Title:
Anzeigebildprojektionsvorrichtung und Anzeigebildprojektionssystem
Kind Code:
A1


Abstract:

Ein Fresnel-Spiegel mit Oberfläche mit freier Krümmung ist im Inneren einer HUD-Einheit angeordnet, und das Anzeigelicht aus einer Anzeigeeinrichtung wird zu dem Bildprojektionsbereich der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs ausgesendet. Eine Verzerrungskorrekturfunktion zur Reduzierung von Aberrationen ist vorgesehen, wobei die Oberfläche mit freier Krümmung verwendet wird, die durch einen Fresnel-Spiegel mit Oberfläche mit freier Krümmung, der eine ebene Form hat, gebildet ist. Ein Halbspiegel mit Vergrößerungsfunktion, der als ein Fresnel-Spiegel ausgebildet ist, ist in dem Bildprojektionsbereich angeordnet, wodurch der Halbspiegel mit der Vergrößerungsfunktion eine vergrößernde Wirkung erhält. embedded image




Inventors:
Takahashi, Nobuyuki (Shizuoka, JP)
Narushima, Noriaki (Shizuoka, JP)
Application Number:
DE102018203289A
Publication Date:
09/06/2018
Filing Date:
03/06/2018
Assignee:
Yazaki Corporation (Tokyo, JP)
International Classes:



Attorney, Agent or Firm:
Grünecker Patent- und Rechtsanwälte PartG mbB, 80802, München, DE
Claims:
Eine Anzeigebildprojektionsvorrichtung mit einem Gehäuse, einer Anzeigeeinrichtung, die in dem Gehäuse aufgenommen ist, und einem optischen Projektionssystem, das in dem Gehäuse aufgenommen ist und verwendet wird, das Anzeigebild der Anzeigeeinrichtung in einer vorbestimmten Richtung auszusenden, wobei
das optische Projektionssystem mit einem Fresnel-Spiegel versehen ist, und
die Oberflächenform des Fresnel-Spiegels in einem Zustand ausgebildet ist, in welchem eine Oberflächenform mit freier Krümmung zur Korrektur von Aberrationen, die in den optischen Wegen von der Anzeigeeinrichtung zu einem vorbestimmten Augpunkt auftreten, in mehrere Bereiche unterteilt ist.

Die Anzeigebildprojektionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Oberflächenform des Fresnel-Spiegels eine optisch vergrößernde Funktion zur Vergrößerung eines Bildes hat, das in den optischen Wegen von der Anzeigeeinrichtung zu dem Augpunkt zu erzeugen ist.

Ein Anzeigebildprojektionssystem, das versehen ist mit:
der Anzeigebildprojektionsvorrichtung nach Anspruch 1, und
einem zweiten Fresnel-Spiegel, der auf der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs oder in der Nähe davon angeordnet ist, so dass er zumindest einen Teil des von dem optischen Projektionssystem ausgesandten optischen Bildes reflektiert und den Teil des optischen Bildes zu dem Augpunkt führt, wobei
die Oberflächenform des zweiten Fresnel-Spiegels eine optisch vergrößernde Funktion zur Vergrößerung eines Bildes hat, das in den optischen Wegen von der Anzeigeeinrichtung zu dem Augpunkt erzeugt wird.

Die Anzeigebildprojektionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei
die Oberfläche des Fresnel-Spiegels eine Form hat, in der mehrere kreisförmige oder elliptische Konturlinien angeordnet sind, wobei die ungefähre Mittelposition davon als eine Referenz verwendet ist, und
ein konkaver Abschnitt mit gleichbleibender Tiefe und eine geneigte Fläche um einen Umfang herum zwischen den Konturlinien, die benachbart zueinander sind, ausgebildet sind, und der Winkel der geneigten Fläche sich in Abhängigkeit von der Differenz der Position in der Umfangsrichtung ändert.

Die Anzeigebildprojektionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei
die Oberfläche des Fresnel-Spiegels eine Form hat, in der mehrere kreisförmige oder elliptische Konturlinien angeordnet sind, wobei die ungefähre Mittelposition davon als eine Referenz verwendet ist, und
ein konkaver Abschnitt und eine geneigte Fläche mit gleichbleibendem Winkel zwischen den Konturlinien, die benachbart zueinander sind, ausgebildet sind, und die Tiefe des konkaven Abschnitts sich kontinuierlich in Abhängigkeit von der Differenz der Position in der Umfangsrichtung ändert.

Description:
QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN

Diese Anmeldung beruht auf der japanischen Patentanmeldung mit der Nr. 2017-041694, die am 6. März 2017 eingereicht wurde, und deren Priorität hiermit beansprucht ist und deren gesamter Inhalt hiermit durch Bezugnahme mit eingeschlossen ist.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGTECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anzeigebildprojektionsvorrichtung und ein Anzeigebildprojektionssystem, die dazu geeignet sind, beispielsweise in einem Fahrzeug montiert zu werden.

STAND DER TECHNIK

Beispielsweise wird in der Frontscheibenanzeige- bzw. Head-Up-Anzeige-(HUD-)Vorrichtung, die in der Patentliteratur JP-A-2004-226469 offenbart ist, das von einer optischen Einheit ausgesandte Anzeigelicht auf einen vorbestimmten Anzeigebereich auf der Oberfläche der Frontscheibenanzeige im Inneren des Fahrgastraums eines Fahrzeugs projiziert, wobei ein Teil des Anzeigelichts reflektiert und zu dem Augpunkt des Fahrers gelenkt wird. Daher wird das von dem Anzeigelicht erzeugte Bild als ein virtuelles Bild vor der Windschutzscheibe erzeugt, und das virtuelle Bild kann von dem Fahrer visuell wahrgenommen werden. Die optische Einheit ist aus einer in ihrem Gehäuse aufgebauten Anzeigeeinrichtung, einem ersten Reflexionsspiegel und einem zweiten Reflexionsspiegel aufgebaut.

Ferner sind in der Patentliteratur JP-A-2004-226469 die Krümmungen der reflektierenden Flächen und die Positionsabhängigkeiten der mehreren reflektierenden Spiegel, die in dem optischen System vorgesehen sind, in besonderem Maße so ausgebildet, dass eine Bildverzerrung unterdrückt wird, die im Falle auftritt, dass ein Anzeigebild vergrößert wird.

ÜBERBLICK

Wenn jedoch ein Bild durch eine HUD angezeigt wird, ergeben sich beispielsweise Aberrationen bzw. Bildfehler unter dem Einfluss der Eigenschaften des optischen Systems der HUD und aufgrund der krummflächigen Form der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs, die zu dem optischen Weg des optischen Systems gehört. Daher müssen die Aberrationen korrigiert werden, um ein Anzeigebild zu erhalten, wodurch eine Technik erforderlich ist, wie sie etwa in der Patentliteratur JP-A-2004-226469 offenbart ist. Generell gesagt, können Aberrationen korrigiert werden, indem eine nicht-sphärische Linse oder ein nicht-sphärischer Spiegel mit einer Oberfläche mit freier Krümmung als eine Komponente des optischen Systems verwendet wird.

