JP2012203090A - On-vehicle display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画像を表示する表示光を投射する表示器と、凹面鏡と、コンバイナと、を備え、画像をコンバイナ前方に虚像表示する車載表示装置に関する。 The present invention relates to an in-vehicle display device that includes a display that projects display light for displaying an image, a concave mirror, and a combiner, and displays a virtual image in front of the combiner.
従来、車両に搭載され、表示器にて出力される表示光を搭乗者の視点に投射して虚像表示像を視認させる車載表示装置が利用されている。
このような車載表示装置としては、インストルメントパネルのメータに示される情報や経路案内の情報など示す画像を、コンバイナとして用いられるフロントガラスに投射する構成が考えられる。フロントガラスに投射された画像は、フロントガラスに反射して運転者の目に投射されるため、運転者はフロントガラスを介して車両外部を視認しながらに、その視界において画像を虚像表示像として視認することができるようになる。
2. Description of the Related Art Conventionally, an in-vehicle display device that is mounted on a vehicle and projects a display light output from a display device to a passenger's viewpoint to visually recognize a virtual image display image is used.
As such an in-vehicle display device, a configuration in which an image showing information shown on a meter of an instrument panel or information on route guidance is projected onto a windshield used as a combiner is conceivable. Since the image projected on the windshield is reflected on the windshield and projected to the driver's eyes, the driver visually recognizes the outside of the vehicle through the windshield and displays the image as a virtual image display image in the field of view. It becomes possible to visually recognize.
このような車載表示装置において、搭乗者の体格や運転中の運転姿勢によっては、視点の位置(眼の位置)が上下に異なる場合があり、表示器から投射される表示光の中心から視点が大きくずれると虚像が視認できなくなる。そこで、表示器からフロントガラスまでの光路中に設けられた反射板の傾斜角度を調整可能に構成することで、視点の位置に表示光を到達させることができる車両用表示装置が提案されている(特許文献1参照)。 In such an in-vehicle display device, the position of the viewpoint (eye position) may differ vertically depending on the physique of the passenger and the driving posture during driving, and the viewpoint is determined from the center of the display light projected from the display. The virtual image cannot be visually recognized if it deviates greatly. In view of this, a vehicle display device has been proposed in which the display light can reach the position of the viewpoint by adjusting the tilt angle of the reflector provided in the optical path from the display to the windshield. (See Patent Document 1).
上記特許文献1に記載の車両用表示装置のように、表示器から出力される表示光を収束する光学作用を持つ凹面鏡を反射板として用いる場合がある。また、コンバイナも曲面形状であって、凹面鏡と同様の光学作用を有する場合がある。凹面鏡のような光学素子は、光の入射角が大きくなるほど入射光と反射光とが存在する面内方向の光学作用が大きくなる。このとき、入射光と反射光とが存在する面と直交する面内方向の凹面鏡の光学作用も変化するが、その影響は入射光と反射光とが存在する面内方向の光学作用の変化に対して十分小さい。そのため、上記車両用表示装置のように反射板の傾斜を変化させて表示光が到達する位置を上下に調整すると、搭乗者の視点から虚像表示像までの結像距離のうち、上下方向の結像距離が大きく変化することによって、上下方向と左右方向との間で結像距離のずれが発生し、表示画質が低下してしまうという問題があった。
As in the vehicle display device described in
本発明の目的は、良好な画質の虚像を表示することができる車載表示装置を提供することである。 The objective of this invention is providing the vehicle-mounted display apparatus which can display the virtual image of favorable image quality.
上述した問題を解決するためになされた請求項1に記載の発明は、画像を表示する表示光を投射する表示器と、凹面鏡と、コンバイナと、を備える車載表示装置に関するものである。この車載表示装置は、表示器から投射された表示光を凹面鏡でコンバイナに向けて反射し、その反射された表示光をコンバイナで搭乗者の座席に向けて反射させることで、画像をコンバイナ前方に虚像表示する。
The invention according to
凹面鏡は、凹面鏡に入射する表示光の光路と、凹面鏡から反射する表示光の光路と、を含む平面方向(以降、単に平面と言う場合はこの平面を指す。)に正のパワーを有する。なお、平面と交差する方向に関しては光学作用を有するものであってもよいし、光学作用を有さないものであってもよい。 The concave mirror has a positive power in a plane direction including the optical path of the display light incident on the concave mirror and the optical path of the display light reflected from the concave mirror (hereinafter simply referred to as the plane when referring to the plane). Note that the direction intersecting the plane may have an optical action, or may not have an optical action.
また凹面鏡は、上記平面の法線方向の回転軸を中心として回転可能であって、それにより、搭乗者の座席の位置における表示光の到達位置を、上方位置と下方位置との間において変化可能となっている。なお、凹面鏡を回転させるための回転軸は実際に上記平面の法線方向に沿って設けられている必要はない。例えば、凹面鏡が、上記法線に対して角度を有するように設けられた軸や、複数の軸の組み合わせで回転変位するように構成されていても、上記平面方向に関して、実質的に凹面鏡が法線方向の軸を中心として回転していると見なせるように構成されていればよい。 The concave mirror can be rotated around the rotation axis in the normal direction of the plane, and the arrival position of the display light at the position of the passenger's seat can be changed between the upper position and the lower position. It has become. Note that the rotation axis for rotating the concave mirror need not actually be provided along the normal direction of the plane. For example, even if the concave mirror is configured to be rotationally displaced by an axis provided so as to have an angle with respect to the normal line or a combination of a plurality of axes, the concave mirror is substantially the same in the plane direction. What is necessary is just to be comprised so that it can be considered that it rotates on the axis | shaft of a line direction.
