DE112017000946B4

DE112017000946B4 - Head-up-anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE112017000946B4
Application number: DE112017000946.4T
Authority: DE
Inventors: Takahiro Nambara
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-02-23
Filing date: 2017-01-13
Publication date: 2023-03-30
Anticipated expiration: 2037-01-14
Also published as: JP2018120243A; JP2017151404A; KR102039405B1; US10920958B2; JP6930574B2; CN108700749A; KR20180112013A; DE112017000946T5; JP6319355B2; US20190056086A1; JP2020057006A; JP6677268B2

Abstract

Head-up-Anzeigevorrichtung, die an einem mobilen Objekt (1) montiert ist, wobei die Head-up-Anzeigevorrichtung ausgelegt ist, ein Bild auf ein Projektionselement (3) zu projizieren, um ein virtuelles Bild anzuzeigen und es einem Insassen zu ermöglichen, das Bild visuell zu erkennen, wobei die Head-up-Anzeigevorrichtung aufweist:mehrere Lichtemissionsvorrichtungen (12, 212), die zueinander ausgerichtet sind und jeweils ausgelegt sind, ein Beleuchtungslicht zu emittieren;eine Bildausbildungseinheit (30, 230), die eine Beleuchtungszielfläche (32, 232) enthält, wobei die Bildausbildungseinheit ausgelegt ist, einen entsprechenden Bereich der Beleuchtungszielfläche mit dem Beleuchtungslicht von einer der Lichtemissionsvorrichtungen zu beleuchten, um das Bild auszubilden; undeine Lichtsammeleinheit (14, 214), die ausgelegt ist, das Beleuchtungslicht von jeder der Lichtemissionsvorrichtungen zu sammeln und zu bewirken, dass das Beleuchtungslicht auf die Beleuchtungszielfläche auftrifft, wobeidie Lichtsammeleinheit ein Kondensorlinsenarray (15, 215) enthält, in dem mehrere Linsenelemente (15a, 215a) zueinander ausgerichtet sind,die Linsenelemente mit den jeweiligen Lichtemissionsvorrichtungen gepaart sind,jedes der Linsenelemente eine Lichtsammeloberfläche (17, 217) zum Sammeln des Beleuchtungslichts aufweist,eine z-Richtung als eine Richtung definiert ist, in der Oberflächenscheitelpunkte (17a) der Lichtsammelflächen mit den Lichtemissionsvorrichtungen (12) verbunden sind, die mit den Lichtsammelflächen jeweils gepaart sind,eine x-Richtung und eine y-Richtung orthogonal zueinander in einer virtuellen Ebene orthogonal zu der z-Richtung definiert sind,die Paare aus den Kondensorlinsenelementen und den Lichtemissionsvorrichtungen in mindestens einer aus der x-Richtung und der y-Richtung als einer Ausrichtungsrichtung (AD) zueinander ausgerichtet sind,die Lichtsammelflächen jeweils eine anamorphe Oberfläche sind, die in einer konvexen Gestalt ausgebildet ist, bei der eine Krümmung in der x-Richtung und eine Krümmung in der y-Richtung unterschiedlich sind,eine aus der x-Richtung und der y-Richtung als die Ausrichtungsrichtung (AD) eingestellt ist und die andere aus diesen als eine andere Richtung (SD) eingestellt ist,die Beleuchtungszielfläche eine rechteckige Gestalt mit einer Abmessung La in einer Richtung auf der Beleuchtungszielfläche, die der Ausrichtungsrichtung entspricht, und einer Abmessung Ls in einer Richtung auf der Beleuchtungszielfläche, die der anderen Richtung entspricht, ist,eine Ausrichtungsanzahl von Paaren der Kondensorlinsenelemente und Lichtemissionsvorrichtungen in der Ausrichtungsrichtung gleich Na ist,La/Na < Ls erfüllt ist, unddie Krümmung in der Ausrichtungsrichtung größer als die Krümmung in der anderen Richtung ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Head-up-Anzeigevorrichtung, die an einem mobilen Objekt montiert ist und ausgelegt ist, eine virtuelles Bild anzuzeigen, das eine visuelle Erkennung eines Bildes durch einen Insassen ermöglicht.
Stand der Technik
Es ist eine Head-up-Anzeigevorrichtung (im Folgenden als HUD-Vorrichtung abgekürzt) bekannt, die an einem mobilen Objekt montiert ist und ausgelegt ist, ein virtuelles Bild anzuzeigen, um eine visuelle Erkennung eines Bildes durch einen Insassen zu ermöglichen. Die HUD-Vorrichtung, die in der JP 5 353 203 B2 beschrieben ist, enthält mehrere Lichtemissionsvorrichtungen, eine Bildausbildungseinheit und eine Lichtsammeleinheit. Die Lichtemissionsvorrichtungen sind zueinander ausgerichtet und emittieren Beleuchtungslicht. Die Bildausbildungseinheit weist eine Beleuchtungszielfläche auf, und das Beleuchtungslicht von jeder Lichtemissionsvorrichtung beleuchtet die Beleuchtungszielfläche, um dadurch ein Bild auszubilden. Die Lichtsammeleinheit sammelt das Beleuchtungslicht und bewirkt, dass das gesammelte Beleuchtungslicht auf die Beleuchtungszielfläche auftrifft.
In diesem Fall weist die Lichtsammeleinheit eine Kondensorlinse bzw. Sammellinse auf, die eine Toroid-Oberfläche aufweist, die in einer Längsrichtung und in einer Querrichtung unterschiedliche Krümmungen aufweist. In diesem Fall ist die Toroid-Oberfläche eine Art von anamorpher Oberfläche.
Die Toroid-Oberfläche der JP 5 353 203 B2 ist jedoch eine einzelne konvexe Oberfläche, die dieselbe Größe wie diejenige der Beleuchtungszieloberfläche in der Kondensorlinse aufweist. Demzufolge können beispielsweise Designbeschränkungen derart vorhanden sein, dass eine große Krümmung kaum festgelegt werden kann. Da die Toroid-Oberfläche das Beleuchtungslicht kollektiv von den jeweiligen Lichtemissionsvorrichtungen sammelt, kann das Licht nicht effizient entsprechend dem Layout der jeweiligen Lichtemissionsvorrichtungen gesammelt werden. Daher besteht die Befürchtung, dass die Sichtbarkeit eines virtuellen Bildes kaum ausreichend verbessert werden kann, das durch Projizieren eines Bildes, das durch die Bildausbildungseinheit ausgebildet wird, auf ein Projektionselement ausgebildet wird.
Die JP 2015- 232 608 A offenbart eine Beleuchtungseinheit, die aufweist: eine Vielzahl von Sätzen von Beleuchtungsmodulen, wobei ein Beleuchtungsmodulsatz eine Lichtquelle, die an einer konjugierten Position platziert ist, und eine Vielzahl von Stufen von Kondensorlinsen, die Licht von der Lichtquelle zu einer Anzeigevorrichtung sammeln, hat, wobei ein vergrößerndes optisches System zwischen der konjugierten Position und einem Sichtbereich ist. Jeder Beleuchtungsmodulsatz umfasst eine Anfangsstufenlinse als eine zu der Lichtquelle nächste Kondensorlinse und eine Endstufenlinse als eine von der Lichtquelle entfernteste Kondensorlinse. In jedem Beleuchtungsmodulsatz ist, unter einer Annahme eines zusammengesetzten Brennpunkts einer zusammengesetzten Linse, die aus allen Stufen von Kondensorlinsen von der Anfangsstufenlinse bis zu der Endstufenlinse kombiniert ist, ein Zwischenraum zwischen einer Hauptebene der Anfangsstufenlinse und der Lichtquelle eingestellt, gleich zu oder weniger als ein Zwischenraum zwischen der Hauptebene und dem zusammengesetzten Brennpunkt zu sein.
Die US 2005 / 0 237 488 A1 offenbart eine Bildanzeigevorrichtung, wobei die Querschnittsgröße oder -form des Lichtstroms, der ein Lichtquellenbild eines LED-basierten lichtemittierenden Abschnitts gebildet hat, durch eine anamorphotische Optik, wie z. B. eine Kollimatorlinse, in eine Größe oder Form umgewandelt wird, die für eine Öffnung in dem Teil geeignet ist, der den Fluss des Lichtquellenbilds in einem optischen System durchlässt, das zu einem Bildanzeigeelement führt, um die Menge der durch die Öffnung verlaufenden Lichtströme zu erhöhen.
Die WO 2014 / 203 534 A1 offenbart eine Head-up-Anzeigevorrichtung, wobei ein auf einer Bildanzeigeeinheit angezeigtes Bild durch eine Bildbeleuchtungseinheit beleuchtet und ein Bild für einen Fahrer unter Verwendung eines optischen Anzeigesystems dargestellt wird, welches wenigstens ein konkaves Spiegelelement enthält. Die Bildbeleuchtungseinheit ist mit einer Licht emittierenden Oberfläche, die ein Beleuchtungslicht emittiert, und mit einer Linsenanordnung versehen, welche eine Eintrittspupille eines Augenraums unterteilt und über das optische Anzeigesystem auf die Licht emittierende Oberfläche fokussiert.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine HUD-Vorrichtung mit einer hohen Sichtbarkeit eines virtuellen Bildes zu schaffen. Die Aufgabe wird durch eine Head-up-Anzeigevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche sind auf vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gerichtet.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Head-up-Anzeigevorrichtung an einem mobilen Objekt montiert. Die Head-up-Anzeigevorrichtung ist ausgelegt, ein Bild auf ein Projektionselement zu projizieren, um ein virtuelles Bild anzuzeigen und eine visuelle Erkennung des Bildes für einen Insassen zu ermöglichen. Die Head-up-Anzeigevorrichtung weist mehrere Lichtemissionsvorrichtungen auf, die zueinander angeordnet sind und jeweils ausgelegt sind, Beleuchtungslicht zu emittieren. Die Head-up-Anzeigevorrichtung weist außerdem eine Bildausbildungseinheit auf, die eine Beleuchtungszielfläche enthält. Die Bildausbildungseinheit ist ausgelegt, einen entsprechenden Bereich der Beleuchtungszielfläche mit dem Beleuchtungslicht von einer der Lichtemissionsvorrichtungen zu beleuchten, um das Bild auszubilden. Die Head-up-Anzeigevorrichtung weist außerdem eine Lichtsammeleinheit auf, die ausgelegt ist, das Beleuchtungslicht von den jeweiligen Lichtemissionsvorrichtungen zu sammeln und zu bewirken, dass das Beleuchtungslicht auf die Beleuchtungszielfläche auftrifft. Die Lichtsammeleinheit enthält ein Kondensorlinsenarray, bei dem mehrere Linsenelemente zueinander ausgerichtet sind. Die Linsenelemente sind jeweils mit den Lichtemissionsvorrichtungen gepaart. Jedes der Linsenelemente weist eine Lichtsammelfläche zum Sammeln des Beleuchtungslichts auf. Eine z-Richtung ist als eine Richtung definiert, bei der Oberflächenscheitelpunkte der Lichtsammelflächen mit den Lichtemissionsvorrichtungen verbunden sind, die mit den jeweiligen Lichtsammelflächen gepaart sind. Eine x-Richtung und eine y-Richtung sind orthogonal zueinander in einer virtuellen Ebene orthogonal zu der z-Richtung definiert. Die Paare aus den Sammellinsenelementen und Lichtemissionsvorrichtungen sind in mindestens einer aus der x-Richtung und der y-Richtung als einer Ausrichtungsrichtung ausgerichtet. Jede der Lichtsammelflächen ist eine anamorphe Oberfläche, die in einer konvexen Gestalt ausgebildet ist, bei der eine Krümmung in der x-Richtung und eine Krümmung in der y-Richtung unterschiedlich sind.
Figurenliste
Die oben beschriebene Aufgabe und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden speziellen Beschreibung mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen deutlich. Es zeigen:

1 ein schematisches Diagramm, das einen Installationszustand einer HUD-Vorrichtung in einem Fahrzeug gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt;
2 eine Querschnittsansicht, die eine Lichtemissionsvorrichtung, eine Lichtsammeleinheit und eine Bildausbildungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform darstellt und einen Querschnitt darstellt, der eine Ausrichtungsrichtung und eine z-Richtung enthält;
3 eine Querschnittsansicht, die eine Lichtemissionsvorrichtung, eine Lichtsammeleinheit und eine Bildausbildungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform zeigt und die Querschnitte zeigt, die die andere Richtung und die z-Richtung enthalten;
4 eine Grafik einer Abstrahlungswinkelverteilung der Lichtemissionsvorrichtungen gemäß der ersten Ausführungsformen ;
5 eine perspektivische Ansicht eines Verbundlinsenarrays gemäß der ersten Ausführungsform;
6 ein Diagramm einer Sammel-Fresnel-Fläche des Verbundlinsenarrays gemäß der ersten Ausführungsform;
7 ein Diagramm einer Verbundoberfläche des Verbundlinsenarrays gemäß der ersten Ausführungsform;
8 ein Diagramm einer Beziehung zwischen den Lichtemissionsvorrichtungen und einer Beleuchtungszielfläche gemäß der ersten Ausführungsform;
9 ein Diagramm, das Lichtemissionsvorrichtungen, eine Lichtsammeleinheit und eine Bildausbildungseinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt;
10 ein Diagramm, entsprechend 8 gemäß der zweiten Ausführungsform;
11 eine Querschnittsansicht eines Verbundlinsenarrays gemäß der zweiten Ausführungsform, die einen Querschnitt darstellt, der eine y-Richtung und eine z-Richtung enthält;
12 eine Querschnittsansicht eines Verbundlinsenarrays gemäß der zweiten Ausführungsform, die einen Querschnitt darstellt, der eine x-Richtung und die z-Richtung enthält;
13 ein Diagramm entsprechend 2 gemäß einer Modifikation 7;
14 ein Diagramm, das Lichtemissionsvorrichtungen, eine Lichtsammeleinheit und eine Bildausbildungseinheit gemäß einem Beispiel einer Modifikation 9 darstellt; und
15 ein Diagramm entsprechend 3 gemäß einer Modifikation 17.

Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden werden mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Dieselben Bestandsteile in den jeweiligen Ausführungsformen weisen dieselben Bezugszeichen auf, und es gibt Fälle, in denen deren Erläuterung nicht wiederholt wird. In dem Fall, in dem nur ein Teil der Konfiguration in einer jeweiligen Ausführungsform beschrieben ist, kann die Konfiguration einer anderen Ausführungsform, die zuvor beschrieben wurde, für die anderen Teile der Konfiguration verwendet werden. Zusätzlich zu den Kombinationen der Konfigurationen, die in der Erläuterung der Ausführungsformen deutlich gezeigt wurden, können die Konfigurationen von mehreren Ausführungsformen teilweise miteinander kombiniert werden, auch wenn es nicht deutlich beschrieben ist, solange wie dieses kein Problem hinsichtlich der Kombination darstellt.
(Erste Ausführungsform)
Wie es in 1 dargestellt ist, ist eine HUD-Vorrichtung 100 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Fahrzeug 1 installiert, das eine Art von mobilem Objekt ist, und ist in einem Armaturenbrett 2 untergebracht. Die HUD-Vorrichtung 100 projiziert ein Bild auf eine Windschutzscheibe 3, die als ein Projektionselement des Fahrzeugs 1 dient. Dementsprechend zeigt die HUD-Vorrichtung 100 ein virtuelles Bild an, das bewirkt, dass ein Bild von einem Insassen des Fahrzeugs 1 visuell erkannt werden kann. Mit anderen Worten, das Licht des Bildes, das auf der Windschutzscheibe 3 reflektiert wird, erreicht einen Augenpunkt EP des Insassen in einem Fahrzeuginneren des Fahrzeugs 1, und der Insasse erfasst das Licht. Der Insasse ist in der Lage, verschiedene Informationsteile zu erkennen, die als ein virtuelles Bild VI angezeigt werden. Beispiele der verschiedenen Informationsteile, die als virtuelles Bild VI angezeigt werden, beinhalten Fahrzeugzustandswerte wie beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit und den Restkraftstoffpegel, oder Fahrzeuginformationen wie beispielsweise Straßeninformationen und Sichthilfsinformationen.
Die Windschutzscheibe 3 des Fahrzeugs 1 ist in einer Plattengestalt ausgebildet und besteht aus einem lichtdurchlässigen Glas oder einem synthetischen Harz. Auf einer Oberfläche der Windschutzscheibe 3 auf der Fahrzeuginnenseite ist eine Projektionsoberfläche 3a, auf die ein Bild projiziert wird, in einer glatten konkaven Oberfläche oder einer Ebene ausgestaltet. Als Projektionselement kann anstelle der Windschutzscheibe 3 ein von dem Fahrzeug 1 separater Kombinator innerhalb des Fahrzeugs 1 installiert sein, und das Bild kann auf den Kombinator projiziert werden.
Im Folgenden wird eine spezielle Konfiguration der oben beschriebenen HUD-Vorrichtung 100 mit Bezug auf die 2 bis 8 beschrieben. Die HUD-Vorrichtung 100 enthält mehrere Lichtemissionsvorrichtungen 12, eine Lichtsammeleinheit 14, eine Bildausbildungseinheit 30, einen ebenen Spiegel 40 und einen konkaven Spiegel 42, die in einem Gehäuse 50 untergebracht und in diesem gehalten werden.
Die Lichtemissionsvorrichtungen 12, die in den 2 und 3 dargestellt sind, sind zueinander ausgerichtet. Jede der Lichtemissionsvorrichtungen 12 ist eine Lichtemissionsdiodenvorrichtung mit geringer Wärmeerzeugung. Jede der Lichtemissionsvorrichtungen 12 ist auf einer Lichtquellenleiterplatte angeordnet und mit einer Energieversorgung über ein Verdrahtungsmuster auf der Platte verbunden. Genauer gesagt wird jede der Lichtemissionsvorrichtungen 12 durch Abdichten einer chipförmigen Blaulichtemissionsdiodenvorrichtung mit gelbem Phosphor ausgebildet, bei der ein lichtdurchlässiges synthetisches Harz mit gelbem fluoreszenten Mittel gemischt ist. Das gelbe Phosphor wird durch das blaue Licht angeregt, das entsprechend der Strommenge von der Blaulichtemissionsdiodenvorrichtung emittiert wird, um das gelbe Licht zu emittieren, und es wird pseudo-weißes Beleuchtungslicht durch eine Kombination des blauen Lichtes mit dem gelben Licht emittiert.
In diesem Beispiel emittiert jede der Lichtemissionsvorrichtungen 12 das Beleuchtungslicht mit einer Abstrahlungswinkelverteilung, bei der die Lichtemissionsintensität sich verringert, wenn die Lichtemissionsintensität von einer Spitzenrichtung bzw. Peak-Richtung PD abweicht, bei der die Lichtemissionsintensität maximal wird, wie es in 4 dargestellt ist.
Wie es in den 2 und 3 dargestellt ist, weist die Lichtsammeleinheit 14 ein Kondensorlinsenarray 15 und ein Verbundlinsenarray 18 auf. Die Lichtsammeleinheit 14 ist ausgelegt, das Beleuchtungslicht von den jeweiligen Lichtemissionsvorrichtungen 12 durch die Linsenarrays 15 und 18 durch Bündelung zu sammeln und zu kollimieren, so dass es auf die Beleuchtungszielfläche 32 der Bildausbildungseinheit 30 auftrifft. In diesem Fall repräsentiert die Kollimation der vorliegenden Ausführungsform einen Zustand, in dem sich das Beleuchtungslicht näher bei einem kollimierten Lichtfluss als einem Zustand annähert, in dem das Beleuchtungslicht radial von den jeweiligen Lichtemissionsvorrichtungen 12 emittiert wird, und es besteht keine Notwendigkeit, das Beleuchtungslicht in einen vollständig kollimierten Lichtfluss zu versetzen.
Die Bildausbildungseinheit 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist eine Flüssigkristallfläche bzw. -platte, die aus einem Dünnfilmtransistor (TFT) ausgebildet ist, und wird beispielsweise durch eine Flüssigkristallfläche bzw. -platte mit aktiver Matrix ausgebildet, die aus mehreren Flüssigkristallpixeln ausgebildet ist, die in zweidimensional angeordnet sind. In der Bildausbildungseinheit 30 sind ein Paar Polarisierungsplatten, eine Flüssigkristallschicht, die zwischen den Paar Polarisierungsplatten angeordnet ist, und Ähnliches aufeinander geschichtet. Die Polarisierungsplatte weist eine Eigenschaft zum Durchlassen von Licht, dessen elektrischer Feldvektor eine vorbestimmte Richtung aufweist, und zum Absorbieren von Licht, dessen elektrischer Feldvektor eine Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der vorbestimmten Richtung aufweist, auf. Das Paar Polarisierungsplatten ist im Wesentlichen orthogonal zu der vorbestimmten Richtung angeordnet. Die Flüssigkristallschicht ist ausgelegt, eine Spannung an jedes Flüssigkristallpixel anzulegen, um die Polarisierungsrichtung des Lichts, das auf die Flüssigkristallschicht auftrifft, entsprechend der angelegten Spannung zu drehen.
Daher ist die Bildausbildungseinheit 30 ausgelegt, ein Bild auszubilden, während eine Durchlässigkeit des Lichtes für jedes der Flüssigkristallpixel entsprechend dem Einfall des Lichtes auf die Beleuchtungszielfläche 32 gesteuert wird, die eine Oberfläche der Platte auf der Seite der Lichtsammeleinheit 14 ist. Farbfilter unterschiedlicher Farben (beispielsweise rot, grün und blau) sind in benachbarten Flüssigkristallpixeln angeordnet, und es werden verschiedene Farben durch eine Kombination dieser Farbfilter erzeugt.
Außerdem weist die Bildausbildungseinheit 30 eine Diffusionseinheit 34 auf einer Oberfläche auf der Seite der Lichtsammeleinheit 14 auf. Die Diffusionseinheit 34 ist entlang der Beleuchtungszielfläche 32 angeordnet und ist beispielsweise in einer Filmgestalt ausgebildet. Alternativ kann die Diffusionseinheit 34 beispielsweise durch Bereitstellen von winzigen Unregelmäßigkeiten auf der Beleuchtungszielfläche 32 ausgebildet werden. Die Diffusionseinheit 34 streut das kollimierte Beleuchtungslicht unmittelbar, bevor dieses durch die Bildausbildungseinheit 30 gelangt. Das Licht des Bildes, das durch die Bildausbildungseinheit 30 ausgebildet wird, trifft auf den ebenen Spiegel 40 auf.
Der ebene Spiegel 40, der in 1 dargestellt ist, wird durch Abscheiden von Aluminium als eine Reflexionsoberfläche 41 auf einer Oberfläche eines Basismaterials aus synthetischem Harz oder Glas ausgebildet. Die Reflexionsoberfläche 41 wird in einer glatten flachen Gestalt ausgebildet. Der ebene Spiegel 40 reflektiert das Licht des Bildes von der Bildausbildungseinheit 30 in Richtung des konkaven Spiegels 42.
Der konkave Spiegel 42 wird durch Abscheiden von Aluminium als eine Reflexionsoberfläche 43 auf einer Oberfläche eines Basismaterials aus synthetischem Harz oder Glas ausgebildet. Die Reflexionsoberfläche 43 wird in einer glatten gekrümmten Gestalt ausgebildet, bei der eine Mitte des konkaven Spiegels 42 konkav gekrümmt wird. Der konkave Spiegel 42 reflektiert das Licht des Bildes von dem ebenen Spiegel 40 in Richtung der Windschutzscheibe 3.
Ein Fensterabschnitt ist in dem Gehäuse 50 zwischen dem konkaven Spiegel 42 und der Windschutzscheibe 3 angeordnet. Der Fensterabschnitt wird durch einen lichtdurchlässigen Staubschutzdeckel 52 verschlossen. Daher verläuft das Bildlicht von dem konkaven Spiegel 42 durch den Staubschutzdeckel 52 und wird an der Windschutzscheibe 3 reflektiert. Auf diese Weise kann der Insasse das Licht, das an der Windschutzscheibe 3 reflektiert wird, als virtuelles Bild VI visuell erkennen.
Die Details der Lichtemissionsvorrichtung 12, der Lichtsammeleinheit 14 und der Bildausbildungseinheit 30 in der HUD-Vorrichtung 100, die oben beschrieben wurde, werden im Folgenden weiter beschrieben.
Wie es in den 2 und 3 gezeigt ist, wird das Kondensorlinsenarray 15 in der Lichtsammeleinheit 14 durch zueinander Ausrichten von mehreren Kondensorlinsenelementen 15a ausgebildet, die aus einem lichtdurchlässigen synthetischem Harz, Glas oder Ähnlichem bestehen. Die jeweiligen Kondensorlinsenelemente 15a sind Linsenelemente in derselben Anzahl wie die Lichtemissionsvorrichtungen 12, so dass diese mit den jeweiligen Lichtemissionsvorrichtungen 12 individuell gepaart sind. Jedes der Kondensorlinsenelemente 15a weist eine Lichtsammeloberfläche 17 auf, die das Beleuchtungslicht von der entsprechenden Lichtemissionsvorrichtung 12 sammelt. Insbesondere ist in der vorliegenden Ausführungsform jede der Lichtsammelflächen 17 zur Bildausbildungseinheit 30 gerichtet und als eine emissionsseitige Oberfläche zum Emittieren des Beleuchtungslichts angeordnet. Andererseits ist eine einfallsseitige Oberfläche 16, auf die das Beleuchtungslicht auftrifft, eine einzelne Ebene, die eine glatte ebene Gestalt gemeinsam für die Kondensorlinsenelemente 15a aufweist.
In diesem Beispiel ist eine z-Richtung als eine Richtung definiert, die Oberflächenscheitelpunkte 17a der Lichtsammelflächen 17 und der jeweiligen Lichtemissionsvorrichtungen 12, die mit den Lichtsammelflächen 17 gepaart sind, verbindet. Dann sind in einer virtuellen Ebene orthogonal zu der z-Richtung eine x-Richtung und eine y-Richtung orthogonal zueinander definiert. In der vorliegenden Ausführungsform kann die virtuelle Ebene im Wesentlichen durch die einfallsseitige Oberfläche 16 ersetzt werden, da eine Normalenrichtung der einfallsseitigen Oberfläche 16 entlang der z-Richtung angeordnet ist.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Ausrichtungsabstände zwischen den jeweiligen Lichtemissionsvorrichtungen 12, die zueinander ausgerichtet sind, im Wesentlichen gleich Abständen zwischen den jeweiligen Oberflächenscheitelpunkten 17a der Lichtsammelflächen 17 in den zueinander ausgerichteten Kondensorlinsenelementen 15a. Die Normalenrichtung der Lichtsammelflächen 17 bei den Oberflächenscheitelpunkten 17a verläuft entlang der z-Richtung. Außerdem sind die Abstände zwischen den jeweiligen Lichtemissionsvorrichtungen 12 und diejenigen zwischen den Oberflächenscheitelpunkten 17a der Kondensorlinsenelemente 15a, die mit den Lichtemissionsvorrichtungen 12 gepaart sind, im Wesentlichen gleich.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das Paar aus dem Kondensorlinsenelement 15a und der Lichtemissionsvorrichtung 12 in der x-Richtung als einer Ausrichtungsrichtung AD aus der x-Richtung und der y-Richtung ausgerichtet. Mit anderen Worten, das Paar aus dem Kondensorlinsenelement 15a und der Lichtemissionsvorrichtung 12 ist in der x-Richtung ausgerichtet. Die Ausrichtungsanzahl von in der Ausrichtungsrichtung AD ausgerichteten Paaren aus Kondensorlinsenelementen 15a und Lichtemissionsvorrichtungen 12 ist als Na bezeichnet.
