JP2002542991A - ヘッドアップディスプレイ - Google Patents

ヘッドアップディスプレイ

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JP2002542991A
JP2002542991A JP2000615848A JP2000615848A JP2002542991A JP 2002542991 A JP2002542991 A JP 2002542991A JP 2000615848 A JP2000615848 A JP 2000615848A JP 2000615848 A JP2000615848 A JP 2000615848A JP 2002542991 A JP2002542991 A JP 2002542991A
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reflector
lens
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vehicle
image
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Application number
JP2000615848A
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English (en)
Inventor
ダグラス ダブリュー． アンダーソン
ラッセル イー． モールディン
パトリック エイ． トロッタ
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Raytheon Co
Original Assignee
Raytheon Co
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features

Abstract

(57)【要約】 乗り物の操縦者にヘッドアップディスプレイを提供する本システムは、赤外線エネルギーを収集可能な収集装置と、収集装置に連結されたイメージソースとを含む。イメージソースは、収集された赤外線エネルギーに基づきビジュアルイメージを生成可能である。本システムは、ビジュアルイメージが、乗り物の操縦者に提示される前に通過するレンズ（７０）と、ビジュアルイメージを、乗り物の操縦者に提示する前に反射可能なリフレクターとをさらに含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の属する技術分野） 本発明は、光学システムに関し、より詳細には、特にヘッドアップディスプレ
イに関する。
【０００２】 （発明の背景） 赤外線画像処理システムは、収集された赤外線エネルギーに基づきビジュアル
イメージを生成する。このようなシステムは、赤外線画像処理システムによりビ
ジュアルイメージが生成されるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）を操縦者に
供給することによって、乗り物の操縦者の視認性を向上させることができる。
【０００３】 既成のＨＵＤシステムには、いくつかの欠点がある。まず、多くのシステムに
より表示されるビジュアルイメージは、乗り物の前方において狭い視野を示す。
さらに、既成のＨＵＤシステムは、ネガティブアイボックス（negative eyebox
）を生じ、これは、乗り物内の種々のポイントにおいて、ＨＵＤにおけるビジュ
アルイメージ全体が見えるということがないことを意味する。これらのＨＵＤシ
ステムは、ビジュアルイメージの収差が大きいこと、及び垂直方向のディスパリ
ティ（disparity）が大きいことという欠点も有する場合がある。
【０００４】 （発明の概要） 本発明は、従来のヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）システムに付随する欠
点及び問題の少なくともいくつかを実質的に減少させるかまたは取り除く。いく
つかの実施態様において、本発明は、コンパクト、低コストなＨＵＤシステムで
あって、広い視野（ＦＯＶ）を表示し、かつ、良好な、アイボックス、歪曲、及
び垂直方向のディスパリティ特性を有するＨＵＤシステムを提供する。
【０００５】 本発明の一実施態様において、乗り物の操縦者にヘッドアップディスプレイを
提供するシステムは、赤外線エネルギーを収集するように作動可能な収集装置と
、収集装置に連結されたイメージソースとを含む。イメージソースは、収集され
る赤外線エネルギーに基づきビジュアルイメージを生成するように作動可能であ
る。本システムは、乗り物の操縦者に提示される前にビジュアルイメージが通過
するレンズ、及び、乗り物の操縦者に提示される前にビジュアルイメージを反射
