JP2020148950A - Head-up display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、視線の先に虚像を表示するヘッドアップディスプレイ装置に関するものである。 The present invention relates to a head-up display device that displays a virtual image ahead of the line of sight.
車等に搭載されるヘッドアップディスプレイ(HUD:Head-Up Display)装置において、設置場所に制限があるため、装置を小型化することが求められている。ヘッドアップディスプレイ装置の例として、虚像の視認性を高めるために、中間像形成部として拡散スクリーンと凹レンズとを組み合わせることにより、中間像形成部を透過した画像表示光の主光線の向きと配光角とを制御したものがある(特許文献1参照)。特許文献1のヘッドアップディスプレイ装置では、中間形成部に設けた凹レンズによって中間形成部を透過する主光線の方向を制御することにより、中間形成部と投射鏡との間の距離を短くしても大きな虚像を視認可能にしている。しかしながら、特許文献1の装置では、ユーザーの視点位置の移動を考慮する程度の角度制御を目的としているため、光学系の配置に制限があり装置の小型化が不十分となっている。 Since there are restrictions on the installation location of a head-up display (HUD) device mounted on a vehicle or the like, it is required to reduce the size of the device. As an example of a head-up display device, in order to improve the visibility of a virtual image, by combining a diffusion screen and a concave lens as an intermediate image forming portion, the direction and light distribution of the main ray of the image display light transmitted through the intermediate image forming portion. Some have controlled angles (see Patent Document 1). In the head-up display device of Patent Document 1, even if the distance between the intermediate forming portion and the projection mirror is shortened by controlling the direction of the main light ray passing through the intermediate forming portion by a concave lens provided in the intermediate forming portion. A large virtual image is visible. However, since the device of Patent Document 1 is intended for angle control to the extent that the movement of the viewpoint position of the user is taken into consideration, the arrangement of the optical system is limited and the device is insufficiently miniaturized.
本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、小型であり、複数の距離に虚像を投影可能であるヘッドアップディスプレイ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above background technology, and an object of the present invention is to provide a head-up display device which is small in size and capable of projecting a virtual image at a plurality of distances.
上記課題を解決するため、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、投影する像を表示する描画デバイスと、拡散機能を有し描画デバイスの光射出側に配置される中間スクリーンと、中間スクリーンに形成された中間像を拡大投影する拡大光学系とを備え、描画デバイスと中間スクリーンとの間に描画デバイスから投射された光を中間スクリーンに向けて反射させる折り返しミラーを有し、中間スクリーンは、描画デバイスから投射された光の中間スクリーンへの入射角と、中間スクリーンから出射する光の出射角とが異なる偏向特性を有する。 In order to solve the above problems, the head-up display device according to the present invention is formed on an intermediate screen, a drawing device for displaying a projected image, an intermediate screen having a diffusion function and arranged on the light emitting side of the drawing device. It is equipped with a magnifying optical system that magnifies and projects the intermediate image, and has a folding mirror between the drawing device and the intermediate screen that reflects the light projected from the drawing device toward the intermediate screen, and the intermediate screen draws. The angle of incidence of the light projected from the device on the intermediate screen and the angle of emission of the light emitted from the intermediate screen have different deflection characteristics.
上記ヘッドアップディスプレイ装置によれば、中間スクリーンにおいて、描画デバイスから投射された光の入射角と出射角とが異なる構成とすることで、意図的に中間スクリーンの折り返しミラー側(又は中間スクリーンの反拡大光学系側)、具体的には下方に空間を作ることができる。つまり、中間スクリーンが偏向特性を有することにより、折り返しミラー及び描画デバイス等の位置を運転者側(又はアイボックス側)に飛び出さないようにし、装置を小型化することができる。 According to the above-mentioned head-up display device, in the intermediate screen, the incident angle and the exit angle of the light projected from the drawing device are different, so that the folded mirror side of the intermediate screen (or the anti-intermediate screen) is intentionally used. (Magnifying optical system side), specifically, a space can be created below. That is, since the intermediate screen has a deflection characteristic, the positions of the folding mirror, the drawing device, and the like can be prevented from protruding toward the driver side (or the eye box side), and the device can be miniaturized.
本発明の具体的な側面では、上記ヘッドアップディスプレイ装置は、中間スクリーンにおいて、光が偏向される角度は、0°以上30°以下である。ここで、光が偏向される角度とは、描画デバイスから投射された光の主光線に関して、中間スクリーンへの入射角と、中間スクリーンから出射する光の出射角との差を意味する。偏向角度を上記範囲とすることにより、折り返しミラーが他の部材と干渉することを防ぐことができる。 In a specific aspect of the present invention, in the head-up display device, the angle at which light is deflected on the intermediate screen is 0 ° or more and 30 ° or less. Here, the angle at which the light is deflected means the difference between the angle of incidence on the intermediate screen and the angle of emission of the light emitted from the intermediate screen with respect to the main ray of light projected from the drawing device. By setting the deflection angle within the above range, it is possible to prevent the folded mirror from interfering with other members.
