JP7114146B2

JP7114146B2 - DISPLAY DEVICE AND AUTOMOBILE HEAD-UP DISPLAY SYSTEM USING THE SAME

Info

Publication number: JP7114146B2
Application number: JP2018117792A
Authority: JP
Inventors: 秦宗; 林世明; 駱光祚
Original assignee: Conserve&associates inc
Current assignee: Conserve&associates inc
Priority date: 2018-06-21
Filing date: 2018-06-21
Publication date: 2022-08-08
Anticipated expiration: 2038-06-21
Also published as: JP2019219555A

Description

本発明は、ディスプレイ装置、および、それを用いた自動車のヘッドアップディスプレイシステムに関するものであって、特に、単一の画像生成ユニットを使用して、異なる距離の複数の虚像を生成するディスプレイ装置、および、それを用いた自動車のヘッドアップディスプレイシステムに関するものである。 The present invention relates to a display device and a vehicle head-up display system using the same, in particular a display device that uses a single image generation unit to generate multiple virtual images at different distances. and an automotive head-up display system using the same.

運転中、ドライバーは、道路から目を離して、計器盤やその他の消費家電を見るので、安全に憂慮がある。よって、安全運転のために、計器盤上の運転情報をヘッドアップディスプレイ（ｈｅａｄ－ｕｐｄｉｓｐｌａｙ，ＨＵＤ）に移す重要な手段が利用される。 While driving, the driver looks away from the road and looks at the instrument panel and other consumer electronics, which is a safety concern. Therefore, an important means of transferring driving information on the instrument panel to a head-up display (HUD) is utilized for safe driving.

ＨＵＤの発展に伴い、付加功能もますます豊富になり、現在、拡張現実ＨＵＤ（ａｕｇｍｅｎｔｅｄｒｅａｌｉｔｙＨＵＤ，ＡＲ－ＨＵＤ）等の新しい応用要求も生じており、これらの新型のＨＵＤは、一個の虚像面だけでなく、複数の虚像面を必要とする。これにより、ナビゲーター、地図等の情報が、離れた虚像面に表されて、車速、油量等の情報は、近くの虚像面に表示されることができる。図１は、複数の虚像面を有するＨＵＤの概念図であり、図１に示されるように、ドライバー１から虚像距離ＶＩ＿Ｐ１に離れた虚像ＶＩ＿１、および、ドライバー１から虚像距離ＶＩ＿Ｐ２に離れた虚像ＶＩ＿２を有する。既存の技術において、複数の虚像面を有するＨＵＤを実現するため、多くが以下の二種の方法を採用し、その（１）、二個の画像生成ユニットと二組の投射光学システムを利用することであり、たとえば、計器盤の下に、一組の画像生成ユニットと投射光学システムを装着し、運転席頂部に、もう一組の画像生成ユニットと投射光学システムを装着し、このような二組のシステムは、それぞれ、二個の距離が異なる虚像を生成する。あるいは、その（２）、二個の画像生成ユニットと一組の投射光学システムを利用することであり、たとえば、図１に示されるように、計器盤の下に、二個の画像生成ユニット、それぞれ、画像生成ユニット２と画像生成ユニット３、と一組の投射光学システム４を装着し、二個の画像生成ユニット２、３は、投射光学システム４に対し異なる物体距離０１、０２において、異なる距離の虚像を生成する。しかし、従来の技術は、複数の異なる距離の虚像を生成するため、複数の画像生成ユニットを利用しなければならないので、システムコストの増加だけでなく、駆動や装着およびデバッグの困難度も高くなる。 With the development of HUD, the additional functions are becoming more and more abundant, and now there are new application requirements such as augmented reality HUD (AR-HUD). In addition, it requires multiple virtual image planes. As a result, information such as a navigator and a map can be displayed on a distant virtual image plane, and information such as vehicle speed and oil amount can be displayed on a nearby virtual image plane. FIG. 1 is a conceptual diagram of a HUD having a plurality of virtual image planes, as shown in FIG. have In the existing technology, to realize HUD with multiple virtual image planes, most of them adopt the following two methods: (1) using two image generation units and two sets of projection optical systems; For example, one set of image generation unit and projection optical system is mounted under the instrument panel, and another set of image generation unit and projection optical system is mounted on the top of the driver's seat. Each set of systems produces virtual images at two different distances. Alternatively, (2), using two image generation units and a set of projection optical systems, for example, as shown in FIG. Equipped with an image generation unit 2 and an image generation unit 3 and a set of projection optical systems 4, respectively, the two image generation units 2, 3 are at different object distances 01, 02 with respect to the projection optical system 4. Generates a virtual image of distance. However, the conventional technology has to use multiple image generation units to generate multiple virtual images at different distances, which not only increases the system cost, but also increases the difficulty of driving, mounting and debugging. .

よって、どのように上記の問題を改善するかが、本発明が開示する技術の重点である。 Therefore, how to improve the above problems is the focus of the technology disclosed by the present invention.

本発明は、自動車のヘッドアップディスプレイシステムを提供し、単一の画像生成ユニットを利用して、少なくとも二個の異なる距離の虚像を生成し、ドライバーに十分な運転情報を提供するとともに、自動車のヘッドアップディスプレイシステムの組み立ての簡単化、および、生産コストの低減が実現されることを目的とする。 The present invention provides a head-up display system for a motor vehicle, which utilizes a single image generating unit to generate at least two virtual images at different distances to provide sufficient driving information to the driver and An object of the present invention is to simplify the assembly of a head-up display system and reduce the production cost.

