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Verweis zu einer in Beziehung stehenden Anmeldung
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Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2016-
184951 , eingereicht am 22. September 2016 und veröffentlicht unter
JP 2018 - 049 179 A ; auf den dortigen Offenbarungsgehalt wird hier vollinhaltlich Bezug genommen.
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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Head-Up-Anzeigevorrichtung (im Folgenden als HUD-Vorrichtung bezeichnet), die an einem sich bewegenden Objekt montiert ist und ein virtuelles Bild anzeigt, das von einem Insassen visuell erkennbar ist.
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Stand der Technik
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Bisher war eine HUD-Vorrichtung bekannt, die an einem sich bewegenden Objekt montiert ist und ein virtuelles Bild anzeigt, das von einem Insassen visuell erkennbar ist. Die in Patentdokument 1 offenbarte HUD-Vorrichtung weist eine Projektionseinheit und eine Lichtleiteinheit auf. Die Projektionseinheit projiziert ein Anzeigelicht eines Bildes als ein linear polarisiertes Licht. Die Lichtleiteinheit sieht einen Strahlengang zum Leiten des Anzeigelichts zu einem Projektionselement vor.
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In diesem Beispiel weist die Lichtleiteinheit eine optische Linse und eine zirkular polarisierende Platte auf. Die optische Linse hat eine Reflexionsfläche, die in einem Strahlengang angeordnet ist und vorgesehen ist, um in der Lage zu sein, Licht von der Seite des Projektionselements zur der Seite des Projektionselements zu reflektieren. Die zirkular polarisierende Platte ist in dem Strahlengang näher zu der Seite des Projektionselements angeordnet als die optische Linse, und ist durch Zusammensetzen einer 1/4-Wellenlängenplatte und einer linear polarisierenden Platte konfiguriert.
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In einer solchen HUD-Vorrichtung wird ein Umgebungslicht, wie zum Beispiel Sonnenlicht, das von der Seite des Projektionselements auf die Lichtleiteinheit einfällt, durch die linear polarisierende Platte in linear polarisiertes Licht umgewandelt, und wird dann mit einer 1/4-Wellenlängenplatte in zirkular polarisiertes Licht umgewandelt, und wird des Weiteren auf einer Reflexionsfläche der optischen Linse reflektiert, was zu einem zirkular polarisierten Licht führt, das entgegengesetzt zu dem vor der Reflexion ist. Das Umgebungslicht des entgegengesetzten zirkular polarisierten Lichts wird durch die 1/4-Wellenlängenplatte in linear polarisiertes Licht umgewandelt, und eine Polarisationsrichtung des linear polarisierten Lichts verläuft entlang einer Lichtabschirmachse der linear polarisierenden Platte. Mit anderen Worten, da das Umgebungslicht durch die linear polarisierende Platte abgeschirmt wird, wird eine Projektion des Umgebungslichts auf das Projektionselement verhindert, und es ist weniger wahrscheinlich, dass das Umgebungslicht in dem virtuellen Bild reflektiert wird.
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Dokument des Standes der Technik
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Patentdokument
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Patentdokument 1:
JP 2015-222337 A -
In der HUD-Vorrichtung in dem Patentdokument 1 wird jedoch das Anzeigelicht von der Projektionseinheit durch die optische Linse durchgelassen und dann durch die 1/4-Wellenlängenplatte in zirkular polarisiertes Licht umgewandelt, bevor es in die linear polarisierende Platte eintritt. Aus diesem Grund wird etwa die Hälfte des Anzeigelichts von der linear polarisierenden Platte absorbiert. Infolgedessen ist es weniger wahrscheinlich, dass das Umgebungslicht reflektiert wird, da die Leuchtdichte des virtuellen Bildes verringert wird, jedoch ist der Kontrast des virtuellen Bildes nicht hervorragend.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Offenbarung spricht die zuvor beschriebenen Probleme an. Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine HUD-Vorrichtung bereitzustellen, die eine hervorragende Sichtbarkeit eines virtuellen Bildes durch Erhöhen eines Kontrasts des virtuellen Bildes aufweist.
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Um die Aufgabe zu erfüllen ist in einem Aspekt der Erfindung eine Head-Up-Anzeigevorrichtung an einem sich bewegenden Objekt montiert, um ein Bild auf ein Projektionselement zu projizieren, um das Bild als virtuelles Bild anzuzeigen, das von einem Insassen visuell erkennbar ist. Die Head-Up-Anzeigevorrichtung weist eine Projektionseinheit, die ein Anzeigelicht des Bildes als ein linear polarisiertes Licht projiziert, und eine Lichtleiteinheit auf, die einen Strahlengang vorsieht, durch den das Anzeigelicht zu dem Projektionselement zu leiten ist. Die Lichtleiteinheit umfasst einen ersten Phasenschieber, der in dem Strahlengang angeordnet ist, um das Anzeigelicht als linear polarisiertes Licht von der Projektionseinheit in ein zirkular polarisiertes Licht umzuwandeln, und der eine Reflexionsfläche aufweist, die vorgesehen ist, auf das Projektionselement gerichtet zu sein und in der Lage zu sein, Licht von der Seite des Projektionselements zu der Seite des Projektionselements zu reflektieren, einen zweiten Phasenschieber, der auf der Seite des Projektionselements des ersten Phasenschiebers in dem Strahlengang angeordnet ist und der dem Anzeigelicht, das durch den ersten Phasenschieber in zirkular polarisiertes Licht umgewandelt wird, eine Phasendifferenz von einer 1/4-Wellenlänge verleiht, um das Anzeigelicht in ein linear polarisiertes Licht umzuwandeln, und einen Linearpolarisator, der auf der Seite des Projektionselements des zweiten Phasenschiebers in dem Strahlengang angeordnet ist, um ein Licht zu leiten, dessen Polarisationsrichtung entlang einer Lichtleitachse verläuft und um ein Licht abzuschirmen, dessen Polarisationsrichtung entlang einer Lichtabschirmachse senkrecht zu der Lichtleitachse verläuft. Der Linearpolarisator ist vorgesehen, um die Lichtleitachse entlang einer Polarisationsrichtung des Anzeigelichts, das durch den zweiten Phasenschieber in linear polarisiertes Licht umgewandelt wird, anzuordnen, um das Anzeigelicht in Richtung zu dem Projektionselement zu leiten.
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Bei diesem Aspekt wird das als linear polarisiertes Licht von der Projektionseinheit projizierte Anzeigelicht durch den ersten Phasenschieber in zirkular polarisiertes Licht umgewandelt und dann durch den zweiten Phasenschieber erneut in linear polarisiertes Licht umgewandelt. Da der Linearpolarisator mit einer Lichtleitachse vorgesehen ist, die mit einer Polarisationsrichtung des Anzeigelichts, das durch den zweiten Phasenschieber in linear polarisiertes Licht umgewandelt wird, ausgerichtet ist, wird das Anzeigelicht zu der Seite des Projektionselements geleitet. Da das Anzeigelicht auf das Projektionselement projiziert wird, während auf diese Weise die Abschirmung des Anzeigelichts durch den Linearpolarisator reduziert wird, wird eine Abnahme der Leuchtdichte des virtuellen Bildes, das anzuzeigen ist, reduziert.
