DE112018004945T5

DE112018004945T5 - Head-up-display-vorrichtung und bildprojektionseinheit

Info

Publication number: DE112018004945T5
Application number: DE112018004945.0T
Authority: DE
Inventors: Takahiro Nambara
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Tsujiden Co Ltd Jp; Denso Corp
Priority date: 2017-09-07
Filing date: 2018-07-12
Publication date: 2020-07-09
Anticipated expiration: 2038-07-13
Also published as: WO2019049509A1; JP6711337B2; US20200174253A1; CN111051960A; US11385462B2; JP2019049581A; DE112018004945B4

Abstract

Eine Head-up-Display-Vorrichtung, die ein virtuelles Bild (VTI) anzeigt, indem sie Anzeigelicht eines Bildes auf ein Projektionselement (3) projiziert, um es zu reflektieren, weist auf: eine Beleuchtungslichtquelleneinheit (10), die konfiguriert ist, um Beleuchtungslicht zu emittieren; eine Bilderzeugungseinheit (50), die konfiguriert ist, um das Bild durch partielle Übertragung des Beleuchtungslichts zu erzeugen und das Bild als das Anzeigelicht zu emittieren; und eine anisotrope Diffusionseinheit (20, 220), die auf einem Strahlengang zwischen der Beleuchtungslichtquelleneinheit und der Bilderzeugungseinheit angeordnet ist, um das Beleuchtungslicht in einem anisotropen Streuwinkel zu streuen. Wenn das Bild als ein virtuelles Bild angezeigt wird, ist das Bild so definiert, dass es eine Aufwärts/Abwärts-Bildachse (Ay) in einer Richtung entlang einer Aufwärts/Abwärts-Richtung des Fahrzeugs und eine Links/Rechts-Bildachse (Ax) senkrecht zur Aufwärts/Abwärts-Bildachse aufweist. Der Streuwinkel in der anisotropen Diffusionseinheit ist in einer Richtung (Ldd) entsprechend der Links/Rechts-Bildachse größer als in einer Richtung (Sdd) entsprechend der Aufwärts/Abwärts-Bildachse.

Description

QUERVERWEIS AUF IN BEZIEHUNG STEHENDE ANMELDUNG
Diese Anmeldung basiert auf der am 7. September 2017 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-172396, auf deren Offenbarung hiermit vollinhaltlich Bezug genommen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Head-up-Display-Vorrichtung (im Folgenden als HUD-Vorrichtung bezeichnet) und eine Bildprojektionseinheit.
HINTERGRUND
Bekannt sind eine HUD-Vorrichtung und eine für die HUD-Vorrichtung verwendete Bildprojektionseinheit. Die HUD-Vorrichtung ist an einem Fahrzeug montiert und projiziert und reflektiert das Anzeigelicht eines Bildes auf ein bzw. an einem Projektionselement, um ein Bild als ein virtuelles Bild anzuzeigen, das von einem Insassen betrachtet werden kann. Die in Patentdokument 1 offenbarte Bildprojektionseinheit beinhaltet eine Beleuchtungslichtquelleneinheit, eine Bilderzeugungseinheit und eine Diffusionseinheit. Die Beleuchtungslichtquelleneinheit emittiert Beleuchtungslicht. Die Bilderzeugungseinheit erzeugt ein Bild durch partielle Übertragung von Beleuchtungslicht und emittiert das Bild als Anzeigelicht.
Die Diffusionseinheit ist auf dem Strahlengang zwischen der Lichtquelleneinheit und der Bilderzeugungseinheit angeordnet. Genauer gesagt, besteht die Diffusionseinheit aus einem Fresnellinsen-Array, in dem Fresnellinsenzellen als eine Sammlung von refraktiven Oberflächen einzelner Prismen, die konzentrisch angeordnet sind, gebildet sind.
STAND-DER-TECHNIK-DOKUMENTE
PATENTLITERATUR
Patentdokument 1: JP 4 671 117 B2
KURZDARSTELLUNG
Die Diffusionseinheit in Patentdokument 1 weist eine Diffusionsfunktion durch eine Reihe von konzentrisch angeordneten refraktiven Oberflächen einzelner Prismen auf und weist eine Eigenschaft der Diffusion von Beleuchtungslicht in einem isotropen Streuwinkel auf, eine so genannte isotrope Eigenschaft.
Eine solche Diffusionseinheit ist beispielsweise vorgesehen, um einen Bereich zu erweitern, in dem der Insasse ein virtuelles Bild visuell erkennen kann (im Folgenden visueller Erkennungsbereich). Vorzugsweise wird der visuelle Erkennungsbereich in einer Richtung senkrecht zur Aufwärts/Abwärts-Richtung des Fahrzeugs groß eingestellt, da die Augen des Insassen in der Richtung ausgerichtet sind (z.B. die Querrichtung des Fahrzeugs).
Da die Diffusionseinheit in Patentdokument 1 jedoch Isotropie aufweist, wird das Beleuchtungslicht unter dem gleichen Streuwinkel sowohl in eine Richtung entsprechend der Aufwärts/Abwärts-Richtung des Bildes als auch in eine Richtung entsprechend der Links/Rechts-Richtung des Bildes gestreut. Infolgedessen kann die Größe des visuellen Erkennungsbereichs nicht ausreichend in der Richtung entsprechend der Links-Rechts-Richtung des Bildes gesichert werden, oder umgekehrt wird das Beleuchtungslicht mehr als notwendig in der Richtung entsprechend der Aufwärts/AbwärtsRichtung des Bildes gestreut. In diesem Fall besteht die Befürchtung, dass die Leuchtdichte unnötig reduziert wird, und gibt es Raum für eine Verbesserung der Sichtbarkeit des virtuellen Bildes.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine HUD-Vorrichtung und eine Bildprojektionseinheit mit hoher Sichtbarkeit eines virtuellen Bildes bereitzustellen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist eine Head-up-Display-Vorrichtung, die an einem Fahrzeug zu montieren ist, um ein virtuelles Bild für einen Insassen anzuzeigen, indem sie ein Anzeigelicht eines Bildes auf ein Projektionselement projiziert, um es zu reflektieren, auf:

eine Beleuchtungslichtquelleneinheit, die Beleuchtungslicht emittiert;
eine Bilderzeugungseinheit, die das Bild durch partielle Übertragung des Beleuchtungslichts erzeugt und das Bild als das Anzeigelicht emittiert; und
eine anisotrope Diffusionseinheit, die auf einem Strahlengang zwischen der Beleuchtungslichtquelleneinheit und der Bilderzeugungseinheit angeordnet ist, um das Beleuchtungslicht in einem anisotropen Streuwinkel zu streuen.

Wenn das Bild als ein virtuelles Bild angezeigt wird, ist das Bild so definiert, dass es eine Aufwärts/Abwärts-Bildachse in einer Richtung entlang einer Aufwärts/AbwärtsRichtung des Fahrzeugs und eine Links/Rechts-Bildachse senkrecht zur Aufwärts/Abwärts-Bildachse aufweist.
Der Streuwinkel in der anisotropen Diffusionseinheit ist in einer Richtung entsprechend der Links/Rechts-Bildachse größer als in einer Richtung entsprechend der Aufwärts/Abwärts-B i ldachse.
Gemäß der HUD-Vorrichtung weist die auf dem Strahlengang zwischen der Beleuchtungslichtquelleneinheit und der Bilderzeugungseinheit angeordnete Diffusionseinheit eine Anisotropie auf, die das Beleuchtungslicht in einem anisotropen Streuwinkel streut. In der anisotropen Diffusionseinheit ist der Streuwinkel in der Richtung entsprechend der Links/Rechts-Bildrichtung größer als der Streuwinkel in der Richtung entsprechend der Aufwärts/Abwärts-Bildrichtung. Daher breitet sich das durch die Bilderzeugungseinheit übertragene und vom Projektionselement emittierte und reflektierte Anzeigelicht mehr in einer Richtung senkrecht zur Aufwärts/Abwärts-Richtung des Fahrzeugs als in der Aufwärts/Abwärts-Richtung des Fahrzeugs aus und erreicht den visuellen Erkennungsbereich. D.h., der visuelle Erkennungsbereich wird in der Richtung senkrecht zur Aufwärts/Abwärts-Richtung des Fahrzeugs, in der die Augen des Insassen ausgerichtet sind, erweitert. Dadurch wird die Sichtbarkeit des virtuellen Bildes mit den Augen des Insassen verbessert. Gleichzeitig wird die Diffusion in der Aufwärts/Abwärts-Richtung des Fahrzeugs stärker unterdrückt als in der Richtung senkrecht zur Aufwärts/Abwärts-Richtung des Fahrzeugs, in der die Augen der Insassen ausgerichtet sind. Dadurch kann die Helligkeit des visuell erkannten virtuellen Bildes verbessert werden. Dementsprechend ist es möglich, eine HUD-Vorrichtung mit hoher Sichtbarkeit eines virtuellen Bildes bereitzustellen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Bildprojektionseinheit für eine Head-up-Display-Vorrichtung bereitgestellt, die an einem Fahrzeug zu montieren ist, um ein virtuelles Bild für einen Insassen anzuzeigen, indem ein Anzeigelicht eines Bildes auf ein Projektionselement projiziert wird, um es zu reflektieren, wobei die Bildprojektionseinheit das Anzeigelicht projiziert und aufweist:

Wenn das Bild als ein virtuelles Bild angezeigt wird, ist das Bild so definiert, dass es eine Aufwärts/Abwärts-Bildachse in einer Richtung entlang einer Aufwärts/AbwärtsRichtung des Fahrzeugs und eine Links/Rechts-Bildachse senkrecht zur Aufwärts/Abwärts-Bildachse aufweist.
Der Streuwinkel in der anisotropen Diffusionseinheit ist in einer Richtung entsprechend der Links/Rechts-Bildachse größer als in einer Richtung entsprechend der Aufwärts/Abwärts-B i ldachse.
