DE69119017T2

DE69119017T2 - Bildanzeigegerät

Info

Publication number: DE69119017T2
Application number: DE69119017T
Authority: DE
Inventors: Hirokazu Aritake; Tioshiaki Fujiware; Masayuki Kato; Tsuyoshi Matsumoto; Masato Nakashima; Masaya Sugita; Masao Suzuki; Koichi Takao; Junji Tomita; Fumio Yamagishi
Original assignee: Fujitsu Ltd; Yazaki Corp
Current assignee: Fujitsu Ltd; Yazaki Corp
Priority date: 1990-09-20
Filing date: 1991-09-19
Publication date: 1996-11-14
Anticipated expiration: 2011-09-20
Also published as: EP0479059A1; DE69119017D1; US5497170A; EP0479059B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Headup-Anzeigevorrichtung, und bezieht sich insbesondere auf eine Headup-Anzeigevorrichtung, bei der Anzeigelicht zur Windschutzscheibe hin projiziert wird, so daß ein Fahrer ein Anzeigebild, das entsprechend der Form der Windschutzscheibe reflektiert wird, sehen kann. Sie ist so gestaltet, daß eine Erscheinung verhindert wird, bei der Außenlicht, wie z.B. von der Sonne, durch den Weg des Anzeigelichtes in eine entgegengesetzte Richtung fortschreitet, um die Oberfläche eines Anzeigegerätes zu beleuchten, was die Anzeige nichterkennbar macht. Die Headup-Anzeige ist in einer solchen Weise aufgebaut, daß das Anzeigelicht, das von dem Anzeigegerät ausgestrahlt wird, durch ein außeraxiales Reflexionselement, wie z.B. eine Hologrammplatte und ein Prisma auf die Windschutzscheibe reflektiert wird, die wiederum das einfallende Anzeigelicht zu dem Betrachtungspunkt des Fahrers hin reflektiert.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Headup-Anzeigevorrichtung, und bezieht sich insbesondere auf eine Headup-Anzeigevorrichtung, die Anzeigelicht auf die Windschutzscheibe projiziert, die, entsprechend der Form deren Oberfläche, das Anzeigelicht zu dem Fahrer hin so reflektiert, daß der Fahrer bzw. die Fahrerin dieses sehen kann.

BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK

Im allgemeinen überlagert die Headup-Anzeige eine Bildinformation auf einem Hintergrund, was einer Person ermöglicht, einen großen Teil von Informationen gleichzeitig zu sehen, ohne daß große Körperbewegungen oder eine starke Verschiebung der Sichtlinie von seiten des Fahrers erforderlich ist. Wegen dieses Vorteiles wurde die Headup-Anzeige in praktischen Gebrauch bei Flugzeugführerkabinen von Jagdflugzeugen und Verkehrsflugzeugen gebracht. In den letzten Jahren wurde die Verwendung der Headup-Anzeige in Kraftfahrzeugen in Betracht gezogen.
Bei der Verwendung der Headup-Anzeigevorrichtung für Kraftfahrzeuge gibt es drei Typen von möglichen Kombinationsgeräten, die Hintergrundlicht durchlassen und das Anzeigelicht reflektieren. Der erste Typ verwendet eine Reflexions-Hologrammplatte, die integral mit der Windschutzscheibe ausgebildet ist. Wie in Fig. 37a gezeigt ist, ist eine optische Projektionssystemeinheit 19, die ein Anzeigegerät einschließt, in einem Armaturenbrett 17 montiert, und das Anzeigelicht h von der Einheit wird durch die Reflexions-Hologrammplatte 5, die auf der Windschutzscheibe 15 ausgebildet ist, reflektiert, um das Licht zu dem Betrachtungspunkt 6 eines Fahrers hin zu richten. Der zweite Typ hat ein separates Hologramm-Kombinationsgerät 5', das auf dem Armaturenbrett installiert ist. Wie in Fig. 37b gezeigt ist, ist die optische Projektionssystemeinheit 19, die das Anzeigegerät einschließt, innerhalb des Armaturenbretts 17 installiert. Das Anzeigelicht h wird durch ein Hologrammplatten-Kombinationsgerät 5' zum Betrachtungspunkt 6 des Fahrers hin reflektiert. Der dritte Typ verwendet als Kombinationsgerät eine Windschutzscheibe, die nicht mit einer Hologrammplatte ausgebildet ist oder eine Windschutzscheibe, die behandelt wurde, um den Reflexionsfaktor zu erhöhen. Wie in Fig. 37c gezeigt ist, ist die optische Projektionssystemeinheit 19, die das Anzeigegerät einschließt, in dem Armaturenbrett 17 montiert, und das Anzeigelicht h wird durch die Windschutzscheibe 15 zum Betrachtungspunkt 6 des Fahrers hin reflektiert.
Der erste Typ erfordert es, die reflektierende Hologrammplatte in dem Herstellungsprozeß der Windschutzscheibe auszuführen, und dieses erhöht die Kosten. Ein anderer Nachteil besteht darin, daß, wenn man von außen das Fahrzeug betrachtet, die Hologrammplatte die Lichtstrahlen von außen reflektiert und farbig aussieht, wodurch das Erscheinungsbild eines hochklassigen Erzeugnisses beeinträchtigt wird.
Der zweite Typ weist bestimmte Gestaltungsprobleme auf, die darin bestehen, daß der Umriß des Kombinationsgerätes im Gesichtsfeld der Windschutzscheibe besteht, und daß ein strukturelles Element auf dem Armaturenbrett plaziert ist.
Obwohl es ein Problem hinsichtlich einer niedrigen Anzeigelichtausnutzung gibt, weist der dritte Typ dagegen den Vorteil niedriger Herstellungskosten auf. Er ist in der Gestaltung besser gegenüber den anderen Typen und ist am aussichtsreichsten für Kraftfahrzeuganwendungen.
Die US-A-4 763 990, die dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 entspricht, offenbart eine Headup-Anzeigevorrichtung mit einem Beleuchtungs-Anzeigegerät zum Ausstrahlen von Anzeigelicht in einem sichtbaren Wellenlängenbereich und mit einem außeraxialen reflektierenden Element zum Reflektieren des Anzeigelichts von dem Anzeigegerät in einer vorbestimmten Richtung. In dem Gesichtsfeld eines Fahrers ist ein Reflexionselement angeordnet, das einen geeigneten Reflexionsfaktor aufweist. Das Reflexionselement reflektiert das Anzeigelicht von dem außeraxialen reflektierenden Element zu der Augenposition des Fahrers hin, so daß ein visuelles Bild der Anzeige, die durch das Anzeigelicht ausgebildet wird und durch das Reflektorelement reflektiert wird, in einer Außenansicht, die durch das Reflexionselement hindurch gesehen wird, überlagert wird.
Die GB-A-1 574 351 offenbart eine Headup-Anzeige mit einem Beleuchtungs-Anzeigegerät und einem Reflexionselement. Ein holographisches Element beugt unerwünschtes Licht weg von dem Anzeigegerät, während Licht zu dem Anzeigegerät hin transmittiert wird. In einer Ausführungsform kann ein holographisches Reflexionselement so vorgesehen sein, daß es die Anzeige reflektiert und unerwünschtes Umgebungslicht hindurchläßt.

