DE112022002776T5

DE112022002776T5 - Head-up-Display und Konstruktionsverfahren für ein Head-up-Display

Info

Publication number: DE112022002776T5
Application number: DE112022002776.2T
Authority: DE
Inventors: Hatsuhiko Nishimura
Original assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Current assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Priority date: 2021-05-25
Filing date: 2022-05-24
Publication date: 2024-03-07
Also published as: JPWO2022250032A1; WO2022250032A1

Abstract

Die Anzeigequalität eines Head-up-Displays wird erhöht. Das Head-up-Display der vorliegenden Offenbarung wurde derart aufgebaut, dass es mit einem Anzeigeelement 1, das Anzeigelicht PL emittiert, das Fahrzeuginformationen anzeigt, einem Gehäuse C, das das Anzeigeelement 1 aufnimmt und eine Ausstrahlöffnung aufweist, von der das Anzeigelicht PL nach außen ausgestrahlt wird, einem optischen Element 3, das eine lichtdurchlässige Staubschutzabdeckung 33 umfasst, die die Ausstrahlöffnung bedeckt, und einem Phasenelement 2, das aus mehreren Phasendifferenzplatten 21 bis 23 mit unterschiedlichen Polarisationseigenschaften aufgebaut wird und mit einer vorbestimmten Neigung θ bezüglich des Hauptstrahls des Anzeigelichts PL angeordnet wird, versehen ist. Das Phasenelement 2 wird durch einen ersten Schritt S1, in dem Ausbreitungseigenschaften von Licht des optischen Elements 3 vorgegeben werden, und einen zweiten Schritt S2 konstruiert, in dem ein Sollwert von ausgestrahltem Licht des optischen Elements 3 vorgegeben wird und die Neigung θ und Polarisationseigenschaften jeder der mehreren Phasendifferenzplatten, die als eine annähernde Lösung für den Sollwert dienen, ermittelt werden.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Head-up-Display, das in einem Fahrzeug eingebaut wird.
Technischer Hintergrund
Patentdokument 1 offenbart ein Head-up-Display. In diesem Head-up-Display wird Anzeigelicht, das von einem Flüssigkristallanzeigegerät emittiert wurde, durch mehrere Reflexionsspiegel reflektiert, danach durch eine lichtdurchlässige Staubschutzabdeckung durchgelassen, die eine Ausstrahlöffnung bedeckt, und darüber hinaus durch eine Windschutzscheibe eines Fahrzeugs reflektiert, womit ein virtuelles Bild des Anzeigelichts durch das Auge eines Fahrers visuell erkannt wird.
Dokument zum Stand der Technik
Patentdokument
Patentdokument 1: JP 2021-014153 A
Zusammenfassung der Erfindung
Zu lösende Aufgabe der Erfindung
Jedoch hat der Erfinder der vorliegenden Offenbarung herausgefunden, dass im Laufe des Durchlassens oder Reflektierens durch die jeweiligen optischen Elemente wie die Reflexionsspiegel, die lichtdurchlässige Staubschutzabdeckung, die Windschutzscheibe usw. durch Beeinflussen durch die Anordnung o. Ä. der jeweiligen optischen Elemente eine unerwartete Polarisation bzw. Leuchtdichteverringerung des Anzeigelichts entsteht.
Der vorliegenden Offenbarung liegt das Ziel zugrunde, angesichts der vorstehend erwähnten Aufgabe die Anzeigequalität des Head-up-Displays zu erhöhen.
Mittel zum Lösen der Aufgabe
Zum Lösen der vorstehend erwähnten Aufgabe ist das Head-up-Display der vorliegenden Offenbarung mit
einem Anzeigeelement, das Anzeigelicht emittiert, das Fahrzeuginformationen anzeigt, einem Gehäuse, das das Anzeigeelement aufnimmt und eine Ausstrahlöffnung aufweist, von der das Anzeigelicht nach außen ausgestrahlt wird,
einem optischen Element, das eine lichtdurchlässige Staubschutzabdeckung umfasst, die die Ausstrahlöffnung bedeckt, und
einem Phasenelement versehen, das aus mehreren Phasendifferenzplatten mit unterschiedlichen Polarisationseigenschaften aufgebaut wird und mit einer vorbestimmten Neigung bezüglich des Hauptstrahls des Anzeigelichts angeordnet wird.
