DE112020002645T5

DE112020002645T5 - Projektionsvorrichtung und head-up-display

Info

Publication number: DE112020002645T5
Application number: DE112020002645.0T
Authority: DE
Inventors: Hiroki Hara; Yosuke Asai; Keiji Sugiyama; Yuji Takase
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: PANASONIC AUTOMOTIVE SYSTEMS CO., LTD., YOKOHA, JP
Priority date: 2019-05-30
Filing date: 2020-05-11
Publication date: 2022-03-10
Also published as: US11768371B2; US20230384589A1; JP7253717B2; US20220221717A1; JP2020194147A; WO2020241218A1

Abstract

Eine Projektionsvorrichtung umfasst: eine Mehrzahl von Lichtquellen, die in einer ersten Richtung angeordnet sind; ein räumliches Modulationselement, das einfallendes Licht in Bildinformationen moduliert und die Bildinformationen emittiert; eine Linse, die einen optischen Pfad des von jeder der Mehrzahl von Lichtquellen emittierten Lichts so verändert, dass das von jeder Lichtquelle emittierte Licht im Wesentlichen denselben Bereich einer Einfallsfläche des räumlichen Modulationselements erreicht; und ein erstes reflektierendes optisches Glied, das das von der Linse emittierte Licht hin zum räumlichen Modulationselement ablenkt, wobei das erste reflektierende optische Glied eine Form hat, die das von der Linse emittierte Licht so reflektiert, dass es auf einen beliebigen Punkt auf der Einfallsfläche des räumlichen Modulationselements unter einem vorbestimmten Referenzeinfallswinkel einfällt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Projektionsvorrichtung, die an einem Fahrzeug montiert ist, und ein die Projektionsvorrichtung umfassendes Head-up-Display.
Technischer Hintergrund
In den vergangenen Jahren wurde ein Head-up-Display entwickelt, das einem Fahrzeuginsassen ein Informationen über das Fahrzeug umfassendes Bild, beispielsweise ein virtuelles Bild, anzeigt. Für ein solches Head-up-Display besteht das Problem, Leuchtdichteunebenheiten eines anzuzeigenden virtuellen Bildes zu reduzieren.
Unter diesen Umständen offenbart Patentliteratur 1 ein Head-up-Display, in dem eine Mehrzahl von Lichtquellen-Elementen, eine erste Linse, eine zweite Linse, ein Diffusionselement und ein räumliches Modulationselement in dieser Reihenfolge angeordnet sind, und in dem die erste Linse einen optischen Pfad des von jedem Lichtquellen-Element emittierten Lichts so ändert, dass das von jedem Lichtquellen-Element emittierte Licht denselben Bereich auf einer Einfallsfläche des räumlichen Modulationselements erreicht.
Darüber hinaus muss ein an einem Fahrzeug montiertes Head-up-Display kompakt sein, um Störungen anderer Komponenten im Fahrzeug zu vermeiden. Unter diesen Umständen offenbart Patentliteratur 2 eine Fahrzeuganzeigevorrichtung, in der ein Reflektor mit einem vorbestimmten Öffnungswinkel zu einem Flüssigkristallanzeigeelement auf einer Rückseite des Flüssigkristallanzeigeelements so angeordnet ist, dass er dem Flüssigkristallanzeigeelement zugewandt ist, und in der eine Lichtquelle in einem Öffnungsabschnitt, der einen Öffnungswinkel hat, mit dem Reflektor und dem Flüssigkristallanzeigeelement angeordnet ist.
Zwischenzeitlich besteht bei einem an einem Fahrzeug montierten Head-up-Display ein zunehmender Bedarf, die Größe eines virtuellen Bildes zu erhöhen. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, eine Größe eines räumlichen Modulationselements zu erhöhen. Folglich ist es auch erforderlich, die Dicke einer Linse zu erhöhen, die zwischen dem räumlichen Modulationselement und einer Lichtquelle vorgesehen ist, während die Länge eines optischen Pfads zwischen dem räumlichen Modulationselement und der Lichtquelle sichergestellt wird. Dies hat zur Folge, dass in einer Hintergrundbeleuchtungseinheit ein Grad des Hervorstehens in einer Normalenrichtung von einer Rückseite des räumlichen Modulationselements zur Lichtquelle des räumlichen Modulationselements zunimmt, und dass sich eine Montierbarkeit des Head-up-Displays an einem Fahrzeug verschlechtert.
Da in Patentliteratur 1 die Mehrzahl von Lichtquellen, die erste Linse, die zweite Linse, das Diffusionselement und das räumliche Modulationselement in dieser Reihenfolge hintereinander angeordnet sind, steigt der Grad des Hervorstehens der Hintergrundbeleuchtungseinheit in der Normalenrichtung des räumlichen Modulationselements, wenn die Größe des räumlichen Modulationselements zunimmt. Daher verschlechtert sich die Montierbarkeit des Head-up-Displays gemäß Patentschrift 1 in einem Fahrzeug.
