DE112016005333T5

DE112016005333T5 - Head-up-display-vorrichtung

Info

Publication number: DE112016005333T5
Application number: DE112016005333.9T
Authority: DE
Inventors: Yu Togasaki; Takahiro Nambara
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-11-19
Filing date: 2016-09-13
Publication date: 2018-08-02
Also published as: JP2017097074A; US20180210201A1; WO2017086002A1; JP6459921B2; US11067798B2

Abstract

Eine Head-up-Display-Vorrichtung, die ein virtuelles Bild durch Projizieren eines Bildes auf eine Projektionskomponente (3) anzeigt, um für einen Insassen in einem beweglichen Körper (1) sichtbar zu sein weist auf: einen Lichtquellen-Teil (12), der Lichtquellenlicht aussendet; eine Flüssigkristalltafel (60, 260), die eingebaut ein Polarisatoren-Paar (61, 62) für Flüssigkristalle und eine Flüssigkristallschicht (64), die zwischen den Polarisatoren in einem gestapelten Zustand angeordnet ist, aufweist, um das Bild zu bilden, indem ein Teil des Lichtquellenlichts durchgelassen wird; und einen Zusatzpolarisator (40, 240), der in einem optischen Pfad zwischen dem Lichtquellen-Teil und der Flüssigkristalltafel angeordnet ist.Der Zusatzpolarisator und das Polarisatorenpaar für Flüssigkristalle haben Eigenschaften, polarisiertes Licht entlang einer Übertragungssachse (40a, 61a, 62a) zu übertragen und polarisiertes Licht entlang einer Abschirmachse (40b, 61b, 62b), die die Übertragungssachse schneidet, abzuschirmen. Der Zusatzpolarisator ist derart angeordnet, dass die Übertragungsachse (40a, 61a) und die Abschirmachse (40b, 61b) jeweils mit denen des Polarisators für Flüssigkristalle (61) des Polarisatorenpaares für Flüssigkristalle zusammenpassen, der näher zum Lichtquellen-Teil liegt.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTEN ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung basiert auf der am 19. November 2015 eingereichten Japanischen Patentanmeldung Nr. 2015-226956 ; auf den dortigen Offenbarungsgehalt wird hier vollinhaltlich Bezug genommen.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Head-Up-Display-Vorrichtung (nachfolgend als HUD-Vorrichtung bezeichnet) bzw. eine Sichtfeldanzeige-Vorrichtung, die ein virtuelles Bild anzeigt, um für einen Insassen in einem beweglichen Körper sichtbar zu sein.
STAND DER TECHNIK
Eine Head-Up-Display-Vorrichtung ist im Stand der Technik dafür bekannt, ein virtuelles Bild anzuzeigen, um in einem beweglichen Körper für einen Insassen sichtbar zu sein. Eine HUD-Vorrichtung, die in JP 2007-86387 A offenbart ist, weist einen Lichtquellen-Teil, der Lichtquellenlicht aussendet, und ein Flüssigkristall-Anzeigeelement, das ein Bild bildet, indem ein Teil des Lichtquellenlichts durchgelassen wird, auf.
Das Flüssigkristall-Anzeigeelement weist eine Flüssigkristallschicht zwischen einem Polarisatorenpaar für Flüssigkristalle auf. Jeder Polarisator für Flüssigkristalle ist von der Flüssigkristallschicht beabstandet.
LITERATUR ZUM STAND DER TECHNIK
PATENTLITERATUR
Patentliteratur 1: JP 2007-86387 A
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Wenn der Polarisator für Flüssigkristalle durch einen Abstand relativ zur Flüssigkristallschicht angeordnet ist, z.B. sogar falls das Lichtquellenlicht, das durch den Polarisator für Flüssigkristalle abgeschirmt wird, sich in Wärme ändert, kann der Abstand einen Anstieg der Temperatur der Flüssigkristallschicht derart einschränken, dass sich die Haltbarkeit der HUD-Vorrichtung verbessert. Die Qualität (z.B. Kontrast) des Bildes, das durch das Flüssigkristall-Anzeigeelement gebildet wird, kann sich jedoch aufgrund des Abstandes verschlechtern.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine HUD-Vorrichtung mit einer hohen Haltbarkeit bereitzustellen, während die Verschlechterung der Qualität von einem Bild eingeschränkt werden kann.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, weist eine HUD-Vorrichtung, die ein virtuelles Bild durch Projizieren eines Bildes auf eine Projektions-Komponente anzeigt, um für einen Insassen in einem beweglichen Körper sichtbar zu sein, auf: einen Lichtquellen-Teil, der Lichtquellenlicht aussendet; eine Flüssigkristalltafel, die eingebaut ein Polarisatorenpaar für Flüssigkristalle und eine Flüssigkristallschicht aufweist, die zwischen den Polarisatoren in einem gestapeltem Zustand angeordnet ist, um das Bild bilden, indem ein Teil des Lichtquellenlichts durchgelassen wird; und einen Zusatzpolarisator, der in einem optischen Pfad zwischen dem Lichtquellen-Teil und der Flüssigkristalltafel angeordnet ist. Der Zusatzpolarisator und das Polarisatorenpaar für Flüssigkristalle haben Eigenschaften, polarisiertes Licht entlang einer Übertragungsachse zu übertragen und polarisiertes Licht entlang einer Abschirmachse, die die Übertragungsachse schneidet, abzuschirmen. Der Zusatzpolarisator ist derart angeordnet, dass die Übertragungsachse und die Abschirmachse jeweils mit denen des Polarisators für Flüssigkristalle des Polarisatorenpaares für Flüssigkristalle, der näher zum Lichtquellen-Teil liegt, zusammenpassen.
