel 50 und einen konkaven Spiegel 52, die in einem Gehäuse 60 untergebracht und gehalten sind.
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Der optische Quellenteil 10 umfasst eine Quellenleiterplatte 12 und mehrere Lichtemissionselemente 14. Die Quellenleiterplatte 12 verbindet die Energiequelle und jedes Lichtemissionselement 14 durch ein Verbindungsmuster auf der Leiterplatte 12 elektrisch miteinander. Jedes Lichtemissionselement 14 ist ein Lichtemissionsdiodenelement, das wenig Wärme erzeugt und ein Quelllicht mit einem Lichtemissionsbetrag entsprechend einer elektrischen Stromstärke durch Energieverteilung erzeugt. Jedes Lichtemissionselement 14 in der ersten Ausführungsform ist ein Weißlichtemissionsdiodenelement mit einem Blaulichtemissionsdiodenelement 14a und einem gelb fluoreszierenden Material 14b, das das Blaulichtemissionsdiodenelement bedeckt.
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Insbesondere ist jedes Lichtemissionselement 14 durch Abdichten des Blaulichtemissionsdiodenelements 14a, das eine Chipform aufweist und in einem Mittelbereich 15 vorgesehen ist, mit dem gelb fluoreszierenden Material 14b versehen ist, wie in 3 gezeigt, ausgebildet. Das gelb fluoreszierende Material 14b wird durch Mischen eines gelb fluoreszierenden Mittels mit einem lichtdurchlässigen synthetischen Harz erhalten. Das gelb fluoreszierende Material 14b wird durch das blaue Licht von dem Blaulichtemissionsdiodenelement 14a angeregt, um gelbes Licht zu emittieren, und das blaue Licht und das gelbe Licht werden synthetisiert, um ein optisches Licht einer falschen weißen Farbe zu realisieren.
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Gemäß eines Lichtemissionsverteilungsexperiments des Erfinders der vorliegenden Anmeldung ist jedoch ein Quelllicht L1, das von dem Mittelbereich 15 jedes Lichtemissionselements emittiert wird, ein bläulich-weißes Licht mit einer kleinen Abweichung von einer Schwarzkörperortskurve, an der eine Farbtemperatur 6500K oder höher in dem Chromatizitätsdiagramm von 4 ist. Andererseits ist ein Quelllicht L2, das von einem Umfangsbereich 16 jedes Lichtemissionselements emittiert wird, ein gelbes Licht mit einer großen Abweichung von der Schwarzkörperortskurve in dem Chromatizitätsdiagramm von 4. Daher emittiert jedes Lichtemissionselement 14 Quelllichter, die gemäß Lichtemissionsteilen oder -richtungen unterschiedliche Farben aufweisen.
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Wie in 2 gezeigt ist, sind in dem optischen Quellenteil 10 die Lichtemissionselemente 14 in einer Reihe in einer Arrayrichtung Da entlang der Quellenleiterplatte 12 angeordnet. Die Quelllichter von den Lichtemissionselementen 14 treten in die Kondensorlinse 20 ein.
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Die Kondensorlinse 20 ist beispielsweise aus lichtdurchlässigem Kunstharz oder Glas hergestellt und befindet sich zwischen dem optischen Quellenteil 10 und der Feldlinse 30. Somit ist die Kondensorlinse 20 dem optischen Quellenteil 10 zugewandt.
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Insbesondere ist die Kondensorlinse 20 ein Linsenarray, das durch Anordnen der gleichen Anzahl von Linsenelementen 21 wie der Anzahl der Lichtemissionselemente 14 gebildet ist. Die Linsenelemente 21 sind ebenfalls in der Arrayrichtung Da angeordnet, um den Lichtemissionselementen 14 in einer Eins-zu-Eins-Korrespondenz zugewandt zu sein. Jedes Linsenelement 21 weist eine erste Brechungsfläche 22 auf einer Seite des optischen Quellenteils 10 in einer einzelnen flachen Form auf, die allen Linsenelementen 21 gemein ist, und die erste Brechungsfläche 22 ist mit einem Diffusionsteil 26 versehen. Insbesondere ist die erste Brechungsoberfläche 22 so ausgebildet, dass sie in einem makroskopischen Gesichtspunkt flach ist, und der Diffusionsteil 26 jedes Linsenelements 21 bildet eine winzige, zufällige und konkavkonvexe Form wie geschliffenes Glas. Der Diffusionsteil 26 hat vorzugsweise einen Trübungswert von 30% oder mehr und weist tatsächlich einen Trübungswert von 50% in der vorliegenden Ausführungsform auf.