本発明の一実施形態による自動車のヘッドアップディスプレイシステムは、フロントガラス、および、ディスプレイ装置を有する。フロントガラスが、車両の車体には連接されて、光線を反射する表面を有する。ディスプレイ装置は、画像生成ユニットと光学結像モジュールを有する。画像生成ユニットは、車体内に設置され、且つ、第一イメージ光、および、第二イメージ光を生成する。光学結像モジュールは、画像生成ユニットの出光側に設置され、且つ、少なくとも一つの平面鏡、および、少なくとも一つの第一曲面鏡を有して、第一イメージ光を、第一光路を経由してフロントガラスの表面に反射させ、また、第二イメージ光を、第一光路を経由してフロントガラスの表面に反射させ、これにより、それぞれ、第一虚像、および、第二虚像を生成する。第一光路の距離は、第二光路の距離より短い。 An automotive head-up display system according to one embodiment of the present invention includes a windshield and a display device. A windshield is articulated with the body of the vehicle and has a light reflective surface. The display device has an image generation unit and an optical imaging module. The image generating unit is installed in the vehicle body and generates a first image light and a second image light. The optical imaging module is installed at the light exit side of the image generating unit and has at least one plane mirror and at least one first curved mirror to direct the first image light through the first optical path. The second image light is reflected from the surface of the windshield and reflected from the surface of the windshield via the first optical path, thereby generating a first virtual image and a second virtual image, respectively. The distance of the first optical path is shorter than the distance of the second optical path.

本発明のもう一つの実施形態によるディスプレイ装置は、画像生成ユニット、および、光学結像モジュールを有する。画像生成ユニットは、車両の車体内に設置されて、第一イメージ光、および、第二イメージ光を生成する。光学結像モジュールは、画像生成ユニットの出光側に設置され、且つ、少なくとも一つの平面鏡、および、少なくとも一つの第一曲面鏡を有して、第一イメージ光を、第一光路を経由してフロントガラスの表面に反射させ、および、第二イメージ光を、第一光路を経由してフロントガラスの表面に反射させ、それぞれ、第一虚像、および、第二虚像を生成する。第一光路の距離は、第二光路の距離より短い。 A display device according to another embodiment of the invention comprises an image generation unit and an optical imaging module. The image generating unit is installed in the body of the vehicle to generate a first image light and a second image light. The optical imaging module is installed at the light exit side of the image generating unit and has at least one plane mirror and at least one first curved mirror to direct the first image light through the first optical path. The surface of the windshield reflects and the second image light is reflected from the surface of the windshield via the first optical path to generate a first virtual image and a second virtual image, respectively. The distance of the first optical path is shorter than the distance of the second optical path.

以下で、具体的な実施形態と添付図面により詳細に説明することにより、本発明の目的、技術内容、特徴、および、達成される効果を分かりやすくする。 The following detailed description of specific embodiments and accompanying drawings will make the objects, technical content, features, and effects achieved of the present invention more comprehensible.

本発明の自動車のヘッドアップディスプレイシステムは、単一の画像生成ユニットを利用して、少なくとも二個の異なる距離の虚像を生成し、ドライバーに十分な運転情報を提供するとともに、自動車のヘッドアップディスプレイシステムの組み立ての簡単化、および、生産コストの低減が実現される。 The automotive head-up display system of the present invention utilizes a single image generating unit to generate at least two virtual images at different distances to provide the driver with sufficient driving information and the automotive head-up display system. Simplification of system assembly and reduction of production costs are realized.

従来の自動車のヘッドアップディスプレイシステムを示す概念図である。1 is a conceptual diagram showing a conventional automobile head-up display system; FIG. 本発明の一実施形態によるディスプレイ装置、および、それを用いた自動車のヘッドアップディスプレイシステムを示す概念図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a conceptual diagram showing a display device according to an embodiment of the present invention and a vehicle head-up display system using the same. 本発明の一実施形態による画像生成ユニットを示す概念図である。1 is a conceptual diagram illustrating an image generation unit according to an embodiment of the invention; FIG. 本発明のもう一つの実施形態によるディスプレイ装置、および、それを用いた自動車のヘッドアップディスプレイシステムを示す概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram showing a display device according to another embodiment of the present invention and a vehicle head-up display system using the same. 本発明のもう一つの実施形態によるディスプレイ装置、および、それを用いた自動車のヘッドアップディスプレイシステムを示す概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram showing a display device according to another embodiment of the present invention and a vehicle head-up display system using the same. 本発明の別の実施形態によるディスプレイ装置、および、それを用いた自動車のヘッドアップディスプレイシステムを示す概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram showing a display device according to another embodiment of the present invention and a vehicle head-up display system using the same. 本発明の一実施形態によるＦＯＶ定義を示す概念図である。1 is a conceptual diagram illustrating a FOV definition according to one embodiment of the invention; FIG. 本発明の一実施形態によるディスプレイ装置、および、それを用いた自動車のヘッドアップディスプレイシステムの第一ディスプレイ領域の光路、および、第二ディスプレイ領域の光路を示す概念図である。1 is a conceptual diagram showing optical paths in a first display area and optical paths in a second display area of a display device according to an embodiment of the present invention and an automotive head-up display system using the same. FIG. 本発明の一実施形態によるディスプレイ装置、および、それを用いた自動車のヘッドアップディスプレイシステムの第一ディスプレイ領域の光路、および、第二ディスプレイ領域の光路を示す概念図である。1 is a conceptual diagram showing optical paths in a first display area and optical paths in a second display area of a display device according to an embodiment of the present invention and an automotive head-up display system using the same. FIG. 本発明の一実施形態による第一ディスプレイ領域のグリッドイメージ撮像シミュレーションの概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram of a grid image capture simulation of the first display area according to an embodiment of the present invention; 本発明の一実施形態による第二ディスプレイ領域のグリッドイメージ撮像シミュレーションの概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram of a grid image capturing simulation of a second display area according to an embodiment of the present invention; 本発明の一実施形態による第一ディスプレイ領域の各視野点のカットオフ周波数を示す概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram showing the cutoff frequency of each field point of the first display area according to one embodiment of the present invention; 本発明の一実施形態による第二ディスプレイ領域の各視野点のカットオフ周波数を示す概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram showing cutoff frequencies of each field point of the second display area according to an embodiment of the present invention;