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Dagegen wird etwa die Hälfte des Umgebungslichts, wie etwa Sonnenlicht, das von der Seite des Projektionselements in die Lichtleiteinheit eintreten kann, durch den Linearpolarisator abgeschirmt, und ein Teil des Umgebungslichts, das durch den Linearpolarisator zu der Seite der Projektionseinheit geleitet wird, wird zu einem linear polarisierten Licht, dessen Polarisationsrichtung entlang der Lichtleitachse des Linearpolarisators verläuft. Wenn solches Umgebungslicht in den zweiten Phasenschieber eintritt, wird das Licht mit einer Wellenlänge, die nahe dem Anzeigelicht bei dem Umgebungslicht liegt, in zirkular polarisiertes Licht umgewandelt, indem ihm eine Phasendifferenz einer 1/4-Wellenlänge vom zweiten Phasenschieber verliehen wird. Das Umgebungslicht von der Seite des Projektionselements, das durch den zweiten Phasenschieber in zirkular polarisiertes Licht umgewandelt wurde, wird durch eine Reflexionsfläche des ersten Phasenschiebers zu der Seite des Projektionselements reflektiert. Zu diesem Zeitpunkt wird, da das Umgebungslicht zu zirkular polarisierten Licht in der entgegengesetzten Richtung zu der vor der Reflexion wird, wenn das Umgebungslicht erneut in den zweiten Phasenschieber eintritt und eine Phasendifferenz der 1/4-Wellenlänge verliehen wird, das Umgebungslicht in einer Polarisationsrichtung senkrecht zu der zum Zeitpunkt des ersten Einfalls des zweiten Phasenschiebers in das lineare polarisierte Licht umgewandelt. Wenn das Licht erneut in den Linearpolarisator eintritt, wird, da die Polarisationsrichtung des Umgebungslichts entlang der Lichtabschirmachse des Linearpolarisators verläuft, das Umgebungslicht durch den Linearpolarisator abgeschirmt.
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Wenn infolgedessen das Umgebungslicht einmal in die Lichtleiteinheit eintritt, wird, da es weniger wahrscheinlich ist, dass das Umgebungslicht von dem Linearpolarisator zu der Seite des Projektionselements geleitet wird, die Projektion des Umgebungslichts auf das Projektionselement reduziert, was es schwierig macht, das Umgebungslicht in das virtuelle Bild zu reflektieren. Daher ist es möglich, eine HUD-Vorrichtung bereitzustellen, die durch Erhöhen eines Kontrasts des virtuellen Bildes hervorragend in seiner Sichtbarkeit ist, während eine Abnahme der Leuchtdichte des virtuellen Bildes aufgrund eines Anzeigelichts und die Reflexion eines Hintergrundlichts auf dem virtuellen Bild gleichzeitig reduziert wird.
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Figurenliste
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Die oben angeführten sowie andere Gegenstände, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen klarer. In den Zeichnungen:
- 1 ist ein Diagramm, das einen Zustand zeigt, in dem eine HUD-Vorrichtung an einem Fahrzeug gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel montiert ist.
- 2 ist ein Diagramm, das eine Projektionseinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt.
- 3 ist ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration der HUD-Vorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt.
- 4 ist ein Diagramm, welches das Verhalten eines Anzeigelichts und eines Umgebungslichts gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel darstellt.
- 5 ist ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration einer HUD-Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt.
- 6 ist ein Diagramm, das eine Projektionseinheit gemäß einer Abwandlung 1 zeigt.
- 7 ist ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration einer HUD-Vorrichtung in einem Beispiel der Abwandlung 1 zeigt.
- 8 ist ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration einer HUD-Vorrichtung gemäß einem weiteren Beispiel der Abwandlung1 zeigt.
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Ausführungsbeispiele zum Ausführen der Erfindung
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Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Es sei angemerkt, dass den entsprechenden Komponenten in den jeweiligen Ausführungsbeispielen die gleichen Bezugszeichen zugewiesen sind, so dass sich überschneidende Beschreibungen weggelassen werden können. Wenn in jedem Ausführungsbeispiel nur ein Teil der Konfiguration beschrieben wird, kann die Konfiguration der anderen zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele auf andere Teile der Konfiguration angewendet werden. Des Weiteren können nicht nur die Kombinationen der Konfigurationen, die explizit in der Beschreibung der jeweiligen Ausführungsbeispiele gezeigt sind, sondern können auch die Konfigurationen der Mehrzahl von Ausführungsbeispielen teilweise kombiniert werden, selbst wenn sie nicht explizit gezeigt sind, wenn insbesondere in den Kombinationen kein Problem vorliegt.
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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Wie in 1 gezeigt, ist eine HUD-Vorrichtung 100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel an einem Fahrzeug 1 montiert, das eine Art eines sich bewegenden Objekts ist, und ist in einem Armaturenbrett 2 aufgenommen. Die HUD-Vorrichtung 100 projiziert ein Bild auf eine Windschutzscheibe 3 als ein Projektionselement des Fahrzeugs 1. Im Ergebnis zeigt die HUD-Vorrichtung 100 ein Bild als ein virtuelles Bild an, so dass das Bild von einem Insassen visuell erkannt werden kann. Mit anderen Worten, wenn ein Anzeigelicht des Bildes, das von der Windschutzscheibe 3 reflektiert wird, einen Betrachtungsbereich EB, der in einen Innenraum des Fahrzeugs 1 festgelegt ist, erreicht, nimmt der Insasse, dessen Augenpunkt EP sich in dem visuellen Erkennungsbereich EB befindet, das Anzeigelicht als ein virtuelles Bild VI wahr. Der Insasse kann verschiedene Arten von Informationen erkennen, die als virtuelles Bild VI angezeigt werden. Die verschiedenen Arten von Informationen, die als virtuelles Bild VI angezeigt werden, umfassen beispielsweise Fahrzeugzustandswerte, wie zum Beispiel eine Fahrzeuggeschwindigkeit und einen verbleibenden Kraftstoffstand, und Fahrzeuginformationen, wie etwa Straßeninformationen und Sichtbarkeits-Hilfsinformationen.
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Die Windschutzscheibe 3 des Fahrzeugs 1 ist aus einem lichtdurchlässigen Glas oder einem Kunstharz in Plattenform ausgebildet. Die Windschutzscheibe 3 hat eine Projektionsfläche 3a, auf die ein Anzeigelicht projiziert wird und in einer glatten konkaven oder ebenen Form ausgebildet ist. Als das Projektionselement kann ein Kombinierer, der getrennt vom Fahrzeug 1 ist, in dem Fahrzeug 1 installiert sein, und ein Bild kann auf den Kombinierer projiziert werden. Die HUD-Vorrichtung 100 kann per se einen Kombinierer als das Projektionselement aufweisen.
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Der visuelle Erkennungsbereich EB ist ein räumlicher Bereich, in dem das von der HUD-Vorrichtung 100 angezeigte virtuelle Bild VI visuell erkannt werden kann. Typischerweise ist der visuelle Erkennungsbereich EB so vorgesehen, um sich mit der im Fahrzeug 1 festgelegten Augenellipse zu überlappen. Die Augenellipse ist basierend auf einem Augenbereich festgelegt, der statistisch die Verteilung der Augenpunkte EP der Fahrer als Insassen darstellt (im Detail siehe JISD0021: 1998).
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Eine spezifische Konfiguration der HUD-Vorrichtung 100 wird nachstehend beschrieben. Die HUD-Vorrichtung 100 weist eine Projektionseinheit 10 und eine Lichtleiteinheit 30 auf. Die Projektionseinheit 10 und die Lichtleiteinheit 30 sind in einem Gehäuse 50 der HUD-Vorrichtung 100 aufgenommen.
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Wie in 2 gezeigt ist, umfasst die Projektionseinheit 10 eine Lichtquelle 12, eine Kondensorlinse 14, eine Feldlinse 16 und eine Flüssigkristallanzeige 20 und ist zum Beispiel durch Aufnahme in einem kastenförmigen Gehäuse ausgebildet.