Auf diese Weise sind das Lichtpolarisatorenpaar für Flüssigkristalle und die Flüssigkristallschicht zwischen den Lichtpolarisatoren für Flüssigkristalle in der Flüssigkristalltafel in einem Stück in einem gestapelten Zustand gebildet. Der Zusatz-Lichtpolarisator ist im optischen Pfad zwischen dem Lichtquellen-Teil und der Flüssigkristalltafel angeordnet. Aufgrund der Anordnung wird das polarisierte Licht unter dem Lichtquellenlicht vom Lichtquellen-Teil entlang der Abschirmachse des Zusatz-Lichtpolarisators durch den Zusatz-Lichtpolarisator vor Erreichen der Flüssigkristalltafel abgeschirmt. Das heißt, das polarisierte Licht des Lichtquellenlichts entlang der Übertragungsachse des Zusatz-Lichtpolarisators wandert in Richtung der Flüssigkristalltafel.
Da der Zusatz-Lichtpolarisator und der Lichtpolarisator für Flüssigkristalle, der näher zum Lichtquellen-Teil liegt, derart angeordnet sind, dass die Übertragungsachse und die Abschirmachse dazwischen gleich gemacht sind, wird das Lichtquellenlicht, das den durch Zusatzpolarisator tritt, das ein polarisiertes Licht entlang der Übertragungsachse ist, kaum durch den Lichtpolarisator für Flüssigkristalle, der näher zum Lichtquellen-Teil liegt, abgeschirmt und ein Bild wird gebildet. Auf diese Weise, kann, während der Anstieg einer Temperatur der Flüssigkristalltafel eingeschränkt wird, der durch die Umwandlung des Lichtquellenlichts in Wärme im Lichtpolarisator für Flüssigkristalle verursacht wird, der näher zum Lichtquellen-Teil liegt, ein Bild mittels der Flüssigkristalltafel im gestapelten Zustand gebildet werden. Dementsprechend kann eine HUD-Vorrichtung mit einer hohen Haltbarkeit angeboten werden, während die Verschlechterung bei der Qualität des Bildes eingeschränkt wird.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Ansicht gemäß einer ersten Ausführungsform, die eine in einem Fahrzeug angeordnete HUD-Vorrichtung darstellt.
2 zeigt eine schematische Ansicht, die eine HUD-Vorrichtung der ersten Ausführungsform darstellt.
3 zeigt eine vergrößerte Ansicht, die den Kondensations-Teil der ersten Ausführungsform darstellt.
4 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht, die eine Flüssigkristalltafel in der ersten Ausführungsform darstellt.
5 zeigt eine vergrößerte Draufsicht, die die Flüssigkristalltafel in der ersten Ausführungsform darstellt.
6 zeigt eine schematische Ansicht, die eine Anordnung eines Polarisatorenpaares für Flüssigkristalle und eines Zusatzpolarisators in der ersten Ausführungsform darstellt.
7 zeigt eine Ansicht gemäß einer zweiten Ausführungsform, die mit 2 übereinstimmt.
8 zeigt eine Ansicht gemäß einer ersten Modifikation, die mit 2 übereinstimmt.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den Ausführungsformen wird Teilen, die einer Sache in einer vorangegangenen Ausführungsform entsprechen, dasselbe Bezugszeichen zugewiesen und mehrfach vorhandene Erklärungen können weggelassen werden. Wenn nur ein Teil einer Konfiguration in einer Ausführungsform beschrieben ist, kann eine vorangegangene Ausführungsform auf andere Teile der Konfiguration angewendet werden. Die Teile können kombiniert werden, sogar wenn nicht explizit beschrieben ist, dass die Teile kombiniert werden können. Die Ausführungsformen können teilweise kombiniert werden, sogar wenn nicht explizit beschrieben ist, dass die Ausführungsformen kombiniert werden können, sofern es in der Kombination keinen Schaden gibt.
(Erste Ausführungsform)
Eine in 1 gezeigte HUD-Vorrichtung 100 gemäß einer ersten Ausführungsform ist in einem Fahrzeug 1, das eine Art beweglicher Körper ist, angeordnet und ist in einem Armaturenbrett 2 aufgenommen. Die HUD-Vorrichtung 100 projiziert ein Bild auf eine Windschutzscheibe 3, die eine Projektionskomponente des Fahrzeuges 1 ist. Wenn das Licht des Bildes durch die Windschutzscheibe 3 reflektiert wird, zeigt die HUD-Vorrichtung 100 ein virtuelles Bild an, um für einen Insassen des Fahrzeuges sichtbar zu sein. Das heißt, das Licht des Bildes, das durch die Windschutzscheibe 3 reflektiert wird, erreicht ein Auge des Insassen im Inneren des Fahrzeuges 1 und der Insasse nimmt das Licht des Bildes als virtuelles Bild VI wahr. Der Insasse kann eine Vielfalt von Informationen gemäß dem virtuellen Bild VI erkennen. Die Vielfalt von Informationen, die als das virtuelle Bild angezeigt werden, umfasst, z.B. den Fahrzeugstatus wie etwa Geschwindigkeit und Kraftstoffreserve oder Navigationsinformationen wie etwa Straßeninformationen, Sichtfeld-Zusatzinformationen.
Die Windschutzscheibe 3 des Fahrzeuges 1 ist tabellarisch gebildet und besteht aus lichtdurchlässigem Glas oder synthetischem Harz. Die innere Fläche der Windschutzscheibe 3 bildet eine Projektionsfläche 3a, auf die ein Bild projiziert wird, und ist in einer konkav gebogenen Fläche oder einer flachen Ebene geformt. Anstelle der Windschutzscheibe 3 als eine Projektionskomponente kann ein separat vom Fahrzeug 1 gebildeter Kombinierer angebracht werden und ein Bild kann auf den Kombinierer projiziert werden.