In jedem der oben beschriebenen Kondensorlinsenelemente 15a ist die jeweilige Lichtsammelfläche 17 eine anamorphe Oberfläche, die in einer glatten konvexen Gestalt ausgebildet ist, in der die Krümmung in der x-Richtung und die Krümmung in der y-Richtung unterschiedlich sind. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Krümmung bei dem Oberflächenscheitelpunkt 17a und in der Nähe des Oberflächenscheitelpunkts 17a in der x-Richtung größer als die Krümmung in der y-Richtung. In diesem Beispiel repräsentiert die Nähe des Oberflächenscheitelpunkts 17a in der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise, dass ein Abstand zu dem Oberflächenscheitelpunkt 17a näherungsweise die Hälfte der Abmessung der Lichtsammelfläche in einer jeweiligen Richtung ist.
Da die x-Richtung die Ausrichtungsrichtung AD ist und die y-Richtung die andere Richtung SD ohne Ausrichtung ist, unterscheiden sich unter Verwendung der Ausrichtungsrichtung AD und der anderen Richtung SD die Krümmung in der Ausrichtungsrichtung AD jeder Lichtsammelfläche 17 und die Krümmung in der anderen Richtung SD voneinander. Die Krümmung bei dem Oberflächenscheitelpunkt 17a und in der Nähe des Oberflächenscheitelpunkts 17a in der Ausrichtungsrichtung AD ist größer als die Krümmung in der anderen Richtung SD.
Genauer gesagt, wenn der Oberflächenscheitelpunkt 17a als Ursprung genommen wird, wird die Durchbiegungsgröße z jeder Lichtsammelfläche 17 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wie folgt ausgedrückt: $z = \frac{c_{x} x^{2} + c_{y} y^{2}}{1 + \sqrt{1 - (1 + k_{x}) c_{x}^{2} x^{2} - (1 + k_{y}) c_{y}^{2} y^{2}}}$
In der Gleichung ist x eine Koordinate in der x-Richtung, y ist eine Koordinate in der y-Richtung, cx ist eine Krümmung in der x-Richtung bei dem Oberflächenscheitelpunkt 17a, cy ist eine Krümmung in der y-Richtung bei dem Oberflächenscheitelpunkt 17a, kx ist eine konische Konstante in der x-Richtung und ky ist eine konische Konstante in der y-Richtung.
Wenn eine Größenbeziehung zwischen den oben beschriebenen Krümmungen entsprechend der Gleichung 1 ersetzt wird, ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Beziehung cx > cy erfüllt.
Außerdem wird eine konische Konstante in der Ausrichtungsrichtung AD auf kleiner als die konische Konstante in der anderen Richtung SD eingestellt, d.h. es gilt kx < ky. Insbesondere ist es vorteilhaft, die konische Konstante in der Ausrichtungsrichtung AD auf kleiner als 0 einzustellen, d.h. dass kx < 0 erfüllt ist. Außerdem ist es weiter vorteilhaft, wenn die konische Konstante in der Ausrichtungsrichtung AD auf -1 oder kleiner eingestellt ist, d.h. dass kx < -1 gilt.
Insbesondere werden in der vorliegenden Ausführungsform kx = -1 und ky = 0 festgelegt. Als Ergebnis tritt sogar dann, wenn cx > cy erfüllt ist, keine Differenz zwischen der Durchbiegungsgröße in der x-Richtung und der Durchbiegungsgröße in der y-Richtung in dem Außenumfangsabschnitt der Lichtsammelfläche 17 so viel wie die Krümmungsdifferenz auf.
Mit anderen Worten, in einem Querschnitt, der die Ausrichtungsrichtung AD und die z-Richtung (xz-Querschnitt in der vorliegenden Ausführungsform) enthält, sind die jeweiligen Lichtsammelflächen 17 in einer Parabolgestalt ausgebildet (siehe 2). Andererseits sind in einem Querschnitt, der die andere Richtung SD und die z-Richtung (yz-Querschnitt in der vorliegenden Ausführungsform) enthält, die jeweiligen Lichtsammelflächen 17 in einer Bogengestalt ausgebildet (insbesondere eine Halbkreisgestalt in der vorliegenden Ausführungsform (siehe 3)).
Außerdem sind bei den Kondensorlinsenelementen 15a, die zueinander ausgerichtet sind, die benachbarten Lichtsammelflächen 17 miteinander verbunden, während konkave Vertiefungsabschnitte an einem Grenzabschnitt der benachbarten Lichtsammelflächen 17 ausgebildet werden.
Auf diese Weise verläuft das Beleuchtungslicht, das in das Kondensorlinsenarray 15 eintritt, durch die jeweiligen Kondensorlinsenelemente 15a, während der Sammelgrad sich zwischen der Ausrichtungsrichtung AD und der anderen Richtung SD unterscheidet, und tritt dann in das Verbundlinsenarray 18 ein.
In der Lichtsammeleinheit 14 ist das Verbundlinsenarray 18 an dem optischen Pfad zwischen dem Kondensorlinsenarray 15 und der Beleuchtungszielfläche 32 angeordnet, und die Verbundlinsenelemente 18a, die aus einem lichtdurchlässigen synthetischem Harz, Glas oder Ähnlichem bestehen, sind zueinander ausgerichtet und ausgebildet. Die jeweiligen Verbundlinsenelemente 18a sind Linsenelemente in derselben Anzahl wie die Lichtemissionsvorrichtungen 12 und die Kondensorlinsenelemente 15a entsprechend den Paaren aus den Kondensorlinsenelementen 15a und den Lichtemissionsvorrichtungen 12. Mit anderen Worten, es sind Verbundlinsenelemente 18a in derselben Anzahl wie die Ausrichtungsanzahl Na in der vorliegenden Ausführungsform insbesondere in der Ausrichtungsrichtung AD ausgerichtet, wie es in 2 dargestellt ist. Wie es in 5 dargestellt ist, weist jedes Verbundlinsenelement 18a eine Fresnel-Struktur auf, bei der eine Sammel-Fresnel-Fläche 19 als eine einfallsseitige Oberfläche angeordnet ist, die zu dem Kondensorlinsenarray 15 zeigt und auf die das Beleuchtungslicht auftritt. Andererseits ist die emissionsseitige Oberfläche, die zu der Bildausbildungseinheit 30 zeigt und das Beleuchtungslicht emittiert, eine Verbundoberfläche 20. In 5 ist eine Teilgestalt der Verbundoberfläche 20 auf vereinfachte Weise gezeigt.
Wie es im Detail in 6 dargestellt ist, sind die Sammel-Fresnel-Flächen 19 als teilweise unterteilte Bereiche ausgebildet, die durch Unterteilen einer virtuellen Sammelfläche Sip in Bereiche in der anderen Richtung SD (in der vorliegenden Ausführung der y-Richtung) mit einer vorbestimmten Teilungsbreite Ws erhalten werden. In diesem Beispiel weist die virtuelle Sammelfläche Sip eine glatte gekrümmte Oberflächengestalt als eine konvexe Oberfläche auf, die in Richtung des Kondensorlinsenelements 15a des Kondensorlinsenarrays 15 konvex ist. In diesem Beispiel wird die Teilungsbreite Ws in dem geteilten Bereich der Sammel-Fresnel-Fläche 19 auf im Wesentlichen einen konstanten Wert eingestellt. Die Sammel-Fresnel-Fläche 19 sammelt außerdem das Beleuchtungslicht von dem Kondensorlinsenarray 15 durch Brechung und bewirkt, dass das gesammelte Beleuchtungslicht durch die Verbundoberfläche 20 durchgelassen wird.
Wie es im Detail in 7 dargestellt ist, bildet die Verbundoberfläche 20 eine alternierende Ausrichtungsstruktur, bei der die Kollimationsoberflächen 21 und die Ablenkungsoberflächen 22 abwechselnd kontinuierlich zueinander sind.
Die Kollimationsoberfläche 21 ist als ein geteilter Bereich ausgebildet, der durch Unterteilen der virtuellen Kollimationsfläche Sic mit einer vorbestimmten Teilungsbreite Wa in der Ausrichtungsrichtung AD (in der vorliegenden Ausführungsform der x-Richtung) erhalten wird. In diesem Beispiel weist die virtuelle Kollimationsfläche Sic eine glatte gekrümmte Oberflächengestalt als eine konvexe Oberfläche auf, die in Richtung der Bildausbildungseinheit 30 konvex ist. Die Krümmung der virtuellen Kollimationsfläche Sic wird auf im Wesentlichen gleich der Krümmung der virtuellen Sammeloberfläche Sip eingestellt.
Die Ablenkungsoberfläche 22 ist als ein geteilter Bereich ausgebildet, der durch Unterteilen der virtuellen Ablenkungsfläche Sid mit einer vorbestimmten Teilungsbereite Wa in der Ausrichtungsrichtung AD (in der vorliegenden Ausführungsform der x-Richtung) erhalten wird. Die virtuelle Ablenkungsfläche Sid wird durch mehrere geneigte Oberflächen Sis ausgebildet, die einen umgekehrten Gradienten an einer Position ändern, die dem Oberflächenscheitelpunkt der virtuellen Kollimationsfläche Sic entspricht, und in der vorliegenden Ausführungsform weist jede geneigte Oberfläche Sis eine glatte ebene Gestalt auf. In diesem Fall wird der Gradient jeder geneigten Oberfläche Sis als ein Gradient auf der zu dem Gradienten des entsprechenden Abschnitts der virtuellen Kollimationsoberfläche Sic entgegengesetzten Seite eingestellt.
In diesem Fall wird die Teilungsbereite Wa in dem geteilten Bereich der Kollimationsoberfläche 21 und der Ablenkungsoberfläche 22 verschieden eingestellt, kann aber derart eingestellt werden, dass die Durchbiegungsgröße näherungsweise für die Oberflächen 21 und 22 konstant gehalten wird, um eine Dicke des gesamten Verbundlinsenarrays 18 konstant zu halten. Die Kollimationsoberflächen 21 und die Ablenkungsoberflächen 22 sind abwechselnd ausgerichtet, wodurch ein Teil der Gestalt der virtuellen Kollimationsoberfläche Sic und ein Teil der Gestalt der virtuellen Ablenkungsoberfläche Sid extrahiert werden und auf der Verbundoberfläche 20 reproduziert werden.
Die Kollimationsoberfläche 21 ist ausgelegt, das Beleuchtungslicht von der Sammel-Fresnel-Fläche 19 durch Brechung zu sammeln und das gesammelte Beleuchtungslicht zu kollimieren. Außerdem ist die Ablenkungsoberfläche 22 ausgelegt, das Beleuchtungslicht zu einer Seite entgegengesetzt zu der Brechung durch die Kollimationsoberfläche 21 abzulenken.
Der Oberflächenscheitelpunkt 21 a der Kollimationsoberfläche 21, die den Oberflächenscheitelpunkt der virtuellen Kollimationsoberfläche Sic unter den jeweiligen Kollimationsoberflächen 21 enthält, ist als eine gerade Linie SL entlang der z-Richtung ausgebildet, die die Lichtemissionsvorrichtung 12 und den Oberflächenscheitelpunkt 17a der Lichtsammelfläche 17 des Kondensorlinsenelements 15a verbindet (siehe auch 2). Die Teilungsbreite Wa, die oben beschrieben wurde, wird als die größte in der Kollimationsoberfläche 21 eingestellt, die den Oberflächenscheitelpunkt 21a enthält. Die Teilungsbreite Wa wird derart geändert, dass sich ein Verhältnis eines Bereichs der Ablenkungsoberfläche 22 zu der Kollimationsoberfläche 21 mehr erhöht, wenn sich ein Abstand von dem Oberflächenscheitelpunkt 21 a in der Ausrichtungsrichtung AD mehr erhöht.
Wie es in 2 dargestellt ist, bilden auf diese Weise eine Lichtemissionsvorrichtung 12 und ein Kondensorlinsenelement 15a ein Paar, und ein Verbundlinsenelement 18a wird entsprechend dem Paar bereitgestellt, wodurch eine Beleuchtungseinheit IU gebildet wird. In diesem Fall werden in der Beleuchtungseinheit IU das Kondensorlinsenelement 15a und das Verbundlinsenelement 18a, die Komponenten der Lichtsammeleinheit 14 sind, gemeinsam als Linsenelementgruppe 14a bezeichnet. In der vorliegenden Ausführungsform weisen die jeweiligen Beleuchtungseinheiten IU, die zueinander ausgerichtet sind, dieselbe Konfiguration auf.
