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[Technisches Gebiet]
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung und eine Head-up-Display-Vorrichtung.
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[Technischer Hintergrund]
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Als bisherige Head-up-Display-Vorrichtungen sind solche anzuführen, wie z. B. in den Patentdokumenten 1 und 2 beschrieben. Es handelt sich dabei um eine Head-up-Display-Vorrichtung mit einem Anzeigegerät zur Ausstrahlung eines Anzeigelichts, einem Spiegel zur Reflexion des Anzeigelichts, einem Gehäuse mit einer Öffnung zum Durchlassen des Anzeigelichts und einem Abdeckglas zum Verschluss der Öffnung, wobei das von der Öffnung ausgestrahlte Anzeigelicht zu der Frontscheibe eines Fahrzeugs hin projiziert und das auf dem Anzeigegerät angezeigte Bild als virtuelles Bild vom Fahrer visuell erkannt wird.
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Das Abdeckglas wird derart ausgebildet, dass eine transparente Flachplatte z. B. aus einem Acrylharz oder Polycarbonatharz unter Biegung an der Öffnung angeklebt wird. Dabei wirkt die Biegung als Blendlichtfalle und verringert somit die Gefahr, dass das Licht (im Wesentlichen Sonnenlicht), das von der Außenseite des Fahrzeugs durch die Frontscheibe hindurch in das Fahrzeuginnere einfällt, in Blickrichtung des Fahrers reflektiert wird.
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[Dokument zum Stand der Technik]
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[Patentdokumente]
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- Patentdokument 1: JP 2018-054715 A
- Patentdokument 2: WO 2017/195741 A
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[Zusammenfassung der Erfindung]
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[Zu lösende Aufgabe der Erfindung]
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Bei der obengenannten Head-up-Display-Vorrichtung schwankt die Leuchtdichte des durch den Fahrer visuell erkannten Anzeigebildes jedoch stark je nach Strahlengang, wenn sich auf dem Anzeigestrahlengang Transmissionsbauteile befinden.
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Unter Berücksichtigung des obigen Sachverhalts besteht das Ziel der vorliegenden Erfindung darin, eine Anzeigevorrichtung und eine Head-up-Display-Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, bei denen die Gleichmäßigkeit der Anzeigebildleuchtdichte erhöht ist.
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[Mittel zum Lösen der Aufgabe]
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Zum Erreichen des obengenannten Ziels ist die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung mit
einem Beleuchtungsmittel, das Lichtquellen aufweist und ein Beleuchtungslicht ausstrahlt,
einem Anzeigemittel zur Anzeige eines Bildes, bei dem das Bild mit dem Beleuchtungslicht beleuchtet und damit ein Anzeigelicht ausgestrahlt wird,
einem Steuermittel zur Steuerung der Beleuchtungsstärke des Beleuchtungsmittels und der Anzeige des Anzeigemittels,
einem Gehäuse zur Aufnahme des Anzeigemittels und des Beleuchtungsmittels, das eine Öffnung zum Durchlassen des Anzeigelichts aufweist, und
einem optischen System, an dem mindestens eine von der Reflexion und Transmission an mindestens einer Stelle im Anzeigelichtstrahlengang erfolgt und das Anzeigelicht, das dieser unterworfen wurde, projiziert wird,
versehen, wobei
das optische System in der Projektionsrichtung des Anzeigelichts eine bestimmte Dämpfungsfaktorverteilung für sichtbares Licht aufweist,
die Dämpfungsfaktorverteilung zur Anzeigelichtsachse nicht punktsymmetrisch ist, und das Beleuchtungsmittel das Beleuchtungslicht als Beleuchtungslichtachse ausstrahlt, die einen bestimmten Winkel zur Anzeigelichtsachse aufweist, um die Gleichmäßigkeit der Anzeigebildleuchtdichte zu erhöhen.
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Zum Erreichen des obengenannten Ziels ist ferner die erfindungsgemäße Head-up-Display-Vorrichtung eine Head-up-Display-Vorrichtung, bei der ein Fahrzeuginformationen umfassendes Bild als Anzeigelicht ausgestrahlt und auf ein Transmission-Reflexion-Bauteil eines Fahrzeugs projiziert wird, um den Insassen des Fahrzeugs die Fahrzeuginformationen zur Verfügung zu stellen,
wobei die Head-up-Display-Vorrichtung mit
einem Beleuchtungsmittel, das Lichtquellen aufweist und ein Beleuchtungslicht ausstrahlt,
einem Anzeigemittel zur Anzeige des Bildes, bei dem das Bild mit dem Beleuchtungslicht beleuchtet und damit das Anzeigelicht ausgestrahlt wird,
einem Steuermittel zur Steuerung der Beleuchtungsstärke des Beleuchtungsmittels und der Anzeige des Anzeigemittels,
einem optischen System, an dem sowohl die Reflexion als auch die Transmission an mindestens einer Stelle im Anzeigelichtstrahlengang erfolgt, um den Fahrzeuginsassen das Anzeigelicht zur Verfügung zu stellen,
einem Gehäuse zur Aufnahme des Anzeigemittels, des Beleuchtungsmittels und des optischen Systems, das eine Öffnung zum Durchlassen des Anzeigelichts aufweist, und einem Abdeckglas, das aus einem transparenten Substrat mit gleichmäßiger Dicke gebildet ist, die Öffnung verschließt, das Anzeigelicht durchlässt und einen Teil des optischen Systems ausbildet,
versehen ist, wobei
das optische System in der Projektionsrichtung des Anzeigelichts eine bestimmte Dämpfungsfaktorverteilung für sichtbares Licht aufweist,
die Dämpfungsfaktorverteilung zur Anzeigelichtsachse nicht punktsymmetrisch ist, und das Beleuchtungsmittel das Beleuchtungslicht als Beleuchtungslichtachse ausstrahlt, die einen bestimmten Winkel zur Anzeigelichtsachse aufweist, um die Gleichmäßigkeit der Anzeigebildleuchtdichte zu erhöhen.
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Durch die Anzeigevorrichtung und die Head-up-Display-Vorrichtung wird die Erhöhung der Gleichmäßigkeit der Anzeigebildleuchtdichte erzielt.
Die Anzeigebildleuchtdichte bezeichnet einen Wert der Leuchtdichte des von einem Blickpunkt aus visuell erkannten Anzeigebildes.
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Bei der Gleichmäßigkeit der Anzeigebildleuchtdichte handelt es sich um einen Indikator zur Darstellung des Schwankungsgrads der Leuchtdichte des Anzeigebildes, gemessen an mehreren Blickpunkten, von denen aus das Anzeigebild visuell erkennbar ist. Wenn die zentrale Bildelementleuchtdichte des Anzeigebildes z. B. von 9 Blickpunkten aus gemessen wird, wird die Gleichmäßigkeit durch das Verhältnis des minimalen Wertes zum maximalen Wert in den Leuchtdichtedaten definiert. Im Allgemeinen werden die Blickpunkte punktsymmetrisch vorgesehen, aber in Hinblick auf die Produkteigenschaften kann die Messung auch konzentrisch in einer Zone erfolgen, in der die Gleichmäßigkeit für wichtig gehalten wird. Unter Berücksichtigung der Produkteigenschaften kann das Objekt für das Verhältnis beliebig bestimmt werden.
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Der Dämpfungsfaktor für Licht bezeichnet das Verhältnis zwischen der Energie vor der Reflexion/Transmission des Lichts und der Energie nach der Reflexion/Transmission des Lichts.
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[Vorteile der Erfindung]
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Erfindungsgemäß werden eine Anzeigevorrichtung und eine Head-up-Display-Vorrichtung zur Verfügung gestellt, bei denen die Gleichmäßigkeit der Anzeigebildleuchtdichte erhöht ist.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine Ansicht eines Zustands, in dem eine Head-up-Display-Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform in einem Fahrzeug eingebaut ist.
- 2 zeigt einen Querschnitt eines Head-up-Displays 10 gemäß der ersten Ausführungsform.
- 3 zeigt einen Querschnitt einer Projektionsbildanzeigeeinheit 21.
- 4 zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Einfallswinkelcharakteristik der Lichtdurchlässigkeit eines Abdeckglases 33.
- 5 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Lichtdurchlässigkeitsverteilung in der Projektionsrichtung des Abdeckglases 33.
- 6 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Beleuchtungsstärkeverteilung der Projektionsbildanzeigeeinheit 21.
- 7 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Anzeigebildleuchtdichteverteilung des Head-up-Displays 100.
- 8 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Anzeigebildleuchtdichteverteilung des Head-up-Displays 10 und des Head-up-Displays 100.