コンバイナは、上記平面方向に正のパワーを有するものである。なお、凹面鏡と同様に、平面と交差する方向に関しては光学作用を有するものであってもよいし、光学作用を有さなくともよい。 The combiner has positive power in the planar direction. As with the concave mirror, the direction intersecting the plane may have an optical function or may not have an optical function.
本発明における凹面鏡とコンバイナの配置を説明する。表示器の中心位置から上方位置と下方位置との中間の位置である中間位置に向かう光路を主光線とし、その主光線が凹面鏡に入射する点での凹面鏡の法線を凹面鏡中心軸とし、また、主光線がコンバイナに入射する点でのコンバイナの法線をコンバイナ中心軸とする。 The arrangement of the concave mirror and combiner in the present invention will be described. The optical path from the center position of the display to the intermediate position, which is an intermediate position between the upper position and the lower position, is the principal ray, and the normal of the concave mirror at the point where the principal ray enters the concave mirror is the concave mirror central axis. The normal line of the combiner at the point where the chief ray enters the combiner is taken as the combiner central axis.
そのとき、凹面鏡とコンバイナの配置は、平面方向に関して、凹面鏡に入射する主光線に対する凹面鏡中心軸の傾斜の方向と、コンバイナに入射する主光線に対するコンバイナ中心軸の傾斜の方向とが同じ方向となる関係である。 At that time, the arrangement of the concave mirror and the combiner is such that the direction of inclination of the concave mirror central axis with respect to the principal ray incident on the concave mirror and the direction of inclination of the combiner central axis with respect to the principal ray incident on the combiner are the same in the plane direction. It is a relationship.
本発明ではさらに、凹面鏡とコンバイナとの間の光路上にレンズが配置される。このレンズは、主光線がレンズに入射する点でのレンズの法線をレンズ中心軸としたときに、(A)レンズ中心軸が、上記平面方向に関して、表示器から凹面鏡までは主光線と同一の光路を通り、凹面鏡にて反射されて、上記上方位置に到達する光線,および,上記下方位置に到達する光線、のいずれに対しても同じ方向に傾斜しており、かつ、(B)レンズの中心軸が、上記平面方向に関して、上方位置に向かう表示光,および,下方位置に向かう表示光が、それぞれ、凹面鏡およびコンバイナから受ける正のパワーの差が縮小する方向に傾斜している。 In the present invention, a lens is further disposed on the optical path between the concave mirror and the combiner. This lens has (A) the central axis of the lens from the display to the concave mirror in the same plane as the principal ray when the lens normal is the lens normal at the point where the principal ray is incident on the lens. And (B) a lens that is inclined in the same direction with respect to both the light beam that is reflected by the concave mirror and reaches the upper position and the light beam that reaches the lower position. With respect to the planar direction, the central axis of the display is inclined in a direction in which the difference in positive power received from the concave mirror and the combiner by the display light traveling upward and the display light traveling downward is reduced.
このように構成された車載表示装置は、凹面鏡を回転させて上方位置や下方位置に表示光の到達位置を変化させても、レンズによって画質の劣化が抑制される。この理由を以下に説明する。 In the vehicle-mounted display device configured as described above, even when the concave mirror is rotated and the arrival position of the display light is changed to the upper position or the lower position, deterioration of the image quality is suppressed by the lens. The reason for this will be described below.
凹面鏡を回転させると、表示器から投射された表示光の凹面鏡への入射角が変化する。表示光が凹面鏡から受ける正のパワーは、入射角が大きいほど大きくなる。また、凹面鏡を回転させることで、凹面鏡から反射する表示光の進む方向も変化するため、コンバイナにおいても表示光の入射角が変化し、表示光がコンバイナから受ける正のパワーも変化する。 When the concave mirror is rotated, the incident angle of the display light projected from the display on the concave mirror changes. The positive power that the display light receives from the concave mirror increases as the incident angle increases. Further, by rotating the concave mirror, the traveling direction of the display light reflected from the concave mirror also changes, so that the incident angle of the display light also changes in the combiner, and the positive power received by the display light from the combiner also changes.
即ち、凹面鏡の回転位置に応じて、上記平面方向に表示光が受ける正のパワーが変化する。上方位置と下方位置のいずれがより強い正のパワーを受けるかは凹面鏡およびコンバイナの曲率と、凹面鏡およびコンバイナへの主光線の入射角度に応じて定まる。 That is, the positive power received by the display light in the plane direction changes according to the rotational position of the concave mirror. Whether the upper position or the lower position receives a stronger positive power depends on the curvature of the concave mirror and the combiner and the incident angle of the principal ray on the concave mirror and the combiner.
