DE112017006586B4

DE112017006586B4 - Anzeigevorrichtung und sich bewegender Körper, der eine Anzeigevorrichtung trägt

Info

Publication number: DE112017006586B4
Application number: DE112017006586.0T
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Okayama; Satoshi Kuzuhara; Masahito OGATA; Toshiya Mori; Ken'ichi Kasazumi; Masafumi Sueyoshi
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Automotive Systems Co Ltd
Priority date: 2016-12-27
Filing date: 2017-12-11
Publication date: 2022-01-20
Anticipated expiration: 2037-12-12
Also published as: DE112017006586T5; US11137599B2; US20190293936A1; JP6650624B2; JP2018106084A; WO2018123528A1

Abstract

Anzeigevorrichtung (10), umfassend:einen Bildschirm (1) mit einer Anzeigeebene (11), die in Bezug auf eine Bezugsebene (503) geneigt ist;einen Antrieb (2), der ausgelegt ist, den Bildschirm (1) zwischen einer ersten Position (Po1) und einer zweiten Position (Po2) in einer zu der Bezugsebene (503) orthogonalen Bewegungsrichtung (X) zu bewegen;eine Bestrahlungsvorrichtung (3, 3A, 3B, 3C), die ein optisches Abbildungssystem (323) enthält, wobei die Bestrahlungsvorrichtung (3, 3A, 3B, 3C) ausgelegt ist, das optische Abbildungssystem (323) zu veranlassen, den Bildschirm (1) mit Licht zu bestrahlen, um die Anzeigeebene (11) des Bildschirms (1) abzutasten, um auf der Anzeigeebene (11) ein Bild (700) zu erzeugen; undeinen Projektor (4), der ausgelegt ist, den Bildschirm (1) passierendes und von dem Bildschirm (1) in der Bewegungsrichtung (X) ausgegebenes Licht als einfallendes Licht zu empfangen, wobei der Projektor (4) ausgelegt ist, ein reflektierendes Element (101) mit dem einfallenden Licht zu bestrahlen, um es dem reflektierenden Element (101) zu erlauben, das einfallende Licht zu reflektieren, und wobei der Projektor (4) ausgelegt ist, ein dem Bild entsprechendes virtuelles Bild (300) in einem Zielraum zu erzeugen,wobei sich ein geometrischer Ort einer Fokusposition (Pf1) des optischen Abbildungssystems (323) innerhalb eines Bereichs zwischen der Anzeigeebene (11) des Bildschirms an der ersten Position (Po1) und der Anzeigeebene (11) des Bildschirms an der zweiten Position (Po2) befindet, wenn die Bestrahlungsvorrichtung (3, 3A, 3B, 3C) die Anzeigeebene (11) vollständig abtastet.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft im allgemeinen Anzeigevorrichtungen bzw. sich bewegende Körper, welche die Anzeigevorrichtungen tragen, und betrifft im Besonderen eine Anzeigevorrichtung, die ausgelegt ist, es Licht, das einen Bildschirm passiert, zu erlauben, ein virtuelles Bild in einem Zielraum zu erzeugen, und einen sich bewegenden Körper, der die Anzeigevorrichtung trägt.
Technischer Hintergrund
EP 3 299 866 A1 stellt eine Anzeigevorrichtung bereit, die in einfacher Weise eine Steuerung zum Antreiben eines beweglichen Bildschirms durchführen kann. Die Anzeigevorrichtung umfasst eine Lichtquelle, die einen Lichtstrahl emittiert, eine Abtasteinheit, die ein Abtasten des Lichtstrahls von der Lichtquelle bewirkt, einen beweglichen Bildschirm, in dem durch Transmittieren des Lichts von der Abtasteinheit ein erstes Bild gebildet wird, eine Projektionseinheit, die ein virtuelles Bild des ersten Bildes in einem Raum anzeigt und einen Antrieb, der bewirkt, dass sich der Bildschirm in einer ersten Richtung weg von der Abtasteinheit und einer zweiten Richtung hin zur Abtasteinheit vor- und zurückbewegt. Der bewegliche Bildschirm bewegt sich in einer zu den Bewegungsrichtungen geneigten Anordnung.
US 10,488,655 B2 offenbart eine Anzeigevorrichtung, die ein virtuelles Bild eines ersten Bildes und ein virtuelles Bild eines zweiten Bildes unter Verwendung eines Anzeigemediums anzeigt. Die Anzeigevorrichtung umfasst eine Lichtquelle, die Licht emittiert, einen festen Schirm, einen beweglichen Schirm, einen Antrieb und eine Abtasteinheit. Der feste Schirm ist fix auf einem optischen Pfad zwischen der Lichtquelle und dem Anzeigemedium angeordnet. Der bewegliche Schirm ist auch auf dem optischen Pfad angeordnet. Der Antrieb bewegt den beweglichen Schirm entlang des optischen Pfads. Die Abtasteinheit tastet den festen Schirm und den beweglichen Schirm mit von der Lichtquelle emittiertem Licht ab, wodurch das erste Bild auf dem festen Schirm und das zweite Bild auf dem beweglichen Schirm gebildet wird.
Herkömmlicherweise ist als eine Fahrzeug-Anzeigevorrichtung eine Fahrzeug-Head-up-Display-Vorrichtung bekannt, die ein Fahrtinformationsbild, das zum Fahren notwendig ist, und andere Bilder als ein virtuelles Bild über eine Windschutzscheibe aus der Ferne anzeigt.
Beispielsweise enthält eine in PTL 1 beschriebene Anzeigevorrichtung eine Abtasteinheit zum zweidimensionalen Abtasten mit Licht und einen Bildschirm, auf dem mit Abtastlicht von der Abtasteinheit ein Bild gezeichnet wird. Das auf dem Bildschirm erzeugte Bild wird durch eine Windschutzscheibe eines Fahrzeugs durch eine Projektionseinheit reflektiert und erreicht die Augen des Fahrers. Daher nimmt ein Fahrer mit seinen Augen visuell ein virtuelles Bild wahr, das sich weit vor der Windschutzscheibe befindet. Gemäß der in PTL 1 beschriebenen Anzeigevorrichtung wird der Bildschirm in einer zu einer Oberfläche des Bildschirms orthogonalen Richtung bewegt. Dadurch kann ein Abstand von den Augen des Fahrers zu dem virtuellen Bild geändert werden.
Liste der Anführungen
Patentliteratur
PTL 1: Ungeprüfte japanische Patentoffenlegung Nr. JP 2009-150947 A
Zusammenfassung der Erfindung
Bei der in PTL 1 beschriebenen Anzeigevorrichtung wird jedoch eine Einstellbreite eines Abstands von den Augen einer Person (Fahrer) zu einem virtuellen Bild entsprechend einer Bewegungsstrecke eines Bildschirms bestimmt. Dadurch ist ein größerer Bewegungsbereich des Bildschirms erforderlich, um eine größere Einstellbreite des Abstands von den Augen der Person zu dem virtuellen Bild zu erreichen. Wenn der Bewegungsbereich des Bildschirms jedoch erweitert wird, kann die Abbildungsleistung auf dem Bildschirm abnehmen und die Auflösung eines virtuellen Bilds kann ebenfalls abnehmen.
Die vorliegende Offenbarung schafft eine Anzeigevorrichtung, die eine Reduzierung der Auflösung eines virtuellen Bilds unterdrücken kann, und einen sich bewegenden Körper, der die Anzeigevorrichtung trägt.
Eine Anzeigevorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält einen Bildschirm, eine Antriebseinheit, eine Abstrahleinheit und eine Projektionseinheit. Der Bildschirm weist eine Anzeigeebene auf, die in Bezug auf eine Bezugsebene geneigt ist. Die Antriebseinheit ist ausgelegt, den Bildschirm zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position in einer zu der Bezugsebene orthogonalen Bewegungsrichtung zu bewegen. Die Abstrahleinheit enthält ein optisches Abbildungssystem und ist ausgelegt, das optische Abbildungssystem zum Bestrahlen des Bildschirms mit Licht zu veranlassen, um die Anzeigeebene des Bildschirms abzutasten, um auf der Anzeigeebene ein Bild zu erzeugen. Das Licht, das den Bildschirm passiert und in der oben beschriebenen Bewegungsrichtung von dem Bildschirm ausgegeben wird, fällt als einfallendes Licht auf eine Projektionseinheit. Die Projektionseinheit projiziert das einfallende Licht auf ein reflektierendes Element, um es dem reflektierenden Element zu erlauben, das einfallende Licht zu reflektieren, um ein dem oben beschriebenen Bild entsprechendes virtuelles Bild in einem Zielraum zu erzeugen. Wenn die Abstrahleinheit die Anzeigeebene vollständig abtastet, befindet sich ein geometrischer Ort einer Fokusposition des optischen Abbildungssystems innerhalb eines Bereichs zwischen der Anzeigeebene des Bildschirms an der ersten Position und der Anzeigeebene des Bildschirms an der zweiten Position.
Ein sich bewegender Körper gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält einen Hauptkörper, eine Antriebseinheit, die oben beschriebene Anzeigevorrichtung und ein reflektierendes Element. Die Antriebseinheit ist ausgelegt, den Hauptkörper zu bewegen. Der Hauptkörper trägt die Anzeigevorrichtung und das reflektierende Element. Das reflektierende Element ist ausgelegt, Licht von der Projektionseinheit der Anzeigevorrichtung zu reflektieren.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die Reduzierung der Auflösung eines virtuellen Bilds unterdrückt werden.
Figurenliste

1 ist ein Konzeptdiagramm eines Fahrzeugs, das eine Anzeigevorrichtung trägt, gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
2 ist ein Konzeptdiagramm, das ein Sichtfeld eines Benutzers darstellt, wenn die Anzeigevorrichtung gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung benutzt wird.
3 ist ein Konzeptdiagramm, das einen Aufbau der Anzeigevorrichtung gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
4A ist ein Konzeptdiagramm, das eine Bewegung eines leuchtenden Punkts auf einer Vorderfläche eines Bildschirms auf einem Vorwärtsweg in der in 3 dargestellten Anzeigevorrichtung darstellt.
4B ist ein Konzeptdiagramm, das eine Bewegung eines leuchtenden Punkts auf der Vorderfläche des Bildschirms auf einem Rückwärtsweg in der in 3 dargestellten Anzeigevorrichtung darstellt.
5A ist ein Konzeptdiagramm, das eine Auslegung einer Abstrahleinheit in der in 3 dargestellten Anzeigevorrichtung darstellt.
5B ist ein Konzeptdiagramm, das die Vorderfläche des Bildschirms in der in 3 dargestellten Anzeigevorrichtung darstellt.
6 ist ein Konzeptdiagramm zum Beschreiben einer Betriebsweise der in 3 dargestellten Anzeigevorrichtung.
7 ist eine erläuternde Skizze, die schematisch eine Betriebsweise zum Projizieren eines ersten virtuellen Bilds in der in 3 dargestellten Anzeigevorrichtung darstellt.
8 ist eine erläuternde Skizze, die schematisch eine Betriebsweise zum Projizieren eines zweiten virtuellen Bilds in der in 3 dargestellten Anzeigevorrichtung darstellt.
9 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Betriebsbeispiel der in 3 dargestellten Anzeigevorrichtung darstellt.
10A ist ein Diagramm, das zeitliche Änderungen einer Position des Bildschirms in der in 3 dargestellten Anzeigevorrichtung darstellt.
10B ist ein Diagramm, das zeitliche Änderungen einer Position eines Bildschirms in einem Vergleichsbeispiel darstellt.
11 ist ein Diagramm, das zeitliche Änderungen einer Position eines Bildschirms in einer Anzeigevorrichtung gemäß einer Modifikation der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
12 ist ein Konzeptdiagramm, das eine Auslegung einer Abstrahleinheit in einer Anzeigevorrichtung gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
13 ist ein Konzeptdiagramm, das eine Auslegung einer Abstrahleinheit in einer Anzeigevorrichtung gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
14 ist ein Konzeptdiagramm, das eine Auslegung einer Abstrahleinheit in einer Anzeigevorrichtung gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
15A ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel eines Bildschirms in der in 14 dargestellten Anzeigevorrichtung darstellt.
15B ist eine perspektivische Ansicht, die ein anderes Beispiel des Bildschirms in der in 14 dargestellten Anzeigevorrichtung darstellt.
16 ist ein Konzeptdiagramm, das eine Auslegung einer Abstrahleinheit in einer Anzeigevorrichtung gemäß einer Modifikation der vierten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
17 ist ein Diagramm, das zeitliche Änderungen einer Position eines Bildschirms in einer Anzeigevorrichtung gemäß einer fünften beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und einen Antriebsstrom darstellt.

Beschreibung von Ausführungsformen
(Erste beispielhafte Ausführungsform)
1 ist ein Konzeptdiagramm des Fahrzeugs 100, das die Anzeigevorrichtung 10 trägt, gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Das Fahrzeug 100 enthält einen Hauptkörper 150, eine Antriebseinheit 152, die ausgelegt ist, den Hauptkörper 150 zu bewegen, eine Anzeigevorrichtung 10, die auf dem Hauptkörper 150 montiert ist, und eine Windschutzscheibe 101, die an dem Hauptkörper 150 befestigt ist und als ein reflektierendes Element dient. Die Antriebseinheit 152 enthält eine Antriebsquelle 154 wie z. B. einen Verbrennungs- oder Elektromotor und Antriebsräder 156, die ausgelegt sind, durch die Antriebsquelle 154 angetrieben zu werden. Anstelle des Fahrzeugs 100 kann die Anzeigevorrichtung 10 an einem sich bewegenden Körper wie z. B. einem Motorrad, das mit einer Windschutzscheibe ausgestattet ist, montiert sein.
(1) Überblick
Wie in 1 dargestellt, ist die Anzeigevorrichtung 10 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform beispielsweise ein Head-up-Display (HUD), das für das Fahrzeug 100, das als ein sich bewegender Körper dient, verwendet wird.
Die Anzeigevorrichtung 10 ist in einem Innenraum des Fahrzeugs 100 installiert, um von unten ein Bild auf die Windschutzscheibe 101 des Fahrzeugs 100 zu projizieren. In einem Beispiel von 1 ist die Anzeigevorrichtung 10 in einem Armaturenbrett 102 unter der Windschutzscheibe 101 angeordnet. Wenn das Bild von der Anzeigevorrichtung 10 auf die Windschutzscheibe 101 projiziert wird, nimmt ein Benutzer 200 (Fahrer) visuell das durch die Windschutzscheibe 101, die als ein reflektierendes Element dient, reflektierte Bild wahr.
Gemäß der Anzeigevorrichtung 10 nimmt der Benutzer 200 (Subjekt) durch die Windschutzscheibe 101 visuell ein virtuelles Bild 300 wahr, das in dem Zielraum 400, der sich vor dem Fahrzeug 100 (außerhalb des Fahrzeugs) befindet, erzeugt wird. Der Zielraum 400 ist ein Raum, der sich vor der Windschutzscheibe 101 (in einer Tiefenrichtung der Windschutzscheibe 101) befindet. Das hierin erwähnte „virtuelle Bild“ bezeichnet ein Bild, das durch Ablenklicht so erzeugt wird, als ob ein Objekt tatsächlich vorhanden wäre, wenn das von der Anzeigevorrichtung 10 emittierte Licht durch einen Reflektor wie die Windschutzscheibe 101 abgelenkt wird. Daher kann der Benutzer 200, der das Fahrzeug 100 fährt, das virtuelle Bild 300, das von der Anzeigevorrichtung 10 erzeugt wird, sehen, während das virtuelle Bild 300 einem realen Raum, der sich vor dem Fahrzeug 100 erstreckt, überlagert wird. Daher können gemäß der Anzeigevorrichtung 10 verschiedene Fahrassistenzinformationen wie Fahrzeuggeschwindigkeitsinformationen, Navigationsinformationen, Fußgängerinformationen, Informationen über ein vorausbefindliches Fahrzeug, Informationen über ein Verlassen der Fahrspur und Fahrzeugzustandsinformationen als virtuelles Bild 300 angezeigt werden, und der Benutzer 200 kann veranlasst werden, die verschiedenen Elemente der Fahrassistenzinformationen wahrzunehmen. Dementsprechend kann der Benutzer 200 die Fahrassistenzinformationen visuell erfassen, indem er lediglich seine Sichtlinie von dem Zustand des Geradeausblickens durch die Windschutzscheibe 101 ein wenig verändert.