- 9 zeigt einen Querschnitt eines Head-up-Displays 10a.
- 10 zeigt Ansichten zur Darstellung von Beispielen eines Beleuchtungsmittels und eines Anzeigemittels, in denen der Beleuchtungslichtsachse-Ausfallswinkel θ angewandt wird.
- 11 zeigt Ansichten zur Darstellung von Beispielen eines Beleuchtungsmittels und eines Anzeigemittels, in denen der Beleuchtungslichtsachse-Ausfallswinkel θ angewandt wird.
- 12 zeigt einen Querschnitt des Head-up-Displays 100.
- 13 zeigt eine Ansicht zur Darstellung eines Variantenbeispiels des Verfahrens zur Messung der Anzeigebildleuchtdichte.
- 14 zeigt eine Ansicht zur Darstellung eines Beispiels eines Beleuchtungsmittels und eines Anzeigemittels, in dem der Beleuchtungslichtsachse-Ausfallswinkel θ angewandt wird.
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[Ausführungsform der Erfindung]
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Im Folgenden werden die Anzeigevorrichtung und die Head-up-Display-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung als Ausführungsform und Variantenbeispiele angeführt und anhand der beiliegenden Figuren in folgender Reihenfolge erläutert.
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- 1. Erste Ausführungsform
- 1-1. Erläuterung der Struktur
- 1-2. Einstellung des bestimmten Winkels
- 2. Variantenbeispiele
- 2-1. Erstes Variantenbeispiel
- 2-2. Variantenbeispiele des Beleuchtungsmittels und des Anzeigemittels
- 2-3. Weitere Variantenbeispiele
- 3. Beispiele der Vorteile
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[Erste Ausführungsform]
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<Erläuterung der Struktur>
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Wie in 1 dargestellt, wird ein Head-up-Display 10 (Anzeigevorrichtung, Head-up-Display-Vorrichtung) im Inneren eines Armaturenbretts unterhalb einer Frontscheibe 2 eines Fahrzeugs 1 angeordnet. Durch das Head-up-Display 10 wird ein Anzeigelicht L ausgestrahlt und auf die Frontscheibe 2 projiziert. Das Anzeigelicht L wird durch ein Beleuchtungsmittel und ein Anzeigemittel im Head-up-Display 10 erzeugt. Das erzeugte Anzeigelicht L wird über ein optisches System (Kaltlichtspiegel 31, Hohlspiegel 32, Abdeckglas 33) geleitet und von einer Öffnung eines Gehäuses 50 aus ausgestrahlt. Ein Fahrzeuginsasse (Benutzer) erkennt von einem Blickpunkt EP aus in einer Eyebox EB, die eine obere Kante T, untere Kante B, rechte Kante und linke Kante aufweist, visuell das auf der Frontscheibe 2 reflektierte Anzeigelicht L (den den Blickpunkt EP erreichenden Lichtstrahl von den später erwähnten ersten und zweiten Anzeigelichtstrahlen) und kann somit einige Meter entfernt vom Blickpunkt ein schwebendes rechteckiges Anzeigebild V sehen. Im Anzeigebild V werden Informationen, z. B. Fahrzeuginformationen, wie Geschwindigkeit, Motordrehzahl usw., Routenführungen, wie Turn-by-Turn-Navigation, Landkarte usw., Warnzeichen, wie Totwinkelanzeige, Warnung vor einer Geschwindigkeitsüberschreitung usw. angezeigt, bei denen eine hohe Notwendigkeit darin besteht, dass die Aufmerksamkeit des Fahrzeuginsassen (des Benutzers) darauf gelenkt wird. Dadurch wird eine Fahrumgebung bereitgestellt, in der die Notwendigkeit der Blickpunktverschiebung und der Einstellung der Augenbrennweite verringert ist. Das Anzeigebild V umfasst neben den Schriftzeichen und Icons zur Darstellung dieser Informationen auch den Hintergrundteil, der von der Ebene des Fahrzeuginsassen aus gesehen rechteckig ausgebildet ist.
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Die Struktur des Head-up-Displays 10 wird anhand der 2 dargestellt. Das Head-up-Display 10 ist mit einer Projektionsbildanzeigeeinheit 21, einem Schirm 22, einem Kaltlichtspiegel 31, einem Hohlspiegel 32, einem Abdeckglas 33, einem Steuermittel 40 und einem Gehäuse 50 versehen.
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Die Struktur der Projektionsbildanzeigeeinheit 21 wird anhand der 3 erläutert. Die Projektionsbildanzeigeeinheit 21 strahlt entsprechend dem feld-sequenziellen System das Beleuchtungslicht aus und weist eine rote Lichtquelle 21r, eine grüne Lichtquelle 21g, eine blaue Lichtquelle 21b, dichroitische Spiegel 21m, einen DMD 21d, ein Prisma 21p und eine Projektionslinse 21s auf.
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Die rote Lichtquelle 21r, die grüne Lichtquelle 21g und die blaue Lichtquelle 21b sind aus Leuchtdioden der einzelnen Farben ausgebildet und werden entsprechend dem Signal, das von dem elektrisch verbundenen Steuermittel 40 gesendet wird, der Reihe nach aktiviert. Von den aktivierten Lichtquellen werden die Lichtstrahlen der einzelnen Farben zu den dichroitischen Spiegeln 21m hin ausgestrahlt, die in dieser Figur jeweils oberhalb der einzelnen Lichtquellen angeordnet sind. Die Lichtquellen können nicht nur aus Leuchtdioden der einzelnen Farben, sondern auch aus weißen Leuchtdioden ausgebildet sein, an denen durchlässige Farbfilter der einzelnen Farben in Ausstrahlungsrichtung vorgesehen sind, bzw. ein durchlässiger Drehfarbfilter vorgesehen ist, auf dessen Außenrand die einzelnen Farben gleichmäßig aufgetragen sind. Bei den Lichtquellen handelt es sich um das Beleuchtungsmittel. Die einzelnen Farbkomponenten stellen einen Teil des Anzeigemittels dar, und die einzelnen Bauteile der Projektionsbildanzeigeeinheit 21 und der Schirm 22 bilden das Anzeigemittel gemäß der vorliegenden Ausführungsform aus.
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Bei den dichroitischen Spiegeln 21m handelt es sich um Reflexion-Transmission-Bauteile, die die Lichtstrahlen im bestimmten Wellenlängenbereich durchlassen oder reflektieren können, wobei die Lichtstrahlen der einzelnen Farben zu dem DMD 21d hin durchgelassen/reflektiert werden.
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Beim DMD 21, also dem Mikrospiegelaktor („Digital Mirror Device“), handelt es sich um ein optisches Modulationselement, an dem sich der Winkel von auf der Einfallsebene matrixartig angereihten Mikrospiegeln entsprechend dem Steuersignal vom Steuermittel 40 ändert, um das Licht in eine bestimmte Richtung zu reflektieren. In der vorliegenden Ausführungsform werden entsprechend dem Winkel der Spiegel die Lichtstrahlen der einzelnen Farben, die durch die dichroitischen Spiegel 21m durchgelassen/reflektiert werden, in Richtung des Prismas 21p und in die anderen Richtungen, die die Anzeige des Anzeigebildes V nicht beeinflussen, reflektiert.
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Das Prisma 21p wird derart gehalten, dass es die auf das DMD 21d einfallenden Lichtstrahlen der einzelnen Farben durchlässt, aber die durch das DMD 21d reflektierten Lichtstrahlen der einzelnen Farben zu der Projektionslinse 21s hin reflektiert.
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Die Projektionslinse 21s ist aus mindestens einer Linse ausgebildet, durch die die durch das Prisma 21p reflektierten Lichtstrahlen als Beleuchtungslicht erweitert und ausgestrahlt werden.
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Das bedeutet, dass die Projektionsbildanzeigeeinheit 21 das Beleuchtungslicht erzeugt, indem die Lichtquellen der einzelnen Farben gemäß der obengenannten Struktur selektiv reflektiert werden. Das Beleuchtungslicht weist eine Richtcharakteristik auf. In der vorliegenden Ausführungsform wird insbesondere das Beleuchtungslicht zur Beleuchtung der unteren Kante, des Zentrums und der oberen Kante der Eyebox jeweils als der untere Kantenbeleuchtungslichtstrahl 110/ Zentralbeleuchtungslichtstrahl 120 (Beleuchtungslichtachse)/ obere Kantenbeleuchtungslichtstrahl 130 bezeichnet. Die Beleuchtungslichtachse bedeutet d. h. den Beleuchtungslichtstrahl im zentralen Teil in Projektionsrichtung des Beleuchtungslichtes.
