DE102014100340A1

DE102014100340A1 - Head-Up-Display-Vorrichtung

Info

Publication number: DE102014100340A1
Application number: DE102014100340.3A
Authority: DE
Inventors: Masayuki Yamaguchi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2013-01-22
Filing date: 2014-01-14
Publication date: 2014-07-24
Also published as: US20140204465A1; KR20140094455A; JP2014142423A

Abstract

Head-Up-Display-Vorrichtung umfassend einen Projektor (10), ein Schirmbauteil (40) und ein Prismabauteil (30). Das Prismabauteil weist als optische Oberfläche auf einem optischen Gang eine Eintrittsoberfläche (31) auf, in die das Laserlicht von dem Projektor eintritt, eine Spiegeloberfläche (33), die das Laserlicht reflektiert, das von der Eintrittsoberfläche in das innere des Prismabauteils eintritt, und eine Austrittsoberfläche (32), die das Laserlicht, das von der Spiegeloberfläche reflektiert wird, zu dem Schirmbauteil außerhalb des Prismabauteils als optische Oberfläche auf einem optischen Gang emittiert, und wobei die Eintrittsoberfläche und die Austrittsoberfläche eine Linsenoberfläche ausbilden, sodass das Laserlicht in Relation in einem Punktzustand in Relation zu dem Schirmbauteil als Abbildung ausgebildet wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betritt eine Head-Up-Display-Vorrichtung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Eine Head-Up-Display(HUD)-Vorrichtung umfasst einen Projektor, der ein Laserlicht auf ein Schirmbauteil projiziert, sodass ein Anzeigebild auf einer Projektionsoberfläche angezeigt wird.
Die JP 2010-145745 A beschreibt eine solche HUD-Vorrichtung vom Lasertyp, in der eine Linse in einem optischen Gang zwischen einem Projektor und einem Schirmbauteil angeordnet ist, sodass ein Laserlicht, das auf das Schirmbauteil abgestrahlt wird, in einem Punktzustand ein klares Bild ausbildet.
Allerdings ist es erforderlich, den optischen Gang zwischen dem Projektor und dem Schirmbauteil abzusichern, um eine Form mit geraden Linien zu erreichen, wodurch die Größe der HUD-Vorrichtung insgesamt groß wird. Es ist schwierig eine HUD-Vorrichtung mit großer Abmessung in einem begrenzten Raum einer beweglichen Einheit, wie einem Auto, anzuordnen.
KURZFASSUNG
Ein Spiegel, der Laserlicht reflektiert, ist zwischen einem Projektor und einem Schirmbauteil zusammen mit einer Linse angeordnet, sodass ein optischer Gang gebeugt wird. Der Spiegel und die Linse sind durch ein Befestigungsbauteil an einer beweglichen Einheit befestigt, sodass der Spiegel und die Linse in einer geeigneten Position und Orientierung in dem Raum zwischen dem Projektor und dem Schirmbauteil angeordnet sind.
In diesem Fall ist die Anzahl der Bauteile zum Herstellen einer Head-Up-Display-Vorrichtung erhöht und ein Zusammensetzen derselben erschwert. Da es erforderlich ist, das Befestigungsbauteil zusätzlich zu dem Spiegel und der Linse zwischen dem Projektor und dem Schirmbauteil zu befestigen, wird zudem der tatsächliche Abstand zwischen dem Projektor und dem Schirmbauteil lang. In letzterem Fall ist die Punktgröße des Laserlichts, das auf dem Schirmbauteil in einem Bild ausgebildet wird, groß, sodass der Verbesserungseffekt der Abbildungsleistung begrenzt ist.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Head-Up-Display-Vorrichtung mit kleiner Abmessung zu schaffen, die sich gut zusammensetzen lässt und eine hohe Abbildungsleistung aufweist.
Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Head-Up-Display Vorrichtung, die ein Anzeigebild auf eine Projektionsoberfläche einer beweglichen Einheit projiziert, um eine virtuelle Abbildung des Anzeigebilds anzuzeigen, die vom Innenraum der beweglichen Einheit aus ersichtlich ist, einen Projektor, ein Schirmbauteil und ein Prismabauteil. Der Projektor projiziert ein Laserlicht. Das Schirmbauteil erzeugt das Anzeigebild, das durch Abstrahlung des Laserlichts auf die Projektionsoberfläche projiziert werden soll. Das Prismabauteil ist an einem optischen Gang zwischen dem Projektor und dem Schirmbauteil angeordnet und führt das Laserlicht, das von dem Projektor zu dem Schirmbauteil projiziert wird, ein und strahlt es ab. Das Prismabauteil weist einen Brechungsindex auf, der höher als derjenige von Luft ist, und weist einteilig eine Eintrittsoberfläche auf, in die das Laserlicht von dem Projektor eintritt, eine Spiegeloberfläche, die das Laserlicht reflektiert, das von der Eintrittsoberfläche in das Innere des Prismabauteils eintritt, und eine Austrittsoberfläche, die das Laserlicht, das durch die Spiegeloberfläche reflektiert wird, zu dem Schirmbauteil außerhalb des Prismabauteils emittiert. Die Eintrittsoberfläche, die Spiegeloberfläche und die Austrittsoberfläche entsprechen einer optischen Oberfläche des optischen Gangs. Jede von der Eintrittsoberfläche und der Austrittsoberfläche bildet eine Linsenoberfläche, sodass das Laserlicht in einem Punktzustand in Relation zu dem Schirmbauteil als Abbildung ausgebildet wird.
