DE112016005483B4 - Head-Up-Display - Google Patents

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DE112016005483B4
DE112016005483B4 DE112016005483.1T DE112016005483T DE112016005483B4 DE 112016005483 B4 DE112016005483 B4 DE 112016005483B4 DE 112016005483 T DE112016005483 T DE 112016005483T DE 112016005483 B4 DE112016005483 B4 DE 112016005483B4
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Abstract

Head-Up-Display (100), das bewirkt, dass ein Beobachter (D) ein virtuelles Bild (I) visuell erkennt, das Head-Up-Display (100) umfassend:eine Anzeigevorrichtung (110), die ein Bild darstellt; undein optisches Projektionssystem (120), das das auf der Anzeigevorrichtung (110) dargestellte Bild auf den Beobachter (D) projiziert, wobei das optische Projektionssystem (120) eine Linse (121) umfasst, wobeiein Referenzstrahl (Lc) ein Strahl ist, der eine Mitte eines Beobachtungsbereichs (300) des Beobachters erreicht und einer Mitte des virtuellen Bildes (I) entspricht,ein Referenz-Außenstrahl (Lo) ein Strahl ist, der die Mitte des Beobachtungsbereichs (300) des Beobachters erreicht und einem linken Ende des virtuellen Bildes (I) entspricht,eine Einfallsfläche der Linse (121) eine Oberfläche ist, die der Anzeigevorrichtung (110) auf dem Referenzstrahl (Lc) zugewandt ist,eine Austrittsfläche der Linse (121) eine Oberfläche auf einer der Einfallsfläche gegenüberliegenden Seite auf dem Referenzstrahl (Lc) ist,der Ursprung (O) ein Schnittpunkt des Referenzstrahls mit der Einfallsfläche (P) ist,eine X-Achsen-Richtung eine Richtung einer Geraden ist, die den Ursprung (O) und einen Schnittpunkt einer Tangentenebene (P) der Einfallsfläche im Ursprung (O) mit dem Referenz-Außenstrahl (Lo) umfasst, undeine Y-Achsen-Richtung eine Richtung senkrecht zurX-Achsen-Richtung in der Tangentenebene (P) ist,die Linse (121) angeordnet und dabei bezüglich des Referenzstrahls (Lc) geneigt ist,die Einfallsfläche eine konkave Oberfläche aufweist, die der Anzeigevorrichtung (110) in der X-Achsen-Richtung zugewandt ist, undeine Krümmung der Einfallsfläche in der Y-Achsen-Richtung kleiner ist als eine Krümmung der Einfallsfläche in der X-Achsen-Richtung.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Head-Up-Display, das Licht auf ein transparentes Reflexionselement projiziert, um ein virtuelles Bild darzustellen.
  • Technischer Hintergrund
  • US 2013 / 0 100 524 A1 offenbart eine Mikrodisplay-basiertes Head-Up-Display-System, das ein Mikrodisplay-basiertes Projektionssystem, einen Diffuser, ein optisches Weiterleitungssystem und einen Kombinierer umfasst. Das Mikrodisplay-basierte Head-Up-Display-System weist Aberrationskorrekturfähigkeiten auf und kann einfach und effizient ein CRT-basiertes-HUD-System in Flugzeugen ersetzen, wobei ein geringes Gewicht und überlegene Multi-Farb-Bildgebungsfähigkeiten mit einem großen Gesichtsfeld geleistet werden.
  • Um einen optischen Abtaster bereitzustellen, der unter Sicherstellen von Helligkeit und Bildqualität eine Verkleinerung erlaubt, wird in JP 2013 - 041182 A vorgeschlagen, dass der optische Abtaster ein optisches Einfallssystem mit einem Lichtquellenelement und einer Kopplungslinse, auf die ein vom Lichtquellenelement emittierter Lichtstrahl einfällt, einen optischen Ablenker zum zweidimensionalen Ablenken des vom dem optischen Einfallssystem emittierten Lichtstrahls und ein optisches Abtastsystem aufweist, das einen konkaven Spiegel, auf den der vom dem optischen Ablenker abgelenkte Lichtstrahl einfällt, und eine transmittierend abgetastete Oberfläche aufweist, auf der durch Einfall des vom dem konkaven Spiegel reflektierten Lichtstrahl ein zweidimensionales Bild gebildet wird. Das Vorzeichen des Ablenkungswinkels auf einer Reflektionsoberfläche des optischen Ablenkers ist entgegengesetzt zu dem Vorzeichen des Ablenkungswinkels am konkaven Spiegel.
  • Um eine optische Abtasteinheit, die einen großen Abtastwinkel unter Verwendung eines optischen Ablenkelements mit einem kleinen Ablenkungswinkel realisiert, einen Bildprojektor, der große zwei-dimensionale Bilder in einem sehr engen Bereich projizieren, und ein Fahrzeug-Heap-Up-Display bereitzustellen, das den Bildprojektor nutzt, wird in JP 2010-049232 A vorgeschlagen, dass eine optische Abtasteinheit mit einem Divergenzlichtumsetzungselement, dass eine derart positive Brechkraft zum Umsetzen von divergentem Licht von der Lichtquelle in konvergentes Licht zum Bilden eines Flecks auf einem Projektionsobjekt besitzt, einem optischen Ablenkungselement, das einen Lichtstrahl von dem Divergenzlichtumsetzungselement in einer ersten Abtastrichtung und einer zweiten Abtastrichtung senkrecht zur ersten Abtastrichtung ablenkt, und einem Ablenkungswinkelumsetzungselement versehen ist, das eine derart negative Brechkraft zum Umsetzen eines Ablekungswinkels des von dem optischen Ablenkungselements abgelenkten Lichts besitzt.
  • PTL 1 offenbart eine Head-Up-Display-Vorrichtung, die ein angezeigtes Bild auf eine Windschutzscheibe projiziert. Die Head-Up-Display-Vorrichtung umfasst ein Flüssigkristalldisplay, eine Standard-Lichtquelle, einen Konkavspiegel und eine Konkavlinse. Das Flüssigkristalldisplay erzeugt ein Basisbild, das die Grundlage eines dargestellten Bildes ist. Die Standard-Lichtquelle strahlt Licht von einer hinteren Oberflächen-Seite in Richtung des Flüssigkristalldisplays. Der Konkavspiegel reflektiert ein Lichtbild des Basisbildes, um ein dargestelltes Bild auf eine Windschutzscheibe zu projizieren. Die Konkavlinse weist eine pianokonkave Linsenform auf, bei der eine ebene Oberfläche in Richtung einer Flüssigkristalldisplay-Seite orientiert ist. Die Konkavlinse ist zwischen dem Flüssigkristalldisplay und dem Konkavspiegel angeordnet.
  • PTL 2 offenbart eine Head-Up-Display-Vorrichtung, die ein angezeigtes Bild auf eine Windschutzscheibe projiziert. Die Head-Up-Display-Vorrichtung umfasst ein Flüssigkristalldisplay, eine Standard-Lichtquelle, einen Konkavspiegel und eine Linse mit Freiform-Oberfläche. Das Flüssigkristalldisplay erzeugt ein Basisbild, das die Grundlage eines dargestellten Bildes ist. Die Standard-Lichtquelle strahlt Licht von einer hinteren Oberflächen-Seite in Richtung des Flüssigkristalldisplays. Der Konkavspiegel reflektiert ein Lichtbild des Basisbildes, um ein dargestelltes Bild auf die Windschutzscheibe zu projizieren. Die Linse mit Freiform-Oberfläche weist eine pianokonkave Linsenform auf, bei der eine ebene Oberfläche in Richtung einer Flüssigkristalldisplay-Seite orientiert ist. Die Linse mit Freiform-Oberfläche ist zwischen dem Flüssigkristalldisplay und dem Konkavspiegel angeordnet.
  • Liste der Anführungen
  • Patentliteratur
    • PTL 1: Ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. JP 2004-126025 A
    • PTL 2: Ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. JP 2011-247997 A
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technische Aufgabe
  • Die vorliegende Offenbarung schafft ein Head-Up-Display, das ein virtuelles Bild mit hohem Kontrast und geringen Verzerrungen darstellt, um durch externes Licht verursachtes Streulicht effektiv zu verhindern.
  • Lösung der Aufgabe
  • Ein Head-Up-Display der vorliegenden Offenbarung ist in Anspruch 1 definiert.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Das Head-Up-Display der vorliegenden Offenbarung ist effektiv für die Darstellung des virtuellen Bildes mit hohem Kontrast und geringen Verzerrungen, um durch externes Licht verursachtes Streulicht zu verhindern.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Zeichnung, die ein Fahrzeug darstellt, das mit einem Head-Up-Display gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform ausgestattet ist.
    • 2 ist eine schematische Zeichnung, die eine Konfiguration des Head-Up-Displays der ersten beispielhaften Ausführungsform zeigt.
    • 3 ist eine schematische Zeichnung, die die Konfiguration des Head-Up-Displays der ersten beispielhaften Ausführungsform zeigt.
    • 4 ist eine schematische Zeichnung, die eine Konfiguration eines optischen Projektionssystems der ersten beispielhaften Ausführungsform zeigt.
    • 5 ist eine schematische Zeichnung, die die Konfiguration des optischen Projektionssystems der ersten beispielhaften Ausführungsform zeigt.
    • 6 ist eine schematische Zeichnung, die einen Zustand zeigt, in dem externes Licht auf das Head-Up-Display der ersten beispielhaften Ausführungsform einfällt.
    • 7 ist eine schematische Zeichnung, die eine Konfiguration eines Head-Up-Displays gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform zeigt.
    • 8 ist eine schematische Zeichnung, die einen Zustand zeigt, in dem das externe Licht auf das Head-Up-Display der zweiten beispielhaften Ausführungsform einfällt.
    • 9 ist eine schematische Zeichnung, die eine Konfiguration eines Head-Up-Displays gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform zeigt.
    • 10 ist eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem das externe Licht auf das Head-Up-Display der dritten beispielhaften Ausführungsform einfällt.
    • 11 ist eine Ansicht, die den Betrieb des Head-Up-Displays der dritten beispielhaften Ausführungsform zeigt.
    • 12 ist eine schematische Zeichnung, die eine Konfiguration eines Head-Up-Displays gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform zeigt.
    • 13 ist eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem das externe Licht auf das Head-Up-Display der vierten beispielhaften Ausführungsform einfällt.
    • 14 ist eine Ansicht, die den Betrieb des Head-Up-Displays der vierten beispielhaften Ausführungsform zeigt.
    • 15 ist eine schematische Zeichnung, die ein Fahrzeug darstellt, das mit einem Head-Up-Display einer fünften beispielhaften Ausführungsform ausgestattet ist.
    • 16 ist eine schematische Zeichnung, die die Konfiguration des Head-Up-Displays der fünften beispielhaften Ausführungsform zeigt.
    • 17 ist eine Ansicht, die den Betrieb des Head-Up-Displays der fünften beispielhaften Ausführungsform zeigt.
    • 18A ist eine Ansicht, die eine Linsenform der ersten bis vierten beispielhaften Ausführungsform zeigt.
    • 18B ist eine Ansicht, die eine Linsenform der ersten bis vierten beispielhaften Ausführungsform zeigt.
    • 18C ist eine Ansicht, die eine Linsenform der ersten bis vierten beispielhaften Ausführungsform zeigt.
    • 18D ist eine Ansicht, die eine Linsenform der ersten bis vierten beispielhaften Ausführungsform zeigt.
    • 19A ist eine Ansicht, die eine Linsenform der fünften beispielhaften Ausführungsform zeigt.
    • 19B ist eine Ansicht, die eine Linsenform der fünften beispielhaften Ausführungsform zeigt.
    • 19C ist eine Ansicht, die eine Linsenform der fünften beispielhaften Ausführungsform zeigt.
    • 19D ist eine Ansicht, die eine Linsenform der fünften beispielhaften Ausführungsform zeigt.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Nachstehend sind beispielhafte Ausführungsformen ggf. unter Bezugnahme auf die Zeichnung genau beschrieben. Jedoch können genaue Beschreibungen, die über das Notwendige hinausgehen, weggelassen sein. Zum Beispiel können eine genaue Beschreibung von Gegenständen, die bereits wohl bekannt ist, und eine wiederholte Beschreibung für eine im Wesentlichen identische Anordnung weggelassen sein. Solche Weglassungen haben das Ziel, zu verhindern, dass die folgende Beschreibung mehr als erforderlich redundant ist, und Fachleuten dabei zu helfen, die folgende Beschreibung leicht zu verstehen.
  • Zu beachten ist, dass die angefügte Zeichnung und die folgende Beschreibung für Fachleute vorgesehen sind, um die vorliegende Offenbarung vollständig zu verstehen, und dass sie den Gegenstand nicht einschränken sollen, wie er in den angefügten Ansprüchen beschrieben ist.
  • (Erste beispielhafte Ausführungsform)
  • Im Nachfolgenden ist eine erste beispielhafte Ausführungsform unter Bezugnahme auf 1 bis 6 beschrieben.
  • [1-1. Aufbau]
  • [1-1-1. Gesamtaufbau des Head-Up-Displays]
  • Im Nachfolgenden werden spezielle beispielhafte Ausführungsformen und Beispiele des Head-Up-Displays 100 der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • 1 ist eine Ansicht, die einen Teil des Fahrzeugs 200 zeigt, das mit dem Head-Up-Display 100 der vorliegenden Offenbarung ausgestattet ist. Wie in 1 gezeigt, ist das Head-Up-Display 100 im Armaturenbrett 210 unter der Windschutzscheibe 220 des Fahrzeugs 200 angeordnet. Der Beobachter D erkennt ein vom Head-Up-Display 100 projiziertes Bild als virtuelles Bild I.
  • 2 ist eine schematische Zeichnung, die eine Konfiguration des Head-Up-Displays 100 der ersten beispielhaften Ausführungsform zeigt. 3 ist eine schematische Zeichnung, die eine Konfiguration des Head-Up-Displays 100 der ersten beispielhaften Ausführungsform zeigt.