この状態で搭乗者の座席の位置から視認される虚像は、上述したように、凹面鏡の回転位置に応じて変化する正のパワーを受けている。その結果、例えば、上方位置と下方位置の中央である中間位置に表示光を投射した場合に良好な画質となるように(良好な画質の虚像が視認されるように)投射光学系を構成したとしても、凹面鏡を回転させて上方位置や下方位置に表示光を到達させると、その位置から視認される虚像は上記平面方向に関して正のパワーが変化しているため、画質が劣化してしまう。 In this state, the virtual image visually recognized from the position of the passenger's seat receives positive power that varies depending on the rotational position of the concave mirror as described above. As a result, for example, the projection optical system is configured so that when the display light is projected to an intermediate position that is the center between the upper position and the lower position, the image quality is good (so that a virtual image with good image quality is visually recognized). However, when the concave mirror is rotated and the display light reaches the upper position or the lower position, the image quality of the virtual image visually recognized from the position is deteriorated because the positive power changes in the plane direction.
ここで、レンズを上記(A)のように配置すると、表示光は、到達位置が上方位置と下方位置のうちのいずれかに近いほど強く、他方に近いほど弱く正あるいは負のパワーが加えられる。加えられるパワーの正負はレンズの形状によって定まる。そして、上記(B)のように配置すると、凹面鏡およびコンバイナによって表示光に加えられた正のパワーの差は縮小する。 Here, when the lens is arranged as shown in (A) above, the display light is stronger as the arrival position is closer to one of the upper position and the lower position, and weaker as it is closer to the other, and positive or negative power is applied. . The sign of the applied power is determined by the shape of the lens. And if it arrange | positions as said (B), the difference of the positive power added to the display light by the concave mirror and the combiner will reduce.
従って、凹面鏡の回転により生じる画質の劣化を抑制することができ、良好な画質の虚像を表示することができる。
なお、具体的なレンズの配置の例を挙げる。凹面鏡およびコンバイナによって、上方位置に向かう表示光が下方位置に向かう表示光よりも強く正のパワーを受けるように構成されており、かつ、レンズとして上記平面方向に負のパワーを有するレンズを用いる場合、レンズ中心軸は、上記平面方向に関して、コンバイナへ入射する主光線に対してコンバイナの中心軸が傾斜する方向と同じ方向に、上記レンズへ入射する主光線に対して傾斜している。このレンズ中心軸の傾斜方向が、上述した(B)における正のパワー差が縮小する方向である。なお、ここでいう傾斜の方向とは、上記平面方向の法線を回転軸として、中心軸を主光線から回転させた場合の回転方向のことを指す。
Therefore, it is possible to suppress deterioration in image quality caused by the rotation of the concave mirror and display a virtual image with good image quality.
An example of specific lens arrangement will be given. When the concave mirror and the combiner are configured so that the display light directed to the upper position receives a stronger positive power than the display light directed to the lower position, and a lens having negative power in the plane direction is used as the lens The lens central axis is inclined with respect to the principal ray incident on the lens in the same direction as the direction in which the central axis of the combiner is inclined with respect to the principal ray incident on the combiner with respect to the planar direction. The inclination direction of the lens central axis is the direction in which the positive power difference in (B) described above is reduced. In addition, the direction of inclination here refers to the rotation direction when the central axis is rotated from the principal ray with the normal line in the plane direction as the rotation axis.
また、凹面鏡およびコンバイナによって、上方位置に向かう表示光が下方位置に向かう表示光よりも強く正のパワーを受ける構成とは、次の(数1)を満たす場合が考えられる。 In addition, a configuration in which the display light directed to the upper position receives positive power more strongly than the display light directed to the lower position by the concave mirror and the combiner is considered to satisfy the following (Equation 1).
上式において、上記平面方向に関して、主光線が凹面鏡に入射する点における凹面鏡の曲率半径がRm、入射角度がθmであり、また、主光線がコンバイナに入射する点におけるコンバイナの曲率半径がRc、入射角度がθcである。 In the above equation, with respect to the plane direction, the radius of curvature of the concave mirror at the point where the chief ray is incident on the concave mirror is Rm, the incident angle is θm, and the radius of curvature of the combiner at the point where the chief ray is incident on the combiner is Rc, The incident angle is θc.
また、レンズの配置の別の例としては、次のようなものも考えられる。凹面鏡および前記コンバイナによって、下方位置に向かう前記表示光が上方位置に向かう前記表示光よりも強く正のパワーを受けるように構成されており、かつ、レンズとして上記平面方向に正のパワーを有するレンズを用いる場合、レンズ中心軸は、上記平面方向に関して、コンバイナへ入射する主光線に対してコンバイナの中心軸が傾斜する方向と同じ方向に、上記レンズに入射する主光線に対して傾斜している。このレンズ中心軸の傾斜方向が、上述した(B)における正のパワー差が縮小する方向である。なお、ここでいう傾斜の方向とは、上記平面方向の法線を回転軸として、中心軸を主光線から回転させた場合の回転方向のことを指す。 As another example of the lens arrangement, the following can be considered. The concave mirror and the combiner are configured such that the display light traveling downward is received with a stronger positive power than the display light traveling upward, and has a positive power in the planar direction as a lens. Is used, the lens central axis is inclined with respect to the principal ray incident on the lens in the same direction as the direction in which the central axis of the combiner is inclined with respect to the principal ray incident on the combiner with respect to the planar direction. . The inclination direction of the lens central axis is the direction in which the positive power difference in (B) described above is reduced. In addition, the direction of inclination here refers to the rotation direction when the central axis is rotated from the principal ray with the normal line in the plane direction as the rotation axis.