In der Anzeigevorrichtung 10 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform enthält das virtuelle Bild 300, das in dem Zielraum 400 erzeugt wird, mindestens zwei Typen virtueller Bilder, bei denen es sich um ein erstes virtuelles Bild 301 und ein zweites virtuelles Bild 302 handelt. Das hierin erwähnte „erste virtuelle Bild“ ist das virtuelle Bild 300 (301), das auf einer ersten virtuellen Ebene 501 erzeugt wird. Die „erste virtuelle Ebene“ ist eine virtuelle Ebene, deren Neigungswinkel α in Bezug auf eine optische Achse 500 der Anzeigevorrichtung 10 kleiner als ein vorgegebener Wert γ ist (α < γ). Weiterhin ist das hierin erwähnte „zweite virtuelle Bild“ ein virtuelles Bild 300 (302), das auf einer zweiten virtuellen Ebene 502 erzeugt wird. Die „zweite virtuelle Ebene“ ist eine virtuelle Ebene, deren Neigungswinkel β in Bezug auf die optische Achse 500 der Anzeigevorrichtung 10 größer als ein vorgegebener Wert γ ist (β > γ). Die hierin erwähnte „optische Achse“ ist eine optische Achse eines optischen Systems einer Projektionseinheit 4 (siehe 3), die weiter unten beschrieben ist, d. h. eine Achse, die durch eine Mitte des Zielraums 400 läuft und entlang eines optischen Wegs des virtuellen Bilds 300 verläuft. Ein Beispiel des vorgegebenen Werts γ ist 45 Grad, und ein Beispiel des Neigungswinkels β ist 90 Grad.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform erstreckt sich die optische Achse 500 entlang der Straßenoberfläche 600 vor dem Fahrzeug 100 in dem Zielraum 400 vor dem Fahrzeug 100. Das erste virtuelle Bild 301 wird auf der ersten virtuellen Ebene 501 erzeugt, die im Wesentlichen parallel zu der Straßenoberfläche 600 ist, und das zweite virtuelle Bild 302 wird auf der zweiten virtuellen Ebene 502 erzeugt, die im Wesentlichen senkrecht zu der Straßenoberfläche 600 ist. Wenn die Straßenoberfläche 600 beispielsweise eine horizontale Ebene ist, wird das erste virtuelle Bild 301 entlang der horizontalen Ebene angezeigt, und das zweite virtuelle Bild 302 wird entlang einer vertikalen Ebene angezeigt.
2 ist ein Konzeptdiagramm, das ein Sichtfeld des Benutzers 200 darstellt. Mit anderen Worten, wie in 2 dargestellt, ist die Anzeigevorrichtung 10 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform in der Lage, das erste virtuelle Bild 301 mit einem Tiefeneindruck entlang der Straßenoberfläche 600 und das zweite virtuelle Bild 302 in einem bestimmten Abstand vom Benutzer 200 aufrecht auf der Fahrbahnoberfläche 600 anzuzeigen. Daher sieht das erste virtuelle Bild 301 für den Benutzer 200 so aus, als ob es sich auf einer Ebene befände, die im Wesentlichen parallel zu der Straßenoberfläche 600 ist, und das zweite virtuelle Bild 302 sieht so aus, als ob es sich auf einer Ebene befände, die im Wesentlichen senkrecht zu der Straßenoberfläche 600 ist. Ein Beispiel des ersten virtuellen Bilds 301 sind Navigationsinformationen, die eine Fahrtrichtung des Fahrzeugs 100 angeben und durch einen Pfeil, der einen Rechtsabbiegepunkt oder Linksabbiegepunkt auf der Straßenoberfläche 600 angibt, dargestellt sein können. Ein Beispiel des zweiten virtuellen Bilds 302 sind Informationen, die einen Abstand zu einem vorausbefindlichen Fahrzeug oder einem Fußgänger angeben und durch einen Abstand zu dem vorausbefindlichen Fahrzeug (Zwischenfahrzeugabstand) auf dem vorausbefindlichen Fahrzeug dargestellt sein können.
(2) Auslegung
Wie in 3 dargestellt, enthält die Anzeigevorrichtung 10 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform den Bildschirm 1, die Antriebseinheit (Antrieb) 2, die Abstrahleinheit (Bestrahlungsvorrichtung) 3, die Projektionseinheit (Projektor) 4 und eine Steuerung 5.
Der Bildschirm 1 ist lichtdurchlässig und erzeugt ein Bild, um das virtuelle Bild 300 (1) in dem Zielraum 400 zu erzeugen (siehe 1). Mit anderen Worten wird das Bild durch das Licht von der Abstrahleinheit 3 auf dem Bildschirm 1 gezeichnet, und das virtuelle Bild 300 wird durch das durch den Bildschirm 1 durchgelassene Licht in dem Zielraum 400 erzeugt. Der Bildschirm 1 besteht beispielsweise aus einem rechteckigen plattenförmigen Element mit Lichtstreuungseigenschaften. Der Bildschirm 1 weist auf den beiden Oberflächen in einer Dickenrichtung eine Vorderfläche 11 und eine Rückfläche 12 auf. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform weist als ein Beispiel die Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 die Lichtstreuungseigenschaften auf, wobei eine große Anzahl von Mikrolinsen auf der Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 ausgebildet ist. Bei der Auslegung dient die Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 als eine Anzeigeebene, die zum Erzeugen des Bilds 700 verwendet wird (siehe 7). Der Bildschirm 1 ist zwischen der Abstrahleinheit 3 und der Projektionseinheit 4 in einer solchen Stellung angeordnet, dass die Vorderfläche 11 zur Abstrahleinheit 3 weist, und die Vorderfläche 11 ist als eine Einfallsfläche definiert, auf die Licht von der Abstrahleinheit 3 einfällt.
Die Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 ist in Bezug auf die Bezugsebene 503 im Winkel θ geneigt. Selbst wenn daher externes Licht, das durch die Projektionseinheit 4 in ein Gehäuse der Anzeigevorrichtung 10 eintritt, durch die Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 reflektiert wird, wird das reflektierte Licht (externe Licht) mit geringerer Wahrscheinlichkeit über die Projektionseinheit 4 auf die Windschutzscheibe 101 reflektiert. Das heißt, das Auftreten von Rücklauflicht wird unterdrückt. Weiterhin ist der Bildschirm 1 so ausgelegt, dass er zwischen einer ersten Position Po1 (siehe 5A) und einer zweiten Position Po2 (siehe 5A) in der Bewegungsrichtung X (durch die Pfeile X1 - X2 in 3 angegebene Richtungen), die orthogonal zu der Bezugsebene 503 ist, beweglich ist. Die hierin erwähnte „Bezugsebene“ ist keine reale Ebene, sondern eine virtuelle Ebene, durch welche die Bewegungsrichtung des Bildschirms 1 definiert wird. Der Bildschirm 1 ist so ausgelegt, dass er geradlinig in der Bewegungsrichtung X beweglich ist, während er eine im Winkel θ in Bezug auf die Bezugsebene 503 geneigte Stellung der Vorderfläche 11 beibehält.
Der Bildschirm 1 weist weiterhin einen ersten Endteil 111 und einen zweiten Endteil 112 an den beiden Enden der Vorderfläche 11 in einer in Bezug auf die Bezugsebene 503 geneigten Richtung auf (einer Richtung, die in einer Darstellungsebene von 3 parallel zur Vorderfläche 11 ist). Eine Richtung, die den ersten Endteil 111 und den zweiten Endteil 112 entlang der Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 verbindet, ist auch als eine „Längsrichtung“ bezeichnet. Der erste Endteil 111 ist ein Endteil an der Vorderfläche 11, welcher der Abstrahleinheit 3 am nächsten ist, und der zweite Endteil 112 ist ein Endteil an der Vorderfläche 11, welcher von der Abstrahleinheit 3 am weitesten entfernt ist. Mit anderen Worten befindet sich ein Abschnitt in der Längsrichtung des Bildschirms 1, der dem ersten Endteil 111 näher ist, näher an der Abstrahleinheit 3, und ein Abschnitt des Bildschirms 1, der dem zweiten Endteil 112 näher ist, ist weiter von der Abstrahleinheit 3 entfernt.
Die Antriebseinheit 2 bewegt den Bildschirm 1 in der Bewegungsrichtung X. Hierin kann die Antriebseinheit 2 den Bildschirm 1 in der Bewegungsrichtung X sowohl in der ersten Richtung X1 als auch in der zweiten Richtung X2, die einander entgegengesetzt sind, bewegen. Die erste Richtung X1 ist eine Richtung, die durch den Pfeil „X1“ (eine Richtung nach rechts in 3) angegeben ist, wobei es sich um eine Richtung handelt, in der sich der Bildschirm 1 von der Abstrahleinheit 3 entfernt, das heißt eine Richtung, in der sich der Bildschirm 1 der Projektionseinheit 4 nähert. Die zweite Richtung X2 ist eine Richtung, die durch den Pfeil „X2“ (eine Richtung nach links in 3) angegeben ist, wobei es sich um eine Richtung handelt, in der sich der Bildschirm 1 der Abstrahleinheit 3 nähert, das heißt eine Richtung, in der sich der Bildschirm 1 von der Projektionseinheit 4 entfernt. Eine Endposition des Bewegungsbereichs des Bildschirms 1, wenn die Antriebseinheit 2 den Bildschirm 1 in der ersten Richtung X1 bewegt hat, ist die erste Position Po1 (siehe 5A). Eine Endposition des Bewegungsbereichs des Bildschirms 1, wenn die Antriebseinheit 2 den Bildschirm 1 in der zweiten Richtung X2 bewegt hat, ist die zweite Position Po2 (siehe 5A). Das heißt, die Antriebseinheit 2 kann den Bildschirm 1 zwischen der ersten Position Po1 und der zweiten Position Po2 in einer bidirektionalen Weise sowohl in der ersten Richtung X1 als auch in der zweiten Richtung X2 bewegen. Die Antriebseinheit 2 ist beispielsweise ein elektrisch angetriebener Aktuator wie ein Schwingspulenmotor und arbeitet entsprechend einem ersten Steuersignal von der Steuerung 5.
Die Abstrahleinheit 3 ist eine Abtast-Lichtabstrahleinheit und bestrahlt den Bildschirm 1 mit Licht. Mit anderen Worten bestrahlt die Abstrahleinheit 3 den Bildschirm 1 mit Licht, das zum Abtasten der Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 verwendet wird, um so eine Bestrahlungsposition des Lichts auf der Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 zu ändern. Insbesondere enthält die Abstrahleinheit 3 die Lichtquelle 31 und den Abtaster 32. In der Abstrahleinheit 3 arbeiten die Lichtquelle 31 und der Abtaster 32 jeweils entsprechend einem zweiten Steuersignal von der Steuerung 5.
Die Lichtquelle 31 ist ein Lasermodul, das Laserlicht ausgibt. Die Lichtquelle 31 enthält eine rote Laserdiode, die einen Laser-Lichtstrahl einer roten Farbe (R) aussendet, eine grüne Laserdiode, die einen Laser-Lichtstrahl einer grünen Farbe (G) aussendet, und eine blaue Laserdiode, die einen Laser-Lichtstrahl einer blauen Farbe (B) aussendet. Laser-Lichtstrahlen mit drei Farben, die von diesen drei Arten von Laserdioden ausgegeben werden, werden beispielsweise durch einen dichroitischen Spiegel synthetisiert und treffen auf den Abtaster 32.
Der Abtaster 32 führt mit dem Licht von der Lichtquelle 31 eine Abtastung durch, um den Bildschirm 1 mit Licht, das zum Abtasten der Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 verwendet wird, zu bestrahlen. Hierin führt der Abtaster 32 eine Rasterabtastung durch, bei der Licht die Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 in der Längsrichtung und einer Querrichtung zweidimensional abtastet. Die hierin erwähnte „Querrichtung“ ist eine Richtung, die parallel zur Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 und zur Bezugsebene 503 ist, und eine Richtung, die orthogonal zur „Längsrichtung“ auf der Vorderfläche 11 ist (eine Richtung, die orthogonal zur Darstellungsebene von 3 ist).
In dem Abtaster 32, wie in 4A und 4B dargestellt, wird der leuchtende Punkt B1, der auf der Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 erzeugt wird, eindimensional in der Querrichtung geführt, um eine Abtastlinie zu bilden, und der leuchtende Punkt B1 wird in der Längsrichtung geführt, um ein zweidimensionales Bild zu erzeugen. Der Abtaster 32 führt die Abtastung mit dem leuchtenden Punkt B1 auf solche Weise durch, dass sich der leuchtende Punkt B1 zwischen den beiden Enden (erster Endteil 111 und zweiter Endteil 112) der Vorderfläche 11 in der Längsrichtung hin- und herbewegt, während die oben beschriebenen Abläufe wiederholt werden. 4A ist ein Diagramm, das konzeptuell die Bewegung des leuchtenden Punkts B1 auf der Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 auf einem „Vorwärtsweg“, der einer Abtastung vom ersten Endteil 111 zum zweiten Endteil 112 entspricht, darstellt. 4B ist ein Diagramm, das konzeptuell die Bewegung des leuchtenden Punkts B1 auf der Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 auf einem „Rückwärtsweg“, der einer Abtastung vom zweiten Endteil 112 zum ersten Endteil 111 entspricht, darstellt.
Mit anderen Worten umfasst ein Betriebszustand der Abstrahleinheit 3 in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform einen ersten Abtastzustand, der als der „Vorwärtsweg“ dient, und einen zweiten Abtastzustand, der als der „Rückwärtsweg“ dient. Der erste Abtastzustand ist ein Betriebszustand, bei dem die Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 vom ersten Endteil 111 zum zweiten Endteil 112 abgetastet wird. Der zweite Abtastzustand ist ein Betriebszustand, bei dem die Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 vom zweiten Endteil 112 zum ersten Endteil 111 abgetastet wird.
Der Abtaster 32 enthält einen kleinen Abtastspiegel, der beispielsweise MEMS-Technologie (Micro Electro Mechanical System) verwendet. Wie in 5A dargestellt, enthält der Abtaster 32 eine Spiegeleinheit 321, die das Laserlicht reflektiert, und dreht die Spiegeleinheit 321, um das Licht von der Lichtquelle 31 in eine Richtung entsprechend einem Drehwinkel (Ablenkwinkel) der Spiegeleinheit 321 zu reflektieren. Dadurch kann der Abtaster 32 den Bildschirm 1 mit dem Licht von der Lichtquelle 31 abtasten. Der Abtaster 32 dreht die Spiegeleinheit 321 um zwei Achsen, die orthogonal zueinander sind, um die Rasterabtastung zu erzielen, durch welche die zweidimensionale Abtastung mit Licht durchgeführt wird.
Der Abtaster 32 enthält weiterhin eine Linse 322 und ein optisches Abbildungssystem 323. Die Linse 322 ist zwischen der Lichtquelle 31 und der Spiegeleinheit 321 angeordnet und bewirkt, dass paralleles Licht auf den Spiegel 321 trifft. Das optische Abbildungssystem 323 besteht aus einer telezentrischen Linse gebildet und ist zwischen der Spiegeleinheit 321 und dem Bildschirm 1 angeordnet. Mit anderen Worten ist das optische Abbildungssystem 323 ein optisches System, dessen optischer Primärstrahl über die gesamte Linse parallel zu einer optischen Achse verläuft. Licht, das durch das optische Abbildungssystem 323 läuft, wird parallel zu der optischen Achse ausgegeben (entlang einer geraden Linie, die das optische Abbildungssystem 323 und den Bildschirm 1 verbindet). In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird davon ausgegangen, dass die optische Achse des optischen Abbildungssystems 323 parallel zur Bewegungsrichtung X verläuft. 5A ist lediglich ein schematisches Diagramm zum Beschreiben der Auslegung der Abstrahleinheit 3, die einige Unterschiede gegenüber der Anzeigevorrichtung 10 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform aufweist.
Hierin ist das optische Abbildungssystem 323 ein optisches System, das ausgelegt ist, ein Bild 700 (Bild) auf der Vorderfläche 11 (Anzeigeebene) des Bildschirms 1 zu erzeugen (siehe 7). Das heißt, die Abstrahleinheit 3 veranlasst das optische Abbildungssystem 323, den Bildschirm 1 mit Licht zu bestrahlen, um die Vorderfläche 11 (Anzeigenebene) des Bildschirms 1 abzutasten, um das Bild 700 auf der Anzeigeebene, d. h. auf der Vorderfläche 11 des Bildschirms 1, zu erzeugen.
Wie in 5A veranschaulicht, befindet sich ein geometrischer Ort der Fokusposition Pf1 des optischen Abbildungssystems 323 an einer im Wesentlichen konstanten Position in der Bewegungsrichtung X, wenn die Abstrahleinheit 3 die Vorderfläche 11 (Anzeigeebene) des Bildschirms 1 vollständig abtastet. Das heißt, die Fokusposition Pf1 des optischen Abbildungssystems 323 bewegt sich auf der Bezugsebene 503, die orthogonal zur Bewegungsrichtung X ist, wenn die Abstrahleinheit 3 die Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 abtastet. Mit anderen Worten wird ein geometrischer Ort der Fokusposition Pf1 des optischen Abbildungssystems 323 auf einer Bildebene gebildet, die orthogonal zur Bewegungsrichtung X ist. Kurz gesagt ist die „Bildebene“ eine Ebene, die alle Fokuspositionen Pf1 des optischen Abbildungssystems 323 enthält, wenn die Abstrahleinheit 3 die Vorderfläche 11 (Anzeigeebene) des Bildschirms 1 vollständig abtastet, und ist in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform orthogonal zur Bewegungsrichtung X.
Da der Bildschirm 1 andererseits ursprünglich in Bezug auf die Bezugsebene 503 geneigt ist, tritt in Abhängigkeit von einer Position auf der Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 in der Längsrichtung ein Unterschied des Abstands zur Fokusposition Pf1 des optischen Abbildungssystems 323 in der Bewegungsrichtung X auf, wenn sich der Bildschirm 1 an der Halteposition befindet. Daher können, wie in 5B dargestellt, die Größen der auf der Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 erzeugten leuchtenden Punkte B11, B12 und B13 je nach einer mit Licht bestrahlten Position variieren. 5B stellt schematisch leuchtende Punkte B 11, B 12 und B 13, die jeweils bei Bestrahlung mit Licht von der Abstrahleinheit 3 erzeugt werden, in den Bereichen Z1, Z2 und Z3 in 5A dar (d. h. in Bereichen, die mit Licht bestrahlt werden). In 5B stellt der leuchtende Punkt B 11 ein Bild eines leuchtenden Punkts dar, der in dem Bereich Z1 erzeugt wird, der leuchtende Punkt B 11 stellt ein Bild eines leuchtenden Punkts dar, der in dem Bereich Z2 erzeugt wird, und der leuchtende Punkt B 13 stellt ein Bild eines leuchtenden Punkts dar, der in dem Bereich Z3 erzeugt wird.