Die spezifische Konfiguration der HUD-Vorrichtung 100 ist nachfolgend auf Grundlage der 2 bis 6 erklärt. Wie in 2 gezeigt, weist die HUD-Vorrichtung 100 einen Lichtquellen-Teil 12, einen Kondensations-Teil 20, eine Diffusions-Teil 30, einen Lichtpolarisator 40, einen Reflexions-Teil 50, eine Flüssigkristalltafel 60 und einen Lichtzuführ-Teil 70, die in einem Gehäuse 80 aufgenommen und gehalten sind, auf. Der Lichtquellen-Teil 12, der Kondensations-Teil 20, der Diffusions-Teil 30, der Lichtpolarisator 40, der Reflexions-Teil 50 und die Flüssigkristalltafel 60 sind ferner in einem Projektorgehäuse 10a aufgenommen, um eine Projektionsmaschine 10 zu bilden. Die Projektionsmaschine 10 projiziert ein Bild in Richtung der Windschutzscheibe 3 mittels des Lichtzuführ-Teils 70, indem ein Teil des Lichtquellenlichts des Lichtquellen-Teils 12 durch die Flüssigkristalltafel 60 gelassen wird.
Der Lichtquellen-Teil 12 weist eine Platine 14 bzw. Platte für Lichtquellen und mehrere Leuchtelemente 16 auf. Die Platine 14 für Lichtquellen schließt eine Energiequelle elektrisch an jedes der Leuchtelemente 16 mittels einer Schaltkreisstruktur, die auf der Platine 14 gebildet ist, an. Jedes der Leuchtelemente 16 ist ein Leuchtdiodenelement und sendet Lichtquellenlicht mit einer Lumineszenzgröße gemäß der Größe des Stromes aus. In jedem der Leuchtelemente 16 wird, z.B. eine Lumineszenz in falschem Weiß durch Beschichten einer blauen Leuchtdiode mit Phosphor realisiert. Das Lichtquellenlicht, das von jedem der Leuchtelemente 16 ausgesendet wird, ist zufällig polarisiertes Licht. Eine Wärmeabstrahlrippe 18 ist gegenüberliegend zu den Leuchtelementen 16 durch die Lichtquellenplatine 14 angebracht und ist vom Projektorgehäuse 10a und dem Gehäuse 80 exponiert.
Auf diese Weise tritt das Lichtquellenlicht, das durch den Lichtquellen-Teil 12 ausgesendet wird, in den Kondensations-Teil 20 ein und wird durch den Kondensations-Teil 20 kondensiert.
Wie in 2 gezeigt, ist der Kondensations-Teil 20 im optischen Pfad zwischen dem Lichtquellen-Teil 12 und der Flüssigkristalltafel 60 angeordnet und weist eine Kondensorlinse 22 bzw. Sammellinse und eine Feldlinse 24 bzw. Kollektivlinse bzw. Vorderlinse auf.
Die in 3 gezeigte Kondensorlinse 22 ist angeordnet, um gegenüber dem Lichtquellen-Teil 12 im Kondensations-Teil 20 zu liegen, und ist eine lichtdurlässige Linse, die aus synthetischem Harz, z.B. Acrylharz, besteht. Die Kondensorlinse 22 ist eine Linsenanordnung, in der die Linsenelemente 22a angeordnet sind und die Anzahl der Linsenelemente 22a gleich der Anzahl der Leuchtelemente 16 ist. Die Linsenelemente 22a sind angeordnet, um jeweils gegenüber dem entsprechenden Leuchtelement 16 zu liegen. Jedes der Linsenelemente 22a weist eine erste Brechungsseite 22b auf einer Seite, die näher zum Lichtquellen-Teil 12 liegt, als eine einzige gemeinsame Ebene unter den Linsenelementen 22a auf. Jedes der Linsenelemente 22a hat ferner eine zweite Brechungsseite 22c auf einer Seite, die näher zur Flüssigkristalltafel 60 liegt, und die zweite Brechungsseite 22c weist eine individuelle, glatt konvexe Form auf.
Das Lichtquellenlicht, das durch den Brechungshandlung der Kondensorlinse 22 verdichtet ist, tritt in die Feldlinse 24 ein.
Die Feldlinse 24 ist z.B. eine lichtdurchlässige Linse, die aus synthetischem Harz, z.B. Acrylharz, besteht, und zwischen der Kondensorlinse 22 und der Flüssigkristalltafel 60 im Kondensations-Teil 20 angeordnet ist. Die Feldlinse 24 ist eine zusammengesetzte Fresnel-Linse. Im Besonderen hat die Feldlinse 24 eine einfallende optische Fläche 24a, die als eine glatte, einzige Ebene geformt ist, auf einer Seite, die näher zur Kondensorlinse 22 liegt. Darüber hinaus hat die Feldlinse 24 eine zusammengesetzte, optische Fläche 24b, auf der getrennte, optische Flächen 24c auf der Seite, die näher zur Flüssigkristalltafel 60 liegt, weitergehen. In 3 wird das Bezugszeichen 24b einem Teil der zusammengesetzten, optischen Fläche 24b zugeteilt und das Bezugszeichen 24c wird einem Teil der getrennten, optischen Fläche 24c zugeteilt.
Die Kodensorlinse 22 und die Feldlinse 24 weisen eine nicht beabsichtige Phasendifferenz aufgrund von übriggebliebener Spannung auf, die während einer Anfertigung gebildet wurde.
Das Lichtquellenlicht, das durch die Brechungshandlung der Kodensorlinse 22 und der Feldlinse 24 kondensiert wird, tritt in den Diffusions-Teil 30 ein.
Wie in 2 gezeigt, befindet sich der Diffusions-Teil 30 im optischen Pfad zwischen dem Lichtquellen-Teil 12 und der Flüssigkristalltafel 60. In dieser Ausführungsform ist der Diffusions-Teil 30 im optischen Pfad zwischen dem Kondensations-Teil 20 und dem Lichtpolarisator 40 angeordnet. Der Diffusions-Teil 30 ist in einer Plattenform geformt und besteht aus synthetischem Harz, z.B. Polyesterharz. Der Diffusions-Teil 30 weist eine lichtdurchlässige Platte und eine große Anzahl an kugelförmigen Perlen bzw. Kugeln auf, die eine Variation an unterschiedlichen Partikeldurchmessern haben und auf der Fläche der lichtdurchlässigen Platte befestigt sind. Das Lichtquellenlicht tritt in den Diffusions-Teil 30 ein, wird durch die Streuhandlung der Perlen gestreut und tritt in den Lichtpolarisator 40 ein.
