DE69333759T2 - Bild-anzeigeeinheit - Google Patents

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Naoyuki Kawazoe
Yoshiaki Fukatsu
Satoshi Koike
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Shunichi Ogawa
Takekazu Terui
Hiroshi Ando
Masahiro Higuchi
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Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bild-Anzeigeeinheit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 zum Anzeigen eines virtuellen Bildes, und im einzelnen ein Bild-Anzeigegerät, welches in einer Head-Up-Display-Einheit verwendet wird.
  • STAND DER TECHNIK
  • Eine Head-Up-Display-Einheit, welche es einem Fahrer ermöglicht, visuell ein Anzeigeinstrument oder dergleichen zu überwachen, ohne dass er seine Augen von der Straße abwendet, ist aus dem Stand der Technik bekannt. Diese Vorrichtung projiziert ein Bild des Anzeigeinstrumentes auf die Windschutzscheibe und bildet durch das Einfallen eines an der Windschutzscheibe in Richtung der Augen des Fahrers reflektierten Bildes ein Bild extern vor der Windschutzscheibe aus.
  • Jedoch bewirkt solch eine Anzeige auf der Windschutzscheibe Verzerrungen des virtuellen Bildes, weil die Windschutzscheibe selber eine gekrümmte Fläche mit in Längs- und Querrichtung verschiedenen Krümmungen ist. Darüber hinaus steht die Windschutzscheibe nicht grundsätzlich senkrecht zu dem Anzeige- bzw. Display-Licht.
  • Zusätzlich ist es infolge der Notwendigkeit des Erzielens einer kompakten Display-Bild-Ausbildungseinrichtung im Hinblick auf die Verkleinerung des Gerätes notwendig, das Display-Licht von dem Display zu vergrößern.
  • Als ein Beispiel zum Lösen dieser Probleme offenbart die Druckschrift JP-A-4-11525 ein Verfahren, welches eine Linse zum Korrigieren der durch die gekrümmte Formgebung der Windschutzscheibe bewirkte Verzerrung des Bildes vorsieht, und welches separat eine Linse vorsieht, die das Display-Bild von der Display-Einheit vergrößert.
  • Bei solch einem Aufbau, in welchem eine Linse separat vorgesehen ist, wird die Abmessung des gesamten Gerätes groß, und es werden Probleme der Bildverzerrung aufgeworfen, die durch den häufigen Durchgang des Display-Lichtes durch die Linse sowie durch Verluste in der Farbton-Klarheit des angezeigten Bildes hervorgerufen werden.
  • Im Hinblick auf die zuvor beschriebenen Umstände, wurde die vorliegende Erfindung entwickelt.
  • Aus der Druckschrift EP-A-0 286 962 ist eine gewöhnliche Bild-Display-Einheit bekannt, und sie weist folgendes auf: eine Bild-Ausbildungseinrichtung zum Ausbilden eines Display-Bildes; eine Reflexionseinrichtung zum Reflektieren des von der Bild-Ausbildungseinrichtung emittierten Lichtes; und eine Display-Einrichtung zum Ausbilden des Display-Bildes von dem von der Bild-Ausbildungseinrichtung emittierten und an der Reflexionseinrichtung reflektierten Licht, und welches unterschiedliche Krümmungen in der Längs- und Querrichtung aufweist. Die Reflexionseinrichtung weist ein Hologramm auf, welches aufgezeichnete Reflexions-Charakteristika hat, in welchen die Brennweiten in der Längs- und Querrichtung verschieden sind, so dass sie den Krümmungen in der Längs- und Querrichtung der Display-Einrichtung entsprechen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Bild-Anzeigeeinheit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 weiterzuentwickeln, so dass eine Vergrößerung eines Bildes auf einfache Weise mit deutlichen Farbtönen und frei von Verzerrungen ausgeführt werden kann.
  • Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Bild-Anzeigeeinheit bzw. Bild-Display-Einheit gelöst, die die Merkmale des Patentanspruches 1 aufweist.
  • Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den abhängigen Patentansprüchen ausgeführt.
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine Bild-Anzeigeeinheit bzw. Bild-Display-Einheit bereit, die eine Display-Bild-Ausbildungseinrichtung, welche ein Display-Bild ausbildet, sowie eine Display-Einrichtung aufweist, welche das Display-Bild ausbildet, nachdem eine Reflexion des von der Display-Bild-Ausbildungseinrichtung emittierten Display-Lichtes bewirkt wird. Die Display-Bild-Ausbildungseinrichtung weist eine Reflexionseinrichtung auf, die zwischen der Display-Bild-Ausbildungseinrichtung und der Display-Einrichtung vorgesehen ist. Die Display-Einrichtung besteht aus einem Bauteil, welches gleichzeitig eine Funktion des Vergrößerns des Display-Lichtes von der Display-Bild-Ausbildungseinrichtung, eine Funktion des Veränderns eines optischen Weges zum Bewirken, dass durch diese Vergrößerungsfunktion das Display-Licht vergrößert wird, um in die Display-Einrichtung einzutreten, sowie eine Korrekturfunktion zum Korrigieren der Verzerrung des durch die Display-Einrichtung ausgebildeten Display-Bildes aufweist.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Querschnitts-Aufbauansicht der Head-Up-Display-Einheit eines ersten Vergleichsbeispiels;
  • 2 ist eine schematische Ansicht, die das optische System bei der Belichtung eines Hologramms 3 zeigt;
  • 3 ist eine beschreibende Ansicht, die den außeraxialen Winkel θ des außer-axialen konkaven Parabolspiegels 14 zeigt;
  • 4 ist eine schematische Querschnitt-Aufbauansicht der Head-Up-Display-Einheit eines zweiten Vergleichsbeispiels;
  • 5 ist eine beschreibende Ansicht, die das optische System bei der Belichtung eines Hologramms gemäß eines dritten Vergleichsbeispiels zeigt;
  • 6a und 6b sind Ansichten, die die Brennweiten in verschiedenen Richtungen einer zylindrischen Linse 15 zeigen;
  • 7 ist eine graphische Darstellung, die das Ausmaß der Bildverzerrung beim visuellen Erkennen der Display-Bilder in dem dritten Vergleichsbeispiel sowie in weiteren Vergleichsbeispielen zeigt;
  • 8 ist eine schematische perspektivische Ansicht der Bild-Display-Einheit des dritten Vergleichsbeispiels;
  • 9 ist eine perspektivische Ansicht eines torisch-konkaven Spiegels der in der 8 gezeigten Einheit;
  • 10 ist eine entlang der Linie A-A aufgenommene Querschnittsansicht der 9;
  • 11 ist eine entlang der Linie B-B aufgenommene Querschnittsansicht der 9;
  • 12 ist eine perspektivische Teil-Ausschnittsansicht der Display-Einheit in 8;
  • 13 ist eine perspektivische Ansicht des in der 8 gezeigten Winkel-Einstellmechanismus;
  • 14 ist eine Draufsicht des in der 8 gezeigten Winkel-Einstellmechanismus;
  • 15 ist eine erläuternde Ansicht, die die Funktion der Beseitigung der Auf-Ab-Parallaxe des in der 8 gezeigten Gerätes zeigt;
  • 16 ist eine Schnittansicht, die ein typisches Herstellungsverfahren eines torisch-konkaven Spiegels zeigt;
  • 17 ist eine Schnittansicht, die ein anderes typisches Herstellungsverfahren eines torisch-konkaven Spiegels zeigt;
  • 18 ist eine Schnittansicht, die ferner ein anderes typisches Herstellungsverfahren eines torisch-konkaven Spiegels zeigt;
  • 19 ist eine Schnittansicht, die ein anderes typisches Herstellungsverfahren eines torisch-konkaven Spiegels zeigt;
  • 20 ist eine erläuternde Ansicht, die das Auftreten der Auf-Ab-Parallaxe in dem herkömmlichen Gerät zeigt;
  • 21 ist eine erläuternde Ansicht, die die Neigung der optischen Achse in dem optischen holographischen Element zeigt;
  • 22 ist eine schematische beschreibende Ansicht der Bild-Display-Einheit gemäß einem fünften Vergleichsbeispiel;
  • 23 ist eine erläuternde Ansicht der Funktionen des optischen holographischen Elementes gemäß dem fünften Vergleichsbeispiel;
  • 24 ist eine erläuternde Ansicht, die das Verfahren des Aufzeichnens eines Interferenzringes auf einer Hologramm-Trockenplatte in einem sechsten Vergleichsbeispiel zeigt;
  • 25 zeigt eine perspektivische Ansicht (a) sowie eine Schnittansicht (b) einer konkaven zylindrischen Linse gemäß dem sechsten Vergleichsbeispiel;
  • 26 zeigt eine perspektivische Ansicht (a) sowie eine Schnittansicht (b) einer konkaven zylindrischen Linse in dem sechsten Vergleichsbeispiel;
  • 27 ist eine erläuternde Ansicht, die das Verfahren des Aufzeichnens eines Interferenzringes auf einer Hologramm-Trockenplatte in einem siebten Vergleichsbeispiel zeigt;
  • 28 zeigt eine perspektivische Ansicht (a) sowie eine Schnittansicht (b) einer konvexen sphärischen Linse in dem siebten Vergleichsbeispiel;
  • 29 zeigt eine perspektivische Ansicht (a) sowie eine Schnittansicht (b) einer konkaven sphärischen Linse in dem siebten Vergleichsbeispiel;
  • 30 ist eine erläuternde Ansicht, die ein Verfahren des Aufzeichnens eines Interferenzringes auf einer Hologramm-Trockenplatte gemäß einem achten Vergleichsbeispiel zeigt;
  • 31 ist eine strukturmäßige Ansicht einer Head-Up-Display-Einheit in einem neunten Vergleichsbeispiel;
  • 32 ist eine erläuternde Ansicht der Farbdispersion (Dispersionswinkel Δθ) eines Hologramms der Head-Up-Display-Einheit in dem neunten Vergleichsbeispiel;
  • 33 ist eine graphische Darstellung, die die Wellenlängen-Charakteristika der Hologramm-Strahlbrechung der Head-Up-Display-Einheit gemäß dem neunten Vergleichsbeispiel zeigt;
  • 34 ist eine erläuternde Ansicht des Belichtungsprozesses des Hologramms der Head-Up-Display-Einheit des neunten Vergleichsbeispiels;
  • 35 ist eine Auftragung der Verteilung der Ergebnisse eines funktionellen Tests des Display-Bildes der Head-Up-Display-Einheit gemäß einem zehnten Vergleichsbeispiel;
  • 36 ist eine Auftragung der Verteilung der Ergebnisse eines anderen funktionellen Tests des Display-Bildes der Head-Up-Display-Einheit gemäß einem elften Vergleichsbeispiel;
  • 37 ist eine Auftragung der Verteilung von Ergebnissen eines anderen funktionellen Tests des Display-Bildes der Head-Up-Display-Einheit gemäß einem zwölften Vergleichsbeispiel;
  • 38 ist ein Charakteristik-Diagramm, welches die Wellenlängen-Charakteristika eines polychroischen Hologramms zeigt;
  • 39 ist eine erläuternde Ansicht eines anderen Belichtungsprozesses des Hologramms für die Head-Up-Display-Einheit gemäß dem zwölften Vergleichsbeispiel;
  • 40 ist eine Aufbauansicht der Head-Up-Display-Einheit gemäß einer dreizehnten Ausführungsform;
  • 41 ist eine erläuternde Ansicht eines Korrektur-Hologramms in der Display-Einheit gemäß der dreizehnten Ausführungsform;
  • 42 ist eine Aufbauansicht des Head-Up-Displays gemäß der dreizehnten Ausführungsform;
  • 43 ist eine Schnittansicht des Haltezustandes eines Hologramms auf einer Windschutzscheibe des Head-Up-Displays in der dreizehnten Ausführungsform;
  • 44 ist eine erläuternde Ansicht des Belichtungsprozesses eines Hologramms in der dreizehnten Ausführungsform;
  • 45 ist eine strukturmäßige Ansicht der Bild-Display-Einheit gemäß einer fünfzehnten Ausführungsform;
  • 46 ist eine strukturmäßige Ansicht der Bild-Display-Einheit gemäß einer neunzehnten Ausführungsform;
  • 47 ist eine strukturmäßige Ansicht der Bild-Display-Einheit gemäß eines zwanzigsten Vergleichsbeispiels;
  • 48 ist eine strukturmäßige Ansicht der Bild-Display-Einheit gemäß eines einundzwanzigsten Vergleichsbeispiels;
  • 49 ist eine strukturmäßige Ansicht der Bild-Display-Einheit gemäß einer zweiundzwanzigsten Ausführungsform;
  • 50 ist eine erläuternde Ansicht des Belichtungsprozesses eines Haupt-Hologramms für die zweiundzwanzigste Ausführungsform;
  • 51 ist eine erläuternde Ansicht eines optischen Abbildungsweges eines Haupt-Hologramms gemäß der zweiundzwanzigsten Ausführungsform;
  • 52 ist eine erläuternde Ansicht des Belichtungsprozesses eines Sub-Hologramms gemäß der zweiundzwanzigsten Ausführungsform;
  • 53 ist eine erläuternde Ansicht der Korrekturfunktion für die chromatische Aberration durch ein Hologramm in dem herkömmlichen Head-Up-Display relativ zu der zweiundzwanzigsten Ausführungsform;
  • 54 ist eine erläuternde Ansicht der chromatischen Aberration des herkömmlichen Head-Up-Displays relativ zu der zweiundzwanzigsten Ausführungsform;
  • 55 ist eine strukturmäßige Ansicht der Bild-Display-Einheit gemäß einer vierundzwanzigsten Ausführungsform;
  • 56 ist eine schematische Seitenansicht einer Hologramm-Display-Einheit vom Head-Up-Typ für ein Fahrzeug gemäß einer fünfundzwanzigsten Ausführungsform;
  • 57 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die die Operationen des in der 56 gezeigten Gerätes darstellt;
  • 58 ist eine Schnittansicht einer Hologrammscheibe in der 56;
  • 59 ist eine Schnittansicht, die den Belichtungsprozess eines in der 58 gezeigten Hologrammelementes darstellt;
  • 60 ist eine Auftragung der Reflexions-Wellenlängen-Charakteristik eines in der 58 gezeigten Reflexionsschutzfilms;
  • 61 ist eine spektrale Darstellung, die das Strahlbrechungsspektrum des Hologrammelementes sowie das Lichtemissionsspektrum der Lichtquelle in der fünfundzwanzigsten Ausführungsform zeigt;
  • 62 ist eine spektrale Darstellung, die das Strahlbrechungsspektrum sowie das Lichtquellenspektrum in der sechsundzwanzigsten Ausführungsform zeigt;
  • 63 ist eine spektrale Transmissions-Auftragung der in der sechsundzwanzigsten Ausführungsform verwendeten Farbfilter.
  • BESTE ART UND WEISE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
  • (Erstes Vergleichsbeispiel)
  • 1 ist eine schematische Aufbauansicht, die ein Vergleichsbeispiel darstellt, welches mit einer Head-Up-Display-Einheit verwendet wird. Diese Head-Up-Display-Einheit dient dazu, ein Bild eines Anzeigeinstrumentes oder dergleichen auf einer Windschutzscheibe zu projizieren, indem sie bewirkt, dass an der Windschutzscheibe Licht reflektiert wird, um in die Augen des Fahrers einzutreten, und indem derart ein Bild extern vor der Windschutzscheibe ausgebildet wird. Dieses versetzt den Fahrer in die Lage, ein Anzeigeinstrument oder dergleichen visuell zu interpretieren, und zwar ohne dass seine Augen von der Geradeaus-Position abgewandt werden.
  • In der 1 ist der Hauptkörper 1 des Head-Up-Displays in dem Innenbereich eines Armaturenbretts eines Automobils eingebaut. In dem in einem boxförmigen Gehäuse ausgebildeten Hauptkörper ist eine Displayvorrichtung 2, die ein Flüssigkristall-Display aufweist, welche eine Display-Bild-Ausbildungseinrichtung ist, angebracht. Ein Display-Bild, wie etwa das Geschwindigkeits-Anzeigebild eines Automobils oder ein Warnbild, wird durch die Aktion einer (nicht dargestellten) Display-Steuerschaltung angezeigt.
  • Das Hologramm 3 dient als Reflexionseinrichtung und ist bei einem Winkel und einer Position angebracht, die das Display-Licht des von der Displayvorrichtung emittierten Display-Bildes empfängt.
  • Wie es nachfolgend detailliert beschrieben wird, weist das Hologramm 3 eine Funktion zum Ändern eines optischen Weges, was eine Änderung im optischen Weg des von der Displayvorrichtung 2 emittierten Display-Lichtes bewirkt, sowie eine Funktion der Vergrößerung der Verstärkung des Display-Lichtes von der Displayvorrichtung 2 sowie eine Korrekturfunktion zum Korrigieren der Verzerrung des Display-Bildes auf.
  • Die Öffnung 1a für den Austritt des durch die Funktion zum Ändern eines optischen Weges des Hologramms 3 reflektierten Lichts ist in dem oberen Abschnitt des Hauptkörpers 1 ausgebildet. Die Position des Hauptkörpers 1 ist so festgelegt, dass das von dem Hologramm 3 reflektierte Licht nach oben läuft, von der Innenseite der Windschutzscheibe 5 reflektiert wird, die eine darüber angeordnete Display-Einrichtung ist, und ein von dem Display-Licht ausgebildetes Display-Bild tritt in die Augen des Fahrers ein.
  • Ein aufgedampfter Film eines Materials, wie etwa Titanoxyd, ist als halbdurchlässiger Reflexionsfilm auf der Innenseite der Windschutzscheibe 5 aufgetragen, die als Kombinator dient. Eine Reflexionsebene kann jedoch auf der Glasfläche ausgebildet werden, ohne dass ein aufgedampfter Film abgetragen wird.
  • Das hier verwendete Hologramm 3 weist eine Licht-Reflexions-Charakteristik zum Reflektieren von lediglich dem Licht einer bestimmten Wellenlänge auf und ist hergestellt, indem es mit Licht von dieser bestimmten Wellenlänge belichtet wird, welches von einem außeraxialen konkaven Parabolspiegel reflektiert und aufgezeichnet wird.
  • Das Hologramm 3 ist unter der Verwendung des optischen Systems, wie es in der 2 gezeigt ist, hergestellt. In der 2 bezeichnet die Bezugsziffer 3a eine Hologramm-Trockenplatte, die ausgebildet wird, indem Gelatine-Bichromate, welches als photosensitives Mittel dient, mit einer Dicke von 20 μm auf ein Substrat eines Materials, wie etwa Soda-Glas, aufgetragen und getrocknet wird. Wie es in der 2 gezeigt ist, sind Glasscheiben 11 mit Reflexionsschutzfilmen durch eine Strahlbrechungs-Einstellflüssigkeit 10 an beiden Seiten der Hologramm-Trockenplatte 3a, die in der Mitte liegt, gebunden. Die Hologramm-Trockenplatte 3a ist in diesem Zustand bei einem Abschnitt des optischen System angeordnet, um derart von den beiden Seiten sowohl mit parallelen Lichtstrahlen als auch mit Referenz-Lichtstrahlen der gleichen Wellenlänge belichtet zu werden.
  • Ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge von beispielsweise 514,5 nm wird als Lichtquelle verwendet. Das optische System ist derart ausgelegt, dass der von einem (nicht dargestellten) Laser-Oszillator emittierte Laserstrahl durch eine Referenzlinse 12 hindurchläuft und auf eine Seite der Hologramm-Trockenplatte 3a auftrifft. An der anderen Seite der Hologramm-Trockenplatte 3a ist ein außeraxialer konkaver Parabolspiegel 14 geneigt vor den Filmen 10a bis 10b angeordnet. Die gesamte Konfiguration ist so, dass ein Teil des von dem Laser-Oszillator emittierten Laserstrahls durch die Linse 13 auf den außeraxialen konkaven Parabolspiegel 14 eingestrahlt wird, und dass die parallelen Lichtstrahlen, die von dem außeraxialen konkaven Parabolspiegel 14 reflektiert werden, auf die Hologramm-Trockenplatte 3a auftreffen.
  • Wie es in der 3 gezeigt wird, ist der außeraxiale konkave Parabolspiegel 14 ein konkaver Spiegel, wobei er einen außeraxialen Abschnitt der Parabolfläche aufweist, die durch Drehung eines parabolförmigen Kurvenverlaufes von y = x2/4f beispielsweise um die y-Achse mit einem außeraxialen Winkel (beispielsweise 67°) sowie einer Brennweite von f erzeugt wird.
  • Wie es in der 2 gezeigt wird, ist der Einfallswinkel, der durch den Referenz-Lichtstrahl sowie den parallelen Lichtstrahl gebildet wird, auf die Hälfte des außeraxialen Winkels θ des außeraxialen konkaven Parabolspiegels 14 gesetzt.
  • Das Hologramm 3 ist unter Verwendung von solch einem optischen System vorbereitet, indem die Hologramm-Trockenplatte 3a mit dem parallelen Lichtstrahl und dem Referenz-Lichtstrahl belichtet und die belichtete Trockenplatte einer Entwicklungs- und Fixierbehandlung unterworfen wird. Das Bild des außeraxialen konkaven Parabolspiegels wird auf diesem Hologramm 3 als Interferenzring aufgezeichnet.
  • Deckscheiben eines Epoxyd-Kunstharzes sind über ein Dichtungsmittel fest an dem derart vorbereiteten Hologramm in einer Sandwich-Formgebung von beiden Seiten gebunden, um eine Streuung oder Reflexion an der Oberfläche zu verhindern und um eine Verschlechterung der Hologrammschicht zu vermeiden, und sie bilden einen Reflexionsschutzfilm sowie einen Streu-Schutzfilm auf der Oberflächen-Deckscheibe und der Rück-Deckscheibe aus. Wie es in der 1 gezeigt ist, ist das zuvor erwähnte Hologramm 3 im Inneren des Hauptkörpers 1 der Head-Up-Display-Einheit bei einem Winkel θ (der außeraxiale Winkel des außeraxialen konkaven Parabolspiegels, wie er in dem Hologramm aufgezeichnet ist) relativ zu der optischen Achse der Displayvorrichtung 2 angeordnet.
  • In einer Head-Up-Display-Einheit, die den zuvor beschriebenen Aufbau aufweist, und die in der 1 gezeigt ist, tritt das von der Displayvorrichtung 2 emittierte Displaylicht eines Displaybildes, wie etwa eines Geschwindigkeits-Anzeigebildes oder eines Warnbildes in das Hologramm 3 in dem Hauptkörper ein, wird in dem Hologramm 3 gebrochen und reflektiert. Lichtstrahlen mit einer bestimmten Wellenlänge des Displaylichtes laufen von der Öffnung 1a aufwärts und werden an der Innenseite der Windschutzscheibe 5 reflektiert. Ein derart von dem Displaylicht gebildetes Displaybild tritt in die Augen des Fahrers ein. Als ein Ergebnis hiervon, wird das Geschwindigkeitsbild von den Augen des Fahrers als ein auf der Displayvorrichtung 2 angezeigtes Displaybild visuell als ein vor die Windschutzscheibe 5 projiziertes Bild interpretiert. Wie es in der 1 gezeigt wird, ist hier der Brennpunkt F des in dem Hologramm 3 aufgezeichneten außeraxialen konkaven Parabolspiegels hinter der Displayvorrichtung 2 angeordnet, und die Entfernung zwischen dem Brennpunkt F und der Mitte des Hologramms 3 wird die Brennweite f. Wenn die Entfernung zwischen dem virtuellen Bild B des an der Rückseite des Hologramms 3 erzeugten Displaybildes und der Mitte des Hologramms b beträgt, und wenn die Krümmung der Windschutzscheibe G ist, wird die nachfolgende Formel erfüllt: 1/b = (1/a) – (1/f). Wenn die Entfernung zwischen dem Reflexionspunkt der Windschutzscheibe und dem Displaybild c beträgt, und wenn die Entfernung zwischen dem Hologramm 3 und dem Reflexionspunkt der Windschutzscheibe d beträgt, werden die nachfolgenden beiden Formeln erfüllt: 1/c = 1/(b + d) – (1/G), und das Vergrößerungsverhältnis m = b·c/a(b + d). Dieses bedeutet, dass ein vergrößertes Bild angezeigt wird, indem ein Vergrößerungsverhältnis m des Displaybildes von einem Wert größer als 1 angenommen wird.