以下で、本発明の各実施形態を添付図面とともに詳述して例示する。これらの詳細な説明以外に、本発明は、さらに、その他の実施形態中で幅広く施行され、記述される実施形態の簡単な代替、修正、および、等価変化も、本発明の範囲内に含まれるとともに、特許請求の範囲をもって結論とする。明細書の記述において、本発明を完全に理解できるようにするため、多くの特定の詳細を提供する。しかし、本発明は、特定の詳細の一部、または、全部を省略しても、実施することが可能である。このほか、従来の工程や素子は描写されておらず、本発明に対し不要な制限を防止する。図面中、相同、または、類似の素子は、相同、または、類似の符号で表示される。特に注意すべきことは、図面は、素子の実際のサイズや数量を示すものではなく、図面を簡潔にするために、完全に描かれてはない。 Embodiments of the present invention are described in detail below and illustrated in conjunction with the accompanying drawings. Beyond these detailed descriptions, the invention is also broadly practiced in other embodiments, and simple substitutions, modifications, and equivalent changes of the described embodiments are also included within the scope of the invention. and conclude with the claims. In the written description, numerous specific details are provided in order to provide a thorough understanding of the present invention. However, the invention may be practiced with some or all of the specific details omitted. Additionally, conventional steps and devices have not been shown to avoid unnecessary limitations on the present invention. In the drawings, homologous or similar elements are labeled with homologous or similar symbols. It should be noted that the drawings do not show the actual size or quantity of the elements, and are not drawn in full for the sake of drawing clarity.

図２は、本発明の一実施形態によるディスプレイ装置、および、それを用いた自動車のヘッドアップディスプレイシステムを示す概念図である。図に示されるように、本発明の自動車のヘッドアップディスプレイシステム１０は、フロントガラス１１、および、ディスプレイ装置１２を有する。フロントガラス１１は、車両１３の車体１３１に連接され、且つ、表面１１１を有する。ディスプレイ装置１２は、画像生成ユニット１２１、および、光学結像モジュール１２２を有する。画像生成ユニット１２１は、車体１３１内に設置され、且つ、第一イメージ光（図示しない）、および、第二イメージ光（図示しない）を生成する。光学結像モジュール１２２は、画像生成ユニット１２１の出光側に設置され、且つ、少なくとも一つの平面鏡１２２２、および、少なくとも一つの第一曲面鏡１２２４を有して、第一イメージ光を、第一光路Ｐ１を経由してフロントガラス１１の表面１１１に反射させ、第二イメージ光を、第二光路Ｐ２を経由してフロントガラス１１の表面１１１に反射させ、それぞれ、第一虚像ＶＩ１、および、第二虚像ＶＩ２を生成する。第一光路Ｐ１の距離は第二光路Ｐ２の距離より短い。一実施形態において、第一イメージ光は、少なくとも一つの第一曲面鏡１２２４により、フロントガラス１１の表面１１１に反射され、且つ、第二イメージ光は、少なくとも一つの平面鏡１２２２、および、少なくとも一つの第一曲面鏡１２２４により、フロントガラス１１の表面１１１に反射される。 FIG. 2 is a conceptual diagram showing a display device according to an embodiment of the present invention and a vehicle head-up display system using the same. As shown in the figure, the automotive head-up display system 10 of the present invention has a windshield 11 and a display device 12 . The windshield 11 is connected to the body 131 of the vehicle 13 and has a surface 111 . The display device 12 has an image generation unit 121 and an optical imaging module 122 . The image generating unit 121 is installed in the vehicle body 131 and generates a first image light (not shown) and a second image light (not shown). The optical imaging module 122 is installed at the light exit side of the image generation unit 121 and has at least one plane mirror 1222 and at least one first curved mirror 1224 to direct the first image light into the first optical path. The second image light is reflected by the surface 111 of the windshield 11 via the second optical path P1 and reflected by the surface 111 of the windshield 11 via the second optical path P2 to form a first virtual image VI1 and a second virtual image VI1 respectively. A virtual image VI2 is generated. The distance of the first optical path P1 is shorter than the distance of the second optical path P2. In one embodiment, the first image light is reflected to the surface 111 of the windshield 11 by at least one first curved mirror 1224, and the second image light is reflected by at least one plane mirror 1222 and at least one The first curved mirror 1224 reflects the light onto the surface 111 of the windshield 11 .