Ferner ist zum Lösen der vorstehend erwähnten Aufgabe das Konstruktionsverfahren für ein Head-up-Display der vorliegenden Offenbarung
ein Konstruktionsverfahren für ein Head-up-Display, bei dem Anzeigelicht, das von einem Anzeigeelement ausgestrahlt wird, über ein optisches Element und ein Phasenelement visuell erkannt wird,
wobei das Phasenelement aus mehreren Phasendifferenzplatten mit unterschiedlichen Polarisationseigenschaften aufgebaut wird und mit einer vorbestimmten Neigung bezüglich des Hauptstrahls des Anzeigelichts auf einem Lichtweg des Anzeigelichts angeordnet wird, und
wobei das Konstruktionsverfahren mit
einem ersten Schritt, in dem Ausbreitungseigenschaften von Licht des optischen Elements vorgegeben werden, und
einem zweiten Schritt, in dem ein Sollwert von ausgestrahltem Licht des optischen Elements vorgegeben wird und die Neigung und Polarisationseigenschaften jeder der mehreren Phasendifferenzplatten, die als eine annähernde Lösung für den Sollwert dienen, ermittelt werden, versehen ist.
Vorteile der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird die Anzeigequalität eines virtuellen Bildes verbessert, das das Head-up-Display anzeigt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[1] Eine schematische Aufbauansicht eines Head-up-Displays
[2] Eine Ansicht, die die Ausbreitung von Licht des Head-up-Displays zeigt
[3] Eine Ansicht, die die Anordnung eines Phasenelements zeigt
[4] Eine Ansicht, die den Konstruktionsablauf fürs Phasenelement zeigt

Ausführungsform der Erfindung
Unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen wird ein Head-up-Display HUD der vorliegenden Offenbarung erläutert.
Es wird auf 1 und 2 verwiesen. Das Head-up-Display HUD, das in einer Instrumententafel eines Fahrzeugs eingebaut ist, projiziert Anzeigelicht PL in Richtung auf eine Windschutzscheibe WS des Fahrzeugs, die sich vor dem Auge eines Insassen (hauptsächlich eines Fahrers) P befindet. Der Insasse P kann durch das Anzeigelicht PL, das durch die Windschutzscheibe WS reflektiert wurde, ein virtuelles Bild V des Anzeigelichts PL auf der Vorderseite der Windschutzscheibe WS beobachten.
Das Head-up-Display HUD weist ein Anzeigeelement 1, ein Phasenelement 2, einen ersten Reflexionsspiegel 31, einen zweiten Reflexionsspiegel 32, einen Steuerabschnitt 4 und ein Gehäuse C auf, in dem eine Ausstrahlöffnung, die von einer lichtdurchlässigen Staubschutzabdeckung 33 bedeckt ist, gebildet ist.
Das Anzeigeelement 1 emittiert Anzeigelicht, das Fahrzeuginformationen anzeigt. Der Referenzstrahl dieses Anzeigelichts, der durch das Zentrum des Anzeigeelements 1 durchgelassen wird, wird als ein Hauptstrahl PL definiert. Das Anzeigeelement 1, das z. B. ein Flüssigkristallanzeigegerät ist, weist eine Lichtquelle 11 und eine Flüssigkristalltafel 12 auf. Es sei angemerkt, dass das Anzeigeelement 1 neben dem Flüssigkristallanzeigegerät auch ein organisches EL-Anzeigegerät, ein Projektor o. Ä. sein kann.
Die Lichtquelle 11 ist ein Rücklicht, das die Flüssigkristalltafel 12 beleuchtet. Die Lichtquelle 11 ist z. B. eine LED, die weißes Licht emittiert. Ferner sind, obwohl nicht dargestellt, verschiedene Linsen wie eine Kollimatorlinse o. Ä., die das von der Lichtquelle 11 emittierte Licht in gleichmäßiges Parallellicht umwandeln, zwischen der Lichtquelle 11 und der Flüssigkristalltafel 12 angeordnet.
Die Flüssigkristalltafel 12 ist z. B. eine Aktivmatrix-Tafel vom TFT (Thin Film Transistor)-Typ. Die Flüssigkristalltafel 12 weist eine Flüssigkristallzelle, die aus paarweisen transparenten Substraten und einer Flüssigkristallschicht, die zwischen den beiden Substraten eingeschlossen ist, aufgebaut wird, und Polarisationsfilter auf, die einander derart gegenüberstehen, dass sie diese Flüssigkristallzelle einklemmen. In der Flüssigkristalltafel 12 wird, wenn die Flüssigkristallschicht durch Steuerung durch den Steuerabschnitt 4 mit einer Antriebsspannung beaufschlagt wird, die Ausrichtung des Flüssigkristallmoleküls der Flüssigkristallschicht gesteuert, womit bei jedem der matrixartig angeordneten Pixel zwischen einem durchlässigen Zustand und einem undurchlässigen Zustand umgeschaltet werden kann. Da Licht der Lichtquelle 11, das durch ein in einem durchlässigen Zustand befindliches Pixel durchgelassen wird und unpolarisiertes Licht ist, derart durchgelassen wird, dass es in linear polarisiertes Licht polarisiert wird, kann die Flüssigkristalltafel 12 auch als ein Polarisationselement definiert werden.
