JP2005500567A - Projection configuration - Google Patents
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Abstract
【課題】投影配置構成において、質的に高い像表示を実現する。
【解決手段】投影装置(1)と投影面(2)とを有する投影配置構成において、投影面(2)上に像を形成するために投影装置(1)が、形成すべき像の各々の画素に対する光線束(5)で投影面(2)を照明し、さらに投影面(2)が当該投影面(2)を通過する光線を拡散させるための光線拡散装置(12)を備えているものにおいて、投影面(2)が鏡(11)を包含していて、投影面に入射する光線束(5)の方向で見て鏡(11)の前方に光線拡散装置(12)が設けられており、鏡(11)が、投影装置(1)から来て光線拡散装置(12)を通過して鏡(11)に当たる各々の光線束を反射して、光線拡散装置(12)を通過する少なくとも1つの出射光線束が主光線(25)で形成されるようにし、しかも第1の方向で隣接している投影面(2)の場所から出発する出射光線束(6)の主光線(25)が、1つの平面内にある仮想の観察視野(9)に収斂し、さらに光線拡散装置(12)によって引き起こされる各々の出射光線束(6)の拡散は、出射光線束がその都度拡散し、しかも所定の平面内で観察視野(9)の範囲のみ照明するようにした。A high quality image display is realized in a projection arrangement configuration.
In a projection arrangement having a projection device (1) and a projection surface (2), the projection device (1) forms each image to be formed in order to form an image on the projection surface (2). Illuminating the projection surface (2) with a light bundle (5) for the pixels, and further comprising a light diffusing device (12) for diffusing light rays that pass through the projection surface (2). , The projection surface (2) includes the mirror (11), and a light diffusing device (12) is provided in front of the mirror (11) when viewed in the direction of the light beam (5) incident on the projection surface. And at least the mirror (11) passes from the projection device (1), passes through the light diffusing device (12), reflects each light bundle impinging on the mirror (11), and passes through the light diffusing device (12). One outgoing ray bundle is formed by the chief ray (25) and is adjacent in the first direction The principal ray (25) of the outgoing ray bundle (6) starting from the location of the projection plane (2) is converged in a virtual observation field (9) in one plane, and further the light diffusing device (12) The diffusion of each outgoing beam bundle (6) caused by the above is such that the outgoing beam bundle is diffused each time and only the range of the observation visual field (9) is illuminated within a predetermined plane.
Description
【技術分野】
【0001】
本発明は、投影装置と投影面とを有する投影配置構成であって、投影面上に像を形成するために、投影装置が形成すべき像の各々の画素に対する光線束で投影面を照明し、さらに投影面が当該投影面を通過する光線を拡散させるための光線拡散装置を有しているものに関する。
【背景技術】
【0002】
ドイツ特許第19540108C2号により公知の同種の投影配置構成は、自動車の計器盤内に配置されていて、投影面の後方に写像光学系を有しており、その対象側の焦点は投影装置と光線拡散装置との間に位置している。そうすることによって、投影面上の像はフロントガラスに反射して拡大されて、観察者によって虚像として知覚され得る。
【0003】
しかし、このようにフロントガラスに虚像を拡大して写し出すことは、写像光学系が必要なために、計器盤内に大きなスペースを要する。だが、このようなスペースは自動車ではほとんど確保できない。なぜならば、計器盤内には計器や操作要素のための電気配線や、換気扇用のダクトなどが密集しているからである。写像光学系を計器盤の下方の領域に配置しようとすれば、自動車の設計を大幅に変更することが必要となるであろう。さらに、光が妨げられずに進出するためには計器盤内に非常に大きい開口部が必要となるが、これはデザイン上の理由から受け入れられない。
【0004】
さらに、ドイツ特許出願公開第19730563A1号により自動車のためのホログラフィック投影面が知られている。像情報の放射は、ホログラムを形成する際にあらかじめ設定された調節可能な角度範囲で観察者に向かって行われ、ホログラフィック投影面は周囲光を吸収して、像表示に必要な光のみを観察者に向けて偏向することになっている。しかしこのような投影面の短所は、この種類の投影面の性質が入射光線束の波長と有効光の光線束の入射方向に依存して、ほとんど制御できない点である。さらに、像表示の品質も、投影面それ自体の状態も、観察方向に非常に強く依存している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の課題は、冒頭で述べた種類の投影配置構成を改良して、質的に高い像表示を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
この課題を解決するために、冒頭に記載した種類の投影配置構成において、投影面が鏡を包含していて、投影面に入射する光線束の方向で見て鏡の前方に光線拡散装置が設けられており、鏡が、投影装置から来て光線拡散装置を通過して鏡に当たる各々の光線束を反射して、光線拡散装置を通過する少なくとも1つの出射光線束が主光線で形成されるようにし、しかも第1の方向で隣接している投影面の場所(もしくは投影面上の個所)から出発する出射光線束の主光線が、1つの平面内にある仮想の観察視野に収斂し、さらに光線拡散装置によって引き起こされた各々の出射光線束の拡散は、出射光線束がその都度拡散して、平面内で観察視野以上は照明しないようにされている。鏡で反射し、また光線拡散装置によって出射光線束を拡散させることにより、有利にもほぼ全光エネルギーが観察視野に到達することができるので、像の明るさは著しく高くなる。本発明による投影配置構成を自動車などの交通手段に組み込むと、最大1:500のコントラスト比を達成できる。
【0007】
さらに、投影配置構成の構造は投影面に基づき比較的単純であり、それによって投影配置構成は特に廉価に実現できる。
投影面の指向特性と、それに基づく像の高い明るさにより、投影配置構成の電力消費も極めて低く、たとえば50ワット未満であり得る。
【0008】
本発明による投影配置構成の有利な構成において、投影面が湾曲している。この湾曲は種々の方向で異なっていてよく、特に投影面が、たとえば波打っているように湾曲を選択することもできる。しかし投影面に存在する湾曲にかかわりなく常に指向特性が与えられているので、投影面の幾何学的形状はその光学的性質とは関係なく選択できることが有利である。このことを利用して、たとえば本発明による投影配置構成を自動車内で使用する場合に、投影面を計器盤の(湾曲した)形状に適合して計器盤上に設けるか、又は計器盤と一体化することができる。そうすることによって、特に自動車製造において高いデザインに対する要求が満たされる。