  • Wie in 2 gezeigt, umfasst das Head-Up-Display 100 die Anzeigevorrichtung 110 und das optische Projektionssystem 120. Das Head-Up-Display 100 projiziert ein von der Anzeigevorrichtung 110 angezeigtes Bild auf die Windschutzscheibe 220. Das projizierte Licht wird von der Windschutzscheibe 220 reflektiert und zum Beobachtungsbereich 300 des Beobachters D geleitet. Folglich bewirkt das Head-Up-Display 100, dass der Beobachter D das virtuelle Bild I visuell erkennt.
  • In der vorliegenden Offenbarung bezieht sich eine Vorderseite auf eine Richtung, in der sich die Windschutzscheibe des Fahrzeugs 200 befindet, wie vom Beobachter D gesehen. Eine Rückseite bezieht sich auf die entgegengesetzte Richtung zur Vorderseite. Eine Unterseite bezieht sich auf eine Richtung eines Bodens, auf dem das Fahrzeug 200 fährt. Eine Oberseite bezieht sich auf die entgegengesetzte Richtung zur Unterseite. Eine Außenseite bezieht sich auf eine linke Seite, gesehen vom Beobachter D, in dem Fall, dass das Fahrzeug 200 ein Linkslenker ist. An diesem Punkt bezieht sich eine Innenseite auf eine rechte Seite, gesehen vom Beobachter. Der Beobachtungsbereich 300 ist ein Bereich, in dem der Beobachter D das komplette virtuelle Bild I visuell erkennen kann.
  • Wie in 2 gezeigt, wird angenommen, dass der Referenzstrahl Lc ein optischer Pfad von einer Mitte des Bildes in Anzeigevorrichtung 110 zu einem Beobachtungspunkt des Beobachters D ist. Das heißt, gesehen vom Beobachter D entspricht der Referenzstrahl Lc dem optischen Pfad von der Mitte des virtuellen Bildes I zum Beobachtungspunkt des Beobachters D. Es wird angenommen, dass ein Referenz-Außenbildende eine Anzeigeposition auf der Anzeigevorrichtung 110 ist, die Anzeigeposition, die einem Fahrzeug-Außenende des virtuellen Bildes I entspricht. Es wird angenommen, dass ein Referenz-Innenbildende eine Anzeigeposition auf der Anzeigevorrichtung 110 ist, die Anzeigeposition, die einem Fahrzeug-Innenende des virtuellen Bildes I entspricht. Es wird angenommen, dass der Referenz-Außenstrahl Lo ein optischer Pfad vom Referenz-Außenbildende der Anzeigevorrichtung 110 zum Beobachtungspunkt des Beobachters D ist. Das heißt, der Referenz-Außenstrahl Lo ist der optische Pfad des Lichts, der dem Fahrzeug-Außendende des virtuellen Bildes I entspricht. Ebenso wird angenommen, dass der Referenz-Innenstrahl Li ein optischer Pfad vom Referenz-Innenbildende der Anzeigevorrichtung 110 zum Beobachtungspunkt des Beobachters D ist. Hierbei wird angenommen, dass der Beobachtungspunkt des Beobachters D sich in der Mitte des Beobachtungsbereichs 300 befindet.
  • Die Anzeigevorrichtung 110 zeigt das angezeigte Bild 111 gesteuert durch einen Controller an, wie etwa eine CPU (nicht gezeigt). Zum Beispiel kann eine Flüssigkristallanzeige mit Hintergrundbeleuchtung, eine organische Leuchtdiode (Elektrolumineszenz), ein Plasmabildschirm und dergleichen als Anzeigevorrichtung 110 benutzt werden. Ein Bild kann erzeugt werden, indem als Anzeigevorrichtung 110 ein Bildschirm, der das Licht streut oder reflektiert, und ein Projektor oder ein Abtastlaser verwendet wird. Auf der Anzeigevorrichtung 110 können verschiedene Informationen angezeigt werden, wie etwa Verkehrs-Navigationsanzeigen, Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug, verbleibende Batteriekapazität eines Fahrzeugs und eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit. Die Anzeigevorrichtung 110 kann bewirken, dass der Beobachter D das virtuelle Bild I gut visuell erkennt, indem das Bild entsprechend einer Verzerrung, die im optischen Projektionssystem 120 oder durch die Windschutzscheibe 220 erzeugt wird, und einer von einer Kamera 170 erhaltenen Position des Beobachters D vorher elektronisch entzerrt wird. Die Anzeigevorrichtung 110 kann auch bewirken, dass der Beobachter D das virtuelle Bild I gut visuell erkennt, indem Bildschirm-Bildpunkte mit einer Vielzahl von Wellenlängen angezeigt werden, wobei der Bildschirm-Bildpunkt in jeder Anzeigeposition vorher entsprechend einer chromatischen Aberration, die im optischen Projektionssystem 120 erzeugt wird, verschoben wird.
  • Das optische Projektionssystem 120 umfasst die Linse 121, die die Gestalt einer Freiform-Oberfläche aufweist, und den Spiegel 122, der eine konkave Reflexionsfläche aufweist. Das optische Projektionssystem 120 projiziert das von der Anzeigevorrichtung 110 angezeigte Bild auf die Windschutzscheibe 220. Insbesondere fällt das Licht des von der Anzeigevorrichtung 110 angezeigten Bildes durch die Linse 121 auf den Spiegel 122. Der Spiegel 122 reflektiert das Licht des Bildes und projiziert das reflektierte Licht des Bildes auf die Windschutzscheibe 220.
  • [1-1-2. Aufbau des optischen Projektionssystems]
  • Eine Anordnung des optischen Projektionssystems 120 ist nachstehend mit Bezug auf die 2 bis 4 und 18A bis 18D beschrieben.
  • Wie in 3 gezeigt, ist die Linse 121 auf einer Vorderseite des Fahrzeugs 200 bezüglich der Anzeigevorrichtung 110 angeordnet. Wie in 4 gezeigt, ist die Linse 121 bezüglich des Referenzstrahls Lc nach unten geneigt angeordnet.
  • Wie in den 18A bis 18D dargestellt, ist die Linse 121 eine Linse mit Freiform-Oberfläche, bei der sich eine X-Achsen-Richtung und eine Y-Achsen-Richtung in einer Krümmung voneinander unterscheiden. Eine Oberfläche (Einfallsfläche), die 110 der Linse 121 zugewandt ist, weist eine konkave Form auf, die zu der Seite der Anzeigevorrichtung 110 in der X-Achsen-Richtung konkav ist. In der Einfallsfläche der Linse 121 ist die Krümmung in der Y-Achsen-Richtung kleiner als die Krümmung in X-Achsen-Richtung. Das heißt, die Form der Linse 121 in der Y-Achsen-Richtung weist eine konkave, konvexe oder planare Form auf, bei der die Krümmung in der Y-Achsen-Richtung kleiner ist als in der X-Achsen-Richtung. Eine Oberfläche (Austrittsfläche) auf der Seite des Spiegels 122 von Linse 121 weist eine konvexe Form auf, die zu der Seite des Spiegels 122 in der X-Achsen-Richtung konvex ist. Die Austrittsfläche der Linse 121 weist in Y-Achsen-Richtung eine konkave Form auf. In der ersten beispielhaften Ausführungsform weist zum Beispiel die Einfallsfläche der Linse 121 eine Form auf, keine Brechkraft in der Y-Achsen-Richtung aufzuweisen. In der Einfallsfläche der Linse 121 kann eine konkave Oberfläche, in der die Krümmung kleiner ist als die in der X-Achsen-Richtung, in Richtung der Seite der Anzeigevorrichtung 110 orientiert sein. In der Einfallsfläche der Linse 121 kann eine konvexe Oberfläche in Richtung der Seite der Anzeigevorrichtung 110 orientiert sein. Alternativ kann die Einfallsfläche der Linse 121 eine Form aufweisen, die lokal konkav, konvex oder planar zur Seite der Anzeigevorrichtung 110 ist. In der ersten beispielhaften Ausführungsform ist die konkave Oberfläche in Richtung der Seite des Spiegels 122 in der Y-Achsen-Richtung der Austrittsfläche der Linse 121 orientiert. Alternativ ist die konvexe Oberfläche in Richtung der Seite des Spiegels 122 orientiert.
  • Wenn externes Licht, wie etwa Sonnenlicht, vom Spiegel 122 auf die Linse 121 einfällt, wird das externe Licht durch die Austrittsfläche oder die Einfallsfläche der Linse 121 reflektiert. Wenn das von der Linse 121 reflektierte Licht auf den Spiegel 122 einfällt, wird das externe Licht möglicherweise auf die Windschutzscheibe 220 projiziert und wird vom Beobachter D visuell erkannt. Dies ist unerwünscht, weil das externe Licht ein Sichtfeld des Beobachters D stört, welcher das Fahrzeug 200 fährt.
  • In der ersten beispielhaften Ausführungsform sind, wie in 4 gezeigt, die Einfallsfläche und die Austrittsfläche der Linse 121 bezüglich des Referenzstrahls Lc nach unten geneigt. Das heißt, die Linse 121 ist bezüglich des Referenzstrahls Lc nach unten geneigt. Folglich wird das reflektierte Licht vom Spiegel 122 nach unten reflektiert, damit es nicht in den Beobachtungsbereich 300 einfällt. An dieser Stelle ist es wünschenswert, dass die Neigung der Linse 121 bezüglich des Referenzstrahls Lc ein Winkel ist, bei dem das reflektierte Licht des externen Lichts nicht auf den Spiegel 122 einfällt, wenn das externe Licht, das entlang Referenzstrahl Lc einfällt, durch die Einfallsfläche oder die Austrittsfläche der Linse 121 reflektiert wird. Noch wünschenswerter ist es, dass die Neigung der Linse 121 bezüglich des Referenzstrahls Lc ein Winkel ist, bei dem das reflektierte Licht des externen Lichts nicht auf den Spiegel 122 einfällt, wenn das externe Licht, das vom Spiegel 122 auf die Linse 121 einfällt, durch die Einfallsfläche oder die Austrittsfläche der Linse 121 reflektiert wird. Die Neigung der Linse 121 bezüglich des Referenzstrahls Lc bedeutet, dass eine optische Brechungs-Oberfläche der Linse 121 nicht horizontal zu einer Ebene senkrecht zum Referenzstrahl Lc ist.
  • Die Austrittsfläche der Linse 121 wird vorgesehen, wobei sie mehr nach unten orientiert ist als die Einfallsfläche. Das heißt in Y-Achsen-Richtung der Linse 121 ist die Form eine Keilform. Wenn die Form des Querschnitts der Linse 121 entlang der Y-Achsen-Richtung als Keilform ausgebildet ist, ist eine optische Pfadlänge des Lichtes, das den oberen Teil der Linse 121 durchläuft, länger als eine optische Pfadlänge des Lichtes, das den unteren Teil der Linse 121 durchläuft. Das heißt die optische Pfadlänge, bis das von der Anzeigevorrichtung 110 ausgegebene Video-Licht den Spiegel 122 erreicht, kann entsprechend einer Position des Lichts in Y-Achsen-Richtung geändert werden. Folglich kann die im Spiegel 122 erzeugte exzentrische Feldkrümmung erfolgreich korrigiert werden.
  • Wie in 5 gezeigt, wird angenommen, dass der Ursprung O ein Schnittpunkt des Referenzstrahls Lc mit der Einfallsfläche der Linse 121 ist. Es wird angenommen, dass die Tangentenebene P eine Tangentenebene der Einfallsfläche der Linse 121 im Ursprung O ist. Es wird angenommen, dass eine X-Achse eine Gerade ist, die den Ursprung O und einen Schnittpunkt des Referenz-Außenstrahls Lo mit der Tangentenebene P umfasst. Es wird angenommen, dass eine Y-Achse eine Gerade senkrecht zur X-Achse auf der Tangentenebene P ist. In 5 ist eine Innen- und Außenrichtung des Fahrzeugs mit der X-Achsen-Richtung übereinander gelegt. Jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt.
  • Der Spiegel 122 ist bezüglich der Linse 121 auf der Vorderseite des Fahrzeugs 200 angeordnet. Der Spiegel 122 reflektiert den von der Linse 121 ausgegebenen Strahl in Richtung der Windschutzscheibe 220. Eine Reflexionsfläche des Spiegels 122 ist exzentrisch angeordnet. Die Reflexionsfläche des Spiegels 122 weist eine konkave Form auf. Das heißt der Spiegel 122 projiziert das von der Linse 121 einfallende Licht auf die Windschutzscheibe 220, während er das Licht vergrößert. Folglich kann das auf der Anzeigevorrichtung 110 angezeigte Bild vergrößert werden und vom Beobachter D als virtuelles Bild I visuell erkannt werden. Der Spiegel 122 weist eine Freiform-Oberfläche auf. Der Grund dafür ist, dass Verzerrungen des virtuellen Bildes durch Reflexion korrigiert werden. Dies versetzt den Beobachter D in die Lage, das virtuelle Bild I im gesamten Beobachtungsbereich 300 gut zu sehen.
  • An dieser Stelle ist die Einfallsfläche der Linse 121 einer Antireflexions-Beschichtung durch eine Mehrschicht-Struktur eines Dünnfilms unterworfen. Dies ermöglicht es, das Reflexionsvermögen der Einfallsfläche der Linse 121 zu verringern.
  • An dieser Stelle ist die Austrittsfläche der Linse 121 der Antireflexions-Beschichtung durch eine Mehrschicht-Struktur des Dünnfilms unterworfen. Dies ermöglicht es, das Reflexionsvermögen der Einfallsfläche der Linse 121 zu verringern. An dieser Stelle ist die Linse 121 bezüglich eines unteren Endes der Reflexionsfläche des Spiegels 122 an einer höheren Position angeordnet. Dies ermöglicht es, das Head-Up-Display 100 in einer Richtung von oben nach unten des Fahrzeugs 200 zu verdünnen.
  • Zum Beispiel kann eine feine periodische Struktur, wie etwa eine Sub-Wellenlängen-Struktur (sub wavelength structure, SWS) als Antireflexions-Beschichtung verwendet werden.