Die Flüssigkristalltafel 12 zeigt ein vorbestimmtes Bild an, indem durch Steuerung durch den Steuerabschnitt 4 bei jedem Pixel zwischen einem durchlässigen Zustand und einem undurchlässigen Zustand umgeschaltet wird. Dieses Bild ist z. B. eine Figur bzw. eine Zahl, die Fahrzeuginformationen wie Fahrtgeschwindigkeit eines Fahrzeugs, Fahrzeugalarm, Routenführungsinformationen o. Ä. anzeigen.
Das Phasenelement 2 ist eine aufgeschichtete Phasendifferenzplatte, in der mehrere Phasendifferenzfilme, die unterschiedliche Phasendifferenzen erzeugen, aufgeschichtet sind. Unter unterschiedlichen Phasendifferenzen versteht man z. B., dass sich Azimutwinkel bzw. Elliptizitätswinkel bezüglich einer bestimmten Wellenlänge voneinander unterscheiden. Ferner ist das Phasenelement 2 auf einem Lichtweg, durch den das Anzeigelicht PL durchtritt, derart angeordnet, dass es bezüglich des Hauptstrahls des vom Anzeigeelement 1 ausgestrahlten Anzeigelichts PL um θ Grad geneigt ist. Wie in 3 gezeigt, wird in der vorliegenden Ausführungsform das Phasenelement 2 zwischen dem Anzeigeelement 1 und einem optischen Element 3 angeordnet. Ferner wird bestimmt, dass im Phasenelement 2 drei Phasendifferenzfilme, d. h. Phasendifferenzfilme 21, 22, 23, die aus einem Harz hergestellt sind, aufgeschichtet sind. Die Neigung θ des Phasenelements 2 und Eigenschaften der jeweiligen Phasendifferenzfilme 21 bis 23 werden nachstehend unter „Konstruktionsablauf fürs Phasenelement 2“ ausführlich erläutert.
Ein optisches Bauelement, das auf dem Lichtweg bis zum Erreichen des Auges des Insassen P durch das Anzeigelicht PL dieses reflektiert oder durchlässt, wird als ein optisches Element 3 definiert. In der vorliegenden Ausführungsform entsprechen dem optischen Element 3 der erste Reflexionsspiegel 31, der zweite Reflexionsspiegel 32, die lichtdurchlässige Staubschutzabdeckung 33 und die Windschutzscheibe WS. Hierbei wird ein optisches Element, mit dem das Head-up-Display HUD versehen ist, als ein inneres optisches Element definiert. Dem inneren optischen Element entsprechen der erste Reflexionsspiegel 31, der zweite Reflexionsspiegel 32 und die lichtdurchlässige Staubschutzabdeckung 33. Ferner wird ein optisches Element, das kein inneres optisches Element ist und sich außerhalb des Head-up-Displays HUD befindet, als ein äußeres optisches Element definiert. Dem äußeren optischen Element entspricht die Windschutzscheibe WS.
Der erste Reflexionsspiegel 31 ist ein Reflexionsspiegel, der das durch das Phasenelement 2 durchgelassene Anzeigelicht PL in Richtung auf den zweiten Reflexionsspiegel 32 reflektiert. Der erste Reflexionsspiegel 31 ist z. B. ein Planspiegel.
Der zweite Reflexionsspiegel 32 ist ein Reflexionsspiegel, der das durch den ersten Reflexionsspiegel 31 reflektierte Anzeigelicht PL in Richtung auf die Ausstrahlöffnung des Gehäuses C reflektiert. Der zweite Reflexionsspiegel 32 ist z. B. ein Hohlspiegel.
Die lichtdurchlässige Staubschutzabdeckung 33 ist ein transparenter Harzfilm aus einem Acrylharz, einem Polycarbonat-Harz o. Ä. Die lichtdurchlässige Staubschutzabdeckung 33, die die im Gehäuse C gebildete Ausstrahlöffnung bedeckt, ist entlang der Ausstrahlöffnung gekrümmt.
Der Steuerabschnitt 4 ist eine Steuerplatine, die einen Mikrocontroller aufweist, der das Anzeigeelement 1 steuert.
Das Gehäuse C ist ein Gehäuse, das eine Lichtabschirmfähigkeit aufweist, schwarz gefärbt ist und aus einem Harz oder Metall hergestellt ist. Das Gehäuse C nimmt das Anzeigeelement 1, das Phasenelement 2, den ersten Reflexionsspiegel 31, den zweiten Reflexionsspiegel 32 und den Steuerabschnitt 4 auf.
(Konstruktionsablauf fürs Phasenelement 2)
Unter Bezugnahme auf 4 wird im Folgenden der Konstruktionsablauf fürs Phasenelement 2 erläutert. Durch den folgenden Konstruktionsablauf wird ein optimaler Wert (eine annähernde Lösung) für Eigenschaften und die Anordnung von drei Phasendifferenzfilmen, d. h. Phasendifferenzfilmen 21, 22, 23, erhalten.
