DE112018004671T5

DE112018004671T5 - Informationsanzeigevorrichtung und Raumabtastvorrichtung

Info

Publication number: DE112018004671T5
Application number: DE112018004671.0T
Authority: DE
Inventors: Koji Hirata; Koji Fujita; Eiji Takagi
Original assignee: Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Ltd Oyamazaki Jp
Priority date: 2017-10-24
Filing date: 2018-10-05
Publication date: 2020-06-04
Also published as: JP7360433B2; US20240092172A1; CN116788039A; CN111213114B; US11878586B2; JP2019079238A; JP6987341B2; US20200247240A1; WO2019082626A1; CN111213114A; JP2022020704A

Abstract

Es sind eine Informationsanzeigevorrichtung und eine Raumabtasteinrichtung für die Informationsanzeigevorrichtung vorgesehen, wobei die Informationsanzeigevorrichtung die Auswahl/Änderung der Vielzahl von Anzeigebildern mit kleinen Bewegungen der Blickrichtung ermöglicht, sodass eine interaktive Funktion für einen Fahrer erreicht wird. Eine Informationsanzeigevorrichtung, die Informationen auf einem Fahrzeug anzeigt, umfasst: eine Informationsanzeigevorrichtung, die Bildinformationen auf einem Bildanzeigebereich auf einem Teil des Fahrzeugs vor einem Fahrersitz anzeigt; und eine Raumabtasteinrichtung, die Positionsinformationen von Instruktionen eines Fahrers, die in einem räumlichen Bereich zwischen dem Fahrersitz und dem angezeigten Bildanzeigebereich gemacht werden, detektiert, und wobei die Informationsanzeigevorrichtung eine Einrichtung umfasst, die die Instruktionen des Fahrers auf dem Bildanzeigebereich im vorderen Teil als Reaktion auf die Positionsinformationen der Instruktion des Fahrers anzeigt, die von der Raumabtasteinrichtung erfasst werden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Informationsanzeigevorrichtung, die Bilder enthaltende Informationen auf eine Windschutzscheibe eines sogenannten Fahrzeugs, wie etwa eines Autos, eines Zugs oder eines Flugzeugs, das sich bewegt, während sich Menschen darin befinden, projiziert, und insbesondere eine Informationsanzeigevorrichtung mit einer interaktiven Funktion, die von einem Fahrer oder anderen verwendet wird, sowie eine Raumabtasteinrichtung zum Realisieren der Informationsanzeigevorrichtung.
STAND DER TECHNIK
Eine sogenannte Head-Up-Display-(HUD)-Vorrichtung ist bereits zum Beispiel aus dem folgenden Patentdokument 1 bekannt, wobei die Head-Up-Display-Vorrichtung virtuelle Bilder erzeugt, indem sie Bildlicht auf eine Windschutzscheibe eines Autos projiziert, um Verkehrsinformationen, wie etwa Routeninformationen und Informationen über Verkehrsstau, sowie Autoinformationen, wie etwa Tankfüllstand und Kühlmitteltemperatur, anzuzeigen.
STAND-DER-TECHNIK-DOKUMENT
PATENTDOKUMENT
Patentdokument 1: Veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 2015-194707
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Für eine solche Art von Informationsanzeigevorrichtung ist eine Verkleinerung erforderlich, um den Hauptkörper der HUD-Vorrichtung zwischen einer Lenkeinheit vor einem Fahrersitz und einer Windschutzscheibe anzuordnen, und außerdem ist eine sogenannte interaktive Funktion erforderlich, die den Betrieb in einem Modus ermöglicht, in dem eine Interaktion geschaffen wird, während der Benutzer einen projizierten Bildschirm sieht.
In der oben beschriebenen Head-Up-Display-Vorrichtung nach dem Stand der Technik wurde zwar eine Technik zum Verkleinern offenbart, die interaktive Funktion wurde jedoch nicht beschrieben. Insbesondere wurde eine Technik nicht vollständig offenbart, die ein Problem der HUD-Vorrichtung darstellt und die interaktive Bedienung eines Bildschirms ermöglicht, der auf einen Raum zwischen der Lenkeinheit vor dem Fahrersitz und der Windschutzscheibe projiziert wird.
Eine Aufgabe einer Informationsanzeigevorrichtung der vorliegenden Erfindung, die Bilder enthaltende Informationen auf eine Windschutzscheibe eines Fahrzeugs projiziert, ist das Bereitstellen einer Informationsanzeigevorrichtung, die eine interaktive Funktion ermöglicht, die von einem Fahrer verwendet wird, und einer Raumabtasteinrichtung zur Realisierung der Informationsanzeigevorrichtung.
MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen. Als ein zu zitierendes Beispiel betrifft die vorliegende Erfindung eine Informationsanzeigevorrichtung, die Informationen auf einem Fahrzeug anzeigt, wobei die Informationsanzeigevorrichtung eine Informationsanzeigevorrichtung, die Bildinformationen auf einem Bildanzeigebereich auf einem vor dem Fahrersitz gelegenen Teil des Fahrzeugs anzeigt, und eine Raumabtasteinrichtung umfasst, die Positionsinformationen von Anweisungen, die vom Fahrer in einem räumlichen Bereich zwischen dem Fahrersitz und dem angezeigten Bildanzeigebereich gemacht werden, erfasst, wobei die Informationsanzeigevorrichtung eine Einrichtung umfasst, die die vom Fahrer in dem Bildanzeigebereich im vorderen Teil gemachte Anweisung als Reaktion auf die Positionsinformationen der vom Fahrer gemachten Anweisung anzeigt, die von der Raumabtasteinrichtung erfasst wird.
Bei der vorliegenden Erfindung ist zu beachten, dass die Informationsanzeigevorrichtung ein optisches System mit virtuellem Bild umfassen kann, das ein virtuelles Bild auf dem vorderen Teil des Fahrzeugs anzeigt, indem es bewirkt, dass die Windschutzscheibe des Fahrzeugs von dieser Vorrichtung emittiertes Licht reflektiert, dass die Informationsanzeigevorrichtung ein optisches System mit praktischem Bild umfassen kann, das ein praktisches Bild anzeigt, indem es die Windschutzscheibe des Fahrzeugs mit dem von dieser Vorrichtung emittierten Licht abtastet, oder dass die Informationsanzeigevorrichtung eine Bildanzeigevorrichtung vom Typ Direktansicht unter Verwendung einer Armaturentafel des Fahrzeugs umfassen kann.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Raumabtasteinrichtung zum Realisieren der oben beschriebenen Informationsanzeigevorrichtung, und stellt eine Raumabtasteinrichtung der Informationsanzeigevorrichtung bereit, die so konfiguriert ist, dass eine Vielzahl eines Paares eines lichtemittierenden Elements und eines optischen Elements linear angeordnet ist, wobei das lichtemittierende Element einen kollimierten Lichtstrom aus einem von einer Lichtquelle emittierten Lichtstrom erzeugt und das optische Element aus einem lichtsammelnden Linsenelement besteht, das einen reflektierten Lichtstrom an Hindernissen unter dem Lichtstrom von diesem lichtemittierenden Element empfängt.
WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
In einer Informationsanzeigevorrichtung, die Bilder enthaltende Informationen auf eine Windschutzscheibe eines Fahrzeugs projiziert, kann die vorliegende Erfindung eine Informationsanzeigevorrichtung bereitstellen, die die Auswahl/Änderung der Autosteuerung und eine Vielzahl von Anzeigebildern, wie etwa einen Autosteuerungsinhalt und Navigationsinformationen usw., sowie eine interaktive Funktion ermöglicht, die von einem Fahrer bedient wird, und sie kann eine Raumabtasteinrichtung zum Realisieren der Informationsanzeigevorrichtung bereitstellen.
Figurenliste

1 ist eine schematische Konfigurationsansicht einer Informationsanzeigevorrichtung mit einer interaktiven Funktion und von peripheren Geräten der Informationsanzeigevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine schematische Querschnitts-Konfigurationsansicht, die eine Informationsanzeigevorrichtung, eine Windschutzscheibe und eine Position der Blickrichtung eines Fahrers in einem Ausführungsbeispiel zeigt;
3 ist eine schematische erklärende Ansicht einer Bildanzeigeposition in einem Ausführungsbeispiel;
4 ist eine schematische erklärende Ansicht einer weiteren Bildanzeigeposition in einem Ausführungsbeispiel;
5 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung einer Konfiguration zur Verwendung bei der Realisierung einer interaktiven Funktion in einem Ausführungsbeispiel;
6 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung einer interaktiven Funktion in einem Ausführungsbeispiel;
7 ist eine erste erklärende Ansicht zur Erläuterung eines Prinzips einer Raumabtasteinrichtung;
8 ist eine zweite erklärende Ansicht zur Erläuterung des Prinzips der Raumabtasteinrichtung;
9 ist eine Ansicht zur Erläuterung eines Unterschieds in einem Krümmungsradius einer Windschutzscheibe in einem Ausführungsbeispiel;
10 ist ein charakteristisches Diagramm, das einen Reflexionsgrad in Bezug auf einen Einfallswinkel von unterschiedlichem polaristiertem Licht auf ein Glas in einem Ausführungsbeispiel zeigt;
11 ist eine Draufsicht eines Autos, auf dem eine Informationsanzeigevorrichtung angebracht ist, in einem Ausführungsbeispiel;
12 ist ein charakteristisches Diagramm, das einen Reflexionsgrad eines reflektierenden Materials zeigt, das auf eine Windschutzscheibe aufgebracht, geklebt oder an ihr angeklebt ist, in einem Ausführungsbeispiel;
13 ist eine schematische Konfigurationsansicht eines optischen Systems mit virtuellem Bild einer Informationsanzeigevorrichtung in einem Ausführungsbeispiel;
14 ist eine grundlegende Konfigurationsansicht einer optischen Projektionsvorrichtung in einem Ausführungsbeispiel;
15 ist eine schematische Konfigurationsansicht eines bi-axialen MEMS-Elements in einem Ausführungsbeispiel;
16 ist eine erklärende Ansicht zur Erläuterung eines Umrisses einer Lichtstromabtastung in einem Ausführungsbeispiel unter Verwendung eines MEMS-Elements;
17 ist eine erklärende Ansicht eines ersten Abtastzustands des Laserlichts, mit dem ein frei gekrümmter Spiegel in einem Ausführungsbeispiel abgetastet wird;
18 ist ein Lichtspektrum einer Lichtquelle einer Lichtabtastvorrichtung in einem ersten Abtastzustand in einem Ausführungsbeispiel;
19 ist ein Schwarzkörper-Kurvenzug und ein Isotemperatur-Liniendiagramm;
20 ist ein Diagramm, das eine Farbtafel des Lichts der Lichtquelle der Lichtabtastvorrichtung im ersten Abtastzustand in einem Ausführungsbeispiel zeigt;
21 ist eine erklärende Ansicht eines zweiten Abtastzustands des Laserlichts, mit dem der frei gekrümmte Spiegel in einem Ausführungsbeispiel abgetastet wird;
22 ist ein Lichtspektrum einer Lichtquelle einer Lichtabtastvorrichtung in einem zweiten Abtastzustand in einem Ausführungsbeispiel; und
23 ist eine Farbtafel des Lichtes der Lichtquelle der Lichtabtastvorrichtung im zweiten Abtastzustand in einem Ausführungsbeispiel.

BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Figuren und andere ausführlich beschrieben.
1 ist eine schematische Konfigurationsansicht einer Informationsanzeigevorrichtung mit einer interaktiven Funktion und von peripheren Geräten der Informationsanzeigevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Hier wird als ein Beispiel besonders eine Informationsanzeigevorrichtung erklärt, die Bilder auf eine Windschutzscheibe eines Autos projiziert. 1(A) ist eine perspektivische Querschnittsansicht der Informationsanzeigevorrichtung und 1 (B) ist ein schematisches Konfigurations-Blockdiagramm der peripheren Geräte.
1(A) ist eine konzeptuelle Ansicht einer Querschnittsfläche eines Fahrzeugskörpers, in dem das Bezugszeichen 45 einen Fahrzeugkörper bezeichnet, während das Bezugszeichen 6 eine Windschutzscheibe ist, die ein eine Projektion empfangendes Element ist. Eine HUD-Vorrichtung 100 ist eine Vorrichtung, die verschiedene Arten von Informationen anzeigt, die als virtuelles Bild von dem eine Projektion empfangenden Element 6 (das in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Innenseite der Windschutzscheibe ist) reflektiert wird, um das virtuelle Bild auf einem vorderen Teil eines betroffenen Fahrzeugs auf einer Sichtlinie 8 eines Fahrers zu erzeugen. Es ist zu beachten, dass das eine Projektion empfangende Element 6 jedes beliebige Element sein kann, solange es ein Element ist, auf das die Informationen projiziert werden, und es kann auch sein, dass es nicht die oben beschriebene Windschutzscheibe ist, sondern ein Combiner. Das heißt, die HUD-Vorrichtung 100 des Ausführungsbeispiels kann jede beliebige Vorrichtung sein, die das virtuelle Bild auf dem vorderen Teil des betroffenen Fahrzeugs auf der Sichtlinie 8 des Fahrers anzeigt und es dem Fahrer ermöglicht, das virtuelle Bild visuell zu erkennen; die als das virtuelle Bild angezeigten Informationen umfassen beispielsweise Fahrzeuginformationen und Informationen über die vor dem Fahrzeug befindliche Umgebung, deren Bild von einer Kamera (nicht abgebildet) wie einer Überwachungskamera, einer Rundum-Betrachter-Kamera und anderen eingefangen wird.
Die HUD-Vorrichtung 100 verfügt über die Bildanzeigevorrichtung 4, die das Bildlicht zur Verwendung bei der Anzeige der Informationen projiziert, sowie über die Linsen 2 und 3, die die korrigierenden optischen Elemente zur Verwendung bei der Korrektur von Verzerrungen und Aberrationen sind, die entstehen, wenn das virtuelle Bild durch den Konkavspiegel 1 unter Verwendung des auf dieser Bildanzeigevorrichtung 4 angezeigten Bildes gebildet wird, wobei die Linsen zwischen der Bildanzeigevorrichtung 4 und dem Konkavspiegel 1 vorgesehen sind.
Die HUD-Vorrichtung 100 umfasst eine Steuervorrichtung 40, die die Bildanzeigevorrichtung 4 und eine Gegenlichtquelle 10 steuert. Es ist zu beachten, dass die optischen Komponenten, einschließlich der Bildanzeigevorrichtung 4, der Gegenlichtquelle 10 und anderer, ein optisches System mit virtuellem Bild konfigurieren, das im Folgenden beschrieben wird, und einen Konkavspiegel 1 mit einer konkaven Form umfassen, der das Licht reflektiert. Das Licht, das an diesem Konkavspiegel 1 reflektiert wurde, wird an der Windschutzscheibe 6 reflektiert und gelangt in die Sichtlinie 8 des Fahrers (das kann die sogenannte Eyebox sein, die den korrekt sichtbaren Sichtbereich des Fahrers darstellt).
Es ist zu beachten, dass als die oben beschriebene Bildanzeigevorrichtung 4 beispielsweise nicht nur eine LCD (Flüssigkristallanzeige - Liquid Crystal Display) mit einem Gegenlicht, sondern auch eine selbstleuchtende VFD (Vakuumfluoreszenzanzeige - Vacuum Fluorescent Display) und andere genannt werden.
Das Bild kann jedoch auch durch einen Projektionsapparat anstelle der oben beschriebenen Bildanzeigevorrichtung 4 auf einem Bildschirm angezeigt werden, als virtuelles Bild durch den oben beschriebenen Konkavspiegel 1 erzeugt werden, von der Windschutzscheibe 6, die das eine Projektion empfangende Element ist, reflektiert werden und zum Blickpunkt 8 des Fahrers 8 geleitet werden. Ein solcher Bildschirm kann beispielsweise aus einer Mikrolinsenanordnung bestehen, die durch zweidimensionale Anordnung von Mikrolinsen erhalten wird.
Um die Verzerrung des virtuellen Bildes zu reduzieren, kann eine Form des Konkavspiegels 1 insbesondere einen relativ kleinen Krümmungsradius aufweisen, um die Vergrößerungsleistung in einem oberen Teil (ein Bereich, der die Lichtstrahlen auf einen unteren Teil der Windschutzscheibe 6 reflektiert, der einen relativ kurzen Abstand zum Blickpunkt des Fahrers hat) zu erhöhen, wie in 1 (A) dargestellt, aber einen relativ großen Krümmungsradius aufweisen, um die Vergrößerungsleistung in einem unteren Teil (ein Bereich, der die Lichtstrahlen auf einen oberen Teil der Windschutzscheibe 6 reflektiert, der einen relativ großen Abstand zum Blickpunkt des Fahrers hat) zu verringern. Alternativ wird eine günstigere Korrektur auch durch Neigen der Bildanzeigevorrichtung 4 von der optischen Achse des Konkavspiegels erreicht, um den Unterschied der Vergrößerung des virtuellen Bildes zu korrigieren, was zu einer Verringerung der Verzerrung selbst führt.
In 1 (B) erhält die Steuervorrichtung 40 vom Navigationssystem 60 verschiedene Arten von Informationen, wie etwa eine Geschwindigkeitsbeschränkung und die Anzahl der Fahrspuren einer Straße, die einer aktuellen Position entsprechen, wo das betreffende Fahrzeug fährt, eine in einem Navigationssystem 60 festgelegte fahrplanmäßige Route des betreffenden Fahrzeugs oder andere als Informationen der vor dem Fahrzeug befindlichen Umgebung (d. h. Informationen, die als virtuelles Bild auf dem vorderen Teil des betreffenden Fahrzeugs angezeigt werden).
Eine Fahrassistenz-ECU 62 ist eine Steuervorrichtung, die eine Fahrassistenzsteuerung durch die Steuerung eines Fahrsystems und eines Steuersystems in Übereinstimmung mit Hindernissen erreicht, die als Ergebnis der von einer Umgebungsüberwachungsvorrichtung 63 durchgeführten Überwachung erkannt werden. Die Fahrassistenzsteuerung umfasst öffentlich bekannte Techniken wie eine Geschwindigkeitsregelung, eine adaptive Geschwindigkeitsregelung, ein Pre-Crash-Sicherheitssystem und einen Spurhalteassistenten.
Die Umgebungsüberwachungsvorrichtung 63 ist eine Vorrichtung, die den Umgebungszustand des betreffenden Fahrzeugs überwacht, und ist beispielsweise eine Kamera, die ein in der Umgebung des betreffenden Fahrzeugs vorhandenes Objekt auf der Grundlage eines Bildes erfasst, das durch die Erfassung eines Bildes der Umgebung des betreffenden Fahrzeugs gewonnen wurde, eine Explorationsvorrichtung, die ein in der Umgebung des betreffenden Fahrzeugs vorhandenes Objekt auf der Grundlage eines Ergebnisses der Übertragung/des Empfangs von Explorationswellen erfasst, und andere.
Die Steuervorrichtung 40 erhält die Informationen (wie etwa den Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug, die Richtung des vorausfahrenden Fahrzeugs, Positionen von Hindernissen und Verkehrszeichen und andere) als Informationen der vor dem Fahrzeug befindlichen Umgebung von einer solchen Fahrassistenz-ECU 62. Ferner werden in die Steuervorrichtung 40 ein Zündsignal (IG-Signal) und Informationen über den Fahrzeugzustand eingegeben. Die „Informationen über den Fahrzeugzustand“ dieser Informationen sind Informationen, die als Fahrzeuginformationen erhalten werden, und schließen Warninformationen ein, die zum Beispiel das Auftreten eines vorher festgelegten anormalen Zustands des Tankfüllstands eines Verbrennungsmotors, der Kühlmitteltemperatur oder andere anzeigen. Die Informationen enthalten auch ein Betriebsergebnis eines Blinkers und eine Fahrgeschwindigkeit des betreffenden Fahrzeugs sowie Informationen über die Position des Schalthebels und andere Informationen.
Ein Bildsignal von der oben beschriebenen Steuervorrichtung 40 sind die Bildinformationen, die dem Zustand und der Umgebung des Autos entsprechen, und es wird selektiv angezeigt von der HUD-Vorrichtung 100, die die erste Informationsanzeigevorrichtung ist, die zur Überlagerung des virtuellen Bildes mit der vom Betrachter betrachteten praktischen Hintergrundansicht verwendet wird, vom optischen Projektionsapparat 220, der die zweite Informationsanzeigevorrichtung ist, die zur Überlagerung des praktischen Bildes mit der Vordergrundansicht verwendet wird, und von der Armaturentafel 42 vom Typ Direktansicht, die die dritte Informationsanzeigevorrichtung ist, angezeigt, sodass die während der Fahrt durch den Fahrer, der der Betrachter ist, ausgeführte Bewegung der Blickrichtung reduziert wird. Es ist zu beachten, dass diese Steuervorrichtung 40 durch die Eingabe des Zündsignals aktiviert wird. Vorstehend wurde die Konfiguration des gesamten Systems der Informationsanzeigevorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben.