  • Wie zuvor beschrieben, wird der außeraxiale konkave Parabolspiegel auf dem Hologramm 3 aufgezeichnet, und das Hologramm 3 ist derart ausgelegt, dass der zwischen der optischen Einfallsachse auf der Seite der Displayvorrichtung 2 und der optischen Achse der Seite der Windschutzscheibe ausgebildete Winkel gleich dem außeraxialen Winkel θ des außeraxialen konkaven Parabolspiegels wird. Von daher tritt hier in dem als virtuelles Bild B ausgebildeten Displaybild keine Aberration auf, und der Fahrer kann visuell ein Displaybild frei von Verzerrungen oder Unschärfe wahrnehmen.
  • Von daher ist es möglich, ein Displaybild frei von Verzerrungen zu erzielen, und zwar selbst bei einer Vergrößerung des Displays, indem das Expansionsverhältnis bzw. Aufweitungsverhältnis erhöht wird, wodurch ein vergrößertes Display bei einem hohen Expansionsverhältnis zugelassen ist. Wenn ein Displaybild einer vorgeschriebenen Größe angezeigt wird, kann demzufolge der Displaybildschirm der Displayvorrichtung verkleinert und die Entfernung zwischen der Displayvorrichtung und dem Hologramm verkürzt werden.
  • In dem zuvor erwähnten ersten Vergleichsbeispiel wurde der konkave Spiegel auf dem Hologramm mit dem Doppelstrahl-Verfahren aufgezeichnet, bei welchem bei der Belichtung zwei Strahlen ausgebildet werden und bewirkt wird, dass in die Hologramm-Trockenplatte von beiden Seiten hiervon die parallelen Lichtstrahlen und Referenz-Lichtstrahlen eintreten. Jedoch kann der konkave Spiegel ebenso mit einem Einzelstrahl-Verfahren aufgezeichnet werden, welches den Verfahrensschritt des Kontaktierens einer konkaven Reflexionsplatte mit der Rückseite der Hologramm-Trockenplatte, den Verfahrensschritt des Zulassens des Lichteinfalls von der Oberflächenseite sowie den Verfahrensschritt des Ausführens einer Belichtung mit den direkten Lichtstrahlen von der Oberfläche und den reflektierten Lichtstrahlen von der Rückseite aufweist.
  • Während in der zuvor erwähnten Ausführungsform eine konkave Reflexionsplatte verwendet wurde, kann stattdessen ein konvexer Spiegel verwendet werden.
  • Ein mit zwei Lichtstrahlen vorbereitetes Hologramm kann als Muster für eine Duplikation verwendet werden.
  • (Zweites Vergleichsbeispiel)
  • 1 ist eine schematische Aufbauansicht eines zweiten Vergleichsbeispiels.
  • In diesem Vergleichsbeispiel wird anstelle des zuvor beschriebenen Hologramms 3 ein außeraxialer konkaver Parabolspiegel 15 direkt verwendet. Im einzelnen wird eine Displayvorrichtung 2, die als Displaybild-Ausbildungseinrichtung dient, welche ein Flüssigkristall-Display und dergleichen aufweist, an dem rechten Ende des in einem boxförmigen Gehäuse gebildeten Hauptkörpers 1 befestigt, und ein außeraxialer konkaver Parabolspiegel 15, der eine Reflexionseinrichtung ist, ist in einer geneigten Haltung an dem linken Ende des Hauptkörpers 1 bei einer Position befestigt, bei welcher der Spiegel das von der Displayvorrichtung 2 reflektierte Displaylicht empfängt.
  • Eine Öffnung 1a für den Austritt des von dem außeraxialen konkaven Parabolspiegel 15 reflektierten Displaylichts ist in dem oberen Abschnitt des Hauptkörpers 1 ausgebildet. Das von dem außeraxialen konkaven Parabolspiegel 15 reflektierte Licht läuft nach oben, wird an der Innenseite der Windschutzscheibe 5, die als darüber angeordnete Display-Einrichtung dient, reflektiert, und tritt in die Augen des Fahrers ein.
  • Der außeraxiale konkave Parabolspiegel 15 ist, wie der zuvor erwähnte außeraxiale konkave Parabolspiegel 14, ein konkaver Spiegel, der einen außeraxialen Abschnitt einer parabolischen Ebene aufweist, die erzeugt wird, wenn ein parabolischer Kurvenverlauf von beispielsweise y = x2/4f um die y-Achse gedreht wird, die einen außeraxialen Winkel θ (beispielweise 67°) und eine Brennweite von f aufweist. Der außeraxiale konkave Parabolspiegel 15 ist in dem Hauptkörper 1 derart vorgesehen, dass der Winkel zwischen der optischen Einfallsachse auf der Seite der Displayvorrichtung 2 und der optischen Achse der Emission auf der Seite der Windschutzscheibe zu dem außeraxialen Winkel θ hiervon wird.
  • In einer wie zuvor beschriebenen Head-Up-Display-Einheit, die beispielsweise in der 4 gezeigt wird, tritt das von der Displayvorrichtung 2 emittierte Displaylicht eines Bilddisplays, wie etwa ein Geschwindigkeitsbild oder ein Warnbild, in den außeraxialen konkaven Parabolspiegel 15 im Hauptkörper 1 ein, und das von dem außeraxialen konkaven Parabolspiegel 15 reflektierte Licht läuft durch die Öffnung 1a, wird von der Innenseite der Windschutzscheibe 5 reflektiert und tritt in die Augen des Fahrers ein.
  • (Drittes Vergleichsbeispiel)
  • Wie in dem ersten Vergleichsbeispiel wird aus der Sicht des Fahrers das durch die Displayvorrichtung angezeigte Geschwindigkeitsbild visuell als ein Bild interpretiert, welches vor der Windschutzscheibe 5 projiziert ist. Da ein außeraxialer konkaver Parabolspiegel 15 verwendet wird und ausgelegt ist, dass der Winkel zwischen der optischen Einfallsachse und der optischen Achse der Projektion gleich dem außeraxialen Winkel θ hiervon ist, tritt keine Aberration in dem als virtuelles Bild B ausgebildeten Displaybild auf, wie in dem ersten Vergleichsbeispiel, und es kann ein Displaybild frei von Verzerrungen oder Unschärfe klar betrachtet werden.
  • Die Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse von Experimenten, die ausgeführt wurden, um die in dem ersten und dem zweiten Vergleichsbeispiel erzielbaren Effekte zu bestätigen. In dem ersten Vergleichsbeispiel wurden Hologramme, die jeweils drei Arten von außeraxialen konkaven Parabolspiegeln aufzeichnen, mit Brennweiten f von 500 mm, 400 mm und 260 mm verwendet. In dem zweiten Vergleichsbeispiel wurden die gleichen drei Arten der außeraxialen Parabolspiegel wie in dem ersten Vergleichsbeispiel mit Brennweiten von 500 mm, 400 mm und 260 mm verwendet. In einem weiteren Vergleichsbeispiel wurde ein herkömmlicher sphärischer konkaver Spiegel eingesetzt.
  • Für jedes Gerät wurde eine Anzeige ausgeführt, während schrittweise das Expansionsverhältnis erhöht wurde, und das maximale Expansionsverhältnis bis zu dem Wert, wo keine Unschärfe in dem Displaybild erzeugt wurde, wurde durch eine funktionelle Auswertung bestimmt.
  • Tabelle 1
    Figure 00190001
  • Die in der Tabelle 1 gezeigten experimentellen Ergebnisse deuten an, dass in dem Fall, wo ein Hologramm, welches den außeraxialen konkaven Parabolspiegel aufzeichnet, als Reflexionseinrichtung angenommen wird (das erste Vergleichsbeispiel) und in dem Fall, wo der außeraxiale konkave Parabolspiegel direkt als Reflexionsabschnitt des Displaylichtes verwendet wird (das zweite Vergleichsbeispiel), eine Anzeige ohne dem Auftreten der Unschärfe bei einem etwa 2- bis 2,5-mal so großen Expansionsverhältnis, wie das Expansionsverhältnis in dem Fall, wo ein herkömmlicher konkaver sphärischer Spiegel verwendet wird (das weitere Vergleichsbeispiel), zustande gebracht werden kann.
  • Obwohl in dem ersten und in dem zweiten Vergleichsbeispiel ein außeraxialer konkaver Parabolspiegel als konkaver Spiegel verwendet wurde, kann ebenso gut ein anderer, nicht-sphärischer konkaver Spiegel eingesetzt werden, der nur eine leichte Aberration liefert, wie etwa ein außeraxialer konkaver elliptischer Spiegel oder ein torisch-konkaver Spiegel.
  • Ferner ist es nicht grundsätzlich notwendig, den Hauptkörper 1 von diesem Gerät direkt unterhalb der Windschutzscheibe anzuordnen, um das Bild vertikal aufwärts zu emittieren, sondern der Hauptkörper 1 des Gerätes kann mit einer leichten Neigung bei einer Position etwas von dem Punkt direkt unterhalb der Windschutzscheibe entfernt installiert werden.
  • Während in dem zuvor erwähnten ersten und zweiten Vergleichsbeispiel ein Flüssigkristall-Display als Displayvorrichtung, die als Displaybild-Ausbildungseinrichtung dient, angenommen wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf ein Flüssigkristall-Display beschränkt, sondern ebenso kann eine Displaybild- Ausbildungseinrichtung, die eine EL-Displayvorrichtung oder ein CRT aufweist, verwendet werden.
  • In dem dritten Vergleichsbeispiel wird, im Gegensatz zum Hologramm 3 in dem ersten Vergleichsbeispiel, ein Hologramm 20 mit einer besseren Korrekturfunktion zum Korrigieren der Verzerrung des Displaybildes vorgesehen, wobei sämtliche andere Anforderungen die gleichen wie in der 1 sind.
  • Das in diesem Vergleichsbeispiel verwendete Hologramm 20 weist die Charakteristik auf, dass nur Licht einer bestimmten Wellenlänge reflektiert wird, indem das Hologramm mit Licht von dieser speziellen Wellenlänge belichtet und ein konkaver Spiegel mit nur einer geringen Aberration, wie etwa ein außeraxialer konkaver Spiegel, aufgezeichnet wird. Das Hologramm 20 des dritten Vergleichsbeispiels 20 wird darüber hinaus derart hergestellt, dass sich die Längs- und Querbrennweiten (Expansionsverhältnis) des konkaven Spiegels in Erwiderung auf die Krümmung (1/Radius) der Innenseite der Windschutzscheibe 5 unterscheiden können.
  • Da, wie zuvor beschrieben, der hinsichtlich der Aberration nicht anfällige konkave Spiegel in dem Hologramm 20 des dritten Vergleichsbeispiels aufgezeichnet ist, weist er eine Änderungsfunktion des optischen Weges sowie eine Vergrößerungsfunktion auf, und zusätzlich ist er derart ausgebildet, um eine Differenz in der Brennweite (in dem Expansionsverhältnis) zwischen der Längs- und Querrichtung des konkaven Spiegels zu bewirken. Er hat von daher gleichzeitig eine Korrekturfunktion.
  • Nun wird die Art und Weise, wie das Hologramm des dritten Vergleichsbeispiels hergestellt wird, beschrieben.
  • Das Hologramm 20 wird hergestellt, indem es dem in der 5 gezeigten optischen System ausgesetzt wird. In der 5 bezeichnet die Bezugsziffer 20a eine Hologramm-Trockenplatte, die ausgebildet wird, indem Gelatine-Bichromate als photosensitives Mittel mit einer Dicke von etwa 20 μm auf einem Substrat eines Materials, wie etwa Soda-Glas, ausgebildet wird. An beiden Seiten der Hologramm-Trockenplatte 20a sind Glasscheiben 11 mit Reflexionsschutzfilmen durch eine Strahlbrechungs-Einstellflüssigkeit 10 dicht an der Trockenplatte in der Mitte angefügt, wie es in der 5 gezeigt ist. Dann wird die Hologramm-Trockenplatte 20a in diesem Zustand in einen Abschnitt des optischen Systems gesetzt, um derart eine Belichtung mit sowohl parallelen als auch dispergierenden Lichtstrahlen der gleichen Wellenlängen zu ermöglichen.
  • Beispielsweise wird ein Laser-Lichtstrahl mit einer Wellenlänge von 514,5 μm verwendet, und beispielsweise ist das optische System derart ausgelegt, dass der Laser-Lichtstrahl, der von einem (nicht dargestellten) Laser-Oszillator emittiert wird, durch eine Referenzlinse 12 sowie eine zylindrische Linse 22 zum Einstellen der Brennweite hindurchläuft, und in eine Seite der Hologramm-Trockenplatte als Referenzlicht eintritt. An der anderen Seite des Hologramms 20a ist ein außeraxialer konkaver Parabolspiegel 14 geneigt vor diesem angeordnet, und ein Teil des von dem gleichen Laser-Oszillator emittierten Laser-Lichtstrahles wird durch die Linse 13 auf den konkaven Spiegel 14 eingestrahlt. Die von dem konkaven Spiegel 14 reflektierten parallelen Lichtstrahlen treten in die Hologramm-Trockenplatte 20a ein.
  • Wie in der 5 gezeigt, wird der Einfallswinkel θ zwischen dem Referenz-Lichtstrahl und dem parallelen Lichtstrahl auf die Hologramm-Trockenplatte 20a beispielsweise auf θ = 33,5° eingestellt, um den Reproduktionswinkel bei einer tatsächlichen Anwendung des Hologramms 20 in einem Head-Up-Display zu erfüllen.
  • Eine zylindrische Linse 22 ist an einem Teil des optischen Systems an der Seite des dispergierenden Lichtstrahles angebracht, um derart die aufgrund der Krümmung der Windschutzscheibe 5 bewirkte Vergrößerungsverzerrung des Displaybildes aufzuheben. Die Krümmung der Windschutzscheibe 5 unterscheidet sich in der Längs- und Querrichtung. Wie es in der 6 gezeigt wird, ist von daher eine zylindrische Linse 22 mit einer Brennweite fy in der Querrichtung an der ebenen Oberfläche der Linse 22 von beispielsweise 400 mm und mit einer Längs-Brennweite fx in der vertikalen Richtung von beispielsweise 450 mm ausgebildet, und, wie es in der 5 gezeigt wird, zwischen der Linse 12 und der Hologramm-Trockenplatte 20a vorgesehen.
  • Das Hologramm 20 wird unter Verwendung des in der 5 gezeigten optischen Systems vorbereitet, indem die Hologramm-Trockenplatte 20a sowohl den Referenz-Lichtstrahlen als auch den parallelen Lichtstrahlen ausgesetzt wird, und indem die belichtete Trockenplatte der zuvor beschriebenen Entwicklungs- und Fixierbehandlung ausgesetzt wird. Der konkave Spiegel 14 wird auf dem Hologramm 20 als Interferenzring in dem Zustand aufgezeichnet, in welchem die Längs-Brennweite fx und die Quer-Brennweite fy des konkaven Spiegels 14 in Erwiderung auf die Krümmung der Windschutzscheibe 5 korrigiert sind.
  • Das derart vorbereitete Hologramm 20 wird fertiggestellt, indem Epoxyd-Kunstharz-Deckscheiben in dichtem Kontakt über ein Abdichtungsmittel mit der Oberfläche und der Rückseite des Hologramms 20 in einer Sandwich-Formgebung gebracht werden, und indem dann ein Reflexionsschutzfilm sowie ein Streulicht-Schutzfilm auf den Oberflächen der Deckscheiben ausgebildet werden, um eine Lichtstreuung oder Reflexion an der Oberfläche zu verhindern und um eine Verschlechterung der Hologrammschicht zu vermeiden. Das Hologramm 20 der dritten Ausführungsform wird in dem Inneren des Hauptkörpers 1 der Head-Up-Display-Einheit in der in der 1 gezeigten Art und Weise bei einem festgelegten Winkel θ (33,5°) relativ zu der optischen Achse der Displayvorrichtung 2 befestigt.
  • In der Head-Up-Display-Einheit, die den zuvor beschriebenen Aufbau aufweist und in der 1 gezeigt ist, wird das Licht eines von der Displayvorrichtung emittierten Displaybildes, wie etwa eines Geschwindigkeits-Anzeigebildes oder eines Warnbildes, als Displaylicht projiziert und tritt in das Hologramm 20 in dem Hauptkörper 1 ein. Dieses Displaylicht wird gebrochen, und das reflektierte Licht von einer bestimmten Wellenlänge läuft durch die Öffnung 1a nach oben und wird erneut von der Innenseite der Windschutzscheibe 5 reflektiert. Ein von dem reflektierten Displaylicht gebildetes Displaybild tritt in die Augen des Fahrers ein.
  • Von den Augen des Fahrers wird von daher das auf der Displayvorrichtung 2 angezeigte Geschwindigkeitsbild visuell als ein vor die Windschutzscheibe 5 projiziertes Bild interpretiert. Zu diesem Zeitpunkt ist, wie es in der 1 gezeigt wird, der Brennpunkt F des in dem Hologramm 20 aufgezeichneten konkaven Spiegels hinter der Displayvorrichtung 2 angeordnet. Demzufolge wird die Brennweite f des Displaybildes länger als die Entfernung zwischen der Displayvorrichtung 2 und dem Hologramm 20. Wenn angenommen wird, dass ein virtuelles Bild B des Displaybildes an der Rückseite des Hologramms 20 erzeugt wird, wird die Entfernung zwischen dem virtuellen Bild B und dem Hologramm 20 größer als die Entfernung a. Als ein Ergebnis hiervon überschreitet das Expansionsverhältnis m des Displaybildes (m = b/a) den Wert 1, wodurch eine Anzeige von einem vergrößerten Bild auf der Windschutzscheibe 5 ermöglicht wird.
  • Wie zuvor beschrieben, ist der konkave Spiegel in dem Hologramm 20 aufgezeichnet, indem bewirkt wird, dass durch eine zylindrische Linse 22, welche verschiedene Brennweiten in der Längs- und Querrichtung mit beispielsweise einer Längs-Brennweite fy von 400 mm und mit einer Quer-Brennweite fx von 450 mm aufweist, dispergierende Lichtstrahlen in die Hologramm-Trockenplatte 20a eintreten. Wenn das von dem Hologramm 20 gebrochene und reflektierte Displaybild an der Innenseite der Windschutzscheibe 5 reflektiert wird, wird die Verzerrung des Bildes durch die Querkrümmung der Windschutzscheibe 5 korrigiert. Demzufolge kann der Fahrer ein Displaybild frei von Verzerrungen oder Unschärfe visuell interpretieren, und im einzelnen ist es möglich, eine vergrößerte Anzeige ohne eine Verzerrung oder Unschärfe zu geben, und zwar selbst wenn die Augen des Fahrers zu dem Randbereich des Hologramms wandern.
  • 7 zeigt das Ausmaß der Verzerrung des Displaybildes, die beobachtet wird, wenn das Bild durch die Verwendung der Head-Up-Display-Einheit des dritten Vergleichsbeispiels angezeigt wird, sowie das Ausmaß der Verzerrung des Displaybildes, die beobachtet wird, wenn ein Hologramm verwendet wird, welches hergestellt wird, indem bewirkt wird, dass gewöhnliche Referenz-Lichtstrahlen nicht durch die Aufzeichnung des Hologramms korrigiert werden, um in die Hologramm-Trockenplatte als ein noch weiteres Vergleichsbeispiel einzutreten.
  • Die Einheiten des weiteren Vergleichsbeispiels und des dritten Vergleichsbeispiels verwenden eine Displayvorrichtung mit einem Displayschirm mit einer Länge von 13 mm und einer Breite von 30 mm, sind an ein Hologramm mit einer Länge von 50 mm und einer Breite von 110 mm befestigt, und mit einer Entfernung zwischen der Displayvorrichtung und dem Hologramm von 250 mm eingestellt, einer Entfernung zwischen dem Hologramm und der Windschutzscheibe von 140 mm eingestellt sowie mit einer Entfernung zwischen der Windschutzscheibe und dem Beobachter von 900 mm eingestellt. Änderungen in dem Ausmaß der Verzerrung, die in dem Displaybild, welches visuell zu interpretieren ist, stattfindet, werden gemessen, indem die Augen des Beobachters um 10° horizontal verschoben werden.
  • Die in der 7 dargestellte graphische Auftragung deutet an, dass in dem weiteren Vergleichsbeispiel, welches keine Korrektur des Hologramms in Erwiderung auf die Krümmung der Windschutzscheibe bei der Aufzeichnung durchführt, eine Verschiebung der Augen des Beobachters um 10° zu einem Ausmaß der Verzerrung in dem Displaybild von etwa 40% führt, wohingegen die gleiche Verschiebung der Augen in dem dritten Vergleichsbeispiel eine Abnahme von etwa 5% in dem Ausmaß der Verzerrung des Displaybildes zeigte.
  • In dem dritten Vergleichsbeispiel wurde angenommen, dass die Windschutzscheibe eine große Querkrümmung und nahezu keine Krümmung in der Längsrichtung aufweist. Wenn jedoch die Längskrümmung größer ist, genügt es, dass die Brennweite des konkaven Spiegels, der in dem Hologramm aufgezeichnet werden muss, in Erwiderung auf die Richtung und den Umfang der Krümmung mittels des Einstellwinkels der zylindrischen Linse und durch die Verwendung der anderen Linse eingestellt wird.
  • In dem dritten Vergleichsbeispiel wurde ferner ein außeraxialer konkaver Parabolspiegel in dem Hologramm aufgezeichnet, jedoch kann ebenso ein nicht-sphärischer Spiegel mit einer leichten Aberration aufgezeichnet werden, und das Hologramm kann einfach ein Hologramm sein, welches die Reflexions-Charakteristika eines konkaven Spiegels mit verschiedenen Längs- und Querkrümmungen aufweist.
  • In dem dritten Vergleichsbeispiel wurde ebenso der konkave Spiegel in dem Hologramm mit dem Doppelstrahl-Verfahren aufgezeichnet, welches den Verfahrensschritt des Belichtens mit zwei Lichtstrahlen sowie den Verfahrensschritt des Bewirkens, dass der parallele Lichtstrahl und der Referenz-Lichtstrahl, die auf die Hologramm-Trockenplatte von beiden Seiten hiervon auftreffen, aufweist. Die Aufzeichnung kann mit dem Einzelstrahl-Verfahren durchgeführt werden, welches den Verfahrensschritt des Anbringens einer konkaven Reflexionsscheibe an der Rückseite der Hologramm-Trockenplatte, den Verfahrensschritt des Zulassens von lediglich den Lichtstrahlen von der Oberfläche und den Verfahrensschritt des Ausführens einer Belichtung mit einem direkten Lichtstrahl von der Oberfläche sowie einem reflektierten Lichtstrahl von der Rückseite aufweist.