Gemäß der Bildprojektionseinheit weist die auf dem Strahlengang zwischen der Beleuchtungslichtquelleneinheit und der Bilderzeugungseinheit angeordnete Diffusionseinheit eine Anisotropie auf, die das Beleuchtungslicht in einem anisotropen Streuwinkel streut. In der anisotropen Diffusionseinheit ist der Streuwinkel in der Richtung entsprechend der Links/Rechts-Bildrichtung größer als der Streuwinkel in der Richtung entsprechend der Aufwärts/Abwärts-Bildrichtung. Daher breitet sich das durch die Bilderzeugungseinheit übertragene und vom Projektionselement emittierte und reflektierte Anzeigelicht mehr in der Richtung senkrecht zur Aufwärts/Abwärts-Richtung des Fahrzeugs als in der Aufwärts/Abwärts-Richtung des Fahrzeugs aus und erreicht den visuellen Erkennungsbereich. D.h., der visuelle Erkennungsbereich wird in der Richtung senkrecht zur Aufwärts/Abwärts-Richtung des Fahrzeugs, in der die die Augen des Insassen ausgerichtet sind, erweitert. Dadurch wird die Sichtbarkeit des virtuellen Bildes mit den Augen des Insassen verbessert. Gleichzeitig wird die Diffusion in der Aufwärts/AbwärtsRichtung des Fahrzeugs stärker unterdrückt als in der Richtung senkrecht zur Aufwärts/Abwärts-Richtung des Fahrzeugs, in der die Augen der Insassen ausgerichtet sind. Dadurch kann die Helligkeit des visuell erkannten virtuellen Bildes verbessert werden. Dementsprechend ist es möglich, eine Bildprojektionseinheit bereitzustellen, die eine HUD-Vorrichtung mit hoher Sichtbarkeit eines virtuellen Bildes realisiert.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Ansicht zur Veranschaulichung einer HUD-Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform, die an einem Fahrzeug montiert ist.
2 zeigt eine schematische Seitenansicht zur Veranschaulichung einer Bildprojektionseinheit gemäß der ersten Ausführungsform.
3 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Abstrahlwinkelverteilung eines lichtemittierenden Elements der ersten Ausführungsform.
4 zeigt eine Ansicht zur Veranschaulichung einer detaillierten Form einer Einfallsoberfläche einer komplexen Linsenanordnung gemäß der ersten Ausführungsform.
5 zeigt eine Ansicht zur Veranschaulichung einer detaillierten Form einer Austrittsoberfläche der komplexen Linsenanordnung gemäß der ersten Ausführungsform.
6 zeigt eine Ansicht einer anisotropen Diffusionseinheit der ersten Ausführungsform in einer Richtung VI in 2 betrachtet.
7 zeigt eine Perspektivansicht zur teilweisen Veranschaulichung eines Prismenelements der ersten Ausführungsform.
8 zeigt eine Frontansicht zur Veranschaulichung einer Anzeigefläche eines Bildanzeigefeldes gemäß der ersten Ausführungsform.
9 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts IX von 8.
10 zeigt eine Querschnittsansicht entlang einer Linie X-X in 9.
11 zeigt eine schematische Seitenansicht zur Veranschaulichung einer Bildprojektionseinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform.
12 zeigt eine Ansicht einer anisotropen Diffusionseinheit der zweiten Ausführungsform in einer Richtung XII von 11 betrachtet.
13 zeigt eine Ansicht zur Veranschaulichung einer Modifikation 1 und 2 entsprechend.
14 zeigt eine Ansicht zur Veranschaulichung eines Beispiels von Modifikation 2 und 7 entsprechend.
15 zeigt eine Ansicht zur Veranschaulichung eines weiteren Beispiels von Modifikation 2 und 7 entsprechend.
16 zeigt eine Ansicht zur Veranschaulichung eines weiteren Beispiels von Modifikation 2 und 7 entsprechend.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nachstehend sind Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es ist zu beachten, dass entsprechende Komponenten in den jeweiligen Ausführungsformen mit den gleichen Bezugszeichen versehen und gegebenenfalls nicht wiederholt beschrieben sind. Wenn in jeder Ausführungsform nur ein Teil der Konfiguration beschrieben ist, kann die Konfiguration der weiteren Ausführungsformen, die zuvor beschrieben sind, auf andere Teile der Konfiguration angewandt werden. Ferner können nicht nur die Kombinationen der Konfigurationen, die in der Beschreibung der jeweiligen Ausführungsformen explizit aufgezeigt sind, sondern ebenso die Konfigurationen der Ausführungsformen teilweise kombiniert werden, auch wenn sie nicht explizit aufgezeigt sind, wenn aus den Kombinationen kein Problem hervorgeht.
(Erste Ausführungsform)
Wie in 1 gezeigt, ist eine Head-up-Display-Vorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung an einem Fahrzeug 1 montiert und in einem Armaturenbrett 2 untergebracht. Der Begriff „Fahrzeug“ wird allgemein verstanden und umfasst Fahrzeuge wie Flugzeuge und Schiffe sowie Fahrzeuge und Schienenfahrzeuge. Die HUD-Vorrichtung 100 projiziert das Anzeigelicht eines Bildes auf eine Windschutzscheibe 3 als ein Projektionselement des Fahrzeugs 1. Die HUD-Vorrichtung 100 stellt somit ein Bild als ein virtuelles Bild VTI dar, das für einen Insassen sichtbar ist. D.h., das von der Windschutzscheibe 3 reflektierte Anzeigelicht erreicht einen visuellen Erkennungsbereich EB in der Kabine des Fahrzeugs 1, und der Insasse, dessen Augenpunkt EP für Augen sich im visuellen Erkennungsbereich EB befindet, nimmt das Licht wahr. So kann der Insasse verschiedene Information erkennen, die als virtuelle Bilder VTI angezeigt wird. Die verschiedene Information, die als das virtuelle Bild VTI angezeigt wird, umfasst Information, die sich auf den Betrieb des Fahrzeugs 1 bezieht, wie beispielsweise Fahrzeuggeschwindigkeit, verbleibende Kraftstoffmenge, Straßeninformation und Sichtbarkeitshilfsinformation.
Im Folgenden sind die Aufwärts/Abwärts-Richtung des Fahrzeugs 1 (einschließlich obere und untere Seite), die Front/Heck-Richtung des Fahrzeugs 1 (einschließlich vorwärts und rückwärts) und die Links/Rechts-Richtung des Fahrzeugs 1 basierend auf dem Fahrzeug 1 auf der horizontalen Ebene HP definiert.
Die Windschutzscheibe 3 des Fahrzeugs 1 ist aus einem lichtdurchlässigen Glas oder einem Kunstharz in Plattenform gebildet. Die Windschutzscheibe 3 weist eine Projektionsfläche 3a auf, auf die ein Anzeigelicht projiziert wird. Die Projektionsfläche 3a ist in einer glatten konkaven oder planaren Form ausgebildet. Die Projektionsfläche 3a zeigt zur unteren Seite des Fahrzeugs 1 und zur Heckseite des Fahrzeugs 1. Als Projektionselement kann anstelle der Windschutzscheibe 3 ein vom Fahrzeug 1 getrennter Kombinator im Inneren des Fahrzeugs 1 installiert werden, und das Bild kann auf den Kombinator projiziert werden.
Der visuelle Erkennungsbereich EB ist ein Raumbereich, auch als Augenbox bezeichnet, in dem das von der HUD-Vorrichtung 100 angezeigte virtuelle Bild VTI bei ausreichender Leuchtdichte visuell erkannt werden kann. Typischerweise ist der visuelle Erkennungsbereich EB vorgesehen, um im Fahrzeug 1 bestimmte Augenlider zu überlappen. Die Augenlider werden auf der Grundlage eines Augenbereichs bestimmt, der statistische Verteilungen von Augenpunkten von Insassen darstellt. Für Details zu den Augenlidern kann auf JIS D 0021: 1998 verwiesen werden. Im Allgemeinen werden die Augenlider von einem Fahrzeughersteller in Übereinstimmung mit der Position des Sitzes des Fahrzeugs 1 bestimmt.
D.h., der visuelle Erkennungsbereich EB der vorliegenden Ausführungsform ist so gestaltet, dass dem Insassen auf dem Sitz eine leichte optische Erkennung möglich ist. Genauer gesagt, ist der visuelle Erkennungsbereich EB so ausgelegt, dass die Breite in der Links/Rechts-Richtung des Fahrzeugs 1 größer ist als die Breite in der Aufwärts/Abwärts-Richtung des Fahrzeugs 1, unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die Augen des Insassen in der Links/Rechts-Richtung des Fahrzeugs 1 ausgerichtet sind.
Nachstehend ist eine spezifische Konfiguration der HUD-Vorrichtung 100 unter Bezugnahme auf die 2 bis 10 beschrieben. Die HUD-Vorrichtung 100 beinhaltet eine Beleuchtungslichtquelleneinheit 10, eine Lichtsammeleinheit 30, eine anisotrope Diffusionseinheit 20, ein Bildanzeigefeld 50 und eine Lichtleiteinheit 60, die in einem Gehäuse 80 untergebracht und gehalten sind.
Wie in 2 gezeigt, definieren die Beleuchtungslichtquelleneinheit 10, die Lichtsammeleinheit 30, die anisotrope Diffusionseinheit 20 und das Bildanzeigefeld 50 eine Bildprojektionseinheit 9 und sind in einem Gehäuse 9a mit Lichtabschirmeigenschaft untergebracht. Die Bildprojektionseinheit 9 projiziert Anzeigelicht eines Bildes in Richtung der Lichtleiteinheit 60 durch die Anzeigefläche 54 des Bildanzeigefeldes 50.
Wie in 1 gezeigt, führt die Lichtleiteinheit 60 das von der Bildprojektionseinheit 9 einfallende Anzeigelicht zur Windschutzscheibe 3. Die Lichtleiteinheit 60 weist einen Planspiegel 61 und einen Hohlspiegel 63 auf.
Der Planspiegel 61 ist ein reflektierender Spiegel, der durch Abscheiden von Aluminium als eine Reflexionsfläche 62 auf der Oberfläche eines Basismaterials aus Kunstharz oder Glas gebildet wird. Die Reflexionsfläche 62 ist in einer glatten planaren Form ausgebildet. Das von der Bildprojektionseinheit 9 auf den Planspiegel 61 fallende Anzeigelicht wird von der Reflexionsfläche 62 zum Hohlspiegel 63 reflektiert.
Der Hohlspiegel 63 ist ein reflektierender Spiegel, der durch Abscheiden von Aluminium als eine Reflexionsfläche 64 auf der Oberfläche eines Basismaterials aus Kunstharz oder Glas gebildet wird. Die Reflexionsfläche 64 ist in einer glatten konkaven Oberflächenform ausgebildet, die in einer konkaven Form gebogen ist. Das auf den Hohlspiegel 63 fallende Anzeigelicht wird von der Reflexionsfläche 64 zur Windschutzscheibe 3 reflektiert.
