WO2018055947A1 - 投写型表示装置 - Google Patents

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広大 藤田
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富士フイルム株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a projection display device.
  • a windshield of various vehicles such as automobiles, trains, ships, heavy machinery, aircraft, or agricultural machines, or a combiner placed near the windshield is used as a screen, and light is projected onto it to display an image.
  • a vehicle-mounted HUD Head-up Display
  • an image based on light projected from the HUD can be visually recognized by the driver as a real image on the screen or as a virtual image in front of the screen.
  • Patent Document 1 discloses a HUD built in a dashboard of an automobile.
  • the opening is covered with a translucent cover in order to prevent an object such as dust or liquid from entering the casing through the opening of the casing that emits image light.
  • the translucent cover is curved so that the front side of the automobile is lower than the rear side in order to improve the capacity of the HUD to be accommodated in the dashboard, and is inclined to the left, right, inside and outside of the automobile.
  • the shape is such that the one corner is lowest.
  • the shape of the casing opening from which image light projected onto a screen such as a windshield or a combiner is emitted and the shape of the translucent cover that closes the opening are such that the driver seat and the passenger seat are arranged in the longitudinal direction. It is conceivable to increase the size of the display screen by using the shape as described above. For example, a configuration in which the opening extends from the front of the driver seat to the front of the passenger seat in the dashboard of an automobile can be considered.
  • the object attached to the translucent cover from the passenger seat side is a liquid
  • this liquid may also flow to the driver seat side.
  • the object may move to the driver's seat side by wind or vibration.
  • the HUD display screen is enlarged, it is conceivable to display important information such as warnings in front of the driver's seat. For this reason, I want to prevent the situation where the display ahead of a driver's seat is obstructed as much as possible.
  • Patent Document 1 discloses a configuration in which an opening of a housing of a HUD is covered with a translucent cover.
  • the translucent cover is inclined from the passenger seat side of the dashboard toward the driver seat side. It has a shape. For this reason, when the opening of the housing has an elongated shape from the driver's seat side toward the passenger's seat, the object attached to the translucent cover that closes the opening on the passenger's seat side can easily move to the driver's seat. Thus, there is a possibility that the image light emitted from the opening on the driver's seat side is blocked and display in front of the driver's seat is hindered.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a projection display device that can maintain display in front of a driver's seat even when an object adheres to a cover that closes an opening of a housing. Objective.
  • a projection display device of the present invention includes a light modulation unit that spatially modulates light emitted from a light source based on input image data, a housing that houses the light modulation unit, and a housing that houses the light modulation unit.
  • the direction from the passenger seat to the passenger seat is the longitudinal direction, and the surface of the cover passes through the end of the longitudinal seat on the passenger seat side and is closer to the projection plane than the reference plane parallel to the longitudinal direction. It is formed and has a shape in which the distance from the reference plane gradually decreases from the position excluding the end portion on the passenger seat side in the longitudinal direction toward the end portion on the passenger seat side. .
  • a projection display device that can maintain the display in front of the driver's seat even when an object adheres to the cover that closes the opening of the housing.
  • FIG. 6 is a view showing a first modification of the cover 9 of the HUD 100 shown in FIG. 1, and is a cross-sectional view along the longitudinal direction of the cover 9.
  • FIG. 8 is a view showing a second modification of the cover 9 of the HUD 100 shown in FIG. 1, and is a cross-sectional view along the longitudinal direction of the cover 9.
  • FIG. 9 is a view showing a third modification of the cover 9 of the HUD 100 shown in FIG. 1, and is a cross-sectional view along the longitudinal direction of the cover 9.
  • FIG. 10 is a view showing a fourth modification of the cover 9 of the HUD 100 shown in FIG. 1, and is a cross-sectional view along the longitudinal direction of the cover 9.
  • FIG. 8 is a view showing a first modification of the HUD 100 shown in FIG. 1, and is a cross-sectional view along the direction X near the opening 8 of the housing 3. It is a figure which shows the detailed structural example of the discharge part 10 shown in FIG. It is a figure which shows the modification of HUD100 shown in FIG.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a HUD 100 which is an embodiment of a projection display device of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing an appearance of a cover 9 that closes the opening 8 of the HUD 100 shown in FIG.
  • the HUD 100 is mounted on the automobile 1 and uses a partial area of the windshield 2 of the automobile 1 as a projection plane, and enables a driver of the automobile 1 to visually recognize a virtual image or a real image by image light projected on the projection plane. It is.
  • the HUD 100 can be used by being mounted on a vehicle such as a train, a heavy machine, a construction machine, an aircraft, a ship, or an agricultural machine in addition to an automobile.
  • the HUD 100 is built in such a manner that a part thereof is exposed on the dashboard 4 in the room of the automobile 1.
  • the dashboard 4 is a member that incorporates interior components including instruments for notifying information necessary for travel such as a speedometer, tachometer, fuel meter, water temperature meter, or distance meter of the automobile 1.
  • the HUD 100 includes a control unit 5 including a light source and a light modulation unit that spatially modulates light emitted from the light source based on image data, and projection optics that projects image light spatially modulated by the light modulation unit onto the windshield 2.
  • a box-shaped housing 3 that accommodates the diffusing member 6 and the concave mirror 7 constituting the system is provided.
  • the configuration of the projection optical system is an example and is not limited to that shown in FIG.
  • the diffusion member 6 is a member that diffuses the image light spatially modulated by the light modulation unit of the control unit 5 to form a surface light source.
  • a micro mirror array having a fine structure on the surface a diffusing mirror, an MLA (Micro-lens Array) diffuser, a reflective holographic diffuser, or the like is used.