一実施形態において、画像生成ユニット１２１は、これに限定されないが、液晶ディスプレイモジュールやデジタル光処理モジュール、液晶オンシリコンディスプレイモジュール及びレーザーディスプレイモジュールを有する。一実施形態において、図３を参照しながら、画像生成ユニット１２１は、第一ディスプレイ領域１２１１と第二ディスプレイ領域１２１２を有するイメージパネルを含み、且つ、第一ディスプレイ領域１２１１と第二ディスプレイ領域１２１２は、それぞれ、第一イメージ光と第二イメージ光を生成する。他の一実施形態において、画像生成ユニット１２１は、単一のイメージパネルである。更に他の一実施形態において、光路干渉を回避するため、例えば、イメージパネルの符号１２１３によって示される小さい部分の領域は、最終的に結像していないが、この未使用領域に対しては、異なるメカニズム設計に基づいて、異なる設定を有する。また、更に他の実施形態において、イメージパネルは、更に、第三ディスプレイ領域（図示しない）を有して、第三イメージを生成し、上記のように、イメージパネルは、二個、または、二個以上のディスプレイ領域を有して、二個、または、二個以上のイメージを生成することができる。図３に示されるように、本発明は、単一の画像生成ユニットを利用して、画像生成の表示面積を分割することにより、ロジック上、独自に運用でき、物理上、一体になる複数のディスプレイ領域を形成する。図３は、二個のディスプレイ領域で、分割利用の原理を説明する。図３中の第一ディスプレイ領域１２１１と第二ディスプレイ領域１２１２は、最終距離が異なる二個の虚像に対応する。また、分割方法は長方形の分割に限定されず、任意の幾何形状で、且つ、システム構造空間を調節するため、イメージパネルには、一部が未使用領域とされてもよく、必須の配置ではない。 In one embodiment, the image generation unit 121 includes, but is not limited to, a liquid crystal display module, a digital light processing module, a liquid crystal on silicon display module and a laser display module. In one embodiment, referring to FIG. 3, the image generation unit 121 includes an image panel having a first display area 1211 and a second display area 1212, and the first display area 1211 and the second display area 1212 are , to generate a first image light and a second image light, respectively. In another embodiment, image generation unit 121 is a single image panel. In yet another embodiment, to avoid optical path interference, for example, a small portion of the image panel indicated by 1213 is not finally imaged, but for this unused area: Based on different mechanism design, it has different settings. Also, in still other embodiments, the image panel further has a third display area (not shown) to generate a third image, and as above, the image panel has two or two It is possible to have two or more display areas to generate two or more images. As shown in FIG. 3, the present invention utilizes a single image generation unit and divides the display area for image generation so that it can be logically independently operated and physically integrated into multiple units. Form the display area. FIG. 3 illustrates the principle of split utilization with two display areas. A first display area 1211 and a second display area 1212 in FIG. 3 correspond to two virtual images with different final distances. In addition, the division method is not limited to rectangular division, but can be any geometric shape, and in order to adjust the system structure space, the image panel may have a part as an unused area. do not have.

本発明は、複数のディスプレイ領域を、空間上異なる位置に配置して、異なる物体距離を形成するため、平面鏡や曲面鏡及びレンズ等の光学結像モジュールを利用して、少なくとも一個のディスプレイ領域を、元のイメージソース空間とは異なるその他の位置に結像する。その他のディスプレイ領域は、元の位置に維持されるか、または、別の光学反転システム（光学結像モジュール）により、空間のその他の位置（ここで、その他の位置というのは、前述の第一反転システムが、ディスプレイ領域に対応して結像する位置と異なる位置である）に結像される。図３、図４の実施形態でさらに説明すると、図４は、図２の実施形態に基づく本発明のもう一つの実施形態によるディスプレイ装置を示す概念図である。図３、４の実施形態に示されるように、画像生成ユニット１２１は、二個のディスプレイ領域に分割され（第一ディスプレイ領域１２１１と第二ディスプレイ領域１２１２、および、二者の間に位置する一個の未使用領域１２１３を有する）、第一ディスプレイ領域１２１１が発する光線は、直接、第一曲面鏡１２２４に照射されて、フロントガラス１１に反射され、第一虚像（図２中の第一虚像ＶＩ１）を形成する。第二ディスプレイ領域１２１２が発する光線は、平面鏡１２２２ａに照射され、平面鏡結像原理により、第一リレー虚像ＲＶＩ１を生成する。第一リレー虚像ＲＶＩ１は、平面鏡１２２２ｂにより反射されて結像され、第二リレー虚像ＲＶＩ２を生成する。続いて、第二リレー虚像ＲＶＩ２は、平面鏡１２２２ｃにより反射されて結像され、第三リレー虚像ＲＶＩ３を生成する。このように、第二ディスプレイ領域１２１２は、平面鏡１２２２ａ、１２２２ｂ、１２２２ｃから構成される光学反転システムにより、元のイメージソース位置と異なる位置に移転され、即ち、第三リレー虚像ＲＶＩ３に移転される。第三リレー虚像ＲＶＩ３は、さらに、曲面鏡１２２４とフロントガラス１１により、光学結像が投射されて、第二虚像（図２中の第二虚像ＶＩ２）を生成する。反転システムの影響を受けていない第一ディスプレイ領域１２１１と第三リレー虚像ＲＶＩ３（第三リレー虚像ＲＶＩ３は、即ち、第二ディスプレイ領域１２１２の移転イメージ）が、曲面鏡１２２４に対する距離は異なり、且つ、合理的な設計の元で、ともに、曲面鏡の焦点Ｆ内に位置するので、第一虚像ＶＩ１（図２に示されるように）と第二虚像ＶＩ２（図２に示されるように）は、ドライバー１に対し異なる虚像距離を有し、一実施形態において、第二虚像ＶＩ２（図２に示されるように）の結像位置からドライバー１の虚像距離は２メートルより大きい。本発明は、光学結像システムを利用し、少なくとも一個のディスプレイ領域を、空間のその他の位置に移転させて、複数のディスプレイ領域に、メイン投射光学システム（即ち、本実施形態中の第一曲面鏡１２２４）に対し、異なる物体距離を有させる。 The present invention utilizes optical imaging modules such as plane mirrors, curved mirrors and lenses to align at least one display area with different spatial positions to form different object distances. , to other locations different from the original image source space. Other display areas may be maintained in their original positions or may be converted to other positions in space (where other positions refer to the first The inverted system is imaged at a different location than the imaged location corresponding to the display area. 3 and 4, FIG. 4 is a conceptual diagram showing a display device according to another embodiment of the present invention based on the embodiment of FIG. As shown in the embodiments of FIGS. 3 and 4, the image generation unit 121 is divided into two display areas (a first display area 1211 and a second display area 1212, and one located between the two). ), the light rays emitted by the first display area 1211 are directly irradiated to the first curved mirror 1224 and reflected by the windshield 11 to form the first virtual image (the first virtual image VI1 in FIG. 2 ). The rays emitted by the second display area 1212 are projected onto the plane mirror 1222a to generate the first relay virtual image RVI1 according to the plane mirror imaging principle. The first relay virtual image RVI1 is reflected and formed into a second relay virtual image RVI2 by the plane mirror 1222b. Subsequently, the second relay virtual image RVI2 is reflected and formed into a third relay virtual image RVI3 by the plane mirror 1222c. Thus, the second display area 1212 is transferred to a position different from the original image source position by an optical reversing system composed of plane mirrors 1222a, 1222b, 1222c, ie to a third relay virtual image RVI3. The third relay virtual image RVI3 is further optically projected by curved mirror 1224 and windshield 11 to generate a second virtual image (second virtual image VI2 in FIG. 2). The first display area 1211 unaffected by the reversing system and the third relay virtual image RVI3 (the third relay virtual image RVI3 is the transferred image of the second display area 1212) are at different distances to the curved mirror 1224, and Under reasonable design, both located within the focal point F of the curved mirror, the first virtual image VI1 (as shown in FIG. 2) and the second virtual image VI2 (as shown in FIG. 2) are It has different virtual image distances to the driver 1, and in one embodiment the virtual image distance of the driver 1 from the imaging position of the second virtual image VI2 (as shown in FIG. 2) is greater than 2 meters. The present invention utilizes an optical imaging system to relocate at least one display area to other locations in space to provide multiple display areas with the main projection optical system (i.e., the first curved surface in this embodiment). 1224) have different object distances.