Demzufolge weist in dem optischen Gang zwischen dem Projektor und dem Schirmbauteil das optische Bauteil, welches das Laserlicht von dem Projektor einleitet, um es zu dem Schirmbauteil anzustrahlen, die Eintrittsoberfläche und die Austrittsoberfläche, die jeweils die Linsenoberfläche bilden, zusammen mit der Spiegeloberfläche auf. Aufgrund des Prismabauteils wird daher der optische Gang durch die Reflektionswirkung der Spiegeloberfläche gebeugt, um die Größe zu verringern und die Abbildungsleistung wird durch die Eintrittsoberfläche und die Austrittsoberfläche verbessert, wobei die Anzahl der Bauteile verringert werden kann und sich besser an der beweglichen Einheit zusammensetzen lässt.
Ferner weist das Prismabauteil einen Brechungsindex auf, der höher als derjenige von Luft ist. Das Laserlicht tritt von dem Projektor in die Eintrittsoberfläche ein, wird innerhalb des Prismabauteils durch die Spiegeloberfläche reflektiert und wird von der Austrittsoberfläche zu einem außenliegenden Schirmbauteil emittiert. Daher wird im Verhältnis zu dem tatsächlichen Abstand zwischen dem Projektor und dem Schirmbauteil eine Luft-Konversions-Länge innerhalb des Prismabauteils durch die hohe Brechungscharakteristik des Prismabauteils relativ verkürzt. Somit kann die numerische Apertur zwischen dem Projektor und dem Schirmbauteil soweit wie möglich erhöht werden. Die Erhöhung der numerischen Apertur kann die Punkgröße des Laserlichts, die in ein Bild auf dem Schirmbauteil ausgebildet wird, herabsetzen, und so wird es ebenfalls möglich, die Abbildungsleistung in einem Bereich übereinstimmend mit dem tatsächlichen Abstand, der zwischen dem Projektor und dem Schirmbauteil definiert ist, zu verbessern.
Ferner ist ein Verhältnis von NA = φ/{2D – 2t·(1 – 1/n)} erfüllt, wenn die numerische Apertur zwischen dem Projektor und dem Schirmbauteil als NA definiert ist, wenn ein Projektionsdurchmesser des Laserlichts, das durch den Projektor projiziert wird, als φ definiert ist, wenn ein tatsächlicher Abstand zwischen dem Projektor und dem Schirmbauteil als D definiert ist, wenn ein tatsächlicher Abstand zwischen der Eintrittsoberfläche und der Austrittsoberfläche über der Spiegeloberfläche innerhalb des Prismabauteils als t definiert ist, und wenn ein Brechungsindex des Prismabauteils als n definiert ist.
Daher kann eine Luft-Konversion-Länge innerhalb des Prismabauteils zwischen dem Projektor und dem Schirmbauteil durch den tatsächlichen Abstand t zwischen der Eintrittsoberfläche und der Austrittsoberfläche über die Spiegeloberfläche innerhalb des Prismabauteils, das den Brechungsindex n aufweist, verkürzt werden. Demzufolge kann die numerische Apertur NA, die durch das obengenannte Verhältnis unter Verwendung des Projektionsdurchmessers φ des Laserlichts ausgedrückt wird, in dem Bereich übereinstimmend mit dem tatsächlichen Abstand D zwischen dem Projektor und dem Schirmbauteil erhöht werden, sodass es möglich wird, die Abbildungsleistung sicher zu verbessern.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Das oben genannte sowie weitere Aufgaben, Markmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden durch die nachfolgende Beschreibung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen besser verständlich. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Ansicht, die eine Head-Up-Display-Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt;
2 eine schematische Ansicht, die durch die Head-Up-Display-Vorrichtung angezeigt wird;
3 ein Diagramm, das die Head-Up-Display-Vorrichtung darstellt;
4 eine Seitenansicht, die ein Prismabauteil der Head-Up-Display-Vorrichtung darstellt;
5 eine teilweise perspektivische Ansicht, die ein Schirmbauteil der Head-Up-Display-Vorrichtung darstellt;
6 eine perspektivische Ansicht, die das Prismabauteil darstellt;
7 eine erklärende Ansicht, um eine numerische Apertur der Head-Up-Display-Vorrichtung zu erklären;
8 eine erklärende Ansicht, um eine numerische Apertur eines Vergleichsbeispiels zu erklären;
9 eine Seitenansicht, die ein Prismabauteil der Head-Up-Display-Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt; und
10 eine Seitenansicht, die ein Prismabauteil einer Head-Up-Display-Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf Zeichnungen beschrieben. In den Ausführungsformen kann ein Teil, das der Sache entspricht, die in einer vorhergehenden Ausführungsform beschrieben wurde, mit denselben Bezugszeichen versehen sein und redundante Erklärungen zu diesem Teil können ausgelassen werden. Wenn lediglich ein Teil einer Ausgestaltung in einer Ausführungsform beschrieben wird, kann eine vorhergehende Ausführungsform auf andere Teile der Ausgestaltung angewendet werden. Die Teile können kombiniert werden, selbst wenn nicht ausführlich beschrieben wird, dass diese Teile kombiniert werden können. Die Ausführungsformen können teilweise kombiniert werden, selbst wenn nicht ausführlich beschrieben wird, dass die Ausführungsformen kombiniert werden können, insofern die Kombination der Sache nicht abträglich ist.