(Schritt S1)
In Schritt S1 wird ein quantitativer Auswertungswert von eingestrahltem Licht und ausgestrahltem Licht der jeweiligen optischen Elemente 3 bei drei Lichtwellenlängen, d. h. bei einer roten Lichtwellenlänge, einer grünen Lichtwellenlänge und einer blauen Lichtwellenlänge, gemessen, womit aus diesem quantitativen Auswertungswert Ausbreitungseigenschaften von Licht der jeweiligen optischen Elemente 3 ermittelt werden. Es sei angemerkt, dass diese Messung in einem Zustand, in dem das Phasenelement 2 nicht vorliegt, durchgeführt wird. Nachdem Schritt S1 durchgeführt wurde, wird Schritt S2 durchgeführt.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die rote Lichtwellenlänge z. B. als 488 nm bestimmt. Die grüne Lichtwellenlänge wird z. B. als 532 nm bestimmt. Die blaue Lichtwellenlänge wird z. B. als 632 nm bestimmt. Außerdem wird bestimmt, dass die jeweiligen optischen Elemente 3 der erste Reflexionsspiegel 31, der zweite Reflexionsspiegel 32, die lichtdurchlässige Staubschutzabdeckung 33 und die Windschutzscheibe WS sind, die oben erwähnt wurden. Hierbei ist die Messung eines quantitativen Auswertungswerts von eingestrahltem Licht des ersten Reflexionsspiegels 31, der sich in der vordersten Position befindet, auch diejenige eines quantitativen Auswertungswerts von vom Anzeigeelement 1 ausgestrahltem Licht, da ein Zustand herrscht, in dem das Phasenelement 2 nicht vorliegt.
Bei der Messung eines quantitativen Auswertungswerts von eingestrahltem Licht und ausgestrahltem Licht des optischen Elements 3 handelt es sich z. B. um Stokes-Parameter.
Wenn ein konkretes Beispiel angeführt wird, werden vier Stokes-Parameter Sa0 (λ), Sa1 (λ), Sa2 (λ), Sa3 (λ) als Stokes-Parameter von eingestrahltem Licht a (λ) eines optischen Elements 3 bei der Wellenlänge λ gemessen. Ferner werden vier Stokes-Parameter Sb0 (λ), Sb1 (λ), Sb2 (λ), Sb3 (λ) als Stokes-Parameter von ausgestrahltem Licht b (λ) eines optischen Elements 3 bei der Wellenlänge λ gemessen.
Ausbreitungseigenschaften von Licht des optischen Elements 3 sind z. B. ein Amplitudenverhältniswinkel und eine Phasendifferenz. Dieser Amplitudenverhältniswinkel und diese Phasendifferenz können aus den oben erwähnten Stokes-Parametern abgeleitet werden.
(Schritt S2)
In Schritt S2 wird ein Sollwert von ausgestrahltem Licht b (λ) bei der Wellenlänge λ des hintersten optischen Elements 3 vorgegeben, womit Polarisationseigenschaften und die Anordnung eines Phasenelements 2, durch das dieser Sollwert erfüllt wird (oder die Annäherung an den Sollwert bereitgestellt wird), ermittelt werden. Für Polarisationseigenschaften und die Anordnung dieses Phasenelements 2 wird eine optimale Lösung (annähernde Lösung) durch einen erblichen Algorithmus ermittelt. Der ausführliche Ablauf von Schritt S2 durch diesen erblichen Algorithmus wird in den nachfolgenden Schritten S21 bis S27 gezeigt, wobei zuerst Schritt S21 durchgeführt wird.
(Schritt S21)
In Schritt S21 wird die Vorgabe von verschiedenen Bedingungswerten des erblichen Algorithmus durchgeführt. Nachdem Schritt S21 durchgeführt wurde, wird Schritt S22 durchgeführt.
Konkrete Beispiele für die verschiedenen Bedingungswerte in Schritt S22 werden im Folgenden gezeigt. Durch diese Beispiele wird ein Phasenelement 2 erhalten, das in einem Fall, in dem der Insasse P keine polarisierende Sonnenbrille trägt und das virtuelle Bild V mit bloßem Auge visuell erkennt, den höchsten Anzeigeleuchtdichte-Wirkungsgrad vorweist. Ferner ist das frühe Gen des Phasenelements 2 in einen Zustand gesetzt, in dem es weder Polarisationseigenschaften noch Neigung hat und gar keinen Einfluss auf das Anzeigelicht PL ausübt.

