JP7403105B2 - 映像表示装置および映像表示装置を搭載したヘッドアップディスプレイ、車両 - Google Patents
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Description
以下に、本開示の本実施形態に係る映像表示装置について図1~図12を参照して説明する。
図1は、本実施形態におけるヘッドアップディスプレイ11を搭載した車両1の模式図である。車両1は、例えば、自動車である。車両1には、観察者Daとして、例えばドライバーが乗車する。車両1は、透明部材としてのウインドシールド3、すなわちフロントガラスを備える。
[1-2-1.ヘッドアップディスプレイの構成]
ヘッドアップディスプレイ11は、映像表示装置21と、反射光学ユニット13と、を備える。ヘッドアップディスプレイ11は、筐体15内に配置されている。なお、図1では、理解を容易にするため、ヘッドアップディスプレイ11及び筐体15を拡大して示す。映像表示装置21の構成については、後述する。
以下、図2および図3を用いて実施形態1の映像表示装置21の構成について説明する。図2は、実施形態1における映像表示装置21の模式図である。図3は、実施形態1における映像表示装置21の断面の模式図である。この断面は、yz断面である。
以下、図5を参照して実施形態1の導光パネル25の入射面43の構成について詳細に説明する。図5は、実施形態1における導光パネル25の断面の模式図である。この断面は、第2の方向と第3の方向とで規定される面であり、すなわちyz断面である。
t ≧ 2W tan(α2) ・・・(6)式
α2 = arcsin(n sin(β2)) ・・・(7)式
以上のように、本実施形態の映像表示装置21は、光を照射する光源部23と、映像を表示する表示パネル31と、光源部23から照射された光を表示パネル31へ導光する導光パネル25と、を備える。導光パネル25は、光源部23と対向する入射面43と、表示パネル31と対向する出射面45と、を有する。入射面43は、出射面45の側面であり、入射面43の光の導光方向と出射方向とに対し垂直な方向から見て、入射面43の一部が残りの部分である第1入射面43aおよび第2入射面43bに対して傾斜する第1斜面61aおよび第2斜面61bを有する。
以下、図20を参照して、実施形態2の映像表示装置21Eを説明する。実施形態2の映像表示装置21Eは、導光パネル25Eの形状が実施形態1の導光パネル25と異なる。実施形態2において、実施形態1と同様の構成および機能を有する部材については、同様の符号を付し、その詳細な説明や同様の効果の記載を省略する場合がある。
映像表示装置21Eは、光を照射する光源部23と、導光パネル25Eと、反射部材としての鏡面反射部材27と、光線制御部材29と、映像を表示する表示パネル31と、を備える。
以上のように、本実施形態の映像表示装置21Eは、光を照射する光源部23と、映像を表示する表示パネル31と、光源部23から照射された光を表示パネル31へ導光する導光パネル25Eと、を備える。導光パネル25Eは、光源部23と対向する入射面43と、表示パネル31と対向する出射面45と、表示パネル31とは反対側に出射面45と対向する底面47Eとを有する。底面47Eは、入射面43に近い第1主面71と、第1主面71よりも入射面43から遠い第2主面73とを有し、第1主面71および第2主面73は、出射面45に対して傾斜し、第1主面71と出射面45との第1角度(90-γ2)は第2主面73と出射面45との第2角度(90-ε2)よりも大きい。
以下、図24を参照して、実施形態3の映像表示装置21Hを説明する。実施形態3の映像表示装置21Hは、導光パネル25Hと光源41との間にミラー81が設けられている点で実施形態1の導光パネル25と異なる。実施形態3において、実施形態1と同様の構成および機能を有する部材については、同様の符号を付し、その詳細な説明や同様の効果の記載を省略する場合がある。