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Die Lichtquelle 12 ist zum Beispiel durch eine Anordnung von mehreren Lichtemissionsvorrichtungen 12a konfiguriert. Die Lichtemissionsvorrichtungen 12a gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind Lichtemissionsdiodenvorrichtungen, die auf einer Lichtquellenleiterplatte 12b angeordnet und mit einer Stromversorgung verbunden sind. Jede der Lichtemissionsvorrichtungen 12a emittiert ein Licht mit einer Lichtemissionsmenge, die einer Stromstärke mittels Erregung entspricht. Insbesondere ist in jeder Lichtemissionsvorrichtung 12a zum Beispiel eine blaue Lichtemissionsdiode mit einem Leuchtstoff bedeckt, um dadurch eine Lichtemission in einer Pseudo-Weiß-Farbe zu realisieren. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind drei Lichtemissionsvorrichtungen 12a vorgesehen.
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Die Kondensorlinse 14 und die Feldlinse 16 sind zwischen der Lichtquelle 12 und der Flüssigkristallanzeige 20 angeordnet. Die Kondensorlinse 14 ist zum Beispiel aus Kunstharz oder Glas hergestellt und weist eine Lichtdurchlässigkeitseigenschaft auf. Insbesondere ist die Kondensorlinse 14 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Linsenanordnung, in der mehrere konvexe Linsenelemente 14a in Übereinstimmung mit der Anzahl und Anordnung der Lichtemissionsvorrichtungen 12a angeordnet sind. Die Kondensorlinse 14 bündelt das Licht, das von der Seite der Lichtquelle einfällt, und sendet das gebündelte Licht zur der Seite der Feldlinse 16 aus.
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Die Feldlinse 16 ist zwischen der Kondensorlinse 14 und der Flüssigkristallanzeige 20 angeordnet und ist zum Beispiel aus Kunstharz oder Glas hergestellt, um eine Lichtdurchlässigkeitseigenschaft aufzuweisen. Insbesondere ist die Feldlinse 16 des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine Fresnel-Linse, die in einer plattenartigen Form ausgebildet ist. Die Feldlinse 16 bündelt weiter das von der Seite der Kondensorlinse 14 einfallende Licht und emittiert das gebündelte Licht zu der Seite der Flüssigkristallanzeige 20.
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Wie in den 2 und 3 gezeigt, ist die Flüssigkristallanzeige 20 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zum Beispiel eine Flüssigkristallanzeige, die Dünnschichttransistoren (TFTs) verwendet, und ist eine Flüssigkristallanzeige vom Aktivmatrixtyp, die aus mehreren Flüssigkristallpixeln ausgebildet ist, die in zwei Richtungen angeordnet sind. In der Flüssigkristallanzeige 20 sind ein Paar linear polarisierender Platten, eine Flüssigkristallschicht, die zwischen dem Paar linear polarisierender Platten angeordnet ist, und dergleichen aufeinandergeschichtet. Jede der linear polarisierenden Platten hat eine Eigenschaft, das Licht zu leiten, dessen Polarisationsrichtung entlang der Lichtleitachse verläuft, und das Licht abzuschirmen, dessen Polarisationsrichtung entlang der Lichtabschirmachse verläuft. Das Paar linear polarisierender Platten ist so angeordnet, dass die Lichtleitachsen der linear polarisierenden Platten im Wesentlichen senkrecht zueinander sind. Die Flüssigkristallschicht kann die Polarisationsrichtung des auf die Flüssigkristallschicht einfallenden Lichts in Übereinstimmung mit einer angelegten Spannung drehen, indem für jedes Flüssigkristallpixel eine Spannung angelegt wird.
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Die Flüssigkristallanzeige 20 kann durch das von der Anzeigefläche 20a emittierte Anzeigelicht ein Bild erzeugen, indem sie die Durchlässigkeit des Lichts für jedes Flüssigkristallpixel durch das einfallende Licht von der Seite der Kondensorlinse14 steuert. Benachbarte Flüssigkristallpixel sind mit Farbfiltern unterschiedlicher Farben (zum Beispiel Rot, Grün und Blau) vorgesehen, und verschiedene Farben werden in Kombinationen dieser Farbfilter realisiert. In diesem Beispiel wird das Anzeigelicht von der Anzeigefläche 20a als das linear polarisiertes Licht mit einer Polarisationsrichtung entlang der Lichtleitachse 21a (siehe auch 4) der Lichtleitachse 21a und der Lichtabschirmachse 21b der linear polarisierenden Platte 21 auf der Seite der Anzeigefläche 20a emittiert.
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Mit der zuvor beschriebenen Flüssigkristallanzeige 20 projiziert die Projektionseinheit 10 das Anzeigelicht eines Bildes als linear polarisiertes Licht. Wie in 3 gezeigt ist, wird das von der Projektionseinheit 10 projizierte Anzeigelicht durch einen von der Lichtleiteinheit 30 vorgesehenen Strahlengang OP zu der Windschutzscheibe 3 geleitet. Die Lichtleiteinheit 30 umfasst einen ersten Phasenschieber 32, ein Reflexionselement 36, einen Vergrößerungsspiegel 44 und einen Linearpolarisator 47.
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Der erste Phasenschieber 32 ist in dem Strahlengang OP angeordnet. Insbesondere ist der erste Phasenschieber 32 eine 1/4-Wellenlängenplatte, die in einer plattenartigen Form ausgebildet ist, und ist in einem geschichteten Zustand mit der Flüssigkristallanzeige 20 über die Anzeigefläche 20a durch Verbinden angeordnet. Eine optische Achse 32a des ersten Phasenschiebers 32 (siehe auch 4) ist in einem Winkel von im Wesentlichen 45 Grad in Bezug zu der Lichtleitachse 21a der linear polarisierenden Platte 21 der Flüssigkristallanzeige 20 angeordnet. Die optische Achse 32a oder 37a gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gibt eine Achse (sogenannte C-Achse) an, die eine chromatische Dispersion in einem Kristall, der den Phasenschieber 32 oder 37 ausbildet, aufweist.
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Wenn das Anzeigelicht den ersten Phasenschieber 32 durchläuft, tritt zwischen einer Komponente, deren Schwingungsrichtung eines elektrischen Feldes parallel zur optischen Achse 32a ist, und einer Komponente senkrecht zur optischen Achse 32a eine Phasendifferenz von im Wesentlichen einer 1/4-Wellenlänge auf. Da die Polarisationsrichtung des Anzeigelichts, das auf den ersten Phasenschieber 32 einfällt, einen Winkel von 45 Grad in Bezug auf die optische Achse 32a ausbildet, wird das Anzeigelicht im Wesentlichen von linear polarisiertem Licht in das zirkular polarisiertes Licht umgewandelt, indem eine Phasendifferenz der 1/4-Wellenlänge auf das Anzeigelicht durch den zuvor beschriebenen ersten Phasenschieber 32 aufgebracht wird. Das Anzeigelicht, das auf diese Weise durch die Transmission des ersten Phasenschiebers 32 in zirkular polarisiertes Licht umgewandelt wird, tritt in das Reflexionselement 36 ein.
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Das Reflexionselement 36 ist in dem Strahlengang OP näher an der Windschutzscheibe 3 als der erste Phasenschieber 32 angeordnet. Das Reflexionselement 36 ist durch Laminieren eines Reflexionsspiegels 41 und des zweiten Phasenschiebers 37 miteinander durch Verbinden ausgebildet.
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Der Reflexionsspiegel 41 wird zum Beispiel durch Verdampfen eines Metalls wie Aluminium als Reflexionslichtleitfläche 42 auf einer Oberfläche eines Basismaterials, das aus Kunstharz, Glas oder dergleichen hergestellt ist, ausgebildet. Die Reflexionslichtleitfläche 42 ist in einer glatten ebenen Form ausgebildet und ist vorgesehen, um das Anzeigelicht zu leiten.