Das Gehäuse 80 weist ein Fenster 81 zwischen dem Hohlspiegel 63 und der Windschutzscheibe 3 auf. Eine lichtdurchlässige staubdichte Abdeckung 82 schließt das Fenster 81. Daher geht das Anzeigelicht vom Hohlspiegel 63 durch die staubdichte Abdeckung 82 und tritt in die Windschutzscheibe 3 ein. Das von der Windschutzscheibe 3 reflektierte Anzeigelicht erreicht den visuellen Erkennungsbereich EB, und der Insasse kann das virtuelle Bild VTI betrachten. Das virtuelle Bild VTI wird vom Insassen aufgrund der Vergrößerungswirkung des Hohlspiegels der Lichtleiteinheit 60 optisch in einem erweiterten bzw. vergrößerten Zustand als ein Bild auf der Anzeigefläche 54 erkannt. Wenn die Projektionsfläche 3a der Windschutzscheibe 3 gekrümmt ist, wird das virtuelle Bild VTI ferner der Vergrößerungsaktion durch die Windschutzscheibe 3 unterzogen.
In der vorliegenden Ausführungsform, wenn das Bild als virtuelles Bild gezeigt wird, ist das Bild so definiert, dass es eine Aufwärts/Abwärts-Bildachse Ay in einer Richtung entlang der Aufwärts/Abwärts-Richtung des Fahrzeugs 1 und eine Links/Rechts-Bildachse Ax in einer Richtung senkrecht zur Aufwärts/Abwärts-Bildachse Ay aufweist. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Anzeigefläche 54 des Bildanzeigefeldes 50 in einer rechteckigen Form ausgebildet. Eine Querrichtung (Kurz-Richtung) SDi der Anzeigefläche 54 entspricht der Aufwärts/Abwärts-Bildachse Ay, und eine Lang-Richtung LDi der Anzeigefläche 54 entspricht der Links/Rechts-Bildachse Ax. D.h., die Abmessung in der Richtung entsprechend der Links/Rechts-Bildachse Ax ist länger als die Abmessung in der Richtung entsprechend der Aufwärts/Abwärts-Bildachse Ay sowohl im Bild auf der Anzeigefläche 54 als auch im als das virtuelle Bild VTI angezeigten Bild.
Die HUD-Vorrichtung 100 beinhaltet einen Antriebsmechanismus 66, der den Hohlspiegel 63 zum Schwingen bringt. Der Antriebsmechanismus 66 treibt einen Schrittmotor an, z.B. im Ansprechen auf eine Betätigung des Betriebsschalters durch den Insassen, und bringt den Hohlspiegel 63 zum Schwingen um die Rotationswelle 66a. Die Rotationswelle 66a ist so angeordnet, dass sie sich entlang der Richtung entsprechend der Links/Rechts-Bildachse Ax erstreckt. Die Bildpositionen der virtuellen Bilder VTI bewegen sich gleichzeitig auf und ab, indem der Hohlspiegel 63 geschwenkt wird, um die Position für den Insassen gut sichtbar anzupassen. Zu diesem Zeitpunkt wird der visuelle Erkennungsbereich EB ebenso in der Aufwärts/Abwärts-Richtung des Fahrzeugs 1 bewegt.
Nachstehend ist die Bildprojektionseinheit 9 in der HUD-Vorrichtung 100 näher beschrieben.
Wie in 2 gezeigt, wird die Beleuchtungslichtquelleneinheit 10 durch die Montage mehrerer lichtemittierender Elemente 10a auf einer Lichtquellenleiterplatte 12 in flacher Plattenform gebildet. Die mehreren lichtemittierenden Elemente 10a sind in vorbestimmten Abständen, z.B. in Anordnungsrichtung AD, angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Anordnungsrichtung AD eine Richtung, aber die lichtemittierenden Elemente 10a können in zwei Richtungen angeordnet werden. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Anordnungsrichtung AD eine Richtung entsprechend der Links/Rechts-Bildachse Ax.
Jedes der lichtemittierenden Elemente 10a ist beispielsweise ein LED-Element (LED für lichtemittierende Diode), das weniger Wärme erzeugt. Das lichtemittierende Element 10a ist über ein Verdrahtungsmuster auf der Lichtquellenleiterplatte 12 elektrisch mit einer Energieversorgung verbunden. Genauer gesagt, wird das lichtemittierende Element 10a durch Versiegeln eines chipartigen blauen LED-Elements mit einem gelben fluoreszierenden Material gebildet, in dem ein gelbes fluoreszierendes Mittel mit einem lichtdurchlässigen Kunstharz vermischt ist. Der gelbe Phosphor wird angeregt, um gelbes Licht durch blaues Licht aus dem blauen LED-Element entsprechend der Strommenge zu emittieren, und das Beleuchtungslicht wird als pseudoweißes und zufällig polarisiertes Licht aus dem lichtemittierenden Element 10a durch Mischen von blauem Licht und gelbem Licht emittiert.
Wie in 3 gezeigt, emittiert jedes der lichtemittierenden Elemente 10a Beleuchtungslicht mit einer Abstrahlwinkelverteilung, bei der die Lichtemissionsintensität mit zunehmender Entfernung von der Peakrichtung PD, in der die Lichtemissionsintensität maximal ist, relativ abnimmt.
Wie in 2 gezeigt, ist die Lichtsammeleinheit 30 auf dem Strahlengang zwischen der Beleuchtungslichtquelleneinheit 10 und der anisotropen Diffusionseinheit 20 angeordnet und beinhaltet eine Lichtsammellinsenanordnung (Array) 31 und eine komplexe Linsenanordnung 40. Die Lichtsammeleinheit 30 kondensiert und parallelisiert das Beleuchtungslicht von den lichtemittierenden Elementen 10a unter Verwendung der Linsenarrays 31 und 40 und emittiert das Licht in Richtung der anisotropen Diffusionseinheit 20 und des Bildanzeigefeldes 50 auf dem Strahlengang. „Parallelisieren“ bedeutet in der vorliegenden Ausführungsform, dass das vom lichtemittierenden Element 10a radial abgestrahlte Beleuchtungslicht einen Zustand näher zu dem parallelen Lichtstrom als im emittierten Zustand annimmt, wobei es nicht erforderlich ist, dass das Beleuchtungslicht zu einem vollständig parallelen Lichtstrom wird.
Die Lichtsammellinsenanordnung 31 ist auf dem Strahlengang zwischen der Beleuchtungslichtquelleneinheit 10 und der anisotropen Diffusionseinheit 20 angeordnet. Die Lichtsammellinsenanordnung 31 der Lichtsammeleinheit 30 ist eine optische Vorrichtung, die sich zwischen der Beleuchtungslichtquelleneinheit 10 und der komplexen Linsenanordnung 40 auf dem Strahlengang befindet. Die Lichtsammellinsenanordnung 31 ist ein Linsenarray, das aus einem lichtdurchlässigen Kunstharz oder Glas gebildet ist.
Eine einfallsseitige Oberfläche 32 der Lichtsammellinsenanordnung 31 liegt den lichtemittierenden Elementen 10a gegenüber und weist eine glatte, flache Form, die einer Gesamtheit der Lichtsammellinsenarrays 31 gemein ist. Eine emissionsseitige Oberfläche 34 der Lichtsammellinsenanordnung 31 liegt der komplexen Linsenanordnung 40 gegenüber, und mehrere konvexe Lichtsammeloberflächen 36 sind in einem Array auf der emissionsseitigen Oberfläche 34 ausgebildet.
Jede der konvexen Lichtsammeloberflächen 36 ist vorgesehen, um ein Paar mit dem entsprechenden lichtemittierenden Element 10a zu bilden. Insbesondere sind die konvexen Lichtsammeloberflächen 36 in der gleichen Anzahl wie die lichtemittierenden Elemente 10a vorgesehen und ähnlich wie die lichtemittierenden Elemente 10a entlang der gleichen Anordnungsrichtung AD angeordnet.
Jede der konvexen Lichtsammeloberflächen 36 ist in einer glatten, gekrümmten Oberflächenform ausgebildet, die gekrümmt ist, um eine konvexe Form aufzuweisen, die in Richtung der komplexen Linsenanordnung 40 vorsteht. In der vorliegenden Ausführungsform sind die konvexen Lichtsammeloberflächen 36 in der gleichen Kugelform ausgebildet. Die Form von jeder konvexen Lichtsammeloberfläche 36 kann in geeigneter Weise verändert werden, z.B. entsprechend der Form der komplexen Linsenanordnung 40.
Das Beleuchtungslicht von jedem der lichtemittierenden Elemente 10a wird hauptsächlich auf die paarweise angeordnet konvexe Lichtsammeloberfläche 36 aufgebracht und gebrochen, um eine individuelle Lichtsammelwirkung der entsprechenden konvexen Oberfläche 36 zu erhalten. Weiterhin tritt das von der Lichtsammellinsenanordnung 31 abgegebene Beleuchtungslicht in die komplexe Linsenanordnung 40 ein.
Die komplexe Linsenanordnung 40 ist auf dem Strahlengang zwischen der Beleuchtungslichtquelleneinheit 10 und der anisotropen Diffusionseinheit 20 angeordnet und ist eine optische Vorrichtung, die sich zwischen der anisotropen Diffusionseinheit 20 und der Lichtsammellinsenanordnung 31 der Lichtsammeleinheit 30 befindet. Die komplexe Linsenanordnung 40 ist aus einem lichtdurchlässigen Kunstharz oder Glas aufgebaut und weist eine im Allgemeinen flache Plattenform auf, die als Ganzes senkrecht zur optischen Achse OA angeordnet ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist die optische Achse OA definiert als ein Weg eines Referenzlichtstrahls, der durch die Mitte der Anzeigefläche 54 des Bildanzeigefeldes 50 in Peakrichtung PD verläuft.
Wie in den 4 und 5 gezeigt, ist die komplexe Linsenanordnung 40 insbesondere ein integral gebildetes Linsenarray, in dem mehrere Zellblöcke 40a angeordnet sind. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Zellblöcke 40a in der gleichen Anzahl wie die lichtemittierenden Elemente 10a und die konvexen Lichtsammeloberflächen 36 vorgesehen. Die Zellenblöcke 40a sind in der gleichen Anordnungsrichtung AD wie die lichtemittierenden Elemente 10a und die konvexen Lichtsammeloberflächen 36 angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform weisen die Zellblöcke 40a im Wesentlichen die gleiche Form auf.