Durch die Erfindung zu lösende Probleme

Figur 38 zeigt die Wirkung des dritten Typs des oben erläuterten Kombinationsgerätes. Wenn Sonnenlicht i entlang des Lichtweges des Anzeigelichts h in entgegengesetzter Richtung fortschreitet und die optische Projektionssystemeinheit 19 von einer Öffnung 16 in dem Armaturenbrett 17 eintritt, beleuchtet es das Anzeigegerät 1, welches, wenn es als eine Leuchtstoffanzeigeröhre verwendet wird, stark Licht zerlegt, wegen einer weißen Farbe der fluoreszierenden Substanz, woraus sich eine Erscheinung ergibt, bei der die Anzeigesegmente aufzuleuchten scheinen, unabhängig davon, ob die Anzeige tatsächlich eingeschaltet oder ausgeschaltet ist, was eine korrekte Anzeige unmöglich macht. Figur 39 zeigt den Zustand einer abnormalen Beleuchtung. Figur 39a repräsentiert einen korrekten Anzeigezustand, bei dem eine Zahl "80" angezeigt wird. Der abgedeckte Teil der Anzeigesegmente wird nicht beleuchtet. Fig. 39b zeigt einen abnormalen Beleuchtungszustand, bei dem starkes Licht (Sonnenstrahlen) auf die gesamte Oberfläche der Anzeigesegmente auftrifft, welches durch die weiße fluoreszierende Substanz zerstreut wird, wodurch die Anzeigesegmente so ausschauen, als wenn sie Licht ausstrahlen würden. Wenn die Intensität des zerstreuten Lichtes stark ist, verglichen mit dem Anzeigelicht (die Sonnenstrahlen haben an einem klaren Tag genügend Intensität), ist es schwierig, zwischen der korrekten und abnormalen Anzeige zu unterscheiden. Die Leuchtstoffanzeigeröhre hat ein hohes Niveau einer Luminiszenz verglichen mit anderen Typen mit Anzeigegeräten und ist preiswert, was es eine am meisten vielversprechende Vorrichtung als ein Anzeigegerät der Headup-Anzeige macht. Unter diesen Umständen sucht man eine Lösung zur abnormalen Beleuchtung der Leuchtstoffanzeigeröhre.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese Erfindung wurde im Lichte der obigen Probleme erreicht, die mit herkömmlichen Anzeigen kennengelernt wurden, und ihr Ziel ist es, eine Headup-Anzeige zu schaffen, bei der Außenlicht, wie z.B. von der Sonne, wenn dieses in die Anzeigeeinheit eintritt, keine abnormale Beleuchtung der Anzeigefläche eines Anzeigegerätes, wie z.B. einer Leuchtstoffanzeigeröhre verursacht.
Die Headup-Anzeigevorrichtung dieser Erfindung, die die obigen Nachteile vermeidet, umfaßt: ein Beleuchtungs-Anzeigegerät, das Anzeigelicht in einem sichtbaren Wellenlängenbereich ausstrahlt; ein außeraxiales Reflexionselement, das das Anzeigelicht von dem Anzeigegerät in eine vorbestimmte Richtung reflektiert, wobei das außeraxiale Reflexionselement eine Reflexionsfläche aufweist, die einfallendes Außenlicht, das in einer Richtung kommt, das entgegengesetzt zum Weg des Anzeigelichts befindlich ist, zu einer Richtung hin reflektiert, die von jener des sichtbaren Anzeigelichts des Anzeigegerätes unterschiedlich ist; und ein Reflexionselement, das in einem Gesichtsfeld eines Fahrers angeordnet ist, wobei das Reflexionselement einen geeigneten Reflexionsfaktor und einen geeigneten Transmissionsfaktor aufweist, wobei das Reflexionselement das Anzeigelicht von dem außeraxialen Reflexionselement zu der Augenposition des Fahrers hin reflektiert, so daß ein virtuelles Bild der Anzeige, die durch das Anzeigelicht ausgebildet wird und durch das Reflexionselement reflektiert wird, auf einer Außenansicht, die durch das Reflexionselement hindurch gesehen wird, überlagert wird, wobei das außeraxiale Reflexionselement mit einem Abstand kleiner als 20 mm von dem Beleuchtungs-Anzeigegerät angeordnet ist.
In der Headup-Anzeigevorrichtung dieser Erfindung erzeugt das Anzeigegerät Anzeigelicht in einem sichtbaren Bereich des Wellenlängenspektrums, und das außeraxiale Reflexionselement reflektiert das Anzeigelicht von dem Anzeigegerät in einer vorbestimmten Richtung, so daß das reflektierte Anzeigelicht weiter durch ein anderes Reflexionselement zum Betrachtungspunkt eines Fahrers hin reflektiert wird.
Das außeraxiale Reflexionselement reflektiert von außen einfallendes Licht, das in die Vorrichtung eintritt durch Fortschreiten entlang des Weges des reflektierten Anzeigelichtes in entgegengesetzter Richtung, zu einer Richtung hin, die sich von der Richtung des sichtbaren Lichtes des Anzeigegerätes unterscheidet. Daher wird die Intensität des von außen einfallenden Lichtes, das zu dem Anzeigegerät hin reflektiert wird, durch das außeraxiale Reflexionselement gemildert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, die einen wichtigen Teil einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel einer optischen Projektionssystemeinheit der Erfindung zeigt, die in einem Fahrzeug eingebaut ist;
Fig. 3 ist eine Darstellung, die das Anzeigegerät und die außeraxiale reflektierende Hologrammplatte zeigt, die in der Ausführungsform verwendet wird, und deren Beziehung zur Richtung der Ausbreitung des Anzeigelichts zeigt;
Fig. 4a und 4b sind Darstellungen, die Eigenschaften des Anzeigegerätes und der außeraxialen reflektierenden Hologrammplatte zeigen;
Fig. 5 ist eine Darstellung, die darstellt, daß die chromatische Aberration der außeraxialen reflektierenden Hologrammplatte in der Ausführungsform vernachlässigbar ist;
Fig. 6 ist eine schematische Darstellung, die einen wichtigen Teil einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 7 ist eine schematische Darstellung, die ein anderes Beispiel der optischen Projektionssystemeinheit der Erfindung zeigt, die in einem Fahrzeug eingebaut ist;
Fig. 8a und 8b sind schematische Darstellungen, die eine Abwandlung der zweiten Ausführungsform zeigen;
Fig. 9 ist eine Darstellung die das Anzeigegerät und die außeraxiale reflektierende Hologrammplatte zeigt, die in der Abwandlung der zweiten Ausführungsform verwendet wird, und deren Beziehung zur Richtung der Ausbreitung des Anzeigelichts zeigt;
Fig. 10 ist eine schematische Darstellung, die einen wichtigen Teil einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 11 ist eine schematische Darstellung, die einen wichtigen Teil einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 12 ist eine Darstellung, die das Verfahren zur Herstellung der Hologrammplatte zeigt, die in der Ausführungsform dieser Erfindung verwendet wird;
Fig. 13 ist eine schematische Darstellung, die einen wichtigen Teil einer fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 14 ist eine schematische Darstellung, die einen wichtigen Teil einer sechsten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 15 ist eine schematische Darstellung, die einen wichtigen Teil einer siebenten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 16 ist eine schematische Darstellung, die einen wichtigen Teil einer achten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 17 ist eine schematische Darstellung, die einen wichtigen Teil einer neunten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 18 ist eine auseinandergezogene Perspektivansicht eines Wärmeableitelementes in einer Abwandlung der neunten Ausführungs form;
Fig. 19a und 19b sind schematische Darstellungen, die wichtige Teile einer zehnten Ausführungsform der Erfindung zeigen;
Fig. 20 ist eine Darstellung, die das Anzeigegerät und ein Prismenelement zeigt, die in der zehnten Ausführungsform verwendet werden, und deren Beziehung zur Richtung der Ausbreitung des Anzeigelichts zeigt;
Fig. 21 und 22 sind schematische Darstellungen, die andere Prismenelemente in der zehnten Ausführungsform zeigen;
Fig. 23 ist eine schematische Darstellung, die einen wichtigen Teil einer elften Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 24a und 24b sind schematische Darstellungen, die eine Abwandlung der elften Ausführungsform zeigen;
Fig. 25 ist eine schematische Darstellung, die einen wichtigen Teil einer zwölften Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 26 ist eine schematische Darstellung, die einen wichtigen Teil einer dreizehnten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 27 ist eine Darstellung, die die Ausbreitungsrichtung des Anzeigelichts in einer herkömmlichen Headup-Anzeigevorrichtung zeigt;
Fig. 28a, 28b und 28c sind Darstellungen, die zeigen, wie das Anzeigebild durch die Windschutzscheibe gedreht wird;
Fig. 29a, 29b und 29c sind Darstellungen, die ein herkömmliches Verfahren der Korrektur der Bilddrehung zeigen;
Fig. 30a und 30b sind Darstellungen, die das Problem darstellen, die eine vierzehnte Ausführungsform der Erfindung beabsichtigt zu lösen;
Fig. 31a und 31b sind schematische Darstellungen, die wichtige Teile der vierzehnten Ausführungsform der Erfindung zeigen;
Fig. 32a und 32b sind Darstellungen, die das Prinzip der Korrektur der Bilddrehung in der vierzehnten Ausführungsform darstellen;
Fig. 33a und 33b sind Darstellungen, die die Form der Windschutzscheibe zeigen, die in der vierzehnten Ausführungsform verwendet wird, und das Verfahren der Anzeige zeigen;
Fig. 34 ist eine schematische Darstellung, die darstellt, in welcher Richtung der Lichtstrahl von der optischen Projektionssystemeinheit in der vierzehnten Ausführungsform ausgestrahlt wird;
Fig. 35 ist eine schematische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Lichtstrahl, der von der optischen Projektionssystemeinheit ausgestrahlt wird und einem virtuellen Bild in der vierzehnten Ausführungsform zeigt;
Fig. 36a und 36b sind Darstellungen, die die Ergebnisse einer Computersimulation des virtuellen Bildes zeigen, wie sie durch den Fahrer in der vierzehnten Ausführungsform gesehen werden;
Fig. 37a, 37b und 37c sind drei Beispiele von herkömmlichen Headup-Anzeigevorrichtungen; und
Fig. 38 und Fig. 39a und 39b sind schematische Darstellungen, die die Probleme zeigen, die die Erfindung beabsichtigt zu lösen.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Ausführungsformen dieser Erfindung werden im einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Um das Verstehen der Arbeitsweise zu erleichtern, sind den identischen Teilen gleiche Bezugszeichen in den Figuren gegeben, und eine Wiederholung der Erläuterung dieser identischen Teile wird vermieden.
