KR20190059991A

KR20190059991A - 허상 표시 장치

Info

Publication number: KR20190059991A
Application number: KR1020197014430A
Authority: KR
Inventors: 다이스케 고지마
Original assignee: 가부시키가이샤 제이브이씨 켄우드
Priority date: 2017-07-11
Filing date: 2018-03-19
Publication date: 2019-05-31
Also published as: EP3534202A4; JP6593393B2; WO2019012739A1; US10725294B2; KR102087804B1; US20190285888A1; JP2019015939A; CN109906400A; EP3534202A1; EP3534202B1

Abstract

허상 표시 장치(10)는, 조명광을 변조하여 화상 표시광(L)을 생성하는 표시부(14)와, 화상 표시광(L)을 허상 제시판(22)을 향하여 반사시키는 요면경(18)을 적어도 포함하는 투사 광학계(16)를 구비한다. 표시부(14)는, 허상 제시판(22) 및 투사 광학계(20)에 의해 구성되는 합성 광학계(20)의 새지탈면 내 초점(26s)보다 합성 광학계(20)의 메리디오널면 내 초점(26m)에 가까운 위치에 배치된다.

Description

허상 표시 장치

본 발명은, 허상 표시 장치에 관한 것이다.

최근, 차량용 표시 장치로서 헤드업 디스플레이(Head-Up-Display)가 이용되는 경우가 있다. 헤드업 디스플레이는, 화상 표시광을 차량의 윈드실드(windshield) 등에 투사하고, 화상 표시광에 기초하는 허상을 차 밖의 풍경에 중첩하여 표시한다. 윈드실드에는 차내측과 차외측의 2개의 계면이 있기 때문에, 각각의 계면에서 반사하여 시인되는 화상 표시광이 어긋나게 중첩되어, 이중상(像)으로 보여 버리는 경우가 있다. 이러한 이중상의 발생을 억제하기 위해, 이중상의 어긋남량이 인간의 눈의 분해능 이내가 되도록 시거리(Visual Range)를 설정하고, 그 시거리를 실현하는 광학 배치를 얻기 위한 수식이 제안되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

일본공개특허공보 소62-225429호

전술의 기술에서는, 이중상을 저감하기 위해 유저의 전방(前方)에 보이는 허상의 제시 위치까지의 시거리를 크게 하는 것이 전제가 된다. 허상의 시거리에 의존하지 않고 이중상의 발생을 적합하게 저감할 수 있는 것이 바람직하다.

본 발명은, 전술의 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 제시하는 허상의 시인성을 향상시키는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 어느 실시 형태의 허상 표시 장치는, 조명광을 변조하여 화상 표시광을 생성하는 표시부와, 화상 표시광을 허상 제시판을 향하여 반사시키는 요면경(凹面鏡)을 적어도 포함하는 투사 광학계를 구비한다. 표시부는, 허상 제시판 및 투사 광학계에 의해 구성되는 합성 광학계의 새지탈(sagittal)면 내 초점보다 합성 광학계의 메리디오널(meridional)면 내 초점에 가까운 위치에 배치된다.

또한, 이상의 구성 요소의 임의의 조합이나 본 발명의 구성 요소나 표현을, 방법, 장치, 시스템 등의 사이에서 상호 치환한 것도 또한, 본 발명의 실시 형태로서 유효하다.

본 발명에 의하면, 이중상의 발생을 저감하여 허상의 시인성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 실시 형태에 따른 허상 표시 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 비교예에 따른 허상 표시 장치의 광학 배치를 나타내는 도면이다.
도 3은 비교예에 따른 허상 표시 장치의 광학 배치를 나타내는 도면이다.
도 4는 실시 형태에 따른 허상 표시 장치의 광학 배치를 상세하게 나타내는 도면이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 이러한 실시 형태에 나타내는 구체적인 수치 등은, 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 예시에 지나지 않고, 특별히 언급하는 경우를 제외하고, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능, 구성을 갖는 요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙임으로써 중복 설명을 생략하고, 또한 본 발명에 직접 관계가 없는 요소는 도시를 생략한다.