【0009】
本発明による投影配置構成の好適な構成において、光線拡散装置が散乱層を包含しており、散乱層は特にフォイルとして形成されてよい。この散乱層により、出射光線束を極めて単純なやり方で所望通りに拡散させることができる。このような散乱層は、鏡との隙間を小さくして、又は直接鏡の上に設けることができ、それによって最適な像品質が達成される。散乱層は、好ましくは投影面と同じ湾曲を有することができ、したがって極めてコンパクトに形成できる。
【0010】
さらに、本発明による投影配置構成において、出射光線束の強度分布を光線拡散装置によって規定して、各々の光線束において主光線の強度が最大であり、残りの光線に対しては主光線に対する角度が増すに連れて減少するようにできる。このような強度分布によって、像の良好な品質が達成される。
【0011】
特に光線拡散装置は、さらに投影装置から来る光線束の方向や出射光の方向とは異なる方向から来る入射光を遮断する遮光板を包含してよい。このような遮光板により、入射光線束が妨げられずに鏡に当たり、出射光線束が観察者によって知覚される一方で、好ましくない周囲光が遮断され、したがって像表示の品質が低下しないことが保証される。さらにこの投影配置構成を自動車に使用する場合は遮光板によって、自動車の外部の投影面が明るく発光する面として知覚されないことが確保される。さらに遮光板は計器盤と同じ色で着色でき、そうすることによって投影面を視覚的に完全に計器盤と一体化することができる。
【0012】
特にこのような遮光板は、投影面に入射する光線束の方向で見て散乱層の前方に位置することができる。このような配置構成では、遮光板の作用は非常に効果的である。遮光板はさらに互いに離間して平行に延びている複数の薄板を包含し、これらの薄板に当たる光を遮蔽するようになっている。遮光板はさらに互いに離間して平行に延びている複数の第2の薄板を有することができ、これらの薄板は当該薄板に当たる光を遮蔽し、かつ第1の薄板に対して横断方向に配置されている。薄板を有するこのような遮光板は、たとえば米国特許第6269911B1号明細書に記載されており、フォイルとして市販されているので、本発明による投影配置構成は簡単に実現できる。
【0013】
さらに本発明による投影配置構成では、鏡が湾曲して連続している反射層を包含してよい。これはたとえば、支持体の鏡面加工した表面によって実現でき、この表面は連続的に延びる自由成形面として形成されている。この場合、自由成形面の湾曲は、入射光線束の鏡面反射において対応する画素に対して主光線の収斂がなされるように選択されている。
【0014】
択一的に、本発明による投影配置構成において鏡が複数の平滑な鏡面を有する多面鏡として形成されていることも可能である。この場合、各々の鏡面上に散乱層の一部を被覆として直接設けることができる。このような多面鏡では、投影面の所望の湾曲とかかわりなく鏡面の傾きを規定することが可能である。
【0015】
特に鏡面は、少なくとも2つの鏡面の面法線が互いに平行ではないように配置できる。好ましくは反射によって主光線の収斂が引き起こされるような配置が選択される。これにより、投影面の指向特性は投影面の所望の湾曲にかかわりなく調節でき、投影面を容易に所定の基本条件に適合させることができる。
【0016】
本発明による投影配置構成の特に好ましい構成例において、各々の鏡面の面積が、投影面上に形成すべき像の画素の大きさよりも小さい。この場合、鏡要素の数が画素数の2倍であると、像品質は著しく改善される。この構成例では、入射光線束が複数の鏡面に反射することにより、1つの入射光線束から、複数の平行でない出射光線束が形成され得る。
【0017】
本発明による投影配置構成の有利な構成例において、鏡は反射鏡である。この場合は、汚れ、及び汚れに起因する像表示の劣化は効果的に防げる。
さらに、本発明による投影配置構成において鏡は透明プレートを包含でき、当該プレートの少なくとも片側が構造化されていて、プレートを通過する光線束の方向が変化するようにした。そうすることによって鏡を特に簡単に実現することができる。またプレートも、当該プレートに起因する方向変化に基づき、主光線の収斂が引き起こされる。
【0018】
好ましくはプレートの、光線拡散装置とは反対側が構造化され、鏡面加工されていて、鏡は唯一の要素によってコンパクトな形で実現できる。これにより、鏡の、ひいては本発明による投影配置構成の製作コストを低減することも可能である。
【0019】
本発明による投影配置構成においては、第2の方向で隣接している投影面の場所から出発する出射光線束の主光線が、鏡における反射に基づいて観察視野に収斂し、しかも第2の方向は第1の方向とは異なっている。特に両方向は90°の角度を包囲できる。とりわけ、出射光線束のすべての主光線が観察視野に収斂できる。この構成例により、像の明るさを高めることができることが有利である。
【0020】
特に本発明による投影配置構成において、投影装置が強度調整された光線束を形成し、投影面によって偏向させて像を形成することができる。光線束のこの偏向は、走査パターン状(偏向は全像範囲にわたって線状に行われ、光線束は暗い画素では暗く走査される)か、又はベクトル状(偏向は主として明るい画素に沿ってのみ行われる)に行なわれる。それによって、投影面上に実像を形成することが簡単に可能になる。
【0021】
光線束はほぼ共線的であり、エミッタンスは0.2mm mrad未満(たとえば0.1mm mrad)であり得ることが好都合である。このような光線束はレーザーによって特に簡単かつ効率的に形成でき、単色であるか、又はカラー像については多色とすることもできる。
【0022】
このような記述型投影装置を使用することと並んで、写像型投影装置を設けることも可能である。写像型投影装置においては、たとえば振動鏡マトリクス又はLCDモジュールによって所望の像を形成でき、投影光学系によって投影面上に投影できる。
【0023】
本発明による投影配置構成は、所定の表面形状を有する面から像が特定の放射特性をもって放射される場合に使用すると有利である。なぜならば、本発明による投影配置構成の投影面は所定の表面形状に応じて形成できるからである。
【0024】
本発明による投影配置構成を自動車内で使用すると特に有利であり、投影面は好ましくは計器盤上に形成されるか、又はその構成部部分として形成されている。
本発明による投影配置構成は、投影面上の実像が観察者にとって直接把握できるように構成できる。この場合、質的に非常に高い実像の表示が達成される。
【0025】
択一的に、本発明による投影配置構成は、投影面の後方に配置された(好ましくはほぼ平滑な)反射面を有することができ、この反射面に出射光線束が反射して、投影面上に形成された像が虚像として把握され得る。それゆえ有利には観察者から直接見られないように投影面を配置することができ、そうすることによって投影面の配置構成の可能性が高められている。
【0026】
本発明による投影配置構成を自動車に使用すると、反射面はフロントガラス(あるいはまた自動車内でフロントガラスのすぐ前方に配置した、好ましくは平滑なガラス板)によって特に簡単に実現できる。像は投影面上に所望の大きさで形成できるので、投影面と反射面との間に写像光学系が必要ないことが有利である。
【0027】
この場合に特に有利なのは、この虚像が観察者によってフロントガラス前方(すなわち自動車外部)の光景像の中で把握され得ることであり、観察者もしくは運転者は虚像を観察する際に眼をほんのわずかだけ適合させればよい。
【0028】
フロントガラスが湾曲していると、場合によって像の寸法がわずかに変化する。この場合、傾斜投影で知られている像のジオメトリ修正を行うことができる。これはたとえばDE19737374C2に記載されている。
【0029】
本発明による投影配置構成では、出射光線束の拡散が好ましくは等方性に行なわれるので、光線拡散装置を特に単純に構成できる。本発明による投影配置構成を自動車に使用すると、自動車内で典型的なスペース状況において、出射光線束の発散角は2ないし10°であることができ、特に発散角は5°であると非常に有利であることが分かった。たとえば観察視野が種々の幅と高さを有する場合に、出射光線束の拡散を異方性に引き起こすことも可能である。
【0030】