本発明の別の側面では、中間スクリーンにおいて、中間スクリーンから出射する光は、描画デバイスから投射された光に対して描画デバイス側(又はアイボックスから離れる側)に傾斜する。この場合、中間スクリーンの下方に直接的に空間を作ることができる。 In another aspect of the present invention, in the intermediate screen, the light emitted from the intermediate screen is inclined toward the drawing device side (or the side away from the eyebox) with respect to the light projected from the drawing device. In this case, a space can be created directly below the intermediate screen.
本発明のさらに別の側面では、中間スクリーンにおいて、中間スクリーンから出射する光は、描画デバイスから投射された光に対して描画デバイスとは反対側(又はアイボックス側)に傾斜する。この場合、描画デバイスと他の部材との干渉をより低減しつつ中間スクリーンの折り返しミラー側(又は中間スクリーンの反拡大光学系側)、具体的には下方に空間を作ることができる。また、中間スクリーンを描画デバイス側によりシフトさせることができる。 In yet another aspect of the present invention, in the intermediate screen, the light emitted from the intermediate screen is inclined to the opposite side (or eyebox side) of the drawing device with respect to the light projected from the drawing device. In this case, a space can be created on the folded mirror side of the intermediate screen (or the anti-magnifying optical system side of the intermediate screen), specifically below, while further reducing the interference between the drawing device and other members. Further, the intermediate screen can be shifted by the drawing device side.
本発明のさらに別の側面では、描画デバイスは、デジタルミラーデバイスを有する。この場合、明るさを維持しつつ画像を高速で切替えることが容易になる。 In yet another aspect of the invention, the drawing device comprises a digital mirror device. In this case, it becomes easy to switch images at high speed while maintaining brightness.
本発明のさらに別の側面では中間スクリーンは、回転軸を中心に回転するディスク上に設けられている。この場合、中間スクリーンの光軸方向の移動を安定化させることができる。 In yet another aspect of the invention, the intermediate screen is provided on a disk that rotates about a rotation axis. In this case, the movement of the intermediate screen in the optical axis direction can be stabilized.
本発明のさらに別の側面では、拡大光学系は、第1ミラーと第2ミラーとを有する。 In yet another aspect of the invention, the magnifying optics comprises a first mirror and a second mirror.
〔第1実施形態〕
以下、図面を参照しつつ、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置の第1実施形態について説明する。
[First Embodiment]
Hereinafter, the first embodiment of the head-up display device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1(A)及び1(B)を参照して、本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置100は、車体2内に搭載される表示装置であり、描画ユニット10と表示スクリーン20とを備える。ヘッドアップディスプレイ(HUD:Head-Up Display)装置100は、描画ユニット10中の後述する描画デバイス11(図3参照)に表示されている画像情報を、表示スクリーン20を介して運転者(観察者)UNに向けて虚像表示するものである。
With reference to FIGS. 1A and 1B, the head-up
ヘッドアップディスプレイ装置100のうち描画ユニット10は、車体2のダッシュボード4内に埋め込むように設置されており、運転関連情報や危険信号等を含む画像に対応する表示光HKを表示スクリーン20に向けて出射する。表示スクリーン20は、コンバイナーとも呼ばれるハーフミラーであり、半透過性を有する凹面鏡又は平面鏡である。表示スクリーン20は、下端の支持によってダッシュボード4上に立設され、描画ユニット10からの表示光HKを車体2の後方に向けて反射させる。図示の場合、表示スクリーン20は、フロントガラス(ウインドシールド)8とは別体で設置される独立型のものとなっているが、表示スクリーン20はウインドシールドそのものであってもよい。