도 1은, 실시 형태에 따른 허상 표시 장치(10)의 설치 실시 형태를 개략적으로 나타내는 도면이다. 본 실시 형태에서는, 이동체의 일 예인 차량(60)의 대시보드 내에 허상 표시 장치(10)가 설치된다. 허상 표시 장치(10)는, 소위 헤드업 디스플레이 장치이다. 허상 표시 장치(10)는, 허상 제시판인 윈드실드(62)에 화상 표시광을 투사하고, 차량(60)의 진행 방향(도 1의 우방향)의 전방에 허상(50)을 제시한다. 운전자 등의 유저(E)는, 윈드실드(62)를 통하여 현실의 풍경에 중첩되는 허상(50)을 시인할 수 있다. 그 때문에, 유저(E)는, 차량의 주행 중에 시선을 거의 움직이는 일 없이 허상(50)에 나타나는 정보를 얻을 수 있다. 도 1에 있어서, 차량(60)의 진행 방향(전후 방향)을 z방향, 차량(60)의 천지 방향(상하 방향)을 y방향, 차량(60)의 좌우 방향을 x방향으로 하고 있다.

허상 표시 장치(10)는, 조명부(12)와, 표시부(14)와, 투사 광학계(16)와, 제어부(40)를 구비한다. 조명부(12)는, 표시광을 생성하기 위한 광원으로서, 표시부(14)를 조명하기 위한 조명광을 생성한다. 조명부(12)는, LED(Light Emitting Diode)나 LD(Laser Diode) 등의 발광 소자와, 발광 소자로부터의 출력광의 강도 분포나 각도 분포를 조정하기 위한 광학 소자를 갖는다. 조명부(12)는, 표시부(14)에 거의 일률적인 밝기의 백색광이 조명 되도록 한다. 조명부(12)의 구성은 특별히 한정되지 않지만, 발광 소자로부터의 출력광을 갖추기 위해, 예를 들면, 라이트 터널(Light Tunnel), 프레넬 렌즈(Fresnel Lens), 광 확산판 등의 광학 소자를 이용할 수 있다.

표시부(14)는, 조명부(12)로부터의 조명광을 변조하여 표시광을 생성하고, 허상(50)의 표시 내용에 대응하는 중간상을 형성한다. 표시부(14)는, 표시광을 생성하기 위한 투과형의 화상 표시 소자를 포함하고, 투과형의 액정 패널과 같은 표시 디바이스를 포함한다. 화상 표시 소자는, 제어부(40)로부터 송신되는 화상 신호를 받아, 화상 신호에 대응하는 표시 내용의 화상 표시광을 생성한다. 표시부(14)는, 화상 표시광의 방향이나 배광각(配光角)을 갖추기 위한 광학 소자를 추가로 포함해도 좋고, 예를 들면, 마이크로 렌즈 어레이 시트나 광 확산 시트와 같은 투과형 스크린을 포함해도 좋다.

투사 광학계(16)는, 표시부(14)가 생성하는 화상 표시광을 윈드실드(62)를 향하여 투사한다. 투사 광학계(16)는, 볼록 렌즈(17)와, 요면경(18)을 포함한다. 요면경(18)은, 표시부(14)로부터의 화상 표시광을 윈드실드(62)를 향하여 반사시키고, 표시부(14)에 표시되는 중간상을 확대하여 유저(E)에 제시한다. 볼록 렌즈(17)는, 표시부(14)와 요면경(18)의 사이에 배치되어, 표시부(14)에서 요면경(18)을 향하는 화상 표시광의 방향을 변화시킨다.

투사 광학계(16)는, 도시하지 않는 추가의 광학 소자를 추가로 포함해도 좋고, 예를 들면, 조명부(12)에서 요면경(18)까지의 광로를 되돌리기 위한 평면경 등이 추가로 형성되어도 좋다. 추가의 평면경은, 조명부(12)와 표시부(14)의 사이에 배치되어도 좋고, 표시부(14)와 볼록 렌즈(17)의 사이에 배치되어도 좋고, 볼록 렌즈(17)와 요면경(18)의 사이에 배치되어도 좋다. 투사 광학계(16)에 2매 이상의 평면경이 추가로 형성되어도 좋다. 또한, 볼록 렌즈(17)가 복수매의 렌즈로 이루어지는 렌즈군에 의해 구성되어도 좋다.

제어부(40)는, 표시용 화상을 생성하고, 표시용 화상에 대응하는 허상(50)이 제시되도록 조명부(12) 및 표시부(14)를 동작시킨다. 제어부(40)는, 외부 장치(64)와 접속되어 있고, 외부 장치(64)로부터의 정보에 기초하여 표시용 화상을 생성한다.