するように作動可能なリフレクターも含む。
【０００６】 別の実施態様において、乗り物の操縦者にヘッドアップディスプレイを提供す
るシステムは、赤外線エネルギーを収集するように作動可能な収集装置と、収集
装置に連結されたイメージソースとを含む。イメージソースは、収集される赤外
線エネルギーに基づきビジュアルイメージを生成するように作動可能である。本
システムは、ビジュアルイメージが第１回目及び第２回目の通過をするビームス
プリッターを含む。本システムは、さらに、ビジュアルイメージを、ビームスプ
リッターへ第１回目に通過した後反射するように作動可能な第１のリフレクター
と、ビジュアルイメージを、ビームスプリッターへ第２回目に通過した後反射す
るように作動可能な第２のリフレクターとを含む。
【０００７】 本発明は、いくつかの重要な技術的特徴及び利点を有する。まず、レンズを光
路に配置することによって、乗り物のフロントガラスがリフレクターとして機能
する場合でさえ、簡易な反射エレメントシステムと比較して、ビジュアルイメー
ジについての歪曲及び他の光学収差を低減させることができる。収差が低減する
ことにより、操縦者のビジュアルイメージ認識力が向上する。さらに、収差が低
減することにより、本システムは、１２度を超える、乗り物の前方における視野
を表示可能である。より広い視野を表示することは、曲がった道路を通り抜ける
操縦者にとって、及び、道路の側方の物体を見る必要がある操縦者、特に、乗り
物で小道に入る場合がある操縦者にとって、有利である。さらに、本システムは
、操縦者が頭を動かしてビジュアルイメージ全体を見ることができるポジティブ
アイボックス（positive eyebox）と、操縦者の目の緊張が低減される、低減さ
れた垂直方向のディスパリティとを提供することができる。また、レンズの屈折
性によって、光学システムを、簡易な反射エレメントシステムよりさらにコンパ
クトにすることができ、これにより、より小さいイメージソースを利用できるの
で、システムのコストが低減する。さらに、特定の実施態様において、イメージ
ソース及びレンズは、乗り物のダッシュボード内に取付可能であり、人間工学的
考慮かつ見た目についての考慮がされる。
【０００８】 他の実施態様において、ＨＵＤシステムには、追加のリフレクターを備えるこ
とができる。追加のリフレクターは、歪曲についてさらに補正が行われるような
格別の自由度を導入する。このようなシステムは、イメージソース及びレンズと
ともに、追加のリフレクターをダッシュボード内に取り付けることができる程度
になおコンパクトである。
【０００９】 追加のリフレクターを使用するさらに他の実施態様において、レンズをビーム
スプリッターに交換することができる。ビームスプリッターを使用することによ
って、リフレクターと追加のリフレクターとの間において、追加のリフレクター
を光軸と実質的に対称に揃えて並べることができ、これにより、従来の簡易な反
射エレメントシステム以上に、光学的パフォーマンスが改善される。しかしなが
ら、その上に、本システムは、最小限の数の光学エレメントしか使用せずにすみ
、かつ、乗り物のダッシュボード内に取り付ける程度にコンパクトにすることが
できる。さらに、これらの実施態様により、容易に、イメージソースにおいて多
色光を利用することができる。
【００１０】 他の技術的利点及び特徴は、以下の図面、詳細な説明、及び特許請求の範囲か
ら当業者に容易に理解してもらえるだろう。
【００１１】 （好ましい実施の形態） 本発明のより完全な理解のために、かつ、さらなる特徴及び利点について、添
付の図面と関連して行った以下の説明を参照する。なお、同じ参照番号は、同様
の部分に対応している。
【００１２】 図１は、乗り物２０の操縦者３０にヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）６３
を提供するシステム１０の平面図である。システム１０は、乗り物２０のダッシ
ュボード２２内に配置されたイメージソース６０を含む。イメージソース６０は
、後述する、選択される光学エレメントに到達した後ＨＵＤ６３となるビジュア
ルイメージを生成する。ビジュアルイメージを生成するために、イメージソース
６０は、収集装置５０から、乗り物２０の前方における遠赤外線エネルギーに相
当する電気信号を受け取る。イメージソース６０は、通信用リンク５４により収
集装置５０に連結している。収集装置５０は、矢印５２により示した収集装置５
０の視野（ＦＯＶ）内にある、乗り物２０の前方において放射された遠赤外線エ
ネルギーを収集する。いくつかの実施形態において、収集装置５０は、例えば７
．５から１３．５ミクロンの長波赤外線（ＬＷＩＲ）バンドの赤外線エネルギー
を収集する。
【００１３】 作動時に、収集装置５０は、ＦＯＶ５２内の物体により放射される赤外線エネ
ルギーを収集する。収集装置５０は、次に、通信リンク５４を利用して、収集さ