2 ist eine Querschnitts-Konfigurationsansicht, die eine Informationsanzeigevorrichtung, eine Windschutzscheibe und eine Position der Blickrichtung eines Fahrers in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zeigt. 3 ist eine schematische erklärende Ansicht einer Bildanzeigeposition in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, die eine schematische Ansicht ist, in der die Windschutzscheibe 6 von dem Fahrersitz aus zu sehen ist.
Wie in den 2 und 3 zu sehen ist, umfasst das vorliegende Ausführungsbeispiel einen Bildanzeigebereich 1 (a) in der Nähe der Mitte der Windschutzscheibe 6, der eine Fläche vor der Lenkeinheit 43 ist, einen Bildanzeigebereich 2(a) im unteren Teil der Windschutzscheibe 6 und einen Bildanzeigebereich 3(a) über der Armaturentafel 42.
Die Informationsanzeigevorrichtung in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Bewegung der Blickrichtung unterdrücken, indem die oben beschriebene HUD-Vorrichtung 100 dazu veranlasst wird, dem Betrachter ein virtuelles Bild mit einer Entfernung des virtuellen Bildes von 8 m und einer Größe, die 40 Zoll entspricht oder größer ist, zu bieten, während der Bildanzeigebereich 1(a) (siehe 2 und 3) in der Nähe der Mitte der Windschutzscheibe 6 als Reflexionsfläche verwendet wird, sodass sich das virtuelle Bild mit der praktischen Umgebung, die der Fahrer während der Fahrt sieht, überschneidet. Es ist zu beachten, dass die Erfinder die Veränderung der Position der Blickrichtung des Fahrers während des Fahrens in der Stadt gemessen haben und durch eine praktische Messung herausgefunden haben, dass die Bewegung der Blickrichtung um 90 % unterdrückt wird, wenn der Maximalwert der Entfernung des virtuellen Bildes 30 m beträgt. Außerdem wurde durch ein Experiment festgestellt, dass die Bewegung der Blickrichtung bei hohen Geschwindigkeiten in ähnlicher Weise unterdrückt werden kann, wenn die Entfernung des virtuellen Bildes gleich oder größer als 70 m ist. In diesem Fall entspricht eine notwendige Größe des virtuellen Bildes 350 Zoll.
Wie oben beschrieben, wird die HUD-Vorrichtung 100, die das virtuelle Bild anzeigt, verwendet, um dieses virtuelle Bild in dem Bildanzeigebereich 1(a) für einen Hintergrundbereich anzuzeigen, auf den die Blickrichtung des Betrachters gelegt wird. Um andererseits das Bild im Bildanzeigebereich 2(a) mit der Vordergrundansicht zu überlagern, die vom Fahrer, der der Betrachter ist, praktisch betrachtet wird, wird das praktische Bild auf den unteren Teil der Windschutzscheibe projiziert, indem der optische Projektionsapparat 220 verwendet wird, der die MEMS-Elemente (Micro Electro Mechanical Systems) veranlasst, das Abtasten mit einem Lichtstrom mit einer bestimmten polarisierten Welle durchzuführen. In diesem Fall ist die Bildanzeige unter Verwendung der MEMS für die Projektion auf die Windschutzscheibe 6 mit einer Krümmung vorteilhaft, da diese Bildanzeige im Wesentlichen scharfkantenfrei erfolgt.
Es ist zu beachten, dass ein später ausführlich beschriebenes Element mit der Eigenschaft eines Reflexionsgrades gegen die spezifische polarisierte Welle, wobei sich dar Reflexionsgrad von dem gegen eine andere polarisierte Welle unterscheidet, im unteren Teil der Windschutzscheibe enthalten ist, auf die das Bild projiziert wird, oder dass das Element auf eine Glasfläche im Inneren des Fahrzeugs aufgebracht, beklebt oder an ihr angeklebt wird, sodass das Bildlicht effektiv reflektiert wird, um das praktische Bild auf den Betrachter auszurichten. In diesem Fall ist eine durch die HUD-Vorrichtung 100 erzeugte horizontale Anzeigedimension im Bildanzeigebereich 1(a) auf der Windschutzscheibe 6 kleiner als eine horizontale Anzeigedimension des praktischen Bildes, das durch den optischen Projektionsapparat 220 angezeigt wird, weil das Bildlicht fokussiert wird, um das virtuelle Bild auf einem Hintergrundteil vor der Windschutzscheibe zu erzeugen.
Ferner wurde durch ein Experiment verifiziert, dass eine virtuelle dreidimensionale Anzeige erreicht wird, indem, wie in 4 gezeigt, ein Bildanzeigebereich 2(b), in dem sich das Bild mit der Vordergrundansicht überschneidet, mit einem Teil oder der Gesamtheit eines Hintergrundbildanzeigebereichs 1(b), in dem das virtuelle Bild unter Verwendung der HUD-Vorrichtung angezeigt wird, anstelle der oben beschriebenen Aufteilung der Bildanzeigebereiche überlappt wird. Wenn sich eine Anzeigeposition des virtuellen Bildes in einer Tiefenrichtung teilweise mit einer Anzeigeposition des praktischen Bildes in der Tiefenrichtung überschneidet, um eine günstigere Darstellung zu erreichen, wurde ein günstigerer Effekt erzielt. Und es wurde eine Kontinuität des angezeigten Bildes durch die Überlagerungsdarstellung der beiden Bildanzeigebereiche erreicht, sodass auch ein neuer Effekt wie die geglättete Bewegung der Blickrichtung erzielt wurde.
Eine Anzeigeposition, eine Anzeigefarbe und ein Anzeigewinkel des virtuellen Bildes, das auf den oben beschriebenen Teil nahe der Mitte der Windschutzscheibe projiziert wird, werden von einer Beobachtungskamera 210 zum Beobachten eines Zustands des Betrachters in geeigneter Weise ausgewählt, und es erfolgt nicht nur eine Bildanzeige von Informationen, die eine nächste Operation eines in einem autonomen Fahrzustand gesteuerten Fahrzeugs anzeigen, wie etwa Rechts-/Linksabbiegen, Anhalten oder Beschleunigen, sondern auch eine Bildanzeige zur Aufmerksamkeitssuche unter Verwendung von Informationen, die durch die Erfassung eines Gesundheitszustands des Fahrers, der Schläfrigkeit desselben oder anderes gewonnen wurden. Es ist zu beachten, dass es unnötig ist, solche Informationen immer anzuzeigen, und es ist wünschenswert, einer Bewegung einer Augenlinie des Fahrers mit Hilfe der Beobachtungskamera 210 zu folgen und die Informationen bei Bedarf an einer notwendigen Stelle anzuzeigen.
<Interaktive Funktion>
Die Erfinder haben herausgefunden, dass beispielsweise eine kombinierte Verwendung einer Raumabtasteinrichtung mit der oben beschriebenen Informationsanzeigevorrichtung, um die Bewegung der Blickrichtung zu reduzieren und viele Informationen zu erfassen, dazu führt, dass eine Informationsanzeigevorrichtung eine Menge von Anzeigebildern wie die Steuerung, den Steuerungsinhalt und die Navigationsinformationen des Autos mit einer kleinen Bewegung der Blickrichtung auswählt/verändert, indem eine Vielzahl von Bildern ausgewählt oder eine Schalteinheit oder anderes ausgewählt wird, von dem ein Bild angezeigt wird. Insbesondere haben die Erfinder herausgefunden, dass die Realisierung der so genannten interaktiven Funktion, die eine Bedienung in einem Modus ermöglicht, der dem Benutzer die Interaktion während der Betrachtung eines projizierten Bildschirms ermöglicht, effektiv ist, um eine bequemere und verfügbare Informationsanzeigevorrichtung zu realisieren. Im Folgenden wird eine Konfiguration zur Realisierung einer solchen interaktiven Funktion beschrieben.
<Raumabtasteinrichtung>
Das in 1(A) gezeigte Bezugszeichen 51 bezeichnet eine Raumabtasteinrichtung, die der Armaturentafel 42 (den Bildanzeigebereichen 3 (a) und 3 (b)) entspricht und in der Nähe einer Anzeigefläche angeordnet ist, sodass eine Vielzahl von Bildern oder eine Schalteinheit, von der ein Bild angezeigt wird, ausgewählt wird, um die Auswahl für die Vielzahl von Anzeigebildern, wie etwa die Steuerung, den Steuerungsinhalt und die Navigationsinformationen des Autos, mit der kleinen Bewegung der Blickrichtung zu erreichen. Ferner bezeichnen die Bezugszeichen 52 und 53 eine Raumabtasteinrichtung, die parallel zur Raumabtasteinrichtung 51 angeordnet sind, um eine räumliche Erfassung (entsprechend den Bildanzeigebereichen 1 (a) und 2(a) in 3 bzw. den Bildanzeigebereichen 1(b) und 2 (b) in 4) auch für die Positionsinformationen in der Tiefenrichtung von der Lenkeinheit 43 bis zur Windschutzscheibe 6 zu ermöglichen.
Als ein Beispiel für die Raumabtasteinrichtung wird hier zum Beispiel besonders die Raumabtasteinrichtung 53, die dem Bildanzeigebereich 1 (a) bzw. 1(b) in 3 und 4 entspricht, beschrieben. Wie in 5 und 6 gezeigt, kann der Fahrer, der das Fahrzeug fährt, während er die in diesem Bildanzeigebereich angezeigten Informationen betrachtet, in dieser Raumabtasteinrichtung ein Instruktionsmittel (Zeiger) auf einem in diesem Bildanzeigebereich angezeigten Bildschirm frei bedienen/bewegen, indem er seinen Finger (oder ein stabförmiges Objekt, das von den Fingern gehalten wird: Hindernis) auf einem räumlichen Bereich (in den Figuren mit einer gestrichelten Linie „A“ dargestellt) frei bedient/bewegt, selbst wenn er den Fahrersitz einnimmt. Dementsprechend wird eine Position dieses Instruktionsmittels (Zeiger) zum Beispiel aus einer erfassten Koordinatenposition des Fingers (Hindernis) durch eine Umwandlungsvorrichtung 531 oder dergleichen berechnet und als Positionsinformation des Zeigers an die oben beschriebene HUD-Vorrichtung 100 ausgegeben (siehe 1 oder 2) .
Auf diese Weise kann der Fahrer die Positionsinformationen, die einer gewünschten Position des Bildschirminformationen entsprechen, auch während des Fahrens eingeben, um eine Instruktion eines gewünschten Befehls zu machen, indem er die Finger oder dergleichen zu der gewünschten Position der Bildschirminformationen in dem räumlichen Bereich bewegt, der mit der gestrichelten Linie A gezeigt ist, während er die auf dem vorderen Teil angezeigten Bildschirminformationen sieht. Das heißt, die sogenannte interaktive Funktion, die den Betrieb in dem Modus ermöglicht, in dem der Benutzer während der Betrachtung des projizierten Bildschirms interagieren kann, wird erreicht.