Für jede Linsenelementgruppe 14a jeder Beleuchtungseinheit IU wird ein kombinierter Brennpunkt (im Folgenden als „kombinierter Brennpunkt der Linsenelementgruppe 14a“ bezeichnet) durch die Lichtsammelfläche 17 des Kondensorlinsenelements 15a und die Sammel-Fresnel-Fläche 19 und die Kollimationsoberfläche 21 des Verbundlinsenelements 18a definiert. In diesem Beispiel sind eine Brennpunktposition FPa des kombinierten Brennpunkts der Linsenelementgruppe 14a in dem Querschnitt (xz-Querschnitt in der vorliegenden Ausführungsform), der die Ausrichtungsrichtung AD und die z-Richtung enthält, und eine Brennpunktposition FPs des kombinierten Brennpunkts der Linsenelementgruppe 14a in dem Querschnitt, der die andere Richtung SD und die z-Richtung enthält (yz-Querschnitt in der vorliegenden Ausführungsform), in der z-Richtung durch die Lichtsammelfläche 17, die die anamorphe Oberfläche ist, gegeneinander verschoben.
Genauer gesagt ist in der vorliegenden Ausführungsform eine Brennpunktposition FPa näher bei der Lichtsammeleinheit 14 als eine Brennpunktposition FPs angeordnet, da die Krümmung der Lichtsammelfläche 17 in der Ausrichtungsrichtung AD größer als die Krümmung in der anderen Richtung SD ist.
Jede der Lichtemissionsvorrichtungen 12 ist zwischen der Brennpunktposition FPa und der Brennpunktposition FPs der entsprechenden Linsenelementgruppe 14a angeordnet. Insbesondere ist in der vorliegenden Ausführungsform die Lichtemissionsvorrichtung 12 an einer Zwischenposition MP zwischen der Brennpunktposition FPa und der Brennpunktposition FPs angeordnet.
In jeder der Beleuchtungseinheiten IU fängt die Linsenelementgruppe 14a einen Teilstrahlungsfluss ein, der das Licht in der Peak-Richtung PD des Beleuchtungslichts der entsprechenden Lichtemissionsvorrichtung 12 enthält. Ein Teil des Teilstrahlungsflusses des eingefangenen Beleuchtungslichts kann durch Sammeln wie oben beschrieben kollimiert werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Richtung der Lichtemissionsvorrichtung 12 derart eingestellt, dass die Peak-Richtung entlang der geraden Linie SL, d.h. in der z-Richtung, verläuft.
In diesem Beispiel wird ein Wert F, der es ermöglicht, dass das Beleuchtungslicht, das einen Verteilungsbereich aufweist, in dem die Lichtemissionsintensität der Lichtemissionsvorrichtung 12 gleich oder größer als ein vorbestimmtes Verhältnis (50 % in der vorliegenden Ausführungsform) in Bezug auf die Peak-Richtung PD ist, als Teilstrahlungsfluss Is gesammelt wird, auf Fmin eingestellt. Außerdem wird ein Wert F, der es ermöglicht, dass das Beleuchtungslicht, das einen Verteilungsbereich aufweist, in dem die Lichtemissionsintensität der Lichtemissionsvorrichtung 12 gleich oder größer als ein zweites vorbestimmtes Verhältnis (90 % in der vorliegenden Ausführungsform) in Bezug auf die Peak-Richtung PD ist, als Teilstrahlungsfluss gesammelt wird, als Fmax eingestellt. In jeder der Beleuchtungseinheiten IU wird der Wert F der Linsenelementgruppe 14a sowohl in dem xz-Querschnitt als auch in dem yz-Querschnitt vorzugsweise auf nicht kleiner als Fmin und nicht größer als Fmax eingestellt.
Hinsichtlich der Lichtemissionsvorrichtung 12, die eine Abstrahlungswinkelverteilung gemäß der vorliegenden Ausführungsform aufweist, beträgt in dem Fall von Fmin unter Bezugnahme auf einen Winkel, bei dem eine relative Lichtemissionsintensität in 4 gleich 0,5 ist, der Winkel etwa ± 60 Grad. Als Ergebnis fängt die Linsenelementgruppe 14a einen Bereich von -60° bis +60° des Beleuchtungslichts von der entsprechenden Lichtemissionsvorrichtung 12 als Teilstrahlungsfluss ein. In dem Fall von Fmax ist mit Bezug auf einen Winkel, bei dem die relative Lichtemissionsintensität in 4 gleich 0,9 ist, der Winkel etwa ± 25 Grad. Daher fängt die Linsenelementgruppe 14a einen Bereich von -25° bis +25° des Beleuchtungslichts als Teilstrahlungsfluss ein.
Wenn der Wert F näher an Fmin gebracht wird, kann die Beleuchtungszielfläche 32 mit einer kleineren Ausrichtungsanzahl Na der Lichtemissionsvorrichtungen 12 beleuchtet werden, wohingegen eine Luminanzungleichmäßigkeit des virtuellen Bildes VI relativ groß wird. Wenn der Wert F näher an Fmax gebracht wird, wird die Luminanzungleichmäßigkeit des virtuellen Bildes VI relativ klein, wohingegen sich die Ausrichtungsanzahl Na der Lichtemissionsvorrichtungen 12, die zur Beleuchtung der Beleuchtungszielfläche 32 benötigt werden, erhöht.
Das Beleuchtungslicht von den jeweiligen Lichtemissionsvorrichtungen 12, die wie oben beschrieben zueinander ausgerichtet sind, wird in der Lichtsammeleinheit 14 durch die Linsenelementgruppe 14a , die das gepaarte Kondensorlinsenelement 15a enthält, durch Sammeln kollimiert, während das Beleuchtungslicht den entsprechenden Bereich der jeweiligen Beleuchtungszielfläche 32 beleuchtet.
Wie es in 8 dargestellt ist, ist in diesem Beispiel die Beleuchtungszielfläche 32 der Bildausbildungseinheit 30 in einer rechteckigen Gestalt mit einer Größe La auf der Beleuchtungszielfläche 32, die der Ausrichtungsrichtung AD entspricht, und mit einer Größe Ls auf der Beleuchtungszielfläche 32, die der anderen Richtung SD entspricht, ausgebildet. Da sich in der vorliegenden Ausführungsform die Beleuchtungszielfläche 32 im Wesentlichen senkrecht zu der geraden Linie SL erstreckt, ist die Abmessung La im Wesentlichen eine Abmessung in der Ausrichtungsrichtung AD, und die Abmessung Ls ist im Wesentlichen eine Abmessung in der anderen Richtung SD.
Um die gesamte Beleuchtungszielfläche 32 effizient zu beleuchten, wird das Beleuchtungslicht von einer Lichtemissionsvorrichtung 12 zu einem zu beleuchtenden Beleuchtungsbereich IR, wenn die Beleuchtungszielfläche 32 durch die Ausrichtungsanzahl Na in der Ausrichtungsrichtung AD unterteilt bzw. geteilt wird. Mit anderen Worten, in der vorliegenden Ausführungsform ist der Beleuchtungsbereich IR ein rechteckiger Bereich, in dem eine Abmessung in der Ausrichtungsrichtung AD gleich La/Na ist und eine Abmessung in der anderen Richtung SD gleich Ls ist. In diesem Beispiel wird eine Abmessung in der Ausrichtungsrichtung AD des Beleuchtungsbereichs IR mit einer Abmessung in der anderen Richtung SD verglichen. In dem Fall von La/Na < Ls ist die Ausrichtungsrichtung AD eine kurze Richtung in dem Beleuchtungsbereich IR. Dementsprechend wird eine Krümmung der Lichtsammelfläche 17 in der Ausrichtungsrichtung AD auf größer als eine Krümmung in der anderen Richtung SD eingestellt. Andererseits ist in dem Fall von La/Na > Ls die Ausrichtungsrichtung AD eine Längsrichtung in dem Beleuchtungsbereich IR. Dementsprechend wird die Krümmung der Lichtsammelfläche 17 in der Ausrichtungsrichtung AD auf kleiner als die Krümmung in der anderen Richtung SD eingestellt. Mit anderen Worten, entsprechend den Abmessungen des Beleuchtungsbereichs IR wird die Krümmung in der Richtung, die der Längsrichtung entspricht, auf kleiner als die Krümmung in der Richtung eingestellt, die der kurzen Richtung entspricht.
Da in der vorliegenden Ausführungsform LA/Na < Ls erfüllt ist, ist die Ausrichtungsrichtung AD die kurze Richtung, und die andere Richtung SD ist die Längsrichtung in dem Beleuchtungsbereich IR. Entsprechend dem Beleuchtungsbereich ID ist die Krümmung der Lichtsammelfläche 17 in der Ausrichtungsrichtung AD größer als die Krümmung in der anderen Richtung SD.
Gemäß einem speziellen Beispiel wird ein Fall beschrieben, bei dem eine rechteckige Beleuchtungszielfläche 32 mit einer Abmessung La von 40 mm und einer Abmessung Ls von 20 mm unter Verwendung der Lichtemissionsvorrichtung 12 beleuchtet wird, wobei Ausrichtungsanzahlen Na gleich drei ist. In dem Beleuchtungsbereich IR ist die Abmessung in der Ausrichtungsrichtung AD gleich La/Na = 13,3 mm und die Abmessung in der anderen Richtung SD ist Ls = 20 mm. Mit anderen Worten, in dem Beleuchtungsbereich IR ist die Ausrichtungsrichtung AD die kurze Richtung und die andere Richtung SD ist die Längsrichtung.
In diesem Beispiel wird angenommen, dass die Lichtsammelfläche 17 als eine sphärische Oberfläche eingestellt ist, die kombinierte Brennweite der Linsenelementgruppe 14a in jeder der Beleuchtungseinheiten IU auf 14,5 mm eingestellt ist, die Lichtemissionsvorrichtung 12 an einer Position des kombinierten Brennpunktes angeordnet ist und die Linsenelementgruppe 14a derart ausgelegt ist, dass die Lichtemissionsvorrichtung 12 den Beleuchtungsbereich IR wie oben beschrieben beleuchtet. In diesem Fall ist der Wert F der Linsenelementgruppe 14a gleich 1,16 in der Ausrichtungsrichtung AD und gleich 0,725 in der anderen Richtung SD. Mit anderen Worten, in der Ausrichtungsrichtung AD wird der Teilstrahlungsfluss in dem Verteilungsbereich, in dem die Lichtemissionsintensität der Lichtemissionsvorrichtung 12 etwa 90 % oder mehr von derjenigen in der Peak-Richtung PD beträgt, eingefangen. Andererseits wird in der anderen Richtung SD der Teilstrahlungsfluss in dem Verteilungsbereich, in dem die Lichtemissionsintensität der Lichtemissionsvorrichtung 12 etwa 72 % oder mehr von derjenigen in der Peak-Richtung PD beträgt, eingefangen. In der anderen Richtung SD kann eine Luminanzungleichmäßigkeit in dem virtuellen Bild VI auftreten, die größer als in der Ausrichtungsrichtung AD ist, da die Linsenelementgruppe 14a das Beleuchtungslicht in der Richtung einfängt, in der die Lichtemissionsintensität unter den Beleuchtungslichtern, die von der entsprechenden Lichtemissionsvorrichtung 12 emittiert werden, relativ niedrig ist.
Daher wird die Lichtsammelfläche 17 derart festgelegt, dass sie keine sphärische Oberfläche, sondern eine anamorphe Oberfläche ist, so dass die Werte F in den Richtung AD und SD übereinstimmen und die Krümmung der anderen Richtung SD in Bezug auf die Krümmung in der Ausrichtungsrichtung AD auf 0,72/0,9, d.h. 1/1,25 eingestellt wird. Als Ergebnis stimmt der entsprechende Bereich, der von den jeweiligen Lichtemissionsvorrichtungen 12 beleuchtet wird, mit dem rechteckigen Beleuchtungsbereich IR überein, während die Luminanzungleichmäßigkeit in beiden Richtungen AD und SD denselben Grad aufweist.
(Betriebswirkungen)
Im Folgenden werden die Betriebe und Wirkungen der ersten Ausführungsform, die oben beschrieben wurde, beschrieben.
Gemäß der ersten Ausführungsform ist die anamorphe Oberfläche, die in einer konvexen Gestalt ausgebildet ist, bei der die Krümmung in der x-Richtung und die Krümmung in der y-Richtung unterschiedlich sind, als Lichtsammelfläche 17 des Kondensorlinsenelements 15a ausgebildet. Da die Kondensorlinsenelemente 15a in dem Kondensorlinsenarray 15 der Lichtsammeleinheit 14 zueinander ausgerichtet sind, kann beispielsweise eine große Krümmung für die Beleuchtungszielfläche 32 festgelegt werden. Da die Kondensorlinsenelemente 15a mit den jeweiligen Lichtemissionsvorrichtungen 12 gepaart sind, wird die Krümmung in jeder Richtung als Lichtsammelfläche 17 eingestellt, so dass ein effizientes Sammeln entsprechend der Ausrichtung der jeweiligen Lichtemissionsvorrichtungen 12 durchgeführt werden kann. Da, wie es oben beschrieben wurde, jede der Lichtemissionsvorrichtungen 12 ausgelegt ist, den entsprechenden Bereich der Beleuchtungszielfläche 32 effizient zu beleuchten, kann die Sichtbarkeit des virtuellen Bildes VI verbessert werden, das aus der Projektion des Bildes, das durch die Bildausbildungseinheit 30 ausgebildet wird, auf die Windschutzscheibe 3 resultiert.
