JPWO2016079927A1 - ヘッドアップディスプレイ及び車両 - Google Patents
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Abstract
Description
[1−1.構成]
[1−1−1.ヘッドアップディスプレイの全体構成]
本開示に係るヘッドアップディスプレイ100の具体的な実施の形態及び実施例を、図面を参照して、以下に説明する。
実施の形態1に係るヘッドアップディスプレイ100では、表示デバイス110が、筐体140の内部において、第2ミラー122よりも鉛直方向上側に配置されている。表示デバイス110は、表示面111の少なくとも一部が、第2ミラー122よりも鉛直方向上側に配置されていることが望ましい。これにより、光線Llが第2ミラー122と干渉することなく、筐体140をコンパクトに構成することができる。
筺体140は遮光壁150を備えている。図4に示すように、表示デバイス110の表示面111の上端と第2ミラー122の車両前方側(図面左側)端部を結ぶ仮想線上には遮光壁150が位置する。
以上のように構成されたヘッドアップディスプレイ100について、図5〜9を用いて、その効果を以下に説明する。
以下、実施の形態1に係るヘッドアップディスプレイ100が満足することが望ましい条件を説明する。なお、ヘッドアップディスプレイ100に対して、複数の好ましい条件が規定されるが、これら複数の条件すべてを満足する構成が最も望ましい。しかしながら、個別の条件を満足することにより、それぞれ対応する効果を奏するヘッドアップディスプレイ100を得ることも可能である。
ここで、
DL1:表示デバイス110と第1ミラー121間の基準光線Lcの光路長(厳密には、表示デバイス110の表示面111と、第1ミラー121の反射面121aとの間の基準光線Lcの光路長。)
DL2:第1ミラー121と第2ミラー122間の基準光線Lcの光路長(厳密には、第1ミラー121の反射面121aと、第2ミラー122の反射面122aとの間の基準光線Lcの光路長。)
である。
条件(1A)の上限値を上回ると、表示デバイス110と第1ミラー121の面間隔が大きくなるため、小型なヘッドアップディスプレイを提供することが困難となる。
実施の形態1にかかるヘッドアップディスプレイ100は、以下の条件(2)を満足することが望ましい。
ここで、
IL:表示デバイス110から出射する基準光線Lcの出射角[deg]
である。
ここで、
I2:第2ミラー122に入射する基準光線Lcの入射角[deg]
である。
以下、実施の形態2について説明する。実施の形態1と同様の構成部材については同じ符号を付し、実施の形態1と同様の構成及び機能については詳細な説明を省略する場合がある。
[2−1−1.ヘッドアップディスプレイの全体構成]
図10は、実施の形態2に係るヘッドアップディスプレイ100を説明するための模式図である。図10に示すように、ヘッドアップディスプレイ100は、ウインドシールド220の下側に位置するダッシュボード210の内部に配置されている。投射光学系120は、第1ミラー121、第2ミラー122を有している。表示デバイス110の表示面111に表示された画像は、第1ミラー121を介して反射して、次に第2ミラー122を介して反射して、屈折光学系160を介して屈折して、さらにウインドシールド220を介して反射する。そして、観察者Dの視点領域300に届き、虚像Iとして観察者Dに視認される。
表示デバイス110は、筐体140の内部において、第1ミラー121よりも下側に配置されている。また、表示デバイス110の表示面111は、第1ミラー121の方向に向けられている。このとき、表示デバイス110は、表示面111から出射する基準光線Lcが表示面111に対して傾いた状態となるように配置されていることが望ましい。これにより、外光が筐体140の内部に進入して表示デバイス110の表示面111に反射することにより発生する迷光を、防ぐことができる。
以下、実施の形態3について説明する。上記実施の形態と同様の構成部材については同じ符号を付し、上記実施の形態と同様の構成及び機能については詳細な説明を省略する場合がある。
[3−1−1.ヘッドアップディスプレイの全体構成]
図11は、実施の形態3に係るヘッドアップディスプレイ100を説明するための模式図である。