Der Lichtpolarisator 40 ist im optischen Pfad zwischen dem Lichtquellen-Teil 12 und der Flüssigkristalltafel 60. In dieser Ausführungsform, ist der Lichtpolarisator 40 im optischen Pfad zwischen dem Kondensations-Teil 20 und dem Diffusions-Teil 30, und der Flüssigkristalltafel 60 angeordnet. In anderen Worten, der Lichtpolarisator 40 befindet sich näher zur Flüssigkeitsplatte 60 als zum Kondensations-Teil 20 und zum Diffusions-Teil 30. Der Lichtpolarisator 40 hat Eigenschaften, polarisiertes Licht entlang der Übertragungsachse 40a durchzulassen und polarisiertes Licht entlang eine Abschirmachse 40b, die die Übertragungsachse 40a schneidet, abzuschirmen (siehe auch 6). Der Lichtpolarisator 40 der ersten Ausführungsform ist ein Reflexions-Lichtpolarisator, der polarisiertes Licht entlang der Abschirmachse 40b reflektiert.
Im Besonderen ist der Lichtpolarisator 40 ein Drahtgitterpolarisator als der Reflexions-Lichtpolarisator. Der Lichtpolarisator 40 ist in der Form eines Films geformt und mehrere Drähte, die aus einem Metall, z.B. Aluminium, bestehen, sind in parallelen, vorgegebenen Zwischenräumen entlang der Filmfläche angeordnet. Die vorgegebenen Zwischenräume sind kleiner eingestellt als die Wellenlänge des Lichtquellenlichts, z.B. ungefähr 100-200 nm. Im Lichtpolarisator 40 entspricht die Ausdehnungsrichtung der Metalldrähte der Übertragungsachse 40a und die Anordnungsrichtung der Metalldrähte entspricht der Abschirmachse 40b.
Als Reflexions-Lichtpolarisator kann anstelle eines Drahtgitterpolarisators ein Lichtpolarisator übernommen werden, der das polarisierte Licht entlang der Abschirmachse 40b reflektiert, in dem mehrere optische Filme gestapelt sind, um Interferenzhandlungen zu produzieren.
Ein Teil des Lichtquellenlichts entlang der Übertragungsachse 40a tritt durch den Lichtpolarisator 40 und ein Teil des Lichtquellenlichts entlang der Abschirmachse 40b wird durch den Lichtpolarisator 40 in Richtung des Lichtquellen-Teils 12 reflektiert.
Der Reflexions-Teil 50 ist näher zum Lichtquellen-Teil 12 liegend angeordnet als der Lichtpolarisator 40. In der ersten Ausführungsform ist der Reflexions-Teil 50 näher zum Lichtquellen-Teil 12 liegend angeordnet als der Kondensations-Teil 20 und der Diffusions-Teil 30. Im Besonderen wird der Reflexions-Teil 50 durch Anbringen eines reflektierenden Films auf Teilen der Fläche der Platine 14 für Lichtquellen, die gegenüber der Flüssigkristalltafel 60 liegt, mit Ausnahme des Bereichs der Leuchtelemente 16, gebildet. Der Reflexions-Teil 50 reflektiert das Lichtquellenlicht, das in Richtung des Lichtquellen-Teils 12 durch den Lichtpolarisator 40 reflektiert wird, wieder in Richtung der Flüssigkristalltafel 60.
An dieser Stelle tritt das Lichtquellenlicht, das den Lichtpolarisator 40 wieder erreicht, indem es durch den Reflexions-Teil 50 reflektiert wird, jeweils zweimal durch den Diffusions-Teil 30 und den Kondensations-Teil 20, indem es zwischen dem Lichtpolarisator 40 und dem Reflexions-Teil 50 zurück und vor läuft. Wenn das Lichtquellenlicht während des Rundlaufs durch den Diffusions-Teil 30 tritt, erhält das Lichtquellenlicht die Depolarisationshandlung als die Diffusionshandlung. Wenn das Lichtquellenlicht während des Rundlaufs durch den Kondensations-Teil 20 tritt, ändert sich der Polarisationszustand verschiedenartig abhängig vom Übertragungsverlauf unter dem Einfluss der obengenannten Phasendifferenz, verursacht durch die übriggebliebene Spannung, und der Einfluss einer Abweichung eines polarisierten Lichts wird gleichzeitig zur Brechungshandlung erzeugt.
Folglich, wenn das Lichtquellenlicht, das das polarisierte Licht entlang der Abschirmachse 40b während der Zeit der Reflexion durch den Lichtpolarisator 40 war, den Lichtpolarisator 40 erneut durch den Reflexions-Teil 50 erreicht, kommt das Lichtquellenlicht, um das polarisierte Licht entlang der Übertragungsachse 40a aufzunehmen. Auf diese Weise tritt ein Teil des polarisierten Lichts des Lichtquellenlichts, das den Lichtpolarisator 40 wieder erreicht hat, entlang der Übertragungsachse 40a durch den Lichtpolarisator 40.
Wie in den 2,4 und 5 gezeigt, wird die Flüssigkristalltafel 60 unter Verwendung eines Dünnschichttransistors bzw. Thin Film Transistors (TFT) wie z.B. einer Aktivmatrix-Flüssigkristalltafel gebildet, die aus mehreren zweidimensional angeordneten Flüssigkristallpunkten 60a gebildet ist. Die Flüssigkristalltafel 60 weist eingebaut ein Lichtpolarisatorenpaar 61 und 62 für Flüssigkristalle und eine Flüssigkristallschicht 64, die zwischen dem Lichtpolarisatorenpaar 61 und 62 für Flüssigkristalle in einem gestapelten Zustand angeordnet ist, auf.