さらに、鏡面反射が行なわれる鏡の反射層は、反射時に同時に光線拡散装置の機能も引き起こされるように構造化することができる。そのような鏡は、たとえば所望の表面構造をプレートの表面に模造した後で、構造化された表面を鏡面加工することによって製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0031】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1には、本発明による投影配置構成の実施形態の側面図が示されている。この投影配置構成は、自動車に組み込まれていて、投影装置1と投影面2を包含している。投影装置1は自動車内の天井区域でフロントガラス3の近傍に配置されており、投影面2は計器盤4上に設けられている。この場合、投影面2の形状は通常種々の方向で湾曲の異なる計器盤4の形状に適合している。もちろん、投影面2を同時に計器盤4の一体的な部分として構成することも可能であり、それは典型的には幅35cm、高さ10cmの大きさを有することができる。
【0032】
投影装置1は、ほぼ平行な強度調整された光線束5を形成する。光線束5は、図1に略示するように投影面2によって偏向されて、その上に実像を生じさせる。投影面2は、投影装置1から来る光を出射光線束6として、所定の空間領域7においてのみ運転者8に向かって放射する。その結果、運転者が自動車の運転席に座ると、投影面2上に実像を把握することができる。
【0033】
この投影面2の所定の放射性質に基づき、投影面2上の像は投影面からのあらゆる間隔において、1つの平面内に位置する観察視野の内部でのみ見ることができる。図1では、観察視野9は直接運転者の眼10の範囲に記入されている。
【0034】
観察視野9の大きさは投影面2の放射特性によって規定され、またこの放射特性は以下に詳述する方策によって調整されて、種々異なる体格の運転者8が投影面の像を見ることができるようになっている。さらに、頭の通常の運動範囲(したがってまた眼の運動範囲)が考慮され、ここでは四角形の観察視野9が投影面2から約800mm離れた位置で約30×30cmの延長を有している。
【0035】
投影面2の所望の放射特性を形成するために、投影面2は、図2に示す投影面2の部分の分解図に見られるように多面鏡11を有しており、その上に散乱層13とブラインド型遮光板14とからなる光線拡散装置12が載せられている。
【0036】
投影面2の多面鏡11は、投影装置1の入射光線束5を局所的に個別に反射させる働きをし、反射した光線束6を所望通り拡散させるために散乱層13が設けられている。ブラインド型遮光板14は、必要ならば、散乱層13によって引き起こされる光線拡散を制限するために使用できる。さらに、ブラインド型遮光板14は、好ましくない周囲光が多面鏡11に当たって像表示を劣化させ、また実像が第三者によって見られることを防ぐ。多面鏡11、散乱層13及びブラインド型遮光板14は、それらの光学的役割に関して最適化されている。
【0037】
たとえば多面鏡11はPMMAプレート15(PMMA:ポリメタクリル酸メチル)を包含しており、その散乱層13に向けられた表面は構造化及び鏡面加工されている。構造化は、多数のマイクロプリズム16が形成され、しかも各々のプリズム面が平滑な鏡面17として利用されるように実施する。マイクロプリズム16を適切に形成することにより、鏡面17の傾きを完全に互いに独立に、また投影面2の幾何学的(肉眼的)形状にかかわりなく広い限界内で調整することも可能である。この調整は、投影面2の公知の形状もしくは所定の形状では、以下に詳述するように、鏡面17で反射した光線束が空間領域7でのみ反射するように行なわれる。
【0038】
散乱層13はフォイルとして形成されている。フォイルは多面鏡11の上に直接載っており、図2に記入された散乱ローブ18で略示するように、散乱層13を通過する光線束の発散角(光線束の開放角の半分)を拡大させる。ここでは散乱層13によって引き起こされた拡散は、出射光線束6の発散角が2ないし10°の範囲にあるように選択されている。散乱層13には、たとえばPOC Physical Optics Corporation Torrance社(カナダ、トランス)のホログラフィック拡散体を使用できる。これはここで使用する波長に対して透過がほぼ依存しないという利点を有している。
【0039】
散乱層13上にはブラインド型遮光板14が設けられている。これはフォイルとして形成されていて、互いに離間して平行に延びている多数の薄板19を有しており、薄板19は当該薄板に当たった光を吸収する。薄板19の間隔、それらのフォイル内の傾き、及び高さにより、入射光と出射光の角度範囲は薄板19に対して横断方向に制限できる。この場合、ブラインド型遮光板14は、入射光線束5と出射光線束6とがブラインド型遮光板を妨げられずに通過できるように構成されている。ブラインド型遮光板14は特に、不都合にも投影面2に当たる外部光(たとえば太陽光や室内照明)が運転者8によって投影面2上に知覚されるのを妨げる。さらに、ブラインド型遮光板14は計器盤4と同じ色で着色して、投影面2の外観を計器盤に適合させることができる。さらに、ブラインド型遮光板14によって、投影面2が自動車の外部に発光面として現われるのを防ぐ。所望の性質(たとえば薄板の傾き)を有するそのようなブラインド型フォイル14は、たとえば3M社から購入できる。
【0040】
図3の側面図で最もよく見ることができるように、投影装置1はそれぞれ強度調整された共線的(もしくはほぼ共線的)な光線束を、それぞれいずれかの原色、すなわち赤、緑及び青で放射3つのレーザー光源20、21、22と、光線集合装置23とを包含している。光線集合装置23は、レーザー光源20、21、22の3つの光線束を1つの共通の赤・緑・青光線束に重ね合わせる。次いでこの光線束は投影装置1の2軸式に作動する偏向装置24により、行方向(フロントガラス3と平行)及びこれに対して垂直な列方向で投影面2にわたって走査される。列方向における偏向角はψであり、運転者8の視線で見た図4に記入されているように、行方向における偏向角はφである。さらに、投影面2上の種々の画素P1、P2、P3、P4、P5及びP6に対する光線経路が示されている(列方向におけるP1−P3及び行方向におけるP4−P6は隣り合っている)。像の大きさは、角ψとφの大きさ及び偏向装置24と投影面2との間隔によって決まる。図示の例ではこの間隔は約700mm、ψ=4°及びφ=28°であり、像の大きさは約10×35cmとなる。角ψ及びφが偏向装置24によって固定した値として設定されていて、投影面2上で所望する像の大きさが得られない場合(たとえば組み付け条件により投影間隔が決められている場合)、偏向装置の後方の光線経路に公知の変換光学系を配置して、偏向角及び像の大きさを所望通りに適合させることができる。
【0041】
図3に見られるように、ほぼ共線的な光線束5は、エミッタンスが0.2mm mrad未満(たとえば0.1mm mrad)であり、画素P1ないしP6を形成するために投影面2に向けられ、投影面2からそれぞれ主光線25を有する発散光線束6として放射される(主光線25とは、光線拡散のない鏡面反射に基づいて、つまり反射の法則(入射角と出射角は等しい)に従って生み出される光線である)。この場合、すべての主光線25は観察視野9における眼点26に、もしくは眼点26を包含する空間領域に収斂する。これは、画素P1からP6の各々に対応する鏡面17が傾いていて、入射光線束5の鏡面反射時に主光線25が眼点26に向かって偏向されることによって達成される。
【0042】
したがって鏡面17の傾きは、投影面2内の局所的な位置、眼点26からの距離、及び反射の法則に従って投影面2に当たる光線束5の入射角に応じて調整される。この反射を明瞭に示すために、図3では画素P2について光学垂線27が記入され、図4には画素P5について光学垂線27′が記入されている。
【0043】
さらに、図3及び図4に示すように、投影面2に画素P2に対する肉眼的な面法線28と、P5に対する肉眼的な面法線28′を割り当てると、行方向でも列方向でも光学垂線27、27′と面法線28、28′は傾きが異なっている。図3及び図4には、これらの線によって囲まれる角γ及びδが記入されている。ここから、投影面2の(肉眼的な)表面形状は反射光線束6の所望された方向とはかかわりなく選択できることが明らかである。それゆえ、投影面2の所望された光学的性質は、投影面2の形状(もしくは湾曲)にほぼ関係なく形成することが可能である。
【0044】
さらに、鏡面17に反射した光線束は散乱層13によって拡散されて、列方向における出射光線束6の発散角Θ及び行方向における発散角τはそれぞれ所定の値を取るようになっている。これらの値は観察視野9と投影面2との間隔から生じ、発散光線束6がそれぞれ観察視野9を照らすように選択される。
【0045】