Fig. 1 zeigt einen wichtigen Bereich einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die erste, zweite bis neunte und vierzehnte Ausführungsform verwenden eine außeraxiale reflektierende Hologrammplatte (off-axis reflective hologram) als ein außeraxiales Reflexionselement.
In Fig. 1 bezeichnet die Bezugszahl 1 ein Anzeigegerät (Leuchtstoffanzeigeröhre) zum Anzeigen der Geschwindigkeit eines Fahrzeuges und von Meßwerten anderer Meßinstrumente. Mit 2 ist eine außeraxiale reflektierende Hologrammplatte bezeichnet, die so gestaltet ist, daß sie Licht f reflektiert, das von dem Anzeigegerät 1 in einer Richtung ausgestrahlt wird, bei der Reflexionswinkel sich vom Einfallswinkel unterscheidet. Der Einfallswinkel und der Reflexionswinkel sind als Winkel definiert, die durch den einfallenden Strahl und den reflektierenden Strahl bezüglich einer Normallinie der Hologrammplatte 2 auf der Seite des Anzeigegerätes 1 gebildet werden. Das Licht g, das durch eine Hologrammschicht auf der außeraxialen reflektierenden Hologrammplatte reflektiert wird, bildet ein virtuelles Bild 11 und wird dann durch einen Konkavspiegel 30 als ein optisches Vergrößerungssystem reflektiert, wodurch ein vergrößertes virtuelles Bild 12 an einer entfernten Position gebildet wird. Das Licht h, das durch den Konkavspiegel 30 reflektiert wird, tritt durch ein Fenster 18, das verwendet wird, um die optische Projektionssystemeinheit 19 zu umschließen, und tritt aus der Einheit aus.
Fig. 2 zeigt die optische Projektionssystemeinheit 19 dieser Erfindung, die in einem Fahrzeug installiert ist. Die optische Projektionssystemeinheit 19 ist innerhalb des Armaturenbretts 17 eingebaut, das mit einer Öffnung 16 ausgebildet ist, um dem Anzeigelicht zu ermöglichen, aus der Einheit auszutreten. Der Projektionswinkel des Anzeigelichts h von der optischen Projektionssystemeinheit 19 ist so festgelegt, daß das Anzeigelicht h von der Einheit 19 teilweise durch die Windschutzscheibe 15 zu der Betrachtungsposition 6 eines Fahrers hin reflektiert wird. Die Windschutzscheibe 15 (ein Plattenelement, dessen Reflexionsfaktor und Transmissionsfaktor als spezifizierte Werte festgelegt sind), brauchen keiner Behandlung an deren Reflexionsfläche unterworfen zu werden, so daß die Grenzfläche zwischen dem Glas und der Luft als eine Reflexionsfläche wirkt. Oder sie kann mit einer dünnen Metallschicht, einer dielektrischen Mehrfachschicht oder einer regulären Reflexions-Hologrammschicht beschichtet werden, um den Reflexionsfaktor zu erhöhen. Auf diese Weise kann der Fahrer das Anzeigebild an einer Position des virtuellen Bildes 13 innerhalb eines Gesichtsfeldes auf der Windschutzscheibe sehen.
Fig. 3 ist eine Perspektivansicht, die das Anzeigegerät 1 in der optischen Projektionssystemeinheit 19 und die außeraxiale reflektierende Hologrammplatte 2 zeigt. Die außeraxiale reflektierende Hologrammplatte 2 reflektiert ein einfallendes Anzeigelicht f, das auf die Hologrammplatte 2 nahezu vertikal auftrifft, in einer Richtung des Pfeils g mit einem großen Reflexionswinkel θ (z.B. 45º).
Nun wird ein Beispiel eines Verfahrens der Herstellung der außeraxialen reflektierenden Hologrammplatte unter Bezugnahme auf Fig. 12 beschrieben.
Eine Hologrammtrockenplatte X und der Brennpunkt einer ersten Zerstreuungslinse 100 werden an Positionen angeordnet, die der außeraxialen reflektierenden Hologrammplatte 2 und der Anzeigeoberfläche des Anzeigegeräts entsprechen. Eine Lichtachse l&sub1;&sub0;&sub0; der ersten Zerstreuungslinse 100 hat einen Einfaliswinkel θ' zu der Hologrammtrockenplatte X gleich einem Winkel, bei dem das Anzeigelicht f auf die außeraxiale reflektierende Hologrammplatte 2 einfällt. Eine Lichtachse l&sub2;&sub0;&sub0; einer zweiten Zerstreuungslinse hat einen Einfallswinkel θ zur der Hologrammtrockenplatte X mit einem Winkel, bei dem das Anzeigelicht von der außeraxialen reflektierenden Hologrammplatte 2 reflektiert wird.
Ein Laserstrahl von einem Lasergenerator 300 wird in zwei Richtungen durch einen Strahlenteiler 400 aufgeteilt. Der aufgeteilte Laserstrahl wird entlang der Lichtachse der ersten Zerstreuungslinse 100 und der Zerstreuungslinse 200 über jeweilige Spiegel 500 und 600 geführt.
Die Laserstrahlen mit einer sphärischen Wellenfront von den ersten und zweiten Zerstreuungslinsen 100, 200 werden gegen die Vorderseite und Rückseite der Hologrammtrockenplatte X gestrahlt, um ein Lippmann-Hologramm festzuhalten, das aus Interferenzstreifen besteht, die in Schichten in Richtung der Emulsionsschichtdicke auf der Trockenplatte X aufgeschichtet sind. Dann wird die Trockenplatte X entwickelt, um die außeraxiale reflektierende Hologrammplatte 2 zu bilden.
Das Wellenlängenband des reflektierten Lichts von der außeraxialen reflektierenden Hologrammplatte 2 ist näher einem Spitzenwert im Lichtspektrum des Anzeigegeräts 1 gesetzt, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Die effektive Fläche der außeraxialen reflektierenden Hologrammplatte 2 ist nahezu gleich oder etwas größer hergestellt, als die Anzeigefläche des Anzeigegeräts 1. Die präzise erforderliche Fläche wird durch die Größe eines Elements bestimmt, das das optische Vergrößerungssystem ausmacht (in diesem Fall der Konkavspiegel 30) und durch den Bereich des Betrachtungspunktes (oder Sichtbereiches) des Fahrers, durch welchen der Fahrer die Anzeige sehen kann. So hängt die exakte Fläche der außeraxialen reflektierenden Hologrammplatte von der Gestaltung ab.
Wenn in dieser Ausführungsform, die wie oben beschrieben aufgebaut ist, in Fig. 1 das Sonnenlicht i in die optische Projektionssystemeinheit 19 eintritt und im gleichen Weg wie das Anzeigelicht h, aber in entgegengesetzter Richtung, fortschreitet und auf die außeraxiale reflektierende Hologrammplatte 2 auftrifft, wird ein Teil des Sonnenlichtes regulär durch die Glasdeckfläche der Hologrammplatte reflektiert. Das andere Licht, als das Reflexionswellenband der Hologrammschicht, tritt durch die Hologrammplatte hindurch, während nur das Licht des Reflexionswellenlängenbandes der Hologrammschicht das Anzeigegerät 1 erreicht. Somit kann eine abnormale Beleuchtung des Anzeigegeräts 1 stark vermindert werden. Obwohl das Außenlicht des Reflexionswellenlängenbandes der Hologrammplatte 2 in das Anzeigegerät 1 eintritt, ist die Intensität der abnormalen Beleuchtung des Anzeigegeräts 1 schwach verglichen mit dem Anzeigelicht f, und somit erwächst kein praktisches Problem.
Fig. 5 stellt dar, daß die chromatische Aberration, die durch die außeraxiale reflektierende Hologrammplatte 2 erzeugt wird, virtuell vernachlässigbar gemacht werden kann durch Setzen der Hologrammplatte nahe an das Anzeigegerät 1. Von jedem Punkt auf der Oberfläche des Anzeigegeräts, wird das Licht sphärisch zerlegt, aber hier wird das Licht durch einen Linsenmittelstrahl repräsentiert. Das Licht, das von dem Punkt P auf der Oberfläche des Anzeigegeräts ausgeht und durch die außeraxiale reflektierende Hologrammplatte 2 reflektiert wird, hat eine Vielzahl von Wellenlängenkomponenten. Von diesen Wellenlängen werden die maximalen und minimalen Wellenlängen ausgewählt und als λ&sub1;, λ&sub2; festgelegt. Das Licht, das durch die außeraxiale reflektierende Hologrammplatte reflektiert wird, wird in unterschiedliche Richtungen entsprechend der Wellenlänge reflektiert, so daß das virtuelle Bild an unterschiedlichen Positionen P&sub1;, P&sub2; entsprechend der Wellenlänge gebildet wird.
Ein virtuelles Bild, das durch das Licht mit der Wellenlänge zwischen λ&sub1; und λ&sub2; gebildet wird, wird an einer Position zwischen den Punkten P&sub1; und P&sub2; gebildet. Das bedeutet, daß der Punkt P, der ursprünglich ein Punkt war, unscharf über der Linie wird, dessen Enden P&sub1; und P&sub2; sind. Diese Erscheinung ist die chromatische Aberration. Der Grad der Unschärfe hängt stark von dem Abstand d zwischen dem Anzeigegerät 1 und der außeraxialen reflektierenden Hologrammplatte 2 ab. Der Bereich der Richtungsänderung der Reflexion Δθ wird zum ersten Mal festgelegt, wenn die Wellenlänge bestimmt wird, aber der Abstand zwischen den Punkten P&sub1; und P&sub2; kann durch Vermindern des Abstands d vermindert werden. Berücksichtigt man, daß der Wellenlängenauswahlbereich der außeraxialen reflektierenden Hologrammplatte zwischen 20 und 30 nm ist, kann die Unschärfe des Bildes virtuell vernachlässigbar gemacht werden durch Festlegen des Abstands d auf kleiner als 20 mm.
Fig. 6 zeigt einen wichtigen Teil der zweiten Ausführungsform dieser Erfindung. Diese Ausführungsform verwendet zwei Konkavspiegel 31, 32 als ein optisches Vergrößerungssystem, um den Vergrößerungsfaktor der Anzeige zu erhöhen. Ein Verfahren der Erhöhung des Vergrößerungsfaktors besteht darin, einen Konkavspiegel 30 in Fig. 1 mit einer kurzen Brennweite zu verwenden. Aber dieser Spiegel erzeugt eine vergrößerte Verzeichnung des Bildes, was es schwierig macht, einen breiten Betrachtungsbereich abzusichern. Um dieses konkreter zu erläutern, wird, wenn die Betrachtungsposition oder die Augenposition des Fahrers sich ändert, das Bild des Fahrers stark verzeichnet werden. Die Verwendung von zwei Konkavspiegeln mit relativ langer Brennweite gestattet eine Erhöhung in der Vergrößerungsleistung für das Bild ohne eine starke Verzeichnung.
Diese Ausführungsform mit dem obigen Aufbau hat den Vorteil einer beträchtlichen Verminderung der abnormalen Beleuchtung von Sonnenlicht, das entlang des gleichen Weges des Anzeigelichts in umgekehrter Richtung eintritt, wie in der ersten Ausführungsform. Ferner ist es möglich, das Niveau der Bildverzeichnung gegenüber dem Niveau der ersten Ausführungsform zu verringern.