Wie in 6 gezeigt, hat der Lichtpolarisator 61 für Flüssigkristalle des Lichtpolarisatorenpaares 61 und 62 für Flüssigkristalle, der näher zum Lichtquellen-Teil 12 liegt, Eigenschaften polarisiertes Licht entlang der Übertragungsachse 61a durchzulassen und polarisiertes Licht entlang der Abschirmachse 61b, die die Übertragungsachse schneidet 61a, abzuschirmen. Gleichermaßen hat der Lichtpolarisator 62 für Flüssigkristalle, der näher zur Windschutzscheibe 3 (und zwar näher zum Lichtzuführ-Teil 70 liegt) liegt auch Eigenschaften polarisiertes Licht entlang der Übertragungsachse 62a durchzulassen und polarisiertes Licht entlang der Abschirmachse 62b, die die Übertragungsachse 62a schneidet, abzuschirmen. Das Lichtpolarisatorenpaar 61 und 62 für Flüssigkristalle ist so angeordnet, dass die Übertragungsachsen 61a und 62a im Wesentlichen senkrecht zueinander sind. Jeder der Lichtpolarisatoren 61 und 62 für Flüssigkristalle ist ein Absorptions-Lichtpolarisator, der polarisiertes Licht entlang der Abschirmachse 61b, 62b absorbiert.
Im Speziellen ist jeder der Lichtpolarisatoren 61 und 62 für Flüssigkristalle ein Absorptions-Lichtpolarisator, der gebildet wird, indem Iod, das ein Dichroismus-Pigment von Polyvinylalkohol ist, hinzugefügt wird. Jeder der Lichtpolarisatoren 61 und 62 für Flüssigkristalle weist die Übertragungsachsen 61a, 62a und die Abschirmachsen 61b, 62b auf, die im Wesentlichen aufgrund der lodmodlekühlausrichtung senkrecht zueinander sind.
Der Lichtpolarisator 61 für Flüssigkristalle, der näher zum Lichtquellen-Teil 12 liegt, ist relativ zum Lichtpolarisator 40 angeordnet, so dass die Übertragungsachsen 61a und 40a miteinander zusammenpassen und, dass die Abschirmachsen 61b und 40b miteinander zusammenpassen. In dieser Ausführungsform, bei der der Lichtpolarisator 61 für Flüssigkristalle und der Lichtpolarisator 40 in einer Stapelrichtung LD zu sehen sind, die die Dicke der Flüssigkristalltafel 60 definiert, ist die Anordnung so eingestellt, dass die Übertragungsachsen 61a und 40a exakt miteinander übereinanderliegen.
Das polarisierte Licht des Lichtquellenlichts, das durch den Lichtpolarisator 40 tritt, ist entlang der Übertragungsachse 40a polarisiert und tritt ferner durch den Lichtpolarisator 61 für Flüssigkristalle mit einer hohen Durchlässigkeit. In anderen Worten, das polarisierte Licht entlang der Abschirmachse 61b tritt kaum in den Flüssigkristall-Lichtpolarisator 61 ein. In dieser in 2 gezeigten Ausführungsform ist der Lichtpolarisator 40 mit der Flüssigkristalltafel 60 ohne Lücke verbunden.
Darüber hinaus, wie in 4 gezeigt, weist die Flüssigkristalltafel 60 ein durchsichtiges Elektrodenpaar 63a und 63b auf. Die durchsichtige Elektrode 63a ist zwischen dem Lichtpolarisator 61 und der Flüssigkristallschicht 64 und die durchsichtige Elektrode 63b ist zwischen dem Lichtpolarisator 62 und der Flüssigkristallschicht 64. Die Flüssigkristallschicht 64 ist zwischen der durchsichtigen Elektrode 63a und der durchsichtigen Elektrode 63b. Die Flüssigkristallschicht 64 ist mit einer Lösung gefüllt, in der der Hauptbestandteil Flüssigkristallmoleküle, z.B. nematischer Flüssigkristall, ist. Eine Spannung ist an das Paar durchsichtige Elektroden 63a und 63b an jeden der einzelnen Flüssigkristallbildpunkte 60a angelegt, um die Molekularausrichtung der Flüssigkristalle zu steuern. Dadurch ist es möglich, die Polarisationsrichtung des Lichtquellenlichts, das durch die Flüssigkristallschicht 64 tritt, entsprechend der angelegten Spannung an der Flüssigkristallschicht 64, zu ändern.
Die Dicke der Flüssigkristallschicht 64 ist so eingestellt, dass sich die Polarisationsrichtung des Lichts, das senkrecht in Stapelrichtung LD der Flüssigkristalltafel 60 eintritt, um 90 Grad nach Durchtreten der Flüssigkristallschicht 64 ändert, in einem Fall, dass eine vorher festgelegte Spannung (z.B. 0 V) angelegt ist, was einem Anwenden einer maximale Durchlässigkeit entspricht. Da sich die Polarisationsrichtung des Lichtquellenlichts um 90 Grad zwischen den Lichtpolarisatoren 61 und 62 für Flüssigkristalle ändert, kann das Lichtquellenlicht durch den Lichtpolarisator 62 für Flüssigkristalle treten, der näher zur Windschutzscheibe 3 liegt.
Darüber hinaus, wie in 5 gezeigt, bildet jeder der Flüssigkristallpixel 60a einen Verdrahtungsteil 65, der ein Teil ist, der kein Bild bildet, und eine Öffnung 66, die ein Bild bilden kann. Die Öffnung 66 ist geöffnet und vom Verdrahtungsteil 65 umgeben. Darüber hinaus ist zum Bilden eines Bildes ein Farbfilter 67 in die Flüssigkristalltafel 60 gestapelt.
Die Durchlässigkeit des einfallenden Lichtquellenlichts wird durch das Steuern der angelegten Spannung in jedem der Flüssigkristallpunkte 60a gesteuert. Deshalb kann die Flüssigkristalltafel 60 ein Bild bilden, indem ein Teil des Lichtquellenlichts durchgelassen wird.
