JP7280557B2 - Display device and display method - Google Patents

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Description

本発明は、虚像の投影位置を可変とした表示装置、及びその表示方法に関するものである。 BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a display device in which the projection position of a virtual image is variable, and a display method thereof.

表示装置として、虚像としての表示像を運転者からの距離が異なる複数箇所に生成するものがある(特許文献1~6)。 Some display devices generate display images as virtual images at a plurality of locations at different distances from the driver (Patent Documents 1 to 6).

例えば特許文献1の装置では、虚像形成用の光学系において、反射ミラーとして曲率が異なる2つのミラー面を設け、それらの回動によって光路上に配置されるミラーを切替えることで虚像の投影距離を可変としている。 For example, in the apparatus disclosed in Patent Document 1, two mirror surfaces having different curvatures are provided as reflecting mirrors in an optical system for forming a virtual image, and the mirrors arranged on the optical path are switched by rotating the two mirror surfaces, thereby adjusting the projection distance of the virtual image. Variable.

また、特許文献2の装置では、虚像形成用の光学系において、配置が異なる複数の表示パネルを用いて虚像を形成することで、可動部を設けないで虚像までの表示距離を変えている。 Further, in the device of Patent Document 2, the display distance to the virtual image is changed without providing a movable part by forming the virtual image using a plurality of display panels with different arrangements in the optical system for forming the virtual image.

特許文献3の装置では、虚像形成用の光学系において、光軸方向に移動して表示像を変倍する集光レンズを用いており、集光レンズにビームエキスパンダーを用いることで、表示像又は虚像の光軸方向の位置を調整できるとの記載がある。 In the device disclosed in Patent Document 3, the optical system for forming a virtual image uses a condenser lens that moves in the optical axis direction to change the magnification of the displayed image. There is a description that the position of the virtual image in the optical axis direction can be adjusted.

特許文献4の装置では、表示素子と結像光学系との間にリレー光学系を配置し、リレー光学系により中間像を形成するとともに、リレー光学系を構成する光学素子の位置を変化させて中間像の位置を変え、虚像の投影距離を変化させている。 In the device of Patent Document 4, a relay optical system is arranged between a display element and an imaging optical system, an intermediate image is formed by the relay optical system, and the positions of the optical elements constituting the relay optical system are changed. By changing the position of the intermediate image, the projection distance of the virtual image is changed.

特許文献5の装置では、ヘッドアップディスプレイ(以下HUDとも称する)装置の表示画面を上下方向に分割して近側と遠側とに投影する。その際、遠側の表示に関して、中間スクリーンを移動させて虚像の投影距離を可変としている。 In the device of Patent Document 5, the display screen of a head-up display (hereinafter also referred to as HUD) device is divided vertically and projected on the near side and the far side. At this time, the projection distance of the virtual image is made variable by moving the intermediate screen for the display on the far side.

特許文献6の装置では、虚像形成用の光学系において、レーザー走査を用いており、光路中に中間スクリーンを配置し、中間スクリーンを移動させることで虚像の投影距離を可変としている。 In the device of Patent Document 6, laser scanning is used in the optical system for forming a virtual image, an intermediate screen is arranged in the optical path, and the projection distance of the virtual image is made variable by moving the intermediate screen.

しかしながら、特許文献1の装置は、2つのミラー面を用いて2つの投影距離を得ており、投影距離の設定数を増やそうとすると、ミラー枚数を増やすことになり、装置が大型化し複雑化する。 However, the device of Patent Document 1 obtains two projection distances using two mirror surfaces, and if the number of projection distance settings is increased, the number of mirrors must be increased, resulting in a larger and more complicated device. .

また、特許文献2の装置は、各表示パネルの位置とこれによる表示距離とが固定となるため、画面内の任意の位置で投影距離を変化させることができない。 Further, in the device of Patent Document 2, the position of each display panel and the resulting display distance are fixed, so the projection distance cannot be changed at an arbitrary position within the screen.

特許文献3では、虚像の投影距離を変えることの意義については説明がなく、虚像の位置調整の具体的な手法も示されていない。 Patent Document 3 does not explain the significance of changing the projection distance of the virtual image, nor does it show a specific method for adjusting the position of the virtual image.

特許文献4の装置は、リレー光学系の光学素子を移動させるが、光学素子の具体的な駆動方法やこれに伴う表示の変更方法については説明がなく、複数の距離位置に高輝度の画像を同時に投影する手法についての開示はない。 The device of Patent Document 4 moves the optical element of the relay optical system, but there is no explanation of the specific driving method of the optical element or the accompanying method of changing the display, and high-brightness images are displayed at a plurality of distance positions. There is no disclosure of a technique for simultaneous projection.

特許文献5及び6の装置では、中間スクリーンを移動させるが、中間スクリーンの駆動方法やこれに伴う表示の変更手法については説明がなく、複数の距離位置に高輝度の画像を同時に投影する手法についての開示はない。 In the devices of Patent Documents 5 and 6, the intermediate screen is moved, but there is no explanation of the method of driving the intermediate screen or the method of changing the display accompanying this, and the method of simultaneously projecting high-brightness images at a plurality of distance positions. is not disclosed.

特開平9-185012号公報JP-A-9-185012 特開2004-168230号公報JP-A-2004-168230 特開2007-94394号公報JP 2007-94394 A 特開2008-180759号公報JP 2008-180759 A 特開2015-11211号公報JP 2015-11211 A 特開2009-150947号公報JP 2009-150947 A

本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、複数の距離位置に高輝度の画像を同時に投影することができるヘッドアップディスプレイ装置等の表示装置及びこれによる表示方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above background art, and aims to provide a display device such as a head-up display device capable of simultaneously projecting high-brightness images at a plurality of distance positions, and a display method using the same. aim.

上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映した表示装置は、表示素子によって形成された映像光を投影する第1投影光学系と、第1投影光学系による投影位置において光を拡散させる中間スクリーンと、中間スクリーンに形成された中間像を虚像として拡大投影する第2投影光学系と、中間スクリーンの機能領域を光軸方向に周期的に、虚像としての投影像が複数投影距離に同時に表示されているかのように見せることができる移動速度で移動させる駆動部と、投影距離を変化させる中間スクリーンの移動に同期させて表示素子に表示を行わせるとともに、奥行きを持つ表示の単位を表示ゾーンとして、前記複数投影距離に対応する複数の表示ゾーンが隣り合う表示ゾーンにおいて投影距離の異なる奥行き方向に関して部分的に重複するように設定する制御部とを備える。 In order to achieve at least one of the above objects, a display device reflecting one aspect of the present invention includes a first projection optical system for projecting image light formed by a display element, and a first projection optical system. An intermediate screen that diffuses light at a projection position; a second projection optical system that enlarges and projects the intermediate image formed on the intermediate screen as a virtual image; and periodically projects the functional area of the intermediate screen as a virtual image in the optical axis direction. A driving unit that moves at a moving speed that makes it appear as if the images are displayed simultaneously at a plurality of projection distances, and a display element that is synchronized with the movement of the intermediate screen that changes the projection distances to display and display the depth. and a control unit for setting a unit of display having a display zone as a display zone , and setting a plurality of display zones corresponding to the plurality of projection distances so that adjacent display zones partially overlap in a depth direction with different projection distances .

上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映した表示方法は、表示素子によって形成された映像光の投影により中間スクリーンに形成された中間像を虚像として拡大投影する表示装置による表示方法であって、中間スクリーンの機能領域を光軸方向に周期的に、虚像としての投影像が複数投影距離に同時に表示されているかのように見せることができる移動速度で移動させ、投影距離を変化させる中間スクリーンの移動に同期させて表示素子に表示を行わせるとともに、奥行きを持つ表示の単位を表示ゾーンとして、前記複数投影距離に対応する複数の表示ゾーンのうち隣り合う表示ゾーンにおいて投影距離の異なる奥行き方向に関して部分的に重複するように設定する。
In order to achieve at least one of the above objects, a display method reflecting one aspect of the present invention provides an enlarged virtual image of an intermediate image formed on an intermediate screen by projection of image light formed by a display element. In this display method, the functional area of the intermediate screen is moved periodically in the optical axis direction at a moving speed that makes it appear as if the projected images as virtual images are simultaneously displayed at a plurality of projection distances. and displaying on the display element in synchronism with the movement of the intermediate screen that changes the projection distance. The display zone is set to partially overlap in the depth direction with different projection distances.

図1Aは、第1実施形態の表示装置であるヘッドアップディスプレイ装置を車体に搭載した状態を示す側方断面図であり、図1Bは、ヘッドアップディスプレイ装置を説明する車内側からの正面図である。FIG. 1A is a side cross-sectional view showing a state in which a head-up display device, which is a display device of the first embodiment, is mounted on a vehicle body, and FIG. 1B is a front view from the inside of the vehicle explaining the head-up display device. be. 表示装置であるヘッドアップディスプレイ装置を構成する投影光学系等の具体的な構成例を説明する拡大側方断面図である。2 is an enlarged side cross-sectional view for explaining a specific configuration example of a projection optical system and the like that constitute a head-up display device, which is a display device; FIG. 図3A及び3Bは、中間スクリーンを組み込んだ拡散部の構造を説明する一部破断平面図及び一部破断側面図であり、図3Cは、拡散部中の回転体を説明する斜視図である。3A and 3B are a partially cutaway plan view and a partially cutaway side view illustrating the structure of the diffusing section incorporating the intermediate screen, and FIG. 3C is a perspective view illustrating a rotating body in the diffusing section. 図4A及び4Bは、回転体の基準軸の設定について説明する側面図であり、図4Cは、中間スクリーンの回転に伴う機能領域の移動を説明する図である。4A and 4B are side views explaining the setting of the reference axis of the rotating body, and FIG. 4C is a diagram explaining the movement of the functional area accompanying the rotation of the intermediate screen. 中間像の位置の変化を具体的に例示する図である。FIG. 10 is a diagram specifically illustrating changes in the position of an intermediate image; 中間像の位置と投影距離との関係を示すとともに、表示ゾーン及び距離ゾーンを説明する図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the position of an intermediate image and the projection distance, and explaining display zones and distance zones; ヘッドアップディスプレイ装置の全体構造を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the whole structure of a head-up display device. 具体的な表示状態を説明する斜視図である。It is a perspective view explaining a concrete display state. 図9Aは、図5に対応し、図9B~9Dは、図8中の投影像又はフレーム枠に対応している。9A corresponds to FIG. 5, and FIGS. 9B-9D correspond to the projected images or frames in FIG. 図7に示すヘッドアップディスプレイ装置の動作例を説明する図である。8A and 8B are diagrams for explaining an operation example of the head-up display device shown in FIG. 7; FIG. 表示ゾーンでの表示の切替えの一例を説明する概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating an example of switching of display in a display zone; 第2実施形態の表示装置又はヘッドアップディスプレイ装置を説明する図である。It is a figure explaining the display of 2nd Embodiment, or a head-up display apparatus. 第2実施形態における中間像の位置の変化を具体的に例示する図である。FIG. 10 is a diagram specifically illustrating changes in the position of an intermediate image in the second embodiment;

〔第1実施形態〕
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る第1実施形態の表示装置としてのヘッドアップディスプレイ装置及びその表示方法について説明する。
[First Embodiment]
A head-up display device as a display device according to a first embodiment of the present invention and a display method thereof will be described below with reference to the drawings.

図1A及び1Bは、実施形態の表示装置としてのヘッドアップディスプレイ装置のうち画像表示装置100を説明する概念的な側方断面図及び正面図である。この画像表示装置100は、例えば自動車の車体2内に搭載されるものであり、投影ユニット10と表示スクリーン20とを備える。画像表示装置100は、投影ユニット10中の後述する描画デバイス11に表示されている画像情報を表示スクリーン20を介してドライバーVDに向けて虚像表示するものであり、表示装置とも呼ぶこともある。 1A and 1B are conceptual side sectional views and front views for explaining an image display device 100 of a head-up display device as a display device of an embodiment. This image display device 100 is mounted, for example, in a vehicle body 2 of an automobile, and includes a projection unit 10 and a display screen 20 . The image display device 100 displays a virtual image of image information displayed on a later-described drawing device 11 in the projection unit 10 toward the driver VD via the display screen 20, and is also called a display device.