Wie in 4 gezeigt, liegt eine einfallsseitige Oberfläche 42 der komplexen Linsenanordnung 40 der Lichtsammellinsenanordnung 31 gegenüber, und auf der einfallsseitigen Oberfläche 42 sind mehrere unterteilte Linsenoberflächen 43 in einem Zustand der Aufteilung in Streifen ausgebildet. Die Unterteilungsrichtung der unterteilten LinsenOberfläche 43 auf der einfallsseitigen Oberfläche 42 verläuft beispielsweise entlang einer orthogonalen Anordnungsrichtung ND orthogonal zur Anordnungsrichtung AD. Eine Grenzlinie der unterteilten Linsenoberflächen 43, die sich benachbart zueinander befinden, erstreckt sich linear entlang der Anordnungsrichtung AD. Daher wird in einem Querschnitt, der die Anordnungsrichtung AD beinhaltet, eine unterteilte Linsenoberfläche 43 über die mehreren Zellblöcke 40a gebildet. Auf diese Weise wird jede der unterteilten Linsenoberflächen 43 als ein unterteilter Bereich gebildet, der durch eine vorbestimmte Unterteilungsbreite Wn geteilt wird.
In der vorliegenden Ausführungsform weist die unterteilte Linsenoberfläche 43 unterteilte konvexe Oberflächen 43a auf, die wie in einer konvexen Fresnellinsenform unterteilt sind. Die unterteilte konvexe Oberfläche 43a wird basierend auf einer virtuellen konvex gekrümmten Oberfläche Sva gebildet, die als eine virtuelle Linsenoberfläche in der komplexen Linsenanordnung 40 definiert ist. Die virtuelle konvex gekrümmte Oberfläche Sva weist eine glatte zylindrische Oberflächenform auf, indem sie in der orthogonalen Anordnungsrichtung ND in einer konvexen Form gekrümmt ist, die in Richtung der Lichtsammellinsenanordnung 31 vorsteht. Daher kondensiert die einfallsseitige Oberfläche 42 das Beleuchtungslicht hauptsächlich in der orthogonalen Anordnungsrichtung ND.
Wie in 5 gezeigt, ist die austrittsseitige Oberfläche 44 der komplexen Linsenanordnung 40 der anisotropen Diffusionseinheit 20 zugewandt, und auf der austrittsseitigen Oberfläche 44 sind mehrere unterteilte Linsenoberflächen 45 in einem Zustand der Unterteilung in Streifen ausgebildet. Die Teilungsrichtung der unterteilten Linsenoberflächen 45 auf der austrittsseitigen Oberfläche 44 verläuft entlang der Anordnungsrichtung AD, und eine Grenzlinie der unterteilten Linsenoberflächen 45, die sich benachbart zueinander befinden, erstreckt sich linear entlang der orthogonalen Anordnungsrichtung ND. Somit ist jede der unterteilten Linsenoberflächen 45 als ein unterteilter Bereich gebildet, geteilt durch eine vorbestimmte Unterteilungsbreite Wa.
Mit Fokus auf einen Zellblock 40a sind mehrere Approximierungsebenen 45a und mehrere retro-refraktive Ebenen 45b als die unterteilten Linsenoberflächen 45 vorgesehen. Die Approximierungsebene 45a wird basierend auf einer virtuellen konvex gekrümmten Oberfläche Svb gebildet, die als eine virtuelle Linsenoberfläche in der komplexen Linsenanordnung 40 definiert ist. Die virtuelle konvex gekrümmte Oberfläche Svb weist eine glatte zylindrische Oberflächenform auf, indem sie in Anordnungsrichtung AD in einer konvexen Form gekrümmt ist, die in Richtung der anisotropen Diffusionseinheit 20 ragt.
Die Approximierungsebene 45a wird in einer Ebene als eine Approximierungsebene gebildet, die durch lineare Interpolation von mehreren Koordinaten extrahiert aus der virtuellen konvex gekrümmten Oberfläche Svb erhalten wird. In der vorliegenden Ausführungsform werden die Endkoordinaten Ce der virtuellen konvex gekrümmten Oberfläche am Ende jedes unterteilten Bereichs als die mehreren Koordinaten übernommen. Ein Gradient der Approximierungsebene 45a wird durch lineare Interpolation zwischen den Endkoordinaten Ce erhalten. Die virtuell konvex gekrümmte Oberfläche Svb erscheint teilweise auf der austrittsseitigen Oberfläche 44, in einem Zustand, in dem sie durch Approximation bzw. Annäherung planar gemacht wird.
Die retro-refraktive Ebene 45b ist zwischen den Approximierungsebenen 45a angeordnet. Die retro-refraktive Ebene 45b wird basierend auf einer virtuellen geneigten Oberfläche Ssb gebildet, die als eine virtuelle Linsenoberfläche in der komplexen Linsenanordnung 40 definiert ist. Die virtuelle geneigte Oberfläche Ssb ist konfiguriert durch mehrere planare Neigungen Ssp, die den umgekehrten Gradienten an einer Stelle entsprechend dem Oberflächenscheitelpunkt der virtuellen konvex gekrümmten Oberfläche Svb in einem Querschnitt einschließlich der Anordnungsrichtung AD ersetzen. Der Gradient von jeder planaren Neigung Ssp ist so eingestellt, dass er ein umgekehrter Gradient zu dem Gradienten des entsprechenden Abschnitts der virtuellen konvex gekrümmten Oberfläche Svb ist. Die retro-refraktive Ebene 45b erscheint teilweise auf der austrittsseitigen Oberfläche 44 durch Extrahieren eines Teils der virtuellen geneigten Oberfläche Ssb.
In der vorliegenden Ausführungsform sind beispielsweise sechs unterteilte Linsenoberflächen 45 für einen Zellblock 40a bestimmt. Die sechs unterteilten Linsenoberflächen 45 sind in der Reihenfolge Approximierungsebene 45a, retro-refraktive Ebene 45b, 45a, Approximierungsebene 45a, retro-refraktive Ebene 45b und Approximierungsebene 45a angeordnet. Eine Grenze zwischen den benachbarten Approximierungsebenen 45a ist ein Punkt entsprechend dem Oberflächenscheitelpunkt der virtuellen konvex gekrümmten Oberfläche Svb. In 5 ist jedes Bezugszeichen nur einem Teil der entsprechenden Elemente zugeordnet.
Somit sammelt die austrittsseitige Oberfläche 44 das Beleuchtungslicht, hauptsächlich in der Anordnungsrichtung AD. Genauer gesagt, erhält das an der Approximierungsebene 45a gebrochene Beleuchtungslicht eine Brechungswirkung in der gleichen Richtung wie die Lichtkondensationswirkung der normalen konvexen Oberfläche, wobei der Ablenkungsbetrag auf einem angenäherten Gradienten der virtuellen konvex gekrümmten Oberfläche Svb basiert. Aus diesem Grund wird das an der Approximierungsebene 45a gebrochene Beleuchtungslicht eigentlich kondensiert. Das an der retro-refraktiven Ebene 45b gebrochene Beleuchtungslicht wird in der Richtung entgegengesetzt zur benachbarten Approximierungsebene 45a als eine Brechungswirkung gebrochen. Das von der retro-refraktiven Ebene 45b umgekehrt gebrochene Beleuchtungslicht wird mit dem von der Approximierungsebene 45a virtuell kondensierten Beleuchtungslicht vermischt. Dadurch wird eine durch die Anordnung der lichtemittierenden Elemente 10a über Spalte verursachte Beleuchtungsunebenheit weitgehend eliminiert, und das kollimierte Beleuchtungslicht tritt in die anisotrope Diffusionseinheit 20 ein.
Wie in 2 gezeigt, ist die anisotrope Diffusionseinheit 20 auf dem Strahlengang zwischen der Beleuchtungslichtquelleneinheit 10 und dem Bildanzeigefeld 50 angeordnet, insbesondere auf dem Strahlengang zwischen der Lichtsammeleinheit 30 und dem Bildanzeigefeld 50. Die anisotrope Diffusionseinheit 20 ist so angeordnet, dass sie in Bezug auf die optische Achse OA geneigt ist, und zwar derart, dass die anisotrope Diffusionseinheit 20 einen Neigungswinkel ad von beispielsweise 10 bis 15 Grad gegenüber der komplexen Linsenanordnung 40 bildet. Die anisotrope Diffusionseinheit 20 streut das Beleuchtungslicht in einem anisotropen Streuwinkel. Die anisotrope Diffusionseinheit 20 weist eine rechteckige Form und eine im Wesentlichen flache Form auf, die im Wesentlichen der Form und Größe des Bildanzeigefeldes 50 entspricht. Ähnlich der Anzeigefläche 54 des Bildanzeigefeldes 50 entspricht die Querrichtung SDd der anisotropen Diffusionseinheit 20 der Aufwärts/Abwärts-Bildachse Ay und entspricht die Lang-Richtung LDd der anisotropen Diffusionseinheit 20 der Links/Rechts-Bildachse Ax.
Wie in den 2 und 6 gezeigt, weist die anisotrope Diffusionseinheit 20 der vorliegenden Ausführungsform eine isotrope Diffusionsschicht 21 und eine anisotrope Prismenarrayschicht 23 auf, die gestapelt bzw. geschichtet angeordnet sind. Die isotrope Diffusionsschicht 21 und die anisotrope Prismenarrayschicht 23 sind aneinander gebondet bzw. miteinander verbunden, um eine Reflexion von Beleuchtungslicht zwischen der isotropen Diffusionsschicht 21 und der anisotropen Prismenarrayschicht 23 zu reduzieren.
Die isotrope Diffusionsschicht 21 ist geschichtet bzw. gestapelt auf der anisotropen Prismenarrayschicht 23 angeordnet und weist einen isotropen Streuwinkel auf. Die isotrope Diffusionsschicht 21 wird in einer Plattenform oder einer flachen Plattenform durch Mischen von Diffusionsteilchen, wie beispielsweise Mikroperlen, mit einem Basismaterial aus einem lichtdurchlässigen Kunstharz mit hoher Lichtdurchlässigkeit, wie Acrylharz oder Polycarbonatharz, gebildet.
