KR20190071005A

KR20190071005A - 허상 표시 장치

Info

Publication number: KR20190071005A
Application number: KR1020197016955A
Authority: KR
Inventors: 미노루 오야마
Original assignee: 가부시키가이샤 제이브이씨 켄우드
Priority date: 2017-11-14
Filing date: 2018-10-02
Publication date: 2019-06-21
Also published as: EP3605191A1; WO2019097868A1; JP6579180B2; CN110073275A; JP2019090896A; EP3605191A4; US20190369395A1; US11092804B2; EP3605191B1; CN110073275B; KR102087800B1

Abstract

(과제) 이중상의 발생을 저감하여 허상의 시인성을 향상시킨다.
(해결 수단) 허상 표시 장치(10)는, 조명광을 변조하여 화상 표시광을 생성하는 표시부(12)와, 화상 표시광(L)을 허상 제시판(22)을 향하여 투사하는 투사 광학계(14)를 구비한다. 투사 광학계(14)는, 화상 표시광(L)을 허상 제시판(22)을 향하여 반사시키는 주오목 거울(16)과, 화상 표시광(L)을 주오목 거울(16)을 향하여 반사시키는 부오목 거울(18)을 포함한다. 허상 제시판(22)에 있어서의 화상 표시광(L)의 입사 방향과 출사 방향의 쌍방을 따르는 평면을 기준면으로 했을 때, 주오목 거울(16)은, 화상 표시광(L)이 기준면을 따르는 방향으로 주오목 거울(16)에 입사하는 방향이 되도록 배치되고, 부오목 거울(18)은, 화상 표시광(L)이 기준면에 교차하는 방향으로 부오목 거울(16)에 입사하는 방향이 되도록 배치된다.

Description

허상 표시 장치

본 발명은, 허상 표시 장치에 관한 것이다.

최근, 차량용 표시 장치로서 헤드 업 디스플레이가 이용되는 경우가 있다. 헤드 업 디스플레이는, 화상 표시광을 차량의 윈드 실드 등에 투사하고, 화상 표시광에 기초하는 허상을 차 밖의 풍경에 중첩하여 표시한다. 윈드 실드에는 차 내측과 차 외측의 2개의 계면이 있기 때문에, 각각의 계면에서 반사되어 시인되는 화상 표시광이 어긋나게 중첩되어, 이중상으로 보여 버리는 경우가 있다. 이러한 이중상의 발생을 억제하기 위해, 이중상의 어긋남량이 인간의 눈의 분해능 이내가 되도록 시거리를 설정하고, 그 시거리를 실현하는 광학 배치를 얻기 위한 수식이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

일본공개특허공보 소62-225429호

전술의 기술에서는, 이중상을 저감하기 위해 유저의 전방에 보이는 허상의 제시 위치까지의 시거리를 크게 하는 것이 전제시 된다. 허상의 시거리에 의하지 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 형태는, 허상 제시판을 통하여 유저에게 허상을 제시하기 위한 허상 표시 장치이다. 이 허상 표시 장치는, 조명광을 변조하여 화상 표시광을 생성하는 표시부와, 화상 표시광을 허상 제시판을 향하여 투사하는 투사 광학계를 구비한다. 투사 광학계는, 화상 표시광을 허상 제시판을 향하여 반사시키는 주(主)오목 거울과, 화상 표시광을 주오목 거울을 향하여 반사시키는 부(副)오목 거울을 포함한다. 허상 제시판에 있어서의 화상 표시광의 입사 방향과 출사 방향의 쌍방을 따르는 평면을 기준면으로 했을 때, 주오목 거울은, 화상 표시광이 기준면을 따르는 방향으로 주오목 거울에 입사하는 방향이 되도록 배치되고, 부오목 거울은, 화상 표시광이 기준면에 교차하는 방향으로 부오목 거울에 입사하는 방향이 되도록 배치된다.

