JP2015531083A - 車両用のレーザ走査ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

本発明は車両用のヘッドアップディスプレイに関し、ヘッドアップディスプレイはレーザ（２９）及び走査装置（２）を有している。画像（５０）は、車両の運転者の視野に表示され、個別の画素から構成され、前記レーザ及び走査装置によってピクセルごとに生成される。ヘッドアップディスプレイは、投影面（３）及び拡大光学系（４）を有する投影装置（３０）を有している。投影装置は、表示される画像を仮想画像面（５）に投影し、前記画像をその過程で拡大するように構成されている。投影装置は、仮想画像面における画素のサイズが、例えば角距離の場合に０．５’より小さいような人間の眼の分解能より小さくなるように設計されている。

Description

本発明は、請求項１の前文に従うヘッドアップディスプレイに関する。

ヘッドアップディスプレイ（head up display：ＨＵＤ）は、先行技術から知られており、例えば、自動車のフロントガラスの前方のような仮想面に情報を表示するために使用される。車両の乗員や車両の運転者は、ダッシュボードに視線を落とすことなく、情報を読み取ることができる。このことは運転者の利便性と安全性を向上させる。

ここで、表示される画像は、それがフロントガラス又はいわゆるコンバイナによって反射され、そしてフロントガラスの前方の仮想面に見えるようになる前に、一般的に最初に中間面の投影領域に投影されてから拡大される。ＨＵＤの場合には、レーザは、好ましくは放射源として使用され、レーザは、いわゆる「レーザ走査方式」によって表示される画像を生成する。

しかしながら、表示された画像に、画像ノイズに起因するいわゆるスペックルのような不要な輝度差が存在するという点においてレーザの使用は不利である。

したがって、本発明の目的は、先行技術の不利な点を有することなく、改善された表示品質を保証するようなヘッドアップディスプレイを提供することである。特に、ヘッドアップディスプレイは、いかなるユーザーによっても知覚可能であるような不要な輝度差を有するべきではない

この目的は、特にＲＧＢレーザのようなレーザと、表示される画像をポイントツーポイントで生成する走査装置とを含むヘッドアップディスプレイによって達成され、その画像は投影領域及び拡大光学系を含む投影装置によって仮想画像面に投影され、その過程で拡大され、前記投影装置は、仮想画像面におけるスポットのサイズが、人間の眼の分解能よりも小さくなるように構成されている。

不要な輝度差の形成は、スポットのサイズが人間の眼の分解能よりも小さくなるように選択された場合に抑制されることが見出された。従って、仮想面上に表示される画像の表示品質は、実質的に先行技術よりも改善されている。理想的な条件下では、人間の眼の分解能は、約０．５’〜１’である（３〜６メートルにおいて１ミリメートルに相当する。）。したがって、本発明に係るヘッドアップディスプレイの投影装置は、特に、仮想面内のスポットの大きさが観察する乗員又は運転者に０．５’未満であるように選択される。好ましくは、レーザスポットという用語を画素という用語によって置き換えることが考えられる。

本発明の有利な実施形態及び発展形態は、図面を参照して、従属請求項及び明細書から収集することができる。

好ましくは、レーザは、投影領域におけるレーザスポットが、画像が表示される仮想画像面において拡大された後でも人間の眼の分解能より小さくなるほど小さく選択される。

これに代わって、又はこれに加えて、表示される画像を投影領域に表示するレーザスポットの数は、人間の眼が仮想面に個別のレーザスポットをもはや個別に知覚することができないほど多く選択される。有利なことに、このような高い分解能が得られ、観察者や車両の乗員には輝度差が知覚されることはなく、先行技術と比較して増加した表示品質が得られる。平均的な条件では、角距離が２’である場合、二つのスポットは人間の眼によって分離されたものとして知覚可能である。したがって、ヘッドアップディスプレイは、特に、乗員や運転手に、二つの隣接するスポット間の角距離が、常に０．５’未満になるように構成されている。このことは、観察者によって、隣接する点が、常に連続した領域として解釈されることを保証している。

本発明の好ましい実施形態によれば、表示される画像を生成する走査周波数が人間の眼の知覚周波数よりも高くなるように構成された走査装置の構成が提供される。したがって、有利なことに、これは、表示品質を高めるために、より多くの数のレーザスポットを使用し、その結果として、高解像度を使用することを可能にしている。