画像表示装置100のうち投影ユニット10は、車体2のダッシュボード4内であってディスプレイ50の背後に埋め込むように設置されており、運転関連情報等を含む画像に対応する映像光である表示光DLを表示スクリーン20に向けて射出する。表示スクリーン20は、コンバイナーとも呼ばれ、半透過性を有する凹面鏡又は平面鏡である。表示スクリーン20は、下端の支持によってダッシュボード4上に立設され、投影ユニット10からの表示光(映像光)DLを車体2の後方に向けて反射する。つまり、図示の場合、表示スクリーン20は、フロントウインドウ8とは別体で設置される独立型のものとなっている。表示スクリーン20で反射された表示光DLは、運転席6に座ったドライバーVDの瞳PU及びその周辺位置に対応するアイボックス(不図示)に導かれる。ドライバーVDは、表示スクリーン20で反射された表示光DL、つまり車体2の前方にある虚像としての投影像IMを観察することができる。一方、ドライバーVDは、表示スクリーン20を透過した外界光、つまり前方景色、自動車等の実像を観察することができる。結果的に、ドライバーVDは、表示スクリーン20の背後の外界像又はシースルー像に重ねて、表示スクリーン20での表示光DLの反射によって形成される運転関連情報等の関連情報を含む投影像(虚像)IMを観察することができる。 The projection unit 10 of the image display device 100 is installed in the dashboard 4 of the vehicle body 2 so as to be embedded behind the display 50, and displays display light, which is image light corresponding to an image including driving-related information. DL is projected toward the display screen 20 . The display screen 20, also called a combiner, is a semi-transmissive concave mirror or plane mirror. The display screen 20 is erected on the dashboard 4 by its lower end support, and reflects the display light (image light) DL from the projection unit 10 toward the rear of the vehicle body 2 . That is, in the illustrated case, the display screen 20 is an independent type that is installed separately from the front window 8 . The display light DL reflected by the display screen 20 is guided to an eye box (not shown) corresponding to the pupil PU of the driver VD sitting in the driver's seat 6 and its peripheral position. The driver VD can observe the display light DL reflected by the display screen 20 , that is, the projected image IM as a virtual image in front of the vehicle body 2 . On the other hand, the driver VD can observe the external light transmitted through the display screen 20, that is, the real image of the front scenery, the automobile, or the like. As a result, the driver VD superimposes the image of the external world behind the display screen 20 or the see-through image on the display screen 20, and superimposes it on the display screen 20. The projection image (virtual image) includes relevant information such as driving-related information formed by reflection of the display light DL on the display screen 20. ) IM can be observed.

ここで、表示スクリーン20をフロントウインドウ8と別体で構成しているが、フロントウインドウ8を表示スクリーンとして用い、フロントウインドウ8内に設定した表示範囲に投影を行って、ドライバーVDが投影像IMを観察できる構成としても構わない。この際、フロントウインドウ8のガラスの一部領域の反射率をコート等によって変更することで、反射領域を確保することができる。また、フロントウインドウ8での反射角度が例えば60度程度であれば、反射率が15%程度確保され、特にコートを設けなくても透過性を有する反射面として用いることができる。これら以外に、フロントウインドウ8のガラス中にサンドイッチする構成で表示スクリーンを設けることもできる。 Here, although the display screen 20 is configured separately from the front window 8, the front window 8 is used as the display screen, and the display range set in the front window 8 is projected so that the driver VD displays the projected image IM. can be observed. At this time, by changing the reflectance of a partial area of the glass of the front window 8 with a coating or the like, a reflective area can be secured. Also, if the angle of reflection on the front window 8 is, for example, about 60 degrees, the reflectance is ensured to be about 15%, and it can be used as a reflecting surface having transparency without providing a coating. Besides these, the display screen can also be provided by sandwiching it in the glass of the front window 8 .

図2に示すように、投影ユニット10は、描画デバイス11を含む虚像型の拡大結像系である本体光学系13と、本体光学系13を動作させる表示制御部18と、本体光学系13等を収納するハウジング14とを備える。これらのうち本体光学系13と表示スクリーン20と組み合わせたものは、表示光学系30を構成する。 As shown in FIG. 2, the projection unit 10 includes a main body optical system 13 which is a virtual image type enlarging imaging system including a drawing device 11, a display control unit 18 for operating the main body optical system 13, a main body optical system 13, and the like. and a housing 14 for accommodating the. A combination of the main body optical system 13 and the display screen 20 constitutes a display optical system 30 .

本体光学系13は、描画デバイス11のほかに、描画デバイス11に形成された画像を拡大した中間像TIを形成する第1投影光学系である結像光学系15と、中間像TIを虚像に変換する第2投影光学系である虚像形成光学系17と、投影用の両光学系15,17間に配置される拡散部16とを備える。 In addition to the drawing device 11, the main body optical system 13 includes an imaging optical system 15, which is a first projection optical system that forms an intermediate image TI obtained by enlarging the image formed on the drawing device 11, and a virtual image of the intermediate image TI. It comprises a virtual image forming optical system 17 which is a second projection optical system for conversion, and a diffusion section 16 arranged between both optical systems 15 and 17 for projection.

描画デバイス11は、2次元的な表示面11aを有する表示素子である。描画デバイス(表示素子)11の表示面11aに形成された像は、結像光学系(第1投影光学系)15で拡大されて拡散部16に設けた螺旋面状の中間スクリーン19に投影される。この際、2次元表示が可能な描画デバイス11を用いることで、中間スクリーン19に対する投影像の切替え、つまり表示スクリーン20越しに虚像として表示される投影像IMの切替えを比較的高速とできる。描画デバイス11は、DMDやLCOS等の反射型の素子であっても、液晶等の透過型の素子であってもよい。特に、描画デバイス11としてDMDやLCOSを用いると、明るさを維持しつつ画像を高速で切替えること(高速の間欠表示を含む)が容易になり、虚像距離又は投影距離を変化させる表示に有利である。なお、描画デバイス11は、表示距離又は投影距離を変化させる場合には、それぞれの投影距離に対して30fps以上、さらに望ましくは60fps以上のフレームレートで動作する。これにより、異なる投影距離に複数の投影像(虚像)IMをドライバーVDに対して同時に表示されているように見せることが可能になる。特に、90fps以上で表示の切替えを行う場合、DMDやLCOSが描画デバイス11の候補となる。 The drawing device 11 is a display element having a two-dimensional display surface 11a. An image formed on a display surface 11a of a drawing device (display element) 11 is enlarged by an imaging optical system (first projection optical system) 15 and projected onto a spiral intermediate screen 19 provided in a diffusion section 16. be. At this time, by using the drawing device 11 capable of two-dimensional display, the switching of the projection image on the intermediate screen 19, that is, the switching of the projection image IM displayed as a virtual image through the display screen 20 can be performed relatively quickly. The drawing device 11 may be a reflective element such as DMD or LCOS, or a transmissive element such as liquid crystal. In particular, using a DMD or LCOS as the drawing device 11 facilitates high-speed switching of images (including high-speed intermittent display) while maintaining brightness, which is advantageous for display that changes the virtual image distance or projection distance. be. When the display distance or the projection distance is changed, the drawing device 11 operates at a frame rate of 30 fps or higher, preferably 60 fps or higher for each projection distance. This makes it possible to make it appear to the driver VD that a plurality of projected images (virtual images) IM are simultaneously displayed at different projection distances. In particular, DMD and LCOS are candidates for the drawing device 11 when the display is switched at 90 fps or higher.

拡散部16は、結像光学系(第1投影光学系)15による投影位置又は結像位置(つまり中間像の結像予定位置又はその近傍)に配置され、回転体16aと中空枠体16bとを有し、回転駆動部(駆動部)64に駆動されて例えば一定速度で基準軸SXの周りに回転する。 The diffusion unit 16 is arranged at a projection position or an imaging position (i.e., a planned imaging position of an intermediate image or its vicinity) by an imaging optical system (first projection optical system) 15, and is composed of a rotor 16a and a hollow frame 16b. , and is driven by a rotation drive section (driving section) 64 to rotate around the reference axis SX at a constant speed, for example.

図3Aは、拡散部16を説明する正面図であり、図3Bは、拡散部16を説明する側方断面図であり、図3Cは、拡散部16中の回転体16aを説明する斜視図である。拡散部16は、全体として円板に近い輪郭を有する螺旋状の回転体16aと、回転体16aを収納する円筒状の中空枠体16bとを有する。 3A is a front view for explaining the diffusion section 16, FIG. 3B is a side sectional view for explaining the diffusion section 16, and FIG. 3C is a perspective view for explaining the rotating body 16a in the diffusion section 16. FIG. be. The diffusing portion 16 has a helical rotating body 16a having an outline similar to that of a disk as a whole, and a cylindrical hollow frame 16b that accommodates the rotating body 16a.

回転体16aは、中央部16cと外周光学部16pとを有する。回転体16aの外周光学部16pに形成された一方の表面16fは、平滑面又は光学面に形成されており、表面16f上には、全域に亘って中間スクリーン19が形成されている。回転体16aの表面16fは、立体形状部116として機能する。中間スクリーン19は、配光角を所望の角度に制御した拡散板である。中間スクリーン19は、回転体16aに貼り付けられるシートとできるが、回転体16aの表面に形成された微細な凹凸パターンであってもよい。さらに、中間スクリーン19は、回転体16aの内部に埋め込むように形成されたものであってもよい。中間スクリーン19は、入射した表示光DLを拡散させることによって中間像TIを形成する(図2参照)。回転体16aの外周光学部16pに形成された他方の表面16sは、平滑面又は光学面に形成されている。回転体16aは、光透過性を有する螺旋状の部材であり、一対の表面16f,16sは、基準軸SXを螺旋軸とする螺旋面となっている。結果的に、一方の表面16f上に形成された中間スクリーン19も連続的な螺旋面に沿って形成されたものとなっている。中間スクリーン19は、螺旋の一周期に対応する範囲に形成されている。つまり、中間スクリーン19は、螺旋の1ピッチ分の範囲に形成されている。この結果、拡散部16の周に沿った一箇所に段差部16jが形成され、この段差部16jは、螺旋端に対応する位置で光軸AX方向又は基準軸SX方向に中間スクリーン位置の差を与えるものとなっている。つまり、立体形状部116が螺旋状の形状部を含むことにより、中間スクリーン19の回転によって後述する中間スクリーン19の機能領域FAを光軸AX方向に移動させることができる。これにより、奥行き方向を含めて表示位置が異なる投影像IMを高速で変化させながら表示することが容易になる。段差部16jの段差量は、虚像を投影する距離の近側と遠側の仕様、及び虚像形成光学系(第2投影光学系)17の倍率によって設定される。この際、段差部16jを30mm以下の距離差又はピッチを与えるものとすれば、拡散部16の光軸AX方向の厚さを比較的小さくすることができて、拡散部16の小型化と、後述する虚像形成光学系(第2投影光学系)17を構成するミラー間の間隔を狭めた設計が可能となり、装置の小型化にも効果がある。段差部16jは、螺旋端間の段差を繋ぐとともに、拡散部16を回転させる基準軸SXを含む平面に対して傾斜した接続面16kを有する。上記のように、回転体16aの一対の表面16f,16sが基準軸SXを螺旋軸とする螺旋面であることから、回転体16aは、基準軸SX又は光軸AX方向に関して略等しい厚みtを有する。 The rotating body 16a has a central portion 16c and an outer peripheral optical portion 16p. One surface 16f formed on the outer peripheral optical portion 16p of the rotating body 16a is formed as a smooth surface or an optical surface, and an intermediate screen 19 is formed over the entire surface 16f. A surface 16 f of the rotating body 16 a functions as a three-dimensional portion 116 . The intermediate screen 19 is a diffusion plate that controls the light distribution angle to a desired angle. The intermediate screen 19 can be a sheet attached to the rotating body 16a, but it may also be a fine concavo-convex pattern formed on the surface of the rotating body 16a. Furthermore, the intermediate screen 19 may be formed so as to be embedded inside the rotor 16a. The intermediate screen 19 forms an intermediate image TI by diffusing the incident display light DL (see FIG. 2). The other surface 16s formed on the outer peripheral optical portion 16p of the rotating body 16a is formed as a smooth surface or an optical surface. The rotating body 16a is a light-transmitting spiral member, and the pair of surfaces 16f and 16s are spiral surfaces having the reference axis SX as the spiral axis. As a result, the intermediate screen 19 formed on one surface 16f is also formed along a continuous spiral surface. The intermediate screen 19 is formed in a range corresponding to one cycle of the spiral. That is, the intermediate screen 19 is formed in a range of one pitch of the spiral. As a result, a stepped portion 16j is formed at one location along the circumference of the diffusion portion 16, and this stepped portion 16j divides the position of the intermediate screen in the direction of the optical axis AX or the direction of the reference axis SX at a position corresponding to the end of the spiral. It is something to give. That is, since the three-dimensional shape portion 116 includes the spiral shape portion, the function area FA of the intermediate screen 19, which will be described later, can be moved in the optical axis AX direction by the rotation of the intermediate screen 19. FIG. This makes it easy to display the projection images IM whose display positions are different including the depth direction while changing them at high speed. The step amount of the stepped portion 16 j is set according to the specifications of the near side and the far side of the distance for projecting the virtual image and the magnification of the virtual image forming optical system (second projection optical system) 17 . At this time, if the stepped portions 16j are given a distance difference or pitch of 30 mm or less, the thickness of the diffusing portion 16 in the direction of the optical axis AX can be made relatively small. It is possible to design a virtual image forming optical system (second projection optical system) 17, which will be described later, with a narrower gap between mirrors, which is effective in reducing the size of the apparatus. The stepped portion 16j has a connection surface 16k that connects the steps between the spiral ends and is inclined with respect to a plane that includes the reference axis SX for rotating the diffusion portion 16 . As described above, since the pair of surfaces 16f and 16s of the rotating body 16a are spiral surfaces having the reference axis SX as the spiral axis, the rotating body 16a has a thickness t that is substantially equal in the direction of the reference axis SX or the optical axis AX. have.