  • [1-2. Wirkungen und weiteres]
  • Das Head-Up-Display 100 (ein Beispiel für das Head-Up-Display) der ersten beispielhaften Ausführungsform ist ein Head-Up-Display, das es bewirkt, dass der Beobachter D das virtuelle Bild I visuell erkennt. Das Head-Up-Display 100 umfasst die Anzeigevorrichtung 110 (ein Beispiel für die Anzeigevorrichtung) und das optische Projektionssystem 120. Die Anzeigevorrichtung 110 stellt das Bild dar. Das optische Projektionssystem 120 umfasst die Linse 121 (ein Beispiel für die Linse) und projiziert das auf der Anzeigevorrichtung 110 angezeigte Bild auf den Beobachter D. Es wird angenommen, dass der Referenzstrahl Lc ein Strahl von der Mitte des virtuellen Bildes I in Richtung des Beobachtungspunktes des Beobachters D ist, wenn der Beobachtungspunkt des Beobachters D in der Mitte des Beobachtungsbereichs 300 vorhanden ist. Es wird angenommen, dass der Referenz-Außenstrahl Lo ein Strahl vom Fahrzeug-Außenende des virtuellen Bildes I in Richtung des Beobachtungspunktes des Beobachters D ist, wenn der Beobachtungspunkt des Beobachters D in der Mitte des Beobachtungsbereichs 300 vorhanden ist. Die Einfallsfläche der Linse 121 ist eine optische Oberfläche, die 110 auf dem Referenzstrahl Lc zugewandt ist. Die Austrittsfläche der Linse 121 ist eine optische Oberfläche auf der der Einfallsfläche gegenüber liegenden Seite auf dem Referenzstrahl Lc. Es wird angenommen, dass der Ursprung O der Schnittpunkt des Referenzstrahls Lc mit der Einfallsfläche der Linse 121 ist. Es wird angenommen, dass die Tangentenebene P die Tangentenebene der Einfallsfläche der Linse 121 im Ursprung O ist. Es wird angenommen, dass die X-Achsen-Richtung eine Richtung der Geraden ist, die den Ursprung O und einen Schnittpunkt des Referenz-Außenstrahls Lo mit der Tangentenebene P umfasst. Es wird angenommen, dass die Y-Achsen-Richtung eine Richtung senkrecht zur X-Achsen-Richtung in der Tangentenebene P ist. Die Linse 121 ist zum Referenzstrahl Lc geneigt angeordnet. Die Einfallsfläche der Linse 121, die 110 zugewandt ist, bildet eine konkave Oberfläche bezüglich der Seite der Anzeigevorrichtung 110 in der X-Achsen-Richtung. Die Krümmung der Einfallsfläche der Linse 121 in der Y-Achsen-Richtung ist kleiner als die Krümmung der Einfallsfläche in der X-Achsen-Richtung.
  • Die Linse 121 (ein Beispiel für die Linse mit Freiform-Oberfläche) der ersten beispielhaften Ausführungsform wird in einem optischen Abbildungssystem verwendet, das eine konjugierte Beziehung zwischen einer ersten Bild-Oberfläche und einer zweiten Bild-Oberfläche herstellt. Die Linse mit Freiform-Oberfläche der vorliegenden Offenbarung umfasst als optische Oberfläche eine erste optische Oberfläche und eine zweite optische Oberfläche. Die erste optische Oberfläche entspricht der Einfallsfläche der Linse 121. Die zweite optische Oberfläche entspricht der Austrittsfläche der Linse 121. Das optische Abbildungssystem des Head-Up-Displays 100 bildet ein reelles Bild (erste Bild-Oberfläche), das heißt das auf der Anzeigevorrichtung 110 als virtuelles Bild I (zweite Bild-Oberfläche) dargestellte Bild, das vom Beobachter D visuell erkannt wird. Das heißt das optische Abbildungssystem des Head-Up-Displays 100 stellt die konjugierte Beziehung zwischen der ersten Bild-Oberfläche und der zweiten Bild-Oberfläche unter Verwendung der Linse 121 her. Der Referenzstrahl Lc des Head-Up-Displays 100, nämlich der Strahl, der der Mitte der zweiten Bild-Oberfläche entspricht, durchläuft die erste optische Oberfläche und die zweite optische Oberfläche der Linse 121. An dieser Stelle wird angenommen, dass die Tangentenebene P die Tangentenebene der ersten optischen Oberfläche am Schnittpunkt des Referenzstrahls Lc mit der ersten optischen Oberfläche ist. Die X-Achsen-Richtung und die Y-Achsen-Richtung der Linse 121 sind zwei in der Tangentenebene P senkrecht aufeinander stehende Richtungen und sind gleich denen in den 18A bis 19D.
  • Entsprechend der Linse mit Freiform-Oberfläche der vorliegenden Offenbarung kann in dem optischen Abbildungssystem des Head-Up-Displays 100 eine gute optische Charakteristik vorgesehen werden, während die Reflexion des externen Lichts verhindert wird.
  • In der Linse 121 bedeutet die Krümmung in der X-Achsen-Richtung die Krümmung der Querschnitts-Form in der Ebene, welche die X-Achse umfasst und senkrecht zur Y-Achsen-Richtung steht. Die Krümmung in der Y-Achsen-Richtung bedeutet die Krümmung der Querschnitts-Form in der Ebene, welche die Y-Achse umfasst und senkrecht zur X-Achsen-Richtung steht.
  • Das optische Projektionssystem 120 des Head-Up-Displays 100 umfasst die Linse 121 und den Spiegel 122 in der Reihenfolge von der Anzeigevorrichtung 110 auf dem optischen Pfad.
  • Das Head-Up-Display 100 der ersten beispielhaften Ausführungsform projiziert das auf der Anzeigevorrichtung 110 angezeigte Bild auf die Windschutzscheibe 220 und bewirkt, dass der Beobachter D das virtuelle Bild I visuell erkennt. Folglich kann der Beobachter D das auf der Anzeigevorrichtung 110 angezeigte Bild visuell erkennen, ohne dass ein vorderes Sichtfeld des Beobachters D versperrt wird.
  • Entsprechend dem Head-Up-Display 100 der vorliegenden Offenbarung kann ein kleines Head-Up-Display konstruiert werden, in dem Bildverzerrungen im gesamten Beobachtungsbereich 300 erfolgreich korrigiert werden. Entsprechend der Konfiguration der vorliegenden Offenbarung kann ferner ein Head-Up-Display konstruiert werden, welches die Erzeugung von durch externes Licht verursachtem Streulicht verhindert. Das heißt der Beobachter D kann ein gutes virtuelles Bild I visuell erkennen, auch wenn der Beobachter D das virtuelle Bild I an einer beliebigen Position im Beobachtungsbereich 300 beobachtet.
  • Die Linse 121 der ersten beispielhaften Ausführungsform ist bezüglich des Referenzstrahls Lc nach unten geneigt angeordnet. Folglich kann verhindert werden, dass externes Licht, wie etwa Sonnenlicht, auf den Beobachtungsbereich 300 einfällt, sogar wenn das externe Licht durch die Austrittsfläche oder die Einfallsfläche der Linse 121 reflektiert wird, wie in 6 gezeigt.
  • Die X-Achsen-Richtung der Linse 121 weist eine negative Brechkraft auf. Folglich kann eine Spreizung des Strahls, der von der Anzeigevorrichtung 110 ausgegeben wird und auf die Linse 121 einfällt, in X-Achsen-Richtung verhindert werden. Dies versetzt das Head-Up-Display 100 in die Lage, das virtuelle Bild I mit guten Kontrasteigenschaften darzustellen.
  • Die Form der Linse 121 in X-Achsen-Richtung ist die Form eines negativen Meniskus, bei der die konkave Oberfläche in Richtung der Anzeigevorrichtung 110 ausgerichtet ist. Folglich kann der Winkel, in dem der Strahl, der aus der Anzeigevorrichtung 110 ausgegeben wird, auf die Oberfläche der Linse 121 einfällt, nahe an einen Winkel gebracht werden, der senkrecht zur Einfallsfläche ist. Dies ermöglicht die Verringerung des Einflusses von exzentrischen Verzerrungen.
  • Die Austrittsfläche der Linse 121 weist die Form einer Freiform-Oberfläche auf. Insbesondere ist die Linse 121 nicht symmetrisch in X-Achsen-Richtung. Folglich kann in der Linse 121 die in der Windschutzscheibe 220 erzeugte asymmetrische Verzerrung erfolgreich korrigiert werden.
  • Die Y-Achsen-Richtung der Austrittsfläche der Linse 121 ist verglichen mit der Y-Achsen-Richtung der Einfallsfläche der Linse 121 nach unten geneigt. Das heißt basierend auf der Ebene senkrecht zum Referenzstrahl Lc ist die Neigung in Y-Achsen-Richtung der Austrittsfläche der Linse 121 größer als die Neigung in Y-Achsen-Richtung der Einfallsfläche der Linse 121. Mit anderen Worten ist ein Winkel zwischen dem Referenzstrahl Lc und der Tangentenebene im Schnittpunkt des Referenzstrahls Lc mit der Austrittsfläche kleiner als ein Winkel zwischen dem Referenzstrahl Lc und der Tangentenebene im Schnittpunkt des Referenzstrahls Lc mit der Einfallsfläche. Wenn die Einfallsfläche und die Austrittsfläche der Linse 121 geneigt sind, kann verhindert werden, dass reflektiertes Licht des Sonnenlichts auf den Beobachtungsbereich 300 einfällt, sogar wenn das Sonnenlicht auf die Seite der Austrittsfläche reflektiert wird. Da die Y-Achsen-Richtung der Austrittsfläche der Linse 121 verglichen mit der Y-Achsen-Richtung der Einfallsfläche der Linse 121 nach unten geneigt ist, ist die optische Pfadlänge des Lichtes, das den oberen Teil der Linse 121 durchläuft, länger als die optische Pfadlänge des Lichtes, das den unteren Teil der Linse 121 durchläuft. Dies ermöglicht es, die optische Pfadlänge entsprechend der Position in der Y-Achsen-Richtung des Lichtes, das die Linse 121 durchläuft, zu ändern. Folglich kann die im Spiegel 122 erzeugte exzentrische Feldkrümmung erfolgreich korrigiert werden.
  • Die Einfallsfläche der Linse 121 ist mit einer Antireflexions-Beschichtung beschichtet. Folglich kann der Beobachter D ein gutes virtuelles Bild I visuell erkennen, ohne dass die Lichtdurchlässigkeit des auf der Anzeigevorrichtung 110 dargestellten Bildes verringert wird. Die Helligkeit kann ausreichend verringert werden, sogar wenn externes Licht, wie etwa Sonnenlicht, zwischen der Einfallsfläche und der Austrittsfläche der Linse 121 mehrfach reflektiert wird, um den Beobachtungsbereich 300 zu erreichen.
  • Die Austrittsfläche der Linse 121 ist mit einer Antireflexions-Beschichtung beschichtet. Folglich kann der Beobachter D ein gutes virtuelles Bild I visuell erkennen, ohne dass die Lichtdurchlässigkeit des auf der Anzeigevorrichtung 110 dargestellten Bildes verringert wird. Die Helligkeit kann ausreichend verringert werden, sogar wenn externes Licht, wie etwa Sonnenlicht, zwischen der Einfallsfläche und der Austrittsfläche der Linse 121 mehrfach reflektiert wird, um den Beobachtungsbereich 300 zu erreichen.
  • Im Allgemeinen ist die Helligkeit des zwischen der Einfallsfläche und der Austrittsfläche mehrfach reflektierten Lichts kleiner als die Helligkeit des von der Einfallsfläche und der Austrittsfläche nur einmal reflektierten Lichts. Sogar wenn die Helligkeit des mehrfach reflektierten Lichts verringert ist, wird die Wirkung unzureichend erzielt, wenn die Helligkeit des nur einmal reflektierten Lichts unzureichend verringert ist. In der ersten beispielhaften Ausführungsform erreicht, da die Einfallsfläche und die Austrittsfläche gegenüber dem Referenzstrahl Lc geneigt sind, das von der Einfallsfläche oder der Austrittsfläche nur einmal reflektierte Licht nicht den Spiegel 122. Folglich wird die große Wirkung erhalten, indem das mehrfach reflektierte Licht verhindert wird.
  • Beim mehrfach reflektierten Licht wird das reflektierte Licht, das von der Einfallsfläche reflektiert wird, von der Austrittsfläche reflektiert wird, von der Einfallsfläche reflektiert wird und den Spiegel 122 erreicht, nachfolgend beschrieben. An diesem Punkt wird angenommen, dass Ri der Reflexionsfaktor der Einfallsfläche ist. Ebenso wird angenommen, dass Ro der Reflexionsfaktor der Austrittsfläche ist. Die Helligkeit des reflektierten Lichts ist ungefähr proportional zu einem Wert, in dem ein Quadrat von Ri und Ri multipliziert sind. Insbesondere kann die Helligkeit des reflektierten Lichts effizient verringert werden, indem die Einfallsfläche mit einer Antireflexions-Beschichtung beschichtet ist. Die Helligkeit des reflektierten Lichts kann auch ungefähr proportional zur Verringerung von Ro verringert werden, wenn die Austrittsfläche mit einer Antireflexions-Beschichtung beschichtet ist. Weil die Helligkeit des reflektierten Lichts bei nur einmal reflektiertem Licht proportional zu Ri + Ro ist, ist die Helligkeit des reflektierten Lichts nicht proportional zu Ro, sogar wenn nur Ro verringert ist. Gemäß der Konfiguration der vorliegenden Offenbarung kann die Helligkeit des reflektierten Lichts effektiv verringert werden, indem die Austrittsfläche mit einer Antireflexions-Beschichtung beschichtet wird. Gemäß der Konfiguration der vorliegenden Offenbarung kann die Helligkeit des reflektierten Lichts ebenso in dem Fall effektiv verringert werden, in dem sowohl die Einfallsfläche als auch die Austrittsfläche mit einer Antireflexions-Beschichtung beschichtet sind.