Andererseits treten in moderneren Fahrzeugen verstärkt die Notwendigkeit zur Anzeige eines virtuelles Bildes mit einem größeren Abstand zu dem Betrachtungspunkt des Fahrers und die Notwendigkeit, einen größeren Anzeigebildschirm zur Anzeige eines virtuellen Bildes herzustellen, für eine HUD auf. Daher ist es erforderlich, den Vergrößerungsfaktor eines Bildes zu erhöhen, indem die Krümmungen der Linsen und der Spiegel, die in dem optischen System der HUD angeordnet sind, vergrößert werden, und es ist ferner erforderlich, mehrere optische Systeme so anzuordnen, dass sie der Reihe nach angeordnet sind.

Um jedoch beispielsweise einen nicht-sphärischen Spiegel mit einer großen Krümmung in dem Gehäuse der HUD-Einheit als eine Komponente aufzunehmen, muss das Gehäuse selbst größer gemacht werden, da die Dickenabmessung des nicht-sphärischen Spiegels groß ist. Es ist daher schwierig, die HUD-Einheit in einem kleinen Raumbereich innerhalb des Fahrzeugs zu montieren.

Die vorliegende Erfindung wurde in Hinblick auf die zuvor genannten Umstände erdacht, und es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anzeigebildprojektionsvorrichtung und ein Anzeigebildprojektionssystem bereitzustellen, die in der Lage sind, eine Größezunahme des Gehäuses zu vermeiden, selbst wenn die Anzeigeposition des virtuellen Bildes einen großen Abstand hat, oder wenn der Anzeigebildschirm für das virtuelle Bild vergrößert wird.

Um die zuvor genannte Aufgabe zu lösen, zeichnen sich eine Anzeigebildprojektionsvorrichtung und ein Anzeigebildprojektionssystem gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Merkmale aus, die in den folgenden Punkten (1) bis (5) beschrieben sind.

  1. (1) Eine Anzeigebildprojektionsvorrichtung mit einem Gehäuse, einer Anzeigeeinrichtung, die in dem Gehäuse aufgenommen ist, und einem optischen Projektionssystem, das in dem Gehäuse aufgenommen ist und verwendet wird, das Anzeigebild der Anzeigeeinrichtung in einer vorbestimmten Richtung auszusenden, wobei
    das optische Projektionssystem mit einem Fresnel-Spiegel versehen ist, und
    die Oberflächenform des Fresnel-Spiegels in einem Zustand ausgebildet ist, in welchem eine Oberflächenform mit freier Krümmung zur Korrektur von Aberrationen, die in den optischen Wegen von der Anzeigeeinrichtung zu einem vorbestimmten Augpunkt auftreten, in mehrere Bereiche unterteilt ist.
  2. (2) Die Anzeigebildprojektionsvorrichtung nach dem zuvor genannten Punkt (1), wobei
    die Oberflächenform des Fresnel-Spiegels eine Funktion der optischen Vergrößerung hat zur Vergrößerung eines in den optischen Wegen von der Anzeigeeinrichtung zu dem Augpunkt zu erzeugenden Bildes.
  3. (3) Ein Anzeigebildprojektionssystem, das ausgestattet ist mit:
    die Anzeigebildprojektionsvorrichtung, wie sie in dem vorhergehenden Punkt (1) aufgeführt ist, und
    einem zweiten Fresnel-Spiegel, der auf der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs oder in deren Nähe angeordnet ist, um zumindest einen Teil des von dem optischen Projektionssystem ausgesandten optischen Bildes zu reflektieren und den Teil des optischen Bildes zu dem Augpunkt zu führen, wobei
    die Oberflächenform des zweiten Fresnel-Spiegels eine optisch vergrößernde Funktion zur Vergrößerung eines in den optischen Wegen von der Anzeigeeinrichtung zu dem Augpunkt zu erzeugenden Bildes hat.
  4. (4) Die Anzeigebildprojektionsvorrichtung, wie sie in dem zuvor genannten Punkt (1) dargelegt ist, wobei
    die Oberfläche des Fresnel-Spiegels eine Form hat, in der mehrere kreisförmige oder elliptische Konturlinien bzw. Umrisslinien angeordnet sind, wobei die ungefähre Mittelposition davon als eine Referenz bzw. Bezugspunkt verwendet ist, und
    ein geneigter Abschnitt mit einer konstanten Tiefe und eine geneigte Fläche um einen Umfang zwischen den Umrisslinien benachbart zueinander ausgebildet sind, und der Winkel der geneigten Fläche sich in Abhängigkeit von der Differenz in der Position der Umfangsrichtung ändert.
  5. (5) Die Anzeigebildprojektionsvorrichtung, wie sie in dem zuvor genannten Punkt (1) angegeben ist, wobei
    die Oberfläche des Fresnel-Spiegels eine Form hat, in der mehrere kreisförmige oder elliptische Umrisslinien angeordnet sind, wobei die ungefähre Mittelposition davon als Referenz verwendet ist, und
    ein konkaver Abschnitt und eine geneigte Fläche mit konstantem Winkel zwischen den Konturlinien, die benachbart zueinander sind, ausgebildet sind, und die Tiefe des konkaven Abschnitts sich kontinuierlich in Abhängigkeit von der Differenz in der Position der Umfangsrichtung ändert.

Bei der Anzeigebildprojektionsvorrichtung, die in der zuvor in Punkt (1) beschriebenen Art ausgebildet ist, kann ein deutliches Bild erzeugt werden, da Aberrationen, die in den optischen Wegen von der Anzeigeeinrichtung zu dem vorbestimmten Augpunkt auftreten, durch die Oberflächenform des Fresnel-Spiegels korrigiert werden können. Da ferner der Fresnel-Spiegel nicht mit größerer Dicke und größerer Größe hergestellt werden muss, selbst wenn die Position des virtuellen Anzeigebildes in großem Abstand angeordnet ist, oder der Bildschirm des virtuellen Bildes größer gemacht wird, kann die Anzeigebildprojektionsvorrichtung in einem kompakten Gehäuse untergebracht werden und kann in einem kleinen Raumbereich im Fahrzeug montiert werden.

Bei der Anzeigebildprojektionsvorrichtung, die in dem zuvor erwähnten Punkt (2) beschrieben ist, kann die Position des virtuellen Anzeigebildes mit großem Abstand vorgesehen werden, und der Anzeigebildschirm für das virtuelle Bild kann größer gemacht werden, ohne dass eine spezielle optische Einrichtung zur Vergrößerung auf der Außenseite der Vorrichtung montiert wird, da der Fresnel-Spiegel eine optische Vergrößerungsfunktion hat.

Bei der Anzeigebildprojektionsvorrichtung, die ausgebildet ist, wie dies in dem zuvor genannten Punkt (3) beschrieben ist, kann die HUD eine Bildanzeige erzeugen, ohne dass die Oberflächenform der Windschutzscheibe des Fahrzeugs wesentlich geändert wird, da der zweite Fresnel-Spiegel mit ebener Form verwendet wird, um das von dem optischen Projektionssystem ausgesandte optische Bild zu reflektieren. Da ferner der zweite Fresnel-Spiegel eine optische Vergrößerungsfunktion hat, muss keine optische Vergrößerungsfunktion im Inneren der Anzeigebildprojektionsvorrichtung (Hauptteil) vorgesehen werden. Selbst für den Fall, dass eine optische Vergrößerungsfunktion im Inneren der Anzeigebildprojektionsvorrichtung (Hauptteil) vorgesehen ist, kann der entsprechende Vergrößerungsfaktor reduziert werden. Selbst im Falle, dass die Anzeigeposition des virtuellen Bildes einen großen Abstand hat oder der Anzeigebildschirm für das virtuelle Bild größer gemacht wird, kann der Bereich (Breite) des optischen Wegs, durch welchen das von der Anzeigebildprojektionsvorrichtung (Hauptteil) ausgesandte optische Bild läuft, kleiner gemacht werden, und die Anzeigebildprojektionsvorrichtung kann in einfacher Weise in dem Fahrzeug montiert werden.