Der Streuwinkel der isotropen Diffusionsschicht 21 der vorliegenden Ausführungsform ist in den Richtungen im Wesentlichen gleich und wird beispielsweise auf etwa 5 bis 25 Grad eingestellt. Der Streuwinkel in der vorliegenden Ausführungsform bezeichnet einen Winkel in einem Bereich, in dem die Lichtintensität halb oder mehr in Bezug auf eine Lichtintensität bei dem Peakwinkel beträgt, bei dem die Lichtintensität den Maximalwert in der Abstrahlwinkelverteilung des Lichts anzeigt, nachdem der parallele Lichtstrom das Diffusionsziel passiert hat.
Genau genommen weist die isotrope Diffusionsschicht 21 eine hohe Isotropie in Bezug auf die Diffusion von vertikal auf die isotrope Diffusionsschicht 21 einfallendem Licht auf. Aufgrund der vorstehend beschriebenen geneigten Anordnung ist die Isotropie jedoch leicht reduziert, wenn das Beleuchtungslicht schräg aus der komplexen Linsenanordnung 40 eintritt. Da der Neigungswinkel ad der isotropen Diffusionsschicht 21 im Bereich von 10 bis 15 Grad liegt, was ausreichend kleiner als 45 Grad ist, kann der Streuwinkel der isotropen Diffusionsschicht 21 in der vorliegenden Ausführungsform als im Wesentlichen isotrop betrachtet werden.
Die anisotrope Prismenarrayschicht 23 ist geschichtet auf der isotropen Diffusionsschicht 21 angeordnet. Wie in 6 gezeigt, weist die anisotrope Prismenarrayschicht 23 mehrere Prismenelemente 24 auf, und jedes der Prismenelemente 24 erstreckt sich entlang der Querrichtung SDd entsprechend der Aufwärts/Abwärts-Bildachse Ay. Die Prismenelemente 24 sind in der Längsrichtung LDd entsprechend der Links/Rechts-Bildachse Ax angeordnet, wodurch die anisotrope Prismenarrayschicht 23 in einer Blatt- bzw. Plattenform ausgebildet ist. Die Anordnungsteilung der Prismenelemente 24 wird vorzugsweise im Bereich von mehreren Mikrometern bis zu mehreren hundert Mikrometern eingestellt. Obwohl jedes Prismenelement 24 in 6 schematisch in einem großen Format gezeigt ist, ist eigentlich eine größere Anzahl von Prismenelementen 24 angeordnet.
Wie in 7 gezeigt, erstreckt sich jedes der Prismenelemente 24 der vorliegenden Ausführungsform entlang der Querrichtung SDd entsprechend der Aufwärts/Abwärts-Bildachse Ay und weist einen dreieckigen Querschnitt in einer Ebene auf, die die Längsrichtung LDd entsprechend der Links/Rechts-Bildachse Ax beinhaltet. Jedes der Prismenelemente 24 weist eine dreieckige Prismenform mit einem Scheitelpunkt 25 auf der der isotropen Diffusionsschicht 21 gegenüberliegenden Seite auf, und der Scheitelpunkt 25 ist zwischen einem Paar planarer refraktiver Oberflächen 26 im dreieckigen Querschnitt definiert. Der Scheitelwinkel θ des Scheitelpunktes 25 ist unter den Prismenelementen 24 gleich. Der Scheitelwinkel θ ist ein stumpfer Winkel, und zwar vorzugsweise im Bereich von 120 bis 160 Grad.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Scheitelpunkt 25 der anisotropen Prismenarrayschicht 23, wie in 2 gezeigt, gegenüber der Beleuchtungslichtquelleneinheit 10 und der Lichtsammeleinheit 30 auf dem Strahlengang angeordnet. Mit anderen Worten, die anisotrope Prismenarrayschicht 23 ist auf der isotropen Diffusionsschicht 21 gegenüber der Beleuchtungslichtquelleneinheit 10 und der Lichtsammeleinheit 30 angeordnet. Die isotrope Diffusionsschicht 21 befindet sich zwischen dem Bildanzeigefeld 50 und der anisotropen Prismenarrayschicht 23.
Wenn Beleuchtungslicht aus der komplexen Linsenanordnung 40 auf die anisotrope Diffusionseinheit 20 trifft, wird das Beleuchtungslicht an jeder refraktiven Oberfläche 26 der anisotropen Prismenarrayschicht 23 gebrochen. Das Beleuchtungslicht wird durch die Brechung in Längsrichtung LDd abgelenkt, da jede refraktive Oberfläche 26 geneigt ist, um sich der isotropen Diffusionsschicht 21 zu nähern, wenn der Abstand vom Scheitelpunkt 25 entlang der Längsrichtung LDd zunimmt. Da die Neigungsrichtung zwischen dem Paar von refraktiven Oberflächen 26 entgegengesetzt ist, ist die Ablenkungsrichtung entsprechend den refraktiven Oberflächen 26, auf die das Licht trifft, ebenso umgekehrt. Somit tritt das in Längsrichtung LDd abgelenkte Beleuchtungslicht in die isotrope Diffusionsschicht 21 ein. Insbesondere wird das Beleuchtungslicht auf die isotrope Diffusionsschicht 21 in dem Zustand aufgebracht, in dem die in die entgegengesetzten Richtungen abgelenkten Beleuchtungslichter in Längsrichtung LDd entsprechend der Links/Rechts-Bildachse Ax nach dem Durchlaufen der anisotropen Prismenarrayschicht 23 gemischt werden.
Während die isotrope Diffusionsschicht 21 selbst definiert ist, um, wie vorstehend beschrieben, die Diffusionseigenschaften mit einem isotropen Streuwinkel aufzuweisen, ist der tatsächliche Streuwinkel des Beleuchtungslichts nach der Diffusion durch die isotrope Diffusionsschicht 21 zwischen der Querrichtung SDd und der Längsrichtung LDd unterschiedlich. Insbesondere ist, bei der Betrachtung einer Gesamtheit der anisotropen Diffusionseinheit 20, der Streuwinkel in Längsrichtung LDd entsprechend der Links/Rechts-Bildachse Ax größer als der Streuwinkel in der Querrichtung SDd entsprechend der Aufwärts/Abwärts-Bildachse Ay. Somit fällt Beleuchtungslicht, das von der anisotropen Diffusionseinheit 20 in unterschiedlichen Streuwinkeln zwischen den Richtungen LDd und SDd gestreut wird, auf das Bildanzeigefeld 50.
Das Bildanzeigefeld 50 der vorliegenden Ausführungsform ist eine Flüssigkristallanzeige mit Dünnfilmtransistoren (Thin Film Transistor, TFT), beispielsweise eine Flüssigkristallanzeige vom Aktivmatrix- und Transmissionstyp, die aus mehreren Flüssigkristallpixeln 50a aufgebaut ist, die in zwei Dimensionen angeordnet sind.
Insbesondere weist das Bildanzeigefeld 50, wie in 8 gezeigt, eine rechteckige Platten- bzw. Panelform auf, bei der die Links/Rechts-Bildachse Ax der Längsrichtung LDi entspricht. In der vorliegenden Ausführungsform verläuft die Längsrichtung LDi entlang der Anordnungsrichtung AD. Die in 9 gezeigten Flüssigkristallpixel 50a sind zweidimensional in Längsrichtung LDi und Querrichtung SDi angeordnet. Daher weist die Anzeigefläche 54 zum Emittieren eines Bildes als Anzeigelicht in Richtung der Lichtleiteinheit 60, wie vorstehend beschrieben, ebenso eine rechteckige Form auf. Jedes der Flüssigkristallpixel 50a weist einen lichtdurchlässigen Abschnitt 50b in Richtung der Normalen der Anzeigefläche 54 durchführend und einen den lichtdurchlässigen Abschnitt 50b umgebend ausgebildeten Verdrahtungsabschnitt 50c auf.
Wie in 10 gezeigt, weist das Bildanzeigefeld 50 eine flache Plattenform auf, in der Polarisationsplatten 50d und 50e auf einer Flüssigkristallschicht 50f zwischen den Polarisationsplatten 50d und 50e geschichtet angeordnet sind. Jede der Polarisationsplatten 50d und 50e weist eine Eigenschaft auf, Licht zu übertragen, das in einer Richtung entlang der Transmissionsachse TA polarisiert ist, und Licht zu absorbieren, das in einer Richtung senkrecht zur Transmissionsachse TA polarisiert ist. Die Polarisationsplatten 50d und 50e sind so angeordnet, dass die Transmissionsachse TA der Polarisationsplatte 50d und die Transmissionsachse TA der Polarisationsplatte 50e orthogonal zueinander verlaufen. Die Flüssigkristallschicht 50f kann die Polarisationsrichtung des auf die Flüssigkristallschicht 50f fallenden Lichts gemäß einer an jedes Flüssigkristallpixel 50a angelegten Spannung drehen. Es ist möglich, das Verhältnis des durch die Polarisationsplatte 50e auf der Emissionsseite übertragenen Lichts durch Drehen der Polarisationsrichtung zu ändern. D.h., die Lichtdurchlässigkeit bzw. der Transmissionsgrad können geändert werden.
Daher steuert das Bildanzeigefeld 50 die Lichtdurchlässigkeit jedes Flüssigkristallpixels 50a in Bezug auf den Einfall des Beleuchtungslichts auf die Beleuchtungszieloberfläche 52, die eine der anisotropen Diffusionseinheit 20 zugewandte Oberfläche ist. D.h., das Bildanzeigefeld 50 fungiert als eine Bilderzeugungseinheit, die ein Bild durch partielle Übertragung von Beleuchtungslicht erzeugt und das Bild als Anzeigelicht emittiert. Die nebeneinander liegenden Flüssigkristallpixel 50a sind mit Farbfiltern 50g verschiedener Farben (z.B. rot, grün und blau) versehen. Verschiedene Farben werden durch Kombinieren der Farbfilter 50g als Anzeigefarben realisiert.