(Erste Ausführungsform) Wie in 1 gezeigt ist, ist eine Head-Up-Display-(HUD)-Vorrichtung 100 gemäß einer ersten Ausführungsform in einem Fahrzeug 1 angebracht, das einer beweglichen Einheit entspricht, und sie ist in einer Instrumententafel 80 untergebracht. Die HUD-Vorrichtung 100 projiziert ein Anzeigebild 71 durch ein Laserlicht auf eine Windschutzscheibe 90, die ein Anzeigebauteil des Fahrzeugs 1 ist. In dem Fahrzeug 1 entspricht die innenseitige Oberfläche der Windschutzscheibe 90 einer Projektionsoberfläche 91, auf die das Anzeigebild 71 oberhalb der Instrumententafel 80 projiziert wird (siehe 2). In dem Fahrzeug 1 kann der Neigungswinkel zwischen der innenseitigen Oberfläche und der außenseitigen Oberfläche der Windschutzscheibe 90 unterschiedlich sein, sodass eine Differenz eines optischen Gangs begrenzt wird. Anderenfalls kann eine aufgedampfte Membran oder ein Film auf der innenseitigen Oberfläche angeordnet sein, sodass die Differenz eines optischen Gangs begrenzt wird.
Wenn das Anzeigebild 71 in einem Fahrgastraum des Fahrzeugs 1 auf die Projektionsoberfläche 91 projiziert wird, erreicht ein Lichtstrom, der durch die Projektionsoberfläche 91 reflektiert wird, einen Augenpunkt 74 eines Nutzers, d. h. eines Fahrers. Wenn der Lichtstrom, der den Augenpunkt 74, erreicht, durch den Nutzer wahrgenommen wird, kann im Verhältnis zu einer virtuellen Abbildung 70 des Anzeigebilds 71, das als eine Abbildung vor der Windschutzscheibe 90 ausgebildet wird, eine visuelle Bestätigung durchgeführt werden.
Wie in 2 gezeigt ist, zeigt die HUD-Vorrichtung 100 die virtuelle Abbildung 70 des Anzeigebilds 71 durch Projizieren des Anzeigebildes 71 auf der Projektionsoberfläche 91 an, sodass diese in dem Fahrgastraum des Fahrzeugs 1 wahrgenommen wird. Die virtuelle Abbildung 70 umfasst beispielsweise eine Anweisungsanzeige 70a der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 1, eine Anweisungsanzeige 70b der Fahrtrichtung des Fahrzeugs 1 durch ein Navigationssystem und eine Warnanzeige 70c von dem Fahrzeug 1.
Die HUD-Vorrichtung 100, welche die virtuelle Abbildung 70 anzeigt, wird nachstehend ausführlich beschrieben. Wie in 1 gezeigt ist, ist die HUD-Vorrichtung 100 mit einem Projektor 10, einem Prismabauteil 30, einem Schirmbauteil 40 und einem optischen System 50 ausgestattet, die in einem Gehäuse 60 aufgenommen sind.
Wie in 3 gezeigt ist, weist der Projektor 10 ein Lichtquellenteil 12 und ein Lichtquellenteil 20 auf. Das Lichtquellenteil 12 umfasst drei Laseremissionsteile, d. h. erstes Laseremissionsteil 14, zweites Laseremissionsteil 15 und drittes Laseremissionsteil 16. Die Jeweiligen Laseremissionsteile 14, 15, 16 emittieren Laserlicht von einfacher Wellenlänge, deren Farbtöne sich voneinander unterscheiden, übereinstimmen mit einem Steuersignal, das von einer Steuerung 28 ausgegeben wird.
Insbesondere emittiert das erste Laseremissionsteil 14 ein rotes Laserlicht mit einer Spitzen-Wellenlänge von beispielsweise 640 nm oder in einem Bereich von 600 bis 650 nm abgekürzt nm. Das zweite Laseremissionsteil 15 emittiert ein grünes Laserlicht mit einer Spitzen-Wellenlänge von beispielsweise 515 nm oder in einem Bereich von 490 bis 530 nm. Das dritte Laseremissionsteil 16 emittiert ein blaues Laserlicht mit einer Spitzenwellenlänge von beispielsweise 450 nm oder in einem Bereich von 430 bis 470 nm. Eine Vielzahl von Farben kann durch Mischen des Laserlichts mit den drei Farben erzeugt werden, die von den Laseremissionsteilen 14, 15 und 16 projiziert werden.