The
図1(A)及び図2に示すように、ハーフミラーである表示スクリーン20で反射された表示光HKは、運転席6に座った運転者UNの瞳HT及びその周辺位置に対応するアイボックスEBに導かれる。運転者UNは、表示スクリーン20で反射された表示光HK、つまり車体2の前方にある虚像としての表示像IMを観察することができる。一方、運転者UNは、ハーフミラーである表示スクリーン20を透過した外界光、つまり前方景色、自動車等の実像を観察することができる。結果的に、運転者UNは、表示スクリーン20の背後の外界像に重ねて、表示スクリーン20での表示光HKの反射によって形成される運転関連情報や危険信号等を含む表示像(虚像)IMを観察することができる。
As shown in FIGS. 1A and 2, the display light HK reflected by the
図2に示すように、描画ユニット10は、本体光学系13と、本体光学系13を動作させる表示制御部18と、本体光学系13等を収納するハウジング14とを備える。これらのうち本体光学系13と表示スクリーン(コンバイナー)20とを組み合わせたものは、虚像表示光学系30を構成する。なお、図2等において座標軸XYZは、一般的な運転者UNの瞳HT間の位置に対応するアイボックスEBの中心を原点とするが、便宜上原点をシフトさせた状態で表示されている。
As shown in FIG. 2, the
本体光学系13は、中間像TIを形成する中間像形成部12と、折り返しミラー112と、中間像TIの結像位置に近接して光路後段に配置される拡散部16と、拡散部16上に形成された中間像TIからの表示光HKが入射する拡大光学系17とを備える。詳細は後述するが、本体光学系13によって、表示像IMの虚像投影距離が可変となっている。本体光学系13のうち拡大光学系17と、本体光学系13の上方に配置された表示スクリーン20とを組み合わせたものは、拡散部16上の中間像TIを虚像に変換する射出側合成光学系30bを構成する。
The main body
図3に示すように、中間像形成部12は、例えば、描画デバイス11と、描画デバイス11に形成された画像を拡大した中間像TIとして形成する投影光学系15とを備えるプロジェクターユニットである。描画デバイス11は、2次元的な表示面11aを有する表示部である。描画デバイス11の表示面11aに形成された像は、中間像形成部12のうち投影光学系15で拡大されて中間像TIとして拡散部16上に形成され、拡大光学系17等へ導かれる。この際、2次元表示が可能な描画デバイス11を用いることで、中間像TI又は表示像(虚像)IMの切替えを比較的高速とできる。詳細は後述するが、描画デバイス11には、例えばデジタルミラーデバイス(DMD:Digital Mirror Device)を用いることができ、この場合、中間像形成部12は、DLP(Digital Light Processing)(登録商標)となる。描画デバイス11としてDMDを用いると、明るさを維持しつつ画像を高速で切替えること(高速の間欠表示を含む)が容易になり、虚像距離又は投影距離を変化させる表示に有利である。応用例として、描画デバイス11は、虚像を複数距離に同時投影する場合には虚像1距離あたり例えば30fps以上、好ましくは60fps以上のフレームレートで表示させる。これにより、異なる投影距離に複数の表示像(虚像)IMを運転者UNに対して同時に表示されているように見せる際に虚像のちらつきを改善できる。
As shown in FIG. 3, the intermediate
図3は、描画デバイス11の具体的な構成を説明する図である。本実施形態では、描画デバイス11として、デジタルミラーデバイス(DMD)を有するものを例示している。描画デバイス11は、照明光を射出する照明光学系5と、照明光の2次元的な空間変調によって画像を生成する表示デバイス7とを備える。照明光学系5は、照明光を射出する3つの光源4a,4b,4cと、第1ダイクロイックミラー5aと、第2ダイクロイックミラー5bと、コリメーター5d,5e,5fと、リレーレンズ5hと、フライアイ光学系5jと、コンデンサーレンズ5m,5nと、折曲げミラー5pと、TIRプリズム5qと、平板5rとを備える。3つの光源4a,4b,4cは、LED(light emitting diode)その他の発光素子であり、R、G、及びBの3色の照明光La,Lb,Lcをそれぞれ射出する。光源4aは、R光源であり、光源4bは、G光源であり、光源4cは、B光源である。第1ダイクロイックミラー5aは、第2の光源(G光源)4bからのGの照明光Lbと、第3の光源(B光源)4cからのBの照明光Lcとを合成し、第2ダイクロイックミラー5bは、第1の光源(R光源)4aからのRの照明光Laと、第1ダイクロイックミラー5aで合成されたG及びBの照明光Lb,Lcとを合成する。各コリメーター5d,5e,5fは、各光源4a,4b,4cからの照明光La,Lb,Lcを平行光束に近い状態にする。リレーレンズ5hは、照明光Lb,Lc側の光路差を補償する役割を有する。フライアイ光学系5jは、オプティカルインテグレーターとも呼ばれ、各光源4a,4b,4cからの照明光La,Lb,Lcを均一化する。コンデンサーレンズ5m,5nは、フライアイ光学系5jを経た照明光La,Lb,Lcを適度の入射角範囲で表示デバイス7に入射させる。TIRプリズム5qは、全反射の有無を利用して照明光La,Lb,Lcの光路と表示光HKの光路とを分離する。具体的には、TIRプリズム5qを構成する一方のプリズムの斜面5wで照明光を全反射して投影光学系15の光軸AXに対して傾いた方向から照明光を表示デバイス7に導くことができ、表示デバイス7からの光を投影光学系15の光軸AXに沿った正面方向へは透過させて、表示光HKとして投影光学系15に入射させることができる。平板5rは、表示デバイス7のカバーガラスであるが、フィルター機能を持たせることもできる。
FIG. 3 is a diagram illustrating a specific configuration of the