  • Im optischen Projektionssystem 120 ist die Linse 121, die als Ganzes eine negative Brechkraft aufweist, direkt hinter der Anzeigevorrichtung 110 angeordnet. In der Linse 121 ist eine Oberfläche, auf die das von der Anzeigevorrichtung 120 dargestellte Bild 111 zuerst einfällt, eine konkave Oberfläche. Dies ermöglicht die Verbesserung der positiven Brechkraft des Spiegels 122. Folglich können die Abmessungen des Head-Up-Displays 100 verringert werden.
  • Die Linse 121 der ersten beispielhaften Ausführungsform ist als Ganzes eine konkave Linse. Das heißt die Linse 121 ist ein optisches Element, das sowohl in der X-Achsen-Richtung als auch in der Y-Achsen-Richtung als konkave Linse wirkt. Folglich kann die Linse 121 als konkave Linse im optischen Abbildungssystem benutzt werden. Die Linse 121 ist eine Linse mit Freiform-Oberfläche. Folglich können die optischen Eigenschaften des optischen Abbildungssystems erfolgreich korrigiert werden.
  • Die erste optische Oberfläche (Einfallsfläche) der Linse 121 der ersten beispielhaften Ausführungsform ist die konkave Oberfläche in der X-Achsen-Richtung. Die Krümmung der ersten optischen Oberfläche in der Y-Achsen-Richtung ist kleiner als die Krümmung der ersten optischen Oberfläche in der X-Achsen-Richtung. In der X-Achsen-Richtung der Linse 121 ist ein Einfallswinkel des Lichts von der ersten Bildoberfläche in einem Teil weit weg von der Mitte der ersten optischen Oberfläche erhöht, indem die Krümmung der ersten optischen Oberfläche in der X-Achsen-Richtung erhöht wird. Folglich kann in der X-Achsen-Richtung der Linse 121 die Verschlechterung der optischen Eigenschaften in dem Teil weit weg von der Mitte verhindert werden. Insbesondere wenn die Länge in der X-Achsen-Richtung der Linse 121 größer ist als die Länge in der Y-Achsen-Richtung der Linse 121 ist im Allgemeinen die Verschlechterung der optischen Eigenschaften in dem Teil weit weg von der Mitte der Linse 121 in der X-Achsen-Richtung größer als in der Y-Achsen-Richtung. Wenn die Länge in der X-Achsen-Richtung der Linse 121 größer ist als die Länge in der Y-Achsen-Richtung der Linse 121, ist die Krümmung der ersten optischen Oberfläche in der Y-Achsen-Richtung kleiner als die Krümmung der ersten optischen Oberfläche in der X-Achsen-Richtung, so dass die Verschlechterung der optischen Eigenschaften effektiv verhindert werden kann. Man beachte, dass die Länge nicht auf die Länge in der äußeren Form der Linse 121 begrenzt ist. Das heißt dasselbe gilt für den Fall, in dem die Länge, die der X-Achsen-Richtung des virtuellen Bildes I entspricht, größer ist als die Länge, die der Y-Achsen-Richtung des virtuellen Bildes I entspricht.
  • Die zweite optische Oberfläche (Austrittsfläche) der Linse 121 der ersten beispielhaften Ausführungsform ist die konvexe Oberfläche in der X-Achsen-Richtung. Folglich kann die Form in der X-Achsen-Richtung der ersten optischen Oberfläche in die konkave Oberfläche ausgebildet werden, welche die große Krümmung aufweist. Die Krümmung der zweiten optischen Oberfläche in der X-Achsen-Richtung ist kleiner als die Krümmung der ersten optischen Oberfläche in der X-Achsen-Richtung. Ferner ist die Krümmung der zweiten optischen Oberfläche in der Y-Achsen-Richtung kleiner als die Krümmung der zweiten optischen Oberfläche in der X-Achsen-Richtung. Folglich können die optischen Eigenschaften der Linse 121 in der X-Achsen-Richtung und in der Y-Achsen-Richtung auf die konkave Linse als Ganzes eingestellt werden.
  • Die erste optische Oberfläche und die zweite optische Oberfläche der Linse 121 der ersten beispielhaften Ausführungsform sind bezüglich der Ebene senkrecht zum Referenzstrahl Lc geneigt. Folglich wird das reflektierte Licht des entlang des Referenzstrahls Lc einfallenden Lichts in eine Richtung ausgegeben, die sich vom Referenzstrahl Lc unterscheidet. Außerdem weist die Querschnittsform in der Ebene senkrecht zur X-Achsen-Richtung der Linse 121 eine Keilform auf. Das heißt die Mitte (das optische Zentrum) der gekrümmten Form in der Y-Achsen-Richtung der Linse 121 befindet sich entfernt von der Mitte der Linse 121, zum Beispiel außerhalb der Linse 121. Im Allgemeinen ist in dem Teil entfernt vom optischen Zentrum in der konkaven Linse die optische Pfadlänge verlängert und die optischen Eigenschaften werden in der Ebene der Linse 121 ungleich im Vergleich zu dem Teil nahe am optischen Zentrum. Andererseits ist in der Linse 121 der ersten beispielhaften Ausführungsform die optische Pfadlänge in der Y-Achsen-Richtung geändert. Folglich werden die Eigenschaften anderer optischer Elemente aufgehoben, die optischen Eigenschaften des optischen Abbildungssystems, in dem die Linse 121 benutzt wird, können als Ganzes korrigiert werden.
  • Ein Bereich der ersten Bild-Oberfläche des optischen Abbildungssystems, in dem die Linse mit Freiform-Oberfläche der vorliegenden Offenbarung benutzt wird, ist kleiner als ein Bereich der zweiten Bild-Oberfläche. Das heißt in dem optischen Abbildungssystem vergrößert die zweite Bild-Oberfläche die erste Bild-Oberfläche oder die erste Bild-Oberfläche verkleinert die zweite Bild-Oberfläche. An dieser Stelle ist die optische Oberfläche auf der Seite der ersten Bild-Oberfläche (Verkleinerungs-Seite) der Linse 121 die erste optische Oberfläche. Die optische Oberfläche auf der Seite der zweiten Bild-Oberfläche (Vergrößerungs-Seite) der Linse 121 die zweite optische Oberfläche. Folglich können die optischen Eigenschaften des optischen Abbildungssystems verbessert werden, während eine Verkleinerung des optischen Abbildungssystems erzielt wird.
  • (Zweite beispielhafte Ausführungsform)
  • Das Head-Up-Display 100 gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform unterscheidet sich von dem der ersten beispielhaften Ausführungsform darin, dass das Head-Up-Display 100 der zweiten beispielhaften Ausführungsform die Viertel-Wellenlängen-Platte 123 und die Polarisations-Abdeckung 101 umfasst. Im Nachfolgenden werden mit Bezug auf die 7 und 8 im Wesentlichen Punkte beschrieben, die sich von der ersten beispielhaften Ausführungsform unterscheiden, und die Beschreibung der gleichen Konfiguration wird weggelassen.
  • [2-1. Aufbau]
  • 7 ist eine schematische Zeichnung, die einen optischen Pfad zur Beschreibung des Head-Up-Displays 100 der zweiten beispielhaften Ausführungsform zeigt. Wie in 7 gezeigt, umfasst das Head-Up-Display 100 die Polarisations-Abdeckung 101, die Anzeigevorrichtung 110 und das optische Projektionssystem 120. Das optische Projektionssystem 120 umfasst die Linse 121, den Spiegel 122 mit einer konkaven Reflexionsfläche und die Viertel-Wellenlängen-Platte 123.
  • Das optische Projektionssystem 120 projiziert das von der Anzeigevorrichtung 110 angezeigte Bild auf die Windschutzscheibe 220. Insbesondere fällt das auf der Anzeigevorrichtung 110 angezeigte Licht des Bildes durch die Linse 121 und die Viertel-Wellenlängen-Platte 123 auf den Spiegel 122. Das vom Spiegel 122 reflektierte Licht des Bildes wird durch die Polarisations-Abdeckung 101 auf die Windschutzscheibe 220 projiziert. In der zweiten beispielhaften Ausführungsform hat die Polarisations-Abdeckung 101 die Funktion, P-polarisiertes Licht zu absorbieren und S-polarisiertes Licht durchzulassen. Dies ist jedoch keine Einschränkung, die Polarisations-Abdeckung 101 kann die Funktion aufweisen, S-polarisiertes Licht zu absorbieren oder zu reflektieren, während P-polarisiertes Licht durchgelassen wird. Alternativ kann die Polarisations-Abdeckung 101 P-polarisiertes Licht reflektieren und S-polarisiertes Licht durchlassen. Die Polarisations-Abdeckung 101 weist eine gekrümmte Form auf. Weil die Polarisations-Abdeckung 101 die gekrümmte Form aufweist, wird verhindert, dass externes Licht, wie etwa Sonnenlicht, durch die Polarisations-Abdeckung 101 reflektiert wird und den Beobachtungsbereich 300 erreicht.
  • Die Linse 121 weist einen Aufbau auf, der dem der ersten beispielhaften Ausführungsform gleich ist. Insbesondere ist die Linse 121 bezüglich der Anzeigevorrichtung 110 auf der Vorderseite des Fahrzeugs 200 angeordnet und bezüglich des Referenzstrahls Lc nach unten geneigt. Ähnlich den 18A bis 18D ist die Linse 121 eine Linse mit Freiform-Oberfläche, die in der X-Achsen-Richtung und in der Y-Achsen-Richtung unterschiedliche Krümmungen aufweist. Eine Oberfläche (Einfallsfläche), die 110 der Linse 121 zugewandt ist, weist eine konkave Form auf, die zu der Seite der Anzeigevorrichtung 110 in der X-Achsen-Richtung konkav ist. Die Krümmung der Einfallsfläche der Linse 121 in der Y-Achsen-Richtung ist kleiner als die Krümmung in der X-Achsen-Richtung. Die Oberfläche (Austrittsfläche) auf der Seite des Spiegels 122 der Linse 121 weist die konvexe Form auf, die zu der Seite des Spiegels 122 in der X-Achsen-Richtung konvex ist. Die Austrittsfläche der Linse 121 weist in Y-Achsen-Richtung eine konkave Form auf. In der zweiten beispielhaften Ausführungsform weist ähnlich der ersten beispielhaften Ausführungsform die Einfallsfläche der Linse 121 eine Form auf, keine Brechkraft in der Y-Achsen-Richtung aufzuweisen. In der Einfallsfläche der Linse 121 kann eine konkave Oberfläche, in der die Krümmung kleiner ist als die in der X-Achsen-Richtung, in Richtung der Seite der Anzeigevorrichtung 110 orientiert sein. In der Einfallsfläche der Linse 121 kann die konvexe Oberfläche in Richtung der Seite der Anzeigevorrichtung 110 orientiert sein. Alternativ kann die Einfallsfläche der Linse 121 eine Form aufweisen, die lokal konkav, konvex oder planar zur Seite der Anzeigevorrichtung 110 ist. Ähnlich der ersten beispielhaften Ausführungsform ist die konkave Oberfläche in Richtung der Seite des Spiegels 122 der Austrittsfläche der Linse 121 in der Y-Achsen-Richtung orientiert. Alternativ ist die konvexe Oberfläche in Richtung der Seite des Spiegels 122 orientiert.
  • Ähnlich der ersten beispielhaften Ausführungsform ist die Austrittsfläche der Linse 121 bezüglich des Referenzstrahls Lc im Vergleich zur Einfallsfläche der Linse 121 nach unten geneigt, und die Austrittsfläche der Linse 121 ist im Abschnitt Oben-Unten und Vorne-Hinten des Fahrzeugs in Keilform ausgebildet. Folglich fällt, sogar wenn das externe Licht, wie etwa Sonnenlicht, durch die Austrittsfläche und die Einfallsfläche der Linse 121 reflektiert wird, das reflektierte Licht des externen Lichts nicht auf den Beobachtungsbereich 300. Wenn die Form des Querschnitts der Linse 121 entlang der Y-Achsen-Richtung als Keilform ausgebildet ist, ist die obere optische Pfadlänge länger als die untere optische Pfadlänge, und die in dem Spiegel 122 erzeugte exzentrische Feldkrümmung kann erfolgreich korrigiert werden.
  • Die Viertel-Wellenlängen-Platte 123 ist ein planarer Polarisator, der bezüglich der Linse 121 auf der Vorderseite des Fahrzeugs angeordnet ist. Die Viertel-Wellenlängen-Platte 123 weist die Funktion auf, das Licht der Linse 121 auszugeben, wobei die Polarisation des Lichtes um eine Viertel Wellenlänge gedreht wird. Die Viertel-Wellenlängen-Platte 123 ist angeordnet und dabei bezüglich des Referenzstrahls nach unten geneigt. Folglich kann verhindert werden, dass externes Licht den Beobachtungsbereich 300 erreicht, sogar wenn das externe Licht, wie etwa das Sonnenlicht, durch die Viertel-Wellenlängen-Platte 123 reflektiert wird.
  • Der Spiegel 122 ist bezüglich der Viertel-Wellenlängen-Platte 123 auf der Vorderseite des Fahrzeugs 200 angeordnet. Die Reflexionsfläche des Spiegels 122 ist exzentrisch angeordnet, um den von der Viertel-Wellenlängen-Platte 123 ausgegebenen Strahl in Richtung der Windschutzscheibe 220 zu reflektieren. Die Reflexionsfläche des Spiegels 122 weist eine konkave Form auf. Folglich kann das auf der Anzeigevorrichtung 110 angezeigte Bild vergrößert werden und vom Beobachter D als virtuelles Bild I visuell erkannt werden. Der Spiegel 122 weist eine Freiform-Oberfläche auf. Dies ermöglicht es, die durch die Reflexion verursachte Verzerrung zu korrigieren, so dass ein gutes virtuelles Bild I im gesamten Beobachtungsbereich 300 gesehen werden kann.