Das lichteinleitende Teil 20 weist drei Kollimatorlinsen 21, dichroitische Filter 22, 23, 24, einen Laserspiegel 25, eine Lichtsammellinse 26 und einen Scanning-Spiegel 27 auf. Jede der Kollimatorlinsen 21 kollimiert das Laserlicht, das von dem entsprechenden Laseremissionsteil 14, 15, 16 ausgegeben wird, um es durch Brechungswirkung parallel auszurichten. Jeder der dichroitischen Filter 22, 23, 24 reflektiert das Laserlicht, das eine bestimmte Wellenlänge aufweist, aus dem Laserlichter, das die entsprechenden Kollimatorlinsen 21 durchläuft, und die anderen Laserlichter, welche die andere Wellenlänge aufweisen, durchlaufen die dichroitschen Filter 22, 23 24. Insbesondere reflektiert der dichrotische Filter 22, der benachbart zu der Projektionsseite des Laseremissionsteils 14 angeordnet ist, ein rotes Laserlicht, und das andere Farblaserlicht durchläuft den dichroitischen Filter 22. Der dichroitische Filter 23, der benachbart zu der Projektionsseite des Laseremissionsteils 15 angeordnet ist, reflektiert ein grünes Laserlicht, und das andere Farblaserlicht durchläuft den dichroitischen Filter 23. Der dichroitische Filter 24, der benachbart zu der Projektionsseite des Laseremissionsteils 16 angeordnet ist, reflektiert ein blaues Laserlicht, und das andere Farblaserlicht durchläuft den dichroitischen Filter 24.
Wie oben erwähnt ist, tritt bei dieser Ausführungsform das rote Laserlicht, das durch den dichroitischen Filter 22 reflektiert wird und den dichroitischen Filter 24 durchläuft, das grüne Laserlicht, das durch den dichroitischen Filter 23 reflektiert wird und den dichroitischen Filter 24 durchlauft, und das blaue Laserlicht, das durch den dichroitischen Filter 24 reflektiert wird, in den Laserspiegel 25 ein.
Der Laserspiegel 25 reflektiert das Laserlicht, das die jeweilige Farbe aufweist, zu der Lichtsammellinse 26. Die Lichtsammellinse 26 mischt die Laserlichter in dem fokussierten und konzentrierten Zustand, nachdem es durch den Laserspiegel 25 reflektiert wird. Das farblich gemischte Laserlicht tritt von der Lichtsammellinse 26 in den Scanning-Spiegel 27 ein, und der Scanning-Spiegel 27 projiziert das farblich gemischte Laserlicht als Lichtstrom, um das Anzeigbild 71 darzustellen. Der Scanning-Spiegel 27 weist zwei Rotationsachsen auf, d. h. ein erste Rotationsachse 27 und eine zweite Rotationsachse 27, und er ist zu jeder von der ersten Rotationsachse 27a und der zweiten Rotationsachse 27b drehbar. Ein Stellglied (nicht dargestellt) des Scanning-Spiegels 27 dreht den Scanning-Spiegel 27 an den zwei Achsen übereinstimmend mit einem Ansteuersignal, das von der Steuerung 28 ausgegeben wird, sodass die Projektionsrichtung des Laserlichts geändert wird.
Die Steuerung 28 weist eine elektronische Schaltung, wie beispielsweise einen Mikrocomputer auf. Die Steuerung 28 gibt ein Steuersignal an jedes der Laseremissionsteile 14, 15, 16 aus, um dadurch eine Pulsprojektion des Laserlichts intermittierend durchzuführen. Die Steuerung 28 steuert die Projektionsrichtung des Laserlichts durch Ausgeben eines Ansteuersignals an das Stellglied des Scanning-Spiegels 27.
Das Prismabauteil 30 leitet das Laserlicht, das von dem Projektor 10 projiziert wird, ein, und strahlt das Laserlicht zu dem Schirmbauteil 40 ab. Zu dieser Zeit reflektiert das Prismabauteil 30 das Laserlicht in sich und dient als Linse, sodass mit dem Laserlicht eine Abbildungsbildung zu dem Schirmbauteil 40 in dem Punktzustand erfolgt.
Wie in 4 gezeigt ist, weist das Laserlicht, welches das Prismabauteil 30 durchläuft, einen optischen Gang L zwischen dem Projektor 10 und dem Schirmbauteil 40 auf. Der optische Gang L wird durch Zwei-Achsenrotationen des Scanning-Spiegels 27 geändert, allerdings werden alle optischen Gänge in dem Abweichungsbereich als der optische Gang L zwischen dem Projektor 10 und dem Schirmbauteil 40 oder einfach als optischer Gang L bezeichnet.