Da der Reflektor in Patentliteratur 2 lediglich so angeordnet ist, dass er der Flüssigkristallanzeige in einem bestimmten Winkel zugewandt ist, können Leuchtdichteunebenheiten nicht unterdrückt werden.
Zitationsliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: Japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsnr.. 2016 -126314
Patentliteratur 2: Japanisches Patent Nr. 6078798

Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung wurde gemacht, um die oben genannten Probleme zu lösen, und eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, die Montierbarkeit an einem Fahrzeug zu verbessern, während Leuchtdichteunebenheiten eines Bildes von einem räumlichen Modulationselement emittierten unterdrückt werden.
Eine Projektionsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Projektionsvorrichtung, die an einem Fahrzeug montiert ist, wobei die Projektionsvorrichtung umfasst: eine Mehrzahl von Lichtquellen, die in einer ersten Richtung angeordnet sind; ein räumliches Modulationselement, das einfallendes Licht in Bildinformationen moduliert und die Bildinformationen emittiert; eine Linse, die einen optischen Pfad des von jeder der Mehrzahl von Lichtquellen emittierten Lichts so verändert, dass das von jeder Lichtquelle emittierte Licht im Wesentlichen denselben Bereich einer Einfallsfläche des räumlichen Modulationselements erreicht; ein erstes reflektierendes optisches Glied, das das von der Linse emittierte Licht hin zum räumlichen Modulationselement ablenkt, wobei das erste reflektierende optische Glied eine Form hat, die das von der Linse emittierte Licht so ablenkt, dass es auf einen beliebigen Punkt auf der Einfallsfläche des räumlichen Modulationselements in einem vorbestimmten Referenzeinfallswinkel einfällt.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration eines Head-up-Displays gemäß einer Ausführungsform illustriert.
2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Konfiguration einer Projektionsvorrichtung illustriert.
3 ist eine perspektivische Ansicht der in 2 illustrierten Projektionsvorrichtung.
4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Gehäuses eines Head-up-Displays gemäß einer Modifikation der vorliegenden Offenbarung illustriert.
5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Anordnung einer Mehrzahl von Lichtquellen gemäß der Modifikation der vorliegenden Offenbarung illustriert.

Beschreibung der Ausführungsformen
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Angemerkt wird, dass die folgenden Ausführungsformen Beispiele sind, die die vorliegende Erfindung verkörpern und den technischen Umfang der vorliegenden Erfindung nicht begrenzen.
Nachfolgend werden die Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. 1 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration eines Head-up-Displays 10 gemäß der Ausführungsform illustriert. Das Head-up-Display 10 ist an einem Fahrzeug 100 montiert. Das Fahrzeug 100 ist beispielsweise ein beweglicher Körper wie ein vierrädriges Automobil. Dies ist jedoch nur ein Beispiel, und das Fahrzeug 100 kann ein Schienenfahrzeug, ein Motorrad, ein Flugzeug, ein Hubschrauber, ein Schiff und verschiedene Geräte sein, die Personen befördern.
Das Fahrzeug 100 umfasst eine Windschutzscheibe 14. Die Windschutzscheibe 14 ist beispielsweise eine Windschutzscheibe, die vor einem Cockpit des Fahrzeugs 100 vorgesehen ist. Das Head-up-Display 10 umfasst eine Projektionsvorrichtung 11, ein reflektierendes optisches Glied 12 (ein Beispiel eines zweiten reflektierenden optischen Glieds) und ein Gehäuse 13.
Das Head-up-Display 10 ist eine Vorrichtung, die ein Bild auf die Windschutzscheibe 14 projiziert, um es einem Betrachter 101 zu ermöglichen, ein virtuelles Bild 15 visuell wahrzunehmen.
Die Projektionsvorrichtung 11 umfasst eine Hintergrundbeleuchtungseinheit 20 und ein räumliches Modulationselement 24. Die Hintergrundbeleuchtungseinheit 20 beleuchtet das räumliche Modulationselement 24. Das räumliche Modulationselement 24 ist zum Beispiel ein Flüssigkristallpanel. Das räumliche Modulationselement 24 moduliert das von der Hintergrundbeleuchtungseinheit 20 emittierte Licht entsprechend einem Videosignal, das von einer Anzeigesteuerungsschaltung (nicht dargestellt) eingegeben wird. Das modulierte Licht wird von dem räumlichen Modulationselement 24 als Durchlicht emittiert.