表示デバイス7は、デジタルミラーデバイス(DMD)であり、TIRプリズム5qから入射した照明光をTIRプリズム5q越しに投影光学系15に向けたり投影光学系15から逸らしたりするオン・オフ動作が可能である。表示デバイス7の動作は、順次発光する光源4a,4b,4cと同期しており、R、G、及びBの3色の表示光HKを順次又は同時に形成する。
The display device 7 is a digital mirror device (DMD), and can perform on / off operation such that the illumination light incident from the
投影光学系15は、固定焦点のレンズ系であり、複数のレンズ要素を有する。投影光学系15は、描画デバイス11の表示面11aに形成された画像を中間像TI又は強制中間像TI’として拡散部16上(具体的には、拡散部16の表面に設けた中間スクリーン16mに近接した位置)に適当な倍率で拡大投影する。強制中間像TI’は、中間像TIそのものの他、中間像TIから位置ずれして僅かにピントがぼけたものも含み、広義に中間像TIと呼ぶこともある。
The projection
図2等に示すように、折り返しミラー112は、平面ミラーであり、光学的パワーを有しない。折り返しミラー112は、中間像形成部12と拡散部16との間に設けられており、中間像形成部12から射出した光を拡散部16に向けて反射させる。具体的には、折り返しミラー112は、例えば、車体2前方からの光を上方に反射する。折り返しミラー112を設けることにより、装置の小型化を図ることができる。ただし、折り返しミラー112を単純に設けるだけでは装置の小型化は不十分であり、後述するように拡散部16の中間スクリーン16mに偏向特性を持たせることにより、折り返しミラー112を運転者UN(又はアイボックスEB側)とは反対側の車体2の前方側に配置させることができる。また、本実施形態において、中間像形成部12は、DLPであり、省スペース化の観点で折り返しミラー112は必須となっている。
As shown in FIG. 2 and the like, the folded
拡散部16は、表面に中間スクリーン16mを設けた透過型の拡散部材である。中間スクリーン16mは、拡散特性を有する。中間スクリーン16mは、入射した表示光HKを拡散させることによって結像位置(つまり中間像TIの結像予定位置又はその近傍)において中間像TI又は強制中間像TI’を形成する。中間スクリーン16mは、拡散角を所望の角度に制御することができる。後述するように拡散部16又は中間スクリーン16mを光軸AX方向に移動させることにより、強制中間像TI’の位置も光軸AX方向に移動させることができる。光軸AXとは、描画デバイス11の中心と、アイボックスEBの中心と、ヘッドアップディスプレイ装置100によって作られる描画デバイス11の中心に対応する像点(虚像)とを通るものである。中間スクリーン16mに強制中間像TI’が形成されるため、ここが新たな2次光源となって光が拡散するので、拡大光学系17で拡大投影してもアイボックスEBを広く確保することができる。中間スクリーン16mは、回転体16aに貼り付けられるシートとできるが、回転体16aの表面に形成された微細な凹凸パターンであってもよい。拡散部16又は中間スクリーン16mとしては、例えば拡散板、拡散スクリーン、マイクロレンズアレイ等を用いることができる。また、中間スクリーン16mは、回転体16aの内部に埋め込むように形成されたものであってもよい。なお、拡散部16において、回転体16aの周囲にカバーを設けてもよい。
The
拡散部16は、全体として円板に近い輪郭を有する螺旋状の回転体(回転するディスク)16aを有する。拡散部16は、図1に示す中間像形成部12による投影位置又は結像位置(つまり中間像TIの結像予定位置又はその近傍)に配置され、駆動装置162に駆動されて例えば一定速度で光軸AXに平行な回転軸SXの周りに回転する。
The
図4(A)及び図4(B)に示すように、回転体16aは、中央部16cと外周光学部16pとを有する。なお、図4(A)〜4(C)において、説明の都合上、拡散部16は局所的なxyz直交座標を基準に示している。回転体16aの外周光学部16pに形成された一方の表面16fは、平滑面又は光学面に形成されており、表面16f上には、全域に亘って拡散面となる中間スクリーン16mが設けられている。回転体16aの外周光学部16pに形成された他方の表面16sは、平滑面又は光学面に形成されている。回転体16aは、光透過性を有する螺旋状の部材であり、一対の表面16f,16sは、回転軸SXを螺旋軸とする螺旋面となっている。結果的に、一方の表面16f上に形成された中間スクリーン16mも螺旋面に沿って形成されたものとなっている。回転体16aは、回転軸SX又は光軸AX方向に関してほぼ等しい厚みtを有する。中間スクリーン16mは、螺旋の一周期に対応する範囲に形成されている。つまり、中間スクリーン16mは、螺旋の1ピッチ分の範囲に形成されている。この結果、拡散部16の周に沿った一箇所に段差部16jが形成されている。回転体16aをこのような形状とすることで、回転体16aに設けた中間スクリーン16mの光軸AX方向の位置を連続的に変化させることが可能となり、虚像投影距離を変化させる投影が可能となる。
As shown in FIGS. 4A and 4B, the
回転体16aにおいて、周方向に沿った一箇所は、本体光学系13の光軸AXが通る機能領域FAとなっており、機能領域FAにおける中間スクリーン16mの部分によって中間像TI(より正確には強制中間像TI’)が形成される。この機能領域FAは、回転体16aの回転に伴って回転体16a上において一定速度で移動する。つまり、回転体16aを回転させつつその一部である機能領域FAに表示光(映像光)HKを入射させることで、機能領域FA又は中間像TIの位置が光軸AXに沿って往復移動する(描画デバイス11の表示が動作していなければ、必ずしも表示としての中間像は形成されないが、中間像が形成されるであろう位置も中間像の位置と呼ぶ)。図示の例では、中間スクリーン16mが螺旋の一周期に対応する範囲に形成されているので、回転体16aの1回転で中間スクリーン16mの機能領域FA又は中間像TIは、光軸AX方向に段差に相当する距離だけ1往復することになる。