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Beim Schirm 22 handelt es sich um einen durchsichtigen Schirm, der aus einem Mikrolinsen-Array, einer Diffusorplatte usw. ausgebildet werden kann und einem Bauteil zur diffusen Transmission nach dem Kaltlichtspiegel 31 entspricht. Der Schirm 22 wird mit dem Beleuchtungslicht beleuchtet und strahlt damit ein erstes Anzeigelicht aus. Insbesondere unter dem ersten Anzeigelicht werden die Anzeigelichtstrahlen unmittelbar nach der Ausstrahlung aus dem Schirm 22, die den Strahlengängen zur Verbindung der unteren Kante/ des Zentrums/ der oberen Kante des Anzeigebildes V mit der unteren Kante B/ dem Zentrum/ der oberen Kante T der Eyebox EB entsprechen, jeweils als der erste untere Kantenanzeigelichtstrahl 111/ erste Zentralanzeigelichtstrahl (Anzeigelichtachse) 121/ erste obere Kantenanzeigelichtstrahl 131 bezeichnet.
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Durch die Projektionsbildanzeigeeinheit 21, ausgenommen die Lichtquellen, und den Schirm 22 wird ein Bild angezeigt, wobei das Beleuchtungslicht aus den Lichtquellen ausgestrahlt und damit das Anzeigelicht L aus dem Schirm 22 emittiert wird.
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Der Kaltlichtspiegel 31 wird durch Aufdampfen oder dgl. von mehreren Interferenzschichten mit unterschiedlichen Membrandrücken auf einer Seite eines scheibenförmigen Glassubstrates gebildet und stellt ein Reflexionsbauteil dar, das ein Infrarotlicht durchlässt und mindestens ein sichtbares Licht reflektiert. Der Kaltlichtspiegel 31 wird durch ein später erwähntes Gehäuse 50 an einer solchen Stelle derart gehalten, dass er die ersten Anzeigelichtstrahlen zu dem Hohlspiegel 32 hin reflektiert.
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Beim Hohlspiegel 32 handelt es sich um ein Reflexionsbauteil, das die ersten Anzeigelichtstrahlen erweiternd zu der Öffnung (dem Abdeckglas 33) des Gehäuses 50 hin reflektiert.
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Als Abdeckglas 33 kann ein scheibenförmiges transparentes Kunstharzsubstrat mit gleichmäßiger Dicke angewandt werden, das z. B. aus Polymethylmethacrylat bzw. Polycarbonat ausgebildet werden kann. Das Abdeckglas 33 wird unter Biegung derart angeklebt, dass es die Öffnung des Gehäuses 50 verschließt. Das transparente Harzsubstrat weist eine Lichtdurchlässigkeit von 90 % oder mehr für die zur Fläche senkrechten Lichtstrahlen auf. Allerdings verringert sich die Lichtdurchlässigkeit, je mehr sich der Einfallswinkel vergrößert. Die Erfinder haben herausgefunden, dass dies eine der Ursachen für die ungleichmäßige Lichtdurchlässigkeitsverteilung ist. D. h. der Strahlengang des Anzeigelichts L, der zum Abdeckglas 33 einen größeren Einfallswinkel aufweist, zeigt eine reduzierte Lichtdurchlässigkeit, wodurch die Verringerung der Gleichmäßigkeit der Anzeigebildleuchtdichte verursacht wird.
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Der Einfallswinkel zwischen den einzelnen ersten Anzeigelichtstrahlen und dem Abdeckglas 33 werden jeweils als der untere Kantenlichtstrahlengang-Einfallswinkel 11a, der Zentrallichtstrahlengang-Einfallswinkel 12a und der obere Kantenlichtstrahlengang-Einfallswinkel 13a bezeichnet, wobei der untere Kantenlichtstrahlengang-Einfallswinkel 11a am kleinsten und der obere Kantenlichtstrahlengang-Einfallswinkel 13a am größten ist.
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Die ersten Anzeigelichtstrahlen werden durch das Abdeckglas 33 nach hinten des Fahrzeugs 1 mit einem Elevationswinkel durchgelassen, wodurch das Anzeigelicht L vom Head-up-Display ausgestrahlt wird. Das Anzeigelicht L unmittelbar nach dem Durchlassen wird als ein zweites Anzeigelicht bezeichnet. Insbesondere unter dem zweiten Anzeigelicht werden die Anzeigelichtstrahlen auf den verlängerten Linien des ersten unteren Kantenanzeigelichtstrahls, Zentralanzeigelichtstrahls und oberen Kantenanzeigelichtstrahls jeweils als der zweite untere Kantenanzeigelichtstrahl 112, zweite Zentralanzeigelichtstrahl 122 und zweite obere Kantenanzeigelichtstrahl 132 bezeichnet.
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Für das Steuermittel 40 kann ein Speicher, wie ein nicht dargestelltes ROM, RAM und dgl. zur Verwendung für Speicherzonen usw. bei der Aufnahme und Operation von bestimmten Programmen und verschiedenen Daten, eine CPU zur Rechenverarbeitung nach den bestimmten Programmen und ein Mikrocomputer mit Ein-/Ausgabe-Schnittstellen usw. angewandt werden. Durch das Steuermittel 40 wird das auf dem Anzeigemittel anzuzeigende Bild basierend auf der von der äußeren Bordeinheit empfangenen Fahrzeuginformationen erzeugt, die Anzeige des Anzeigemittels gesteuert bzw. die Beleuchtungsstärke des Beleuchtungsmittels gesteuert.
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Beim Gehäuse 50 handelt es sich um einen Aufnahmekörper, für den ein dunkelfarbiger Harzformling angewandt werden kann. Es weist eine Öffnung zur Ausstrahlung des Anzeigelichts L nach außen der Vorrichtung auf, wobei ein Abdeckglas 33 derart angeklebt ist, dass es diese Öffnung verschließt. In seinem Inneren sind eine Projektionsbildanzeigeeinheit 21, ein Schirm 22, ein Kaltlichtspiegel 31, ein Hohlspiegel 32 und ein Steuermittel 40 durch allgemein bekannte Maßnahme, wie Einpassen, Einrasten, Kleben mit Klebemitteln, Verschrauben oder dgl. fixiert, wie in 2 dargestellt. Eine Hintergrundbeleuchtungseinheit 21a ist mit einem Beleuchtungslichtachse-Ausfallswinkel θ angeordnet, der einen bestimmten Winkel zur später erwähnten Anzeigelichtachse 121 aufweist.
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Das Verfahren zur Einstellung des bestimmten Winkels wird erläutert.
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<Einstellung des bestimmten Winkels>
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Zunächst wird die Lichtdurchlässigkeitsverteilung pro Strahlengang vom Anzeigelicht L bis auf die Eyebox EB ermittelt.
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Es wird hier angenommen, dass unter den Bauteilen zur Ausbildung der vorliegenden Ausführungsform nur das Abdeckglas 33 einen Einfluss auf die Lichtdurchlässigkeitsverteilung ausübt. Durch diese Annahme kann die Erläuterung vereinfacht werden. In Wirklichkeit lässt auch der Schirm 22 das Anzeigelicht L durch und sollte eigentlich in Betracht gezogen werden. Zur Vereinfachung der Erläuterung wird außerdem angenommen, dass die Reflexionsgrade der einzelnen Reflexionsbauteile, einschließlich der Frontscheibe 2, gleichmäßig sind und die einzelnen optischen Bauteile keine Neigung nach rechts und links des Fahrzeugs 1 aufweisen. Dies bedeutet, dass die Zu- und Abnahme der Lichtdurchlässigkeit im Strahlengang nur an der Querschnittsrichtungskomponente der Anzeigelichtstrahlengangfläche in der Figur auftritt.
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Unter der Voraussetzung, die im vorhergehenden Absatz erläutert wurde, hängt die Lichtdurchlässigkeitsverteilung von der Lichtdurchlässigkeit des Abdeckglases 33 ab. Hierzu zeigt 4 die Einfallswinkelcharakteristik der Lichtdurchlässigkeit des Abdeckglases 33. Das Abdeckglas 33 weist eine nicht-punktsymmetrische Einfallswinkelcharakteristik auf, bei der seine Lichtdurchlässigkeit beim Einfallswinkel des Lichts von 0 Grad 90 % oder mehr beträgt und entsprechend der Vergrößerung des Einfallswinkels eintönig abnimmt.