Das räumliche Modulationselement 24 zeigt ein Bild, das einen Zustand des Fahrzeugs 100 anzeigt, beispielsweise ein Bild, das einen Geschwindigkeitsmesser oder eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100 anzeigt. Das Durchlicht, das von dem räumlichen Modulationselement 24 emittiert wurde, wird über das reflektierende optische Glied 12 und die Windschutzscheibe 14 in ein Augenfeld 102 des Beobachters 101 geleitet. Dadurch nimmt der Beobachter 101 das virtuelle Bild 15 visuell wahr. Das virtuelle Bild 15 zeigt den Zustand des Fahrzeugs 100 an, beispielsweise die Geschwindigkeit. Daher kann der Beobachter 101 den Zustand des Fahrzeugs 100 anhand des virtuellen Bildes 15 überprüfen. Das Augenfeld 102 ist ein Bereich, in dem der Beobachter 101 das virtuelle Bild 15 vollständig visuell wahrnehmen kann.
Das reflektierende optische Glied 12 umfasst einen ersten Spiegel 121 und einen zweiten Spiegel 122. Der erste Spiegel 121 reflektiert das von dem räumlichen Modulationselement 24 ausgestrahlte Licht in Richtung des zweiten Spiegels 122. Der zweite Spiegel 122 reflektiert das Licht des ersten Spiegels 121 in Richtung der Windschutzscheibe 14. Eine reflektierende Oberfläche des zweiten Spiegels 122 hat eine konkave Form. Obwohl das reflektierende optische Glied 12 zwei Spiegel umfasst, nämlich den ersten Spiegel 121 und den zweiten Spiegel 122, handelt es sich hierbei um ein Beispiel, und das reflektierende optische Glied kann einen Spiegel oder drei oder mehr Spiegel umfassen. Darüber hinaus kann ein refraktives optisches System, wie eine Linse, in einem optischen Pfad des reflektierenden optischen Glieds 12 angeordnet sein.
Das Gehäuse 13 beherbergt die Projektionsvorrichtung 11 und das reflektierende optische Glied 12. Das Gehäuse 13 ist beispielsweise ein im Wesentlichen rechteckiger Parallelepiped. Das Gehäuse 13 hat an einer Oberseite einen Öffnungsabschnitt 13a, durch den Licht von dem reflektierenden optischen Glied 12 ausgestrahlt wird. Der Öffnungsabschnitt 13a kann mit einer transparenten Abdeckung versehen sein.
2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration der Projektionsvorrichtung 11 illustriert. Die Projektionsvorrichtung 11 umfasst eine Mehrzahl von Lichtquellen 21 (siehe 3), eine Linse 22, ein reflektierendes optisches Glied 23 (ein Beispiel für ein erstes reflektierendes optisches Glied) und das räumliche Modulationselement 24. Auf einer Seite einer Einfallsfläche 22a des räumlichen Modulationselements 24 kann ferner ein Diffusionselement angeordnet sein, so dass Lichtverteilungseigenschaften des Lichts aus der Mehrzahl der Lichtquellen 21 geglättet werden können. Die Mehrzahl von Lichtquellen 21, die Linse 22 und das reflektierende optische Glied 23 bilden die Hintergrundbeleuchtungseinheit 20. Das räumliche Modulationselement 24 umfasst eine Einfallsfläche 24a, in die Licht eintritt, und eine Emissionsfläche 24b, von der Licht emittiert wird. Die Einfallsfläche 24a und die Emissionsfläche 24b haben die gleiche Form. Wie in 3 illustriert, haben die Einfallsfläche 24a und die Emissionsfläche 24b beispielsweise eine rechteckige Form umfassend eine kurze Seite 241 und eine lange Seite 242.
Angemerkt wird, dass in der folgenden Beschreibung ein dreidimensionales orthogonales Koordinatensystem mit drei zueinander orthogonalen Achsen, nämlich einer X-Achse, einer Y-Achse und einer Z-Achse, in den Zeichnungen verwendet wird. Die X-Achse ist parallel zur kurzen Seite 241 des räumlichen Modulationselements 24. Die Y-Achse ist parallel zur langen Seite 242 des räumlichen Modulationselements 24. Die Z-Achse ist parallel zu einer Normalen des räumlichen Modulationselements 24. Angemerkt wird, dass die Richtung der Y-Achse (eine Längsrichtung) ein Beispiel für eine erste Richtung ist. Eine Z-Achsenrichtung ist ein Beispiel einer zweiten Richtung, die orthogonal zur ersten Richtung verläuft.
3 ist eine perspektivische Ansicht der in 2 illustrierten Projektionsvorrichtung 11. Wie in 3 illustriert, sind die Mehrzahl von Lichtquellen 21 in Richtung der Y-Achse in einer Linie angeordnet, beispielsweise in festen Abständen. Dies ist jedoch nur ein Beispiel, und die Lichtquellen können in unregelmäßigen Abständen angeordnet sein. So können Leuchtdichteunebenheiten unterdrückt werden. Jede der Mehrzahl von Lichtquellen 21 umfasst eine Lichtemissionsfläche 21a. Die Mehrzahl von Lichtquellen 21 sind so angeordnet, dass eine Normale der Emissionsfläche 21a parallel zur X-Achse ist. Die Mehrzahl von Lichtquellen 21 sind beispielsweise Leuchtdioden (LED). Dies ist jedoch nur ein Beispiel, und die Mehrzahl von Lichtquellen 21 können beispielsweise Laserdioden oder organische Leuchtdioden sein. Obwohl in 3 vier Lichtquellen 21 als die Mehrzahl der Lichtquellen 21 illustriert sind, ist dies nur ein Beispiel, und die Anzahl der Mehrzahl von Lichtquellen 21 kann jeden Wert von zwei oder mehr annehmen.