図４の実施形態は、三つのの平面鏡によって構成される光学結像モジュールを例として説明する。さらに別の実施形態において、図２の実施形態に基づく本発明のもう一つの実施形態によるディスプレイ装置を示す概念図である図５を参照する。図４と唯一異なるのは、光学結像モジュール１２２が、更に、画像生成ユニット１２１と少なくとも一つの第一曲面鏡１２２４間にある第二光路Ｐ２上に設置される第二曲面鏡１２２５を有することで、つまり、図４の実施形態と比較して、光学結像モジュール１２２の平面鏡１２２２ｃの代わりに、曲面鏡１２２５を取り付け、図５に示されるように、曲面鏡１２２５によって非ゼロ屈折度が導入されるため、第三リレー虚像ＲＶＩ３’のサイズは、対応する第二ディスプレイ領域１２１２より大きい（図４において、第三リレー虚像ＲＶＩ３のサイズが、第二ディスプレイ領域１２１２に等しい）。あるいは、一実施形態において、図６に示されるように、光学結像モジュール１２２は、平面鏡１２２２ａ、１２２２ｂ、曲面鏡１２２５、および、レンズ１２２６から構成され、つまり、図５の実施形態のベース上に、一枚のレンズ１２２６を加えて、曲面鏡１２２５の拡大結像の光学収差を修正し、レンズ１２２６は、画像生成ユニットから曲面鏡１２２５までの間にある第二光路Ｐ２上に設置される。これは、光学設計分野の一般的な知識であるので、詳述しない。よって、理解できることは、光学結像システムの設計は、当業者なら、必要に応じて、勝手に調整できる。 The embodiment of FIG. 4 will be described by taking an optical imaging module composed of three plane mirrors as an example. In yet another embodiment, please refer to FIG. 5, which is a conceptual diagram showing a display device according to another embodiment of the present invention based on the embodiment of FIG. The only difference from FIG. 4 is that the optical imaging module 122 further has a second curved mirror 1225 installed on the second optical path P2 between the imaging unit 121 and at least one first curved mirror 1224. 4, instead of the plane mirror 1222c of the optical imaging module 122, a curved mirror 1225 is installed, and a non-zero degree of refraction is introduced by the curved mirror 1225, as shown in FIG. Therefore, the size of the third relay virtual image RVI3′ is larger than the corresponding second display area 1212 (in FIG. 4, the size of the third relay virtual image RVI3 is equal to the second display area 1212). Alternatively, in one embodiment, as shown in FIG. 6, optical imaging module 122 is composed of plane mirrors 1222a, 1222b, curved mirror 1225, and lens 1226, that is, on the base of the embodiment of FIG. , adding a lens 1226 to correct the optical aberration of the magnifying imaging of the curved mirror 1225, the lens 1226 is installed on the second optical path P2 between the imaging unit and the curved mirror 1225; This is general knowledge in the field of optical design and will not be described in detail. Thus, it can be appreciated that the design of the optical imaging system can be adjusted as needed by those skilled in the art.

上記の本発明の説明によると、光学反転システムの作用により、単一のイメージソースは、メイン投射光学システムに対して異なる物体距離を有する複数の物体に転換され、ガウス光学原理にしたがって、異なる距離の虚像が生成される。このほか、生成された虚像が実用化可能なイメージ品質を有することを保証するため、メイン投射システムは、最適化光学設計により、各規格がＨＵＤ結像要求を満たすことを確保しなければならない。一般に、結像品質規格は、視野（ｆｉｅｌｄｏｆｖｉｅｗ，ＦＯＶ）内の各視野点がイメージソース画素の大きさにより決定されるカットオフ周波数（ｃｕｔ－ｏｆｆｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）下で調整される変調伝達関数（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｔｒａｎｓｆｅｒｆｕｎｃｔｉｏｎ，ＭＴＦ）値、歪み、非点収差、両眼の視差等が含まれる。ここで記述される最適化光学設計と評価は、当業者にとっては一般知識であるので、詳述しない。 According to the above description of the invention, through the action of the optical reversal system, a single image source is transformed into multiple objects having different object distances with respect to the main projection optical system, and according to the Gaussian optical principle, the different distances is generated. In addition, to ensure that the generated virtual image has a practicable image quality, the main projection system must ensure that each standard meets the HUD imaging requirements through optimized optical design. In general, imaging quality standards specify a modulation transfer function ( modulation transfer function (MTF) value, distortion, astigmatism, binocular parallax, and the like. The optimized optical design and evaluation described here are common knowledge to those skilled in the art and will not be described in detail.