  • MLA Micro-lens Array
  • the concave mirror 7 enlarges the image light diffused by the diffusing member 6 and reflects it toward the projection surface of the windshield 2.
  • the housing 3 is provided with an opening 8, and the image light reflected by the concave mirror 7 is projected toward the projection surface of the windshield 2 through the opening 8.
  • the windshield 2 is processed so that the image light projected through the opening 8 is reflected in the direction of the driver's eye E.
  • This image light is reflected by the windshield 2 and is reflected in the driver's eye E. Is incident on.
  • a virtual image or a real image based on image light can be visually recognized from the driver.
  • the opening 8 of the housing 3 is closed by a cover 9 made of a transparent member that can transmit image light such as resin or glass.
  • the opening 8 is an emission window for emitting image light reflected by the concave mirror 7 from the housing 3, and the cover 9 allows foreign matters such as dust or liquid to enter the housing 3 through the opening 8. It is a member that prevents
  • the planar shape of the opening 8 of the housing 3 and the cover 9 that closes the opening 8 viewed from the direction in which the image light is emitted is a display screen based on the image light projected on the windshield 2.
  • the direction X from the driver's seat to the passenger seat of the automobile 1 is a rectangle whose longitudinal direction is the longitudinal direction.
  • the automobile 1 has a configuration in which a driver's seat is disposed at a position facing the steering wheel H, and a passenger seat is disposed on the left side of the driver's seat.
  • the direction X from the driver's seat of the automobile 1 toward the passenger seat is synonymous with the direction substantially orthogonal to the traveling direction of the automobile 1 when the automobile 1 goes straight.
  • the two directions being substantially orthogonal means that the angle formed by the two directions is in the range of 70 degrees to 110 degrees.
  • the HUD 100 employs a method of projecting image light onto the windshield 2, but a method of projecting image light onto a combiner (not shown) arranged in front of the windshield 2 may be employed.
  • the combiner constitutes the projection plane.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of the internal configuration of the control unit 5 housed in the housing 3 of the HUD 100 shown in FIG.
  • the control unit 5 of the HUD 100 includes a light source unit 40, a light modulation element 44, a drive unit 45 that drives the light modulation element 44, and a system control unit 47 that performs overall control of the HUD 100. Prepare.
  • the system control unit 47 includes a processor, a ROM (Read Only Memory) storing a program executed by the processor, and a RAM (Random Access Memory) functioning as a work memory of the processor.
  • ROM Read Only Memory
  • RAM Random Access Memory
  • the light source unit 40 includes a light source controller 46, an R light source 41r that is a red light source that emits red light, a G light source 41g that is a green light source that emits green light, and a B light source that is a blue light source that emits blue light. 41b, dichroic prism 43, collimator lens 42r provided between R light source 41r and dichroic prism 43, collimator lens 42g provided between G light source 41g and dichroic prism 43, B light source 41b and dichroic prism 43, a collimator lens 42b provided between the two.
  • the R light source 41r, the G light source 41g, and the B light source 41b constitute a light source of the HUD 100.
  • the dichroic prism 43 is an optical member for guiding light emitted from each of the R light source 41r, the G light source 41g, and the B light source 41b to the same optical path.
  • the dichroic prism 43 transmits the red light collimated by the collimator lens 42 r and emits the red light to the light modulation element 44.
  • the dichroic prism 43 reflects the green light that has been collimated by the collimator lens 42 g and emits it to the light modulation element 44. Further, the dichroic prism 43 reflects the blue light that has been collimated by the collimator lens 42 b and emits it to the light modulation element 44.
  • the optical member having such a function is not limited to the dichroic prism. For example, a cross dichroic mirror may be used.
  • Each of the R light source 41r, the G light source 41g, and the B light source 41b uses a light emitting element such as a laser or an LED (Light Emitting Diode).
  • the light source of the HUD 100 is not limited to three examples of the R light source 41r, the G light source 41g, and the B light source 41b, and may be configured by one light source, two light sources, or four or more light sources.
  • the light source control unit 46 controls each of the R light source 41r, the G light source 41g, and the B light source 41b, and performs control to emit light from the R light source 41r, the G light source 41g, and the B light source 41b.
  • the light modulation element 44 spatially modulates the light emitted from the R light source 41r, the G light source 41g, and the B light source 41b and emitted from the dichroic prism 43 based on image data input by the system control unit 47.
  • LCOS Liquid crystal on silicon
  • DMD Digital Micromirror Device
  • MEMS Micro Electro Mechanical Systems
  • a liquid crystal display element for example, LCOS (Liquid crystal on silicon), DMD (Digital Micromirror Device), MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) element, or a liquid crystal display element can be used.
  • the drive unit 45 drives the light modulation element 44 based on the image data input from the system control unit 47, and the image light (red image light, blue image light, and green image) spatially modulated based on the image data. Light) is emitted from the light modulation element 44 to the diffusion member 6 of the projection optical system.
  • the light modulation element 44 and the drive unit 45 constitute a light modulation unit of the HUD 100.
  • an image based on the image light projected on the windshield 2 can be visually recognized by the driver as a virtual image at a position in front of the windshield 2.
  • the optical design is made like this.
  • the optical design of the projection optical system may be made so that an image based on the image light is visible to the driver as a real image on the windshield 2.
  • the system control unit 47 controls the light source control unit 46 and the drive unit 45 to cause the diffusion member 6 to emit image light that is spatially modulated based on the image data.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view along the longitudinal direction of the cover 9 that closes the opening 8 of the housing 3 of the HUD 100 shown in FIG.
  • the surface of the cover 9 (the surface on the side of the windshield 2) passes through the end portion on the passenger seat side in the direction X of the surface of the cover 9 and is more windshield 2 than the reference surface horizontal in the direction X.