回転体16aにおいて、周方向に沿った一箇所は、本体光学系13の光軸AXが通る機能領域FAとなっており、機能領域FAにおける中間スクリーン19の部分によって中間像TIが形成される。この機能領域FAは、回転体16aの回転に伴って回転体16a上において一定速度で移動する。つまり、回転体16aを回転させつつその一部である機能領域FAに表示光(映像光)DLを入射させることで、機能領域FA又は中間像TIの位置が光軸AXに沿って往復移動する(描画デバイス11の表示が動作していなければ、必ずしも表示としての中間像は形成されないが、中間像が形成されるであろう位置も中間像の位置と呼ぶ)。図示の例では、中間スクリーン19が螺旋の一周期に対応する範囲に形成されているので、回転体16aの1回転で中間スクリーン19の機能領域FA又は中間像TIは、光軸AX方向に段差に相当する距離だけ1往復することになる。なお、結像光学系(第1投影光学系)15は、中間スクリーン19の位置によってピントぼけが生じないように、機能領域FAの移動範囲以上の所定の焦点深度を有している。または、上記の結像光学系(第1投影光学系)15にフォーカシングする機能を持たせることで、ぼけのない像を得ることも可能である。 In the rotating body 16a, one point along the circumferential direction is a functional area FA through which the optical axis AX of the main body optical system 13 passes, and an intermediate image TI is formed by the intermediate screen 19 in the functional area FA. This functional area FA moves at a constant speed on the rotating body 16a as the rotating body 16a rotates. That is, by causing the display light (image light) DL to enter the functional area FA, which is a part of the rotating body 16a, while rotating the rotating body 16a, the position of the functional area FA or the intermediate image TI reciprocates along the optical axis AX. (If the display of the drawing device 11 is not operating, the intermediate image is not necessarily formed as a display, but the position where the intermediate image will be formed is also called the position of the intermediate image). In the illustrated example, the intermediate screen 19 is formed in a range corresponding to one cycle of the spiral. One round trip is made for a distance corresponding to . The imaging optical system (first projection optical system) 15 has a predetermined depth of focus that is greater than or equal to the movement range of the functional area FA so that the position of the intermediate screen 19 does not cause defocusing. Alternatively, by providing the imaging optical system (first projection optical system) 15 with a focusing function, it is possible to obtain an image without blurring.

中空枠体16bは、円柱状の外形輪郭を有し、側面部16eと一対の端面部16g,16hとで構成される。側面部16eと一対の端面部16g,16hとは、光透過性を有する同一の材料で形成されている。ただし、側面部16eは、光透過性を有していなくてもよい。一方の端面部16gの主面63a,63bは、互いに平行な平滑面又は光学面となっており、他方の端面部16hの主面64a,64bも、互いに平行な平滑面又は光学面となっている。ここで、主面63a,63b又は主面64a,64bは必ずしも平行な平面でなくてもよく、少なくとも機能領域FAに相当する範囲を自由曲面形状や非球面形状とすれば、例えば性能確保が難しい高倍率の光学系においても、光学系に要求される歪みや像面性等の像性能を確保することが可能となるので、必要に応じて望ましい面形状を選択すればよい。中空枠体16b中の回転体16aは、一対の中心軸部65を介して中空枠体16bに固定されており、中空枠体16bと回転体16aとは基準軸SXの周りに一体的に回転する。このように、中間スクリーン19を設けた回転体16aを中空枠体16b中に配置することで、回転体16aに塵等が付着することを抑制でき、回転体16aの回転に伴う音の発生を抑制することができ、回転体16aの高速での回転を安定化させることが容易になる。なお、回転体16aは、その外周部分において中空枠体16bに固定してもよい。この場合、回転体16aの厚みtを薄くすることが容易になる。 The hollow frame 16b has a columnar outline and is composed of a side surface 16e and a pair of end surfaces 16g and 16h. The side surface portion 16e and the pair of end surface portions 16g and 16h are made of the same light transmissive material. However, the side portion 16e does not have to be optically transparent. Principal surfaces 63a and 63b of one end surface portion 16g are smooth surfaces or optical surfaces parallel to each other, and principal surfaces 64a and 64b of the other end surface portion 16h are also smooth surfaces or optical surfaces parallel to each other. there is Here, the main surfaces 63a and 63b or the main surfaces 64a and 64b do not necessarily have to be parallel planes, and if at least the range corresponding to the functional area FA is formed into a free curved surface shape or an aspherical shape, it is difficult to ensure performance, for example. Even in a high-magnification optical system, image performance such as distortion and image plane property required for the optical system can be ensured, so a desired surface shape may be selected as necessary. The rotating body 16a in the hollow frame 16b is fixed to the hollow frame 16b via a pair of central shafts 65, and the hollow frame 16b and the rotating body 16a integrally rotate around the reference axis SX. do. By disposing the rotating body 16a provided with the intermediate screen 19 in the hollow frame body 16b in this way, it is possible to suppress the adhesion of dust and the like to the rotating body 16a, and to suppress the generation of noise accompanying the rotation of the rotating body 16a. This makes it easier to stabilize the rotation of the rotating body 16a at high speed. In addition, the rotor 16a may be fixed to the hollow frame 16b at its outer peripheral portion. In this case, it becomes easy to reduce the thickness t of the rotor 16a.

図4A及び4Bを参照して、回転体16a(又は立体形状部116)の基準軸SXの設定について説明する。回転体16aの基準軸SXは、本体光学系13の光軸AXに対して非平行な状態でわずかに傾いて配置されている。ここで、回転体16a上の中間スクリーン19は、その局所的な機能領域FAが本体光学系13の光軸AX方向に対して略直交するように配置される。つまり、図4Aに示すように、回転体16aを光軸AXから機能領域FAのある横方向に離れた視点で観察した場合、基準軸SXは、光軸AXに対して所定角度αだけ傾斜した状態となっており、図4Bに示すように、回転体16aを基準として図4Aの場合と直交する方向に離れた視点で観察した場合、基準軸SXは、光軸AXに対して所定間隔dだけ離れた状態となっている。なお、図4Aにおいて一点鎖線で示す第1位置PO1は、機能領域FA又は中間像TIが最も光路上流側に位置した場合を示し、同様に一点鎖線で示す第2位置PO2は、機能領域FA又は中間像TIが最も光路下流側に位置した場合を示している。これらの位置PO1,PO2間の距離Dは、機能領域FA又は中間像TIの光軸AX方向の変位量に相当するものである。 The setting of the reference axis SX of the rotating body 16a (or the three-dimensional shape portion 116) will be described with reference to FIGS. 4A and 4B. The reference axis SX of the rotating body 16a is arranged in a non-parallel and slightly inclined manner with respect to the optical axis AX of the main body optical system 13. As shown in FIG. Here, the intermediate screen 19 on the rotating body 16a is arranged so that its local functional area FA is substantially orthogonal to the optical axis AX direction of the main body optical system 13 . That is, as shown in FIG. 4A, when the rotating body 16a is observed from a viewpoint away from the optical axis AX in the lateral direction where the functional area FA is located, the reference axis SX is inclined by a predetermined angle α with respect to the optical axis AX. As shown in FIG. 4B, the reference axis SX is positioned at a predetermined distance d from the optical axis AX when the rotating body 16a is used as a reference and viewed from a viewpoint away from the direction perpendicular to the case shown in FIG. 4A. are separated from each other. In FIG. 4A, a first position PO1 indicated by a dashed-dotted line indicates the case where the functional area FA or the intermediate image TI is positioned on the most upstream side of the optical path. This shows the case where the intermediate image TI is located on the most downstream side of the optical path. The distance D between these positions PO1 and PO2 corresponds to the amount of displacement of the functional area FA or the intermediate image TI in the direction of the optical axis AX.

図2に戻って、回転駆動部64によって拡散部16を一定速度で基準軸SXの周りに回転させることで、回転体16aの中間スクリーン19(又は立体形状部116)が光軸AXと交差する位置(つまり機能領域FA)も光軸AX方向に移動する。つまり、図4Cに示すように、回転体16aの回転に伴って、中間スクリーン19上の機能領域FAは、例えば等角度でずれた位置に設定された隣接する機能領域FA’に順次シフトし、光軸AX方向に移動する。このような機能領域FAの光軸AX方向への移動により、中間像TIの位置も光軸AX方向に移動させることができる。詳細は後述するが、例えば中間像TIの位置を虚像形成光学系17側に移動させることにより、投影像IMまでの投影距離又は虚像距離を減少させることができる。また、中間像TIの位置を描画デバイス(表示素子)11側に移動させることにより、投影像IMまでの投影距離又は虚像距離を増加させることができる。 Returning to FIG. 2, by rotating the diffusion section 16 around the reference axis SX at a constant speed by the rotary drive section 64, the intermediate screen 19 (or the three-dimensional shape section 116) of the rotating body 16a intersects the optical axis AX. The position (that is, functional area FA) also moves in the optical axis AX direction. That is, as shown in FIG. 4C, as the rotating body 16a rotates, the functional area FA on the intermediate screen 19 is sequentially shifted to adjacent functional areas FA′ set at equiangularly shifted positions. Move in the direction of the optical axis AX. By moving the functional area FA in the direction of the optical axis AX, the position of the intermediate image TI can also be moved in the direction of the optical axis AX. Although the details will be described later, for example, by moving the position of the intermediate image TI toward the virtual image forming optical system 17, the projection distance or the virtual image distance to the projection image IM can be reduced. Further, by moving the position of the intermediate image TI toward the drawing device (display element) 11 side, the projection distance or the virtual image distance to the projection image IM can be increased.

虚像形成光学系(第2投影光学系)17は、結像光学系(第1投影光学系)15によって形成された中間像TIを表示スクリーン20と協働して拡大し、ドライバーVDの前方に虚像としての投影像IMを形成する。虚像形成光学系17は、少なくとも1枚のミラーで構成されるが、図示の例では2枚のミラー17a,17bを含む。虚像形成光学系(第2投影光学系)17は、回転体16aの機能領域FAにおける中間スクリーン19の湾曲(つまり中間像TIの像面湾曲)を補正するような光学特性を有するものとできる。 The virtual image forming optical system (second projection optical system) 17 cooperates with the display screen 20 to enlarge the intermediate image TI formed by the imaging optical system (first projection optical system) 15, and projects it in front of the driver VD. A projection image IM is formed as a virtual image. The virtual image forming optical system 17 is composed of at least one mirror, and includes two mirrors 17a and 17b in the illustrated example. The virtual image forming optical system (second projection optical system) 17 can have optical characteristics that correct the curvature of the intermediate screen 19 (that is, the field curvature of the intermediate image TI) in the functional area FA of the rotating body 16a.