본 발명의 다른 실시 형태도 또한, 허상 제시판을 통하여 유저에게 허상을 제시하기 위한 허상 표시 장치이다. 이 허상 표시 장치는, 조명광을 변조하여 화상 표시광을 생성하는 표시부와, 화상 표시광을 허상 제시판을 향하여 투사하는 투사 광학계를 구비한다. 화상 표시광은, 허상 제시판의 제1 주면(主面)에서 반사되어 유저를 향하는 제1 표시광과, 제1 주면에서 굴절되고, 제1 주면에 대향하는 허상 제시판의 제2 주면에서 반사되고 나서 제1 주면에서 굴절되어 유저를 향하는 제2 표시광을 포함한다. 투사 광학계는, 제1 표시광을 허상 제시판을 향하여 반사시키는 오목면 형상의 제1 반사 영역과, 제2 표시광을 허상 제시판을 향하여 반사시키는 오목면 형상의 제2 반사 영역을 포함한다. 투사 광학계는, 허상 제시판 및 투사 광학계에 의해 구성되는 합성 광학계에 있어서, 제1 표시광이 통과하는 제1 광로상에서의 합성 광학계의 제1 초점 거리보다도 제2 표시광이 통과하는 제2 광로상에서의 합성 광학계의 제2 초점 거리가 짧아지도록 구성되어 있고, 표시부는, 합성 광학계의 제1 초점과 제2 초점의 사이의 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 허상 제시판에 기인하는 이중상의 발생을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 쐐기 유리에 의한 이중상의 억제를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 비교예에 따른 허상 표시 장치의 광학 배치를 나타내는 도면이다.
도 5는 오목 거울에 경사 입사하는 광속의 초점 위치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6(a), (b)는, 오목 거울에 경사 입사하는 광속의 비점 수차를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 2매의 오목 거울에 의한 비점 수차의 저감을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8(a)∼(c)는, 실시 형태에 따른 허상 표시 장치의 구성을 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 불과하고, 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 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 본 실시 형태에서는, 이동체의 일 예인 차량(60)의 대시보드 내에 허상 표시 장치(10)가 형성된다. 허상 표시 장치(10)는, 소위 헤드 업 디스플레이 장치이다. 허상 표시 장치(10)는, 허상 제시판인 윈드 실드(62)에 화상 표시광을 투사하고, 차량(60)의 진행 방향(도 1의 우 방향)의 전방에 허상(50)을 제시한다. 운전자 등의 유저(E)는, 윈드 실드(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(天地) 방향(상하 방향)을 y방향, 차량(60)의 좌우 방향을 x방향으로 하고 있다.

허상 표시 장치(10)는, 조명부(11)와, 표시부(12)와, 투사 광학계(14)와, 제어부(40)를 구비한다. 조명부(11)는, 표시광을 생성하기 위한 광원으로서, 표시부(12)를 조명하기 위한 조명광을 생성한다. 조명부(11)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(11)는, 거의 일률적인 밝기의 백색광을 표시부(12)에 제공한다. 조명부(11)의 구성은 특별히 한정되지 않지만, 발광 소자로부터의 출력광을 조절하기 위해, 예를 들면, 라이트 터널, 프레넬 렌즈, 광 확산판 등의 광학 소자를 이용할 수 있다.

표시부(12)는, 조명부(11)로부터의 조명광을 변조하여 표시광을 생성하고, 허상(50)의 표시 내용에 대응하는 중간상을 형성한다. 표시부(12)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(12)는, 화상 표시광의 방향이나 배광각을 조절하기 위한 광학 소자를 추가로 포함해도 좋다. 또한, 표시부(12)는, 예를 들면, 투과형 액정 패널 이외의 DMD(Digital Mirror Device)나 LCOS(Liquid Crystal on Silicon), MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 방식 등의 LSM(Laser Scanning Module)과 같은 프로젝션 유닛과, 마이크로렌즈 어레이 시트나 광 확산 시트와 같은 투과형 스크린을 조합한 구성으로 해도 좋다.

투사 광학계(14)는, 표시부(12)가 생성하는 화상 표시광을 윈드 실드(62)를 향하여 투사한다. 투사 광학계(14)는, 주오목 거울(16)과, 부오목 거울(18)을 포함한다. 주오목 거울(16)은, 표시부(12)로부터의 화상 표시광을 윈드 실드(62)를 향하여 반사시킨다. 부오목 거울(18)은, 표시부(12)와 주오목 거울(16)의 사이에 배치되고, 표시부(12)로부터 주오목 거울(16)으로 향하는 화상 표시광의 방향을 조정한다.

투사 광학계(14)는, 도시하지 않는 추가의 광학 소자를 더욱 포함해도 좋고, 예를 들면, 조명부(11)에서 주오목 거울(16)까지의 광로를 되돌아가기 위한 평면경 등이 추가로 형성되어도 좋다. 추가의 평면경은, 조명부(11)와 표시부(12)의 사이에 배치되어도 좋고, 표시부(12)와 부오목 거울(18)의 사이에 배치되어도 좋다. 투사 광학계(14)에 2매 이상의 평면경이 추가로 형성되어도 좋다.