Wenn sich die leuchtenden Punkte B11, B 12 und B 13 ausdehnen, nimmt die Auflösung des Bilds 700 (siehe 7), das auf dem Bildschirm 1 durch Licht von der Abstrahleinheit 3 erzeugt wird, ab. In der Anzeigevorrichtung 10 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist zur Unterdrückung der Reduzierung der Auflösung des Bilds 700 eine Positionsbeziehung zwischen der Fokusposition Pf1 des optischen Abbildungssystems 323 und dem Bewegungsbereich des Bildschirms 1 wie unten beschrieben festgelegt.
Das heißt, ein geometrischer Ort der Fokusposition Pf1 des optischen Abbildungssystems 323 ist in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform innerhalb eines Bereichs zwischen der Anzeigeebene des Bildschirms 1 an der ersten Position Po1 und der Anzeigeebene des Bildschirms 1 an der zweiten Position Po2, wenn die Abstrahleinheit 3 die Anzeigeebene vollständig abtastet. 5A stellt den Bildschirm 1 an der ersten Position Po1 durch eine angenommene Linie (abwechselnd lang und doppelt kurz gestrichelte Linie) mit dem Bezugszeichen „1 (Po1)“ dar, während der Bildschirm 1 an der zweiten Position Po2 durch eine angenommene Linie (abwechselnd lang und doppelt kurz gestrichelte Linie) mit dem Bezugszeichen „1 (Po2)“ dargestellt ist. Mit anderen Worten wird eine Positionsbeziehung zwischen der Fokusposition Pf1 des optischen Abbildungssystems 323 und dem Bewegungsbereich des Bildschirms 1 festgelegt, die es ermöglicht, dass ein geometrischer Ort der Fokusposition Pf1 des optischen Abbildungssystems 323 innerhalb des Bewegungsbereichs des Bildschirms 1 ist, wenn die Abstrahleinheit 3 die Anzeigeebene vollständig abtastet. Die oben beschriebene Positionsbeziehung wird beispielsweise erreicht, wenn die erste Position Po1 und die zweite Position Po2 auf Grundlage einer Position einer Bildebene, die mit einem geometrischen Ort der Fokusposition Pf1 des optischen Abbildungssystems 323 gebildet wird, und des Neigungswinkels θ des Bildschirms 1 in Bezug auf die Bezugsebene 503 (siehe 3) eingestellt werden.
Daher können bei der Anzeigevorrichtung 10 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform Größenschwankungen der auf der Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 erzeugten leuchtenden Punkte B11, B12 und B13 auch dann, wenn sich der Bildschirm 1 in einem geneigten Zustand in Bezug auf die Bezugsebene 503 befindet, so gering wie möglich gehalten werden. Infolgedessen kann bei der Anzeigevorrichtung 10 eine Reduzierung der Auflösung des Bilds 700, das auf dem Bildschirm 1 durch Licht von der Abstrahleinheit 3 erzeugt wird, unterdrückt werden.
Die Projektionseinheit 4 empfängt Licht, das von der Abstrahleinheit 3 ausgegeben und von dem Bildschirm 1 durchgelassen wird, als einfallendes Licht und bestrahlt die Windschutzscheibe 101 (siehe 1) mit dem einfallenden Licht, sodass das einfallende Licht reflektiert werden kann, wodurch das virtuelle Bild 300 (siehe 1) in dem Zielraum 400 erzeugt wird (siehe 1). Hierin ist die Projektionseinheit 4 in der Bewegungsrichtung X so angeordnet, dass sie am Bildschirm 1 ausgerichtet ist, und projiziert das virtuelle Bild 300 mit dem Licht, das durch den Bildschirm 1 durchgelassen und von dem Bildschirm 1 in der Bewegungsrichtung X ausgegeben wird. Die Projektionseinheit 4 enthält eine Vergrößerungslinse 41, einen ersten Spiegel 42 und einen zweiten Spiegel 43, wie in 3 dargestellt.
Die Vergrößerungslinse 41, der erste Spiegel 42 und der zweite Spiegel 43 sind in dieser Reihenfolge auf einem Weg des Lichts, das den Bildschirm 1 durchläuft, angeordnet. Die Vergrößerungslinse 41 ist in der Bewegungsrichtung X in Bezug auf die Abstrahleinheit 3 auf einer entgegengesetzten Seite (in der ersten Richtung X1) des Bildschirms 1 angeordnet, sodass sie vom Bildschirm 1 in der Bewegungsrichtung X ausgegebenes Licht empfängt. Die Vergrößerungslinse 41 vergrößert das Bild 700 (siehe 7), das mit dem Licht von der Abstrahleinheit 3 auf dem Bildschirm 1 erzeugt wird, um das vergrößerte Bild an den ersten Spiegel 42 auszugeben. Der erste Spiegel 42 reflektiert das Licht von der Vergrößerungslinse 41 zu dem zweiten Spiegel 43. Der zweite Spiegel 43 reflektiert das Licht von dem ersten Spiegel 42 zu der Windschutzscheibe 101 (siehe 1). Mit anderen Worten vergrößert die Projektionseinheit 4 mit Hilfe der Vergrößerungslinse 41 das Bild 700, das mit dem Licht von der Abstrahleinheit 3 auf dem Bildschirm 1 erzeugt wird, und projiziert das vergrößerte Bild auf die Windschutzscheibe 101, wodurch das virtuelle Bild 300 in dem Zielraum 400 erzeugt wird. Eine optische Achse der Vergrößerungslinse 41 entspricht der optischen Achse 500 der Projektionseinheit 4.
Die Steuerung 5 steuert die Antriebseinheit 2 und die Abstrahleinheit 3. Die Steuerung 5 steuert die Antriebseinheit 2 mit dem ersten Steuersignal und steuert die Abstrahleinheit 3 mit dem zweiten Steuersignal. Obwohl Einzelheiten weiter unten beschrieben sind, ist die Steuerung 5 ausgelegt, einen Betrieb der Antriebseinheit 2 mit einem Betrieb der Abstrahleinheit 3 zu synchronisieren. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform enthält die Abstrahleinheit 3 die Lichtquelle 31 und den Abtaster 32. Die Steuerung 5 steuert sowohl die Lichtquelle 31 als auch den Abtaster 32 mit dem zweiten Steuersignal. Die Steuerung 5 besteht aus einem Mikrocomputer, der hauptsächlich beispielsweise eine Zentraleinheit (CPU) und einem Speicher enthält. Mit anderen Worten ist die Steuerung 5 durch einen Computer, der die CPU und den Speicher enthält, umgesetzt. Die CPU führt ein Programm aus, das in dem Speicher gespeichert ist, wodurch der Computer als Steuerung 5 fungieren kann. Hierin ist das Programm in dem Speicher der Steuerung 5 im Voraus aufgezeichnet. Das Programm kann jedoch auch über eine Telekommunikationsleitung wie das Internet bereitgestellt werden oder durch Aufzeichnung in einem Aufzeichnungsmedium wie einer Speicherkarte bereitgestellt werden.
(3) Betrieb
(3.1) Allgemeiner Betrieb
Nachfolgend ist hierin eine allgemeine Betriebsweise der Anzeigevorrichtung 10 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
Die Steuerung 5 steuert die Abstrahleinheit 3, um die Abstrahleinheit 3 zu veranlassen, den Bildschirm 1 mit Licht zu bestrahlen. In diesem Moment bestrahlt die Abstrahleinheit 3 den Bildschirm 1 mit Licht, das zum Abtasten der Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 verwendet wird. Mit dieser Auslegung wird das Bild 700 (siehe 7) auf der Vorderfläche 11 oder Rückfläche 12 des Bildschirms 1 erzeugt (projiziert). In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform weist als ein Beispiel die Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 die Lichtstreuungseigenschaften auf, wodurch das Bild 700 auf der Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 erzeugt wird. Weiterhin wird das Licht von der Abstrahleinheit 3 durch den Bildschirm 1 durchgelassen, und die Projektionseinheit 4 (Vergrößerungslinse 41, erster Spiegel 42 und zweiter Spiegel 43) bestrahlt die Windschutzscheibe 101 mit dem Licht von der Abstrahleinheit 3. Auf diese Weise wird das Bild 700, das auf dem Bildschirm 1 erzeugt wird, von unterhalb der Windschutzscheibe 101 in dem Innenraum des Fahrzeugs 100 auf die Windschutzscheibe 101 projiziert.
Wenn das Bild 700 von der Projektionseinheit 4 auf die Windschutzscheibe 101 projiziert wird, reflektiert die Windschutzscheibe 101 das Licht von der Projektionseinheit 4 zu dem Benutzer 200 (Fahrer) in dem Innenraum. Dies ermöglicht es dem Benutzer 200, das durch die Windschutzscheibe 101 reflektierte Bild 700 visuell wahrzunehmen. Infolgedessen nimmt der Benutzer 200 durch die Windschutzscheibe 101 visuell das vor dem Fahrzeug 100 (außerhalb des Fahrzeugs) erzeugte virtuelle Bild 300 wahr.
Darüber hinaus steuert die Steuerung 5 die Antriebseinheit 2 so, dass sich der Bildschirm 1 in der Bewegungsrichtung X bewegen kann. In einem Fall, in welchem eine Bestrahlungsposition auf der Vorderfläche 11 des Bildschirms 1, auf die das Licht von der Abstrahleinheit 3 emittiert wird, das heißt eine Position des leuchtenden Punkts B1, konstant ist, wenn sich der Bildschirm 1 in der ersten Richtung X1 bewegt, wird ein Abstand von den Augen (Augenpunkt) des Benutzers 200 zu dem virtuellen Bild 300 (nachfolgend auch als „Betrachtungsabstand“ bezeichnet) kleiner (kürzer). Im Gegensatz dazu wird in dem Fall, in welchem die Position des leuchtenden Punkts B1 auf der Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 konstant ist, wenn sich der Bildschirm 1 in der zweiten Richtung X2 bewegt, der Betrachtungsabstand zu dem virtuellen Bild 300 größer (länger). Kurz gesagt ändert sich der Betrachtungsabstand zu dem virtuellen Bild 300 entsprechend einer Position des Bildschirms 1 in der Bewegungsrichtung X. Wenn sich der Bildschirm 1 näher an der Abstrahleinheit 3 befindet, wird der Betrachtungsabstand zu dem virtuellen Bild 300, das entsprechend dem leuchtenden Punkt B1 auf dem Bildschirm 1 projiziert wird, größer. Mit anderen Worten wird der Betrachtungsabstand zu dem virtuellen Bild 300, das durch das Licht projiziert wird, desto größer, je weiter die Bestrahlungsposition dieses Lichts von der Abstrahleinheit 3 auf dem Bildschirm 1 in der Bewegungsrichtung X von der Projektionseinheit 4 entfernt ist.
(3.2) Konkreter Betrieb
Nachfolgend ist hierin eine konkrete Betriebsweise der Anzeigevorrichtung 10 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf 7 bis 10B beschrieben. 7 ist ein schematisches Diagramm, das eine Betriebsweise der Anzeigevorrichtung 10 zum Projizieren des ersten virtuellen Bilds 301 darstellt. 8 ist ein schematisches Diagramm, das eine Betriebsweise der Anzeigevorrichtung 10 zum Projizieren des zweiten virtuellen Bilds 302 darstellt.
Wenn das erste virtuelle Bild 301 projiziert wird, wie in 7 dargestellt, hält die Steuerung 5 den Bildschirm 1 in der Bewegungsrichtung X (in 6 einer durch den Pfeil X1 oder X2 angegebenen Richtung), ohne den Bildschirm 1 in der Bewegungsrichtung X zu bewegen. Mit anderen Worten steuert die Steuerung 5 die Antriebseinheit 2 und die Abstrahleinheit 3 so, dass die Abstrahleinheit 3 den Bildschirm 1, der sich an einer Halteposition befindet, mit Licht bestrahlt. Da der Bildschirm 1 ursprünglich in Bezug auf die Bewegungsrichtung X geneigt ist, tritt auch dann, wenn sich der Bildschirm 1 an der Halteposition befindet, in Abhängigkeit von einer Position auf der Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 in der Längsrichtung ein Unterschied des Abstands zu der Projektionseinheit 4 in der Bewegungsrichtung X auf. Auch wenn der Bildschirm 1 gehalten wird, ändert sich daher die Bestrahlungsposition des Lichts von der Abstrahleinheit 3 auf der Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 in der Bewegungsrichtung X, wenn sich die Bestrahlungsposition des Lichts von der Abstrahleinheit 3 auf der Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 in der Längsrichtung ändert. Dementsprechend wird das erste Bild 701 auf dem Bildschirm 1 erzeugt (projiziert). Das hierin erwähnte „erste Bild“ ist das auf der Vorderfläche 11 oder Rückfläche 12 des Bildschirms 1 erzeugte Bild 700, das entlang der Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 erzeugt wird, das heißt in Bezug auf die Bezugsebene 503 geneigt ist. Wenn das erste Bild 701 von der Projektionseinheit 4 auf die Windschutzscheibe 101 projiziert wird, nimmt der Benutzer 200 durch die Windschutzscheibe 101 visuell das vor dem Fahrzeug 100 erzeugte erste virtuelle Bild 301 wahr.
Wenn die Bestrahlungsposition des Lichts von der Abstrahleinheit 3 auf der Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 sich beispielsweise in der Längsrichtung dem ersten Endteil 111 nähert, wird der Abstand von der Projektionseinheit 4 zu der Bestrahlungsposition in der Bewegungsrichtung X größer, wodurch der Betrachtungsabstand zu dem virtuellen Bild 300, das durch dieses Licht projiziert wird, größer wird. Wenn sich im Gegensatz dazu die Bestrahlungsposition des Lichts von der Abstrahleinheit 3 auf der Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 in der Längsrichtung dem zweiten Endteil 112 nähert, wird der Abstand von der Projektionseinheit 4 zu der Bestrahlungsposition in der Bewegungsrichtung X kleiner, wodurch der Betrachtungsabstand zu dem virtuellen Bild 300, das durch dieses Licht projiziert wird, kleiner wird. Mit dieser Auslegung wird das erste virtuelle Bild 301, das als virtuelles Bild 300 dient, auf der ersten virtuellen Ebene 501, die in dem Neigungswinkel α in Bezug auf die optische Achse 500 geneigt ist, erzeugt.
Wenn die Abstrahleinheit 3 beispielsweise den gehaltenen Bildschirm 1 mit Licht vom ersten Endteil 111 zum zweiten Endteil 112 abtastet, wird dementsprechend das erste virtuelle Bild 301, das von dem Benutzer 200 mit einem Tiefeneindruck entlang der Straßenoberfläche 600 wahrgenommen wird, projiziert. Wie in 7 dargestellt, wird der Betrachtungsabstand von dem Augenpunkt Pe1 zu dem ersten virtuellen Bild 301, das zu dieser Zeit erzeugt wird, auf einer dem ersten Endteil 111 näheren Seite (einer Seite, die einem oberen Endteil näher ist) in dem Bildschirm 1 größer als auf einer dem zweiten Endteil 112 näheren Seite (einer Seite, die einem unteren Endteil näher ist) in dem Bildschirm 1. Mit anderen Worten ist der Bildschirm 1 so ausgelegt, dass, wenn der erste Endteil 111 mit dem Licht der Abstrahleinheit 3 bestrahlt wird, eine Länge eines optischen Wegs von einem Zeichnungspunkt auf dem ersten virtuellen Bild 301 zu der Projektionseinheit 4 maximiert wird. Der Bildschirm 1 ist so ausgelegt, dass, wenn der zweite Endteil 112 mit dem Licht der Abstrahleinheit 3 bestrahlt wird, die Länge des optischen Wegs von dem Zeichnungspunkt auf dem ersten virtuellen Bild 301 zu der Projektionseinheit 4 minimiert wird. Mit anderen Worten ist das erste virtuelle Bild 301 als in Bezug auf die optische Achse 500 geneigtes virtuelles Bild ausgelegt, sodass der Betrachtungsabstand auf der Seite des oberen Endes in einer vertikalen Richtung (einer vertikalen Richtung in 2) maximiert wird, wenn es der Benutzer 200 betrachtet.