Außerdem sind die Mehrzahl von Lichtquellen 21 so angeordnet, dass die Normale der Emissionsfläche 21a die Normale des räumlichen Modulationselements 24 schneidet. In 2 weist die Normale der Emissionsfläche 21a in Richtung der X-Achse, und die Normale des räumlichen Modulationselements 24 weist in Richtung der Z-Achse. Daher sind die Normale des räumlichen Modulationselements 24 und die Normale der Emissionsfläche 21a orthogonal zueinander, dies ist ein Beispiel. Der Winkel der beiden Normalen kann beispielsweise ein beliebiger Winkel sein, solange es sich um einen von 180 Grad verschiedenen Winkel handelt, und kann beispielsweise ein Winkel von 10 Grad oder mehr und 90 Grad oder weniger, ein Winkel von 20 Grad oder mehr und 80 Grad oder weniger, und ein Winkel von 30 Grad oder mehr und 70 Grad oder weniger sein.
Die Linse 22 ändert den optischen Pfad des von jeder der Mehrzahl von Lichtquellen 21 ausgesandten Lichts so, dass das von jeder Lichtquelle 21 emittierte Licht im Wesentlichen denselben Bereich der Einfallsfläche 24a des räumlichen Modulationselements 24 erreicht. Im Wesentlichen derselbe Bereich soll eine leichte Abweichung des Bereichs zulassen, den das von jeder der Mehrzahl von Lichtquellen 21 emittierte Licht erreicht. Insbesondere ist die Linse 22 nahe der Mehrzahl von Lichtquellen 21 angeordnet. Die Linse 22 hat eine Längsrichtung parallel zur Y-Achsenrichtung. Die Linse 22 umfasst die Einfallsfläche 22a, in die das von der Mehrzahl von Lichtquellen 21 emittierte Licht eintritt. Die Linse 22 umfasst eine Emissionsfläche 22b, die divergierendes Licht der Mehrzahl von Lichtquellen 21 in Richtung der Z-Achse in im Wesentlichen paralleles Licht umlenkt und das im Wesentlichen parallele Licht emittiert. Die Einfallsfläche 22a ist den Emissionsflächen 21a der Mehrzahl von Lichtquellen 21 zugewandt. Für die Mehrzahl von Lichtquellen 21 ist eine Linse 22 angeordnet. Dies ist jedoch nur ein Beispiel, und es können auch zwei, drei oder mehr Linsen für die Mehrzahl von Lichtquellen 21 angeordnet sein.
Zumindest eine aus der Einfallsfläche 22a und der Emissionsfläche 22b der Linse 22 hat eine konvexe Form, um der Linse 22 eine positive Brechkraft zu verleihen. Die konvexe Form von zumindest einer aus der Einfallsfläche 22a und der Emissionsfläche 22b der Linse 22 ist in Bezug auf eine optische Achse rotationssymmetrisch. Hierbei handelt es sich jedoch um ein Beispiel, und zumindest eine aus der Einfallsfläche 22a und der Emissionsfläche 22b der Linse 22 kann eine torusförmige Form mit unterschiedlichen Krümmungen in Richtung der Y-Achse und der Z-Achse oder eine Freiformoberflächenform aufweisen. Als Einfallsfläche 22a der Linse 22 kann auch eine TIR-Linse (Total Internal Reflection) verwendet werden. Dadurch kann das Licht von der Lichtquelle 21 effizient auf das reflektierende optische Glied 23 emittiert werden, was zu einer verbesserten Lichtausnutzung führt. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Linse 22 eine plankonvexe Linse, bei der nur die Emissionsfläche 22b eine konvexe Form aufweist.