本発明に係る、単一の画像生成ユニットを利用し、且つ、複数の虚像面を有する車両ヘッドアップディスプレイを説明するため、ここで、具体的な実施形態を提供する。画像生成ユニット１２１は、一つだけの、大きさが５７ｍｍ×３４ｍｍ（対角線２．６インチ）であるの液晶ディスプレイパネル（ｌｉｑｕｉｄ－ｃｒｙｓｔａｌｄｉｓｐｌａｙ，ＬＣＤ）であり、それは二個の部分に分割され、分割方法は、図３に示されるように、第一ディスプレイ領域１２１１のサイズは５７ｍｍ×１４ｍｍで、第二ディスプレイ領域１２１２のサイズは５７ｍｍ×１６ｍｍであり、二個のディスプレイ領域の間に、面積が５７ｍｍ×４ｍｍである未使用領域１２１３がある。ディスプレイ装置１２を示す概念図は、図４と同じで、第一ディスプレイ領域１２１１は、反転システムに対応せず、第二ディスプレイ領域１２１２の反転システムは、三つの平面鏡（平面鏡１２２２ａ、１２２２ｂ、１２２２ｃ）を有する。 Specific embodiments are now provided to describe a vehicle head-up display utilizing a single image generation unit and having multiple virtual image planes according to the present invention. The image generation unit 121 is a single liquid-crystal display (LCD) with a size of 57 mm x 34 mm (diagonal 2.6 inches), which is divided into two parts, 3, the size of the first display area 1211 is 57 mm×14 mm, and the size of the second display area 1212 is 57 mm×16 mm. There is an unused area 1213 that is 57mm x 4mm. The conceptual diagram showing the display device 12 is the same as FIG. 4, the first display area 1211 does not correspond to the reversing system, and the reversing system of the second display area 1212 consists of three plane mirrors (plane mirrors 1222a, 1222b, 1222c). have

本実施形態に用いられるフロントガラス１１は、地面に垂直な方向の曲率は７５００ｍｍで、地面に平行な方向の曲率は３０００ｍｍである。ドライバー１の視線（地面に対し５°の下視角）で座標系を作成する場合、図７に示されるように、第一ディスプレイ領域１２１１が生成する第一虚像ＶＩ１のＦＯＶは－２．５°～２．５°（ｘ方向）と－３．５°～－１．５°（ｙ方向）で、ドライバー１に相対する虚像距離は２．５ｍである。第二ディスプレイ領域１２１２が生成する第二虚像ＶＩ２のＦＯＶは－５°～５°（ｘ方向）と－０．５°～２．５°（ｙ方向）で、ドライバー１に相対する虚像距離は９ｍである。両眼が同時に、第一虚像ＶＩ１と第二虚像ＶＩ２を鑑賞できる範囲は、１２０ｍｍ（ｘ方向）と６０ｍｍ（ｙ方向）であり、即ち、アイボックス（ｅｙｅｂｏｘ）範囲である。光学結像モジュール１２２の曲面鏡１２２４の面型パラメータは、数式（１）により描写され、数式は、６次非球面係数を含む二重曲率数式で、具体的には、表１のように、光学結像モジュール１２２の曲面鏡のサーフェスパラメータで記述される。ドライバー両眼が含まれる二個のディスプレイ領域のそれぞれの中心視野点の光路図は、図８ａ、および、図８ｂに示されるように、二個のディスプレイ領域は、それぞれ、反転システムを利用するか、利用せずに、距離が異なる虚像をなすことが分かる。光学結像モジュール１２２の曲面鏡１２２４の曲面形状を定義する数式（１）は以下のようである： The windshield 11 used in this embodiment has a curvature of 7500 mm in the direction perpendicular to the ground and a curvature of 3000 mm in the direction parallel to the ground. When creating a coordinate system in the line of sight of the driver 1 (5° downward viewing angle with respect to the ground), the FOV of the first virtual image VI1 generated by the first display area 1211 is −2.5°, as shown in FIG. ~2.5° (x direction) and -3.5° to -1.5° (y direction), the virtual image distance relative to the driver 1 is 2.5 m. The FOV of the second virtual image VI2 generated by the second display area 1212 is -5° to 5° (x direction) and -0.5° to 2.5° (y direction), and the virtual image distance relative to the driver 1 is 9m. The range in which both eyes can simultaneously appreciate the first virtual image VI1 and the second virtual image VI2 is 120 mm (x direction) and 60 mm (y direction), ie, the eyebox range. The surface type parameters of the curved mirror 1224 of the optical imaging module 122 are described by Equation (1), which is a double curvature equation including a sixth-order aspheric coefficient, specifically as shown in Table 1: Described by the surface parameters of the curved mirror of the optical imaging module 122 . The optical path diagrams of the central field points of each of the two display areas that the driver's eyes are included in are shown in FIGS. 8a and 8b, respectively. , the virtual images are formed at different distances. Equation (1) defining the curved shape of curved mirror 1224 of optical imaging module 122 is as follows:

結像品質方面において、本実施形態は、二個のディスプレイ領域のグリッドイメージ結像シミュレーションとカットオフ周波数内のＭＴＦの二個の重要な規格に対し説明を加え、図９ａ、および、図９ｂに示されるように、第一ディスプレイ領域１２１１と第二ディスプレイ領域１２１２に対応する虚像の歪みは非常にわずかで、５％より小さい。図１０ａ、および、図１０ｂに示されるように、第一ディスプレイ領域１２１１と第二ディスプレイ領域１２１２のＬＣＤ画素の大きさを決定するカットオフ周波数（８周期／ミリ）内のＭＴＦ値は、どれも、０．５より大きく、回折制限システムであり、結像光学の一般知識によると、このシステムは、結像がクリアである。 In terms of imaging quality, this embodiment adds explanations to two important specifications, grid image imaging simulation of two display areas and MTF within the cutoff frequency, as shown in FIGS. 9a and 9b. As shown, the distortion of the virtual images corresponding to the first display area 1211 and the second display area 1212 is very slight, less than 5%. As shown in FIGS. 10a and 10b, any MTF value within the cutoff frequency (8 cycles/mm) that determines the LCD pixel size of the first display area 1211 and the second display area 1212 is , is greater than 0.5, it is a diffraction-limited system, and according to common knowledge in imaging optics, this system provides clear imaging.

上記のように、本発明のディスプレイ装置、および、それを用いた自動車のヘッドアップディスプレイシステムは、ディスプレイ装置の画像生成ユニットによって、少なくとも二個の画像生成ユニットが提供され、ロジック上は、独自に運用でき、物理上は一体であるディスプレイ領域を形成する。ディスプレイ装置の光学結像モジュールは、少なくとも一つの平面鏡、および、少なくとも一つの曲面鏡を有し、弾性的に、異なる画像生成ユニットに基づいて、異なる反転配置を実行して、少なくとも、はっきりする二個の虚像が結像される。 As described above, the display device of the present invention and an automobile head-up display system using the same are provided with at least two image generation units by the image generation unit of the display device, and are logically independently It forms a display area that is operational and physically unitary. The optical imaging module of the display device has at least one flat mirror and at least one curved mirror, and elastically performs different reversal arrangements according to different image generation units to at least two distinct Individual virtual images are formed.

総合すると、本発明のディスプレイ装置、および、それを用いた自動車のヘッドアップディスプレイシステムは、単一の画像生成ユニットを利用して、少なくとも二個の異なる距離の虚像を生成し、ドライバーに十分な運転情報を提供するとともに、自動車のヘッドアップディスプレイシステムの組み立ての簡単化、および、生産コストの低減が実現される。 Taken together, the display device of the present invention, and the automotive head-up display system using it, utilizes a single image generation unit to generate at least two virtual images at different distances, providing a sufficient distance for the driver. It provides driving information, simplifies the assembly of the automotive head-up display system, and reduces production costs.

１ドライバー
２，３画像生成ユニット
４投射光学システム
ＶＩ＿１，ＶＩ＿２虚像
ＶＩ＿Ｐ１，ＶＩ＿Ｐ２虚像距離
Ｏ１，Ｏ２物体距離
１０自動車のヘッドアップディスプレイシステム
１１フロントガラス
１１１表面
１２ディスプレイ装置
１２１画像生成ユニット
１２１１第一ディスプレイ領域
１２１２第二ディスプレイ領域
１２１３未使用領域
１２２光学結像モジュール
１２２２，１２２２ａ，１２２２ｂ，１２２２ｃ平面鏡
１２２４，１２２５曲面鏡
１２２６レンズ
１３車両
１３１車体
Ｆ焦点
Ｐ１第一光路
Ｐ２第二光路
ＲＶＩ１第一リレー虚像
ＲＶＩ２第二リレー虚像
ＲＶＩ３，ＲＶＩ３’第三リレー虚像
ＶＩ１第一虚像
ＶＩ２第二虚像 1 drivers 2, 3 image generation unit 4 projection optical system VI_1, VI_2 virtual images VI_P1, VI_P2 virtual image distances O1, O2 object distance 10 automobile head-up display system 11 windshield 111 surface 12 display device 121 image generation unit 1211 first display area 1212 second display area 1213 unused area 122 optical imaging module 1222, 1222a, 1222b, 1222c plane mirror 1224, 1225 curved mirror 1226 lens 13 vehicle 131 vehicle body F focus P1 first optical path P2 second optical path RVI1 first relay virtual image RVI2 Second relay virtual image RVI3, RVI3' Third relay virtual image VI1 First virtual image VI2 Second virtual image