Wenn andererseits das zweite virtuelle Bild 302 projiziert wird, wie in 8 dargestellt, bewegt die Steuerung 5 den Bildschirm 1 in der Bewegungsrichtung X (einer durch den Pfeil X1 oder X2 angegebenen Richtung). Mit anderen Worten steuert die Steuerung 5 die Antriebseinheit 2 und die Abstrahleinheit 3 so, dass die Abstrahleinheit 3 den sich bewegenden Bildschirm 1 mit Licht bestrahlt. Da der Bildschirm 1 ursprünglich in Bezug auf die Bewegungsrichtung X geneigt ist, tritt dann, wenn sich der Bildschirm 1 an der Halteposition befindet, in Abhängigkeit von einer Position auf der Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 in der Längsrichtung ein Unterschied des Abstands zu der Projektionseinheit 4 in der Bewegungsrichtung X auf. Wenn der Bildschirm 1 synchron zu einer Änderung der Bestrahlungsposition des Lichts von der Abstrahleinheit 3 in der Längsrichtung in der Bewegungsrichtung X bewegt wird, sodass der Unterschied des Abstands kompensiert wird, bleibt die Bestrahlungsposition des Lichts von der Abstrahleinheit 3 auf der Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 in der Bewegungsrichtung X unverändert. Dementsprechend wird das zweite Bild 702 auf dem Bildschirm 1 erzeugt (projiziert). Das hierin erwähnte „zweite Bild“ ist das auf der Vorderfläche 11 oder Rückfläche 12 des Bildschirms 1 erzeugte Bild 700, das entlang der Bezugsebene 503 erzeugt wird. Wenn das zweite Bild 702 von der Projektionseinheit 4 auf die Windschutzscheibe 101 projiziert wird, nimmt der Benutzer 200 durch die Windschutzscheibe 101 visuell das vor dem Fahrzeug 100 erzeugte zweite virtuelle Bild 302 wahr.
Wenn sich die Bestrahlungsposition des Lichts von der Abstrahleinheit 3 auf der Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 in der Längsrichtung beispielsweise näher an den ersten Endteil 111 bewegt, bleibt ein Abstand von der Projektionseinheit 4 zu der Bestrahlungsposition in der Bewegungsrichtung X im Wesentlichen konstant, falls sich der Bildschirm 1 in der ersten Richtung X1 bewegt. Wenn sich die Bestrahlungsposition des Lichts von der Abstrahleinheit 3 auf der Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 in der Längsrichtung demgegenüber näher an den zweiten Endteil 112 bewegt, bleibt ein Abstand von der Projektionseinheit 4 zu der Bestrahlungsposition in der Bewegungsrichtung X im Wesentlichen konstant, falls sich der Bildschirm 1 in der zweiten Richtung X2 bewegt. Mit dieser Auslegung wird das zweite virtuelle Bild 302, das als virtuelles Bild 300 dient, auf der zweiten virtuellen Ebene 502, die in dem Neigungswinkel β (beispielsweise 90 Grad) in Bezug auf die optische Achse 500 geneigt ist, erzeugt.
Wenn die Abstrahleinheit 3 den Bildschirm 1, der sich in der zweiten Richtung X2 bewegt, beispielsweise vom ersten Endteil 111 zum zweiten Endteil 112 mit Licht bestrahlt, wird dementsprechend das zweite virtuelle Bild 302 erzeugt, das als aufrecht auf der Straßenoberfläche 600 in dem bestimmten Abstand vom Benutzer 200 visuell wahrgenommen wird. Wie in 8 dargestellt, wird der Betrachtungsabstand von dem Augenpunkt Pe1 zu dem zweiten virtuellen Bild 302, das zu dieser Zeit erzeugt wird, auf einer Seite, die dem ersten Endteil 111 des Bildschirms 1 näher ist (einer Seite, die einem oberen Endteil näher ist), und auf einer Seite, die dem zweiten Endteil 112 des Bildschirms 1 näher ist (einer Seite, die einem unteren Endteil näher ist) im Wesentlichen gleich. Mit anderen Worten wird das zweite virtuelle Bild 302 aus der Sicht des Benutzers 200 ein virtuelles Bild, dessen Betrachtungsabstand auf der dem oberen Ende näheren Seite und der dem unteren Ende näheren Seite in der vertikalen Richtung (der vertikalen Richtung in 2) im Wesentlichen gleich ist.
Hierin, in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform, ist ein Abtastbereich der Abstrahleinheit 3 in der Längsrichtung bei der Erzeugung des zweiten virtuellen Bilds 302 schmaler eingestellt als bei der Erzeugung des ersten virtuellen Bilds 301. Mit anderen Worten ist bei dem Bild 700, das auf der Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 erzeugt wird, eine Längsrichtung des zweiten Bilds 702 kleiner eingestellt als diejenige des ersten Bilds 701. Wie beispielsweise in 2 dargestellt, wird mit dieser Auslegung eine vertikale Abmessung jedes zweiten virtuellen Bilds 302 im Sichtfeld des Benutzers 200 kleiner als eine vertikale Abmessung des ersten virtuellen Bilds 301.
9 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Betriebsbeispiel der Anzeigevorrichtung 10 darstellt, wenn sowohl das erste virtuelle Bild 301 als auch das zweite virtuelle Bild 302 projiziert werden. Als ein Beispiel ist hier ein Fall veranschaulicht, in welchem die Abstrahleinheit 3 das erste virtuelle Bild 301 auf dem „Vorwärtsweg“ projiziert, auf dem die Abtastung mit dem Licht vom ersten Endteil 111 zum zweiten Endteil 112 durchgeführt wird, und das zweite virtuelle Bild 302 auf dem „Rückwärtsweg“ projiziert, auf dem die Abtastung mit dem Licht vom zweiten Endteil 112 zum ersten Endteil 111 durchgeführt wird.
Wie in 9 dargestellt, führt die Anzeigevorrichtung 10 beim Start einer Anzeigeoperation (Projektion des virtuellen Bilds 300) zunächst einen Prozess zum Erzeugen (Projizieren) des ersten virtuellen Bilds 301 auf dem „Vorwärtsweg“ durch. Mit anderen Worten steuert die Steuerung 5 die Abstrahleinheit 3 so, dass diese in dem ersten Abtastzustand arbeitet (S1). Dadurch wird die Abstrahleinheit 3 veranlasst, die Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 vom ersten Endteil 111 zum zweiten Endteil 112 (rastermäßig) abzutasten. Zu dieser Zeit bestimmt die Steuerung 5 jedes Mal, wenn eine Abtastlinie in der Querrichtung gezeichnet wird, ob das erste Bild 701 gezeichnet wird (S2). Wenn das erste Bild 701 nicht gezeichnet wird (S2: Nein), kehrt die Steuerung 5 zu der Anzeigeoperation von Prozess S1 zurück, um die Abstrahleinheit 3 zum Fortsetzen der Abtastung zu veranlassen.
Im Prozess S2, wenn das erste Bild 701 gezeichnet wird (S2: Ja), steuert die Steuerung 5 die Antriebseinheit 2 so, dass der Bildschirm 1 an der Halteposition (auch als eine „Bezugsposition“ bezeichnet) gehalten wird (S3). Die Steuerung 5 bestimmt, ob das erste Bild 701 vollständig ist (S4). Wenn das erste Bild 701 nicht vollständig ist (S4: Nein), werden die Prozesse S1 bis S4 wiederholt, um das erste Bild 701 zu zeichnen. Diese Prozesse S1 bis S4 entsprechen einem ersten Prozess zum Erzeugen des ersten virtuellen Bilds 301 in einem Verfahren zum Steuern der Anzeigevorrichtung 10. Mit anderen Worten wird das erste Bild 701 auf dem „Vorwärtsweg“ gezeichnet, während der Bildschirm 1 an der Halteposition gehalten wird.
Wenn das erste Bild 701 vollständig ist (S4: Ja), bestimmt die Steuerung 5, ob der Vorwärtsweg beendet ist (ob die Bestrahlungsposition den zweiten Endteil 112 erreicht hat) (S5). Wenn der Vorwärtsweg nicht beendet ist (S5: Nein), werden die Prozesse S1 bis S5 wiederholt. Mit dieser Auslegung wird das erste Bild 701 auf dem „Vorwärtsweg“ auf dem Bildschirm 1 erzeugt (projiziert). Das erste Bild 701 wird von der Projektionseinheit 4 auf die Windschutzscheibe 101 projiziert, wodurch das erste virtuelle Bild 301, das sich entlang der Straßenoberfläche 600 erstreckt, in dem Zielraum 400 erzeugt wird.
Wenn der Vorwärtsweg beendet ist (S5: Ja), führt die Anzeigevorrichtung 10 einen Prozess zum Erzeugen (Projizieren) des zweiten virtuellen Bilds 302 auf dem „Rückwärtsweg“ durch. Mit anderen Worten steuert die Steuerung 5 die Abstrahleinheit 3 so, dass diese in dem zweiten Abtastzustand arbeitet (S6). Dadurch wird die Abstrahleinheit 3 veranlasst, die Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 vom zweiten Endteil 112 zum ersten Endteil 111 (rastermäßig) abzutasten. Zu dieser Zeit bestimmt die Steuerung 5 jedes Mal, wenn eine Abtastlinie in der Querrichtung gezeichnet wird, ob das zweite Bild 702 gezeichnet wird (S7). Wenn das zweite Bild 702 nicht gezeichnet wird (S7: Nein), kehrt die Steuerung 5 zu Prozess S6 zurück, um die Abstrahleinheit 3 zum Fortsetzen der Abtastung zu veranlassen.
Wenn in Prozess S7 das zweite Bild 702 gezeichnet wird (S7: Ja), steuert die Steuerung 5 die Antriebseinheit 2 so, dass der Bildschirm 1 in der ersten Richtung X1 bewegt wird (S8). Die Steuerung 5 bestimmt, ob das zweite Bild 702 vollständig ist (S9). Wenn das zweite Bild 702 nicht vollständig ist (S9: Nein), wiederholt die Steuerung 5 die Prozesse S6 bis S9, um das zweite Bild 702 zu zeichnen. Diese Prozesse S6 bis S9 entsprechen einem zweiten Prozess zum Erzeugen des zweiten virtuellen Bilds 302 in dem Verfahren zum Steuern der Anzeigevorrichtung 10. Während eines Zeitraums, in dem das zweite Bild 702 gezeichnet wird, ist hierbei eine Bewegungsgeschwindigkeit des Bildschirms 1, der sich in der ersten Richtung X1 bewegt, konstant (konstante Geschwindigkeit) bei einer vorgegebenen Geschwindigkeit. Mit anderen Worten wird auf dem „Rückwärtsweg“ jedes Mal, wenn eine Abtastlinie in der Querrichtung gezeichnet wird, das zweite Bild 702 gezeichnet, während der Bildschirm 1 so bewegt wird, dass er sich von der Abstrahleinheit 3 entfernt (sich der Projektionseinheit 4 annähert).
Wenn das zweite Bild 702 vollständig ist (S9: Ja), steuert die Steuerung 5 die Antriebseinheit 2 so, dass der Bildschirm 1 in der zweiten Richtung X2 bewegt wird, sodass der Bildschirm 1 in die Bezugsposition zurückkehrt (S10). Die Steuerung 5 bestimmt dann, ob der Rückwärtsweg beendet ist (die Bestrahlungsposition den ersten Endteil 111 erreicht hat) (S11). Wenn der Rückwärtsweg nicht beendet ist (S11: Nein), werden die Prozesse S6 bis S11 wiederholt. Mit dieser Auslegung wird das zweite Bild 702 auf dem „Rückwärtsweg“ auf dem Bildschirm 1 erzeugt (projiziert). Das zweite Bild 702 wird von der Projektionseinheit 4 auf die Windschutzscheibe 101 projiziert, wodurch das zweite virtuelle Bild 302 aufrecht auf der Straßenoberfläche 600 in dem bestimmten Abstand vom Benutzer 200 in dem Zielraum 400 erzeugt wird.
Wenn der Rückwärtsweg beendet ist (S11: Ja), kehrt die Anzeigevorrichtung 10 zu Prozess S1 zurück und führt einen Prozess zum Erzeugen (Projizieren) des ersten virtuellen Bilds 301 auf dem „Vorwärtsweg“ durch. Die Anzeigevorrichtung 10 führt die oben beschriebenen Prozesse S1 bis S11 wiederholt durch, während die Anzeigeoperation (die Projektion des virtuellen Bilds 300) fortgesetzt wird. Mit dieser Auslegung wird das erste virtuelle Bild 301 auf dem „Vorwärtsweg“ in dem Zielraum 400 erzeugt und das zweite virtuelle Bild 302 wird auf dem „Rückwärtsweg“ in dem Zielraum 400 erzeugt. Infolgedessen werden während eines Zeitraums, in dem sich die Bestrahlungsposition des Lichts von der Abstrahleinheit 3 zwischen dem ersten Endteil 111 und dem zweiten Endteil 112 auf der Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 einmal hin- und herbewegt, das erste virtuelle Bild 301 und das zweite virtuelle Bild 302 in dem Zielraum 400 erzeugt. Die Abtastung in der Längsrichtung wird in der Abstrahleinheit 3 verhältnismäßig schnell durchgeführt, sodass bei dem Benutzer 200 der visuelle Eindruck entsteht, dass das erste virtuelle Bild 301 und das zweite virtuelle Bild 302 gleichzeitig angezeigt werden. Eine Frequenz der Abtastung in der Längsrichtung in der Abstrahleinheit 3 ist beispielsweise nicht weniger als 60 Hz.
10A ist ein Diagramm, das zeitliche Änderungen einer Position des Bildschirms 1 in der Bewegungsrichtung X darstellt, wenn die Anzeigevorrichtung 10 gemäß dem in 9 dargestellten Ablaufdiagramm betrieben wird. 10B ist ein ähnliches Diagramm eines Vergleichsbeispiels, bei dem der Bildschirm 1 so angeordnet ist, dass die Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 orthogonal zur Bewegungsrichtung X ist. In 10A und 10B ist eine horizontale Achse eine Zeitachse, und die Position des Bildschirms 1 ist auf einer vertikalen Achse aufgetragen.
Wie in 10A dargestellt, wird die Position des Bildschirms 1 in der Bewegungsrichtung X in einem Zeitraum T1 des „Vorwärtswegs“, auf dem die Abstrahleinheit 3 den Bildschirm 1 mit dem Licht vom ersten Endteil 111 zum zweiten Endteil 112 abtastet, an der Bezugsposition Ps1 gehalten. Mit anderen Worten wird das erste Bild 701 auf dem Bildschirm 1 erzeugt, während der Bildschirm 1 an der Bezugsposition Ps1 gehalten wird, wodurch das erste virtuelle Bild 301 in dem Zielraum 400 erzeugt wird.
Andererseits wird die Position des Bildschirms 1 in der Bewegungsrichtung X in einem Zeitraum T2 des „Rückwärtswegs“, auf dem die Abstrahleinheit 3 den Bildschirm 1 mit dem Licht vom zweiten Endteil 112 zum ersten Endteil 111 abtastet, synchron mit dem Zeitablauf beim Zeichnen des zweiten Bild 702 geändert. In diesem Fall stellt in dem Zeitraum T2 jeder der Zeiträume T21, T22 und T23 einen Zeitraum dar, in dem das zweite Bild 702 gezeichnet wird. Mit anderen Worten wird das zweite Bild 702 auf dem Bildschirm 1 erzeugt, während der Bildschirm 1 von der Bezugsposition Ps1 in der ersten Richtung X1 bewegt wird, wodurch das zweite virtuelle Bild 302 in dem Zielraum 400 erzeugt wird. Während dieser Zeit ist eine Bewegungsgeschwindigkeit des Bildschirms 1 konstant. Jedes Mal, wenn das zweite Bild 702 erzeugt wird, wird der Bildschirm 1 in der zweiten Richtung X2 bewegt, sodass er zur Bezugsposition Ps1 zurückkehrt. Während der Zeiträume T21, T22 und T23 wird der Prozess zum Erzeugen des zweiten Bilds 702, wie oben beschrieben, eine Vielzahl von Malen (in diesem Fall dreimal) durchgeführt, wodurch eine Vielzahl (in diesem Fall drei Stück) von zweiten virtuellen Bildern 302, die einen jeweils anderen Betrachtungsabstand aufweisen, in dem Zielraum 400 erzeugt werden (siehe 2). Wie in 10A veranschaulicht, ist in dem Zeitraum T21, in dem das zweite Bild 702 in der Nähe des zweiten Endteils 112 erzeugt wird, der Betrachtungsabstand des zweiten virtuellen Bilds 302 am kleinsten, und in dem Zeitraum T23, in dem das zweite Bild 702 in der Nähe des ersten Endteils 111 erzeugt wird, ist der Betrachtungsabstand des zweiten virtuellen Bilds 302 am größten.
Demgegenüber wird der Bildschirm 1 in dem Vergleichsbeispiel, wie in 10B dargestellt, in dem Zeitraum T1 des „Vorwärtswegs“ kontinuierlich in der ersten Richtung X1 bewegt, um das erste virtuelle Bild 301 zu projizieren. Andererseits wird der Bildschirm 1 in dem Zeitraum T2 des „Rückwärtswegs“ nur während der Zeiträume T21, T22 und T23, in denen das zweite Bild 702 gezeichnet wird, gestoppt, und der Bildschirm 1 wird während der anderen Zeiträumen als den Zeiträumen T21, T22 und T23 kontinuierlich in der zweiten Richtung X2 bewegt.
Wie oben beschrieben, muss der Bildschirm 1 in der Anzeigevorrichtung 10 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform nur mit der Amplitude zum Zeichnen des zweiten Bilds 702, das heißt der in 10A durch „A1“ angegebenen Amplitude, bewegt werden. Demgegenüber muss der Bildschirm 1 in dem Vergleichsbeispiel mit einer Amplitude zum Zeichen des ersten Bilds 701, das heißt der in 10B durch „A2“ angegebenen Amplitude, bewegt werden. Dementsprechend unterscheidet sich die Anzeigevorrichtung 10 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform von dem Vergleichsbeispiel hinsichtlich des Bewegungsbereichs des Bildschirms 1, sodass die Anzeigevorrichtung 10 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform den Bewegungsbereich des Bildschirms 1 verkleinern kann (A1 <A2). Der verkleinerte Bewegungsbereich des Bildschirms 1 führt beispielsweise zu einer Reduzierung der Größe der Antriebseinheit 2 (Aktuator) zum Bewegen des Bildschirms 1, einer Reduzierung des Energieverbrauchs der Antriebseinheit 2 und einer Reduzierung der Betriebsgeräusche der Antriebseinheit 2.