  • Obwohl eine konkave Reflexionsscheibe in den zuvor erwähnten Ausführungsformen verwendet wurde, kann ein konvexer Spiegel aufgezeichnet werden, indem eine konvexe Reflexionsscheibe angenommen wird.
  • Ein mittels dieser beiden Lichtstrahlen vorbereitetes Hologramm kann als Muster für eine Duplikation verwendet werden.
  • Es ist nicht grundsätzlich notwendig, dass der Hauptkörper 1 des Gerätes des dritten Vergleichsbeispiels direkt unterhalb der Windschutzscheibe zur vertikalen Aufwärts-Projektion angeordnet sein muss. Der Hauptkörper 1 kann bei einer Position etwas von dem Punkt direkt unterhalb der Windschutzscheibe entfernt und etwas schief installiert sein.
  • In dem dritten Vergleichsbeispiel wurde als Displayvorrichtung, die als Displaybild-Ausbildungseinrichtung dient, ein Flüssigkristall-Display angenommen. Jedoch ist die Erfindung nicht auf ein Flüssigkristall-Display beschränkt, sondern kann eine Displaybild-Ausbildungseinrichtung verwenden, die eine EL-Displayvorrichtung oder ein CRT aufweist.
  • In dem dritten Vergleichsbeispiel wurde die Reflexionseinrichtung durch ein Hologramm ausgebildet. Jedoch ist es in der vorliegenden Erfindung nicht notwendig, die Reflexionseinrichtung mit einem Hologramm auszubilden, sondern es kann ein außeraxialer konkaver Spiegel mit verschiedenen Längs- und Querkrümmungen zum Korrigieren der durch die Windschutzscheibe bewirkten Verzerrung des Bildes, oder ein nicht-sphärischer Spiegel mit einer leichten Aberration verwendet werden, oder die Einrichtung kann ein konkaver Spiegel sein, der einfach verschiedene Krümmungen in verschiedenen Richtungen aufweist.
  • (Viertes Vergleichsbeispiel)
  • Als ein Beispiel der Bild-Displayeinheit in dem vierten Vergleichsbeispiel wird in der 8 eine Vorderenden-Positions-Displayeinheit für ein Fahrzeug dargestellt. In der 8 sind den gleichen Komponenten die gleichen Bezugsziffern wie in dem ersten Vergleichsbeispiel zugewiesen.
  • Diese Einheit ist mit einer in dem (nicht dargestellten) Armaturenbrett eines Automobils vorgesehenen Displayvorrichtung 24, welche als eine Displaybild-Ausbildungseinrichtung dient, mit einem flachen Spiegel 25, der sequentiell das von der Displayvorrichtung 24 projizierte Bildlicht reflektiert, mit einem torisch-konkaven Spiegel 26, der als Reflexionseinrichtung dient, sowie mit einer Steuerschaltung 27 zum Steuern der Displayvorrichtung 24 und des torisch-konkaven Spiegels 26 ausgerüstet.
  • Die Displayvorrichtung 27 dient als Displaybild-Ausbildungseinrichtung. Die Displayvorrichtung 27 wird, wie es in der 12 gezeigt wird, ausgebildet, indem eine Halogenlampe 29 mit einem Reflektor beispielsweise in einem boxförmigen Gehäuse 28 angeordnet wird, eine (nicht dargestellte) Licht-Streuscheibe, wie etwa Milchglas, vor der Lampe 29 vorgesehen ist und indem ein Endmarkierungs-Displayabschnitt (von nun an einfach als „Displayabschnitt" bezeichnet) 31, der einen Licht-Durchlassabschnitt mit einem Farbfilter in der Mitte, mit einem abgedeckten Randbereich an einer transparenten Scheibe 30, wie etwa einer Glasscheibe, die hiervor vorgesehen ist, angebracht wird.
  • Wie in der 9 gezeigt, ist der torisch-konkave Spiegel 26 durch Dampfablagerung einer Silber- oder Aluminium-Reflexionsschicht auf einem aus beispielsweise einem synthetischen Kunstharz ausgebildeten Substrat ausgebildet. Die Spiegeloberfläche wird von der horizontalen Krümmung beim Reflexionspunkt D an der Windschutzscheibe 5, die als Display-Einrichtung dient, und von der Anzeigeposition des Displaykennzeichens (ein virtuelles Bild des Displayabschnittes 31; siehe 8) 32 berechnet. Die Details von diesem konkaven Spiegel werden nachfolgend beschrieben.
  • Ein torisch-konkaver Spiegel 26 ist bei einem variablen Winkel an dem (nicht dargestellten) Armaturenbrett-Abschnitt durch einen Winkel-Einstellmechanismus 33 angeordnet, der als Antriebs-Einstellungseinrichtung dient. Der Winkel-Einstellmechanismus 33 ist, wie es in den 13 und 14 gezeigt wird, ausgebildet, indem eine Basisplatte 35 mit einem variablen Winkel durch ein universales Anschlussstück 36 an eine feste Platte 34, die an dem (nicht dargestellten) Armaturenbrett befestigt ist, angefügt wird. Eine Halterungsplatte 38 ist drehbar über ein Zahnrad 37 durch eine Stange 39 an der vorderen Fläche der Basisplatte 35 angefügt. Eine Vertikal-Winkel-Einstellschraube 40 sowie eine Horizontal-Winkel-Einstellschraube 41 sind in ihre jeweiligen (nicht dargestellten) Schraubenlöcher in der festen Platte 34 eingeschraubt. Eine Antriebsritze 44 bei dem vorderen Ende der Drehwelle 43 steht in Eingriff mit dem Zahnrad 37 an der Halterungsplatte 42. Die vorderen Ende der Vertikal-Winkel-Einstellschraube 40 sowie der Horizontal-Winkel-Einstellschraube 41 sind drehbar mit dem oberen Abschnitt und der rechten Seite der Basisplatte verbunden. Der torisch-konkave Spiegel 26 ist an der vorderen Fläche der Haltungsplatte 42 befestigt.
  • Indem die Vertikal-Winkel-Einstellschraube 40 gedreht wird, tritt eine Änderung in dem vertikalen Einfallswinkel (Schlag-Winkel) auf. Indem die Horizontal-Winkel-Einstellschraube 41 gedreht wird, tritt eine Änderung in dem horizontalen Einfallswinkel (Schlag-Winkel) des torisch-konkaven Spiegels 26 auf. Indem die Drehwelle 43 gedreht wird, dreht sich der torisch-konkave Spiegel 26 um die Welle 49, wodurch eine Einstellung des Winkels in der gleichen Drehebene des torisch-konkaven Spiegels 26 zugelassen ist.
  • In diesem Vergleichsbeispiel sind die Displayvorrichtung 24, der flache Spiegel 25 und der torisch-konkave Spiegel 26 derart angeordnet, dass das von der Displayvorrichtung 24 ausgestrahlte Bild des Displayabschnittes 31 beim Punkt D auf der Windschutzscheibe 5 durch den flachen Spiegel 25 und dem torisch-konkaven Spiegel 26 reflektiert wird. Die reflektierten Bilder treten in die Augen G des Fahrers ein, um bei einer Position am vorderen Ende des Fahrzeugkörpers ein Displaykennzeichen 32 auszubilden.
  • Nun wird der torisch-konkave Spiegel 26, der als Reflexionseinrichtung in dem vierten Vergleichsbeispiel dient, beschrieben. Der torisch-konkave Spiegel 26 ist ein konkaver Spiegel, wie er in der 9 gezeigt wird, von welchem in den 10 und 11 jeweils der x-Richtungsabschnitt (der der horizontalen Richtung der Windschutzscheibe 5 entlang des optischen Weges entspricht) und der y-Richtungsabschnitt (der der vertikalen Richtung der Windschutzscheibe 5 entlang des optisches Weges entspricht) dargestellt ist. Wie es in den 10 und 11 gezeigt wird, ist der Krümmungsradius „a" in der x-Richtung kleiner als der Radius „b" in der y-Richtung bestimmt. Die Krümmungsradien „a" und „b" werden wie folgt festgelegt:
    Es sei nun angenommen, dass der horizontale Krümmungsradius der Windschutzscheibe 5 p beträgt, die vertikale Richtung flach ist, die Entfernung zwischen dem Displayabschnitt 31 und dem torisch-konkaven Spiegel 26 t beträgt, die Entfernung zwischen dem torisch-konkaven Spiegel 26 und dem Reflexionspunkt D der Windschutzscheibe 5 t beträgt; die Entfernung zwischen dem Reflexionspunkt D der Windschutzscheibe 5 und dem Displaykennzeichen 32 h beträgt; und die Entfernung zwischen dem virtuellen Bild des Displayabschnittes 31, das mit dem torisch-konkaven Spiegel 26 erzeugt wird, x oder x' beträgt, vorausgesetzt jedoch, dass x auf dem Krümmungsradius „a" basiert und dass x' auf dem Krümmungsradius „b" basiert.
  • 1. Bestimmung des Krümmungsradius „a":
  • Zunächst gilt bei der Reflexion der Windschutzscheibe 5 folgendes: 1/(x + d) – 1/h = 2/p,von daher gilt: x = (p × h)/(2 × h + p) – d
  • Von der Reflexion durch den Krümmungsradius „a" gilt folgendes: (1/t) – (1/x) = 2/a
  • Von daher gilt folgendes: a = 2 × t × x/(x – t) = 2 × t × {(p × h)/(2 × h + p) – d}/[{p × h)/ (2 × h + p) – d} – t]
  • 2. Festlegung des Krümmungsradius „b":
    • x' + d = h,von daher gilt: x' – h – d
  • Von der Reflexion durch den Krümmungsradius „a" gilt folgendes: (1/t) – 1/(h – d) = 2/b
  • Von daher gilt folgendes: b = {2 × t × (h – d)}/(h – d – t)
  • Obwohl es nicht dargestellt wird, sind die zuvor erwähnte Displayvorrichtung 24, der zuvor erwähnte flache Spiegel 25 sowie der zuvor erwähnte torisch-konkave Spiegel 26 innerhalb einer Box gesetzt, deren Innenfläche in Mattschwarz beschichtet ist, und in einem Teil der Box ist eine Öffnung zum Emittieren des Bildes des Endmarkierungs-Displayabschnittes 31 in Richtung des Punktes D der Windschutzscheibe 5 vorgesehen.
  • In einer Vorderenden-Positions-Displayeinheit für ein Fahrzeug, die den zuvor beschriebenen Aufbau aufweist, schaltet der Fahrer eine Lampe 29 der Displayvorrichtung 24 an, wenn er das Automobil auf einem Parkplatz parkt. Dann wird ein virtuelles Bild 32, das das Displaylicht des Endmarkierungs-Displayabschnittes 31 ist, von der Displayvorrichtung emittiert und tritt von dem flachen Spiegel 25 in den torisch-konkaven Spiegel 26 ein. Das virtuelle Bild 32 wird an dem torisch-konkaven Spiegel 26 bei einem Punkt D der Windschutzscheibe 5 reflektiert, und ein virtuelles Bild wird in den Augen G des Fahrers 45 ausgebildet.
  • Bei diesem Punkt ist ein virtuelles Bild 32 des Endmarkierungs-Displayabschnittes 31 ausgebildet und in der Nähe der Endposition des Fahrzeuges angezeigt. Indem der Winkel zu der optischen Achse des torisch-konkaven Spiegels 26 geeignet eingestellt wird, werden beide optischen Lichtstrahlen von der Windschutzscheibe 5 zu den Augen korrigiert, um durch die horizontale Ebene hindurchzulaufen, die diese Augen enthält. Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass die entsprechenden Punkte in dem virtuellen Bild des linken Auges und in dem virtuellen Bild des rechten Auges so wahrgenommen werden, als seien sie auf der gleichen Höhe. Als ein Ergebnis hiervon wird die durch die gekrümmte Oberfläche der Windschutzscheibe 5 bewirkte Differenz in der Höhe in der vertikalen Richtung zwischen den Bildern der beiden Augen beseitigt.
  • Von daher kann der Fahrer das Bild 32, in welchem zwei Bilder deutlich in dem Raum nahe der Endposition des Fahrzeuges kombiniert sind, sehen, und er kann auf einfache Weise die Endposition des Fahrzeuges relativ zu einem Hindernis von der relativen positionellen Beziehung zwischen dem Bild 32 und dem Hindernis erkennen.
  • Da ein Winkel-Einstellmechanismus 33 für den torisch-konkaven Spiegel 26 vorgesehen ist, ist es möglich, den Befestigungswinkel des torisch-konkaven Spiegels 26 mittels des Winkel-Einstellmechanismus 33 in Erwiderung auf die Position in der Höhe der Augen des Fahrers und der horizontalen Position der Augen einzustellen. Die Differenz in der Höhe kann von daher beseitigt werden, und zwar selbst bei individuellen Differenzen in den Augenhöhen von verschiedenen Fahrern.
  • Nun werden mittels der 15 und 20 die Funktionen des torisch-konkaven Spiegels 26 zusätzlich beschrieben. Wie es in den 15 und 20 dargestellt ist, weist die Windschutzscheibe 5, die eine im wesentlichen flache vertikale Fläche aufweist, eine horizontal gekrümmte Fläche auf. Der Spiegel dient als konkaver zylindrischer Spiegel. Wenn angenommen wird, dass der torisch-konkave Spiegel 26 in der 15 ein gewöhnlicher konkaver sphärischer Spiegel 46 ist, wie es in der 20 gezeigt wird, dann tritt eine Differenz in der Höhe zwischen den beiden Lichtstrahlen auf, die nach der Reflexion an der Windschutzscheibe 5 die Augen G des Fahrers unter der Wirkung der Windschutzscheibe 5 erreichen, die als ein konkaver zylindrischer Spiegel dient. Von daher ist es für den Fahrer schwierig, zwei Bilder, die sein linkes und rechtes Auge erreichen, zu kombinieren. Dies ist ebenso der Fall, wenn angenommen wird, dass der torisch-konkave Spiegel 26 ein flacher Spiegel ist.
  • Der torisch-konkave Spiegel 26 fügt die gleiche Wirkung eines konkaven Spiegels, wie die Wirkung der Windschutzscheibe 5 in der horizontalen Richtung, ebenso zu der vertikalen Richtung hinzu, was dazu führt, dass die Windschutzscheibe 5 als konkaver sphärischer Spiegel wirkt. Da von daher die Windschutzscheibe 5 zu einem gewöhnlichen konkaven sphärischen Spiegel wird, wird die vertikale Differenz zwischen dem linken und rechten Auge beseitigt, und der Fahrer kann nun ein Bild sehen, welches die Bilder, die jedes Auge erreichen, kombiniert. Zusätzlich zu der Korrektur der vertikalen Verschiebung zwischen dem linken und rechten Auge wird ebenso eine Bild-Vergrößerungsfunktion erzielt, wodurch eine Herabsetzung der Anzahl der erforderlichen Bauteile ermöglicht wird.
  • Ferner ist es möglich, der Windschutzscheibe einen Bereich der Verstärkung zu verleihen, wodurch es ermöglicht wird, dass die Displayeinheit verkleinert wird.
  • Gemäß der Displayeinheit von diesem Vergleichsbeispiel sind die nachfolgenden Wirkungen verfügbar:
    • (1) Obwohl die Innenoberfläche der Windschutzscheibe eine nicht-sphärische konkave Reflexionsfläche ausbildet, nimmt die vorliegende Ausführungsform einen Aufbau an, der als einzelner konkaver sphärischer Spiegel für das optische System als ein Ganzes durch die Verwendung des torisch-konkaven Spiegels dient, der eine Reflexionseinrichtung mit verschiedenen Krümmungen „a" und „b" zwischen zwei Richtungen darstellt, und der einen rechten Winkel ausbildet. Von daher ist es möglich, die durch die Windschutzscheibe 5 hervorgerufene Differenz in der Höhe zwischen den Bildern, die das linke und rechte Auge erreichen, zu beseitigen, wodurch die Kombination von beiden Bildern in einem Bild ermöglicht wird.
    • (2) Das Bild ist frei von Verzerrungen, und zwar trotz der Innenoberfläche der Windschutzscheibe 5, die als nichtsphärische konkave Reflexionsfläche dient.
    • (3) Es ist eine vergrößerte Anzeige möglich, ohne dass eine Zunahme in der Anzahl der Bauteile, eine Zunahme im Verlust des Lichtbetrages oder Komplikationen in dem Design des optischen Weges bewirkt werden.
    • (4) Eine Einstellung der individuellen Differenzen in den Entfernungen zwischen den beiden Augen, in Veränderungen in der Krümmung der Windschutzscheibe und in der Anzeigeposition des virtuellen Bildes kann durch den Winkel-Einstellmechanismus erzielt werden, der als Antriebs-Einstelleinrichtung dient.
  • Wenn die Krümmung „a" der Richtung X (die dritte Richtung der vorliegenden Erfindung) des torisch-konkaven Spiegels 26, der eine Reflexionseinrichtung ist, wobei die Richtung X optisch parallel zu der horizontalen Richtung (die erste Richtung in der vorliegenden Erfindung) der Windschutzscheibe 5 verläuft, welche als Display-Einrichtung dient, kleiner als die Krümmung „b" in der Richtung Y festgelegt ist (die vierte Richtung in der vorliegenden Erfindung), die optisch parallel zu der vertikalen Richtung (die zweite Richtung in der vorliegenden Erfindung) der Windschutzscheibe 5 verläuft, ist es möglich, die durch die zuvor erwähnte Krümmung P der Windschutzscheibe 5 hervorgerufene vertikale Differenz in der Sicht herabzusetzen, und es ist möglich, ein vergrößertes virtuelles Bild anzuzeigen.
  • Die Herstellungsverfahren des torisch-konkaven Spiegels 26 werden nachfolgend detaillierter beschrieben.
  • Das erste Herstellungsverfahren weist den Verfahrensschritt des Vorbereitens einer Reflexionsfläche durch Schleifen eines Kunstharzstückes oder eines Glasblocks sowie den Verfahrensschritt des Ausbildens eines Reflexionsfilms und eines Schutzfilmes durch Dampfablagerung, wie bei einer herkömmlichen Linse oder bei einem konkaven Spiegel, auf.
  • Das zweite Herstellungsverfahren weist den Verfahrensschritt des Spritzgießens von geschmolzenem Kunstharz oder geschmolzenem Glas in eine Präzisionsmodellform und nach dem Abkühlen den Verfahrensschritt des Ablagerns eines Reflexionsfilmes sowie eines Schutzfilmes auf der Oberfläche auf.
  • Wie in der 16 gezeigt, weist das dritte Herstellungsverfahren den Verfahrensschritt des Vorbereitens eines Satzes von männlichen Modellformen 47 und weiblichen Modellformen 48, die in der gekrümmten Oberflächenformgebung des torisch-konkaven Spiegels 26 gebildet sind, den Verfahrensschritt des Platzierens einer flachen weichen Kunstharzplatte (oder einer weichen Glasscheibe) 49 auf der weiblichen Modellform 48, den Verfahrensschritt des Bewirkens, dass die männliche Modellform 47 absinkt, um die Platte zu biegen bzw. zu krümmen, und nach dem Abkühlen den Verfahrensschritt des Ablagerns eines Reflexionsfilmes sowie eines Schutzfilmes auf der Oberfläche auf. Den Oberflächen der männlichen Modellform 47 und der weiblichen Modellform 48 ist eine feine Endbearbeitung durch Schleifen oder durch Beschichten mit einem weichen Material 50, wie etwa Filz oder Gummi, gegeben.
  • Wie es in der 17 gezeigt wird, weist das vierte Herstellungsverfahren den Verfahrensschritt des Platzierens einer flachen weichen Kunstharzplatte (oder einer weichen Glasscheibe) 49 zwischen einer oberen Modellform 51 und einer unteren Modellform 52 auf, die eine Aushöhlung C dazwischen ausbilden.
  • Die Oberfläche der unteren Modellform 52, die in Richtung der Aushöhlung C schaut, weist eine gekrümmte Formgebung auf, die dem torisch-konkaven Spiegel 26 entspricht. Durch die obere Modellform 51 wird in die Aushöhlung C Pressluft eingeführt, welche durch kleine Auslasslöcher in der unteren Modellform 52 ausgelassen wird, um die Platte auszubilden. Nach dem Abkühlen werden ein Reflexionsfilm sowie ein Schutzfilm dampfabgelagert.
  • Das fünfte Herstellungsverfahren weist, wie es in der 18 gezeigt wird, den Verfahrensschritt des Ausbildens einer Aussparung an der oberen Oberfläche der unteren Modellform 53, um geschmolzenes Kunstharz zu halten, sowie den Verfahrensschritt des Zuführens von geschmolzenem Kunstharz durch ein Zufuhrloch 56 in die Aussparung 54, während Luft durch das Zufuhrloch 55 in das geschmolzene Kunstharz in der Aussparung 54 eingeführt wird, auf. Dieses bildet eine Blase 57 aus geschmolzenem Kunstharz aus, die an der torisch-konkaven Oberfläche des unteren Teils der oberen Modellform 58 anhaftet, und sie wird abgekühlt und ausgebildet. Dann wird der konkave Kreisabschnitt getrennt, und es werden ein Reflexionsfilm sowie ein Schutzfilm durch Dampfablagerung oder dergleichen ausgebildet.
  • Das sechste Herstellungsverfahren ist ein Verfahren zur Herstellung eines torisch-konkaven Hologrammspiegels, wie er in der 19 gezeigt wird. Das Verfahren weist zunächst den Verfahrensschritt des Verzweigens paralleler von einer Laserquelle emittierter Lichtstrahlen mittels eines Halbspiegels 59, den Verfahrensschritt des Bewirkens, dass die von dem Halbspiegel 59 emittierten verzweigten Lichtstrahlen beim Brennpunkt F mittels der Spiegel 60 und 61 sowie der konvexen Linse 62 konvergieren, auf. Dann werden die aufgeteilten Lichtstrahlen durch eine zylindrische Linse 63 geschickt, um zu Objekt-Lichtstrahlen zu werden, wobei bewirkt wird, dass diese in ein auf einer Trockenplatte 64 angewandtes photosensitives Mittel eintreten, was in einer Belichtung des photosensitiven Mittels resultiert, und zur gleichen Zeit wird bewirkt, dass die anderen abgezweigten Lichtstrahlen in das photosensitive Mittel als Referenz-Lichtstrahlen für die Belichtung eintreten. Die Trockenplatte 64 wird nach der Entwicklung mit einem Schutzfilm beschichtet, um einen holographischen torisch-konkaven Spiegel fertigzustellen.
  • Indem eines der zuvor erwähnten Herstellungsverfahren angenommen wird, wird der torisch-konkave Spiegel 26 aus Kunstharz oder Glas gebildet und mit einem Reflexionsfilm beschichtet.
  • Das vierte Vergleichsbeispiel weist die nachfolgenden vorteilhaften Merkmale und Wirkungen auf.
  • Die Displaybild-Ausbildungsvorrichtung projiziert Displaylicht durch den torisch-konkaven Spiegel, der als Reflexionseinrichtung dient, zu der Display-Einrichtung, welche eine nicht-sphärische konkave Reflexionsfläche aufweist, in welcher die Krümmung in der ersten Richtung größer als die Krümmung in der zweiten Richtung ist.