제어부(40)는, 표시용 화상을 생성하고, 표시용 화상에 대응하는 허상(50)이 제시되도록 조명부(11) 및 표시부(12)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, 내비게이션 장치, 휴대 전화나 스마트폰, 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, 2매의 오목 거울(16, 18)을 조합함과 함께, 표시부(12)를 소정의 위치에 배치함으로써, 윈드 실드(62)의 차 내측과 차 외측의 2개의 계면에서 반사되어 시인되는 화상 표시광이 어긋나게 제시되어 이중상으로 보여 버리는 것을 억제한다. 실시 형태에 따른 광학 배치를 상술하기 전에, 비교예를 참조하면서 이러한 이중상의 발생에 대해서 설명한다.

도 2는, 허상 제시판(22)에 기인하는 이중상의 발생을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 2에서는, 설명의 간략화를 위해, 허상 제시판(22)과 표시부(92)의 사이에 배치되는 오목 거울 등의 광학 소자를 생략하고 있다. 허상 제시판(22)은, 소정의 두께(t)를 갖고, 제1 주면(23)과, 제2 주면(24)을 갖는다. 제1 주면(23)은, 윈드 실드(62)의 차 내측의 계면에 대응하고, 제2 주면(24)은, 윈드 실드(62)의 차 외측의 계면에 대응한다.

표시부(92)의 임의의 한 점으로부터 유저(E)에게 도달하는 화상 표시광(L)은, 주로 2개의 광로(L1, L2)를 통과한다. 제1 광로(L1)는, 제1 주면(23)에서 반사되어 유저(E)를 향하는 광로이고, 제2 광로(L2)는, 제1 주면(23)에서 굴절되고, 제2 주면(24)에서 반사된 후, 제1 주면(23)에서 재차 굴절되어 유저(E)를 향하는 광로이다. 이때, 유저(E)를 향하는 제1 광로(L1)와 제2 광로(L2)의 사이에 각도차(Δθ)가 존재하면, 그 각도차(Δθ)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 반사되어 유저(E)를 향하는 광로도 상정할 수 있지만, 다중 반사되어 유저(E)를 향하는 화상 표시광의 성분은 작아, 통상의 사용 형태에 있어서 무시할 수 있다.

도 3은, 쐐기 유리에 의한 이중상의 억제를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 3의 허상 제시판(222)은, 소위 「쐐기 유리」라고 불리는 것으로서, 허상 제시판(222)의 두께가 장소에 따라서 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(δ)가 형성된다. 2개의 주면(223, 224)의 사이에 각도차(δ)가 형성된 쐐기 유리를 이용함으로써, 도 2에 나타내는 바와 같은 제1 광로(L1)와 제2 광로(L2)의 각도차(Δθ)가 보정되어, 이중상을 억제시킨 허상(250)을 제시할 수 있다.

그러나, 이러한 「쐐기 유리」는 각도차(δ)를 정밀하게 제어하여 형성할 필요가 있기 때문에, 두께(t)가 균일한 통상의 유리와 비교하여 고가이다. 또한, 차량(60)의 윈드 실드(62)를 쐐기 유리로 하는 경우에는, 차량(60)의 형상에 따른 전용의 쐐기 유리가 필요해질 뿐만 아니라, 윈드 실드(62)의 전체를 교환하지 않으면 안 되기 때문에, 매우 비용이 든다. 따라서, 이러한 특수한 쐐기 유리를 이용하지 않고 이중상의 발생을 저감할 수 있는 것이 바람직하다.

도 4는, 비교예에 따른 허상 표시 장치(110)의 광학 배치를 상세하게 나타내는 도면이다. 비교예에 따른 허상 표시 장치(110)는, 조명부(111)와, 표시부(112)와, 투사 광학계(114)를 구비하고, 투사 광학계(114)가 1장의 오목 거울(116)으로 구성된다. 본 비교예에서는, 표시부(112) 및 오목 거울(116)의 배치를 적절히 설정함으로써, 전술의 쐐기 유리를 이용하지 않아도 이중상의 발생이 억제된다.