Wie in 2 gezeigt, wird das Licht des projizierten Bildes dem Lichtzuführ-Teil 70 zugeführt, da ein Teil der Flüssigkristalltafel 60, der näher zum Lichtzuführ-Teil 70 liegt, vom Projektorgehäuse 10a exponiert ist. Der Lichtzuführ-Teil 70 ist ein optisches System, das das Licht des Bildes der Projektionsmaschine 10 in Richtung der Windschutzscheibe 3 zuführt. Der Lichtzuführ-Teil 70 weist einen Planspiegel 72 und einen Konkavspiegel 74 auf.
Der Planspiegel 72 wird beispielsweise durch Aufdampfen von Aluminium als eine Reflexionsfläche 72a auf die Fläche des Basismaterials, das aus synthetischem Harz oder Glas besteht, gebildet. Die Reflexionsfläche 72a ist auf der Seite, die der Flüssigkristalltafel 60 und dem Konkavspiegel 74 gegenüberliegt, gebildet und ist in der Form einer flachen Ebene geformt. Der Planspiegel 72 reflektiert das Licht des Bildes von der Flüssigkristalltafel 60 in Richtung des Konkavspiegels 74.
Der Konkavspiegel 74 wird beispielsweise durch Aufdampfen von Aluminium als eine Reflexionsfläche 74a auf die Fläche des Basismaterials, das aus synthetischem Harz oder Glas besteht, gebildet. Die Reflexionsfläche 74a ist auf der Seite, die dem Planspiegel 72 und der Windschutzscheibe 3 gegenüberliegt, gebildet und ist in der Form einer glatt gebogenen Fläche geformt, bei der das Zentrum des Konkavspielgels 74 vertieft ist. Der Konkavspiegel 74 reflektiert das Licht des Bildes vom Planspiegel 72 in Richtung der Windschutzscheibe 3 durch eine Öffnung 80a, die im Gehäuse 80 gebildet ist.
Der Einsatz und die Wirkung der obenstehenden ersten Ausführungsform wird nachfolgend erklärt.
Gemäß der ersten Ausführungsform weist die Flüssigkristalltafel 60 eingebaut ein Polarisatorenpaar 61 und 62 für Flüssigkristalle und eine Flüssigkristallschicht 64 zwischen den Lichtpolarisatoren 61 und 62 für Flüssigkristalle im gestapelten Zustand auf. Der Zusatzpolarisator 40 ist im optischen Pfad zwischen dem Lichtquellen-Teil 12 und der Flüssigkristalltafel 60 angeordnet. Aufgrund der Anordnung wird das polarisierte Licht des Lichtquellenlichts vom Lichtquellen-Teil 12 entlang der Abschirmachse 40b des Zusatz-Lichtpolarisators 40 durch den Zusatz-Lichtpolarisator 40 abgeschirmt bevor es die Flüssigkristalltafel 60 erreicht. Das heißt, das polarisierte Licht des Lichtquellenlichts entlang der Übertragungsachse 40a des Zusatz-Lichtpolarisators 40 wandert in Richtung der Flüssigkristalltafel 60.
Der Zusatz-Lichtpolarisator 40 und der Lichtpolarisator 61 für Flüssigkristalle, der näher zum Lichtquellen-Teil 12 liegt, sind so angeordnet, dass die Übertragungsachsen 40a und 61a miteinander zusammenpassen und, dass die Abschirmachsen 40b und 61b miteinander zusammenpassen. Daher wird das Lichtquellenlicht, das durch den Zusatz-Lichtpolarisator 40, das ein polarisiertes Licht entlang der Übertragungsachse 40a ist, kaum durch den Lichtpolarisator 61 für Flüssigkristalle, der näher zum Lichtquellen-Teil 12 liegt, abgeschirmt und ein Bild wird gebildet. Auf diese Weise kann ein Bild mit der Flüssigkristalltafel 60 in gestapeltem Zustand gebildet werden, während ein Anstieg der Temperatur der Flüssigkristalltafel 60 eingeschränkt wird, der durch Umwandlung des Lichtquellenlichts in Wärme im Lichtpolarisator 61 für Flüssigkeitskristalle verursacht wird, der näher zum Lichtquellen-Teil 12 liegt. Durch das Obengenannte kann eine HUD-Vorrichtung 100 mit einer hohen Haltbarkeit angeboten werden, während eine Verschlechterung des Bildes kontrolliert wird.
Darüber hinaus, gemäß der ersten Ausführungsform, ist der Zusatz-Lichtpolarisator 40 im optischen Pfad zwischen dem Diffusions-Teil 30 und der Flüssigkristalltafel 60 angeordnet. Daher, sogar falls das polarisierte Licht des Lichtquellenlichts, das durch den Diffusions-Teil 30 diffundiert wird, gleichzeitig zur Diffusionshandlung gestört ist, wird das polarisierte Licht, das durch den Zusatz-Lichtpolarisator 40 tritt, für den Lichtpolarisator 61 für Flüssigkristalle geeignet sein, der näher zum Lichtquellenteil 12 liegt, und tritt in den Lichtpolarisator 61 für Flüssigkristalle ein. Dadurch wird ein Anstieg der Temperatur der Flüssigkristalltafel 60 eingeschränkt, der durch die Umwandlung des Lichtquellenlichts in Wärme im Lichtpolarisator 61 für Flüssigkristalle verursacht wird. Auf diese Weise, kann die Haltbarkeit der HUD-Vorrichtung 100 verbessert werden, während die Qualität eines Bildes durch Verwendung der Diffusion gesteigert wird.