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Ferner bildet jedes Linsenelement 21 eine zweite Brechungsfläche 24 auf einer Seite der Feldlinse 30 und die zweite Brechungsfläche 24 ist glatt und konvex. Die Brennweite der Kondensorlinse 20 durch jedes Linsenelement 21 ist größer als der Abstand zwischen der Kondensorlinse 20 und jedem Lichtemissionselement 14 festgelegt.
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In der Kondensorlinse 20 tritt ein Quelllicht von einem Lichtemissionselement 14 in das entsprechende Linsenelement 21 ein und wird durch die Brechwirkung gesammelt, während es durch den Diffusionsteil 26 zerstreut wird. Danach tritt das Quelllicht in die Feldlinse ein. 30.
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Die Feldlinse 30 ist beispielsweise aus lichtdurchlässigem Kunstharz oder Glas hergestellt und befindet sich zwischen der Kondensorlinse 20 und dem Bilderzeugungselement 40. Somit ist die Feldlinse 30 dem Bilderzeugungselement 40 zugewandt. Die Feldlinse 30 ist eine Linse, die ferner Quelllicht von der Kondensorlinse 20 sammelt und das Licht in einem vorbestimmten Winkel auf das Bilderzeugungselement 40 projiziert.
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Die Feldlinse 30 in der vorliegenden Ausführungsform ist eine zusammengesetzte Fresnel-Linse. Insbesondere bildet die Feldlinse 30 eine optische Einfallsfläche 32 mit einer glatten flachen Form auf einer Seite der Kondensorlinse 20 und bildet eine Verbundoberfläche 34 aus optischen Oberflächen 35 und 36, die auf einer Seite des Bilderzeugungselements 40 miteinander verbunden sind.
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Die Verbundoberfläche 34 wird nachstehend unter Bezugnahme auf 5 ausführlich beschrieben. Die Verbundoberfläche 34 ist auf der gesamten Region ausgebildet, der den Lichtemissionselementen 14 und den Linsenelementen 21 der Feldlinse 30 entspricht. Mit anderen Worten passieren die Quelllichter von den Lichtemissionselementen 14 und den Lichtemissionselementen 14 zwangsläufig die Verbundoberfläche 34.
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Die Verbundoberfläche 34 der vorliegenden Ausführungsform bildet eine alternierende Anordnungsstruktur, bei der eine optische Lichtsammeloberfläche 35 und eine optische Ablenkfläche 36 abwechselnd in der Arrayrichtung Da der Lichtemissionselemente 14 verbunden sind.
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Jede optische Lichtsammeloberfläche 35 ist so ausgebildet, dass sie eine der Teilregionen ist, die durch Teilen einer virtuellen Lichtsammeloberfläche Sic in vorbestimmten Breiten Ws in der Arrayrichtung Da gebildet werden. Die virtuelle Lichtsammeloberfläche Sic ist eine virtuelle Linsenarrayoberfläche, bei der die gleiche Anzahl virtueller Linsenelementoberflächen Sie wie die Anzahl der Linsenelemente 21 oder der Lichtemissionselemente 14 angeordnet ist. Jede virtuelle Linsenelementoberfläche Sie der virtuellen Lichtsammeloberfläche Sic ist eine Oberfläche, die auf einer Seite des Bilderzeugungselements 40 konvex ist, und ein Arrayabstand Paf der virtuellen Linsenelementoberflächen Sie ist im Wesentlichen der gleiche wie ein Anordnungsabstand Pac der Linsenelemente 21 der Kondensorlinse 20.