Bei der Anzeigebildprojektionsvorrichtung, die ausgebildet ist, wie dies in dem zuvor genannten Punkt (4) beschrieben ist, wird eine Korrekturfunktion für Verzerrungen für den Fresnel-Spiegel mit einer ebenen Form bereitgestellt werden, da eine Form mit freier Krümmung, die zur Korrektur der Aberrationen erforderlich ist, auf der Oberfläche des Fresnel-Spiegels gebildet werden kann.

Bei der Anzeigebildprojektionsvorrichtung, die ausgebildet ist, wie dies in dem zuvor genannten Punkt (5) beschrieben ist, kann eine Korrekturfunktion für Verzerrungen für den Fresnel-Spiegel mit einer ebenen Form vorgesehen werden, da eine Form mit freier Krümmung, die zur Korrektur der Aberrationen erforderlich ist, auf der Oberfläche des Fresnel-Spiegels gebildet werden kann.

Im Vorhergehenden ist vorliegende Erfindung kurz beschrieben. Ferner werden Details der vorliegenden Erfindung klarer, indem die Beschreibung der Arten (im Weiteren als „Ausführungsformen“ bezeichnet) zur Umsetzung der Erfindung studiert wird, die nachfolgend mit Verweis auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben ist.

Figurenliste

  • 1 ist eine Ansicht eines optischen Weges, wobei ein Aufbau eines Anzeigebildprojektionssystems und dessen optische Wege gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt sind, wobei die Betrachtung von einem Fahrzeug aus erfolgt;
  • 2 ist eine Frontansicht, die den inneren Aufbau der HUD-Einheit, die in 1 gezeigt ist, und deren optische Wege zeigt;
  • 3A ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel einer Außenform eines Spiegels mit Oberfläche mit freier Krümmung zeigt, und 3B ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel des Äußeren eines Fresnel-Spiegels mit Oberfläche mit freier Krümmung 13 zeigt;
  • 4A ist eine schematische Ansicht, die die ebene Form, die Querschnittsform in der Dickenrichtung und den Verlauf der Krümmung der Spiegeloberfläche mit freier Krümmung zeigt, 4B ist eine Querschnittsansicht, die die Querschnittsform am Abschnitt A in 4A zeigt, und 4C ist eine Querschnittsansicht, die die Querschnittsform an dem Abschnitt B in 4A zeigt;
  • 5 ist eine Querschnittsansicht, die einen Aufbau eines Halbspiegels mit Vergrößerungsfunktion zeigt, der an der Innenseite der Windschutzscheibe des Fahrzeugs eingebaut ist;
  • 6 ist eine Ansicht eines optischen Weges, der die Differenz des optischen Weges in Abhängigkeit von der Anwesenheit/Abwesenheit der Vergrößerungsfunktion in dem Halbspiegel mit der Vergrößerungsfunktion auf der Windschutzscheibe des Fahrzeugs zeigt;
  • 7 ist eine Querschnittsansicht, die eine Modifizierung (1) des Montageaufbaus des Halbspiegels mit Vergrößerungsfunktion zeigt; und
  • 8 ist eine Querschnittsansicht, die eine Modifizierung (2) des Montageaufbaus des Halbspiegels mit der Vergrößerungsfunktion zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN

Nachfolgend werden mit Verweis auf die begleitenden Zeichnungen spezielle Ausführungsformen einer Anzeigebildprojektionsvorrichtung und eines Anzeigebildprojektionssystems gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.

(Erste Ausführungsform)

Zunächst wird der Überblick über den Aufbau und die Funktion beschrieben.

1 zeigt den Überblick über einen Aufbau eines Anzeigebildprojektionssystems und dessen optischen Wege gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wenn die Betrachtung von Seite eines Fahrzeugs aus erfolgt. Ferner zeigt 2 den inneren Aufbau der HUD-Einheit 10, die in 1 gezeigt ist, und deren optischen Wegen.

Das in 1 gezeigte Anzeigebildprojektionssystem soll eine Head-Up-Anzeige bzw. eine Frontscheibenanzeige (HUD) bereitstellen, die in der Lage ist, von dem Fahrer eines Fahrzeugs visuell wahrgenommen zu werden. Dieses Anzeigebildprojektionssystem ist mit einer HUD-Einheit 10 und einem Halbspiegel 30 mit Vergrößerungsfunktion versehen.

Die HUD-Einheit 10 wird beispielsweise in einem Zustand montiert, in welchem sie im Inneren des Armaturenbretts vor dem Fahrersitz des Fahrzeugs befestigt ist. Das von dem Anzeigelichtemissionsabschnitt 14 der HUD-Einheit 10 ausgesandte Anzeigelicht durchläuft einen optischen Weg bzw. optischen Pfad 52 über die Öffnung des Armaturenbretts und wird zu dem Bildprojektionsbereich 21 der Windschutzscheibe (Fensterglas) 20 des Fahrzeuges in der Aufwärtsrichtung geführt .

In dem in 1 gezeigten Beispiel ist der Halbspiegel 30 mit der Vergrößerungsfunktion in den Bildprojektionsbereich 21 der Windschutzscheibe 20 eingebaut. Ein Teil des Anzeigelichts, das über den optischen Weg 52 auf die Windschutzscheibe 20 fällt, wird von der Oberfläche des Halbspiegels 30 mit der Vergrößerungsfunktion reflektiert, durchläuft einen optischen Weg 53 und wird zu dem Augpunkt EP, der der Augenposition des Fahrers entspricht, gelenkt.

Wenn daher der Fahrer des Fahrzeugs in Richtung zu dem Bildprojektionsbereich 21 der Windschutzscheibe 20 blickt, dann kann der Fahrer ein virtuelles Bild 40 visuell wahrnehmen, das so gebildet ist, als ob das Bild an einer Anzeigeposition des virtuellen Bilds P1 vor der Windschutzscheibe 20 bestehen würde. Die sichtbare Information, die als das virtuelle Bild 40 angezeigt wird, ist das Anzeigebild, das von der HUD-Einheit 10 erzeugt wird, und ist ein sichtbares Bild, das äquivalent zu dem Inhalt ist, der auf dem Anzeigebildschirm der Anzeigeeinrichtung 12 in der HUD-Einheit 10 angezeigt wird.

Da ferner der Halbspiegel 30 mit der Vergrößerungsfunktion einen Teil des Lichts durchlässt, kann der Fahrer zusätzlich zu dem virtuellen Bild 40 diverse Szenen außerhalb des Fahrzeugs in einem Zustand wahrnehmen, in welchem diese Szenen mit dem virtuellen Bild 40 überlagert sind, wenn der Fahrer in Richtung des Bildprojektionsbereichs 21 blickt.

Da der Halbspiegel 30 mit der Vergrößerungsfunktion in dieser Ausführungsform eine optische vergrößernde Funktion hat, nimmt der Fahrer das virtuelle Bild 40 visuell wahr, das größer ist als das optische Bild, das von der HUD-Einheit 10 ausgesendet wird. Somit kann die HUD-Anzeige vergrößert werden.