  • the distance from the reference plane gradually decreases from the end on the driver seat side in the direction X toward the end on the passenger seat side.
  • the shape of the back surface (surface inside the housing 3) of the cover 9 is arbitrary, and in the example of FIG. 4, the surface is horizontal to the reference surface.
  • the cover 9 shown in FIG. 4 has a configuration in which the distance from the reference surface to the surface of the cover 9 linearly decreases from the end on the driver seat side to the end on the passenger seat side. That is, the surface of the cover 9 is a flat surface that is inclined from the driver seat side toward the passenger seat side with respect to the reference plane.
  • the cover 9 shown in FIG. 4 when an object adheres to the passenger seat side area on the surface of the cover 9, the object can be prevented from moving to the driver seat side area. Therefore, the display in front of the driver's seat can be maintained.
  • FIG. 5 is a view showing a first modification of the cover 9 of the HUD 100 shown in FIG. 1, and is a cross-sectional view along the longitudinal direction of the cover 9.
  • the surface of the cover 9 shown in FIG. 5 has a shape in which the distance from the reference plane gradually decreases in a curve from the end on the driver seat side in the direction X toward the end on the passenger seat side.
  • the surface of the cover 9 shown in FIG. 5 has a configuration in which the amount of change in the distance from the reference plane increases toward the driver's seat in the direction X, so that an object adheres to the cover 9 on the driver's seat. In this case, the object can be moved to the passenger seat side more effectively.
  • FIG. 6 is a view showing a second modification of the cover 9 of the HUD 100 shown in FIG. 1, and is a cross-sectional view along the longitudinal direction of the cover 9.
  • the surface of the cover 9 shown in FIG. 6 is from the arbitrary position X1 between the end portion on the driver's seat side and the end portion on the passenger seat side in the direction X (the intermediate position between both ends in the example of FIG. 6) from the passenger seat side.
  • the distance from the reference plane gradually decreases linearly toward the end, and the distance from the reference plane is constant from the position X1 to the end on the driver's seat side.
  • the thickness of the cover 9 can be made constant on the driver seat side.
  • two projection units each including a pair of a projection optical system and a control unit 5 are provided in the housing 3, and image light is emitted from a region on the left side of the position X 1 of the cover 9 shown in FIG.
  • image light is emitted from the region on the right side of the position X1 of the cover 9 shown in FIG.
  • FIG. 7 is a view showing a third modification of the cover 9 of the HUD 100 shown in FIG. 1, and is a cross-sectional view along the longitudinal direction of the cover 9.
  • the surface of the cover 9 shown in FIG. 7 is from the arbitrary position X2 between the end portion on the driver's seat side and the end portion on the passenger seat side in the direction X (the intermediate position between both ends in the example of FIG. 7) from the passenger seat side.
  • the distance from the reference surface gradually decreases in a curved manner toward the end, and the distance from the reference surface is constant from the position X2 to the end on the driver's seat side.
  • the thickness of the cover 9 can be made constant on the driver seat side. For this reason, the effect similar to the cover 9 shown in FIG. 6 can be acquired.
  • FIG. 8 is a view showing a fourth modification of the cover 9 of the HUD 100 shown in FIG. 1, and is a cross-sectional view along the longitudinal direction of the cover 9.
  • the surface of the cover 9 shown in FIG. 8 is from the arbitrary position X3 between the end on the driver's seat side and the end on the passenger seat side in the direction X (from the intermediate position between both ends in the example of FIG. 8) to the passenger seat side.
  • the distance from the reference surface gradually decreases in a curved manner toward the end portion, and the distance from the reference surface gradually decreases in a curved manner from the position X3 toward the end portion on the driver's seat side.
  • cover 9 shown in FIG. 8 can have a shape in which the cross section along the direction X is line-symmetric with respect to the position X3, and it is possible to provide a highly designable HUD 100.
  • the cover 9 can be axisymmetrical in this way, it is easy to design the projection optical system of the HUD 100 according to the shape of the cover 9 and to correct the image data according to the shape of the cover 9. become.
  • FIG. 9 is a view showing a first modification of the HUD 100 shown in FIG. 1, and is a cross-sectional view along the direction X near the opening 8 of the housing 3.
  • the HUD 100 shown in FIG. 9 is provided with the exception that a part of the housing 3 is provided with a discharge unit 10 that discharges an object that has adhered to the surface of the cover 9 and moved to the end on the passenger seat side.
  • the configuration is the same as that of the HUD 100 shown in FIG.
  • FIG. 10 is a diagram showing a detailed configuration example of the discharge unit 10 shown in FIG.
  • the discharge unit 10 is configured by a hole 10 ⁇ / b> A provided in a portion of the housing 3 that faces the end on the front passenger seat side in the direction X on the surface of the cover 9.
  • the inner surface of the hole portion 10A has an inclined surface 10B in which one end in the direction X is in contact with the end portion on the passenger seat side in the direction X on the surface of the cover 9, and the other end in the direction X is in contact with the bottom surface 10C of the hole portion 10A.
  • the object OB that adheres to the surface of the cover 9 and moves on the surface moves to the bottom surface 10C through the inclined surface 10B, and is discharged from the surface of the cover 9.
  • the HUD 100 having the discharge unit 10 when an object adheres to the surface of the cover 9, the object can be prevented from staying on the surface of the cover 9. For this reason, not only the driver's seat side but also the image display based on the image light projected on the windshield 2 on the passenger seat side can be maintained.
  • the HUD 100 shown in FIG. 9 preferably further has a suction mechanism for sucking air in the hole 10A shown in FIG. According to this configuration, it is possible to reliably prevent the object OB from moving from the hole 10 ⁇ / b> A to the surface of the cover 9.