(4) Zusammenfassung
Wie oben beschrieben, enthält die Anzeigevorrichtung 10 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform den Bildschirm 1, die Antriebseinheit 2, die Abstrahleinheit 3 und die Projektionseinheit 4. Der Bildschirm 1 weist die Anzeigeebene (Vorderfläche 11) auf, die in Bezug auf die Bezugsebene 503 geneigt ist. Die Antriebseinheit 2 ist ausgelegt, den Bildschirm 1 zwischen der ersten Position Po1 und der zweiten Position Po2 in der zu der Bezugsebene 503 orthogonalen Bewegungsrichtung X zu bewegen. Die Abstrahleinheit 3 enthält das optische Abbildungssystem 323 und ist ausgelegt, das optische Abbildungssystem 323 zu veranlassen, den Bildschirm 1 mit Licht zum Abtasten der Anzeigeebene (Vorderfläche 11) des Bildschirms 1 zu bestrahlen, um das Bild 700 auf der Anzeigeebene (Vorderfläche 11) zu erzeugen. Die Projektionseinheit 4 empfängt Licht, das von dem Bildschirm 1 durchgelassen und von dem Bildschirm 1 in der Bewegungsrichtung X als einfallendes Licht ausgegeben wird, und erzeugt das virtuelle Bild 300, das dem Bild 700 entspricht, durch das einfallende Licht in dem Zielraum 400. Ein geometrischer Ort der Fokusposition Pf1 des optischen Abbildungssystems 323 ist in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform innerhalb eines Bereichs zwischen der Anzeigeebene (Vorderfläche 11) des Bildschirms 1 an der ersten Position Po1 und der Anzeigeebene (Vorderfläche 11) des Bildschirms 1 an der zweiten Position Po2, wenn die Abstrahleinheit 3 die Anzeigeebene (Vorderfläche 11) vollständig abtastet.
Mit dieser Auslegung wird der Bewegungsbereich des Bildschirms 1 schmaler, da die Anzeigeebene des Bildschirms 1 in Bezug auf die Bezugsebene 503 geneigt ist. Wenn der Bewegungsbereich des Bildschirms 1 schmaler wird, können Größenschwankungen der leuchtenden Punkte B11, B12 und B13, die bei der Bewegung des Bildschirms 1 auf der Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 erzeugt werden, unterdrückt werden, sodass sie verhältnismäßig klein sind. Weiterhin befindet sich ein geometrischer Ort der Fokusposition Pf1 des optischen Abbildungssystems 323 in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform innerhalb eines Bereichs zwischen der Anzeigeebene des Bildschirms 1 an der ersten Position Po1 und der Anzeigeebene des Bildschirms 1 an der zweiten Position Po2, wenn die Abstrahleinheit 3 die Anzeigeebene vollständig abtastet. Daher können Größenschwankungen der leuchtenden Punkte B11, B 12 und B 13, die auf der Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 erzeugt werden, auch dann, wenn sich der Bildschirm 1 in einem geneigten Zustand in Bezug auf die Bezugsebene 503 befindet, so gering wie möglich gehalten werden. Infolgedessen kann bei der Anzeigevorrichtung 10 eine Reduzierung der Auflösung des Bilds 700, das auf dem Bildschirm 1 durch Licht von der Abstrahleinheit 3 erzeugt wird, unterdrückt werden, wodurch eine Reduzierung der Auflösung des virtuellen Bilds 300 vorteilhafterweise unterdrückt wird.
Wie in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform beschrieben, kann die Anzeigevorrichtung 10 weiterhin bevorzugt die Steuerung 5 enthalten, die zum Steuern der Antriebseinheit 2 und der Abstrahleinheit 3 ausgelegt ist. Die Steuerung 5 ist ausgelegt, den Bildschirm 1 beim Erzeugen des ersten virtuellen Bilds 301, das als virtuelles Bild 300 dient, auf der ersten virtuellen Ebene 501, deren Neigungswinkel α in Bezug auf die optische Achse 500 der Projektionseinheit 4 kleiner als der vorgegebene Wert γ ist, in der Bewegungsrichtung X zu halten. Die Steuerung 5 ist ausgelegt, den Bildschirm 1 beim Erzeugen des zweiten virtuellen Bilds 302, das als virtuelles Bild 300 dient, auf der zweiten virtuellen Ebene 502, deren Neigungswinkel β in Bezug auf die optische Achse 500 der Projektionseinheit 4 größer als der vorgegebene Wert γ ist, in der Bewegungsrichtung X zu bewegen.
Mit dieser Auslegung wird das erste virtuelle Bild 301, dessen Neigungswinkel α in Bezug auf die optische Achse 500 der Projektionseinheit 4 verhältnismäßig klein ist, das heißt das erste virtuelle Bild 301, dessen Winkel in Bezug auf die Straßenoberfläche 600 aus der Sicht des Benutzers 200 flach ist, bei gehaltenem Bildschirm 1 projiziert. Daher ergibt sich ein Vorteil dahingehend, dass der Bewegungsbereich des Bildschirms 1 im Vergleich zu dem Vergleichsbeispiel, bei dem der Bildschirm 1 bei der Projektion des ersten virtuellen Bilds 301 bewegt wird, auf eine geringe Größe verkleinert werden kann. Wenn der Bewegungsbereich des Bildschirms 1 schmaler wird, können Größenschwankungen der leuchtenden Punkte B11, B12 und B13 auf der Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 bei der Bewegung des Bildschirms 1 weiter unterdrückt werden.
Wie in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform dargestellt, enthält der sich bewegende Körper (z. B. Fahrzeug 100) die Anzeigevorrichtung 10 und das reflektierende Element (z. B. Windschutzscheibe 101), das ausgelegt ist, Licht von der Projektionseinheit 4 zu reflektieren.
Mit dieser Auslegung wird der Bewegungsbereich des Bildschirms 1 schmaler, da die Anzeigeebene des Bildschirms 1 in Bezug auf die Bezugsebene 503 geneigt ist. Wenn der Bewegungsbereich des Bildschirms 1 schmaler wird, können Größenschwankungen der leuchtenden Punkte B11, B12 und B13, die bei der Bewegung des Bildschirms 1 auf der Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 erzeugt werden, unterdrückt werden, sodass sie verhältnismäßig klein sind. Weiterhin befindet sich ein geometrischer Ort der Fokusposition Pf1 des optischen Abbildungssystems 323 in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform innerhalb eines Bereichs zwischen der Anzeigeebene des Bildschirms 1 an der ersten Position Po1 und der Anzeigeebene des Bildschirms 1 an der zweiten Position Po2, wenn die Abstrahleinheit 3 die Anzeigeebene vollständig abtastet. Daher können Größenschwankungen der leuchtenden Punkte B11, B 12 und B 13, die auf der Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 erzeugt werden, auch dann, wenn sich der Bildschirm 1 in einem geneigten Zustand in Bezug auf die Bezugsebene 503 befindet, so gering wie möglich gehalten werden. Infolgedessen kann bei der Anzeigevorrichtung 10 eine Reduzierung der Auflösung des Bilds 700, das auf dem Bildschirm 1 durch Licht von der Abstrahleinheit 3 erzeugt wird, unterdrückt werden, wodurch eine Reduzierung der Auflösung des virtuellen Bilds 300 vorteilhafterweise unterdrückt wird.
(5) Modifikationen
Die erste beispielhafte Ausführungsform ist lediglich eine von verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die erste beispielhafte Ausführungsform kann in verschiedener Weise beispielsweise entsprechend einem Design modifiziert werden, solange das Ziel der vorliegenden Offenbarung erreicht werden kann. Weiterhin ist der Aspekt gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform nicht allein auf die Ausführung durch eine Anzeigevorrichtung beschränkt. Der Aspekt gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform kann beispielsweise durch ein System, ein Verfahren zum Steuern einer Anzeigevorrichtung, ein Computerprogramm oder ein Aufzeichnungsmedium, das ein Programm speichert, ausgeführt sein.
Nachfolgend sind Modifikationen der ersten beispielhaften Ausführungsform aufgeführt. Die unten beschriebenen Modifikationen können in einer geeigneten Kombination verwendet werden.
Das optische Abbildungssystem 323 ist nicht auf ein telezentrisches Linsensystem beschränkt. Es kann ein Linsensystem mit einem Konvergenz- oder Divergenzeffekt verwendet werden. In diesem Fall kann ein Unterschied in der Vergrößerung des Bilds 700, das auf dem Bildschirm 1 erzeugt wird, wenn sich der Bildschirm 1 in der Bewegungsrichtung X bewegt, in Abhängigkeit von einer Position des Bildschirms 1 beispielsweise zu einer Trapezverzeichnung auf dem virtuellen Bild 300 führen. Eine solche Trapezverzeichnung kann beispielsweise durch eine Bildkorrektur reduziert werden.
Der Bildschirm 1 kann bevorzugt eine Lentikularlinse enthalten, sodass die Vorderfläche 11 Lichtstreuungseigenschaften aufweisen kann. Weiterhin kann Bildschirm 1 auch eine Lentikularlinse auf der Rückfläche 12 enthalten. In diesem Fall ist es vorzuziehen, dass eine Kantenlinie der Lentikularlinse auf der Vorderfläche 11 und eine Kantenlinie der Lentikularlinse auf der Rückfläche 12 orthogonal zueinander verlaufen, damit die Lichtstreuungsrichtungen orthogonal zueinander sein können. Anstatt der Lentikularlinse kann der Bildschirm 1 eine Fliegenaugenlinse auf der Vorderfläche 11 oder Rückfläche 12 enthalten.
Die Steuerung 5 ist nicht auf eine solche Auslegung beschränkt, dass der Bildschirm 1 in der Bewegungsrichtung X gehalten wird, wenn das erste virtuelle Bild 301 erzeugt wird. Wie beispielsweise in 11 dargestellt, kann eine solche Auslegung verwendet werden, dass sich der Bildschirm 1 in der Bewegungsrichtung X bewegt, wenn das erste virtuelle Bild 301 erzeugt wird. In 11 ist eine horizontale Achse eine Zeitachse, und die Position des Bildschirms 1 ist auf einer vertikalen Achse aufgetragen. Das heißt, die Steuerung 5 veranlasst den Bildschirm 1 im Zeitraum T1 eines „Vorwärtswegs“, auf dem die Abstrahleinheit 3 Licht emittiert, um die Abtastung vom ersten Endteil 111 zum zweiten Endteil 112 durchzuführen, anhaltend dazu, sich in der ersten Richtung X1 zu bewegen, wie in 11 dargestellt. Andererseits veranlasst die Steuerung 5 den Bildschirm 1 in dem Zeitraum T2 eines „Rückwärtswegs“ nur in den Zeiträumen T21, T22 und T23, in denen die zweiten Bilder 702 gezeichnet werden, zur Bewegung in der ersten Richtung XI, und in anderen Zeiträumen veranlasst die Steuerung 5 den Bildschirm 1 zur Bewegung in der zweiten Richtung X2. Obwohl sich der Bildschirm 1 in der vorliegenden Modifikation mit der in 11 durch „A3“ angegebenen Amplitude bewegen muss, kann der Bewegungsbereich des Bildschirms 1 im Vergleich zu dem oben beschriebenen Vergleichsbeispiel (siehe 10B) schmaler gehalten werden (A3 < A2).
Im Bildschirm 1 kann die „Anzeigeebene“ mindestens eine Ebene sein, die zum Erzeugen des Bilds 700 verwendet wird. Die Anzeigeebene ist nicht auf die Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 beschränkt, sondern kann beispielsweise eine Rückfläche 12 des Bildschirms 1 sein. Weiterhin muss die Vorderfläche 11 (oder Rückfläche 12) des Bildschirms 1 nicht vollständig als „Anzeigeebene“ dienen. Die „Anzeigeebene“ kann ein Teilbereich auf der Vorderfläche 11 (oder Rückfläche 12) des Bildschirms 1 sein. In diesem Fall ist das Bild 700 in dem Teilbereich auf der Vorderfläche 11 (oder Rückfläche 12) des Bildschirms 1 zu erzeugen.
Die Steuerung 5 kann eine Auslegung zum Steuern der Antriebseinheit 2 und Abstrahleinheit 3 aufweisen, und eine Funktion zum Steuern der Antriebseinheit 2 und eine Funktion zum Steuern der Abstrahleinheit 3 müssen nicht integriert sein. Beispielsweise können eine Steuerung, welche die Antriebseinheit 2 steuert, und eine Steuerung, welche die Abstrahleinheit 3 steuert, separat vorgesehen sein und können miteinander synchronisiert sein.
Die Anzeigevorrichtung 10 ist nicht auf die Auslegung beschränkt, mit der das erste virtuelle Bild 301 und das zweite virtuelle Bild 302 simultan projiziert werden, und kann beispielsweise über eine Betriebsart zum Projizieren nur des ersten virtuellen Bilds 301 und eine Betriebsart zum Projizieren nur des zweiten virtuellen Bilds 302 verfügen.
Der Betriebszustand der Abstrahleinheit 3 kann nur entweder der erste Abtastzustand (Vorwärtsweg) oder der zweite Abtastzustand (Rückwärtsweg) sein. In diesem Fall werden das erste virtuelle Bild 301 und das zweite virtuelle Bild 302 entweder im ersten Abtastzustand (Vorwärtsweg) oder im zweiten Abtastzustand (Rückwärtsweg) erzeugt.
Weiterhin ist in der ersten beispielhaften Ausführungsform die Auslegung beschrieben, bei der das erste virtuelle Bild 301 nur in dem ersten Abtastzustand (Vorwärtsweg) erzeugt wird und das zweite virtuelle Bild 302 nur in dem zweiten Abtastzustand (Rückwärtsweg) erzeugt wird. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf diese Auslegung beschränkt. Beispielsweise kann das erste virtuelle Bild 301 nur in dem zweiten Abtastzustand (Rückwärtsweg) und das zweite virtuelle Bild 302 nur in dem ersten Abtastzustand (Vorwärtsweg) erzeugt werden. Alternativ kann das erste virtuelle Bild 301 oder das zweite virtuelle Bild 302 in sowohl dem ersten Abtastzustand (Vorwärtsweg) als auch dem zweiten Abtastzustand (Rückwärtsweg) erzeugt werden. Weiterhin können sowohl das erste virtuelle Bild 301 als auch das zweite virtuelle Bild 302 in sowohl dem ersten Abtastzustand (Vorwärtsweg) als auch dem zweiten Abtastzustand (Rückwärtsweg) erzeugt werden. In diesem Fall kann zumindest in Teilen des ersten virtuellen Bilds 301 und zweiten virtuellen Bilds 302 die Intensität des virtuellen Bilds 300 erhöht werden, falls ein identisches virtuelles Bild 300 in sowohl dem ersten Abtastzustand (Vorwärtsweg) als auch dem zweiten Abtastzustand (Rückwärtsweg) erzeugt wird.
Der Abtastbereich der Abstrahleinheit 3 auf der Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 in der in Bezug auf die Bezugsebene 503 geneigten Längsrichtung kann bei der Erzeugung des zweiten virtuellen Bilds 302 größer sein als bei der Erzeugung des ersten virtuellen Bilds 301.
Die Erzeugung der Vielzahl (in diesem Fall drei Stück) von zweiten virtuellen Bildern 302, die den jeweils anderen Betrachtungsabstand aufweisen, in dem Zielraum 400, wie in 2 dargestellt, ist für die Anzeigevorrichtung 10 nicht wesentlich. Es kann auch nur ein einziges zweites virtuelles Bild 302 in dem Zielraum 400 erzeugt werden.
Der Bildschirm 1 ist nicht auf die Auslegung beschränkt, bei der nur die Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 die Lichtstreuungseigenschaften aufweist. Beispielsweise können nur die Rückfläche 12 oder sowohl die Vorderfläche 11 als auch die Rückfläche 12 die Lichtstreuungseigenschaften aufweisen. In einem Fall, in welchem die Rückfläche 12 des Bildschirms 1 Lichtstreuungseigenschaften aufweist, wird das Bild 700 auf der Rückfläche 12 des Bildschirms 1 erzeugt.
Weiterhin ist die Anzeigevorrichtung 10 nicht auf die Auslegung zum Erzeugen des virtuellen Bilds 300 in dem Zielraum 400, der in der Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug 100 liegt, beschränkt. Beispielsweise kann die Anzeigevorrichtung 10 das virtuelle Bild 300 in einem seitlichen Abschnitt, hinteren Abschnitt, oberen Abschnitt und dergleichen in der Fahrtrichtung des Fahrzeugs 100 erzeugen.
Der Bildschirm 1 wird nicht notwendigerweise nur geradlinig in der Bewegungsrichtung X bewegt. Beispielsweise kann der Bildschirm 1 drehbar sein, sodass der Neigungswinkel θ der Vorderfläche 11 in Bezug auf die Bezugsebene 503 geändert werden kann.
Die Projektionseinheit 4 kann ein optisches Übertragungssystem zum Erzeugen eines Zwischenbilds enthalten oder nicht.