れた赤外線エネルギーに相当する電気信号をイメージソースに伝達する。イメー
ジソース６０は、収集された赤外線エネルギーに相当する信号をビジュアルイメ
ージへと処理する。イメージソース６０は、次に、ビジュアルイメージを生成し
、このビジュアルイメージは、選択される光学エレメントに到達した後ＨＵＤ６
３になる。
【００１４】 操縦者３０は、両目がアイボックス３２内にある場合、ＨＵＤ６３においてビ
ジュアルイメージ全体を見ることができる。アイボックス３２の二次元表示が、
図１に示されているが、アイボックス３２は、一般に、操縦者３０が、頭を動か
してもなおＨＵＤ６３においてビジュアルイメージ全体を見ることができる３次
元的広がりを持つ。操縦者３０が、頭をアイボックス３２の外側に動かすと、た
とえあるとしてもＨＵＤ６３におけるビジュアルイメージの一部分しか見えない
ままとなってしまう。
【００１５】 収集装置５０のＦＯＶ５２を広げることにより、システム１０は、ＨＵＤ６３
において、操縦者３０に対し、乗り物２０の前方におけるより広い領域を表示可
能となる。乗り物２０の前方におけるより広い領域を表示することにより、操縦
者３０は、乗り物２０がカーブして行く際に、道路がより広範囲に見え、かつ、
道路の側部における物体を見ることができる。後述のように、いくつかの光学エ
レメントにより、システム１０は、ＨＵＤ６３において、乗り物２０の前方にお
けるより広い領域を表示できる。
【００１６】 図２は、乗り物２０の操縦者３０にＨＵＤ６３を提供するための、システム１
０の側面図である。図１におけるように、システム１は、通信リンク５４により
ダッシュボード２２内のイメージソース６０に連結された収集装置５０を含む。
システム１０は、光路３６内に１つ以上の光学エレメント６９も含む。光路３６
は、イメージソース６０から操縦者３０の両目に伝搬する光線６４により画定さ
れる。図示したように、各光線６４は、ビジュアルイメージの中央ポイントを示
すが、実際には、ビジュアルイメージの各ポイントに対して多数の光線６４が存
在する。光路３６は、各光学エレメント６９に到達すると方向が変化する場合が
あることに留意されたい。光学エレメント６９は、レンズ、ビームコンバイナー
、ビームスプリッター、または、他の、種々のタイプの光操作または処理装置を
含み得る。
【００１７】 作動時に、イメージソース６０は、通信リンク５４を用いて、収集装置５０に
より収集された赤外線エネルギーに相当する電気信号を受け取る。次に、イメー
ジソース６０は、ビジュアルイメージを生成するが、ビジュアルイメージは、光
線６４として乗り物２０の中を伝搬する。光線６４は、ＨＵＤ６３として操縦者
３０に対して提示される前に光学エレメント６９に到達する。光線６４は、操縦
者３０がＨＵＤ６３においてビジュアルイメージを見ることができるように、Ｈ
ＵＤ６３から操縦者３０の両目に伝搬することに留意されたい。システム１０は
、ＨＵＤ６３が通常の運転視覚を妨げないような操縦者３０の視線（ＬＯＳ）の
下方に、例えば５から１５度で、ＨＵＤ６３を表示する。再度、ＨＵＤ６３にお
けるビジュアルイメージ全体は、アイボックス３２内のどこにおいても操縦者３
０に見える。詳細な実施形態において、ＨＵＤ６３におけるビジュアルイメージ
は、操縦者３０から約３メートル離れた像を伴う仮想イメージである。
【００１８】 図３は、乗り物２０のダッシュボード２２内に配置されたレンズ７０及びイメ
ージソース６０を伴ったシステム１０の実施形態を図示している。この実施形態
において、システム１０は、リフレクター８０も含む。レンズ７０は、リフレク
ター８０とイメージソース６０との間において実質的に光軸３４と揃って並んだ
ローカルメカニカル軸７２を有する。光軸３４は、操縦者３０とイメージソース
６０との間における光路３６の中心として画定される。光路３６は、光線６４が
選択される光学エレメントに到達すると、方向を変えることに留意されたい。イ
メージソース６０のローカルメカニカル軸６２は、リフレクター８０とイメージ
ソース６０との間において、実質的に光軸３４と揃って並んでいる。詳細な実施
形態において、リフレクター８０は、乗り物２０のフロントガラス２４であり、
レンズ７０は、フレネルレンズのようなコリメーティングレンズである。
【００１９】 作動時に、イメージソース６０は、収集装置５０により収集された赤外線エネ
ルギーに基づきビジュアルイメージを生成する。ビジュアルイメージは、光線６
４として乗り物２０の中を伝搬する。光線６４は、まず、レンズ７０に到達し、
通過すると、レンズ７０により光線６４が屈折する。光線６４は、次に、リフレ
クター８０に到達し、リフレクター８０により反射されて、ＨＵＤ６３が生成さ
れる。光線６４は、リフレクター８０により反射された後、乗り物２０の内部を
通り操縦者３０へ伝搬する。