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Um anschließend aus dieser Einfallswinkelcharakteristik die Lichtdurchlässigkeitsverteilung des Head-up-Displays 10 zur Positionskoordinate in vertikaler Richtung der Eyebox EB zu ermitteln, wird zuerst eine Einfallswinkelverteilung des Anzeigelichts L zum Abdeckglas 33 ermittelt, bei der die Abszisse das Verhältnis der Entfernung der vertikalen Komponente von der Mitte der Eyebox zeigt (wobei die Entfernung von der Mitte der Eyebox bis zu deren oberer/unterer Kante als 1 und die vertikale Aufwärtsrichtung als positiver Wert angenommen wird; im nachstehenden entspricht dies auch der Abszisse der Diagramme gemäß der vorliegenden Ausführungsform) und die Ordinate den Einfallswinkel zeigt, und aus der besagten Einfallswinkelcharakteristik ein Diagramm der Lichtdurchlässigkeitsverteilung bis zur Eyebox berechnet. Das berechnete Diagramm ist in 5 gezeigt.
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Anschließend wird die Beleuchtungsstärkeverteilung der Projektionsbildanzeigeeinheit 21 in 6 gezeigt. Die in 6 gezeigte Beleuchtungsstärkeverteilung entspricht einer Beleuchtungsstärkeverteilung im oberen und unteren Bereich in der durch die Mitte der Eyebox durchgehenden vertikalen Richtung bei der Anordnung nach der bisherigen Methode gemäß 12, wobei die Ordinate das Verhältnis der Beleuchtungsstärke darstellt, bei dem die maximale Beleuchtungsstärke 1 ist. Die Beleuchtungsstärkeverteilung weist eine Richtcharakteristik auf, bei der um die Beleuchtungslichtachse ein Höchstbeleuchtungsstärkepunkt vorliegt, und am äußeren Rand des Bestrahlungsbereichs die Beleuchtungsstärke erheblich verringert wird. Die gleiche Beleuchtungsstärkeverteilung bildet sich auch im rechten und linken Bereich in horizontaler Richtung von der Mitte der Eyebox EB aus. In der obengenannten Voraussetzung besteht jedoch keine Ungleichmäßigkeit der Lichtdurchlässigkeitsverteilung in Richtung nach rechts und links des Fahrzeugs, so dass an der horizontalen Richtungskomponente die maximale Gleichmäßigkeit dadurch erreicht wird, dass der Höchstbeleuchtungsstärkepunkt auf das Zentrum eingestellt wird.
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Hier wird die bisherige Methode anhand der 12 erläutert. Die Bauteile mit denselben Bezugszeichen wie in 2 sind dieselben Bauteile, so dass auf ihre ausführliche Erläuterung verzichtet wird. Beim Head-up-Display 100, das eine bisherige Anzeigevorrichtung ist, wird, anders als beim Head-up-Display 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die Projektionsbildanzeigeeinheit 21 an einer Stelle gehalten, an der die Anzeigelichtachse 121 mit der Beleuchtungslichtachse 120 übereinstimmt, und dadurch das Anzeigelicht L ausgestrahlt wird. 7 zeigt die Verteilung der Anzeigebildleuchtdichte in diesem Fall. Konkret zeigt die Ordinate die Leuchtdichten der von den einzelnen Blickpunkten EP visuell erkannten entsprechenden Objektpunkte des Anzeigebildes. Als Messverfahren werden an der oberen Kante/ dem Zentrum/ der unteren Kante der Blickpunkte EP jeweils die obere Kante/ das Zentrum/ die untere Kante des Anzeigebildes gemessen und die Werte dieser Leuchtdichten gezeigt. Auf diese Weise wird die bisherige Leuchtdichteverteilung durch Multiplizieren des Diagramms gemäß 5 mit dem Diagramm gemäß 6 gebildet. Nämlich, die Anzeigebildleuchtdichte an der oberen Kante der Eyebox EB, an der der Einfallswinkel zum Abdeckglas 33 scharf wird, ist beträchtlich niedriger als die Anzeigebildleuchtdichte an deren unterer Kante, so dass die Gleichmäßigkeit der Anzeigebildleuchtdichte verringert ist.
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Um zum vorliegenden Thema zurückzukommen, wird nun das Verfahren zur Einstellung des bestimmten Winkels des Head-up-Displays 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform erläutert.
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Am Head-up-Display 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit einer Struktur, die die Lichtdurchlässigkeitsverteilung und die Leuchtdichteverteilung mit einer Richtcharakteristik wie gemäß den 5 und 6 zeigt, wird die Projektionsbildanzeigeeinheit 21 mit einem bestimmten Winkel gehalten, der in einer solchen Richtung vorgesehen ist, dass die Gleichmäßigkeit zwischen den Anzeigebildleuchtdichten an der vertikalen unteren Kante und vertikalen oberen Kante in der Mitte der Eyebox erhöht wird.
Insbesondere hat die Lichtdurchlässigkeitsverteilung eine Achse, auf der die Lichtdurchlässigkeit eintönig abnimmt, und zwar nicht in der rechten und linken Richtung der Eyebox EB, sondern in der vertikalen oberen Richtung der Eyebox EB, so dass es vorteilhaft ist, den bestimmten Winkel in der dieser Richtung entsprechenden Richtung des oberen Kantenbeleuchtungslichtstrahls 130 zu bilden.
Insbesondere ist es vorteilhaft, dass der Winkel 0,1 Grad oder mehr und 10 Grad oder weniger beträgt.
Insbesondere ist es vorteilhaft, dass der bestimmte Winkel nur der zu dem oberen Kantenbeleuchtungslichtstrahl 130 hin gerichtete Winkel ist. Dadurch kann das Head-up-Display gemäß der vorliegenden Offenbarung derart ausgebildet werden, dass die Auslegung der einzelnen Head-up-Displays für Rechts- und Linkslenker in Form eines optischen Systems, das eine Neigung nach rechts oder links des Fahrzeugs aufweist und durch die Transmission/Reflexion das Anzeigebild V zur Verfügung stellt, vereinfacht werden kann und eine erhöhte Gleichmäßigkeit der Anzeigebildleuchtdichte erzielt.
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Beim Head-up-Display 10 mit der Projektionsbildanzeigeeinheit 21, die mit dem Beleuchtungslichtachse-Ausfallswinkel θ mit dem wie im vorhergehenden Absatz eingestellten bestimmten Winkel gehalten wird, entspricht die Anzeigebildleuchtdichteverteilung in der Eyebox EB einer Verteilung, wie in 8 mit der durchgehenden Linie dargestellt. Mit der gestrichelten Linie wird die Anzeigebildleuchtdichteverteilung des Head-up-Displays 100 gemäß 12 erneut dargestellt. Das Messverfahren ist das gleiche wie gemäß 7 gezeigt. Die Anzeigebildleuchtdichte an der oberen Kante und die an der unteren Kante, die voneinander beträchtlich abgewichen waren, werden einander angenähert und somit die Gleichmäßigkeit erhöht.
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Dies bedeutet, dass ein Beleuchtungsmittel vorgesehen ist, das die Anzeigelichtstrahlengänge in der rechten und linken Richtung des Fahrzeugs 1 mit gleichmäßiger Beleuchtungsstärke beleuchtet. Nach dieser Struktur kann das Head-up-Display mit erhöhter Gleichmäßigkeit einfacher ausgelegt werden. Beispielsweise wird hier ein solcher Fall in Betracht gezogen, bei dem jeweils das Modell des Head-up-Displays 10 zur Verwendung ausschließlich für Rechtslenker und dasjenige ausschließlich für Linkslenker ausgelegt werden muss und das Beleuchtungsmittel und das Anzeigemittel als eine einzige Packung zur Ausbildung eines Teils des Gehäuses 50 gebildet sind, die jedoch für die beiden Modelle gemeinsam verwendet werden kann. Wenn in diesem Fall der bestimmte Winkel auch in der rechten und linken Richtung des Fahrzeugs 1 gebildet wäre, wäre die gemeinsame Verwendung schwierig, da sich die Gestaltung der Frontscheibe 2 an der rechten Seite des Fahrzeugs 1 von derjenigen an der linken Seite unterscheidet. Die Bildung der Packung zur gemeinsamen Verwendung für die beiden Modelle wird andererseits dadurch erleichtert, dass der bestimmte Winkel θ nur in der genannten Richtungskomponente gebildet wird.
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Deshalb wird die Anzeigevorrichtung und die Head-up-Display-Vorrichtung mit erhöhter Gleichmäßigkeit des Anzeigebilds zur Verfügung gestellt.
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Die Anzeigevorrichtung und die Head-up-Display-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung wurde anhand der Struktur gemäß der obengenannten Ausführungsform beispielhaft erläutert, aber die vorliegende Erfindung wird nicht auf diese Struktur beschränkt. Es ist selbstverständlich, verschiedene Verbesserungen sowie Anzeigevariationen auch in den weiteren Strukturen möglich sind, sofern sie vom Wesen der vorliegenden Erfindung nicht abweichen.