  • the HUD 100 shown in FIG. 9 preferably further includes an object removing unit that forcibly moves the object attached to the surface of the cover 9 to the discharge unit 10 to remove the object.
  • FIG. 11 is a diagram showing a modification of the HUD 100 shown in FIG.
  • the HUD 100 shown in FIG. 11 is the same as the configuration shown in FIG. 9 except that the object removing unit 11 is added.
  • the object removing unit 11 is configured by a blowing mechanism that blows out wind in the direction X.
  • the air blowing mechanism blows air, the object attached to the surface of the cover 9 is quickly moved on the surface of the cover 9 and discharged from the discharge unit 10.
  • the object attached to the surface of the cover 9 can be quickly moved to the discharge unit 10 to be removed from the surface of the cover 9, and the image light is blocked by the object. Can be minimized. As a result, display quality can be improved.
  • the cover 9 is configured to be fitted into the opening 8, but the cover 9 may be configured to block the opening 8.
  • the cover 9 may be fixed to the outer peripheral surface of the housing 3, and the opening 8 may be closed by covering the entire opening 8 with the back surface of the cover 9.
  • a light modulator that spatially modulates light emitted from a light source based on input image data, a housing that houses the light modulator, and a housing that houses the light modulator and is spatially modulated.
  • a projection optical system that projects light onto a projection surface of a vehicle through an opening formed in the casing; and a cover that closes the opening; and the cover is directed from the driver's seat to the passenger's seat in the vehicle.
  • the surface of the cover is formed closer to the projection plane than a reference plane passing through the end of the passenger seat side in the longitudinal direction and parallel to the longitudinal direction, and
  • a projection display apparatus having a shape in which the distance from the reference plane gradually decreases from a position excluding the end portion on the passenger seat side in the longitudinal direction toward the end portion on the passenger seat side.
  • a projection display device further comprising a unit.
  • the present invention can enhance the product value of an automobile by being mounted on the automobile.

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Abstract

筐体の開口部を塞ぐカバーに物体が付着した場合でも運転席前方における表示を維持させることができる投写型表示装置を提供する。ＨＵＤ１００は、光源から出射される光を、入力される画像データに基づいて空間変調する光変調部と、上記光変調部を収容する筐体３と、筐体３に収容され、空間変調された光を筐体３に形成された開口部８を通して自動車１のウインドシールド２に投写する投写光学系と、開口部８を塞ぐカバー９と、を備える。カバー９は、運転席から助手席に向かう方向Ｘが長手方向となる形状であり、その表面は、方向Ｘの助手席側の端部を除く位置から助手席側の端部に向かって、基準面からの距離が漸減する形状となっている。