また、凹面鏡およびコンバイナが、下方位置に向かう表示光が上方位置に向かう表示光よりも強く正のパワーを受ける構成とは、次の(数2)を満たす場合が考えられる。 In addition, the configuration in which the concave mirror and the combiner receive the positive power stronger than the display light directed to the upper position than the display light directed to the upper position may satisfy the following (Equation 2).
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
[実施例1]
(1)構成
本実施例の車載表示装置1は、車両(移動体)に搭載されて用いられるものであって、図1に示すように、表示器11,凹面鏡13,シリンドリカル形状の平凹レンズ15,フロントガラス17,操作スイッチ19,および制御装置21を備えている。これらのうち、表示器11,凹面鏡13,平凹レンズ15,および制御装置21は、インストルメントパネル内部の空間23に収められている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[Example 1]
(1) Configuration The vehicle-mounted
車載表示装置1の各構成要素の機能を説明する。なお、図1における光路31は表示器11から投射され凹面鏡13に入射する主光線を示すものであり、光路31a〜31cは、光路31を通り凹面鏡13で反射される光線のうち、後述する視点の上方位置、中間位置、および下方位置に向かう光線を示す模式的なものであり、視点の中間位置に向かう光路31bは主光線を示している。なお、以降、凹面鏡13に入射する表示光の光路31と、凹面鏡13から反射する表示光の光路31a〜31cと、を含む平面(図1においては紙面方向に沿う平面)を基準平面として説明する。また、以降で定義する、基準平面における回転の方向は、車両の左側面から基準平面を見る場合の方向(図1を紙面の上方向から見る場合の方向)とする。
The function of each component of the in-
表示器11から投射された画像(表示光)は、凹面鏡13で反射拡大され、平凹レンズ15を透過して、車両に備えられたフロントガラス17に投射される。表示光はこのフロントガラス17をコンバイナとして反射し、運転者の座席の位置にある運転者の視点に到達する。表示光の到達位置は、後述する凹面鏡13の回転により、上方位置25aと下方位置25cとの間で変化する。なお、上方位置25aと下方位置25cの中間を中間位置25bとする。
The image (display light) projected from the
運転者は、例えば視点が上方位置25aにあるときには、凹面鏡13を回転させて表示光の光路が光路31aとなるように調整することで、フロントガラス17の前方の地点において、表示器11から出力された画像を拡大された虚像27aとして視認することができる。なお、図1において虚像27bが中間位置25bから見た虚像であり、虚像27cが下方位置25cから見た虚像である。
For example, when the viewpoint is at the
凹面鏡13は、湾曲した曲面の内側を鏡面とし、表示光を集束する作用を有する(正のパワーを有する)鏡であって、公知の構成である。本実施例において、凹面鏡13は回転駆動装置35を備えており、この回転駆動装置35によって凹面鏡13は上記平面の法線方向の回転軸33を中心に回転可能となっている。凹面鏡13が回転すると、凹面鏡13の中心軸41と光路31とのなす角度(凹面鏡への表示光の入射角)が変化する。なお、凹面鏡13の中心軸41とは、表示光が光路31b(主光線)に反射される凹面鏡の回転位置において、光路31(主光線)が凹面鏡13に入射する点での凹面鏡13の法線である。この中心軸41は凹面鏡13を基準として定められた軸であり、凹面鏡13の回転に伴って変位する。
The
この入射角の変化に応じて、凹面鏡13からフロントガラス17に向かう表示光の光路と、フロントガラス17から運転者の座席に向かう光路が変化する。よって、凹面鏡13を回転させることで、運転者の視点の位置に合うように、上方位置25aと下方位置25cとの間で表示光の到達位置を自在に変化させることができる。
In accordance with the change in the incident angle, the optical path of the display light from the
また、フロントガラス17は、基準平面に関して曲率を有するように形成されており、凹面鏡13と同様に、表示光に正のパワーを与えるものである。
操作スイッチ19は、凹面鏡13の傾斜角度を変化させる際に用いるものであって、インストルメントパネルに配置されており、運転者が手で操作できるようになっている。
Further, the
The
制御装置21は、車載表示装置1全体の動作を制御するものであって、車両に搭載された図示しない各種電子制御ユニットやセンサと接続しており、それらの出力信号に基づいて様々な情報(例えば、車両の走行速度情報)を示す表示光を表示器11に投射させる。また制御装置21は、運転者による操作スイッチ19の操作に基づいて、凹面鏡13に設けられた回転駆動装置35を作動させ、凹面鏡13を回転させることで、凹面鏡13の傾斜角度を調整する。
The
次に、車載表示装置1の各構成要素の配置について説明する。
表示器11と凹面鏡13は、基準平面に関して、凹面鏡13の中心軸41が表示器11と凹面鏡13との間の光路31に対して反時計回り方向に傾斜するように配置される。
Next, the arrangement of each component of the in-
The
また表示器11と凹面鏡13は、フロントガラス17に対しては、基準平面に関して、フロントガラス17に入射する表示光の光路31a〜31cいずれに対してもフロントガラス17の中心軸43が反時計回り方向に傾斜するように配置される。なお、ここでいう中心軸43は、フロントガラス17への主光線の入射位置におけるフロントガラス17の法線である。