ここで説明する例では運転者8、したがってまた観察視野9と投影面2との間隔は約800mmであり、観察視野は20×20cmの広がりを有するので、出射光線束6の発散角Θ及びτは好ましくはそれぞれ5°に調整される。それによって散乱層13による拡散は等方性に行なわれ、発散角Θ及びτは等しい。
【0046】
もちろん発散角Θ及びτが異なる値を有することも可能である。この場合、観察視野の広がりも行方向と列方向では異なる。
さらに、図3及び図4でも、図示された出射光線束6に対する散乱ローブ18が記入されている。これらの散乱ローブ18から、像の明るさは観察視野9の中心が最高であり、周縁に向かうに連れて減少することが分かる。この場合、減少は中心を起点にして最初は比較的少なく、周縁領域で非常に強く減少する。そうすることによって全観察視野にわたって像の明るさを比較的一様に分布させることが可能となる。
【0047】
投影面2の指向的な放射特性により、有利には投影に使用されるほぼすべての光エネルギーが観察視野9で、したがって眼10の運動範囲で写像されることも達成される。そうすることによって投影された像の十分な明るさを引き起こすことができ、昼間でも像は運転者8に良く見えるようになる。
【0048】
図5に、投影面2の部分を拡大して断面図で示す。図5に見られるように、投影面2は各々の入射光線束5から、主光線25を有する出射光線束6を生み出す。主光線25の方向は、鏡面加工されたマイクロプリズム面17でも鏡面反射に基づいて決まる。出射光線束6の発散角Θ及びτは散乱層13によって調整される。図5に示した例では、さらにブランド型遮光板14も発散角の制限に寄与する。なぜならば、ブラインド型遮光板14が発散角を大きくする原因となる散乱光線を吸収するからである。したがってブラインド型遮光板4により、散乱層13によって形成された出射光線束6の発散角をさらに計画的に小さくできる。
【0049】
図6に、多面鏡11の別の実現可能性を分解図で示す。多面鏡11は第1のPMMAプレート29と第2のPMMAプレート30を包含している。第1のプレート29の表面上には、互いに平行に延びる溝31が形成されている。これらの溝31は(拡大した部分図に示すように)V字形断面を有している。この表面は鏡面加工されていて、平滑な鏡面17は40°の入射角が付けられている。第2のPMMAプレート30は第1のプレート29に向けられた平坦な側30′、及びこれと反対側の第2の側32を有している。第2の側32は、互いに平行に延びる多数のV字形断面の溝33を包含している。この場合、V字形断面の一方の側は平坦な側30′に対してほぼ垂直であり、光学的作用面34として働くV字形断面の他方の側が平坦な側30′と共に第1の側よりも小さい角度を包囲する。さらに、溝33の作用面34の傾き角は第2のプレート30の中央Mから、溝の方向に対して直交方向で両外側に向かって大きくなっている。円柱レンズに等しい作用をする第2のPMMAプレート30は、第1のPMMAプレート29の上に載せて溝33が溝31と直角に交わるようにする。そうすることによって出射光線束6の偏向は、一方では第2のプレート30における屈折により、他方では第1のプレート29における反射により形成される。
【0050】
図6に示す多面鏡により、主光線25の収斂は、溝31の溝方向で隣接している投影面の場所から出発する出射光線束6に対してのみ引き起こされ、溝方向に対して直交方向で隣接している場所から出発する光線束6の主光線は平行に、又は広がって進むことができる。この場合、この方向における出射光線束の拡散は、出射光線束が眼10の範囲でなおも重なり合うように選択される。
【0051】
図7に示す多面鏡11の別の可能な構成では、PMMAプレート35の下側に、V字形断面の溝36を有する溝構造が形成されていて、この溝構造が鏡面加工されている。プレート35の上側にはPMMAプレート30に対応する溝構造が設けられているので、多面鏡11は裏面鏡として形成されている。
【0052】
本発明による投影配置構成の別の実施形態を図8に示す。図1に示した実施形態との違いは、投影装置1が自動車の天井区域にはなく、計器盤4の内部又はその後方に組み込まれている点である。
【0053】
投影装置1から放射された光線束は、フロントガラス3とほぼ平行に進み、自動車内部の天井区域でフロントガラス3の近傍に配置された反射鏡37に当たり、ここで反射されて、再びフロントガラス3とほぼ平行に進み、投影面2に当たる。反射鏡37の位置は、像の位置を運転者の希望に合わせるために調整したり、固定したりできる。運転者は光線経路を曲げるためにのみ用いることが好ましい。そうすると投影装置1を計器盤4内に配置でき、運転者に接近できる自動車室内で投影配置構成に要するスペースは(小型の)反射鏡37のみとなる。
【0054】
反射鏡37の組み込みスペースは、たとえばバックミラー38で隠すことができる。図8に示すように、フロントガラス3上にさらに遮光板39が設けられていると、反射鏡37は自動車の外部からも見えなくなる。このように反射鏡37を隠すことは、図1に示した実施形態における投影装置1についても同様に可能である。
【0055】
図9には、本発明による投影配置構成の別の実施形態が示されている。上述の実施形態とは異なり、投影面2、特にブラインド型遮光板14は、投影面2が直接運転者8からは見えないように形成されている。運転者8は、投影面2で生み出された実像(中間像)がフロントガラス3の内側40で反射した像を見る。そのため運転者8にとっては、投影面2で生み出された実中間像の(虚)像41がフロントガラス3の前方にある実際の光景像の中に現われる。図9に示す投影配置構成のその他の要素は、図1に示した実施形態の要素にほぼ対応しているので、同じ参照符号を付ける。
【0056】
特にレーザー光源を有する投影装置1を使用する場合は、ガラスと空気の界面に存在する反射度により十分明るい像の印象が得られる。フロントガラス3の外側の界面における反射によって生じ得るゴーストを抑制するために、公知の方策、たとえばフロントガラス3の内面40で広帯域反射を高めることを実施できる。
【0057】
図9に示す実施形態では、計器盤4の範囲にもフロントガラス3の内側40に遮光板42を設けることができるので、投影面2は外から見えない。
図10に示す投影配置構成は、図9に示した実施形態と比べて少し異なり、投影装置1は自動車の天井区域ではなく、(図8に示す投影配置構成と同様に)計器盤4の内部に配置されている。さらに、自動車の天井区域でバックミラー38と遮光板39との間に反射鏡37が配置されている。投影装置1から放射された光線束5はフロントガラス3にほぼ平行に進み、反射鏡37に当たる。反射鏡37は光線束5を投影面2に反射する。投影面2から出発する光線束6はフロントガラス3の内側40で反射されて、再び運転者8にとって自動車外部のフロントガラス3の前方に実際の光景像の中に虚像41が見える。
【0058】
もちろん上述の実施例のほかに、投影装置1を天井面の別の区域又はフロントガラス3の側方枠、たとえばAピラーの領域に配置して、投影面2に斜めに投影し、又は場合によって必要な反射鏡を設けることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【0059】
【図1】本発明による投影配置構成の実施形態の側面図。
【図2】図1に示した投影面の拡大部分の分解図。
【図3】図1に示した実施形態において、説明のために光線経路を付加した側面図。
【図4】図3に示した実施形態を運転者から見た図。
【図5】図3に示した投影面の部分の拡大断面図。
【図6】投影面の鏡の実施形態を示す図である。
【図7】投影面の鏡の別の実施形態を示す図。
【図8】本発明による投影配置構成の別の実施形態の側面図。
【図9】本発明による投影配置構成の別の実施形態の側面図。
【図10】本発明による投影配置構成のさらに別の実施形態の側面図。【Technical field】
[0001]
The present invention is a projection arrangement having a projection device and a projection surface, and in order to form an image on the projection surface, illuminates the projection surface with a light flux for each pixel of the image to be formed by the projection device. Further, the present invention relates to a projector having a light diffusing device for diffusing light passing through the projection surface.