Darüber hinaus ist die Anzeigevorrichtung 10 nicht auf das Head-up-Display zur Verwendung in dem Fahrzeug 100 beschränkt. Beispielsweise ist die Anzeigevorrichtung 10 auch als eine Anzeige für einen anderen sich bewegenden Körper als das Fahrzeug 100 verwendbar, wobei der andere sich bewegende Körper ein Motorrad, einen Zug, ein Flugzeug, eine Baumaschine, ein Wasserfahrzeug und dergleichen beinhaltet. Darüber hinaus ist der Einsatzort der Anzeigevorrichtung 10 nicht auf den sich bewegenden Körper beschränkt. Beispielsweise kann die Anzeigevorrichtung 10 in einer Vergnügungseinrichtung verwendet werden. Die Anzeigevorrichtung 10 kann auch als ein tragbares Endgerät (Wearable) wie ein am Kopf befestigtes Display (Head Mounted Display, HMD) verwendet werden. Weiterhin kann die Anzeigevorrichtung 10 in einer medizinischen Einrichtung verwendet werden und kann als eine stationäre Vorrichtung verwendet werden.
(Zweite beispielhafte Ausführungsform)
Die Anzeigevorrichtung 10 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform unterscheidet sich im Hinblick auf eine Auslegung des Abtasters 32 in der Abstrahleinheit 3 von der Anzeigevorrichtung 10 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform. Nachfolgend sind Bestandteile, die mit denen der ersten beispielhaften Ausführungsform identisch sind, durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet, und Erläuterungen von diesen sind ausgelassen.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform enthält das optische Abbildungssystem 323 ein exzentrisches optisches System 8, wie in 12 dargestellt. Wie in 12 veranschaulicht, enthält das exzentrische optische System 8 eine Gruppe von Linsen, zu der eine erste Linse 81, die aus einer konvexen Meniskuslinse besteht, eine zweite Linse 82, die aus einer konvexen Meniskuslinse besteht, und eine dritte Linse 83, die aus einer beidseitig konkaven Linse besteht, gehören. Die erste Linse 81, zweite Linse 82 und dritte Linse 83 sind in der Bewegungsrichtung X angeordnet und ausgerichtet, wobei die erste Linse 81 der Spiegeleinheit 321 am nächsten ist, wohingegen die dritte Linse 83 am weitesten entfernt von der Spiegeleinheit 321 ist. Die erste Linse 81, die zweite Linse 82 und die dritte Linse 83 bilden das exzentrische optische System 8 mit einer Positionsbeziehung, bei der eine optische Achse 801 der ersten Linse 81 und der dritten Linse 83 und eine optische Achse 802 der zweiten Linse 82 im Abstand D1 voneinander entfernt sind. Konkret befindet sich die optische Achse 802 der zweiten Linse 82 an einer Position, die in der Längsrichtung in Bezug auf die optische Achse 801 der ersten Linse 81 und der dritten Linse 83 um den Abstand D1 zum zweiten Endteil 112 (in 12 nach unten) verschoben ist.
Mit dem exzentrischen optischen System 8 mit der oben beschriebenen Auslegung, wie in 12 dargestellt, bewirkt das exzentrische optische System 8, dass ein geometrischer Ort der Fokusposition Pf1 in Bezug auf die Bezugsebene 503 geneigt entlang der Vorderfläche 11 gebildet wird, wenn die Abstrahleinheit 3 die Anzeigeebene (Vorderfläche 11) vollständig abtastet. Das heißt, die Bildebene 504, die durch einen geometrischen Ort der Fokusposition Pf1 des optischen Abbildungssystems 323 gebildet wird, ist eine Ebene entlang der Vorderfläche 11 des Bildschirms 1.
Wie in 12 veranschaulicht, ist die Bildebene 504 im Winkel θ in Bezug auf die Bezugsebene 503 geneigt und ist eine Ebene, die parallel zur Anzeigeebene ist, d. h. zur Vorderfläche 11 des Bildschirms 1. Mit anderen Worten befindet sich ein geometrischer Ort der Fokusposition Pf1 in der zur Vorderfläche 11 parallelen Bildebene 504, wenn die Abstrahleinheit 3 die Anzeigeebene (Vorderfläche 11) vollständig abtastet.
Weiterhin liegt die Bildebene 504 in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform in einem gleichen Abstand zu der Anzeigeebene (Vorderfläche 11) des Bildschirms 1 an der ersten Position Po1 und der Anzeigeebene (Vorderfläche 11) des Bildschirms 1 an der zweiten Position Po2. Wie in 12 dargestellt, liegen die Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 und die Bildebene 504 in einem Zustand, in welchem sich der Bildschirm 1 in einer Mitte des Bewegungsbereichs befindet, daher übereinander, und ein geometrischer Ort der Fokusposition Pf1 des optischen Abbildungssystems 323 wird auf der Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 gebildet.
Wie oben beschrieben, enthält das optische Abbildungssystem 323 in der Anzeigevorrichtung 10 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform das exzentrische optische System 8. Das exzentrische optische System 8 ist ausgelegt zu bewirken, dass ein geometrischer Ort der Fokusposition Pf1 geneigt in Bezug auf die Bezugsebene 503 entlang der Anzeigeebene (Vorderfläche 11) gebildet wird, wenn die Abstrahleinheit 3 die Anzeigeebene (Vorderfläche 11) vollständig abtastet. Bei der Anzeigevorrichtung 10 verläuft ein geometrischer Ort der Fokusposition Pf1 entlang der Vorderfläche 11, die als die Anzeigeebene dient, wenn die Abstrahleinheit 3 die Anzeigeebene (Vorderfläche 11) vollständig abtastet. Während ein geometrischer Ort der Fokusposition Pf1 des optischen Abbildungssystems 323 innerhalb eines Bereichs zwischen der Anzeigeebene des Bildschirms 1 an der ersten Position Po1 und der Anzeigeebene des Bildschirms 1 an der zweiten Position Po2 ist, kann der Bewegungsbereich des Bildschirms 1 daher weiter verschmälert werden. Daher können Größenschwankungen eines leuchtenden Punkts auf der Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 bei der Bewegung des Bildschirms 1 weiter unterdrückt werden. Infolgedessen kann bei der Anzeigevorrichtung 10 die Auflösung des Bilds 700, das auf dem Bildschirm 1 durch Licht von der Abstrahleinheit 3 erzeugt wird, erhöht werden, wodurch die Auflösung des virtuellen Bilds 300 vorteilhafterweise erhöht wird.
Wie in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform dargestellt, kann ein geometrischer Ort der Fokusposition Pf1 bevorzugt in der zur Anzeigeebene (Vorderfläche 11) parallelen Bildebene 504 gebildet werden, wenn die Abstrahleinheit 3 die Anzeigeebene (Vorderfläche 11) vollständig abtastet. Mit dieser Auslegung wird eine Größe des leuchtenden Punkts, der auf einer Anzeigeebene erzeugt wird, in einem Zustand, in welchem der Bildschirm 1 an einer Halteposition gehalten wird, im Wesentlichen gleichmäßig. Daher kann eine Schwankung der Auflösung des virtuellen Bilds 300 (ersten virtuellen Bilds 301), das in einem Zustand projiziert wird, in welchem der Bildschirm 1 an einer Halteposition gehalten wird, unterdrückt werden.
Wie in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform dargestellt, kann sich die Bildebene 504 bevorzugt in einem gleichen Abstand zu der Anzeigeebene (Vorderfläche 11) des Bildschirms 1 an der ersten Position Po1 und der Anzeigeebene (Vorderfläche 11) des Bildschirms 1 an der zweiten Position Po2 befinden. Mit dieser Auslegung können eine Größe eines leuchtenden Punkts, der auf einer Anzeigeebene des Bildschirms 1 an der ersten Position Po1 erzeugt wird, und eine Größe eines leuchtenden Punkts, der auf einer Anzeigeebene des Bildschirms 1 an der zweiten Position Po2 erzeugt wird, gleich gehalten werden. Daher kann eine Schwankung der Auflösung des virtuellen Bilds 300 (zweiten virtuellen Bilds 302), das während der Bewegung des Bildschirms 1 projiziert wird, unterdrückt werden.
Das exzentrische optische System 8 (erste Linse 81, zweite Linse 82 und dritte Linse 83), das in der zweiten beispielhaften Ausführungsform beschrieben ist, stellt lediglich ein Beispiel dar. Beispielsweise kann das exzentrische optische System 8 ein Maximum von zwei Linsen oder vier oder mehr Linsen enthalten.
Als eine Modifikation der zweiten beispielhaften Ausführungsform kann die Anzeigevorrichtung 10 bevorzugt eine Aberrationskorrekturfunktion enthalten, die ausgelegt ist, chromatische Aberrationen oder monochromatische Aberrationen zu korrigieren. Daher kann die Auflösung des virtuellen Bilds 300 weiter erhöht werden.
Die Bildung eines geometrischen Orts der Fokusposition Pf1 in der zur Vorderfläche 11 parallelen Bildebene 504, wenn die Abstrahleinheit 3 die Anzeigeebene (Vorderfläche 11) vollständig abtastet, ist für die Anzeigevorrichtung 10 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform keine wesentliche Auslegung. Das heißt, die Bildebene 504 muss nicht parallel zur Anzeigeebene, d. h. der Vorderfläche 11 des Bildschirms 1, sein.
Die Positionierung der Bildebene 504 in einem gleichen Abstand zu der Anzeigeebene (Vorderfläche 11) des Bildschirms 1 an der ersten Position Po1 und der Anzeigeebene (Vorderfläche 11) des Bildschirms 1 an der zweiten Position Po2 ist für die Anzeigevorrichtung 10 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform keine wesentliche Auslegung. Das heißt, solange sich die Bildebene 504 innerhalb eines Bereichs zwischen der Anzeigeebene des Bildschirms 1 an der ersten Position Po1 und der Anzeigeebene des Bildschirms 1 an der zweiten Position Po2 befindet, kann die Bildebene 504 näher an der einen oder anderen der Anzeigeebenen liegen.
Die Auslegung der Anzeigevorrichtung 10 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform (einschließlich der Modifikationen) kann in geeigneter Weise mit der Auslegung der Anzeigevorrichtung 10 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform (einschließlich der Modifikationen) kombiniert werden.
(Dritte beispielhafte Ausführungsform)
Die Anzeigevorrichtung 10 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform unterscheidet sich im Hinblick auf eine Auslegung des Abtasters 32A in der Abstrahleinheit 3A von der Anzeigevorrichtung 10 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform, wie in 13 dargestellt. Nachfolgend sind Bestandteile, die mit denen der zweiten beispielhaften Ausführungsform identisch sind, durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet, und Erläuterungen von diesen sind ausgelassen.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform enthält das optische Abbildungssystem 323 eine Gruppe von Fokussierlinsen 8A, die ausgelegt sind, die Fokusposition Pf1 in der Bewegungsrichtung X zu verschieben, wie in 13 dargestellt. Wie in 13 veranschaulicht, enthält Gruppe von Fokussierlinsen 8A eine Gruppe von Linsen, die ein koaxiales optisches System bilden, wobei die Gruppe eine erste Linse 81A, die aus einer konvexen Meniskuslinse besteht, eine zweite Linse 82A, die aus einer konvexen Meniskuslinse besteht, und eine dritte Linse 83A, die aus einer konvexen Meniskuslinse besteht, enthält. Das optische Abbildungssystem 323 enthält weiterhin eine Linsenantriebseinheit 84A, die ausgelegt ist, die dritte Linse 83A anzutreiben, um die Gruppe von Fokussierlinsen 8A anzutreiben. Die erste Linse 81A, zweite Linse 82A und dritte Linse 83A sind in der Bewegungsrichtung X angeordnet und ausgerichtet, wobei die erste Linse 81A der Spiegeleinheit 321 am nächsten ist, während die dritte Linse 83A von der Spiegeleinheit 321 am weitesten entfernt ist. Die Linsenantriebseinheit 84A bewegt die dritte Linse 83A in der Bewegungsrichtung X, um die Fokusposition Pf1 des optischen Abbildungssystems 323 in der Bewegungsrichtung X zu ändern. Wenn die dritte Linse 83A beispielsweise in der ersten Richtung X1 bewegt wird, bewegt sich die Fokusposition Pf1 des optischen Abbildungssystems 323 in der ersten Richtung X1. Wird die dritte Linse 83A andererseits in der zweiten Richtung X2 bewegt, bewegt sich die Fokusposition Pf1 des optischen Abbildungssystems 323 in der zweiten Richtung X2.
Die Linsenantriebseinheit 84A ist ausgelegt, die dritte Linse 83A der Gruppe von Fokussierlinsen 8A synchron zu der Abtastung durch die Abstrahleinheit 3A anzutreiben, sodass ein geometrischer Ort der Fokusposition Pf1 entlang der Anzeigeebene verlaufen kann, wenn die Abstrahleinheit 3A die Anzeigeebene (Vorderfläche 11) vollständig abtastet. Genauer folgt die Linsenantriebseinheit 84A einem zweiten Steuersignal von der Steuerung 5 (siehe 3), um so zu arbeiten, dass die Fokusposition Pf1 des optischen Abbildungssystems 323 in der Bewegungsrichtung X synchron zu dem Betrieb des Abtasters 32A bewegt wird. Auf einem „Vorwärtsweg“, auf dem ein Betriebszustand der Abstrahleinheit 3A in dem ersten Abtastzustand ist, bewegt die Linsenantriebseinheit 84A die dritte Linse 83A so, dass sich die Fokusposition Pf1 in der ersten Richtung X1 bewegen kann. Auf einem „Rückwärtsweg“, auf dem ein Betriebszustand der Abstrahleinheit 3A in dem zweiten Abtastzustand ist, bewegt die Linsenantriebseinheit 84A die dritte Linse 83A so, dass sich die Fokusposition Pf1 in der zweiten Richtung X2 bewegen kann.
Bei dem optischen Abbildungssystem 323, das wie oben beschrieben ausgelegt ist, wie in 13 dargestellt, wird ein geometrischer Ort der Fokusposition Pf1 in Bezug auf die Bezugsebene 503 geneigt gebildet, sodass er entlang der Vorderfläche 11 verläuft, wenn die Abstrahleinheit 3A die Anzeigeebene (Vorderfläche 11) vollständig abtastet. Das heißt, die Bildebene 504, die durch einen geometrischen Ort der Fokusposition Pf1 des optischen Abbildungssystems 323 gebildet wird, ist eine Ebene entlang der Vorderfläche 11 des Bildschirms 1.
Wie in 13 veranschaulicht, ist die Bildebene 504 im Winkel θ in Bezug auf die Bezugsebene 503 geneigt und ist eine Ebene, die parallel zur Anzeigeebene ist, d. h. zur Vorderfläche 11 des Bildschirms 1. Mit anderen Worten befindet sich ein geometrischer Ort der Fokusposition Pf1 in der zur Vorderfläche 11 parallelen Bildebene 504, wenn die Abstrahleinheit 3A die Anzeigeebene (Vorderfläche 11) vollständig abtastet.
Wie oben beschrieben, enthält das optische Abbildungssystem 323 in der Anzeigevorrichtung 10 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform die Fokussierlinsen (Gruppe von Fokussierlinsen 8A) und die Linsenantriebseinheit 84A, die beide ausgelegt sind, die Fokusposition Pf1 in der Bewegungsrichtung X zu verschieben. Die Linsenantriebseinheit 84A ist ausgelegt, die Fokussierlinsen (dritte Linse 83A) synchron zu der Abtastung durch die Abstrahleinheit 3A anzutreiben, sodass ein geometrischer Ort der Fokusposition Pf1 entlang der Anzeigeebene (Vorderfläche 11) verlaufen kann, wenn die Abstrahleinheit 3A die Anzeigeebene (Vorderfläche 11) vollständig abtastet. Bei der Anzeigevorrichtung 10 verläuft ein geometrischer Ort der Fokusposition Pf1 entlang der Vorderfläche 11, die als die Anzeigeebene dient, wenn die Abstrahleinheit 3 die Anzeigeebene (Vorderfläche 11) vollständig abtastet. Während ein geometrischer Ort der Fokusposition Pf1 des optischen Abbildungssystems 323 innerhalb eines Bereichs zwischen der Anzeigeebene des Bildschirms 1 an der ersten Position Po1 und der Anzeigeebene des Bildschirms 1 an der zweiten Position Po2 ist, kann der Bewegungsbereich des Bildschirms 1 daher weiter verschmälert werden. Daher können Größenschwankungen eines leuchtenden Punkts auf der Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 bei der Bewegung des Bildschirms 1 weiter unterdrückt werden. Infolgedessen kann bei der Anzeigevorrichtung 10 die Auflösung des Bilds 700, das auf dem Bildschirm 1 durch Licht von der Abstrahleinheit 3 erzeugt wird, erhöht werden, wodurch die Auflösung des virtuellen Bilds 300 vorteilhafterweise erhöht wird.
Solange bei der Anzeigevorrichtung 10 gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform während der Fokussierung keine Änderung des Sichtwinkels auftritt, benötigt das optische Abbildungssystem 323 weiterhin keine telezentrischen Eigenschaften. Wenn während der Fokussierung eine Änderung des Sichtwinkels auftreten kann, kann beispielsweise eine Funktion zur elektronischen Korrektur einer Änderung des Sichtwinkels verwendet werden.