  • An dieser Stelle ist die Linse 121 bezüglich eines unteren Endes der Reflexionsfläche des Spiegels 122 an einer höheren Position angeordnet. Dies ermöglicht es, das Head-Up-Display 100 in einer Richtung von oben nach unten des Fahrzeugs 200 zu verdünnen.
  • [2-2. Wirkungen und weiteres]
  • Das Head-Up-Display 100 der zweiten beispielhaften Ausführungsform umfasst die Anzeigevorrichtung 110, die das Bild anzeigt, das optische Projektionssystem 120, das das auf der Anzeigevorrichtung 110 angezeigte Bild projiziert, und die Polarisations-Abdeckung 101, und das optische Projektionssystem 120 umfasst die Linse 121, die Viertel-Wellenlängen-Platte 123 und den Spiegel 122 in der Reihenfolge des optischen Pfades von der Anzeigevorrichtung 110.
  • Zusätzlich zu den Wirkungen der ersten beispielhaften Ausführungsform ist in dem Head-Up-Display 100 der zweiten beispielhaften Ausführungsform die Viertel-Wellenlängen-Platte 123 auf der Vorderseite des Fahrzeugs bezüglich der Linse 121 angeordnet, und die Polarisations-Abdeckung 101 ist zwischen dem Spiegel 122 und der Windschutzscheibe 220 angeordnet. Folglich kann die Helligkeit ausreichend verringert werden, auch wenn externes Licht, wie etwa Sonnenlicht, von der Einfallsfläche oder der Austrittsfläche der Linse 121 oder der Display-Oberfläche der Anzeigevorrichtung 110 mehrfach reflektiert wird, um den Beobachtungsbereich 300 zu erreichen. Wie in 8 gezeigt, fällt das Sonnenlicht durch die Polarisations-Abdeckung 101 auf den Spiegel 122. Weil die Polarisations-Abdeckung 101 P-polarisiertes Licht absorbiert, erreicht nur das Licht, das eine S-polarisierte Komponente im auf die Polarisations-Abdeckung 101 einfallenden Sonnenlicht aufweist, den Spiegel 122. Das Licht mit S-polarisierten Komponenten, das den Spiegel 122 erreicht, wird von dem Spiegel 122 reflektiert und fällt auf die Viertel-Wellenlängen-Platte 123. Wenn das Licht mit S-polarisierten Komponenten von der Viertel-Wellenlängen-Platte 123 durchgelassen wird, wird das S-polarisierte Licht in zirkular polarisiertes Licht umgewandelt. Das von der Viertel-Wellenlängen-Platte 123 durchgelassene Licht wird von der Einfallsfläche oder der Austrittsfläche der Linse 121 oder der Display-Oberfläche der Anzeigevorrichtung 110 mehrfach reflektiert und fällt erneut auf die Viertel-Wellenlängen-Platte 123. Das auf die Viertel-Wellenlängen-Platte 123 einfallende zirkular polarisierte Licht wird durch die Viertel-Wellenlängen-Platte 123 durchgelassen und in P-polarisiertes Licht umgewandelt. Das heißt, wenn das externe Licht von der Linse 121 oder der Anzeigevorrichtung 110 reflektiert wird und erneut auf den Spiegel 122 fällt, wird das reflektierte Licht zu P-polarisiertem Licht. Sogar wenn das reflektierte Licht des P-polarisierten Lichts von dem Spiegel 122 reflektiert wird und auf die Polarisations-Abdeckung 101 einfällt, kann das reflektierte Licht des P-polarisierten Lichts die Polarisations-Abdeckung 101 nicht durchlaufen, weil die Polarisations-Abdeckung 101 das P-polarisierte Licht absorbiert. Folglich wird das von der Linse 121 oder der Anzeigevorrichtung 110 reflektierte Licht vom Beobachter D kaum als Streulicht erkannt. Folglich wird das von der Linse 121 oder der Anzeigevorrichtung 110 mehrfach reflektierte Licht vom Beobachter D kaum als Streulicht erkannt.
  • (Dritte beispielhafte Ausführungsform)
  • Das Head-Up-Display 100 gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform unterscheidet sich von dem der zweiten beispielhaften Ausführungsform darin, dass das Head-Up-Display 100 der dritten beispielhaften Ausführungsform die Viertel-Wellenlängen-Platte 124 und die Halb-Wellenlängen-Platte 125 umfasst. Im Nachfolgenden werden mit Bezug auf die 9 bis 11 im Wesentlichen Punkte beschrieben, die sich von der zweiten beispielhaften Ausführungsform unterscheiden, und die Beschreibung der gleichen Konfiguration wird weggelassen.
  • [3-1. Aufbau]
  • 9 ist eine schematische Zeichnung, die einen optischen Pfad zur Beschreibung des Head-Up-Displays 100 der dritten beispielhaften Ausführungsform zeigt. Wie in 9 gezeigt, umfasst das Head-Up-Display 100 die Polarisations-Abdeckung 101, die Anzeigevorrichtung 110 und das optische Projektionssystem 120. Das optische Projektionssystem 120 umfasst die Linse 121, den Spiegel 122 mit der konkaven Reflexionsfläche, die Viertel-Wellenlängen-Platte 123 die Viertel-Wellenlängen-Platte 124 und die Halb-Wellenlängen-Platte 125.
  • Das optische Projektionssystem 120 projiziert das von der Anzeigevorrichtung 110 angezeigte Bild auf die Windschutzscheibe 220. Insbesondere fällt das auf der Anzeigevorrichtung 110 angezeigte Licht des Bildes durch die Viertel-Wellenlängen-Platte 124, die Halb-Wellenlängen-Platte 125, die Linse 121 und die Viertel-Wellenlängen-Platte 123 auf den Spiegel 122. Das vom Spiegel 122 reflektierte Licht des Bildes wird durch die Polarisations-Abdeckung 101 auf die Windschutzscheibe 220 projiziert. In der dritten beispielhaften Ausführungsform absorbiert die Polarisations-Abdeckung 101 P-polarisiertes Licht, während S-polarisiertes Licht durchgelassen wird. Jedoch ist die Polarisations-Abdeckung 101 nicht auf die dritte beispielhafte Ausführungsform beschränkt. Zum Beispiel kann die Polarisations-Abdeckung 101 das S-polarisierte Licht absorbieren oder reflektieren, während sie P-polarisiertes Licht durchlässt. Alternativ kann die Polarisations-Abdeckung 101 P-polarisiertes Licht reflektieren und S-polarisiertes Licht durchlassen.
  • In der dritten beispielhaften Ausführungsform sind die Viertel-Wellenlängen-Platte 124 und die Halb-Wellenlängen-Platte 125 zwischen der Anzeigevorrichtung 110 und der Linse 121 angeordnet. Jedoch ist die Anordnung der Viertel-Wellenlängen-Platte 124 und der Halb-Wellenlängen-Platte 125 nicht auf die dritte beispielhafte Ausführungsform beschränkt. Zum Beispiel können die Viertel-Wellenlängen-Platte 124 und die Halb-Wellenlängen-Platte 125 angeordnet sein, während die Reihenfolge der Viertel-Wellenlängen-Platte 124 und der Halb-Wellenlängen-Platte 125 vertauscht ist.
  • Die Linse 121 weist einen Aufbau auf, der dem der ersten beispielhaften Ausführungsform gleich ist. Insbesondere ist die Linse 121 bezüglich der Anzeigevorrichtung 110 auf der Vorderseite des Fahrzeugs 200 angeordnet und bezüglich des Referenzstrahls Lc nach unten geneigt. Ähnlich den 18A bis 18D ist die Linse 121 eine Linse mit Freiform-Oberfläche, die in der X-Achsen-Richtung und in der Y-Achsen-Richtung unterschiedliche Krümmungen aufweist. Eine Oberfläche (Einfallsfläche), die 110 der Linse 121 zugewandt ist, weist eine konkave Form auf, die zu der Seite der Anzeigevorrichtung 110 in der X-Achsen-Richtung konkav ist. In der Einfallsfläche der Linse 121 ist die Krümmung in der Y-Achsen-Richtung kleiner als die Krümmung in X-Achsen-Richtung. Die Oberfläche (Austrittsfläche) auf der Seite des Spiegels 122 der Linse 121 weist die konvexe Form auf, die zu der Seite des Spiegels 122 in der X-Achsen-Richtung konvex ist. Die Austrittsfläche der Linse 121 weist in Y-Achsen-Richtung eine konkave Form auf. In der dritten beispielhaften Ausführungsform weist ähnlich der ersten beispielhaften Ausführungsform die Einfallsfläche der Linse 121 eine Form auf, keine Brechkraft in der Y-Achsen-Richtung aufzuweisen. In der Einfallsfläche der Linse 121 kann eine konkave Oberfläche, in der die Krümmung kleiner ist als die in der X-Achsen-Richtung, in Richtung der Seite der Anzeigevorrichtung 110 orientiert sein. In der Einfallsfläche der Linse 121 kann die konvexe Oberfläche in Richtung der Seite der Anzeigevorrichtung 110 orientiert sein. Alternativ kann die Einfallsfläche der Linse 121 eine Form aufweisen, die lokal konkav, konvex oder planar zur Seite der Anzeigevorrichtung 110 ist. Ähnlich der ersten beispielhaften Ausführungsform ist die konkave Oberfläche in Richtung der Seite des Spiegels 122 in der Y-Achsen-Richtung der Austrittsfläche der Linse 121 orientiert. Alternativ ist die konvexe Oberfläche in Richtung der Seite des Spiegels 122 orientiert.
  • Ähnlich der ersten beispielhaften Ausführungsform ist die Austrittsfläche der Linse 121 bezüglich des Referenzstrahls Lc im Vergleich zur Einfallsfläche der Linse 121 nach unten geneigt, und die Austrittsfläche der Linse 121 ist im Abschnitt Oben-Unten und Vorne-Hinten des Fahrzeugs in Keilform ausgebildet. Folglich fällt, sogar wenn das externe Licht, wie etwa Sonnenlicht, durch die Austrittsfläche und die Einfallsfläche der Linse 121 reflektiert wird, das reflektierte Licht des externen Lichts nicht auf den Beobachtungsbereich 300. Wenn die Form des Querschnitts der Linse 121 entlang der Y-Achsen-Richtung als Keilform ausgebildet ist, ist die obere optische Pfadlänge länger als die untere optische Pfadlänge, und die in dem Spiegel 122 erzeugte exzentrische Feldkrümmung kann erfolgreich korrigiert werden.
  • Die Viertel-Wellenlängen-Platte 123 ist bezüglich der Linse 121 auf der Vorderseite des Fahrzeugs angeordnet. Die Viertel-Wellenlängen-Platte 123 gibt das von der Linse 121 einfallende Licht aus, wobei die Polarisation des Lichtes um eine Viertel Wellenlänge gedreht wird. Die Viertel-Wellenlängen-Platte 123 ist angeordnet und dabei bezüglich des Referenzstrahls Lc nach unten geneigt. Folglich kann verhindert werden, dass externes Licht, wie etwa Sonnenlicht, den Beobachtungsbereich 300 erreicht, sogar wenn das externe Licht durch die Viertel-Wellenlängen-Platte 123 reflektiert wird.
  • Die Halb-Wellenlängen-Platte 125 ist bezüglich der Anzeigevorrichtung 110 auf der Vorderseite des Fahrzeugs angeordnet. Die Halb-Wellenlängen-Platte 125 gibt das von der Anzeigevorrichtung 110 einfallende Licht aus, wobei die Polarisation des Lichtes um eine halbe Wellenlänge gedreht wird. Die Halb-Wellenlängen-Platte 125 ist angeordnet und dabei bezüglich des Referenzstrahls Lc nach unten geneigt. Folglich kann verhindert werden, dass externes Licht, wie etwa Sonnenlicht, den Beobachtungsbereich 300 erreicht, sogar wenn das externe Licht durch die Halb-Wellenlängen-Platte 125 reflektiert wird.
  • Die Viertel-Wellenlängen-Platte 124 ist bezüglich der Halb-Wellenlängen-Platte 125 auf der Vorderseite des Fahrzeugs angeordnet. Die Viertel-Wellenlängen-Platte 124 gibt das von der Halb-Wellenlängen-Platte 125 einfallende Licht aus, wobei die Polarisation des Lichtes um eine Viertel Wellenlänge gedreht wird. Die Viertel-Wellenlängen-Platte 124 ist angeordnet und dabei bezüglich des Referenzstrahls Lc nach unten geneigt. Folglich kann verhindert werden, dass externes Licht, wie etwa Sonnenlicht, den Beobachtungsbereich 300 erreicht, sogar wenn das externe Licht durch die Viertel-Wellenlängen-Platte 124 reflektiert wird.
  • Der Spiegel 122 ist bezüglich der Viertel-Wellenlängen-Platte 123 auf der Vorderseite des Fahrzeugs 200 angeordnet. Die Reflexionsfläche des Spiegels 122 ist exzentrisch angeordnet, um den von der Viertel-Wellenlängen-Platte 123 ausgegebenen Strahl in Richtung der Windschutzscheibe 220 zu reflektieren. Die Reflexionsfläche des Spiegels 122 weist eine konkave Form auf. Folglich kann das auf der Anzeigevorrichtung 110 angezeigte Bild vergrößert werden und vom Beobachter D als virtuelles Bild I visuell erkannt werden. Der Spiegel 122 weist eine Freiform-Oberfläche auf. Der Grund dafür ist, dass Verzerrungen des virtuellen Bildes durch Reflexion korrigiert werden. Dies versetzt den Beobachter D in die Lage, das virtuelle Bild I im gesamten Beobachtungsbereich 300 gut zu sehen.
  • An dieser Stelle ist die Linse 121 bezüglich eines unteren Endes der Reflexionsfläche des Spiegels 122 an einer höheren Position angeordnet. Dies ermöglicht es, das Head-Up-Display 100 in einer Richtung von oben nach unten des Fahrzeugs 200 zu verdünnen.
