JP2017181644A - 車両用投影表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】凹面ミラー50等の曲面により生じる像面湾曲を相殺するための湾曲した中間像40を、凸面ミラー30等の中間像形成部材を用いて形成し、この中間像40をそのまま凹面ミラー50に導いてHUDの表示像(虚像)60として表示する。アイポイントEPの位置の像が、ウインドシールドWS、凹面ミラー50を通り、凸面ミラー30の焦平面31の近傍で像32として結像するように光路を形成する。表示デバイスからの出射角の小さい光束のみを表示に利用できるので、視野角の小さい表示デバイスを利用する場合でも、表示品位の低下を防止できる。
【選択図】図1
Description
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ウインドシールドやその他のHUD光学系により生じる「像面湾曲」の影響をスクリーンを用いることなく低減すると共に、構造を複雑化することなく表示品位を改善することが可能な車両用投影表示装置を提供することにある。
(1) 光学レンズ、凸面鏡、および凹面鏡の少なくとも1つを含み、光を透過もしくは反射する面を有する中間像形成光学部材と、
表示像を含む光を前記中間像形成光学部材に向けて投射し、前記表示像の中間像を前記中間像形成光学部材の焦点よりも近い所定位置に虚像として結像する、もしくは前記中間像を前記中間像形成光学部材の焦点よりも遠い所定位置に実像として結像するように配置された表示デバイスと、
前記中間像形成光学部材により結像された前記中間像の光を、前記中間像形成光学部材を介して受光し、車両のウインドシールド、もしくはその近傍の光反射部材の反射面に導き、前記反射面で反射した前記光の表示像が所定のアイポイントで虚像として視認できるように投影するHUD光学系と、
を有し、前記表示デバイスに対して、前記中間像形成光学部材が、前記中間像を平面に対して少なくとも一部分が湾曲した状態で結像する、
車両用投影表示装置。
(2) 前記HUD光学系は、投影する像を拡大する凹面鏡を含み、
前記中間像形成光学部材は、前記HUD光学系の凹面鏡の凹面と対向する面の中央部がその周囲に対して突出した形状の凸面鏡であり、前記中間像形成光学部材の形成する前記中間像が虚像であり、
前記中間像の湾曲状態は、前記HUD光学系に含まれる曲面、及び車両のウインドシールドの表面形状の少なくとも一方の影響により生じる像面湾曲の収差を補正する形状を有する、
ことを特徴とする上記(1)に記載の車両用投影表示装置。
(3) 前記HUD光学系は、投影する像を拡大する第1の凹面鏡を含み、
前記中間像形成光学部材は、前記第1の凹面鏡の凹面と対向する面の周辺部がその中央部よりも突出した形状の第2の凹面鏡であり、前記中間像形成光学部材の形成する前記中間像が実像であり、
前記中間像の湾曲状態は、前記HUD光学系に含まれる曲面、及び車両のウインドシールドの表面形状の少なくとも一方の影響により生じる像面湾曲の収差を補正する形状を有する、
ことを特徴とする上記(1)に記載の車両用投影表示装置。
(4) 前記HUD光学系は、投影する像を拡大する凹面鏡を含み、
前記中間像形成光学部材は、中央部がその周辺部よりも突出した1つ以上の凸面を有し、前記中間像形成光学部材の形成する前記中間像が実像であり、
前記中間像の湾曲状態は、前記HUD光学系に含まれる曲面、及び車両のウインドシールドの表面形状の少なくとも一方の影響により生じる像面湾曲の収差を補正する形状を有する、
ことを特徴とする上記(1)に記載の車両用投影表示装置。
(5) 前記中間像形成光学部材を配置する位置、および前記中間像形成光学部材の光学特性は、前記ウインドシールドもしくはその近傍の反射面、前記HUD光学系、および前記中間像形成光学部材を含む光学系を介して結像される前記アイポイントの位置の像が、前記中間像形成光学部材の焦点を含む平面の近傍に配置されるように決定されている、