[Background]
[0002]
The same kind of projection arrangement known from German Patent 19540108C2 is arranged in the instrument panel of an automobile and has a mapping optical system behind the projection surface, the focus on the object side being the projection device and the light beam. Located between the diffuser. By doing so, the image on the projection plane is reflected and magnified by the windshield and can be perceived as a virtual image by the observer.
[0003]
However, enlarging and projecting a virtual image on the windshield in this way requires a mapping optical system and requires a large space in the instrument panel. But such a space can hardly be secured by a car. This is because the electrical wiring for the instruments and operating elements and the ducts for the ventilation fan are densely packed in the instrument panel. Any attempt to place the mapping optics in the area below the instrument panel would require a significant change in the design of the car. Furthermore, a very large opening in the instrument panel is required to advance unimpeded by light, which is unacceptable for design reasons.
[0004]
Furthermore, a holographic projection surface for an automobile is known from German Patent Application No. 19730563 A1. The image information is emitted toward the viewer within an adjustable angle range that is preset when the hologram is formed, and the holographic projection surface absorbs ambient light and only the light required for image display is obtained. It is to be deflected towards the observer. However, the disadvantage of such a projection surface is that the nature of this type of projection surface is almost uncontrollable depending on the wavelength of the incident light bundle and the incident direction of the effective light beam bundle. Furthermore, the quality of the image display and the state of the projection surface itself are very strongly dependent on the viewing direction.
DISCLOSURE OF THE INVENTION
[Problems to be solved by the invention]
[0005]
An object of the present invention is to improve the projection arrangement of the kind described at the beginning and realize a high quality image display.
[Means for Solving the Problems]
[0006]
In order to solve this problem, in the projection arrangement of the type described at the beginning, the projection surface includes a mirror, and a light diffusing device is provided in front of the mirror when viewed in the direction of the light beam incident on the projection surface. So that the mirror reflects each ray bundle coming from the projection device, passing through the light diffusing device and impinging on the mirror, so that at least one outgoing ray bundle passing through the light diffusing device is formed with the principal ray. And the principal rays of the outgoing beam bundle starting from the location of the projection plane that is adjacent in the first direction (or a location on the projection plane) converge in a virtual viewing field in one plane, and The diffusion of each outgoing light bundle caused by the light diffusing device is such that the outgoing light bundle is diffused each time and the illumination field or more is not illuminated in the plane. Reflecting with a mirror and diffusing the outgoing light bundle with a light diffusing device advantageously allows almost all of the light energy to reach the field of view, thus significantly increasing the brightness of the image. When the projection arrangement according to the present invention is incorporated into a vehicle such as an automobile, a contrast ratio of up to 1: 500 can be achieved.
[0007]
Furthermore, the structure of the projection arrangement is relatively simple based on the projection plane, so that the projection arrangement can be realized particularly inexpensively.
Due to the directivity of the projection plane and the high brightness of the image based thereon, the power consumption of the projection arrangement is also very low, for example less than 50 watts.
[0008]
In an advantageous configuration of the projection arrangement according to the invention, the projection surface is curved. This curvature may be different in various directions, and in particular the curvature can be selected such that the projection surface is, for example, wavy. However, since directivity is always given regardless of the curvature present on the projection surface, it is advantageous that the geometric shape of the projection surface can be selected regardless of its optical properties. Taking advantage of this, for example, when the projection arrangement according to the present invention is used in an automobile, the projection surface is provided on the instrument panel in conformity with the (curved) shape of the instrument panel, or is integrated with the instrument panel. Can be By doing so, the demand for high design is met, especially in automobile manufacturing.
[0009]
In a preferred configuration of the projection arrangement according to the invention, the light diffusing device includes a scattering layer, which may in particular be formed as a foil. This scattering layer allows the outgoing beam to be diffused as desired in a very simple manner. Such a scattering layer can be provided with a small gap with the mirror or directly on the mirror, whereby an optimum image quality is achieved. The scattering layer can preferably have the same curvature as the projection surface and can therefore be made very compact.
[0010]
Further, in the projection arrangement according to the present invention, the intensity distribution of the outgoing light bundle is defined by the light diffusing device, and the principal ray intensity is maximum in each ray bundle, and the angle with respect to the principal ray for the remaining rays. As it increases, it can decrease. With such an intensity distribution, good image quality is achieved.
[0011]
In particular, the light diffusing device may further include a light shielding plate that blocks incident light coming from a direction different from the direction of the light flux coming from the projection device and the direction of the outgoing light. Such a light-shielding plate ensures that the incident light bundle hits the mirror without being disturbed, and that the outgoing light bundle is perceived by the observer, while unwanted ambient light is blocked and therefore does not degrade the image display quality. Is done. Furthermore, when this projection arrangement is used in an automobile, the light shielding plate ensures that the projection surface outside the automobile is not perceived as a bright light emitting surface. Furthermore, the shading plate can be colored in the same color as the instrument panel, so that the projection plane can be visually integrated with the instrument panel.
[0012]
In particular, such a light shielding plate can be positioned in front of the scattering layer in the direction of the light beam incident on the projection surface. In such an arrangement, the action of the light shielding plate is very effective. The light shielding plate further includes a plurality of thin plates that are separated from each other and extend in parallel, and shields light that strikes these thin plates. The light-shielding plate can further include a plurality of second thin plates that are spaced apart from each other and extend in parallel. These thin plates shield light that strikes the thin plates and are disposed in a transverse direction with respect to the first thin plate. ing. Such a light-shielding plate having a thin plate is described in, for example, US Pat. No. 6,269,911 B1, and is commercially available as a foil. Therefore, the projection arrangement according to the present invention can be easily realized.
[0013]
Furthermore, the projection arrangement according to the invention may include a reflective layer in which the mirror is curved and continuous. This can be achieved, for example, by a mirror-finished surface of the support, which is formed as a continuously extending free-form surface. In this case, the curvature of the free-form surface is selected so that the chief rays converge on the corresponding pixels in the specular reflection of the incident beam.
[0014]
Alternatively, in the projection arrangement according to the invention, the mirror can also be formed as a polygon mirror having a plurality of smooth mirror surfaces. In this case, a part of the scattering layer can be directly provided as a coating on each mirror surface. In such a polygonal mirror, it is possible to define the inclination of the mirror surface regardless of the desired curvature of the projection surface.
[0015]
In particular, the mirror surfaces can be arranged such that the surface normals of at least two mirror surfaces are not parallel to each other. Preferably, an arrangement is selected such that the reflection causes chief ray convergence. As a result, the directivity of the projection plane can be adjusted regardless of the desired curvature of the projection plane, and the projection plane can be easily adapted to predetermined basic conditions.
[0016]
In a particularly preferred configuration example of the projection arrangement according to the invention, the area of each mirror surface is smaller than the size of the pixels of the image to be formed on the projection surface. In this case, if the number of mirror elements is twice the number of pixels, the image quality is significantly improved. In this configuration example, a plurality of non-parallel outgoing beam bundles can be formed from one incident beam bundle by reflecting the incident beam bundle on a plurality of mirror surfaces.
[0017]
In an advantageous configuration of the projection arrangement according to the invention, the mirror is a reflecting mirror. In this case, it is possible to effectively prevent contamination and image display deterioration due to the contamination.
Furthermore, in the projection arrangement according to the invention, the mirror can include a transparent plate, at least one side of the plate is structured such that the direction of the light bundle passing through the plate changes. By doing so, the mirror can be realized particularly simply. The plate also causes the chief rays to converge based on the direction change caused by the plate.