Gemäß der ersten Ausführungsform ist in dem Fall von La/Na < Ls die Krümmung in der Ausrichtungsrichtung AD größer als die Krümmung in der anderen Richtung SD, und in dem Fall von La/Na > Ls ist die Krümmung in der Ausrichtungsrichtung AD kleiner als die Krümmung in der anderen Richtung SD. Mit anderen Worten, die Größe der Krümmung der Lichtsammelfläche 17 in den jeweiligen Richtungen AD und SD wird entsprechend der Größe der Abmessung je Lichtemissionsvorrichtung 12 der Beleuchtungszielfläche 32 in den jeweiligen Richtungen AD und SD eingestellt.
In diesem Beispiel kann unter Verwendung der Lichtsammelfläche 17, die eine konvex gestaltete anamorphe Oberfläche ist, in dem entsprechenden Bereich der Beleuchtungszielfläche 32, die von einer Lichtemissionsvorrichtung 12 beleuchtet wird, eine Breite der Beleuchtung in der Richtung mit der kleinen Krümmung breiter als die Breite der Beleuchtung in der Richtung mit der großen Krümmung ausgebildet werden. Unter Verwendung der obigen Beziehung stimmt die Breite der Beleuchtung in beiden Richtungen AD und SD mit der Größe der Abmessung je Lichtemissionsvorrichtung 12 auf der Beleuchtungszielfläche 32 in beiden Richtungen AD und SD überein. Daher wird der Bereich des entsprechenden Bereichs, der durch das Beleuchtungslicht von den jeweiligen Lichtemissionsvorrichtungen 12 beleuchtet wird, optimiert, und es wird die gesamte Beleuchtungszielfläche 32 effizient beleuchtet. Daher kann die Sichtbarkeit des virtuellen Bildes VI verbessert werden.
Da gemäß der ersten Ausführungsform die Durchbiegungsgröße z der Lichtsammelfläche 17 gemäß der Gleichung ausgedrückt wird, kann die Lichtsammelfläche 17 als anamorphe Oberfläche, die in einer konvexen Gestalt ausgebildet ist, bei der die Krümmung in der x-Richtung und die Krümmung in der y-Richtung unterschiedlich sind, auf einfache Weise erzeugt werden.
Gemäß der ersten Ausführungsform wird eine konische Konstante in der Ausrichtungsrichtung AD auf -1 oder kleiner eingestellt. Mit der obigen Konfiguration kann in dem Kondensorlinsenarray 15, bei dem die Kondensorlinsenelemente 15a in der Ausrichtungsrichtung AD ausgerichtet sind, die Möglichkeit, dass eine Normalenrichtung der Lichtsammelfläche 17 senkrecht zu der z-Richtung in der Nähe des benachbarten Abschnittes des Lichtsammellinsenelementes 15a ist, ausgeschlossen werden, und es kann der Gradient der Lichtsammelfläche 17 in der Nähe des benachbarten Abschnitts sanft sein. Da der Verlust des Beleuchtungslichts, der aufgrund einer Gestalt verursacht wird, bei dem die Lichtsammelflächen 17, die einen großen Gradienten aufweisen, zueinander zeigen, sicher verringert werden kann, wird die gesamte Beleuchtungszielfläche 32 effizient beleuchtet. Daher kann die Sichtbarkeit des virtuellen Bildes VI verbessert werden.
Gemäß der ersten Ausführungsform ist die konische Konstante in der Ausrichtungsrichtung AD kleiner als die konische Konstante ky in der anderen Richtung SD. Mit der oben beschriebenen Konfiguration kann in dem Kondensorlinsenarray 15, bei dem die Kondensorlinsenelemente 15a in der Ausrichtungsrichtung AD ausgerichtet sind, der Grad der Lichtsammelfläche 17 in der Nähe des benachbarten Abschnitts der Sammellinsenelemente 15a relativ sanft gemacht werden, während die Krümmung in der Ausrichtungsrichtung AD und in der anderen Richtung SD unterschiedlich sind. Da der Fluss des Beleuchtungslichts, der aufgrund einer Gestalt verursacht werden kann, bei der die Lichtsammelflächen 17, die einen großen Gradienten aufweisen, zueinander zeigen, verringert werden kann, wird die gesamte Beleuchtungszielfläche effizient beleuchtet. Daher kann die Sichtbarkeit des virtuellen Bildes VI verbessert werden.
Gemäß der ersten Ausführungsform sind die Lichtsammelflächen 17 in einer Parabolgestalt in einem Querschnitt ausgebildet, der die Ausrichtungsrichtung AD und die z-Richtung enthält. Mit der obigen Konfiguration wird in dem Kondensorlinsenarray 15, bei dem die Kondensorlinsenelemente 15a in der Ausrichtungsrichtung AD zueinander ausgerichtet sind, die Möglichkeit, dass eine Normalenrichtung der Lichtsammelfläche 17 senkrecht zu der z-Richtung in der Nähe des benachbarten Abschnitts des Kondensorlinsenelements 15a ist, ausgeschlossen, und es kann der Gradient der Lichtsammelfläche 17 in der Nähe des benachbarten Abschnitts sanft ausgebildet werden. Da der Verlust des Beleuchtungslichts, der aufgrund einer Gestalt verursacht werden kann, bei der die Lichtsammelflächen 17, die einen großen Gradienten aufweisen, zueinander zeigen, sicher verringert werden kann, wird die gesamte Beleuchtungszielfläche 32 effizient beleuchtet. Daher kann die Sichtbarkeit des Bildes VI verbessert werden.
Außerdem ist gemäß der ersten Ausführungsform das Verbundlinsenarray 18 als Verbundlinse, die die Verbundoberfläche 20 aufweist, an dem optischen Pfad zwischen dem Kondensorlinsenarray 15 und der Beleuchtungszielfläche 32 angeordnet. In diesem Beispiel bildet die Verbundfläche 20 eine alternierende Ausrichtungsstruktur aus, bei der die Kollimationsoberfläche 21, die das Beleuchtungslicht durch Brechung kollimiert, und die Ablenkungsoberfläche 22, die das Beleuchtungslicht zu der Seite entgegengesetzt zu der Brechung der Kollimationsoberfläche 21 ablenkt, abwechselnd kontinuierlich zueinander sind. In der Ausrichtungsstruktur wird ein Teil des Beleuchtungslichts, der an dem Kondensorlinsenelement 15a von der entsprechenden Lichtemissionsvorrichtung 12 gesammelt wird, durch die Kollimationsoberfläche 21 kollimiert, während der andere Teil durch die Ablenkungsoberfläche 22 zu der Seite entgegensetzt zu der Brechung an der Kollimationsoberfläche 21 gebrochen wird. Als Ergebnis wird eine effiziente Beleuchtung entsprechend der Ausrichtung der Lichtemissionsvorrichtungen 12 durch die Lichtsammelflächen 17 als anamorphe Oberflächen erzeugt, und außerdem wird ein Teil des Beleuchtungslichts mit dem anderen Teil gemischt, wodurch eine Luminanzungleichmäßigkeit des virtuellen Bildes VI verringert werden kann. Daher kann die Sichtbarkeit des virtuellen Bildes VI verbessert werden.
(Zweite Ausführungsform)
Wie es in den 9 und 10 dargestellt ist, ist eine zweite Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung eine Modifikation der ersten Ausführungsform. Die zweite Ausführungsform wird hauptsächlich hinsichtlich der Merkmale beschrieben, die sich von denjenigen der ersten Ausführungsform unterscheiden.
Wie es in 9 gezeigt ist, enthält wie in der ersten Ausführungsform eine Lichtsammeleinheit 214 gemäß der zweiten Ausführungsform ein Kondensorlinsenarray 215, bei dem Kondensorlinsenelemente 215a, die jeweils eine Lichtsammelfläche 217 aufweisen, die eine anamorphe Oberfläche ist, zueinander ausgerichtet sind. In 9 sind nur Teile der Kondensorlinsenelemente 215a und der Lichtemissionsvorrichtungen 212 mit Bezugszeichen bezeichnet.
In der zweiten Ausführungsform sind Paare aus den Kondensorlinsenelementen 215a und den Lichtemissionsvorrichtungen 212 in einer x-Richtung und einer y-Richtung als Ausrichtungsrichtungen zueinander ausgerichtet. In diesem Beispiel sind Nx Teile der Paare aus Kondensorlinsenelementen 215a und Lichtemissionsvorrichtungen 212 in der x-Richtung ausgerichtet, und es sind Ny Teile in der y-Richtung ausgerichtet. Insbesondere ist in der vorliegenden Ausführungsform der Fall gezeigt, bei dem die Ausrichtungszahl Nx gleich 3 ist und die Ausrichtungszahl Ny gleich 2 ist.
Wie es in 10 dargestellt ist, ist in diesem Beispiel eine Beleuchtungszielfläche 232 einer Bildausbildungseinheit 230 in einer rechteckigen Gestalt mit einer Größe Lx auf der Beleuchtungszielfläche 232 entsprechend der x-Richtung und mit einer Größe Ly auf der Beleuchtungszielfläche 232 entsprechend der y-Richtung ausgebildet. Wie in der ersten Ausführungsform ist die Abmessung Lx im Wesentlichen eine Abmessung in der x-Richtung, und die Abmessung Ly ist im Wesentlichen eine Abmessung in der y-Richtung, da sich die Beleuchtungszielfläche 232 im Wesentlichen senkrecht zu einer geraden Linie erstreckt.
Um die gesamte Beleuchtungszielfläche 232 effizient zu beleuchten, wird das Beleuchtungslicht von einer Lichtemissionsvorrichtung 212 zu einem zu beleuchtenden Beleuchtungsbereich IR, wenn die Beleuchtungszielfläche 232 durch die Ausrichtungszahl Nx in der x-Richtung unterteilt wird und die Beleuchtungszielfläche 232 durch die Ausrichtungszahl Ny in der y-Richtung unterteilt wird. Mit anderen Worten, in der vorliegenden Ausführungsform ist der Beleuchtungsbereich IR ein rechteckiger Bereich, bei dem eine Abmessung in der x-Richtung gleich Lx/Nx ist und eine Abmessung in der y-Richtung gleich Ly/Ny ist. In diesem Beispiel wird eine Abmessung in der x-Richtung des Beleuchtungsbereichs IR mit einer Abmessung in der y-Richtung verglichen. In diesem Fall von Lx/Nx < Ly/Ny ist die x-Richtung eine kurze Richtung in dem Beleuchtungsbereich IR. Dementsprechend wird eine Krümmung der Lichtsammelfläche 217 in der x-Richtung auf größer als eine Krümmung in der y-Richtung eingestellt. Andererseits ist in dem Fall von Lx/Nx > Ly/Ny die x-Richtung eine Längsrichtung in dem Beleuchtungsbereich IR. Dementsprechend wird eine Krümmung der Lichtsammelfläche 217 in der x-Richtung auf kleiner als eine Krümmung in der y-Richtung eingestellt. Mit anderen Worten, entsprechend dem Beleuchtungsbereich IR wird die Krümmung in der Richtung, die der Längsrichtung entspricht, auf kleiner als die Krümmung in der Richtung eingestellt, die der kurzen Richtung entspricht.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die x-Richtung die Längsrichtung und die y-Richtung ist die kurze Richtung in dem Beleuchtungsbereich IR, da Lx/Nx > Lx/Ly erfüllt ist. Entsprechend dem Beleuchtungsbereich ID ist die Krümmung der Lichtsammelfläche 17 in der x-Richtung kleiner als die Krümmung in der y-Richtung.
Wie in der ersten Ausführungsform ist in der Lichtsammeleinheit 214 gemäß der zweiten Ausführungsform ein Verbundlinsenarray 218 an dem optischen Pfad zwischen dem Kondensorlinsenarray 215 und der Beleuchtungszielfläche 232 angeordnet, und es sind mehrere Verbundlinsenelemente 218a zueinander ausgerichtet und ausgebildet. Die jeweiligen Verbundlinsenelemente 218a sind Linsenelemente in derselben Anzahl wie die Lichtemissionsvorrichtungen 212 und die Kondensorlinsenelemente 215a entsprechend den Paaren aus den Kondensorlinsenelementen 215a und den Lichtemissionsvorrichtungen 212. Mit anderen Worten, in der vorliegenden Ausführungsform sind Nx Teile der Paare der Verbundlinsenelemente 218a in der x-Richtung zueinander ausgerichtet, und es sind Ny Teile in der y-Richtung zueinander ausgerichtet. Wie es in 11 dargestellt ist, weist jedes der Verbundlinsenelemente 218a eine einfallsseitige Verbundoberfläche 223 als eine einfallsseitige Oberfläche auf, die zu dem Kondensorlinsenarray 215 zeigt und das Beleuchtungslicht empfängt. Wie es in 12 dargestellt ist, weist andererseits jedes der Verbundlinsenelemente 218a eine emissionsseitige Verbundoberfläche 226 als eine emissionsseitige Oberfläche auf, die zu der Bildausbildungseinheit 230 zeigt und das Beleuchtungslicht emittiert.
Wie es im Detail in 11 dargestellt ist, bildet die einfallsseitige Verbundfläche 223 eine alternierende Ausrichtungsstruktur, bei der die Kollimationsoberflächen 224 und die Ablenkungsoberflächen 225 abwechselnd kontinuierlich zueinander sind.
Die Kollimationsoberfläche 224 auf der einfallsseitigen Verbundoberfläche 223 ist als ein geteilter Bereich ausgebildet, der durch Unterteilen einer virtuellen Kollimationsoberfläche Sic1 durch eine vorbestimmte Teilungsbreite Wy in der y-Richtung erhalten wird. Die virtuelle Kollimationsoberfläche Sic1 weist eine glatte gekrümmte Oberflächengestalt als eine konvexe Oberfläche auf, die in Richtung des Kondensorlinsenelements 215a des Kondensorlinsenarrays 215 konvex ist.