Wie in 1 gezeigt ist, weist das Schirmbauteil 40 eine abbildungsbildende Oberfläche 40a auf. Das Laserlicht, das von dem Prismabauteil 30 abgestrahlt wird, bildet eine Abbildung auf der abbildungsbildenden Oberfläche 40a. Das Schirmbauteil 40 zerstreut das Laserlicht durch die Reflektionswirkung auf der abbildungsbildenden Oberfläche 40a.
Wie in 5 gezeigt ist, weist das Schirmbauteil 40 eine Mehrzahl von optischen Elementen 42 auf der abbildungsbildenden Oberfläche 40a auf, wie einen Mikrospiegel, der in der Matrixform in der zweidimensionalen Richtung angeordnet ist. Auf der abbildungsbildenden Oberfläche 40a, auf die das Laserlicht in dem Punktzustand abgestrahlt wird, ist wenigstens eines der optischen Elemente 42 in einem Abstrahlungsbereich 40b angesiedelt, der eine vorbestimmte Punktgröße aufweist, und der Abstrahlungsbereich 40b wird gemäß der Zwei-Achsendrehung des Scanning-Spiegels 27 in der zweidimensionalen Richtung gescannt. Durch einen solchen Scanning-Vorgang wird das Anzeigebild 71 auf der abbildungsbildenden Oberfläche 40a gebildet.
Wie in 1 gezeigt ist, weist das optische System 50 einen konkaven Spiegel 52 auf. Der konkave Spiegel 52 reflektiert den Lichtstrom des Anzeigebilds 71, das durch das Schirmbauteil 40 zu der Projektionsoberfläche 91 zerstreut wird. Der konkave Spiegel 52 kann um eine Schwenkachse 52a schwenken. Ein Stellglied (nicht dargestellt) des konkaven Spiegels 52 bewirkt, dass der konkave Spiegel 52 übereinstimmend mit einem Ansteuersignal, das von der Steuerung 28 ausgegeben wird, um die Schwenkachse 52a schwenkt, sodass die bildfokussierte Funktion des virtuellen Bildes 70 nach oben und unten verändert wird.
Einzelheiten des Prismabauteils 30 werden nachstehend mit Bezug auf 4 und 6 beschrieben. Das Prismabauteil 30 weist eine Blockform mit einer annähernden Polyederform auf und ist aus einem transluzenten Material hergestellt, das einen Brechungsindex aufweist, der höher als derjenige von Luft ist, wie beispielsweise ein transparentes Harz oder ein transluszentes Glas. Das Prismabauteil 30 entspricht einer optischen Oberfläche, die an dem optischen Gang L zwischen dem Projektor 10 und dem Schirmbauteil 40 vorliegt, und ist ein einziges einteiliges Bauteil mit der Eintrittsoberfläche 31, der Austrittsoberfläche 32 und der Spiegeloberfläche 33.
Wie in 4 gezeigt ist, weist die Eintrittsoberfläche 31 eine ebene Form auf, die dem Projektor 10 auf dem optischen Gang L gegenüberliegt. Dadurch tritt das Laserlicht, das von dem Projektor 10 ausgegeben wird, in die Eintrittsoberfläche 31 ein und das eingetretene Licht wird in das Innere des Prismabauteils 30 geführt. Die Austrittsoberfläche 32 weist eine konkave Form auf, die dem Schirmbauteil 40 auf dem optischen Gang L gegenüberliegt, und ist von dem Schirmbauteil 40 hinweg vertieft. Dadurch emittiert die Austrittsoberfläche 32, die zusammen mit der Eintrittsoberfläche 31 eine Linsenoberfläche ausbildet, ein Laserlicht, und das emittierte Laserlicht bildet auf dem Schirmbauteil 40 in dem Punktzustand eine Abbildung. Die Linsenoberfläche bildet eine optische Oberfläche, an der Licht durch Brechungswirkung zerstreut oder fokussiert werden kann und sie kann der Eintrittsoberfläche 31 und der Austrittsoberfläche 32 entsprechen.
Die Spiegeloberfläche 33 weist eine ebene Form auf, die der Eintrittsoberfläche 31 und der Austrittsoberfläche 32 auf dem optischen Gang L schräg (nicht parallel) gegenüberliegt. Ein reflektierender Film, wie beispielsweise ein aufgedampfter Aluminiumfilm ist auf die Außenseite der Spiegeloberfläche 33 laminiert. Das Laserlicht, das an der Eintrittsoberfläche 31 eintritt, wird innerhalb des Schirmbauteils 40 zu der Austrittsoberfläche 32 innerhalb des Schirmbauteils 40 reflektiert und der optische Gang L wird von der Seite der Eintrittsoberfläche 31 zu der Seite der Austrittsoberfläche 32 gebeugt.
Wie in 6 gezeigt ist, weist das Prismabauteil 30 eine erste Seitenoberfläche 34 und eine zweite Seitenoberfläche 35 auf, die nicht die optischen Oberflächen 31, 32, 33 sind, und auf jeder von der ersten Seitenoberfläche 34 und der zweiten Seitenoberfläche 35 ist ein Befestigungsteil 36 ausgebildet. Das Befestigungsteil 36 weist eine ebene Form auf, die sich außerhalb von jeder der ersten Seitenoberfläche 34 und der zweiten Seitenoberfläche 35 und annähernd senkrecht zu der Eintrittsoberfläche 31 erstreckt. Das Befestigungsteil 36 ist durch ein Anbindungselement, wie eine Schraube an einem Rahmen der Instrumententafel 80 befestigt (siehe 1 und 2).