  • Der torisch-konkave Spiegel, in welchem die Krümmung in der dritten Richtung optisch parallel zu der ersten Richtung der Display-Einrichtung verläuft, und in welcher die Krümmung in der dritten Richtung kleiner als die Krümmung in der vierten Richtung ist, welche optisch parallel zu der zweiten Richtung verläuft, reduziert erfolgreich die durch die Krümmung der konkaven Reflexionsfläche der Display-Einrichtung bewirkte vertikale Differenz in der Sicht. Ferner ist es möglich, ein vergrößertes virtuelles Bild anzuzeigen, welches weniger empfindlich hinsichtlich Verzerrungen ist. Gemäß dem vierten Vergleichsbeispiel ist es von daher möglich, die durch die nicht-sphärische konkave Fläche der Display-Einrichtung bewirkte vertikale Differenz in der Sicht zu reduzieren. Ebenso ist es möglich, eine vergrößerte Anzeige zu erzielen, indem die konkave Reflexionsfläche der Display-Einrichtung selber verwendet wird.
  • Indem bewirkt wird, dass die Antriebs-Einstelleinrichtung die zuvor erwähnte Reflexionseinrichtung antreibt, ist es möglich, die vertikale Differenz in der Sicht zu reduzieren, und zwar unbeachtlich von Variationen in der Entfernung des Abstandes der Augen eines Beobachters zwischen verschiedenen Individuen oder unabhängig von der Krümmung des Reflektors, und ebenso ist es möglich, die Anzeigeposition des virtuellen Bildes einzustellen.
  • Ferner ist es in der Head-Up-Display-Einheit, die die Windschutzscheibe als Display-Einrichtung aufweist, möglich, die durch die nicht-sphärische konkave Reflexionsfläche der Windschutzscheibe bewirkte Verzerrung des Bildes zu reduzieren.
  • Die zuvor erwähnte Reflexionseinrichtung kann in der Gestalt eines torisch-konkaven Spiegels sowie in der Gestalt eines Hologramms, welches die gleichen Reflexions-Charakteristika wie jene von diesem torisch-konkaven Spiegel aufweist, die gleichen Wirkungen haben.
  • (Fünftes Vergleichsbeispiel)
  • Das fünfte Vergleichsbeispiel betrifft eine Bild-Anzeigeeinheit bzw. Bild-Displayeinheit, die frei von Verzerrungen des Displaybildes ist, und zwar selbst bei einer Verschiebung in dem Blickpunkt.
  • Bei der Bild-Anzeigeeinheit, wie sie in der 1 gezeigt wird, tritt das von der Displayvorrichtung 2 ausgestrahlte Displaylicht in das Hologramm 3 ein, welches als abgeschrägte Reflexionseinrichtung dient. Wie es in der 21 gezeigt ist, bildet demzufolge die optische Achse 70 einen Einfallswinkel α relativ zu der Achse 71 des Hologramms 3 aus.
  • In diesem Fall variiert die optische Weglänge zwischen der Displayvorrichtung 2 und dem Hologramm 3 zwischen dem Fall der Betrachtung des Displaybildes durch die rechte Seite des Hologramms 3 und dem Fall der Betrachtung des Displaybildes durch die linke Seite des Hologramms 3. Dieses resultiert in einer Differenz in dem Vergrößerungsverhältnis des Displaybildes.
  • Als ein Ergebnis hiervon ist das auf der Windschutzscheibe 5 ausgebildete Displaybild verzerrt und verursacht ein beunruhigendes Gefühl.
  • In Anbetracht dieser Probleme dient das fünfte Vergleichsbeispiel dazu, eine Bild-Anzeigeeinheit bereitzustellen, die ein Bild frei von Verzerrungen liefert, und zwar selbst wenn sich der Punkt der Betrachtung verschiebt.
  • Die Head-Up-Display-Einheit, die eine Bild-Anzeigeeinheit gemäß dem fünften Vergleichsbeispiel ist, wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 22 und 23 beschrieben.
  • Die gleichen Bezugsziffern sind den gleichen Komponenten zugeordnet, wie jenen in dem ersten Vergleichsbeispiel.
  • Die Head-Up-Display-Einheit 80 des fünften Vergleichsbeispiels weist, wie es in der 22 gezeigt ist, eine Displayvorrichtung 2 auf, die als Displaybild-Ausbildungseinrichtung dient, welche eine Lichtquelle aufweist. Das optische Hologramm-Element 52, welches eine Reflexionseinrichtung ist, bewirkt die Strahlbrechung und Reflexion des von der Displayvorrichtung 2 emittierten Displaylichtes 81. Die Windschutzscheibe 5, die eine Display-Einrichtung ist, bewirkt, dass der Beobachter 85 das Displaybild 84 durch Reflexion von gebrochenen Lichtstrahlen 83, die aus der Reflexion des Displaylichts von dem optischen Hologramm-Element 52 resultieren, welches lediglich eine bestimmte Wellenlänge aufweist, visuell interpretiert.
  • Wie es in der 23 gezeigt ist, weist das optische Hologramm-Element 82 einen Aufbau auf, um derart die Brennweite des Hologramms bei dem Punkt A mit einer kurzen optischen Weglänge von der Displayvorrichtung zu reduzieren, und um die Brennweite beim Punkt B mit einer langen optischen Weglänge der Displayvorrichtung zu erhöhen. Beispielsweise zeichnet das optische Hologramm-Element 82, wenn parallele Lichtstrahlen eingestrahlt werden, ein Hologramm auf, in welchem Brennpunkte 4a bis 4d der individuellen gebrochenen Lichtstrahlen 2f bis 2j den Komponenten 2a bis 2e der ausgestrahlten parallelen Lichtstrahlen entsprechen.
  • Das optische Hologramm-Element 82 zeichnet ein Hologramm auf, um derart den durch die Formgebung der Windschutzscheibe bewirkten Effekt der Verzerrung des Displaybildes zu kompensieren. Die zuvor erwähnten Hologramme werden durch Einstrahlung von Lichtstrahlen aufgezeichnet, welche durch eine Linse mit einer großen Aberration zu dem optischen Hologramm-Element gelaufen sind.
  • Das in der 23 gezeigte Hologramm 82 ist derart ausgelegt, dass die Displayvorrichtung 2 an der Brennpunktseite angeordnet ist.
  • Der in der 22 gezeigte Film 5a zum Reflektieren von gebrochenen Lichtstrahlen 83 ist auf die Windschutzscheibe 5 aufgedampft.
  • Von dem Gesichtspunkt des Fahrers aus können die von der Windschutzscheibe 5 reflektierten gebrochenen Lichtstrahlen 86 gesehen werden, und das Displaybild 84 wird visuell als ein vor der Windschutzscheibe 5 angezeigtes virtuelles Bild interpretiert.
  • Nun sind die Funktionen und Wirkungen des fünften Vergleichsbeispiels wie folgt:
    Bei einer Head-Up-Display-Einheit 80 des fünften Vergleichsbeispiels weist das optische Hologramm-Element 82 die Strahlbrechungs- und Reflexions-Charakteristika eines Verstärkers auf. Das von der Displayvorrichtung 2 emittierte Displaylicht 81 wird durch das optische Hologramm-Element 82 gebrochen und reflektiert, und als gebrochene Lichtstrahlen 83 auf die Windschutzscheibe eingestrahlt.
  • In diesem Augenblick gibt es eine geringe Differenz in der optischen Weglänge der von der Displayvorrichtung 2 emittierten Lichtstrahlen zwischen den Punkten A und B, wo die Lichtstrahlen in das optische Hologramm-Element 82 eintreten. Das optische Hologramm-Element 82 des fünften Vergleichsbeispiels weist solch einen Aufbau auf, dass die Brennpunkte 4a bis 4d der gebrochenen Lichtstrahlen 2f bis 2j kontinuierlich zwischen den Punkten A und B variieren und dass die Brennweite des Hologramms beim Punkt A, der eine kürzere optische Weglänge von der Displayvorrichtung 2 aufweist, verkürzt wird, und dass die Brennweite beim Punkt B, der eine längere optische Weglänge von der Displayvorrichtung 2 aufweist, erhöht wird.
  • Wie es in der 22 gezeigt wird, ist von daher die Verzerrung des durch das Displaylicht 81 erzeugten Displaybildes mit dem optischen Hologramm-Element 82 korrigiert, und es wird auf der Windschutzscheibe 5 angezeigt.
  • Gemäß der Head-Up-Display-Einheit 80 des fünften Vergleichsbeispiels ist es von daher möglich, ein vergrößertes Displaybild 84 frei von Verzerrungen zu erzielen. Von daher kann der Beobachter die Windschutzscheibe 5 betrachten und visuell ein vergrößertes, unverzerrtes Displaybild ohne irgendein unangenehmes Gefühl interpretieren, und zwar selbst wenn die Position des Gesichtspunktes 85 verschoben ist.
  • Das optische Hologramm-Element 82 weist einen Aufbau auf, um derart die durch die Formgebung der Windschutzscheibe 5 bewirkte Wirkung der Verzerrung des Displaybildes zu beseitigen. Ein Displaybild, welches weniger empfindlich hinsichtlich Verzerrungen ist, kann auf der Windschutzscheibe 5 angezeigt werden.
  • In dem optischen Hologramm-Element 82 des fünften Vergleichsbeispiels verändert sich während der Anwendung die Art und Weise der Veränderung der Brennweite mit der optischen Anordnung der Head-Up-Display-Einheit 80. Wie es in der 23 gezeigt wird, weist von daher der Punkt A zu der linken Seite des optischen Hologrammelementes 82 nicht grundsätzlich eine lange Brennweite auf, und der Punkt B zu der rechten Seite weist nicht grundsätzlich eine kurze Brennweite auf, sondern die Anordnung kann derart sein, dass die Brennweite bei der Mitte die kürzeste ist, und dass bei beiden Enden die Brennweite die längste ist.
  • Ähnliche Wirkungen sind selbst mit einem Neigungswinkel α von 0° erzielbar.
  • Während in dem fünften Vergleichsbeispiel bewirkt wurde, dass das Hologramm eine Linse aufweist, die fortschreitend zunehmende mehrfache Brennweiten aufweist, ist diese Ausführungsform nicht hierauf beschränkt, sondern es kann ein konkaver Spiegel mit fortlaufend zunehmenden vielfachen Brennweiten als Reflexionseinrichtung verwendet werden.
  • Eine Linse, die fortlaufend zunehmende mehrfache Brennweiten aufweist, kann zwischen dem Hologramm und der Windschutzscheibe oder zwischen dem Hologramm und der Displayvorrichtung vorgesehen sein.
  • (Sechstes Vergleichsbeispiel)
  • Nun wird unter Bezugnahme auf die 24 und 25 das Herstellungsverfahren einer Head-Up-Display-Einheit des sechsten Vergleichsbeispiels beschrieben.
  • Vor der Herstellung ist es notwendig, wie es in der 24 gezeigt ist, eine Hologramm-Trockenplatte 90, ein Pinhole 91, welches als Punktquelle dient, sowie eine aberrationserzeugende Linse 92, die hierzwischen angeordnet ist, bereitzustellen. Die aberrationserzeugende Linse 92 ist, wie es in der 25 gezeigt wird, eine konkave zylindrische Linse mit einer konkaven Oberfläche 92a, der eine gebogene Formgebung gegeben ist. Die aberrationserzeugende Linse 92 weist eine durch die sphärische Formgebung bewirkte Aberration auf: der Brennpunkt ist zwischen der Mitte der konkaven Oberfläche 92a und ihren Enden verschieden.
  • Die Aberration der sphärischen Oberfläche kann unter Verwendung einer größeren Krümmung der konkaven Oberfläche 92a der aberrationserzeugenden Linse 92 ausgeweitet werden. Indem eine flache Oberfläche 92b der aberrationserzeugenden Linse 92 an der Seite des Loches 91 angeordnet wird, kann der Umfang der Aberration erhöht werden.
  • Dispergierende Lichtstrahlen 95, die von dem Pinhole 91 emittiert werden, werden veranlasst, durch die aberrationserzeugende Linse 92 hindurchzulaufen. Die Transmissions-Lichtstrahlen 96 werden auf die Hologramm-Trockenplatte 90 eingestrahlt. Die Transmissions-Lichtstrahlen 96 weisen die Aberration der sphärischen Oberfläche der aberrationserzeugenden Linse 92 auf. Die Transmissions-Lichtstrahlen 96 bilden von daher keine Lichtstrahlen aus, die von einem einzelnen Punkt dispergieren, sondern sie fallen auf die Hologramm-Trockenplatte 90 in der Gestalt von Lichtstrahlen auf, die von links L zu rechts R von Brennpositionen 97a bis 97d dispergieren.
  • Wenn bei diesem Punkt die dispergierenden Lichtstrahlen 95 veranlasst werden, durch nur eine Seite der aberrationserzeugenden Linse 92 hindurchzulaufen (der schattierte Abschnitt in der linken Hälfte der 24), ist es möglich, die Lichtstrahlen auf die Hologramm-Trockenplatte 90 in einer Richtung von einer längeren zu einer kürzeren oder von einer kürzeren zu einer längeren Brennweite einzustrahlen.
  • Gleichzeitig mit dem Einstrahlen der Transmissions-Lichtstrahlen werden parallele Lichtstrahlen 98 auf die Seite gegenüber der Hologramm-Trockenplatte eingestrahlt, und zwar entgegen den zuvor beschriebenen Transmissions-Lichtstrahlen.
  • Das Fokussieren der durch die aberrationserzeugende Linse 92 hindurchgelaufenen Transmissions-Lichtstrahlen sowie der parallelen Lichtstrahlen 98 bewirkt eine gegenseitige Interferenz.
  • Demzufolge werden auf der Hologramm-Trockenplatte Interferenzringe mit Differenz-Aberrationen aufgezeichnet. Wie es in dem fünften Vergleichsbeispiel beschrieben wird, ist das optische Hologramm-Element 1, welches sich kontinuierlich ändernde, fortlaufend zunehmende Mehrfach-Brennpunkte aufweist, mit der linken Seite L als dem kurzen Brennpunkt und mit der rechten Seite R als dem langen Brennpunkt verfügbar (siehe 23).
  • Gemäß diesem Herstellungsverfahren kann die Wirkung der Aberration intensiviert oder abgeschwächt werden, und die Brennweite des Hologramms kann eingestellt werden, und zwar indem die Krümmung der aberrationserzeugenden Linse 92 sowie die Entfernung vom Pinhole 91 geändert werden.
  • In dem sechsten Vergleichsbeispiel wird eine zylindrische Linse als aberrationserzeugende Linse 92 verwendet. Von daher ist es möglich, das Verhältnis der horizontalen Brennweite zu der vertikalen Brennweite frei zu ändern.
  • Während in dem sechsten Vergleichsbeispiel eine in der 25 gezeigte konkave zylindrische Linse als aberrationserzeugende Linse 92 verwendet wird, kann ebenso eine konvexe zylindrische Linse, wie sie in der 26 gezeigt wird, als aberrationserzeugende Linse 99 verwendet werden. Diese aberrationserzeugende Linse 99 weist eine konvexe Oberfläche 99a auf, die in einer gekrümmten Formgebung zunimmt. Die durch diese aberrationserzeugende Linse 99 Transmissions-Lichtstrahlen werden auf der konvexen Oberfläche 99a fokussiert und dann zerstreut bzw. dispergiert, und sie treffen auf die Hologramm-Trockenplatte auf.
  • (Siebtes Vergleichsbeispiel)
  • In dem siebten Vergleichsbeispiel wird, wie es in den 27 und 28 gezeigt ist, anstelle der konkaven zylindrischen Linse in der sechsten Ausführungsform eine konvexe sphärische Linse als aberrationserzeugende Linse 100 verwendet. Diese aberrationserzeugende Linse 100 weist eine sphärische Projektionsfläche 100a auf, wie es in der 28 gezeigt wird.
  • Wie es in der 27 gezeigt ist, werden die durch die aberrationserzeugende Linse 100 hindurchgelaufenen Transmissions-Lichtstrahlen 96 einmal an der sphärischen Oberfläche 100a der aberrationserzeugenden Linse 100 kondensiert bzw. verdichtet. Die Verdichtungspunkte 101a bis 101d sammeln sich infolge der durch die aberrationserzeugenden Linse erzeugten Aberration nicht bei einem Punkt, sondern sie sind kontinuierlich verteilt. Dann wird das Licht erneut dispergiert und trifft auf die Hologramm-Trockenplatte 90 auf.
  • Die Transmissions-Lichtstrahlen 96, die auf die Hologramm-Trockenplatte 90 aufgetroffen sind, interferieren gegenseitig mit parallelen Lichtstrahlen 98, die von einer anderen Quelle auftreffen, und dieses wird in der Gestalt von Interferenzringen auf der Hologramm-Trockenplatte 90 aufgezeichnet. Von daher steht ein optisches Hologramm-Element zur Verfügung, welches fortschreitend Mehrfach-Brennpunkt aufweist, in welchem die horizontale Aberration und die vertikale Aberration im wesentlichen die gleichen sind.
  • Die anderen Verfahrensschritte sind die gleichen, wie jene in dem sechsten Vergleichsbeispiel. In dem siebten Vergleichsbeispiel sind ebenso die Wirkungen, welche ähnlich zu jenen Wirkungen in dem sechsten Vergleichsbeispiel sind, vorhanden.
  • Während die sphärische konvexe Linse, wie sie in der 28 gezeigt wird, als aberrationserzeugende Linse in dem siebten Vergleichsbeispiel verwendet wird, ist ebenso eine sphärische konkave Linse, wie sie in der 29 gezeigt wird, als aberrationserzeugende Linse 102 anwendbar. Die aberrationserzeugende Linse 102 weist eine sphärisch gedrückte bzw. gekröpfte Oberfläche 102a auf. Die durch diese aberrationserzeugende Linse 102 hindurchgelaufenen Transmissions-Lichtstrahlen werden nicht auf der sphärischen Oberfläche 102a kondensiert bzw. verdichtet, sondern sie weisen fortschreitend mehrfache Brennpunkte an der gegenüberliegenden flachen Oberflächenseite auf.
  • (Achtes Vergleichsbeispiel)
  • In dem achten Vergleichsbeispiel sind, wie es in der 30 gezeigt wird, die aberrationserzeugende Linse 103 sowie die konkave zylindrische Linse 104 derart angeordnet, dass zwei Sätze von Transmissions-Lichtstrahlen in die Hologramm-Trockenplatte 90 eintreten.
  • Die in die rechte Seite R der Hologramm-Trockenplatte 90 von der aberrationserzeugenden Linse 103 eintretenden Transmissions-Lichtstrahlen 96a weisen eine längere Brennweite 105a auf, und die in die linke Seite L eintretenden Transmissions-Lichtstrahlen 96a weisen eine kürzere Brennweite 105b auf.
  • Andererseits weisen die in die rechte Seite R der Hologramm-Trockenplatte 90 eintretenden Transmissions-Lichtstrahlen 96b von der aberrationserzeugenden Linse 103 eine kürzere Brennweite 106a auf, und die in die linke Seite L eintretenden Transmissions-Lichtstrahlen 96b weisen eine längere Brennweite 106b auf.
  • Die Durchschnittswerte fA 105c und fB 106c der Brennweite der Transmissions-Lichtstrahlen 96a und 96b werden verglichen: wenn fB > fA gilt, weist die rechte Seite R der Hologramm-Trockenplatte 90 eine längere Brennweite auf, und wenn fA > fB gilt, weist die linke Seite L eine längere Brennweite auf.
  • Wenn angenommen wird, dass das auf der Hologramm-Trockenplatte aufzuzeichnende Hologramm eine Brennweite von f aufweist, resultiert der Ausdruck fB > fA in: 1/f = 1/fA – 1/fB.
  • An der rechten Seite R der Hologramm-Trockenplatte ist die Beziehung 1/fR = 1/(fA + α) – 1/(fB – β) < 1/fA – 1/fB = 1/f gültig. Als ein Ergebnis hiervon ist die Beziehung 1/fR < 1/f für die Brennweite fR an der rechten Seite R gültig, und die rechte Seite würde eine längere Brennweite aufweisen. In dieser Formel bedeutet α die Differenz zwischen dem Brennpunkt 105a an der rechten Seite von fA und dem Mittelwert 105c oder die Differenz zwischen dem Brennpunkt 105b an der linken Seite von fA und dem Mittelwert 105c, und β bedeutet die Differenz zwischen dem Brennpunkt 106a an der rechten Seite von fB und dem Mittelwert 106c oder die Differenz zwischen dem Brennpunkt 106b an der linken Seite von fB und dem Mittelwert 106c.
  • Wie für die Brennweite fL ist andererseits die Beziehung 1/fL = 1/(fA – α) – 1/(fB + β) > 1/fA – 1/fB = 1/f gültig, was zu der Bedingung 1/fL < 1/f führt, was in einer kürzeren Brennweite zu der linken Seite resultiert.
  • Indem die Brennweiten der Transmissions-Lichtstrahlen 96a und 96b festgelegt werden, ist es möglich, Interferenzringe aufzuzeichnen, die sich kontinuierlich ändernde, fortschreitend vielfache Brennpunkte auf der Hologramm-Trockenplatte 90 aufweisen. Die übrigen Verfahrensschritte sind die gleichen Verfahrensschritte wie jene in dem sechsten Vergleichsbeispiel. In dem achten Vergleichsbeispiel sind ebenso die Wirkungen, die ähnlich zu jenen in dem sechsten Vergleichsbeispiel sind, vorhanden.
  • Während in dem fünften bis achten Vergleichsbeispiel als Reflexionseinrichtung in dem Hologramm fortschreitend Vielfach-Brennpunktlinsen aufgezeichnet wurden, ist die Reflexionseinrichtung nicht auf ein Hologramm beschränkt, sondern es kann anstelle des Hologramms einfach eine fortschreitende Vielfach-Brennpunktlinse angenommen werden.
  • Der Ausdruck „fortschreitende Vielfach-Brennpunkte", wie er in dem fünften bis achten Vergleichsbeispiel verwendet wird, bedeutet, dass der Hologramm-Brennweite eine Verteilung gegeben wird, indem eine Verteilung zu dem Dispersionspunkt von Lichtstrahlen durch die Aberrationen der aberrationserzeugenden Linse weitergegeben wird, und indem die Transmissions-Lichtstrahlen hiervon als Licht verwendet werden, welches auf einer Hologramm-Trockenplatte aufzuzeichnen ist.
  • Die aberrationserzeugende Linse ist eine Linse, die fortschreitende Vielfach-Brennpunkte erzeugt, indem Lichtstrahlen eingestrahlt werden, die sich von einer Punktquelle ausbreiten.
  • Die in dem sechsten Vergleichsbeispiel angenommene konvexe oder konkave zylindrische Linse wird verwendet, um eine Differenz in den Brennweiten in der horizontalen und vertikalen Richtung der Hologramm-Trockenplatte bereitzustellen.
  • Die in dem siebten Vergleichsbeispiel verwendete konvexe oder konkave sphärische Linse wird verwendet, um Brennweiten der gleichen Ordnung sowohl in der horizontalen als auch der vertikalen Richtung der Hologramm-Trockenplatte zu erzielen.
  • Wie in dem sechsten und siebten Vergleichsbeispiel werden die durch die aberrationserzeugende Linse hindurchgelaufenen Transmissions-Lichtstrahlen auf die Hologramm-Trockenplatte eingestrahlt, und gleichzeitig werden parallele oder dispergierende Lichtstrahlen von der gegenüberliegenden Seite eingestrahlt. Indem eine Interferenz der Transmissions-Lichtstrahlen und der parallelen oder dispergierenden Lichtstrahlen in der Hologramm-Trockenplatte bewirkt wird, werden Interferenzringe mit fortschreitenden Brennpunkten aufgezeichnet.