Die Ablenkungsoberfläche 225 der einfallsseitigen Verbundoberfläche 223 ist als ein geteilter Bereich ausgebildet, der durch Teilen einer virtuellen Ablenkungsoberfläche Sid1 durch eine vorbestimmte Teilungsbereite Wy in der y-Richtung erhalten wird. In diesem Beispiel wird die virtuelle Ablenkungsoberfläche Sid1 durch mehrere geneigte Oberflächen Sis1 ausgebildet, die sich in einen umgekehrten Gradienten an einer Position ändern, die dem Oberflächenscheitelpunkt der virtuellen Kollimationsoberfläche Sic1 entspricht, und in der vorliegenden Ausführungsform weist jede geneigte Oberfläche Sis1 eine glatte ebene Gestalt auf. In diesem Fall wird der Gradient jeder geneigten Oberfläche Sis1 auf einen Gradienten auf der zu dem Gradienten des entsprechenden Abschnitts der virtuellen Kollimationsoberfläche Sid1 entgegengesetzten Seite eingestellt.
Die Kollimationsoberflächen 224 und die Ablenkungsoberflächen 225 sind abwechselnd angeordnet, wodurch ein Teil der Gestalt der virtuellen Kollimationsoberfläche Sic1 und ein Teil der Gestalt der virtuellen Ablenkungsoberfläche Sid1 extrahiert und auf der einfallsseitigen Verbundoberfläche 223 reproduziert werden. Die übrige detaillierte Konfiguration der einfallsseitigen Verbundoberfläche 223 kann Bezug auf die Verbundoberfläche 20 der ersten Ausführungsform nehmen.
Wie es im Detail in 12 dargestellt ist, bildet die emissionsseitige Verbundoberfläche 226 eine alternierende Ausrichtungsstruktur, bei der die Kollimationsoberflächen 227 und die Ablenkungsoberflächen 228 abwechselnd kontinuierlich zueinander sind.
Die Kollimationsoberfläche 227 der emissionsseitigen Verbundoberfläche 226 ist als ein geteilter Bereich ausgebildet, der durch Teilen einer virtuellen Kollimationsoberfläche Sic2 durch eine vorbestimmte Teilungsbreite Wx in der x-Richtung erhalten wird. Die virtuelle Kollimationsoberfläche Sic2 weist eine glatte gekrümmte Oberflächengestalt als eine konvexe Gestalt auf, die in Richtung der Bildausbildungseinheit 230 konvex ist. Die Krümmung der Kollimationsoberfläche 227 der emissionsseitigen Verbundoberfläche 226 wird auf im Wesentlichen gleich der Krümmung der Kollimationsoberfläche 224 der einfallsseitigen Verbundoberfläche 223 eingestellt.
Die Ablenkungsoberfläche 228 der emissionsseitigen Verbundoberfläche 226 ist als ein geteilter Bereich ausgebildet, der durch Teilen einer virtuellen Ablenkungsoberfläche Sid2 durch eine vorbestimmte Teilungsbreite Wx in der x-Richtung erhalten wird. In diesem Beispiel wird die virtuelle Ablenkungsoberfläche Sid2 durch mehrere geneigte Oberflächen Sis2 ausgebildet, die sich in einen umgekehrten Gradienten an einer Position ändern, die dem Oberflächenscheitelpunkt der virtuellen Kollimationsoberfläche Sic2 entspricht, und in der vorliegenden Ausführungsform weist jede geneigte Oberfläche Sis2 eine glatte ebene Gestalt auf. In diesem Fall wird der Gradient jeder geneigten Oberfläche Sis2 auf einen Gradient auf der zu dem Gradienten des entsprechenden Abschnitts der virtuellen Kollimationsoberfläche Sic2 entgegengesetzten Seite eingestellt.
Die Kollimationsoberflächen 227 und die Ablenkungsoberflächen 228 sind abwechselnd angeordnet, wodurch ein Teil der Gestalt der virtuellen Kollimationsoberfläche Sic2 und ein Teil der Gestalt der virtuellen Ablenkungsoberfläche Sid2 extrahiert und auf der emissionsseitigen Verbundoberfläche 226 reproduziert werden. Die übrige detaillierte Konfiguration der emissionsseitigen Verbundoberfläche 226 kann Bezug auf die Verbundoberfläche 20 der ersten Ausführungsform nehmen.
Die Kollimationsoberflächen 224 und 227, die oben beschrieben wurden, sind ausgelegt, das Beleuchtungslicht von dem Kondensorlinsenarray 215 durch Brechung zu sammeln und das gesammelte Beleuchtungslicht zu kollimieren. Außerdem ist jede Ablenkungsoberfläche 225, 228 ausgelegt, das Beleuchtungslicht zu einer Seite entgegengesetzt zu der Brechung durch die Kollimationsoberflächen 224 und 227 abzulenken.
In jeder der Verbundoberflächen 223 und 226 ist die alternierende Ausrichtungsstruktur in einem Zustand derart ausgebildet, dass eine Grenze zwischen den Verbundlinsenelementen 218a in dem gesamten Bereich an dem optischen Pfad des Verbundlinsenarrays 218 nicht bekannt ist. Da jedoch die Teilungsrichtungen der einfallsseitigen Verbundoberfläche 223 und der emissionsseitigen Verbundoberfläche 226 im Wesentlichen orthogonal zueinander sind, wie es oben beschrieben wurde, wird die Funktion als Verbundlinsenelemente 218a, die in der x-Richtung und in der y-Richtung zueinander ausgerichtet sind, ausgeübt.
Da in der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform die Lichtsammelfläche 217 eine anamorphe Oberfläche ist, bei der die Krümmung in der x-Richtung und die Krümmung in der y-Richtung unterschiedlich sind, können außerdem dieselben Betriebswirkungen wie gemäß der ersten Ausführungsform erzielt werden.
Außerdem ist gemäß der zweiten Ausführungsform in dem Fall von Lx/Nx < Ly/Ny die Krümmung in der x-Richtung größer als die Krümmung in der y-Richtung, und in dem Fall von Lx/Nx > Ly/Ny ist die Krümmung in der x-Richtung kleiner als die Krümmung in der y-Richtung. Mit anderen Worten, die Größe der Krümmung der Lichtsammelfläche 217 in beiden Richtungen wird entsprechend der Größe der Abmessung je Lichtemissionsvorrichtung 212 der Beleuchtungszielfläche 232 in beiden Richtung eingestellt.
In diesem Beispiel kann in dem entsprechenden Bereich der Beleuchtungszielfläche 232, der von einer Lichtemissionsvorrichtung 212 beleuchtet wird, unter Verwendung der Lichtsammelfläche 217, die eine konvex gestaltete anamorphe Oberfläche ist, eine Breite der Beleuchtung in der Richtung mit der kleinen Krümmung größer als die Breite der Beleuchtung in der Richtung mit der großen Krümmung ausgebildet werden. Unter Verwendung der obigen Beziehung stimmt die Breite der Beleuchtung in beiden Richtungen mit der Größe der Abmessungen je Lichtemissionsvorrichtung 212 auf der Beleuchtungszielfläche 232 in beiden Richtungen AD und SD überein. Daher wird der Bereich des entsprechenden Bereichs, der von dem Beleuchtungslicht von jeder Lichtemissionsvorrichtung 212 beleuchtet wird, optimiert, und es wird die gesamte Beleuchtungszielfläche 232 effizient beleuchtet. Daher kann die Sichtbarkeit des virtuellen Bildes VI verbessert werden.
(weitere Ausführungsformen)
Oben wurden mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Ausführungsformen beschränkt, und es sind verschiedene Ausführungsformen und Kombinationen innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung möglich.
Insbesondere können gemäß einer Modifikation 1 die konischen Konstanten kx und ky beliebig auf der Lichtsammelfläche 17 eingestellt werden. In der ersten Ausführungsform kann beispielsweise die konische Konstante in der Ausrichtungsrichtung AD größer als die konische Konstante in der andere Richtung SD sein, und die konische Konstante in der Ausrichtungsrichtung AD kann null oder größer sein.
Gemäß einer Modifikation 2 kann die Lichtsammelfläche 17 eine anamorphe Oberfläche sein, die in einer konvexen Gestalt ausgebildet ist, bei der die Krümmung in der x-Richtung und die Krümmung in der y-Richtung unterschiedlich sind, und die Durchbiegungsgröße z der Lichtsammelfläche 17 kann durch eine gekrümmte Oberfläche wie einer Polynom-Potenzreihe ausgedrückt werden.
Gemäß einer Modifikation 3 kann die Lichtsammelfläche 17 in einem Querschnitt, in dem die Ausrichtungsrichtung AD und die z-Richtung enthalten sind, in einer Hyperbelgestalt, einer elliptischen Bogengestalt, einer Bogengestalt oder Ähnlichem anstatt in einer Parabolgestalt ausgebildet sein.
Gemäß einer Modifikation 4 betreffend die erste Ausführungsform kann die Lichtsammelfläche 17 in einem Querschnitt, der die andere Richtung SD und die z-Richtung enthält, in einer Hyperbelgestalt, einer Parabolgestalt, einer elliptischen Bogengestalt oder Ähnlichem anstatt in einer kreisförmigen Bogengestalt ausgebildet sein.
Gemäß einer Modifikation 5 kann die Lichtsammelfläche 17 als eine einfallsseitige Oberfläche angeordnet sein, die zu der Lichtemissionsvorrichtung 12 zeigt und das Beleuchtungslicht empfängt.
Gemäß einer Modifikation 6 kann die Lichtemissionsvorrichtung 12 bei der Brennpunktposition FPa des kombinierten Brennpunkts der Linsenelementgruppe 14a angeordnet sein. Die Lichtemissionsvorrichtung 12 kann an der Brennpunktposition FPs des kombinieren Brennpunkts der Linsenelementgruppe 14a angeordnet sein.
Wie es in 13 dargestellt ist, sind gemäß einer Modifikation 7 Ausrichtungsabstände zwischen den jeweiligen Lichtemissionsvorrichtungen 12, die zueinander ausgerichtet sind, anders als die Abstände zwischen den jeweiligen Oberflächenscheitelpunkten 17a der Lichtsammelflächen 17 in den Kondensorlinsenelementen 15a, die zueinander ausgerichtet sind. Unter dieser Bedingung kann sich eine Richtung, die den Oberflächenscheitelpunkt 17a der Lichtsammelfläche 17 und die gepaarte Lichtemissionsvorrichtung 12 verbindet, unterschiedlich zu derjenigen der jeweiligen Paare aus den Kondensorlinsenelementen 15a und den Lichtemissionsvorrichtungen 12 sein. In einem derartigen Fall kann die z-Richtung beispielsweise für das mittlere Paar der jeweiligen Paare definiert sein. Alternativ kann eine Richtung, die durch Mittelwertbildung der Richtungen, die die Oberflächenscheitelpunkte 17a der Lichtsammelfläche 17 und die gepaarten Lichtemissionsvorrichtungen 12 verbinden, als z-Richtung definiert werden.
Gemäß einer Modifikation 8 der ersten Ausführungsform können sich in dem Verbundlinsenarray 18 die Krümmung der virtuellen Sammelfläche Sip, die die Sammel-Fresnel-Oberfläche 19 ausbildet, und die Krümmung der virtuellen Kollimationsoberfläche Sic, die die Kollimationsoberfläche 21 ausgebildet, voneinander unterscheiden. Gemäß einem Beispiel ist die Krümmung der virtuellen Sammeloberfläche Sip anders als die Krümmung der virtuellen Kollimationsoberfläche Sic, wodurch die Lichtsammeleinheit 14 derart ausgebildet wird, dass die Brennpunktposition FPa des kombinierten Brennpunkts der Linsenelementgruppe 14a mit der Brennpunktposition FPs übereinstimmt.
Gemäß einer Modifikation 9 der zweiten Ausführungsform kann in dem Verbundlinsenarray 218 die Teilungsrichtung der Kollimationsoberfläche 224 und der Ablenkungsoberfläche 225 in der einfallsseitigen Verbundoberfläche 223 durch die Teilungsrichtung der Kollimationsoberfläche 227 und der Ablenkungsoberfläche 228 in der emissionsseitigen Verbundoberfläche 226 ersetzt werden.
Gemäß einer Modifikation 10 der zweiten Ausführungsform kann in dem Verbundlinsenarray 218 die einfallsseitige Verbundoberfläche 223 oder die emissionsseitige Verbundoberfläche 226 durch eine andere Oberflächengestalt ersetzt werden. Andere Oberflächengestalten enthalten eine Sammel-Fresnel-Oberfläche wie in der ersten Ausführungsform und eine einzelne konvexe Oberfläche, die in einer glatten gekrümmten Gestalt bereitgestellt wird, die den jeweiligen Verbundlinsenelementen 218a gemeinsam ist.
Gemäß einer Modifikation 11 kann in der Lichtsammeleinheit 14 das Verbundlinsenarray 18 durch ein anderes optisches Element wie beispielsweise eine einzelne Kondensorlinse ersetzt werden. Wie es in 14 dargestellt ist, kann in diesem Beispiel, wenn beispielsweise das optische Element die Richtung des Beleuchtungslichts durch einen Reflexionsspiegels 918 oder Ähnlichem ändert, eine Richtung xd, die der x-Richtung auf der Beleuchtungszielfläche 32 entspricht, oder eine Richtung yd, die der y-Richtung auf der Beleuchtungszielfläche 32 entspricht, sich von der x-Richtung oder y-Richtung entsprechend einer Änderung in der Richtung des Beleuchtungslichts unterscheiden.
