JP2018086915A - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】小型化を図り且つコストを抑制しながらも虚像を異なる位置に形成できるヘッドアップディスプレイ装置を提供する。【解決手段】ヘッドアップディスプレイ装置は、表示光を発生する単一の中間スクリーンと、前記中間スクリーンから出射された表示光を通過させ、スクリーンに入射させる光学系とを有し、前記光学系は、前記中間スクリーンから出射された表示光のうち第1の光を通過させ、前記表示光のうち前記第1の光以外の第2の光を通過させない光学素子と、前記第1の光と前記第2の光とを反射する少なくとも1つのミラーとを有し、前記第1の光と前記第2の光とが前記スクリーンに入射したとき、前記第1の光により形成される第1の虚像と、前記第2の光により形成される第2の虚像とは、観察者により異なる距離にあるように視認される。【選択図】図5
Description
本発明は、例えば自動車での使用を主たる用途とするヘッドアップディスプレイ装置、より詳細には、半透明の表示部材(コンバイナ)を介して、コンバイナを透過する光により視認される車両前方風景と、コンバイナを反射する光により提供される画像や情報をドライバー(観察者)の視野において重ねて視認させることが可能なヘッドアップディスプレイ装置に関する。
自動車の運転中、車両内で計器類の速度などの情報を直接、フロントガラス等に虚像として映し出すことができれば、視野を変化させることなく運転でき、事故防止につながる。そこで、人間の視野に直接情報を映し出す手段として、ヘッドアップディスプレイ装置が開発された。かかるヘッドアップディスプレイ装置においては、通常、LCDから出射された光が、ハーフミラー材を含んだ透明基材からなるコンバイナ(表示部材)や、フロントガラスにおいて透過および反射されるようになっている。従ってドライバー(観察者)は、コンバイナ等に表示された情報を取得するとともに、コンバイナ等を透過して視認される車両前方風景などの外部情報を同時に取得することができる。
ところで、ドライバーに認識させたい情報が複数ある場合、各情報を分離して、ドライバーが認識しやすいように、各虚像の位置を異なる位置に表示させたいという要望がある。
これに対し特許文献1には、第二スクリーンから被投影部材までの光の経路長が、第一スクリーンから被投影部材までの光の経路長よりも長くなるように配置することにより、それぞれ虚像の位置を異ならせるようにした技術が開示されている。しかしながら、このようにスクリーンを2つ設けると、ヘッドアップディスプレイ装置のコストが増大すると共に、構成の大型化を招くという問題がある。
又、特許文献2においても、投影光のうち結像距離が長い投影光を結像する第一スクリーンと、投影光のうち結像距離が短い投影光を結像する第二スクリーンとを設けることで、互いに距離が異なって視認される第一虚像と第二虚像とを形成している。この従来技術でも、このようにスクリーンを2つ設けることで、ヘッドアップディスプレイ装置のコストが増大すると共に、構成の大型化を招くという問題がある。
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、小型化を図り且つコストを抑制しながらも虚像を異なる位置に形成できるヘッドアップディスプレイ装置を提供することを目的とする。
本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、
表示光を発生する単一の中間スクリーンと、
前記中間スクリーンから出射された表示光を通過させ、スクリーンに入射させる光学系とを有し、
前記光学系は、前記中間スクリーンから出射された表示光のうち第1の光を通過させ、前記表示光のうち前記第1の光以外の第2の光を通過させない光学素子と、前記第1の光と前記第2の光とを反射する少なくとも1つのミラーとを有し、
前記第1の光と前記第2の光とが前記スクリーンに入射したとき、前記第1の光により形成される第1の虚像と、前記第2の光により形成される第2の虚像とは、観察者により異なる距離にあるように視認されるものである。
表示光を発生する単一の中間スクリーンと、
前記中間スクリーンから出射された表示光を通過させ、スクリーンに入射させる光学系とを有し、
前記光学系は、前記中間スクリーンから出射された表示光のうち第1の光を通過させ、前記表示光のうち前記第1の光以外の第2の光を通過させない光学素子と、前記第1の光と前記第2の光とを反射する少なくとも1つのミラーとを有し、
前記第1の光と前記第2の光とが前記スクリーンに入射したとき、前記第1の光により形成される第1の虚像と、前記第2の光により形成される第2の虚像とは、観察者により異なる距離にあるように視認されるものである。
本発明によれば、小型化を図り且つコストを抑制しながらも虚像を異なる位置に形成できるヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は、本実施の形態にかかるヘッドアップディスプレイ装置を、車体VHに搭載した状態を示す図である。車体VHのダッシュボードDB内には描画ユニット100が配置されており、車体VHのウインドシールド(スクリーン)WSに表示光を投影するようになっている。かかる表示光はウインドシールドWSからの反射により観察者であるドライバーDRの瞳に導かれ、虚像(表示像)を表示するようになっている。一方、ドライバーDRは虚像に加えて、ウインドシールドWSを透過した風景等の実像を観察することができる。描画ユニット100とウインドシールドWSとで、ヘッドアップディスプレイ装置を構成する。
図2は、描画ユニット100の概略構成を示す図である。描画ユニット100は、LCD111を備えた描画デバイス110と、光学素子としてのレンズ120と、第1ミラーM1と、第2ミラーM2と、これらを収容したハウジング130とから主に構成されている。レンズ120と、第1ミラーM1と、第2ミラーM2とで光学系を構成する。描画デバイスの構成は、例えば特開2012−203176号公報に詳細が記載されている。