  • Interferenzringe mit fortschreitenden Brennpunkten können aufgezeichnet werden, indem die aberrationserzeugenden Linsen an beiden Seiten der Hologramm-Trockenplatte wie in dem achten Vergleichsbeispiel angeordnet werden, und indem die Transmission der dispergierenden Lichtstrahlen durch die aberrationserzeugende Linse bewirkt wird. In diesem Fall kann der Effekt der Brennpunktverteilung weiter verbessert werden, indem die Richtungen der Aberration von beiden Linsen, das heißt, die Verschiebung der Brennpunkte, in einer entgegengesetzten Richtung eingestellt wird.
  • Indem nun das fünfte Vergleichsbeispiel angenommen wird, wird das Displaybild, welches durch die von der Displayvorrichtung emittierten Lichtstrahlen ausgebildet wird, dessen Verzerrung durch die Differenzen in der optischen Weglänge mittels des optischen Hologrammelementes bewirkt wird, vergrößert und auf die Windschutzscheibe projiziert, die als Display-Einrichtung dient. Von daher kann der Beobachter ein vergrößertes Displaybild frei von Verzerrungen visuell interpretieren, indem er auf die Windschutzscheibe schaut.
  • Das Vergrößerungsverhältnis des Displaybildes ist bei verschiedenen Positionen auf der Windschutzscheibe gleichmäßig. Demzufolge bewirkt eine Bewegung des Gesichtpunktes weder eine Verzerrung des Displaybildes, noch verursacht es ein unangenehmes Gefühl.
  • Gemäß des fünften bis achten Vergleichsbeispiels ist, wie es zuvor beschrieben wurde, eine Bild-Anzeigeeinheit vorgesehen, die keine Verzerrung des Displaybildes bewirkt, selbst wenn der Gesichtspunkt bewegt wird.
  • (Neuntes Vergleichsbeispiel)
  • Das neunte Vergleichsbeispiel dient dazu, die Probleme zu lösen, die entstehen, wenn in einem Head-Up-Display für Fahrzeuge, welches eine Hologrammreflexion annimmt, nur das Displaylicht, welches innerhalb eines bestimmten Wellenlängenbereiches von dem gesamten Wellenlängenbereich des Displaylichtes von der Displayvorrichtung hineinfällt, als eine Reflexionseinrichtung und von daher als eine Displaybild-Ausbildungseinrichtung dient.
  • Wenn es im einzelnen Bereiche von Lichtquellen-Wellenlängen und Hologramm-Reflexionswellenlängen gibt, kann das Displaybild gemäß den Wellenlängenbereichen verschwimmen.
  • Ausführlicher ausgedrückt, bedeutet dies, dass in dem Fall eines Hologramms, welches nur ausgewählte Wellenlängen des Displaylichtes reflektiert, die Strahlbrechungseffizienz hiervon mit der Wellenlänge λ variiert, wie es beispielsweise in der 33 gezeigt wird. Infolge des Vorhandenseins der Fluktuation Δλ der Wellenlänge, wie es in der 32 gezeigt wird, erscheint insbesondere am Umfangsbereich des Hologramms 110 eine durch die Wellenlänge bewirkte Dispersion.
  • Unter der Annahme, dass das Hologramm 110 eine Breite d aufweist, eine Brennweite bei einer Wellenlänge λ des auf dem Hologramm 110 aufgezeichneten konkaven Spiegels f beträgt, θr einen Einfallswinkel des Displaylichtes 81 ist, welches von der Displayvorrichtung 2 bei einer Entfernung von der Hologrammfläche von dem Umfangsbereich des Hologramms 110 emittiert wird, θi ein Austrittswinkel hiervon ist, und dass eine Entfernung b zwischen dem Hologramm 110 und dem virtuellen Bild ist, dann kann die durch die Fluktuation Δλ der Wellenlänge bewirkte Änderung in dem Austrittswinkel θi an dem Umfangsbereich, das heißt, der Dispersionswinkel Δθ, theoretisch durch die nachfolgende Formel ausgedrückt werden: Δθ = sin-1{(1 + Δλ/λ)(sinθr + sinθi) – sinθr} – θi (1) sinθr = d/2 × (a2 + d2/4)–1/2 (2) sinθi = d/2 × (b2 + d2/4)–1/2 (3)
  • In einer Bild-Anzeigeeinheit, wie sie in der 1 gezeigt ist, wird jedoch der Dispersionswinkel Δθ auf einfache Weise als ein Ergebnis der Zunahme in dem Vergrößerungsverhältnis und als ein Ergebnis der Bewegung des Gesichtspunktes des Fahrers größer. Dieses bewirkt ein Verschwimmen des Displaybildes am Umfangsbereich von solchen Hologrammen.
  • In dem neunten Vergleichsbeispiel ist es von daher beabsichtigt, eine Bild-Anzeigeeinheit bereitzustellen, in welcher ein Verschwimmen des Displaybildes selbst mit einem großen Vergrößerungsverhältnis des Displaybildes in dem Hologramm niemals auftritt.
  • Die Head-Up-Display-Einheit, welche die Bild-Anzeigeeinheit des neunten Vergleichsbeispiels ist, wird nachfolgend beschrieben. In dem neunten Vergleichsbeispiel weist die in der 31 gezeigte Head-Up-Display-Einheit eine Grundkonstruktion auf, die im wesentlichen die gleiche wie die in der 1 gezeigte Konstruktion ist, welche das erste Vergleichsbeispiel darstellt, und es werden die gleichen Bezugsziffern für die gleichen Bauteile verwendet.
  • Das neunte Vergleichsbeispiel deckt eine Head-Up-Display-Einheit 120 ab, die, wie es in der 31 gezeigt ist, eine Konstruktion aufweist, welche die Strahlbrechung und Reflexion des von einer Displayvorrichtung 2 emittierten Displaylichtes 180 bewirkt, und die eine Betrachtung der resultierenden gebrochenen Lichtstrahlen gestattet.
  • Die Entfernung zwischen der Displayvorrichtung 2 und dem Hologramm 110 ist derart eingestellt, um zwei oder mehrere Verstärkungen durch das Hologramm 110 zu bewirken.
  • Unter der Annahme, dass die maximale Wellenlänge der Strahlbrechungseffizienz, die einen maximalen Wert von ηm der Strahlbrechungseffizienz des Hologramms 110 liefert, λ0 beträgt, und dass die Hälfte der Wellenlänge der Strahlbrechungseffizienz, bei welcher die Strahlbrechungseffizienz des Hologramms zu 50% des maximalen Wertes wird, λ0 ± Δλh ist, dann verändert sich infolge der Differenz in der Wellenlänge Δλh zwischen der zuvor erwähnten maximalen Wellenlänge λ0 und dem Halbwert der Wellenlänge λ0 ± Δλh der Winkel θ, der zwischen den Eintritts-Lichtstrahlen und den reflektierten Lichtstrahlen gebildet wird, die das Displaylicht sind, bei einer Reflexion des von der Displayvorrichtung 2 emittierten Displaylichtes 81 beim Ende 110a des Hologramms 110 nicht über 0,33° (20') hinaus, wie es in der 33 gezeigt ist.
  • Das in dieser Ausführungsform verwendete Hologramm 110 wird nachfolgend detaillierter beschrieben. Das Hologramm 110 weist die Licht-Reflexionseigenschaft dahingehend auf, dass nur Licht einer bestimmten Wellenlänge reflektiert wird, wie es in der 33 gezeigt ist. Indem das Hologramm 110 Licht von dieser Wellenlänge ausgesetzt wird, wird die bestimmte Wellenlänge reflektiert. Eine Aufzeichnung von Information, die den konkaven Spiegel betrifft, der eine leichte Aberration liefert (beispielsweise ein außeraxialer Parabolspiegel), ist im Hologramm 110 enthalten.
  • Wie es in der 34 gezeigt ist, wird das Hologramm 110 durch die Verwendung eines optischen Systems belichtet und hergestellt.
  • Im einzelnen wird die Hologramm-Trockenplatte 125 vorbereitet, indem Gelatine-Bichromate 127, welches als photosensitives Mittel dient, mit einer Dicke von etwa 25 μm auf einem Substrat 126, wie etwa Soda-Glas, aufgebracht und getrocknet wird. Glasscheiben, wobei jede einen Reflexionsschutzfilm 129a aufweist, werden über eine Strahlbrechungsindex-Einstellflüssigkeit 128 an beiden Seiten der Hologramm-Trockenplatte eng angefügt, wie es in der 34 gezeigt ist. Die Hologramm-Trockenplatte 125 in diesem Zustand wird in einen Abschnitt des optischen Systems so gesetzt, dass sie an einer Seite parallelen Lichtstrahlen 130 und an der anderen Seite dispergierenden Lichtstrahlen 131 ausgesetzt ist, wobei beide Lichtstrahlensätze von der gleichen Wellenlänge und von einem (nicht dargestellten) Laser-Oszillator emittiert werden.
  • Als Lichtquelle des in der 34 gezeigten optischen Systems wird ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 514,5 nm verwendet, und das optische System ist derart ausgelegt, dass der von einem (nicht dargestellten) Laser-Oszillator emittierte Laserlichtstrahl 132 durch eine Dispersionslinse 133 sowie eine Verzerrungs-Korrekturlinse 134 hindurchläuft, und als dispergierende Lichtstrahlen auf eine Seite der Hologramm-Trockenplatte 125 eintreffen.
  • An der anderen Seite der Hologramm-Trockenplatte 125 ist ein konkaver Spiegel (außeraxialer Parabolspiegel) 135 schräg vor dieser angeordnet. Ein Teil des von dem gleichen Laser-Oszillator emittierten Laserstrahls 132 wird durch die Linse 136 auf den konkaven Spiegel 135 eingestrahlt, und die an dem konkaven Spiegel 135 reflektierten parallelen Lichtstrahlen 130 treffen auf die Hologramm-Trockenplatte 125 auf.
  • Wie es in der 34 gezeigt ist, ist der Einfallswinkel α der dispergierenden und parallelen Lichtstrahlen auf die Hologramm-Trockenplatte 125 auf beispielsweise α = β = 33,5° mit einer Betrachtung festgelegt, um mit dem Reproduktionswinkel β übereinzustimmen, wenn das Hologramm 110 tatsächlich in einem Head-Up-Display angewandt wird (siehe 31).
  • Das Hologramm 31 wird vorbereitet, indem ein optisches System verwendet wird, wie es in der 34 gezeigt ist, wobei die Hologramm-Trockenplatte 125 parallelen Lichtstrahlen 130 und dispergierenden Lichtstrahlen 131 ausgesetzt wird, und wobei die belichtete Trockenplatte der beschriebenen Entwicklungs- und Fixierbehandlung ausgesetzt wird, und der konkave Spiegel 135 wird in der Gestalt von Interferenzringen in dem Hologramm 110 aufgezeichnet.
  • Um Streuungen oder Reflexionen an der Oberfläche zu vermeiden, sind Deckscheiben eng durch ein Epoxyd-Kunstharz-Abdichtmittel in einer Sandwich-Formgebung befestigt und bearbeitet, indem ein Reflexionsschutzfilm sowie ein Streu-Schutzfilm auf beiden Außenoberflächen der Deckscheiben ausgebildet werden.
  • Wie es in der 31 gezeigt ist, ist das Hologramm 110 im Inneren des Hauptkörpers 140 der Head-Up-Display-Einheit bei einem zuvor festgelegten Winkel β (33,5°) relativ zu der optischen Achse der Displayvorrichtung 2 angebracht.
  • In der Head-Up-Display-Einheit, die die zuvor beschriebene Konstruktion aufweist und welche in der 31 gezeigt wird, tritt das von der als Displaybild-Ausbildungseinrichtung dienenden Displayvorrichtung 2 emittierte Licht 30 eines Geschwindigkeits-Anzeigebildes oder eines Warnbildes, welches das Displaylicht ist, in das Hologramm 110 ein, die Reflexionseinrichtung innerhalb des Hauptkörpers 140, wird durch das Hologramm 110 gebrochen, und dann laufen die reflektierten Lichtstrahlen einer bestimmten Wellenlänge nach oben durch die Öffnung 140a, werden an einem aufgedampften Film 5a der Windschutzscheibe 5, die als Display-Einrichtung dient, reflektiert und treten in die Augen des Fahrers ein.
  • Demzufolge wird von den Augen des Fahrers das Geschwindigkeitsbild, welches das auf der Displayvorrichtung 2 angezeigte Displaybild ist, visuell als ein vor die Windschutzscheibe projiziertes Bild interpretiert, und ein vergrößertes Displaybild wird angezeigt, weil das Vergrößerungsverhältnis (K = b/a) des Displaybildes über 1 liegt.
  • In dem neunten Vergleichsbeispiel weist das Hologramm 110 eine Breite d von 100 mm mit einer Brennweite f von 380 mm und eine Entfernung a zwischen dem Hologramm 110 und der Displayvorrichtung 11 von 240 mm auf. Dieses resultiert in dem neunten Vergleichsbeispiel in einem Vergrößerungsverhältnis K von 2,7 für das Displaybild von dem Hologramm 110.
  • (Zehntes Vergleichsbeispiel)
  • In dem zehnten Vergleichsbeispiel wurde ein funktioneller Test ausgeführt, in welchem das Displaybild der Head-Up-Display-Einheit 10 der neunten Ausführungsform visuell interpretiert wurde. In der 35 sind die Ergebnisse gezeigt.
  • In dem zuvor erwähnten Test wurde die Klarheit bzw. Deutlichkeit der Displaybilder funktionell für Muster-Hologramme geprüft, von welchen die in der 33 gezeigte maximale Wellenlänge λ0 innerhalb eines Bereiches von 525 nm bis 550 nm variiert wurde, und in welchen die Differenz Δλh zwischen der maximalen Wellenlänge λ0 und dem Halbwert der Wellenlänge um verschiedene Level variiert wurde.
  • In der 35 stellt das Kennzeichen 0 ein Muster-Hologramm dar, von welchem das Displaybild als klar erachtet wurde; das Kennzeichen X stellt ein Muster-Hologramm dar, von welchem das Displaybild unklar ist; und das Kennzeichen Δ zeigt ein Muster-Hologramm hierzwischen. Diese Auswertung basiert auf dem Gefühl eines Beobachters, wenn er das gesamte Gesichtsfeld der Head-Up-Display-Einheit betrachtet.
  • Andererseits ist in dem Hologramm 110 in der neunten Ausführungsform die Dispersionsfarbe Δθh geringer als 0,33° und die Berechnung der Formeln (1) bis (4) würde durch Einbeziehung dieser Bedingung wie folgt lauten: 2·Δλh ≤ 21 bis 22 nm (für λ0 = 525 bis 550 nm) (5)
  • Die Formel (5) ist in der Gestalt der Linie 141 in der 35 aufgetragen. Wie es in der 35 gesehen werden kann, zeigen jene Messergebnisse, die die Bedingung (Δθh ≤ 0,33°) der neunten Ausführungsform (unterhalb der Linie 141) erfüllen, alle zufriedenstellende Ergebnisse. Die meisten der oberhalb der Linie 141 liegenden Muster, die nicht die Bedingung der vorliegenden Erfindung erfüllten, waren nicht hinnehmbar.
  • Die in dem zuvor erwähnten funktionellen Test verwendeten Muster-Hologramme wurden vorbereitet, indem die Filmdicke des photosensitiven Mittels für die Hologramm-Trockenplatte, das Belichtungsausmaß zur Belichtung sowie die Behandlungskonditionen für die Entwicklung und Fixierung geändert wurden.
  • (Elftes Vergleichsbeispiel)
  • Als ein elftes Vergleichsbeispiel wurde ein anderer funktioneller Test ausgeführt. In der 36 sind die Ergebnisse gezeigt.
  • Die Bedingungen in dem elften Vergleichsbeispiel enthielten eine Brennweite f des Hologramms von 250 mm, eine Entfernung a von 150 mm (von daher gilt K = 2,5 mm) sowie eine Breite d von 90 mm.
  • Wie es von der 36 ersichtlich ist, liefern sämtliche Muster-Hologramme unterhalb der Linie 142, die die Bedingung in der neunten Ausführungsform (Δθh ≤ 0,33°) erfüllen, gute Ergebnisse, wohingegen die meisten der Muster-Hologramme, die diese Bedingung nicht erfüllen (oberhalb der Kurve 142), fehlerhaft sind.
  • Ähnliche Ergebnisse wurden ebenso für die anderen Systeme als ein Ergebnis der funktionellen Tests erzielt.
  • (Zwölftes Vergleichsbeispiel)
  • Als zwölftes Vergleichsbeispiel wurde ein anderer funktioneller Test ausgeführt. In der 37 sind die Ergebnisse gezeigt.
  • Die 37 stellt Auftragungen der Testergebnisse dar, die erzielt wurden, indem die Entfernung b zwischen dem Hologramm 110 und dem virtuellen Bild 145 auf 650 mm und die Breite des Hologramms 110 auf 90 mm festgelegt wurden, und indem die Kombination der Hologramm-Brennweite f und der Entfernung a zwischen dem Hologramm und der Displayvorrichtung 2 sowie das Vergrößerungsverhältnis K des Hologramms (in der Nähe der Wellenlänge λ0 = 540 nm) geändert wurden.
  • Wie es in der 37 gesehen werden kann, erfüllen sämtliche Muster, die innerhalb des Bereiches unter der Kurve 143 fallen, die Bedingung der neunten Ausführungsform (Δθh ≤ 0,33°), und sie zeigen gute Ergebnisse. Jene Muster, die nicht die Bedingung erfüllen (oberhalb der Kurve 143), sind allgemein nicht hinnehmbar.
  • Für die anderen Systeme wurden als ein Ergebnis von funktionellen Tests ähnliche Ergebnisse ebenso erzielt.
  • Gemäß dem neunten bis zwölften Vergleichsbeispiel ist eine Head-Up-Display-Einheit vorgesehen, die niemals das Verschwimmen des Displaybildes über die gesamte Hologrammoberfläche bewirkt, und zwar selbst nicht bei einem Vergrößerungsverhältnis von mehr als zweimal des Verhältnisses des Displaybildes in dem Hologramm.
  • Während für die Hologramm-Trockenplatte in der neunten Ausführungsform Gelatine-Bichromate als photosensitives Material verwendet wurde, sind andere Materialien, wie etwa Photopolymer- und Polyvinyl-Karbazol, ebenso anwendbar.
  • Das Hologramm in dem neunten Vergleichsbeispiel weist lediglich eine Maximum-Wellenlänge der Strahlbrechungseffizienz auf, wie es in der 33 gezeigt ist, das heißt, es ist ein Monochrom-Hologramm. Ein hinreichendes Hologramm kann ebenso von einem bichromatischen Hologramm erzielt werden, welches zwei Maximum-Wellenlängen der Strahlbrechungseffizienz, wie in der 38 gezeigt, aufweist, indem die gleiche Bedingung (Δθh ≤ 0,33°) an den individuellen Maximum-Wellenlängen λ01 und λ02 angewandt wird.
  • Obwohl ein außeraxialer Parabolspiegel auf das Hologramm als konkaver Spiegel in dem neunten bis zwölften Vergleichsbeispiel aufgezeichnet wurde, kann irgendein anderer nicht-sphärischer Spiegel aufgezeichnet werden, der eine leichte Aberration liefert.
  • In dem neunten bis zwölften Vergleichsbeispiel wurde der konkave Spiegel auf das Hologramm durch die Anwendung des Zwei-Strahlen-Verfahrens aufgezeichnet, wobei zur Belichtung zwei Lichtstrahlen verwendet wurden, und wobei parallele und dispergierende Lichtstrahlen auf die Hologramm-Trockenplatte jeweils von einer Seite auftreffen. Es ist möglich, den konkaven Spiegel durch ein Einzelstrahl-Verfahren aufzuzeichnen, welches, wie es in der 39 gezeigt ist, die folgenden Verfahrensschritte aufweist: Anwenden eines Prismas 146 auf der Oberfläche der Hologramm-Trockenplatte 125 und eines optischen Reflexionselementes 147 auf der anderen Oberfläche; Bewirken, dass Lichtstrahlen lediglich von der Oberflächenseite eintreten; und Belichten des Hologramms mit den direkten Lichtstrahlen 148 von der Oberfläche und den reflektierten Lichtstrahlen 149 von der Rückseite des optischen Reflexionselementes 171.
  • In der 39 bezeichnet die Bezugsziffer 129b eine Reflexions-Seitenfläche des optischen Reflexionselementes 147.
  • Es ist nicht grundsätzlich notwendig, den Hauptkörper 140 des vorliegenden Gerätes direkt unter der Windschutzscheibe 5 zu platzieren, und das Bild direkt nach oben zu emittieren. Der Hauptkörper 140 kann etwas schräg bei einer Position nicht direkt unter der Windschutzscheibe 5 installiert werden.
  • Während in dem neunten bis zwölften Vergleichsbeispiel das Hologramm zwischen der Lichtquelle und der Windschutzscheibe angeordnet ist, kann das Hologramm in dem Windschutzscheiben-Abschnitt vorgesehen sein.
  • In der 32 ist die Lichtquelle auf der Mittenlinie des Hologramms angeordnet, um die Hologramm-Charakteristika derart einzustellen, dass ungeachtet der horizontalen Verschiebung die Lichtquelle eine Winkeldispersion Δθ ≤ 0,33° ausbildet.
  • (Dreizehnte Ausführungsform)
  • In der 40 ist die Bild-Anzeigeeinheit in der dreizehnten Ausführungsform dargestellt. Wie es in der 40 gezeigt ist, ist das Gerät der dreizehnten Ausführungsform eine Head-Up-Display-Einheit 160, die solch einen Aufbau aufweist, dass das Displaylicht 81, welches einem von der Displayvorrichtung 2 emittierten Displaybild entspricht, durch das Haupt-Hologramm 152 gebrochen und an dem Haupt-Hologramm 152 reflektiert wird, welches ein in der Windschutzscheibe 5 gehaltenes Hologramm ist, das als Display-Einrichtung vor dem Beobachter 150 dient, der das durch resultierende reflektierte gebrochene Lichtstrahlen 86 gebildete Displaybild visuell interpretieren kann.
  • Ein Hologramm zur Korrektur 161, welches als Reflexionseinrichtung dient, ist in der ersten Stufe des Haupt-Hologramms 152 vorgesehen. Dieses Korrektur-Hologramm 161 weist solche Brechungs-Charakteristika auf, dass es die Änderungen der Strahlbrechung und die Änderungen in den Reflexions-Charakteristika ausgleicht, die durch das Ausbilden und Halten des anfänglich flachen Haupt-Hologramms 152 in der gekrümmten Fläche der Windschutzscheibe 5 hervorgerufen werden.
  • Wie es in der 40 gezeigt ist, wird das Haupt-Hologramm 152 in der Windschutzscheibe 5 gehalten. Wie es in der 41 gezeigt ist, ist die Windschutzscheibe 5 gekrümmt, und demgemäss ist das Haupt-Hologramm 152 gekrümmt.
  • Wie es in der 42 gesehen wird, ist, während die Windschutzscheibe 5 eine gekrümmte Oberfläche aufweist, im einzelnen das Hologramm 152, welches in der Windschutzscheibe 5 vorgesehen ist, in einer flachen Formgebung erzeugt. Als ein Ergebnis hiervon wird, wie es in der 43 gezeigt ist, das in der Windschutzscheibe 5 gehaltene Haupt-Hologramm 152 durch die gekrümmte Fläche der Windschutzscheibe 5 gebogen.