Die Emissionsfläche 22b der Linse 22 hat eine konvexe Form mit einer asphärischen Form, bei der die Krümmungen in Richtung der Y-Achse und in Richtung der Z-Achse voneinander verschieden sind. Insbesondere hat die Emissionsfläche 22b eine Krümmung in Richtung der Z-Achse, die größer ist als die Krümmung in Richtung der Y-Achse. Der Grund, warum die Krümmung in der Z-Achsenrichtung größer gewählt ist als die Krümmung in der Y-Achsenrichtung besteht darin, einen Lichtstrahl zu verengen und paralleles Licht in Richtung der kurzen Seite 241 des räumlichen Modulationselements 24 zu leiten. Andererseits besteht der Grund, die Krümmung in der Y-Achsenrichtung kleiner zu wählen als die Krümmung in der Z-Achsenrichtung, darin, dass das Licht von jeder Lichtquelle 21 über die gesamte lange Seite 242 geleitet wird. Daher kann die Linse 22 in dem räumlichen Modulationselement 24, das die Y-Achsenrichtung als Längsrichtung und die X-Achsenrichtung als Querrichtung aufweist, eine Linse bilden, die geeignet ist, dass das von jeder der Mehrzahl von Lichtquellen 21 emittierte Licht denselben Bereich der Einfallsfläche 24a des räumlichen Modulationselements 24 erreicht.
Darüber hinaus hat die Emissionsfläche 22b eine Form in der Y-Achsenrichtung, bei der die Krümmung beispielsweise von der Mitte zum Rand hin abnimmt, so dass eine Beleuchtungsstärkeverteilung des von der Mehrzahl von Lichtquellen 21 emittierten Lichts auf der Einfallsfläche 24a des räumlichen Modulationselements 24 gleichmäßig wird. Es kann jedoch auch eine Freiformoberflächenform vorgesehen werden, um die Unstetigkeit der Leuchtdichte zu verringern, und die Form ist nicht darauf beschränkt. Darüber hinaus hat die Emissionsfläche 22b eine Form in der Z-Achsenrichtung, bei der die Krümmung von der Mitte zum Rand hin abnimmt, so dass die Beleuchtungsstärkeverteilung auf der Einfallsfläche 24a gleichmäßig wird. Es kann jedoch auch eine Freiformoberflächenform vorgesehen werden, um die Unstetigkeit der Leuchtdichte zu verringern, und die Form ist nicht darauf beschränkt.
Die Linse 22 ist aus einem transparenten Material mit einem vorgegebenen Brechungsindex gebildet. Der Brechungsindex des transparenten Materials liegt beispielsweise bei 1,4 bis 1,6. Als transparentes Material kann ein Harz wie ein Epoxidharz, ein Silikonharz, ein Acrylharz oder Polycarbonat verwendet werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Linse 22 aus Gründen der Wärmebeständigkeit beispielsweise aus Polycarbonat hergestellt.
Auf 2 wird Bezug genommen. Das reflektierende optische Glied 23 umfasst eine reflektierende Oberfläche, die das von der Linse 22 emittierte Licht in Richtung des räumlichen Modulationselements 24 ablenkt. Das reflektierende optische Glied 23 hat eine Form, die das von der Linse 22 emittierte Licht so ablenkt, dass es auf eine beliebige Position P auf der Einfallsfläche 24a des räumlichen Modulationselements 24 unter einem vorbestimmten Referenzeinfallswinkel einfällt. Insbesondere hat das reflektierende optische Glied 23 eine Freiformoberflächenform. Die willkürliche Position P repräsentiert eine Mehrzahl von Positionen auf der Einfallsfläche 24a. Das reflektierende optische Glied 23 ist beispielsweise ein Spiegel.
In dem Head-up-Display 10 werden die Position, die Form und dergleichen des reflektierenden optischen Glieds 12 so bestimmt, dass das virtuelle Bild 15 mit einer Zielgröße an einer Zielanzeigeposition angezeigt wird, und ein Referenzeinfallswinkel an jeder der Mehrzahl von Positionen auf der Einfallsfläche 24a des räumlichen Modulationselements 24 wird basierend auf der bestimmten Position und Form des reflektierenden optischen Glieds 12 bestimmt. Daher hat eine Form des reflektierenden optischen Glieds 23 an einer Position P1 als eine Position, an der ein Lichtstrahl L1 in Richtung der Position P abgelenkt wird, eine Form, die bewirkt, dass der Lichtstrahl L1 auf die Position P mit dem Referenzeinfallswinkel einfällt.
Der Referenzeinfallswinkel umfasst eine erste Komponente, die von der langen Seite 242 des räumlichen Modulationselements 24 aus betrachtet wird, d.h. aus der X-Achsenrichtung, und eine zweite Komponente, die von der kurzen Seite 241 aus betrachtet wird, d.h. aus der Y-Achsenrichtung. Daher ist die Form an der Position P1 eine Form, die bewirkt, dass der Lichtstrahl L1 in die Position P mit der ersten Komponente und der zweiten Komponente des Referenzeinfallswinkels eintritt. Dementsprechend hat das reflektierende optische Glied 23 eine Freiformoberflächenform, bei der jede Position P1 bewirkt, dass der Lichtstrahl L1 an der entsprechenden Position P auf der Einfallsfläche 24a mit der ersten Komponente und der zweiten Komponente des Referenzeinfallswinkels einfällt. Wie in 3 illustriert, ist eine Krümmung C1, die erhalten wird, wenn das reflektierende optische Glied 23 entlang einer X-Y-Ebene geschnitten wird, an der Position P1 beispielsweise größer als eine Krümmung C2, die erhalten wird, wenn das reflektierende optische Glied 23 entlang einer Z-X-Ebene geschnitten wird. Dementsprechend ist ein Neigungsgrad des reflektierenden optischen Glieds 23 bei Betrachtung aus der Z-Achsenrichtung insgesamt größer als ein Neigungsgrad bei Betrachtung aus der Y-Achsenrichtung.