외부 장치(64)는, 허상(50)으로서 표시되는 화상의 원(元) 데이터를 생성하는 장치이다. 외부 장치(64)는, 예를 들면, 차량(60)의 전자 제어 유닛(ECU; Electronic Control Unit)이나, 네비게이션 장치, 휴대 전화나 스마트 폰, 태블릿과 같은 모바일 장치 등이다. 외부 장치(64)는, 허상(50)의 표시에 필요한 화상 데이터, 화상 데이터의 내용이나 종별을 나타내는 정보, 차량(60)의 속도나 현재 위치와 같은 차량(60)에 관한 정보를 제어부(40)에 송신한다.

본 실시 형태에서는, 표시부(14)를 소정의 위치에 배치함으로써, 윈드실드(62)의 차내측과 차외측의 2개의 계면에서 반사하여 시인되는 화상 표시광이 어긋나게 표시되어, 이중상으로 보여 버리는 것을 억제한다. 실시 형태에 따른 표시부(14)의 배치를 상술하기 전에, 비교예를 참조하면서 이러한 이중상의 발생에 대해서 설명한다.

도 2는, 비교예에 따른 허상 표시 장치(110)의 광학 배치를 나타내는 도면으로, 이중상이 발생하고 있는 상태를 개략적으로 나타내고 있다. 허상 표시 장치(110)는, 전술의 실시 형태와 동일하게 구성되는 표시부(114) 및 요면경(118)을 구비한다. 요면경(118)은, 표시부(114)로부터의 화상 표시광(L)을 윈드실드(62)인 허상 제시판(22)에 투사한다. 허상 제시판(22)은, 소정의 두께(t)를 갖고, 제1 주면(23)과, 제2 주면(24)을 갖는다. 제1 주면(23)은, 윈드실드(62)의 차내측의 계면에 대응하고, 제2 주면(24)은, 윈드실드(62)의 차외측의 계면에 대응한다.

표시부(114)의 임의의 일점으로부터 유저(E)에 도달하는 화상 표시광(L)은, 주로 2개의 광로(L1, L2)를 통과한다. 제1 광로(L1)는, 제1 주면(23)으로 반사되어 유저(E)를 향하는 광로이고, 제2 광로(L2)는, 제1 주면(23)에서 굴절하고, 제2 주면(24)으로 반사된 후, 제1 주면(23)에서 재차 굴절하여 유저(E)를 향하는 광로이다. 이때, 유저(E)를 향하는 제1 광로(L1)와 제2 광로(L2)의 사이에서 각도차(Δφ)가 존재하면, 그 각도차(Δφ)에 따라서 2개의 광로(L1, L2)의 각각을 통과하는 화상 표시광이 어긋나게 시인되어, 허상(150)에 이중상이 발생한다. 또한, 제1 주면(23)과 제2 주면(24)의 사이를 다중 반사하여 유저(E)를 향하는 광로도 상정할 수 있지만, 다중 반사하여 유저(E)를 향하는 화상 표시광의 성분은 작고, 통상의 사용 실시 형태에 있어서 무시할 수 있다.

도 3은, 비교예에 따른 허상 표시 장치(110)의 광학 배치를 나타내는 도면으로, 도 2와는 상이한 허상 제시판(222)을 이용하여 이중상을 억제하는 모습을 개략적으로 나타내고 있다. 도 3에 나타내는 허상 제시판(222)은, 소위 「설(楔)유리」라고 불리는 것으로서, 허상 제시판(222)의 두께가 변화하도록 구성되어 있다. 그 결과, 허상 제시판(222)의 제1 주면(223)과 제2 주면(224)은, 허상 표시 장치(110)에 대하여 서로 상이한 경사각을 갖고, 각도차(Δθ)가 형성된다. 2개의 주면(223, 224)의 사이에서 각도차(Δθ)가 형성된 설유리를 이용함으로써, 도 2에 나타내는 바와 같은 제1 광로(L1)와 제2 광로(L2)의 각도차(Δφ)가 보정되어, 이중상을 저감시킨 허상(250)을 제시할 수 있다.