도 4의 구성에서는, 허상 제시판(22)으로부터 유저(E)로 향하는 제1 광로(L1)와 제2 광로(L2)가 일치하도록 투사 광학계(114)가 구성된다. 그 결과, 허상 제시판(22)과 오목 거울(116)의 사이의 구간에 있어서 제1 광로(L1) 및 제2 광로(L2)가 평행 내지 대략 평행하게 되어, 유저(E)로부터 보았을 때 제1 광로(L1)보다도 제2 광로(L2)가 멀리에 위치한다. 또한, 제1 광로(L1) 및 제2 광로(L2)의 각각을 통과하는 화상 표시광은, 오목 거울(116)의 상이한 영역(131, 132)에서 반사된다. 구체적으로는, 제1 광로(L1)를 통과하는 제1 표시광이 반사되는 제1 반사 영역(131)보다도, 제2 광로(L2)를 통과하는 제2 표시광이 반사되는 제2 반사 영역(132)의 쪽이 상측(허상 제시판(22)에 가까운 측)에 위치한다. 이러한 광학 배치 때문에, 제1 반사 영역(131)에 있어서의 제1 표시광의 입반사각(φ_a1)보다도 제2 반사 영역(132)에 있어서의 제2 표시광의 입반사각(φ_a2)의 쪽이 커진다.

일반적으로, 오목 거울에 평행 광속을 경사 입사시키면, 그 입사각에 따라서 빛의 수속(收束) 위치까지의 거리(즉, 초점 거리)가 변화할 수 있다. 오목 거울의 초점 거리를 f, 오목 거울에 입사하는 빛의 입사각을 φ로 하면, 경사 입사하는 빛의 초점 거리는 f·cosφ로 나타나고, 입반사각(φ)이 클수록 초점 거리(f·cosφ)는 작아진다. 따라서, 도 4의 구성에 있어서, 제1 반사 영역(131)에서는 입반사각(φ_a1)이 상대적으로 작기 때문에, 초점 거리가 상대적으로 길어진다. 한편으로, 제2 반사 영역(132)에서는 입반사각(φ_a2)이 상대적으로 크기 때문에, 초점 거리가 상대적으로 짧아진다.

도 5는, 오목 거울(116)에 경사 입사하는 광속의 초점 위치를 개략적으로 나타내는 도면으로서, 오목 거울(116)에 평행 광속을 입사시킨 경우를 나타낸다. 도시되는 바와 같이, 제1 반사 영역(131)에서 반사되는 평행 광속의 수속 위치(제1 초점)(F1)는, 제2 반사 영역(132)에서 반사되는 평행 광속의 수속 위치(제2 초점)(F2)보다도 멀리가 된다. 또한, 제1 반사 영역(131)에서 반사되는 광속과 제2 반사 영역(132)에서 반사되는 광속의 교점(기준점이라고도 함)(F0)은, 제1 초점(F1)과 제2 초점(F2)의 사이에 위치한다.

도 4의 비교예에서는, 표시부(112)를 제1 초점(F1)과 제2 초점(F2)의 사이의 기준점(F0) 또는 그 근방에 배치함으로써 이중상의 발생이 억제된다. 표시부(112)는, 제1 광로(L1)상에서의 초점(제1 초점(F1))보다도 앞쪽측(오목 거울(116)의 가까이)에 배치되기 때문에, 제1 광로(L1)를 통과하는 제1 표시광의 광속은, 유저(E)를 향하여 수속하는 수속광이 된다. 그 결과, 제1 표시광은, 유저(E)로부터 보았을 때 유한의 거리로 시인되는 허상(150)을 제시한다. 그 한편으로, 표시부(112)는, 제2 광로(L2)상에서의 초점(제2 초점(F2))보다도 안쪽측(주오목 거울으로부터 멀리)에 배치되기 때문에, 제2 광로(L2)를 통과하는 제2 표시광의 광속은, 유저(E)를 향하여 발산하는 발산광이 된다. 그 결과, 제2 표시광은, 유저(E)로부터 보았을 때 결상되지 않아, 희미해진 빛을 제시한다. 따라서, 본 비교예에 의하면, 허상 제시판(22)의 제1 주면(23)에서 반사되는 제1 표시광에 기초하여 유한의 거리에 허상(150)을 제시함과 함께, 제2 주면(24)에서 반사되는 제2 표시광의 결상을 막을 수 있다. 이에 따라, 이중상의 발생을 억제하면서, 유저에게 있어서 보기 쉬운 유한의 거리에 허상(150)을 제시할 수 있다.