図2等に示す画像表示装置100において、表示制御部18の制御下で回転駆動部64を動作させることで、拡散部16が基準軸SXの周りに回転して中間像TIの位置が光軸AX方向に繰り返し周期的に移動し、虚像形成光学系17によって表示スクリーン20の背後に形成される虚像としての投影像IMと観察者であるドライバーVDとの距離を大きく、又は小さくすることができる。このように、投影される投影像IMの位置を前後に変化させるとともに、表示制御部18の制御下で描画デバイス(表示素子)11による表示内容をその位置に応じたものとすることで、投影像IMまでの投影距離又は虚像距離を変化させつつ投影像IMの表示内容を変化させることになり、一連の投影像としての投影像IMを3次元的なものとすることができる。なお、機能領域FAが光軸AX方向に移動しても、機能領域FAにおける中間スクリーン19の湾曲状態は維持されるので、投影像IMの位置に関わらず虚像形成光学系(第2投影光学系)17による補正の効果は維持される。 In the image display device 100 shown in FIG. 2 and the like, by operating the rotation drive unit 64 under the control of the display control unit 18, the diffusion unit 16 rotates around the reference axis SX and the position of the intermediate image TI is aligned with the optical axis. It is possible to increase or decrease the distance between the projected image IM as a virtual image formed behind the display screen 20 by the virtual image forming optical system 17 and the driver VD who is an observer by repeatedly and periodically moving in the AX direction. . In this way, the position of the projection image IM to be projected is changed back and forth, and the content displayed by the drawing device (display element) 11 under the control of the display control unit 18 is made to correspond to the position. By changing the display content of the projection image IM while changing the projection distance or the virtual image distance to the image IM, the projection image IM as a series of projection images can be made three-dimensional. Even if the functional area FA moves in the direction of the optical axis AX, the curved state of the intermediate screen 19 in the functional area FA is maintained. ) 17 is maintained.

拡散部16若しくは回転体16aの回転速度又は機能領域FAの移動速度は、虚像としての投影像IMが複数個所又は複数投影距離に同時に表示されているかのように見せることができる速度であることが望ましい。ここで、各距離ゾーン(後述するサブゾーン)の投影像IMを30fps以上、望ましくは60fps以上で切替えれば、表示される複数の画像が連続的な画像として認識される。例えば、拡散部16の動作に伴って投影像IMが近距離から遠距離までに5段階で順次投影されるものとして、描画デバイス11に200fpsで表示を行わせると、各距離(例えば近距離)の投影像IMは、40fpsで表示の切替えが行われることになり、各距離の投影像IMが並列的に行われかつ切替えが略連続的なものとして認識される。 The rotation speed of the diffusing part 16 or the rotating body 16a or the movement speed of the functional area FA should be a speed that makes it appear as if the projected image IM as a virtual image is displayed at a plurality of locations or at a plurality of projection distances at the same time. desirable. Here, if the projection image IM of each distance zone (sub-zone described later) is switched at 30 fps or more, preferably at 60 fps or more, a plurality of displayed images are recognized as continuous images. For example, assuming that the projection image IM is sequentially projected in five stages from short distance to long distance as the diffusion unit 16 operates, if the drawing device 11 is caused to display at 200 fps, each distance (for example, short distance) , the display of the projected image IM is switched at 40 fps, and the projected images IM at each distance are performed in parallel and the switching is recognized as substantially continuous.

図5は、拡散部16の回転に伴う中間像TIの位置の変化を具体的に例示する図である。拡散部16の機能領域FAは、光軸AX方向に沿って鋸歯状の経時パターンPAで繰り返し周期的に移動しており、中間像TIの位置も、描画デバイス(表示素子)11が連続表示を行っている場合、図示のように光軸AX方向に沿って鋸歯状の経時パターンPAで繰り返し周期的に移動する。つまり、中間像TIの位置は、段差部16jに対応する箇所で不連続的ながら、拡散部16の回転に伴って連続的かつ周期的に変化する。この結果、図示を省略するが、投影像(虚像)IMの位置も、スケールは異なるが、中間像TIの位置と同様に光軸AX方向に沿って繰り返し周期的に移動し、投影距離を連続的に変化させることができる。ここで、描画デバイス11は、連続表示を行うものでなく、表示内容を切替えつつ間欠的な表示を行うものであるから、中間像TIの表示位置も鋸歯状の経時パターン上における離散的な位置となる。経時パターンPAにおいて、最も近距離側の表示位置Pnと最も遠距離側の表示位置Pfとは、マージンを確保して、経時パターンPAの両端から離れた位置に設定される。また、経時パターンPAの途切れ目PDは、拡散部16の回転体16aに設けた段差部16jに対応する。ここで、図5に示す例では中間像TIの位置を鋸歯状に時間に対して一定の傾きで変化させているが、表示させる距離の仕様に対して拡散部16の回転も加味して、表示タイミングをコントロールできるように位置を変化させるのが望ましく、表示距離の仕様によっては一定の傾きとならない変化としても構わない。 5A and 5B are diagrams specifically illustrating changes in the position of the intermediate image TI due to the rotation of the diffusing section 16. FIG. The functional area FA of the diffusing portion 16 is repeatedly and periodically moved in a saw-tooth temporal pattern PA along the optical axis AX direction. In this case, as shown in the figure, it moves repeatedly and periodically along the direction of the optical axis AX in a sawtooth-like time-lapse pattern PA. In other words, the position of the intermediate image TI changes continuously and periodically as the diffusing section 16 rotates, although it is discontinuous at the location corresponding to the stepped section 16j. As a result, although illustration is omitted, the position of the projected image (virtual image) IM also moves repeatedly and periodically along the optical axis AX direction in the same manner as the position of the intermediate image TI, although the scale is different. can change dramatically. Here, since the drawing device 11 does not perform continuous display, but performs intermittent display while switching the display contents, the display positions of the intermediate images TI are also discrete positions on the sawtooth temporal pattern. becomes. In the temporal pattern PA, the closest display position Pn and the furthest display position Pf are set at positions away from both ends of the temporal pattern PA with a margin secured. A discontinuity PD of the temporal pattern PA corresponds to a stepped portion 16 j provided on the rotating body 16 a of the diffusing portion 16 . Here, in the example shown in FIG. 5, the position of the intermediate image TI is changed in a sawtooth pattern with a constant inclination with respect to time. It is desirable to change the position so that the display timing can be controlled, and depending on the specification of the display distance, the change may not be constant.

ここで、ある距離ゾーンの画像について表示を行う場合、図5に示すように表示している時間内で中間像TIの位置が変化することで、表示している距離が変化する。この際、そのように距離が変化する表示ゾーンについて観察者(ドライバーVD)に見える表示距離は、その表示時間内で変化する距離の略平均位置となる。 Here, when an image of a certain distance zone is displayed, the displayed distance changes as the position of the intermediate image TI changes within the displayed time as shown in FIG. At this time, the display distance seen by the observer (driver VD) for the display zone in which the distance changes in this way is approximately the average position of the distance that changes within the display time.

図6は、中間像TIの位置と投影距離との関係又は中間像TIの位置と表示ゾーンとの関係を説明する図である。一点鎖線で示す特性C1に従って、中間像TIを光軸AX方向に等しい速度で移動させた場合、各距離ゾーンの切替時間の刻みδを一定値とすれば投影距離の刻み幅は、近距離では短く、遠距離では長くなる。中間像TIの移動の刻み幅Δは、表示する距離ゾーンの切替時間に相当するものとなっている。 FIG. 6 is a diagram for explaining the relationship between the position of the intermediate image TI and the projection distance or the relationship between the position of the intermediate image TI and the display zone. When the intermediate image TI is moved at the same speed in the direction of the optical axis AX according to the characteristic C1 indicated by the dashed line, if the increment δ of the switching time of each distance zone is set to a constant value, the increment width of the projection distance is short, longer at longer distances. The interval Δ of movement of the intermediate image TI corresponds to the switching time of the distance zone to be displayed.

図5に示す中間像TIの位置両端間を移動する時間を1周期と考えた場合、奥行きを持つ表示の単位を表示ゾーンとして、その1周期の時間が各表示ゾーンの表示時間と、表示ゾーン数nの積よりも短い時間であれば、表示ゾーンは複数の距離ゾーンに亘るものとなり、少なくとも隣り合う表示ゾーンで、投影距離範囲に重なりが生じる(図6の表示ゾーンDZ1~DZn参照)。このように重ねた表示を行うことで、同一の投影像(虚像)IMを奥行方向に広がりを持たせて表示することができ、重なりを生じない表示に比較して各表示ゾーンの表示時間を長くすることが可能となり、投影像(虚像)IMの輝度が向上する。 Assuming that the time required to move between the positions of the intermediate image TI shown in FIG. If the time is shorter than the product of the number n, the display zone will span multiple distance zones, and at least adjacent display zones will overlap in projected distance ranges (see display zones DZ1 to DZn in FIG. 6). By performing overlapping display in this manner, the same projected image (virtual image) IM can be displayed with a spread in the depth direction. It can be lengthened, and the brightness of the projection image (virtual image) IM is improved.

図6に示すように、特性C1に沿ってn個の表示ゾーンを設定することができる。ここで、説明の便宜上、最も近距離の表示ゾーンを第1表示ゾーンDZ1と呼び、最も遠距離の表示ゾーンを第n表示ゾーンDZn(nは自然数)と呼ぶ。複数の表示ゾーンDZ1~DZnは、近距離から遠距離になるに従って表示する距離幅が広がっている。この場合、表示対象又は複合的な投影像IMの奥行きが遠距離側で広がることを意味するが、遠距離ほど視差が小さくなるので、表示状態への影響は殆ど生じない。複数の表示ゾーンDZ1~DZnのうち隣り合う表示ゾーンは、投影距離が部分的に重複しており、各表示ゾーンは、本来投影距離を異ならせるべきものを含む。すなわち、第k表示ゾーンDZk(kはnより小さい自然数)と第k+1表示ゾーンDZk+1とは、投影距離が部分的に重複し、例えば第2表示ゾーンDZ2と第3表示ゾーンDZ3とは、投影距離が部分的に重複している。第k表示ゾーンDZkは、そこに表示すべき表示対象の投影距離の本来の表示像に対して、その前、後、又は前後の双方で設定される表示ゾーンで表示する像も合せて表示した複合的な投影像となっている。表示ゾーンは、投影すべき距離が漸次変化するサブゾーンを含む。図示の例では、第k表示ゾーンDZkを表示している間の全体又はある一定時間内では4区間分の距離ゾーン又はサブゾーンLZk-2~LZk+1に相当するそれぞれの像が重なった状態の表示がされている。この場合、それぞれの表示ゾーンDZ1~DZnで表示される像の表示時間は、表示時間の刻みδのピッチで隣り合う表示ゾーンDZ1~DZn間でズレがあるため、その分表示されている間の近側と遠側との両端の距離が変動してその平均距離も変動する。人の目又は脳は、その表示ゾーンDZ1~DZnの平均距離で表示像を捉えるので、視覚的に同時に表示を行っている場合でも、それぞれの表示ゾーンDZ1~DZnの表示距離を異なる位置として表示している状態にできる。 As shown in FIG. 6, n display zones can be set along the characteristic C1. Here, for convenience of explanation, the closest display zone is called the first display zone DZ1, and the farthest display zone is called the n-th display zone DZn (n is a natural number). In the plurality of display zones DZ1 to DZn, the display distance width widens as the distance increases from short distance to long distance. In this case, the depth of the object to be displayed or the composite projected image IM is expanded on the long distance side, but since the parallax becomes smaller as the distance increases, there is almost no effect on the display state. Adjacent display zones among the plurality of display zones DZ1 to DZn have partially overlapping projection distances, and each display zone includes zones that should originally have different projection distances. That is, the k-th display zone DZk (k is a natural number smaller than n) and the k+1-th display zone DZk+1 partially overlap in projection distance. are partially duplicated. The k-th display zone DZk also displays an image displayed in a display zone set before, after, or both before and after the original display image of the projection distance of the display object to be displayed there. It is a composite projected image. The display zone includes sub-zones with progressively varying distances to be projected. In the illustrated example, the images corresponding to the distance zones or sub-zones LZk-2 to LZk+1 for four sections are displayed in a state in which they are superimposed on each other during the display of the k-th display zone DZk. It is In this case, the display time of the image displayed in each of the display zones DZ1 to DZn differs between the adjacent display zones DZ1 to DZn at the pitch of the display time increment δ. The distance between both ends of the near side and the far side varies, and the average distance also varies. Since the human eye or brain perceives the display image at the average distance of the display zones DZ1 to DZn, even when the display is visually performed simultaneously, the display distances of the respective display zones DZ1 to DZn are displayed as different positions. can be in a state of being