In the
なお、投影光学系15は、拡散部16の回転体16a又は中間スクリーン16mの位置によってピントぼけが生じないように、機能領域FAの移動範囲以上の所定の焦点深度を有する。
The projection
駆動装置162によって拡散部16を一定速度で回転軸SXの周りに回転させることで、既述のように、回転体16aの中間スクリーン16mが光軸AXと交差する位置(つまり機能領域FA)も光軸AX方向に移動する。つまり、例えば図4(C)に示すように、回転体16aの回転に伴って、中間スクリーン16m上の機能領域FAは、例えば等角度でずれた位置に設定された隣接する機能領域FA’に順次シフトし、光軸AX方向に移動する。このような機能領域FAの光軸AX方向への移動により、中間像TIの位置も光軸AX方向に移動させることができる。拡散部16が回転軸SXの周りに回転して機能領域FAに対応する中間像TIの位置が光軸AX方向に繰り返し周期的に移動し、拡大光学系17によって表示スクリーン20の背後に形成される虚像としての表示像IMと観察者である運転者UNとの距離を長く、又は短くすることができる。このように、投影される表示像IMの位置を前後に変化させるとともに、表示内容をその位置に応じたものとすることで、表示像IMまでの虚像距離又は投影距離を変化させつつ表示像IMを変化させることになり、一連の投影像としての表示像IMを3次元的なものとすることができる。
By rotating the
図5及び図6(A)に示すように、中間スクリーン16mは、描画デバイス11から投射された光の中間スクリーン16mへの入射角と、中間スクリーン16mから出射する光の出射角とが異なる偏向特性を有している。具体的には、中間スクリーン16m又は機能領域FAの短辺方向又は横方向に関して、中間像形成部12の光軸AX上の光に対応する光線ILの中間スクリーン16mへの入射角θ1が、拡大光学系17の光軸AX上の光に対応する光線OLの中間スクリーン16mからの出射角θ2と異なっている。なお、図5において、符号HK1は表示像(虚像)IMの下端に対応する表示光を示し、符号HK2は表示像(虚像)IMの中心に対応する表示光を示し、符号HK3は表示像(虚像)IMの上端に対応する表示光を示す。また、中間スクリーン16mにおいて、光が偏向される角度は、0°以上30°以下となっている。ここで、光が偏向される角度とは、描画デバイス11から投射された光の主光線に関して、中間スクリーン16mへの入射角と、中間スクリーン16mから出射する光の出射角との差を意味する。偏向角度を上記範囲とすることにより、折り返しミラー112が他の部材と干渉することを防ぐことができる。
As shown in FIGS. 5 and 6 (A), in the
本実施形態において、中間スクリーン16mから出射する光は、描画デバイス11から投射された光に対して描画デバイス11側(又はアイボックスEBから離れる側)に傾斜している。これにより、中間スクリーン16mの折り返しミラー112側(又は中間スクリーン16mの反拡大光学系17側)、具体的には下方に直接的に空間SPを作ることができる。
In the present embodiment, the light emitted from the
一方、図6(B)に比較例として示すように、中間スクリーン16mが偏向特性を有さない場合、折り返しミラー112は、運転者UN側(又はアイボックスEB側)により近い方に配置され、装置の小型化が不十分となる。
On the other hand, as shown in FIG. 6B as a comparative example, when the
図2等に示すように、拡大光学系17は、拡散部16の中間スクリーン16mに形成された強制中間像TI’を表示スクリーン20と協働して拡大する拡大光学系であり、運転者UNの前方に虚像としての表示像IMを形成する。拡大光学系17は、第1ミラー17aと第2ミラー17bとで構成される。第1及び第2ミラー17a,17bは、全体として凹形状を有する自由曲面ミラーであり、光学的なパワーを有している。ここで、自由曲面形状は、非球面も含むものである。
As shown in FIG. 2 and the like, the magnifying
ハウジング14は、表示光HKを通過させる開口14aを有し、この開口14aには、フィルム又は薄板状の光透過部材14bを配置することができる。
The
図7は、移動体用表示システム200を説明するブロック図であり、移動体用表示システム200は、その一部としてヘッドアップディスプレイ装置100を含む。このヘッドアップディスプレイ装置100は、図2に示す構造を有するものであり、ここでは説明を省略する。図7に示す移動体用表示システム200は、移動体である自動車等に組み込まれるものである。
FIG. 7 is a block diagram illustrating a
移動体用表示システム200は、ヘッドアップディスプレイ装置100のほかに、環境監視部72と、主制御装置90とを備える。
The
環境監視部72は、前方に近接する自動車、自転車、歩行者等を識別する部分であり、外部用カメラ72aと、外部用画像処理部72bと、外部画像判断部72cとを備える。外部用カメラ72aは、車体2内外の適所に設置されており、運転者UN又はフロントガラス8の前方、側方等の外部画像を撮影する。外部用画像処理部72bは、外部用カメラ72aで撮影した画像に対して明るさ補正等の各種画像処理を行って外部画像判断部72cでの処理を容易にする。外部画像判断部72cは、外部用画像処理部72bを経た外部画像からオブジェクトの抽出又は切り出しを行うことによって自動車、自転車、歩行者等の対象物(例えば図8に示すオブジェクトOB参照)の存否を検出するとともに、外部画像に付随する奥行情報から車体2前方における対象物の空間的な位置を算出する。
The
なお、外部用カメラ72aは、図示を省略しているが、例えば複眼型の3次元カメラである。つまり、外部用カメラ72aは、結像用のレンズと、CMOSその他の撮像素子とを一組とするカメラ素子をマトリックス状に配列したものであり、撮像素子用の駆動回路をそれぞれ有する。外部用カメラ72aを構成する複数のカメラ素子は、例えば奥行方向の異なる位置にピントを合わせるようになっており、或いは相対的な視差を検出できるようになっており、各カメラ素子から得た画像の状態(フォーカス状態、オブジェクトの位置等)を解析することで、画像内の各領域又はオブジェクトまでの距離を判定できる。