Gemäß einer Modifikation 12 kann die Lichtsammeleinheit 14 durch nur das Kondensorlinsenarray 15 ausgebildet werden. Außerdem kann die Lichtsammeleinheit 14 durch Hinzufügen eines anderen optischen Elements zu dem Kondensorlinsenarray 15 und das Verbundlinsenarray 18 ausgebildet werden.
Gemäß einer Modifikation 13 können die Abmessung La und die Abmessung Ls der Beleuchtungszielfläche 32 gleich sein.
Gemäß einer Modifikation 14 kann die Beleuchtungszielfläche 32 eine dreieckige Gestalt, eine kreisförmige Gestalt oder Ähnliches anstatt der rechteckigen Gestalt sein. Außerdem kann die Beleuchtungszielfläche 32 eine gekrümmte Oberfläche anstatt eine ebene Oberfläche sein.
Gemäß einer Modifikation 15 muss die Bildausbildungseinheit 30 die Diffusionseinheit 34 nicht aufweisen.
Gemäß einer Modifikation 16 kann nur die y-Richtung aus der x-Richtung und der y-Richtung die Ausrichtungsrichtung AD sein.
Gemäß einer Modifikation 17 muss sich die Beleuchtungszielfläche 32 in der Bildausbildungseinheit 30 nicht senkrecht zu der geraden Linie SL erstrecken. Wie es beispielsweise in 15 dargestellt ist, kann die Bildausbildungseinheit 30, die eine durchlässige und flache plattenförmige Flüssigkristallplatte ist, derart angeordnet sein, dass eine Normalenrichtung der Beleuchtungszielfläche 32 in Bezug auf die gerade Linie SL geneigt ist. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Normalenrichtung der Beleuchtungszielfläche 32 einen Winkel (beispielsweise mit θ in 15 bezeichnet) von etwa 10 bis 25 Grad in Bezug auf die gerade Linie SL aufweist. Da das Flüssigkristallpixel in der Bildausbildungseinheit 30 grundlegend kein Element zum Ablenken von Licht aufweist, wird das Licht des Bildes, das durch die Bildausbildungseinheit 30 ausgebildet wird, auch entlang der geraden Linie SL emittiert (jedoch wird ein Teil des Lichtes der Diffusion bzw. Streuung durch die der Diffusionseinheit 34 unterzogen).
Genauer gesagt ist die Bildausbildungseinheit 30 um der Längsrichtung der Beleuchtungszielfläche 32 (d.h. der Ausrichtungsrichtung AD) als Drehachse geneigt. Daher ist die Bildausbildungseinheit 30 in einem Zustand angeordnet, in dem die Beleuchtungszielfläche 32 in Bezug auf die andere Richtung SD (d.h. die y-Richtung) geneigt ist. Als Ergebnis der obigen Anordnung ist der Abstand zwischen dem Verbundlinsenarray 18 und der Bildausbildungseinheit 30 in Abhängigkeit von der Position in dem Querschnitt unterschiedlich, der die andere Richtung SD und die z-Richtung enthält (d.h. der yz-Querschnitt).
In der Bildausbildungseinheit 30 ist eine ebene Reflexionsoberfläche 39 auf der Seite ausgebildet, die zu dem ebenen Spiegel 40 zeigt, beispielsweise eine Spiegelfläche, die als eine Oberfläche eines Glassubstrats ausgebildet ist. Wenn beispielsweise Außenlicht wie Sonnenlicht durch die Windschutzscheibe 3 gelangt und an dem konkaven Spiegel 42 und dem ebenen Spiegel 40 reflektiert wird, um die Bildausbildungseinheit 30 zu erreichen, ist die Möglichkeit hoch, dass das Außenlicht entlang der geraden Linie SL in die Bildausbildungseinheit 30 eintritt. In diesem Beispiel wird das Außenlicht durch die Reflexionsoberfläche 39, die im Wesentlichen parallel zu der Beleuchtungszielfläche 32 ist, in einer Richtung reflektiert, die sich von der geraden Linie SL unterscheidet. Daher kann verhindert werden, dass das Außenlicht, das an der Reflexionsoberfläche 39 reflektiert wird, zusammen mit dem Bildlicht den Augenpunkt EP erreicht.
Es ist unter Berücksichtigung des Ausrichtungswinkels des ebenen Spiegels 40, des konkaven Spiegels 42 und der Windschutzscheibe 3 vorteilhaft, wenn die Neigungsrichtung oder der Winkel der Bildausbildungseinheit 30 derart eingestellt wird, dass eine Scheimpflug-Bedingung erfüllt ist oder nahe an die Bedingung gelangt wird. Gemäß der Neigungsrichtung und dem Winkel, die oben beschrieben wurden, kann verhindert werden, dass das virtuelle Bild VI, das von dem Augenpunkt EP betrachtet wird, geneigt und visuell erkannt wird.
Wie es in 15 dargestellt ist, weist die Beleuchtungszielfläche 32 außerdem eine Normalenrichtung auf, die θ Grad in Bezug auf die gerade Linie SL beispielsweise um die Ausrichtungsrichtung AD als Drehachse geneigt ist. In der Beleuchtungszielfläche 32 kann ein Wert, der durch Multiplizieren von cosθ mit einer tatsächlichen Abmessung Ls0 in dem Querschnitt (d.h. dem yz-Querschnitt), der die andere Richtung SD und die z-Richtung der Beleuchtungszielfläche 32 enthält, erhalten wird, als eine Abmessung LS auf der Beleuchtungszielfläche 32 entsprechend der anderen Richtung SD verwendet werden.
Außerdem weist die Beleuchtungszielfläche die Normalenrichtung auf, die ϕ Grad in Bezug auf die gerade Linie SL beispielsweise um die andere Richtung SD als Drehachse geneigt ist. In der Beleuchtungszielfläche kann ein Wert, der durch Multiplizieren von cosϕ mit einer tatsächlichen Abmessung in dem Querschnitt (d.h. dem xz-Querschnitt) erhalten wird, der die Ausrichtungsrichtung AD und die z-Richtung der Beleuchtungszielfläche enthält, als eine Abmessung La auf der Beleuchtungszielfläche verwendet werden, die der Ausrichtungsrichtung AD entspricht.
Bei der Verwendung der Werte der Abmessungen Lx und Ly in dem Fall, in dem die x-Richtung und die y-Richtung beide die Ausrichtungsrichtung wie in der zweiten Ausführungsform sind, kann dieselbe Idee wie bei der Verwendung der Werte in den Abmessungen La und Ls verwendet werden.
Gemäß einer Modifikation 18 kann in dem Verbundlinsenarray 18 die Teilungsbreite Wa in dem Teilungsbereich der Kollimationsoberfläche 21 und der Ablenkungsoberfläche 22 an jeder Position im Wesentlichen gleich sein.
Gemäß einer Modifikation 19 kann die Verbundoberfläche 20 des Verbundlinsenarrays 18 eine Konfiguration aufweisen, bei der die Gestalt der Kollimationsoberfläche 21 durch eine geneigte ebene Gestalt ersetzt wird.
Gemäß einer Modifikation 20 kann die vorliegende Erfindung für verschiedene mobile Objekte (Beförderungsausrüstung) wie beispielsweise Boote oder Flugzeuge anstatt für das Fahrzeug 1 verwendet werden.
Die oben beschriebene Head-up-Anzeigevorrichtung ist an dem mobilen Objekt 1 montiert und projiziert ein Bild auf das Projektionselement 3, wodurch ein virtuelles Bild angezeigt wird, das eine visuelle Erkennung des Bildes durch den Insassen ermöglicht. Die Lichtemissionsvorrichtungen 12 und 212 sind zueinander ausgerichtet und emittieren Beleuchtungslicht. Die Bildausbildungseinheiten 30 und 230 weisen Beleuchtungszieloberflächen 32 und 232 auf, und das Beleuchtungslicht von jeder Lichtemissionsvorrichtung beleuchtet einen entsprechenden Bereich der Beleuchtungszielfläche, um ein Bild auszubilden. Die Lichtsammeleinheiten 14 und 214 sammeln das Beleuchtungslicht von den jeweiligen Lichtemissionsvorrichtungen und bewirken, dass das gesammelte Beleuchtungslicht auf die Beleuchtungszielfläche auftrifft. Die Lichtsammeleinheit wird durch mehrere Linsenelemente ausgebildet, die mit den jeweiligen Lichtemissionsvorrichtungen gepaart sind. Die Lichtsammeleinheit weist die Kondensorlinsenarrays 15 und 215 auf, bei denen die Kondensorlinsenelemente 15a und 215a, die die Lichtsammeloberflächen 17 und 217 zum Sammeln des Beleuchtungslichts aufweisen, zueinander ausgerichtet sind. Die z-Richtung ist als eine Richtung definiert, die einen Oberflächenscheitelpunkt 17a der Lichtsammeloberfläche und die Lichtemissionsvorrichtung, die mit dem Oberflächenscheitelpunkt gepaart ist, verbindet. Die x-Richtung und die y-Richtung sind in einer virtuellen Ebene orthogonal zu der z-Richtung orthogonal zueinander sind. Das Paar aus dem Kondensorlinsenelement und der Lichtemissionsvorrichtung ist mindestens in der x-Richtung oder der y-Richtung als einer Ausrichtungsrichtung AD ausgerichtet. Jede Lichtsammelfläche ist eine anamorphe Oberfläche, die in der konvexen Gestalt ausgebildet ist, bei der die Krümmung in der x-Richtung und die Krümmung in der y-Richtung unterschiedlich sind.
Gemäß der oben beschriebenen Erfindung ist die anamorphe Oberfläche, die in einer konvexen Gestalt ausgebildet ist, bei der die Krümmung in der x-Richtung und die Krümmung in der y-Richtung unterschiedlich sind, als Lichtsammelfläche des Kondensorlinsenelements ausgebildet. Da die Kondensorlinsenelemente in dem Kondensorlinsenarray der Lichtsammeleinheit zueinander ausgerichtet sind, kann beispielsweise eine große Krümmung für die Beleuchtungszielfläche eingestellt werden. Da die Kondensorlinsenelemente mit den jeweiligen Lichtemissionsvorrichtungen gepaart sind, wird die Krümmung in jeder Richtung als Lichtsammelfläche derart eingestellt, dass ein effizientes Sammeln entsprechend der Ausrichtung der jeweiligen Lichtemissionsvorrichtungen durchgeführt werden kann. Da wie oben beschrieben jede der Lichtemissionsvorrichtungen den entsprechenden Bereich der Beleuchtungszielfläche effizient beleuchten kann, kann die Sichtbarkeit des virtuellen Bildes verbessert werden, das aus der Projektion des Bildes, das durch die Bildausbildungseinheit ausgebildet wird, auf das Projektionselement resultiert.

Claims

Head-up-Anzeigevorrichtung, die an einem mobilen Objekt (1) montiert ist, wobei die Head-up-Anzeigevorrichtung ausgelegt ist, ein Bild auf ein Projektionselement (3) zu projizieren, um ein virtuelles Bild anzuzeigen und es einem Insassen zu ermöglichen, das Bild visuell zu erkennen, wobei die Head-up-Anzeigevorrichtung aufweist: mehrere Lichtemissionsvorrichtungen (12, 212), die zueinander ausgerichtet sind und jeweils ausgelegt sind, ein Beleuchtungslicht zu emittieren; eine Bildausbildungseinheit (30, 230), die eine Beleuchtungszielfläche (32, 232) enthält, wobei die Bildausbildungseinheit ausgelegt ist, einen entsprechenden Bereich der Beleuchtungszielfläche mit dem Beleuchtungslicht von einer der Lichtemissionsvorrichtungen zu beleuchten, um das Bild auszubilden; und eine Lichtsammeleinheit (14, 214), die ausgelegt ist, das Beleuchtungslicht von jeder der Lichtemissionsvorrichtungen zu sammeln und zu bewirken, dass das Beleuchtungslicht auf die Beleuchtungszielfläche auftrifft, wobei die Lichtsammeleinheit ein Kondensorlinsenarray (15, 215) enthält, in dem mehrere Linsenelemente (15a, 215a) zueinander ausgerichtet sind, die Linsenelemente mit den jeweiligen Lichtemissionsvorrichtungen gepaart sind, jedes der Linsenelemente eine Lichtsammeloberfläche (17, 217) zum Sammeln des Beleuchtungslichts aufweist, eine z-Richtung als eine Richtung definiert ist, in der Oberflächenscheitelpunkte (17a) der Lichtsammelflächen mit den Lichtemissionsvorrichtungen (12) verbunden sind, die mit den Lichtsammelflächen jeweils gepaart sind, eine x-Richtung und eine y-Richtung orthogonal zueinander in einer virtuellen Ebene orthogonal zu der z-Richtung definiert sind, die Paare aus den Kondensorlinsenelementen und den Lichtemissionsvorrichtungen in mindestens einer aus der x-Richtung und der y-Richtung als einer Ausrichtungsrichtung (AD) zueinander ausgerichtet sind, die Lichtsammelflächen jeweils eine anamorphe Oberfläche sind, die in einer konvexen Gestalt ausgebildet ist, bei der eine Krümmung in der x-Richtung und eine Krümmung in der y-Richtung unterschiedlich sind, eine aus der x-Richtung und der y-Richtung als die Ausrichtungsrichtung (AD) eingestellt ist und die andere aus diesen als eine andere Richtung (SD) eingestellt ist, die Beleuchtungszielfläche eine rechteckige Gestalt mit einer Abmessung La in einer Richtung auf der Beleuchtungszielfläche, die der Ausrichtungsrichtung entspricht, und einer Abmessung Ls in einer Richtung auf der Beleuchtungszielfläche, die der anderen Richtung entspricht, ist, eine Ausrichtungsanzahl von Paaren der Kondensorlinsenelemente und Lichtemissionsvorrichtungen in der Ausrichtungsrichtung gleich Na ist, La/Na < Ls erfüllt ist, und die Krümmung in der Ausrichtungsrichtung größer als die Krümmung in der anderen Richtung ist.