Claims

自動車のヘッドアップディスプレイシステムであって、
車輛の車体に連接され、光線を反射する表面を有するフロントガラスと、
前記車体内に設置され、第一イメージ光、および、第二イメージ光を生成する画像生成ユニットと、
少なくとも二つの平面鏡と、
一つの第一曲面鏡と、
一つの第二曲面鏡と、
一つのレンズと、
第一光路の距離は第二光路の距離より短い光学結像モジュールとを有し、
前記画像生成ユニットの出光側に前記平面鏡、および、前記第一曲面鏡が設置され、
前記第一イメージ光は、前記画像生成ユニットから出射した光が前記第一曲面鏡で反射して前記フロントガラスの前記表面に到達する前記第一光路を経由し、第一虚像を生成し、
前記第二イメージ光は、前記画像生成ユニットから出射した光が前記平面鏡で反射した後、前記第一曲面鏡で反射して前記フロントガラスの前記表面に到達する第二光路を経由し、第二虚像を生成し、
前記第二光路上に前記平面鏡が配置されることにより、前記第一虚像と前記第二虚像はドライバーに対し異なる虚像距離を形成し、前記第二光路上の前記第一曲面鏡の前に設置される前記第二曲面鏡は拡大結像を生成し、
前記第二曲面鏡から前記第一曲面鏡までの間にある前記第二光路上に前記レンズが配置され、前記レンズは前記拡大結像の光学収差を修正する、
ことを特徴とするヘッドアップディスプレイシステム。 An automotive head-up display system comprising:
a windshield articulated with the body of the vehicle and having a surface reflecting light rays;
an image generation unit installed in the vehicle body for generating a first image light and a second image light;
at least two plane mirrors;
a first curved mirror;
a second curved mirror;
one lens and
an optical imaging module, wherein the distance of the first optical path is less than the distance of the second optical path;
The plane mirror and the first curved mirror are installed on the light exit side of the image generation unit,
The first image light passes through the first optical path in which the light emitted from the image generation unit is reflected by the first curved mirror and reaches the surface of the windshield to generate a first virtual image,
The second image light passes through a second optical path in which the light emitted from the image generation unit is reflected by the plane mirror, then reflected by the first curved mirror, and reaches the surface of the windshield. generate a virtual image,
By placing the plane mirror on the second optical path, the first virtual image and the second virtual image form different virtual image distances to the driver, and are placed in front of the first curved mirror on the second optical path. the second curved mirror is configured to produce a magnified image;
The lens is arranged on the second optical path between the second curved mirror and the first curved mirror, and the lens corrects optical aberration of the magnified image.
A head-up display system characterized by:

前記画像生成ユニットは、液晶ディスプレイモジュール、デジタル光処理モジュール、液晶オンシリコンディスプレイモジュールとレーザーディスプレイモジュールを有することを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイシステム。 2. The head-up display system as claimed in claim 1, wherein said image generating unit comprises a liquid crystal display module, a digital light processing module, a liquid crystal on silicon display module and a laser display module.

前記画像生成ユニットは、第一ディスプレイ領域と第二ディスプレイ領域を有するイメージパネルを含み、且つ、前記第一ディスプレイ領域、および、前記第二ディスプレイ領域は、それぞれ、前記第一イメージ光、および、前記第二イメージ光を生成することを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイシステム。 The image generation unit includes an image panel having a first display area and a second display area, and the first display area and the second display area respectively correspond to the first image light and the 2. The head-up display system of claim 1, wherein the second image light is generated.

請求項１に記載の自動車のヘッドアップディスプレイシステムのディスプレイ装置であって、
前記車輛の車体内に設置されて、前記第一イメージ光、および、前記第二イメージ光を生成する前記画像生成ユニットと、
少なくとも二つの前記平面鏡と、
一つの前記第一曲面鏡と、
一つの前記第二曲面鏡と、
一つの前記レンズと、
前記第一光路の距離は前記第二光路の距離より短い光学結像モジュールとを有し、
前記画像生成ユニットの出光側に前記平面鏡、および、前記第一曲面鏡が設置され、
前記第一イメージ光は、前記画像生成ユニットから出射した光が前記第一曲面鏡で反射して前記フロントガラスの前記表面に到達する前記第一光路を経由し、前記第一虚像を生成し、
前記第二イメージ光は、前記画像生成ユニットから出射した光が前記平面鏡で反射した後、前記第一曲面鏡で反射して前記フロントガラスの前記表面に到達する前記第二光路を経由し、前記第二虚像を生成し、
前記第二光路上に前記平面鏡が配置されることにより、前記第一虚像と第二虚像はドライバーに対し異なる虚像距離を形成し、前記第二光路上の前記第一曲面鏡の前に設置される前記第二曲面鏡は拡大結像を生成し、
前記第二曲面鏡から前記第一曲面鏡までの間にある前記第二光路上に前記レンズが配置され、前記レンズは前記拡大結像の光学収差を修正する、
ことを特徴とするディスプレイ装置。 A display device for an automotive head-up display system according to claim 1,
the image generation unit installed in the body of the vehicle for generating the first image light and the second image light;
at least two of the plane mirrors;
one said first curved mirror;
one of the second curved mirrors;
one said lens;
an optical imaging module in which the distance of the first optical path is less than the distance of the second optical path;
The plane mirror and the first curved mirror are installed on the light exit side of the image generation unit,
The first image light passes through the first optical path in which the light emitted from the image generation unit is reflected by the first curved mirror and reaches the surface of the windshield to generate the first virtual image,
The second image light passes through the second optical path in which the light emitted from the image generation unit is reflected by the plane mirror, then reflected by the first curved mirror, and reaches the surface of the windshield. generate a second virtual image,
By placing the plane mirror on the second optical path, the first virtual image and the second virtual image form different virtual image distances to the driver, and are placed in front of the first curved mirror on the second optical path. said second curved mirror that produces a magnified image,
The lens is arranged on the second optical path between the second curved mirror and the first curved mirror, and the lens corrects optical aberration of the magnified image.
A display device characterized by:

前記画像生成ユニットは、液晶ディスプレイモジュール、デジタル光処理モジュール、液晶オンシリコンディスプレイモジュールとレーザーディスプレイモジュールを有することを特徴とする請求項４に記載のディスプレイ装置。 5. The display device of claim 4, wherein the image generation unit comprises a liquid crystal display module, a digital light processing module, a liquid crystal on silicon display module and a laser display module.

前記画像生成ユニットは、第一ディスプレイ領域、および、第二ディスプレイ領域を有するイメージパネルを含み、且つ、前記第一ディスプレイ領域、および、前記第二ディスプレイ領域が、それぞれ、前記第一イメージ光、および、前記第二イメージ光を生成することを特徴とする請求項４に記載のディスプレイ装置。 The image generation unit includes an image panel having a first display area and a second display area, and wherein the first display area and the second display area respectively correspond to the first image light and , to generate the second image light.