  • [3-2. Wirkungen und weiteres]
  • Das Head-Up-Display 100 der dritten beispielhaften Ausführungsform umfasst die Anzeigevorrichtung 110, das optische Projektionssystem 120 und die Polarisations-Abdeckung 101. Die Anzeigevorrichtung 110 stellt das Bild dar. Das optische Projektionssystem 120 projiziert das auf der Anzeigevorrichtung 110 angezeigte Bild. Das optische Projektionssystem 120 umfasst die Halb-Wellenlängen-Platte 125, die Viertel-Wellenlängen-Platte 124, die Linse 121, die Viertel-Wellenlängen-Platte 123 und den Spiegel 122 in der Reihenfolge des optischen Pfades von der Anzeigevorrichtung 110.
  • Zusätzlich zu der Konfiguration der ersten beispielhaften Ausführungsform ist in dem Head-Up-Display 100 der dritten beispielhaften Ausführungsform die Viertel-Wellenlängen-Platte 123 auf der Vorderseite des Fahrzeugs bezüglich der Linse 121 vorgesehen. Die Polarisations-Abdeckung 101 ist zwischen dem Spiegel 122 und der Windschutzscheibe 220 angeordnet. Folglich kann die Helligkeit ausreichend verringert werden, auch wenn externes Licht, wie etwa Sonnenlicht, von der Einfallsfläche oder der Austrittsfläche der Linse 121 oder der Display-Oberfläche der Anzeigevorrichtung 110 mehrfach reflektiert wird, um den Beobachtungsbereich 300 zu erreichen. Wie in 10 gezeigt, wird nur die S-polarisierte Komponente des Lichts im Sonnenlicht durch die Polarisations-Abdeckung 101 durchgelassen, um den Spiegel 122 zu erreichen. Das auf den Spiegel 122 einfallende S-polarisierte Licht wird durch die Viertel-Wellenlängen-Platte 123 durchgelassen und in zirkular polarisiertes Licht umgewandelt. Das von der Viertel-Wellenlängen-Platte 123 durchgelassene zirkular polarisierte Licht wird von der Einfallsfläche oder der Austrittsfläche der Linse 121 oder der Display-Oberfläche der Anzeigevorrichtung 110 mehrfach reflektiert und fällt erneut auf die Viertel-Wellenlängen-Platte 123. Das auf die Viertel-Wellenlängen-Platte 123 einfallende reflektierte Licht des zirkular polarisierten Lichts wird durch die Viertel-Wellenlängen-Platte 123 in P-polarisiertes Licht umgewandelt und fällt auf den Spiegel 122. Das vom Spiegel 122 reflektierte P-polarisierte Licht wird von der Polarisations-Abdeckung 101 absorbiert und wird vom Beobachter D nicht als Streulicht erkannt.
  • In der dritten beispielhaften Ausführungsform sind weiterhin die Halb-Wellenlängen-Platte 125, die Viertel-Wellenlängen-Platte 124, die Linse 121, die Viertel-Wellenlängen-Platte 123, der Spiegel 122 und die Polarisations-Abdeckung 101 in der Reihenfolge des optischen Pfades von der Anzeigevorrichtung 110 angeordnet. Folglich kann, auch in dem Fall, dass eine Flüssigkristalldisplay-Vorrichtung als Anzeigevorrichtung 110 verwendet wird, der Beobachter D ein gutes virtuelles Bild I mit weniger Verschlechterung der Lichtdurchlässigkeit visuell erkennen. Wie in 11 gezeigt, wird das als S-polarisiertes Licht von der Anzeigevorrichtung 110 ausgegebene Display-Licht von der Halb-Wellenlängen-Platte 125 in P-polarisiertes Licht umgewandelt. Das von der Halb-Wellenlängen-Platte 125 ausgegebene Licht wird durch die Viertel-Wellenlängen-Platte 124 in zirkular polarisiertes Licht umgewandelt. Das von der Viertel-Wellenlängen-Platte 124 ausgegebene Licht wird durch die Linse 121 durchgelassen, von der Viertel-Wellenlängen-Platte 123 in S-polarisiertes Licht umgewandelt und fällt auf den Spiegel 122. Das vom Spiegel 122 reflektierte S-polarisierte Licht wird vom Beobachter D als virtuelles Bild I visuell erkannt, ohne dass es von der Polarisations-Abdeckung 101 absorbiert wird. In der dritten beispielhaften Ausführungsform wird das S-polarisierte Licht als von der Anzeigevorrichtung 110 ausgegebenes Display-Licht benutzt. In dem Fall, in dem das Display-Licht P-polarisiertes Licht ist, kann jedoch der gleiche Effekt durch Entfernen der Halb-Wellenlängen-Platte 125 erhalten werden.
  • (Vierte beispielhafte Ausführungsform)
  • Das Head-Up-Display 100 gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform unterscheidet sich von dem der dritten beispielhaften Ausführungsform darin, dass das Head-Up-Display 100 der vierten beispielhaften Ausführungsform eine Viertel-Wellenlängen-Folie 126 und keine Viertel-Wellenlängen-Platte 123 umfasst. Im Nachfolgenden werden mit Bezug auf die 12 bis 14 im Wesentlichen Punkte beschrieben, die sich von der dritten beispielhaften Ausführungsform unterscheiden, und die Beschreibung der gleichen Konfiguration wird weggelassen.
  • [4-1. Aufbau]
  • 12 ist eine schematische Zeichnung, die einen optischen Pfad zur Beschreibung des Head-Up-Displays 100 der vierten beispielhaften Ausführungsform zeigt. Wie in 12 gezeigt, umfasst das Head-Up-Display 100 die Polarisations-Abdeckung 101, auf die die Viertel-Wellenlängen-Folie 126 geklebt ist, die Anzeigevorrichtung 110 und das optische Projektionssystem 120. Das optische Projektionssystem 120 umfasst die Linse 121, den Spiegel 122 mit der konkaven Reflexionsfläche, die Viertel-Wellenlängen-Platte 124 und die Halb-Wellenlängen-Platte 125.
  • Das optische Projektionssystem 120 projiziert das von der Anzeigevorrichtung 110 angezeigte Bild auf die Windschutzscheibe 220. Insbesondere fällt das auf der Anzeigevorrichtung 110 angezeigte Licht des Bildes durch die Viertel-Wellenlängen-Platte 124, die Halb-Wellenlängen-Platte 125 und die Linse 121 auf den Spiegel 122. Das vom Spiegel 122 reflektierte Licht des Bildes wird durch die Viertel-Wellenlängen-Folie 126 und die Polarisations-Abdeckung 101 auf die Windschutzscheibe 220 projiziert. In der vierten beispielhaften Ausführungsform absorbiert die Polarisations-Abdeckung 101 das P-polarisierte Licht, während das S-polarisierte Licht durchgelassen wird. Jedoch ist die Polarisations-Abdeckung 101 nicht auf die vierte beispielhafte Ausführungsform beschränkt. Zum Beispiel kann die Polarisations-Abdeckung 101 das S-polarisierte Licht absorbieren oder reflektieren, während sie P-polarisiertes Licht durchlässt. Alternativ kann die Polarisations-Abdeckung 101 P-polarisiertes Licht reflektieren und S-polarisiertes Licht durchlassen. Es ist nicht erforderlich, dass die Viertel-Wellenlängen-Folie 126 und die Polarisations-Abdeckung 101 aufeinander geklebt sind, sondern die Viertel-Wellenlängen-Folie 126 und die Polarisations-Abdeckung 101 können getrennt voneinander vorgesehen sein. Anstelle der Viertel-Wellenlängen-Folie 126 kann eine Viertel-Wellenlängen-Platte zwischen dem Spiegel 122 und der Polarisations-Abdeckung 101 angeordnet sein.
  • In der vierten beispielhaften Ausführungsform sind ähnlich wie in der dritten beispielhaften Ausführungsform die Viertel-Wellenlängen-Platte 124 und die Halb-Wellenlängen-Platte 125 zwischen der Anzeigevorrichtung 110 und der Linse 121 angeordnet. Die Anordnung der Viertel-Wellenlängen-Platte 124 und der Halb-Wellenlängen-Platte 125 ist nicht auf die vierte beispielhafte Ausführungsform beschränkt, sondern die Viertel-Wellenlängen-Platte 124 und die Halb-Wellenlängen-Platte 125 können angeordnet sein, während die Reihenfolge der Viertel-Wellenlängen-Platte 124 und der Halb-Wellenlängen-Platte 125 vertauscht ist.
  • Die Linse 121 weist einen Aufbau auf, der dem der ersten beispielhaften Ausführungsform gleich ist. Insbesondere ist die Linse 121 bezüglich der Anzeigevorrichtung 110 auf der Vorderseite des Fahrzeugs 200 angeordnet und bezüglich des Referenzstrahls Lc nach unten geneigt. Ähnlich den 18A bis 18D ist die Linse 121 eine Linse mit Freiform-Oberfläche, die in der X-Achsen-Richtung und in der Y-Achsen-Richtung unterschiedliche Krümmungen aufweist. Eine Oberfläche (Einfallsfläche), die 110 der Linse 121 zugewandt ist, weist eine konkave Form auf, die zu der Seite der Anzeigevorrichtung 110 in der X-Achsen-Richtung konkav ist. In der Einfallsfläche der Linse 121 ist die Krümmung in der Y-Achsen-Richtung kleiner als die Krümmung in X-Achsen-Richtung. Die Oberfläche (Austrittsfläche) auf der Seite des Spiegels 122 der Linse 121 weist die konvexe Form auf, die zu der Seite des Spiegels 122 in der X-Achsen-Richtung konvex ist. Die Austrittsfläche der Linse 121 weist in Y-Achsen-Richtung eine konkave Form auf. In der vierten beispielhaften Ausführungsform weist ähnlich der ersten beispielhaften Ausführungsform die Einfallsfläche der Linse 121 eine Form auf, keine Brechkraft in der Y-Achsen-Richtung aufzuweisen. Die Einfallsfläche der Linse 121 ist jedoch nicht auf die vierte beispielhafte Ausführungsform beschränkt. Zum Beispiel kann die Einfallsfläche der Linse 121 eine konkave Oberfläche sein, in der die Krümmung der Einfallsfläche der Linse 121 in der Y-Achsen-Richtung kleiner ist als die der Einfallsfläche in der X-Achsen-Richtung. Alternativ dazu kann die Einfallsfläche der Linse 121 konvex zu der Seite der Anzeigevorrichtung 110 in Y-Achsen-Richtung sein. Alternativ kann die Einfallsfläche der Linse 121 eine Form aufweisen, die lokal konkav, konvex oder planar zur Seite der Anzeigevorrichtung 110 ist. Ähnlich der ersten beispielhaften Ausführungsform ist die Einfallsfäche der Linse 121 konkav zur Seite des Spiegels 122 in der Y-Achsen-Richtung. Alternativ dazu kann die Einfallsfläche der Linse 121 konvex zu der Seite des Spiegels 122 in Y-Achsen-Richtung sein.
  • Ähnlich der ersten beispielhaften Ausführungsform ist die Austrittsfläche der Linse 121 bezüglich des Referenzstrahls Lc im Vergleich zur Einfallsfläche der Linse 121 nach unten geneigt, und die Austrittsfläche der Linse 121 ist im Abschnitt Oben-Unten und Vorne-Hinten des Fahrzeugs in Keilform ausgebildet. Folglich fällt, sogar wenn das externe Licht, wie etwa Sonnenlicht, durch die Austrittsfläche und die Einfallsfläche der Linse 121 reflektiert wird, das reflektierte Licht des externen Lichts nicht auf den Beobachtungsbereich 300. Wenn die Form des Querschnitts der Linse 121 entlang der Y-Achsen-Richtung als Keilform ausgebildet ist, ist die obere optische Pfadlänge länger als die untere optische Pfadlänge. Folglich kann die im Spiegel 122 erzeugte exzentrische Feldkrümmung erfolgreich korrigiert werden.
  • Die Viertel-Wellenlängen-Folie 126 ist auf die Oberflächen-Seite der Polarisations-Abdeckung 101 in Richtung der Fahrzeug-Unterseite geklebt. Die Viertel-Wellenlängen-Folie 126 gibt das von dem Spiegel 122 einfallende Licht aus, wobei die Polarisation des Lichtes um eine Viertel Wellenlänge gedreht wird. An dieser Stelle weist, weil die Polarisations-Abdeckung 101 eine gekrümmte Form aufweist, die Viertel-Wellenlängen-Folie 126 ebenfalls die gekrümmte Form auf. Folglich wird verhindert, dass externes Licht, wie etwa Sonnenlicht, zwischen der Polarisations-Abdeckung 101 und der Viertel-Wellenlängen-Folie 126 reflektiert wird und den Beobachtungsbereich 300 erreicht.
  • Die Reflexionsfläche des Spiegels 122 ist exzentrisch angeordnet, um den von der Linse 121 ausgegebenen Strahl in Richtung der Windschutzscheibe 220 zu reflektieren. Die Reflexionsfläche des Spiegels 122 weist eine konkave Form auf. Folglich kann das auf der Anzeigevorrichtung 110 angezeigte Bild vergrößert werden und vom Beobachter D als virtuelles Bild I visuell erkannt werden. Der Spiegel 122 weist eine Freiform-Oberfläche auf. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die durch die Reflexion verursachte Verzerrung des virtuellen Bildes korrigiert ist, so dass ein gutes virtuelles Bild I im gesamten Beobachtungsbereich 300 gesehen wird.
  • An dieser Stelle ist die Linse 121 bezüglich eines unteren Endes der Reflexionsfläche des Spiegels 122 an einer höheren Position angeordnet. Dies ermöglicht es, das Head-Up-Display 100 in einer Richtung von oben nach unten des Fahrzeugs 200 zu verdünnen.