Further, the
また、平凹レンズ15は、平面側が凹面鏡13側、凹面側がフロントガラス17側を向くように配置されている。そして、平凹レンズ15の中心軸45は、基準平面に関して、凹面鏡13とフロントガラス17の間の光路31a〜31cいずれに対しても反時計回り方向に傾斜するように配置される。なお、中心軸45とは、主光線が平凹レンズ15に入射する点での平凹レンズ15の法線である。
Further, the plano-
次に、凹面鏡13およびフロントガラス17への表示光の入射角について説明する。
凹面鏡13の回転に伴う、表示光の凹面鏡13への入射角の変化を図2を用いて説明する。
Next, the incident angle of the display light to the
A change in the incident angle of the display light to the
上述したように凹面鏡13は回転軸33を中心として回転可能であり、その回転によって、上方位置25aと下方位置25cとの間において自在に変化可能である。
表示光の凹面鏡13における反射光が光路31aとなる場合における入射角(凹面鏡13の中心軸41と光路31との角度)をθm1,光路31bとなる場合における入射角をθm2,光路31cとなる場合における入射角をθm3とすると、θm1<θm2<θm3という関係になる。
As described above, the
The incident angle when the reflected light from the
凹面鏡13の回転に伴う、表示光のフロントガラス17への入射角の変化を図3を用いて説明する。
表示光が光路31aとなる場合における入射角(フロントガラス17に対する光路31aの入射位置におけるフロントガラス17の法線と光路31aとの角度)をθc1,表示光が光路31bとなる場合における入射角(フロントガラス17に対する光路31bの入射位置におけるフロントガラス17の法線を表すフロントガラス17の中心軸43と光路31bとの角度)をθc2,表示光が光路31cとなる場合における入射角(フロントガラス17に対する光路31cの入射位置におけるフロントガラス17の法線と光路31cとの角度)をθc3とすると、θc1>θc2>θc3という関係になる。なお、光路31aから光路31cまで、徐々に入射角が小さくなるように構成されている。
A change in the incident angle of the display light to the
The incident angle when the display light becomes the
なお、本実施例では、上方位置25aに向かう表示光が、下方位置25cに向かう表示光よりも強く正のパワーを受けるように構成されている。
(2)平凹レンズの作用・効果
曲面へ光線が斜入射する場合、垂直入射する場合に比べて曲面の見かけ上の曲率半径が小さくなる。これは、ある極小のビーム幅dを持った平行光が入射する場合を考えたときに、垂直入射では幅dの領域で光学作用を受けるのに対して、入射角度θの斜入射では幅 d/cosθの領域で光学作用を受けることからわかる。
In the present embodiment, the display light traveling toward the
(2) Action and effect of plano-concave lens When a light ray is obliquely incident on a curved surface, the apparent radius of curvature of the curved surface is smaller than when the light is vertically incident. This is because, when considering the case where parallel light having a certain minimum beam width d is incident, an optical action is received in the region of the width d at normal incidence, whereas the width d at oblique incidence at an incident angle θ. As can be seen from the optical action in the region of / cosθ.
よって、垂直入射する場合に比べて、斜入射する際に入射光が曲面(曲率半径R)から受けるパワーは、1/cosθ倍となる。
この式(1/cosθ)を入射角度θで微分すると、(sinθ/cos2θ)となる。この値は入射角度が変化する際の曲面のパワーの変化の感度を表し、この値が大きいほど入射角度の変化に対して、パワーが大きく変わることになる。
Therefore, the power received by the incident light from the curved surface (the radius of curvature R) when obliquely incident is 1 / cos θ times as compared with the case where it is incident perpendicularly.
Differentiating this equation (1 / cosθ) with respect to the incident angle θ yields (sinθ / cos 2 θ). This value represents the sensitivity of the change in the power of the curved surface when the incident angle changes. The larger the value, the greater the power with respect to the change in the incident angle.