Head-up-Anzeigevorrichtung, die an einem mobilen Objekt (1) montiert ist, wobei die Head-up-Anzeigevorrichtung ausgelegt ist, ein Bild auf ein Projektionselement (3) zu projizieren, um ein virtuelles Bild anzuzeigen und es einem Insassen zu ermöglichen, das Bild visuell zu erkennen, wobei die Head-up-Anzeigevorrichtung aufweist: mehrere Lichtemissionsvorrichtungen (12, 212), die zueinander ausgerichtet sind und jeweils ausgelegt sind, ein Beleuchtungslicht zu emittieren; eine Bildausbildungseinheit (30, 230), die eine Beleuchtungszielfläche (32, 232) enthält, wobei die Bildausbildungseinheit ausgelegt ist, einen entsprechenden Bereich der Beleuchtungszielfläche mit dem Beleuchtungslicht von einer der Lichtemissionsvorrichtungen zu beleuchten, um das Bild auszubilden; und eine Lichtsammeleinheit (14, 214), die ausgelegt ist, das Beleuchtungslicht von jeder der Lichtemissionsvorrichtungen zu sammeln und zu bewirken, dass das Beleuchtungslicht auf die Beleuchtungszielfläche auftrifft, wobei die Lichtsammeleinheit ein Kondensorlinsenarray (15, 215) enthält, in dem mehrere Linsenelemente (15a, 215a) zueinander ausgerichtet sind, die Linsenelemente mit den jeweiligen Lichtemissionsvorrichtungen gepaart sind, jedes der Linsenelemente eine Lichtsammeloberfläche (17, 217) zum Sammeln des Beleuchtungslichts aufweist, eine z-Richtung als eine Richtung definiert ist, in der Oberflächenscheitelpunkte (17a) der Lichtsammelflächen mit den Lichtemissionsvorrichtungen (12) verbunden sind, die mit den Lichtsammelflächen jeweils gepaart sind, eine x-Richtung und eine y-Richtung orthogonal zueinander in einer virtuellen Ebene orthogonal zu der z-Richtung definiert sind, die Paare aus den Kondensorlinsenelementen und den Lichtemissionsvorrichtungen in mindestens einer aus der x-Richtung und der y-Richtung als einer Ausrichtungsrichtung (AD) zueinander ausgerichtet sind, die Lichtsammelflächen jeweils eine anamorphe Oberfläche sind, die in einer konvexen Gestalt ausgebildet ist, bei der eine Krümmung in der x-Richtung und eine Krümmung in der y-Richtung unterschiedlich sind, eine aus der x-Richtung und der y-Richtung als die Ausrichtungsrichtung (AD) eingestellt ist und die andere aus diesen als eine andere Richtung (SD) eingestellt ist, die Beleuchtungszielfläche eine rechteckige Gestalt mit einer Abmessung La in einer Richtung auf der Beleuchtungszielfläche, die der Ausrichtungsrichtung entspricht, und einer Abmessung Ls in einer Richtung auf der Beleuchtungszielfläche, die der anderen Richtung entspricht, ist, eine Ausrichtungsanzahl von Paaren der Kondensorlinsenelemente und Lichtemissionsvorrichtungen in der Ausrichtungsrichtung gleich Na ist, La/Na > Ls erfüllt ist, und die Krümmung in der Ausrichtungsrichtung kleiner als die Krümmung in der anderen Richtung ist.
Head-up-Anzeigevorrichtung, die an einem mobilen Objekt (1) montiert ist, wobei die Head-up-Anzeigevorrichtung ausgelegt ist, ein Bild auf ein Projektionselement (3) zu projizieren, um ein virtuelles Bild anzuzeigen und es einem Insassen zu ermöglichen, das Bild visuell zu erkennen, wobei die Head-up-Anzeigevorrichtung aufweist: mehrere Lichtemissionsvorrichtungen (12, 212), die zueinander ausgerichtet sind und jeweils ausgelegt sind, ein Beleuchtungslicht zu emittieren; eine Bildausbildungseinheit (30, 230), die eine Beleuchtungszielfläche (32, 232) enthält, wobei die Bildausbildungseinheit ausgelegt ist, einen entsprechenden Bereich der Beleuchtungszielfläche mit dem Beleuchtungslicht von einer der Lichtemissionsvorrichtungen zu beleuchten, um das Bild auszubilden; und eine Lichtsammeleinheit (14, 214), die ausgelegt ist, das Beleuchtungslicht von jeder der Lichtemissionsvorrichtungen zu sammeln und zu bewirken, dass das Beleuchtungslicht auf die Beleuchtungszielfläche auftrifft, wobei die Lichtsammeleinheit ein Kondensorlinsenarray (15, 215) enthält, in dem mehrere Linsenelemente (15a, 215a) zueinander ausgerichtet sind, die Linsenelemente mit den jeweiligen Lichtemissionsvorrichtungen gepaart sind, jedes der Linsenelemente eine Lichtsammeloberfläche (17, 217) zum Sammeln des Beleuchtungslichts aufweist, eine z-Richtung als eine Richtung definiert ist, in der Oberflächenscheitelpunkte (17a) der Lichtsammelflächen mit den Lichtemissionsvorrichtungen (12) verbunden sind, die mit den Lichtsammelflächen jeweils gepaart sind, eine x-Richtung und eine y-Richtung orthogonal zueinander in einer virtuellen Ebene orthogonal zu der z-Richtung definiert sind, die Paare aus den Kondensorlinsenelementen und den Lichtemissionsvorrichtungen in mindestens einer aus der x-Richtung und der y-Richtung als einer Ausrichtungsrichtung (AD) zueinander ausgerichtet sind, die Lichtsammelflächen jeweils eine anamorphe Oberfläche sind, die in einer konvexen Gestalt ausgebildet ist, bei der eine Krümmung in der x-Richtung und eine Krümmung in der y-Richtung unterschiedlich sind, die x-Richtung und die y-Richtung jeweils als Ausrichtungsrichtung (AD) eingestellt sind, die Beleuchtungszielfläche in einer rechteckigen Gestalt ausgebildet ist, die eine Abmessung Lx in einer Richtung auf der Beleuchtungszielfläche, die der x-Richtung entspricht, und eine Abmessung Ly in einer Richtung auf der Beleuchtungszielfläche, die der y-Richtung entspricht, aufweist, eine Anzahl Nx von Paaren der Kondensorlinsenelemente und Lichtemissionsvorrichtungen in der x-Richtung zueinander ausgerichtet sind, eine Anzahl Ny von Paaren der Kondensorlinsenelemente und der Lichtemissionsvorrichtungen in der y-Richtung zueinander ausgerichtet sind, Lx/Nx < Ly/Ny erfüllt ist, und die Krümmung in der x-Richtung größer als die Krümmung in der y-Richtung ist.
Head-up-Anzeigevorrichtung, die an einem mobilen Objekt (1) montiert ist, wobei die Head-up-Anzeigevorrichtung ausgelegt ist, ein Bild auf ein Projektionselement (3) zu projizieren, um ein virtuelles Bild anzuzeigen und es einem Insassen zu ermöglichen, das Bild visuell zu erkennen, wobei die Head-up-Anzeigevorrichtung aufweist: mehrere Lichtemissionsvorrichtungen (12, 212), die zueinander ausgerichtet sind und jeweils ausgelegt sind, ein Beleuchtungslicht zu emittieren; eine Bildausbildungseinheit (30, 230), die eine Beleuchtungszielfläche (32, 232) enthält, wobei die Bildausbildungseinheit ausgelegt ist, einen entsprechenden Bereich der Beleuchtungszielfläche mit dem Beleuchtungslicht von einer der Lichtemissionsvorrichtungen zu beleuchten, um das Bild auszubilden; und eine Lichtsammeleinheit (14, 214), die ausgelegt ist, das Beleuchtungslicht von jeder der Lichtemissionsvorrichtungen zu sammeln und zu bewirken, dass das Beleuchtungslicht auf die Beleuchtungszielfläche auftrifft, wobei die Lichtsammeleinheit ein Kondensorlinsenarray (15, 215) enthält, in dem mehrere Linsenelemente (15a, 215a) zueinander ausgerichtet sind, die Linsenelemente mit den jeweiligen Lichtemissionsvorrichtungen gepaart sind, jedes der Linsenelemente eine Lichtsammeloberfläche (17, 217) zum Sammeln des Beleuchtungslichts aufweist, eine z-Richtung als eine Richtung definiert ist, in der Oberflächenscheitelpunkte (17a) der Lichtsammelflächen mit den Lichtemissionsvorrichtungen (12) verbunden sind, die mit den Lichtsammelflächen jeweils gepaart sind, eine x-Richtung und eine y-Richtung orthogonal zueinander in einer virtuellen Ebene orthogonal zu der z-Richtung definiert sind, die Paare aus den Kondensorlinsenelementen und den Lichtemissionsvorrichtungen in mindestens einer aus der x-Richtung und der y-Richtung als einer Ausrichtungsrichtung (AD) zueinander ausgerichtet sind, die Lichtsammelflächen jeweils eine anamorphe Oberfläche sind, die in einer konvexen Gestalt ausgebildet ist, bei der eine Krümmung in der x-Richtung und eine Krümmung in der y-Richtung unterschiedlich sind, die x-Richtung und die y-Richtung jeweils als Ausrichtungsrichtung (AD) eingestellt sind, die Beleuchtungszielfläche in einer rechteckigen Gestalt ausgebildet ist, die eine Abmessung Lx in einer Richtung auf der Beleuchtungszielfläche, die der x-Richtung entspricht, und eine Abmessung Ly in einer Richtung auf der Beleuchtungszielfläche, die der y-Richtung entspricht, aufweist, eine Anzahl Nx von Paaren der Kondensorlinsenelemente und Lichtemissionsvorrichtungen in der x-Richtung zueinander ausgerichtet sind, eine Anzahl Ny von Paaren der Kondensorlinsenelemente und der Lichtemissionsvorrichtungen in der y-Richtung zueinander ausgerichtet sind, Lx/Nx > Ly/Ny erfüllt ist, und die Krümmung in der x-Richtung kleiner als die Krümmung in der y-Richtung ist.
Head-up-Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Durchbiegungsgröße z der Lichtsammelfläche ausgedrückt wird durch $z = \frac{c_{x} x^{2} + c_{y} y^{2}}{1 + \sqrt{1 - (1 + k_{x}) c_{x}^{2} x^{2} - (1 + k_{y}) c_{y}^{2} y^{2}}}$
wobei der Oberflächenscheitelpunkt als Ursprung genommen wird, x eine Koordinate in der x-Richtung ist, y eine Koordinate in der y-Richtung ist, cx die Krümmung in der x-Richtung in dem Oberflächenscheitelpunkt ist, cy die Krümmung in der y-Richtung in dem Oberflächenscheitelpunkt ist, kx eine konische Konstante in der x-Richtung ist, und ky eine konische Konstante in der y-Richtung ist.
Head-up-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 5, wobei die konische Konstante in der Ausrichtungsrichtung gleich -1 oder kleiner ist.
Head-up-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Durchbiegungsgröße z der Lichtsammelsammelfläche ausgedrückt wird durch: $z = \frac{c_{x} x^{2} + c_{y} y^{2}}{1 + \sqrt{1 - (1 + k_{x}) c_{x}^{2} x^{2} - (1 + k_{y}) c_{y}^{2} y^{2}}}$
wobei der Oberflächenscheitelpunkt als Ursprung genommen wird, x eine Koordinate in der x-Richtung ist, y eine Koordinate in der y-Richtung ist, cx die Krümmung in der x-Richtung in dem Oberflächenscheitelpunkt ist, cy die Krümmung in der y-Richtung in dem Oberflächenscheitelpunkt ist, kx eine konische Konstante in der x-Richtung ist, ky eine konische Konstante in der y-Richtung ist, und die konische Konstante in der Ausrichtungsrichtung kleiner als die konische Konstante in der anderen Richtung ist.
Head-up-Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 7, wobei jede der Lichtsammelflächen in einer Parabolgestalt in einem Querschnitt ausgebildet ist, der die Ausrichtungsrichtung und die z-Richtung enthält.
Head-up-Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Lichtsammeleinheit außerdem eine Verbundlinse (18, 218) enthält, die eine Verbundoberfläche (20, 223, 226) auf einem optischen Pfad zwischen dem Kondensorlinsenarray und der Beleuchtungszielfläche aufweist, die Verbundoberfläche eine alternierende Ausrichtungsstruktur ausbildet, bei der eine Kollimationsoberfläche (21, 224, 227) und eine Ablenkungsoberfläche (22, 225, 228) abwechselnd kontinuierlich zueinander sind, die Kollimationsoberfläche ausgelegt ist, das Beleuchtungslicht durch Brechung zu kollimieren, und die Ablenkungsoberfläche ausgelegt ist, das Beleuchtungslicht zu einer Seite entgegengesetzt zu der Brechung durch die Kollimationsoberfläche abzulenken.