Although not shown, the
また、上記のような複眼型の外部用カメラ72aに代えて、2次元カメラと赤外距離センサーとを組み合わせたものを用いても、撮影した画面内の各部(領域又はオブジェクト)に関して奥行方向の距離情報を得ることができる。また、複眼型の外部用カメラ72aに代えて、2つの2次元カメラを分離配置したステレオカメラによって、撮影した画面内の各部(領域又はオブジェクト)に関して奥行方向の距離情報を得ることができる。その他、単一の2次元カメラにおいて、焦点距離を高速で変化させながら撮像を行うことによっても、撮影した画面内の各部(領域又はオブジェクト)に関して奥行方向の距離情報を得ることができる。
Further, even if a combination of a two-dimensional camera and an infrared distance sensor is used instead of the compound-eye type
表示制御部18は、主制御装置90の制御下で虚像表示光学系30を動作させて、表示スクリーン20の背後に虚像距離又は投影距離が変化する3次元的な表示像IMを表示させる。表示制御部18は、主制御装置90を介して環境監視部72から受信した表示形状や表示距離を含む表示情報から、虚像表示光学系30に表示させる表示像IMを生成する。表示像IMは、例えば表示スクリーン20の背後に存在する自動車、自転車、歩行者その他の対象物に対してその奥行き位置方向に関して周辺に位置する表示枠(例えば図8に示表示枠HW参照)のような標識とすることができる。
The
主制御装置90は、ヘッドアップディスプレイ装置100、環境監視部72等の動作を調和させる役割を有し、環境監視部72によって検出した対象物の空間的な位置に対応するように、虚像表示光学系30によって投影される表示枠の空間的な配置を調整する。
The
図8は、具体的な表示状態を説明する斜視図である。観察者である運転者UNの前方は観察視野に相当する検出領域VFとなっている。検出領域VF内、つまり道路及びその周辺に、歩行者等である人のオブジェクトOB1,OB3や、自動車等である移動体のオブジェクトOB2が存在すると考える。この場合、主制御装置90は、ヘッドアップディスプレイ装置100によって3次元的な表示像(虚像)IMを投影させ、各オブジェクトOB1,OB2,OB3に対して関連情報像としての表示枠HW1,HW2,HW3を付加する。この際、運転者UNから各オブジェクトOB1,OB2,OB3までの距離が異なるので、表示枠HW1,HW2,HW3を表示させる表示像IM1,IM2,IM3までの投影距離は、運転者UNから各オブジェクトOB1,OB2,OB3までの距離に相当するものとなっている。なお、表示像IM1,IM2,IM3の投影距離は、離散的であり、オブジェクトOB1,OB2,OB3までの現実の距離に対して正確に一致させることはできない。ただし、表示像IM1,IM2,IM3の投影距離と、オブジェクトOB1,OB2,OB3までの現実の距離との差が大きくなければ、運転者UNの視点が動いても視差が生じにくく、オブジェクトOB1,OB2,OB3と表示枠HW1,HW2,HW3との配置関係をほぼ維持することができる。
FIG. 8 is a perspective view illustrating a specific display state. The front of the driver UN, which is the observer, is a detection area VF corresponding to the observation field of view. It is considered that the objects OB1 and OB3 of a person such as a pedestrian and the object OB2 of a moving object such as an automobile exist in the detection area VF, that is, in the road and its surroundings. In this case, the
以上で説明したヘッドアップディスプレイ装置100によれば、中間スクリーン16mにおいて、描画デバイス11から投射された光の入射角と出射角とが異なる構成とすることで、意図的に中間スクリーン16mの折り返しミラー112側(又は中間スクリーン16mの反拡大光学系17側)、具体的には下方に空間を作ることができる。つまり、中間スクリーン16mが偏向特性を有することにより、折り返しミラー112及び描画デバイス11等の位置を運転者UN側(又はアイボックスEB側)に飛び出さないようにし、装置を小型化することができる。
According to the head-up
〔第2実施形態〕
以下、第2実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置について説明する。なお、第2実施形態のヘッドアップディスプレイ装置は第1実施形態のヘッドアップディスプレイ装置を変形したものであり、特に説明しない事項は第1実施形態と同様である。
[Second Embodiment]
Hereinafter, the head-up display device according to the second embodiment will be described. The head-up display device of the second embodiment is a modification of the head-up display device of the first embodiment, and items not particularly described are the same as those of the first embodiment.