表示デバイス110は、筐体140の内部において、第1ミラー121よりも上側に配置されている。また、表示デバイス110の表示面111は、第1ミラー121の方向に向けられている。これにより、表示デバイス110の表示面111(液晶面)を、太陽光の暴露から防ぐことができる。また、このとき、表示デバイス110は、表示面111から出射する基準光線Lcが表示面111に対して傾いた状態となるように配置されていることが望ましい。これにより、外光が筐体140の内部に進入して表示デバイス110の表示面111に反射することにより発生する迷光を、防ぐことができる。
以下、実施の形態4について説明する。上記実施の形態と同様の構成部材については同じ符号を付し、上記実施の形態と同様の構成及び機能については詳細な説明を省略する場合がある。
[4−1−1.ヘッドアップディスプレイの全体構成]
図12は、実施の形態4に係るヘッドアップディスプレイ100を説明するための模式図である。このとき、簡単のため図12は一部が射影図となっている。
表示デバイス110、第1ミラー121、第2ミラー122は、それぞれの少なくとも一部が、同一水平面内に配置されている。
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態1〜4を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態1〜4で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
以下、実施の形態1〜4に係るヘッドアップディスプレイを具体的に実施した数値実施例1〜4を説明する。なお、各数値実施例1〜4において、各表の長さの単位はすべて「mm」であり、角度の単位はすべて「°」である。また、各数値実施例において、自由曲面は次式で定義している。
数値実施例1の投射光学系120の構成データを表1に、多項式自由曲面の係数を表2に示す。
数値実施例2の投射光学系120の構成データを表3に、多項式自由曲面の係数を表4に示す。
数値実施例3の投射光学系120の構成データを表5に、多項式自由曲面の係数を表6に示す。
数値実施例4の投射光学系120の構成データを表7に、多項式自由曲面の係数を表8に示す。
110 表示デバイス
111 表示面
120 投射光学系
121 第1ミラー(第1反射素子)
121a 第1反射素子の反射面
121c 基準交点
121l 垂線
121u 垂線
122 第2ミラー(第2反射素子)
122a 第2反射素子の反射面
130 開口
131 開口カバー
140 筐体
150 遮光壁
160 屈折光学系
170 基準接平面
170l 鉛直方向下側の点
170u 鉛直方向上側の点
200 車両
210 ダッシュボード
220 ウインドシールド
300 視点領域
D 観察者
I 虚像
Bc 基準交線
Lc 基準光線
Ll 虚像の下端を形成する光線
Lu 虚像の上端を形成する光線
[1−1.構成]
[1−1−1.ヘッドアップディスプレイの全体構成]
本開示に係るヘッドアップディスプレイ100の具体的な実施の形態及び実施例を、図面を参照して、以下に説明する。
実施の形態1に係るヘッドアップディスプレイ100では、表示デバイス110が、筐体140の内部において、第2ミラー122よりも鉛直方向上側に配置されている。表示デバイス110は、表示面111の少なくとも一部が、第2ミラー122よりも鉛直方向上側に配置されていることが望ましい。これにより、光線Llが第2ミラー122と干渉することなく、筐体140をコンパクトに構成することができる。
筺体140は遮光壁150を備えている。図4に示すように、表示デバイス110の表示面111の上端と第2ミラー122の車両前方側(図面左側)端部を結ぶ仮想線上には遮光壁150が位置する。
以上のように構成されたヘッドアップディスプレイ100について、図5〜9を用いて、その効果を以下に説明する。
以下、実施の形態1に係るヘッドアップディスプレイ100が満足することが望ましい条件を説明する。なお、ヘッドアップディスプレイ100に対して、複数の好ましい条件が規定されるが、これら複数の条件すべてを満足する構成が最も望ましい。しかしながら、個別の条件を満足することにより、それぞれ対応する効果を奏するヘッドアップディスプレイ100を得ることも可能である。
ここで、