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Jede optische Ablenkfläche 36 ist als eine der Teilregionen ausgebildet, die durch Teilen einer virtuellen Ablenkfläche Sid bei vorbestimmten Breiten Ws in der Arrayrichtung Da der Lichtemissionselemente 14 gebildet sind. Die virtuelle Ablenkfläche Sid ist durch mehrere geneigte Flächen Sis konfiguriert, die eine umgekehrte Neigung bei jedem halben Wert des Arrayabstands Paf der virtuellen Linsenelementoberflächen Sie aufweisen, und die geneigten Oberflächen S sind flach. Die Neigung jeder geneigten Oberfläche Sis ist so festgelegt, dass sie zu der Neigung der virtuellen Lichtsammeloberfläche Sic an der entsprechenden Position in der Arrayrichtung Da der Lichtemissionselemente 14 umgekehrt ist.
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Während die vorbestimmte Breite Ws der Teilregion der optischen Lichtsammeloberfläche 35 und der optische Ablenkfläche 36 unterschiedlich festgelegt ist, ist der Betrag des Durchhangs zwischen der optischen Lichtsammeloberfläche 35 und der optischen Ablenkfläche 36 so festgelegt, dass er nahezu konstant, so dass die Dicke der gesamten Feldlinse 30 konstant ist. Ferner ist die vorbestimmte Breite Ws so festgelegt, dass sie kleiner als der Abstand Ps zwischen den zueinander benachbarten Lichtemissionselementen ist. Mit der abwechselnden Anordnung der optischen Lichtsammeloberfläche 35 und der optischen Ablenkfläche 36 werden ein Teil der Form der virtuellen Lichtsammeloberfläche Sic und ein Teil der Form der virtuellen Ablenkfläche Sid extrahiert und auf der Verbundoberfläche 34 reproduziert. In 5 ist die Größe eines Teils der vorbestimmten Breite Ws gezeigt.
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Eine der optischen Lichtsammeloberflächen 35, die einen Oberflächenscheitel 35a auf der Grundlage jeder virtuellen Linsenelementoberfläche Sie aufweist, ist auf einer geraden Linie Lt angeordnet, die den Mittelbereich jedes Lichtemissionselements und einen Oberflächenscheitel 21a der zweiten Brechungsoberfläche 24 jedes Linsenelements 21 verbindet. In der vorliegenden Ausführungsform ist die gerade Linie Lt im Wesentlichen senkrecht zu der Arrayrichtung Da der Lichtemissionselemente 14.
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Auf die oben beschriebene Weise wird Licht einer optischen Quelle (Quelllicht), das eine optische Lichtsammeloberfläche 35 der Verbundoberfläche 34 passiert hat, gesammelt. Genauer gesagt wird das Quelllicht so gesammelt, dass die Ausbreitungsrichtung des Quelllichts nach dem Passieren einer optischen Lichtsammeloberfläche 35 näher an der Richtung der Geraden Lt als die Ausbreitungsrichtung des Quelllichts vor dem Passieren der optischen Lichtsammeloberfläche 35 ist.
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Andererseits wird ein Quelllicht, das eine optische Ablenkfläche 36 der Verbundoberfläche 34 passiert hat, durch den prismatischen Effekt zu der Seite entgegengesetzt zu der Seite abgelenkt, wo ein Quelllicht durch eine optische Lichtsammeloberfläche 35 gesammelt wird. Die Ablenkung zu der gegenüberliegenden Seite bedeutet hier, dass ein Quelllicht weiter von der nächsten geraden Linie Lt zu dem Quelllicht entfernt ist (mit anderen Worten, die gerade Linie Lt für das Lichtemissionselement 14, das Quelllicht emittiert), wenn sich das Quelllicht näher zu dem Bilderzeugungselement 40 ausbreitet.