Die Gruppe von Fokussierlinsen 8A (erste Linse 81A, zweite Linse 82A und dritte Linse 83A), die in der dritten beispielhaften Ausführungsform beschrieben ist, stellt lediglich ein Beispiel dar. Beispielsweise kann die Gruppe von Fokussierlinsen 8A ein Maximum von zwei Linsen oder vier oder mehr Linsen enthalten.
Die Linsenantriebseinheit 84A kann die Gruppe von Fokussierlinsen 8A synchron nicht nur zu der Abtastung durch die Abstrahleinheit 3A, sondern beispielsweise auch zu der Bewegung des Bildschirms 1 antreiben. Wenn sich der Bildschirm 1 in diesem Fall beispielsweise in der ersten Richtung X1 bewegt, bewegt die Linsenantriebseinheit 84A die dritte Linse 83A so, dass sich die Fokusposition Pf1 in der ersten Richtung X1 bewegen kann.
Die Auslegung der Anzeigevorrichtung 10 gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform (einschließlich der Modifikationen) kann in geeigneter Weise mit der Auslegung der Anzeigevorrichtung 10 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform (einschließlich der Modifikationen) kombiniert werden.
(Vierte beispielhafte Ausführungsform)
Die Anzeigevorrichtung 10 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform unterscheidet sich im Hinblick auf eine Auslegung des Abtasters 32B in der Abstrahleinheit 3B von der Anzeigevorrichtung 10 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform, wie in 14 dargestellt. Nachfolgend sind Bestandteile, die mit denen der zweiten beispielhaften Ausführungsform identisch sind, durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet, und Erläuterungen von diesen sind ausgelassen.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform enthält das optische Abbildungssystem 323 eine Gruppe von Linsen 8B, die ein koaxiales optisches System bilden, das als eine telezentrische Linse dient, wie in 14 dargestellt. Wie in 14 veranschaulicht, enthält die Gruppe von Linsen 8B eine erste Linse 81B, die aus einer konvexen Meniskuslinse besteht, und eine zweite Linse 82B, die aus einer konvexen Meniskuslinse besteht. Eine optische Achse 803 (optische Achse der ersten Linse 81B und zweiten Linse 82B) des optischen Abbildungssystems 323 ist eine gerade Linie, die sich in einer Richtung einer Normalen der Anzeigeebene (Vorderfläche 11) erstreckt. Das heißt, die optische Achse 803 des optischen Abbildungssystems 323 ist im Wesentlichen orthogonal zur Vorderfläche 11 des Bildschirms 1.
Bei dem optischen Abbildungssystem 323, das wie oben beschrieben ausgelegt ist, wie in 14 dargestellt, wird ein geometrischer Ort der Fokusposition Pf1 in Bezug auf die Bezugsebene 503 geneigt gebildet, sodass er entlang der Vorderfläche 11 verläuft, wenn die Abstrahleinheit 3B die Anzeigeebene (Vorderfläche 11) vollständig abtastet. Das heißt, die Bildebene 504, die durch einen geometrischen Ort der Fokusposition Pf1 des optischen Abbildungssystems 323 gebildet wird, ist eine Ebene entlang der Vorderfläche 11 des Bildschirms 1.
Wie in 14 veranschaulicht, ist die Bildebene 504 im Winkel θ in Bezug auf die Bezugsebene 503 geneigt und ist eine Ebene, die parallel zur Anzeigeebene ist, d. h. zur Vorderfläche 11 des Bildschirms 1. Mit anderen Worten befindet sich ein geometrischer Ort der Fokusposition Pf1 in der zur Vorderfläche 11 parallelen Bildebene 504, wenn die Abstrahleinheit 3B die Anzeigeebene (Vorderfläche 11) vollständig abtastet.
Bei einer Auslegung, bei der die optische Achse 803 des optischen Abbildungssystems 323 im Wesentlichen orthogonal zur Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 ist, ist die optische Achse 803 des optischen Abbildungssystems 323 in Bezug auf die Bewegungsrichtung X geneigt (siehe 12). Wenn die Projektionseinheit 4 in der Bewegungsrichtung X mit dem Bildschirm 1 ausgerichtet ist (siehe 3), kann daher die Ausbreitungseffizienz des den Bildschirm 1 passierenden Lichts möglicherweise niedriger sein. Das heißt, der Großteil des den Bildschirm 1 entlang der optischen Achse 803 des optischen Abbildungssystems 323 passierenden Lichts fällt nicht auf die Projektionseinheit 4, was zu einer Reduzierung der auf die Projektionseinheit 4 fallenden Lichtmenge führt. Infolgedessen würde beispielsweise mit hoher Wahrscheinlichkeit eine unzureichende Intensität oder ungleichmäßige Intensität im virtuellen Bild 300 auftreten. In der Anzeigevorrichtung 10 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist der Bildschirm 1 mit einer unten beschriebenen Auslegung versehen, um eine Reduzierung der Ausbreitungseffizienz des den Bildschirm 1 passierenden Lichts in Bezug auf die Projektionseinheit 4 zu unterdrücken.
Das heißt, wie in 14 dargestellt, der Bildschirm 1 enthält in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform weiterhin eine Vielzahl von optischen Elementen 91, die ausgelegt sind, eine Richtung des auf die Anzeigeebene (Vorderfläche 11) fallenden Lichts oder des von der Anzeigeebene (Vorderfläche 11) emittierten Lichts zu ändern, damit das Licht auf die Projektionseinheit 4 (siehe 3) in der Bewegungsrichtung X fallen kann. Jedes der Vielzahl von optischen Elementen 91 ist beispielsweise ein Mikroprisma.
Genauer bestehen die Vielzahl von optischen Elementen 91 aus einer Folie einer Mikroprismenanordnung, in der eine Vielzahl von Mikroprismen, die jeweils eine dreieckige prismatische Form aufweisen, in der Längsrichtung der Vorderfläche 11 einstückig angeordnet sind. Mit der oben beschriebenen Vielzahl von optischen Elementen 91 (Mikroprismenanordnung), die auf der Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 angeordnet sind, wie beispielsweise in 14 dargestellt, fällt das Licht auf die Anzeigeebene (Vorderfläche 11) in der Bewegungsrichtung X. Daher fällt der Großteil des den Bildschirm 1 passierenden Lichts auf die Projektionseinheit 4 in der Bewegungsrichtung X. Da 14 die Vielzahl von optischen Elementen 91 nur schematisch darstellt, unterscheidet sich beispielsweise eine Größenbeziehung zwischen dem Bildschirm 1 und jedem der optischen Elemente 91 von einer tatsächlichen Größenbeziehung zwischen dem Bildschirm 1 und jedem der optischen Elemente 91 in der Anzeigevorrichtung 10.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform, wie in 15A dargestellt, enthält der Bildschirm 1 weiterhin eine Lentikularlinse 92A, die eine Vielzahl von Mikrolinsen 921A enthält. Die Lentikularlinse 92A besteht beispielsweise aus einer Folie einer Lentikularlinse, in der eine Vielzahl von zylindrischen Linsen in der Längsrichtung der Vorderfläche 11 einstückig angeordnet sind. Mit der auf der Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 angeordneten Lentikularlinse 92A, wie beispielsweise in 15A dargestellt, erhält die Vorderfläche 11 innerhalb einer zu der Querrichtung orthogonalen Ebene Lichtstreuungseigenschaften. Die Vielzahl von optischen Elementen 91A sind beispielsweise so angeordnet, dass sie sich mit der Lentikularlinse 92A überlappen.
Die Vielzahl von Mikrolinsen 92 1A sind in ersten Abständen P1 in der Längsrichtung angeordnet. Andererseits sind die Vielzahl von optischen Elementen 91A in zweiten Abständen P2 in der Längsrichtung angeordnet. Wenn N eine natürliche Zahl darstellt, kann jeder der zweiten Abstände P2 gleich N mal einen der ersten Abstände P1 oder 1/N mal einen der ersten Abstände P1 sein. Kurz gesagt ist jeder der zweiten Abstände P2 gleich N (natürliche Zahl) mal einen der ersten Abstände P1, oder jeder der ersten Abstände P1 ist gleich N (natürliche Zahl) mal einen der zweiten Abstände P2. Wie in 15A veranschaulicht, ist jeder der zweiten Abstände P2 gleich einem der ersten Abstände P1, das heißt, jeder der zweiten Abstände P2 wird durch Multiplizieren des ersten Abstands P1 mit eins erhalten.
Wie in 15B dargestellt, kann weiterhin eine Vielzahl von optischen Elementen 91B einstückig mit der Lentikularlinse 92B ausgebildet sein. Wie in 15B veranschaulicht, ist jede der Vielzahl von Mikrolinsen 921B einstückig auf einer steigenden Fläche eines jeweiligen optischen Elements 91B ausgebildet.
Wie oben beschrieben, ist in der Anzeigevorrichtung 10 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform die optische Achse 803 des optischen Abbildungssystems 323 eine gerade Linie, die sich in der Richtung der Normalen der Anzeigeebene (Vorderfläche 11) erstreckt. Bei der Anzeigevorrichtung 10 verläuft ein geometrischer Ort der Fokusposition Pf1 entlang der Vorderfläche 11, die als die Anzeigeebene dient, wenn die Abstrahleinheit 3 die Anzeigeebene (Vorderfläche 11) vollständig abtastet. Während ein geometrischer Ort der Fokusposition Pf1 des optischen Abbildungssystems 323 innerhalb eines Bereichs zwischen der Anzeigeebene des Bildschirms 1 an der ersten Position Po1 und der Anzeigeebene des Bildschirms 1 an der zweiten Position Po2 ist, kann der Bewegungsbereich des Bildschirms 1 daher weiter verschmälert werden. Daher können Größenschwankungen eines leuchtenden Punkts auf der Vorderfläche 11 des Bildschirms 1 bei der Bewegung des Bildschirms 1 weiter unterdrückt werden. Infolgedessen kann bei der Anzeigevorrichtung 10 die Auflösung des Bilds 700, das auf dem Bildschirm 1 durch Licht von der Abstrahleinheit 3 erzeugt wird, erhöht werden, wodurch die Auflösung des virtuellen Bilds 300 vorteilhafterweise erhöht wird.
Wie in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform dargestellt, kann der Bildschirm 1 bevorzugt weiterhin die Vielzahl von optischen Elementen 91 (91A und 91B) enthalten, die ausgelegt sind, eine Richtung des auf die Anzeigeebene (Vorderfläche 11) fallenden Lichts oder des von der Anzeigeebene (Vorderfläche 11) emittierten Lichts zu ändern, damit das Licht auf die Projektionseinheit 4 in der Bewegungsrichtung X fallen kann. Mit dieser Auslegung kann eine Reduzierung der Ausbreitungseffizienz des den Bildschirm 1 passierenden Lichts in Bezug auf die Projektionseinheit 4 unterdrückt werden. Daher kann das Auftreten einer unzureichenden Intensität oder ungleichmäßigen Intensität in dem virtuellen Bild 300 aufgrund einer Reduzierung der auf die Projektionseinheit 4 fallenden Lichtmenge unterdrückt werden. Die Auslegung ist jedoch keine wesentliche Auslegung für die Anzeigevorrichtung 10. Die Vielzahl von optischen Elementen 91 (91A und 91B) kann gegebenenfalls ausgelassen werden.
Wie in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform dargestellt, kann der Bildschirm 1 bevorzugt weiterhin eine Lentikularlinse 92A (oder 92B) enthalten, welche die Vielzahl von Mikrolinsen 921A (oder 921B) enthält. In diesem Fall sind die Vielzahl von Mikrolinsen 921A (oder 921B) in ersten Abständen P1 in der in Bezug auf die Bezugsebene 503 geneigten Längsrichtung auf der Anzeigeebene (Vorderfläche 11) angeordnet. Die Vielzahl von optischen Elementen 91 (91A und 91B) sind in zweiten Abständen P2 in der Längsrichtung angeordnet. Wenn N eine natürliche Zahl darstellt, kann jeder der zweiten Abstände P2 gleich N mal einen der ersten Abstände P1 oder 1/N mal einen der ersten Abstände P1 sein. Mit dieser Auslegung kann das Auftreten einer unzureichenden Intensität oder ungleichmäßigen Intensität in dem virtuellen Bild 300 aufgrund von Interferenzen zwischen der Vielzahl von optischen Elementen 91 (91A und 91B) und der Lentikularlinse 92A (oder 92B) unterdrückt werden. Die Auslegung ist jedoch keine wesentliche Auslegung für die Anzeigevorrichtung 10. Die Lentikularlinse 92A (oder 92B) kann gegebenenfalls ausgelassen werden.
Als eine Modifikation der vierten beispielhaften Ausführungsform kann sich der Abtaster 32C in der Abstrahleinheit 3C im Hinblick auf die Auslegung von dem Abtaster 32B gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform unterscheiden, wie in 16 dargestellt. In der vorliegenden Modifikation enthält das optische Abbildungssystem 323 eine Gruppe von Linsen 8C, die ein koaxiales optisches System bilden, das als eine telezentrische Linse dient, wie in 16 dargestellt. Wie in 16 veranschaulicht, enthält die Gruppe von Linsen 8C eine erste Linse 81C, die aus einer konvexen Meniskuslinse besteht, eine zweite Linse 82C, die aus einer konvexen Meniskuslinse besteht, und ein Prisma 83C. Das Prisma 83C ist ausgelegt, eine Richtung des von der zweiten Linse 82C einfallenden Lichts zu ändern, damit die Richtung mit der Richtung der Normalen der Anzeigeebene (Vorderfläche 11) ausgerichtet werden kann. Das heißt, die optische Achse 803 des optischen Abbildungssystems 323 (optische Achse des Prismas 83C) ist eine gerade Linie, die sich in der Richtung der Normalen der Anzeigeebene (Vorderfläche 11) erstreckt. Das heißt, die optische Achse 803 des optischen Abbildungssystems 323 ist im Wesentlichen orthogonal zur Vorderfläche 11 des Bildschirms 1.
Jeder der Abstände (zweiten Abstände P2) der Vielzahl von optischen Elementen 91 (91A und 91B) ist nicht auf das N-fache oder 1/N-fache von jedem der Abstände (ersten Abstände P1) der Vielzahl von Mikrolinsen 921A (oder 921B) beschränkt. Weiterhin ist die Auslegung der Vielzahl von optischen Elementen 91 (91A und 91B) nicht auf eine Auslegung mit Anordnung in gleichen Abständen in der Längsrichtung beschränkt, sondern kann eine Auslegung mit Anordnung in ungleichmäßigen Abständen in der Längsrichtung sein.
Die Auslegung der Anzeigevorrichtung 10 gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform (einschließlich der Modifikationen) kann in geeigneter Weise mit der Auslegung der Anzeigevorrichtung 10 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform (einschließlich der Modifikationen) kombiniert werden.
(Fünfte beispielhafte Ausführungsform)
Die Anzeigevorrichtung 10 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform unterscheidet sich von der Anzeigevorrichtung 10 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform im Hinblick auf den Steuerinhalt der Antriebseinheit 2 zum Bewegen des Bildschirms 1. Nachfolgend sind Bestandteile, die mit denen der ersten beispielhaften Ausführungsform identisch sind, durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet, und Erläuterungen von diesen sind ausgelassen.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform steuert die Steuerung 5 die Antriebseinheit 2 so, dass eine starke Beschleunigung und Verzögerung des Bildschirms 1 in der Bewegungsrichtung X reduziert wird. Genauer definiert die Steuerung 5 ein Steuermuster der Antriebseinheit 2 so, dass die von dem Bildschirm 1 erfahrene Beschleunigung soweit reduziert wird, dass sie kleiner oder gleich einem vorgegebenen Wert ist, wenn zwischen einem Zustand, in dem der Bildschirm 1 angehalten ist, und einem Zustand, in dem sich der Bildschirm 1 bewegt, umgeschaltet wird, und wenn die Richtung, in die sich der Bildschirm 1 bewegt, gewechselt wird.
17 ist ein Diagramm, das zeitliche Änderungen einer Position des Bildschirms 1 in der Bewegungsrichtung X und einen Antriebsstrom der Antriebseinheit 2 (äquivalent zur Leistungsaufnahme) während des Zeitraums T21 (siehe 10A) zum Zeichen des zweiten Bilds 702 und während der Zeiträume vor und nach dem Zeitraum T21 darstellt. In 17 ist eine horizontale Achse eine Zeitachse, ein oberer Teil gibt die Position des Bildschirms 1 an, und ein unterer Teil gibt den Antriebsstrom an.
In der Auslegung der ersten beispielhaften Ausführungsform startet der Bildschirm 1, der an der Bezugsposition Ps1 stillsteht, plötzlich die Bewegung mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit von einem Startpunkt des Zeitraums T21, und weiterhin wird eine Bewegungsrichtung des Bildschirms 1 an einem Endpunkt des Zeitraums T21 plötzlich gewechselt, wie durch „G2“ (gestrichelte Linie) in 17 dargestellt. Darüber hinaus wird der Bildschirm 1 plötzlich angehalten, wenn der Bildschirm 1 in die Bezugsposition Ps1 zurückkehrt. Daher werden in dem Antriebsstrom, der durch die Antriebseinheit 2 fließt, an dem Startpunkt und dem Endpunkt des Zeitraums T21 sowie zu dem Zeitpunkt, zu dem Bildschirm 1 angehalten wird, in manchen Fällen impulsartige Hochfrequenzkomponenten erzeugt, wie durch „I2“ (gestrichelte Linie) in 17 dargestellt.