Während in Fig. 6 die Lichtachsen auf einer Ebene plaziert sind, kann die austretende Richtung des Anzeigelichts h auf eine beliebige Richtung geändert werden.
Im allgemeinen ist der Fahrersitz entweder auf der rechten oder linken Seite eines Fahrzeugs vorgesehen. Somit ist die Weise, wie das Anzeigelicht h durch die Windschutzscheibe 15 reflektiert wird, nicht so einfach, wie es in einer Draufsicht gezeichnet werden kann. Das heißt, wie in Fig. 7 gezeigt ist, muß das Anzeigelicht h, das aus der Öffnung 16 des Armaturenbretts 17 austritt, seitwärts reflektiert werden in einem Winkel zur Betrachtungsposition 6 des Fahrers hin.
Fig. 8 ist eine Abwandlung der zweiten Ausführungsform, die ein Beispiel der optischen Projektionssystemeinheit 19 zeigt, die in der oben beschriebenen Situation anwendbar ist. Fig. 8a ist eine Draufsicht und Fig. 8b ist eine Seitenansicht. Während strukturelle Elemente die gleichen sind, wie jene von Fig. 6, d.h., wie das Anzeigegerät 1, die außeraxiale reflektierende Hologrammplatte 2 und die Konkavspiegel 31, 32, sind sie in einer unterschiedlichen Weise angeordnet, und das Licht wird in einer unterschiedlichen Richtung durch die außeraxiale reflektierende Hologrammplatte reflektiert. In Fig. 8b ist die relative Position des Anzeigegeräts 1 und der außeraxialen reflektierenden Hologrammplatte 2 nahezu gleich, wie jene in Fig. 6. Die Richtung jedoch, in der das Licht reflektiert wird, ist seitwärts geneigt festgelegt. Fig. 9 zeigt die Lagebeziehung zwischen dem Anzeigegerät 1 und der außeraxialen reflektierenden Hologrammplatte 2. Das Anzeigelicht f, das nahezu vertikal auf die Hologrammoberfläche einfällt, wird diagonal reflektiert, wie durch die Linie g angegeben ist. Das Verfahren der Herstellung des Hologramms ist das gleiche, wie im Fall von Fig. 3, aber die Hologrammtrockenplatte muß in einer Ebene während der Installation gedreht werden, so daß das Licht diagonal reflektiert wird. Es ist außerdem anzumerken, daß das Anzeigegerät 1, die außeraxiale reflektierende Hologrammplatte 2 und das Konkavspiegelsystem alle in ihrer Lagebeziehung vezeichnet sind. Ferner ist die Lagebeziehung zwischen den beiden Konkavspiegeln 31 und 32 nicht symmetrisch, so daß das Anzeigelicht h, nachdem es durch die Windschutzscheibe 15 reflektiert wurde, eine horizontale Zeichenanzeige innerhalb eines geeigneten Gesichtsfeldes erzeugt. Die Positionen des Anzeigegeräts 1 und des Konkavspiegels 32 werden mittels Durchrechnen des Lichtweges ermittelt. Die Lichtberechnungsmethode selbst ist ein bekanntes Verfahren, und somit wird dessen Beschreibung weggelassen.
Fig. 10 zeigt einen wichtigen Bereich der dritten Ausführungsform der Erfindung. Diese Ausführungsform verwendet eine optische Linse 34 als ein optisches Vergrößerungssystem. Währenddessen in der Figur eine einzelne Konvexlinse gezeigt ist, kann es eine Gruppe von Linsen sein. Bevorzugterweise ist der Linsenaufbau jedoch so einfach wie möglich, um die Kosten zu reduzieren. Diese Ausführungsform mit einem solchen Aufbau erzielt den gleichen Effekt, wie die zweite Ausführungsform.
Fig. 11 zeigt einen wichtigen Bereich der vierten Ausführungsform der Erfindung. Diese Ausführungsform verwendet eine optische Linse 35 und einen Konkavspiegel 36 als ein optisches Vergrößerungssystem. Die Ausführungsform mit diesem Aufbau hat den gleichen Effekt, wie die zweite Ausführungsform. Verschiedene Kombinationen von Konvexlinsen und Konkavspiegeln sind für das optische Vergrößerungssystem möglich.
Wenn Linsen verwendet werden, wird bevorzugt, diese mit einem Reflexionsschutzfilm zu beschichten, um die Oberflächenreflexionseinflüsse zu vermeiden.
Fig. 13 zeigt einen wichtigen Bereich der fünften Ausführungsform der Erfindung. In dieser Ausführungsform ist eine Konvexlinse 7 zwischen dem Anzeigegerät 1 und der außeraxialen reflektierenden Hologrammplatte 2 angeordnet.
Die Lichtachse L der Konvexlinse 7 ist mit der Lichtachse des Anzeigelichts f, das von dem Anzeigegerät 1 zu der außeraxialen reflektierenden Hologrammplatte 2 ausgestrahlt wird, ausgerichtet. Das Anzeigelicht f von dem Anzeigegerät 1 tritt durch die Konvexlinse 7 hindurch und wird durch die außeraxiale reflektierende Hologrammplatte 2 mit einem Reflexionswinkel reflektiert, der sich vom Einfallswinkel zum Konkavspiegel 30 hin unterscheidet. Das reflektierte Licht wird ferner durch den Konkavspiegel 30 und dann durch die Windschutzscheibe 15 zum Betrachtungspunkt 6 des Fahrers hin reflektiert.
Wenn das Außenlicht, wie z.B. das Sonnenlicht, in die außeraxiale reflektierende Hologrammplatte 2 über den Konkavspiegel 30 eintritt, erreicht nur das Licht in dem Reflexionswellenlängenband der außeraxialen reflektierenden Hologrammplatte 2 das Anzeigegerät 1, wie in den vorhergehenden Ausführungsformen Daher kann die abnormale Beleuchtung des Anzeigegeräts 1 im wesentlichen vermindert werden.
Die optischen Positionen der Konvexlinse 7, des Anzeigegeräts 1 und der außeraxialen reflektierenden Hologrammplatte 2 werden so festgelegt, daß das reale Bild der Anzeige des Anzeigegeräts 1 auf der Reflexionsfläche der außeraxialen reflektierenden Hologrammplatte 2 ausgebildet wird.
Mit dieser Ausführungsform des obigen Aufbaus, verhält sich das Anzeigelicht, das durch die außeraxiale reflektierende Hologrammplatte 2 zu dem Konkavspiegel 30 hin reflektiert wird, in der gleichen Weise, wie das Licht, das von einem physikalischen Punkt auf der Oberfläche der außeraxialen reflektierenden Hologrammplatte 2 ausgeht. Diese Ausführungsform ist identisch mit dem Fall, wo der Abstand d zwischen dem Anzeigegerät 1 und der außeraxialen reflektierenden Hologrammplatte 2 in Fig. 5 auf Null gesetzt ist, wodurch vollständig die Unschärfe des Bildes vermieden wird.
Fig. 14 zeigt einen wichtigen Bereich der sechsten Ausführungsform der Erfindung. Diese Ausführungsform verwendet einen Konkavspiegel 7' anstatt der Konveximse 7 der fünften Ausführungsform. Die optische Position des Konkavspiegels 7' ist so festgelegt, daß das reale Bild der Anzeige des Anzeigegeräts 1 durch den Konkavspiegel 7' auf der Reflexionsoberfläche der außeraxialen reflektierenden Hologrammplatte 2 ausgebildet wird. Daher ist diese Ausführungsform ebenfalls zu dem Fall äquivalent, wo der Abstand d zwischen dem Anzeigegerät 1 und der außeraxialen reflektierenden Hologrammplatte 2 auf Null gesetzt ist, wie in der fünften Ausführungsform, womit die Bildunschärfe vollständig beseitigt wird.
Auf diese Weise kann die außeraxiale reflektierende Hologrammplatte Einflüsse des Außenlichtes sowie eine chromatische Aberration beseitigen, was ein klares Bild der Anzeige absichert. Da die chromatische Aberration vermieden wird, kann das Wellenlängenband des Anzeigelichts von dem Anzeigegerät erweitert werden, und der Reflexionsfaktor der außeraxialen reflektierenden Hologrammplatte kann erhöht werden, was ein helles Bild der Anzeige schafft.
Fig. 15 zeigt einen wichtigen Teil der siebenten Ausführungsform der Erfindung. Das Anzeigegerät 1 verwendet eine Leuchtstoffanzeigeröhre. Mit 8 ist eine erste Hologrammplatte bezeichnet, die eine außeraxiale reflektierende Hologrammplatte mit einem unterschiedlichen Eintrittswinkel α&sub1; und Reflexionswinkel α&sub2; ist. Mit 9 ist eine zweite Hologrammplatte bezeichnet, die ebenfalls eine außeraxiale reflektierende Hologrammplatte ist, wie die erste Hologrammplatte, und hat, um den außeraxialen Pegel zu erhöhen, einen Einfallswinkel β&sub1; und einen Reflexionswinkel β&sub2;, die auf der gleichen Seite einer Vertikallinie auf der Hologrammplatte festgelegt wurden, wie gezeigt ist. Die beiden Hologrammplatten 8 und 9 sind in einem Gehäuse 11 mit solchen Winkeln angeordnet, daß sie das Anzeigebild des Anzeigegeräts 1 auf der Windschutzscheibe reflektieren und projizieren können. An einer Anzeigeposition von einem Meter vor der ersten Hologrammplatte 8, wird das Bild der Anzeige des Anzeigegeräts fünf mal vergrößert. Die chromatische Aberration ist kompensiert. Bevorzugterweise sind die Rückflächen der ersten und zweiten Hologrammplatte 8, 9 (die Seite, auf der kein Licht einfällt) mit einer Schicht versehen, um Licht zu absorbieren. Mit 18 ist ein Fenster bezeichnet, das in dem Gehäuse 11 vorgesehen ist, das mit einer durchsichtigen ebenen Platte 21, wie z.B. einer Glasplatte, abgedeckt ist. Mit 14 ist ein Aufsatz bezeichnet, um das Außenlicht vom Fenster am Eintreten in das Anzeigegerät 1 zu hindern.
In der optischen Projektionssystemeinheit 19 dieser Ausführungsform mit dem obigen Aufbau wird das Anzeigebild des Anzeigegeräts 1 aufeinanderfolgend durch die zweite Hologrammplatte 9 und die erste Hologrammplatte 8 reflektiert und dann durch das Fenster 18 auf die Windschutzscheibe, nicht gezeigt, projiziert, die das Anzeigebild weiter zu dem Fahrer reflektiert, so daß der Fahrer bzw. der Fahrerin dieses sieht.
Da hinsichtlich des Außenlichts die erste und zweite Hologrammplatte 8, 9 außeraxiale reflektierende Hologrammplatten sind und eine Eigenschaft aufweisen, nur das Licht in einem spezifizierten Wellenlängenband, wie in Fig. 4 gezeigt ist, zu reflektieren, und da deren Einfallswinkel sich von den Reflexionswinkeln unterscheiden, wird das Sonnenlicht, das z.B. in Richtung a entgegengesetzt zum Anzeigelicht eintritt, nur in einem vorgegebenen Wellenlängenband durch die erste Hologrammplatte in Richtung b zu dem Anzeigegerät hin reflektiert. Ein Teil des Sonnenlichts wird regulär reflektiert durch die Glasdeckfläche der ersten Hologrammplatte 8 in der Richtung c, während das Licht, anders als das des Reflexionswellenlängenbandes der Hologrammplatte durch die Hologrammplatte 8 in der Richtung d hindurchtritt. Das Licht, das an der Oberfläche in der Richtung c reflektiert würde, wird kein Streulicht wegen der Behandlung, der die Innenfläche des Gehäuses 11 unterzogen wurde, wie z.B. einem schwarzen Anstrich. Ferner kann das Licht, das durch die Hologrammplatte 8 in der Richtung d hindurchgetreten ist, durch die Rückfläche der ersten Hologrammplatte, die schwarz angestrichen ist oder an deren Rückseite eine Absorptionsplatte versehen ist, absorbiert werden. Das Licht, das auf die erste Hologrammplatte 8 aus der Richtung e auftrifft, wird regulär an der Oberfläche in Richtung b reflektiert. Ein Hauptteil dieses Lichts, das in der Richtung b fortschreitet, wird jedoch regulär reflektiert durch die zweite Hologrammplatte 9 in der Richtung g, außer des Lichtes eines bestimmten Wellenlängenbandes. Daher ist das Licht, das durch die zweite Hologrammplatte 9 gebeugt wird, um das Anzeigegerät 1 zu erreichen, nur das Licht, das ein bestimmtes Wellenlängenband hat. Die Intensität dieses Lichtes ist genügend gering, so daß das Anzeigebild nicht schwierig zu erkennen ist.