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Das Bilderzeugungselement 40 in 2 ist eine Flüssigkristalltafel, die einen Dünnfilmtransistor (TFT) verwendet, und ist insbesondere eine Aktivmatrix-Flüssigkristalltafel, die aus mehreren Flüssigkristallpixeln gebildet ist, die in einer zweidimensionalen Richtung angeordnet sind. Das Bilderzeugungselement 40 beinhaltet beispielsweise eine Laminatstruktur aus einem Paar von Polarisationsplatten und einer dazwischen befindlichen Flüssigkristallschicht. Die Polarisationsplatten haben Eigenschaften zum Durchlassen eines Lichts einer vorbestimmten Richtung durch einen elektrischen Feldvektor und zum Blockieren eines Lichts einer Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu der vorbestimmten Richtung durch den elektrischen Feldvektor ist, und sind angeordnet, um im Wesentlichen senkrecht zu der vorbestimmten Richtung zu sein. Die Flüssigkristallschicht kann durch Anlegen einer Spannung an jedes Flüssigkristallpixel die Polarisationsrichtung eines Lichts, das in die Flüssigkristallschicht eintritt, entsprechend der angelegten Spannung drehen.
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Daher ist das Bilderzeugungselement 40 konfiguriert, um die Durchlässigkeit eines Quelllichts für jedes Flüssigkristallpixel zu steuern und ein Bild durch einfallendes Quelllicht von der Feldlinse 30 zu erzeugen. Die Flüssigkristallpixel sind jeweils mit ein Farbfilter versehen und die Farbfilter benachbarter Flüssigkristallpixel weisen zueinander verschiedene Farben auf (z. B. rot, grün oder blau). Kombinationen der Filter können verschiedene Farben erzeugen. Das Bilderzeugungselement 40 emittiert ein Licht eines Bildes an den Planspiegel 50 auf einer Seite der Windschutzscheibe 3 in einem optischen Pfad OP von 1.
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Der Planspiegel 50 wird durch Abscheiden von Aluminium für eine Reflexionsoberfläche 51 auf der Oberfläche eines Basismaterials gebildet, das beispielsweise aus Syntheseharz oder Glas hergestellt ist. Die Reflexionsoberfläche 51 ist zu einer glatten flachen Oberfläche ausgebildet. Der Planspiegel 50 reflektiert das Licht des Bildes von dem Bilderzeugungselement 40 zu dem konkaven Spiegel 52.
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Der konkave Spiegel 52 wird durch Abscheiden von Aluminium für eine Reflexionsoberfläche 53 auf der Oberfläche eines Basismaterials gebildet, das beispielsweise aus Syntheseharz oder Glas hergestellt ist. Die Reflexionsoberfläche 53 ist als eine glatte gekrümmte Oberfläche als die vertiefte Mitte des konkaven Spiegels 52 ausgebildet. Der konkave Spiegel 52 reflektiert das Licht des Bildes vom ebenen Spiegel 50 zur Windschutzscheibe 3.
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Auf diese Weise passiert ein Quelllicht, das von jedem Lichtemissionselement 14 des optischen Quellenteils 10 emittiert wird, den Diffusionsteil 26 der Kondensorlinse 20 und die Verbundoberfläche 34 der Feldlinse 30 und tritt dann in das Bilderzeugungselement 40 ein. Danach wird das Quelllicht von der Windschutzscheibe 3 als das Licht des Bildes des Bilderzeugungselements 40 reflektiert und erreicht eine Augenbox EB. Die Augenbox EB wird basierend auf den Augenlidern eines Insassen, der in einem Sitz 4 sitzt, wo der Augenpunkt EP des Insassen existieren kann, als eine Region festgelegt, in dem der Insasse ein angezeigtes virtuelles Bild des Bildes visuell bestätigen kann.
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Im Folgenden wird beschrieben, wie ein virtuelles Bild eines Bildes angezeigt wird, basierend auf einem Experiment des Erfinders der vorliegenden Anmeldung. 6 und 7 zeigen virtuelle Bilder, die vom oberen Ende der Augenbox EB aus betrachtet werden. 6 veranschaulicht insbesondere ein Vergleichsbeispiel, das sich von der vorliegenden Ausführungsform dadurch unterscheidet, dass die erste Brechungsoberfläche eine Spiegeloberfläche ist und die Kondensorlinse keinen Diffusionsteil aufweist (andere Konfigurationen sind die gleichen wie diejenigen der vorliegenden Ausführungsform), und 7 veranschaulicht insbesondere einen Fall der vorliegenden Ausführungsform. Der Abstand zwischen jedem Lichtemissionselement 14 und der ersten Brechungsfläche 22 ist auf 0,5 mm festgelegt.