Demgegenüber werden bei einer Auslegung der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform durch Nutzung der Zeiträume vor und nach dem Zeitraum T21 die starke Beschleunigung und Verzögerung des Bildschirms 1 reduziert, sodass sich die Bewegungsgeschwindigkeit des Bildschirms 1 kontinuierlich ändert, wie durch „G1“ (durchgezogene Linie) in 17 dargestellt. Mit anderen Worten steuert die Steuerung 5 die Antriebseinheit 2 mittels der Zeiträume vor und nach dem Zeitraum T21 so, dass der durch die Antriebseinheit 2 fließende Antriebsstrom eine gleichmäßige Wellenform aufweist, wie durch „Il“ (durchgezogene Linie) in 17 dargestellt. Dadurch kann die von dem Bildschirm 1 erfahrene Beschleunigung soweit reduziert werden, dass sie kleiner oder gleich einem vorgegebenen Wert ist, während die Bewegungsgeschwindigkeit des Bildschirms 1 während des Zeitraums T21 bei einer vorgegebenen Geschwindigkeit gehalten wird. Darüber hinaus kann auch dann, wenn der Bildschirm 1 zu der Bezugsposition Ps1 zurückkehrt, ein plötzliches Anhalten des Bildschirms 1 vermieden werden, in dem der Bildschirm 1 allmählich verzögert wird.
Wie oben beschrieben, kann die Anzeigevorrichtung 10 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform die von dem Bildschirm 1 erfahrene Beschleunigung soweit reduzieren, dass sie kleiner oder gleich einem vorgegebenen Wert ist, und infolgedessen kann die Erzeugung von impulsartigen Hochfrequenzkomponenten in dem Antriebsstrom der Antriebseinheit 2 reduziert werden. Daraus ergeben sich Vorteile insofern, als die Stoßwirkung auf den Bildschirm 1 und die Antriebseinheit 2 reduziert wird und die Erzeugung von Geräuschen aufgrund der Hochfrequenzkomponenten reduziert werden kann.
Der in der fünften beispielhaften Ausführungsform beschriebene Steuerinhalt der Antriebseinheit 2 stellt lediglich ein Beispiel dar. Beispielsweise kann die Steuerung 5 die Antriebseinheit 2 auch so steuern, dass sich die Position des Bildschirms 1 in der Bewegungsrichtung X im Zeitverlauf in einer Sinuswellenform ändert.
Die Auslegung der Anzeigevorrichtung 10 gemäß der fünften beispielhaften Ausführungsform (einschließlich der Modifikationen) kann in geeigneter Weise mit den Auslegungen der ersten beispielhaften Ausführungsform (einschließlich der Modifikationen), der zweiten beispielhaften Ausführungsform (einschließlich der Modifikationen), der dritten beispielhaften Ausführungsform (einschließlich der Modifikationen) und der vierten beispielhaften Ausführungsform (einschließlich der Modifikationen) kombiniert werden.
Die in jeder der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen dargestellten Zeichnungen sind lediglich Konzeptdiagramme der Anzeigevorrichtung 10 und können sich gegenenfalls im Hinblick auf die Formen, Größen und Positionsbeziehungen von der tatsächlichen Anzeigevorrichtung 10 unterscheiden.
Wie oben beschrieben, enthält die Anzeigevorrichtung gemäß einer beliebigen der beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung den Bildschirm, die Antriebseinheit, die Abstrahleinheit und die Projektionseinheit. Der Bildschirm weist die Anzeigeebene auf, die in Bezug auf die Bezugsebene geneigt ist. Die Antriebseinheit ist ausgelegt, den Bildschirm zwischen der ersten Position und der zweiten Position in der zur Bezugsebene orthogonalen Bewegungsrichtung zu bewegen. Die Abstrahleinheit enthält das optische Abbildungssystem und ist ausgelegt, das optische Abbildungssystem zum Bestrahlen des Bildschirms mit Licht zu veranlassen, um die Anzeigeebene des Bildschirms abzutasten, um auf der Anzeigeebene ein Bild zu erzeugen. Das Licht, das den Bildschirm passiert und von dem Bildschirm in der oben beschriebenen Bewegungsrichtung ausgegeben wird, fällt als einfallendes Licht auf die Projektionseinheit. Die Projektionseinheit ist ausgelegt, das einfallende Licht zu verwenden, um ein dem oben beschriebenen Bild entsprechendes virtuelles Bild in einem Zielraum zu erzeugen. Wenn die Abstrahleinheit die Anzeigeebene vollständig abtastet, befindet sich ein geometrischer Ort der Fokusposition des optischen Abbildungssystems innerhalb eines Bereichs zwischen der Anzeigeebene des Bildschirms an der ersten Position und der Anzeigeebene des Bildschirms an der zweiten Position.
Das optische Abbildungssystem kann ein exzentrisches optisches System enthalten. In diesem Fall ist das exzentrische optische System ausgelegt zu bewirken, dass ein geometrischer Ort einer Fokusposition geneigt in Bezug auf die Bezugsebene entlang der Anzeigeebene gebildet wird, wenn die Abstrahleinheit die Anzeigeebene vollständig abtastet.
Das optische Abbildungssystem kann eine Fokussierlinse und eine Linsenantriebseinheit enthalten. Die Fokussierlinse ist ausgelegt, die Fokusposition in der oben beschriebenen Bewegungsrichtung zu verschieben. Die Linsenantriebseinheit ist ausgelegt, die Fokussierlinse synchron zu der Abtastung durch die Abstrahleinheit anzutreiben, sodass der geometrische Ort der Fokusposition entlang der Anzeigeebene verlaufen kann, wenn die Abstrahleinheit die Anzeigeebene vollständig abtastet.
Die optische Achse des optischen Abbildungssystems kann eine gerade Linie sein, die sich in der Richtung der Normalen der Anzeigeebene erstreckt.
In der Auslegung kann der Bildschirm weiterhin eine Vielzahl von optischen Elementen enthalten, die ausgelegt sind, eine Richtung des auf die Anzeigeebene fallenden Lichts oder des von der Anzeigeebene emittierten Lichts zu ändern, sodass sich das auf die Projektionseinheit fallende Licht in der oben beschriebenen Bewegungsrichtung ausbreiten kann.
In einem Fall, in welchem der Bildschirm die Vielzahl von optischen Elementen enthält, kann der Bildschirm weiterhin eine Lentikularlinse enthalten, die eine Vielzahl von Mikrolinsen enthält. Die Vielzahl von Mikrolinsen sind auf der Anzeigeebene in ersten Abständen in der Längsrichtung, die in Bezug auf die Bezugsebene geneigt ist, angeordnet. Andererseits sind die Vielzahl von optischen Elementen in zweiten Abständen in der Längsrichtung angeordnet. Wenn N eine natürliche Zahl darstellt, kann jeder der zweiten Abstände gleich N mal einen der ersten Abstände oder 1/N mal einen der ersten Abstände sein.
In der oben beschriebenen Auslegung kann ein geometrischer Ort der Fokusposition auf einer zur Anzeigeebene parallelen Bildebene gebildet werden, wenn die Abstrahleinheit die Anzeigeebene vollständig abtastet.
In diesem Fall kann sich die Bildebene in einem gleichen Abstand zu der Anzeigeebene des Bildschirms an der ersten Position und der Anzeigeebene des Bildschirms an der zweiten Position befinden.
In der oben beschriebenen Auslegung kann weiterhin eine Steuerung vorgesehen sein, die ausgelegt ist, die Antriebseinheit und die Abstrahleinheit zu steuern. Die Steuerung ist ausgelegt, den Bildschirm in der oben beschriebenen Bewegungsrichtung zu halten, wenn ein erstes virtuelles Bild, das als das virtuelle Bild dient, auf einer ersten virtuellen Ebene erzeugt wird, deren Neigungswinkel in Bezug auf eine optische Achse der Projektionseinheit kleiner als ein vorgegebener Wert ist. Die Steuerung ist ausgelegt, den Bildschirm in der oben beschriebenen Bewegungsrichtung zu bewegen, wenn ein zweites virtuelles Bild, das als das virtuelle Bild dient, auf einer zweiten virtuellen Ebene erzeugt wird, deren Neigungswinkel in Bezug auf die optische Achse der Projektionseinheit größer als der oben beschriebene vorgegebene Wert ist.
Der sich bewegende Körper gemäß einer beliebigen der beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung enthält den Hauptkörper, die Antriebseinheit, die oben beschriebene Anzeigevorrichtung und das reflektierende Element. Die Antriebseinheit ist ausgelegt, den Hauptkörper zu bewegen. Der Hauptkörper trägt die Anzeigevorrichtung und das reflektierende Element. Das reflektierende Element ist ausgelegt, Licht von der Projektionseinheit der Anzeigevorrichtung zu reflektieren.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die Anzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung ist beispielsweise als eine Vorrichtung, die zum Bereitstellen von Informationen für einen Fahrer in einem sich bewegenden Körper ausgelegt ist, bei dem es sich typischerweise um ein Fahrzeug handelt, vorteilhaft.
Bezugszeichenliste

1:: Bildschirm
2:: Antriebseinheit
3, 3A, 3B, 3C:: Abstrahleinheit
4:: Projektionseinheit
5:: Steuerung
8:: exzentrisches optisches System
8A:: Gruppe von Fokussierlinsen
8B, 8C:: Gruppe von Linsen
10:: Anzeigevorrichtung
11:: Vorderfläche (Anzeigeebene)
12:: Rückfläche
31:: Lichtquelle
32, 32A, 32B, 32C:: Abtaster
41:: Vergrößerungslinse
42:: erster Spiegel
43:: zweiter Spiegel
81, 81A, 81B, 81C:: erste Linse
82, 82A, 82B, 82C:: zweite Linse
83, 83A:: dritte Linse
83C:: Prisma
84A:: Linsenantriebseinheit
91, 91A, 91B:: optisches Element
92A, 92B:: Lentikularlinse
921A, 921B:: Mikrolinse
100:: Fahrzeug (sich bewegender Körper)
101:: Windschutzscheibe (reflektierendes Element)
102:: Armaturenbrett
111:: erster Endteil
112:: zweiter Endteil
150:: Hauptkörper
152:: Antriebseinheit
154:: Antriebsquelle
156:: Antriebsrad
200:: Benutzer
300:: virtuelles Bild
301:: erstes virtuelles Bild
302:: zweites virtuelles Bild
321:: Spiegeleinheit
322:: Linse
323:: optisches Abbildungssystem
400:: Zielraum
500:: optische Achse
501:: erste virtuelle Ebene
502:: zweite virtuelle Ebene
503:: Bezugsebene
504:: Bildebene
600:: Straßenoberfläche
700:: Bild
701:: erstes Bild
702:: zweites Bild
801, 802, 803:: optische Achse
P1:: erster Abstand
P2:: zweiter Abstand
Pf1:: Fokusposition
Po1:: erste Position
Po2:: zweite Position

Claims

Anzeigevorrichtung (10), umfassend: einen Bildschirm (1) mit einer Anzeigeebene (11), die in Bezug auf eine Bezugsebene (503) geneigt ist; einen Antrieb (2), der ausgelegt ist, den Bildschirm (1) zwischen einer ersten Position (Po1) und einer zweiten Position (Po2) in einer zu der Bezugsebene (503) orthogonalen Bewegungsrichtung (X) zu bewegen; eine Bestrahlungsvorrichtung (3, 3A, 3B, 3C), die ein optisches Abbildungssystem (323) enthält, wobei die Bestrahlungsvorrichtung (3, 3A, 3B, 3C) ausgelegt ist, das optische Abbildungssystem (323) zu veranlassen, den Bildschirm (1) mit Licht zu bestrahlen, um die Anzeigeebene (11) des Bildschirms (1) abzutasten, um auf der Anzeigeebene (11) ein Bild (700) zu erzeugen; und einen Projektor (4), der ausgelegt ist, den Bildschirm (1) passierendes und von dem Bildschirm (1) in der Bewegungsrichtung (X) ausgegebenes Licht als einfallendes Licht zu empfangen, wobei der Projektor (4) ausgelegt ist, ein reflektierendes Element (101) mit dem einfallenden Licht zu bestrahlen, um es dem reflektierenden Element (101) zu erlauben, das einfallende Licht zu reflektieren, und wobei der Projektor (4) ausgelegt ist, ein dem Bild entsprechendes virtuelles Bild (300) in einem Zielraum zu erzeugen, wobei sich ein geometrischer Ort einer Fokusposition (Pf1) des optischen Abbildungssystems (323) innerhalb eines Bereichs zwischen der Anzeigeebene (11) des Bildschirms an der ersten Position (Po1) und der Anzeigeebene (11) des Bildschirms an der zweiten Position (Po2) befindet, wenn die Bestrahlungsvorrichtung (3, 3A, 3B, 3C) die Anzeigeebene (11) vollständig abtastet.
Anzeigevorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei das optische Abbildungssystem (323) ein exzentrisches optisches System (8) enthält, und das exzentrische optische System (8) ausgelegt ist zu bewirken, dass der geometrische Ort der Fokusposition (Pf1) in Bezug auf die Bezugsebene (503) geneigt ist, sodass der geometrische Ort entlang der Anzeigeebene (11) verlaufen kann, wenn die Bestrahlungsvorrichtung (3, 3A, 3B, 3C) die Anzeigeebene (11) vollständig abtastet.
Anzeigevorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei das optische Abbildungssystem (323) enthält eine Fokussierlinse (8A), die ausgelegt ist, die Fokusposition (Pf1) in der Bewegungsrichtung (X) zu verschieben, und einen Linsenantrieb (84A), der ausgelegt ist, die Fokussierlinse (8A) synchron zu der Abtastung durch die Bestrahlungsvorrichtung (3, 3A, 3B, 3C) anzutreiben, sodass der geometrische Ort der Fokusposition (Pf1) entlang der Anzeigeebene (11) verlaufen kann, wenn die Bestrahlungsvorrichtung (3, 3A, 3B, 3C) die Anzeigeebene (11) vollständig abtastet.
Anzeigevorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei eine optische Achse (803) des optischen Abbildungssystems (323) eine gerade Linie ist, die sich in einer Richtung einer Normalen der Anzeigeebene (11) erstreckt.
Anzeigevorrichtung (10) nach Anspruch 4, wobei der Bildschirm (1) weiterhin eine Vielzahl von optischen Elementen (91, 91A, 91B) enthält, die ausgelegt sind, eine Richtung des auf die Anzeigeebene (11) fallenden Lichts oder des von der Anzeigeebene (11) emittierten Lichts zu ändern, sodass sich das auf den Projektor (4) fallende Licht in der Bewegungsrichtung (X) erstrecken kann.
Anzeigevorrichtung (10) nach Anspruch 5, wobei der Bildschirm (1) weiterhin eine Lentikularlinse (92A, 92B) enthält, die eine Vielzahl von Mikrolinsen (921A, 921B) enthält, die Vielzahl von Mikrolinsen (921A, 921B) auf der Anzeigeebene (11) in ersten Abständen (P1) in einer in Bezug auf die Bezugsebene (503) geneigten Längsrichtung angeordnet sind, die Vielzahl von optischen Elementen (91, 91A, 91B) in zweiten Abständen (P2) in der Längsrichtung angeordnet sind, jeder der zweiten Abstände (P2) gleich N mal einem der ersten Abstände oder 1/N mal einem der ersten Abstände (P1) ist, und N für eine natürliche Zahl steht.
Anzeigevorrichtung (10) nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 6, wobei sich der geometrische Ort der Fokusposition (Pf1) auf einer zur Anzeigeebene (11) parallelen Bildebene (504) befindet, wenn die Bestrahlungsvorrichtung (3, 3A, 3B, 3C) die Anzeigeebene (11) vollständig abtastet.
Anzeigevorrichtung (10) nach Anspruch 7, wobei sich die Bildebene (504) in einem gleichen Abstand zu der Anzeigeebene (11) des Bildschirms an der ersten Position (Po1) und der Anzeigeebene (11) des Bildschirms (1) an der zweiten Position (Po2) befindet.
Anzeigevorrichtung (10) nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 8, weiter umfassend eine Steuerung (5), die ausgelegt ist, den Antrieb (2) und die Bestrahlungsvorrichtung (3, 3A, 3B, 3C) zu steuern, wobei die Steuerung (5) ausgelegt ist, den Bildschirm (1) in der Bewegungsrichtung (X) zu halten, wenn ein erstes virtuelles Bild (301), das als das virtuelle Bild (300) dient, auf einer ersten virtuellen Ebene (501) erzeugt wird, deren Neigungswinkel in Bezug auf eine optische Achse (500) des Projektors (4) kleiner als ein vorgegebener Wert ist, und den Bildschirm (1) in der Bewegungsrichtung (X) zu bewegen, wenn ein zweites virtuelles Bild (302), das als das virtuelle Bild (300) dient, auf einer zweiten virtuellen Ebene (502) erzeugt wird, deren Neigungswinkel in Bezug auf die optische Achse (500) des Projektors (4) größer als der vorgegebene Wert ist.
Sich bewegender Körper (100), umfassend: einen Hauptkörper (150); einen Antrieb (152), der ausgelegt ist, den Hauptkörper (150) zu bewegen; die Anzeigevorrichtung (10) nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Anzeigevorrichtung (10) auf dem Hauptkörper (150) montiert ist; und das reflektierende Element (101), das ausgelegt ist, Licht von dem Projektor (4) der Anzeigevorrichtung (10) zu reflektieren, wobei das reflektierende Element (101) am Hauptkörper (150) befestigt ist.