Eine numerische Apertur zwischen dem Projektor 10 und dem Schirmbauteil 40 wird mit Bezug auf die 7 und 8 erklärt. 7 stellt einen Fall der ersten Ausführungsform dar, in dem das Prismabauteil 30 bereitgestellt ist, und 8 stellt einen Fall eines vergleichbaren Beispiels dar, in dem das Prismabauteil 30 nicht bereitgestellt ist. In den 7 und 8 wird die Abbildungsbildung auf dem Schirmbauteil 40 durch die drei optischen Gänge L, die übereinstimmend mit der Zwei-Achsendrehung des Scanning-Spiegels 27 geändert werden, in typischer Weise dargestellt. In 7 wird eine Darstellung der Reflektion durch die Spiegeloberfläche 33 ausgelassen.
In dem Vergleichsbeispiel aus 8 wird eine numerische Apertur NA durch die folgende Formel 1 ausgedrückt, wobei ein tatsächlicher Abstand zwischen dem Projektor 10 und dem Schirmbauteil 40 als D definiert ist, und wobei ein Projektionsdurchmesser des Laserlichts, das von einer tatsächlichen Projektionsposition Pr des Projektors 10 projiziert wird, als 4 definiert ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform entspricht der Projektionsdurchmesser Φ einem Strahldurchmesser des Laserlichts an dem Reflektionspunkt durch den Scanning-Spiegel 27 in 3. NA = Φ/2D Formel 1
Bei der ersten Ausführungsform mit Bezug auf 7 wird eine numerische Apertur NA durch die folgende Formel 2 ausgedrückt, wobei eine Luftkonversionsmenge, welche das innere des Prismabauteils 30 umfasst, als D' definiert ist, und wobei ein Projektionsdurchmesser des Laserlichts, das von einer tatsächlichen Projektionsposition Pr des Projektors 10 projiziert wird, als 4 definiert ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform entspricht die Luftkonversionslänge D' einem Abstand zwischen dem Schirmbauteil 40 und einer virtuellen (erscheinenden) Projektionsposition Pi. Die Luftkonversionslänge D' wird durch die folgende Formel 3 ausgedrückt, wobei ein tatsächlicher Abstand zwischen der Eintrittsoberfläche 31 und der Austrittsoberfläche 32 durch die Spiegeloberfläche 33 als t definiert ist, wobei der tatsächliche Abstand zwischen dem Projektor 10 und dem Schirmbauteil 40 als D definiert ist, und wobei ein Brechungsindex des Prismabauteils 30 als n definiert ist. Daher wird die numerische Apertur NA bei der ersten Ausführungsform basierend auf der Formel 2 und der Formel 3 durch die folgende Formel 4 ausgedrückt. NA = Φ/2D' Formel 2 D' = D – t·(1 – 1/n) Formel 3 NA = Φ/{2D – 2t·(1 – 1/n)} Formel 4
Nachfolgend werden Vorteile der ersten Ausführungsform beschrieben.
Auf dem optischen Gang L zwischen dem Projektor 10 und dem Schirmbauteil 40 weist das Prismabauteil 30, welches das Laserlicht vom Projektor 10 einleitet und das Laserlicht zu dem Schirmbauteil 40 abstrahlt, die Eintrittsoberfläche 31 und die Austrittsoberfläche 32, von denen jede eine Linsenoberfläche ausbildet, sowie die Spiegeloberfläche 33 einteilig auf. Demzufolge wird der optische Gang L durch die Reflektionswirkung von der Spiegeloberfläche 33 gebeugt, sodass die Abmessung verkleinert werden kann. Ferner kann die Abbildungsleistung durch die Abbildung in dem Punktzustand, der durch die Eintrittsoberfläche 31 und die Austrittsoberfläche 32 hergestellt wird, gesteigert werden. Die oben genannten Vorteile können durch das Prismabauteil 30 erlangt werden, das die Spiegeloberfläche 33, die Eintrittsoberfläche 31 und die Austrittsoberfläche 32 umfasst. Die Anzahl der Bauteile zur Herstellung der Head-Up-Display-Vorrichtung kann verringert werden und die Head-Up-Display-Vorrichtung kann einfach und genau in dem Fahrzeug 1 angebracht werden.