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In dem Vergleichsbeispiel, das in 6 dargestellt ist, sind die oberen und unteren Endteile des angezeigten virtuellen Bildes nicht weiß sondern gelb geworden (siehe den gelben Teil YP, der durch die gestrichelte Linie umgeben ist). Dies bedeutet, dass die Farbverteilung in der Position der Augenbox die Lichtemissionsverteilung der Lichtemissionselemente als ein Ergebnis daraus reflektiert, dass die Anordnung so entworfen ist, dass die Lichtemissionselemente und die Augenbox in einer konjugierten Beziehung zur Verbesserung der Nutzungseffizienz von Lichtquellen sind. In der vorliegenden Ausführungsform wie in 7 wird andererseits verhindert, dass die oberen und unteren Endteile gelb werden. Man beachte, dass die rechteckigen Bereiche in 6 und 7 Bezugspositionen zum Vergleich der Bilder in 6 und 7 repräsentieren.
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(Aktionen und Wirkungen)
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Die Aktionen und Wirkungen, die in der ersten Ausführungsform werden, werden nachfolgend beschrieben.
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Gemäß der ersten Ausführungsform treten, wenn die Lichtemissionselemente 14 des optischen Quellenteils 10 Quelllichter emittieren, die verschiedene Farben beispielsweise gemäß Lichtemissionsteilen oder -richtungen darstellen, die Quelllichter zuerst in die Kondensorlinse 20 ein, die dem optischen Quellenteil 10 zugewandt ist. Die Kondensorlinse 20 empfängt die Quelllichter und sammelt Quelllichter mit großen optischen Beträgen pro Flächeneinheit, während die Quelllichter in dem Diffusionsteil 26 streuen. Die so gestreuten Quelllichter mit verschiedenen Farben werden gemischt. und es wird verhindert, dass die Dichte der Lichter abnimmt.
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Nach dem Passieren der Kondensorlinse 20 werden die Quelllichter unterschiedlicher Farbe zusätzlich miteinander durch die Verbundoberfläche 34 der Feldlinse 30 gemischt, die aus den optischen Oberflächen 35 und 36 hergestellt ist, die miteinander verbunden sind. Wird das durch solche Quelllichter erzeugte Bild als Projektionselement auf die Windschutzscheibe 3 projiziert, ist es möglich, eine HUD-Vorrichtung 100 bereitzustellen, die gleichzeitig das Auftreten von Farbungleichmäßigkeiten verhindern kann, hohe Leuchtdichte erreichen kann und eine hervorragende Sichtbarkeit für virtuelle Bildanzeige bietet.
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Ferner weist gemäß der ersten Ausführungsform die Kondensorlinse 20 die erste Brechungsfläche 22, die mit dem Diffusionsteil 26 versehen ist, auf einer Seite des optischen Quellenteils 10 auf und weist die zweite Brechungsfläche 24, die konvex ist, auf einer Seite der Feldlinse 30 auf. Mit der so konfigurierten Kondensorlinse 20 werden Lichtquellen mit großen optischen Beträgen pro Flächeneinheit durch den Diffusionsteil 26 zerstreut, ebenso wie der Vergrößerungseffekt des Diffusionsteils 26 unter Verwendung des Feldlinse 30 und die zweiten Brechungsoberfläche 24 erreicht. Folglich kann es möglich sein, das Auftreten von Farbungleichmäßigkeit zu unterdrücken und die Leuchtdichte für die virtuelle Bildanzeige zu verbessern.