[0018]
Preferably, the side of the plate opposite the light diffusing device is structured and mirrored so that the mirror can be realized in a compact form with only one element. This also makes it possible to reduce the production costs of the mirror and thus the projection arrangement according to the invention.
[0019]
In the projection arrangement according to the invention, the principal rays of the outgoing light bundle starting from the location of the projection plane adjacent in the second direction converge in the observation field based on the reflection in the mirror, and in the second direction. Is different from the first direction. In particular, both directions can surround a 90 ° angle. In particular, all the principal rays of the outgoing light bundle can be converged in the observation field. This configuration example is advantageous in that the brightness of the image can be increased.
[0020]
In particular, in the projection arrangement according to the present invention, the projection device can form a light beam whose intensity is adjusted, and can be deflected by the projection surface to form an image. This deflection of the light bundle can be in the form of a scan pattern (deflection is linear over the entire image range, the light bundle is scanned darkly in dark pixels) or in vector form (deflection is mainly performed only along bright pixels). Done). Thereby, it is possible to easily form a real image on the projection surface.
[0021]
Conveniently, the beam bundle is approximately collinear and the emittance can be less than 0.2 mm mrad (eg, 0.1 mm mrad). Such a light bundle can be formed particularly simply and efficiently by a laser and can be monochromatic or multicolored for color images.
[0022]
Along with the use of such a descriptive projection apparatus, it is also possible to provide a mapping projection apparatus. In the mapping type projection apparatus, a desired image can be formed by, for example, a vibrating mirror matrix or an LCD module, and can be projected on a projection surface by a projection optical system.
[0023]
The projection arrangement according to the invention is advantageous when used in the case where an image is emitted with a specific radiation characteristic from a surface having a predetermined surface shape. This is because the projection plane of the projection arrangement configuration according to the present invention can be formed according to a predetermined surface shape.
[0024]
It is particularly advantageous when the projection arrangement according to the invention is used in a motor vehicle, the projection plane being preferably formed on the instrument panel or as a component part thereof.
The projection arrangement according to the present invention can be configured so that a real image on the projection plane can be directly grasped by the observer. In this case, display of a real image with a very high quality is achieved.
[0025]
Alternatively, the projection arrangement according to the invention can have a (preferably substantially smooth) reflecting surface arranged behind the projection surface, and the reflected light beam is reflected on this reflecting surface, so that the projection surface The image formed above can be grasped as a virtual image. Therefore, the projection plane can advantageously be arranged so that it is not directly visible to the observer, thereby increasing the possibility of the arrangement of the projection plane.
[0026]
When the projection arrangement according to the invention is used in a motor vehicle, the reflecting surface can be realized particularly simply by means of a windshield (or preferably a smooth glass plate arranged in front of the windshield in the motor vehicle). Since the image can be formed in a desired size on the projection surface, it is advantageous that no mapping optical system is required between the projection surface and the reflection surface.
[0027]
Particularly advantageous in this case is that this virtual image can be grasped by the observer in a sight image in front of the windshield (ie outside the car), so that the observer or driver can see his eyes only slightly when observing the virtual image. Only need to be adapted.
[0028]
If the windshield is curved, the dimensions of the image may change slightly. In this case, the geometry correction of the image known by tilt projection can be performed. This is described, for example, in DE19737374C2.
[0029]
In the projection arrangement according to the invention, the outgoing beam bundle is preferably diffused isotropically, so that the light diffusing device can be constructed particularly simply. When the projection arrangement according to the invention is used in a motor vehicle, the divergence angle of the outgoing beam can be 2 to 10 °, particularly in a space situation typical in a motor vehicle, especially when the divergence angle is 5 °. It proved advantageous. For example, when the observation field has various widths and heights, it is possible to cause the diffusion of the outgoing light beam to be anisotropic.
[0030]
Furthermore, the reflective layer of the mirror where the specular reflection takes place can be structured such that the function of the light diffusing device is also triggered at the time of reflection. Such a mirror can be produced, for example, by mirroring the structured surface after the desired surface structure has been imitated on the surface of the plate.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[0031]
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a side view of an embodiment of a projection arrangement according to the invention. This projection arrangement is incorporated in an automobile and includes a projection device 1 and a projection plane 2. The projection device 1 is disposed in the vicinity of the windshield 3 in the ceiling area in the automobile, and the projection surface 2 is provided on the instrument panel 4. In this case, the shape of the projection surface 2 is usually adapted to the shape of the instrument panel 4 having different curvatures in various directions. Of course, it is also possible for the projection plane 2 to be configured as an integral part of the instrument panel 4 at the same time, which can typically have a size of 35 cm wide and 10 cm high.
[0032]
The projection device 1 forms a light bundle 5 having an intensity adjusted substantially parallel. The ray bundle 5 is deflected by the projection plane 2 as shown schematically in FIG. 1 to produce a real image thereon. The projection surface 2 emits the light coming from the projection device 1 as an outgoing light bundle 6 toward the driver 8 only in a predetermined space region 7. As a result, when the driver sits in the driver's seat of the automobile, a real image can be grasped on the projection plane 2.
[0033]
Based on this predetermined radiation property of the projection plane 2, the image on the projection plane 2 can only be seen within an observation field located in one plane at any distance from the projection plane. In FIG. 1, the observation visual field 9 is directly written in the range of the driver's eyes 10.
[0034]
The size of the observation field 9 is defined by the radiation characteristic of the projection plane 2 and this radiation characteristic is adjusted by the measures detailed below so that drivers 8 of different physiques can see the image of the projection plane. It is like that. In addition, the normal range of motion of the head (and thus also the range of motion of the eye) is taken into account, where the rectangular observation field 9 has an extension of about 30 × 30 cm at a position about 800 mm away from the projection plane 2.
[0035]
In order to form the desired radiation characteristics of the projection surface 2, the projection surface 2 has a polygon mirror 11 as seen in the exploded view of the portion of the projection surface 2 shown in FIG. A light diffusing device 12 composed of 13 and a blind type light shielding plate 14 is mounted.
[0036]
The polygonal mirror 11 on the projection surface 2 serves to locally and individually reflect the incident light beam 5 of the projection device 1, and a scattering layer 13 is provided to diffuse the reflected light beam 6 as desired. The blind shading plate 14 can be used to limit the light diffusion caused by the scattering layer 13, if necessary. Further, the blind light shielding plate 14 prevents undesirable ambient light from hitting the polygonal mirror 11 to deteriorate the image display, and prevents the real image from being viewed by a third party. The polygon mirror 11, the scattering layer 13, and the blind light shielding plate 14 are optimized with respect to their optical roles.
[0037]
For example, the polygon mirror 11 includes a PMMA plate 15 (PMMA: polymethyl methacrylate), and the surface directed to the scattering layer 13 is structured and mirror-finished. The structuring is performed such that a large number of microprisms 16 are formed and each prism surface is used as a smooth mirror surface 17. By appropriately forming the microprisms 16, it is possible to adjust the inclination of the mirror surfaces 17 completely independently of each other and within wide limits irrespective of the geometric (visual) shape of the projection surface 2. This adjustment is performed in a known shape or a predetermined shape of the projection surface 2 so that the light beam reflected by the mirror surface 17 is reflected only by the spatial region 7 as described in detail below.
[0038]
The scattering layer 13 is formed as a foil. The foil rests directly on the polygonal mirror 11, and the divergence angle of the light beam passing through the scattering layer 13 (half the open angle of the light beam) is shown as schematically shown by the scattering lobe 18 in FIG. Enlarge. Here, the diffusion caused by the scattering layer 13 is selected such that the divergence angle of the outgoing beam 6 is in the range of 2 to 10 °. For the scattering layer 13, for example, a holographic diffuser manufactured by POC Physical Optics Corporation Torrance (Trans, Canada) can be used. This has the advantage that the transmission is almost independent of the wavelength used here.