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Der zweite Phasenschieber 37 ist insbesondere eine 1/8-Wellenlängenplatte, die in einer plattenartigen Form ausgebildet ist, und ist in einem geschichteten Zustand mit dem Reflexionsspiegel 41 über die Reflexionslichtleitfläche 42 angeordnet. Die optische Achse 37a des zweiten Phasenschiebers 37 (siehe auch 4) wird in Übereinstimmung mit der Anordnung des Linearpolarisators 47 festgelegt, der später beschrieben wird. Mit anderen Worten ist ein Verhältnis der Anordnung zwischen der optischen Achse 32a des ersten Phasenschiebers 32 und der optischen Achse 37a des zweiten Phasenschiebers 37 nicht speziell erforderlich, und die optischen Achsen 32a und 37a können unabhängig voneinander festgelegt werden.
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In einer freiliegenden Oberfläche 38, die eine Oberfläche des zweiten Phasenschiebers 37 entgegengesetzt zu der Reflexionslichtleitfläche 42 ist, gibt es eine Brechungsindexdifferenz zwischen einem Brechungsindex der Luft und einem Brechungsindex eines Kristalls des zweiten Phasenschiebers 37, so dass ein Teil des Anzeigelichts, das auf die freiliegende Oberfläche 38 des zweiten Phasenschiebers 37 einfällt, von der freiliegenden Oberfläche 38 reflektiert werden kann. Jedoch wird an einer Schnittstelle zwischen der Oberfläche des zweiten Phasenschiebers 37 auf der Seite der Reflexionslichtleitfläche 42 und der Reflexionslichtleitfläche 42 eine Metallreflexion, die durch das Metall, das die Reflexionslichtleitfläche 42 ausbildet, realisiert, was zur Folge hat, dass der Reflexionsgrad höher ist. Aus diesem Grund wird der größte Teil des Anzeigelichts durch die freiliegende Oberfläche 38 als der Strahlengang OP durchgelassen, wird von der Reflexionslichtleitfläche 42 reflektiert und nimmt einen Strahlengang, der von der freiliegende Oberfläche 38 emittiert wird, d.h. Strahlengang, der sich durch die 1/8-Wellenlängenplatte hin und her bewegt.
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Wenn sich das Anzeigelicht durch den zweiten Phasenschieber 37 hin und her bewegt, wird dem Anzeigelicht daher eine Phasendifferenz von im Wesentlichen einer 1/4-Wellenlänge, die durch Addieren der 1/8-Wellenlänge und der 1/8-Wellenlänge erhalten wird, verliehen, und das Anzeigelicht wird im Wesentlichen in linear polarisiertes Licht, dessen Polarisationsrichtung einen Winkel von 45 Grad in Bezug auf die optische Achse 37a des zweiten Phasenschiebers 37 ausbildet, umgewandelt. In diesem Beispiel ist es besonders bevorzugt, dass der Einfallswinkel und der Reflexionswinkel des Anzeigelichts zu dem Reflexionselement 36 so gestaltet ist, um so klein wie möglich zu sein, um die Phasendifferenz der 1/4-Wellenlänge zu realisieren, oder dass der zweite Phasenschieber 37 unter Berücksichtigung des Einfallswinkels und des Reflexionswinkels festgelegt wird. Das Anzeigelicht, das durch das Hin- und Herbewegen des zweiten Phasenschiebers 37 in das linear polarisierte Licht umgewandelt wird, wird so festgelegt, um auf den Vergrößerungsspiegel 44 zu fallen.
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Der Vergrößerungsspiegel 44 ist in dem Strahlengang OP näher an der Windschutzscheibe 3 als der erste Phasenschieber 32 und das Reflexionselement 36 angeordnet. Der Vergrößerungsspiegel 44 wird zum Beispiel durch Verdampfen eines Metalls wie Aluminium als Reflexionslichtleitfläche 45 auf einer Oberfläche eines Basismaterials, das aus Kunstharz, Glas oder dergleichen hergestellt ist, ausgebildet. Die Reflexionslichtleitfläche 45 ist in einer glatten konkaven Form ausgebildet, indem eine Mitte des Vergrößerungsspiegels 44 in eine konkave Form gebogen ist. Das Anzeigelicht, das auf den Vergrößerungsspiegel 44 einfällt, wird von der Reflexionslichtleitfläche 45 in Richtung zu dem Linearpolarisator 47 reflektiert.
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Der Vergrößerungsspiegel 44 ist um eine Verbindungswelle drehbar, die mit einem Schrittmotor verbunden ist. Mit einer Änderung der Richtung der Reflexionslichtleitfläche 45 durch die Drehung kann eine Position des virtuellen Bildes VI in Übereinstimmung mit einer Sitzhöhe des Insassen oder dergleichen auf und ab bewegt werden.
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Der Linearpolarisator 47 ist in dem Strahlengang OP näher an der Windschutzscheibe 3 angeordnet als der erste Phasenschieber 32, das Reflexionselement 36 und der Vergrößerungsspiegel 44. Der Linearpolarisator 47 hat die Eigenschaft, das Licht zu leiten, dessen Polarisationsrichtung entlang einer Lichtleitachse 47a verläuft (siehe auch 4), und das Licht abzuschirmen, dessen Polarisationsrichtung entlang einer Lichtabschirmachse 47b verläuft (siehe auch 4).
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Insbesondere wird in dem Linearpolarisator 47 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zum Beispiel ein Film, in dem einem Polyvinylalkohol Jod zugesetzt wird, hauptsächlich in einer Blattform oder einer Plattenform ausgebildet, und die Lichtleitachse 47a und die Lichtabschirmachse 47b sind im Wesentlichen senkrecht zueinander ausgebildet, abhängig von der Orientierungsrichtung der Jodmoleküle. Bei einem solchen Linearpolarisator 47 ist die Lichtleitachse 47a eine Transmissionsachse zum Durchlassen des Lichts in der Polarisationsrichtung, die der Lichtleitachse 47a entspricht, und die Lichtabschirmachse 47b ist eine Absorptionsachse zum Absorbieren des Lichts in der Polarisationsrichtung, die der Lichtabschirmachse 47b entspricht.
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Zusätzlich ist der Linearpolarisator 47 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel so vorgesehen, um eine gesamte Oberfläche eines Lichtleitfensters, das in einem oberen Oberflächenabschnitt des Armaturenbretts 2 geöffnet ist, und einen Abschnitt des Gehäuses 50 abzuschirmen, der dem oberen Oberflächenabschnitt entspricht, um dadurch auch als staubdichte Abdeckung zu fungieren, um zu verhindern, dass Staub oder dergleichen in das Gehäuse 50 eindringt.
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Der Linearpolarisator 47 ist vorgesehen, um die Lichtleitachse 47a entlang der Polarisationsrichtung des Anzeigelichts anzuordnen, das von dem zweiten Phasenschieber 37 in linear polarisiertes Licht umgewandelt wird, das dann von dem Vergrößerungsspiegel 44 reflektiert wird und in den Linearpolarisator 47 eintritt. In diesem Beispiel bedeutet das Anordnen der Lichtleitachse 47a entlang der Polarisationsrichtung, dass die Richtung der Lichtleitachse 47a und die Polarisationsrichtung einen Winkel von weniger als 45 Grad ausbilden. Insbesondere ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Linearpolarisator 47 so vorgesehen, dass die Lichtleitachse 47a im Wesentlichen mit der Polarisationsrichtung des Anzeigelichts zusammenfällt. Aus diesem Grund durchläuft ein Großteil des Anzeigelichts den Linearpolarisator 47 und wird zu der Seite der Windschutzscheibe 3 geleitet.