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[Variantenbeispiele]
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Variantenbeispiele der Anzeigevorrichtung und der Head-up-Display-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung werden gezeigt.
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<Erstes Variantenbeispiel>
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9 zeigt ein Head-up-Display 10a. Die Bauteile mit denselben Bezugszeichen wie in der ersten Ausführungsform sind dieselben Bauteile, so dass auf die Erläuterung dafür verzichtet wird.
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Das Head-up-Display 10a ist mit einer Hintergrundbeleuchtungseinheit 21a als Beleuchtungsmittel, einem Flüssigkristallanzeigeelement 22a als Anzeigemittel und einem Korrekturspiegel 31a versehen.
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Die Hintergrundbeleuchtungseinheit 21a weist ein Substrat, das aus einem Glasepoxid-Werkstoff gebildet werden kann, mindestens eine auf der einen Seite des Substrats punktsymmetrisch angeordnete Leuchtdiode (Lichtquelle) und eine Anschlussklemme auf, die durch eine Kupferfolienleitung mit der Leuchtdiode verbunden ist. Entsprechend dem Steuersignal, das von dem über die Anschlussklemme verbundenen Steuermittel 40 gesendet wird, werden die Leuchtdioden an- und ausgemacht, wobei die einzelnen Leuchtdioden in Richtung der Normale zur Seite des Substrats, auf dem sie angebracht sind, das Beleuchtungslicht mit einer Richtcharakteristik ausstrahlen.
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Das Flüssigkristallanzeigeelement 22a weist ein Bauteil, an dem ein TFT(Dünnschichttransistor)-Substrat, ein Farbfilter und eine polarisierende Scheibe z. B. durch ein allgemein bekanntes Mittel, wie Verschrauben, Ankleben mittels von Klebeelementen usw. aufgeschichtet sind, einen Treiber und eine Anschlussklemme auf, wobei entsprechend dem Steuersignal, das von dem über die Anschlussklemme verbundenen Steuermittel 40 gesendet wird, die Orientierung der Flüssigkristalle im TFT-Substrat verändert und dadurch das Durchlassen/Absperren des Lichts umgeschaltet wird. Gemäß der vorliegenden Offenbarung werden die obengenannten fahrtbezogenen Informationen angezeigt und mit den Beleuchtungslichtstrahlen 110, 120, 130 beleuchtet, wodurch die ersten Anzeigelichtstrahlen ausgestrahlt werden.
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Beim Korrekturspiegel 31a handelt es sich um ein Reflexionsbauteil, dessen Reflexionsfläche mindestens eine Achse einer Hohlfläche aufweist, wodurch die ersten Anzeigelichtstrahlen zu dem Hohlspiegel 32 hin konvergierend reflektiert werden. Ihre Brennweite liegt näher als der Hohlspiegel 32, so dass sich die Strahlengänge, von der dargestellten Richtung aus gesehen, kreuzen.
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Auf diese Weise kann auch bei der Struktur, bei der die Hintergrundbeleuchtungseinheit 21a und das Flüssigkristallanzeigeelement 22a anstatt der Projektionsbildanzeigeeinheit 21 und des Schirms 22 eingesetzt werden, oder bei der Struktur, bei der sich die Strahlengänge des Anzeigelichts L unterwegs kreuzen, der Beleuchtungslichtachse-Ausfallswinkel θ nach dem in der ersten Ausführungsform beschriebenen Verfahren zur Einstellung des bestimmten Winkels eingestellt werden.
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<Variantenbeispiele des Beleuchtungsmittels und des Anzeigemittels>
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Die 10 (a), 10 (b), 10 (c), 11 (d) und 11 (e) zeigen Beispiele der Kombinationen des Beleuchtungsmittels und des Anzeigemittels, bei denen der Beleuchtungslichtachse-Ausfallswinkel θ mit dem bestimmten Winkel gebildet ist. Diese Variantenbeispiele zeigen die Beleuchtungsmittel-Anzeigemittel-Kombinationen zur Ausstrahlung des Anzeigelichts L nach einem nicht dargestellten optischen System, das an der rechten Seite in den Figuren vorliegen soll, wobei das optische System in der Projektionsrichtung eine bestimmte Lichtdurchlässigkeitsverteilung aufweist. Diese Lichtdurchlässigkeitsverteilung hat eine Achse, auf der die Lichtdurchlässigkeit nach unten hin in den Figuren abnimmt. Die einzelnen Beleuchtungsmittel strahlen jeweils einen Kantenbeleuchtungslichtstrahl 210, einen Zentralbeleuchtungslichtstrahl 220 und einen anderen Kantenbeleuchtungslichtstrahl 230 aus, wie in den Figuren dargestellt. Die Beleuchtungsstärkeverteilung umfasst mindestens einen Höchstbeleuchtungsstärkepunkt und ist um die Beleuchtungslichtsachse punktsymmetrisch, wobei die Beleuchtungsstärke am äußeren Rand des Beleuchtungslichtstrahlengangs kleiner als die Höchstbeleuchtungsstärke ist. Das Anzeigelicht L weist, von oben in den Figuren, einen hellen Kantenanzeigelichtstrahl 211, einen Zentralanzeigelichtstrahl (Anzeigelichtachse) 221 und einen dunklen Kantenanzeigelichtstrahl 231 auf, wie in den Figuren dargestellt.
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Die Strukturen gemäß den 10 (a) und 10 (b) sind identisch mit der Struktur gemäß dem ersten Variantenbeispiel und der ersten Ausführungsform, so dass auf die Erläuterung dafür verzichtet wird.
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Die Struktur gemäß 10 (c) kann auch eingesetzt werden. Diese Struktur weist eine Projektionsbildanzeigeeinheit 21, eine Feldlinse 21f und einen Schirm 22 auf. Die Projektionsbildanzeigeeinheit 21 ist an einer solchen Stelle vorgesehen, an der sie den Zentralbeleuchtungslichtstrahl 120 parallel zur Anzeigelichtachse 121 ausstrahlt, aber der Zentralbeleuchtungslichtstrahl 120 nicht auf derselben Achse wie die Anzeigelichtachse liegt. Die Feldlinse 21f kann aus einem transparenten Harz oder Glas ausgebildet sein. Sie ist eine bikonvexe Linse, durch die die Beleuchtungslichtachse 120 gebrochen und als Zentralbeleuchtungslichtstrahl 220 auf den Schirm ausgestrahlt wird, wodurch das Beleuchtungslicht mit dem Beleuchtungslichtachse-Ausfallswinkel θ verwirklicht werden kann.
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Die Struktur gemäß 11 (d) kann auch eingesetzt werden. Diese Struktur weist eine Projektionsbildanzeigeeinheit 21, einen ersten Wendespiegel 21c und einen zweiten Wendespiegel 21d auf. Die Projektionsbildanzeigeeinheit 21 ist an einer solchen Stelle vorgesehen, an der sie den Zentralbeleuchtungslichtstrahl 120 parallel zur Anzeigelichtachse 121 ausstrahlt, aber der Zentralbeleuchtungslichtstrahl 120 nicht auf derselben Achse wie die Anzeigelichtachse liegt. Deshalb werden der erste Wendespiegel 21c und der zweite Wendespiegel 21d derart angeordnet, dass das Beleuchtungslicht mit dem Beleuchtungslichtachse-Ausfallswinkel θ auf den Schirm einfällt, wodurch das Beleuchtungslicht mit dem Beleuchtungslichtachse-Ausfallswinkel θ verwirklicht werden kann.
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Die Struktur gemäß 11 (e) kann auch eingesetzt werden. Diese Struktur weist eine Projektionsbildanzeigeeinheit 21 und einen Schirm 22 auf. Bei dieser Struktur wird zusätzlich zur Struktur gemäß 10 (a) der Schirm 22 mit einer Neigung in einem bestimmten Winkel zur Anzeigelichtachse 121 gehalten. Diese Struktur bewirkt, dass die Gefahr verringert wird, dass das von der rechten Seite der Figur einfallende starke Außenlicht (z. B. Sonnenlicht) den Schirm 22 durchdringt und damit die Projektionsbildanzeigeeinheit 21 beleuchtet und erhitzt wird. Auch diese Struktur kann eingesetzt werden, solange das Beleuchtungslicht mit dem Beleuchtungslichtachse-Ausfallswinkel θ zur Anzeigelichtachse 121 auf den Schirm einfällt.