Ferner wird aufgrund des Prismabauteils 30, das den Brechungsindex n aufweist, der höher als derjenige von Luft ist, das Laserlicht, das von dem Projektor 10 in die Eintrittsoberfläche 31 eintritt, durch die Spiegeloberfläche 33 in dem Prismabauteil 33 reflektiert und von der Austrittsoberfläche 32 zu dem Schirmbauteil 40 emittiert. Demzufolge wird die Luftkonversionslänge D' durch das Prismabauteil 30 mittels der hohen Rechnungscharakteristik des Prismabauteils 30 in Relation zu dem tatsächlichen Abstand D zwischen dem Projektor 10 und der Schirmkomponente 40 relativ verkürzt. Somit kann die numerische Apertur NA zwischen dem Projektor 10 und dem Schirmbauteil 40 soweit wie möglich erhöht werden. Die Zunahme der numerischen Apertur NA kann die Punktgröße des Laserlichts herabsetzen, das auf dem Schirmbauteil 40 als Abbildung ausgebildet wird, sodass die Auflösung des Anzeigebildes 71 im Bereich übereinstimmend mit dem tatsächlichen Abstand D zwischen dem Projektor 10 und dem Schirmbauteil 40 verbessert werden kann.
Bei der ersten Ausführungsform kann die Luftkonversionslänge D' innerhalb des Prismabauteils 30 mit dem hohen Rechnungsindex n beim Durchlaufen innerhalb des Prismabauteils 30 zwischen dem Projektor 10 und dem Schirmbauteil 40 durch den tatsächlichen Abstand T zwischen der Eintrittsoberfläche 31 über die Spiegeloberfläche 33 und die Austrittsoberfläche 32 verkürzt werden. Daher wird die numerische Apertur NA, die durch die Formel 4 ausgedrückt wird, unter Verwendung des Projektionsdurchmessers 4 des Laserlichts innerhalb des Bereichs, der dem tatsächlichen Abstand T zwischen dem Projektor 10 und dem Schirmbauteil 40 entspricht, erhöht. Es wird möglicht, die Abbildungsleistung sicher zu verbessern.
Bei der ersten Ausführungsform ist der Abschnitt des Prismabauteils 30, der sich von der Eintrittsoberfläche 31, der Austrittsoberfläche 32 und der Spiegeloberfläche 33 unterscheidet, die als optische Oberflächen ausgebildet sind, an dem Fahrzeug 1 als Befestigungsteil 36 befestigt. Demzufolge kann ein gutes Zusammensetzen erreicht werden, ohne die Beugung des optischen Gangs L durch die Spiegeloberfläche 33 und den Punktzustand der Abbildungsbildung durch eine von der Eintrittsoberfläche 31 und der Austrittsoberfläche 32 zu beeinträchtigen.
(Zweite Ausführungsform)
Wie in 9 gezeigt ist, wird eine zweite Ausführungsform der ersten Ausführungsform modifiziert. Ein Prismabauteil 230 der zweiten Ausführungsform weist eine Austrittsoberfläche 232 mit einer ebenen Form und eine Eintrittsoberfläche 231 mit einer konvexen Form auf, die zu dem Projektor 10 hervorsteht. Die Linsenoberfläche wird durch die Eintrittsoberfläche 231 und die Austrittsoberfläche 232 gebildet. Gemäß der zweiten Ausführungsform steigert die Abbildungsbildung in dem Punktzustand durch die Eintrittsoberfläche 231 die Abbildungsleistung in ähnlicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform.
(Dritte Ausführungsform)
Wie in 10 gezeigt ist, ist eine dritte Ausführungsform eine Modifizierung der ersten Ausführungsform. Ein Prismabauteil 330 der dritten Ausführungsform weist eine Eintrittsoberfläche 331 mit einer konvexen Form auf, die zu dem Projektor 10 hervorsteht. Die Linsenoberfläche wird durch die Eintrittsoberfläche 331 zusammen mit der konkav geformten Austrittsoberfläche 32 ausgebildet. Gemäß der dritten Ausführungsform steigert die Abbildungsbildung in dem Punktzustand durch die Eintrittsoberfläche 331 und die Austrittsoberfläche 32 die Abbildungsleistung in ähnlicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform.
(Andere Ausführungsformen)
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt.
In einer ersten Modifikation von der ersten und dritten Ausführungsform kann die Linsenoberfläche durch die Austrittsoberfläche 32 mit der konvexen Form ausgebildet sein, die zu dem Schirmbauteil 40 hervorsteht.
In einer zweiten Modifikation der zweiten und dritten Ausführungsform kann die Linsenoberfläche durch die Eintrittsoberfläche 231, die von dem Projektor 10 hinweg vertieft ist, oder der Eintrittsoberfläche 331, die von dem Projektor 10 hinweg vertieft ist, ausgebildet werden.
In einer dritten Modifikation von der ersten bis dritten Ausführungsform kann die Spiegeloberfläche 33 eine konkave Form aufweisen, die zu der Eintrittsoberfläche 31, 231, 331 oder zu der Austrittsoberfläche 32, 232 vertieft ist, oder eine konvexe Form, die hinweg von der Eintrittsoberfläche 31, 231, 331 oder der Austrittsoberfläche 32, 232 hervorsteht.
In einer vierten Modifikation der ersten bis dritten Ausführungsform kann die Spiegeloberfläche 32 eine vollständig reflektierende Oberfläche sein, die keinen reflektierenden Film aufweist.