光源部23は、導光パネル25Hと間隔を置いて配置されている。光源部23と導光パネル25Hとの間に、光源部23から照射された光を反射して前記導光パネルに入射させるミラー81を備える。ミラー81は、出射面45側に配置された第1ミラー81aと底面47側に配置された第2ミラー81bとを有する。第1ミラー81aは、光源部23と導光パネル25Hとの間隙を出射面45側から覆うように配置されている。第2ミラー81bは、光源部23と導光パネル25Hとの間隙を底面47側から覆うように配置されている。
以上のように、本実施形態の映像表示装置21Hにおいて、光源部23は、導光パネル25Hと間隔を置いて配置され、光源部23と導光パネル25Hとの間に、光源部23から照射された光を反射するミラー81を備える。
以下、図25を参照して、実施形態4の映像表示装置21Iを説明する。実施形態4の映像表示装置21Iは、実施の形態2の導光パネル25Gに、実施の形態1の光路屈折部61と実施の形態3のミラー81を組み合わせたものである。
[4-1.構成]
映像表示装置21Iは、光を照射する光源部23と、導光パネル25Iと、反射部材としての鏡面反射部材27と、光線制御部材29と、映像を表示する表示パネル31と、ミラー81Aを備える。
以上のように、本実施形態の映像表示装置21Iは、光源部23から出射角度の小さい光線が導光パネル25Iの入射面43に入射したとしても、第1斜面61aおよび第2斜面61bを通過することで屈折角を大きくすることができる。この結果、導光パネル25I内に入射した光線は導光パネル25I内で反射することができ、出射面45Gから取り出す光量を増加することができる。したがって、光量を増加した映像表示装置21Iおよび映像表示装置21Iを搭載したヘッドアップディスプレイ11を提供することができる。
以下、図26、図27を参照して、実施形態1の映像表示装置21の変形例としての実施形態5を説明する。実施形態5の映像表示装置21は、実施の形態1の導光パネル25における光路の条件をより細かく設定している。
[5-1.構成]
表示パネル31の使用領域の中心で出射される光が導光パネル25の入射面43で第1斜面61a及び第2斜面61bに入射しない条件を説明する。角度α3は、光源41から出射した光線が第1斜面61a及び第2斜面61bに入射しない、出射角である。角度β3は、入射面43における光路屈折部61の残りの部分である第1入射面43a及び第2入射面43bから導光パネル25内に入射した光線と、第1入射面43a及び第2入射面43bに対して垂直な線との角度である。
以上のように、本実施形態の映像表示装置21は、(8)式~(11)式の条件を満たす構成であるので、光路屈折部61のない場合に表示パネル31の使用領域の中心から出射する光は、本実施形態において、光源41から出射して、第1入射面43a及び第2入射面43bに入射し、表示パネル31の使用領域の中心から出射する。このように、第1斜面61a及び第2斜面61bから入射せずに導光パネル25内に入射する光も表示パネル31の使用領域から取り出されるので、光路屈折部61によって光の利用効率が低下することはない。したがって、光量を増加した映像表示装置21および映像表示装置21を搭載したヘッドアップディスプレイ11を提供することができる。
3 ウインドシールド
11 ヘッドアップディスプレイ
13 反射光学ユニット
15 筐体
17 第1ミラー
19 第2ミラー
21-21H 映像表示装置
23 光源部
25-25H 導光パネル
27 鏡面反射部材
29 光線制御部材
31 表示パネル
41 光源
43 入射面
43a 第1入射面
43b 第2入射面
45、45G 出射面
45a 投影領域
45b 非投影領域
45Ga 第3主面
45Gb 第4主面
47、47E 底面
49 対向面
51、53 プリズム面
51a、53a プリズム
51b シート面
51c 斜面
61、61A、61B、61D 光路屈折部
61a、61Aa、61Da 第1斜面
61b、61Ab、61Bb、61Db 第2斜面
61Ba 直交面
61Bb 斜面
63 凸面
65 シリンドリカル形状部
67 突出部
71 第1主面
73 第2主面
75 境界線
81 ミラー
81a 第1ミラー
81b 第2ミラー
101 光源
102 導光パネル
103 出射面
104 入射面
105 底面
Da 観察者
Db アイボックス
Claims (13)
- 光を照射する光源部と、
映像を表示する表示パネルと、
前記光源部から照射された光を前記表示パネルへ導光する導光パネルと、を備え、