Darüber hinaus ist, gemäß der ersten Ausführungsform, der Zusatz-Lichtpolarisator 40 im optischen Pfad zwischen dem Kondensations-Teil 20 und der Flüssigkristalltafel 60 angeordnet. Daher, sogar falls eine Abweichung etc. des polarisierten Lichts des Lichtquellenlichts, das durch den Kondensations-Teil 20 kondensiert wird, gleichzeitig zur Kondensationshandlung auftritt, wird das Lichtquellenlicht, das durch den Zusatz-Lichtpolarisator 40 tritt, ein polarisiertes Licht, das für den Lichtpolarisator 61 für Flüssigkristalle geeignet ist, der näher zum Lichtquellen-Teil 12 liegt, und tritt in den Lichtpolarisator 61 für Flüssigkristalle ein. Dadurch kann der Anstieg der Temperatur der Flüssigkristalltafel 60 eingeschränkt werden, der durch die Umwandlung des Lichtquellenlichts in Wärme im Lichtpolarisator 61 für Flüssigkristalle verursacht wird. Auf diese Weise kann die Haltbarkeit der HUD-Vorrichtung 100 verbessert werden, während die Qualität des Bildes durch die Verwendung der Kondensation gesteigert wird.
Darüber hinaus ist, gemäß der ersten Ausführungsform, der Zusatz-Lichtpolarisator 40 ein Reflexions-Lichtpolarisator, der polarisiertes Licht entlang einer Abschirmachse 40b in Richtung des Lichtquellen-Teils 12 reflektiert. Dadurch kann die Umwandlung des Lichtquellenlichts in Wärme um die Flüssigkristalltafel 60 herum durch die Reflexion in Richtung des Lichtquellen-Teils 12 eingeschränkt werden.
Darüber hinaus, gemäß der ersten Ausführungsform, ist der Reflexions-Teil 50 näher zum Lichtquellen-Teil 12 liegend angeordnet als der Zusatz-Lichtpolarisator 40, um das Lichtquellenlicht, das durch den Zusatz-Lichtpolarisator 40 reflektiert wird, wieder in Richtung der Flüssigkristalltafel 60 zu reflektieren. Ein Teil der Lichtquellenlichts, das durch den Reflexions-Teil 50 reflektiert wird, kann wiederverwendet werden, indem es durch den Zusatz-Lichtpolarisator 40 tritt, und die Leuchtkraft des Bildes kann gesteigert werden. Auf diese Weise kann die Qualität des Bildes gesteigert werden.
Darüber hinaus, gemäß der ersten Ausführungsform, ist der Zusatz-Lichtpolarisator 40 mit der Flüssigkristalltafel 60 verbunden. Dadurch kann die Zunahme der Anzahl der Komponenten, die durch die HUD-Vorrichtung 100 gehalten werden, sogar dann eingeschränkt werden, falls der Lichtpolarisator 40 hinzugefügt wird.
(Zweite Ausführungsform)
Wie in 7 gezeigt, ist die zweite Ausführungsform eine Modifikation der ersten Ausführungsform. Die zweite Ausführungsform wird beschrieben, indem der Fokus auf einen von der ersten Ausführungsform verschiedenen Punkt gelegt wird.
In der zweiten Ausführungsform ist, ähnlich der ersten Ausführungsform, ein Lichtpolarisator 240, der dem Lichtpolarisator 40 entspricht, im optischen Pfad zwischen dem Kondensations-Teil 20 und dem Diffusions-Teil 230, und der Flüssigkristalltafel 260 angeordnet. In anderen Worten, der Lichtpolarisator 240 ist näher zur Flüssigkristalltafel 260 liegend angeordnet als der Kondensations-Teil 20 und der Diffusions-Teil 230. Der Lichtpolarisator 240 ist jedoch mit dem Diffusions-Teil 230 verbunden und ist durch den Abstand SP relativ zur Flüssigkristalltafel 260 angeordnet.
Darüber hinaus ist der Lichtpolarisator 240 ein Absorptions-Lichtpolarisator, der polarisiertes Licht entlang einer Abschirmachse 40b absorbiert. Im Speziellen ist der Lichtpolarisator 240, ähnlich dem Lichtpolarisatorenpaar 61 und 62 für Flüssigkristalle, ein Absorptions-Lichtpolarisator, der durch das Hinzufügen von Iod gebildet wird, das ein Dichroismuspigmet von Polyvinylalkohol ist. Der Lichtpolarisator 240 weist die Übertragungsachse 40a und die Abschirmachse 40b auf, die aufgrund der lodmolekülausrichtung näherungsweise senkrecht zueinander sind.
Ferner wird der Reflexions-Teil 50 nicht in die HUD-Vorrichtung 200 der zweiten Ausführungsform gebildet.
Gemäß der zweiten Ausführungsform, ist der Lichtpolarisator 240 so zum Lichtpolarisator 61 für Flüssigkristalle des Lichtpolarisatorenpaares 61 und 62 für Flüssigkristalle, der näher zum Lichtquellen-Teil 12 liegt, angeordnet, dass die Übertragungsachsen 40a und 61a miteinander zusammenpassen und, dass die Abschirmachsen 40b und 61b miteinander zusammenpassen. Daher werden ein Einsatz und ein Effekt ähnlich der ersten Ausführungsform möglich.
Darüber hinaus ist, gemäß der zweiten Ausführungsform, der zusätzliche Lichtpolarisator 240 ein Absorptions-Lichtpolarisator, der polarisiertes Licht entlang der Abschirmachse 40b abschirmt und der durch den Abstand SP relativ zur Flüssigkristalltafel 260 angeordnet ist. Da der Abstand SP dafür sorgt, dass die Wärme des Lichtquellenlichts, die durch den zusätzlichen Lichtpolarisator 240 aufgenommen wird schwer zur Flüssigkristalltafel 260 gelangt, kann die Haltbarkeit der HUD-Vorrichtung 200 gesteigert werden.
(andere Ausführungsformen)
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben erwähnten Ausführungsformen begrenzt und kann für verschiedene Ausführungsformen und deren Kombinationen, innerhalb der Reichweite der Erfindung angewendet werden, die nicht vom Geltungsbereich abweichen.
Im Speziellen kann als eine in 8 gezeigte erste Modifikation der Lichtzuführ-Teil 70 nur einen Konkavspiegel 74 und keinen Planspiegel 72 aufweisen.
Als eine zweite Modifikation können verschiedene optische Elemente, wie z.B. ein Reflexionsspiegel, eine Linse, ein Prisma, eine Polarisationsfilterplatte, ein Verzögerungsfilm und ein optischer Filter, zum Lichtzuführ-Teil 70 hinzugefügt werden.