中間スクリーンとしてのLCD111は、例えば透明電極膜が形成された一対の透光性基板に液晶層を封入した液晶セルの前後両面に偏光板を貼着してなるものであり、描画デバイス110内の不図示の光源からLCD111へ導かれた光線は、LCD111を透過して画像を表す表示光L1,L2となる。
レンズ120は、LCD111の上部から出射される表示光(第2の光)L2は通過しないが、LCD111の下部から出射される表示光(第1の光)L1は通過するように配置されている。レンズ120を通過する表示光L2は単色光であると、レンズ120の通過時に色収差を抑制できるため好ましい。
レンズ120は、LCD111とミラーM1の間に配置されているが、LCD111に近接させた方がより好ましい。レンズ120をLCD111から離れた位置に置くと、ドライバーDRが視点位置を変えたときに、本来通過しない表示光L2がレンズ120を通過して、不適切な虚像を形成する恐れがあるからである。レンズ120は,自由曲面レンズ、球面レンズ、非球面レンズ、平行平板、及び、くさび形平板の光学素子のいずれのものでも良い。
LCD111の下部から出射された表示光L1は、レンズ120を通過し、第1ミラーM1,第2ミラーM2で反射され、ウインドシールドWSで反射されて、ドライバーの瞳EYで見たときに第1の虚像V1を形成する。一方、LCD111の上部から出射された表示光L2は、レンズ120を通過せず、第1ミラーM1,第2ミラーM2で反射され、ウインドシールドWSで反射されて、ドライバーDRの瞳で見たときに第2の虚像V2を形成する。ここで、表示光L1のみレンズ120を通過させることで、表示光L2とは異なる位置に結像させることができるため、これにより瞳EYにより虚像V1,V2を互いに異なる位置に視認されるよう形成することができる。第1の虚像V1ではナビの行く先表示の矢印などの情報を表示し、第2の虚像V2では速度表示などの情報を行うことで、ドライバーは各情報を認識しやすくなる。
本実施の形態によれば、単一のLCD111を用いても、位置が異なる虚像V1,V2を形成できるので、ヘッドアップディスプレイ装置のコストを抑え、また構成を小型化できる。尚、表示光L1がLCD111の上部から出射される場合、光学素子は正レンズであると好ましい。又、表示光L1がLCD111の下部から出射される場合、光学素子は負レンズであると好ましく、平行平板やくさび形平板であっても良い。
図3は、別な実施の形態にかかるヘッドアップディスプレイ装置の概略図である。本実施の形態では、表示光はウインドシールドではなくコンバイナにて反射される。又、本実施の形態で用いる光学素子120’は、断面がくさび形を有する。
LCD111の下部から出射された表示光L1は、光学素子120’を通過し、第1ミラーM1で反射され、第2ミラー及びスクリーンを兼ねるコンバイナ200で反射されて、ドライバーDRの瞳で見たときに第1の虚像を形成する。一方、LCD111の上部から出射された表示光L2は、光学素子120’を通過せず、第1ミラーM1で反射され,コンバイナ200で反射されて、ドライバーDRの瞳で見たときに第2の虚像を形成する。
本実施の形態によれば、LCD111の下部から出射された表示光L1は、光学素子120’を通過する際に、LCD111の中間位置CNからの距離に応じて結像距離が徐々に変化するので、第2の虚像の縦軸の傾きに対し、第1の虚像の縦軸の傾きを変えることができる。これにより、第1の虚像と第2の虚像とを更に区別して認識することが可能となる。このようなくさび形平板の光学素子120’は、図2の実施の形態で用いても良い。
以下、図4の実施の形態に好適な実施例を説明する。図4は、本実施例の全体光路図である。図5は、図4の矢印Vで示す部位を拡大した部分光路図である。
以下に示す実施例のデータにおいて、Si(i=0,1,2,3,…)は、虚像面側から数えてi番目の面(虚像面を第0番目の面とする)を示している。虚像面に対応するS0に続くS1、S2は、仮想的な面であり、S3は瞳に相当する。S4はコンバイナ、S5は第1ミラー、S6,S7はLCD下部に配置された平行平板の対向する面であり、S8はLCDの発光面である。
各面Siの配置は、面頂点座標(x,y,z)と回転角度(ADE)とでそれぞれ特定される。各面Siの面頂点座標は、その面頂点をローカルな直交座標系(X,Y,Z)の原点として、グローバルな直交座標系(x,y,z)におけるローカルな直交座標系(X,Y,Z)の原点の座標(x,y,z)で表されている(単位はmm)。また、各面Siの傾きは、その面頂点を中心とするX軸回りの回転角度ADEで表されている。なお、回転角度の単位は、°であり、X軸の正方向から見て反時計回りの方向がX回転の回転角度の正方向とする。また、グローバルな直交座標系(x,y,z)は、瞳S3のローカルな直交座標系(X,Y,Z)と一致した絶対座標系になっている。すなわち、各面Siの配置データは、瞳中心を原点としたグローバル座標系で表現される。なお、瞳S3では、瞳からコンバイナに向かう方向が−Z方向又は−z方向であり、瞳に対して上方向が+Y方向又は+y方向であり、瞳に対して右方向が+X方向又は+x方向である。
各実施例において、コンバイナS4と、第1ミラーS5は自由曲面であり、その自由曲面形状は、面頂点を原点とし、光軸方向にZ軸をとり、光軸と垂直方向の高さをZとして以下の「数1」で表し、表1と表2に面データを示す。cは面頂点での曲率(1/mm)、kはコーニック定数、単項式xmynの係数(自由曲面係数)を示す。なお、全てのデータに関して、表記の無い項の係数は全て0であり、E−n=×10-nとする。