In dem in 2 gezeigten Aufbau sind die Anzeigeeinrichtung 12 und ein Fresnel-Spiegel mit einer Oberfläche mit freier Krümmung 13 im Inneren des Gehäuses 11 der HUD-Einheit 10 vorgesehen. Die Anzeigeeinrichtung 12 ist beispielsweise als ein Flüssigkristallanzeigepaneel oder ein organisches EL-Anzeigepaneel mit einem zweidimensionalen Anzeigebildschirm aufgebaut. Ferner ist die Anzeigeeinrichtung 12 mit einer Beleuchtungsfunktion wie im Falle eines Rückseitenbeleuchtung versehen. Aus diesem Grunde kann die Anzeigeeinrichtung 12 ein optisches Bild aussenden, das die zweidimensionale sichtbare Information enthält, die auf ihrem Anzeigebildschirm angezeigt wird.

Das von der Anzeigeeinrichtung 12 ausgesendete optische Bild durchläuft den optischen Weg 51 und fällt auf die Oberfläche des Fresnel-Spiegels mit Oberfläche mit freier Krümmung 13. Das auftreffende optische Bild wird von der Oberfläche des Fresnel-Spiegels mit Oberfläche mit freier Krümmung 13 reflektiert und wird von dem Anzeigelichtemissionsabschnitt 14 der HUD-Einheit 10 ausgesendet.

Es kann ein Umkehrspiegel, nicht gezeigt, in dem optischen Weg zwischen der Anzeigeeinrichtung 12 und dem Fresnel-Spiegel mit Oberfläche mit freier Krümmung 13 angeordnet sein. Der Freiheitsgrad für die Position der Anordnung jeweils der Anzeigeeinrichtung 12 und des Fresnel-Spiegels mit Oberfläche mit freier Krümmung 13 wird dadurch erhöht, dass diese Art eines Umkehrspiegels vorgesehen wird.

<Erklärung der Aberrationen>

In dem in 1 gezeigten Anzeigebildprojektionssystem können jedoch diverse Aberrationen bzw. optische Fehler auftreten. Aufgrund dieser Aberrationen treten eine Farbabschwächung, eine Verschmierung, Verzerrung und dergleichen in dem sichtbaren Bild auf, das von dem Fahrer als das virtuelle Bild 40 visuell wahrgenommen wird. Tatsächlichen wird angenommen, dass Aberrationen, etwa die Aberration, die in jedem Abschnitt des optischen Systems Im Inneren der HUD-Einheit 10 auftritt, und die Aberration, die beispielsweise durch die gekrümmte Oberflächenform der reflektierenden Oberfläche der Windschutzscheibe 20 hervorgerufen wird, entstehen können. Daher ist es erforderlich, das Auftreten der zuvor genannten Aberrationen zu vermeiden, so dass der Fahrer deutliche Anzeigebilder visuell wahrnehmen kann.

In der in 2 gezeigten HUD-Einheit 10 ist der Fresnel-Spiegel mit Oberfläche mit freier Krümmung 13 mit einer Verzerrungskorrekturfunktion versehen, um das Auftreten der zuvor genannten Aberrationen zu vermeiden. Da der Fresnel-Spiegel mit Oberfläche mit freier Krümmung 13 eine reflektierende Oberfläche hat, die als eine Oberfläche mit freier Krümmung ausgebildet ist, kann der Fresnel-Spiegel 13 Verzerrungen korrigieren, die diverse Aberrationen hervorrufen, wobei dies durch Anwenden einer geeigneten Krümmung in jedem Bereich der reflektierenden Oberfläche erfolgt.

Im Falle eines allgemeinen Spiegels mit Oberfläche mit freier Krümmung ist selbst, wenn der Spiegel in Form einer dünnen Platte ausgebildet ist, der Spiegel als Ganzes mit einer gekrümmten Form ausgebildet, wodurch es unvermeidbar ist, dass die Gesamtabmessung in der Dickenrichtung groß wird. Aus diesem Grunde muss das Gehäuse 11 zwangsläufig so vergrößert werden, dass es einen derartigen allgemeinen Spiegel mit Oberfläche mit freier Krümmung in dem Gehäuse 11 der HUD-Einheit 10 aufnehmen kann. Insbesondere im Falle, dass der Vergrößerungsfaktor davon groß ist oder im Falle, dass das virtuelle Bild 40 in einem großen Abstand erzeugt wird, wird die Biegung des Spiegels mit Oberfläche mit freier Krümmung groß und die Dickenabmessung des Spiegels wird ebenfalls groß, um eine große Krümmung zu erreichen.

Der Fresnel-Spiegel mit Oberfläche mit freier Krümmung 13 gemäß dieser Ausführungsform wird als ein ebener Fresnel-Spiegel mit einer Verzerrungskorrekturfunktion bereitgestellt, die äquivalent zu derjenigen des Spiegels mit Oberfläche mit freier Krümmung ist. Die Details des Fresnel-Spiegels mit Oberfläche mit freier Krümmung 13 sind nachfolgend angegeben.

<Erläuterung der Außenform>

3A zeigt ein Beispiel einer Außenform eines Spiegels mit Oberfläche mit freier Krümmung 19, und 3B zeigt ein Beispiel einer Außenform des Fresnel-Spiegels mit Oberfläche mit freier Krümmung 13.

In dem in 3A gezeigten Spiegel mit Oberfläche mit freier Krümmung 19 ist eine reflektierende Oberfläche 19b mit einer Oberflächenform mit freier Krümmung dadurch gebildet, dass ein dünnes plattenförmiges Spiegelmaterial so gebogen ist, dass es in der Dickenrichtung gekrümmt ist (in der X-Richtung). Jede der Konturlinien bzw. Umrisslinien 19a, die in 3A gezeigt sind, ist eine Linie, die erhalten wird, indem Positionen mit gleicher Höhe in der Dickenrichtung verbunden werden und dies ist eine imaginäre Linie, die in Wirklichkeit nicht sichtbar ist.

Da die reflektierende Oberfläche 19b gekrümmt ist, sind die jeweiligen Konturlinien 19a so ausgebildet, dass mehrere elliptische Formen koaxial angeordnet sind, wie in 3A gezeigt ist. Tatsächlich kann eine vorbestimmte Oberfläche mit freier Krümmung hergestellt werden, indem die Krümmung jedes kleinen Bereichs der reflektierenden Oberfläche 19b eingestellt wird. Ferner können Aberrationen korrigiert werden, indem die Oberfläche mit freier Krümmung in dem optischen Weg eines optischen Systems, etwa der HUD-Einheit 10, angeordnet wird.

Selbst wenn das Material des Spiegels mit Oberfläche mit freier Krümmung 19 die Form einer dünnen Platte hat, wird jedoch die Gesamtdickenabmessung Sx des Spiegels mit Oberfläche mit freier Krümmung 19 groß, wie in 3A gezeigt ist, so dass die reflektierende Oberfläche 19b gekrümmt ist. Insbesondere im Falle, dass die Krümmung des Spiegels mit Oberfläche mit freier Krümmung 19 groß wird, wächst die Abmessung Sx ebenfalls an. Wenn ferner der Spiegel mit Oberfläche mit freier Krümmung 19, der diesen Aufbau hat, in die HUD-Einheit 10 eingebaut wird, dann muss das Gehäuse 11 in Abhängigkeit von der Abmessung Sx größer gemacht werden.