ことを特徴とする上記(1)乃至(4)のいずれかに記載の車両用投影表示装置。
上記(2)の構成の車両用投影表示装置によれば、前記中間像形成光学部材の凸面鏡が形成する前記中間像は、前記HUD光学系の凹面鏡と同じ方向に湾曲した虚像になる。したがって、前記HUD光学系の凹面鏡の曲面の影響により生じる像面湾曲の収差を、前記中間像の湾曲形状により補正することができる。
上記(3)の構成の車両用投影表示装置によれば、前記中間像形成光学部材の第2の凹面鏡が形成する前記中間像は、前記HUD光学系の第1の凹面鏡と同じ方向に湾曲した実像になる。したがって、前記HUD光学系の第1の凹面鏡の曲面の影響により生じる像面湾曲の収差を、前記中間像の湾曲形状により補正することができる。
上記(4)の構成の車両用投影表示装置によれば、前記中間像形成光学部材の前記凸面が形成する前記中間像は、前記HUD光学系の凹面鏡と同じ方向に湾曲した実像になる。したがって、前記HUD光学系の凹面鏡の曲面の影響により生じる像面湾曲の収差を、前記中間像の湾曲形状により補正することができる。
上記(5)の構成の車両用投影表示装置によれば、前記表示デバイスの表示面からの出射角の小さい光が前記アイポイントの近傍で結像するように光路を形成することができる。したがって、前記表示デバイスの視野角が小さい場合であっても、投影する像の輝度特性を良好な状態に維持できる。
図1に示した表示デバイス20が、例えばTN液晶表示器である場合には、視野角が比較的小さいので、表示デバイスからの出射角が大きい光束を利用する場合には表示の輝度特性が出射角に応じて大きく変動することになり、表示品位の低下が見込まれる。
変形例1で用いる凹面ミラー30Bと物体および中間像の位置関係を図3に示す。すなわち、変形例1においては、図1に示した凸面ミラー30の代わりに、図3に示したような凹面ミラー30Bを使用する。
変形例2で用いる凸レンズ30Cと物体および中間像の位置関係を図4に示す。また、変形例2における車両用投影表示装置の光路を図5に示す。
[1] 光学レンズ、凸面鏡、および凹面鏡の少なくとも1つを含み、光を透過もしくは反射する面を有する中間像形成光学部材(凸面ミラー30、凹面ミラー30B、凸レンズ30Cのいずれか)と、
表示像を含む光を前記中間像形成光学部材に向けて投射し、前記表示像の中間像(40、40B、40C)を前記中間像形成光学部材の焦点(f1)よりも近い所定位置に虚像として結像する、もしくは前記中間像を前記中間像形成光学部材の焦点(f2、f3)よりも遠い所定位置に実像として結像するように配置された表示デバイス(20)と、
前記中間像形成光学部材により結像された前記中間像の光を、前記中間像形成光学部材を介して受光し、車両のウインドシールド、もしくはその近傍の光反射部材の反射面に導き、前記反射面で反射した前記光の表示像が所定のアイポイントで虚像として視認できるように投影するHUD光学系(凹面ミラー50)と、
を有し、前記表示デバイスに対して、前記中間像形成光学部材が、前記中間像を平面に対して少なくとも一部分が湾曲した状態で結像する、
車両用投影表示装置。
前記中間像形成光学部材は、前記HUD光学系の凹面鏡の凹面と対向する面の中央部がその周囲に対して突出した形状の凸面鏡(凸面ミラー30)であり、前記中間像形成光学部材の形成する前記中間像(40)が虚像であり、
前記中間像の湾曲状態は、前記HUD光学系に含まれる曲面、及び車両のウインドシールドの表面形状の少なくとも一方の影響により生じる像面湾曲の収差を補正する形状を有する、
ことを特徴とする上記[1]に記載の車両用投影表示装置。
前記中間像形成光学部材は、前記第1の凹面鏡の凹面と対向する面の周辺部がその中央部よりも突出した形状の第2の凹面鏡(凹面ミラー30B)であり、前記中間像形成光学部材の形成する前記中間像(40B)が実像であり、
前記中間像の湾曲状態は、前記HUD光学系に含まれる曲面、及び車両のウインドシールドの表面形状の少なくとも一方の影響により生じる像面湾曲の収差を補正する形状を有する、
ことを特徴とする上記[1]に記載の車両用投影表示装置。