Mit dieser Ausführungsform können die Einflüsse von Außenlicht in einer Weise, wie sie oben erläutert wurde, unterdrückt werden.
Fig. 16 zeigt die achte Ausführungsform der Erfindung. In der Figur sind den Teilen, die identisch mit jenen von Fig. 15 sind, die gleichen Bezugszeichen gegeben.
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der siebenten Ausführungsform darin, daß die zweite Hologrammplatte 9 dieser Ausführungsform eine durchlässige außeraxiale Hologrammplatte ist, die der reflektierenden außeraxialen Hologrammplatte, die in der siebenten Ausführungsform verwendet wird, gegenüberliegt, und daß der Aufsatz 14 abgenommen ist.
In dieser Ausführungsform wird mit dem obigen Aufbau das Anzeigebild des Anzeigegeräts 1 durch die zweite Hologrammplatte 9' transmittiert und gebeugt, und dann durch die erste Hologrammplatte 8 reflektiert. Das Anzeigelicht wird weiter durch die Windschutzscheibe, die nicht gezeigt ist, zu dem Fahrer hin reflektiert.
Ein großer Teil des Sonnenlichtes, das in der Richtung a entgegengesetzt zu dem Anzeigelicht eintritt, wird entweder regulär in der Richtung c reflektiert oder in der Richtung d durch die erste Hologrammplatte 8 transmittiert. Nur das Licht eines bestimmten Wellenlängenbandes wird in der Richtung b zu dem Anzeigegerät 1 hin reflektiert. Das Sonnenlicht, das aus der Richtung e eintritt, wird an der Oberfläche der ersten Hologrammplatte 8 zu der Richtung b hin reflektiert. Aber ein Hauptteil des reflektierten Lichts wird entweder regulär durch die zweite Hologrammplatte 9' in der Richtung g reflektiert oder tritt in der Richtung h durch diese hindurch. Als ein Ergebnis dessen, ist nur das Licht, das durch die zweite Hologrammplatte 9' gebeugt wird, um das Anzeigegerät 1 zu erreichen, das Licht eines bestimmten Wellenlängenbandes. Die Intensität des Lichtes, das das Anzeigegerät erreicht hat, ist genügend klein, so daß das Anzeigebild nicht schwierig zu sehen ist.
Mit der siebenten und achten Ausführungsform, die zwei außeraxiale Hologrammplatten verwendet, um das Anzeigebild des Anzeigegerätes auf die Windschutzscheibe zu projizieren, verhindert, daß ein großer Teil des Sonnenlichtes, das eingetreten ist, das Anzeigegerät erreicht, wodurch die abnormale Beleuchtung des Anzeigegerätes minimiert wird.
Fig. 17 zeigt einen Querschnitt eines wichtigen Teils der neunten Ausführungsform der Erfindung. Wie in der zweiten Ausführungsform, wird das Anzeigelicht f von dem Anzeigegerät 1 durch die außeraxiale reflektierende Hologrammplatte 2, den Konkavspiegel 31 und den Konkavspiegel 32 reflektiert und tritt durch das Fenster 18 hindurch, um die Windschutzscheibe, nicht gezeigt, zu erreichen, die weiter das Anzeigebild zu der Betrachtungsposition des Fahrers hin reflektiert.
In Fig. 17 ist mit dem Bezugszeichen 20 ein Wärmeableitelement bezeichnet, das in dieser Ausführungsform hinzugefügt ist. Das Wärmeableitelement 20 ist hinter und getrennt von der außeraxialen reflektierenden Hologrammplatte 2 angeordnet und nimmt Infrarotstrahlen auf, die durch eine gestrichelte Linie angegeben sind und die die außeraxiale reflektierende Hologrammplatte 2 transmittiert haben, um Wärme abzuleiten.
Dieser Aufbau sichert ab, daß Infrarotstrahlen, die durch die außeraxiale reflektierende Hologrammplatte 2 hindurchgetreten sind, auf nichts anderes auftreten als das Wärmeableitelement 20 auftreten, was eine thermische Deformation oder einen Ausfall anderer Elemente verhindert, was auftreten könnte, wenn diese den Infrarotstrahlen ausgesetzt wären.
Das Wärmeableitelement 20 ist z.B. aus einem Aluminiumdruckguß oder einem thermisch leitenden Kunstharz ausgebildet. Um die Wirksamkeit des Herauslösens der Wärme aus der optischen Projektionssystemeinheit 19 zu erhöhen, steht der Montagegrundbereich 20a des Wärmeableitelementes 20 an der Einheit 19 von der Einheit 19 hervor, und das vordere Ende des Wärmeableitelementes 20 ist so umgebogen, daß es über das Ende der außeraxialen reflektierenden Hologrammplatte 2 übersteht. Der umgebogene Bereich 20b trägt dazu bei, zu verhindern, daß das Licht um das Ende der Hologrammplatte 2 herauskommt und andere Komponentenelemente erreicht.
Da die Transmission des Lichts zu und von den vier Endflächen der außeraxialen reflektierenden Hologrammplatte 2 nicht erwünscht ist, sind diese Endflächen schwarz gestrichen, um zu verhindern, daß Licht eintritt und auch, um die Innenreflexion des Lichts an den Endflächen zu verhindern.
Während in der Ausführungsform von Fig. 18 das Wärmeableitelement 20 separat hinter der außeraxialen reflektierenden Hologrammplatte vorgesehen ist, kann das Wärmeableitelement 20 nicht nur zum Ableiten von Wärme verwendet werden, sondern auch als ein Element, um die Hologrammplatte zu dem optischen Projektionssystem 19 zu fixieren.
Um dieses mehr im einzelnen zu erläutern, weist das Wärmeableitelement 20 einen Montagegrundbereich 20a auf, der mit der optischen Projektionssystemeinheit 19 befestigt ist und vertikal ansteigende Kanten 201, 202 auf beiden Seiten aufweist, um einen Kanal 203 zu bilden. Die außeraxiale reflektierende Hologrammplatte 2 besteht aus zwei dünnen Glasplatten 2a, 2b und einem lichtempfindlich gemachten Film, der zwischen die beiden Glasplatten, auf denen ein reflektierendes Hologramm ausgebildet ist, geklemmt wird. Die Hologrammplatte 2 weist auch zwei Streifen von wärmeisolierenden Materialien 2c, 2d auf, die an der Rückseite jeder Seite befestigt ist. Die außeraxiale reflektierende Hologrammplatte 2 mit den wärmeisolierenden Materialien 2c, 2d an der Rückseite ist in dem Kanal 203 des Wärmeableitelementes 20 über die wärmeisolierenden Materialien 2c, 2d installiert, so daß sie nicht direkt mit dem Wärmeableitelement 20 in Berührung steht. In diesem Zustand ist ein Fensterrahmenelement 20', das den Außenumfang der reflektierenden Hologrammplatte 2 umschließt, mit dem Wärmeableitelement 20 mittels einer nicht gezeigten Einrichtung befestigt, um die Hologrammplatte 2 mit dem Wärmeableitelement 20 zu befestigen, wobei die Hologrammplatte 2 zwischen dem Fensterrahmenelement 20' und dem Wärmeableitelement 20 zwischengeschichtet ist.
Das Fensterrahmenelement 20' wurde einer Niedrigreflexionsbehandlung auf dessen Oberfläche unterzogen, um überschüssiges Licht, das auf den Außenumfang der Hologrammplatte 2 einfällt, zu absorbieren. Der obere Endbereich des Fensterrahmenelementes 20' ist umgebogen, so daß ein umgebogener Bereich 20a' die obere Endfläche der Hologrammplatte 2, die in dem Kanal 203 des Wärmeableitelementes 20 aufgenommen wird, umschließt. Daher sind die rechten und linken Endflächen und die obere Endfläche der außeraxialen reflektierenden Hologrammplatte 2 abgedeckt, wodurch verhindert wird, daß Licht durch diese Endflächen der Hologrammplatte 2 hindurchtreten.
Die Fig. 19 und 20 zeigen die zehnte Ausführungsform der Erfindung. Die zehnte und die nachfolgende elfte bis dreizehnte Ausführungsform verwenden ein Prismenelement als außeraxiales reflektierendes Element.
Fig. 19a zeigt den Aufbau der optischen Projektionssystemeinheit und Fig. 19b zeigt die optische Projektionssystemeinheit, die an einem Fahrzeug angebracht ist. Fig. 20 zeigt das Anzeigegerät und das Prismenelement, daß das optische Projektionssystem der Ausführungsform ausmacht und deren Beziehung zur Richtung der Ausbreitung des Anzeigelichts.
In Fig. 19a ist mit 1 ein Anzeigegerät (Leuchtstoffanzeigeröhre bezeichnet, das die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs und anderer Meßwerte von anderen Meßinstrumenten zeigt. Mit 4 ist ein Prisma bezeichnet, das einen Scheitelwinkel θ aufweist, der durch zwei Ebenen 41, 42 gebildet wird. Von den beiden Ebenen ist die Ebene 42 mit einer regulär reflektierenden Hologrammplatte 5' als eine Schicht ausgebildet, die eine Wellenlängenauswahl hat. Das Anzeigegerät 1 und das Prisma 4 sind in einer solchen Weise angeordnet, daß die Ebene 41 des Prismas 4, die nicht mit einer regulär reflektierenden Hologrammplatte 5' ausgebildet ist, nicht parallel, sondern in einem bestimmten Winkel zur Oberfläche des Anzeigegeräts 1 befindlich ist. Dieses dient dazu, zu verhindern, daß das reflektierte Licht vom Prisma das Anzeigebild überlappt. Mit 30 ist ein Konkavspiegel bezeichnet, der als ein optisches Vergrößerungssystem vorgesehen ist. Mit 18 ist ein Fenster bezeichnet, durch welches das Anzeigelicht nach außen projiziert wird, und welches mit einer transparenten Platte 21 abgedeckt ist, um hermetisch die optische Projektionssystemeinheit 19 zu umschließen. Die optische Projektionssystemeinheit 19 mit dem obigen Aufbau ist innerhalb des Armaturenbretts 17 eines Fahrzeuges installiert, wie in Fig. 19b gezeigt ist. Das Armaturenbrett 17 weist eine Öffnung 16 auf, welche dem Anzeigelicht ermöglicht, nach außen projiziert zu werden. Die Windschutzscheibe 15 kann mit einer dünnen Metallschicht, einer dielektrischen Schicht oder einer regulären reflektierenden Hologrammschicht beschichtet sein, um den Reflexionsfaktor und den Transmissionsfaktor auf geeignete Pegel zu setzen.