7 zeigt ein Prinzip einer Konfiguration und einen Betrieb der Raumabtasteinrichtung der Erfindung der vorliegenden Anmeldung. Wenn sich der Finger des Benutzers (zum Beispiel des Fahrers) in der Zeichnung von links nach rechts bewegt, wird ein Lichtstrom φ1 von einer ersten Lichtquelle 60 von einem optischen Kondensatorelement 61 zunächst in einen im Wesentlichen kollimierten Lichtstrom umgewandelt, von dem sich bewegenden Finger des Benutzers reflektiert, von einem Lichtsammlungslinsenelement 65 gesammelt, um ein reflektierender Lichtstrom φ3 zu werden, und erreicht eine erste Lichtempfangseinheit 64.
In diesem Stadium werden die Informationen über den Abstand zum Finger in Richtung der Y-Achse aus einer zeitlichen Differenz Δt1 zwischen dem Lichtemissionszeitpunkt der ersten Lichtquelle 60 und dem Lichtempfangszeitpunkt der ersten Lichtempfangseinheit 64 gewonnen, und gleichzeitig werden die Informationen über die Position in Richtung der X-Achse aus den absoluten Positionskoordinaten der ersten Lichtquelle 60 und der ersten Lichtempfangseinheit 64 gewonnen. Wenn sich der Finger des Benutzers (zum Beispiel des Fahrers) in der Zeichnung von links nach rechts bewegt, wird, wie in dieser Zeichnung gezeigt, ein Lichtstrom φ4 von einer dritten Lichtquelle 68 von einem optischen Kondensatorelement 69 zunächst in einen im Wesentlichen kollimierten Lichtstrom umgewandelt, von dem sich bewegenden Finger des Benutzers reflektiert, von einem Lichtsammlungslinsenelement 73 gesammelt, um ein reflektierender Lichtstrom φ6 zu werden, und erreicht eine dritte Lichtempfangseinheit 72.
In diesem Stadium werden die Informationen über den Abstand zum Finger in Richtung der Y-Achse aus einer zeitlichen Differenz Δt2 zwischen dem Lichtemissionszeitpunkt der dritten Lichtquelle 68 und dem Lichtempfangszeitpunkt der dritten Lichtempfangseinheit 72 gewonnen, und gleichzeitig werden die Informationen über den Abstand in Richtung der X-Achse aus den absoluten Positionskoordinaten der dritten Lichtquelle 68 und der dritten Lichtempfangseinheit 72 gewonnen.
Als nächstes wird mit Bezug auf 8 ein Verfahren zur Erfassung von Positionsinformationen in Richtung der Z-Achse erklärt. Eine Vielzahl von Einheiten 80 (in der Zeichnung als 80, 81 und 82 gezeigt), die das Abtasten für die Positionsinformationen in Richtung der X-Achse und Richtung der Y-Achse mit Bezug auf 7 durchführen, ist in Richtung der Z-Achse (eine Tiefenrichtung von der Lenkeinheit 43 zur Windschutzscheibe 6 hin) angeordnet. Wenn sich der Finger des Benutzers (zum Beispiel des Fahrers) in der Zeichnung auf der Abtastvorrichtung 51 von links nach rechts bewegt, wird ein Lichtstrom φ8 von einer spezifischen Lichtquelle 60 der ersten Einheit 80 zunächst in einen im Wesentlichen kollimierten Lichtstrom umgewandelt, von dem sich bewegenden Finger des Benutzers reflektiert, von einem Lichtsammlungslinsenelement (nicht dargestellt) gesammelt, um ein reflektierender Lichtstrom φ7 zu werden, und erreicht eine Lichtempfangseinheit (nicht dargestellt) . In diesem Stadium werden durch den oben beschriebenen Betrieb der Einheit die für den Durchgang durch die erste Einheit 80 benötigte Zeit (absolute Zeit T1) und die X-Y-Koordinaten deutlich gemacht. Ähnlich wie bei der zweiten Einheit 81 werden, wenn sich der Finger des Benutzers weiter von der linken Seite zur rechten Seite bewegt, die für den Durchgang durch die zweite Einheit 81 benötigte Zeit (absolute Zeit T2) und die X-Y-Koordinaten deutlich gemacht. Da ein Lichtstrom φ11 der dritten Einheit 82 den Finger des Benutzers nicht blockiert, wie in 8 dargestellt, kann die Fingerposition auch in Richtung der Z-Achse identifiziert werden.
Ferner kann eine Bewegungsgeschwindigkeit und eine Beschleunigung des Fingers in Richtung der Z-Achse der Raumachse aus der zeitlichen Differenz zwischen der absoluten Zeit T1 und der absoluten Zeit T2 und einem Abtastausgang (die X-Y-Koordinaten und die absolute Zeit, die zur Erfassung des vom Finger reflektierten Reflexionslichts durch die Lichtempfangseinheit benötigt wird) der zweiten Einheit 81 berechnet werden. In ähnlicher Weise wird auch eine Bewegungsrichtung und eine Beschleunigung des Fingers aus den Abtastinformationen der ersten Einheit 80 und der zweiten Einheit 81 berechnet, sodass nicht nur die einfachen Positionsinformationen, sondern auch der Wille des Benutzers (z. B. stärkerer Wille bei größerer Beschleunigung) auf einer Informationsanzeigenmenge, -geschwindigkeit und -position eines Systems und dergleichen reflektiert werden können.
Es ist zu beachten, dass die oben beschriebene Konfiguration der Raumabtasteinrichtung beispielsweise in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung (Übersetzung der PCT-Anmeldung) Nr. 2012-518228 und anderen offenbart wurde. Außerdem wurde auf einem Markt eine Raumabtasteinrichtung mit dem Namen „AIRBAR (eingetragene Marke: Neonode Inc.)“ vermarktet, die als die Vorrichtung bekannt ist, die einen PC durch einfaches Platzieren mit der Touchpanel-Funktion ausstattet. Diese Raumabtasteinrichtung ist stabförmig und kann daher leicht an einer gewünschten Stelle angeordnet werden, selbst wenn sie auf einer Armaturentafel oder einem Armaturenbrett in einem kleinen Auto platziert wird.
Es ist zu beachten, dass vorstehend die Raumabtasteinrichtung 53, die dem Bildanzeigebereich 1(a) in 3 bzw. dem Bildanzeigebereich 1(b) in 4 entspricht, ausführlich beschrieben wurde. Der Bildanzeigebereich 2 (a) in 3 bzw. der Bildanzeigebereich 2 (b) in 4 sowie der Bildanzeigebereich 3 (a) in 3 bzw. der Bildanzeigebereich 3(b) in 4 werden jedoch als ähnlich der obigen Beschreibung beschrieben. Für Fachleute auf dem Gebiet wäre es klar, dass auf diese Weise die sogenannte interaktive Funktion erreicht werden kann, d. h. die Eingabe der Positionsinformationen, die einer gewünschten Position der Bildschirminformationen entsprechen, um durch die Bewegung des Fingers oder dergleichen eine Instruktion zur gewünschten Position der Bildschirminformation in dem mit der gestrichelten Linie A dargestellten räumlichen Bereich zu machen, während der Benutzer die auf dem vorderen Teil angezeigten Bildschirminformationen betrachtet, mit anderen Worten die Bedienung in dem Modus, der dem Benutzer die Interaktion während der Betrachtung des projizierten Bildschirms ermöglicht.
<Weitere Merkmale des vorliegenden Ausführungsbeispiels>
Wie in 9 gezeigt, weist die Windschutzscheibe 6 des Autos einen Krümmungsradius „Rv“ in einer vertikalen Richtung und einen Krümmungsradius „Rh“ in einer horizontalen Richtung auf, die sich voneinander unterscheiden, und eine Beziehung „Rh > Rv“ ist in der Regel hergestellt. Wie in 9 gezeigt, wird die Windschutzscheibe 6 bei Betrachtung der Windschutzscheibe 6 als Reflexionsfläche daher eine torusförmige Fläche des Konkavspiegels. In der HUD-Vorrichtung 100 des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann die Form des Konkavspiegels 1 daher einen mittleren Krümmungsradius aufweisen, der zwischen der horizontalen Richtung und der vertikalen Richtung unterschiedlich ist, um eine Vergrößerung des virtuellen Bildes in Abhängigkeit von der Form der Windschutzscheibe 6 zu korrigieren, d. h. den Unterschied des Krümmungsradius zwischen der vertikalen Richtung und der horizontalen Richtung der Windschutzscheibe zu korrigieren. In diesem Fall wird die Form des Konkavspiegels 1 als eine sphärische oder asphärische Form (ausgedrückt durch den untenstehenden Ausdruck (2)), die symmetrisch über die optische Achse ist, durch eine Funktion eines Abstands „h“ von der optischen Achse ausgedrückt, und eine horizontale Querschnittsform und eine vertikale Querschnittsform jedes der entfernten Bereiche kann nicht individuell gesteuert werden, und daher wird die Form vorzugsweise so korrigiert, dass sie einer Funktion der Ebenenkoordinaten (x, y) von der optischen Achse der Spiegeloberfläche folgt, sodass sie eine freie gekrümmte Oberfläche ist, die durch den unten beschriebenen Ausdruck (1) ausgedrückt wird.
[Numerischer Ausdruck 1] $Z = \frac{c \cdot (x^{2} + y^{2})}{1 + \sqrt{1 - (1 + K) c^{2} \cdot (X^{2} + y^{2})}} + \sum \sum (C j (m, n) \times x^{m} \times y^{n})$

[Numerischer Ausdruck 2] $Z = \frac{c \cdot h^{2}}{1 + \sqrt{1 - (1 + K) c^{2} \cdot h^{2}}} + A \times h^{4} + B \times h^{6} + C \times h^{8} + D \times h^{10} + E \times h^{12} + F \times h^{14} + G \times h^{16} + H \times h^{18} + J \times h^{20}$
In diesem Fall ist das Symbol „z“ ein Durchhang an den Koordinaten (x, y) in Bezug auf Achsen, die eine Ebene definieren, das Symbol „c“ eine Krümmung an einem Ursprung der Achsen, die die Ebene definieren, das Symbol „K“ eine konische Konstante und das Symbol „Cj“ ein Koeffizient.