Obwohl das reflektierende optische Glied 12 hier mit einer Freiformoberflächenform beschrieben wurde, ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt. Als Resultat des Bestimmens der Form an jeder Position P1 des reflektierenden optischen Glieds 23 derart, dass das Licht an der Position P unter dem Referenzeinfallswinkel eintritt, kann das reflektierende optische Glied 12 eine flache Plattenform oder eine Kugelform haben. In diesem Fall kann das reflektierende optische Glied 23 eine ebene Form oder eine Kugelform haben.
Wie oben beschrieben, lenkt das reflektierende optische Glied 23 gemäß der vorliegenden Ausführungsform den von der Linse 22 emittierten Lichtstrahl ab und leitet den Lichtstrahl zum räumlichen Modulationselement 24. Dadurch wird die Mehrzahl der Lichtquellen 21 so angeordnet, dass die Normale der Emissionsfläche 21a die Normale des räumlichen Modulationselements 24 schneidet. Daraus resultierend kann ein Betrag, um den die Hintergrundbeleuchtungseinheit 20 in der Normalenrichtung des räumlichen Modulationselements 24 hervorsteht, unterdrückt werden, wenn die Größe des räumlichen Modulationselements 24 vergrößert wird. Infolgedessen ermöglicht die vorliegende Ausführungsform eine Verbesserung der Montierbarkeit des Head-up-Displays 10 an dem Fahrzeug 100.
Darüber hinaus ändert die Linse 22 den optischen Weg des von jeder der Mehrzahl von Lichtquellen 21 emittierten Lichts, so dass das von jeder Lichtquelle emittierte Licht denselben Bereich der Einfallsfläche 24a des räumlichen Modulationselements 24 erreicht. Darüber hinaus hat das reflektierende optische Glied 23 eine Form, die das von der Linse 22 emittierte Licht so ablenkt, dass es auf einen beliebigen Punkt P auf der Einfallsfläche des räumlichen Modulationselements 24 unter einem Referenzeinfallswinkel einfällt. Daher ermöglicht die vorliegende Ausführungsform, dass Leuchtdichteunebenheiten eines von dem räumlichen Modulationselement 24 emittierten Bildes unterdrückt werden können.
Wie in 3 illustriert, sind die Mehrzahl von Lichtquellen 21 parallel zur langen Seite 242 des räumlichen Modulationselements 24 angeordnet. Daher kann die gesamte Größe der Projektionsvorrichtung 11 im Vergleich zu einem Fall reduziert werden, in dem die Mehrzahl von Lichtquellen 21 parallel zur kurzen Seite 241 des räumlichen Modulationselements 24 angeordnet sind. Dies ermöglicht eine weitere Verbesserung der Montierbarkeit des Head-up-Displays 10 am Fahrzeug 100.
Angemerkt wird, dass die vorliegende Offenbarung die folgende Modifikation annehmen kann.
(1) 4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Gehäuses 13 des Head-up-Displays 10 gemäß der Modifikation der vorliegenden Offenbarung illustriert. In 4 umfasst das Gehäuse 13 einen Befestigungsabschnitt 131, an dem die Projektionsvorrichtung 11 befestigt ist. Der Befestigungsabschnitt 131 ist ein Sackloch, das sich schräg von einem Öffnungsabschnitt 133 in einer Bodenfläche 132 des Gehäuses 13 erstreckt. Ein Querschnitt des Befestigungsabschnitts 131 hat die gleiche Form wie ein Querschnitt der Projektionsvorrichtung. Daher wird die Projektionsvorrichtung 11 durch Einführen in das Gehäuse 13 in Pfeilrichtung in den Befestigungsabschnitt 131 eingesetzt. Eine Bodenfläche 134 des Befestigungsabschnitts 131 ist offen. Dementsprechend wird das von dem räumlichen Modulationselement 24 emittierte Licht in das Gehäuse 13 aufgenommen und über das reflektierende optische Glied 12 und einen in 1 illustrierten Öffnungsabschnitt 13a zur Windschutzscheibe 14 geleitet.
(2) Obwohl in Modifikation (1) das räumliche Modulationselement 24 innerhalb eines Gehäuses 11a der Projektionsvorrichtung 11 vorgesehen ist, ist dies ein Beispiel. Das räumliche Modulationselement 24 kann auf der Bodenfläche 134 des Befestigungsabschnitts 131 vorgesehen sein.