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Wenn gemäß der ersten Ausführungsform die Lichtemissionselemente 14 des optischen Quellenteils 10 optische Quelllichter emittieren, die gemäß Lichtemissionsteilen oder -richtungen verschiedene Farben aufweisen, treten die Quelllichter beispielsweise in die Linsenelemente 21 ein, die den Lichtemissionselementen 14 zugewandt sind. Da der Diffusionsteil 26 für jedes Linsenelement 21 ausgebildet ist, sammeln die Linsenelemente 21 Quelllichter von den entsprechenden Lichtemissionselementen 14 mit großen optischen Beträgen pro Flächeneinheit, während sie die Quelllichter streuen. Die auf diese Weise gestreuten Quelllichter mit verschiedenen Farben werden gemischt und es wird unterdrückt bzw. verhindert, dass die Dichte der Lichter abnimmt.
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Zusätzlich werden durch Ausbilden der Verbundoberfläche 34 der Feldlinse 30, die aus den optischen Oberflächen 35 und 36 gefertigt ist, die miteinander verbunden sind, über die gesamten Linsenelemente 21 hinweg nicht nur die verschiedenen Farben der Quelllichter eines Lichtemissionselement 14, sondern auch die verschiedenen Farben der Quelllichter der Lichtemissionselemente 14 untereinander vermischt. Die Quelllichter bilden ein Bild und das Bild wird auf die Windschutzscheibe 3 projiziert und es ist möglich, das Auftreten von Farbungleichmäßigkeiten sicher zu unterdrücken, selbst wenn mehr als ein Lichtemissionselement 14 verwendet wird, und die Leuchtdichte für die virtuelle Bildanzeige zu verbessern.
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Ferner ist gemäß der ersten Ausführungsform die Verbundoberfläche 34 aus den optischen Oberflächen 35 und 36 gefertigt, die zumindest in der Arrayrichtung Da der Lichtemissionselemente 14 verbunden sind, und die Breite Ws der optischen Oberflächen 35 und 36 ist kleiner als der Abstand Ps zwischen den Lichtemissionselementen 14, die benachbart zueinander in der Arrayrichtung Da sind. Mit dieser Anordnung werden die Quelllichter zwischen den Lichtemissionselementen 14, die in der Arrayrichtung Da angeordnet sind, sicher durch die Verbundoberfläche 34 gemischt und die Wirkung zum Unterdrücken des Auftretens von Farbungleichmäßigkeiten wird entsprechend weiter verbessert.
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Darüber hinaus werden gemäß der ersten Ausführungsform die Quelllichter, die in die Feldlinse 30 eingetreten sind, teilweise durch die optischen Lichtsammeloberflächen 35 gesammelt und teilweise durch die optischen Ablenkflächen 36 zu der der Seite, auf der Lichter durch die optischen Lichtsammeloberflächen 35 gesammelt werden, gegenüberliegenden Seite abgelenkt, so dass die Quelllichter unterschiedlicher Farbe miteinander vermischt werden. Daher wird die Wirkung zum Unterdrücken des Auftretens von Farbungleichmäßigkeit weiter verbessert.
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Ferner weist gemäß der ersten Ausführungsform jedes Lichtemissionselement 14 das Blaulichtemissionsdiodenelement 14a und das gelb fluoreszierende Material 14b auf, das das Blaulichtemissionsdiodenelement 14a umgibt. Während die Lichtemissionselemente 14 jeweils ein weißes Quelllicht in dem Mittelbereich 15 emittieren und ein gelbliches Quelllicht in dem Umfangsbereich 16 emittieren, kann es möglich sein, das Auftreten von Farbungleichmäßigkeiten durch den Diffusionsteil 26 und die Verbundoberfläche 34 zu unterdrücken. Da die Lichtemissionselemente 14 wenig Wärme erzeugen, ist es möglich, den Diffusionsteil 26 näher an die Lichtemissionselemente 14 zu bringen, und ist es möglich, dass der Diffusionsteil 26 Quelllichter mit großem optischen Betrag pro Flächeneinheit streut. Daher ist es möglich, die Leuchtdichte für die virtuelle Bildanzeige zu verbessern.