本発明のさらなる目的は、車両用のヘッドアップディスプレイを動作させる方法であり、レーザ及び走査装置は複数のレーザスポットからなる投影画像をポイントツーポイントで投影領域に投影するために使用され、投影装置は車両の運転者の視野内に投影画像の拡大された仮想画像を生成するために使用され、レーザスポットは、仮想画像面に投影されたレーザスポットのサイズが人間の眼の分解能よりも小さくなるように運転者の視野内に投影されることを特徴とする。

本発明の好ましい実施形態によれば、レーザスポットは、レーザによって投影領域に生成されたレーザスポットが、表示される画像の仮想画像面において拡大された後に人間の眼の分解能より依然として小さくなるほど小さい構成が提供される。

好ましい実施形態又は本発明の他の目的によれば、表示される画像を投影領域に表示するレーザスポットの数は、人間の眼には仮想面における個別のレーザスポットを個別に知覚することができないほど多く選択されるような構成が提供される。

本発明の好ましい実施形態によれば、仮想画像がリレー光学系によって仮想画像面に投影されるような構成が提供される。

本発明の好ましい実施形態によれば、表示される画像は、人間によって知覚できる最大画像周波数、より具体的には２０Ｈｚよりも特に高い走査周波数によって生成されるような構成が提供される。

本発明の更なる詳細、特徴及び利点は、図面に基づいて好ましい実施形態の以下の説明から明らかになる。

図１は、本発明に係るヘッドアップディスプレイを示している。 図２は、投影面における画像の生成を示している。 図３は、表示する画像を生成するレーザスポットを走査する可能な方法を示している。 図４は、表示する画像を生成する個別のレーザスポットを示している。

様々な図面において、同一の部品には常に同じ参照符号を付し、したがって、一般的は、それぞれ一度だけ名前が付けられるか又は言及される。

図１は、本発明による二つの可能なヘッドアップディスプレイ１を示している。二つのヘッドアップディスプレイ１は、実質的に同一であり、左側のヘッドアップディスプレイ１はいわゆる反射型であり、右側のヘッドアップディスプレイ１はいわゆる透過型である。左側の表現を参照すると、表示される画像は、レーザ２０及び対応する機構２によって個別のレーザスポットからポイントツーポイントに構築され、投影面３上に投影され、そこで反射される。投影面３で反射されたこの画像は、投影装置３０の拡大光学系４によって拡大され、フロントガラス６で仮想画像面５に反射され、この場合はハート５０である画像は、車両の運転者の人間の眼７に視認できる。右側のヘッドアップディスプレイ１は、左側のヘッドアップディスプレイ１に実質的に対応し、この場合には、表示される画像が投影面３で反射されず、逆に投影面３を透過される。両方の装置において、投影装置３０は、ここで、本発明によれば、画像を投影面３上に生成するレーザスポットは、投影装置３０によって仮想面５に拡大されて表示された後でさえ、人間の眼７の最大分解能より小さく、仮想面５におけるスポットのサイズが観察する運転者には０．５’未満であるほど小さい。これに代わって、又はこれに加えて、表示される画像を投影領域３に表示するレーザスポットの数は、人間の眼７が仮想面５に個別に個々のレーザスポットを知覚することができないほど多く選択される。したがって、表示される画像の解像度は、人間の眼７の最大可能分解能を超えている。

図２は、赤緑青のレーザ２０を描いている。個別のレーザ光源２０’（赤、緑、青）によって放出された異なる波長のレーザ光２２は、それぞれの場合について最初はコリメータ８を介して送られ、各レーザ光源２０の光線を互いに平行に整列させる。そして、異なる波長の光線は、２つの鏡２３によって互いに結合され、のような走査装置２１、特に、機構及び／又は光学系によって移動され、所望の画像が投影領域３に生成されるようにされる。ここで、画像は、ラインごとに投影領域３を通過する集束レーザビーム２２によって、及び異なる色のレーザ光源２０’のオン／オフの切り換えに対応することによって生成され、投影領域３に個別のレーザスポットを形成する個別の光線パケットから構築されている。投影領域３の領域におけるレーザスポットの範囲は、レーザスポットの範囲が、投影装置３０による仮想面５内のレーザスポットの拡大の後でさえ、人間の眼７の最大分解能より小さくなるようなサイズである。レーザビーム２２は、レンズ系を介して投影領域３に投影される。