本実施例の光学素子は平行平板である。厚さ10mmで、材質がBK7の平行平板をLCD下部のみに近接させることで、平行平板を通過した光線による虚像は平行平板を通過しない虚像よりも虚像距離が911mm程度、近くなることが分かる。
k:コーニック係数
Cj:単項式xmynの係数
R:Y曲率半径
本発明は、明細書に記載の実施例に限定されるものではなく、他の実施例・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施例や思想から本分野の当業者にとって明らかである。例えば、本発明の表示部材及びヘッドアップディスプレイ装置は、自動車に限らず、飛行機や重機にも用いることが出来る。
100 描画ユニット
110 描画デバイス
111 LCD
120 レンズ
120’ 光学素子
130 ハウジング
200 コンバイナ
DB ダッシュボード
DR ドライバー
M1,M2 ミラー
VH 車体
WS ウインドシールド
110 描画デバイス
111 LCD
120 レンズ
120’ 光学素子
130 ハウジング
200 コンバイナ
DB ダッシュボード
DR ドライバー
M1,M2 ミラー
VH 車体
WS ウインドシールド
Claims (8)
- 表示光を発生する単一の中間スクリーンと、
前記中間スクリーンから出射された表示光を通過させ、スクリーンに入射させる光学系とを有し、
前記光学系は、前記中間スクリーンから出射された表示光のうち第1の光を通過させ、前記表示光のうち前記第1の光以外の第2の光を通過させない光学素子と、前記第1の光と前記第2の光とを反射する少なくとも1つのミラーとを有し、
前記第1の光と前記第2の光とが前記スクリーンに入射したとき、前記第1の光により形成される第1の虚像と、前記第2の光により形成される第2の虚像とは、観察者により異なる距離にあるように視認されるヘッドアップディスプレイ装置。 - 前記光学素子は前記中間スクリーンと前記ミラーの間に配置される請求項1に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
- 前記第1の光は前記中間スクリーンの上部から出射され、前記光学素子は正レンズである請求項1又は2に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
- 前記第1の光は前記中間スクリーンの下部から出射され、前記光学素子は負レンズである請求項1又は2に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
- 前記第1の光は前記中間スクリーンの下部から出射され、前記光学素子の形状は平行平板、または、くさび形平板である請求項1又は2に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
- 前記第1の光は単色光である請求項1〜5のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。
- 前記中間スクリーンはLCDである請求項1〜6のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。
- 前記第1の光により形成される虚像の縦軸の傾きは、前記第2の光により形成される虚像の縦軸の傾きと異なることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。
Priority Applications (1)
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JP2016230779A JP2018086915A (ja) | 2016-11-29 | 2016-11-29 | ヘッドアップディスプレイ装置 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Family Applications (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020158054A1 (ja) | 2019-01-31 | 2020-08-06 | 株式会社Jvcケンウッド | ヘッドアップディスプレイ装置 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH058661A (ja) * | 1991-07-02 | 1993-01-19 | Kansei Corp | 車両用ヘツドアツプデイスプレー装置 |
JP2012179935A (ja) * | 2011-02-28 | 2012-09-20 | Jvc Kenwood Corp | 車両用表示装置 |
JP2014164066A (ja) * | 2013-02-25 | 2014-09-08 | Denso Corp | ヘッドアップディスプレイ装置 |
JP2016045252A (ja) * | 2014-08-20 | 2016-04-04 | 日本精機株式会社 | 投影装置及びヘッドアップディスプレイ装置 |
-
2016
- 2016-11-29 JP JP2016230779A patent/JP2018086915A/ja active Pending
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WO2020158054A1 (ja) | 2019-01-31 | 2020-08-06 | 株式会社Jvcケンウッド | ヘッドアップディスプレイ装置 |
US11812200B2 (en) | 2019-01-31 | 2023-11-07 | Jvckenwood Corporation | Head-up display apparatus |
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