Zurück zu 1. Zum Beispiel sind das Linsenelement 2 und das Linsenelement 3 ferner als durchlässige optische Komponenten zwischen der Bildanzeigevorrichtung 4 und dem Konkavspiegel 1 angeordnet, um eine Emissionsrichtung des optischen Strahls zum Konkavspiegel zu steuern, sodass die Verzerrung in Übereinstimmung mit der Form des Konkavspiegels 1 korrigiert wird, und außerdem wird die Aberration des virtuellen Bildes einschließlich des Astigmatismus korrigiert, der durch den oben beschriebenen Unterschied zwischen dem Krümmungsradius in horizontaler Richtung und dem Krümmungsradius in vertikaler Richtung der Windschutzscheibe 6 entsteht.
In der Zwischenzeit, wie in den 1 und 2 gezeigt, werden die meisten S-polarisierten Wellen des Lichtstroms von der Sonne 50 an der Windschutzscheibe 6 reflektiert, während die meisten Komponenten des in das Auto eintretenden Lichtstroms P-polarisierte Wellen sind. Um das Bild auf den unteren Teil der Windschutzscheibe zu projizieren, um es mit der Vordergrundansicht zu überlagern, wird daher der optische Projektionsapparat 220 verwendet, der es dem S-polarisierten Lichtstrom ermöglicht, in das MEMS-Element für das Abtasten einzutreten. In diesem Fall ist ein weiterer Grund, warum die S-polarisierten Wellen für die Bildanzeige verwendet werden, dass die S-polarisierten Wellen jeweils einen hohen Reflexionsgrad an der Windschutzscheibe haben, wie in 10 dargestellt, da ein Neigungswinkel der Windschutzscheibe 6 gleich oder größer als 40 Grad, d. h. groß, ist.
Ein weiterer Grund ist ferner, dass die Windschutzscheibe 6 des Autos den Krümmungsradius Rh in horizontaler Richtung und den Krümmungsradius Rv in vertikaler Richtung hat, die sich voneinander unterscheiden, wie in 9 gezeigt, und dass sich der Mittelpunkt des Bildes von der Position des Fahrers, der der Betrachter ist, (einer Position der Lenkeinheit 43 in 11), über den Mittelpunkt der Krümmung in horizontaler Richtung unterscheidet, wie in 11 gezeigt.
Andererseits projiziert der oben beschriebene optische Projektionsapparat 220 das Bild auf die Windschutzscheibe, indem er es den MEMS ermöglicht, das Abtasten in vertikaler und horizontaler Richtung unter Verwendung einer Laserlichtquelle durchzuführen, und ein Element mit einer Eigenschaft, das einen anderen Reflexionsgrad gegen die S-polarisierten Wellen als gegen die P-polarisierten Wellen hat, ist in dem Bildanzeigebereich 2 (a) auf dem unteren Teil der Windschutzscheibe enthalten, wie in den 2 und 3 gezeigt, oder das Element wird auf die Glasoberfläche im Inneren des Fahrzeugs aufgebracht, geklebt oder an sie angeklebt, sodass das Bildlicht effektiv reflektiert wird, um das praktische Bild auf den Betrachter auszurichten. Genauer gesagt ist als Reflexionsgrad gegen das S-polarisierte Laserlicht im Bereich des sichtbaren Lichts (380 nm bis 780 nm) ein Reflexionsgrad von durchschnittlich etwa 10 % (1) bis etwa 20 % (2) günstig, wie in 12 gezeigt, sodass das Bildlicht auf der Reflexionsfläche der Windschutzscheibe in Kontakt mit einem Raum im Inneren reflektiert wird und auf den Fahrer als Betrachter trifft.
Genauer gesagt kann der gleiche Effekt durch die Verwendung einer Platte erzielt werden, die durch Laminieren optischer Mehrschichtfolien mit den oben beschriebenen Eigenschaften oder durch Laminieren einer Vielzahl von Platten mit voneinander verschiedenen Brechungsindizes erhalten wird, oder es kann eine Oberflächenunebenheit auf einer Plattenoberfläche gebildet werden, um eine größere Diffusionseigenschaft in horizontaler Richtung der Windschutzscheibe zu bewirken als eine Diffusionseigenschaft in vertikaler Richtung derselben.
Die Einstellung des oben beschriebenen Plattenreflexionsgrades auf einen hohen Wert in einem ultravioletten Bereich (kürzer als 380 nm) und einem Nah-Infrarot-Bereich (länger als 780 nm) führt zur Unterdrückung des Eintritts von ultravioletten und Nah-Infrarotstrahlen in das Fahrzeug, um komfortablere Bedingungen zu erreichen.
Wie oben beschrieben, betrifft das vorliegende Ausführungsbeispiel zusätzlich zu den oben beschriebenen Merkmalen eine Informationsanzeigevorrichtung, die Informationen auf einem Fahrzeug anzeigt, und die Informationsanzeigevorrichtung ist so konfiguriert, dass die Informationsanzeigevorrichtung die erste Informationsanzeigevorrichtung umfasst, die bewirkt, dass an der Windschutzscheibe des Fahrzeugs reflektiertes Licht Bildinformationen des virtuellen Bildes anzeigt, die zweite Informationsanzeigevorrichtung, die es dem MEMS-Element ermöglicht, die Windschutzscheibe mit dem Laserlicht abzutasten, um das praktische Bild zu erfassen, und die dritte Informationsanzeigevorrichtung, die die Armaturentafel des Fahrzeugs verwendet, sodass die erste Informationsanzeigevorrichtung das optische System mit virtuellem Bild umfasst, das das virtuelle Bild auf dem vorderen Teil des Fahrzeugs anzeigt, indem es bewirkt, dass die Windschutzscheibe das von der Bildanzeigevorrichtung, die die Bildinformationen anzeigt, emittierte Licht reflektiert, sodass die zweite Informationsanzeigevorrichtung das optische System mit praktischem Bild umfasst, das das praktische Bild auf der Windschutzscheibe anzeigt, indem es bewirkt, dass das Spiegelelement vom Abtasttyp die Abtastung mit dem Laserlicht durchführt, sodass die dritte Informationsanzeigevorrichtung die Bildanzeigevorrichtung vom Direkttyp als Armaturentafel enthält und sodass die Bildanzeigeposition der ersten Informationsanzeigevorrichtung auf den Abschnitt nahe der Mitte der Windschutzscheibe eingestellt ist, während die Bildanzeigeposition der zweiten Informationsanzeigevorrichtung auf den unteren Abschnitt der Windschutzscheibe eingestellt ist.
Auf diese Weise kann die Informationsanzeigevorrichtung, die die Bewegung der Blickrichtung des Fahrers reduziert, um zur sicheren Fahrassistenz beizutragen, durch die Anzeigekombination aus der HUD-Vorrichtung, die das virtuelle Bild mit der Hintergrundansicht überlagert, der Anzeigevorrichtung für das praktische Bild, die das praktische Bild mit der Vordergrundansicht überlagert anzeigt, und der Armaturentafel bereitgestellt werden.
Darüber hinaus wird im Folgenden eine spezifischere optische Konfiguration der HUD-Vorrichtung einschließlich des optischen Systems mit virtuellem Bild der Informationsanzeigevorrichtung beschrieben.
13 ist eine vollständige Konfigurationsansicht der HUD-Vorrichtung 100 im vorliegenden Ausführungsbeispiel. In 13 sind der konkave (frei gekrümmte) Spiegel 1, der das Bildlicht zur Verwendung bei der Bildung des virtuellen Bildes durch die Windschutzscheibe 6 projiziert, die Korrekturlinsengruppe 2 zur Verwendung bei der Korrektur der Verzerrung und der Aberration, die bei der Projektion entstehen, die Bildanzeigevorrichtung 4 und die Gegenlichtquelle 10, die das Gegenlicht konfiguriert, in einer Reihenfolge von einer nachgeschalteten Seite aus vorgesehen. Es ist zu beachten, dass das Bezugszeichen „7“ ein Gehäuse bezeichnet. Um die P-Wellen-Komponenten des in die HUD-Vorrichtung 100 eintretenden Sonnenlichts zu unterdrücken, ist beispielsweise zwischen der Linsengruppe 2 und der Bildanzeigevorrichtung 4 ferner ein optisches Mittel 3 zur Unterdrückung der P-Wellen-Komponenten vorgesehen.
Erstens hat im vorliegenden Ausführungsbeispiel der konkave (frei gekrümmte) Spiegel 1, der das Bildlicht projiziert, vorzugsweise die Funktion, das sichtbare Licht (Wellenlänge: ca. 400 bis 700 nm) zu reflektieren und dabei z. B. insbesondere die Infrarotstrahlen (IR), die ultravioletten Strahlen (UV) und andere, für die Informationsanzeigevorrichtung unnötige und schädliche Strahlen aus dem Sonnenlicht mit verschiedenen Wellenlängenspektren zu entfernen. In diesem Fall wird, wenn der Reflexionsgrad des sichtbaren Lichts auf gleich oder höher als 95 % eingestellt ist, ein optisches System mit virtuellem Bild und hoher Lichtausbeute erreicht.
Auf der anderen Seite reduziert jedoch ein direkter Blick durch die Windschutzscheibe auf den konkaven (frei gekrümmten) Spiegel 1 den optischen Eindruck des Autos, da das Außenlicht reflektiert wird und eine helle Sicht verursacht, reduziert eine Bildqualität, wie etwa die Kontrastleistung des in der Informationsanzeigevorrichtung gewonnenen Bildes (virtuelles Bild), da intensives Licht wie das Sonnenlicht oder ein Scheinwerfer eines entgegenkommenden Autos in der Nacht auf dem Konkavspiegel 1 reflektiert wird, sodass ein Teil der Lichtstrahlen zu einer Flüssigkristalltafel zurückkehrt und eine Polarisationsplatte und die Flüssigkristalltafel, die die Bildanzeigevorrichtung 4 konfiguriert, beschädigt. Wenn also der Reflexionsgrad des konkaven (frei gekrümmten) Spiegels 1 absichtlich so reduziert wird, dass er gleich oder niedriger als 90 %, vorzugsweise gleich oder niedriger als 85 % ist, können die oben beschriebenen Probleme gelöst werden.
Als Konkavspiegelhalterung 1a, die ein Basiselement des konkaven (frei gekrümmten) Spiegels 1 ist, wird ein hochtransparentes Element gewählt, damit das Basiselement das oben beschriebene Licht mit der nicht reflektierten Wellenlängenkomponente des Sonnenlichts nicht absorbieren kann. Als hochtransparentes Element aus Kunststoff werden (1) ZEONEX von der Firma Zeon Corporation, (2) Polycarbonat, (3) Acrylharz und andere zitiert. Das (1) ZEONEX mit einer Feuchtigkeitsabsorptionsrate von fast 0 % und einer hohen thermischen Verformungstemperatur ist geeignet, aber teuer, und daher ist es vorzuziehen, ein entwickeltes Polycarbonat mit einer ähnlichen thermischen Verformungstemperatur und einer Feuchtigkeitsabsorptionsrate von etwa 0,2 % zu verwenden. Das Acrylharz mit der höchsten Verformbarkeit und dem niedrigsten Preis hat die höchste Feuchtigkeitsabsorptionsrate, und daher ist es wichtig, einen feuchtigkeitsfesten Film und einen Reflexionsfilm zu verwenden.