従って、本実施例の場合、凹面鏡13への入射角は、θm1<θm2<θm3となるため、凹面鏡13からは、表示光が下方位置25cに向かう光路31cを通る場合に正のパワーを最も強く受け、上方位置25a側に光路が移動するほど受ける正のパワーは徐々に弱くなる。
Accordingly, in the present embodiment, the incident angle to the
一方、フロントガラス17への入射角は、θc1>θc2>θc3となるため、フロントガラス17からは、表示光が上方位置25aに向かう光路31aを通る場合に正のパワーを最も強く受け、下方位置25c側に光路が移動するほど受ける正のパワーは徐々に弱くなる。
On the other hand, since the incident angle to the
つまり、本実施例の配置においては、凹面鏡13とフロントガラス17は、上方位置25aと下方位置25cとそれぞれ別々に正のパワーを強く与える。
ただし、上述したように本実施例では、上方位置25aに向かう表示光が、下方位置25cに向かう表示光よりも強く正のパワーを受けるように構成されている。より具体的には、以下の(数3)を満たすように構成されている。
That is, in the arrangement of the present embodiment, the
However, as described above, in this embodiment, the display light traveling toward the
なお、上式においては、上記平面方向に関して、表示光の主光線が凹面鏡13に入射する点における凹面鏡13の曲率半径がRm、入射角度がθmであり、また、主光線がフロントガラス17に入射する点におけるフロントガラス17の曲率半径がRc、入射角度がθcである。なお、凹面鏡13のパワーが(2/Rm)、フロントガラス17のパワーが(2/Rc)となる。
In the above formula, with respect to the plane direction, the radius of curvature of the
上記のような場合に、平凹レンズ15を上述したように配置すると、図2に示すように、光路31aの入射角が最も大きく、また光路31cの入射角が最も小さくなる。平凹レンズ15は負のパワーを有するため、光路31aの表示光(上方位置25aに向かう表示光)に与える負のパワーが最も強く、光路31cの表示光(下方位置25cに向かう表示光)に与える負のパワーが最も弱い。
In the above case, when the plano-
従って、平凹レンズ15を用いることで、上方位置25aと下方位置25cとの間において表示光の到達位置が変化しても、その際に受ける正のパワーの差が縮小され、良好な画質の虚像を視認することができる。
Therefore, by using the plano-
また、平凹レンズ15は凹面側がフロントガラス17側を向くように配置されているため、凹面側が凹面鏡13を向く場合よりも入射角の変化の影響を受けやすく、同レベルの光学作用を与えるために必要なレンズの厚みを小さくでき、インストルメントパネル内に設置するために必要な空間23を小さくすることができる。
Further, since the plano-
[実施例2]
実施例2の車載表示装置は、実施例1における平凹レンズ15,凹面鏡13,およびフロントガラス17以外は実施例1と同様の構成であるため、相違点のみを説明し、同一である点の説明は割愛する。
[Example 2]
Since the vehicle-mounted display device of the second embodiment has the same configuration as that of the first embodiment except for the plano-
本実施例においては、図4に示すように、平凹レンズに替えて、シリンドリカル形状の平凸レンズ51を用いる。この平凸レンズ51は、平面側がフロントガラス17側、凹面側が凹面鏡13側を向くように配置されている。そして、平凸レンズ51の中心軸53は、基準平面に関して、凹面鏡13とフロントガラス17の間の光路31a〜31cいずれに対しても反時計回り方向に傾斜するように配置される。
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, a cylindrical plano-
本実施例の凹面鏡13およびフロントガラス17は、実施例1とは逆に、下方位置25cに向かう表示光が、上方位置25aに向かう表示光よりも強く正のパワーを受けるように構成されている。より具体的には、以下の(数4)を満たすように構成されている。なお、(数4)の各変数は、上記(数3)と同様である。
Contrary to the first embodiment, the
このように構成された車載表示装置1において、平凸レンズ51を図4のように配置すると、光路31aの入射角が最も大きく、また光路31cの入射角が最も小さくなる。平凸レンズ51は正のパワーを有するため、光路31aの表示光(上方位置25aに向かう表示光)に与える正のパワーが最も強く、光路31cの表示光(下方位置25cに向かう表示光)に与える正のパワーが最も弱い。
In the in-
従って、平凸レンズ51を用いることで、上方位置25aと下方位置25cとの間において表示光の到達位置が変化しても、その際に受ける正のパワーの差が縮小され、良好な画質の虚像を視認することができる。
Therefore, by using the plano-
[変形例]
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は、上記実施例に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。
[Modification]
As mentioned above, although the Example of this invention was described, it cannot be overemphasized that this invention can take a various form, as long as it belongs to the technical scope of this invention, without being limited to the said Example at all.