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Die Struktur, den Schirm 22 mit einer Neigung vorzusehen, hat einen weiteren Effekt. Bei der Struktur, in der der Schirm 22 ohne Neigung am Gehäuse 50 gehalten wird, wie z. B. am Head-up-Display 10 gemäß 2, ist eine solche Erscheinung zu befürchten, dass das Sonnenlicht durch die Frontscheibe 2 hindurch entgegen den Kurs des Anzeigelichts L auf den Schirm 22 einfällt und daraufhin entlang demselben Strahlengang wie das Anzeigelicht L in die Eyebox EB eintritt. Wenn diese Erscheinung anfällt, sieht der Fahrzeuginsasse das überbelichtete weiße Anzeigebild V. In der Struktur mit dem Schirm 22, der mit einer Neigung gehalten wird, wird die in der Projektionsrichtung des Anzeigelichts L reflektierte Lichtmenge des durch den Schirm 22 reflektierten Außenlichts verringert, wodurch man außerdem den Effekt erzielen kann, die Verschlechterung der Anzeigequalität durch das Außenlicht zu unterdrücken.
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Bei der Anordnung des Schirms 22 mit einer Neigung ist ein Punkt zu beachten, dass am Schirm 22 mit einer Neigung die Anzeige an der Stelle, die von der Projektionsbildanzeigeeinheit 21 entfernt ist, Dunkel dargestellt ist. Wenn eine dazu ähnliche Struktur eingesetzt wird, muss bei der Berechnung der Lichtdurchlässigkeitsverteilung des optischen Systems auch die auf die Neigung des Schirms 22 zurückzuführende Einwirkung auf die Lichtdurchlässigkeitsverteilung in Betracht gezogen und daraufhin der Beleuchtungslichtachse-Ausfallswinkel θ derart eingestellt werden, dass die Gleichmäßigkeit der Anzeigebildleuchtdichte an den gewünschten Punkten erhöht wird.
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Die vorliegende Offenbarung zeigt mehrere Beispiele der Kombinationen des Beleuchtungsmittels und des Anzeigemittels, in denen der Beleuchtungslichtachse-Ausfallswinkel θ jeweils durch eine einzige Methode gebildet ist. Jede Kombination kann ausgewählt werden, solange sie entsprechend den Umständen bei der Produktgestaltung verwirklicht werden kann. Zudem muss der Beleuchtungslichtachse-Ausfallswinkel θ nicht durch eine einzige Methode gebildet werden.
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Beispielsweise kann bei der Struktur , die eine Projektionsbildanzeigeeinheit, die mit einem ersten Beleuchtungslichtachse-Ausfallswinkel θ1, der kleiner als der Beleuchtungslichtachse-Ausfallswinkel θ ist, gehalten wird, eine Feldlinse 21f und einen Schirm 22 aufweist, die Feldlinse 21f zur Brechung um einen zweiten Beleuchtungslichtachse-Ausfallswinkel θ2, der der Differenz zwischen dem Beleuchtungslichtachse-Ausfallswinkel θ und dem ersten Beleuchtungslichtachse-Ausfallswinkel θ1 entspricht, zwischen der Projektionsbildanzeigeeinheit 21 und dem Schirm 22 vorgesehen sein, damit schließlich der auf den Schirm 22 einfallende Zentralbeleuchtungslichtstrahl 220 einen Beleuchtungslichtachse-Ausfallswinkel θ aufweist. Auch dabei muss der Zentralbeleuchtungslichtstrahl 220 derart eingestellt werden, dass er auf eine der Anzeigelichtachse 121 entsprechende Stelle des Schirms einfällt.
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<Weitere Variantenbeispiele>
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Bis hierher wurden als Variantenbeispiele hauptsächlich die Kombinationen des Beleuchtungsmittels und des Anzeigemittels und Verfahren zum Bilden des Beleuchtungslichtachse-Ausfallswinkels θ veranschaulicht, aber es sind auch weitere Variantenbeispiele möglich. In den obigen Variantenbeispielen ist das Verfahren zur Berechnung der Lichtdurchlässigkeitsverteilung unter Berücksichtigung der Durchlässigkeit des Schirms 22 veranschaulicht, aber die Auslegung unter Berücksichtigung der Lichtdurchlässigkeitsverteilung der Frontscheibe 2 ist auch möglich. Das Anzeigelicht L wird durch die Frontscheibe 2 reflektiert und erreicht die Eyebox EB, aber die durch die Frontscheibe 2 durchgelassenen Anzeigelichtstrahlen sind selbstverständlich vorhanden, da die Frontscheibe 2 ein transparentes Bauteil ist. Dieser Reflexionsgrad wird desto niedriger, je kleiner der Einfallswinkel wird. Deshalb kann eine solche Auslegung angewandt werden, bei der dieser Reflexionsgrad als Lichtdurchlässigkeit betrachtet und bei der Berechnung der Lichtdurchlässigkeitsverteilung berücksichtigt wird. Mit anderen Worten, eine solche Auslegung kann angewandt werden, bei der die Reflexionsgradverteilung der Reflexionsbauteile, die im optischen System zur Ausbildung der Anzeigevorrichtung und der Head-up-Display-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen sind, bei der Berechnung der Lichtdurchlässigkeitsverteilung in der Projektionsrichtung als Lichtdurchlässigkeit betrachtet und eingerechnet wird.
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Bis hierher wurde das Head-up-Display mit erhöhter Gleichmäßigkeit der Anzeigebildleuchtdichte basierend auf der Lichtdurchlässigkeitsverteilung des optischen Systems veranschaulicht. Die Gleichmäßigkeit der Anzeigebildleuchtdichte kann jedoch basierend auf der Dämpfungsfaktorverteilung des Anzeigelichts L bis zur Eyebox EB erhöht werden. Der Dämpfungsfaktor bezeichnet hier das Verhältnis zwischen der Energie vor der Reflexion/Transmission des Lichts und der Energie nach der Reflexion/Transmission des Lichts. Durch die Reflexion/Transmission treten die Absorption/ Streuung/ Reflexion/ Transmission des Lichts auf, so dass die Energie des Lichts gedämpft wird.
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Bei der Dämpfungsfaktorverteilung handelt es sich um eine Verteilung, die dadurch erhalten wird, dass das Verhältnis zwischen der Energie des Anzeigelichts L unmittelbar nach dem Ausstrahlen und der Energie des Anzeigelichts L, das auf dem Weg bis zur Eyebox EB der auf die Absorption/ Streuung/ Reflexion/ Transmission beruhenden Dämpfung unterworfen wurde, über die Ebene, durch die das Anzeigelicht L läuft, aufgetragen ist. Die Dämpfungsfaktorverteilung kann z. B. durch aktuelle Messung oder Simulation ermittelt werden. Wenn basierend auf der Dämpfungsfaktorverteilung und Beleuchtungsstärkeverteilung das Beleuchtungsmittel mit dem Winkel θ vorgesehen wird, kann das Head-up-Display mit erhöhter Gleichmäßigkeit der Anzeigebildleuchtdichte erhalten werden.
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Der Dämpfungsfaktor des durch das Anzeigemittel erzeugten Lichts kann auch in die Dämpfungsfaktorverteilung eingerechnet werden. Das Anzeigemittel stellt den Anfang des Anzeigelichts dar. Durch das Anzeigemittel wird das Beleuchtungslicht moduliert und als Anzeigelicht ausgestrahlt. Es lässt sich selbstverständlich annehmen, dass das Licht durch die Modulation gedämpft wird. Unter der Dämpfungsfaktorverteilung, bei der dies berücksichtigt wird, kann ein solcher Winkel an der Beleuchtungslichtachse gebildet werden, bei dem die Gleichmäßigkeit der Anzeigebildleuchtdichte erhöht wird.
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Die auf der Reflexion beruhende Dämpfung kann z. B. auf Spiegeln, Reflexionsschirmen anfallen. Die auf die Transmission beruhende Dämpfung kann z. B. auf Linsen, Abdeckgläsern anfallen. Die auf der Absorption beruhende Dämpfung kann auf jedem optischen Bauteil, das das Anzeigelicht durchlässt, anfallen. Die Dämpfung kann auch dadurch anfallen, dass ein Teil des Anzeigelichts durch Brechung, Streuung durch diffuse Reflexion vom Anzeigelichtstrahlengang abweicht. Nicht alle dieser Ursachen müssen in Betracht gezogen werden. Der Effekt kann erzielt werden, wenn basierend auf der Dämpfungsfaktorverteilung, bei der mindestens eine der Dämpfungsursachen berücksichtigt wird, der Winkel zur Erhöhung der Gleichmäßigkeit berechnet wird.