DL1:表示デバイス110と第1ミラー121間の基準光線Lcの光路長(厳密には、表示デバイス110の表示面111と、第1ミラー121の反射面121aとの間の基準光線Lcの光路長。)
DL2:第1ミラー121と第2ミラー122間の基準光線Lcの光路長(厳密には、第1ミラー121の反射面121aと、第2ミラー122の反射面122aとの間の基準光線Lcの光路長。)
である。
条件(1A)の上限値を上回ると、表示デバイス110と第1ミラー121の面間隔が大きくなるため、小型なヘッドアップディスプレイを提供することが困難となる。
実施の形態1にかかるヘッドアップディスプレイ100は、以下の条件(2)を満足することが望ましい。
ここで、
IL:表示デバイス110から出射する基準光線Lcの出射角[deg]
である。
ここで、
I2:第2ミラー122に入射する基準光線Lcの入射角[deg]
である。
以下、実施の形態2について説明する。実施の形態1と同様の構成部材については同じ符号を付し、実施の形態1と同様の構成及び機能については詳細な説明を省略する場合がある。
[2−1−1.ヘッドアップディスプレイの全体構成]
図10は、実施の形態2に係るヘッドアップディスプレイ100を説明するための模式図である。図10に示すように、ヘッドアップディスプレイ100は、ウインドシールド220の下側に位置するダッシュボード210の内部に配置されている。投射光学系120は、第1ミラー121、第2ミラー122を有している。表示デバイス110の表示面111に表示された画像は、第1ミラー121を介して反射して、次に第2ミラー122を介して反射して、屈折光学系160を介して屈折して、さらにウインドシールド220を介して反射する。そして、観察者Dの視点領域300に届き、虚像Iとして観察者Dに視認される。
表示デバイス110は、筐体140の内部において、第1ミラー121よりも下側に配置されている。また、表示デバイス110の表示面111は、第1ミラー121の方向に向けられている。このとき、表示デバイス110は、表示面111から出射する基準光線Lcが表示面111に対して傾いた状態となるように配置されていることが望ましい。これにより、外光が筐体140の内部に進入して表示デバイス110の表示面111に反射することにより発生する迷光を、防ぐことができる。
以下、実施の形態3について説明する。上記実施の形態と同様の構成部材については同じ符号を付し、上記実施の形態と同様の構成及び機能については詳細な説明を省略する場合がある。
[3−1−1.ヘッドアップディスプレイの全体構成]
図11は、実施の形態3に係るヘッドアップディスプレイ100を説明するための模式図である。
表示デバイス110は、筐体140の内部において、第1ミラー121よりも上側に配置されている。また、表示デバイス110の表示面111は、第1ミラー121の方向に向けられている。これにより、表示デバイス110の表示面111(液晶面)を、太陽光の暴露から防ぐことができる。また、このとき、表示デバイス110は、表示面111から出射する基準光線Lcが表示面111に対して傾いた状態となるように配置されていることが望ましい。これにより、外光が筐体140の内部に進入して表示デバイス110の表示面111に反射することにより発生する迷光を、防ぐことができる。
以下、実施の形態4について説明する。上記実施の形態と同様の構成部材については同じ符号を付し、上記実施の形態と同様の構成及び機能については詳細な説明を省略する場合がある。
[4−1−1.ヘッドアップディスプレイの全体構成]
図12は、実施の形態4に係るヘッドアップディスプレイ100を説明するための模式図である。このとき、簡単のため図12は一部が射影図となっている。
表示デバイス110、第1ミラー121、第2ミラー122は、それぞれの少なくとも一部が、同一水平面内に配置されている。
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態1〜4を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態1〜4で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
以下、実施の形態1〜4に係るヘッドアップディスプレイを具体的に実施した数値実施例1〜4を説明する。なお、各数値実施例1〜4において、各表の長さの単位はすべて「mm」であり、角度の単位はすべて「°」である。また、各数値実施例において、自由曲面は次式で定義している。
