DE3738648C2

DE3738648C2 -

Info

Publication number: DE3738648C2
Application number: DE3738648A
Authority: DE
Inventors: Yoshiyuki Suzuki; Tatsumi Ohtsuka; Masao Susono Shizuoka Jp Suzuki; Shunji Tokio/Tokyo Jp Ohtsuji
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 1986-11-14
Filing date: 1987-11-13
Publication date: 1990-08-23
Also published as: JPH0616136B2; DE3738648A1; GB2197728A; JPS63124020A; US4932731A; GB2197728B; GB8726521D0

Description

Die Erfindung betrifft ein Head-up-Display-System mit einer lichtaussendenden Anzeigevorrichtung zur Erzeugung sichtbaren Anzeigelichts.

Aus der GB 21 23 974 A ist ein Head-up-Display-System bekannt, welches eine Lichtquelle, ein Linsensystem und eine Vorrichtung umfaßt, die das durch die Lichtquelle erzeugte Bild dem Bild der Umgebung überlagert. Diese Vorrichtung ist so angeordnet, daß sie sich vor dem Beobachter befindet und dadurch die von der Lichtquelle angezeigte Information und das Bild der Umgebung zusam menführt. Im Strahlengang des Lichts der Lichtquelle sind zwei holographische Elemente angeordnet, von denen das eine die Wirkung einer Zerstreuungslinse und das andere die Wirkung einer Sammellinse hat. Die beiden hologra phischen Elemente bilden zusammen ein sogenanntes galileisches Teleskop, dessen Aufgabe es ist, das Blick feld des Beobachters auszudehnen. Beide holographischen Elemente sind dazu durchlässig und bilden letztlich eine Einheit, da sie nur gemeinsam die beabsichtigte Wirkung erzielen.

Aus der DE-OS 35 23 032 ist ein holographisches Wieder gabesystem bekannt, das insbesondere bei Kraftfahrzeugen verwendet werden kann. Es dient zur Überlagerung der Instrumentenanzeige und besteht aus zwei parallelen holo graphischen Platten. Das wesentliche dieser Anordnung besteht darin, daß die beiden holographischen Platten reflektierend ausgebildet sind und zueinander parallel angeordnet sind. Dies stellt zum einen hohe Anforderungen an die Ausführung der holographischen Zwei-Platten-Anord nung und erfordert darüber hinaus stets einen doch recht beträchtlichen Raum im Bereich des Armaturenbretts des betreffenden Fahrzeugs.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Head-up-Display-System zur Verfügung zu stellen, bei dem die chromatische Aberration ohne Erhöhung des Gewichts und der Größe wirksam beseitigt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Bei dem Head-up-Display-System nach der vorliegenden Erfindung durchläuft das Licht der Anzeigevorrichtung zunächst die durchlässige holographische Beugungsgitter vorrichtung und wird dann von der reflektierenden holo graphischen Beugungsgittervorrichtung zum Beobachter hin zurückgeworfen. Die Differenz im Beugungswinkel des breitbandigen sichtbaren Lichts wird dadurch ausgeschal tet, daß der Beobachter ein klares virtuelles Bild ohne die sonst auftretenden Unschärfen aufgrund der chromati schen Aberration sehen kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungs beispieles unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1A eine Darstellung, die eine Ausführungsform des Head-up-Display-Systems mit Merkmalen nach der vorliegenden Erfindung wiedergibt;

Fig. 1B eine Darstellung, die eine Veränderung des Head-up-Display-Systems, dargestellt in Fig. 1A, wiedergibt;

Fig. 2A eine Darstellung, die die Erklärung der Unschärfe des Abbildungsbildes aufgrund von chromatischer Aberration unterstützt;

Fig. 2B eine Darstellung, die die Erklärung der Vorgehensweise zur Vermeidung der chromatischen Aberration bei der vorliegenden Erfindung unterstützt;

Fig. 3A eine Darstellung, die eine andere Ausführungsform des Head-up-Display-Systems mit Merkmalen nach der vorliegenden ERfindung wiedergibt; und

Fig. 3B eine Darstellung, die eine Veränderung des Head-up-Display-Systems, dargestellt in Fig. 3A, wiedergibt.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden weiter unten, unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1A zeigt eine Ausführungsform mit Merkmalen nach der vorliegenden Erfindung, in der das Head-up-Display-System in einem Fahrzeug befestigt ist. Durch den Einsatz des Head-up-Display-Systems kann der Fahrer 6 sowohl eine direkte Ansicht durch eine Windschutzscheibe 4 als auch eine Abbildung 1′ einer lichtaussendenden Anzeigevorrichtung 1 in einem zueinander überlagerten Lageverhältnis sehen. Mit anderen Worten kann der Fahrer ein Abbildungsbild 1′ an der unteren Seite der Windschutzscheibe 4 sehen, ohne sein Gesicht nach unten zu wenden, um die Anzeigevorrichtung 1 zu sehen, die in dem Armaturenbrett 5 angeordnet ist. In Fig. 1A tritt ein Anzeigenabbild der lichtaussendenden Anzeigevorrichtung 1 durch ein durchlässiges holographisches Beugungsgitter 3 und wird dann durch ein reflektierendes holographisches Beugungsgitter 2 zum Fahrer 6 hin reflektiert.