Description

投写型表示装置
　本発明は、投写型表示装置に関する。
　自動車、電車、船舶、重機、航空機、又は、農作用機械等の各種乗り物のウインドシールド、又は、ウインドシールドの手前付近に配置されるコンバイナをスクリーンとして用い、これに光を投写して画像を表示させる乗り物用のＨＵＤ（Ｈｅａｄ－ｕｐ　Ｄｉｓｐｌａｙ）が知られている。このＨＵＤによれば、ＨＵＤから投写された光に基づく画像を、スクリーン上で実像として、又は、スクリーン前方において虚像として、運転者に視認させることができる。
　特許文献１には、自動車のダッシュボードに内蔵されたＨＵＤが開示されている。このＨＵＤは、画像光を出射する筐体の開口部を通じて筐体内に塵又は液体等の物体が混入するのを防ぐために、開口部が透光性カバーで覆われている。透光性カバーは、ＨＵＤのダッシュボードへの収容性を改善するために、自動車前方側の辺が後方側の辺より低くなるように湾曲すると共に、自動車の左右内外方向に傾斜して湾曲面の一隅部が最も低くなるような形状となっている。
日本国特開２０１６－０９４１４７号公報
　乗り物用のＨＵＤでは、ウインドシールド又はコンバイナ等のスクリーンに投写される画像光が出射される筐体開口部及びこれを塞ぐ透光性カバーの形状を、運転席と助手席の並ぶ方向が長手方向となる形状にして表示画面の大画面化を図ることが考えられる。例えば、自動車のダッシュボード内において運転席前方から助手席前方まで細長く開口部が延びる構成が考えられる。
　このように、ＨＵＤの筐体の開口部を塞ぐ透光性カバーがダッシュボードの広い範囲に渡って存在すると、運転席に座る人に比べて、助手席に座る人は飲食物等の物体を透光性カバーに付着させてしまう可能性が高い。これは、運転席に座る運転者は運転に集中していて動作に制限がかかるのに対し、助手席に座る同乗者は動作に制限がなく自由な状態にあるためである。
　助手席側から透光性カバーに付着した物体が液体である場合には、この液体が運転席側にも流れる可能性がある。また、物体が液体ではない場合でも、風又は振動によって物体が運転席側に移動する可能性がある。ＨＵＤの表示画面の大画面化を行う場合でも、運転席前方には警告等の重要な情報を表示させることが考えられる。このため、可能なかぎり、運転席前方の表示が妨げられる事態は防ぎたい。
　特許文献１には、ＨＵＤの筐体の開口部を透光性カバーで覆う構成が開示されているが、この透光性カバーは、ダッシュボードの助手席側から運転席側に向かって傾斜した形状になっている。このため、筐体の開口部が運転席側から助手席側に向かって細長い形状である場合は、助手席側の開口部を塞ぐ透光性カバーに付着した物体が運転席側に移動しやすくなり、運転席側の開口部から出射される画像光が遮蔽されて運転席前方の表示が妨げられる可能性がある。
　本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、筐体の開口部を塞ぐカバーに物体が付着した場合でも運転席前方における表示を維持させることができる投写型表示装置を提供することを目的とする。
　本発明の投写型表示装置は、光源から出射される光を、入力される画像データに基づいて空間変調する光変調部と、上記光変調部を収容する筐体と、上記筐体に収容され、上記空間変調された光を上記筐体に形成された開口部を通して乗り物の投写面に投写する投写光学系と、上記開口部を塞ぐカバーと、を備え、上記カバーは、上記乗り物の運転席から助手席に向かう方向が長手方向となる形状であり、上記カバーの表面は、上記長手方向の上記助手席側の端部を通りかつ上記長手方向に平行な基準面よりも上記投写面側に形成されており、かつ、上記長手方向の上記助手席側の端部を除く位置から上記助手席側の端部に向かって、上記基準面からの距離が漸減する形状となっているものである。
　本発明によれば、筐体の開口部を塞ぐカバーに物体が付着した場合でも運転席前方における表示を維持させることができる投写型表示装置を提供することができる。
本発明の投写型表示装置の一実施形態であるＨＵＤ１００の概略構成を示す図である。 図１に示すＨＵＤ１００の開口部８を塞ぐカバー９の外観を示す図である。 図１に示すＨＵＤ１００の筐体３に収容された制御ユニット５の内部構成例を示す模式図である。 図１に示すＨＵＤ１００の筐体３の開口部８を塞ぐカバー９の長手方向に沿った断面図である。 図１に示すＨＵＤ１００のカバー９の第一の変形例を示す図であり、カバー９の長手方向に沿った断面図である。 図１に示すＨＵＤ１００のカバー９の第二の変形例を示す図であり、カバー９の長手方向に沿った断面図である。 図１に示すＨＵＤ１００のカバー９の第三の変形例を示す図であり、カバー９の長手方向に沿った断面図である。 図１に示すＨＵＤ１００のカバー９の第四の変形例を示す図であり、カバー９の長手方向に沿った断面図である。 図１に示すＨＵＤ１００の第一の変形例を示す図であり、筐体３の開口部８付近の方向Ｘに沿った断面図である。 図９に示す排出部１０の詳細構成例を示す図である。 図９に示すＨＵＤ１００の変形例を示す図である。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
　図１は、本発明の投写型表示装置の一実施形態であるＨＵＤ１００の概略構成を示す図である。図２は、図１に示すＨＵＤ１００の開口部８を塞ぐカバー９の外観を示す図である。
　ＨＵＤ１００は、自動車１に搭載され、自動車１のウインドシールド２の一部の範囲を投写面とし、投写面に投写される画像光により、自動車１の運転者によって虚像又は実像を視認可能にするものである。ＨＵＤ１００は、自動車以外にも、例えば電車、重機、建機、航空機、船舶、又は、農作機械等の乗り物に搭載して用いることができる。
　ＨＵＤ１００は、自動車１の室内のダッシュボード４に一部が露出する形で内蔵されている。ダッシュボード４は、自動車１のスピードメータ、タコメータ、燃料計、水温計、又は、距離計等の走行に必要な情報を通知するための計器類等を含む内装部品を内蔵する部材である。
　ＨＵＤ１００は、光源及びこの光源から出射される光を画像データに基づいて空間変調する光変調部を含む制御ユニット５と、光変調部により空間変調された画像光をウインドシールド２に投写する投写光学系を構成する拡散部材６及び凹面鏡７と、を収容する箱状の筐体３を備える。投写光学系の構成は一例であり、図１に示すものに限定されない。