数値実施例1の投射光学系120の構成データを表1に、多項式自由曲面の係数を表2に示す。
数値実施例2の投射光学系120の構成データを表3に、多項式自由曲面の係数を表4に示す。
数値実施例3の投射光学系120の構成データを表5に、多項式自由曲面の係数を表6に示す。
数値実施例4の投射光学系120の構成データを表7に、多項式自由曲面の係数を表8に示す。
110 表示デバイス
111 表示面
120 投射光学系
121 第1ミラー(第1反射素子)
121a 第1反射素子の反射面
121c 基準交点
121l 垂線
121u 垂線
122 第2ミラー(第2反射素子)
122a 第2反射素子の反射面
130 開口
131 開口カバー
140 筐体
150 遮光壁
160 屈折光学系
170 基準接平面
170l 鉛直方向下側の点
170u 鉛直方向上側の点
200 車両
210 ダッシュボード
220 ウインドシールド
300 視点領域
D 観察者
I 虚像
Bc 基準交線
Lc 基準光線
Ll 虚像の下端を形成する光線
Lu 虚像の上端を形成する光線
Claims (11)
- 画像を表示する表示面を有する表示デバイスと、
前記表示面に表示された画像を観察者の視点領域に投射する投射光学系と、を備え、
前記投射光学系は、前記表示面から前記視点領域までの光路の順に、第1反射素子と第2反射素子とを有し、前記第1反射素子と前記第2反射素子の少なくとも一方の反射面は凹面形状を有し、
前記表示面の中心から出射され前記視点領域の中心に到達する光線を基準光線とし、
前記基準光線と前記第1反射素子の反射面との交点を基準交点とし、
前記第1反射素子に入射する前記基準光線と前記第1反射素子で反射した前記基準光線とを含む平面を基準平面とし、
前記第1反射素子の反射面と前記基準平面との交線を基準交線とし、
前記基準交点における前記第1反射素子の反射面に対する接平面を基準接平面とし、
前記基準接平面上において前記基準交点から等距離にある鉛直方向上側の点及び鉛直方向下側の点の2点から、前記第1反射素子の反射面までの、それぞれの高さをサグ量とし、
前記鉛直方向上側の点と前記鉛直方向下側の点の2点から前記基準接平面と垂直になるようにたてた各垂線が、基準交線と交差するとき、
前記鉛直方向下側の点におけるサグ量よりも前記鉛直方向上側の点におけるサグ量の方が大きい、
ヘッドアップディスプレイ。 - 前記第2反射素子に入射する前記基準光線は、水平且つ前記表示面に向かう方向のベクトル成分を有し、
以下の条件(1)を満足する請求項1に記載のヘッドアップディスプレイ:
1.7 < DL1 / DL2 ・・・(1)
ここで、
DL1:表示デバイスと第1反射素子間の基準光線の光路長
DL2:第1反射素子と第2反射素子間の基準光線の光路長
である。 - 車両に搭載され、
前記第1反射素子に入射する前記基準光線は、前記車両における前方方向のベクトル成分を有する、
請求項1に記載のヘッドアップディスプレイ。 - 前記第2反射素子の反射面は凹面形状を有する、
請求項1に記載のヘッドアップディスプレイ。 - 前記第2反射素子の反射領域は前記第1反射素子の反射領域よりも大きい、
請求項1に記載のヘッドアップディスプレイ。 - 前記第2反射素子の反射面は回転非対称な自由曲面形状である、
請求項1に記載のヘッドアップディスプレイ。 - 前記表示デバイスの表示面の少なくとも一部は、前記第2反射素子よりも鉛直方向上側に位置する、
請求項1に記載のヘッドアップディスプレイ。 - 更に、前記表示面の上端と前記第2反射素子の反射面の車両前方側端部を結ぶ仮想線上に遮光壁を備える、
請求項1に記載のヘッドアップディスプレイ。 - 以下の条件(2)を満足する、請求項1に記載のヘッドアップディスプレイ:
5 < IL < 25 ・・・(2)
ここで、
IL:表示デバイスから出射する基準光線の出射角[deg]
である。 - 以下の条件(3)を満足する、請求項1に記載のヘッドアップディスプレイ:
25 < I2 < 45 ・・・(3)
ここで、
I2:第2反射素子に入射する基準光線の入射角[deg]
である。 - 請求項1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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