Daher wird in dieser Ausführungsform der Fresnel-Spiegel mit Oberfläche mit freier Krümmung 13, der in 3B gezeigt ist, anstelle des Spiegels mit Oberfläche mit freier Krümmung 19 in die HUD-Einheit 10 eingebaut, um die Verzerrungen des virtuellen Bildes 40 auszugleichen. Da der Fresnel-Spiegel mit Oberfläche mit freier Krümmung 13, der in 3B gezeigt ist, nicht gekrümmt ist, sondern in einer ebenen Form ausgebildet ist, ist seine Abmessung in der Dickenrichtung sehr klein. Aus diesem Grunde kann der Fresnel-Spiegels mit Oberfläche mit freier Krümmung 13 in einfacher Weise in dem Gehäuse 11, das eine geringe Größe hat, aufgenommen werden.

Wie in 3B gezeigt, werden die Konturlinien 13a ähnlich zu denjenigen auf der Oberfläche des Spiegels mit Oberfläche mit freier Krümmung 19 auch auf der Oberfläche des Fresnel-Spiegels mit Oberfläche mit freier Krümmung 13 erzeugt. Die jeweiligen Konturlinien 13a auf dem Fresnel-Spiegel mit Oberfläche mit freier Krümmung 13 können tatsächlich als die Linien erachtet werden, die erhalten werden, indem die obersten Abschnitte oder die untersten Abschnitte der konkaven/konvexen Formen verbunden werden, die auf der Oberfläche des Fresnel-Spiegels mit Oberfläche mit freier Krümmung 13 ausgebildet sind. Da ferner der Fresnel-Spiegel mit Oberfläche mit freier Krümmung 13 nicht gekrümmt ist, sondern in einer ebenen (flachen Platten-) Form ausgebildet ist, unterscheiden sich die Höhen der jeweiligen Konturlinien 13a von denjenigen der Konturlinien 19a des Spiegels mit Oberfläche mit freier Krümmung 19.

Damit eine Oberfläche mit freier Krümmung, die funktionsmäßig gleichwertig zu derjenigen des Spiegels mit Oberfläche mit freier Krümmung 19 ist, auf der Oberfläche des Spiegels mit Oberfläche mit freier Krümmung 19 gebildet wird, wird die Oberfläche mit freier Krümmung, die erhalten werden soll, in mehrere Bereiche unterteilt, und die gekrümmten Oberflächen der mehreren unterteilten Bereiche werden auf einer Ebene angeordnet, wodurch ein Fresnel-Spiegel gebildet wird.

<Erläuterung eines speziellen Aufbaus>

4A zeigt schematisch die ebene Form 15, die Querschnittsform 16 in der Dickenrichtung und die Verteilung der Krümmung 17 des Fresnel-Spiegels mit Oberfläche mit freier Krümmung 13, so dass diese Komponenten einander entsprechen. Ferner zeigt 4B die Querschnittsform des Abschnitts A aus Fig. 4A, und 4C zeigt die Querschnittsform des Abschnitts B aus 4A.

Wie in der flachen Oberflächenform 15, die in 4A gezeigt ist, erscheinen Muster, die mehreren koaxialen Kreisen oder Ellipsen ähneln, ähnlich zu den Konturlinien 13a, die in 3B gezeigt sind, auf der Oberfläche (der Fresnel-Oberfläche) des Fresnel-Spiegels mit Oberfläche mit freier Krümmung 13. Diese Muster entsprechen solchen sägezahnförmigen konkaven Abschnitten 16a, wie sie in der Querschnittsform 16 in der Dickenrichtung auftreten, die in 4A gezeigt ist.

Tatsächlich wird, wie in 4B und 4C gezeigt ist, ein kleiner Prismenabschnitt 13b zwischen den Konturlinien 13a, die benachbart zueinander liegen, gebildet. Ferner hat jeder Prismenabschnitt 13b eine geneigte Fläche 13c und eine vertikale Wand 13d, die sich in der Dickenrichtung erstreckt.

Die Form und die Eigenschaften jedes Prismenabschnitts 13b, die die Oberfläche mit freier Krümmung bilden, können durch den Neigungswinkel θ1, θ2 und dergleichen) der geneigten Fläche 13c und durch die Höhe (die Tiefe des konkaven Abschnitts: der Betrag der Einsenkung Δx) der vertikalen Wand 13d angegeben werden.

In dem Fresnel-Spiegel mit Oberfläche mit freier Krümmung 13, der in 4A, 4B und 4C gezeigt ist, ist die Fresnel-Oberfläche so gebildet, dass sie den Bedingungen einer „Spezifikation 1“, die nachfolgend beschrieben ist, genügt. Anstelle der „Spezifikation 1“ kann eine „Spezifikation 2“ verwendet werden.

<„Spezifikation 1“ der Fresnel-Oberflächenform>

  1. (1) Auf der Fresnel-Oberfläche ist die Höhe (Δx) der vertikalen Wand 13d nicht gleichmäßig, sondern ist für jeden Bereich unterschiedlich.
  2. (2) Um einen Umfang in der Umfangsrichtung einer einzigen elliptischen Konturlinie 13a herum ist die Höhe (Δx) der vertikalen Wand 13d gleich.
  3. (3) Auf der Fresnel-Oberfläche ändert sich der Neigungswinkel (θ1, θ2, und dergleichen) der geneigten Fläche 13c kontinuierlich in Abhängigkeit von der Differenz der Position in der Umfangsrichtung. Beispielsweise ist der Neigungswinkel (θ1) des äußersten Prismenabschnitts in Umfangsrichtung 13b an der Position, die in 4B gezeigt ist, nicht gleich dem Neigungswinkel (θ2) an der in 4C gezeigten Position.

<„Spezifikation 2“ der Fresnel-Oberflächenform>

  • (1) Auf der Fresnel-Oberfläche ist die Höhe (Δx) der vertikalen Wand 13d nicht gleichmäßig, sondern ist für jeden Bereich unterschiedlich.
  • (2B) In jedem Prismenabschnitt 13b auf der Fresnel-Oberfläche ändert sich die Höhe (Δx) der vertikalen Wand 13d kontinuierlich in Abhängigkeit von der Differenz der Position in der Umfangsrichtung.
  • (3B) In jedem Prismenabschnitt 13b auf der Fresnel-Oberfläche ist der Neigungswinkel der geneigten Fläche 13c um einen einzelnen Umfang in der Umfangsrichtung einer einzigen elliptischen Konturlinie 13a herum gleich.

Wenn die Fresnel-Oberfläche entsprechend den Bedingungen der zuvor genannten „Spezifikation 1“ oder „Spezifikation 2“ ausgebildet ist, ist es möglich, den Fresnel-Spiegel mit Oberfläche mit freier Krümmung 13 mit einem Aufbau zu erzeugen, der die Fresnel-Oberfläche hat, die in der Lage ist, eine Funktion ausführen, die optisch äquivalent zu derjenigen der Oberfläche mit freier Krümmung ist. Beispielsweise ändern sich die Krümmung und der Krümmungsradius (R1, R2) in Abhängigkeit von der Position so, wie in der Verteilung der Krümmung bzw. dem Krümmungsverlauf, der in 4A gezeigt ist. Somit kann der Fresnel-Spiegel mit Oberfläche mit freier Krümmung 13 mit der Verzerrungskorrekturfunktion bereitgestellt werden, um das Auftreten der Aberrationen zu reduzieren.