Wie in Fig. 19a gezeigt ist, wird mit der optischen Projektionssystemeinheit 19, die in dem Fahrzeug montiert ist, das Anzeigelicht f, das von dem Anzeigegerät 1 ausgestrahlt wird, gegen die Prismenfläche 41 gestrahlt, und das Licht, das die Rückfläche 42 erreicht hat, wird durch die Hologrammplatte 5' reflektiert, um aus der Prismenfläche 41 auszutreten. Das Licht g, das durch das Prisma 4 reflektiert wird, bildet ein virtuelles Bild 11, und wird dann durch den Konkavspiegel 30, der als ein optisches Vergrößerungssystem vorgesehen ist, reflektiert. Der Konkavspiegel 30 bildet ein vergrößertes virtuelles Bild 12 an einer entfernten Position. Das Licht h, das durch den Konkavspiegel 30 reflektiert wird, tritt durch das Fenster 18, welches die optische Projektionssystemeinheit 19 umschließt, hindurch, und wird nach außen projiziert. Der Winkel, mit dem das Licht h nach außen projiziert wird, ist solcherart, wie es in Fig. 19b gezeigt ist, und das Anzeigelicht h von der Einheit 19 wird teilweise durch die Windschutzscheibe 15 zu dem Betrachtungspunkt 6 des Fahrers hin reflektiert. Nun kann der Fahrer die Anzeige an der Position eines virtuellen Bildes 13 innerhalb des Gesichtsfeldes sehen.
Als nächstes wird die Wirkung dieser Ausführungsform bezüglich des Außenlichtes unter Bezugnahme auf Fig. 20 erläutert.
In der Figur wird das Sonnenlicht i, das in einer Richtung entgegengesetzt zum Anzeigelicht g eintritt, teilweise durch die Oberfläche 41 des Prismas 4 zu der Richtung m hin reflektiert. Das reflektierte Licht tritt nicht in das Anzeigegerät 1 ein, da die Oberfläche 41 des Prismas 4 nicht parallel zur Oberfläche des Anzeigegeräts 1 ist. Der Rest des Sonnenlichtes i wird im Prisma 4 gebrochen, wie durch eine gestrichelte Linie j angegeben ist, und tritt durch die reguläre reflektierende Hologrammplatte 5' in Richtung l hindurch, mit dem Ergebnis, daß nur das Licht k in dem besonderen Wellenlängenband reflektiert wird, wie durch die gestrichelte Linie angegeben ist, um das Anzeigegerät 1 zu erreichen. Die Beleuchtung des Anzeigegeräts durch diese Komponente des Lichts kann nicht vermieden werden, sondern der Anteil der Strahlung, die durch das Anzeigegerät aufgenommen wird, ist beträchtlich klein verglichen mit dem Anteil von direkten Sonnenstrahlen.
Auf diese Weise reflektiert das Prisma 4 das Licht regulär an dessen Oberfläche 41 und wird gleichzeitig als ein außeraxiales Reflexionselement, bei dem der Einfallswinkel und der Reflexionswinkel, die durch das einfallende Anzeigelicht f und das austretende Anzeigelicht g gebildet werden, bezüglich der Fläche 41 unterschiedlich voneinander sind.
Die reguläre reflektierende Hologrammplatte 5' kann unter Verwendung einer Hologrammtrockenplatte und einer interferometrischen Belichtungsanordnung, gleich der in Fig. 12 gezeigten, verwendet werden. Zum Beispiel können zwei in einer Ebene liegende Wellen gegen die gegenüberliegenden Oberflächen der Hologrammtrockenplatte mit gleichen Einfallswinkeln gestrahlt werden, um Interferenzen zu verursachen. Das Reflexionswellenlängenband der Hologrammplatte ist nahe zum Spitzenwert im Spektrum des Lichts, das voh dem Anzeigegerät 1 ausgestrahlt wird, festgelegt. Eine reguläre reflektierende Hologrammplatte (Interferenzstreifen sind parallel zur Hologrammoberfläche) hat keine chromatische Aberration, so daß es kein Problem bei der Verwendung einer einzelnen regulären reflektierenden Hologrammplatte gibt. (Wenn im allgemeinen Hologramme in einem Bildentstehungssystem verwendet werden, werden zwei Hologramme kombiniert, um chromatische Aberrationen zu kompensieren). Die Fläche der Hologrammplatte 5' ist nahezu gleich oder etwas größer als die der Anzeigefläche des Anzeigegeräts 1 festgelegt. Die präzise erforderliche Fläche hängt von der Größe eines Elementes ab, das das optische Vergrößerungssystem ausmacht (in diesem Fall der Konkavspiegel 30) und vom Bereich des Betrachtungspunktes (oder des Betrachtungsbereiches) des Fahrers, durch welchen der Fahrer die Anzeige sehen kann.
Obwohl in Fig. 20 nicht die Reflexion an der Hologrammfläche erwähnt wurde, gibt es jedoch eine Komponente vom Sonnenlicht, dessen Wellenlänge nicht durch die Hologrammplatte 5' reflektiert wird, sondern die durch die Hologrammfläche reflektiert wird, um in eine Richtung fortzuschreiten, die durch eine gestrichelte Linie k angegeben ist. Um diese Komponente zu vermeiden, kann eine transparente ebene Platte 50, die mit einer Reflexionsschutzeinrichtung 51 befestigt ist, mit der Hologrammfläche verbunden werden, wie in Fig. 21 gezeigt ist. Oder, wie in Fig. 22 gezeigt ist, kann ein Prisma 60 mit der Hologrammfläche verbunden werden, um zu verhindern, daß regulär reflektiertes Licht in das Anzeigegerät eintritt. In den Fig. 21 und 22 sind die von der Oberfläche reflektierten Komponenten f', f'' des Anzeigelichts und die von der Oberfläche reflektierten Komponenten m, r des Sonnenlichts nicht in der gleichen Richtung befindlich, wie g und k.
Während in den vorhergehenden Ausführungsformen die regulär reflektierende Hologrammplatte verwendet wurde, ist es möglich, einen Spiegel zu verwenden, der mit einer dielektrischen Mehrfachschicht beschichtet ist. Es ist anzumerken, daß, da der Mehrfachschichtspiegel mit einer gewünschten Wellenlängenauswahl im allgemeinen teuer ist, die Verwendung der Hologrammplatte in vorteilhafter Weise kostengünstig ist, insbesondere, wenn die Fläche groß ist.
Fig. 23 zeigt einen wichtigen Teil der elften Ausführungsform der Erfindung. Die Ausführungsform verwendet ein Prismenelement 4', das wie in Fig. 22 aufgebaut ist. Diese Ausführungsform verwendet zwei Konkavspiegel 31, 32, wie in der zweiten Ausführungsform (Fig. 6), um den Vergrößerungsfaktor zu erhöhen.
Die Fig. 24a und 24b zeigen eine Abwandlung von der elften Ausführungsform, ein Beispiel der optischen Projektionssystemeinheit 19, die für die Situation in Fig. 7 anwendbar ist.
Die Fig. 24a ist eine Draufsicht und Fig. 24b ist eine Seitenansicht. Die Bauelemente sind die gleichen, wie jene in Fig. 23 - Anzeigegerät 1, Prismenelement 4' und Konkavspiegel 31, 32 - aber unterschiedlich dazu angeordnet.
Fig. 25 zeigt einen wichtigen Teil der zwölften Ausführungsform der Erfindung. Diese Ausführungsform verwendet ein optisches Linsensystem 34 als ein optisches Vergrößerungssystem, wie in der dritten Ausführungsform (Fig. 10).
Fig. 26 zeigt einen wichtigen Teil der dreizehnten Ausführungsform der Erfindung. Diese Ausführungsform kombiniert das optische Vergrößerungslinsensystem 34 und den Konkavspiegel 30 von der vierten Ausführungsform (Fig. 11).
Es kann Gelegenheiten geben, wo sich der Fahrer gestört fühlt durch das Anzeigebild, das zu ihm hin gerichtet ist, es nicht nur teilweise seine Sicht behindert, sondern auch in der Anzeigegeschwindigkeit sich die Anzeigesegmente wiederholt zu jeder Zeit ein- und ausschalten.
Daher ist es wünschenswert, daß es möglich ist, die Anzeige vom Fahrer in einer diagonalen oder schrägen Richtung bezüglich der Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs zu sehen. In einem Fahrzeug mit einem Lenkrad, das auf der rechten Seite angebracht ist, wird die Anzeige diagnonal nach links vor dem Fahrer gesehen; und im Falle eines Fahrzeugs mit einem Lenkrad auf der linken Seite, ist sie diagonal nach rechts vor dem Fahrer zu sehen.
Wie in Fig. 27 gezeigt ist, ist an einem Punkt 10, wo das Anzeigelicht h durch die Windschutzscheibe 15 reflektiert wird, die Oberfläche der Windschutzscheibe 15 üblicherweise zum Fahrer schräg ausgebildet. Das heißt, daß im Falle eines Fahrzeugs mit einem Lenkrad auf der rechten Seite die Normallinie der Windschutzscheibe 15 abwärts nach links zum Fahrer gerichtet ist. Im Falle eines Fahrzeugs mit einem Lenkrad auf der linken Seite, ist die Normallinie abwärts nach rechts gerichtet. Wenn daher das Headup-Anzeigemodul horizontal angeordnet ist, wird das virtuelle Bild 13 als ein Ergebnis der Reflexion durch die Windschutzscheibe 15 gedreht.
Die Fig. 28a, 28b und 28c stellen den Vorgang der Bilddrehung durch die Windschutzscheibe dar, wobei Fig. 28a eine Draufsicht, gesehen von oben, Fig. 28b eine Seitenansicht und Fig. 28c eine Ansicht ist, wie sie durch den Fahrer gesehen wird. Es wird angenommen, daß das Anzeigebild auf dem Anzeigegerät ein in Querrichtung langes Rechteck ist. Das Anzeigebild wird in Uhrzeigerrichtung gedreht oder in Gegenuhrzeigerrichtung entsprechend der Richtung der Normallinie am Reflexionspunkt 10 auf der Windschutzscheibe 15 gedreht. Im Falle eines Fahrzeugs mit einem Lenkrad auf der rechten Seite, wird dieses in Gegenuhrzeigerrichtung gedreht, wenn es vom Fahrer betrachtet wird.
Wenn daher die optische Projektionssystemeinheit 19' installiert ist, ist es notwendig, die Drehung des Bildes so zu kompensieren, daß das Bild auf geeignete Weise zu sehen ist.
Fig. 29a, 29b und 29c stellen ein herkömmliches Verfahren der Kompensation für die Bilddrehung dar, wobei Fig. 29a eine Draufsicht, wie sie von oben zu sehen ist, Fig. 29b eine Seitenansicht und Fig. 29c eine Ansicht, wie sie durch den Fahrer wahrgenommen wird, repräsentiert. Wenn in dem herkömmlichen System die optische Projektionssystemeinheit 19' in dem Fahrzeug installiert ist, wird es in eine entgegengesetzte Richtung um den gleichen Winkel wie die Drehung des Bildes gedreht.
Da bei dem obigen Aufbau die optische Projektionssystemeinheit 19' selbst gedreht wird, wird die Außengröße groß, und wie in Fig. 30a gezeigt ist, wird das Fenster schräg relativ zur Vorwärtsrichtung des Fahrzeuges angeordnet, was das Erscheinungsbild des Fahrzeugs beeinträchtigt. Um ferner das Fenster 18' mit einem Rechteck, dessen längere Seite im rechten Winkel zur Vorwärtsrichtung des Fahrzeuges befindlich ist, herzustellen, ist es notwendig, die Größe des Fensters 18'' zu erhöhen, um einen genügend großen Sichtbereich abzusichern, da das virtuelle Bild 13 gedreht ist. Dieses wiederum macht es schwierig, Außenlicht-Gegenmaßnahmen einzubauen.