　拡散部材６は、制御ユニット５の光変調部により空間変調された画像光を拡散させて面光源化する部材である。拡散部材６は、表面に微細構造を有するマイクロミラーアレイ、拡散ミラー、ＭＬＡ（Ｍｉｃｒｏ－ｌｅｎｓ　Ａｒｒａｙ）　ディフューザー、又は、反射ホログラフィクディフューザー等が用いられる。
　凹面鏡７は、拡散部材６で拡散された画像光を拡大してウインドシールド２の投写面に向けて反射する。筐体３には開口部８が設けられており、凹面鏡７で反射された画像光はこの開口部８を通ってウインドシールド２の投写面に向けて投写される。
　ウインドシールド２には、開口部８を通して投写された画像光が運転者の眼Ｅの方向に反射するような加工がなされており、この画像光はウインドシールド２で反射して運転者の眼Ｅに入射される。これにより、運転者からは画像光に基づく虚像又は実像が視認可能となる。
　筐体３の開口部８は、樹脂又はガラス等の画像光を透過可能な透明部材からなるカバー９によって塞がれている。開口部８は、凹面鏡７で反射された画像光を筐体３から出射させるための出射窓であり、カバー９は、開口部８を通じて筐体３内に塵又は液体等の異物が混入するのを防ぐ部材である。
　図２に示すように、筐体３の開口部８及び開口部８を塞ぐカバー９の画像光の出射される方向から見た平面形状は、ウインドシールド２に投写される画像光に基づく表示画面の大画面化を図るために、自動車１の運転席から助手席に向かう方向Ｘが長手方向となる矩形となっている。自動車１は、ハンドルＨと対向する位置に運転席が配置され、この運転席の左隣に助手席が配置される構成である。
　自動車１の運転席から助手席に向かう方向Ｘは、自動車１が直進する場合の自動車１の進行方向と略直交する方向と同義である。２つの方向が略直交するとは、この２つの方向のなす角度が７０度～１１０度の範囲にあることを言う。
　ＨＵＤ１００は、ウインドシールド２に対して画像光を投写する方式を採用しているが、ウインドシールド２の手前に配置したコンバイナ（図示せず）に画像光を投写する方式を採用してもよい。この場合は、コンバイナが投写面を構成する。
　図３は、図１に示すＨＵＤ１００の筐体３に収容された制御ユニット５の内部構成例を示す模式図である。
　図３に示すように、ＨＵＤ１００の制御ユニット５は、光源ユニット４０と、光変調素子４４と、光変調素子４４を駆動する駆動部４５と、ＨＵＤ１００全体を統括制御するシステム制御部４７と、を備える。
　システム制御部４７は、プロセッサと、このプロセッサの実行するプログラム等が記憶されるＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）と、このプロセッサのワークメモリとして機能するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）と、を含む。
　光源ユニット４０は、光源制御部４６と、赤色光を出射する赤色光源であるＲ光源４１ｒと、緑色光を出射する緑色光源であるＧ光源４１ｇと、青色光を出射する青色光源であるＢ光源４１ｂと、ダイクロイックプリズム４３と、Ｒ光源４１ｒとダイクロイックプリズム４３の間に設けられたコリメータレンズ４２ｒと、Ｇ光源４１ｇとダイクロイックプリズム４３の間に設けられたコリメータレンズ４２ｇと、Ｂ光源４１ｂとダイクロイックプリズム４３の間に設けられたコリメータレンズ４２ｂと、を備える。Ｒ光源４１ｒとＧ光源４１ｇとＢ光源４１ｂはＨＵＤ１００の光源を構成する。
　ダイクロイックプリズム４３は、Ｒ光源４１ｒ、Ｇ光源４１ｇ、及び、Ｂ光源４１ｂの各々から出射される光を同一光路に導くための光学部材である。ダイクロイックプリズム４３は、コリメータレンズ４２ｒによって平行光化された赤色光を透過させて光変調素子４４に出射する。また、ダイクロイックプリズム４３は、コリメータレンズ４２ｇによって平行光化された緑色光を反射させて光変調素子４４に出射する。さらに、ダイクロイックプリズム４３は、コリメータレンズ４２ｂによって平行光化された青色光を反射させて光変調素子４４に出射する。このような機能を持つ光学部材としては、ダイクロイックプリズムに限らない。例えば、クロスダイクロイックミラーを用いてもよい。
　Ｒ光源４１ｒ、Ｇ光源４１ｇ、及び、Ｂ光源４１ｂは、それぞれ、レーザ又はＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）等の発光素子が用いられる。ＨＵＤ１００の光源は、Ｒ光源４１ｒとＧ光源４１ｇとＢ光源４１ｂの３つの例に限らず、１つの光源、２つの光源、又は、４つ以上の光源によって構成されていてもよい。
　光源制御部４６は、Ｒ光源４１ｒ、Ｇ光源４１ｇ、及び、Ｂ光源４１ｂの各々を制御し、Ｒ光源４１ｒ、Ｇ光源４１ｇ、及び、Ｂ光源４１ｂから光を出射させる制御を行う。
　光変調素子４４は、Ｒ光源４１ｒ、Ｇ光源４１ｇ、及び、Ｂ光源４１ｂから出射され、ダイクロイックプリズム４３から出射された光を、システム制御部４７により入力される画像データに基づいて空間変調する。
　光変調素子４４としては、例えば、ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ　ｃｒｙｓｔａｌ　ｏｎ　ｓｉｌｉｃｏｎ）、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ　Ｄｅｖｉｃｅ）、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）素子、又は、液晶表示素子等を用いることができる。
　駆動部４５は、システム制御部４７から入力される画像データに基づいて光変調素子４４を駆動し、画像データに基づいて空間変調された画像光（赤色画像光、青色画像光、及び、緑色画像光）を、光変調素子４４から投射光学系の拡散部材６に出射させる。光変調素子４４と駆動部４５はＨＵＤ１００の光変調部を構成する。
　図１に示した拡散部材６及び凹面鏡７から構成される投写光学系は、ウインドシールド２に投写された画像光に基づく画像が、ウインドシールド２前方の位置において虚像として運転者に視認可能となるように光学設計がなされている。この画像光に基づく画像が、ウインドシールド２において実像として運転者に視認可能となるように投写光学系の光学設計がなされていてもよい。