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Als Variantenbeispiel des Messverfahrens kann die Anzeigebildleuchtdichte basierend auf der Leuchtdichte der von mehreren Blickpunkten EP aus visuell erkannten Mitte des Anzeigebildes V gemessen und basierend auf diesem Wert die Gleichmäßigkeit der Anzeigebildleuchtdichte berechnet werden, wie in 13 dargestellt.
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In Hinsicht der Einstellung des bestimmten Winkels muss der bestimmte Winkel auch bei der Lichtdurchlässigkeitsverteilung mit einer Achse, auf der die Lichtdurchlässigkeit eintönig abnimmt, nicht unbedingt nur in dieser Achsenrichtungskomponente einen Winkel aufweisen. Der erfindungsgemäße Effekt wird erzielt, wenn der bestimmte Winkel derart gebildet wird, dass er die Winkelkomponente mindestens in der Richtung, in der die Anzeigebildleuchtdichte verbessert wird, aufweist.
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In Hinsicht der Einstellung des bestimmten Winkels wird der erfindungsgemäße Effekt auch bei der Lichtdurchlässigkeitsverteilung ohne die Achse, auf der die Lichtdurchlässigkeit eintönig abnimmt, erzielt, wenn der bestimmte Winkel in der Richtung, in der die Gleichmäßigkeit verbessert wird, die aus der durch eine bestimmte Methode gemessenen Anzeigebildleuchtdichte ermittelt wird, gebildet wird.
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An den bisherigen Head-up-Displays können ggf. der Winkel des optischen Systems und der Kurs des Anzeigelichts entsprechend dem Körperbau bzw. der Haltung der Fahrzeuginsassen reguliert werden. Beispielsweise ist ein Head-up-Display bekannt, an dem der Kurs durch den Drehantrieb eines Hohlspiegels reguliert werden kann. Die vorliegende Erfindung kann auch für solche Vorrichtungen angewandt werden, an denen der Winkel/ die Position des optischen Systems reguliert werden kann. Beispielsweise kann der erfindungsgemäße Effekt erzielt werden, wenn durch den Drehantrieb des Hohlspiegels 32 gemäß 12 der bestimmte Winkel θ in einer Lage eingestellt wird, die zwischen der Lage der bis zur obersten Seite verschobenen Projektionsstelle der Frontscheibe 2 (höhere Position) und der Lage der bis zur untersten Seite verschobenen Projektionsstelle (kürzere Position), besonders in der gerade mittleren Lage zwischen ihnen, liegt.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann ein Head-up-Display 10b gemäß 14 eingesetzt werden. Auf die Erläuterung der Bauteile mit denselben Bezugszeichen wie im vorstehenden wird verzichtet. Das Head-up-Display 10b weist einen Schirm 22 auf. Insbesondere ist der Schirm 22 ein Reflexionsschirm. Der Schirm 22 ist z. B. ein Mikrospiegel-Array. In diesem Fall unter Verwendung des Mikrospiegel-Arrays ist es vorteilhaft, ein Anzeigegerät mit einer Laserdiode verwendet wird.
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In der obigen Beschreibung wurde die bekannte Technik den Umständen entsprechend geeignet ausgelassen, um die Erläuterung zu vereinfachen.
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[Beispiele der Vorteile]
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Erstens ist die oben erläuterte Anzeigevorrichtung 10a mit
einer Hintergrundbeleuchtungseinheit 21a (ein Beispiel des Beleuchtungsmittels), die Lichtquellen aufweist und die Beleuchtungslichtstrahlen 110, 120, 130 ausstrahlt, einem Flüssigkristallanzeigeelement 22a (ein Beispiel des Anzeigemittels) zur Anzeige eines Bildes, bei dem das Bild mit den Beleuchtungslichtstrahlen 110, 120, 130 beleuchtet und damit ein Anzeigelicht L ausgestrahlt wird,
einem Steuermittel 40 zur Steuerung der Beleuchtungsstärke der Hintergrundbeleuchtungseinheit 21a und der Anzeige des Flüssigkristallanzeigeelements 22a,
einem Gehäuse 50 zur Aufnahme des Flüssigkristallanzeigeelements 22a und der Hintergrundbeleuchtungseinheit 21a, das eine Öffnung zum Durchlassen des Anzeigelichts L aufweist, und
einem optischen System, an dem mindestens eine von der Reflexion und Transmission an mindestens einer Stelle im Anzeigelichtstrahlengang erfolgt und das Anzeigelicht L, das dieser unterworfen wurde, projiziert wird,
versehen, wobei
das optische System in der Projektionsrichtung des Anzeigelichts L eine bestimmte Dämpfungsfaktorverteilung für sichtbares Licht aufweist,
die Dämpfungsfaktorverteilung zur Anzeigelichtsachse 121 nicht-punktsymmetrisch ist, und
die Hintergrundbeleuchtungseinheit 21a das Beleuchtungslicht mit einer Beleuchtungslichtachse 120 ausstrahlt, die zur Anzeigelichtsachse 121 einen bestimmten Winkel θ aufweist, um die Gleichmäßigkeit der Anzeigebildleuchtdichte zu erhöhen.
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Gemäß dieser Struktur wird eine Anzeigevorrichtung gebildet, bei der die Gleichmäßigkeit der Anzeigebildleuchtdichte erhöht ist und somit die Anzeigebildleuchtdichte auch bei der Verschiebung des Blickpunktes EP in der Eyebox EB nur wenig variiert, wie oben erwähnt.
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Zweitens wird bei der Anzeigevorrichtung 10a
im optischen System die Transmission des Anzeigelichts L am Abdeckglas 33 durchgeführt, wobei
die Dämpfungsfaktorverteilung eine Verteilung ist, bei der die Durchlässigkeit des optischen Systems für das Anzeigelicht berücksichtigt wird.
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Bei der Dämpfungsfaktorverteilung handelt es sich um eine Durchlässigkeitsverteilung im Anzeigelichtstrahlengang. Die Hintergrundbeleuchtungseinheit 21a kann dabei in einem solchen Zustand, in dem die Beleuchtungslichtachse 120 und die Anzeigelichtachse 121 addiert sind und dazu ein bestimmter Winkel θ gebildet ist, vorgesehen sein, um bei der Anzeige durch das Anzeigelicht L, das im Strahlengang mit dieser Durchlässigkeitsverteilung geht, die Gleichmäßigkeit der Anzeigebildleuchtdichte zu erhöhen.
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Drittens wird bei der Anzeigevorrichtung 10a
im optischen System die Reflexion des Anzeigelichts L durchgeführt, wobei die Dämpfungsfaktorverteilung eine Verteilung ist, bei der der Reflexionsgrad des optischen Systems für das Anzeigelicht L berücksichtigt wird.
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Bei der Dämpfungsfaktorverteilung handelt es sich um eine Reflexionsgradverteilung im Anzeigelichtstrahlengang. Die Hintergrundbeleuchtungseinheit 21a kann dabei in einem solchen Zustand, in dem die Beleuchtungslichtachse 120 und die Anzeigelichtachse 121 addiert sind und dazu ein bestimmter Winkel θ gebildet ist, vorgesehen sein, um bei der Anzeige durch das Anzeigelicht L, das im Strahlengang mit dieser Reflexionsgradverteilung geht, die Gleichmäßigkeit der Anzeigebildleuchtdichte zu erhöhen.
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Viertens weist bei der Anzeigevorrichtung 10a
die Hintergrundbeleuchtungseinheit 21a eine Beleuchtungsstärkeverteilung mit einer Richtcharakteristik auf, wobei
die Beleuchtungsstärkeverteilung mindestens einen Höchstbeleuchtungsstärkepunkt umfasst und um die Beleuchtungslichtsachse 120 punktsymmetrisch ist, wobei die Beleuchtungsstärke am äußeren Rand des Beleuchtungslichtstrahlengangs kleiner als die Höchstbeleuchtungsstärke ist.
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Fünftens weist bei der Anzeigevorrichtung 10a
die Dämpfungsfaktorverteilung eine Achse auf, auf der die Lichtdurchlässigkeit eintönig abnimmt, wobei
der bestimmte Winkel θ derart eingestellt wird, dass die Gleichmäßigkeit der Anzeigebildleuchtdichte in zwei Strahlengängen erhöht wird, die durch den vorderen Endpunkt und den letzten Endpunkt der Achse durchgehen, die durch die Anzeigelichtsachse 121 durchgeht.
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Sechstens ist bei der Anzeigevorrichtung 10a
der bestimmte Winkel 0,1 Grad oder mehr und 10 Grad oder weniger.