Um die Feuchtigkeitsabsorption des Basiselements des konkaven (frei gekrümmten) Spiegels 1 zu verhindern, kann der feuchtigkeitsfeste Film entsprechend dem auf der Reflexionsfläche gebildeten Reflexionsfilm auf einer gegenüberliegenden Fläche angeordnet werden, indem darauf SiN (Siliziumnitrid) als feuchtigkeitsfester Film aufgebracht wird. Da der SiN-Film, der der feuchtigkeitsfeste Film ist, das Sonnenlicht durchlässt, findet keine Lichtabsorption auf dem Basiselement statt, sodass die thermische Verformung unterdrückt werden kann. Dadurch kann auch die Formveränderung des konkaven (frei gekrümmten) Spiegels aus dem Polycarbonat oder dem Acrylharz aufgrund der Feuchtigkeitsabsorption verhindert werden.
Ferner kann, obwohl hier nicht abgebildet, zusätzlich zu oder anstelle des konkaven (frei gekrümmten) Spiegels 1, der die Funktion hat, IR und UV zu unterdrücken/zu entfernen, eine lichtdurchlässige Platte, die die Funktion hat, IR und UV zu entfernen, auf einer Öffnung 41 angeordnet werden, die über der HUD-Vorrichtung 100 gebildet wird. In diesem Fall ist zu beachten, dass die Verhinderung des Eindringens von Außenstäuben in die HUD-Vorrichtung 100 zusätzlich zur Bereitstellung der IR- und UV-Unterdrückungsfunktion erreicht werden kann.
Wie oben beschrieben, können durch den konkaven (frei gekrümmten) Spiegel 1 die unnötigen Bestandteile des Sonnenlichts mit vielen Spektralkomponenten, die durch die Öffnung 41 in die HUD-Vorrichtung 100 eintreten, in der HUD-Vorrichtung 100 entfernt werden, und der sichtbare Lichtanteil davon kann hauptsächlich selektiv extrahiert werden.
Inzwischen ist als ein die Bildqualität der HUD-Vorrichtung reduzierender Faktor bekannt, dass die Bildqualität dadurch vermindert wird, dass die von der Bildanzeigevorrichtung 4 in Richtung des Konkavspiegels 1 emittierten Bildlichtstrahlen an einer Oberfläche des in der Mitte angeordneten optischen Elements 2 reflektiert werden und dann zur Bildanzeigevorrichtung zurückkehren, erneut reflektiert und mit dem ursprünglichen Bildlicht überlagert werden. Daher ist es im vorliegenden Ausführungsbeispiel vorzuziehen, nicht nur die Reflexion durch Aufbringen eines reflexionsverhindernden Films auf die Oberfläche des optischen Elements 2 zu unterdrücken, sondern auch eine begrenzte Linsenflächenform entweder der Bildlichteintritts- oder -austrittsfläche des optischen Elements 2 oder beider zu gestalten, sodass das oben beschriebene Reflexionslicht nicht extrem auf nur einem Teil der Bildanzeigevorrichtung 4 gesammelt wird.
Wenn dann als Bildanzeigevorrichtung 4 eine Flüssigkristalltafel mit einer Polarisationsplatte verwendet wird, die so angeordnet ist, dass sie das vom optischen Element 2 emittierte Reflexionslicht absorbiert, kann die Verringerung der Bildqualität unterdrückt werden. Eine Gegenlichtquelle 10 der Flüssigkristalltafel wird so gesteuert, dass die Einfallsrichtung des in die Bildanzeigevorrichtung 4 eintretenden Lichts so ausgerichtet wird, dass das Licht effizient in eine Eintrittspupille des Konkavspiegels 1 eintritt. Außerdem kann eine Festkörperlichtquelle mit einer langen Produktlebensdauer als Lichtquelle verwendet werden, und außerdem erfolgt die Umwandlung von polarisiertem Licht vorzugsweise durch die Verwendung eines PBS (polarisierender Strahlenteiler - Polarizing Beam Splitter), bei dem ein optisches Mittel zur Reduzierung eines Divergenzwinkels des Lichts als LED (lichtemittierende Diode - Light Emitting Diode) mit einer geringen Änderung der Lichtleistung gegen Schwankungen der Umgebungstemperatur vorgesehen ist.
Die Polarisationsplatte ist an einer Position näher an der Gegenlichtquelle 10 (der Lichteintrittsfläche) und an einer Position näher am optischen Element 2 (der Lichtaustrittsfläche) in der Flüssigkristalltafel angeordnet, um das Kontrastverhältnis des Bildlichts zu erhöhen. Wenn ein jodbasiertes Material mit einem hohen Polarisationsgrad für die Polarisationsplatte an der Position näher an der Gegenlichtquelle 10 (der Lichteintrittsfläche) verwendet wird, kann ein hohes Kontrastverhältnis erreicht werden. Wenn hingegen eine Polarisationsplatte auf Farbstoffbasis an der Position näher am optischen Element 2 (der Lichtaustrittsfläche) verwendet wird, kann eine hohe Zuverlässigkeit erreicht werden, selbst wenn das externe Licht eintritt oder die Umgebungstemperatur hoch ist.
Im Falle der Verwendung der Flüssigkristalltafel als Bildanzeigevorrichtung 4 wird eine bestimmte polarisierte Welle blockiert, insbesondere wenn der Fahrer eine polarisierte Sonnenbrille trägt, und es kommt zu einer Störung der Sichtbarkeit eines Bildes. Um dies zu verhindern, ist es vorzuziehen, eine λ/4-Platte an einer Position näher am optischen Element der Polarisationsplatte anzuordnen, die an der Position näher am optischen Element 2 der Flüssigkristalltafel angeordnet ist, um das in einer bestimmten Polarisationsrichtung vereinigte Bildlicht in zirkular polarisiertes Licht umzuwandeln.
Ferner wird eine spezifischere optische Konfiguration des optischen Projektionsapparates mit dem optischen System mit praktischem Bild der Informationsanzeigevorrichtung beschrieben.
14 ist eine grundlegende Konfigurationsansicht eines optischen Projektionsapparates 220, der das praktische Bild erfasst, indem die MEMS im vorliegenden Ausführungsbeispiel dazu veranlasst werden, die Abtastung mit dem Laserlicht durchzuführen. In 14 ist der optische Projektionsapparat 220 eine Bildanzeigevorrichtung vom Abtasttyp, die eine optische Abtastvorrichtung trägt, die eine Abtastung in einer zweidimensionalen Richtung durchführt, wobei das Laserlicht in Übereinstimmung mit dem Bildsignal in einer Lichtintensität (im Folgenden als „moduliert“ bezeichnet) moduliert wurde, und die diese optische Abtastvorrichtung veranlasst, einen Strahlungsempfangskörper (wie die Windschutzscheibe) mit dem Laserlicht abzutasten, um das Bild darzustellen. Das heißt, wenn das Laserlicht von einer Lichtquelleneinheit 94 (94a, 94b) von einem Abtastspiegel 91 mit einer Drehachse reflektiert wird, kann die Abtastung mit dem Laserlicht durchgeführt werden. Konzeptionell werden modulierte Pixel 201 zweidimensional auf einer Bildebene entlang einer Laserlicht-Abtastspur 202 einer Anzeigefläche 20 abgetastet.
Im Folgenden werden Details einer zweidimensionalen Polarisationsfunktion des Abtastspiegels 91 im vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben.
15 ist eine schematische Konfigurationsansicht des Abtastspiegels 91, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein biaxial antreibendes MEMS-Element ist. In der Zeichnung ist eine Abtastspiegelfläche 91a, die das Laserlicht unter einem Reflexionswinkel polarisiert, mit Teilen einer ersten Torsionsfeder 91b verbunden, die einander koaxial gegenüberliegen, sodass die Abtastspiegelfläche 91a dazwischen liegt. Ferner ist die Torsionsfeder 91b mit einem Stützelement 91c und das Stützelement 91c mit einer zweiten Torsionsfeder 91d verbunden. Die zweite Torsionsfeder 91d ist mit einem Rahmen 91e verbunden. Außerdem sind, obwohl nicht abgebildet, ein Permanentmagnet und eine Spule an Positionen angeordnet, die im Wesentlichen symmetrisch zueinander über jede der Torsionsfedern 91b und 91d verlaufen. Die Spule wird an einer Position gebildet, die im Wesentlichen parallel zur Abtastspiegelfläche 91a des Abtastspiegels 91 ist, und erzeugt ein Magnetfeld, das im Wesentlichen parallel zur Abtastspiegelfläche 91a ist, wenn sich die Abtastspiegelfläche 91a des Abtastspiegels 91 in einem Stopp-Zustand befindet. Wenn elektrischer Strom in der Spule fließt, wird die Lorentzkraft, die im Wesentlichen vertikal zur Abtastspiegelfläche 91a steht, auf der Grundlage von Flemings Linke-Hand-Regel erzeugt.
Die Abtastspiegelfläche 91a dreht sich, um eine Position zu erreichen, in der die Lorentzkraft und die Rückstellkraft der Torsionsfedern 91b und 91d zueinander im Gleichgewicht sind. Bei der Torsionsfeder 91b schwingt die Abtastspiegelfläche 91a mit, wenn der Spule ein Wechselstrom mit einer Resonanzfrequenz der Abtastspiegelfläche 91a zugeführt wird. In ähnlicher Weise schwingen bei der Torsionsfeder 91d die Abtastspiegelfläche 91a, die Torsionsfeder 91b und das Stützelement 91c, wenn der Spule ein Wechselstrom mit einer Resonanzfrequenz der Kombination aus Abtastspiegelfläche 91a und Stützelement 91c zugeführt wird. Auf diese Weise werden die Resonanzbetriebe bei den verschiedenen Resonanzfrequenzen in zwei Richtungen erreicht.