Wie in 2 gezeigt, liegt die Beleuchtungszielfläche 52 des Bildanzeigefeldes 50 der isotropen Diffusionsschicht 21 der anisotropen Diffusionseinheit 20 in einem geringen Abstand gegenüber, und das Bildanzeigefeld 50 ist parallel zur anisotropen Diffusionseinheit 20 angeordnet. D.h., das Bildanzeigefeld 50 ist ebenso in Bezug auf die optische Achse OA geneigt angeordnet, um einen Neigungswinkel αi von beispielsweise 10 bis 15 Grad in Bezug auf die komplexe Linsenanordnung zu bilden. Der Abstand zwischen der anisotropen Diffusionseinheit 20 und dem Bildanzeigefeld 50 ist kleiner eingestellt als der Abstand zwischen der anisotropen Diffusionseinheit 20 und der komplexen Linsenanordnung 40.
Das von der anisotropen Diffusionseinheit 20 auf die Beleuchtungszielfläche 52 des Bildanzeigefeldes 50 fallende Beleuchtungslicht durchläuft, wie vorstehend beschrieben, den lichtdurchlässigen Abschnitt 50b jedes Flüssigkristallpixels 50a und wird als Anzeigelicht vom lichtdurchlässigen Abschnitt 50b abgegeben. Zur Zeit der Emission wird das Anzeigelicht basierend auf dem anisotropen Streuwinkel an der anisotropen Diffusionseinheit von jedem Flüssigkristallpixel 50a ausgerichtet.
In der anisotropen Diffusionseinheit 20 ist der Streuwinkel in Längsrichtung LDd größer eingestellt als der Streuwinkel in Querrichtung SDd. Daher wird bewirkt, dass das von jedem Flüssigkristallpixel 50a emittierte Anzeigelicht mit einem Orientierungswinkel in Längsrichtung LDi entsprechend der Links/Rechts-Bildachse Ax ausgerichtet ist, der größer ist als derjenige in der Querrichtung SDi entsprechend der Aufwärts/Abwärts-Bildachse Ay.
Auf diese Weise werden die Form und die Größe des visuellen Erkennungsbereichs EB durch den Reichweitenbereich des Anzeigelichts bestimmt, nachdem das Anzeigelicht die Lichtleiteinheit 60 und die Windschutzscheibe 3 passiert hat. D.h., entsprechend der vorstehend beschriebenen Ausrichtung des Anzeigelichts ist die Größe des visuellen Erkennungsbereichs EB in der Querrichtung des Fahrzeugs 1 entsprechend der Links/Rechts-Bildachse Ax größer als in der Aufwärts/Abwärts-Richtung des Fahrzeugs 1 entsprechend der Aufwärts/Abwärts-Bildachse Ay. Dadurch kann der visuelle Erkennungsbereich EB die Augenpunkte EP der Augen des Insassen, die in Querrichtung des Fahrzeugs 1 ausgerichtet sind, ausreichend abdecken, und das virtuelle Bild VTI kann mit hoher Sichtbarkeit mit den Augen erkannt werden.
Das Bildanzeigefeld 50 und die anisotrope Diffusionseinheit 20 sind parallel zueinander angeordnet und im optischen Pfad der HUD-Vorrichtung 100 und der Bildprojektionseinheit 9 zur optischen Achse OA geneigt. Die Neigungsrichtung und der Neigungswinkel des Bildanzeigefeldes 50 in Bezug auf die optische Achse OA werden unter Berücksichtigung des Anordnungswinkels der Lichtleiteinheit 60 und der Windschutzscheibe 3 eingestellt, um eine Bedingung für einen Scheinnachweise zu erfüllen. In der vorliegenden Ausführungsform ist sowohl das Bildanzeigefeld 50 als auch die anisotrope Diffusionseinheit 20 so angeordnet, dass sie in einem Zustand der Drehung um eine virtuelle Rotationsachse entlang der Links/Rechts-Bildachse Ax (d.h. entlang der Längsrichtung LDi oder LDd) aus einer Haltung senkrecht zur optischen Achse OA geneigt sind, um die Ausrichtung festzulegen.
Gemäß der Neigungsrichtung und dem Neigungswinkel, die auf diese Weise bestimmt werden, wird verhindert, dass das virtuelle Bild VTI, das visuell aus dem visuellen Erkennungsbereich EB erkannt wird, geneigt ist. Weiterhin wird Außenlicht wie Sonnenlicht, das durch die Windschutzscheibe 3 in die HUD-Vorrichtung 100 eintritt, daran gehindert, den visuellen Erkennungsbereich EB zu erreichen, indem es von der Anzeigefläche 54 reflektiert wird.
Gemäß der Kombination aus dem Bildanzeigefeld 50 und der anisotropen Diffusionseinheit 20, die in geneigt angeordnet sind, weist die anisotrope Prismenarrayschicht 23 der anisotropen Diffusionseinheit 20 die Prismenelemente 24 sich in der Querrichtung SDd entsprechend der Aufwärts/Abwärts-Bildachse Ay erstreckend auf. Daher werden optische Effekte wie Brechung in der Längsrichtung LDd entsprechend der Links/Rechts-Bildachse Ax kaum ausgeübt. D.h., die anisotrope Diffusionseinheit 20 der vorliegenden Ausführungsform ist weniger abhängig vom Neigungswinkel um die Rotationsachse entlang der Links/Rechts-Bildachse Ax und weist eine hohe Vielseitigkeit bzw. Flexibilität in Bezug auf eine Änderung des Neigungswinkels ad auf. D.h., selbst wenn der Neigungswinkel αi des Bildanzeigefeldes 50 und die Neigungswinkel ad der anisotropen Diffusionseinheit 20 in Übereinstimmung mit einer Konstruktionsänderung in der Anordnung der Lichtleiteinheit 60 und der Windschutzscheibe 3 geändert werden, ist es weniger notwendig, die interne Konstruktion bzw. das interne Design der anisotropen Diffusionseinheit 20 zu ändern.
(Effekte)
Nachstehend sind Betrieb und Effekt der ersten Ausführungsform beschrieben.
Gemäß der ersten Ausführungsform weist die Diffusionseinheit 20, die auf dem Strahlengang zwischen der Beleuchtungslichtquelleneinheit 10 und dem Bildanzeigefeld 50 als die Bilderzeugungseinheit angeordnet ist, eine anisotrope Eigenschaft auf und streut das Beleuchtungslicht in einem anisotropen Streuwinkel. Bei der anisotropen Diffusionseinheit 20 ist der Streuwinkel in der Längsrichtung LDd entsprechend der Links/Rechts-Bildachse Ax größer als der Streuwinkel in der Querrichtung SDd entsprechend der Aufwärts/Abwärts-Bildachse Ay. Daher breitet sich das Anzeigelicht, das vom Bildanzeigefeld 50 übertragen und emittiert und von der Windschutzscheibe 3 als das Projektionselement reflektiert wird, mehr in einer Richtung senkrecht zur Aufwärts/Abwärts-Richtung des Fahrzeugs 1 als in der Aufwärts/Abwärts-Richtung des Fahrzeugs 1 aus und erreicht den visuellen Erkennungsbereich EB. D.h., der visuelle Erkennungsbereich EB wird in einer Richtung senkrecht zur Aufwärts/Abwärts-Richtung des Fahrzeugs 1, in der die Augen des Insassen ausgerichtet sind, erweitert, um die Sichtbarkeit des virtuellen Bildes VTI mit den Augen des Insassen zu verbessern. Gleichzeitig wird die Diffusion in der Aufwärts/Abwärts-Richtung des Fahrzeugs 1 mehr unterdrückt als in der Richtung senkrecht zur Aufwärts/Abwärts-Richtung des Fahrzeugs 1, in der die Augen der Insassen ausgerichtet sind, um die Helligkeit des virtuellen Bild VTI zu verbessern. Somit ist es möglich, der HUD-Vorrichtung 100 eine hohe Sichtbarkeit des virtuellen Bildes VTI zu verleihen.
Gemäß der ersten Ausführungsform beinhaltet die anisotrope Diffusionseinheit 20 die isotrope Diffusionsschicht 21 mit einem isotropen Streuwinkel und die auf der isotropen Diffusionsschicht 21 geschichtet angeordnete anisotrope Prismenarrayschicht 23. Die anisotrope Prismenarrayschicht 23 weist die mehreren Prismenelemente 24 auf, die entlang der Längsrichtung LDd entsprechend der Links/Rechts-Bildachse Ax angeordnet sind. Jedes der Prismenelemente 24 erstreckt sich entlang der Querrichtung SDd entsprechend der Aufwärts/Abwärts-Bildachse Ay und lenkt das Beleuchtungslicht in der Querrichtung SDd entsprechend der Aufwärts/Abwärts-Bildachse Ay ab. Daher wird die isotrope Diffusion in der isotropen Diffusionsschicht 21 in eine anisotrope Diffusion umgewandelt, so dass der anisotrope Streuwinkel leicht realisiert werden kann.
Gemäß der ersten Ausführungsform erstreckt sich jedes der Prismenelemente 24 entlang der Querrichtung SDd entsprechend der Aufwärts/Abwärts-Bildachse Ay mit einem dreieckigen Querschnitt. Das Prismenelement 24 weist den Scheitelpunkt 25 auf, der auf der gegenüberliegenden Seite der isotropen Diffusionsschicht 21 im dreieckigen Querschnitt vorsteht. Der Scheitelpunkt 25 ist zwischen dem Paar von refraktiven Oberflächen 26 angeordnet, die das Beleuchtungslicht brechen. Das Prismenelement 24 weist eine dreieckige Prismenform auf. Aufgrund des Paares von refraktiven Oberflächen 26 werden Beleuchtungslichter, die in Längsrichtung LDd entsprechend der Links/Rechts-Bildachse Ax gegenläufig abgelenkt werden, gemischt, so dass der Streuwinkel in der Längsrichtung LDd entsprechend der Links/Rechts-Bildachse Ax zuverlässig groß gemacht werden kann. Daher wird der visuelle Erkennungsbereich EB in einer Richtung senkrecht zur Aufwärts/Abwärts-Richtung des Fahrzeugs 1, in der die Augen des Insassen ausgerichtet sind, erweitert, und die Sichtbarkeit des virtuellen Bild VTI mit den Augen kann zuverlässig verbessert werden.