なお、第k表示ゾーンDZkを重なり合う距離ゾーンが切替わるタイミングで分割して基準サブゾーンLZkを含む投影距離が異なる一連のサブゾーンLZk-2~LZk+1として考えた場合、描画デバイス(表示素子)11に適宜表示動作を行わせることにより同一の投影像(虚像)IMをそれぞれのサブゾーンで表示させる。つまり、距離が段階的に変化する一連の複数のサブゾーンLZk-2~LZk+1の組合せによって表示ゾーンDZkが構成される。見方を変えれば、着目する1つの基準サブゾーンLZkに対応する距離ゾーンに投影したい局所的な像は、例えば4つの表示ゾーンに重複して繰り返し表示されるため、各距離ゾーンに投影される局所的な像は、輝度を一様に向上させたものとなる。この際、投影距離の変化を考慮して、隣り合う表示ゾーンに共通する距離ゾーン(サブゾーンLZk-2~LZk+1に対応)に投影される共通の局所的な投影像(虚像)IMを位置及び角度サイズが一致するように重ねて表示させる。これにより、投影距離が変化する投影像(虚像)IMをズレや滲みがない状態で表示することができる。また、この時の表示距離が、基準サブゾーンLZkに相当する距離となる。なお、図6では、表示の便宜上、各表示ゾーンDZ1~DZnが横方向に延びるように示されているが、縦軸を中間像TIの位置とした場合、各表示ゾーンDZ1~DZnは、特性C1に沿って延びるものとなる。 When the k-th display zone DZk is divided at the timing when the overlapping distance zones are switched and considered as a series of sub-zones LZk-2 to LZk+1 with different projection distances including the reference sub-zone LZk, the drawing device (display element) 11 By performing the display operation, the same projected image (virtual image) IM is displayed in each subzone. In other words, the display zone DZk is configured by a combination of a series of sub-zones LZk-2 to LZk+1 whose distances change stepwise. From a different point of view, a local image to be projected onto a distance zone corresponding to one reference subzone LZk of interest is displayed repeatedly in, for example, four display zones. The image will have a uniform increase in brightness. At this time, considering the change in the projection distance, the common local projection image (virtual image) IM projected on the distance zone (corresponding to the sub-zones LZk-2 to LZk+1) common to the adjacent display zones is positioned and angle Overlap to match size. As a result, the projected image (virtual image) IM whose projection distance changes can be displayed without any deviation or blurring. Also, the display distance at this time is the distance corresponding to the reference subzone LZk. In FIG. 6, the display zones DZ1 to DZn are shown extending in the horizontal direction for convenience of display. It extends along C1.

第1表示ゾーンDZ1~第n表示ゾーンDZnでの表示時間は、全て等しくなっている。複数の表示ゾーンを構成する各表示ゾーンDZ1~DZnでの表示時間を等しくすることで、各表示ゾーンDZ1~DZnによる複合的な投影像IMの表示輝度を一致させることができ、観察者であるドライバーVDが意図せず特定距離の像に偏って着目する傾向が生じることを防止できる。なお、用途によっては、各表示ゾーンDZ1~DZnでの表示輝度に差を持たせることができる。例えば遠距離投影に対応する表示ゾーンについては、表示輝度を上げるといった処理が可能である。 The display times in the first display zone DZ1 to the n-th display zone DZn are all equal. By equalizing the display time in each of the display zones DZ1 to DZn constituting the plurality of display zones, it is possible to match the display brightness of the composite projection image IM by each of the display zones DZ1 to DZn, and the observer can It is possible to prevent the driver VD from unintentionally focusing his/her attention on an image at a specific distance. It should be noted that, depending on the application, it is possible to give a difference in the display brightness in each of the display zones DZ1 to DZn. For example, a display zone corresponding to long-distance projection can be processed to increase display brightness.

近距離端の投影に付加している第1~3前補間ゾーンCZ1~CZ3は、第1距離ゾーンLZ1での表示距離を所望の距離とする観点で付加しているが、必須のものではない。同様に、遠距離端の投影に付加している第1~3後補間ゾーンCZ4~CZ6は、第n距離ゾーンLZnでの表示距離を所望の距離とする観点で付加しているが、必須のものではない。 The first to third pre-interpolation zones CZ1 to CZ3 added to the projection at the short distance end are added from the viewpoint of making the display distance in the first distance zone LZ1 a desired distance, but they are not essential. . Similarly, the first to third post-interpolation zones CZ4 to CZ6 added to the far end projection are added from the viewpoint of making the display distance in the nth distance zone LZn a desired distance. not a thing

画面内の特定の奥行き方向で異なる対象を表示する場合、距離の異なる表示対象が、奥行き方向以外の2次元平面内において重なる、又は略重なるような近い位置にあり、それらに対する表示間の干渉が発生してしまうことが考えられ、これを回避する必要がある。例えば表示ゾーンDZkの表示対象に対して別の表示距離DZk’に存在する表示対象が2次元平面内で近傍に位置していてそれぞれの対象に対する表示に干渉が生ずる場合には、干渉領域ではそれらを合成するような表示を行うことが考えられる。具体的には、一対の表示対象が重なる共通領域又は交わり領域では、一対の表示対象が半透過重畳表示されるような画像とし、一対の表示対象が重ならない差分領域又は独立領域では、各部分で標準的な表示を行えば足る。または、色や大きさ(線の場合は太さも含む)、明るさ、明滅といった手法で違いを出した表示とする方法も考えられ、ドライバーVDに伝わるように工夫すればよい。 When different objects are displayed in a specific depth direction on the screen, display objects with different distances overlap or almost overlap in a two-dimensional plane other than the depth direction, and interference between the displays is caused. This may occur and should be avoided. For example, when a display object existing at a different display distance DZk′ is positioned close to the display object in the display zone DZk in the two-dimensional plane and interference occurs in the display of each object, in the interference area It is conceivable to perform a display that synthesizes the Specifically, in the common area or the intersection area where the pair of display objects overlap, an image in which the pair of display objects are superimposed and translucent is displayed, and in the difference area or the independent area where the pair of display objects do not overlap, each part is sufficient for standard display. Alternatively, a method of displaying different colors, sizes (including thickness in the case of lines), brightness, blinking, etc. may be considered, and it may be devised so as to be conveyed to the driver VD.

図7は、ヘッドアップディスプレイ装置200の全体構造を説明する概念的ブロック図であり、ヘッドアップディスプレイ装置200は、その一部として画像表示装置100を含む。画像表示装置100は、図2に示す構造を有するものであり、ここでは説明を省略する。 FIG. 7 is a conceptual block diagram illustrating the overall structure of head-up display device 200. Head-up display device 200 includes image display device 100 as a part thereof. The image display device 100 has the structure shown in FIG. 2, and the description thereof is omitted here.

ヘッドアップディスプレイ装置200は、画像表示装置100のほかに、環境監視部72と、主制御部90とを備える。 The head-up display device 200 includes an environment monitoring section 72 and a main control section 90 in addition to the image display device 100 .

環境監視部72は、検出領域内に存在するオブジェクトを検出するオブジェクト検出部であり、前方に近接して存在する移動体や人、具体的には自動車、自転車、歩行者等をオブジェクトとして識別し、オブジェクトの3次元的な位置情報を抽出する3次元計測器を有する。環境監視部(オブジェクト検出部)72は、3次元計測器として、外部用カメラ72aと、外部用画像処理部72bと、判断部72cとを備える。外部用カメラ72aは、可視又は赤外域において外界像の撮影を可能にする。外部用カメラ72aは、車体2内外の適所に設置されており、ドライバーVD又はフロントウインドウ8の前方の検出領域VF(後述する図8参照)を外部画像として撮影する。外部用画像処理部72bは、外部用カメラ72aで撮影した外部画像に対して明るさ補正等の各種画像処理を行って判断部72cでの処理を容易にする。判断部72cは、外部用画像処理部72bを経た外部画像からオブジェクト画像の抽出又は切り出しを行うことによって自動車、自転車、歩行者等のオブジェクト(具体的には、後述する図8中のオブジェクトOB1,OB2,OB3参照)の存否を検出するとともに、外部画像に付随する奥行情報から車体2前方におけるオブジェクトの空間的な位置を算出し3次元的な位置情報として記憶部72mに保管する。判断部72cの記憶部72mには、外部画像からオブジェクト画像の抽出を可能にするソフトウエアが保管されており、外部画像からオブジェクト画像を抽出する動作時には、記憶部72mから必要となるソフトウエアやデータが読み出される。判断部72cにより、例えば得られた画像内の各オブジェクト要素の形状、大きさ、色等から、オブジェクト要素に対応する要素が何かを検出することができる。その際の判断基準は、予め登録されている情報とのパターンマッチングを行ってマッチングの度合からオブジェクトが何かを検出する方法等がある。また、処理速度を高める観点で、画像から車線を検知し、その車線内にあるターゲット又はオブジェクト要素について、上記の形状、大きさ、色等からオブジェクトの検出を行うこともできる。 The environment monitoring unit 72 is an object detection unit that detects objects that exist within the detection area, and identifies moving objects and people that exist close to the front (specifically, automobiles, bicycles, pedestrians, etc.) as objects. , has a three-dimensional measuring instrument for extracting three-dimensional position information of an object. The environment monitoring unit (object detection unit) 72 includes an external camera 72a, an external image processing unit 72b, and a determination unit 72c as a three-dimensional measuring device. The external camera 72a enables capturing of an external image in the visible or infrared range. The exterior camera 72a is installed at an appropriate location inside and outside the vehicle body 2, and captures the driver VD or the detection area VF in front of the front window 8 (see FIG. 8, which will be described later) as an exterior image. The external image processing unit 72b performs various image processing such as brightness correction on the external image captured by the external camera 72a to facilitate processing in the determination unit 72c. The determination unit 72c extracts or cuts out an object image from the external image that has passed through the external image processing unit 72b, thereby determining objects such as automobiles, bicycles, and pedestrians (specifically, objects OB1 and OB1 in FIG. 8 to be described later). OB2 and OB3) is detected, and the spatial position of the object in front of the vehicle body 2 is calculated from the depth information attached to the external image and stored as three-dimensional position information in the storage unit 72m. The storage unit 72m of the determination unit 72c stores software that enables extraction of an object image from an external image. Data is read. The determination unit 72c can detect what element corresponds to the object element from, for example, the shape, size, color, etc. of each object element in the obtained image. As a judgment criterion at that time, there is a method of performing pattern matching with information registered in advance and detecting what the object is from the degree of matching. In addition, from the viewpoint of increasing the processing speed, it is also possible to detect a lane from an image and detect an object based on the shape, size, color, etc. of a target or object element in the lane.

外部用カメラ72aは、図示を省略しているが、例えば複眼型の3次元カメラである。つまり、外部用カメラ72aは、結像用のレンズと、CMOSその他の撮像素子とを一組とするカメラ素子をマトリックス状に配列したものであり、撮像素子用の駆動回路をそれぞれ有する。外部用カメラ72aを構成する複数のカメラ素子は、例えば相対的な視差を検出できるようになっており、カメラ素子から得た画像の状態(フォーカス状態、オブジェクトの位置等)を解析することで、検出領域に対応する画像内の各領域又はオブジェクトまでの目標距離を判定できる。 Although not shown, the external camera 72a is, for example, a compound-eye three-dimensional camera. In other words, the external camera 72a is a matrix array of camera elements each composed of an imaging lens and a CMOS or other imaging element, and each has a driving circuit for the imaging element. A plurality of camera elements constituting the external camera 72a can detect, for example, relative parallax. A target distance to each region or object in the image corresponding to the detection region can be determined.