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Der Diffusionsteil 26 in der ersten Ausführungsform hat einen Trübungswert von 30% oder mehr und dieser Trübungswert kann eine ausreichende Wirkung zum Unterdrücken des Auftretens von Farbungleichmäßigkeiten durch die Streuung sicherstellen.
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(Zweite Ausführungsform)
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Wie in 8 dargestellt ist, ist eine zweite Ausführungsform ein modifiziertes Beispiel der ersten Ausführungsform. Die Unterschiede der zweiten Ausführungsform gegenüber der ersten Ausführungsform werden hauptsächlich beschrieben.
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Eine Kondensorlinse 220 in der zweiten Ausführungsform ist beispielsweise aus lichtdurchlässigem Syntheseharz oder Glas wie in der ersten Ausführungsform hergestellt und ist zwischen dem optischen Quellenteil 10 und der Feldlinse 30 angeordnet. Somit ist die Kondensorlinse 220 dem optischen Quellenteil 10 zugewandt. Die Kondensorlinse 220 ist ein Linsenarray, das durch Anordnen der gleichen Anzahl von Linsenelementen 221 wie der Anzahl der Lichtemissionselemente 14 gebildet ist.
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Jedes Linsenelement 221 in der zweiten Ausführungsform weist eine erste Brechungsoberfläche 222 auf einer Seite des optischen Quellenteils 10 auf und die erste Brechungsoberfläche ist eine einzelne flache Oberfläche, die allen Linsenelementen 221 gemeinsam ist. Das Linsenelement 221 hat eine zweite Brechungsoberfläche 224 auf einer Seite der Feldlinse 30 und die zweite Brechungsoberfläche 224 ist konvex und mit einem Diffusionsteil 226 versehen. Insbesondere ist die zweite Brechungsoberfläche 224 so ausgebildet, dass sie in einem makroskopischen Gesichtspunkt konvex ist, und der Diffusionsteil 226 für jedes Linsenelement 221 bildet eine winzige, zufällige und konkav-konvexe Form wie bei geschliffenem Glas. Der Diffusionsteil 226 hat vorzugsweise einen Trübungswert von 30% oder mehr und in der vorliegenden Ausführungsform einen Trübungswert von 30%
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Im Folgenden wird beschrieben, wie ein virtuelles Bild eines Bildes angezeigt wird, basierend auf Simulationen durch den Erfinder der vorliegenden Anmeldung. 9 und 10 sind Simulationsbilder unter der Bedingung, dass das angezeigte virtuelle Bild vom rechten Ende der Augenbox EB aus betrachtet wird. 9 veranschaulicht ein Vergleichsbeispiel, das sich von der vorliegenden Ausführungsform dadurch unterscheidet, dass die zweite Brechungsfläche glatt und konvex ist (andere Konfigurationen sind die gleichen wie bei der vorliegenden Ausführungsform), und 10 veranschaulicht einen Fall der vorliegenden Ausführungsform. Der Abstand zwischen jedem Lichtemissionselement 14 und der ersten Brechungsfläche 22 ist auf 0,5 mm festgelegt.
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In dem Vergleichsbeispiel, das in 9 dargestellt ist, ist der mittlere Bereich des angezeigten virtuellen Bildes nicht teilweise weiß und gelb (vergleiche den gelben Teil YP, der durch die gestrichelte Linie umgeben ist). Das bedeutet, dass die Farbverteilung an der Position der Augenbox die Lichtemissionsverteilung der Lichtemissionselemente als ein Ergebnis daraus reflektiert, dass die Anordnung so entworfen ist, dass die Lichtemissionselemente und die Augenbox in einer konjugierten Beziehung sind, um die Nutzungseffizienz von Lichtquellen zu erhöhen. In der Ausführungsform in 10 wird andererseits für den gesamten Bereich des virtuellen Bildes verhindert, dass er gelb wird.