Gemäß der ersten Ausführungsform ist der Scheitelwinkel θ des Scheitelpunkts 25 ein stumpfer Winkel. Durch Einstellen des Scheitelwinkels θ auf einen stumpfen Winkel kann verhindert werden, dass der Einfallswinkel des auf das Paar von refraktiven Oberflächen 26 fallenden Beleuchtungslichts zu groß wird. Dadurch wird das Beleuchtungslicht daran gehindert, zu stark in der Längsrichtung LDd entsprechend der Links/Rechts-Bildachse Ax an der refraktiven Oberfläche 26 abgelenkt zu werden. Wird das Beleuchtungslicht zu stark abgelenkt, wird es schwierig, das Beleuchtungslicht durch die Bilderzeugungseinheit zu übertragen. (Beispielsweise wird das Beleuchtungslicht durch die Seitenfläche des lichtdurchlässigen Abschnitts 50b des Bildanzeigefeldes 50 abgeschirmt). Weiterhin kann das Beleuchtungslicht, wenn es von der refraktiven Oberfläche 26 reflektiert wird, vom optischen Pfad abweichen. Gemäß der ersten Ausführungsform kann verhindert werden, dass die Qualität oder die Helligkeit des virtuellen Bildes VTI abnehmen, und das Beleuchtungslicht kann effizient gestreut werden. Dadurch kann die Sichtbarkeit des virtuellen Bildes VTI verbessert werden.
Gemäß der ersten Ausführungsform ist die anisotrope Prismenarrayschicht 23 so angeordnet, dass der Scheitelpunkt 25 der Beleuchtungslichtquelleneinheit 10 auf dem Strahlengang zugewandt ist. Auf diese Weise ist die anisotrope Prismenarrayschicht 23 nicht dem Bildanzeigefeld 50 zugewandt. Daher wird selbst bei auftretenden Vibrationen des Fahrzeugs 1 der Scheitelpunkt 25 daran gehindert, an dem Bildanzeigefeld 50 zu reiben, so dass Verschleiß oder Bruch des Scheitelpunktes 25 unterdrückt werden können. Dadurch kann die Sichtbarkeit des virtuellen Bildes VTI für lange Zeit aufrechterhalten werden.
Gemäß der ersten Ausführungsform ist die anisotrope Diffusionseinheit 20 angeordnet, um in Bezug auf die optische Achse OA geneigt zu sein, um dem Bild zugewandt zu sein und parallel zum Bildanzeigefeld 50 zu verlaufen. Auf diese Weise kann die Größe der anisotropen Diffusionseinheit 20 selbst gering gehalten werden. Weiterhin wird der Abstand des gestreuten Lichts von der anisotropen Diffusionseinheit 20 zum Bildanzeigefeld 50 über die gesamte Fläche annähernd gleichmäßig gestaltet. Daher kann die Qualität des virtuellen Bildes VTI in jedem Bereich des Bildes einheitlich gestaltet werden.
(Zweite Ausführungsform)
Wie in den 11 und 12 gezeigt, ist eine zweite Ausführungsform eine Modifikation der ersten Ausführungsform. Die zweite Ausführungsform ist nachstehend auf die Unterschiede zur ersten Ausführungsform fokussiert beschrieben.
Die anisotrope Diffusionseinheit 220 der zweiten Ausführungsform beinhaltet ferner eine Polarisationselementschicht 228. Die Polarisationselementschicht 228 ist auf der isotropen Diffusionsschicht 221 und der anisotropen Prismenarrayschicht 223 geschichtet angeordnet, um die Transmission von vorbestimmtem polarisiertem Licht zu regulieren.
Insbesondere ist die Polarisationselementschicht 228 der vorliegenden Ausführungsform ein Ablenkelement vom Reflexionstyp unter Verwendung eines Drahtgitters. Die Polarisationselementschicht 228 ist in Filmform ausgebildet und beinhaltet mehrere Metalldrähte, die sich in der Richtung orthogonal zur Transmissionsachse TA der Einfallspolarisationsplatte 50d des Bildanzeigefeldes 50 erstrecken. Die Metalldrähte sind beispielsweise aus Aluminium aufgebaut und parallel zueinander in einem vorbestimmten Abstand angeordnet. Der vorbestimmte Abstand ist so eingestellt, dass er kleiner als die meisten Wellenlängen des Beleuchtungslichts ist. Der vorbestimmte Abstand ist beispielsweise auf etwa 100 bis 200 µm eingestellt. Die Polarisationselementschicht 228 reflektiert Licht, das in der Erstreckungsrichtung des Metalldrahts polarisiert ist, und überträgt Licht (d.h. lässt Licht passieren), das in einer Richtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung polarisiert ist.
Bei der anisotropen Diffusionseinheit 220 der vorliegenden Ausführungsform sind die isotrope Diffusionsschicht 221, die Polarisationselementschicht 228 und die anisotrope Prismenarrayschicht 223 in der Reihenfolge von einer Seite der Beleuchtungslichtquelleneinheit 10 gestapelt bzw. geschichtet angeordnet. Aus diesem Grund wird Beleuchtungslicht, das aus der komplexen Linsenanordnung 40 in die anisotrope Diffusionseinheit 220 eintritt, zunächst isotrop in der isotropen Diffusionsschicht 221 gestreut. Danach durchläuft vom Beleuchtungslicht nur noch das polarisierte Licht entlang der Transmissionsachse TA der Einfallspolarisationsplatte 50d des Bildanzeigefeldes 50d die Polarisationselementschicht 228. D.h., die Polarisationselementschicht 228 reguliert das von der Polarisationsplatte 50d zu absorbierende abgelenkte Licht von der Übertragung durch die anisotrope Diffusionseinheit 220. Das polarisierte Beleuchtungslicht wird durch das Paar von refraktiven Oberflächen 26 der anisotropen Prismenarrayschicht 223 in der Längsrichtung LDd entsprechend der Links/Rechts-Bildachse Ax abgelenkt.
Infolgedessen streut die anisotrope Diffusionseinheit 220 das Beleuchtungslicht in einem Zustand, in dem der Streuwinkel in Längsrichtung LDd entsprechend der Links/Rechts-Bildachse Ax größer ist als in der Querrichtung SDd entsprechend der Aufwärts/Abwärts-Bildachse Ay. In der ersten Ausführungsform ist das von der anisotropen Diffusionseinheit 20 gestreute Beleuchtungslicht zufällig polarisiertes Licht. Im Gegensatz dazu streut die anisotrope Diffusionseinheit 220 der zweiten Ausführungsform das linear polarisierte Licht entlang der Transmissionsachse TA der Einfallspolarisationsplatte 50d des Bildanzeigefeldes 50. Da die Diffusion in der isotropen Diffusionsschicht 221 die Depolarisationsfunktion in Bezug auf das Beleuchtungslicht aufweist, wird in der vorliegenden Ausführungsform der Polarisationsgrad des von der anisotropen Diffusionseinheit 220 emittierten Beleuchtungslichts erhöht, indem bewirkt wird, dass das Licht nach der Diffusion in der isotropen Diffusionsschicht 221 die Polarisationselementschicht 228 passiert.
Wenn die Transmissionsachse TA der Einfallspolarisationsplatte 50d des Bildanzeigefeldes 50d entlang der Links/Rechts-Bildachse Ax eingestellt ist, verläuft die Erstreckungsrichtung des Metalldrahts entlang der Querrichtung SDd entsprechend der Aufwärts/Abwärts-Bildachse Ay. Da in diesem Fall das Beleuchtungslicht als p-polarisiertes Licht auf das Paar von refraktiven Oberflächen 26 der anisotropen Prismenarrayschicht 223 trifft, wird verhindert, dass das Beleuchtungslicht an der refraktiven Oberfläche 26 reflektiert wird.
Gemäß der zweiten Ausführungsform weist die anisotrope Diffusionseinheit 220 die Polarisationselementschicht 228 auf der isotropen Diffusionsschicht 221 und der anisotropen Prismenarrayschicht 223 geschichtet auf. Aufgrund der Polarisationselementschicht 228 wird verhindert, dass das von der Polarisationsplatte 50d gegenüber der anisotropen Diffusionseinheit 220 zu absorbierende polarisierte Licht die anisotrope Diffusionseinheit 220 passiert. Daher ist es möglich, das Beleuchtungslicht zu reduzieren, das in Wärme umzuwandeln ist, wenn es von der Polarisationsplatte 50d des Bildanzeigefeldes 50 als eine Bilderzeugungseinheit absorbiert wird. Somit wird die Lebensdauer der HUD-Vorrichtung 100 und der Bildprojektionseinheit 9 erhöht, indem der Temperaturanstieg des Bildanzeigefeldes 50 unterdrückt wird. Dadurch kann die hohe Sichtbarkeit des virtuellen Bildes VTI für lange Zeit aufrechterhalten werden.
Gemäß der zweiten Ausführungsform sind die isotrope Diffusionsschicht 221, die Polarisationselementschicht 228 und die anisotrope Prismenarrayschicht 223 nacheinander von einer Seite der Beleuchtungslichtquelleneinheit 10 in der anisotropen Diffusionseinheit 220 gestapelt. Der Polarisationsgrad des von der anisotropen Diffusionseinheit 220 emittierten Beleuchtungslichts wird durch die Polarisationselementschicht 228 nach der Diffusion in der isotropen Diffusionsschicht 221 erhöht. Daher ist es möglich, den Anteil des von der Polarisationsplatte 50d des Bildanzeigefeldes 50d absorbierten Lichts weiter zu reduzieren. Dadurch kann der Effekt der Unterdrückung des Temperaturanstiegs des Bildanzeigefeldes 50 verstärkt werden.
(Weitere Ausführungsformen)
Obgleich vorstehend mehrere Ausführungsformen beschrieben sind, ist die vorliegende Offenbarung nicht als auf diese Ausführungsformen beschränkt auszulegen, sondern kann auf verschiedene Ausführungsformen und Kombinationen innerhalb eines Umfangs, der nicht vom Kern der vorliegenden Offenbarung abweicht, angewandt werden.
Insbesondere kann in der Modifikation 1, wie in 13 gezeigt, die anisotrope Prismenarrayschicht 23 so angeordnet sein, dass der Scheitelpunkt 25 dem Bildanzeigefeld 50 auf dem Strahlengang zugewandt ist. Mit anderen Worten, die anisotrope Prismenarrayschicht 23 kann zwischen dem Bildanzeigefeld 50 und der isotropen Diffusionsschicht 21 angeordnet sein, und die isotrope Diffusionsschicht 21 kann zwischen der anisotropen Prismenarrayschicht 23 und der Beleuchtungslichtquelleneinheit 10 oder der Lichtsammeleinheit 30 angeordnet sein.