  • Wie es in der 44 gezeigt ist, sind das Haupt-Hologramm 152 und das Korrektur-Hologramm 161 flach, welche durch Einstrahlung von Objekt-Lichtstrahlen 162 und Referenz- Lichtstrahlen 163 auf eine flache photosensitive Platte hergestellt werden, um Hologramme 152 und 161 auszubilden.
  • Das Haupt-Hologramm 152 weist eine Verstärkungs-Strahlbrechungs-Charakteristik auf, um dazu zu dienen, Strahlbrechungs-Lichtstrahlen 83 zu vergrößern und zu reflektieren. Wie es in der 40 gezeigt ist, ist der Einfallswinkel α der gebrochenen Lichtstrahlen 83 geringer als der Reflexionswinkel β der reflektierten gebrochenen Lichtstrahlen 86 (das heißt, es gilt α < β).
  • Das Korrektur-Hologramm 161 ist ein Hologramm vom Reflexionstyp, welches das von der Displayvorrichtung 2 emittierte Displaylicht 81 bricht und reflektiert. Im einzelnen wird das von der Displayvorrichtung 2 emittierte Displaylicht 81 an dem Korrektur-Hologramm 161 und dem Haupt-Hologramm 152 gebrochen und reflektiert, und dann erreicht das reflektierte Licht 86 die Augen des Beobachters 150, wo es ein Bild ausbildet.
  • Wenn das Haupt-Hologramm 152 die Strahlbrechungs- und Reflexions-Charakteristika eines flachen Spiegels aufweist, und wenn die Windschutzscheibe 5 zu gebrochenen Lichtstrahlen 83 eine gekrümmte konkave Oberfläche aufweist, wie es in der 41 gezeigt ist, dann weist das Korrektur-Hologramm 161 solche Strahlbrechungs- und Reflexions-Charakteristika auf, um derart die durch die gekrümmte Oberfläche des Haupt-Hologramms 152 bewirkten Änderungen in den Charakteristika auszugleichen.
  • Das Korrektur-Hologramm 161 kann die zuvor erwähnte Korrekturfunktion zusätzlich zu einer Vergrößerungsfunktion wie im Haupt-Hologramm 152 aufweisen. Dieses gestattet es, dass das Vergrößerungsverhältnis des Displaybildes weiter vergrößert wird.
  • In dem Head-Up-Display 160 der dreizehnten Ausführungsform wird, wie obig beschrieben, in dem durch den Beobachter 150 wahrgenommenen Displaybild keine Verzerrung erzeugt, da die durch die Krümmung des Haupt-Hologramms 152 bewirkten Änderungen in den Charakteristika mit dem Korrektur-Hologramm korrigiert werden. Beide Hologramme 152 und 161 können auf einfache Weise als flachförmige Hologramme hergestellt werden, wie es in der 44 gezeigt ist, was eine hervorragende Herstellungs-Ausbeute liefert.
  • Gemäß der wie obig beschriebenen dreizehnten Ausführungsform ist ein Head-Up-Display vorgesehen, welches in dem durch den Beobachter gesehenen Displaybild keine Verzerrung bewirkt, selbst wenn ein flach hergestelltes Hologramm deformiert und in der gekrümmten Windschutzscheibe gehalten wird.
  • Indem die wie zuvor beschriebene dreizehnte Ausführungsform angenommen wird, können, selbst wenn das Haupt-Hologramm, wie in der 44 gezeigt, in einer flachen Formgebung hergestellt ist, und wenn es nachfolgend deformiert wird, indem es in den gekrümmten Displayschirm gesetzt wird, die durch solch eine Deformation bewirkten Änderungen in seinen Charakteristika durch das Korrektur-Hologramm aufgehoben werden.
  • Von daher werden keine Verzerrungen in dem Displaybild bewirkt.
  • Gemäß der wie obig beschriebenen dreizehnten Ausführungsform ist eine Bild-Anzeigeeinheit vorgesehen, die keine Verzerrung des Displaybildes bewirkt, selbst wenn ein flach hergestelltes Hologramm deformiert und in einem gekrümmten Displayschirm, wie etwa in einer Windschutzscheibe, gehalten wird.
  • (Vierzehnte Ausführungsform)
  • In der 45 ist die Bild-Anzeigeeinheit der vierzehnten Ausführungsform gezeigt.
  • Die Bild-Anzeigeeinheit der vierzehnten Ausführungsform ist im wesentlichen die gleiche wie die Bild-Anzeigeeinheit der dreizehnten Ausführungsform, und die gleichen Bezugszeichen werden für die gleichen Bauteile verwendet.
  • In der vierzehnten Ausführungsform ist ein Hologramm, welches verschieden von dem Korrektur-Hologramm 161 ist, als Reflexionseinrichtung vorgesehen.
  • Das Haupt-Hologramm 152 weist gekrümmte Oberflächenabschnitte auf, die sich mit der Richtung verändern, um mit der Krümmung der Windschutzscheibe 5 zusammenzupassen, wobei sich die Krümmung von dieser mit der Richtung ändert. Unter der Wirkung der Krümmung wird das Displaybild im Vergleich zu dem Displaylicht 81 verzerrt.
  • In der vierzehnten Ausführungsform ist von daher der Aufbau derart, dass die Verzerrung des Displaybildes ausgeglichen wird, indem ein Hologramm 170 angenommen wird, welches das Bild eines konkaven Spiegels aufgezeichnet hat und als Reflexionseinrichtung mit verschiedenen Brennweiten in verschiedenen Richtungen dient.
  • Das heißt, das Hologramm 170 weist die gleichen Charakteristika wie jene des Hologramms 3 in dem dritten Vergleichsbeispiel auf.
  • Die Verwendung von diesem Aufbau macht ein Displaybild frei von Verzerrungen möglich.
  • Das Hologramm 170 ist als Reflexionseinrichtung angenommen. Ein konkaver Spiegel mit verschiedenen Brennweiten in verschiedenen Richtungen, nicht ein Hologramm, kann ähnliche Wirkungen liefern.
  • Während als Reflexionseinrichtung ein Hologramm 170 angenommen wird, welches darin einen konkaven Spiegel mit verschiedenen Brennweiten in verschiedenen Richtung aufgezeichnet hat, ist ein Displaybild frei von Verzerrungen verfügbar, indem die durch die Krümmung des Haupt-Hologramms bewirkte Verzerrung des Displaybildes mit dem Haupt-Hologramm selber durch Aufzeichnung von solch einem konkaven Spiegel auf dem Haupt-Hologramm korrigiert wird.
  • Ferner kann die Verzerrung des Displaybildes korrigiert werden, indem ein konkaver Spiegel mit verschiedenen Krümmungen in verschiedenen Richtungen sowohl in dem Haupt-Hologramm als auch in dem Hologramm, welches als Reflexionseinrichtung dient, aufgezeichnet wird.
  • (Fünfzehnte Ausführungsform)
  • Die Bild-Anzeigeeinheit der fünfzehnten Ausführungsform ist im wesentlichen die gleiche wie die Bild-Anzeigeeinheit der dreizehnten Ausführungsform, mit der Ausnahme, dass das Hologramm, welches als Reflexionseinrichtung dient, wie in dem ersten Vergleichsbeispiel einen außeraxialen konkaven Spiegel aufzeichnet.
  • Im einzelnen werden durch das Hologramm, welches als Reflexionseinrichtung dient, in der in 45 gezeigten Bild-Anzeigeeinheit die gleichen Charakteristika wie die Reflexions-Charakteristika eines außeraxialen konkaven Spiegels, der bei im wesentlichen dem gleichen außeraxialen Winkel wie der Winkel festgelegt ist, der durch die optischen Eintritts- und Austrittsachsen des Hologramms gebildet wird, durch das Hologramm, welches als Reflexionseinrichtung dient, aufgezeichnet.
  • Indem ein Hologramm angenommen wird, das als Reflexionseinrichtung dient, welches solch einen außeraxialen konkaven Spiegel aufzeichnet, ist ein Displaybild frei von Verzerrungen möglich.
  • Während in der fünfzehnten Ausführungsform ein Hologramm angenommen wird, welches einen außeraxialen konkaven Spiegel aufzeichnet, kann ein konkaver Spiegel selber als Reflexionseinrichtung angenommen werden, und es ist ebenso ein Displaybild frei von Verzerrungen möglich, indem das Haupt-Hologramm, welches in der Windschutzscheibe gehalten wird, die Reflexions-Charakteristika von diesem konkaven Spiegel aufgezeichnet hat.
  • (Sechzehnte Ausführungsform)
  • Die Bild-Anzeigeeinheit der sechzehnten Ausführungsform weist im wesentlichen den gleichen Aufbau wie der Aufbau der Bild-Anzeigeeinheit der dreizehnten Ausführungsform auf. In der sechzehnten Ausführungsform ist jedoch das in der Windschutzscheibe gehaltene Haupt-Hologramm im wesentlichen das gleiche wie jenes, das in dem vierten Vergleichsbeispiel beschrieben wird, und es weist eine nicht-sphärische gekrümmte Oberfläche auf, von welcher die Krümmung in der Querrichtung, welche die erste Richtung ist, größer als die in der Längsrichtung ist, welche die zweite Richtung ist. In dieser Ausführungsform wird ein torisch-konkaver Spiegel, von welchem die Krümmung in einer dritten Richtung, die optisch parallel zu der ersten Richtung ist, kleiner als die Krümmung in einer vierten Richtung, die optisch parallel zu der zweiten Richtung ist, durch das Korrektur-Hologramm aufgezeichnet.
  • Indem dieser Aufbau verwendet wird, ist es nicht nur möglich, die Verzerrung des durch das Haupt-Hologramm angezeigten Displaybild zu korrigieren, sondern es ist ebenso möglich, eine Vergrößerungsfunktion zu erzielen, die nicht herkömmlich durch die effektive Verwendung der Krümmungen des Haupt-Hologramms verfügbar ist.
  • Indem im einzelnen die Reflexions-Charakteristika eines sphärischen konkaven Spiegel mit dem Haupt-Hologramm und dem Korrektur-Hologramm als ein Ganzes optisch erzielt werden, ist es möglich, die Vergrößerungsfunktion weiter zu verbessern.
  • Während in der sechzehnten Ausführungsform ein Hologramm, das einen sphärisch-konkaven Spiegel aufzeichnet, angenommen wird, ist dies nicht auf ein Hologramm beschränkt, sondern es kann ein sphärisch-konkaver Spiegel selber zur Korrektur angenommen werden.
  • Ferner kann ein sphärisch-konkaver Spiegel mit den zuvor erwähnten Charakteristika als Haupt-Hologramm selber angenommen werden. Das bedeutet, dass ein Haupt-Hologramm, das einen sphärisch-konkaven Spiegel aufzeichnet, von welchem die Krümmung in der dritten Richtung, die optisch parallel zu der ersten Richtung (Querrichtung) der Windschutzscheibe verläuft, kleiner als die Krümmung in der vierten Richtung, die optisch parallel zu der zweiten Richtung (Längsrichtung) der Windschutzscheibe ist, angenommen werden kann.
  • (Siebzehnte Ausführungsform)
  • Die Bild-Anzeigeeinheit der siebzehnten Ausführungsform weist im wesentlichen den gleichen Aufbau wie die Bild-Anzeigeeinheit der dreizehnten Ausführungsform auf. Jedoch weist in der siebzehnten Ausführungsform das Korrektur-Hologramm die in der fünften Ausführungsform beschriebenen Charakteristika auf.
  • Wie es im einzelnen in der 45 gezeigt ist, führt eine längere optische Weglänge zwischen dem Haupt-Hologramm und dem Hologramm, welches als Reflexionseinrichtung dient, zu der Aufzeichnung eines Verstärkers, der eine längere Brennweite in dem Hologramm aufweist, welches als Reflexionseinrichtung dient, wenn sich die optische Weglänge mit der entsprechenden Position zwischen dem Haupt-Hologramm und dem Hologramm, welches als Reflexionseinrichtung dient, unterscheidet.
  • Indem solch ein Aufbau angenommen wird, ist selbst bei einem hinreichend großen Vergrößerungsverhältnis ein Displaybild frei von Verzerrungen unter Verwendung der Wirkungen von sowohl dem Hologramm, welches als Reflexionseinrichtung dient, als auch dem Haupt-Hologramm erzielbar.
  • Obwohl ein Hologramm als Reflexionseinrichtung in der siebzehnten Ausführungsform angenommen wird, ist dies in der vorliegenden Ausführungsform im einzelnen nicht auf ein Hologramm beschränkt, sondern es kann ein Verstärker mit einer längeren Brennweite gemäß der optischen Weglänge zwischen dem Haupt-Hologramm und der Reflexionseinrichtung angenommen werden.
  • Ein Verstärker mit einer längeren Brennweite gemäß der optischen Weglänge zwischen dem Hologramm und dem Haupt-Hologramm muss nicht als Hologramm, das als Reflexionseinrichtung dient, angenommen werden, sondern als Haupt-Hologramm, das in der Windschutzscheibe gehalten wird. Ein Verstärker, der eine längere Brennweite gemäß der optischen Weglänge zwischen dem Hologramm und dem Haupt-Hologramm aufweist, kann sowohl in dem Hologramm, das als Reflexionseinrichtung dient, als auch in dem Haupt-Hologramm aufgezeichnet sein.
  • (Achtzehnte Ausführungsform)
  • Die achtzehnte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass in der in 45 gezeigten Bild-Anzeigeeinheit die in der neunten Ausführungsform beschriebenen Charakteristika in dem Haupt-Hologramm und/oder in einem Hologramm, das als Reflexionseinrichtung dient, aufgezeichnet sind.
  • Im einzelnen ist es das Merkmal, dass zumindest eines der Hologramme eine Strahlbrechungsfunktion zum Reflektieren von lediglich einer bestimmten Wellenlänge des Displaylichtes von der Displayvorrichtung 2 aufweist. Wenn die maximale Wellenlänge der Strahlbrechungseffizienz, bei welcher die Strahlbrechungseffizienz der Strahlbrechungsfunktion den Maximumwert η annimmt, λ0 beträgt, und wenn der Halbwert der Wellenlänge der Strahlbrechungseffizienz, bei welcher die Strahlbrechungseffizienz einen Wert von 50% des Maximumwertes η annimmt, λ0 ± Δλh beträgt, dann verändert sich der Winkel θ, der durch das Eintrittslicht und das reflektierte Licht bei der Reflexion des Displaybildes bei dem Ende des Haupt-Hologramms und/oder des Hologramms, das als Reflexionseinrichtung dient, gebildet wird, infolge der Wirkung der Differenz der Wellenlänge Δλh zwischen der Maximum-Wellenlänge λ0 und der Halbwert-Wellenlänge λ0 ± Δλh nicht über 0,33°.
  • Indem die wie obig beschriebene Konstruktion angenommen wird, kann ein hinreichendes Bild frei von durch die Farb-Aberration des Displaybildes bewirkte Verschwimmung erzielt werden, und zwar selbst wenn das Displaybild um mehr als zweimal unter Verwendung des Haupt-Hologramms und des Hologramms, welches als Reflexionseinrichtung dient, vergrößert wird.
  • (Neunzehnte Ausführungsform)
  • Die neunzehnte Ausführungsform ist ein Fall, bei dem die Verzerrungs-Korrekturfunktion des Displaybildes in der ersten bis dreizehnten Ausführungsform bei einem Head-Up-Display vom allein operierenden Typ angewandt wird, welches eine Bild-Anzeigeeinheit ist.
  • Dieses Head-Up-Display vom allein operierenden Typ ist in der 46 dargestellt. In dem gezeigten Fall ist das Head-Up-Display 180 vom allein operierenden Typ auf dem Armaturenbrett eines Fahrzeuges installiert.
  • In dem Head-Up-Display 180 wird ein durch eine Displayvorrichtung 181 ausgebildetes Displaybild in der Gestalt von Displaylicht 182 durch die Lichtquelle 181a emittiert. Dieses Displaylicht wird an einem Hologramm 183 reflektiert, welches als Reflexionseinrichtung dient. Das reflektierte Displaylicht 182 läuft durch eine Öffnung 184a, die in einem Gehäuse 184 gebildet ist, welches das Hologramm 183 hält. Anschließend wird das Licht auf das Haupt-Hologramm 185 eingestrahlt, und ein Displaybild wird angezeigt, indem das Displaylicht 182 in ein Bild ausgebildet wird. Da die Länge des optischen Weges zwischen dem Hologramm 183 und dem Haupt-Hologramm 185 bei verschiedenen Positionen variiert, wird eine Verzerrung in dem durch das Haupt-Hologramm gebildeten Displaybild erzeugt.
  • In der neunzehnten Ausführungsform wird solch eine Verzerrung des Bildes durch die Verwendung der Einrichtung beseitigt, wie sie in dem ersten bis zwölften Vergleichsbeispiel sowie in der dreizehnten Ausführungsform beschrieben wird, um ein zufriedenstellendes Displaybild frei von Verzerrungen zu erzielen.
  • Wenn im einzelnen ein konkaver Spiegel, der verschiedene Krümmungen in verschiedenen Richtungen aufweist, aufgezeichnet wird, um das Haupt-Hologramm 185 mit einer Vergrößerungsfunktion zu versehen, kann bewirkt werden, dass der konkave Spiegel des Hologramms 183 verschiedene Krümmungen in verschiedenen Richtungen aufweist, um derart diese Krümmungen zu beseitigen. Der in diesem Fall aufgezeichnete konkave Spiegel sollte in bevorzugter Weise ein außeraxialer konkaver Spiegel sein.
  • Wenn in diesem Fall die Querrichtung (erste Richtung) der Krümmung des Haupt-Hologramms 185 größer als die Längsrichtung (zweite Richtung) der Krümmung ist, kann die Krümmung des Hologramms 183 in einer dritten Richtung, die optisch parallel zu der ersten Richtung des Haupt-Hologramms 185 verläuft, kleiner als die Krümmung in einer vierten Richtung, die optisch parallel zu der zweiten Richtung des Haupt-Hologramms 185 verläuft, ausgeführt werden.
  • Wenn die optische Weglänge zwischen dem Hologramm 183 und dem Haupt-Hologramm 185 länger ist, kann das Hologramm 183 oder das Haupt-Hologramm oder beide Hologramm demgemäss längere Brennweiten aufweisen.
  • Wie in der neunten Ausführungsform kann ferner der in dem Hologramm 183 oder in dem Haupt-Hologramm 185 aufgezeichnete Verstärker spezielle Charakteristika aufweisen.
  • Indem die zuvor erwähnte Einrichtung angenommen wird, ist ein klares Displaybild frei von Verzerrungen mittels des Haupt-Hologramms 185 möglich.
  • Während das Hologramm 183 in der neunzehnten Ausführungsform als Reflexionseinrichtung angenommen wird, ist ein Hologramm nicht erforderlich. Vielmehr ist ein flacher Spiegel oder ein spezieller konvexer Spiegel eine geeignete Alternative.
  • Für das Haupt-Hologramm 185 kann ebenso ein konkaver Spiegel oder ein Halbspiegel mit ähnlichen Reflexions-Charakteristika angenommen werden.
  • Während in der neunzehnten Ausführungsform Gelatine-Bichromate als Material des Hologramms verwendet wird, kann ein Photopolymer- oder eine Prägungstechnik angenommen werden.
  • Obwohl in der neunzehnten Ausführungsform das Head-Up-Display 180 auf dem Armaturenbrett eines Fahrzeuges installiert ist, kann es auf irgendeine andere Art und Weise in dem Armaturenbrett enthalten oder daran angebracht sein.
  • (Zwanzigstes Vergleichsbeispiel)
  • Das zwanzigste Vergleichsbeispiel deckt einen Fall ab, bei dem die zuvor beschriebene Verzerrungs-Korrekturfunktion eines Displaybildes des ersten bis zwölften Vergleichsbeispiels sowie der dreizehnten Ausführungsform bei einem Head-Up-Display angewandt wird, das in einer direkten Projektion zu der Bild-Anzeigeeinheit vom Windschutzscheiben-Typ versiegelt ist.
  • Dieses Head-Up-Display vom direkten Projektionstyp 190 ist in der 47 gezeigt.
  • In der 47 bezeichnet die Bezugsziffer 191 eine Displayvorrichtung, die als Displaybild-Ausbildungseinrichtung dient, die Bezugsziffer 122 bezeichnet eine Windschutzscheibe, und die Bezugsziffer 193 bezeichnet ein innerhalb der Windschutzscheibe gehaltenes Hologramm, welches in verschiedenen Richtungen verschiedene Brennweiten aufweist.
  • In diesem Fall weist das Hologramm 193 die in dem ersten bis dreizehnten Vergleichsbeispiel anwendbaren Charakteristika auf. Im einzelnen kann das Hologramm 193 den in dem ersten Vergleichsbeispiel beschriebenen außeraxialen konkaven Spiegel aufzeichnen.
  • Dieses Hologramm 193 kann einen konkaven Spiegel aufzeichnen, der für verschiedene Richtungen verschiedene Krümmungen aufweist, um derart die Krümmungen der Windschutzscheibe 192 auszugleichen.
  • Wenn die Krümmungen für verschiedene Richtung verschieden sind, kann die Krümmung in einer dritten Richtung des Hologramms, die optisch parallel zu der Querrichtung (erste Richtung) der Windschutzscheibe verläuft, kleiner als die Krümmung in einer vierten Richtung des Hologramms sein, die optisch parallel zu der Längsrichtung (zweite Richtung) der Windschutzscheibe verläuft.
  • Das Hologramm 193 kann gemäß der optischen Weglänge zwischen dem Hologramm 193 und der Displayvorrichtung 191 eine längere Brennweite aufweisen. Ebenso kann das Hologramm 193 die in der neunten Ausführungsform beschriebenen Reflexions-Charakteristika aufweisen.
  • Indem solch eine Struktur angenommen wird, ist ein hinreichendes Displaybild frei von Verzerrungen möglich, selbst wenn das Bild geeignet vergrößert wird.
  • (Einundzwanzigstes Vergleichsbeispiel)
  • Das einundzwanzigste Vergleichsbeispiel deckt einen Fall ab, wo die Verzerrungs-Korrekturfunktion des Displaybildes in dem ersten bis zwölften Vergleichsbeispiel sowie in der dreizehnten Ausführungsform bei einem Head-Up-Display des befestigten Rückspiegel-Typs angewandt wird. Dieses Head-Up- Display vom befestigten Rückspiegel-Typ 195 ist in der 48 gezeigt.
  • In der 48 bezeichnet die Bezugsziffer 196 eine _ Displayvorrichtung, die als Displaybild-Ausbildungseinrichtung dient, die Bezugsziffer 197 bezeichnet einen Rückspiegel, der in der Fahrgastzelle des Fahrzeugs angeordnet ist, und die Bezugsziffer 198 bezeichnet ein Hologramm, welches als Display-Einrichtung dient, die an dem Rückspiegel 197 befestigt ist.
  • In diesem Fall ist das Hologramm 198 mit einer Bild-Ausbildungsfunktion, mit einer Vergrößerungsfunktion sowie mit einer Korrekturfunktion versehen, und zwar indem es die Charakteristika aufweist, die in dem ersten bis zwölften Vergleichsbeispiel sowie in der dreizehnten Ausführungsform angewandt werden.
  • Im einzelnen kann das Hologramm 198 den außeraxialen konkaven Spiegel aufzeichnen, der in dem ersten Vergleichsbeispiel beschrieben wird.