(3) Obwohl in dem Beispiel von 3 die Mehrzahl von Lichtquellen 21 in einer Linie in der Y-Achsenrichtung angeordnet sind, ist dies ein Beispiel. 5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Anordnung der Mehrzahl von Lichtquellen 21 gemäß der Modifikation der vorliegenden Offenbarung illustriert. Wie in 5 illustriert, kann die Mehrzahl der Lichtquellen 21 in einer Matrix aus vorbestimmten Zeilen x vorbestimmten Spalten in Y-Achsenrichtung und Z-Achsenrichtung angeordnet sein. Infolgedessen kann ein Bild mit ausreichender Leuchtdichte in einem Fall erhalten werden, in dem das räumliche Modulationselement 24 vergrößert ist.
(4) Obwohl im Beispiel von 1 das Head-up-Display 10 das virtuelle Bild 15 anzeigt, ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt, und ein Bild kann auf einem Teil (beispielsweise einem Konsolengehäuse oder dergleichen) des Fahrzeugs 100 angezeigt werden.
Eine Projektionsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Projektionsvorrichtung, die an einem Fahrzeug montiert ist, wobei die Projektionsvorrichtung umfasst: eine Mehrzahl von Lichtquellen, die in einer ersten Richtung angeordnet sind; ein räumliches Modulationselement, das einfallendes Licht in Bildinformationen moduliert und die Bildinformationen emittiert; eine Linse, die einen optischen Pfad des von jeder der Mehrzahl von Lichtquellen emittierten Lichts so verändert, dass das von jeder Lichtquelle emittierte Licht im Wesentlichen denselben Bereich einer Einfallsfläche des räumlichen Modulationselements erreicht; und ein erstes reflektierendes optisches Glied, das das von der Linse emittierte Licht hin zum räumlichen Modulationselement ablenkt, wobei das erste reflektierende optische Glied eine Form hat, die das von der Linse emittierte Licht so ablenkt, dass es auf einen beliebigen Punkt auf der Einfallsfläche des räumlichen Modulationselements mit einem vorbestimmten Referenzeinfallswinkel einfällt.
Gemäß dieser Konfiguration lenkt das erste reflektierende optische Glied das von der Linse emittierte Licht ab und leitet es zum räumlichen Modulationselement. Dementsprechend erlaubt dies Konfiguration, dass die Mehrzahl von Lichtquellen so angeordnet werden können, dass eine Normale einer Emissionsfläche eine Normale des räumlichen Modulationselements schneidet. Daraus resultierend ermöglicht diese Konfiguration einen Betrag zu unterdrücken, um den eine Hintergrundbeleuchtungseinheit von der Lichtquelle zum räumlichen Modulationselement in der Normalenrichtung des räumlichen Modulationselements vorsteht, wenn die Größe des räumlichen Modulationselements vergrößert wird. Infolgedessen ermöglicht diese Konfiguration eine Verbesserung der Montierbarkeit des Head-up-Displays in einem Fahrzeug.
Darüber hinaus ändert die Linse den optischen Pfad des von jeder der Mehrzahl von Lichtquellen emittierten Lichts so, dass das von jeder Lichtquelle emittierte Licht denselben Bereich der Einfallsfläche des räumlichen Modulationselements erreicht. Darüber hinaus hat das erste reflektierende optische Glied eine Form, die das von der Linse ausgestrahlte Licht so ablenkt, dass es auf einen beliebigen Punkt auf der Einfallsfläche des räumlichen Modulationselements mit dem Referenzeinfallswinkel einfällt. Daher ermöglicht diese Konfiguration, dass Leuchtdichteunebenheiten eines vom räumlichen Modulationselement emittierten Bildes unterdrückt werden können.
In dem obigen Aspekt kann das erste reflektierende optische Glied eine Freiformoberflächenform haben.
Da das erste reflektierende optische Glied die Form einer Freiformoberflächenform hat, ist es bei dieser Konfiguration leicht möglich, das von der Linse emittierte Licht auf einen beliebigen Punkt auf der Einfallsfläche des räumlichen Modulationselements mit dem Referenzeinfallswinkel auftreffen zu lassen.
In dem obigen Aspekt kann die Mehrzahl der Lichtquellen so angeordnet sein, dass eine Normale einer Emissionsfläche eine Normale des räumlichen Modulationselements schneidet.
Da die Mehrzahl von Lichtquellen so angeordnet sind, dass die Normale der Emissionsfläche die Normale des räumlichen Modulationselements schneidet, kann gemäß dieser Konfiguration ein Betrag, um den eine Hintergrundbeleuchtungseinheit von der Lichtquelle zum räumlichen Modulationselement in der Normalenrichtung des räumlichen Modulationselements vorsteht, zuverlässiger unterdrückt werden. Dadurch ermöglicht diese Konfiguration eine weitere Verbesserung der Montierbarkeit des Head-up-Displays in einem Fahrzeug.