In der Modifikation 2 kann das Paar von refraktiven Oberflächen 26a, das den Scheitelpunkt 25 bildet, im Prismenelement 24 der anisotropen Prismenarrayschicht 23 eine zylindrische Oberflächenform aufweisen, die in einer konvexen Form gemäß 14 gekrümmt ist. Alternativ kann das Paar von refraktiven Oberflächen 26b eine zylindrische Oberflächenform aufweisen, die in einer konkaven Form gemäß 15 gekrümmt ist. Darüber hinaus kann das Prismenelement 24, wie in 16 gezeigt, eine halbkreisförmige Querschnittsstruktur aufweisen (d.h. eine Struktur, in der eine einzige zylindrische refraktive Oberfläche 26c vorgesehen ist), in der der Scheitelpunkt 25 nicht spitz ist.
In der Modifikation 3 kann, anstelle der Diffusionsteilchen, die isotrope Diffusionsschicht 21 durch eine Anzahl von feinen Blasen im Inneren des Substrats realisiert werden. Die isotrope Diffusionsschicht 21 kann gemäß den physikalischen Eigenschaften des Substrats eine isotrope Diffusionseigenschaft aufweisen, oder die Oberfläche des Substrats wird aufgeraut, um eine isotrope Diffusionseigenschaft aufzuweisen.
In der Modifikation 4 in Bezug auf die zweite Ausführungsform kann die Polarisationselementschicht 228 aus einem reflektierenden Polarisationselement wie DBEF (eingetragene Marke), hergestellt von 3M Co. Ltd., anstelle des Drahtgitters aufgebaut sein. Darüber hinaus kann die Polarisationselementschicht 228 aus einem absorbierenden Polarisationselement aufgebaut sein.
In der Modifikation 5 kann die anisotrope Diffusionseinheit 20 einen Abstand zwischen der isotropen Diffusionsschicht 21 und der anisotropen Prismenarrayschicht 23 aufweisen.
In der Modifikation 6 kann die anisotrope Diffusionseinheit 20 auf die Beleuchtungszieloberfläche 52 des Bildanzeigefeldes 50 aufgeklebt bzw. gebondet sein.
In der Modifikation 7 kann die anisotrope Diffusionseinheit 20 in Bezug auf das Bildanzeigefeld 50 geneigt sein, indem sie senkrecht zur optischen Achse OA angeordnet wird. Weiterhin können die anisotrope Diffusionseinheit 20 und das Bildanzeigefeld 50 parallel zueinander angeordnet sein, indem sie senkrecht zur optischen Achse OA angeordnet werden.
In der Modifikation 8 kann die komplexe Linsenanordnung 40 parallel zur anisotropen Diffusionseinheit 20 angeordnet sein, indem sie in Bezug auf die optische Achse OA geneigt angeordnet wird.
In der Modifikation 9 können anstelle der Kombination aus Lichtsammellinsenanordnung 31 und komplexer Linsenanordnung 40 verschiedene Konfigurationen auf die Lichtsammeleinheit 30 angewandt werden.
In der Modifikation 10 können anstelle der Kombination aus Planspiegel 61 und Hohlspiegel 63 verschiedene Konfigurationen auf die Lichtleiteinheit 60 angewandt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 4671117 B2 [0005]

Claims

Head-up-Display-Vorrichtung, die an einem Fahrzeug (1) zu montieren ist, um ein virtuelles Bild (VTI) für einen Insassen anzuzeigen, indem Anzeigelicht eines Bildes auf ein Projektionselement (3) projiziert wird, um es zu reflektieren, wobei die Head-up-Display-Vorrichtung aufweist: - eine Beleuchtungslichtquelleneinheit (10), die Beleuchtungslicht emittiert; - eine Bilderzeugungseinheit (50), die das Bild durch partielle Übertragung des Beleuchtungslichts erzeugt und das Bild als das Anzeigelicht emittiert; und - eine anisotrope Diffusionseinheit (20, 220), die auf einem Strahlengang zwischen der Beleuchtungslichtquelleneinheit und der Bilderzeugungseinheit angeordnet ist, um das Beleuchtungslicht in einem anisotropen Streuwinkel zu streuen, wobei - wenn das Bild als ein virtuelles Bild angezeigt wird, das Bild so definiert ist, dass es eine Aufwärts/Abwärts-Bildachse (Ay) in einer Richtung entlang einer Aufwärts/Abwärts-Richtung des Fahrzeugs und eine Links/Rechts-Bildachse (Ax) senkrecht zur Aufwärts/Abwärts-Bildachse aufweist, und - der Streuwinkel in der anisotropen Diffusionseinheit in einer Richtung (LDd) entsprechend der Links/Rechts-Bildachse größer ist als in einer Richtung (SDd) entsprechend der Aufwärts/Abwärts-Bildachse.
Head-up-Display-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die anisotrope Diffusionseinheit aufweist: - eine isotrope Diffusionsschicht (21, 221) mit einem isotropen Streuwinkel, und - eine auf der isotropen Diffusionsschicht geschichtet angeordnete anisotrope Prismenarrayschicht (23, 223), in der mehrere Prismenelemente (24) entlang der Richtung entsprechend der Links/Rechts-Bildachse angeordnet sind, um das Beleuchtungslicht in der Richtung entsprechend der Links/Rechts-Bildachse abzulenken, wobei sich jedes der Prismenelemente in der Richtung entsprechend der Aufwärts/Abwärts-Bildachse erstreckt.
Head-up-Display-Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei jedes der Prismenelemente eine dreieckige Prismenform aufweist, die sich entlang der Richtung entsprechend der Aufwärts/Abwärts-Bildachse erstreckt, wobei ein dreieckiger Querschnitt des Prismenelements einen Scheitelpunkt (25) aufweist, der zu einer Seite gegenüber der isotropen Diffusionsschicht vorsteht, wobei der Scheitelpunkt zwischen einem Paar von refraktiven Oberflächen (26) angeordnet ist, die das Beleuchtungslicht brechen.
Head-up-Display-Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Scheitelpunkt einen Scheitelwinkel (θ) aufweist, der ein stumpfer Winkel ist.
Head-up-Display-Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die anisotrope Prismenarrayschicht so angeordnet ist, dass der Scheitelpunkt der Beleuchtungslichtquelleneinheit auf dem Strahlengang zugewandt ist.
Head-up-Display-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei - die Bilderzeugungseinheit eine Flüssigkristallanzeige mit einem Paar von Polarisationsplatten (50d, 50e) ist, - die anisotrope Diffusionseinheit ferner eine Polarisationselementschicht (228) aufweist, die auf der isotropen Diffusionsschicht und der anisotropen Prismenarrayschicht geschichtet angeordnet ist, und - die Polarisationselementschicht ein polarisiertes Licht, das von einer der Polarisationsplatten benachbart zu der anisotropen Diffusionseinheit zu absorbieren ist, dahingehend reguliert, dass es die anisotrope Diffusionseinheit nicht passiert.
Head-up-Display-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei - die Bilderzeugungseinheit eine Flüssigkristallanzeige mit einem Paar von Polarisationsplatten (50d, 50e) ist, - die anisotrope Diffusionseinheit ferner eine Polarisationselementschicht (228) aufweist, die auf der isotropen Diffusionsschicht und der anisotropen Prismenarrayschicht geschichtet angeordnet ist, - die Polarisationselementschicht ein polarisiertes Licht, das von einer der Polarisationsplatten benachbart zu der anisotropen Diffusionseinheit zu absorbieren ist, dahingehend reguliert, dass es die anisotrope Diffusionseinheit nicht passiert, und - die isotrope Diffusionsschicht, die Polarisationselementschicht und die anisotrope Prismenarrayschicht in der Reihenfolge in der anisotropen Diffusionseinheit von einer Seite der Beleuchtungslichtquelleneinheit gestapelt sind.
Head-up-Display-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei - die Bilderzeugungseinheit in einer Plattenform ausgebildet ist, die in Bezug auf eine optische Achse (OA) im optischen Pfad geneigt ist, und - die anisotrope Diffusionseinheit so angeordnet ist, dass sie in Bezug auf die optische Achse geneigt ist, um der Bilderzeugungseinheit zugewandt und parallel zur Bilderzeugungseinheit zu sein.
Bildprojektionseinheit für eine Head-up-Display-Vorrichtung, die an einem Fahrzeug (1) zu montieren ist, um ein virtuelles Bild (VTI) für einen Insassen anzuzeigen, indem ein Anzeigelicht eines Bildes auf ein Projektionselement (3) projiziert wird, um es zu reflektieren, wobei die Bildprojektionseinheit das Anzeigelicht projiziert und aufweist: - eine Beleuchtungslichtquelleneinheit (10), die Beleuchtungslicht emittiert; - eine Bilderzeugungseinheit (50), die das Bild durch partielle Übertragung des Beleuchtungslichts erzeugt und das Bild als das Anzeigelicht emittiert; und - eine anisotrope Diffusionseinheit (20, 220), die auf einem Strahlengang zwischen der Beleuchtungslichtquelleneinheit und der Bilderzeugungseinheit angeordnet ist, um das Beleuchtungslicht in einem anisotropen Streuwinkel zu streuen, wobei - wenn das Bild als ein virtuelles Bild angezeigt wird, das Bild so definiert ist, dass es eine Aufwärts/Abwärts-Bildachse (Ay) in einer Richtung entlang einer Aufwärts/Abwärts-Richtung des Fahrzeugs und eine Links/Rechts-Bildachse (Ax) senkrecht zur Aufwärts/Abwärts-Bildachse aufweist, und - der Streuwinkel in der anisotropen Diffusionseinheit in einer Richtung (LDd) entsprechend der Links/Rechts-Bildachse größer ist als in einer Richtung (SDd) entsprechend der Aufwärts/Abwärts-Bildachse.
Bildprojektionseinheit nach Anspruch 9, wobei die anisotrope Diffusionseinheit aufweist: - eine isotrope Diffusionsschicht (21, 221), die das Beleuchtungslicht mit einem isotropen Streuwinkel streut, und - eine auf der isotropen Diffusionsschicht geschichtet angeordnete anisotrope Prismenarrayschicht (23, 223), in der mehrere Prismenelemente (24) entlang der Richtung entsprechend der Links/Rechts-Bildachse angeordnet sind, um das Beleuchtungslicht in der Richtung entsprechend der Links/Rechts-Bildachse abzulenken, wobei sich jedes der Prismenelemente in der Richtung entsprechend der Aufwärts/Abwärts-Bildachse erstreckt.