(1) Initialwert des Vorgabewerts des Phasenelements 2 (frühes Gen)
- (1A) Neigung θ des gesamten Phasenelements 2 = 0
- (1B) Keine Polarisationseigenschaften der Phasendifferenzfilme 21 bis 23
(2) Auswertungsfunktion: S-Polarisationskomponente von ausgestrahltem Licht des hintersten optischen Elements 3 bei jeder Wellenlänge der diskretisierten Werte des Spektrums
(3) Crossover-Verfahren: 1-Punkt-Crossover
(4) Crossover-Rate: 90 %
(5) Mutationsrate: 10 %
(6) Auswahlverfahren: Elitenauswahl (20 % ausgewählt)
(7) Frühe Gruppe: 100 Individuen
(8) Verfahren zur Auswahl der frühen Gruppe: Zufallsauswahl
(9) Anzahl von Generationen: 1000 Generationen
(10) Methode zur Analyse von polarisiertem Licht: Jones-Matrix-Verfahren
(11) Brechungsindexdispersion des Materials: Nutzung des Verhältnisses zwischen der durch Senarmont-Verfahren gemessenen Phasendifferenz und jeder Wellenlänge

(Schritt S22)
In Schritt S22 wird eines aus gewissen Genen der Gruppe der gegenwärtigen Generation ausgewählt und als Vorgabewert des Phasenelements 2 vorgegeben, womit die Ausbreitung von Licht simuliert wird. Bei dieser Simulation wird die Ausbreitung von Licht simuliert, bei der das vom Anzeigeelement 1 ausgestrahlte Anzeigelicht PL durch das Phasenelement 2 und die jeweiligen optischen Elemente 3 durchgelassen wird. Durch diese Simulation wird ein quantitativer Auswertungswert von eingestrahltem Licht und ausgestrahltem Licht der jeweiligen optischen Elemente 3 ermittelt. Nachdem Schritt S22 durchgeführt wurde, wird Schritt S23 durchgeführt.
(Schritt S23)
In Schritt S23 wird basierend auf der Auswertungsfunktion ein Auswertungswert ermittelt. Dieser Auswertungswert dient als ein Auswertungswert des Vorgabewerts (Gens) des Phasenelements 2. Nachdem Schritt S23 durchgeführt wurde, wird Schritt S24 durchgeführt.
(Schritt S24)
In Schritt S24 wird beurteilt, ob keine Gene vorliegen, die aus der Gruppe der gegenwärtigen Generation nicht ausgewählt sind. Wenn keine Gene vorliegen, die nicht ausgewählt sind, wird Schritt S25 durchgeführt. Wenn Gene vorliegen, die nicht ausgewählt sind, wird eines aus den nicht ausgewählten Genen ausgewählt und Schritt S22 wird wieder durchgeführt.
(Schritt S25)
In Schritt S25 wird die Selektion von Genen der Gruppe der gegenwärtigen Generation durchgeführt. In der vorliegenden Ausführungsform werden Gene der Gruppe der gegenwärtigen Generation durch Elitenauswahl (20 % ausgewählt) selektiert. Nachdem Schritt S25 durchgeführt wurde, wird Schritt S26 durchgeführt.
(Schritt S26)
In Schritt S26 werden das Crossover und die Mutation basierend auf Genen der Gruppe der gegenwärtigen Generation durchgeführt, womit die Gruppe der nächsten Generation hergestellt wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird das 1-Punkt-Crossover als Verfahren des Crossovers angewandt und die Mutationsrate wird als 10 % bestimmt. Nachdem Schritt S26 durchgeführt wurde, wird Schritt S27 durchgeführt.
(Schritt S27)
In Schritt S27 wird beurteilt, ob die Auswahl der nächsten Generation nicht erforderlich ist. Wenn die gegenwärtige Generation die in Schritt S22 vorgegebene Anzahl von Generationen erreicht hat, wird beurteilt, dass die Auswahl der nächsten Generation nicht erforderlich ist, und Schritt S3 wird durchgeführt. Wenn die gegenwärtige Generation nicht die in Schritt S22 vorgegebene Anzahl von Generationen erreicht hat, wird die Gruppe der nächsten Generation, die in Schritt S26 hergestellt wurde, als Gruppe der gegenwärtigen Generation ausgewählt, und Schritt S22 wird wieder durchgeführt.
(Schritt S3)
In Schritt S3 wird aus den jeweiligen Genen, die durch den oben erwähnten Schritt S2 (Schritte S21 bis S27) erhalten wurden, dasjenige ausgewählt, das den höchsten Auswertungswert hat.
Was ein Phasenelement 2 angeht, bei dem das in Schritt S3 erhaltene Gen als Vorgabewert bestimmt ist, hat es sich herausgestellt, dass in der vorliegenden Ausführungsform dasjenige optimal ist, bei dem die folgenden Phasendifferenzfilme 21 bis 23 bei der Anordnung mit der Neigung θ von 46° die folgenden Eigenschaften besitzen.
(Eigenschaften des Phasendifferenzfilms 21)
Beim Phasendifferenzfilm 21 beträgt der Azimutwinkel der Wellenlänge von 488 nm - 88 deg und der Elliptizitätswinkel beträgt 2,2 deg. Ferner beträgt der Azimutwinkel der Wellenlänge von 532 nm - 88 deg und der Elliptizitätswinkel beträgt 15 deg. Ferner beträgt der Azimutwinkel der Wellenlänge von 632 nm - 87 deg und 33 deg.