  • [4-2. Wirkungen und weiteres]
  • Das Head-Up-Display 100 der vierten beispielhaften Ausführungsform umfasst die Anzeigevorrichtung 110, das optische Projektionssystem 120 und die Polarisations-Abdeckung 101. Die Anzeigevorrichtung 110 stellt das Bild dar. Das optische Projektionssystem 120 projiziert das auf der Anzeigevorrichtung 110 angezeigte Bild. Die Viertel-Wellenlängen-Folie 126 ist auf die Polarisations-Abdeckung 101 geklebt. Das optische Projektionssystem 120 umfasst die Halb-Wellenlängen-Platte 125, die Viertel-Wellenlängen-Platte 124, die Linse 121 und den Spiegel 122 in der Reihenfolge des optischen Pfades von der Anzeigevorrichtung 110.
  • Im Head-Up-Display 100 der vierten beispielhaften Ausführungsform ist zusätzlich zu den Wirkungen der ersten beispielhaften Ausführungsform die Viertel-Wellenlängen-Folie 126 angeordnet und dabei unter die Polarisations-Abdeckung 101 geklebt. Folglich kann die Helligkeit ausreichend verringert werden, auch wenn externes Licht, wie etwa Sonnenlicht, von der Einfallsfläche oder der Austrittsfläche der Linse 121 oder der Display-Oberfläche der Anzeigevorrichtung 110 mehrfach reflektiert wird, um den Beobachtungsbereich 300 zu erreichen. Wie in 13 gezeigt, fällt das Sonnenlicht durch die Polarisations-Abdeckung 101 auf die Viertel-Wellenlängen-Folie 126.
  • Folglich erreicht nur die S-polarisierte Komponente des Lichts im Sonnenlicht die Viertel-Wellenlängen-Folie 126. Das durch die Viertel-Wellenlängen-Folie 126 fallende S-polarisierte Licht wird in zirkular polarisiertes Licht umgewandelt und erreicht den Spiegel 122. Das vom Spiegel 122 reflektierte Licht wird zwischen der Einfallsfläche und der Austrittsfläche der Linse 121 mehrfach reflektiert, und fällt erneut auf den Spiegel 122. Das vom Spiegel 122 reflektierte zirkular polarisierte Licht wird durch die Viertel-Wellenlängen-Folie 126 in P-polarisiertes Licht umgewandelt und von der Polarisations-Abdeckung 101 absorbiert. Folglich wird das P-polarisierte Licht vom Beobachter D nicht als Streulicht erkannt.
  • In der vierten beispielhaften Ausführungsform sind die Halb-Wellenlängen-Platte 125, die Viertel-Wellenlängen-Platte 124, die Linse 121, der Spiegel 122, die Viertel-Wellenlängen-Folie 126 und die Polarisations-Abdeckung 101 in der Reihenfolge des optischen Pfades von der Anzeigevorrichtung 110 angeordnet. Folglich kann, auch in dem Fall, dass eine Flüssigkristalldisplay-Vorrichtung als Anzeigevorrichtung 110 verwendet wird, der Beobachter D ein gutes virtuelles Bild I mit weniger Verschlechterung der Lichtdurchlässigkeit visuell erkennen. Wie in 14 gezeigt, wird das als S-polarisiertes Licht von der Anzeigevorrichtung 110 ausgegebene Display-Licht von der Halb-Wellenlängen-Platte 125 in P-polarisiertes Licht umgewandelt. Das von der Halb-Wellenlängen-Platte 125 ausgegebene Licht wird durch die Viertel-Wellenlängen-Platte 124 in zirkular polarisiertes Licht umgewandelt. Das von der Viertel-Wellenlängen-Platte 124 ausgegebene Licht fällt durch die Linse 121 auf den Spiegel 122. Weil das vom Spiegel 122 reflektierte zirkular polarisierte Licht durch die Viertel-Wellenlängen-Folie 126 in S-polarisiertes Licht umgewandelt wird, wird das S-polarisierte Licht vom Beobachter D als virtuelles Bild I visuell erkannt, ohne dass es von der Polarisations-Abdeckung 101 absorbiert wird. In der vierten beispielhaften Ausführungsform wird das S-polarisierte Licht als von der Anzeigevorrichtung 110 ausgegebenes Display-Licht benutzt. Jedoch ist das Display-Licht nicht auf S-polarisiertes Licht beschränkt. In dem Fall, in dem das Display-Licht P-polarisiertes Licht ist, kann der gleiche Effekt durch Entfernen der Halb-Wellenlängen-Platte 125 aus der Konfiguration der vierten beispielhaften Ausführungsform erhalten werden.
  • In der vierten beispielhaften Ausführungsform muss, weil die Viertel-Wellenlängen-Folie 126 und die Polarisations-Abdeckung 101 aufeinander geklebt sind, anders als in der dritten beispielhaften Ausführungsform die mehrfache Reflexion der Viertel-Wellenlängen-Platte 123 und der Linse 121 nicht berücksichtigt werden.
  • (Fünfte beispielhafte Ausführungsform)
  • Das Head-Up-Display 100 gemäß einer fünften beispielhaften Ausführungsform unterscheidet sich von dem der ersten bis vierten beispielhaften Ausführungsformen darin, dass das virtuelle Bild durch den Kombinierer 127 visuell erkannt wird. Im Nachfolgenden werden mit Bezug auf die 15 bis 17 im Wesentlichen Punkte beschrieben, die sich von der ersten bis vierten beispielhaften Ausführungsform unterscheiden, und die Beschreibung der gleichen Konfiguration wird weggelassen.
  • [5-1. Aufbau]
  • 15 ist eine Ansicht, die schematisch einen Teil des Fahrzeugs 200 zeigt, das mit dem Head-Up-Display 100 der vorliegenden Offenbarung ausgestattet ist. Wie in 15 gezeigt, ist das Head-Up-Display 100 innerhalb und außerhalb des Armaturenbretts 210 unter der Windschutzscheibe 220 des Fahrzeugs 200 angeordnet. Der Beobachter D erkennt das vom Head-Up-Display 100 projizierte Bild als virtuelles Bild I durch den Kombinierer 127.
  • 16 ist eine schematische Zeichnung, die einen optischen Pfad zur Beschreibung des Head-Up-Displays 100 der fünften beispielhaften Ausführungsform zeigt. Wie in 16 gezeigt, umfasst das Head-Up-Display 100 die Anzeigevorrichtung 110 und das optische Projektionssystem 120. Das optische Projektionssystem 120 umfasst die Linse 121 und den Kombinierer 127. Der Kombinierer 127 ist ein optisches Element, das eine Transparenz und ein Reflexionsvermögen aufweist und eine konkave Reflexionsfläche umfasst.
  • Das optische Projektionssystem 120 projiziert das auf der Anzeigevorrichtung 110 angezeigte Bild als virtuelles Bild I auf den Beobachter D. Insbesondere fällt das Licht des auf der Anzeigevorrichtung 110 angezeigten Bildes durch die Linse 121 auf den Kombinierer 127. Das auf den Kombinierer 127 einfallende Licht des Bildes wird durch den Kombinierer 127 reflektiert und auf den Beobachtungsbereich 300 des Beobachters D projiziert. Der Kombinierer 127 weist Transparenz auf, so dass der Beobachter D durch den Kombinierer die Vorderseite des Fahrzeugs überwachen kann. Dies versetzt den Beobachter D in die Lage, das virtuelle Bild I visuell zu erkennen, ohne das vordere Sichtfeld zu stören. In der fünften beispielhaften Ausführungsform sind die Linse 121 und die Anzeigevorrichtung 110 unter dem Armaturenbrett 210 angeordnet. Jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die Anordnung der fünften beispielhaften Ausführungsform beschränkt. Zum Beispiel können die Linse 121 und die Anzeigevorrichtung 110 so angeordnet sein, dass ein Teil oder das ganze Head-Up-Display 100 über dem Armaturenbrett 210 angeordnet ist.
  • Die Linse 121 ist bezüglich der Anzeigevorrichtung 110 auf der Vorderseite des Fahrzeugs 200 angeordnet und bezüglich des Referenzstrahls Lc nach unten geneigt.
  • Wie in den 19A bis 19D dargestellt, ist die Linse 121 eine Linse mit Freiform-Oberfläche, bei der sich die X-Achsen-Richtung und die Y-Achsen-Richtung in der Krümmung voneinander unterscheiden. Eine Oberfläche (Einfallsfläche), die 110 der Linse 121 zugewandt ist, weist eine konkave Form auf, die zu der Seite der Anzeigevorrichtung 110 in der X-Achsen-Richtung konkav ist. In der Einfallsfläche der Linse 121 ist die Krümmung in der Y-Achsen-Richtung kleiner als die Krümmung in X-Achsen-Richtung. Die Oberfläche (Austrittsfläche) auf der Seite des Kombinierers 127 der Linse 121 weist die konvexe Form auf, die zu der Seite des Kombinierers 127 in der X-Achsen-Richtung konvex ist. Die Austrittsfläche der Linse 121 weist in Y-Achsen-Richtung eine konkave Form auf. In der fünften beispielhaften Ausführungsform weist zum Beispiel die Einfallsfläche der Linse 121 eine Form auf, keine Brechkraft in der Y-Achsen-Richtung aufzuweisen. In der Einfallsfläche der Linse 121 kann eine konkave Oberfläche, in der die Krümmung kleiner ist als die in der X-Achsen-Richtung, in Richtung der Anzeigevorrichtung 110 orientiert sein. In der Einfallsfläche der Linse 121 kann die konvexe Oberfläche in Richtung der Anzeigevorrichtung 110 orientiert sein. Alternativ kann die Einfallsfläche der Linse 121 eine Form aufweisen, die lokal konkav und konvex zur Seite der Anzeigevorrichtung 110 ist.
  • In der fünften beispielhaften Ausführungsform weist die Austrittsfläche der Linse 121 in Y-Achsen-Richtung eine konvexe Form mit einer kleinen Krümmung auf. Alternativ kann die Austrittsfläche der Linse 121 in Y-Achsen-Richtung eine konkave Form aufweisen. Wie in 17 gezeigt, ist die Austrittsfläche der Linse 121 bezüglich des Referenzstrahls Lc verglichen mit der Einfallsfläche der Linse 121 nach unten geneigt. Folglich fällt, sogar wenn das externe Licht, wie etwa Sonnenlicht, durch die Austrittsfläche oder die Einfallsfläche der Linse 121 reflektiert wird, das reflektierte Licht des externen Lichts nicht auf den Beobachtungsbereich 300. Die Querschnitts-Form entlang der Y-Achsen-Richtung der Linse 121 ist die Keilform. Folglich ist die obere optische Pfadlänge länger als die untere optische Pfadlänge, so dass die im Kombinierer 127 erzeugte exzentrische Feldkrümmung erfolgreich korrigiert werden kann.
  • Der Kombinierer 127 ist bezüglich der Linse 121 auf der Vorderseite des Fahrzeugs 200 angeordnet. Die Reflexionsfläche des Kombinierers 127 ist exzentrisch angeordnet, um den von der Linse 121 ausgegebenen Strahl in Richtung des Beobachters D zu reflektieren. Die Reflexionsfläche des Kombinierers 127 weist eine konkave Form auf. Folglich kann das auf der Anzeigevorrichtung 110 angezeigte Bild vergrößert werden und vom Beobachter D als virtuelles Bild I visuell erkannt werden. Der Kombinierer 127 weist ebenfalls eine Freiform-Oberfläche auf. Dies ermöglicht die Korrektur der durch die Reflexion hervorgerufenen Verzerrungen des virtuellen Bildes. Folglich wird die Korrektur so durchgeführt, dass der Beobachter D im gesamten Beobachtungsbereich 300 ein gutes virtuelles Bild I sieht.
  • [5-2. Wirkungen und weiteres]
  • Das Head-Up-Display 100 der fünften beispielhaften Ausführungsform umfasst die Anzeigevorrichtung 110 und das optische Projektionssystem 120. Die Anzeigevorrichtung 110 stellt das Bild dar. Das optische Projektionssystem 120 projiziert das auf der Anzeigevorrichtung 110 angezeigte Bild. Das optische Projektionssystem 120 umfasst die Linse 121 und den Kombinierer 127 in der Reihenfolge von der Anzeigevorrichtung 110 auf dem optischen Pfad.
  • Im Head-Up-Display 100 der fünften beispielhaften Ausführungsform wird zusätzlich zu den Wirkungen der ersten beispielhaften Ausführungsform das auf der Anzeigevorrichtung 110 angezeigte Bild durch den Kombinierer 127 als virtuelles Bild I dem Beobachter präsentiert. Folglich kann der Beobachter D das auf der Anzeigevorrichtung 110 angezeigte Bild visuell erkennen, ohne dass ein vorderes Sichtfeld des Beobachters D versperrt wird.
  • Die Austrittsfläche der Linse 121 in der Y-Achsen-Richtung ist in Form einer Freiform-Oberfläche ohne Symmetrie ausgebildet. Folglich kann die im Kombinierer 127 erzeugte asymmetrische Verzerrung erfolgreich korrigiert werden. Die 18A bis 18D sind Ansichten, die eine Form der Linse 121 der ersten bis vierten beispielhaften Ausführungsform zeigen. Die 19A bis 19D sind Ansichten, die eine Form der Linse 121 der fünften beispielhaften Ausführungsform zeigen.
  • Jedoch sind die Linsenformen in den 18A bis 18D und 19A bis 19D nicht auf die beispielhaften Ausführungsformen beschränkt. Die Form der Linse 121 in den 18A bis 18D kann auf die fünfte beispielhafte Ausführungsform angewendet werden. Die Form der Linse 121 in den 19A bis 19D kann auf die erste bis vierte beispielhafte Ausführungsform angewendet werden.
  • (Andere beispielhafte Ausführungsformen)
  • Die erste bis fünfte beispielhafte Ausführungsform wurde als ein Beispiel der in der vorliegenden Patentanmeldung offenbarten Technik beschrieben. Jedoch ist die Technik in der vorliegenden Offenbarung nicht auf die erste bis fünfte beispielhafte Ausführungsform beschränkt, sondern kann auch auf beispielhafte Ausführungsformen angewendet werden, die einer Abwandlung, Ersetzung, Hinzufügung, Weglassung und dergleichen unterzogen wurden. Zusätzlich können in der ersten bis fünften beispielhaften Ausführungsform beschriebene Komponenten kombiniert werden, um eine neue beispielhafte Ausführungsform zu erhalten.