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In diesem Beispiel ist es zur Erhöhung des Reflexionsvermögens an der Windschutzscheibe 3 bevorzugt, dass das Anzeigelicht mit einem s-polarisierten Licht auf die Windschutzscheibe 3 fällt. Aus diesem Grund ist die Lichtleitachse 47a des Linearpolarisators 47 angeordnet, so dass das Anzeigelicht mit dem s-polarisierten Licht in die Windschutzscheibe 3 eintritt. Mit anderen Worten wird auch die Richtung der optischen Achse 37a des zweiten Phasenschiebers 37 gemäß einem Positionsverhältnis mit der Windschutzscheibe 3 natürlich bestimmt.
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Somit erreicht das Anzeigelicht die Windschutzscheibe 3 durch den Strahlengang OP von der Projektionseinheit 10 durch den ersten Phasenschieber 32, das Reflexionselement 36, den Vergrößerungsspiegel 44 und den Linearpolarisator 47. Des Weiteren erreicht das von der Windschutzscheibe 3 reflektierte Anzeigelicht den visuellen Erkennungsbereich EB, so dass der Insasse das virtuelle Bild VI betrachten kann.
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Dagegen kann in dem Fahrzeug 1, in dem die HUD-Vorrichtung 100 montiert ist, wie zum Beispiel auch in 4 gezeigt, das Umgebungslicht, wie Sonnenlicht, die Windschutzscheibe 3 von außerhalb des Fahrzeugs durchdringen und dann in den Innenraum des Gehäuses 50 durch das Lichtleitfenster 2a eintreten. Ein Teil eines solchen Umgebungslichts kann den Strahlengang OP nachverfolgen. Das Verhalten des Umgebungslichts in der Lichtleiteinheit 30 wird nachstehend beschrieben.
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Das Umgebungslicht ist ein zufällig polarisiertes Licht, zum Beispiel im Fall von Sonnenlicht. Aus diesem Grund wird etwa die Hälfte des Umgebungslichts, das von der Seite der Windschutzscheibe 3 auf den Linearpolarisator 47 einfällt, von dem Linearpolarisator 47 absorbiert, und der Rest durchläuft den Linearpolarisator 47 als das linear polarisiertes Licht, dessen Polarisationsrichtung entlang der Lichtleitachse 47a verläuft. Es gibt auch Umgebungslicht, das von einer Oberfläche 48 des Linearpolarisators 47 auf die Seite der Windschutzscheibe 3 reflektiert wird, aber mit der Einstellung der Richtung der Oberfläche 48 kann verhindert werden, dass das Umgebungslicht an der Windschutzscheibe 3 reflektiert wird, um den visuellen Erkennungsbereich EB zu erreichen.
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Das Umgebungslicht, das durch den Linearpolarisator 47 durchgelassen wird, wird von dem Vergrößerungsspiegel 44 reflektiert und kann auf das Reflexionselement 36 einfallen. In dem Reflexionselement 36 wird ähnlich wie bei dem Anzeigelicht ein Licht mit einer Wellenlänge, die nahe dem Anzeigelicht bei dem Umgebungslicht liegt, im Wesentlichen in zirkular polarisiertes Licht umgewandelt, indem eine Phasendifferenz der 1/4-Wellenlänge durch Hin- und Herbewegen des zweiten Phasenschiebers 37 als 1/8-Wellenlängenplatte aufgebracht wird.
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Das Umgebungslicht, das von dem zweiten Phasenschieber 37 in zirkular polarisiertes Licht umgewandelt wird, tritt in den ersten Phasenschieber 32 ein. In diesem Beispiel ist der erste Phasenschieber 32 mit der Flüssigkristallanzeige 20 verbunden. Eine freiliegende Oberfläche 33, die eine der Flüssigkristallanzeige 20 entgegengesetzte Oberfläche des ersten Phasenschiebers 32 ist und der Seite der Windschutzscheibe 3 in dem Strahlengang OP gegenüberliegt, hat eine Brechungsindexdifferenz zwischen einem Brechungsindex von Luft und einem Brechungsindex eines Kristalls des ersten Phasenschiebers 32. Dagegen kann an einer Schnittstelle zwischen der Oberfläche des ersten Phasenschiebers 32 auf der Seite der Flüssigkristallanzeige 20 und der Anzeigefläche 20a der Flüssigkristallanzeige 20 die Brechungsindexdifferenz geringfügig vorhanden sein, ist jedoch kleiner als die Brechungsindexdifferenz auf der Seite der freiliegenden Oberfläche 33. Aus diesem Grund wird das Umgebungslicht hauptsächlich von der freiliegenden Oberfläche 33 des ersten Phasenschiebers 32 auf der Seite reflektiert, die der Flüssigkristallanzeige 20 entgegengesetzt ist. Daher wirkt die freiliegende Oberfläche 33 als gefaltete Reflexionsfläche, die das Umgebungslicht von der Seite der Windschutzscheibe 3 durch Zurückfalten zu der Seite der Windschutzscheibe 3 in dem Strahlengang OP reflektiert. Aus diesem Grund wird der größte Teil des Umgebungslichts von der freiliegenden Oberfläche 33 reflektiert, ohne das die Phasendifferenz durch den ersten Phasenschieber 32 verliehen wird, so dass das Umgebungslicht das zirkular polarisierte Licht in entgegengesetzten Richtungen vor und nach dem Einfall wird.
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Ein solches Umgebungslicht tritt erneut in das Reflexionselement 36 ein, und die Phasendifferenz der 1/4-Wellenlänge wird durch die Hin- und Herbewegen des zweiten Phasenschiebers 37 als die 1/8-Wellenlängenplatte übermittelt. Da jedoch das Umgebungslicht das zirkular polarisierte Licht in der Richtung ist, die entgegengesetzt zu der in dem Fall ist, in dem das Umgebungslicht in dem Strahlengang OP zurückgeht, wird das Umgebungslicht in das linear polarisierte Licht in der Polarisationsrichtung umgewandelt, die im Wesentlichen senkrecht zu der zum Zeitpunkt des ersten Einfalls des zweiten Phasenschiebers 37 ist.
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Wenn das Umgebungslicht, das von dem zweiten Phasenschieber 37 in linear polarisiertes Licht umgewandelt wird, erneut von dem Vergrößerungsspiegel 44 reflektiert wird und den Linearpolarisator 47 erreicht, wird, da die Polarisationsrichtung des Umgebungslichts entlang der Lichtabschirmachse 47b des Linearpolarisators 47 verläuft, das Umgebungslicht von dem Linearpolarisator 47 absorbiert. Obwohl die Richtungen der Achsen 21a, 21b, 32a, 37a, 47a und 47b in den optischen Elementen 21, 32, 37 und 47 an einem unteren Abschnitt von 4 beispielhaft dargestellt sind, sind die Richtungen nicht auf die Richtungen beschränkt, die beispielhaft in 4 dargestellt werden, solange die Achsen 21a, 21b, 32a, 37a, 47a und 47b so festgelegt sind, dass die Funktionen in der vorstehenden Beschreibung gezeigt werden.
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Zusätzlich kann, da sich der Einfallswinkel des Umgebungslichts auf den Linearpolarisator 47 von dem des Anzeigelichts unterscheidet, Umgebungslicht vorhanden sein, das vom Strahlengang OP der Lichtleiteinheit 30 abweicht. Ein solches Umgebungslicht wird jedoch durch Bereitstellen einer Absorptionsfunktion auf der Innenfläche 52 des Gehäuses 50 absorbiert.
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Die Betriebsweise und die Wirkung des zuvor beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels werden nachstehend beschrieben.