Als nächstes wird der Halbspiegel 30 mit der Vergrößerungsfunktion detailliert beschrieben.

5 zeigt ein Aufbausbeispiel des Halbspiegels 30 mit der Vergrößerungsfunktion, der im Inneren der Windschutzscheibe des Fahrzeugs aufgebaut ist.

Der Halbspiegel 30 mit der Vergrößerungsfunktion, der in 5 gezeigt ist, ist als ein Fresnel-Spiegel ähnlich zu dem Aufbau des zuvor genannten Fresnel-Spiegels mit Oberfläche mit freier Krümmung 13 aufgebaut. Jedoch ist auch in dem Bildprojektionsbereich 21 der Windschutzscheibe 20 die Oberfläche (die Licht reflektierende Oberfläche 31) des Halbspiegels 30 mit der Vergrößerungsfunktion als ein Halbspiegel aufgebaut, so dass die Szenen außerhalb der Windschutzscheibe 20 von dem Betrachtungspunkt des Fahrers her durch das Glas wahrgenommen werden können.

Obwohl ferner in dieser Ausführungsform ein Beispiel für den Fall beschrieben ist, dass der Fresnel-Spiegel des Halbspiegels 30 mit der Vergrößerungsfunktion eine Funktion hat, die optisch ein Anzeigebild vergrößert, und nicht die Verzerrungskorrekturfunktion hat, können dennoch sowohl der Fresnel-Spiegel mit Oberfläche mit freier Krümmung 13 als auch der Halbspiegel 30 mit der Vergrößerungsfunktion jeweils mit der Verzerrungskorrekturfunktion versehen sein. Anstelle einer Oberfläche mit freier Krümmung, wie bei dem Fresnel-Spiegel mit Oberfläche mit freier Krümmung 13, kann ferner ein Fresnel-Spiegel mit einem allgemeinen Aufbau als der Fresnel-Spiegel des Halbspiegels 30 mit der Vergrößerungsfunktion verwendet werden. Ferner kann durchsichtiges Harz oder Glas als das wesentliche Material zum Aufbau des Halbspiegels 30 mit der Vergrößerungsfunktion verwendet werden, so dass der Halbspiegel 30 die Funktion eines Halbspiegels hat.

In dem in 5 gezeigten Beispiel ist die Windschutzscheibe 20 des Fahrzeugs aus zwei Glasplatten 20a und 20b aufgebaut, und es ist eine Zwischenschicht 20c dazwischen vorgesehen. Der Halbspiegel 30 mit der Vergrößerungsfunktion ist im Inneren der Windschutzscheibe 20 als Teil der Zwischenschicht 20c aufgebaut.

Da der Halbspiegel 30 mit der Vergrößerungsfunktion als ein Fresnel-Spiegel aufgebaut ist, wie er zuvor beschrieben ist, hat der Halbspiegel 30 eine ebene Form (flache Plattenform), ist damit in seiner Dicke klein und kann einfach innerhalb der Windschutzscheibe 20 aufgenommen werden. Ferner ist der Raum zwischen der lichtreflektierenden Oberfläche 31 des Halbspiegels 30 mit der Vergrößerungsfunktion und der Glasplatte 20a mit beispielsweise durchsichtigen Harz mit einem Brechungsindex gefüllt, der gleichwertig zu demjenigen der Glasplatte 20a ist, wodurch diese mit dem Harz versiegelt wird. Dies kann ein übermäßiges Reflektieren und eine übermäßige Brechung verhindern.

<Einfluss aufgrund des Vorhandenseins/Fehlens der Vergrößerungsfunktion in der Windschutzscheibe 20>

6 zeigt den Unterschied im optischen Weg in Abhängigkeit von der des Vorhandensein/Fehlen der Vergrößerungsfunktion in dem Halbspiegel 30 mit der Vergrößerungsfunktion auf der Windschutzscheibe des Fahrzeugs.

In dem in 1 gezeigten Anzeigebildprojektionssystem ist unter der Bedingung, dass ein Bild als das virtuelle Bild 40 an der gleichen Position und in der gleichen Größe gebildet wird, ein derartiger Unterschied, wie in 6 gezeigt ist, zwischen dem optischen Weg 52A für den Fall, dass der Halbspiegel 30 keine vergrößernde Funktion hat, und dem optischen Weg 52B für den Fall, dass der Halbspiegel 30 die vergrößernde Funktion hat, vorhanden. Anders ausgedrückt, die Beziehung zwischen der optischen Wegbreite L1 des optischen Wegs 52A und der optischen Wegbreite L2 des optischen Wegs 52B in der Nähe des Anzeigelichtemissionsabschnitts 14 der HUD-Einheit 10 wird zu (L2 < L1).

Daher kann die Öffnung im Armaturenbrett, die dem Anzeigelichtemissionsabschnitt 14 entspricht, das heißt, die Breite der Öffnung, kleiner gemacht werden, indem die Vergrößerungsfunktion des Halbspiegels 30 mit vergrößernder Funktion auf der Windschutzscheibe 20 vorgesehen wird, wodurch das Gehäuse 11 der HUD-Einheit 10 relativ kompakt gemacht werden kann. Da ferner die effektiven Bereiche, die für die jeweiligen optischen Komponenten im Inneren der HUD-Einheit 10 erforderlich sind, kleiner gestaltet werden können, können die Komponenten kompakter gemacht werden und das Gehäuse 11 kann ebenfalls kompakter sein.

<Modifizierung (1) des Halbspiegels 30 mit der Vergrößerungsfunktion>

7 zeigt eine Modifizierung (1) des Montageaufbaus des Halbspiegels mit der Vergrößerungsfunktion.

Der Halbspiegel 30B mit der Vergrößerungsfunktion, der in 7 gezeigt ist, unterscheidet sich von dem zuvor genannten Halbspiegel 30 mit der Vergrößerungsfunktion im Hinblick auf den Montageaufbau bzw. Befestigungsaufbau auf der Windschutzscheibe 20, obwohl sie in Form und Funktion ansonsten gleichwertig sind.

Genauer gesagt, der Halbspiegel 30B mit der Vergrößerungsfunktion, der in 7 gezeigt ist, wird in einem Zustand montiert, in welchem er mit der Oberfläche der Glasplatte 20a der Windschutzscheibe 20 auf der Innenseite des Fahrzeugfahrgastraums verbunden ist. Ferner wird der Halbspiegel 30B mit der Vergrößerungsfunktion in einem Zustand angeordnet, in welchem seine Fresnel-Oberfläche (reflektierende Oberfläche 31B) der Oberfläche der Glasplatte 20a gegenüberliegt. Ferner ist der Halbspiegel 30B mit der Vergrößerungsfunktion mit der Windschutzscheibe 20 mittels einer UV-aushärtenden Harzschicht 32, die zwischen der Fresnel-Oberfläche des Halbspiegels 30B und der Glasplatte 20a ausgebildet ist, verbunden und dadurch befestigt. Die UV-aushärtende Harzschicht 32 ist ebenfalls in die konkaven Abschnitte in der Fresnel-Oberfläche des Halbspiegels 30B mit der Vergrößerungsfunktion eingefüllt. Des Weiteren ist die UV-aushärtende Harzschicht 32 aus einem Material mit einem Brechungsindex hergestellt, der gleichwertig ist zu demjenigen der Glasplatte 20a, um das Auftreten einer übermäßigen Brechung und Reflexion zu verhindern.