【００２０】 図示したように、各光線６４は、イメージソース６０により生成されるビジュ
アルイメージと同じポイントを示す。従って、操縦者３０は、ポイント６６、６
７、６８のようなアイボックス３２内におけるいくつかのポイントにおいて、ビ
ジュアルイメージの同じポイントを見ることができる。操縦者３０が、両目で同
時にビジュアルイメージの同じポイントを見ることができるように、かつ、頭を
三次元的に動かしてもビジュアルイメージの同じポイントをなお見ることができ
るように、ポイント６６、６７、６８のような多数のポイントが、アイボックス
３２内にある。さらに、イメージソース６０により生成されるビジュアルイメー
ジのあらゆるポイントに対する光線６４のような多数の光線がある。従って、操
縦者３０は、アイボックス３２内の多数のポイントにおいて、ＨＵＤ６３におけ
るビジュアルイメージ全体が見える。
【００２１】 リフレクター８０は、銀が裏打ちされたガラス片、研磨加工された金属、ガラ
ス、プラスチック、コーティングまたは非コーティングのフロントガラス２４、
ビームコンバイナー、または、反射特性を有する種々の他の材料とすることがで
きる。リフレクター８０がフロントガラス２４である本実施形態において、フロ
ントガラス２４は、光線６４を反射しかつ屈折させることができる。従って、リ
フレクター８０としてフロントガラス２４を使用しないことによって、フロント
ガラス２４の内面及び外面からビジュアルイメージが反射する結果として、フロ
ントガラス２４により生成される場合があるビジュアルイメージのゴースト像を
全て排除することができる。
【００２２】 イメージソース６０は、ビジュアルイメージを生成可能な、液晶ディスプレイ
、ブラウン管（ＣＲＴ）、または種々の他の電子ディスプレイデバイスとするこ
とができる。詳細な実施形態において、イメージソース６０は、多色光により発
生し得る色収差を低減して、ビジュアルイメージを生成するために、単色光を用
いることができる。別の詳細な実施形態において、システム１０用に疑似単色光
を生成するように、イメージソース６０からの多色光をフィルターにかけること
ができる。
【００２３】 リフレクター８０がフロントガラス２４の場合であっても、リフレクター８０
とイメージソース６０との間において、レンズ７０を光軸３４上に実質的に対称
に揃えて並べることができることにより、簡易な反射エレメントシステム上にお
ける歪曲をかなり低減させることができる。さらに、レンズ７０を光軸３４上に
実質的に対称に揃えて並ばせることにより、収差が概ね対称的となり、かつ、他
の光学収差が低減される。レンズ７０が与える収差が低減することにより、シス
テム１０のＨＵＤ６３は、簡易な反射エレメントシステムにおけるよりも、ＨＵ
Ｄ６３における乗り物２０の前方のＦＯＶ５２をより広く表示することができる
。システム１０は、さらに、垂直方向のディスパリティが少なく、５ミリラジア
ン未満の場合が多い。垂直方向のディスパリティは、光線６４が、操縦者３０の
各目に入射する際に、同じ仰角でない場合に生じる。フロントガラス２４が非対
称であることが、垂直方向のディスパリティの主な原因である。操縦者３０の各
目は、他方の目とは異なる方向を見ることにより垂直方向のディスパリティに対
して補償を行うことから、垂直方向のディスパリティが減少することにより、操
縦者３０の目の緊張が低減する。さらに、レンズ７０の屈折性により、システム
１０が、比較的小さいイメージソース６０を利用できるので、コストが削減され
る。さらに、レンズ７０は、イメージソース６０を伴いダッシュボード２２内に
配置可能であって、特に、フロントガラス２４がリフレクター８０として機能す
る場合には、人間工学的でかつ見た目のよい設計が提供される。
【００２４】 いくつかの実施形態において、レンズ７０は、フレネルレンズである。フレネ
ルレンズは、従来のコリメーティングレンズと同様のパフォーマンス特性を有す
るが、低体積、従って軽量である。フレネルレンズは、パフォーマンス特性が、
従来のコリメーティングレンズに近いが、その一方で、コリメーティングレンズ
の内部材料の大部分を除去することと、同時に外側の湾曲をコリメーティングレ
ンズの別々の部分に適合させることにより、体積が小さくなっている。従って、
ダッシュボード２２のコンパクトな環境においてフレネルレンズを利用すること
は、従来のコリメーティングレンズに対してシステム１０を据え付けかつ構成可
能であることにおいて大きな改善となる。フレネルレンズは、光が通過可能な、
ガラス、プラスチック、アクリル、または他の種々の材料から形成することがで
きる。フレネルレンズが、プラスチックからなる場合、射出成形加工において形
成することができる。
【００２５】 図４は、乗り物２０内に配置された追加のリフレクター８４を伴ったシステム
１０の実施形態を示す。リフレクター８４は、銀で裏打ちされたガラス片、研磨