  • Das Hologramm 198 kann gemäß der optischen Weglänge zwischen dem Hologramm 198 und der Displayvorrichtung 196 eine längere Brennweite aufweisen. Das Hologramm 198 kann die in dem neunten Vergleichsbeispiel beschriebenen Reflexions-Charakteristika aufweisen.
  • Indem die zuvor beschriebene Struktur angenommen wird, ist ein zufriedenstellendes Displaybild frei von Verzerrungen erzielbar, und zwar selbst wenn das Bild geeignet vergrößert wird.
  • Obwohl in der einundzwanzigsten Ausführungsform als Display-Einrichtung ein Hologramm angenommen wird, ist dies nicht auf ein Hologramm beschränkt, sondern es kann ein nicht- sphärischer konkaver Spiegel oder ein Halbspiegel mit den zuvor beschriebenen Reflexions-Charakteristika sein.
  • (Zweiundzwanzigste Ausführungsform)
  • Die zweiundzwanzigste Ausführungsform deckt eine Bild-Anzeigeeinheit ab, die ein zufriedenstellendes Displaybild zur Verfügung stellt, welches bei einer Entfernung innerhalb eines kompakten Installationsraumes geeignet vergrößert wird. Im einzelnen weist die zweiundzwanzigste Ausführungsform eine Aufgabe der Lösung der nachfolgenden Probleme auf.
  • Wie es in der 53 gezeigt ist, kann die Farb-Aberration infolge der Wirkungen des Korrektur-Hologramms 200, welches das zweite Hologramm ist, korrigiert werden, und zwar indem ein Hologramm mit einer Dispersionsfunktion als Korrektur-Hologramm 200 angenommen und dieses gegenüber dem Haupt-Hologramm 201 angeordnet wird, welches das erste Hologramm ist.
  • In diesem Aufbau werden Lichtstrahlen von verschiedenen Wellenlängen 204 und 203 gebrochen und an dem Haupt-Hologramm 201 reflektiert, und sie bilden dann in der Nähe der Augen des Beobachters 205 durch den gleichen optischen Weg ein Bild aus.
  • Wenn jedoch die Entfernungen L1 zwischen den Hologrammen 200 und 201 größer wird, wird ebenso die Breite w des Korrektur-Hologramms größer. Als ein Ergebnis hiervon, findet, wie es in der 54 gezeigt ist, ein Farb-Aberrations-Phänomen statt, in welchem Lichtstrahlen von verschiedenen Wellenlängen 203 und 204, die von verschiedenen Quellen emittiert werden, durch den gleichen optischen Weg laufen und die Augen des Beobachters erreichen, und dieses bewirkt ein Verschwimmen des Displaybildes.
  • Um dieses Problem zu lösen, ist die zweiundzwanzigste Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das Haupt-Hologramm als auch das Korrektur-Hologramm mit einer Vergrößerungsfunktion versehen sind, und das Korrektur-Hologramm dient dazu, die Farb-Aberration zu korrigieren.
  • 49 zeigt ein Head-Up-Display 210 der zweiundzwanzigsten Ausführungsform.
  • In der zweiundzwanzigsten Ausführungsform wird Displaylicht 212 zur Ausbildung des Displaybildes 211 von einer Displayvorrichtung 2 emittiert, die als Displaybild-Ausbildungseinrichtung dient. Das Displaylicht 212 wird gebrochen und an dem Haupt-Hologramm 214 reflektiert, welches das erste Hologramm und in der Windschutzscheibe 213 vor dem Beobachter 205 angeordnet ist. In einem Bild werden reproduzierte Lichtstrahlen, die dem Displaybild 211 entsprechen, gebildet, um derart eine visuelle Interpretation durch den Beobachter 205 zuzulassen.
  • Das Haupt-Hologramm 214 weist die Strahlbrechungs- und Reflexionsfunktionen eines Verstärkers auf, der das Bild vergrößert, und das Sub-Hologramm 216, welches ein zweites Hologramm ist, und welches ein optisches Element ist, das das Bild vergrößert, ist in der ersten Hälfte des Haupt-Hologramms 214 angeordnet.
  • Zusätzlich zu einer Bildvergrößerungsfunktion weist das Sub-Hologramm 216 die Strahlbrechungs- und Reflexionsfunktionen auf, um derart die Farb-Aberration in dem Haupt-Hologramm 214 zu korrigieren.
  • In dem Head-Up-Display 210 der zweiundzwanzigsten Ausführungsform wird das von der Displayvorrichtung 2 emittierte Displaylicht 212 gebrochen und an dem Sub-Hologramm 216 zu dem Haupt-Hologramm 214 reflektiert. Das Displaylicht 212 wird gebrochen und an dem Haupt-Hologramm reflektiert, und in einem Bild ausgebildet, so dass das reproduzierte Licht 215, welches dem Displaybild entspricht, die Augen des Beobachters 205 erreicht.
  • Das Haupt-Hologramm 214 wird innerhalb der Windschutzscheibe 213, die aus Glas hergestellt ist, gehalten. Wie es in der 50 gezeigt wird, ist das Haupt-Hologramm 214 ein Hologramm, in welchem Interferenzringe ausgebildet werden, indem parallele Referenz-Lichtstrahlen 221 auf eine Seite und dispergierende Objekt-Lichtstrahlen 222 auf die andere Seite des photosensitiven Materials 220 eingestrahlt werden.
  • Wie es in der 51 gezeigt ist, sind die reproduzierten Lichtstrahlen 215, die parallele Lichtstrahlen sind, verfügbar, indem bewirkt wird, dass die dispergierenden Lichtstrahlen 223, die ähnlich zu den in der 50 gezeigten Objekt-Lichtstrahlen 222 sind, vollständig in das Haupt-Hologramm 214 eintreten.
  • Die Belichtung des Sub-Hologramms ist ähnlich zu der Belichtung, die in der 50 gezeigt wird, in welcher Objekt-Lichtstrahlen 224, welche dispergierende Lichtstrahlen sind, und Referenz-Lichtstrahlen 225, welche parallele Lichtstrahlen sind, wie in der 52 gezeigt, verwendet werden, jedoch unterscheidet sie sich von dem letztgenannten darin, dass die optischen Korrekturelemente 226 und 227 in den entsprechenden optischen Wegen angeordnet sind.
  • Im Betrieb kann unter Verwendung der optischen Korrekturelemente 226 und 227 das Sub-Hologramm 216 zusätzlich zu einer Bildvergrößerungsfunktion eine Funktion des Ausgleichens der Dispersion (Farb-Aberration) des Haupt-Hologramms 214 aufweisen.
  • Nun werden nachfolgend die Funktionen und Wirkungen des Head-Up-Displays 210 der zweiundzwanzigsten Ausführungsform beschrieben.
  • In dem Head-Up-Display der zweiundzwanzigsten Ausführungsform weisen sowohl das Haupt-Hologramm 214 als auch das Sub-Hologramm 216 eine Bildvergrößerungsfunktion auf. Das Displaybild 211 wird in zwei Stufen durch die Hologramme 214 und 216 vergrößert. Indem von daher die gleiche räumliche Entfernung L0 des optischen Weges zwischen der Displayvorrichtung 2 und dem Haupt-Hologramm 214 gehalten wird, ist es möglich, das Displaybild 211 in einer außerordentlich vergrößerten Form bei einer Entfernung vor dem Beobachter 205 anzuzeigen.
  • Ein fernvergrößertes Bild ist erzielbar, indem die zuvor erwähnte räumliche Entfernung L0 außerordentlich verringert wird. Von daher ist es möglich, ein Head-Up-Display 210 innerhalb eines sehr kompakten Raumes zu erzielen.
  • Das Hologramm 216 kann mit einer hinreichenden Farb-Aberrations-Korrekturfunktion relativ zu dem Haupt-Hologramm 214 versehen sein. Von daher ist das Displaybild 211 ein klares Bild frei von Farb-Aberrationen.
  • Gemäß der wie obig beschriebenen zweiundzwanzigsten Ausführungsform wird ein Head-Up-Display bereitgestellt, welches die Ausführung eines entfernt gelegenen vergrößerten Displaybildes innerhalb eines kompakten Einbau-Raumes ermöglicht, und welches gleichzeitig ein klares Displaybild verfügbar macht, dessen Farb-Aberration korrigiert ist.
  • Im einzelnen ist es gemäß der zweiundzwanzigsten Ausführungsform möglich, wenn das Hologramm und das optische Element die Displaybild-Vergrößerungsfunktion gemeinsam nutzen, die Entfernung zwischen der Displayvorrichtung, die eine Displaybild-Ausbildungseinrichtung ist, und dem Hologramm außerordentlich zu verringern, und zwar im Vergleich mit dem in dem Fall, bei dem das optische Element, welches das zweite Hologramm ist, keine Vergrößerungsfunktion aufweist, und die Breite des optischen Vergrößerungselementes (die w in der 53 entspricht) zu reduzieren.
  • Ebenso ist es möglich, das Head-Up-Display innerhalb eines kompakten Raumes zu konfigurieren, da die Entfernung zwischen der Displayvorrichtung und dem ersten Hologramm verringert werden kann.
  • Wenn das erste Hologramm als optisches Vergrößerungselement verwendet wird, kann ein Sub-Hologramm, welches das zweite Hologramm ist, mit Strahlbrechungs- und Reflexionsfunktionen versehen werden, um die Farb-Aberration des Haupt-Hologramms zu korrigieren, und als ein Ergebnis hiervon wird das Displaybild sogar klarer.
  • Im einzelnen kann das Head-Up-Display mit einer starken Displaybild-Fernvergrößerungsfunktion versehen werden, während sowohl die Entfernung L1 zwischen dem Haupt-Hologramm 201 und dem Sub-Hologramm 200 und die Breite w des Sub-Hologramms klein gehalten werden, wie es in der 53 gezeigt ist. Demzufolge verschlechtert sich die Farb-Aberrations-Korrekturfunktion des Sub-Hologramms nicht, wie es in der 54 gezeigt ist.
  • Gemäß der zweiundzwanzigsten Ausführungsform wird ein Head-Up-Display bereitgestellt, welches eine Bild-Anzeigeeinheit für Fahrzeuge ist, die ein zufriedenstellendes Displaybild erzeugt, das geeignet bei einer Entfernung innerhalb eines kompakten Einbauraumes vergrößert ist.
  • (Dreiundzwanzigste Ausführungsform)
  • Es besteht und es bestand ein großer Bedarf dahingehend, das Head-Up-Display, welches eine Bild-Anzeigeeinheit ist, hinsichtlich der Abmessung zu verkleinern, und aus diesem Grund werden verschiedene Beschränkungen notwendig, die den Befestigungswinkel des Haupt-Hologramms betreffen, welches das erste Hologramm ist, und die den Befestigungswinkel des Sub-Hologramms 216 betreffen, welches das zweite Hologramm ist, und die die Größe des Hologramms selber betreffen.
  • Infolge dieser Beschränkungen wird, wie es in der neunten Ausführungsform beschrieben wird, die Farb-Aberration ein Problem, und zwar als ein Ergebnis der Differenz in dem Winkel der Reflexion bei bestimmten Wellenlängen der reproduzierten Lichtstrahlen 216 und der Display-Lichtstrahlen 212 für einige Einfallswinkel und einige emittierte Winkel des Sub-Hologramms 216 sowie des Haupt-Hologramms 214.
  • Indem diese Probleme betrachtet werden, ist die dreiundzwanzigste Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen dem Reflexionswinkel, der durch die entsprechenden Wellenlängen des Sub-Hologramms 216 und des Haupt-Hologramms 214 bewirkt wird, einander aufgehoben wird.
  • Die dreiundzwanzigste Ausführungsform wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 49 beschrieben.
  • Das Head-Up-Display der dreiundzwanzigsten Ausführungsform weist im wesentlichen den gleichen Aufbau wie die zweiundzwanzigsten Ausführungsform auf, jedoch mit der Ausnahme, dass die dreiundzwanzigste Ausführungsform durch die positionelle Beziehung zwischen dem Sub-Hologramm 216 und dem Haupt-Hologramm 214 gekennzeichnet ist.
  • Wenn im einzelnen angenommen wird, dass in dem Sub-Hologramm der Einfallswinkel α1 beträgt, und der Emissionswinkel β1 beträgt, und dass in dem Haupt-Hologramm 214 der Einfallswinkel α2 beträgt und der Emissionswinkel β2 beträgt, dann gilt folgendes: α1 + β2 = α2 + β1 (1)
  • Das Sub-Hologramm 216 und das Haupt-Hologramm 214 werden verwendet, die im wesentlichen die Formel (1) erfüllen.
  • Indem die wie obig beschriebene Struktur angenommen wird, kann die durch die entsprechenden Wellenlänge des Sub-Hologramms 216 und des Haupt-Hologramms 214 bewirkte Differenz in dem Winkel der Reflexion gegenseitig aufgehoben werden, und das Auftreten der Farb-Aberration kann verhindert werden.
  • In der dreiundzwanzigsten Ausführungsform sind die zuvor erwähnten Wirkungen erzielbar, und zwar selbst wenn das Sub-Hologramm 216 und das Haupt-Hologramm 214 eine Vergrößerungsfunktion aufweisen.
  • (Vierundzwanzigste Ausführungsform)
  • Wie in der 55 gezeigt, bewirkt für ein Fahrzeug 230 die unterschiedliche Formgebung der Windschutzscheibe 231 Änderungen in den optischen Charakteristika des Haupt-Hologramms 232. Ebenso ist es notwendig, die Displayentfernung oder die Anzeigeposition beispielsweise zu ändern, was Display-Charakteristika des durch das Haupt-Hologramm 232 für ein anderes Fahrzeug angezeigten Displaybildes sind.
  • Das Ändern der Charakteristika des Haupt-Hologramms 232 zwischen verschiedenen Fahrzeugen ist äußerst schwierig, da das Haupt-Hologramm 232 innerhalb der Windschutzscheibe 231 versiegelt ist.
  • Die vierundzwanzigste Ausführungsform ist von daher durch das Erfüllen verschiedenen Anforderungen zwischen Fahrzeugen im Hinblick auf die zuvor erwähnten optischen Charakteristika und Display-Charakteristika, und zwar ohne eine Änderung des Haupt-Hologramms 232, gekennzeichnet.
  • Im einzelnen werden in der vierundzwanzigsten Ausführungsform optische Charakteristika, die Displayentfernung sowie die Anzeigeposition nur durch die Änderung der Reflexions-Charakteristika des Sub-Hologramms 233, welches als Reflexionseinrichtung dient, geändert.
  • (Fünfundzwanzigste Ausführungsform)
  • 56 ist eine Schnittansicht der Head-Up-Hologramm-Displayeinheit für ein Fahrzeug, welches eine Bild-Anzeigeeinheit ist, die die fünfundzwanzigste Ausführungsform angewandt verwendet.
  • Diese Head-Up-Hologramm-Displayeinheit 230 weist einen Aufbau auf, wie er nachfolgend beschrieben wird.
  • Ein Halbspiegel 232, der als Display-Einrichtung dient, ist auf der Windschutzscheibe 231 dampfaufgelagert. Die Hologrammscheibe 233, die als Reflexionseinrichtung dient, ist unter der Windschutzscheibe 231 angeordnet. Vor der Hologrammscheibe 233 ist ein Spiegel 234 im wesentlichen parallel zu der Hologrammscheibe 233 angeordnet. Unter der Hologrammscheibe 233 ist ein Displayabschnitt 235, der als Bild-Ausbildungseinrichtung dient, vorgesehen. Die Hologrammscheibe 233, der Spiegel 234 und der Displayabschnitt 235 sind in einem (nicht dargestellten) Armaturenbrett untergebracht. Der Displayabschnitt 235 weist eine Lichtquelle 235a sowie ein Flüssigkristall-Panel (in der vorliegenden Erfindung ein vor der Lichtquellen 235a angeordneter Flüssigkristall-Displayabschnitt) 235b auf.
  • Die Lichtquelle 235a ist ein elektrolumineszierendes Panel (EL-Panel), welches ein Zns:Tb-basierendes elektrolumineszierendes Element aufweist, das ein Emissionsspektrum mit einer Mitten-Wellenlänge von 545 nm (grün) sowie einer Halbwertsbreite von 18 nm aufweist, und ein Zns:Mn-basierendes elektrolumineszierendes Element, welches ein Emissionsspektrum mit einer Mitten-Wellenlängen von 585 nm (gelb) sowie einer Halbwertsbreite von 22 nm aufweist. Eine Eingangsleistung von 5 Watt wird bereitgestellt, um eine Helligkeit von 5000 cd/m2 (545 nm) und 4500 cd/m2 (585 nm) zu erzielen.
  • Das Flüssigkristall-Panel 235b ist ein gewöhnliches Panel, welches einen Flüssigkristallfilm einer zuvor festgelegten Dicke zwischen einem (nicht dargestellten) Glasscheibenpaar aufweist, das zwischen einem (nicht dargestellten) Polarisationsfilmpaar angeordnet ist, welches eine Polarisationsrichtung aufweist, die sich voneinander um 90° unterscheidet. Indem eine Spannung zwischen (nicht dargestellten) transparenten Elektroden angelegt wird, welche an beiden Glasscheiben ausgebildet sind, wird der Polarisationswinkel des Flüssigkristallfilms gesteuert, und als ein Ergebnis hiervon wird das von der Lichtquelle 235a auf das Flüssigkristall-Panel 235b projizierte Licht in Signal-Lichtstrahlen raum-moduliert. Die Signal-Lichtstrahlen, die entsprechend der Signalspannung ein vorgeschriebenes Bild darstellen, werden an dem Spiegel 234 reflektiert und treten in die Hologrammscheibe 233 ein. Das Flüssigkristall-Panel dient dazu, Information anzuzeigen, wie etwa die Geschwindigkeit, Warnungen, die Richtung und Straßenkarten.
  • Unter Bezugnahme auf die 58 wird nun detailliert nachfolgend die Hologrammscheibe 233 beschrieben.
  • In der 58 bezeichnet die Bezugsziffer 260 ein transparentes Glas-Substrat, welches große gegenüberliegende Oberflächen aufweist. Das Hologramm-Element 261 ist an einer dieser Oberflächen angefügt. Eine konkave Linse, die Interferenzringe aufweist, ist in dem Hologramm-Element 261 aufgezeichnet. Die Interferenzringe weisen Krümmungen mit verschiedenen Abständen von 290 nm und 320 nm auf, wie sie übermittelt werden, indem der Einfallswinkel des Laser-Lichtstrahls auf das photosensitive Mittel geändert wird.
  • In der 58 bezeichnet die Bezugsziffer 262 eine Deckscheibe, die, aus transparentem Glas besteht. Eine der Oberflächen der Deckscheibe 262 ist über ein transparentes feuchtigkeitsschützendes Abdichtungsmaterial 263 an der Oberfläche des Glas-Substrats 260 befestigt, an welcher nicht das Hologramm-Element 261 angefügt ist. Ein Reflexionsschutzfilm 264 ist an der anderen Oberfläche der Deckscheibe 262 ausgebildet.
  • In der 58 bezeichnet die Bezugsziffer 265 eine Deckscheibe, die aus einer transparenten Glasscheibe besteht. Eine der Oberflächen der Deckscheibe 265 ist über ein transparentes feuchtigkeitsschützendes Abdichtungsmaterial 263 an der Oberfläche des Glas-Substrats 260 befestigt, die gegenüber dem Hologramm-Element 261 liegt. Ein Streulicht-Absorptionsfilm 266 ist an der anderen Oberfläche der Deckscheibe 265 ausgebildet.
  • Ein Reflexionsschutzfilm 264 kann auf dem Glas-Substrat 260 ausgebildet werden, indem auf die Deckscheiben 262 und 265 verzichtet wird. Der Streulicht-Schutzfilm 266 kann an der anderen Oberfläche der Deckscheibe 265 ausgebildet werden.
  • Als nächstes wird das Verfahren des Vorbereitens des Hologrammelementes 261 beschrieben. Das Vorbereitungsverfahren weist zunächst den Verfahrensschritt des Anwendens von Gelatine-Bichromate (D. C. G.) als photosensitives Mittel auf der Oberfläche des Glas-Substrats 260 in einer Dicke von 10 bis 40 μm, und nach der Gel-Bildung oder Trocknung den Verfahrensschritt des Stabilisierens des Films in einer Atmosphäre von etwa 50 RH% bei 20°C auf. Dann wird ein konkaver Spiegel als Verstärker unter Verwendung eines Laser-Lichtstrahles der zuvor erwähnten beiden Wellenlängen in dem photosensitiven Mittel aufgezeichnet, und nach der Entwicklung und Trocknung wird die Anordnung durch das Abdichtungsmittel 263 zwischen den Deckscheiben 261 und 265 zur Fixierung gehalten.
  • Das Verfahren der zuvor erwähnten Aufzeichnung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 59 beschrieben.
  • Zunächst wird das Glas-Substrat 260, auf welchem bereits das photosensitive Mittel angewandt ist, in engen Kontakt mit einem Prisma und einer konkaven Linse 272 durch Silikonöl 270 gebracht, welches als ein Strahlbrechungsindex-Einstellflüssigkeit dient, um Änderungen in dem Strahlbrechungsindex zu reduzieren.
  • Dann tritt ein Argon-Laser-Lichtstrahl mit einer Wellenlänge von 514,5 nm als Einfalls-Lichtstrahl von der Seite des Prismas 271 ein. Nach dem Eintritt läuft der Laser-Lichtstrahl geradeaus in Richtung der konkaven Linse 272, wenn der Strahlbrechungsindex gleichförmig ist, und wenn die reflektierten Lichtstrahlen, die von dem an der Öffnung zur Luftoberfläche des konkaven Spiegels 272 ausgebildeten Reflexionsfilm 272a reflektiert werden, durch das photosensitive Mittel hindurchlaufen, interferieren sie mit den Lichtstrahlen vor der Reflexion an dem konkaven Spiegel 272 nach der direkten Einstrahlung von dem Laser-Lichtstrahl, und sie bilden Interferenzringe in dem photosensitiven Mittel aus.
  • Ein Teil der an dem konkaven Spiegel 272 reflektierten Lichtstrahlen laufen durch das Silikonöl 270 und durch das Substrat-Glas und treten erneut in das Prisma 271 ein. Ein Teil der Lichtstrahlen, die erneut eingetreten sind, werden an der Eintrittsoberfläche 271a des Prismas 271 reflektiert.
  • Wie es in der 60 gezeigt ist, ist der durch die Eintrittsoberfläche 271a des Prismas 271 ausgebildete Winkel α relativ zu den Eintritts-Lichtstrahlen geeignet eingestellt, so dass die von der Eintritts-Oberfläche 271a des Prismas 271 reflektierten Lichtstrahlen nicht erneut in Richtung des photosensitiven Mittels reflektiert werden. In dieser Ausführungsform ist die Seite 271b des Prismas 271 schwarz beschichtet, um derart die von der Eintrittsoberfläche 271a des Prismas 271 reflektierten Lichtstrahlen zu absorbieren.
  • Nachfolgend wird ein Beispiel des Belichtungsprozesses weiter detailliert beschrieben.
  • Ein Gelatine-Bichromate-Film als photosensitives Mittel mit einer Dicke von 25 μm wurde auf einem Glas-Substrat (welches Soda-Glas mit einem Strahlbrechungsindex von 1,52 aufweist) 260, welches eine Größe von 112 mm × 46 mm × 1,8 mm aufweist, gebildet. Das photosensitive Mittel wurde vorbereitet, indem 0,6 Gramm von Ammonium-Bichromate in 100 ml von 4%-iger Gelatinelösung gelöst wurde, und es wies einen Strahlbrechungsindex von 1,55 auf.