In einer fünften Modifikation der ersten bis dritten Ausführungsform kann das Prismabauteil 30, 230, 330 eine Mehrzahl von Spiegeloberflächen 33 auf dem optischen Gang L zwischen der Eintrittsoberfläche 31, 231, 331 und der Austrittsoberfläche 32, 232 aufweisen.
Bei einer sechsten Modifikation der ersten bis dritten Ausführungsform kann das Befestigungsteil 36 an einer Position ausgebildet sein, die sich von dem optischen Gang L in eine der Oberflächen 31, 231, 331, 32, 232, 33, die in der optischen Oberfläche entsprechen, unterscheidet.
Bei einer siebten Modifikation der ersten bis dritten Ausführungsform kann das Schirmbauteil 40 in einer Weise ausgebildet sein, dass das Laserlicht übereinstimmend mit den Mikrolinsen durch jedes der optischen Elemente 42 laufen kann. Anderenfalls kann das Schirmbauteil 40 keine optischen Elemente 42 aufweisen.
Bei einer achten Modifikation der ersten bis dritten Ausführungsform kann das Anzeigebauteil mit der Projektionsoberfläche 91 ein Element sein, das sich von der Windschutzscheibe 90 unterscheidet. Beispielsweise kann ein Kombinierer angepasst werden, der an der inneren Oberfläche der Windschutzscheibe 90 fixiert wird oder getrennt von der Windschutzscheibe 90 hergestellt wird.
Bei einer neunten Modifikation der ersten bis dritten Ausführungsform kann der Projektor 10 getrennt einen ersten Scanning-Spiegel aufweisen, der um eine erste Drehachse 27a gedreht wird, und einen zweiten Scanning-Spiegel, der um die zweite Drehachse 27b gedreht wird.
Bei einer zehnten Modifikation der ersten bis dritten Ausführungsform kann ein anderes optisches Element den konkaven Spiegel 52 ersetzen, oder der konkave Spiegel 52 kann entfernt werden.
Bei einer elften Modifikation der ersten bis dritten Ausführungsform kann die vorliegende Offenbarung auf verschiedene bewegliche Einheiten (Transportmaschine) wie einem Schiff, einem Flugzeug, oder etwas anderem als dem Fahrzeug 1 angewendet werden.
Solche Änderungen und Modifikationen sind verständlicherweise im Umfang der vorliegenden Offenbarung enthalten, der durch die angehängten Ansprüche definiert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2010-145745 A [0003]

Claims

Head-Up-Display-Vorrichtung, die ein Anzeigebild auf eine Projektionsoberfläche (91) einer beweglichen Einheit projiziert, um eine virtuelle Abbildung des Anzeigebildes anzuzeigen, das vom Innenraum der beweglichen Einheit aus ersichtlich ist, wobei die Head-Up-Display-Vorrichtung aufweist: einen Projektor (10), der Laserlicht projiziert; ein Schirmbauteil (40), welches das Anzeigebild erzeugt, das durch Abstrahlung des Laserlichts auf die Projektionsoberfläche projiziert werden soll; und ein Prismabauteil (30), das auf einem optischen Gang zwischen dem Projektor und dem Schirmbauteil angeordnet ist, wobei das Prismabauteil das Laserlicht, das von dem Projektor zu dem Schirmbauteil projiziert wird, einleitet und abstrahlt, wobei das Prismabauteil einen Brechungsindex aufweist, der höher als derjenige von Luft ist, und als optische Oberfläche auf dem optischen Gang einteilig aufweist: eine Eintrittsoberfläche (31), in die das Laserlicht von dem Projektor eintritt, eine Spiegeloberfläche (33), die das Laserlicht reflektiert, das von der Eintrittsfläche in das Innere des Prismabauteils eintritt, und eine Austrittsoberfläche (32), die das Laserlicht, das durch die Spiegeloberfläche reflektiert wird, zu dem Schirmbauteil außerhalb von dem Prismabauteil emittiert, und wobei jede von der Eintrittsoberfläche und der Austrittsoberfläche eine Linsenoberfläche ausbildet, sodass das Laserlicht in einem Punktzustand in Relation zu dem Schirmbauteil als Abbildung ausgebildet wird.
Head-Up-Display-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine numerische Apertur zwischen dem Projektor und dem Schirmbauteil als NA definiert ist, ein Projektionsdurchmesser des Laserlichts, das von dem Projektor projiziert wird, als 4 definiert ist, ein tatsächlicher Abstand zwischen dem Projektor und dem Schirmbauteil als D definiert ist, ein tatsachlicher Abstand zwischen der Eintrittsfläche und der Austrittsoberfläche über die Spiegeloberfläche innerhalb des Prismabauteils als t definiert ist, ein Brechungsindex des Prismabauteils als n definiert ist, und ein Verhältnis von NA = Φ/{2D – 2t·(1 – 1/n)} erfüllt ist.
Head-Up-Display-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Prismabauteil ein Befestigungsteil (36) aufweist, das an der beweglichen Einheit befestigt werden soll, und das Befestigungsteil an einem anderen Abschnitt des Prismabauteils als der optischen Oberfläche ausgebildet ist.