加工された金属、ガラス、プラスチック、ビームコンバイナー、または他の、反
射特性を有する種々の材料のものとすることができる。本実施形態において、レ
ンズ７０は、標準レンズの２分の１だけであり、他方の２分の１は、点線７１に
より示されている。レンズ７０のローカルメカニカル軸７２は、リフレクター８
４とレンズ７０との間において、光軸３４と必ずしも揃って並んでいなくてもよ
く、かつ、リフレクター８４のローカルメカニカル軸８６は、リフレクター８０
とリフレクター８４との間において、光軸３４と必ずしも揃って並んでいなくて
もよい。ローカルメカニカル軸８６とローカルメカニカル軸７２とは、揃って並
んでいてもいなくてもよいことに留意されたい。詳細な実施形態において、リフ
レクター８４は、湾曲したミラーであり、リフレクター８０は、乗り物２０のフ
ロントガラス２４であり、レンズ７０は、フレネルレンズである。
【００２６】 作動時に、イメージソース６０が、ビジュアルイメージを生成し、ビジュアル
イメージは、イメージソース６０から光線６４として伝搬し、まずレンズ７０に
到達する。レンズ７０は、光線６４を屈折させ、光線６４は、次にリフレクター
８４に到達する。リフレクター８４は、光線６４を反射し、次に、リフレクター
８０に到達する。リフレクター８０も、光線６４を反射し、ＨＵＤ６３を生成す
る。光線６４は、リフレクター８０から、乗り物２０内を通り操縦者３０の両目
へ伝搬する。
【００２７】 レンズ７０及びリフレクター８４は、光軸３４と実質的に揃って並んでいない
場合があるが、リフレクター８４を光路３６内に配置することにより、格別の自
由度がシステム１０にもたらされ、これにより、フロントガラス２４によりもた
らされる歪曲及び他の光学収差をさらに補正できるようになる。
【００２８】 図５は、乗り物２０のダッシュボード２２上に装着されたレンズ７０を伴った
システム１０の実施形態を示す。本実施形態において、レンズ７０は、操縦者３
０とリフレクター８０との間において、光軸３４上に配置される。詳細な実施形
態において、リフレクター８０は、ダッシュボード２２上に装着された平面ミラ
ーであり、レンズ７０は、フレネルレンズであり、レンズ７０のローカルメカニ
カル軸７２は、操縦者３０とリフレクター８０との間において、光軸３４と実質
的に揃って並んでいる。リフレクター８０のローカルメカニカル軸８２は、操縦
者３０とリフレクター８０との間において揃って並んでいないことに留意された
い。
【００２９】 作動時に、イメージソース６０は、収集装置５０により収集される赤外線エネ
ルギーに基づきビジュアルイメージを生成する。ビジュアルイメージがイメージ
ソース６０から光線６４として伝搬した後、リフレクター８０は、光線６４を反
射し、次に、レンズ７０が、光線６４を屈折させて、ＨＵＤ６３を生成する。レ
ンズ７０から、光線６４が、乗り物２０内を通り、操縦者３０の両目へ伝搬する
。
【００３０】 本実施形態は、リフレクター８０がフロントガラス２４でない場合、ディスプ
レイの明るさを高め、かつ、ＨＵＤ６３におけるビジュアルイメージの収差をか
なり低減させる。さらに、リフレクター８０としてフロントガラス２４を使用し
ないことによって、または、フロントガラス２４に非透過性反射コーティングを
行うことによって、フロントガラス２４の内面及び外面からビジュアルイメージ
が反射することによりフロントガラス２４が生成する場合があるビジュアルイメ
ージのゴースト像を除去できる。
【００３１】 いくつかの実施形態において、レンズ７０及びリフレクター８０は、ダッシュ
ボード２２上に独立して装着することができる。他の実施形態において、レンズ
７０及びリフレクター８０は、ダッシュボード２２上に装着された一体型ユニッ
トの一部分とすることができる。詳細な実施形態において、レンズ７０及びリフ
レクター８０は、使用しない場合には、ダッシュボード２２内外に折りたたむこ
とができ、これにより、フロントガラス２４を通した操縦者３０の視野について
の種々の障害が減少する。
【００３２】 図６は、乗り物２０のダッシュボード２２上に装着されたレンズ７０及びイメ
ージソース６０を伴ったシステム１０の実施形態を示す。本実施形態において、
レンズ７０のローカルメカニカル軸７２は、操縦者３０とイメージソース６０と
の間において光軸３４と実質的に揃って並んでいる。すでに述べたように、レン
ズ７０は、ＨＵＤ６３が、フロントガラス２４を通過する操縦者３０の視線のす
ぐ下にくるように、装着されている。詳細な実施形態において、レンズ７０は、
フレネルレンズである。
【００３３】 作動時に、イメージソース６０は、収集装置５０により収集される赤外線エネ
ルギーに基づきビジュアルイメージを生成する。ビジュアルイメージが、イメー
ジソース６０から光線６４として伝搬した後、レンズ７０は、光線６４を屈折さ
せ、ＨＵＤ６３を生成する。レンズ７０から、光線６４は、乗り物２０内を通り