前記導光パネルは、前記光源部と対向する入射面と、前記表示パネルと対向する出射面と、前記表示パネルとは反対側に前記出射面と対向する底面と、を有し、
前記入射面は、前記出射面と前記底面との間に位置する、前記導光パネルの側面であり、
前記入射面は、前記出射面における光の出射方向から見て、前記光源部に対向する凸面と、前記凸面の外周面に接して前記光源部側に延び、前記光源部から出射する光をコリメートする突出部とを有するとともに、前記入射面における光の導光方向と前記出射面における光の出射方向とに対し垂直な第1の方向から見て、前記光源部の発光面の中央に対向した所定の長さの、前記凸面の入射面の一部が残りの部分から窪んだ凹状部を有し、
前記凹状部は、前記凸面のみに前記第1の方向に延びた第1斜面と第2斜面で形成される、
映像表示装置。 - 前記凹状部は、前記第1の方向から見て、前記光源部の中央からの垂線と交差するように配置された、
請求項1に記載の映像表示装置。 - 前記第1の方向から見て、
前記入射面は、前記凹状部を1つ有し、
前記凹状部の厚み方向の長さtと、前記光源部と前記導光パネルとの距離Wと、前記光源部から前記底面へ向かう光線の出射角α1と、前記入射面に対する垂線との角度β1と、前記導光パネルの屈折率nと、前記導光パネルの長さLと、前記入射面に対向する対向面での前記導光パネルの厚みTと、が以下の関係式を満たす、
請求項1または2に記載の映像表示装置。
t≧2W tan(α1)、
α1=arcsin{n sin(β1)}、
β1=arctan(T/2L) - 前記第1の方向から見て、
前記入射面は、前記凹状部を1つ有し、
前記凹状部の厚み方向の長さtと、前記光源部と前記導光パネルとの距離Wと、前記光源部から前記出射面へ向かう光線の出射角α2と、前記入射面に対する垂線との角度β2と、前記導光パネルの屈折率nと、前記導光パネルの長さLと、前記入射面に対向する対向面での前記導光パネルの厚みTと、が以下の関係式を満たす、
請求項1または2に記載の映像表示装置。
t≧2W tan(α2)、
α2=arcsin{n sin(β2)}、
β2=arctan(3T/2L) - 前記長さtと、前記距離Wと、前記光源部からの出射角度α3と、前記屈折率nと、前記長さLと、前記出射面を透過する光(線)の前記出射面との角度φと、前記入射面における前記凹状部の残りの部分から導光パネル内に入射した光線と前記入射面における前記凹状部の残りの部分に対して垂直な線との角度β3と、前記表示パネルの長さPと、前記導光パネルの前記底面の立ち上がり角度γ1と、が以下の関係式を満たす、
請求項3または4に記載の映像表示装置。
t<2W tan(α3)、
α3=arcsin{n sin(β3)}、
T arctan{(φ+β3)/2}・(φ-β3)/γ1=L-P/2、
φ=90-arcsin(1/n) - 前記光源部は複数の光源を有し、
前記入射面は、それぞれの前記光源と対向するように前記凸面を複数有する、
請求項1から5のいずれか1つに記載の映像表示装置。 - 前記凸面は、シリンドリカル形状である、
請求項1から5のいずれか1つに記載の映像表示装置。 - 前記入射面に対する垂線との角度β1と、前記凹状部を形成する第1斜面と前記入射面における前記凹状部の残りの部分である第1入射面との角度θと、が以下の関係式を満たす、
請求項3に記載の映像表示装置。
θ ≧ arctan[1+sin(β1)/{n cos(β1)}] - 前記光源部は、前記導光パネルと間隔を置いて配置され、
前記光源部と前記導光パネルとの間に、前記光源部から照射された光を反射して前記導光パネルに入射させるミラーを備える、
請求項1から8のいずれか1つに記載の映像表示装置。 - 前記ミラーは、前記導光パネルの前記出射面側に配置されている、
請求項9記載の映像表示装置。 - 前記ミラーは、前記導光パネルの前記出射面の反対側に配置されている、
請求項9または10に記載の映像表示装置。 - 請求項1から11のいずれか1つに記載の映像表示装置を備えた、
ヘッドアップディスプレイ。 - 請求項12に記載のヘッドアップディスプレイを備えた、
車両。
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