In 16 ändert sich ein Abtastwinkel, d. h. ein Winkel der reflektierten optischen Strahlen, um β, d. h. das Doppelte des Drehwinkels, wenn ein Drehwinkel des Abtastspiegels 91, der die Reflexionsfläche der optischen Abtasteinheit darstellt, auf „β/2“ eingestellt wird. In diesem Fall entspricht der Abtastwinkel β einem Einfallswinkel „α“ auf der Bildebene 20, wenn kein optisches Element zwischen dem Abtastspiegel 91 und einer Bildebene 20 angeordnet ist. Eine Größe des abgetasteten Bildes für eine bestimmte Projektionsentfernung ist daher unerwünscht durch den Drehwinkel β/2 des Abtastspiegels 91 definiert. Um einen großen Bildschirm für eine kurze Entfernung zu erhalten, wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel daher ein optisches System (eine konkave Linse oder ein konvexer Spiegel) zwischen dem in 14 gezeigten Abtastspiegel 91 und der Windschutzscheibe, die die Projektionsfläche darstellt, vorgesehen (aber nicht abgebildet), sodass die oben beschriebene Abtastamplitude erhöht wird.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Entfernung vom Betrachter zum Bild kurz, weil das Bild mit der vom Betrachter betrachteten Vordergrundansicht überlagert ist, und daher ist es notwendig, einen Bildanzeigebereich in horizontaler Richtung größer als in vertikaler Richtung einzustellen. Dementsprechend haben die Erfinder und andere durch praktische Messungen einen optimalen Wert einer Bildanzeigebreite erreicht, wobei für den festen Abstand vom Fahrer, der der Betrachter ist, zum unteren Teil der Windschutzscheibe 1,2 m bestimmt wurden. Die Erfinder haben herausgefunden, dass es notwendig ist, den Anzeigebereich in horizontaler Richtung gleich oder größer als 30 Zoll einzustellen, um die Links-/Rechtskurve des gefahrenen Autos mit Hilfe eines Pfeils entsprechend dem Drehwinkel der Lenkung anzuzeigen, und sie haben herausgefunden, dass eine günstigere Bildanzeige erreicht wird, wenn die Anzeige einen Anzeigebereich von über 40 Zoll hat.
Auf der anderen Seite haben die Erfinder und andere herausgefunden, dass eine klare Anzeige erreicht wird, wenn der Anzeigebereich in vertikaler Richtung 10 Zoll beträgt. Außerdem ist es zwar notwendig, den Anzeigebereich auf etwa 20 Zoll zu erhöhen, um die visuelle Erkennung für die Anzeige zu verbessern, aber die Erfinder und andere haben verifiziert, dass ein Bild, das auf praktischer Ebene ausreichend ist, erzielt wird, wenn eine Obergrenze auf 15 Zoll gesetzt wird, da die Erhöhung der Amplitude in vertikaler Richtung die Verringerung der Amplitude in horizontaler Richtung beim Fahren der MEMS erfordert.
Als nächstes wird ein erster Abtastzustand des Laserlichts beschrieben, das die Bildebene im vorliegenden Ausführungsbeispiel abtastet.
17 zeigt den ersten Abtastzustand des in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel von der optischen Abtasteinheit emittierten Laserlichts. Wie oben beschrieben, wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel hinsichtlich des Abtastbereichs (Amplitude) der optischen Abtasteinheit ein Amplitudenwinkel in horizontaler Richtung auf das Doppelte oder mehr als ein Amplitudenwinkel in vertikaler Richtung eingestellt, sodass der Bildanzeigebereich in horizontaler Richtung größer als der in vertikaler Richtung ist. Die Größe des Laserlichts auf der Windschutzscheibe wird auf ein Pixel eingestellt, die Windschutzscheibe wird in horizontaler Richtung mit dem Laserlicht 301 von links nach rechts abgetastet und dann von rechts nach links abgetastet, nachdem eine abgetastete Linie um ein Pixel nach unten bewegt wurde. Das Bezugszeichen 302 zeigt die Abtastspur der ersten Abtasteinheit an. Die Bildfrequenz, mit der das Bild geschaltet wird, kann bei einer Fahrgeschwindigkeit des Autos von 40 km/h 1/60 Hz betragen. Durch die Einstellung der Bildfrequenz auf 1/120 Hz bei einer Fahrgeschwindigkeit von 100 km/h wird jedoch die Umschaltgeschwindigkeit des Anzeigebildes entsprechend der Fahrgeschwindigkeit des Autos erhöht, sodass eine optimale Anzeige erreicht wird.
In diesem Fall hat die optische Abtasteinheit im vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie in Ausdruck (3) gezeigt, einen im Wesentlichen konstanten Wert „A“ als Produkt einer Bildfrequenz „F“, einer horizontalen Polarisationsfrequenz „fh“ und einer vertikalen Polarisationsfrequenz „fv“. Daher wird die Bildfrequenz auf der Grundlage der Fahrgeschwindigkeitsinformationen des Autos, die von der in 1 gezeigten Fahrassistenz-ECU 62 erfasst werden, so geändert, dass die horizontale Polarisationsfrequenz verringert wird und der Polarisationswinkel auf der Grundlage des Ausdrucks (3) proportional verringert wird.
[Numerischer Ausdruck 3] $A = F (fh \times fv)$
Daher ist zwar die Größe der Bildanzeige in horizontaler Richtung so klein wie der Bildanzeigebereich, aber es kann eine Informationsanzeigevorrichtung erhalten werden, deren Benutzung nicht unbequem ist, da ein Sichtfeld des Fahrers bei hoher Fahrgeschwindigkeit eingeschränkt ist.
Im ersten Abtastzustand im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein einfarbiges Laserlicht von drei Farben (rot (635 nm), grün (532 nm) und blau (460 nm)), wie in 18 gezeigt, verwendet. 20 zeigt die Ergebnisse der Umwandlung der Farbart im Fall von einfarbigem Licht und einem Synthesefall, der in Kombination der Farben in Koordinaten auf der in 19 gezeigten Farbtafel erfasst wurde, und zeigt, dass eine ausreichende Helligkeit erreicht wurde, während ein Anzeigefarbbereich eines NTSC-Modus abgedeckt wird, da die chromatische Reinheit jeder einzelnen Farbe ausgezeichnet ist.
Ferner bewirkt die Mischung von Licht unterschiedlicher Farben zum Zeitpunkt der Emission jeder einzelnen Farbe, wie etwa das Farbmischlicht bei einer 100 %igen Emission des blauen Laserlichts gemischt mit 10 % der maximalen Lichtemission des grünen Lichts bei gleichzeitiger 5 %igen maximalen Lichtemission des roten Lichts eine Farbe, die der blauen Farbe entspricht, und bewirkt eine Helligkeit, die doppelt so viel oder mehr beträgt. Wie oben beschrieben, wurde auch herausgefunden, dass die Abtasteinheit des Modus der vorliegenden Anwendung die Helligkeit des virtuellen einfarbigen Lichts weiter verbessern kann, indem sie eine Mischung des verschiedenfarbigen Laserlichts anstelle des einfarbigen Laserlichts verwendet.
Als nächstes wird ein zweiter Abtastzustand des Laserlichts beschrieben, das die Bildebene im vorliegenden Ausführungsbeispiel abtastet.
21 zeigt den zweiten Abtastzustand des im vorliegenden Ausführungsbeispiel von der optischen Abtasteinheit emittierten Laserlichts . Ein Unterschied zum ersten Abtastzustand besteht darin, dass mehrere optische Abtasteinheiten, d. h. zwei optische Abtasteinheiten, die die erste Abtasteinheit und die zweite Abtasteinheit in 21 sind, angeordnet sind. Hinsichtlich des Abtastbereichs (Amplitude) der ersten Abtasteinheit wird der Amplitudenwinkel in horizontaler Richtung auf das Doppelte oder mehr des Amplitudenwinkels in vertikaler Richtung eingestellt, sodass der Bildanzeigebereich in horizontaler Richtung größer als in vertikaler Richtung ist. Die Größe des Laserlichts 301 auf der Windschutzscheibe wird auf ein Pixel eingestellt, die Windschutzscheibe wird in horizontaler Richtung mit einem Strahl abgetastet; mit anderen Worten wird sie entlang einer in 21 in durchgezogener Linie gezeigten Spur von links nach rechts und dann von rechts nach links abgetastet, nachdem eine abgetastete Linie um ein Pixel nach unten bewegt wurde. Das Bezugszeichen 302 zeigt die Abtastspur der ersten Abtasteinheit an.
Hinsichtlich des Abtastbereichs (Amplitude) der zweiten Abtasteinheit hingegen wird der Amplitudenwinkel, ähnlich wie bei der ersten Abtasteinheit, in horizontaler Richtung auf das Doppelte oder mehr des Amplitudenwinkels in vertikaler Richtung eingestellt, sodass der Bildanzeigebereich in horizontaler Richtung größer als in vertikaler Richtung ist. Die Größe des Laserlichts 303 auf der Windschutzscheibe wird auf ein Pixel eingestellt, die Windschutzscheibe wird in horizontaler Richtung mit einem Strahl abgetastet; mit anderen Worten wird sie entlang einer in 21 mit einer gestrichelten Linie gezeigten Spur von rechts nach links und dann von links nach rechts abgetastet, nachdem eine abgetastete Linie um ein Pixel nach unten bewegt wurde. Es ist zu beachten, dass 21 einen Zustand zeigt, in dem das Laserlicht 303 beim letzten Pixel in der untersten Linie ankommt. Das von der zweiten Abtasteinheit durchgeführte Abtasten kann von oben nach unten oder von unten nach oben erfolgen. Das Bezugszeichen 304 zeigt eine Abtastspur der zweiten Abtasteinheit an. In diesem Fall wird ein Bild eines nächsten Einzelbildes so angezeigt, dass die Anzeige eines nächsten Einzelbildes des von der ersten Abtasteinheit angezeigten Einzelbildes um fast 1/2 Einzelbild verschoben ist.
Als Ergebnis haben die Erfinder herausgefunden, dass die Bildfrequenz praktisch doppelt so hoch sein kann. Ferner wird in der ersten Abtasteinheit im zweiten Abtastzustand ein einfarbiges Laserlicht von drei Farben verwendet, die rot (635 nm), grün (532 nm) und blau (460 nm) sind, wie in 22 gezeigt. Und, wenn in der zweiten Abtasteinheit einfarbiges Laserlicht von drei Farben verwendet wird, die rot (645 nm), grün (515 nm) und blau (450 nm) sind, wie in 22 gezeigt, können auch Flecke reduziert werden. Und hinsichtlich der Farbart im Fall von einfarbigem Licht und einem Synthesefall, der in Kombination der Farben erreicht wurde, wurde eine ausreichende Helligkeit erreicht, während der Anzeigefarbbereich des NTSC-Modus abgedeckt wird, da eine chromatische Reinheit jeder einzelnen Farbe der Laserlichtquelle, die die beiden Abtasteinheiten konfiguriert, ausgezeichnet ist, wie in 23 gezeigt.