図9及び図10に示すように、中間スクリーン16mは、中間スクリーン16mから出射する光が、描画デバイス11から投射された光に対して描画デバイス11とは反対側(又はアイボックスEB側)に傾斜する偏向特性を有している。これにより、描画デバイス11と他の部材(具体的には、中間スクリーン16mに付帯する装置等)との干渉をより低減しつつ中間スクリーン16mの折り返しミラー112側(又は中間スクリーン16mの反拡大光学系17側)、具体的には下方に空間SPを作ることができる。また、中間スクリーン16mを描画デバイス11側によりシフトさせることができる。
As shown in FIGS. 9 and 10, in the
以上では、具体的な実施形態としてのヘッドアップディスプレイ装置について説明したが、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、上記のものには限られない。例えば、上記実施形態において、ヘッドアップディスプレイ装置100の配置を上下反転させて、フロントガラス8の上部又はサンバイザー位置に表示スクリーン20を配置することもできる。この場合、描画ユニット10の斜め下方前方に表示スクリーン20が配置される。また、上記ヘッドアップディスプレイ装置100において、運転者UNの頭部前方の空間を広く確保できる。上記実施形態では表示スクリーン20を平面又は凹面としたが、対称性をもたない自由曲面であってもよい。
Although the head-up display device as a specific embodiment has been described above, the head-up display device according to the present invention is not limited to the above. For example, in the above embodiment, the arrangement of the head-up
また、上記実施形態において、表示スクリーン20の輪郭は、矩形に限らず、様々な形状とすることができる。
Further, in the above embodiment, the outline of the
また、上記実施形態において、図2等に示す本体光学系13は、単なる例示であり、これら本体光学系13の光学的構成については適宜変更することができる。例えば、拡大光学系17又は投影光学系15の光路中において、光学的なパワーを持たない1つ以上のミラーを配置してもよい。
Further, in the above embodiment, the main body
また、上記実施形態において、拡大光学系17には、2枚のミラーを設けたが、1枚又は3枚以上のミラーを設けてもよい。また、ミラーを省略してもよい。また、ミラーの光学面は対称性がある自由曲面としているが、これに限るものではなく、対称性を持たない自由曲面でもよい。また、ミラーは、凸面又は平面とすることもでき、曲面の場合、球面、非球面等とすることができる。
Further, in the above embodiment, the magnifying
また、上記実施形態において、描画デバイス11として、DMDを用いたが、反射型液晶デバイス(LCOS:Liquid crystal on silicon)、液晶ディスプレイ(LCD:liquid crystal display)、他の種類の表示デバイス、例えば有機ELを用いてもよい。また、描画デバイス11は、反射型の素子の代わりに、MEMSを利用した走査型の映像デバイスを用いてもよい。
Further, in the above embodiment, the DMD is used as the
また、上記実施形態において、表示スクリーン20としてコンバイナーを設けずに、図1(A)に示すフロントガラス(ウインドシールド)8に設けてもよい(図2参照)。具体的には、例えばフロントウインドウを形成するフロントガラス(ウインドシールド)8の運転席正面に設けた矩形の反射領域の内側に表示スクリーン20を貼り付けてもよい。なお、表示スクリーン20は、フロントガラス8内に埋め込むこともできる。
Further, in the above embodiment, the
また、上記実施形態において、投影光学系15は、固定焦点光学系としたが、焦点可変光学系であってもよい。
Further, in the above embodiment, the projection
また、上記実施形態において、中間スクリーン16mの構成は、ヘッドアップディスプレイ装置100の仕様に応じて適宜変更することができる。例えば、中間スクリーン16mの長辺方向にも偏向特性を有する構成としてもよい。また、中間スクリーン16mは、短辺方向や長辺方向に拡散特性を有する構成としてもよい。
Further, in the above embodiment, the configuration of the
また、上記実施形態では、回転体16aを用いて中間スクリーン16mを光軸AXに沿って移動させる構成としたが、中間スクリーン16mを光軸方向の位置が異なる複数部材で構成し、これら複数部材を回転機構その他の機構によって順次入れ替えることで中間スクリーン16mの配置を変化させることもできる。
Further, in the above embodiment, the
以上で説明したヘッドアップディスプレイ装置100は、自動車やその他移動体に搭載される投影装置に限らず、例えばデジタルサイネージ等に組み込むことができるが、これら以外の用途に適用することもできる。
The head-up
2…車体、 7…表示デバイス、 8…フロントガラス、 10…描画ユニット、 11…描画デバイス、 12…中間像形成部、 13…本体光学系、 15…投影光学系、 16…拡散部、 16a…回転体、 16m 中間スクリーン、 17…拡大光学系、 17a…第1ミラー、 17b…第2ミラー、 18…表示制御部、 20…表示スクリーン、 30…虚像表示光学系、 72…環境監視部、 90…主制御装置、 100…ヘッドアップディスプレイ装置、 112…折り返しミラー、 162…駆動装置、 200…移動体用表示システム、 AX…光軸、 EB…アイボックス、 FA…機能領域、 HK,HK1,HK2,HK3…表示光、 HT…瞳、 IMI,M1,IM2,IM3…表示像、 SX…回転軸、 TI…中間像、 UN…運転者 2 ... Body, 7 ... Display device, 8 ... Front glass, 10 ... Drawing unit, 11 ... Drawing device, 12 ... Intermediate image forming part, 13 ... Main body optical system, 15 ... Projection optical system, 16 ... Diffusing part, 16a ... Rotating body, 16m intermediate screen, 17 ... magnifying optical system, 17a ... first mirror, 17b ... second mirror, 18 ... display control unit, 20 ... display screen, 30 ... virtual image display optical system, 72 ... environmental monitoring unit, 90 … Main control device, 100… Head-up display device, 112… Folded mirror, 162… Drive device, 200… Display system for moving objects, AX… Optical axis, EB… Eyebox, FA… Functional area, HK, HK1, HK2 , HK3 ... Display light, HT ... Eye, IMI, M1, IM2, IM3 ... Display image, SX ... Rotation axis, TI ... Intermediate image, UN ... Driver