그러나, 도 4의 비교예에서는, 1장의 오목 거울(116)에 화상 표시광(L)을 경사 입사시키고 있기 때문에, 비점 수차가 발생할 수 있다. 여기에서 말하는 「비점 수차」란, 합성 광학계(120)의 메리디오널(meridional)면 내 초점과 새지털(sagittal)면 내 초점의 불일치를 말한다. 이러한 비점 수차가 발생하면, 허상(150)의 가로 방향(x방향)의 결상 위치와 세로 방향(y방향)의 결상 위치에 어긋남이 발생하여, 결상 성능의 저하로 이어진다. 또한, 「메리디오널면」이란 합성 광학계(120)의 광축과 화상 표시광(L)의 주광선을 포함하는 평면을 말하고, 도 4에 있어서의 yz평면이 메리디오널면에 상당한다. 한편, 「새지털면」이란, 합성 광학계(120)의 광축을 포함하는 평면으로서 메리디오널면에 직교하는 평면이고, 도 4의 예에 있어서의 xz평면이 새지털면에 상당한다.

도 6(a), (b)는, 오목 거울(116)에 입사하는 평행 광속의 비점 수차를 개략적으로 나타내는 도면으로서, 각각 상이한 시점으로부터 본 도면이다. 도 6(a)는, 전술의 도 5에 대응하고, 허상 제시판(22) 및 오목 거울(116)으로 구성되는 합성 광학계(120)의 메리디오널면(yz평면) 내에서의 광속을 개략적으로 나타낸다. 도 6(b)는, 허상 제시판(22) 및 오목 거울(116)으로 구성되는 합성 광학계(120)의 새지털면(xz평면) 내에서의 광속을 개략적으로 나타내고 있다. 도시되는 바와 같이, 메리디오널면과 새지털면에서는 평행 광속의 수속 위치(F1m, F1s)가 상이하고, 메리디오널면 내 초점(F1m)보다도 새지털면 내 초점(F1s)의 쪽이 오목 거울(116)으로부터 멀리에 위치한다. 이는, 도 5에서 설명한 바와 같이, 광속이 비스듬하게 입사하는 메리디오널면 내에서의 초점 거리가 f·cosφ로 짧아지는 것에 기인한다.

메리디오널면 내 초점(F1m)과 새지털면 내 초점(F1s)의 사이의 어긋남인 비점 교차(As)를 작게 하려면, 오목 거울(116)의 입반사각(φ)을 작게 하면 좋다. 그러나, 오목 거울(116)에 의해 화상 표시광(L)을 허상 제시판(22)에 투사하는 구성에서는, 오목 거울(116)의 입반사각(φ)을 현저하게 작게 하는 것은 어렵다. 그래서, 본 실시 형태에서는, 2매의 오목 거울을 조합함으로써, 각각의 오목 거울에서 발생하는 비점 수차의 특성이 반대가 되도록 하고, 투사 광학계 전체로서의 비점 수차가 작아지도록 한다.

도 7은, 2매의 오목 거울(16, 18)에 의한 비점 수차의 저감을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 7의 예에서는, 2매의 오목 거울이 비틀림 배치가 되도록 구성하고 있다. 부호 F1m, F1s는, 주오목 거울(16)만의 경우의 메리디오널면 내 초점 및 새지털면 내 초점을 나타내고, 부호 F2m, F2s는, 주오목 거울(16) 및 부오목 거울(18)을 조합한 합성 광학계(20)의 메리디오널면 내 초점 및 새지털면 내 초점을 나타낸다. 2매의 오목 거울(16, 18)이 비틀림 배치이기 때문에, 도시되는 xz평면은, 주오목 거울(16)에 있어서의 새지털면인 한편, 부오목 거울(18)에 있어서의 메리디오널면이다. 그 결과, 부오목 거울(18)은, 합성 광학계(20)의 초점(F2m, F2s) 중 xz평면 내의 초점(F2s)을 상대적으로 짧게 하도록 작용한다. 즉, 부오목 거울(18) 대신에 평면경을 이용하여 광로를 되돌아간 경우의 새지털면 내 초점(F1s')보다도 앞쪽측에 합성 광학계(20)의 새지털면 내 초점(F2s)이 위치하게 되어, 메리디오널면 내 초점(F2m)과의 사이의 거리(즉, 비점 교차)를 작게 할 수 있다. 이에 따라, 전술의 비교예보다도 결상 성능이 우수한 광학계를 실현할 수 있어, 보다 해상도가 높은 허상(50)을 제시할 수 있다.

도 8(a)∼(c)는, 실시 형태에 따른 허상 표시 장치의 구성을 상세하게 나타내는 도면으로서, 각각 상이한 시점으로부터 본 도면이다. 도 8(a)는, 도 1에 대응하고, yz평면에서 본 구성을 나타낸다. 도 8(b)는, xz평면에서 본 구성을 나타내고, 도 8(c)는, xy평면에서 본 구성을 나타낸다.