Die lichtaussendende Anzeigevorrichtung 1 ist zum Beispiel eine fluoreszierende Buchstabenanzeige-Röhreneinheit. Diese lichtaussendende Anzeigevorrichtung 1 und das durchlässige holographische Beugungsgitter 3 sind innerhalb des Armaturenbretts 5 angeordnet und das reflektierende holographische Beugungsgitter 2 ist auf der Innenraumseite der Windschutzscheibe 4 über eine geeignete Vorrichtung angeordnet.

Wenn die lichtaussendende Anzeigevorrichtung 1 Licht zur Anzeige aussendet, tritt das sichtbare Licht, das davon ausgeht, durch das durchlässige holographische Beugungsgitter 3 und trifft dann auf das reflektierende holographische Beugungsgitter 2. Das heißt, das lichtaussendende Anzeigenabbild der lichtaussendenden Anzeigevorrichtung 1 wird auf das reflektierende holographische Beugungsgitter 2 so projiziert, daß ein virtuelles Abbild 1′ der lichtaussendenden Anzeigevorrichtung 1 vor der Windschutzscheibe 4 fokussiert wird.

Daher kann der Fahrer das virtuelle Abbild 1′ innerhalb seines Gesichtsfeldes sehen, während er eine äußere Szene durch die Windschutzscheibe 4 in überlagertem Verhältnis zueinander sieht.

Darüber hinaus sind in der Zeichnung die Winkel R₁ und R₂ und die Abstände L ₁, L ₂ und L ₄ festgelegt auf der Grundlage der Fahrerposition 6 und der Position des virtuellen Abbilds 1′.

Wie in Fig. 1B dargestellt, ist es ebenfalls möglich, das reflektierende holographische Beugungsgitter 2 auf dem Armaturenbrett 5 anzuordnen.

Vor der Beschreibung des aufhebenden Betriebs des Head-up-Display-Systems, das wie oben beschrieben aufgebaut ist, wird die Unschärfe eines Anzeigenabbildes auf Grund von chromatischer Aberration in dem reflektierenden holographischen Beugungsgitter 2 unter Bezugnahme auf die Fig. 2A beschrieben. In Fig. 2A wird das sichtbare Licht von einem Punkt 1 a der lichtaussendenden Anzeigevorrichtung 1 wiedergegeben durch gerade Linien als drei Strahlen, die drei Wellenlängen λ₀, λ₀+Δλ und λ₀-Δλ besitzen, wobei λ₀ eine zentrale Wellenlänge des lichtaussendenden Spektrums und 2 Δλ die halbe Weite des Spektrums wiedergibt, so daß drei virtuelle Bilder 1 a′ eines Punktes 1 a vor dem reflektierenden holographischen Beugungsgitter gebildet werden. Obwohl, übertrieben dargestellt, und obwohl die Abstände dieser drei virtuellen Bilder in der Wirklichkeit sehr nahe beieinanderliegen, wird das Anzeigenabbild unklar gesehen, aufgrund der chromatischen Aberration, wie in Fig. 2A dargestellt.

Fig. 2B zeigt den Zustand, bei dem die oben erwähnte chromatische Aberration ausgeschaltet werden kann durch das Head-up-Display-System mit Merkmalen nach der vorliegenden Erfindung, um die Unschärfe des Abbildes zu verbessern. Wie in den Zeichnungen werden Unterschiede in den Beugungswinkeln der drei Strahlen, die drei Wellenlängen λ₀+Δλ, λ₀ und λ₀-Δλ besitzen und die von dem Punkt 1 a ausgehen und von dem reflektierenden holographischen Beugungsgitter 2 reflektiert werden, vermieden durch das durchlässige holographische Beugungsgitter 3, bevor sie das Auge 6 des Beobachters erreichen, so daß der Beobachter das virtuelle Bild 1 a′ des Punktes 1 a grob als Punktabbildung erkennen kann.