、操縦者３０の両目へ伝搬する。本実施形態により、ディスプレイの明るさが高
まり、かつ、ＨＵＤ６３におけるビジュアルイメージの収差が大幅に低減される
。
【００３４】 いくつかの実施形態において、レンズ７０及びイメージソース６０は、ダッシ
ュボード２２上に独立して装着可能である。他の実施形態において、レンズ７０
及びイメージソース６０は、ダッシュボード２２上に装着される一体型ユニット
の一部分とすることができる。詳細な実施形態において、レンズ７０及びイメー
ジソース６０は、使用しない場合には、ダッシュボード２２内外に折りたたむこ
とができ、これにより、フロントガラス２４を通した操縦者３０の視野について
の種々の障害が減少する。
【００３５】 図７は、乗り物２０のダッシュボード２２内に配置されたビームスプリッター
９０及びリフレクター８４を伴ったシステム１０の実施形態を示す。ビームスプ
リッター９０は、光線におけるエネルギーの一部分を通過させ、かつ、エネルギ
ーの他の部分は反射することができる。ビームスプリッター９０が通過させるこ
とができる光線におけるエネルギー量と、ビームスプリッター９０が反射する光
線におけるエネルギー量との間の割合は、調節可能である。ビームスプリッター
９０を光路３６内へ導入することによって、リフレクター８０とリフレクター８
４との間において、リフレクター８４のローカルメカニカル軸８６を光軸３４に
実質的に揃えて並ばせることができる。
【００３６】 作動時に、イメージソース６０は、収集装置５０により収集される赤外線エネ
ルギーに基づきビジュアルイメージを生成する。ビジュアルイメージは、イメー
ジソース６０から光線６４として伝搬し、ビームスプリッター９０へ１回目に到
達し、ビームスプリッター９０は、ビームスプリッター９０へ各光線６４のエネ
ルギーの一部分を通過させることができ、かつ、各光線６４のエネルギーの他部
分を反射する。ビームスプリッター９０が第１の到達において通過させることが
できる各光線６４の部分は、図示されていない。ビームスプリッター９０により
反射する各光線６４の部分は、次に、リフレクター８４に到達し、リフレクター
８４は、光線６４を反射する。光線６４は、次に、ビームスプリッター９０に２
回目に到達し、ビームスプリッター９０は、再度、各光線６４のエネルギーの一
部分を反射し、かつ、各光線６４のエネルギーの一部分を通過させることができ
る。ビームスプリッター９０が２回目の到達の際に反射する各光線６４の部分は
、図示されていない。ビームスプリッター９０との２回目の到達時にビームスプ
リッター９０を通過する各光線６４部分は、次に、リフレクター８０に到達し、
リフレクター８０は、各光線６４部分を反射し、ＨＵＤ６３を生成する。光線６
４は、リフレクター８０から、乗り物２０内を通り操縦者３０の両目へ伝搬する
。
【００３７】 ビームスプリッター９０によって、リフレクター８０と到達する光線６４は、
イメージソース６０において獲得されるエネルギーの一部分のみしか有していな
い。詳細な実施形態において、ビームスプリッター９０は、光線におけるエネル
ギーの約２分の１のみを通過させることができ、他のエネルギーは反射する。従
って、リフレクター８０に到達する光線６４は、イメージソース６０において獲
得したエネルギーの約４分の１しか有していない場合がある。詳細な実施形態に
おいて、リフレクター８０は、乗り物２０のフロントガラス２４であり、リフレ
クター８４は、湾曲したミラーである。他の実施形態において、リフレクター８
０は、平面ミラーである。
【００３８】 リフレクター８０とリフレクター８４との間において、光軸３４と実質的に対
称に揃えてリフレクター８４を並べることによって、システム１０の本実施形態
では、光路３６において最小限の数の光学エレメント６９が利用されると同時に
、簡易な反射エレメントシステムに対する光学特性が改善される。さらに、色収
差の懸念はない。
【００３９】 説明してきた全実施形態について、光学エレメントは、ダッシュボード２２内
に配置されるかその上に装着されるかに拘わらず、標準的な光学装着ブラケット
によりダッシュボード２２に装着可能である。ダッシュボード２２内に配置され
る光学エレメントについて、光学装着ブラケットは、イメージソース６０ととも
に、ダッシュボード２２内に配置される光学エレメント全てを収容可能な光学ボ
ックス内に装着可能である。操縦者３０は、それぞれ、光学ボックスを仰角及び
／または方位角に調節することにより、垂直方向及び／または水平方向にＨＵＤ
６３を変動させることができる。
【００４０】 システム１０は、乗り物２０として車を用いて図示した。しかしながら、シス
テム１０は、トラック、列車、航空機、戦車、及び船など他の乗り物においても
有用である。従って、乗り物２０は、操縦者３０がいるモーターを備えた種々の