(Eigenschaften des Phasendifferenzfilms 22)
Beim Phasendifferenzfilm 22 beträgt der Azimutwinkel der Wellenlänge von 488 nm - 42 deg und der Elliptizitätswinkel beträgt 4,4 deg. Ferner beträgt der Azimutwinkel der Wellenlänge von 532 nm 39 deg und der Elliptizitätswinkel beträgt - 12 deg. Ferner beträgt der Azimutwinkel der Wellenlänge von 632 nm - 29 deg und 20 deg.
(Eigenschaften des Phasendifferenzfilms 23)
Beim Phasendifferenzfilm 23 beträgt der Azimutwinkel der Wellenlänge von 488 nm - 34 deg und der Elliptizitätswinkel beträgt - 34 deg. Ferner beträgt der Azimutwinkel der Wellenlänge von 532 nm - 20 deg und der Elliptizitätswinkel beträgt 32 deg. Ferner beträgt der Azimutwinkel der Wellenlänge von 632 nm - 7,9 deg und 26 deg.
Wie vorstehend erwähnt, wurden mehrere durch eine optimale Lösung (annähernde Lösung) erhaltene Phasendifferenzfilme 21 bis 23 des Phasenelements 2, die dazu konstruiert wurden, einen schlechten Einfluss wie sich häufende mikroskopische Polarisationen o. Ä. aufgrund der Anordnung o. Ä. der jeweiligen optischen Elemente 3 auszugleichen, nach einem Gedanken konstruiert, der sich von demjenigen bei einer Wellenplatte wie einer λ/4-Platte o. Ä., die lediglich das vom Anzeigeelement 1 emittierte linear polarisierte Licht in zirkular polarisiertes Licht wandelt, völlig unterscheidet. Insbesondere kann der Einfluss durch mehrere optische Elemente 3 weitgehend ausgeglichen werden, indem mehrere Phasendifferenzfilme 21 bis 23 verwendet werden.
Das Vorstehende ist der Konstruktionsablauf fürs Phasenelement 2.
In der oben erwähnten Ausführungsform wurde das Phasenelement 2 aus drei Phasendifferenzfilmen 21 bis 23 aufgebaut. Jedoch wird die Ausführungsform nicht darauf beschränkt. Es ist ausreichend, wenn zumindest zwei Phasendifferenzfilme vorliegen, wobei es z. B. auch möglich ist, dass fünf oder sieben Phasendifferenzfilme vorliegen. Als bevorzugte Ausgestaltung ist es bevorzugt, dass die Anzahl von Phasendifferenzfilmen des Phasenelements 2 derart vorgegeben wird, dass sie den jeweiligen optischen Elementen 3 entsprechen. In diesem Fall ist eine derartige Konstruktion möglich, in der die jeweiligen Phasendifferenzfilme die entsprechenden optischen Elemente 3 ausgleichen. Daher können, wenn die Aufbaukomponenten des Head-up-Displays geändert werden, dadurch Maßnahmen getroffen werden, dass ein Phasendifferenzfilm, der einem optischen Element entspricht, das einen Änderungspunkt darstellt, zum Phasenelement 2 hinzugefügt wird. In dieser Hinsicht wird die Konstruktion vereinfacht.
In der oben erwähnten Ausführungsform ist es bevorzugt, dass das Phasenelement 2 zwischen dem Anzeigeelement 1 und dem optischen Element 3 angeordnet wird. Jedoch wird die Ausführungsform nicht darauf beschränkt. Es ist auch möglich, dass das Phasenelement 2 in irgendeiner Position zwischen dem Anzeigeelement 1 und dem äußeren optischen Element (Windschutzscheibe WS) angeordnet wird. Es ist z. B. auch möglich, dass dieses zwischen dem zweiten Reflexionsspiegel 32 und der lichtdurchlässigen Staubschutzabdeckung 33, die innere optische Elemente (der erste Reflexionsspiegel 31, der zweite Reflexionsspiegel 32, die lichtdurchlässige Staubschutzabdeckung 33) sind, angeordnet wird.
Ferner wurde in der oben erwähnten Ausführungsform beim Konstruieren des Phasenelements 2 ein derartiger Aufbau angewandt, in dem ausgestrahltes Licht der Windschutzscheibe WS, die das hinterste optische Element 3 und ein äußeres optisches Element ist, ausgewertet wird. Jedoch wird die Ausführungsform nicht darauf beschränkt. Wenn das Head-up-Display HUD allein ausgewertet wird, ist es auch möglich, dass ausgestrahltes Licht der lichtdurchlässigen Staubschutzabdeckung 33, die das hinterste innere optische Element ist, ausgewertet wird. Alternativ ist es auch möglich, dass ein derartiger Aufbau angewandt wird, in dem ausgestrahltes Licht eines beliebigen optischen Elements 3 ausgewertet wird.