도 8(c)에 나타나는 바와 같이, 조명부(11), 표시부(12) 및 부오목 거울(18)은, x방향으로 순서대로 나열되어 배치되어 있다. 부오목 거울(18)은, 도 8(b)에 나타나는 바와 같이, 부오목 거울(18)을 향하여 x방향으로 입사하는 화상 표시광(L)을 z방향으로 반사시키도록 배치된다. 주오목 거울(16)은, 도 8(a)에 나타나는 바와 같이, 주오목 거울(16)을 향하여 z방향으로 입사하는 화상 표시(L)를 허상 제시판(22)을 향하여 상방으로 반사시키도록 배치된다.

도 8(a)∼(c)에서는, 허상 제시판(22)의 제1 주면(23)에서 반사되는 제1 표시광이 통과하는 제1 광로(L1)를 기준으로 그리고 있다. 즉, 도 8(a)∼(c)에서 실선으로 나타나는 광로는, 제1 광로(L1)에 상당한다. 한편, 허상 제시판(22)의 제2 주면(24)에서 반사되는 제2 표시광이 통과하는 제2 광로(L2)는, 파선으로 그려져 있고, 제1 광로(L1)보다도 근소하게 상측에 위치한다. 표시부(12)에서 주오목 거울(16)까지의 제1 광로(L1)와 제2 광로(L2)는 비평행이고, y방향으로 방향이 상이하다. 구체적으로는, 제1 광로(L1)를 통과하는 제1 표시광이 주오목 거울(16)의 제1 반사 영역(31)에 입사하고, 제2 광로(L2)를 통과하는 제2 표시광이 제1 반사 영역(31)보다 상측의 제2 반사 영역(32)에 입사하도록 구성되어 있다. 그 결과, 주오목 거울(16)에 있어서의 제1 표시광의 입반사각(φ_a1)보다도 제2 표시광의 입반사각(φ_a2)의 쪽이 커진다. 이에 따라, 허상 제시판(22)과 투사 광학계(14)로 구성되는 합성 광학계(20)에 있어서, 제1 표시광이 통과하는 제1 광로(L1)상에서의 제1 초점 거리보다도, 제2 표시광이 통과하는 제2 광로(L2)상에서의 제2 초점 거리를 짧게 할 수 있다.

표시부(12)는, 제1 광로(L1)와 제2 광로(L2)의 교점 또는 그 근방에 배치되어 있고, 도 5에 나타낸 제1 초점(F1)과 제2 초점(F2)의 사이의 위치에 배치되어 있다. 표시부(12)는, 허상 제시판(22)과 투사 광학계(14)로 구성되는 합성 광학계(20)에 있어서, 제1 표시광이 통과하는 제1 광로(L1)상에서의 합성 광학계(20)의 제1 초점과, 제2 표시광이 통과하는 제2 광로(L2)상에서의 합성 광학계(20)의 제2 초점의 사이의 위치에 배치되어 있다. 그 결과, 제1 표시광에 기초하는 허상(50)을 유저(E)로부터 보았을 때 유한의 거리(예를 들면 2m∼7m 정도)에 제시할 수 있고, 또한, 유저(E)로부터 보았을 때 제2 표시광에 기초하는 허상이 결상되기 어려워진다. 이에 따라, 이중상의 발생을 억제할 수 있다.

본 실시 형태에 의하면, 주오목 거울(16)과 부오목 거울(18)이 비틀림 배치로 되어 있기 때문에, 주오목 거울(16)과 부오목 거울(18)을 조합한 합성 광학계(20)에 있어서의 비점 수차량을 작게 할 수 있다. 합성 광학계(20)의 비점 수차량을 작게 하기 위해서는, 주오목 거울(16) 및 부오목 거울(18)의 각각에서 발생하는 비점 수차량이 동등해지도록 하면 좋다. 주오목 거울(16)의 초점 거리(f_a)와 주오목 거울(16)에 있어서의 화상 표시광(L)의 입반사각(φ_a)의 코사인(cosφ_a)의 곱(f_a·cosφ_a)이, 부오목 거울(18)의 초점 거리(f_b)와 부오목 거울(18)에 있어서의 화상 표시광(L)의 입반사각(φ_b)의 코사인(cosφ_b)의 곱(f_b·cosφ_b)이 동등해지도록 하면 좋다. 예를 들면, 주오목 거울(16)의 메리디오널면 내 초점 거리(f_a·cosφ_a)가 부오목 거울(18)의 메리디오널면 내 초점 거리(f_b·cosφ_b)의 0.5배 이상 2배 이하가 되도록 설계함으로써, 비점 수차에 기인하는 결상 성능의 저하를 적합하게 막을 수 있다.