前記中間像形成光学部材は、中央部がその周辺部よりも突出した1つ以上の凸面(凸レンズ30C)を有し、前記中間像形成光学部材の形成する前記中間像(40C)が実像であり、
前記中間像の湾曲状態は、前記HUD光学系に含まれる曲面、及び車両のウインドシールドの表面形状の少なくとも一方の影響により生じる像面湾曲の収差を補正する形状を有する、
ことを特徴とする上記[1]に記載の車両用投影表示装置。
ことを特徴とする上記[1]〜[4]のいずれかに記載の車両用投影表示装置。
30 凸面ミラー
30B 凹面ミラー
30C 凸レンズ
31 焦平面
32 アイポイント位置の像
40,40B,40C 中間像
50 凹面ミラー
60 視認される表示像(虚像)
70 開口部
100 HUDユニット
200 車両用投影表示装置
WS ウインドシールド
EP アイポイント
f1,f2,f3a,f3b 焦点
Claims (5)
- 光学レンズ、凸面鏡、および凹面鏡の少なくとも1つを含み、光を透過もしくは反射する面を有する中間像形成光学部材と、
表示像を含む光を前記中間像形成光学部材に向けて投射し、前記表示像の中間像を前記中間像形成光学部材の焦点よりも近い所定位置に虚像として結像する、もしくは前記中間像を前記中間像形成光学部材の焦点よりも遠い所定位置に実像として結像するように配置された表示デバイスと、
前記中間像形成光学部材により結像された前記中間像の光を、前記中間像形成光学部材を介して受光し、車両のウインドシールド、もしくはその近傍の光反射部材の反射面に導き、前記反射面で反射した前記光の表示像が所定のアイポイントで虚像として視認できるように投影するHUD光学系と、
を有し、前記表示デバイスに対して、前記中間像形成光学部材が、前記中間像を平面に対して少なくとも一部分が湾曲した状態で結像する、
車両用投影表示装置。 - 前記HUD光学系は、投影する像を拡大する凹面鏡を含み、
前記中間像形成光学部材は、前記HUD光学系の凹面鏡の凹面と対向する面の中央部がその周囲に対して突出した形状の凸面鏡であり、前記中間像形成光学部材の形成する前記中間像が虚像であり、
前記中間像の湾曲状態は、前記HUD光学系に含まれる曲面、及び車両のウインドシールドの表面形状の少なくとも一方の影響により生じる像面湾曲の収差を補正する形状を有する、
ことを特徴とする請求項1に記載の車両用投影表示装置。 - 前記HUD光学系は、投影する像を拡大する第1の凹面鏡を含み、
前記中間像形成光学部材は、前記第1の凹面鏡の凹面と対向する面の周辺部がその中央部よりも突出した形状の第2の凹面鏡であり、前記中間像形成光学部材の形成する前記中間像が実像であり、
前記中間像の湾曲状態は、前記HUD光学系に含まれる曲面、及び車両のウインドシールドの表面形状の少なくとも一方の影響により生じる像面湾曲の収差を補正する形状を有する、
ことを特徴とする請求項1に記載の車両用投影表示装置。 - 前記HUD光学系は、投影する像を拡大する凹面鏡を含み、
前記中間像形成光学部材は、中央部がその周辺部よりも突出した1つ以上の凸面を有し、前記中間像形成光学部材の形成する前記中間像が実像であり、
前記中間像の湾曲状態は、前記HUD光学系に含まれる曲面、及び車両のウインドシールドの表面形状の少なくとも一方の影響により生じる像面湾曲の収差を補正する形状を有する、
ことを特徴とする請求項1に記載の車両用投影表示装置。 - 前記中間像形成光学部材を配置する位置、および前記中間像形成光学部材の光学特性は、前記ウインドシールドもしくはその近傍の反射面、前記HUD光学系、および前記中間像形成光学部材を含む光学系を介して結像される前記アイポイントの位置の像が、前記中間像形成光学部材の焦点を含む平面の近傍に配置されるように決定されている、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の車両用投影表示装置。
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