Die Mischung des verschiedenfarbigen Lichts zum Zeitpunkt der einfarbigen Lichtemission von jeder der ersten Abtasteinheit (nachfolgend als (1) bezeichnet) und der zweiten Abtasteinheit (nachfolgend als (2) bezeichnet), wie etwa das Farbmischlicht, verursacht eine Farbe, die der blauen Farbe entspricht, und verursacht eine Helligkeit, die mindestens doppelt so hell ist wie das nicht-gemischtfarbige Licht, wobei das Farbmischlicht in einem Fall von 100 % Emission des blauen Laserlichts (1) und (2) von den beiden Abtasteinheiten gemischt mit 5 % der maximalen Lichtemission des grünen Lichts (1) gleichzeitig mit 10 % der maximalen Lichtemission des grünen Lichts (2) und 5 % der maximalen Lichtemission des roten Lichts (1) erzeugt wird.
Wie oben beschrieben, wurde herausgefunden, dass das vorliegende Ausführungsbeispiel die Helligkeit des virtuellen einfarbigen Lichts weiter verbessern kann, indem sie die Mischung des verschiedenfarbigen Laserlichts anstelle des einfarbigen Laserlichts verwendet, auch wenn die Vielzahl von Abtasteinheiten überlagernd eingesetzt wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde die Wirkung des Falles der gleichzeitigen Verwendung der beiden Abtasteinheiten beschrieben. Es ist jedoch unnötig zu sagen, dass die gleichzeitige Verwendung von drei oder mehr Abtasteinheiten die Bildfrequenz praktisch erhöhen kann, und auch Fleckenrauschen kann durch die Verwendung und die Überlagerung des Laserlichts mit unterschiedlichen Wellenlängen für die jeweiligen Abtasteinheiten deutlich reduziert werden. Die Helligkeit kann ebenfalls verbessert werden, ohne dass die einfarbige Farbart, wie oben beschrieben, verloren geht.
Anschließend wird eine spezifischere Konfiguration der Anzeige unter Verwendung der Armaturentafel, die die oben beschriebene Informationsanzeigevorrichtung ist, beschrieben.
Die in 1 gezeigte Armaturentafel 42 ist auf einem inneren radialen Teil der Lenkeinheit 43 angeordnet, und daher verursacht das angezeigte Bild die größte Bewegung der Blickrichtung des Fahrers, der der Betrachter ist. Daher werden, außer beim automatischen Fahren des Autos unter Verwendung des automatischen Fahrmodus, Informationen mit geringer Dringlichkeit angezeigt. Wenn die oben beschriebene Beobachtungskamera 210 erfasst, dass die Blickrichtung des Fahrers das Anzeigebild ändert, können dem Fahrer viele Bildinformationen effektiv angezeigt werden.
Um die Vorrichtung dünner zu gestalten, wird eine Flüssigkristalltafel als Armaturentafel verwendet. Eine gekrümmte Oberfläche kann als wichtige Überlegung für die Innenausstattung des Autos verwendet werden. Wenn der Anzeigeinhalt mit hoher Geschwindigkeit umgeschaltet wird, sodass die Anzeigegeschwindigkeit 120 Hz, d. h. die doppelte Bildfrequenz (60 Hz), oder 240 Hz, d. h. die vierfache Bildfrequenz, beträgt, wird eine Echtzeitanzeige der Bildinformationen oder anderer von der Beobachtungskamera außerhalb des Fahrzeugs erzielt.
Die oben beschriebene Informationsanzeigevorrichtung hat den Bildanzeigebereich 1(a), den Bildanzeigebereich 2 (a) und den Bildanzeigebereich 3(a) als drei Arten von Informationsanzeigepositionen, wie in 3 dargestellt. Andererseits wird zum Beispiel die in 1 und 2 dargestellte Beobachtungskamera 210 als Sensor für die Betrachtung der Bewegung der Blickrichtung des Fahrers, der der Betrachter ist, verwendet. Auf diese Weise werden als Reaktion auf die Informationen über die Bewegung der Blickrichtung des Betrachters und die Geschwindigkeit des Autos die jeweiligen Bilder, die an den drei Arten der Informationsanzeigepositionen angezeigt werden, in Kombination für eine optimale Position, Zeit und angezeigten Inhalt angezeigt, sodass die für die sichere Fahrassistenz wirksame Informationsanzeigevorrichtung bereitgestellt werden kann. So wird beispielsweise die Steuerung für die Änderung der Informationsanzeigepositionen in einer Abbiegerichtung oder andere in Übereinstimmung mit der Bewegung der Blickrichtung des Betrachters zum Zeitpunkt des Abbiegens durchgeführt.
Wenn die Anzeigemittelpunkte der oben beschriebenen drei Informationsanzeigepositionen in der Nähe einer Linie angeordnet sind, die eine Rotationsmittelachse der Lenkeinheit einschließt, werden die Bewegungen der Blickrichtung des Fahrers, der der Betrachter ist, nach rechts und links in horizontaler Richtung einander angeglichen, sodass ein Effekt, der die Müdigkeit beim Fahren unterdrückt und ein Effekt, der die Bewegung der Blickrichtung minimiert, erzielt werden können.
Vorstehend wurden die Informationsanzeigevorrichtungen gemäß den verschiedenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt und umfasst verschiedene Modifikationsbeispiele. Zum Beispiel wurde in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen das gesamte System ausführlich erklärt, um die vorliegende Erfindung leicht verständlich zu machen, und die Ausführungsbeispiele sind nicht immer auf das oben beschriebene System mit allen Strukturen beschränkt. Auch kann ein Teil der Struktur eines Ausführungsbeispiels durch die Struktur eines anderen Ausführungsbeispiels ersetzt werden, und außerdem kann die Struktur eines anderen Ausführungsbeispiels zur Struktur eines Ausführungsbeispiels hinzugefügt werden. Darüber hinaus kann eine andere Struktur zu einem Teil der Struktur jedes Ausführungsbeispiels hinzugefügt/davon entfernt/durch einen Teil der Struktur jedes Ausführungsbeispiels ersetzt werden.
Bezugszeichenliste
1 ... Konkavspiegel, 1a ... Konkavspiegel-Stützeinheit, 2 und 3 ... optisches Element (Linse), 4 ... Bildanzeigevorrichtung, 6 ... Projektion empfangendes Element (Windschutzscheibe), 8 ... Eyebox (Augen des Betrachters), 10 ... Gegenlichtquelle, 20 ... Anzeigefläche, 41 ... Öffnung, 42 ... Armaturentafel, 43 ... Lenkeinheit, 44 ... Windschutzscheibenabdeckung, 45 ... Fahrzeugkörper, 50 ... Sonne, 51, 52 und 53 ... Raumabtasteinrichtung, 531 ... Umwandlungsvorrichtung, 60 ... Lichtquelle, 61 ... optisches Kondensatorelement, 65 ... Lichtsammlungslinsenelement, 64 ... Lichtempfangseinheit, 80 ... Erfassungseinheit, 91 .. Abtastspiegel, 100 ... HUD-Vorrichtung, 101 ... Auto, 201 ... Pixel, 202 ... Abtastspur des Laserlichts, 210 ... Beobachtungskamera, 220 ... optischer Projektionsapparat, 301 ... Laserlicht von der ersten Abtasteinheit, 302 ... Abtastspur der ersten Abtasteinheit, 303 ... Laserlicht von der zweiten Abtasteinheit, 304 ... Abtastspur der zweiten Abtasteinheit, 1(a), 2 (a), 3 (a), 1 (b), 2 (b) und 3 (b) ... Bildanzeigebereich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2015194707 [0003]

Claims

Informationsanzeigevorrichtung, die Informationen auf einem Fahrzeug anzeigt, umfassend: eine Informationsanzeigevorrichtung, die dazu eingerichtet ist, Bildinformationen auf einem Bildanzeigebereich in einem Teil vor dem Fahrersitz des Fahrzeugs anzuzeigen; und eine Raumabtasteinrichtung, die dazu eingerichtet ist, Positionsinformationen von Instruktionen von einem Fahrer in einem räumlichen Bereich zwischen dem Fahrersitz und dem angezeigten Bildanzeigebereich zu detektieren, wobei die Informationsanzeigevorrichtung eine Einrichtung umfasst, die dazu eingerichtet ist, die Instruktion des Fahrers auf dem Bildanzeigebereich im vorderen Teil als Reaktion auf die Positionsinformationen der Instruktion des Fahrers, die durch die Raumabtasteinrichtung detektiert werden, anzuzeigen.
Informationsanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Informationsanzeigevorrichtung ein optisches System mit virtuellem Bild umfasst, das dazu eingerichtet ist, ein virtuelles Bild auf dem vorderen Teil des Fahrzeugs anzuzeigen, indem es der Windschutzscheibe erlaubt, von der Bildanzeigevorrichtung emittiertes Licht zu reflektieren.
Informationsanzeigevorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Informationsanzeigevorrichtung auf einem Armaturenbrett zwischen der Windschutzscheibe und dem Fahrersitz angeordnet ist.
Informationsanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Informationsanzeigevorrichtung ein optisches System mit praktischem Bild umfasst, das dazu eingerichtet ist, ein praktisches Bild anzuzeigen, indem es die Windschutzscheibe des Fahrzeugs mit von der Informationsanzeigevorrichtung emittiertem Licht abtastet.
Informationsanzeigevorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Informationsanzeigevorrichtung auf einem Armaturenbrett zwischen der Windschutzscheibe und dem Fahrersitz angeordnet ist.
Informationsanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Informationsanzeigevorrichtung eine Bildanzeigevorrichtung vom Typ Direktansicht unter Verwendung einer Armaturentafel des Fahrzeugs umfasst.
Informationsanzeigevorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Informationsanzeigevorrichtung zwischen der Armaturentafel und dem Fahrersitz angeordnet ist.
Raumabtasteinrichtung zum Realisieren der Informationsanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Vielzahl von einem Paar optischer Elemente, die aus einem lichtemittierenden Element und einem lichtsammelnden Linsenelement hergestellt sind, linear angeordnet ist, wobei das lichtemittierende Element einen kollimierten Lichtstrom aus einem von einer Lichtquelle emittierten Lichtstrom erzeugt und das lichtsammelnde Linsenelement einen reflektierten Lichtstrom des Lichtstroms von dem lichtemittierenden Element empfängt, wobei der reflektierte Lichtstrom an Hindernissen reflektiert wird.
Raumabtasteinrichtung für die Informationsanzeigevorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Vielzahl des Paares von optischen Elementen zwischen der Windschutzscheibe und dem Fahrersitz in einer horizontalen Richtung angeordnet ist, die neben einer Richtung liegt, die orthogonal zu einer Richtung vom Fahrersitz zur Windschutzscheiben ist.
Raumabtasteinrichtung für die Informationsanzeigevorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Vielzahl des Paares von optischen Elementen entlang mindestens einer Seite der Armaturentafel des Fahrzeugs angeordnet ist.