図３は、所望の画像５０を生成するレーザスポットの可能な運動パターンを例示的に示している。このレーザスポットの走査周波数は、人間の眼７の時間分解能よりも高いことが好ましく、すなわち、人間の眼では個別の画像がもはや知覚できないほど多くの画像が毎秒生成される。言い換えれば、ヘッドアップディスプレイ１の走査装置２１は、表示される画像５０を生成する走査周波数は、人間の眼７の知覚周波数よりも高くなるように構成されている。人間の眼７の限界は、最大分解能２４として概略的に描かれている。

走査過程の間に所望の画像を生成するための異なるレーザスポットが、図４に概略的に示されている。本発明によれば、人間の眼７が個別のレーザスポットをもはや見分けることができないほど、レーザスポット９は小さく、及び／又はその数は多い。人間の眼７の限界は、最大分解能２４として概略的に描かれている。人間の眼７の限界のある分解能の結果として、複数の小さなレーザスポット９は、観察者によって連続する画像領域として同定される。

１ ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）
２ レーザ及び走査機構
３ 投影領域
４ 拡大光学系、リレー光学系
５ 仮想面
６ フロントガラス
７ 人間の眼
８ コリメータ
９ レーザスポット
２０ レーザ
２０’ レーザ光源
２１ 走査装置
２２ レーザ光
２３ 鏡
２４ 分解能
２５ レンズ
３０ 投影装置
５０ 仮想面に表示された画像

Claims (10)

1. 車両用のヘッドアップディスプレイ（１）であって、前記ヘッドアップディスプレイ（１）はレーザ（２０）及び走査装置（２１）を含み、これらによって、乗員の視野内に表示される画像は個別のレーザスポットからポイントツーポイントで生成され、前記ヘッドアップディスプレイ（１）は、投影領域（３）及び拡大光学系（４）を有する投影装置（３０）を含み、前記投影装置（３０）は、表示される画像を仮想画像面（５）に投影し、この過程でそれを拡大するように構成され、前記投影装置（３０）は、前記仮想画像面（５）における前記レーザスポットのサイズが、人間の眼の分解能よりも小さくなるように構成されたことを特徴とするヘッドアップディスプレイ（１）。
2. 前記投影領域（３）上の前記レーザスポットは、前記表示される画像の前記仮想画像面（５）における拡大後にも人間の眼の分解能より小さくなるほど小さいように選択された請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ（１）。
3. 前記投影領域（３）に表示される画像を表示するレーザスポットの数は、人間の眼が前記仮想画像面（５）に個別のレーザスポットを個別に知覚することができないほど多く選択されるように構成された請求項１又は請求項１の前文に記載のヘッドアップディスプレイ（１）。
4. 前記投影装置（３０）は、リレー光学系（４）を含む請求項１から３のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ（１）。
5. 前記走査装置（２１）は、表示される画像が生成される走査周波数が人間の眼の知覚周波数より高くなるように構成された請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ（１）。
6. 車両用のヘッドアップディスプレイ（１）を動作させる方法であって、特に、請求項１から５のいずれかに記載され、レーザ（２０）及び走査装置（２１）は、複数のレーザスポットからなる投影画像を投影領域（３）にポイントツーポイントで投影するために使用され、前記投影装置（３０）は、前記投影画像の拡大画像を乗員の視野内に生成するために使用され、前記レーザスポットは、前記運転手の視野において前記仮想画像面内に投影されたレーザスポットのサイズが、人間の眼の分解能よりも小さいようにされることを特徴とする方法。
7. 前記レーザ（２０）によって前記投影領域（３）に生成された前記レーザスポットは、前記表示される画像の仮想画像面（５）での拡大後にも人間の眼の分解能より小さくなるほど小さい請求項６に記載の方法。
8. 表示すべき画像を投影領域（３）に表示するレーザスポットの数は、人間の眼が仮想画像面（５）に個別に表示される個別のレーザスポットを知覚することができないほど多い請求項６又は請求項６の前文に記載の方法。
9. 前記仮想画像は、リレー光学系（４）を用いて仮想画像面に投影された請求項６から８のいずれかに記載の方法。
10. 表示される画像は、人間の眼の知覚周波数より高く、より具体的には２０Ｈｚよりも高い走査周波数で生成されることを特徴とする請求項６から９のいずれかに記載の方法。

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