  • In der ersten bis vierten beispielhaften Ausführungsform ist als Beispiel die Linse 121 als optisches Brechungssystem benutzt, das zwischen der Anzeigevorrichtung 110 und dem Spiegel 122 vorgesehen ist. Das optische Brechungssystem ist jedoch nicht auf die Linse 121, das heißt auf ein Linsenelement, beschränkt. Zum Beispiel kann in dem optischen Brechungssystem eine Vielzahl von Linsenelementen zwischen der Anzeigevorrichtung 110 und dem Spiegel 122 angeordnet sein. In dem Fall, in dem eine Vielzahl von Linsenelementen angeordnet ist, ist wünschenswerterweise die Oberfläche, die der Anzeigevorrichtung des Linsenelementes zugewandt ist, auf dem das von der Anzeigevorrichtung ausgegebene Licht zuerst einfällt, die konkave Oberfläche in der X-Achsen-Richtung.
  • In der ersten bis vierten beispielhaften Ausführungsform ist ein Spiegel als optisches Projektionssystem 120 angeordnet. Alternativ können mindestens zwei Spiegel angeordnet sein. Der zusätzliche Spiegel kann bezüglich des Spiegels 122 auf der Vorderseite des Fahrzeugs oder in Richtung der Innenseite und der Außenseite des Fahrzeugs angeordnet sein (in 3 eine Richtung senkrecht zur Papierebene).
  • In der ersten bis vierten beispielhaften Ausführungsform ist nur die Linse 121 als Linsenelement des optischen Projektionssystems 120 zwischen der Anzeigevorrichtung 110 und dem Spiegel 122 angeordnet. Jedoch ist die Konfiguration des Head-Up-Displays 100 nicht auf die erste bis vierte beispielhafte Ausführungsform beschränkt. Zum Beispiel kann eine Linse zusätzlich zwischen dem Spiegel 122 und der Windschutzscheibe 220 angeordnet sein.
  • In der ersten bis vierten beispielhaften Ausführungsform weist der Spiegel 122 des Head-Up-Displays eine rotations-asymmetrische Form auf. Der Spiegel 122 ist jedoch nicht auf einen Spiegel mit rotationsasymmetrischer Form beschränkt. Zum Beispiel kann der Spiegel 122 eine Oberflächenform aufweisen, die als sattelförmig bezeichnet wird, wobei sich die X-Achsen-Richtung und die Y-Achsen-Richtung in einem Vorzeichen der Krümmung voneinander unterscheiden.
  • Die Oberflächenform der Linse 121 der ersten bis vierten beispielhaften Ausführungsform ist nicht auf die Form einer Freiform-Oberfläche beschränkt. Zum Beispiel kann die Oberflächenform der Linse 121 kreisringförmig, anamorphotisch oder zylindrisch sein, oder die Linse mit der kreisringförmigen, anamorphotischen oder zylindrischen Form kann bezüglich des Referenzstrahls Lc exzentrisch angeordnet sein.
  • In der ersten bis vierten beispielhaften Ausführungsform ist die gesamte Einfallsfläche der Linse 121 nicht notwendigerweise in der X-Achsen-Richtung als konkave Oberfläche ausgebildet, kann aber lokal die konkave Form aufweisen.
  • In der ersten bis vierten beispielhaften Ausführungsform ist die Einfallsfläche der Linse 121 nicht notwendigerweise in der Y-Achsen-Richtung als planare Oberfläche ausgebildet. Die Einfallsfläche der Linse 121 kann als konvexe oder konkave Oberfläche ausgebildet sein, oder kann lokal in der Y-Achsen-Richtung eine gekrümmte Oberflächenform aufweisen.
  • In der ersten bis vierten beispielhaften Ausführungsform ist die Austrittsfläche der Linse 121 nicht notwendigerweise als konkave Oberfläche ausgebildet, die in Richtung des Spiegels 122 in der Y-Achsen-Richtung orientiert ist. Die Austrittsfläche der Linse 121 kann als konvexe oder planare Oberfläche ausgebildet sein, oder kann lokal in der Y-Achsen-Richtung eine gekrümmte Oberflächenform aufweisen.
  • In der ersten bis vierten beispielhaften Ausführungsform ist die Form der Reflexionsfläche des Spiegels 122 nicht auf die Form einer Freiform-Oberfläche beschränkt. Die Reflexionsfläche des Spiegels 122 kann eine sphärische, asphärische, kreisringförmige oder anamorphotische Form aufweisen, oder die Linse mit der sphärischen, asphärischen, kreisringförmigen oder anamorphotischen Form kann bezüglich des Referenzstrahls Lc exzentrisch angeordnet sein.
  • In der zweiten bis vierten beispielhaften Ausführungsform ist als Beispiel die Polarisations-Abdeckung 101 angeordnet. Jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann die Polarisations-Abdeckung 101 eine Abdeckung sein, bei der eine Abdeckung und ein optisches Element mit Polarisationsfunktion getrennt voneinander angeordnet sind. Anstelle der Polarisations-Abdeckung 101 kann ein optisches Element mit Polarisationsfunktion in dem optischen Projektionssystem 120 angeordnet sein. An dieser Stelle ist wünschenswerterweise die Wellenlängen-Platte nicht auf der Rückseite des optischen Elements mit Polarisationsfunktion in der Reihenfolge des optischen Pfades von der Anzeigevorrichtung 110 angeordnet.
  • In der dritten und vierten beispielhaften Ausführungsform sind die Anzeigevorrichtung 110, die Viertel-Wellenlängen-Platte 124 und die Halb-Wellenlängen-Platte 125 als Beispiel getrennt voneinander angeordnet. Alternativ können die Anzeigevorrichtung 110, die Viertel-Wellenlängen-Platte 124 und die Halb-Wellenlängen-Platte 125 miteinander verklebt angeordnet sein.
  • In der dritten und vierten beispielhaften Ausführungsform sind die Viertel-Wellenlängen-Platte 124 und die Halb-Wellenlängen-Platte 125 als Beispiel getrennt voneinander angeordnet. Alternativ kann eine Wellenlängen-Platte mit gleicher Wirkung als Viertel-Wellenlängen-Platte 124 und Halb-Wellenlängen-Platte 125 angeordnet sein.
  • In der vierten beispielhaften Ausführungsform ist die Viertel-Wellenlängen-Folie 126 als Beispiel auf die Polarisations-Abdeckung 101 geklebt. Alternativ kann eine gekrümmte Viertel-Wellenlängen-Platte angeordnet sein. Die gekrümmte Viertel-Wellenlängen-Platte weist dieselbe Wirkung auf wie die Polarisations-Abdeckung 101. Das heißt, es kann verhindert werden, dass das von der Viertel-Wellenlängen-Platte reflektierte externe Licht den Beobachtungsbereich 300 des Beobachters D erreicht.
  • In der fünften beispielhaften Ausführungsform ist als Beispiel ein Linsen-Element zwischen der Anzeigevorrichtung 110 und dem Kombinierer 127 angeordnet. Alternativ kann eine Vielzahl von Linsen-Elementen angeordnet sein. In dem Fall, dass eine Vielzahl von Linsen-Elementen vorhanden ist, ist wünschenswerterweise eine erste Einfallsfläche eine konkave Oberfläche in der X-Achsen-Richtung. Wie hier benutzt, bedeutet erste Einfallsfläche eine Oberfläche des Linsenelementes, die der Anzeigevorrichtung zugewandt ist, auf der das von der Anzeigevorrichtung ausgegebene Licht zuerst einfällt. Ein Reflexionselement kann zwischen der Anzeigevorrichtung 110 und dem Kombinierer 127 angeordnet sein.
  • In der fünften beispielhaften Ausführungsform sind die Anzeigevorrichtung 110 und die Linse 121 unter dem Armaturenbrett 210 angeordnet. Alternativ können die Anzeigevorrichtung 110 und die Linse 121 über dem Armaturenbrett 210 angeordnet sein.
  • In der fünften beispielhaften Ausführungsform ist ein Teil des Head-Up-Displays 100 unter dem Armaturenbrett 210 angeordnet. Alternativ kann ein Teil des Head-Up-Displays 100 über dem Armaturenbrett 210 angeordnet sein.
  • Die obigen beispielhaften Ausführungsformen sind Veranschaulichungen der Technik der vorliegenden Offenbarung. Daher können verschiedene Änderungen, Ersetzungen, Hinzufügungen oder Weglassungen der beispielhaften Ausführungsformen im Umfang der Ansprüche oder derer Äquivalente durchgeführt werden.
  • Die Linse 121 in den 18A bis 19D weist projiziert auf die XY-Ebene eine rechteckige äußere Form auf. Jedoch ist die Linse 121 nicht auf die rechteckige äußere Form beschränkt. Zum Beispiel kann die Linse 121 eine äußere Form aufweisen, mit der die Linse 121 einfach vom Head-Up-Display 100 gehalten wird.
  • Gewerbliche Anwendbarkeit
  • Die vorliegende Offenbarung kann auf ein Head-Up-Display angewendet werden, das ein optisches Brechungssystem benutzt, wie etwa eine Linse. Insbesondere ist die vorliegende Offenbarung auf ein Head-Up-Display für ein Fahrzeug anwendbar.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    Head-Up-Display
    101
    Polarisations-Abdeckung (Polarisationselement)
    110
    Anzeigevorrichtung
    111
    Angezeigtes Bild
    120
    Optisches Projektionssystem
    121
    Linse (Brechungslinse)
    122
    Spiegel
    123
    Viertel-Wellenlängen-Platte (erster Polarisator)
    124
    Viertel-Wellenlängen-Platte (zweiter Polarisator)
    125
    Halb-Wellenlängen-Platte (dritter Polarisator)
    126
    Viertel-Wellenlängen-Folie (erster Polarisator)
    127
    Kombinierer
    170
    Kamera
    200
    Fahrzeug
    210
    Armaturenbrett
    220
    Windschutzscheibe (Reflexionselement)
    300
    Beobachtungsgebiet
    D
    Beobachter
    I
    Virtuelles Bild

Claims (9)

  1. Head-Up-Display (100), das bewirkt, dass ein Beobachter (D) ein virtuelles Bild (I) visuell erkennt, das Head-Up-Display (100) umfassend: eine Anzeigevorrichtung (110), die ein Bild darstellt; und ein optisches Projektionssystem (120), das das auf der Anzeigevorrichtung (110) dargestellte Bild auf den Beobachter (D) projiziert, wobei das optische Projektionssystem (120) eine Linse (121) umfasst, wobei ein Referenzstrahl (Lc) ein Strahl ist, der eine Mitte eines Beobachtungsbereichs (300) des Beobachters erreicht und einer Mitte des virtuellen Bildes (I) entspricht, ein Referenz-Außenstrahl (Lo) ein Strahl ist, der die Mitte des Beobachtungsbereichs (300) des Beobachters erreicht und einem linken Ende des virtuellen Bildes (I) entspricht, eine Einfallsfläche der Linse (121) eine Oberfläche ist, die der Anzeigevorrichtung (110) auf dem Referenzstrahl (Lc) zugewandt ist, eine Austrittsfläche der Linse (121) eine Oberfläche auf einer der Einfallsfläche gegenüberliegenden Seite auf dem Referenzstrahl (Lc) ist, der Ursprung (O) ein Schnittpunkt des Referenzstrahls mit der Einfallsfläche (P) ist, eine X-Achsen-Richtung eine Richtung einer Geraden ist, die den Ursprung (O) und einen Schnittpunkt einer Tangentenebene (P) der Einfallsfläche im Ursprung (O) mit dem Referenz-Außenstrahl (Lo) umfasst, und eine Y-Achsen-Richtung eine Richtung senkrecht zurX-Achsen-Richtung in der Tangentenebene (P) ist, die Linse (121) angeordnet und dabei bezüglich des Referenzstrahls (Lc) geneigt ist, die Einfallsfläche eine konkave Oberfläche aufweist, die der Anzeigevorrichtung (110) in der X-Achsen-Richtung zugewandt ist, und eine Krümmung der Einfallsfläche in der Y-Achsen-Richtung kleiner ist als eine Krümmung der Einfallsfläche in der X-Achsen-Richtung.
  2. Head-Up-Display (100) nach Anspruch 1, wobei die Austrittsfläche eine konvexe Fläche ist, die zu einer Seite der Austrittsfläche in der X-Achsen-Richtung konvex ist.
  3. Head-Up-Display (100) nach Anspruch 1, wobei in der Y-Achsen-Richtung die Neigung der Austrittsfläche zu einer Ebene senkrecht zum Referenzstrahl (Lc) größer ist als die Neigung der Einfallsfläche zu der Ebene senkrecht zum Referenzstrahl (Lc).
  4. Head-Up-Display (100) nach Anspruch 1, wobei eine Krümmung der Austrittsfläche in der Y-Achsen-Richtung kleiner ist als eine Krümmung der Austrittsfläche in der X-Achsen-Richtung.
  5. Head-Up-Display (100) nach Anspruch 1, wobei die Einfallsfläche der Linse (121) mit einer Antireflexions-Beschichtung beschichtet ist.
  6. Head-Up-Display (100) nach Anspruch 1, wobei die Austrittsfläche der Linse (121) mit einer Antireflexions-Beschichtung beschichtet ist.
  7. Head-Up-Display (100) nach Anspruch 1, wobei in der Y-Achsen-Richtung die Neigung der Austrittsfläche zum Referenzstrahl (Lc) größer ist als die Neigung der Einfallsfläche in der Y-Achsen-Richtung zum Referenzstrahl (Lc).
  8. Head-Up-Display (100) nach Anspruch 1, wobei das optische Projektionssystem (120) das virtuelle Bild auf eine Windschutzscheibe (220) projiziert.
  9. Head-Up-Display (100) nach Anspruch 1, wobei das optische Projektionssystem (120) ein Reflexionselement (220) umfasst, das Transparenz und Reflexionsvermögen aufweist.
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