Im Falle, dass der in 7 gezeigte Montageaufbau bzw. Befestigungsaufbau verwendet wird, kann nach der Herstellung der Windschutzscheibe 20 der Halbspiegel 30B mit der Vergrößerungsfunktion an der Außenseite der Windschutzscheibe bei Bedarf angeheftet werden, wodurch er später montiert werden kann.

<Modifizierung (2) des Halbspiegels 30 mit der Vergrößerungsfunktion>

8 zeigt eine Modifizierung (2) des Montageaufbaus des Halbspiegels mit der Vergrößerungsfunktion.

Der in 8 gezeigte Halbspiegel 30C mit der Vergrößerungsfunktion unterscheidet sich von dem zuvor genannten Halbspiegel 30 mit der Vergrößerungsfunktion in Hinblick auf den Montageaufbau bezüglich der Windschutzscheibe 20, obwohl sie ansonsten in Form und Funktion gleichwertig sind.

Genauer gesagt, der Halbspiegel 30C mit der Vergrößerungsfunktion, der in 8 gekennzeichnet ist, wird in einem Zustand montiert, in welchem er mit der Oberfläche der Glasplatte 20a der Windschutzscheibe 20 auf der Innenseite des Fahrzeugfahrgastraums verbunden ist. Ferner wird der Halbspiegel 30C mit der Vergrößerungsfunktion in einem Zustand angeordnet, in welchem seine Oberfläche (hintere Oberfläche) auf der gegenüberliegenden Seite seiner Fresnel-Oberfläche (reflektierende Oberfläche 31C) gegenüberliegend zu der Oberfläche der Glasplatte 20a liegt, und die hintere Fläche des Halbspiegels 30C mit der Vergrößerungsfunktion wird mit der Oberfläche der Glasplatte 20a verbunden, indem dazwischen ein transparentes Haftmittel aufgebracht wird.

Des Weiteren wird die Oberfläche des Halbspiegels 30C mit der Vergrößerungsfunktion, der die konkaven Abschnitte der Fresnel-Oberfläche (reflektierende Oberfläche 31C) enthält, mit einem durchsichtigen Versiegelungsharz 33 gefüllt, wodurch er in eine ebene Form gebracht wird. Folglich sind die konvexen und konkaven Abschnitte auf der Fresnel-Oberfläche nicht nach außen hin freigelegt, wodurch eine Schutzwirkung ausgeübt werden kann.

Im Falle, dass der in 8 gezeigte Montageaufbau verwendet wird, kann nach der Herstellung der Windschutzscheibe 20 der Halbspiegel 30C mit der Vergrößerungsfunktion mit der Außenseite der Windschutzscheibe bei Bedarf verbunden werden, wodurch er später montiert werden kann.

<Zweite Ausführungsform>

In dem in 1 gezeigten zuvor genannten Anzeigebildprojektionssystem hat der Fresnel-Spiegel mit Oberfläche mit freier Krümmung 13 die Verzerrungskorrekturfunktion und der Halbspiegel 30 mit der Vergrößerungsfunktion hat die vergrößernde Wirkung. In einer zweiten Ausführungsform hat jedoch der Fresnel-Spiegel mit Oberfläche mit freier Krümmung 13 zusätzlich zu der Verzerrungskorrekturfunktion eine Vergrößerungsfunktion.

Daher kann in der zweiten Ausführungsform ein Bild optisch vergrößert werden, indem sowohl der Fresnel-Spiegel mit Oberfläche mit freier Krümmung 13 als auch der Halbspiegel 30 mit der Vergrößerungsfunktion verwendet werden. Der Zustand bezüglich der Verteilung der Krümmungen der Fresnel-Oberfläche des Fresnel-Spiegels mit Oberfläche mit freier Krümmung 13 in der zweiten Ausführungsform, nicht gezeigt, unterscheidet sich von demjenigen der ersten Ausführungsform, da der Fresnel-Spiegel mit Oberfläche mit freier Krümmung 13 mit der Vergrößerungsfunktion versehen ist. Die Funktion und der Aufbau des Halbspiegels 30 mit der Vergrößerungsfunktion in der zweiten Ausführungsform sind ähnlich zu denjenigen in der ersten Ausführungsform.

Da sowohl der Fresnel-Spiegel mit Oberfläche mit freier Krümmung 13 als auch der Halbspiegel 30 mit der Vergrößerungsfunktion jeweils mit der vergrößernden Wirkung in der zweiten Ausführungsform versehen sind, kann ein großes Bild als das virtuelle Bild 40 erzeugt werden, ohne die Krümmungen der Fresnel-Oberflächen des Fresnel-Spiegels mit Oberfläche mit freier Krümmung 13 und des Halbspiegels 30 mit der Vergrößerungsfunktion dementsprechend größer zu machen. Selbst im Falle, dass der HUD-Anzeigebildschirm größer gemacht wird, können daher der Fresnel-Spiegel mit Oberfläche mit freier Krümmung 13 und der Halbspiegel 30 mit der Vergrößerungsfunktion relativ einfach hergestellt werden.

Da ferner der Halbspiegel 30 mit der Vergrößerungsfunktion die vergrößernde Wirkung auch in der zweiten Ausführungsform hat, wird ferner die optische Wegbreite L2 des optischen Wegs 52 des von der HUD-Einheit 10 ausgesendeten optischen Bildes kleiner, wodurch die HUD-Einheit 10 kompakter gemacht werden kann.

(Dritte Ausführungsform)

In dem zuvor genannten Anzeigebildprojektionssystem, das in 1 gezeigt ist, hat der Fresnel-Spiegel mit Oberfläche mit freier Krümmung 13 die Verzerrungskorrekturfunktion und der Halbspiegel 30 mit der Vergrößerungsfunktion hat die vergrößernde Wirkung. In einer dritten Ausführungsform haben jedoch jeweils der Fresnel-Spiegel mit Oberfläche mit freier Krümmung 13 und der Halbspiegel 30 mit der Vergrößerungsfunktion die Verzerrungskorrekturfunktion und die Vergrößerungsfunktion.

Daher kann in der dritten Ausführungsform ein Bild optisch vergrößert werden und es kann eine Verzerrungskorrektur ausgeführt werden, wobei sowohl der Fresnel-Spiegel mit Oberfläche mit freier Krümmung 13 als auch der Halbspiegel 30 mit der Vergrößerungsfunktion verwendet werden. Der Zustand der Verteilung der Krümmungen der Fresnel-Oberfläche des Fresnel-Spiegels mit Oberfläche mit freier Krümmung 13 in der dritten Ausführungsform, die nicht gezeigt ist, unterscheidet sich von demjenigen in der ersten Ausführungsform, da der Fresnel-Spiegel mit Oberfläche mit freier Krümmung 13 mit der vergrößernden Wirkung versehen ist.

Da ferner der zuvor genannte Halbspiegel 30 mit der Vergrößerungsfunktion als ein Fresnel-Spiegel ausgebildet ist, kann eine Fresnel-Oberfläche mit optisch der gleichen Funktion wie eine Oberfläche mit freier Krümmung wie im Falle des zuvor genannten Fresnel-Spiegels mit Oberfläche mit freier Krümmung 13 gebildet werden, indem die Form der Fresnel-Oberfläche angepasst wird. Des Weiteren kann der Halbspiegel 30 mit der Vergrößerungsfunktion auch mit der Verzerrungskorrekturfunktion versehen werden, indem diese Oberfläche mit freier Krümmung verwendet wird.