なお、上記のような複眼型の外部用カメラ72aに代えて、2次元カメラと赤外距離センサーとを組み合わせたものを用いても、撮影した画面内の各部(領域又はオブジェクト)に関して奥行方向の距離情報である目標距離を得ることができる。また、複眼型の外部用カメラ72aに代えて、2つの2次元カメラを分離配置したステレオカメラによって、撮影した画面内の各部(領域又はオブジェクト)に関して奥行方向の距離情報である目標距離を得ることができる。その他、単一の2次元カメラにおいて、焦点距離を高速で変化させながら撮像を行うことによっても、撮影した画面内の各部(領域又はオブジェクト)に関して奥行方向の距離情報である目標距離を得ることができる。 It should be noted that even if a combination of a two-dimensional camera and an infrared distance sensor is used in place of the compound eye type external camera 72a as described above, the depth direction of each part (region or object) within the photographed screen can be measured. A target distance, which is distance information, can be obtained. Also, instead of the compound-eye type external camera 72a, a stereo camera in which two two-dimensional cameras are separately arranged can be used to obtain a target distance, which is distance information in the depth direction, for each part (region or object) in the photographed screen. can be done. In addition, it is also possible to obtain a target distance, which is distance information in the depth direction, for each part (region or object) in the photographed screen by performing imaging while changing the focal length at high speed with a single two-dimensional camera. can.

また、複眼型の外部用カメラ72aに代えて、LIDAR技術を用いても、検出領域内の各部(領域又はオブジェクト)に関して奥行方向の距離情報を得ることができる。LIDAR技術により、パルス状のレーザー照射に対する散乱光を測定し、遠距離にある対象までの距離や拡がりを計測して視野内のオブジェクトまでの距離情報やオブジェクトの拡がりに関する情報を取得することができる。さらに、例えばLIDAR技術のようなレーダーセンシング技術と画像情報からオブジェクトの距離等を検出する技術とを組み合わせるような複合的な手法、つまり複数のセンサーをフュージョンさせる手法によって、オブジェクトの検出精度を高めることができる。 Further, distance information in the depth direction can be obtained for each part (area or object) within the detection area by using LIDAR technology instead of the compound-eye external camera 72a. Using LIDAR technology, it is possible to measure scattered light from pulsed laser irradiation, measure the distance and spread to an object at a long distance, and acquire distance information to objects within the field of view and information on the spread of the object. . Furthermore, for example, by combining radar sensing technology such as LIDAR technology and technology for detecting the distance of an object from image information, a composite method, that is, a method that fuses multiple sensors, will increase the accuracy of object detection. can be done.

オブジェクトを検出する外部用カメラ72aの動作速度は、入力の高速化の観点で、描画デバイス(表示素子)11の動作速度以上である必要があり、表示ゾーンDZ1~DZnの表示切替え速度又は表示ゾーンDZ1~DZnの1周期の表示期間が例えば30fps以上の場合、これより早くすることが望ましい。外部用カメラ72aは、例えば120fpsより高速、例えば480fpsや1000fpsといった高速動作によってオブジェクトの高速検出を可能にするものが望ましい。また、複数センサーをフュージョンさせる場合、その全てのセンサーが高速である必要は必ずしもなく、少なくとも複数センサーの内1つのセンサーは高速である必要があるが、それ以外は高速でなくても構わない。この場合、高速のセンサーで検出するデータを基本としながら、高速でないセンサーのデータで補完するという使い方で、センシング精度を上げるといった方法を用いてもよい。 The operating speed of the external camera 72a for detecting objects must be equal to or higher than the operating speed of the drawing device (display element) 11 from the viewpoint of speeding up input. If the display period for one cycle of DZ1 to DZn is, for example, 30 fps or more, it is desirable to make it faster. The external camera 72a is desirably capable of high-speed object detection by high-speed operation such as 480 fps or 1000 fps, for example, higher than 120 fps. Also, when multiple sensors are fused, not all the sensors need to be high speed, and at least one of the multiple sensors must be high speed, but the other sensors do not have to be high speed. In this case, it is possible to use the data detected by the high-speed sensor as the basis and complement it with the data of the low-speed sensor to improve the sensing accuracy.

表示制御部18は、主制御部90の制御下で表示光学系30を動作させて、表示スクリーン20の背後に虚像距離又は投影距離が変化する3次元的な投影像IMを表示させる。 The display control unit 18 operates the display optical system 30 under the control of the main control unit 90 to display a three-dimensional projection image IM in which the virtual image distance or projection distance changes behind the display screen 20 .

主制御部90は、画像表示装置100、環境監視部72等の動作を調和させる役割を有する。主制御部90は、例えば表示制御部18を介して回転駆動部64を動作させることによって、表示光学系30による投影像IMである虚像の投影距離を周期的に変化させる。つまり、主制御部90等は、投影像IMである虚像の奥行き方向に関する投影位置を周期的に変化させる。また、主制御部90は、環境監視部72によって検出したオブジェクトの空間的な位置に対応するように、表示光学系30によって投影されるフレーム枠HW(図8参照)の空間的な配置を調整する。すなわち、主制御部90は、環境監視部72から受信した表示形状や表示距離を含む表示情報から、表示光学系30に表示させる投影像IMを生成する。投影像IMの表示内容は、回転駆動部64の動作に同期したもの、つまり中間像TIの移動に同期させたものとなっている。投影像IMは、例えば表示スクリーン20の背後に存在する自動車、自転車、歩行者その他のオブジェクトに対してその奥行き位置方向に関して周辺に位置するフレーム枠HW(図8参照)のような標識とすることができる。このフレーム枠HWは、説明の便宜上奥行きのない状態で示されているが、実際は表示ゾーンDZ1~DZnの奥行き幅に対応して一定の奥行き幅を有するものとなっている。以上のように、主制御部90は、表示制御部18と協働して像付加部として機能し、検出されたオブジェクトまでの目標距離が投影距離と略一致するタイミングで、検出されたオブジェクトに対して表示光学系30によって虚像として関連情報像を付加する。 The main control unit 90 has a role of harmonizing the operations of the image display device 100, the environment monitoring unit 72, and the like. The main control unit 90 periodically changes the projection distance of the virtual image, which is the projected image IM, by the display optical system 30 by operating the rotation driving unit 64 via the display control unit 18, for example. That is, the main control unit 90 and the like periodically change the projection position of the virtual image, which is the projected image IM, in the depth direction. In addition, the main control unit 90 adjusts the spatial arrangement of the frame HW (see FIG. 8) projected by the display optical system 30 so as to correspond to the spatial position of the object detected by the environment monitoring unit 72. do. That is, the main control unit 90 generates the projection image IM to be displayed on the display optical system 30 from the display information including the display shape and the display distance received from the environment monitoring unit 72 . The display content of the projected image IM is synchronized with the operation of the rotation drive unit 64, that is, synchronized with the movement of the intermediate image TI. The projected image IM may be, for example, a marker such as a frame HW (see FIG. 8) positioned peripherally with respect to the depth position direction of objects such as automobiles, bicycles, and pedestrians existing behind the display screen 20. can be done. Although the frame HW is shown without depth for convenience of explanation, it actually has a constant depth width corresponding to the depth width of the display zones DZ1 to DZn. As described above, the main control unit 90 functions as an image addition unit in cooperation with the display control unit 18, and at the timing when the target distance to the detected object substantially matches the projection distance, On the other hand, the display optical system 30 adds a related information image as a virtual image.

主制御部90は、単一の表示対象を少なくとも単一の表示ゾーンに割り当てて描画デバイス(表示素子)11に表示を行わせる。この場合、単一の表示対象を特定の投影距離を含む単一の表示ゾーンに表示することが原則となるが、単一の表示対象を複数の表示ゾーンに表示してもよい。 The main control unit 90 allocates a single display target to at least a single display zone and causes the drawing device (display element) 11 to perform display. In this case, in principle, a single display target is displayed in a single display zone including a specific projection distance, but a single display target may be displayed in a plurality of display zones.

主制御部90は、中間スクリーン19の移動によって投影距離を変化させた複数の距離ゾーンのうち隣り合う一連の距離ゾーンに対応する像を表示ゾーンDZ1~DZnを構成する複数のサブゾーンとし、特定の距離ゾーンに対応する複数のサブゾーンとして同一の投影像IMを繰り返して表示させる。この場合、距離ゾーンは、距離分解能の最小単位に相当するものであり、投影距離が異なる距離ゾーンにおいて同一の投影像IMを繰り返して表示させることで、距離範囲が広がるが、投影像IMの表示輝度を高めることになる。 The main control unit 90 sets images corresponding to a series of adjacent distance zones among the plurality of distance zones whose projection distances are changed by moving the intermediate screen 19 as a plurality of sub-zones constituting the display zones DZ1 to DZn, and selects a specific sub-zone. The same projected image IM is repeatedly displayed as a plurality of subzones corresponding to the distance zone. In this case, the distance zone corresponds to the minimum unit of distance resolution, and by repeatedly displaying the same projection image IM in distance zones with different projection distances, the distance range is widened, but the display of the projection image IM This will increase the brightness.

図8は、具体的な表示状態を説明する斜視図である。観察者であるドライバーVDの前方は観察視野に相当する検出領域VFとなっている。検出領域VF内、つまり道路及びその周辺に、歩行者等である人のオブジェクトOB1,OB3や、自動車等である移動体のオブジェクトOB2が存在すると考える。この場合、主制御部90は、画像表示装置100によって3次元的な投影像(虚像)IMを投影させ、各オブジェクトOB1,OB2,OB3に対して関連情報像としてのフレーム枠HW1,HW2,HW3を付加する。この際、ドライバーVDから各オブジェクトOB1,OB2,OB3までの距離が異なるので、フレーム枠HW1,HW2,HW3を表示させる投影像IM1,IM2,IM3までの投影距離は、ドライバーVDから各オブジェクトOB1,OB2,OB3までの距離に相当するものとなっている。 FIG. 8 is a perspective view for explaining a specific display state. In front of the driver VD who is the observer, there is a detection area VF corresponding to the observation field of view. It is assumed that human objects OB1 and OB3 such as pedestrians and a mobile object OB2 such as a car are present in the detection area VF, that is, on the road and its surroundings. In this case, the main control unit 90 causes the image display device 100 to project a three-dimensional projection image (virtual image) IM, and displays frame frames HW1, HW2, and HW3 as related information images for each of the objects OB1, OB2, and OB3. Add At this time, since the distances from the driver VD to the objects OB1, OB2, and OB3 are different, the projection distances from the driver VD to the projection images IM1, IM2, and IM3 that display the frame frames HW1, HW2, and HW3 are It corresponds to the distance to OB2 and OB3.

なお、投影像IM1,IM2,IM3の投影距離は、図6に示す表示ゾーンDZ1~DZnの一部に対応する表示ゾーンDZa~DZcに形成されており、各表示ゾーンDZa~DZcに対応する奥行き幅を有する。各投影距離の中心、つまり投影像IM1,IM2,IM3の投影距離は、離散的であり、オブジェクトOB1,OB2,OB3までの現実の距離に対して、常に正確に一致させるということはできない。ただし、投影像IM1,IM2,IM3の投影距離と、オブジェクトOB1,OB2,OB3までの現実の距離との差が大きくなければ、ドライバーVDの視点が動いても視差が生じにくく、オブジェクトOB1,OB2,OB3とフレーム枠HW1,HW2,HW3との配置関係を略維持することができる。 The projection distances of the projection images IM1, IM2 and IM3 are formed in the display zones DZa to DZc corresponding to some of the display zones DZ1 to DZn shown in FIG. have width. The center of each projection distance, ie the projection distance of the projection images IM1, IM2, IM3, is discrete and cannot always be exactly matched to the actual distance to the objects OB1, OB2, OB3. However, if the difference between the projection distances of the projected images IM1, IM2, and IM3 and the actual distances to the objects OB1, OB2, and OB3 is not large, parallax is unlikely to occur even if the viewpoint of the driver VD moves, and the objects OB1, OB2 , OB3 and the frame frames HW1, HW2, and HW3 can be substantially maintained.