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Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird das Anzeigelicht, das als das linear polarisiertes Licht von der Projektionseinheit 10 projiziert wird, von dem ersten Phasenschieber 32 in zirkular polarisiertes Licht umgewandelt und wird dann von dem zweiten Phasenschieber 37 erneut zu linear polarisiertem Licht. Da der Linearpolarisator 47 so vorgesehen ist, um die Lichtleitachse 47a entlang der Polarisationsrichtung des Anzeigelichts, das von dem zweiten Phasenschieber 37 in linear polarisiertes Licht umgewandelt wird, anzuordnen, wird das Anzeigelicht zu der Seite der Windschutzscheibe 3 geleitet. Da das Anzeigelicht auf die Windschutzscheibe 3 projiziert wird, während auf diese Weise die Abschirmung des Anzeigelichts durch den Linearpolarisator 47 reduziert wird, wird eine Abnahme der Leuchtdichte des anzuzeigenden virtuellen Bildes VI reduziert.
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Dagegen wird etwa die Hälfte des Umgebungslichts, wie etwa Sonnenlicht, das von der Seite der Windschutzscheibe 3 in die Lichtleiteinheit 30 eintreten kann, durch den Linearpolarisator 47 abgeschirmt, und ein Teil des Umgebungslichts, das zu der Seite der Projektionseinheit 10 durch den Linearpolarisator 47 geleitet wird, wird ein linear polarisiertes Licht, dessen Polarisationsrichtung entlang der Lichtleitachse 47a des Linearpolarisator 47 verläuft. Wenn ein solches Umgebungslicht in den zweiten Phasenschieber 37 eintritt, wird das Umgebungslicht in zirkular polarisiertes Licht umgewandelt, indem ihm die Phasendifferenz der 1/4-Wellenlänge vom zweiten Phasenschieber 37 verliehen wird. Das Umgebungslicht von der Seite der Windschutzscheibe 3, das durch den zweiten Phasenschieber 37 in zirkular polarisiertes Licht umgewandelt wurde, wird durch die freiliegende Oberfläche 33 als die Reflexionsfläche des ersten Phasenschiebers 32 zu der Seite der Windschutzscheibe 3 reflektiert. Zu diesem Zeitpunkt wird das Umgebungslicht, da das Umgebungslicht in der entgegengesetzten Richtung zu der vor der Reflexion das zirkular polarisierten Licht wird, wenn das Umgebungslicht erneut in den zweiten Phasenschieber 37 eintritt und die Phasendifferenz der 1/4-Wellenlänge verliehen wird, in das linear polarisierte Licht in der Polarisationsrichtung umgewandelt, die senkrecht zu der zum Zeitpunkt des ersten Einfalls des zweiten Phasenschiebers 37 ist. Wenn das Licht erneut in den Linearpolarisator 47 eintritt, wird daher, da die Polarisationsrichtung des Umgebungslichts entlang der Lichtabschirmachse 47b des Linearpolarisators 47 verläuft, das Umgebungslicht durch den Linearpolarisator 47 abgeschirmt.
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Wenn infolgedessen das Umgebungslicht einmal in die Lichtleiteinheit 30 eintritt, ist es weniger wahrscheinlich, dass das Umgebungslicht vom Linearpolarisator 47 zu der Seite der Windschutzscheibe 3 geleitet wird, so dass die Projektion des Umgebungslichts auf die Windschutzscheibe 3 reduziert wird und das Umgebungslicht auf dem virtuellen Bild VI kaum reflektiert wird. Daher ist es möglich, die HUD-Vorrichtung 100 bereitzustellen, die durch Erhöhen eines Kontrasts des virtuellen Bildes IV hervorragend in seiner Sichtbarkeit ist, während eine Abnahme der Leuchtdichte des virtuellen Bildes IV aufgrund eines Anzeigelichts und die Reflexion eines Hintergrundlichts auf dem virtuellen Bild IV gleichzeitig reduziert wird.
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Des Weiteren ist gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der zweite Phasenschieber 37 eine 1/8-Wellenlängenplatte, die in einem geschichteten Zustand mit dem Reflexionsspiegel 41 über die Reflexionslichtleitfläche 42 angeordnet ist. Gemäß einer solchen Schichtung ist es möglich, dem Anzeigelicht und dem Umgebungslicht die Phasendifferenz der 1/4-Wellenlänge durch Hin- und Herbewegen im zweiten Phasenschieber 37 zum Zeitpunkt der Reflexion an der Reflexionslichtleitfläche 42 zu übermitteln. Daher ist es möglich, den Kontrast des virtuellen Bildes VI zu verbessern, während eine Zunahme der Anzahl von Teilen reduziert wird.
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Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist der erste Phasenschieber 32 die 1/4-Wellenlängenplatte, die im geschichteten Zustand mit der Flüssigkristallanzeige 20 über die Anzeigefläche 20a angeordnet ist. Gemäß einer solchen Verbindung kann Differenz des Brechungsindex an der Schnittstelle zwischen dem ersten Phasenschieber 32 und der Flüssigkristallanzeige 20 kleiner gemacht werden als die Differenz des Brechungsindex an der freiliegenden Oberfläche 33, die als die Reflexionsfläche dient, die der Windschutzscheibe 3 zugewandt ist. Aus diesem Grund wird die Reflexion an der Schnittstelle reduziert, und ein Anteil des Lichts, das von der freiliegenden Oberfläche 33 reflektiert und durch den Linearpolarisator 47 zu dem Umgebungslicht abgeschirmt wird, kann sicher erhöht werden, und die Wirkung der Reduktion der Projektion des Umgebungslichts auf die Windschutzscheibe 3 wird verbessert.
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Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel fällt die Lichtleitachse 47a mit der Polarisationsrichtung des Anzeigelichts zusammen, das durch den zweiten Phasenschieber 37 in linear polarisiertes Licht umgewandelt wurde. Aus diesem Grund kann der größte Teil des Anzeigelichts durch den Linearpolarisator 47 durchgelassen werden, so dass die Abnahme der Leuchtdichte des virtuellen Bildes VI zuverlässiger reduziert werden kann.
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(Zweites Ausführungsbeispiel)
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Wie in 5 gezeigt, ist ein zweites Ausführungsbeispiel eine Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels. Das zweite Ausführungsbeispiel wird mit Fokus auf Aspekte beschrieben, die sich von dem ersten Ausführungsbeispiel unterscheiden.
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Eine Lichtleiteinheit 230 in einer HUD-Vorrichtung 200 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel umfasst einen ersten Phasenschieber 32, einen zweiten Phasenschieber 237, einen Mehrschichtfilm-Reflexionsspiegel 241, einen Vergrößerungsspiegel 44 und einen Linearpolarisator 47. Der erste Phasenschieber 32, der Vergrößerungsspiegel 44 und der Linearpolarisator 47 sind die gleichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
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Der zweite Phasenschieber 237 ist in dem Strahlengang OP näher an der Windschutzscheibe 3 als der erste Phasenschieber 32 angeordnet, insbesondere zwischen dem ersten Phasenschieber 32 und dem Mehrschichtfilm-Reflexionsspiegel 241. Insbesondere ist der zweite Phasenschieber 237 eine 1/4-Wellenlängenplatte, die in der Form einer plattenartigen Form ausgebildet ist. Die optische Achse 37a des zweiten Phasenschiebers 237 wird in Übereinstimmung mit der Anordnung des Linearpolarisators 47 festgelegt und wird des Weiteren in Übereinstimmung mit der Anordnung des Mehrschichtfilm-Reflexionsspiegel 241 wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel festgelegt.
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Wenn ein Anzeigelicht, das durch den ersten Phasenschieber 32 in zirkular polarisiertes Licht umgewandelt wurde, den zweiten Phasenschieber 237 durchläuft, wird das Anzeigelicht im Wesentlichen von zirkular polarisiertem Licht in linear polarisiertes Licht umgewandelt, indem eine Phasendifferenz von einer 1/4-Wellenlänge auf das Anzeigelicht durch den zweiten Phasenschieber 237 aufgebracht wird. Das Anzeigelicht, das auf diese Weise in das linear polarisierte Licht umgewandelt wird, tritt in den Mehrschichtfilm-Reflexionsspiegel 241 ein.