Fig. 3A zeigt eine andere Anordnung des Head-up-Display-Systems mit Merkmalen nach der vorliegenden Erfindung.

In der Ausführungsform, dargestellt in Fig. 1A sind sowohl die lichtemittierende Anzeigevorrichtung 1 als auch das durchlässige holographische Beugungsgitter 3 innerhalb des Armaturenbretts 5 angeordnet. Sie können jedoch auch am Dach 9 des Fahrzeuginnenraums, wie in Fig. 3A dargestellt, vorgesehen sein. In dieser Ausführungsform ist das reflektierende holographische Beugungsgitter 2 auf dem Armaturenbrett 5 demzufolge, wie dargestellt, angeordnet.

Die Anordnung, dargestellt in Fig. 3A ist zweckmäßig, wenn nicht genug Platz vorhanden ist, um die lichtaussendende Anzeigevorrichtung 1 oder das durchlässige holographische Beugungsgitter 3 in der Nähe des Armaturenbretts 5 anzuordnen, weil verschiedene Instrumente und Einheiten innerhalb des Fahrzeugarmaturenbretts 5 angeordnet sind oder wenn das System mit den Merkmalen nach der vorliegenden Erfindung, in einem bereits hergestellten Automobil eingebaut wird.

Darüber hinaus, wie aus Fig. 3B hervorgeht, ist es ebenso möglich, das reflektierende holographische Beugungsgitter 2 auf der Windschutzscheibe 4 vorzusehen.

Wie zuvor beschrieben ist es möglich, in einem Head-up-Display-System mit Merkmalen nach der vorliegenden Erfindung, da chromatische Aberration genau beseitigt werden kann, indem einfach das durchlässige holographische Beugungsgitter zwischen der lichtaussendenden Anzeigevorrichtung und dem reflektierenden holographischen Beugungsgitter vorgesehen wird, ein klares Abbild zu erzielen, das auf das reflektierende holographische Beugungsgitter projiziert und von ihm reflektiert wird, ohne den Einsatz eines komplizierten optischen Systems, und es wird ein helles Abbild durch den Einsatz einer breitbandigen lichtaussendenden Anzeigevorrichtung erreicht, ohne die Erhöhung des Gewichts und der Größe des Systems. Demnach kann das System mit den Merkmalen nach der vorliegenden Erfindung in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden.

Da das durchlässige holographische Beugungsgitter eingesetzt wird zur Unterdrückung der chromatischen Aberration des sichtbaren Lichts, kann im einzelnen die lichtaussendende Anzeigevorrichtung frei in bezug auf das reflektierende holographische Beugungsgitter positioniert werden und das durchlässige holographische Beugungsgitter ist einfach in einem Massenfertigungssystem herzustellen.

Claims

1. Head-up-Display-System mit

(a) einer lichtaussendenden Anzeigevorrichtung (1) zur Erzeugung sichtbaren Anzeigenlichts,
(b) einer reflektierenden holographischen Beugungs gittervorrichtung (2) zur Reflexion des sicht baren Anzeigenlichts in Richtung auf den Beobachter und
(c) einer durchlässigen holographischen Beugungs gittervorrichtung (3) zur Ablenkung des sicht baren Anzeigenlichts, das von der lichtaussendenden Anzeigevorrichtung ausgeht, in Richtung auf die reflektierende holographische Beugungsgittervorrichtung (2).

2. Head-up-Display-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtaussendende Anzeigevorrichtung (1) und die durchlässige holographische Beugungsgittervorrichtung (3) in oder auf einem Armaturenbrett (5) eines Automobils angeordnet sind und die reflektierende holographische Beugungsgittervorrichtung (2) an einer Windschutzscheibe (4) des Automobils angeordnet ist.

3. Head-up-Display-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtaussendende Anzeigevorrichtung (1) und die durchlässige holographische Beugungsgittervorrichtung (3) in oder auf einem Armaturenbrett (5) eines Automobils angeordnet sind und die reflektierende holographische Beugungsgittervorrichtung (2) auf dem Armaturenbrett des Automobils angeordnet ist.

4. Head-up-Display-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtaussendende Anzeigevorrichtung (1) und die durchlässige holographische Beugungsgittervorrichtung (3) am Dach eines Automobils angeordnet sind und die reflektierende holographische Beugungsgittervorrichtung (2) auf dem Armaturenbrett des Automobils angeordnet ist.

5. Head-up-Display-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtaussendende Anzeigevorrichtung (1) und die durchlässige holographische Beugungsgittervorrichtung (3) am Dach eines Automobils angeordnet sind und die reflektierende holographische Beugungsgittervorrichtung (2) an der Windschutzscheibe des Automobils angeord net ist.