例えば、上記実施例1においては、シリンドリカル形状の平凹レンズ15を用いる構成を例示したが、基準平面の方向に負のパワーを有する様々なレンズを平凹レンズ15に替えて用いることができる。また、上記実施例2においては、シリンドリカル形状の平凸レンズ51を用いる構成を例示したが、基準平面の方向に正のパワーを有する様々なレンズを平凸レンズ51に替えて用いることができる。
For example, in the first embodiment, the configuration using the cylindrical-shaped plano-
また、上記実施例1において、平凹レンズ15に替えて基準平面の方向に正のパワーを有するレンズを用い、当該レンズの中心軸を、基準平面に関して、凹面鏡13とフロントガラス17の間の光路31a〜31cいずれに対しても時計回り方向に傾斜するように(即ち、実施例1とは逆の傾斜となるように)配置してもよい。レンズのパワーの正負と傾斜方向とをいずれも変えることで、実施例1と同様の作用・効果を得ることができる。また、実施例2においても同様に、基準平面の方向に負のパワーを有するレンズを用いて、実施例2とは逆の傾斜となるように配置してもよい。
Further, in the first embodiment, a lens having a positive power in the direction of the reference plane is used instead of the plano-
また、上記実施例においては、操作スイッチ19を用いて回転駆動装置35を作動させ、凹面鏡13の傾斜角度を調整する構成を例示したが、操作スイッチ19の構成は実施例の構成に限定されず、様々な構成をとることができる。また、自動で搭乗者の眼の高さを検出するように構成し、検出した高さに応じて凹面鏡13の傾斜角度を自動で調整するように構成してもよい。自動で搭乗者の眼の高さを検出する方法としては、例えば搭乗者の顔付近の撮影した画像から眼を示す部分を検出することが考えられる。
Moreover, in the said Example, although the
また、上記実施例においては、フロントガラス17をコンバイナとして利用する構成を例示したが、フロントガラス17以外に別途コンバイナを設けてもよいし、車両のリアガラスやサイドガラスをコンバイナとして用いる構成であってもよい。
Moreover, in the said Example, although the structure which uses the
1…車載表示装置、11…表示器、13…凹面鏡、15…平凹レンズ、17…フロントガラス、19…操作スイッチ、21…制御装置、23…空間、25a…上方位置、25b…中間位置、25c…下方位置、27a,27b,27c…虚像、31…光路、33…回転軸、35…回転駆動装置、41,43,45…中心軸、51…平凸レンズ、53…中心軸
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記凹面鏡は、前記凹面鏡に入射する前記表示光の光路と、前記凹面鏡から反射する前記表示光の光路と、を含む平面方向に正のパワーを有し、また、前記平面の法線方向の回転軸を中心として回転可能であって、それにより、前記搭乗者の座席の位置における前記表示光の到達位置を、上方位置と下方位置との間において変化可能に構成されており、
前記コンバイナは、前記平面方向に正のパワーを有するものであり、
前記表示器の中心位置から前記上方位置と前記下方位置との中間の位置である中間位置に向かう光路を主光線とし、
前記主光線が前記凹面鏡に入射する点での前記凹面鏡の法線を凹面鏡中心軸とし、また、前記主光線が前記コンバイナに入射する点での前記コンバイナの法線をコンバイナ中心軸としたときに、
前記凹面鏡と前記コンバイナの配置は、前記平面方向に関して、前記凹面鏡に入射する前記主光線に対する前記凹面鏡中心軸の傾斜の方向と、前記コンバイナに入射する前記主光線に対する前記コンバイナ中心軸の傾斜の方向とが同じ方向となる関係であり、
さらに、前記凹面鏡と前記コンバイナとの間の光路上に、以下の(A)および(B)の条件を満たすように配置されるレンズを備える
ことを特徴とする車載表示装置。
(A)前記主光線が前記レンズに入射する点での前記レンズの法線をレンズ中心軸としたときに、前記レンズ中心軸は、前記平面方向に関して、前記表示器から前記凹面鏡までは前記主光線と同一の光路を通り、前記凹面鏡にて反射されて、前記上方位置に到達する光線,および,前記下方位置に到達する光線、のいずれに対しても同じ方向に傾斜している
(B)前記レンズ中心軸は、前記平面方向に関して、前記上方位置に向かう前記表示光,および,前記下方位置に向かう前記表示光が、それぞれ、前記凹面鏡および前記コンバイナから受ける正のパワーの差が縮小する方向に傾斜している A display device for projecting display light for displaying an image, a concave mirror, and a combiner. The display light projected from the display device is reflected by the concave mirror toward the combiner, and the reflected display light is reflected. The vehicle-mounted display device displays a virtual image in front of the combiner by reflecting the image toward the passenger's seat at the combiner,
The concave mirror has a positive power in a plane direction including an optical path of the display light incident on the concave mirror and an optical path of the display light reflected from the concave mirror, and is rotated in a normal direction of the plane. It is configured to be rotatable about an axis, whereby the arrival position of the display light at the position of the occupant's seat can be changed between an upper position and a lower position,
The combiner has a positive power in the planar direction,
An optical path from the center position of the display to an intermediate position that is an intermediate position between the upper position and the lower position is a principal ray.
When the normal line of the concave mirror at the point where the chief ray is incident on the concave mirror is the concave mirror central axis, and when the normal line of the combiner at the point where the chief ray is incident on the combiner is the combiner central axis ,
The concave mirror and the combiner are arranged so that the concave mirror central axis is inclined with respect to the principal ray incident on the concave mirror and the combiner central axis is inclined with respect to the principal ray incident on the combiner with respect to the planar direction. Are in the same direction,
Furthermore, the vehicle-mounted display apparatus provided with the lens arrange | positioned so that the conditions of the following (A) and (B) may be satisfy | filled on the optical path between the said concave mirror and the said combiner.