본 실시 형태에 의하면, 투사 광학계(14)를 오목 거울에 의해 구성하고 있기 때문에, 렌즈 등의 투과형의 광학 소자에 기인하는 색 수차의 발생을 막을 수 있어, 보다 고정세한 허상(50)을 제시할 수 있다.

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

전술의 실시 형태에서는, 주오목 거울(16)의 메리디오널면과 부오목 거울(18)의 메리디오널면이 직교하도록 투사 광학계(14)를 구성하는 경우에 대해서 나타냈다. 변형예에 있어서는, 주오목 거울(16) 및 부오목 거울(18)의 메리디오널면이 엄밀하게 직교하는 것이 아니라, 양자가 서로 교차하도록 투사 광학계(14)를 구성해도 좋다. 허상 제시판(22)에 있어서의 화상 표시광(L)의 입사 방향과 반사 방향의 쌍방을 따르는 평면을 기준면(예를 들면 yz평면)으로 했을 때, 주오목 거울(16)에 입사하는 화상 표시광(L)이 기준면을 따르는 방향이 되는 한편, 부오목 거울(18)에 입사하는 화상 표시광(L)이 기준면에 교차하는 방향이 되도록 구성되어도 좋다.

전술의 실시 형태에서는, 제1 표시광을 허상 제시판(22)을 향하여 반사시키는 제1 반사 영역(31)과, 제2 표시광을 허상 제시판(22)을 향하여 반사시키는 제2 반사 영역(32)을 1개의 오목 거울(16)으로 구성하는 경우를 나타냈다. 변형예에 있어서는, 제1 반사 영역(31) 및 제2 반사 영역(32)의 각각이 별개의 광학 부재에 의해 구성되어도 좋다. 또한, 제1 반사 영역(31) 및 제2 반사 영역(32)은, 동등한 곡면 형상으로 구성되어도 좋고, 각각이 상이한 형상의 곡면으로 구성되어도 좋다. 후자의 경우, 제1 반사 영역(31) 및 제2 반사 영역(32)의 각각이 곡률이 상이한 구면이라도 좋고, 각각이 상이한 파라미터로 정의되는 비(非)구면(자유 곡면)이라도 좋다.

전술의 실시 형태에서는, 2매의 오목 거울을 조합함으로써 비점 수차를 저감하는 구성에 대해서 나타냈다. 변형예에서는, 도 4에 나타내는 비교예와 같이 1장의 오목 거울을 이용하여 이중상을 억제하는 구성으로 해도 좋다.

전술의 실시 형태에서는, 오목 거울에 의해 투사 광학계를 구성하는 경우에 대해서 나타냈다. 변형예에 있어서는, 추가의 렌즈 등을 조합하여 투사 광학계를 구성해도 좋다.

(산업상의 이용 가능성)

10 : 허상 표시 장치
12 : 표시부
14 : 투사 광학계
16 : 주오목 거울
18 : 부오목 거울
20 : 합성 광학계
22 : 허상 제시판
23 : 제1 주면
24 : 제2 주면
31 : 제1 반사 영역
32 : 제2 반사 영역
50 : 허상
60 : 차량
62 : 윈드 실드
L : 화상 표시광
L1 : 제1 광로
L2 : 제2 광로