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Siebtens wird beim oben erläuterten Head-up-Display 10a ein Fahrzeuginformationen umfassendes Bild als Anzeigelicht L ausgestrahlt und auf eine Frontscheibe 2 eines Fahrzeugs 1 (ein Beispiel des Transmission-Reflexion-Bauteils) projiziert, um den Insassen des Fahrzeugs 1 die Fahrzeuginformationen zur Verfügung zu stellen,
wobei das Head-up-Display 10a mit
einem Beleuchtungsmittel, das Lichtquellen aufweist und Beleuchtungslichtstrahlen 110, 120, 130 ausstrahlt,
einem Flüssigkristallanzeigeelement 22a (ein Beispiel des Anzeigemittels) zur Anzeige eines Bildes, bei dem das Bild mit den Beleuchtungslichtstrahlen 110, 120, 130 beleuchtet und damit ein Anzeigelicht L ausgestrahlt wird,
einem Steuermittel 40 zur Steuerung der Beleuchtungsstärke der Hintergrundbeleuchtungseinheit 21a und der Anzeige des Flüssigkristallanzeigeelements 22a,
einem Korrekturspiegel 31a, Hohlspiegel 32 und Abdeckglas 33 als optisches System (ein Beispiel eines optischen Systems), an dem sowohl die Reflexion als auch die Transmission an mindestens einer Stelle im Anzeigelichtstrahlengang erfolgt, um den Fahrzeuginsassen das Anzeigelicht L zur Verfügung zu stellen,
einem Gehäuse zur Aufnahme des Flüssigkristallanzeigeelements 22a, der Hintergrundbeleuchtungseinheit 21a und des optischen Systems, das eine Öffnung zum Durchlassen des Anzeigelichts L aufweist, und
einem Abdeckglas 33, das aus einem transparenten Substrat mit gleichmäßiger Dicke gebildet ist, die Öffnung verschließt, das Anzeigelicht L durchlässt und einen Teil des optischen Systems ausbildet,
versehen ist, wobei
das optische System in der Projektionsrichtung des Anzeigelichts L eine bestimmte Dämpfungsfaktorverteilung für sichtbares Licht aufweist,
die Dämpfungsfaktorverteilung zur Anzeigelichtsachse 121 nicht-punktsymmetrisch ist, und
die Hintergrundbeleuchtungseinheit 21a das Beleuchtungslicht mit einer Beleuchtungslichtachse 120 ausstrahlt, die zur Anzeigelichtsachse 121 einen bestimmten Winkel θ aufweist, um die Gleichmäßigkeit der Anzeigebildleuchtdichte zu erhöhen.
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Achtens ist beim Head-up-Display 10a
die Dämpfungsfaktorverteilung eine Verteilung, bei der die Durchlässigkeit des optischen Systems für das Anzeigelicht L berücksichtigt wird.
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Bei der Dämpfungsfaktorverteilung handelt es sich um eine Durchlässigkeitsverteilung im Anzeigelichtstrahlengang. Die Hintergrundbeleuchtungseinheit 21a kann dabei in einem solchen Zustand, in dem die Beleuchtungslichtachse 120 und die Anzeigelichtachse 121 addiert sind und dazu ein bestimmter Winkel θ gebildet ist, vorgesehen sein, um bei der Anzeige durch das Anzeigelicht L, das im Strahlengang mit dieser Durchlässigkeitsverteilung geht, die Gleichmäßigkeit der Anzeigebildleuchtdichte zu erhöhen.
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Neuntens ist beim Head-up-Display 10a
die Dämpfungsfaktorverteilung eine Verteilung, bei der der Reflexionsgrad des optischen Systems für das Anzeigelicht L berücksichtigt wird.
Bei der Dämpfungsfaktorverteilung handelt es sich um eine Reflexionsgradverteilung im Anzeigelichtstrahlengang. Die Hintergrundbeleuchtungseinheit 21a kann dabei in einem solchen Zustand, in dem die Beleuchtungslichtachse 120 und die Anzeigelichtachse 121 addiert sind und dazu ein bestimmter Winkel θ gebildet ist, vorgesehen sein, um bei der Anzeige durch das Anzeigelicht L, das im Strahlengang mit dieser Reflexionsgradverteilung geht, die Gleichmäßigkeit der Anzeigebildleuchtdichte zu erhöhen.
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Zehntens weist beim Head-up-Display 10a
die Hintergrundbeleuchtungseinheit 21a eine Beleuchtungsstärkeverteilung mit einer Richtcharakteristik auf, wobei
die Beleuchtungsstärkeverteilung mindestens einen Höchstbeleuchtungsstärkepunkt umfasst und um die Beleuchtungslichtsachse punktsymmetrisch ist, wobei die Beleuchtungsstärke am äußeren Rand des Beleuchtungslichtstrahlengangs kleiner als die Höchstbeleuchtungsstärke ist.
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Elftens weist
die Dämpfungsfaktorverteilung eine Achse auf, auf der der Dämpfungsfaktor eintönig zunimmt, wobei
der bestimmte Winkel θ derart eingestellt wird, dass die Gleichmäßigkeit der Anzeigebildleuchtdichte in zwei Strahlengängen erhöht wird, die durch den vorderen Endpunkt und den letzten Endpunkt der Achse durchgehen, die durch die Anzeigelichtsachse 121 durchgeht.
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Zwölftens erhebt sich beim Head-up-Display 10a
das Abdeckglas 33 zu der hinteren Seite des Fahrzeugs 1 hin, wobei das Anzeigelicht L beim Durchgang durch das Abdeckglas 33 nach hinten des Fahrzeugs 1 mit einem Elevationswinkel durchgeht,
das durch die Fahrzeuginsassen visuell erkannte Anzeigebild rechteckig ist,
der bestimmte Winkel mindestens einen Winkel einer Richtungskomponente umfasst, die sich nach dem Anzeigebereich des Anzeigemittels richtet, die der oberen Kante des Anzeigebildes entspricht.
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Dreizehntens besteht beim Head-up-Display 10a
der bestimmte Winkel θ nur aus dem Winkel der Richtungskomponente.
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Vierzehntens ist beim Head-up-Display 10a
der bestimmte Winkel θ 0,1 Grad oder mehr und 10 Grad oder weniger.
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Fünfzehntens ist beim Head-up-Display 10a
der Winkel des optischen Systems in einem bestimmten Bereich regulierbar, um den Kurs des Anzeigelichts L zu regulieren, wobei
der bestimmte Winkel θ derart eingestellt ist, dass die Gleichmäßigkeit in einem Zustand, in dem der Winkel einheitlich ist, erhöht wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Frontscheibe
- 10
- Head-up-Display (Anzeigevorrichtung)
- L
- Anzeigelicht
- V
- Anzeigebild
- EP
- Blickpunkt
- EB
- Eyebox
- T
- obere Kante der Eyebox
- B
- untere Kante der Eyebox
- 21
- Projektionsbildanzeigeeinheit
- 22
- Schirm
- 31
- Kaltlichtspiegel
- 32
- Hohlspiegel
- 33
- Abdeckglas
- 40
- Steuermittel
- 50
- Gehäuse
- θ
- Beleuchtungslichtachse-Ausfallswinkel (bestimmter Winkel)
- 110
- unterer Kantenbeleuchtungslichtstrahl
- 120
- Zentralbeleuchtungslichtstrahl (Beleuchtungslichtachse)
- 130
- oberer Kantenbeleuchtungslichtstrahl
- 111
- erster unterer Kantenanzeigelichtstrahl
- 121
- erster Zentralanzeigelichtstrahl (Anzeigelichtachse)
- 131
- erster oberer Kantenanzeigelichtstrahl
- 112
- zweiter unterer Kantenanzeigelichtstrahl
- 122
- zweiter Zentralanzeigelichtstrahl
- 132
- zweiter oberer Kantenanzeigelichtstrahl
- 11a
- unterer Kantenlichtstrahlengang-Einfallswinkel
- 12a
- Zentrallichtstrahlengang-Einfallswinkel
- 13a
- oberer Kantenlichtstrahlengang-Einfallswinkel
- 21a
- Hintergrundbeleuchtungseinheit (Beleuchtungsmittel)
- 22a
- Flüssigkristallanzeigeelement (Anzeigemittel)
- 31a
- Korrekturspiegel
- 210
- ein Kantenbeleuchtungslichtstrahl
- 220
- Zentralbeleuchtungslichtstrahl (Beleuchtungslichtachse)
- 230
- anderer Kantenbeleuchtungslichtstrahl
- 211
- heller Kantenanzeigelichtstrahl
- 231
- dunkler Kantenanzeigelichtstrahl
- 21c
- erster Wendespiegel
- 21d
- zweiter Wendespiegel
- 21f
- Feldlinse
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2018054715 A [0003]
- WO 2017/195741 A [0003]