　システム制御部４７は、光源制御部４６及び駆動部４５を制御して、画像データに基づいて空間変調された画像光を拡散部材６に出射させる。
　図４は、図１に示すＨＵＤ１００の筐体３の開口部８を塞ぐカバー９の長手方向に沿った断面図である。
　図４に示すように、カバー９の表面（ウインドシールド２側の面）は、カバー９の表面の方向Ｘの助手席側の端部を通りかつ方向Ｘに水平な基準面よりもウインドシールド２の投写面側に形成されており、かつ、方向Ｘの運転席側の端部から助手席側の端部に向かって、この基準面からの距離が漸減する形状となっている。
　なお、カバー９の裏面（筐体３内部側の面）の形状は任意であり、図４の例では、基準面に水平な面となっている。
　図４に示すカバー９は、基準面からカバー９の表面までの距離が運転席側の端部から助手席側の端部まで直線的に減少している構成である。つまり、カバー９の表面は、基準面に対し、運転席側から助手席側に向かって傾斜した平面となっている。
　図４に示すカバー９の構成によれば、カバー９の表面の助手席側の領域に物体が付着した場合に、この物体が運転席側の領域に移動するのを防ぐことができる。したがって、運転席前方における表示を維持することが可能となる。
　また、図４に示すカバー９の構成によれば、カバー９の表面のどの領域に物体が付着した場合でも、この物体をカバー９の表面の傾斜に沿って助手席側の端部に移動させることができる。したがって、運転席側においてカバー９に物体が付着した場合でも、運転席前方における表示を維持することが可能となる。
　図５は、図１に示すＨＵＤ１００のカバー９の第一の変形例を示す図であり、カバー９の長手方向に沿った断面図である。
　図５に示すカバー９の表面は、方向Ｘの運転席側の端部から助手席側の端部に向かって、基準面からの距離が曲線的に漸減する形状となっている。
　図５に示すカバー９の構成によれば、図４に示すカバー９と同様の効果を得ることができる。
　また、図５に示すカバー９の構成では、カバー９の表面の湾曲の調整によって、運転席側の表面に物体が付着した場合のこの物体の助手席側への移動を促進することが可能である。
　例えば、図５に示すカバー９の表面を、方向Ｘにおいて運転席側に向かうほど、基準面からの距離の変化量が大きくなる構成とすることで、運転席側においてカバー９に物体が付着した場合に、この物体をより効果的に助手席側へと移動させることが可能となる。
　図６は、図１に示すＨＵＤ１００のカバー９の第二の変形例を示す図であり、カバー９の長手方向に沿った断面図である。
　図６に示すカバー９の表面は、方向Ｘの運転席側の端部と助手席側の端部の間の任意の位置Ｘ１（図６の例では両端部の中間位置）から助手席側の端部に向かって、基準面からの距離が直線的に漸減し、かつ、位置Ｘ１から運転席側の端部までは基準面からの距離が一定となる形状となっている。
　図６に示すカバー９の構成によれば、運転席側においてはその厚みを一定にすることができる。例えば、筐体３内に、投写光学系と制御ユニット５の組からなる投写ユニットが２つ設けられ、一方の投写ユニットで図６に示すカバー９の位置Ｘ１よりも左側の領域から画像光を出射し、他方の投写ユニットで図６に示すカバー９の位置Ｘ１よりも右側の領域から画像光を出射する構成を想定する。
　この構成では、図６に示すカバー９を採用することで、上記の他方の投写ユニットから出射される画像光に基づく虚像又は実像については、カバー９の表面形状による歪みの発生を考慮する必要がなくなる。したがって、虚像又は実像の歪みを解消するための投写光学系の設計又は画像データの補正が容易となり、ＨＵＤ１００の製造コストを下げることができる。
　図７は、図１に示すＨＵＤ１００のカバー９の第三の変形例を示す図であり、カバー９の長手方向に沿った断面図である。
　図７に示すカバー９の表面は、方向Ｘの運転席側の端部と助手席側の端部の間の任意の位置Ｘ２（図７の例では両端部の中間位置）から助手席側の端部に向かって、基準面からの距離が曲線的に漸減し、かつ、位置Ｘ２から運転席側の端部までは基準面からの距離が一定となる形状となっている。
　図７に示すカバー９の構成によれば、運転席側においてはその厚みを一定にすることができる。このため、図６に示すカバー９と同様の効果を得ることができる。
　図８は、図１に示すＨＵＤ１００のカバー９の第四の変形例を示す図であり、カバー９の長手方向に沿った断面図である。
　図８に示すカバー９の表面は、方向Ｘの運転席側の端部と助手席側の端部の間の任意の位置Ｘ３（図８の例では両端部の中間位置）から助手席側の端部に向かって基準面からの距離が曲線的に漸減し、かつ、位置Ｘ３から運転席側の端部に向かって基準面からの距離が曲線的に漸減する形状となっている。
　図８に示すカバー９の構成によれば、カバー９の表面の助手席側の領域（位置Ｘ３よりも左側の領域）に物体が付着した場合に、この物体が運転席側に移動するのを防ぐことができる。したがって、運転席前方における表示を維持することが可能となる。
　また、図８に示すカバー９は、位置Ｘ３を境にして方向Ｘに沿った断面が線対称となる形状とすることができ、ＨＵＤ１００としてデザイン性の高いものを提供することが可能となる。
　また、このようにカバー９を線対称の形状にできることで、ＨＵＤ１００の投写光学系をカバー９の形状に合わせて設計したり、画像データをカバー９の形状に合わせて補正したりすることが容易になる。
　図９は、図１に示すＨＵＤ１００の第一の変形例を示す図であり、筐体３の開口部８付近の方向Ｘに沿った断面図である。
　図９に示すＨＵＤ１００は、筐体３の一部に、カバー９の表面に付着して助手席側の端部に移動した物体が排出される排出部１０が設けられている点を除いては、図１に示すＨＵＤ１００と同じ構成である。
　図１０は、図９に示す排出部１０の詳細構成例を示す図である。
　図１０に示すように、排出部１０は、カバー９の表面の方向Ｘの助手席側の端部に対向する筐体３の部分に設けられた孔部１０Ａによって構成される。
　孔部１０Ａの内面は、方向Ｘの一端がカバー９の表面の方向Ｘの助手席側の端部と接し、方向Ｘの他端が孔部１０Ａの底面１０Ｃと接する傾斜面１０Ｂを有する。カバー９の表面に付着し、この表面を移動してきた物体ＯＢは、傾斜面１０Ｂを通って底面１０Ｃに移動することで、カバー９の表面から排出される。