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In der zweiten Ausführungsform hat die Kondensorlinse 220 die erste Brechungsfläche 222 auf einer Seite des optischen Quellenteils 10 und hat die zweite Brechungsfläche 224 auf einer Seite der Feldlinse 30. Die zweite Brechungsfläche 224 ist konvex und ist mit dem Diffusionsteil 226 versehen. Mit der so konfigurierten Kondensorlinse 220 kann der Diffusionsteil Quelllichter mit großen optischen Beträgen pro Flächeneinheit zerstreuen. Auf diese Weise kann das Auftreten von Farbungleichmäßigkeiten unterdrückt und die Leuchtdichte für die virtuelle Bildanzeige verbessert werden.
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(Andere Ausführungsformen)
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Obwohl einige Ausführungsformen beschrieben wurden, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt.
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Zum Beispiel kann ein erstes modifiziertes Beispiel der ersten Ausführungsform so konfiguriert sein, dass der Diffusionsteil 26 der ersten Brechungsoberfläche 22 aus einer Diffusionsplatte oder einem Diffusionsfilm gebildet ist, der an der Kondensorlinse 20 auf einer Seite des optischen Quellenteils 10 angebracht ist.
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Ein zweites modifiziertes Beispiel kann so konfiguriert sein, dass der Diffusionsteil 26 sowohl für die erste Brechungsoberfläche 22 als auch die zweite Brechungsoberfläche 24 vorgesehen ist.
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Ein drittes modifiziertes Beispiel kann so konfiguriert sein, dass jede optische Ablenkfläche 36 der Verbundoberfläche 34 die geneigte Oberfläche Sis so ausbilden kann, dass sie konvex oder konkav und nicht flach ist. 11 zeigt einen Fall, in dem die Oberfläche Sis konvex ist.
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Ein viertes modifiziertes Beispiel kann so konfiguriert sein, dass die Feldlinse 30 eine Fresnel-Linse ist. In dem in 12 dargestellten Beispiel ist eine Verbundoberfläche 934 aus optischen Lichtsammeloberflächen 935 und Teilflächen 936 gebildet, die abwechselnd miteinander verbunden sind. Jede optische Lichtsammeloberfläche 935 ist so ausgebildet, dass sie eine der Teilregionen ist, die durch Teilen einer einzelnen virtuellen Lichtsammeloberfläche Sic in vorbestimmten Breiten Ws in der Anordnungsarrayrichtung Da gebildet wird. Eine Teilfläche 936 ist so ausgebildet, dass sie eine flache Oberfläche ist, die den unterteilten Teil der virtuellen Lichtsammeloberfläche Sic ergänzt, und ist etwas umgekehrt zu der Neigung der optischen Lichtsammeloberfläche 935, die zur Teilfläche 936 benachbart ist, geneigt, unter Berücksichtigung des Schneidens von Formteilen.
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Ein fünftes modifiziertes Beispiel kann so konfiguriert sein, dass die Verbundoberfläche 34 auf der Oberfläche auf einer Seite der Kondensorlinse 20 alleine oder sowohl auf der Oberfläche auf einer Seite der Kondensorlinse 20 als auch der Oberfläche auf einer Seite des Bilderzeugungselements 40 gebildet ist, solange die Verbundoberfläche 34 auf der Oberfläche der Kondensorlinse und/oder des Bilderzeugungselements 40 ausgebildet ist.
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Eine sechste modifizierte Ausführungsform kann so konfiguriert sein, dass die Lichtemissionselemente 14 zweidimensional in der Arrayrichtung Da angeordnet sind.
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Eine siebte modifizierte Ausführungsform kann so konfiguriert sein, dass die Anzahl der Lichtemissionselemente 14 eins ist. In diesem Fall ist die Feldlinse 30 wünschenswerterweise die im vierten modifizierten Beispiel verwendete Fresnel-Linse.
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Ein achtes modifiziertes Beispiel kann so konfiguriert sein, dass die Blickfeldanzeigevorrichtung bei verschiedenen Arten von mobilen Körpern (Transportsystemen) außer dem Fahrzeug 1, einschließlich eines Schiffs und eines Flugzeugs, angewendet wird.
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Man beachte, dass in 11 und in 12 die Größe eines Teils der vorbestimmten Breite Ws wie in 5 gezeigt ist.