그러나, 이러한 「설유리」는 각도차(Δθ)를 정밀하게 제어하여 형성할 필요가 있기 때문에, 두께(t)가 균일한 통상의 유리와 비교하여 고가이다. 또한, 차량(60)의 윈드실드(62)를 설유리로 하는 경우에는, 차량(60)의 형상에 따른 전용의 설유리가 필요할 뿐만 아니라, 윈드실드(62)의 전체를 교환하지 않으면 안 되기 때문에, 매우 비용이 든다. 따라서, 이러한 특수한 설유리를 이용하지 않고 이중상의 발생을 저감할 수 있는 것이 바람직하다.

도 4는, 실시 형태에 따른 허상 표시 장치(10)의 광학 배치를 상세하게 나타내는 도면으로, 전술의 도 1의 구성에 대응한다. 도 4에서는, 허상 제시판(22)으로서 설유리가 아니라, 두께(t)가 균일한 통상 유리를 이용하고 있다. 본 실시 형태에서는, 표시부(14)와 요면경(18)의 사이에 볼록 렌즈(17)를 삽입함으로써, 이중상의 발생이 억제된다. 특히, 투사 광학계(16) 및 허상 제시판(22)에 의해 구성되는 합성 광학계(20)의 메리디오널(meridional)면 내 초점(26m)에 표시부(14)를 배치함으로써 이중상의 발생을 억제할 수 있다.

여기에서 「메리디오널면」이란, 합성 광학계(20)의 광축과 화상 표시광(L)의 주광선을 포함하는 평면을 말하고, 도 4에 나타내는 예에서는, yz 평면이 메리디오널면에 상당한다. 제1 광로(L1)와 제2 광로(L2)의 각도차는, 메리디오널면 내에서 발생하기 때문에, 합성 광학계(20)의 메리디오널면 내 초점(26m)에 표시부(14)를 배치함으로써, 유저(E)를 향하는 2개의 광로(L1, L2)의 방향을 일치시켜, 이중상의 발생을 억제할 수 있다.

합성 광학계(20)에서는, 화상 표시광(L)이 요면경(18) 및 허상 제시판(22)에 경사 입사하기 때문에, 비점수차(非点收差)가 발생하고 있다. 즉, 합성 광학계(20)의 메리디오널면 내 초점(26m)은, 새지탈(sagittal)면 내 초점(26s)과 위치가 상이하고, 메리디오널면 내 초점(26m)의 쪽이 새지탈면 내 초점(26s)보다도 볼록 렌즈(17)의 근처에 위치한다. 여기에서 「새지탈면」이란, 합성 광학계(20)의 광축을 포함하는 평면으로서, 메리디오널면에 직교하는 평면이다. 합성 광학계(20)의 합성 초점(26)은, 메리디오널면 내 초점(26m)과 새지탈면 내 초점(26s)의 사이에 위치한다.

합성 광학계(20)의 초점은, 합성 광학계(20)를 구성하는 볼록 렌즈(17), 요면경(18) 및 허상 제시판(22)의 특성 및 배치에 의해 결정된다. 구체적으로는, 볼록 렌즈(17)의 초점 거리, 요면경(18)의 초점 거리, 허상 제시판(22)의 초점 거리, 볼록 렌즈(17), 요면경(18) 및 허상 제시판(22)의 상대 거리나 방향에 의해 결정된다. 이때, 허상 제시판(22)은, 소정의 곡률을 갖고, 제1 주면(23)이 오목면, 제2 주면(24)이 볼록면이 되는 형상을 가져도 좋고, 제1 주면(23) 및 제2 주면(24)이 평면이 되는 형상을 가져도 좋다. 또한, 도 4에 나타나는 합성 광학계(20)의 각 초점(26, 26m, 26s)의 위치는 개략적으로 나타내는 것이며, 합성 광학계(20)의 광학 배치에 기초하는 정확한 초점 위치를 나타내는 것은 아니다.

본 실시 형태에 의하면, 표시부(14)를 합성 광학계(20)의 메리디오널면 내 초점(26m)에 배치함으로써, 허상 제시판(22)의 제1 주면(23)과 제2 주면(24)의 각각으로 반사하여 유저(E)를 향하는 화상 표시광의 광로(L1, L2)의 방향을 일치시킬 수 있다. 이에 따라, 설유리와 같은 고가의 부재를 이용하는 일 없이, 제1 광로(L1)와 제2 광로(L2)의 각도차(Δφ)를 해소하고, 이중상의 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에 의하면, 간단하고 용이한 구성으로 시인성이 높은 허상(50)을 제시할 수 있다.