Claims (7)
前記描画デバイスと前記中間スクリーンとの間に前記描画デバイスから投射された光を前記中間スクリーンに向けて反射させる折り返しミラーを有し、
前記中間スクリーンは、前記描画デバイスから投射された光の前記中間スクリーンへの入射角と、前記中間スクリーンから出射する光の出射角とが異なる偏向特性を有することを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。 A drawing device for displaying an image to be projected, an intermediate screen having a diffusion function and arranged on the light emitting side of the drawing device, and a magnifying optical system for magnifying and projecting an intermediate image formed on the intermediate screen are provided.
A folded mirror is provided between the drawing device and the intermediate screen to reflect the light projected from the drawing device toward the intermediate screen.
The intermediate screen is a head-up display device characterized in that the angle of incidence of light projected from the drawing device on the intermediate screen and the angle of emission of light emitted from the intermediate screen have different deflection characteristics.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP4279981A1 (en) | 2022-04-18 | 2023-11-22 | Yazaki Corporation | Vehicle display device |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57109481A (en) * | 1980-12-26 | 1982-07-07 | Toshiba Corp | Transmission type video projector |
JPS5969578U (en) * | 1982-11-01 | 1984-05-11 | パイオニア株式会社 | projection television |
JPS60173533A (en) * | 1984-02-20 | 1985-09-06 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | Back projection screen |
JP2004020605A (en) * | 2002-06-12 | 2004-01-22 | Denso Corp | Head-up display |
JP2013073229A (en) * | 2011-09-29 | 2013-04-22 | Seiko Epson Corp | Display device, and method of driving the same |
JP2015146011A (en) * | 2014-01-06 | 2015-08-13 | 株式会社Jvcケンウッド | transmission type screen and image display device using the same |
US20160357094A1 (en) * | 2005-11-23 | 2016-12-08 | Fusao Ishii | Optics of projecor |
JP2016224287A (en) * | 2015-05-29 | 2016-12-28 | アルプス電気株式会社 | Display device |
JP2017026675A (en) * | 2015-07-16 | 2017-02-02 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Head-up display |
WO2018199245A1 (en) * | 2017-04-28 | 2018-11-01 | コニカミノルタ株式会社 | Virtual image display device, and display system for moving body |
-
2019
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Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57109481A (en) * | 1980-12-26 | 1982-07-07 | Toshiba Corp | Transmission type video projector |
JPS5969578U (en) * | 1982-11-01 | 1984-05-11 | パイオニア株式会社 | projection television |
JPS60173533A (en) * | 1984-02-20 | 1985-09-06 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | Back projection screen |
JP2004020605A (en) * | 2002-06-12 | 2004-01-22 | Denso Corp | Head-up display |
US20160357094A1 (en) * | 2005-11-23 | 2016-12-08 | Fusao Ishii | Optics of projecor |
JP2013073229A (en) * | 2011-09-29 | 2013-04-22 | Seiko Epson Corp | Display device, and method of driving the same |
JP2015146011A (en) * | 2014-01-06 | 2015-08-13 | 株式会社Jvcケンウッド | transmission type screen and image display device using the same |
JP2016224287A (en) * | 2015-05-29 | 2016-12-28 | アルプス電気株式会社 | Display device |
JP2017026675A (en) * | 2015-07-16 | 2017-02-02 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Head-up display |
WO2018199245A1 (en) * | 2017-04-28 | 2018-11-01 | コニカミノルタ株式会社 | Virtual image display device, and display system for moving body |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP4279981A1 (en) | 2022-04-18 | 2023-11-22 | Yazaki Corporation | Vehicle display device |
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