(A) When the normal of the lens at the point where the chief ray is incident on the lens is a lens central axis, the lens central axis is the main axis from the display to the concave mirror with respect to the planar direction. Inclined in the same direction with respect to both the light beam that passes through the same optical path as the light beam, is reflected by the concave mirror, and reaches the upper position and the light beam that reaches the lower position (B) The lens central axis is a direction in which a difference in positive power received from the concave mirror and the combiner by the display light toward the upper position and the display light toward the lower position with respect to the planar direction is reduced, respectively. Inclined to
前記レンズは前記平面方向に負のパワーを有するレンズであり、
前記レンズ中心軸は、前記平面方向に関して、前記コンバイナへ入射する前記主光線に対して前記コンバイナ中心軸が傾斜する方向と同じ方向に、前記レンズへ入射する前記主光線に対して傾斜している
ことを特徴とする請求項1に記載の車載表示装置。 The concave mirror and the combiner are configured such that the display light going to the upper position receives positive power stronger than the display light going to the lower position,
The lens is a lens having negative power in the planar direction;
The lens central axis is inclined with respect to the principal ray incident on the lens in the same direction as the direction in which the combiner central axis is inclined with respect to the principal ray incident on the combiner with respect to the planar direction. The in-vehicle display device according to claim 1.
前記凹面鏡および前記コンバイナは、以下の式を満たすように構成される
ことを特徴とする請求項2に記載の車載表示装置。
The in-vehicle display device according to claim 2, wherein the concave mirror and the combiner are configured to satisfy the following expression.
前記レンズは前記平面方向に正のパワーを有するレンズであり、
前記レンズ中心軸は、前記平面方向に関して、前記コンバイナへ入射する前記主光線に対して前記コンバイナ中心軸が傾斜する方向と同じ方向に、前記レンズへ入射する前記主光線に対して傾斜している
ことを特徴とする請求項1に記載の車載表示装置。 The concave mirror and the combiner are configured such that the display light toward the lower position receives a positive power stronger than the display light toward the upper position,
The lens is a lens having a positive power in the planar direction;
The lens central axis is inclined with respect to the principal ray incident on the lens in the same direction as the direction in which the combiner central axis is inclined with respect to the principal ray incident on the combiner with respect to the planar direction. The in-vehicle display device according to claim 1.
前記凹面鏡および前記コンバイナは、以下の式を満たすように構成される
ことを特徴とする請求項4に記載の車載表示装置。
The in-vehicle display device according to claim 4, wherein the concave mirror and the combiner are configured to satisfy the following expression.
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Cited By (6)
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---|---|---|---|---|
JP2015102868A (en) * | 2013-11-21 | 2015-06-04 | 中強光電股▲ふん▼有限公司 | Head-up display system |
CN106054385A (en) * | 2016-06-13 | 2016-10-26 | 北京理工大学 | Glaucoma visual-field expander optical system capable of adjusting diopter and based on aperture stitching |
JP2017122932A (en) * | 2017-03-15 | 2017-07-13 | 株式会社Jvcケンウッド | Intermediate image forming device |
US10324287B2 (en) | 2014-01-27 | 2019-06-18 | Yazaki Corporation | Heads-up display device |
JP2020016675A (en) * | 2018-07-23 | 2020-01-30 | 株式会社Jvcケンウッド | Virtual image display device |
JP2022114280A (en) * | 2021-01-26 | 2022-08-05 | 国立大学法人東京農工大学 | On-vehicle display device |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110967794B (en) * | 2019-11-21 | 2021-10-29 | 深圳市易飞扬通信技术有限公司 | Multi-beam combining assembly, light emitting assembly and light module |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003107391A (en) * | 2001-09-28 | 2003-04-09 | Nippon Seiki Co Ltd | Head-up display device |
JP2008268883A (en) * | 2007-03-29 | 2008-11-06 | Denso Corp | Head-up display apparatus |
-
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Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003107391A (en) * | 2001-09-28 | 2003-04-09 | Nippon Seiki Co Ltd | Head-up display device |
JP2008268883A (en) * | 2007-03-29 | 2008-11-06 | Denso Corp | Head-up display apparatus |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015102868A (en) * | 2013-11-21 | 2015-06-04 | 中強光電股▲ふん▼有限公司 | Head-up display system |
US10324287B2 (en) | 2014-01-27 | 2019-06-18 | Yazaki Corporation | Heads-up display device |
CN106054385A (en) * | 2016-06-13 | 2016-10-26 | 北京理工大学 | Glaucoma visual-field expander optical system capable of adjusting diopter and based on aperture stitching |
CN106054385B (en) * | 2016-06-13 | 2019-01-25 | 北京理工大学 | A kind of diopter is adjustable to expand visual organ optical system based on aperture splicing glaucoma |
JP2017122932A (en) * | 2017-03-15 | 2017-07-13 | 株式会社Jvcケンウッド | Intermediate image forming device |
JP2020016675A (en) * | 2018-07-23 | 2020-01-30 | 株式会社Jvcケンウッド | Virtual image display device |
JP2022114280A (en) * | 2021-01-26 | 2022-08-05 | 国立大学法人東京農工大学 | On-vehicle display device |
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