Die vierzehnte Ausführungsform, die nachstehend beschrieben wird, berücksichtigt die oben erläuterten Probleme, und macht das Fenster der optischen Projektionssystemeinheit so klein wie möglich, um Einflüsse des Außenlichts zu vermindern und gleichzeitig die Bilddrehung, die durch die Windschutzscheibe verursacht wird, zu kompensieren.
Die Fig. 31a und 31b zeigen die vierzehnte Ausführungsform der Erfindung, wobei Fig. 31a eine Draufsicht und Fig. 31b ein Seitenquerschnitt ist. Die optische Projektionssystemeinheit 19 dieser Ausführungsform weist ein Anzeigegerät (Leuchtstoffanzeigeröhre) 1 und erste und zweite Hologrammplatten 8, 9 auf. Die erste und zweite Hologrammplatte 8, 9 sind außeraxiale Hologrammplatten, wie in der siebenten Ausführungsform. Das Anzeigelicht f von dem Anzeigegerät 1 wird zuerst durch die zweite Hologrammplatte 9 und dann durch die erste Hologrammplatte 8 reflektiert, um durch das Fenster 18 hindurchzutreten und die nicht gezeigte Windschutzscheibe zu erreichen, die es weiterhin zu dem Betrachtungspunkt des Fahrers reflektiert.
Diese beiden Hologrammplatten 8, 9 verhindern, daß ein großer Bereich des Außenlichts, wie z.B. Sonnenlicht, das Anzeigegerät 1, wie in der siebenten Ausführungsform, erreicht, um somit die abnormale Beleuchtung des Anzeigegeräts zu minimieren.
Ein virtuelles Bild 12 wird durch die Hologrammplatten 8, 9 gebildet. Die erste Hologrammplatte 9 und das Anzeigegerät 1 werden zur Richtung X von der Y-Achse bezüglich der zweiten Hologrammplatte 8 so verschoben, daß das virtuelle Bild parallel zur Fahrzeugstoßstange (senkrecht zur Vorwärtsrichtung des Fahrzeuges) verschoben wird. Das Anzeigelicht h, das sich von dem virtuellen Bild 12 zur Windschutzscheibe ausbreitet, wird durch das Fenster 18 projiziert. Das Fenster 18 hat eine rechteckige Form, und dessen beiden Seiten sind im rechten Winkel zur Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs (Y-Richtung) befindlich.
Die Fig. 32a und 32b stellen das Arbeitsprinzip dieser Ausführungsform dar, wobei Fig. 32a eine Draufsicht repräsentiert, die von oben zu sehen ist und Fig. 32 eine Seitenansicht repräsentiert. In den Figuren sind die unteren Punkte des virtuellen Bildes 12, der Punkt nahe dem Mittelpunkt des Fahrzeuges ist als ein Punkt 12A und der Punkt nahe der Seite als ein Punkt 12B bezeichnet. Da das Anzeigelicht h, das von dem virtuellen Bild 12 zur Windschutzscheibe 15 hin geht, im allgemeinen auf die Windschutzscheibe schräg auftrifft, unterscheiden sich die Richtungen, in denen das strahlende Licht von den Punkten 12a und 12b zu dem Auge 6 des Fahrers fortschreitet, sich in der Vertikairichtung voneinander. Dieses ist der Grund für die Drehung des Bildes. Es wird angenommen, daß der Punkt 12a auf dem virtuellen Bild 12 feststeht. Wenn das Licht von dem anderen Punkt 12b so erzeugt wird, daß es das Auge von der gleichen Höhe wie das Licht vom Punkt 12A erreicht, würde das Anzeigelicht nicht gedreht. Wenn nun der Punkt 12B in Richtung des Pfeiles (von 12B zu 12B') verschoben wird, ist die Richtung des Lichts, daß das Auge erreicht, die gleiche, wie die Richtung des Lichts vom Punkt 12A im Vergleich zur Vertikalrichtung. Wenn das Anzeigebildet diagonal nach links vor dem Fahrer im Falle eines Fahrzeugs mit einem Lenkrad auf der rechten Seite projiziert wird, oder wenn es diagonal nach rechts vor den Fahrer im Falle eines Fahrzeugs mit einem Lenkrad auf der linken Seite projiziert wird, können die Positionen des Punktes 12A und 12B' überlappt gesehen werden, wenn sie von der Seite betrachtet werden. Mit anderen Worten, die optische Projektionssystemeinheit 19 ist so aufgebaut, daß die Grundlinie des virtuellen Bildes 12, das durch die Einheit 19 gebildet wird, nahezu im rechten Winkel zur Vorwärtsrichtung des Fahrzeuges ist, so daß die Drehung des Anzeigebildes kompensiert werden kann.
Das virtuelle Bild 12 wird schräg betrachtet. Da aber die Horizontallinie des virtuellen Bildes 12 nahezu im rechten Winkel zur Vorwärtsrichtung des Fahrzeuges liegt, wird die Horizontalrichtung des Bildes, das erzielt wird, wenn das Anzeigelicht h durch das Fenster 18 abgeschirmt wird, senkrecht zur Vorwärtsrichtung des Fahrzeuges, was es ermöglicht, das Fenster 18 der optischen Projektionssystemeinheit 19 zu verkleinern.
Die Fig. 33a und 33b stellen die Form und die Anzeigerichtung der Windschutzscheibe, die in dieser Ausführungsform verwendet wird, dar, wobei Fig. 33a eine Draufsicht eines Fahrzeugs repräsentiert und Fig. 33b eine Seiteransicht repräsentiert.
Es wird angenommen, daß das Fahrzeug sich in einer Richtung von -Y bewegt, und eine X-Achse erstreckt sich nach links zum Fahrer und eine Z-Achse erstreckt sich vertikal aufwärts. Bei einem Fahrzeug mit einem Lenkrad auf der rechten Seite wird angenommen, daß der Fahrer das Anzeigebild 5º nach links und 5º nach unten sieht. Es wird ebenfalls angenommen, daß die Normallinie der Windschutzscheibe sich an dem Reflexionspunkt 10 so erstreckt, wie es gezeigt ist. In diesem Zustand tritt das Anzeigelicht h aus der optischen Projektionssystemeinheit 19 in der Richtung aus, wie in Fig. 34 gezeigt ist. Das Koordinatensystem von Fig. 34 ist das Koordinatensystem von Fig. 33 parallel verschoben, so daß dessen Ursprung an dem Fenster 18 der optischen Projektionssystemeinheiten 19 angeordnet ist. Das Koordinatensystem von Fig. 34 ist das parallel verschobene Koordinatensystem von Fig. 34. Die Punkte 12a und 12b repräsentieren die unteren Endpunkte des virtuellen Bildes 12. Die optische Projektionssystemeinheit 19 ist in einer solchen Weise aufgebaut, daß die Grundlinie L des virtuellen Bildes 12 senkrecht zur Vorwärtsrichtung des Fahrzeuges befindlich ist, und daß das Anzeigelicht h in einem gewünschten Winkel projiziert wird.
Die Fig. 36a und 36b sind das Ergebnis einer Computersimulation, die virtuelle Bilder zeigt, wie sie durch den Fahrer durch die Windschutzscheibe zu sehen sind. Fig. 36a zeigt das Ergebnis einer Simulation des virtuellen Bildes ohne Bilddrehkompensation, die vorliegt, wenn die herkömmliche optische Projektionssystemeinheit in dem Fahrzeug montiert ist. Fig. 36b zeigt das Ergebnis der Simulation des virtuellen Bildes, das erzielt wird, wenn die optische Projektionssystemeinheit 19 von Fig. 34 verwendet wird. Diese Ausführungsform kann die Bilddrehung korrigieren.
Zusätzlich zu den vorhergehenden Ausführungsformen können folgende Headup-Anzeigevorrichtungen, die diese Erfindung anwenden, aufgebaut sein.
Wie in der fünften und sechsten Ausführungsform kann ein optisches System, wie z.B. eine Linse und ein Konkavspiegel zwischen dem Anzeigegerät 1 und der außeraxialen reflektierenden Hologrammplatte 2 in der zweiten bis vierten Ausführungsform angeordnet sein, um die chromatische Aberration in der Anzeige zu vermeiden.
Es ist auch möglich, in der siebenten, achten und vierzehnten Ausführungsform das optische Vergrößerungssystem anzuwenden, das durch eine Kombination von Linsen oder Konkavspiegel und Linsen gebildet wird, wie jene in der ersten bis vierten Ausführungsform.
Das Wärmeableitelement 20, wie das, das in der neuten Ausführungsform verwendet wird, welches getrennt von dem Anzeigegerät installiert ist und Infrarotstrahlen aufnimmt, um die Wirkungen der Wärme vom Außenlicht auf das Anzeigegerät zu minimieren, kann hinter der außeraxialen reflektierenden Hologrammplatte oder dem Prismenelement in der ersten bis achten Ausführungsform und der zehnten bis vierzehnten Ausführungsform vorgesehen sein.
In den vorhergehenden Ausführungsformen wird die Windschutzscheibe als ein Reflexionselement verwendet, um das Anzeigelicht zum Betrachtungspunkt des Fahrers hin zu reflektieren. Es ist möglich, als Reflexionselement ein reflektierendes Hologramm zu verwenden, das auf der Windschutzscheibe ausgebildet ist, wie in Fig. 37a gezeigt ist. Es ist auch möglich, das Kombinationsgerät von Fig. 37b als das Reflexionselement in der ersten bis dreizehnten Ausführungsform zu verwenden.
Ferner ist es in der ersten bis dreizehnten Ausführungsform möglich, das optische System in einer solchen Weise aufzubauen, daß die Horizontallinie des virtuellen Bildes im rechten Winkel zur Vorwärtsrichtung des Fahrzeuges befindlich ist, wie das virtuelle Bild 12 in der vierzehnten Ausführungsform, um das Fenster zu verkleinern und daher den Anteil von einfallendem Außenlicht zu verkleinern, währenddessen gleichzeitig die Drehung des Anzeigebildes, die durch die Windschutzscheibe hervorgerufen wird, kompensiert wird.
Der Aufbau und die Vorteile dieser Erfindung können wie folgt zusammengefaßt werden.
Das Anzeigelicht von dem Anzeigegerät wird in einer vorbestimmten Richtung durch ein außeraxiales reflektierendes Element, wie z.B. eine außeraxiale reflektierende Hologrammplatte und Prismenelement reflektiert und dann weiter durch ein anderes Reflexionselement, wie z.B. die Windschutzscheibe, zu dem Betrachtungspunkt des Fahrers hin reflektiert. Das außeraxiale Reflexionselement ist so aufgebaut, daß das Außenlicht, wie es z.B. von der Sonne herkommt, entlang des Weges in einer am Anzeigelicht entgegengesetzten Richtung durch die Reflexionsfläche des außeraxialen reflektierenden Elementes in eine Richtung reflektiert wird, die sich von der des sichtbaren Lichts des Anzeigegeräts unterscheidet. Dieser Aufbau kann die Intensität jener Komponente des einfallenden Außenlichts vermindern, welches in das Anzeigegerät eintritt, um somit die abnormale Beleuchtung des Anzeigegeräts zu verhindern, was das Anzeigebild nicht erkennbar machen würde.