본 실시 형태에 의하면, 표시부(14)가 합성 광학계(20)의 합성 초점(26)으로부터 어긋나 있기 때문에, 유저(E)로부터 보았을 때의 허상(50)의 시거리를 유한값으로 할 수 있다. 그 결과, 유한의 거리에 보이는 풍경과 중첩되는 허상(50)의 시인성을 높일 수 있다.

본 실시 형태에 의하면, 볼록 렌즈(17)와 요면경(18)을 조합하여 투사 광학계(16)를 구성함으로써, 투사 광학계를 요면경만으로 구성하는 경우와 비교하여, 곡률 반경이 큰 요면경(18)을 채용할 수 있다. 요면경(18)의 곡률 반경을 크게(즉, 곡률을 작게) 함으로써, 허상 제시면 상의 보다 넓은 범위 내에서 이중상을 해소시킬 수 있어, 시인성이 보다 높은 허상(50)을 제시할 수 있다. 또한, 투사 광학계를 요면경만으로 구성하는 경우와 비교하여, 투사 광학계(16)의 비점수차량을 작게 할 수 있어, 보다 해상도가 높은 허상(50)을 제시할 수 있다.

이상, 본 발명을 전술의 실시 형태를 참조하여 설명했지만, 본 발명은 전술의 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 각 표시예에 나타내는 구성을 적절히 조합한 것이나 치환한 것에 대해서도 본 발명에 포함되는 것이다.

전술의 실시 형태에서는, 표시부(14)를 합성 광학계(20)의 메리디오널면 내 초점(26m)에 배치하기로 했다. 표시부(14)는, 합성 광학계(20)의 메리디오널면 내 초점(26m)에 엄밀하게 일치시키지 않아도 좋고, 메리디오널면 내 초점(26m)의 근방의 소정 범위 내에 위치시켜도 좋다. 이 경우, 표시부(14)는, 합성 광학계(20)의 합성 초점(26)과 메리디오널면 내 초점(26m)의 사이에 위치하면 좋고, 새지탈면 내 초점(26s)보다 메리디오널면 내 초점(26m)의 근처에 위치해도 좋다. 표시부(14)는, 메리디오널면 내 초점(26m)보다도 볼록 렌즈(17)의 근처에 위치해도 좋다. 표시부(14)의 위치를 메리디오널면 내 초점(26m)으로부터 떼어놓을수록 이중상이 시인되기 쉬워지기 때문에, 예를 들면, 시력 1.0의 인간이 보아 이중상의 발생을 지각할 수 없는 정도로 메리디오널면 내 초점(26m)에 가까운 위치에 표시부(14)를 배치하는 것이 바람직하다.

전술의 실시 형태에서는, 표시부(14)와 요면경(18)의 사이에 볼록 렌즈(17)가 배치되는 구성을 나타냈다. 변형예에 있어서는, 투사 광학계(16)에 볼록 렌즈(17)가 형성되지 않아도 좋다. 이 경우라도, 요면경(18)과 허상 제시판(22)에 의해 구성되는 합성 광학계의 메리디오널면 내 초점 또는 그 근방에 표시부(14)를 배치함으로써, 이중상의 발생을 억제할 수 있다.

(산업상 이용 가능성)

10 : 허상 표시 장치
14 : 표시부
16 : 투사 광학계
17 : 볼록 렌즈
18 : 요면경
20 : 합성 광학계
22 : 허상 제시판
26m : 메리디오널면 내 초점
26s : 새지탈면 내 초점
50 : 허상
60 : 차량

Claims

조명광을 변조하여 화상 표시광을 생성하는 표시부와,
상기 화상 표시광을 허상 제시판을 향하여 반사시키는 요면경(凹面鏡)을 적어도 포함하는 투사 광학계를 구비하고,
상기 표시부는, 상기 허상 제시판 및 상기 투사 광학계에 의해 구성되는 합성 광학계의 새지탈(sagittal)면 내 초점보다 상기 합성 광학계의 메리디오널(meridional)면 내 초점에 가까운 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 허상 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 표시부는, 상기 합성 광학계의 메리디오널면 내 초점에 배치되는 것을 특징으로 하는 허상 표시 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 투사 광학계는, 상기 표시부와 상기 요면경의 사이에 배치되는 볼록 렌즈를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 허상 표시 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 허상 제시판은, 차량에 형성되는 두께가 균일한 윈드실드인 것을 특징으로 하는 허상 표시 장치.