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Der Mehrschichtfilm-Reflexionsspiegel 241 ist in dem Strahlengang näher an der Windschutzscheibe 3 als der erste Phasenschieber 32 und der zweite Phasenschieber 237 angeordnet. Der Mehrschichtfilm-Reflexionsspiegel 241 ist ein Reflexionsspiegel, der ein Anzeigelicht durch Reflexion an einem optischen Mehrschichtfilm 243 leitet. Insbesondere ist der Mehrschichtfilm-Reflexionsspiegel 241 durch Schichten des optischen Mehrschichtfilms 243 auf einer Oberfläche eines lichtdurchlässigen Substrats 242 vorgesehen, auf welches das Anzeigelicht fällt.
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Das lichtdurchlässige Substrat 242 ist zum Beispiel hergestellt aus Kunstharz oder Glas in einer plattenartigen Form mit Lichtdurchlässigkeit in Bezug auf eine große Anzahl von Wellenlängen in einem sichtbaren Lichtbereich, einem Infrarotbereich (IR) und einem Ultraviolettbereich (UV).
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Der optische Mehrschichtfilm 243 wird durch Aufeinanderschichten von zwei oder mehr Arten von Dünnfilmen, die aus optischen Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes hergestellt sind. Als der Dünnfilm kann ein dielektrischer Dünnfilm oder ein metallischer Dünnfilm verwendet werden, und zum Beispiel können Titanoxid (TiO2), Siliziumoxid (SiO2) oder dergleichen verwendet werden.
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Die Filmdicke jedes Dünnfilms wird in geeigneter Weise festgelegt, zum Beispiel durch Optimierungsberechnung durch einen Computer unter Bedingungsfestlegung basierend auf einer gewünschten optischen Leistung. Insbesondere wird in dem optischen Mehrschichtfilm 243 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die optische Leistung realisiert, bei der das Reflexionsvermögen für Wellenlängen im infraroten Bereich und im ultravioletten Bereich in Bezug auf das Reflexionsvermögen für Wellenlängen im sichtbaren Lichtbereich niedrig ist. Mit der zuvor beschriebenen optischen Leistung fungiert der Mehrschichtfilm-Reflexionsspiegel 241 als ein Kaltlichtspiegel, der Infrarotlicht und UV-Licht aus dem in dem Strahlengang OP zurückgehenden Umgebungslicht durchlässt, und das Infrarotlicht und das UV-Licht aus dem Strahlengang OP ausgrenzt, während er auf jeden Fall das Anzeigelicht, das zur visuellen Erkennung des virtuellen Bildes VI beiträgt, reflektiert. Das ausgegrenzte Infrarotlicht und das UV-Licht werden zum Beispiel von der Innenfläche 52 des Gehäuses 50 absorbiert.
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Das Anzeigelicht, das auf diese Weise durch den zweiten Phasenschieber 237 in linear polarisiertes Licht umgewandelt wurde, tritt mit dem s-polarisierten Licht in den Mehrschichtfilm-Reflexionsspiegel 241 ein und wird von dem optischen Mehrschichtfilm 243 reflektiert. Wenn Licht in der Schichtungsrichtung des optischen Mehrschichtfilms 243 schräg einfällt, können im Allgemeinen verschiedene Probleme auftreten, wie etwa eine Phasenstörung zwischen der s-polarisierten Komponente und einer p-polarisierten Komponente, zum Beispiel Verfärbung des virtuellen Bildes VI. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jedoch der zweite Phasenschieber 237 zwischen dem ersten Phasenschieber 32 und dem Mehrschichtfilm-Reflexionsspiegel 241 in dem Strahlengang OP angeordnet, und das Anzeigelicht wird auf den Mehrschichtfilm-Reflexionsspiegel 241 mit dem s-polarisiertes Licht einfallen gelassen, wodurch die zuvor genannten Probleme vermieden werden.
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Wie in dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Linearpolarisator 47 vorgesehen, um die Lichtleitachse 47a entlang der Polarisationsrichtung des Anzeigelichts anzuordnen, das von dem zweiten Phasenschieber 237 in linear polarisiertes Licht umgewandelt wird, und dann von dem Mehrschichtfilm-Reflexionsspiegel 241 und dem Vergrößerungsspiegel 44 reflektiert wird und in den Linearpolarisator 47 eintritt.
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Wie in dem ersten Ausführungsbeispiel kann das Umgebungslicht auch in das Innere der HUD-Vorrichtung 100 des zweiten Ausführungsbeispiels eintreten. Das Umgebungslicht, das durch den Linearpolarisator 47 durchgelassen wird, wird von dem Vergrößerungsspiegel 44 reflektiert und kann auf den Mehrschichtfilm-Reflexionsspiegel 241 einfallen. In diesem Fall wird, obwohl das Infrarotlicht und das UV-Licht zuvor beschrieben wurden, ein sichtbares Licht von dem Mehrschichtfilm-Reflexionsspiegel 241 reflektiert und tritt als linear polarisiertes Licht in den zweiten Phasenschieber 237 ein. Das Anzeigelicht des linear polarisierten Lichts wird im Wesentlichen in zirkular polarisiertes Licht umgewandelt, indem eine Phasendifferenz der 1/4-Wellenlänge durch die Transmission des zweiten Phasenschiebers 237 aufgebracht wird.
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Das Umgebungslicht, das durch den zweiten Phasenschieber 237 in zirkular polarisiertes Licht umgewandelt wird, fällt auf den ersten Phasenschieber 32, aber in vielen Fällen wird, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel, das Umgebungslicht auf der freiliegenden Oberfläche 33 reflektiert, so dass keine Phasendifferenz durch den ersten Phasenschieber 32 verliehen wird, und das zirkular polarisierte Licht ist vor und nach dem Einfall in Richtungen polarisiert, die einander entgegengesetzt sind.
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Solch einem Umgebungslicht wird die Phasendifferenz von 1/4-Wellenlänge durch die Transmission des zweiten Phasenschiebers 237 erneut verliehen. Da das Umgebungslicht jedoch zirkular polarisiertes Licht in entgegengesetzter Richtung zu der in dem Fall des Zurückgehens in den Strahlengang OP ist, wird das Umgebungslicht in einer Polarisationsrichtung, die senkrecht zu der zum Zeitpunkt des ersten Einfalls des zweiten Phasenschiebers 237 ist, in das linear polarisierte Licht umgewandelt.
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Wenn das Umgebungslicht, das von dem zweiten Phasenschieber 237 in linear polarisiertes Licht umgewandelt wird, erneut durch den Mehrschichtfilm-Reflexionsspiegel 241 und den Vergrößerungsspiegel 44 reflektiert wird und den Linearpolarisator 47 erreicht, wird, da die Polarisationsrichtung des Umgebungslichts entlang des Lichtabschirmachse 47b des Linearpolarisators 47 verläuft, das Umgebungslicht von dem Linearpolarisator 47 absorbiert.
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Wenn der zweite Phasenschieber 237 in Bezug zu der optischen Achse wie in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel geneigt ist, wird, wenn das Umgebungslicht in den zweiten Phasenschieber 237 eintritt, ein Teil des Umgebungslichts von der Oberfläche des zweiten Phasenschiebers 237 reflektiert und ist vom Strahlengang OP ausgegrenzt. Das Umgebungslicht, das von dem Strahlengang OP ausgegrenzt ist, wird zum Beispiel von der Innenfläche 52 des Gehäuses 50 absorbiert.