輸送装置とすることができる。さらに、システム１０は、乗り物２０の、速度、
状態、進行方向、及び／または位置などの、他の情報をＨＵＤ６３内に含み得る
。
【００４１】 本発明は、いくつかの実施形態により説明してきたが、多様な変更、変形、代
案、変換、及び改良が、当業者に示唆される可能性があり、かつ、本発明は、添
付の請求項の範囲内である場合には、このような変更、変形、代案、変換、及び
改良を含むものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 乗り物の操縦者にヘッドアップディスプレイを提供するシステムの平面図であ
る。
【図２】 乗り物の操縦者にヘッドアップディスプレイを提供するシステムの側面図であ
る。
【図３】 レンズ及びイメージソースが、乗り物のダッシュボード内に配置された本シス
テムの実施形態を図示する。
【図４】 追加のリフレクターが乗り物のダッシュボード内に配置された本システムの実
施形態を図示する。
【図５】 レンズが乗り物のダッシュボード上に装着された本システムの実施形態を図示
する。
【図６】 レンズ及びイメージソースが乗り物のダッシュボード上に装着された本システ
ムの実施形態を図示する。
【図７】 ビームスプリッター及び追加のリフレクターが乗り物のダッシュボード内に配
置された本システムの実施形態を図示する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ， ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ， ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，Ｋ Ｐ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ， ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，Ｓ Ｇ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 トロッタ パトリック エイ． アメリカ合衆国 85737 アリゾナ オロ ウ バレー ノース マシー レーン 10071 Ｆターム(参考） 3D044 BA21 BA27 BB01 BC25 BC27 BD13 5G435 AA01 BB12 BB19 GG09 LL17

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 乗り物の操縦者に３次元アイボックスヘッドアップディスプ
    レイを提供するシステムであって、 赤外線エネルギーを収集する収集装置と、 前記収集装置に連結され、前記収集された赤外線エネルギーに基づきビジュア
    ルイメージを形成する光線を生成するイメージソースと、 乗り物の操縦者に前記イメージソースから提示用の光線を伝搬する屈折レンズ
    であり、乗り物の操縦者と前記イメージソースとの間における光路と実質的に揃
    って並んだメカニカル軸を有する該屈折レンズと、 乗り物の操縦者に提示用の前記ビジュアルイメージを反射するリフレクターと
    を含む、乗り物の操縦者に３次元アイボックスヘッドアップディスプレイを提供
    するシステム。
  2. 【請求項２】 前記レンズのメカニカル軸は、前記リフレクターと前記イメ
    ージソースとの間において、光軸と実質的に揃って並ぶ請求項１に記載のシステ
    ム。
  3. 【請求項３】 前記リフレクターは、乗り物のフロントガラスを含む請求項
    ２に記載のシステム。
  4. 【請求項４】 前記レンズのメカニカル軸は、操縦者と前記リフレクターと
    の間において光軸と実質的に揃っており、かつ、 前記リフレクターは、ミラーを含む 請求項１に記載のシステム。
  5. 【請求項５】 前記ビジュアルイメージを形成する光線を、前記レンズを通
    過後に前記リフレクターに方向付ける追加のリフレクターをさらに含む請求項１
    に記載のシステム。
  6. 【請求項６】 前記レンズは、フレネルレンズを含む請求項１に記載のシス
    テム。
  7. 【請求項７】 前記イメージソースは、液晶ディスプレイを含む請求項１に
    記載のシステム。
  8. 【請求項８】 前記収集装置は、１２度を超える、乗り物の前方の視野にお
    ける赤外線エネルギーに反応する請求項１に記載のシステム。
  9. 【請求項９】 乗り物の操縦者にアイボックスヘッドアップディスプレイを
    提供する方法であって、 乗り物の前方の視野における赤外線エネルギーを収集し、 イメージソースを用いて、前記収集された赤外線エネルギーに基づきビジュア
    ルイメージを形成する光線を生成し、 乗り物の操縦者と前記イメージソースとの間における光路と屈折レンズのメカ