  • Das mit dem photosensitiven Mittel beschichtete Glas-Substrat 260 wurde für 72 Stunden in einem Trockner gehalten, der eine 50% RH-Atmosphäre bei 20°C enthält.
  • Anschließend wurde ein Argon-Laser-Lichtstrahl mit einer Wellenlänge von 514,5 nm in dem in der 59 gezeigten Gerät umgewandelt, so dass die reproduzierten Lichtstrahlen (mit einem Einfallswinkel von 33,5°) zwei Farben bei 540 nm und 600 nm aufwiesen, die durch eine leichte Änderung des Einfallswinkels gebildet wurden. Das photosensitive Mittel wurde insgesamt einer Laserleistung von 500 mJ ausgesetzt. Die Linse 272 wies eine Brennweite von 1.000 mm auf.
  • Nach der Belichtung wurde das Glas-Substrat mit Wasser gespült, um vollständig die Farbe zu beseitigen, und dann in ein handelsüblich erwerbbares Hart-Film-Fixiermittel für die Photographie (Rapid Fixer, von Kodak hergestellt) für zehn Minuten eingetaucht. Nach der Spülung mit Wasser wurde das Substrat in eine 90%-ige Isopropanol-Lösung für zehn Minuten eingetaucht und mit Heißluft getrocknet. Danach wurde das Substrat für vier Stunden bei 150°C hitze-gealtert, um Änderungen in der Wellenlänge in der tatsächlichen Operation in dem Fahrzeug zu vermeiden.
  • Als nächstes wurde eine Deckscheibe (112 mm × 46 mm × 1,0 mm) vorbereitet, die mit einem Reflexionsschutzfilm (hergestellt von Asahi Glas) bedeckt ist, der eine visuelle Reflexion von 0,2% aufweist und der durch Schichtung von MgF2 und TiO2 mit vorgeschriebenen Dicken alternativ in vier Schichten vorbereitet wurde.
  • Ferner wurde eine andere Deckscheibe (112 mm × 46 mm × 10 μm) 265 vorbereitet, die mit einem Streulicht-Schutzfilm 266 mit einer Dicke von 10 μm bedeckt war, welcher durch Hinzufügen von 5% Schwarz-Pigment (Glasslight 500 von Cashu) zu einem Epoxyd-Kunstharz hergestellt wurde.
  • Ein Abdichtungsmittel 263, welches ein Epoxyd-Aushärtungs-Kunstharz (Produktname CS-2340-5, von Cemedyne) aufweist, und welches einen Strahlbrechungsindex von 1,55 aufweist, wurde auf die Oberflächen der Deckscheiben 262 und 265 mit einer Dicke von 50 μm angewandt, und das Substrat-Glas 260 wurde durch die Deckscheiben 262 und 265 mit dem Substrat dort zwischen angeordnet gehalten.
  • Die reproduzierten Lichtstrahlen wiesen Wellenlängen um 540 nm und 580 nm bei einem Einfallswinkel der Signal-Lichtstrahlen von 30°, einer Strahlbrechungseffizienz von 92% (540 nm) und 90% (580 nm) und bei einer spektralen Breite bei der Hälfte der Strahlbrechungseffizienz (nachfolgend als „Halbwertsbreite" bezeichnet) von 20 nm (540 nm) und 21 nm (580 nm) auf.
  • Die Reflexions-Charakteristika des Reflexionsschutzfilms 264 sind in der 60 gezeigt.
  • Ein Halbspiegel 232 wurde durch Auflagerung von Dampf eines dünnen Silberfilms ausgebildet.
  • Nun wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 57 der Betrieb dieses Gerätes beschrieben.
  • Die von der Lichtquelle 235 emittierten zweifarbigen Lichtstrahlen werden durch das Flüssigkristall-Panel 235b räumlich moduliert. Nach der Reflexion an dem Spiegel 234 laufen die Lichtstrahlen durch den Reflexionsschutzfilm 264 der Hologrammscheibe 233, durch die Deckscheibe 262 und durch das Substrat-Glas 260, und sie werden beim Hologramm-Element 261 gebrochen. Danach folgen die Lichtstrahlen dem umgekehrten Weg, werden von dem Reflexionsschutzfilm 264 aufwärts emittiert, an dem Halbspiegel 233 reflektiert, um in die Richtung der Beobachtung zu laufen, und werden letztendlich von dem Fahrer als ein weit vor der Windschutzscheibe angezeigtes virtuelles Bild visuell interpretiert.
  • Die nachfolgenden Funktionen und Wirkungen sind in der fünfundzwanzigsten Ausführungsform möglich.
  • Zunächst stimmt in der fünfundzwanzigsten Ausführungsform das Emissionsspektrum der Lichtquelle 235a mit dem Strahlbrechungsspektrum des Hologrammelementes 261 der Hologrammscheibe 233 überein, wie es in der 61 gesehen wird. Da das Licht eines Spektrums, das nicht in Zusammenhang mit der zuvor erwähnten Strahlbrechung steht (nachfolgend als das „unnötige Spektrum" bezeichnet), obwohl es in der Lichtquelle 235a emittiert wird, nicht von der Lichtquelle 235a emittiert wird, tritt demzufolge das unnötige Spektrum nicht in das Flüssigkristall-Panel 235b ein, ohne dass es durch das Flüssigkristall-Panel 235b absorbiert wird und ohne den Flüssigkristall zu erhitzen, wodurch viele Probleme abgemildert werden, einschließlich dem verminderten Kontrast in dem Flüssigkristall.
  • Ferner ist es angebracht, dass der Strahlbrechungs-Spitzenwert der Hologrammscheibe 233 und die Wellenlänge des Emissionsspektrums der Lichtquelle 235a im wesentlichen die gleichen Peak-Wellenlängenwerte aufweisen, und dass der Wellenlängenbereich der oberen und unteren Halbwerts-Wellenlängen des Emissionsspektrums der Lichtquelle 235a in bevorzugter Weise innerhalb eines Bereiches von +/– 30% des Wellenlängenbereiches der oberen und unteren Halbwerts-Wellenlängen des Strahlbrechungsspektrums der Hologrammscheibe 233 liegt.
  • Die oberen und unteren Halbwerts-Wellenlängen zeigen einen Wellenlängenbereich zwischen den unteren Halbwerts-Wellenlängen und den oberen Halbwerts-Wellenlängen (spektrale Breite) an, und die Tatsache, dass sie innerhalb eines Bereiches von +/– 30% liegen, bedeutet, dass die Summe der Differenz in der unteren Halbwerts-Wellenlänge zwischen der Lichtquelle und der Hologrammscheibe und der Differenz in den oberen Halbwerts-Wellenlängen von beiden Komponenten innerhalb von +/– 30% relativ zu dem Bereich der oberen und unteren Halbwerts-Wellenlängen des Strahlbrechungsspektrums der Hologrammscheibe liegt.
  • Da das Licht des unnötigen Spektrums niemals durch das Flüssigkristall-Panel 235b hindurchläuft, ist es möglich, zu verhindern, dass das Licht des unnötigen Spektrums an dem Reflexionsschutzfilm 264 der Hologrammscheibe 233 reflektiert wird, dass es an dem Halbspiegel 232 reflektiert wird, und dass es von daher in die Richtung der Beobachtung zusteuert.
  • Wie zuvor beschrieben, wird die Reflexion relativ zu dem Spektrum des Signallichtes unter der Wirkung des Reflexionsschutzfilms 264 minimiert, um, wie obig beschrieben, eine Reflexion des Signallichts an dem Spiegel 234 zu verhindern. Es liegt von daher eine stärkere Reflexions-Charakteristik für Licht des unnötigen Spektrums im Unterschied zu dem für das Signallicht vor. Als ein Ergebnis hiervon wird das SN-Verhältnis verändert, weil ein Teil des Lichtes des zuvor erwähnten unnötigen Spektrums an dem Reflexionsschutzfilm 264 reflektiert wird, und als erstes Rausch-Licht in die Richtung der Beobachtung läuft.
  • Selbst wenn das Licht des unnötigen Spektrums durch den Reflexionsschutzfilm 264 in die Hologrammscheibe eintreten sollte, wird es nicht durch die Hologrammscheibe 261 gebrochen, sondern an der Oberfläche der Deckscheibe 265 beispielsweise reflektiert und kann das SN-Verhältnis des Signallichtes in der Gestalt des zweiten Rausch-Lichtes reduzieren, welches, wie es in der 58 gezeigt ist, in die Richtung der Beobachtung läuft.
  • Da gemäß der fünfundzwanzigsten Ausführungsform das Emissionsspektrum der Lichtquelle 235a im wesentlichen in Übereinstimmung mit dem Strahlbrechungsspektrum vorliegt, welches nahezu kein unnötiges Licht enthält, ist es möglich, das SN-Verhältnis des Signallichtes zu verbessern, und zwar zusätzlich zu dem Verhindern der Aufwärmung des Flüssigkristalls, wie es zuvor beschrieben wurde.
  • Als nächstes werden einige Betrachtungen bei einem Fall gemacht, wo, wie es in der 56 gezeigt ist, Sonnenlicht in das Hologramm-Element 261 in einer im wesentlichen entgegengesetzten Richtung zu dem Signallicht eintritt.
  • In diesem Fall werden die spektralen Komponenten des Sonnenlichtes beim Hologramm-Element 261 gebrochen, sie laufen durch den Spiegel 234 hindurch und treten in das Flüssigkristall-Panel ein. Ein Teil der spektralen Komponenten wird an der Oberfläche des Flüssigkristall-Panels 235b reflektiert und läuft erneut in die Richtung der Hologrammscheibe 233.
  • Jedoch ist es möglich, das in Richtung der Hologrammscheibe 233 gerichtete Sonnenlicht zu minimieren, und zwar indem ein Reflexionsschutzfilm auf der Oberfläche des Flüssigkristall-Panels 235b vorgesehen wird.
  • Infolge dieser unnötigen Komponenten, die dafür Rechnung tragen, dass das meiste des Sonnenlichtspektrums gebrochen wird, jedoch durch das Hologramm-Element 261 der Hologrammscheibe 233, tritt lediglich ein sehr kleiner Umfang des Lichtes durch den Spiegel 234 in das Flüssigkristall-Panel 235b ein. Von daher wird der Flüssigkristall des Flüssigkristall-Panels 235b niemals erhitzt.
  • Gemäß der fünfundzwanzigsten Ausführungsform ist es im einzelnen möglich, zu verhindern, dass das meiste des starken Sonnenlichts, beispielsweise 100.000 Lux mittags im Sommer, in das Flüssigkristall-Panel eintritt und es erhitzt.
  • Der dritte Punkt liegt darin, dass das Gerät der fünfundzwanzigsten Ausführungsform den Vorteil dahingehend aufweist, dass das zuvor erwähnte zweite Rausch-Licht vermindert wird.
  • In der fünfundzwanzigsten Ausführungsform wird der Hauptteil des Signallichts, das von dem Spiegel 234 in das Hologramm 233 eingetreten ist, oder das Sonnenlicht, welches erneut reflektiert wird, durch den Streulicht-Absorptionsfilm 266 absorbiert, weil der Streufilm-Absorptionsfilm 266 und das Abdeckglas 265 derart festgelegt sind, dass sie im wesentlichen gleiche Strahlbrechungsindices aufweisen.
  • Ferner wird in der fünfundzwanzigsten Ausführungsform eine Halogenlampe als Lichtquelle 235a verwendet, und Farbfilter einer Vielzahl von Farben werden gleichzeitig eingesetzt, um ein Grün- + Gelb-Spektrum der auf das Flüssigkristall-Panel 235b einfallenden Lichtstrahlen zu erzielen.
  • Das Flüssigkristall-Panel 235b weist vor der Anordnung der Farbfilter eine Emissions-Lumineszenz von 35.000 cd/m2 (Leistungsverbrauch: 15 Wh), und nach der Anordnung eine Emissions-Lumineszenz von 14.000 cd/m2 für die grünen spektralen Komponenten und 13.000 cd/m2 für die gelben spektralen Komponenten auf. Die Oberfläche der Hologrammscheibe 233 weist eine Lumineszenz von 3000 cd/m2 für die grünen spektralen Komponenten und 2800 cd/m2 für die gelben spektralen Komponenten auf.
  • Es muss nicht erwähnt werden, dass eine CRT (Kathodenstrahlröhre) oder verschiedene andere Vorrichtungen als Lichtquelle 235a angewandt werden können.
  • Mögliche Materialien für den Streulicht-Schutzfilm weisen einen synthetischen Kunstharzbinder, wie etwa Melanin oder Acryl mit einem Schwarz-Pigment oder dergleichen auf, wobei das Schwarz-Pigment im Hinblick auf das Ausbilden eines Filmes hinzugefügt ist, der in der Lage ist, die schwarzen oder dunklen Komponenten des Lichtes zu absorbieren.
  • Sofern kein Problem hinsichtlich der Haltbarkeit und der Einsatzumgebung aufgeworfen wird, kann der Streulicht-Schutzfilm mit schwarzer Farbe oder schwarzem Tape ausgebildet werden. Anwendbare Materialien für den Reflexionsschutzfilm weisen MgF2, TiO2 und ZrO2 auf, die in einer einzelnen Schicht oder kombiniert in Mehrfach-Schichten ausgebildet sind.
  • Ein Reflexionsschutzfilm kann verwendet werden, der durch Dip-Coating von extra feinen SiO2-basierenden Partikeln gebildet wird.
  • (Sechsundzwanzigste Ausführungsform)
  • Die sechsundzwanzigste Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass, wenn eine Hologrammscheibe 233 mit einem Strahlbrechungsspektrum vom Multiple-Peak-Typ (Zwillings-Peak-Typ) verwendet wird, das Spektrum der Lichtquelle die in der 62 gezeigten Charakteristika aufweist. Im einzelnen weist die Lichtquelle in dieser sechsundzwanzigsten Ausführungsform eine Peak-Wellenlänge in der Mitte zwischen den Peak-Wellenlängen w1 und w2 des Strahlbrechungsspektrums auf.
  • Die Halbwertsbreite des Wellenlängenwertes b an der kürzeren Wellenlängenseite des Emissionsspektrums der Lichtquelle wird innerhalb eines Bereiches von +/–30 nm relativ zu der Halbwertsbreite des Wellenlängenwertes a der kürzeren Wellenlängenseite des Peak-Spektrums an der kürzeren Wellenlängenseite des Strahlbrechungsspektrums der Hologrammscheibe 33 gehalten. In ähnlicher Weise wird die Halbwertsbreite des Wellenlängenwertes b an der längeren Wellenlängenseite des Emissionsspektrums der Lichtquelle innerhalb eines Bereiches von +/–30 nm relativ zu der Halbwertsbreite des Wellenlängenwertes c an der längeren Wellenlängenseite des Peak-Spektrums an der längeren Wellenlängenseite des Strahlbrechungsspektrums der Hologrammscheibe 233 gehalten. Das heißt, zwischen dem Strahlbrechungsspektrum, welches ein Spektrum vom Zwillings-Peak-Typ aufweist, und dem Spektrum der Lichtquelle wird eine Übereinstimmung versucht.
  • Von daher ist es möglich, wie in der sechsundzwanzigsten Ausführungsform zu verhindern, dass Licht, welches keinen Bezug zu dem Strahlbrechungsspektrum aufweist, in den Flüssigkristall-Displayabschnitt 235b eintritt, und es ist möglich, den Verlust des Lichtbetrages durch Farbfilter in Vergleich mit der Kombination der in der 62 gezeigten Farbfilter zu vermindern.
  • Ein typisches Design der Lichtquelle in der sechsundzwanzigsten Ausführungsform ist in der 63 gezeigt.
  • Dieses deutet die Nutzbarkeit des Spektrums der Lichtquelle der 62 an, indem weißes Licht von einer Glühlampe als Lichtquelle mit zyanfarbigen und gelbfarbigen Filtern behandelt wird.
  • Indem entweder die fünfundzwanzigste oder die sechsundzwanzigste Ausführungsform angenommen wird, genügt es für den Flüssigkristall-Displayabschnitt, nur Lichtstrahlen innerhalb des Wellenlängenbereiches des Strahlbrechungsspektrums auf die Hologrammscheibe zu projizieren, weil sich das Strahlbrechungsspektrum der Hologrammscheibe in einem schmalen Band von dem Strahlbrechungsprinzip befindet.
  • Indem das Emissionsspektrum der Lichtquelle derart festgelegt wird, um im wesentlichen gleich zu dem Wellenlängenbereich des zuvor erwähnten Strahlbrechungsspektrums zu liegen, ist es von daher möglich, die Verschlechterung der Bildqualität zu verhindern, die durch eine Zunahme in der Temperatur des Flüssigkristall-Abschnittes bewirkt wird, und zwar indem der in den Flüssigkristall-Abschnitt von der Lichtquelle eintretende Lichtbetrag, ohne die Qualität des Signallichtes zu beeinflussen, reduziert wird.
  • In dem Gerät, in welchem die Hologrammscheibe Mehrfach-Peak-Wellenlängen des Strahlbrechungsspektrums aufweist, weist die Lichtquelle ein schmales Spektrum mit einer Peak-Wellenlänge in der Mitte zwischen den mehrfachen Peak-Wellenlängen des zuvor erwähnten Strahlbrechungsspektrums auf. Von daher ist es möglich, die durch die Zunahme in der Temperatur des Flüssigkristall-Anzeigeabschnittes bewirkte Verschlechterung der Bildqualität zu verhindern, und das Design der Lichtquelle zu vereinfachen, und zwar indem der in den Flüssigkristall-Anzeigeabschnitt von der Lichtquelle eintretende Lichtbetrag, reduziert wird, wie bei dem Strahlbrechungsspektrum vom Vielfach-Peak-Typ.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Wie obig beschrieben, stellt die Bild-Anzeigeeinheit der vorliegenden Erfindung ein Displaybild bereit, welches frei von Verzerrungen ist, und wenn die Erfindung bei einer Head-Up-Display-Einheit für ein Fahrzeug angewandt wird, kann sie effektiv ein klares Displaybild bereitstellen.

Claims (11)

  1. Bild-Anzeigeeinheit, die folgendes aufweist: eine Bild-Ausbildungseinrichtung (2, 181, 191, 196, 235) zum Ausbilden eines Anzeigebildes; eine Reflexionseinrichtung (161, 170, 183, 198, 216, 233) zum Reflektieren des von der Bild-Ausbildungseinrichtung (2, 181, 191, 196, 235) emittierten Lichtes; und eine Anzeigeeinrichtung (5, 192, 197, 213, 231) zum Ausbilden des Anzeigebildes aus dem von der Bild-Ausbildungseinrichtung (2, 181, 191, 196, 235) emittierten und mittels der Reflexionseinrichtung (161, 170, 183, 198, 216, 233) reflektierten Licht, und wobei die Anzeigeeinrichtung in Längs- und Querrichtung unterschiedliche Krümmungen hat, wobei die Reflexionseinrichtung (161, 170, 183, 198, 216, 233) ein Hologramm mit aufgezeichneten Reflexionseigenschaften aufweist, in welchem Brennweiten in der Längs- und Querrichtung unterschiedlich sind, um so den Krümmungen in der Längs- und Querrichtung der Anzeigeeinrichtung zu entsprechen, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinrichtung (5, 192, 197, 213, 231) ein Hologramm (152, 185, 193, 214, 232) aufweist, welches eine Vergrößerungsfunktion zum Vergrößern des Anzeigebildes sowie die Eigenschaften eines konkaven Spiegels mit unterschiedlichen Krümmungen in verschiedenen Richtungen hat.
  2. Bild-Anzeigeeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Hologramm in der Reflexionseinrichtung (161, 170, 183, 198, 216, 233) ein konkaver Spiegel aufgezeichnet ist.
  3. Bild-Anzeigeeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Hologramm in der Reflexionseinrichtung (161, 170, 183, 198, 216, 233) ein konkaver Ringspiegel aufgezeichnet ist.
  4. Bild-Anzeigeeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Brennweite in Zusammenhang mit zumindest der Entfernung zwischen der Bild-Ausbildungseinrichtung (2, 181, 191, 196, 235) und der Reflexionseinrichtung (161, 170, 183, 198, 216, 233) steht.
  5. Bild-Anzeigeeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Brennweite in Übereinstimmung mit der Zunahme einer entsprechenden optischen Weglänge zwischen der Anzeigeeinrichtung (5, 192, 197, 213, 231) und der Bild-Ausbildungseinrichtung (2, 181, 191, 196, 235) vergrößert wird.
  6. Bild-Anzeigeeinheit nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionseinrichtung (161, 170, 183, 198, 216, 233) fortschreitend zunehmende Brennweiten aufweist.
  7. Bild-Anzeigeeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hologramm der Reflexionseinrichtung (161, 170, 183, 198, 216, 233) eine Vielzahl von Abschnitten mit einer Vielzahl von hierin aufgezeichneten Brennpunkten aufweist.
  8. Bild-Anzeigeeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionseinrichtung (161, 170, 183, 198, 216, 233) eine Strahlbrechfunktion zum Reflektieren von nur einer bestimmten Wellenlänge des von der Bild-Ausbildungseinrichtung (2, 181, 191, 196, 235) emittierten Lichtes aufweist, wobei die Strahlbrechfunktion derart ausgelegt ist, dass, wenn eine maximale Wellenlänge λ0 ist, bei welcher der Wirkungsgrad der Strahlbrechung der Reflexionseinrichtung (161, 170, 183, 198, 216, 233) einen Maximalwert ηm annimmt, und wenn eine Halbwerts-Wellenlänge λ0 +/– Δλh ist, bei welcher der Wirkungsgrad der Strahlbrechung einen Halbwerts-Wert des Maximalwertes ηm annimmt, eine Abweichung eines Winkels zwischen einem einfallenden Lichtstrahl und einem emittierten Lichtstrahl der Reflexionseinrichtung (161, 170, 183, 198, 216, 233) kleiner als 0,33° ist, und zwar bei Licht der Bild-Ausbildungseinrichtung (2, 181, 191, 196, 235) in der Wellenlänge Δλh zwischen der maximalen Wellenlänge λ0 und der Halbwerts-Wellenlänge λ0 +/– Δλh.
  9. Bild-Anzeigeeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinrichtung (5, 192, 197, 213, 231) eine Frontscheibe aufweist.
  10. Bild-Anzeigeeinheit nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Winkel-Einstellmechanismus (33), an welchem die Reflexionseinrichtung (161, 170, 183, 198, 216, 233) angeordnet ist, zum Einstellen eines Befestigungswinkels der Reflexionseinrichtung (161, 170, 183, 198, 216, 233) hinsichtlich der Anzeigeeinrichtung (5).
  11. Bild-Anzeigeeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinrichtung (5, 192, 197, 213, 231) eine erste Krümmung in einer ersten Richtung und eine zweite Krümmung in einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung aufweist, wobei die erste Krümmung stärker als die zweite Krümmung ist; und die Reflexionseinrichtung (161, 170, 183, 198, 216, 233) eine dritte Krümmung in einer optisch parallel zu der ersten Richtung verlaufenden dritten Richtung sowie eine vierte Krümmung in einer optisch parallel zu der zweiten Richtung verlaufenden vierten Richtung aufweist, wobei die dritte Krümmung der Reflexionseinrichtung (161, 170, 183, 198, 216, 233) schwächer als die vierte Krümmung hiervon ist, um so die durch die erste und die zweite Krümmung der Anzeigeeinrichtung (5, 192, 197, 213, 231) hervorgerufenen Verzerrungen des Anzeigebildes auszugleichen.
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