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Gemäß dem zuvor beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel ist der zweite Phasenschieber 237 eine 1/4-Wellenlängenplatte, die so vorgesehen ist, um Anzeigelicht durchzulassen. Mit der Anordnung des zweiten Phasenschiebers 237 in dem Strahlengang OP kann die Phasendifferenz der 1/4-Wellenlänge dem Anzeigelicht und dem Umgebungslicht zuverlässig verliehen werden.
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Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist der zweite Phasenschieber 237 zwischen dem ersten Phasenschieber 32 und dem Mehrschichtfilm-Reflexionsspiegel 241 angeordnet. Bei der zuvor beschriebenen Anordnung ist es möglich, da das Anzeigelicht durch den zweiten Phasenschieber 237 in linear polarisiertes Licht umgewandelt wird und dann in den optischen Mehrschichtfilm 243 eintritt, einen Zustand zu reduzieren, in dem die Phase gestört ist, wenn das Anzeigelicht von dem optischen Mehrschichtfilm 243 reflektiert wird. Daher wird die Sichtbarkeit des virtuellen Bilds VI hervorragend.
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Obwohl die mehreren Ausführungsbeispiele zuvor beschrieben wurden, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt und kann auf verschiedene Ausführungsbeispiele und Kombinationen innerhalb eines Schutzbereichs angewendet werden, der nicht vom Sinn der vorliegenden Offenbarung abweicht. Abwandlungen der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele werden beschrieben.
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Als Abwandlung1 kann insbesondere eine andere Projektionseinheit 310 als die Konfiguration verwendet werden, welche die Flüssigkristallanzeige 20 verwendet. Wie in 6 gezeigt, kann zum Beispiel die Projektionseinheit 310 das Anzeigelicht eines Bildes als linear polarisiertes Licht projizieren, indem der Laserlichtstrahl auf eine abtastende Weise auf den Bildschirm 320 gezeichnet wird. Die Projektionseinheit 310 umfasst mehrere Laseroszillatoren 312, mehrere Kollimationslinsen 314, einen Klappspiegel 316, mehrere dichroitische Spiegel 317, einen Scanspiegel 318 und einen Bildschirm 320.
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Die drei Laseroszillatoren 312 emittieren Laserlichtstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen. Als die Laseroszillatoren 312 werden zum Beispiel Diodenlaser verwendet, wodurch man in der Lage ist, die linear polarisierten Laserlichtstrahlen zu oszillieren. Die Laserlichtstrahlen der jeweiligen Farben, die von den jeweiligen Laseroszillatoren 312 oszilliert werden, durchlaufen die jeweilige Kollimationslinse 314 und werden durch den Klappspiegel 316 und die dichroitischen Spiegel 317 überlagert.
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Der überlagerte Laserlichtstrahl tritt in den Scanspiegel 318 ein. Eine Reflexionsfläche 318a des Scanspiegels 318 ist um zwei Drehachsen Ax und Ay drehbar, die im Wesentlichen senkrecht zueinander sind. Die Reflexionsfläche 318a reflektiert den Laserlichtstrahl während einer Änderung einer Richtung der Reflexionsfläche 318a, wodurch es möglich wird, ein Bild in einem Projektionsbereich PA auf dem Bildschirm 320 zu zeichnen.
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In diesem Beispiel ist, wie in der HUD-Vorrichtung 300 in 7 gezeigt, der Bildschirm 320 ein durchlässiger Bildschirm und ist in einer Linsenanordnungsform ausgebildet, die in der Lage ist den Laserlichtstrahl durchzulassen. Ein Brechungselement 321 mit einer konvexen oder konkav gekrümmten Oberfläche ist in einem Gittermuster auf einer Oberfläche des Bildschirms 320 auf der Einfallseite des Laserlichtstrahls angeordnet. Der Laserlichtstrahl wird durch das Brechungselement 321 gebrochen, so dass ein Punktdurchmesser des Laserlichtstrahls nach der Emission des Bildschirms 320 vergrößert wird.
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Für eine solche Projektionseinheit 310 ist der erste Phasenschieber 32 eine 1/4-Wellenlängenplatte, die in einer plattenartigen Form ausgebildet ist, und ist in einem geschichteten Zustand mit dem Bildschirm 320 über eine Austrittsfläche des Bildschirms 320 durch Verbinden angeordnet. Selbst mit einer solchen Konfiguration ist es möglich, die Betriebsweise und die Wirkung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und dem zweiten Ausführungsbeispiel zu erzielen.
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Wie in einer HUD-Vorrichtung 400 in 8 gezeigt, kann des Weiteren ein Bildschirm 420 einer Projektionseinheit 410 auf einen Reflexionstyp in Bezug auf die Projektionseinheit 310 geändert werden. In diesem Fall wird eine 1/8-Wellenlängenplatte als erster Phasenschieber 432 einer Lichtleiteinheit 430 verwendet. Mit anderen Worten kann der Laserlichtstrahl von linear polarisiertem Licht in zirkular polarisiertes Licht umgewandelt werden, indem der Laserlichtstrahl veranlasst wird, den ersten Phasenschieber 432 vor und nach der Reflexion des Laserlichtstrahls auf dem Bildschirm 420 hin und her zu bewegen.
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In der Abwandlung 2 ist der Linearpolarisator 47 nicht auf die Anordnung zum Schließen des Lichtleitfensters 2a beschränkt. Zum Beispiel kann der Linearpolarisator 47 zwischen dem Reflexionselement 36 und dem Vergrößerungsspiegel 44 in dem Strahlengang OP des ersten Ausführungsbeispiels angeordnet sein. Des Weiteren kann zum Beispiel der Linearpolarisator 47 zwischen dem zweiten Phasenschieber 237 und dem Mehrschichtfilm-Reflexionsspiegel 241 in dem Strahlengang OP des zweiten Ausführungsbeispiels angeordnet sein. In diesem Fall können der zweite Phasenschieber 237 und der Linearpolarisator 47 in einem geschichteten Zustand angeordnet sein.
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Als Abwandlung 3, die sich auf das erste Ausführungsbeispiel bezieht, kann eine Konfiguration verwendet werden, bei welcher der zweite Phasenschieber 37 der 1/8-Wellenlängenplatte in einem geschichteten Zustand mit dem Vergrößerungsspiegel 44 über die Reflexionslichtleitfläche 45 vorgesehen ist, ohne dass das Reflexionselement 36 vorgesehen ist.
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Als Abwandlung 4, die sich auf das zweite Ausführungsbeispiel bezieht, kann eine Konfiguration verwendet werden, bei der das Anzeigelicht, das durch den zweiten Phasenschieber 37 in linear polarisiertes Licht umgewandelt wird, auf den Mehrschichtfilm-Reflexionsspiegel 241 in dem p-polarisierten Licht fällt.
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In der Abwandlung 5, die sich auf das zweite Ausführungsbeispiel bezieht, kann der Mehrschichtfilm-Reflexionsspiegel 241 durch den Reflexionsspiegel 41 ersetzt werden, ähnlich wie der des ersten Ausführungsbeispiels.
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Als Abwandlung 6 kann die vorliegende Offenbarung auf verschiedene Arten von sich bewegenden Objekten (Transportausrüstung) außer dem Fahrzeug 1 angewendet werden, wie zum Beispiel Schiffe oder Flugzeuge.
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Während die vorliegende Offenbarung in Bezug auf ihre Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, kann abgeleitet werden, dass die Offenbarung nicht auf die Ausführungsbeispiele und Konstruktionen beschränkt ist. Die vorliegende Offenbarung soll verschiedene Abwandlungen und äquivalente Anordnungen abdecken. Zusätzlich liegen die verschiedenen Kombinationen und Konfigurationen, andere Kombinationen und Konfigurationen, einschließlich mehr, weniger oder nur einem einzigen Element, ebenfalls im Geist und Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung.