Als eine dritte Modifikation kann der Zusatz-Lichtpolarisator 240 der zweiten Ausführungsform ein Reflexions-Lichtpolarisator anstelle eines Absorption-Lichtpolarisators sein. Sogar wenn der zusätzliche Lichtpolarisator 240 ein Reflexions-Polarisator ist, ist der Zusatz-Lichtpolarisator 240 mit dem Diffusions-Teil 230 verbunden und zur Flüssigkristalltafel 260 durch den Abstand SP angeordnet. Sogar wenn der Zusatz-Lichtpolarisator 240 ein Reflexions-Lichtpolarisator ist, ist es nicht immer notwendig einen Reflexions-Teil 50 zu bilden.
Als eine vierte Modifikation kann der Zusatz-Lichtpolarisator 40 durch die Form eines Brettes gebildet sein, das nicht mit den anderen Komponenten verbunden ist, und unabhängig am Projektorgehäuse 10a gehalten werden.
Als eine fünfte Modifikation kann der Reflexions-Teil 50 das Lichtquellenlicht, das durch den Lichtpolarisator 40 reflektiert wird, wieder in Richtung der Flüssigkristalltafel 60 reflektieren, indem der Lötabdecklack auf der Fläche der Platine 14 für Lichtquellen eine helle Farbe (z.B. weiß) aufweist.
Als eine sechste Modifikation kann der Kondensations-Teil 20, der das Lichtquellenlicht des Lichtquellen-Teils 12 kondensiert, eine Linse und eine Linsengruppe, die mehr als drei Linsen aufweist, sein.
Als eine siebte Modifikation kann eine HUD-Vorrichtung 100 mindestens einen nicht aufweisen, Kondensations-Teil 20 und Diffusions-Teil 30.
Als eine achte Modifikation sind andere Antriebssystem außer das TN-System (Twisted Nematic) beispielsweise auch ein VA-System (Vertical Alignment), ein IPS-System (In-Pace-Switching) usw. als die Flüssigkristalltafel arbeitsfähig. Drüber hinaus kann auch eine passivmatrixartige Tafel als die Flüssigkristalltafel übernommen werden.
Als eine neunte Modifikation kann die vorliegende Erfindung für verschiedene bewegliche Körper (Transportmaschinen), z.B. Schiff oder Flugzeug oder einem anderen als das Fahrzeug 1, angewendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2015226956 [0001]
JP 2007086387 A [0003, 0005]

Claims

Head-up-Display-Vorrichtung, die ein virtuelles Bild durch Projizieren eines Bildes auf eine Projektionskomponente (3) anzeigt, um für einen Insassen in einem beweglichen Körper (1) sichtbar zu sein, wobei die Head-Up-Display-Vorrichtung aufweist: einen Lichtquellen-Teil (12), der Lichtquellenlicht aussendet; eine Flüssigkristalltafel (60, 260), die eingebaut ein Polarisatorenpaar (61, 62) für Flüssigkristalle und eine Flüssigkristallschicht (64), die zwischen den Polarisatoren in einem gestapelten Zustand angeordnet ist, aufweist, um das Bild zu bilden, indem ein Teil des Lichtquellenlichts durchgelassen wird; und einen Zusatzpolarisator (40, 240), der in einem optischen Pfad zwischen dem Lichtquellen-Teil und der Flüssigkristalltafel angeordnet ist, wobei, der Zusatzpolarisator und das Polarisatorenpaar für Flüssigkristalle Eigenschaften haben, polarisiertes Licht entlang einer Übertragungssachse (40a, 61a, 62a) zu übertragen und polarisiertes Licht entlang einer Abschirmachse (40b, 61b, 62b), die die Übertragungssachse schneidet, abzuschirmen, und der Zusatzpolarisator derart angeordnet ist, dass die Übertragungssachse (40a, 61a) und die Abschirmachse (40b, 61b) jeweils mit denen des Flüssigkristallpolarisators (61) des Polarisatorenpaares für Flüssigkristalle zusammenpassen, der näher zum Lichtquellen-Teil liegt.
Head-Up-Display-Vorrichtung nach Anspruch 1 weiterhin aufweisend: einen Diffusions-Teil (30, 230), der im optischen Pfad zwischen dem Lichtquellen-Teil und der Flüssigkristalltafel angeordnet ist, um das Lichtquellenlicht zu diffundieren, wobei der Zusatzpolarisator im optischen Pfad zwischen dem Diffusions-Teil und der Flüssigkristalltafel angeordnet ist.
Head-Up-Display-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 weiterhin aufweisend: einen Kondensations-Teil (20), der im optischen Pfad zwischen dem Lichtquellen-Teil und der Flüssigkristalltafel angeordnet ist, um das Lichtquellenlicht zu kondensieren, wobei der Zusatzpolarisator im optischen Pfad zwischen dem Kondensations-Teil und der Flüssigkristalltafel angeordnet ist.
Head-Up-Display-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Zusatzpolarisator ein Reflexionspolarisator ist, der das polarisierte Licht entlang der Abschirmachse in Richtung des Lichtquellen-Teils reflektiert.
Head-Up-Display-Vorrichtung nach Anspruch 4, weiterhin aufweisend: einen Reflexions-Teil (50), der näher zum Lichtquellen-Teil liegend angeordnet ist als der Zusatzpolarisator, wobei der Reflexions-Teil das Lichtquellenlicht, das vom Zusatzpolarisator reflektiert wird, wieder in Richtung der Flüssigkristalltafel reflektiert.
Head-Up-Display-Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Zusatzpolarisator mit der Flüssigkristalltafel verbunden ist.
Head-Up-Display-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Zusatzpolarisator ein Absorptionspolarisator ist, der das polarisierte Licht entlang der Abschirmachse absorbiert und durch einem Abstand (SP) relativ zur Flüssigkristalltafel angeordnet ist.