図9Aは、図5に対応し、図9Bは、図8中の投影像IM3又はフレーム枠HW3に対応し、図9Cは、図8中の投影像IM2又はフレーム枠HW2に対応し、図9Dは、図8中の投影像IM1又はフレーム枠HW1に対応している。図9A~9Dより明らかなように、投影像IM1は、回転体16a(又は立体形状部116)の機能領域FA又は中間像TIが表示位置P1を中心とする所定の距離範囲にあるとき、具体的には、この距離範囲に応じて図6に示す特性C1に基づいて決定される所定の表示ゾーンの表示タイミングであるときに、描画デバイス(表示素子)11の表示面11aに形成される一連の表示像に対応する。同様に、投影像IM2は、回転体16a(又は立体形状部116)の機能領域FAが表示位置P2を中心とする距離範囲にあるときに描画デバイス11の表示面11aに形成される一連の表示像に対応し、投影像IM3は、回転体16a(又は立体形状部116)の機能領域FAが表示位置P3を中心とする所定の距離範囲にあるときに描画デバイス11の表示面11aに形成される一連の表示像に対応する。中間像TIの移動を基準とする1周期でみた場合、まず表示位置P1に対応する投影像IM1又はフレーム枠HW1が表示され、次いで表示位置P2に対応する投影像IM2又はフレーム枠HW2が表示された後、表示位置P3に対応する投影像IM3又はフレーム枠HW3が表示される。以上の1周期が視覚的に短ければ、投影像IM1,IM2,IM3の切替えが非常に速くなり、観察者であるドライバーVDは、フレーム枠HW1,HW2,HW3を奥行きがある画像として同時に観察していると認識する。本実施形態において、例えばこれら表示位置P1~P3の内の少なくともどれか2つの表示位置が、隣り合う表示ゾーンや近い表示ゾーンとして指定される場合、例えば図9B及び9Cの投影像、図9C及び図9Dの投影像、又は図9B、9C、及び9Dの全ての投影像が表示時間内の重なり時間範囲において同時に重ねて表示される時間帯が存在する。 9A corresponds to FIG. 5, FIG. 9B corresponds to the projected image IM3 or frame frame HW3 in FIG. 8, FIG. 9C corresponds to the projected image IM2 or frame frame HW2 in FIG. 8, and FIG. 9D corresponds to the projected image IM1 or frame frame HW1 in FIG. As is clear from FIGS. 9A to 9D, the projected image IM1 is specifically Specifically, at the display timing of the predetermined display zone determined based on the characteristic C1 shown in FIG. corresponds to the display image of Similarly, the projected image IM2 is a series of displays formed on the display surface 11a of the drawing device 11 when the functional area FA of the rotating body 16a (or the three-dimensional shape portion 116) is within the distance range centered on the display position P2. Corresponding to the image, the projected image IM3 is formed on the display surface 11a of the drawing device 11 when the functional area FA of the rotating body 16a (or the three-dimensional shape portion 116) is within a predetermined distance range centered on the display position P3. corresponds to a series of displayed images. When viewed in one cycle based on the movement of the intermediate image TI, the projected image IM1 or the frame frame HW1 corresponding to the display position P1 is displayed first, and then the projected image IM2 or the frame frame HW2 corresponding to the display position P2 is displayed. After that, the projected image IM3 or frame frame HW3 corresponding to the display position P3 is displayed. If the above one period is visually short, the switching of the projection images IM1, IM2, and IM3 becomes very fast, and the driver VD who is the observer observes the frame frames HW1, HW2, and HW3 simultaneously as images with depth. recognize that In this embodiment, for example, when at least two display positions among these display positions P1 to P3 are designated as adjacent display zones or close display zones, for example, the projection images of FIGS. 9B and 9C, FIGS. There is a period of time in which the projection image of FIG. 9D or all of the projection images of FIGS. 9B, 9C, and 9D are simultaneously displayed overlaid in the overlapping time range within the display time.

図10は、主制御部90の動作を説明する概念図である。まず、主制御部90は、環境監視部72を利用してオブジェクトOB1,OB2,OB3を検出した場合、オブジェクトOB1,OB2,OB3に対応するフレーム枠HW1,HW2,HW3に対応する表示データを生成し、不図示の記憶部に保管する(ステップS11)。その後、主制御部90は、ステップS11で得た表示データを、対応する表示ゾーンDZ1~DZnに振り分けるようなデータの変換を行う(ステップS12)。具体的には、オブジェクトOB1,OB2,OB3の位置に応じて、対応するフレーム枠HW1,HW2,HW3を表示ゾーンDZ1~DZnのいずれか1つ(図8の例では表示ゾーンDZa~DZc)に割り当てる。次に、主制御部90は、フレーム枠HW1,HW2,HW3に対応する表示データを割り当てた表示ゾーンDZ1~DZnに適合するように加工し、不図示の記憶部に保管する(ステップS13)。この適合化は、距離ゾーン又はサブゾーンLZk-2~LZk+1ごとに枠画像の輪郭や配置を補正するといった画像処理を含む。その後、主制御部90は、ステップS13で適合化させた表示データを既存データと合成する(ステップS14)。表示ゾーンDZ1~DZnによる表示は、時間差があるものの同時並行して行われ、短時間であるが残像を残すような表示が行われるので、新たなオブジェクトOB1,OB2,OB3が出現した場合、既存のオブジェクトと新たなオブジェクトとを併存させるように表示内容を組み直す必要があることを考慮したものである。最後に、主制御部90は、ステップS14で得た表示データを、回転駆動部64の動作に同期して表示制御部18に出力し、描画デバイス(表示素子)11に回転体16aの機能領域FAに応じた表示動作を行わせる(ステップS15)。 FIG. 10 is a conceptual diagram explaining the operation of the main control section 90. As shown in FIG. First, when detecting objects OB1, OB2, and OB3 using the environment monitoring section 72, the main control section 90 generates display data corresponding to frame frames HW1, HW2, and HW3 corresponding to the objects OB1, OB2, and OB3. and stored in a storage unit (not shown) (step S11). After that, the main control unit 90 converts the display data obtained in step S11 so as to distribute the data to the corresponding display zones DZ1 to DZn (step S12). Specifically, according to the positions of the objects OB1, OB2, and OB3, the corresponding frame frames HW1, HW2, and HW3 are set to any one of the display zones DZ1 to DZn (the display zones DZa to DZc in the example of FIG. 8). assign. Next, the main control unit 90 processes the display data corresponding to the frame frames HW1, HW2, HW3 so as to match the allocated display zones DZ1 to DZn, and stores them in a storage unit (not shown) (step S13). This adaptation includes image processing such as correcting the outline and placement of the frame image for each distance zone or subzone LZk-2 to LZk+1. After that, the main control unit 90 synthesizes the display data adapted in step S13 with the existing data (step S14). The display by the display zones DZ1 to DZn are performed in parallel although there is a time lag. This is because it is necessary to rearrange the display contents so that the old object and the new object coexist. Finally, the main control unit 90 outputs the display data obtained in step S14 to the display control unit 18 in synchronization with the operation of the rotation driving unit 64, and outputs the functional area of the rotating body 16a to the drawing device (display element) 11. A display operation corresponding to FA is performed (step S15).

図11は、描画デバイス(表示素子)11の動作を説明する図である。この場合、縦方向に並ぶ第1表示領域~第n表示領域は、図6等に示す第1~第n表示ゾーンDZ1~DZnに対応している。回転体16a(又は立体形状部116)の1回転に対応する1サイクルで、第1~第n表示ゾーンDZ1~DZnに対応して、描画デバイス(表示素子)11の表示面11aにおいて、第1表示領域~第n表示領域での表示が繰り返される。各表示領域において、信号F1~F4は、同一の表示像が4つのサブゾーンで繰り返されることを意味し、信号F1~F4のそれぞれにカラー表示用のR,G、及びBの信号成分が含まれている。 11A and 11B are diagrams for explaining the operation of the drawing device (display element) 11. FIG. In this case, the first to n-th display areas arranged in the vertical direction correspond to the first to n-th display zones DZ1 to DZn shown in FIG. 6 and the like. In one cycle corresponding to one rotation of the rotating body 16a (or the three-dimensional shape section 116), the first The display in the display area to the n-th display area is repeated. In each display area, the signals F1-F4 mean that the same display image is repeated in four sub-zones, and each of the signals F1-F4 includes R, G, and B signal components for color display. ing.

以上で説明した第1実施形態のヘッドアップディスプレイ装置200又は画像表示装置100によれば、主制御部90及び表示制御部18が投影距離を変化させる中間スクリーン19の移動に同期させて描画デバイス(表示素子)11に表示を行わせるので、奥行き方向を含めて表示位置が異なる虚像を高速で変化させながら表示することができ、複数の距離位置に各種画像を同時に投影することができる。この際、主制御部90及び表示制御部18が投影距離を変化させる複数の表示ゾーンDZ1~DZnのうち隣り合う表示ゾーンDZk,DZk+1において投影距離が部分的に重複するように設定するので、例えば表示距離を近側の端から遠側の端、又は遠側の端から近側の端に変えて表示する1周期内で設定した距離分割数の表示ゾーンDZ1~DZnで表示することを考えた場合、隣り合う表示ゾーンDZk,DZk+1において投影距離の重なりがない表示に比べて、同じ分割数でも重なりを持たせることで各表示ゾーンDZ1~DZnによる投影時間又は表示時間を長くすることができ、高輝度の画像を同時に投影することが容易になる。 According to the head-up display device 200 or the image display device 100 of the first embodiment described above, the drawing device ( Since the display element 11 performs display, virtual images whose display positions are different including the depth direction can be displayed while being changed at high speed, and various images can be simultaneously projected at a plurality of distance positions. At this time, the main control unit 90 and the display control unit 18 set the projection distances so that the adjacent display zones DZk and DZk+1 of the plurality of display zones DZ1 to DZn whose projection distances are changed partially overlap. It is considered to display in the display zones DZ1 to DZn with the number of distance divisions set within one cycle in which the display distance is changed from the near end to the far end or from the far end to the near end. In this case, compared to a display in which the projection distances do not overlap in the adjacent display zones DZk and DZk+1, even if the number of divisions is the same, the display zones DZ1 to DZn can have an overlapping projection time or display time. Simultaneous projection of high-brightness images is facilitated.

〔第2実施形態〕
以下、第2実施形態に係る表示装置等について説明する。なお、第2実施形態の表示装置等は第1実施形態の表示装置等を変形したものであり、特に説明しない事項は第1実施形態と同様である。
[Second embodiment]
A display device and the like according to the second embodiment will be described below. Note that the display device and the like of the second embodiment are obtained by modifying the display device and the like of the first embodiment, and items that are not particularly described are the same as those of the first embodiment.

図12に示すように、結像光学系15の投影位置又は結像位置には、光軸AX方向に移動する光学素子である中間スクリーン19が配置されている。中間スクリーン19は、配光角を所望の角度に制御した拡散板であり、例えば摺りガラス、レンズ拡散板、マイクロレンズアレイ等が用いられる。この場合、中間スクリーン19の有効領域が、中間スクリーン19の機能領域となる。 As shown in FIG. 12, an intermediate screen 19, which is an optical element that moves in the optical axis AX direction, is arranged at the projection position or imaging position of the imaging optical system 15. As shown in FIG. The intermediate screen 19 is a diffusion plate that controls the light distribution angle to a desired angle, and is made of, for example, frosted glass, a lens diffusion plate, a microlens array, or the like. In this case, the effective area of intermediate screen 19 becomes the functional area of intermediate screen 19 .

制御部としての主制御部90及び表示制御部18は、往復駆動部264を介して、中間スクリーン19の位置を周期的にシフトさせることで、中間像TIの位置を図13に示すように周期的に往復移動させて投影距離を周期的に変化させつつ、描画デバイス11に形成する画像を投影距離に応じたものとする。具体的には、往復駆動部264を構成するガイド部264aとアクチュエーター264bとによって中間スクリーン19を光軸AX方向に往復移動させることで投影距離を周期的に変化させる。 The main control unit 90 and the display control unit 18 as control units cyclically shift the position of the intermediate screen 19 via the reciprocating drive unit 264 so that the position of the intermediate image TI is cyclically shifted as shown in FIG. While the projection distance is periodically changed by reciprocating, the image formed on the drawing device 11 is made to correspond to the projection distance. Specifically, the intermediate screen 19 is reciprocated in the optical axis AX direction by the guide portion 264a and the actuator 264b that constitute the reciprocating drive portion 264, thereby periodically changing the projection distance.