Claims

허상 제시판을 통하여 유저에게 허상을 제시하기 위한 허상 표시 장치로서,
조명광을 변조하여 화상 표시광을 생성하는 표시부와,
상기 화상 표시광을 상기 허상 제시판을 향하여 투사하는 투사 광학계를 구비하고,
상기 투사 광학계는, 상기 화상 표시광을 상기 허상 제시판을 향하여 반사시키는 주(主)오목 거울과, 상기 화상 표시광을 상기 주오목 거울을 향하여 반사시키는 부(副)오목 거울을 포함하고,
상기 허상 제시판에 있어서의 상기 화상 표시광의 입사 방향과 출사 방향의 쌍방을 따르는 평면을 기준면으로 했을 때, 상기 주오목 거울은, 상기 화상 표시광이 상기 기준면을 따르는 방향으로 상기 주오목 거울에 입사하는 방향이 되도록 배치되고, 상기 부오목 거울은, 상기 화상 표시광이 상기 기준면에 교차하는 방향으로 상기 부오목 거울에 입사하는 방향이 되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 허상 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 부오목 거울은, 상기 화상 표시광이 상기 기준면에 직교하는 평면을 따르는 방향으로 상기 부오목 거울에 입사하는 방향이 되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 허상 표시 장치.
제2항에 있어서,
상기 투사 광학계는, 상기 주오목 거울의 초점 거리(f_a)와 상기 주오목 거울에 있어서의 상기 화상 표시광의 입반사각(φ_a)의 코사인(cosφ_a)의 곱(f_a·cosφ_a)이, 상기 부오목 거울의 초점 거리(f_b)와 상기 부오목 거울에 있어서의 상기 화상 표시광의 입반사각(φ_b)의 코사인(cosφ_b)의 곱(f_b·cosφ_b)의 0.5배 이상 2배 이하가 되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 허상 표시 장치.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 투사 광학계는, 상기 주오목 거울의 초점 거리(f_a)와 상기 주오목 거울에 있어서의 상기 화상 표시광의 입반사각(φ_a)의 코사인(cosφ_a)의 곱(f_a·cosφ_a)보다도 상기 부오목 거울의 초점 거리(f_b)와 상기 부오목 거울에 있어서의 상기 화상 표시광의 입반사각(φ_b)의 코사인(cosφ_b)의 곱(f_b·cosφ_b)이 커지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 허상 표시 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 화상 표시광은, 상기 허상 제시판의 제1 주면(主面)에서 반사되어 상기 유저를 향하는 제1 표시광과, 상기 제1 주면에서 굴절되고, 상기 제1 주면에 대향하는 상기 허상 제시판의 제2 주면에서 반사되고 나서 상기 제1 주면에서 굴절되어 상기 유저를 향하는 제2 표시광을 포함하고,
상기 투사 광학계는, 상기 허상 제시판 및 상기 투사 광학계에 의해 구성되는 합성 광학계에 있어서, 상기 제1 표시광이 통과하는 제1 광로상에서의 상기 합성 광학계의 제1 초점 거리보다도 상기 제2 표시광이 통과하는 제2 광로상에서의 상기 합성 광학계의 제2 초점 거리가 짧아지도록 구성되어 있고,
상기 표시부는, 상기 합성 광학계의 제1 초점과 제2 초점의 사이의 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 허상 표시 장치.
제5항에 있어서,
상기 주오목 거울은, 상기 제1 표시광이 입사하는 제1 반사 영역과, 상기 제2 표시광이 입사하는 제2 반사 영역을 갖고, 상기 제1 반사 영역에 있어서의 상기 제1 표시광의 입반사각보다도 상기 제2 반사 영역에 있어서의 상기 제2 표시광의 입반사각이 커지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 허상 표시 장치.
허상 제시판을 통하여 유저에게 허상을 제시하기 위한 허상 표시 장치로서,
조명광을 변조하여 화상 표시광을 생성하는 표시부와,
상기 화상 표시광을 상기 허상 제시판을 향하여 투사하는 투사 광학계를 구비하고,
상기 화상 표시광은, 상기 허상 제시판의 제1 주면에서 반사되어 상기 유저를 향하는 제1 표시광과, 상기 제1 주면에서 굴절되고, 상기 제1 주면에 대향하는 상기 허상 제시판의 제2 주면에서 반사되고 나서 상기 제1 주면에서 굴절되어 상기 유저를 향하는 제2 표시광을 포함하고,
상기 투사 광학계는, 상기 제1 표시광을 상기 허상 제시판을 향하여 반사시키는 오목면 형상의 제1 반사 영역과, 상기 제2 표시광을 상기 허상 제시판을 향하여 반사시키는 오목면 형상의 제2 반사 영역을 포함하고,
상기 투사 광학계는, 상기 허상 제시판 및 상기 투사 광학계에 의해 구성되는 합성 광학계에 있어서, 상기 제1 표시광이 통과하는 제1 광로상에서의 상기 합성 광학계의 제1 초점 거리보다도 상기 제2 표시광이 통과하는 제2 광로상에서의 상기 합성 광학계의 제2 초점 거리가 짧아지도록 구성되어 있고,
상기 표시부는, 상기 합성 광학계의 제1 초점과 제2 초점의 사이의 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 허상 표시 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 허상 제시판은, 차량에 형성되는 두께가 균일한 윈드 실드인 것을 특징으로 하는 허상 표시 장치.