Ferner wurde in der oben erwähnten Ausführungsform ein Beispiel gezeigt, in dem das Phasenelement 2, das für einen Fall, in dem der Insasse P keine polarisierende Sonnenbrille trägt und das virtuelle Bild V mit bloßem Auge visuell erkennt, optimal ist, konstruiert wird. Jedoch wird die Ausführungsform nicht darauf beschränkt. Die vorliegende Offenbarung eignet sich dazu, ein Phasenelement 2, das beim Erhalten von gewünschtem ausgestrahltem Licht einen schlechten Einfluss aufgrund der Anordnung o. Ä. des optischen Elements 3 ausgleicht, zu erhalten.
Wenn z. B. ein Phasenelement 2, das für einen Fall, in dem der Insasse P eine polarisierende Sonnenbrille trägt und das virtuelle Bild V visuell erkennt, optimal ist, konstruiert wird, können dadurch Maßnahmen getroffen werden, dass eine Auswertungsfunktion, die die „Intensität der P-Polarisationskomponente von ausgestrahltem Licht des hintersten optischen Elements 3 bei jeder Wellenlänge der diskretisierten Werte des Spektrums“ auswertet, vorgegeben wird.
Ferner können, wenn ein Phasenelement 2, durch das der Insasse P unabhängig vom Tragezustand einer polarisierenden Sonnenbrille eine gleichmäßige Anzeigequalität erhält, konstruiert wird, dadurch Maßnahmen getroffen werden, dass eine Auswertungsfunktion, die die „Intensitätsdifferenz zwischen der S-Polarisationskomponente und der P-Polarisationskomponente von ausgestrahltem Licht des hintersten optischen Elements 3 bei jeder Wellenlänge der diskretisierten Werte des Spektrums“ auswertet, vorgegeben wird. Alternativ können auch dadurch Maßnahmen getroffen werden, dass ein Phasenelement 2, durch das die größte Annäherung an zirkular polarisiertes Licht bereitgestellt wird, mittels einer Auswertungsfunktion, die das „Abplattungsverhältnis der Polarisationskomponente von ausgestrahltem Licht des hintersten optischen Elements 3“ auswertet, konstruiert wird.
Ferner wird in der oben erwähnten Ausführungsform das frühe Gen des Phasenelements 2 derart vorgegeben, dass es weder Polarisationseigenschaften noch Neigung hat und gar keinen Einfluss auf das Anzeigelicht PL ausübt. Jedoch wird die Ausführungsform nicht darauf beschränkt. Es ist bevorzugt, dass vorbestimmte Polarisationseigenschaften bzw. ein vorbestimmter Neigungswert vorgegeben werden, so dass eine optimale Lösung (annähernde Lösung) des erblichen Algorithmus einfacher erhalten werden kann.
Wie im Vorstehenden gezeigt, wurde das Head-up-Display der vorliegenden Offenbarung derart aufgebaut, dass es mit einem Anzeigeelement 1, das Anzeigelicht PL emittiert, das Fahrzeuginformationen anzeigt, einem Gehäuse C, das das Anzeigeelement 1 aufnimmt und eine Ausstrahlöffnung aufweist, von der das Anzeigelicht PL nach außen ausgestrahlt wird, einem optischen Element 3, das eine lichtdurchlässige Staubschutzabdeckung 33 umfasst, die die Ausstrahlöffnung bedeckt, und einem Phasenelement 2, das aus mehreren Phasendifferenzplatten 21 bis 23 mit unterschiedlichen Polarisationseigenschaften aufgebaut wird und mit einer vorbestimmten Neigung θ bezüglich des Hauptstrahls des Anzeigelichts PL angeordnet wird, versehen ist.
Durch einen solchen Aufbau wird ein schlechter Einfluss auf das Anzeigelicht PL, der aufgrund der Anordnung des Anzeigeelements 1 und des optischen Elements 3 entsteht, mittels des Phasenelements 2 ausgeglichen, womit die Verringerung der Anzeigequalität unterdrückt werden kann.
Anders ausgedrückt, hat der Erfinder der vorliegenden Offenbarung herausgefunden, dass die Aufgabe besteht, dass ein schlechter Einfluss wie die aufgrund des Unterschieds im Einstrahlwinkel des Anzeigelichts PL in den ersten Reflexionsspiegel 31, den zweiten Reflexionsspiegel 32 und die lichtdurchlässige Staubschutzabdeckung 33 entstehende Polarisation o. Ä. entsteht, und dass diese Aufgabe dadurch gelöst werden kann, dass ein Phasenelement 2, das einen schlechten Einfluss durch das optische Element 3 ausgleicht, vorgesehen wird.