　以上のように、排出部１０を有するＨＵＤ１００によれば、カバー９の表面に物体が付着した場合に、この物体がカバー９の表面に滞留するのを防ぐことができる。このため、運転席側だけでなく、助手席側のウインドシールド２に投写される画像光に基づく画像の表示を維持することも可能となる。
　なお、図９に示すＨＵＤ１００では、図１０に示す孔部１０Ａ内の空気を吸引する吸引機構を更に有しているのが好ましい。この構成によれば、孔部１０Ａからカバー９の表面に物体ＯＢが移動してしまうのを確実に防ぐことができる。
　また、図９に示すＨＵＤ１００では、カバー９の表面に付着した物体を排出部１０に強制的に移動させて物体を除去する物体除去部を更に有しているのが好ましい。
　図１１は、図９に示すＨＵＤ１００の変形例を示す図である。図１１に示すＨＵＤ１００は、物体除去部１１が追加された点を除いては図９に示す構成と同じである。
　物体除去部１１は、方向Ｘに向かって風を吹き出す送風機構によって構成される。この送風機構が送風を行うことで、カバー９の表面に付着した物体は、カバー９の表面を速やかに移動して排出部１０から排出される。
　このように、図１１に示すＨＵＤ１００によれば、カバー９の表面に付着した物体を速やかに排出部１０に移動させてカバー９の表面から除去することができ、物体によって画像光が遮られる期間を最小限にすることができる。この結果、表示品質を向上させることができる。
　以上の説明では、カバー９が開口部８に嵌め込まれる構成としたが、カバー９は開口部８を塞ぐことができる構成であればよい。例えば、カバー９を筐体３の外周面に固定し、カバー９の裏面で開口部８全体を覆うことで、開口部８を塞ぐ構成としてもよい。
　以上説明してきたように、本明細書には以下の事項が開示されている。
（１）　光源から出射される光を、入力される画像データに基づいて空間変調する光変調部と、上記光変調部を収容する筐体と、上記筐体に収容され、上記空間変調された光を上記筐体に形成された開口部を通して乗り物の投写面に投写する投写光学系と、上記開口部を塞ぐカバーと、を備え、上記カバーは、上記乗り物の運転席から助手席に向かう方向が長手方向となる形状であり、上記カバーの表面は、上記長手方向の上記助手席側の端部を通りかつ上記長手方向に平行な基準面よりも上記投写面側に形成されており、かつ、上記長手方向の上記助手席側の端部を除く位置から上記助手席側の端部に向かって、上記基準面からの距離が漸減する形状となっている投写型表示装置。
（２）　（１）記載の投写型表示装置であって、上記位置は、上記運転席側の端部の位置である投写型表示装置。
（３）　（１）記載の投写型表示装置であって、上記位置は、上記運転席側の端部と上記助手席側の端部の間の位置である投写型表示装置。
（４）　（３）記載の投写型表示装置であって、上記カバーの表面の上記距離は、上記位置から上記運転席側の端部までは一定になっている投写型表示装置。
（５）　（１）～（４）のいずれか１つに記載の投写型表示装置であって、上記カバーの表面に付着して上記助手席側の端部に移動した物体が排出される排出部を更に備える投写型表示装置。
（６）　（５）記載の投写型表示装置であって、上記カバーの表面に付着した物体を上記排出部に移動させて上記物体を除去する物体除去部を更に備える投写型表示装置。
　本発明は、自動車に搭載することで自動車の製品価値を高めることができる。
　以上、本発明を特定の実施形態によって説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、開示された発明の技術思想を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
　本出願は、２０１６年９月２１日出願の日本特許出願（特願２０１６－１８４６９７）に基づくものであり、その内容はここに取り込まれる。
１００　ＨＵＤ
１　自動車
２　ウインドシールド
３　筐体
４　ダッシュボード
５　制御ユニット
６　拡散部材
７　凹面鏡
８　開口部
９　カバー
１０　排出部
１０Ａ　孔部
１０Ｂ　傾斜面
１０Ｃ　底面
１１　物体除去部
４０　光源ユニット
４１ｒ　Ｒ光源
４１ｇ　Ｇ光源
４１ｂ　Ｂ光源
４２ｒ、４２ｇ、４２ｂ　コリメータレンズ
４３　ダイクロイックプリズム
４４　光変調素子
４５　駆動部
４６　光源制御部
４７　システム制御部
Ｅ　眼
Ｈ　ハンドル
ＯＢ　物体
Ｘ　方向

Claims (6)

  1. 　光源から出射される光を、入力される画像データに基づいて空間変調する光変調部と、
    　前記光変調部を収容する筐体と、
    　前記筐体に収容され、前記空間変調された光を前記筐体に形成された開口部を通して乗り物の投写面に投写する投写光学系と、
    　前記開口部を塞ぐカバーと、を備え、
    　前記カバーは、前記乗り物の運転席から助手席に向かう方向が長手方向となる形状であり、
    　前記カバーの表面は、前記長手方向の前記助手席側の端部を通りかつ前記長手方向に平行な基準面よりも前記投写面側に形成されており、かつ、前記長手方向の前記助手席側の端部を除く位置から前記助手席側の端部に向かって、前記基準面からの距離が漸減する形状となっている投写型表示装置。
  2. 　請求項１記載の投写型表示装置であって、
    　前記位置は、前記運転席側の端部の位置である投写型表示装置。
  3. 　請求項１記載の投写型表示装置であって、
    　前記位置は、前記運転席側の端部と前記助手席側の端部の間の位置である投写型表示装置。
  4. 　請求項３記載の投写型表示装置であって、
    　前記カバーの表面の前記距離は、前記位置から前記運転席側の端部までは一定になっている投写型表示装置。
  5. 　請求項１～４のいずれか１項記載の投写型表示装置であって、
    　前記カバーの表面に付着して前記助手席側の端部に移動した物体が排出される排出部を更に備える投写型表示装置。
  6. 　請求項５記載の投写型表示装置であって、
    　前記カバーの表面に付着した物体を前記排出部に移動させて前記物体を除去する物体除去部を更に備える投写型表示装置。
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