In dem obigen Aspekt kann die erste Richtung parallel zu einer Längsrichtung des räumlichen Modulationselements sein.
Da die Mehrzahl von Lichtquellen parallel zur Längsrichtung des räumlichen Modulationselements angeordnet sind, kann gemäß dieser Konfiguration die Projektionsvorrichtung im Vergleich zu einem Fall, in dem die mehreren Lichtquellen parallel zu einer seitlichen Richtung des räumlichen Modulationselements angeordnet sind, verkleinert werden.
Unter dem obigen Aspekt kann die Linse zumindest als Emissionsfläche eine konvexe Oberfläche aufweisen.
Gemäß dieser Konfiguration ist es möglich, auf einfache Weise eine Linse zu realisieren, die einen optischen Pfad des von jeder der Mehrzahl von Lichtquellen emittierten Lichts so verändert, dass das von jeder Lichtquelle emittierte Licht denselben Bereich der Einfallsfläche des räumlichen Modulationselements erreicht.
Unter dem obigen Aspekt kann die Emissionsfläche der Linse in einer zweiten Richtung eine größere Krümmung aufweisen als in der ersten Richtung, wobei die zweite Richtung orthogonal zur ersten Richtung ist.
Da das räumliche Modulationselement die erste Richtung als Längsrichtung und die zweite Richtung als Querrichtung hat, kann gemäß dieser Konfiguration eine Linse konfiguriert werden, die geeignet ist, dass das von jeder der Mehrzahl von Lichtquellen emittierte Licht denselben Bereich der Einfallsfläche des räumlichen Modulationselements erreicht.
In dem obigen Aspekt kann die Mehrzahl von Lichtquellen in einer Matrix in der ersten Richtung und der zweiten Richtung orthogonal zur ersten Richtung angeordnet sein.
Gemäß dieser Konfiguration kann in einem Fall, indem das räumliche Modulationselement vergrößert wird, ein Bild mit ausreichender Leuchtdichte erhalten werden.
Ein Head-up-Display gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst die vorbeschriebene Projektionsvorrichtung und ein zweites reflektierendes optisches Glied zum Projizieren von Licht, das von dem räumlichen Modulationselement emittiert wird, auf ein reflektierendes Glied, das an dem Fahrzeug vorgesehen ist.
Gemäß der vorliegenden Konfiguration ist es möglich, ein Head-up-Display bereitzustellen, das eine verbesserte Montierbarkeit an einem Fahrzeug aufweist und gleichzeitig die Leuchtdichteunebenheiten eines von dem räumlichen Modulationselement emittierten Bildes unterdrückt.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Vorrichtung, die an einem Fahrzeug montiert ist und ein Video wie ein virtuelles Bild anzeigt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2016126314 [0007]
JP 6078798 [0007]

Claims

Projektionsvorrichtung, die an einem Fahrzeug montiert ist, aufweisend: eine Mehrzahl von Lichtquellen, die in einer ersten Richtung angeordnet sind; ein räumliches Modulationselement, das einfallendes Licht in Bildinformationen moduliert und die Bildinformationen emittiert; eine Linse, die einen optischen Pfad des von jeder der Mehrzahl von Lichtquellen emittierten Lichts so verändert, dass das von jeder Lichtquelle emittierte Licht im Wesentlichen denselben Bereich einer Einfallsfläche des räumlichen Modulationselements erreicht; und ein erstes reflektierendes optisches Glied, das das von der Linse emittierte Licht hin zum räumlichen Modulationselement ablenkt, wobei das erste reflektierende optische Glied eine Form hat, die das von der Linse emittierte Licht so ablenkt, dass es auf einen beliebigen Punkt auf der Einfallsfläche des räumlichen Modulationselements in einem vorbestimmten Referenzeinfallswinkel einfällt.
Projektionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste reflektierende optische Glied eine Freiformoberflächenform aufweist.
Projektionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Mehrzahl von Lichtquellen so angeordnet sind, dass eine Normale einer Emissionsfläche eine Normale des räumlichen Modulationselements schneidet.
Projektionsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die erste Richtung parallel zu einer Längsrichtung des räumlichen Modulationselements ist.
Projektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Linse zumindest als Emissionsfläche eine konvexe Oberfläche aufweist.
Projektionsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Emissionsfläche der Linse in einer zweiten Richtung eine größere Krümmung aufweist als in der ersten Richtung, wobei die zweite Richtung orthogonal zur ersten Richtung ist.
Projektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die mehreren Lichtquellen in einer Matrix in der ersten Richtung und in der zweiten Richtung orthogonal zur ersten Richtung angeordnet sind.
Head-up-Display, aufweisend: die Projektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7; und ein zweites reflektierendes optisches Glied zum Projizieren von Licht, das von dem räumlichen Modulationselement emittiert wird, auf ein reflektierendes Glied, das am Fahrzeug vorgesehen ist.