Ferner ist das Konstruktionsverfahren für ein Head-up-Display der vorliegenden Offenbarung ein Konstruktionsverfahren für ein Head-up-Display, bei dem Anzeigelicht PL, das von einem Anzeigeelement 1 ausgestrahlt wird, über ein optisches Element 3 und ein Phasenelement 2 visuell erkannt wird. Bei diesem Konstruktionsverfahren wird das Phasenelement 2 aus mehreren Phasendifferenzplatten 21 bis 23 mit unterschiedlichen Polarisationseigenschaften aufgebaut und mit einer vorbestimmten Neigung θ bezüglich des Hauptstrahls des Anzeigelichts PL auf dem Lichtweg des Anzeigelichts PL angeordnet. Außerdem ist das Konstruktionsverfahren mit einem ersten Schritt S1, in dem Ausbreitungseigenschaften von Licht des optischen Elements 3 vorgegeben werden, und einem zweiten Schritt S2 versehen, in dem ein Sollwert von ausgestrahltem Licht des optischen Elements 3 vorgegeben wird und die Neigung θ und Polarisationseigenschaften jeder der mehreren Phasendifferenzplatten, die als eine annähernde Lösung für den Sollwert dienen, ermittelt werden.
Durch einen solchen Aufbau kann ein Phasenelement 2, das einen schlechten Einfluss auf das Anzeigelicht PL ausgleicht, der aufgrund der Anordnung des Anzeigeelements 1 und des optischen Elements 3 entsteht, konstruiert werden.
Bezugszeichenliste

1: Anzeigeelement
11: Lichtquelle
12: Flüssigkristalltafel (Polarisationselement)
2: Phasenelement
21: Phasendifferenzfilm (Phasendifferenzplatte)
22: Phasendifferenzfilm (Phasendifferenzplatte)
23: Phasendifferenzfilm (Phasendifferenzplatte)
3: Optisches Element (inneres optisches Element)
31: Erster Reflexionsspiegel
32: Zweiter Reflexionsspiegel
33: Lichtdurchlässige Staubschutzabdeckung
4: Steuerabschnitt
WS: Windschutzscheibe (äußeres optisches Element)
HUD: Head-up-Display
PL: Anzeigelicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2021014153 A [0003]

Claims

Head-up-Display, das versehen ist mit einem Anzeigeelement, das Anzeigelicht emittiert, das Fahrzeuginformationen anzeigt, einem Gehäuse, das das Anzeigeelement aufnimmt und eine Ausstrahlöffnung aufweist, von der das Anzeigelicht nach außen ausgestrahlt wird, einem optischen Element, das eine lichtdurchlässige Staubschutzabdeckung umfasst, die die Ausstrahlöffnung bedeckt, und einem Phasenelement, das aus mehreren Phasendifferenzplatten mit unterschiedlichen Polarisationseigenschaften aufgebaut wird und mit einer vorbestimmten Neigung bezüglich des Hauptstrahls des Anzeigelichts angeordnet wird.
Head-up-Display nach Anspruch 1, wobei die mehreren Phasendifferenzplatten aufgeschichtet werden.
Head-up-Display nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Phasenelement zwischen dem Anzeigeelement und dem optischen Element angeordnet wird.
Konstruktionsverfahren für ein Head-up-Display, bei dem Anzeigelicht, das von einem Anzeigeelement ausgestrahlt wird, über ein optisches Element und ein Phasenelement visuell erkannt wird, wobei das Phasenelement aus mehreren Phasendifferenzplatten mit unterschiedlichen Polarisationseigenschaften aufgebaut wird und mit einer vorbestimmten Neigung bezüglich des Hauptstrahls des Anzeigelichts auf einem Lichtweg des Anzeigelichts angeordnet wird, und wobei das Konstruktionsverfahren mit einem ersten Schritt, in dem Ausbreitungseigenschaften von Licht des optischen Elements vorgegeben werden, und einem zweiten Schritt, in dem ein Sollwert von ausgestrahltem Licht des optischen Elements vorgegeben wird und die Neigung und Polarisationseigenschaften jeder der mehreren Phasendifferenzplatten, die als eine annähernde Lösung für den Sollwert dienen, ermittelt werden, versehen ist.
Konstruktionsverfahren für ein Head-up-Display nach Anspruch 4, wobei im ersten Schritt aus einem Messwert eines quantitativen Auswertungswerts des optischen Elements in einem Zustand, in dem das Phasenelement nicht vorliegt, die Ausbreitungseigenschaften abgeleitet werden, und wobei im zweiten Schritt durch einen erblichen Algorithmus die annähernde Lösung gesucht wird.
Konstruktionsverfahren für ein Head-up-Display nach Anspruch 5, wobei die Auswertungsfunktion des erblichen Algorithmus die Intensität der S-Polarisation oder der P-Polarisation bei zumindest drei Wellenlängen von ausgestrahltem Licht des optischen Elements auswertet.
Konstruktionsverfahren für ein Head-up-Display nach Anspruch 5, wobei die Auswertungsfunktion des erblichen Algorithmus das Abplattungsverhältnis der Polarisationskomponente von polarisiertem Licht bei zumindest drei Wellenlängen von ausgestrahltem Licht des optischen Elements auswertet.