[0039]
A blind-type light shielding plate 14 is provided on the scattering layer 13. It is formed as a foil and has a large number of thin plates 19 which are spaced apart and extend in parallel, and the thin plates 19 absorb the light impinging on the thin plates. The angle range of the incident light and the outgoing light can be limited in the transverse direction with respect to the thin plate 19 by the distance between the thin plates 19, the inclination in the foil, and the height. In this case, the blind light shielding plate 14 is configured such that the incident light bundle 5 and the outgoing light bundle 6 can pass through the blind light shielding plate without being obstructed. In particular, the blind-type light shielding plate 14 disadvantageously prevents external light (for example, sunlight or indoor lighting) that strikes the projection surface 2 from being perceived on the projection surface 2 by the driver 8. Further, the blind light-shielding plate 14 can be colored with the same color as the instrument panel 4 to adapt the appearance of the projection surface 2 to the instrument panel. Furthermore, the blind light shielding plate 14 prevents the projection surface 2 from appearing as a light emitting surface outside the automobile. Such a blind foil 14 having the desired properties (e.g. sheet slope) can be purchased from 3M Company, for example.
[0040]
As can best be seen in the side view of FIG. 3, the projection device 1 uses a collinear (or nearly collinear) beam bundle, each of which is intensity-adjusted, in one of the primary colors, ie red, green It includes three laser light sources 20, 21, 22 that emit blue and a light collecting device 23. The light collecting device 23 superimposes the three light bundles of the laser light sources 20, 21, and 22 on one common red, green, and blue light bundle. The beam bundle is then scanned across the projection plane 2 in a row direction (parallel to the windshield 3) and in a column direction perpendicular thereto by a deflector 24 operating in a biaxial manner in the projection apparatus 1. The deflection angle in the column direction is ψ, and the deflection angle in the row direction is φ as shown in FIG. 4 as viewed from the line of sight of the driver 8. Furthermore, the ray paths for the various pixels P1, P2, P3, P4, P5 and P6 on the projection plane 2 are shown (P1-P3 in the column direction and P4-P6 in the row direction are adjacent). The size of the image is determined by the sizes of the angles ψ and φ and the distance between the deflecting device 24 and the projection plane 2. In the example shown in the figure, this interval is about 700 mm, ψ = 4 °, and φ = 28 °, and the image size is about 10 × 35 cm. When the angles ψ and φ are set as fixed values by the deflecting device 24 and the desired image size cannot be obtained on the projection plane 2 (for example, when the projection interval is determined by the assembling conditions), deflection A known conversion optical system can be placed in the beam path behind the device to adapt the deflection angle and image size as desired.
[0041]
As can be seen in FIG. 3, the nearly collinear beam bundle 5 has an emittance of less than 0.2 mm mrad (eg 0.1 mm mrad) and is directed to the projection plane 2 to form the pixels P1 to P6. It is emitted from the surface 2 as a divergent beam bundle 6 each having a principal ray 25 (the principal ray 25 is generated on the basis of specular reflection without ray diffusion, that is, according to the law of reflection (incident angle and emission angle are equal). Light). In this case, all the principal rays 25 converge on the eye point 26 in the observation visual field 9 or on a spatial region including the eye point 26. This is accomplished by tilting the mirror surface 17 corresponding to each of the pixels P1 to P6 and deflecting the chief ray 25 toward the eye point 26 when the incident ray bundle 5 is specularly reflected.
[0042]
Therefore, the inclination of the mirror surface 17 is adjusted according to the local position in the projection surface 2, the distance from the eye point 26, and the incident angle of the light beam 5 impinging on the projection surface 2 according to the law of reflection. In order to clearly show this reflection, in FIG. 3, an optical perpendicular line 27 is written for the pixel P2, and in FIG. 4, an optical perpendicular line 27 'is written for the pixel P5.
[0043]
Further, as shown in FIG. 3 and FIG. 4, when the macroscopic surface normal 28 for the pixel P2 and the macroscopic surface normal 28 'for P5 are assigned to the projection plane 2, the optical normal is applied in both the row direction and the column direction. 27, 27 'and the surface normals 28, 28' have different inclinations. In FIG. 3 and FIG. 4, the angles γ and δ surrounded by these lines are entered. From this, it is clear that the (visual) surface shape of the projection surface 2 can be selected irrespective of the desired direction of the reflected light bundle 6. Therefore, the desired optical properties of the projection surface 2 can be formed almost independently of the shape (or curvature) of the projection surface 2.
[0044]
Further, the light beam reflected on the mirror surface 17 is diffused by the scattering layer 13, and the divergence angle Θ of the output light beam 6 in the column direction and the divergence angle τ in the row direction take predetermined values. These values arise from the distance between the viewing field 9 and the projection plane 2 and are selected so that the divergent beam 6 illuminates the viewing field 9 respectively.
[0045]
In the example described here, the distance between the driver 8 and therefore the observation field 9 and the projection plane 2 is about 800 mm, and the observation field has a spread of 20 × 20 cm. Are preferably adjusted to 5 ° respectively. Thereby, the diffusion by the scattering layer 13 is isotropic, and the divergence angles Θ and τ are equal.
[0046]
Of course, the divergence angles Θ and τ can have different values. In this case, the spread of the observation field is also different in the row direction and the column direction.
Further, also in FIGS. 3 and 4, a scattering lobe 18 for the illustrated outgoing ray bundle 6 is shown. It can be seen from these scattering lobes 18 that the brightness of the image is highest at the center of the observation field 9 and decreases toward the periphery. In this case, the decrease is relatively small at the beginning from the center, and decreases very strongly in the peripheral region. By doing so, the brightness of the image can be distributed relatively uniformly over the entire observation field.
[0047]
Due to the directional radiation properties of the projection plane 2, it is also achieved that almost all the light energy used for the projection is mapped in the observation field 9 and thus in the range of movement of the eye 10. By doing so, sufficient brightness of the projected image can be caused, and the image can be seen well by the driver 8 even in the daytime.
[0048]
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of a portion of the projection plane 2. As can be seen in FIG. 5, the projection plane 2 produces from each incident beam bundle 5 an outgoing beam bundle 6 having a principal ray 25. The direction of the principal ray 25 is also determined based on the specular reflection in the mirror-finished microprism surface 17. The divergence angles Θ and τ of the outgoing light beam 6 are adjusted by the scattering layer 13. In the example shown in FIG. 5, the brand-type light shielding plate 14 also contributes to the restriction of the divergence angle. This is because the blind light-shielding plate 14 absorbs scattered light that causes the divergence angle to increase. Therefore, the blind type light-shielding plate 4 can further reduce the divergence angle of the outgoing light bundle 6 formed by the scattering layer 13 in a planned manner.
[0049]
FIG. 6 shows another possibility of realizing the polygon mirror 11 in an exploded view. The polygon mirror 11 includes a first PMMA plate 29 and a second PMMA plate 30. On the surface of the first plate 29, grooves 31 extending in parallel with each other are formed. These grooves 31 have a V-shaped cross section (as shown in the enlarged partial view). This surface is mirror-finished, and the smooth mirror surface 17 has an incident angle of 40 °. The second PMMA plate 30 has a flat side 30 ′ directed to the first plate 29 and a second side 32 opposite thereto. The second side 32 includes a number of V-shaped cross-sectional grooves 33 extending parallel to each other. In this case, one side of the V-shaped cross section is substantially perpendicular to the flat side 30 ', and the other side of the V-shaped cross section acting as the optical working surface 34 is more flat than the first side together with the flat side 30'. Surround a small angle. Further, the inclination angle of the working surface 34 of the groove 33 increases from the center M of the second plate 30 toward both outer sides in a direction orthogonal to the groove direction. The second PMMA plate 30 having the same function as the cylindrical lens is placed on the first PMMA plate 29 so that the groove 33 intersects the groove 31 at a right angle. By doing so, the deflection of the outgoing beam 6 is formed on the one hand by refraction on the second plate 30 and on the other hand by reflection on the first plate 29.