Als ein spezielles Beispiel wird eine Funktion zum Korrigieren nur der Ursachen der Aberrationen, die im Inneren der HUD-Einheit 10 auftreten, als die Verzerrungskorrekturfunktion des Fresnel-Spiegels mit Oberfläche mit freier Krümmung 13 vorgesehen. Ferner wird eine Funktion zum Korrigieren der Aberrationen, die beispielsweise aufgrund der gekrümmten Oberflächenform der Windschutzscheibe 20 auftreten, als die Verzerrungskorrekturfunktion der Halbspiegel 30 mit der Vergrößerungsfunktion vorgesehen.

Die Anzahl der Arten an Fresnel-Spiegeln mit Oberfläche mit freier Krümmung 13 kann eingeschränkt werden, indem die Verzerrungskorrekturfunktion für das gesamte System sowohl dem Fresnel-Spiegel mit Oberfläche mit freier Krümmung 13 als auch dem Halbspiegel 30 mit der Vergrößerungsfunktion zugewiesen wird. Beispielsweise können die Fresnel-Spiegel mit Oberfläche mit freier Krümmung 13, die eine gemeinsame Form haben, für alle Fahrzeugarten verwendet werden, indem der Unterschied der Verzerrungskorrekturfunktion, die dem Unterschied der Fahrzeugart entspricht, durch den Unterschied in der Form der freien Krümmung des Halbspiegels 30 mit der Vergrößerungsfunktion aufgefangen wird.

Bei der Anzeigebildprojektionsvorrichtung und dem Anzeigebildprojektionssystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann vermieden werden, dass das Gehäuse der HUD-Einheit größer wird, selbst in dem Falle, dass die Anzeigeposition des virtuellen Bildes mit großem Abstand angeordnet ist oder der Anzeigebildschirm für das virtuelle Bild größer ist. Anders ausgedrückt, da der Fresnel-Spiegel eine ebene Form hat und eine geringe Dicke aufweist, kann der Fresnel-Spiegel in einem kompakten Gehäuse untergebracht werden, selbst wenn eine große Krümmung für die Korrektur von Aberrationen erforderlich ist. Ferner kann der Bereich (die Breite) des optischen Weges, durch welchen das von der Anzeigebildprojektionsvorrichtung ausgesandte optische Bild läuft, kleiner gemacht werden, und die Anzeigebildprojektionsvorrichtung kann in einfacher Weise in dem Fahrzeug montiert werden, indem die Anzeigebildprojektionsvorrichtung mit dem zweiten Fresnel-Spiegel, der eine optisch vergrößernde Funktion hat, kombiniert wird.

Die Eigenschaften der Ausführungsformen der Anzeigebildprojektionsvorrichtung und des Anzeigebildprojektionssystems gemäß der vorliegenden Erfindung werden nun kurz in den folgenden Punkten [1] bis [5] zusammengefasst und aufgelistet.

  1. [1] Eine Anzeigebildprojektionsvorrichtung (eine HUD-Einheit 10) mit einem Gehäuse (11), einer in dem Gehäuse aufgenommenen Anzeigeeinrichtung (12) und einem optischen Projektionssystem, das in dem Gehäuse aufgenommen ist und verwendet wird, das Anzeigebild der Anzeigeeinrichtung in einer vorbestimmten Richtung auszusenden, wobei
    das optische Projektionssystem mit einem Fresnel-Spiegel (einem Fresnel-Spiegel mit Oberfläche mit freier Krümmung 13) versehen ist, und
    die Oberflächenform des Fresnel-Spiegels in einem Zustand ausgebildet ist, in welchem eine Oberflächenform mit freier Krümmung zur Korrektur von Aberrationen, die in den optischen Wegen (51, 52, 53) von der Anzeigeeinrichtung zu einem vorbestimmten Augpunkt (EP) auftreten, in mehrere Bereichen unterteilt ist (siehe 4A).
  2. [2] Die Anzeigebildprojektionsvorrichtung, wie sie in dem zuvor genannten Punkt [1] angegeben ist, wobei
    die Oberflächenform des Fresnel-Spiegels (des Fresnel-Spiegels mit Oberfläche mit freier Krümmung 13) eine optisch vergrößernde Funktion zur Vergrößerung eines Bildes hat, das in den optischen Wegen von der Anzeigeeinrichtung zu dem Augpunkt zu erzeugen ist.
  3. [3] Ein Anzeigebildprojektionssystem, das versehen ist mit:
    • der Anzeigebildprojektionsvorrichtung (der HUD-Einheit 10), wie sie in dem zuvor genannten Punkt [1] angegeben ist, und
    • einem zweiten Fresnel-Spiegel (einem Halbspiegel 30 mit einer Vergrößerungsfunktion), der auf der Windschutzscheibe (20) eines Fahrzeugs oder in deren Nähe angeordnet ist, so dass er zumindest einen Teil des von dem optischen Projektionssystem ausgesandten optischen Bildes reflektiert und den Teil des optischen Bildes zu dem Augpunkt führt, wobei
    • die Oberflächenform des zweiten Fresnel-Spiegels eine optisch vergrößernde Funktion zur Vergrößerung eines Bildes hat, das in den optischen Wegen von der Anzeigeeinrichtung zu dem Augpunkt zu erzeugen ist.
  4. [4] Die Anzeigebildprojektionsvorrichtung, wie sie in dem zuvor genannten Punkt [1] angegeben ist, wobei
    die Oberfläche des Fresnel-Spiegels (des Fresnel-Spiegel mit Oberfläche mit freier Krümmung 13) eine Form hat, in der mehrere kreisförmige oder elliptische Konturlinien (13a) angeordnet sind, wobei die ungefähre Mittelposition davon als eine Referenz verwendet wird (siehe 3B und 4A), und
    ein konkaver Abschnitt mit einer konstanten Tiefe und einer geneigter Fläche (13c) um einen Umfang zwischen den Konturlinien, die benachbart zueinander sind, ausgebildet ist, und der Winkel (θ1, θ2) der geneigten Fläche sich in Abhängigkeit von der Differenz der Position in der Umfangsrichtung ändert (entsprechend zu der oben genannten „Spezifikation 1“).
  5. [5] Die Anzeigebildprojektionsvorrichtung, wie sie in dem zuvor genannten Punkt [1] angegeben ist, wobei
    die Oberfläche des Fresnel-Spiegels (des Fresnel-Spiegels mit Oberfläche mit freier Krümmung 13) eine Form hat, in der mehrere kreisförmige oder elliptische Konturlinien angeordnet sind, wobei die ungefähre Mittelposition davon als eine Referenz verwendet ist, und
    ein konkaver Abschnitt und eine geneigte Fläche mit gleichbleibendem Winkel zwischen den Konturlinien, die benachbart zueinander sind, ausgebildet ist, und die Tiefe des konkaven Abschnitts sich kontinuierlich in Abhängigkeit von der Differenz der Position in der Umfangsrichtung ändert (entsprechend zu der zuvor genannten „Spezifikation 2“).

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • JP 2017041694 [0001]
  • JP 2004226469 A [0003, 0004, 0005]