    ニカル軸とを実質的に揃えて並べ、 乗り物の操縦者に、前記レンズを通して提示用の前記ビジュアルイメージを伝
    搬し、 乗り物の操縦者に、提示用の前記ビジュアルイメージを反射する ことを含む、乗り物の操縦者にアイボックスヘッドアップディスプレイを提供す
    る方法。
  10. 【請求項１０】 前記レンズのメカニカル軸を、リフレクターと前記イメー
    ジソースとの間において、光軸上に実質的に対称に揃えて並べることをさらに含
    む請求項９に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記リフレクターは、乗り物のフロントガラスを含み、さ
    らに、 リフレクターと前記イメージソースとの間において、光軸上に実質的に対称に
    前記レンズのメカニカル軸を揃えて並べ、かつ、 前記イメージソースと前記レンズとを乗り物のダッシュボード内に配置する ことを含む請求項９に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 操縦者とリフレクターとの間において、光軸上に前記レン
    ズのメカニカル軸を配置することをさらに含む請求項９に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記ビジュアルイメージを形成する光線を前記レンズ通過
    後に反射することをさらに含む請求項９に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記３次元アイボックスヘッドアップディスプレイは、１
    ２度を超える、乗り物の前方における視野を表す請求項９に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 乗り物の操縦者に３次元アイボックスヘッドアップディス
    プレイを提供するシステムであって、 赤外線エネルギーを収集する収集装置と、 前記収集装置に連結されかつ乗り物のダッシュボード上に装着され、前記収集
    された赤外線エネルギーに基づきビジュアルイメージを形成する光線を生成する
    イメージソースと、 前記乗り物のダッシュボード上に装着された屈折レンズであって、前記イメー
    ジソースから、前記乗り物の操縦者に提示用の光線を伝搬し、前記乗り物の操縦
    者と前記イメージソースとの間における光路と実質的に揃って並んだメカニカル
    軸を有する前記屈折レンズと を含む、乗り物の操縦者に３次元アイボックスヘッドアップディスプレイを提供
    するシステム。
  16. 【請求項１６】 前記レンズのメカニカル軸は、操縦者と前記イメージソー
    スとの間において、光軸上に実質的に対称に並ぶ請求項１５に記載のシステム。
  17. 【請求項１７】 前記イメージソース及び前記レンズは、使用しない時には
    操縦者の視野の障害を減少させるように構成される請求項１５に記載のシステム
    。
  18. 【請求項１８】 前記レンズは、フレネルレンズを含む請求項１５に記載の
    システム。
  19. 【請求項１９】 前記イメージソースは、液晶ディスプレイを含む請求項１
    ５に記載のシステム。
  20. 【請求項２０】 乗り物の操縦者に３次元アイボックスヘッドアップディス
    プレイを提供するシステムであって、 赤外線エネルギーを収集する収集装置と、 前記収集装置に連結され、前記収集された赤外線エネルギーに基づきビジュア
    ルイメージを形成する光線を生成するイメージソースと、 前記ビジュアルイメージを形成する光線を第１回目に反射し、かつ、前記光線
    を第２回目に伝搬するビームスプリッターと、 前記ビジュアルイメージを形成する光線を、前記ビームスプリッターから第１
    回目に反射した後反射する第１のリフレクターと、 前記ビジュアルイメージを形成する光線を、前記ビームスプリッターから第２
    回目に伝搬した後反射する第２のリフレクターと を備え、 前記第１のリフレクターのメカニカル軸は、前記第１のリフレクターと前記第
    ２のリフレクターとの間において、光軸と実質的に揃って並んだ、乗り物の操縦
    者に３次元アイボックスヘッドアップディスプレイを提供するシステム。
  21. 【請求項２１】 前記イメージソース、前記ビームスプリッター、及び前記
    第１のリフレクターは、乗り物のダッシュボード内に配置される請求項２０に記
    載のシステム。
  22. 【請求項２２】 前記システムは、１２度を超える、乗り物の前方における
    視野を表示する請求項２０に記載のシステム。
  23. 【請求項２３】 前記イメージソースは、液晶ディスプレイを含む請求項２
    ０に記載のシステム。
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