[0050]
With the polygon mirror shown in FIG. 6, the convergence of the principal ray 25 is caused only for the outgoing beam bundle 6 starting from the location of the projection surface adjacent in the groove direction of the groove 31, and is orthogonal to the groove direction. The principal rays of the beam bundle 6 starting from the adjacent locations can travel in parallel or spread out. In this case, the diffusion of the outgoing beam bundle in this direction is chosen so that the outgoing beam bundles still overlap in the range of the eye 10.
[0051]
In another possible configuration of the polygonal mirror 11 shown in FIG. 7, a groove structure having a groove 36 having a V-shaped cross section is formed below the PMMA plate 35, and this groove structure is mirror-finished. Since a groove structure corresponding to the PMMA plate 30 is provided on the upper side of the plate 35, the polygon mirror 11 is formed as a back mirror.
[0052]
Another embodiment of a projection arrangement according to the present invention is shown in FIG. The difference from the embodiment shown in FIG. 1 is that the projection device 1 is not located in the ceiling area of the automobile, but is incorporated inside or behind the instrument panel 4.
[0053]
The light beam emitted from the projection device 1 travels substantially parallel to the windshield 3, hits a reflector 37 disposed in the vicinity of the windshield 3 in the ceiling area inside the automobile, is reflected here, and is again reflected on the windshield 3. And almost parallel to the projection surface 2. The position of the reflecting mirror 37 can be adjusted or fixed to match the position of the image to the driver's desire. The driver is preferably used only to bend the beam path. Then, the projection apparatus 1 can be arranged in the instrument panel 4, and the space required for the projection arrangement configuration in the automobile room accessible to the driver is only the (small) reflector 37.
[0054]
The space for incorporating the reflecting mirror 37 can be hidden by the rearview mirror 38, for example. As shown in FIG. 8, when the light shielding plate 39 is further provided on the windshield 3, the reflecting mirror 37 cannot be seen from the outside of the automobile. It is possible to hide the reflecting mirror 37 in the same manner for the projection apparatus 1 in the embodiment shown in FIG.
[0055]
FIG. 9 shows another embodiment of the projection arrangement according to the invention. Unlike the above-described embodiment, the projection surface 2, particularly the blind light shielding plate 14, is formed so that the projection surface 2 is not directly visible to the driver 8. The driver 8 sees an image in which the real image (intermediate image) generated on the projection surface 2 is reflected by the inner side 40 of the windshield 3. Therefore, for the driver 8, a real image (virtual) image 41 generated on the projection plane 2 appears in an actual scene image in front of the windshield 3. The other elements of the projection arrangement shown in FIG. 9 substantially correspond to the elements of the embodiment shown in FIG.
[0056]
In particular, when the projection apparatus 1 having a laser light source is used, a sufficiently bright image impression can be obtained due to the reflectivity existing at the glass / air interface. In order to suppress ghosting that may be caused by reflection at the outer interface of the windshield 3, known measures can be implemented, for example, enhancing broadband reflection at the inner surface 40 of the windshield 3.
[0057]
In the embodiment shown in FIG. 9, since the light shielding plate 42 can be provided on the inner side 40 of the windshield 3 in the range of the instrument panel 4, the projection plane 2 is not visible from the outside.
The projection arrangement shown in FIG. 10 is slightly different from the embodiment shown in FIG. 9, and the projection apparatus 1 is not in the ceiling area of the automobile, but inside the instrument panel 4 (similar to the projection arrangement shown in FIG. 8). Is arranged. Further, a reflecting mirror 37 is disposed between the rearview mirror 38 and the light shielding plate 39 in the automobile ceiling area. The light beam 5 emitted from the projection device 1 travels substantially parallel to the windshield 3 and strikes the reflecting mirror 37. The reflecting mirror 37 reflects the light beam 5 to the projection plane 2. The light beam 6 starting from the projection surface 2 is reflected by the inner side 40 of the windshield 3, and the virtual image 41 can be seen in the actual scene image in front of the windshield 3 outside the automobile again for the driver 8.
[0058]
Of course, in addition to the embodiments described above, the projection device 1 is arranged in another area of the ceiling surface or in the side frame of the windshield 3, for example in the area of the A pillar, and projected obliquely on the projection surface 2, or in some cases It is possible to provide a necessary reflecting mirror.
[Brief description of the drawings]
[0059]
FIG. 1 is a side view of an embodiment of a projection arrangement according to the present invention.
FIG. 2 is an exploded view of an enlarged portion of the projection surface shown in FIG.
FIG. 3 is a side view in which a light path is added for explanation in the embodiment shown in FIG. 1;
4 is a view of the embodiment shown in FIG. 3 as viewed from a driver. FIG.
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of a portion of the projection surface shown in FIG.
FIG. 6 is a diagram showing an embodiment of a mirror on the projection surface.
FIG. 7 shows another embodiment of the mirror of the projection surface.
FIG. 8 is a side view of another embodiment of a projection arrangement according to the present invention.
FIG. 9 is a side view of another embodiment of a projection arrangement according to the present invention.
FIG. 10 is a side view of yet another embodiment of a projection arrangement according to the present invention.
Claims (20)
投影面(2)が鏡(11)を包含していて、投影面に入射する光線束(5)の方向で見て鏡(11)の前方に光線拡散装置(12)が設けられており、鏡(11)が、投影装置(1)から来て光線拡散装置(12)を通過して鏡(11)に当たる各々の光線束を反射して、光線拡散装置(12)を通過する少なくとも1つの出射光線束(6)が主光線(25)で形成されるようにし、しかも第1の方向で隣接している投影面(2)の場所から出発する出射光線束(6)の主光線(25)が、1つの平面内にある仮想の観察視野(9)に収斂し、さらに光線拡散装置(12)によって引き起こされる各々の出射光線束(6)の拡散は、出射光線束がその都度拡散し、しかも所定の平面内で観察視野(9)の範囲のみ照明するよことを特徴とする投影配置構成。A beam bundle (5) for each pixel of the image to be formed by the projection device (1) in order to form an image on the projection surface (2), having a projection device (1) and a projection surface (2) Illuminating the projection plane (2) with a projection arrangement comprising a light diffusing device (12) for the projection plane (2) to diffuse light passing through the projection plane (2),
The projection surface (2) includes a mirror (11), and a light diffusing device (12) is provided in front of the mirror (11) when viewed in the direction of the light beam (5) incident on the projection surface, At least one mirror (11) reflects from each light bundle coming from the projection device (1), passing through the light diffusing device (12) and striking the mirror (11), and passing through the light diffusing device (12). The outgoing ray bundle (6) is formed by the principal ray (25), and the principal ray (25) of the outgoing ray bundle (6) starts from the location of the projection plane (2) adjacent in the first direction. ) Converges in a virtual viewing field (9) in one plane, and the diffusion of each outgoing beam bundle (6) caused by the light diffusing device (12) causes the outgoing beam bundle to diffuse each time. Moreover, only the range of the observation visual field (9) is illuminated within a predetermined plane. Shadow arrangement.
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