Claims

1. Headup-Anzeigevorrichtung, mit:

einem Beleuchtungs-Anzeigegerät (1) zum Ausstrahlen von Anzeigelicht in einem sichtbaren Wellenlängenbereich;

einem außeraxialen reflektierenden Element (2; 8; 4; 4') zum Reflektieren des Anzeigelichts von dem Anzeigerät (1) in einer vorbestimmten Richtung; und

einem Reflexionselement (15), das in einem Gesichtsfeld eines Fahrers angeordnet ist, wobei das Reflexionselement (15) einen geeigneten Reflexionsfaktor aufweist, wobei das Reflexionselement (15) das Anzeigelicht von dem außeraxialen Reflexionselement (2; 8, 4; 4') zur Augenposition des Fahrers hin so reflektiert, daß ein virtuelles Bild der Anzeige, das durch das Anzeigelicht gebildet wird und das Reflexionselement (15) reflektiert wird, auf einer Außenansicht, die durch das Reflexionselement (15) zu sehen ist, überlagert wird;

dadurch gekennzeichnet, daß

das außeraxiale reflektierende Element (2; 8; 4; 4') eine Reflexionsfläche aufweist, die das einfallende Außenlicht einer Wellenlänge außerhalb des sichtbaren Wellenlängenbereiches und das in einer Richtung entgegengesetzt zum Weg des Anzeigelichts kommt, in eine Richtung richtet, die sich von der des sichtbaren Anzeigelichts des Anzeigegeräts (1) unterscheidet; und

daß außeraxiale reflektierende Element (2; 8; 4; 4') mit einem Abstand kleiner als 20 mm von dem Beleuchtungs-Anzeigegerät (1) angeordnet ist.

2. Headup-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei das außeraxiale reflektierende Element eine außeraxiale reflektierende Hologrammplatte (2; 8) ist.

3. Headup-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2, die ferner eine zweite außeraxiale reflektierende Hologrammplatte (9) zum Reflektieren des Anzeigelichts von der ersten außeraxialen reflektierenden Hologrammplatte (8) in eine vorbestimmte Richtung umfaßt, wobei die zweite außeraxiale reflektierende Hologrammplatte (9) eine Reflexionsfläche aufweist, die das einfallende Außenlicht, das in einer Richtung entgegengesetzt zum Weg des Anzeigelichts eintritt, zu einer Richtung hin reflektiert, die sich von der des sichtbaren Anzeigelichts des Anzeigegeräts (1) unterscheidet.

4. Headup-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei das außeraxiale reflektierende Element aus einem Prisma (4; 4') besteht, das eine Reflexionsschicht auf einer Fläche desselben auf der Seite entgegengesetzt zum Anzeigegerät (1) aufweist, wobei die Reflexionsschicht eine Wellenlänge aufweist, die zum Reflektieren des Anzeigelichts ausgewählt ist, wobei eine andere Fläche des Prismas (4; 4') auf der Seite des Anzeigegeräts als eine Fläche zum Reflektieren eines einfallenden Außenlichts ausgebildet ist, das in einer Richtung entgegengesetzt zum Weg des Anzeigelichts eintritt, und in eine Richtung hin reflektiert wird, die sich von der des sichtbaren Anzeigelichts des Anzeigegeräts (1) unterscheidet.

5. Headup-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, die ferner ein optisches System (7; 7') zum Formen eines realen Bildes der Anzeige des Anzeigegeräts (1) auf dem außeraxialen reflektierenden Element (2) umfaßt.

6. Headup-Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die ferner ein optisches Vergrößerungssystem (30; 31, 32; 34; 35, 36) umfaßt, das zwischen dem Anzeigegerät (1) und dem Reflexionselement (2; 4; 4') installiert ist.

7. Headup-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 6, wobei das optische Vergrößerungssystem ein einzelner Konkavspiegel (30) ist.

8. Headup-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 6, wobei das optische Vergrößerungssystem zwei kombinierte Konkavspiegel (32, 32) sind.

9. Headup-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 6, wobei das optische Vergrößerungssystem ein Linsensystem (34) ist.

10. Headup-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 6, wobei das optische Vergrößerungssystem zumindest ein Linsensystem (35) und zumindest einen Konkavspiegel (36) umfaßt.

11. Headup-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, 5 bis 9 oder 10, wobei ein Wärmeableitelement (20) hinter und getrennt von dem außeraxialen reflektierenden Element (2) angeordnet ist, um Infrarotstrahlen aufzunehmen, die durch das außeraxiale reflektierende Element (2) hindurchgetreten sind.

12. Headup-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 4, wobei ein Wärmeableitelement (20) hinter und getrennt von dem Prisma (4; 4') angeordnet ist, um Infrarotstrahlen aufzunehmen, die durch das Prisma (4; 4') hindurchgetreten sind.

13. Headup-Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Reflexionselement eine Windschutzscheibe (15) eines Kraftfahrzeugs ist.

14. Headup-Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Reflexionselement ein Reflexionsbehandlungselement ist, das auf der Windschutzscheibe (15) eines Kraftfahrzeugs ausgebildet ist, um den Reflexionsfaktor der Windschutzscheibe (15) zu erhöhen.

15. Headup-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 14, wobei das Reflexionsbehandlungselement entweder eine dünne Metallschicht, eine dielektrische Mehrfachschicht oder eine reguläre reflektierende Hologrammschicht ist.

16. Headup-Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Reflexionselement ein Kombinationsgerät ist, das auf der Fahrerseite, aber nicht auf der Windschutzscheibe 815) eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist.

17. Headup-Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei ein virtuelles Bild der Anzeige nach links und vor dem Fahrer im Falle eines Fahrzeugs mit einem Lenkrad auf der rechten Seite ausgebildet ist und nach rechts und vor dem Fahrers im Falle eines Fahrzeugs mit einem Lenkrad auf der linken Seite ausgebildet ist, und wobei eine Horizontallinie des virtuellen Bildes, wie es durch den Fahrer zu sehen ist, im wesentlichen senkrecht zur Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs und auch virtuell parallel zur Horizontalebene des Fahrzeugs ist.