中間像TIの位置を図13に示す三角波形の経時パターンPAとする場合、又は図示していないが例えばサインカーブで周期的に往復移動させる場合、図6に示す表示ゾーンDZ1~Znを近距離から遠距離に順次切替えるように変化させた後、表示ゾーンDZ1~Znを遠距離から近距離に順次切替えるように変化させることを1サイクルとして、同様のサイクルを繰り返す動作を行うことになる。 When the position of the intermediate image TI is set to the triangular waveform over time pattern PA shown in FIG. After the display zones DZ1 to Zn are sequentially switched from the long distance to the short distance, the same cycle is repeated.

〔その他〕
以上では、具体的な実施形態としてのヘッドアップディスプレイ装置200について説明したが、本発明に係る表示装置は、上記のものには限られない。例えば、第1実施形態において、画像表示装置100の配置を上下反転させて、フロントウインドウ8の上部又はサンバイザー位置に表示スクリーン20を配置することもでき、この場合、投影ユニット10の斜め下方前方に表示スクリーン20が配置される。また、表示スクリーン20は、自動車の従来のミラーに対応する位置に配置してもよい。
〔others〕
Although the head-up display device 200 as a specific embodiment has been described above, the display device according to the present invention is not limited to the above. For example, in the first embodiment, the image display device 100 can be arranged upside down and the display screen 20 can be arranged above the front window 8 or at the sun visor position. A display screen 20 is arranged at . The display screen 20 may also be placed in a position corresponding to a conventional mirror on a motor vehicle.

以上では、中間スクリーン19又は機能領域FAを本体光学系13の光軸AX方向に対して略直交するように配置するとしたが、機能領域FAを光軸AXに対して強制的に傾けることもできる。この場合、虚像形成光学系17との組み合わせによって傾きが無いか又は所定の傾きの投影像IMを投影することができる。 In the above, the intermediate screen 19 or the functional area FA is arranged so as to be substantially orthogonal to the optical axis AX direction of the main body optical system 13, but the functional area FA can be forcibly tilted with respect to the optical axis AX. . In this case, by combining with the virtual image forming optical system 17, it is possible to project the projection image IM with no tilt or with a predetermined tilt.

以上で説明した第1~第n表示ゾーンDZ1~DZnについては、投影距離の全範囲に亘って連続的である必要はなく、サブゾーンLZ1~LZnの境界に対応する部分で分離した不連続なものであってもよい。また、表示ゾーンDZ1~DZnは、同一数のサブゾーンを含むものに限らず、表示ゾーンDZ1~DZnごとに異なるサブゾーンを含ませることができる。 The first to n-th display zones DZ1 to DZn described above do not need to be continuous over the entire range of the projection distance, and are discontinuous separated at portions corresponding to the boundaries of the subzones LZ1 to LZn. may be Moreover, the display zones DZ1 to DZn are not limited to including the same number of subzones, and may include different subzones for each of the display zones DZ1 to DZn.

第1実施形態では、拡散部16において、1つの中間スクリーン19を設けているが、2つ以上の中間スクリーン19を設けもよい。この場合、中間スクリーン19は、螺旋の1/2ピッチ、1/3ピッチ等に対応する範囲に分割されて形成されることになる。 Although one intermediate screen 19 is provided in the diffusion section 16 in the first embodiment, two or more intermediate screens 19 may be provided. In this case, the intermediate screen 19 is divided into ranges corresponding to 1/2 pitch, 1/3 pitch, etc. of the spiral.

中間スクリーン19の立体形状部116は、全周に亘って螺旋形状である必要はなく、全周の内の一部が螺旋となっている形状や、段差なく往復運動が可能となる回転体構造も考えられる。 The three-dimensional portion 116 of the intermediate screen 19 does not need to have a helical shape over the entire circumference. is also conceivable.

拡散部16において、中空枠体16bは必須でなく、回転体16aのみとすることができる。この場合も、段差部16jに傾斜した接続面16kを形成しているので、回転体16aの回転に伴う音の発生を抑制することができ、回転体16aの回転を安定化させることができる。 In the diffusion part 16, the hollow frame body 16b is not essential, and only the rotating body 16a can be used. In this case as well, since the inclined connection surface 16k is formed on the stepped portion 16j, it is possible to suppress the generation of noise accompanying the rotation of the rotating body 16a, thereby stabilizing the rotation of the rotating body 16a.

上記実施形態において、表示スクリーン20の輪郭は、矩形に限らず、様々な形状とすることができる。 In the above embodiments, the contour of the display screen 20 is not limited to a rectangle, and can have various shapes.

図2に示す結像光学系15や虚像形成光学系17は、単なる例示であり、これら結像光学系15及び虚像形成光学系17の光学的構成については適宜変更することができる。 The imaging optical system 15 and virtual image forming optical system 17 shown in FIG. 2 are merely examples, and the optical configurations of these imaging optical system 15 and virtual image forming optical system 17 can be changed as appropriate.

以上では、環境監視部72によって車体2の前方に存在するオブジェクトOBを検出し、画像表示装置100にオブジェクトOBの配置に対応するフレーム枠HW1,HW2,HW3といった関連情報像を表示しているが、オブジェクトOBの有無に関わらず、通信ネットワークを利用して付随的な運転関連情報を取得し、このような運転関連情報を画像表示装置100に表示させることができる。例えば死角に存在する車、障害物等を警告するような表示も可能である。 In the above description, an object OB existing in front of the vehicle body 2 is detected by the environment monitoring unit 72, and related information images such as frame frames HW1, HW2, and HW3 corresponding to the arrangement of the object OB are displayed on the image display device 100. , irrespective of the presence or absence of the object OB, it is possible to obtain incidental driving-related information using a communication network, and display such driving-related information on the image display device 100 . For example, it is possible to display warnings of vehicles, obstacles, etc. in the blind spot.

本発明の表示装置は、車その他の移動体に搭載されるヘッドアップディスプレイ(HUD)装置に限らず、3次元表示を行うヘッドマウント装置、ウェアラブルディスプレイ装置等に適用することができる。 The display device of the present invention can be applied not only to a head-up display (HUD) device mounted on a vehicle or other moving body, but also to a head-mounted device, a wearable display device, or the like that performs three-dimensional display.

Claims (11)

表示素子によって形成された映像光を投影する第1投影光学系と、
前記第1投影光学系による投影位置において光を拡散させる中間スクリーンと、
前記中間スクリーンに形成された中間像を虚像として拡大投影する第2投影光学系と、
前記中間スクリーンの機能領域を光軸方向に周期的に、虚像としての投影像が複数投影距離に同時に表示されているかのように見せることができる移動速度で移動させる駆動部と、
投影距離を変化させる前記中間スクリーンの移動に同期させて前記表示素子に表示を行わせるとともに、奥行きを持つ表示の単位を表示ゾーンとして、前記複数投影距離に対応する複数の表示ゾーンのうち隣り合う表示ゾーンが投影距離の異なる奥行き方向に関して部分的に重複するように設定する制御部と
を備える表示装置。
a first projection optical system that projects image light formed by the display element;
an intermediate screen that diffuses light at the projection position of the first projection optical system;
a second projection optical system that enlarges and projects the intermediate image formed on the intermediate screen as a virtual image;
a driving unit that periodically moves the functional area of the intermediate screen in the optical axis direction at a moving speed that makes it appear as if projection images as virtual images are simultaneously displayed at a plurality of projection distances;
Display is performed on the display element in synchronism with the movement of the intermediate screen that changes the projection distance, and a unit of display having depth is defined as a display zone , and adjacent display zones corresponding to the plurality of projection distances are displayed. and a control unit that sets display zones so that they partially overlap in depth directions with different projection distances .
前記制御部は、前記複数の表示ゾーンを構成する各表示ゾーンについて、表示時間を略同一とする、請求項1に記載の表示装置。 2. The display device according to claim 1, wherein said control unit sets the display time for each display zone constituting said plurality of display zones to be substantially the same. 前記制御部は、単一の表示対象を少なくとも単一の表示ゾーンに割り当てて前記表示素子に表示を行わせる、請求項1及び2のいずれか一項に記載の表示装置。 The display device according to any one of claims 1 and 2, wherein the control unit allocates a single display target to at least a single display zone and causes the display element to perform display. 前記複数の表示ゾーンは、近距離から遠距離になるに従って表示する距離幅が広がる、請求項1~3のいずれか一項に記載の表示装置。 4. The display device according to any one of claims 1 to 3, wherein said plurality of display zones widen in display distance width from a short distance to a long distance. 前記制御部は、前記中間スクリーンの移動によって投影距離を変化させた複数の距離ゾーンのうち隣り合う一連の距離ゾーンに対応する像を前記表示ゾーンを構成する複数のサブゾーンとし、特定の距離ゾーンに対応する複数のサブゾーンとして同一の投影像を繰り返して表示させる、請求項1~4のいずれか一項に記載の表示装置。 The control unit sets images corresponding to a series of adjacent distance zones among a plurality of distance zones whose projection distances are changed by moving the intermediate screen as a plurality of sub-zones constituting the display zone, 5. The display device according to claim 1, wherein the same projection image is repeatedly displayed as a plurality of corresponding subzones. 基準サブゾーンを含む投影距離が異なる一連のサブゾーンとして同一の投影像を繰り返して表示させる、請求項5に記載のヘッドアップディスプレイ装置。 6. The head-up display device according to claim 5, wherein the same projected image is repeatedly displayed as a series of subzones with different projection distances including the reference subzone. 前記制御部は、投影距離が異なる前記距離ゾーンにおいて同一の投影像を位置及び角度サイズが一致するように重ねて表示させる、請求項5及び6のいずれか一項に記載の表示装置。 7. The display device according to any one of claims 5 and 6, wherein the control unit causes the same projection images to be superimposed and displayed in the distance zones having different projection distances so that the positions and angular sizes match. 前記中間スクリーンは、前記中間スクリーンにおける機能領域の光軸方向の位置を連続的に変える立体形状部を有し、前記駆動部は、前記中間スクリーンを基準軸の周りに回転させる、請求項1~7のいずれか一項に記載の表示装置。 3. The intermediate screen has a three-dimensional shape portion that continuously changes the position of the functional area in the optical axis direction of the intermediate screen, and the drive unit rotates the intermediate screen around a reference axis. 8. The display device according to any one of 7. 前記立体形状部は、螺旋状の形状部を含む、請求項8に記載の表示装置。 9. The display device according to claim 8, wherein the three-dimensional shape portion includes a spiral shape portion. 前記駆動部は、前記中間スクリーンを光軸方向に周期運動させる、請求項1~7のいずれか一項に記載の表示装置。 8. The display device according to any one of claims 1 to 7, wherein the driving section periodically moves the intermediate screen in the optical axis direction. 表示素子によって形成された映像光の投影により中間スクリーンに形成された中間像を虚像として拡大投影する表示装置による表示方法であって、前記中間スクリーンの機能領域を光軸方向に周期的に、虚像としての投影像が複数投影距離に同時に表示されているかのように見せることができる移動速度で移動させ、投影距離を変化させる前記中間スクリーンの移動に同期させて前記表示素子に表示を行わせるとともに、奥行きを持つ表示の単位を表示ゾーンとして、前記複数投影距離に対応する複数の表示ゾーンのうち隣り合う表示ゾーンが投影距離の異なる奥行き方向に関して部分的に重複するように設定する表示方法。 A display method using a display device for enlarging and projecting an intermediate image formed on an intermediate screen by projecting image light formed by a display element as a virtual image, wherein the functional area of the intermediate screen is periodically projected in the optical axis direction to form a virtual image. is moved at a moving speed that makes it appear as if the projected images are simultaneously displayed at a plurality of projection distances, and the display element performs display in synchronization with the movement of the intermediate screen that changes the projection distance; 3. A display method in which a unit of display having depth is set as a display zone , and neighboring display zones among the plurality of display zones corresponding to the plurality of projection distances are set so as to partially overlap in the depth direction with different projection distances .
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