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Abstract
Description
本発明は、車両の計器板またはナビゲーション情報等の運転者に知らせるべき情報を、車両前方の風景に重ねた状態で表示するヘッドアップディスプレイ型の画像表示装置に関するものである。 The present invention relates to an image display device of a head-up display type that displays information to be notified to a driver such as an instrument panel of a vehicle or navigation information in a state of being superimposed on a landscape in front of the vehicle.
近年、ヘッドアップディスプレイ(Head−Up Display、以下HUDという。)を搭載した車種が増加している。HUDは、運転中に、運転者が視点の小さな動きで情報を確認できる。HUDは、運転に役立つ様々な情報を虚像として表示する。そして、HUDは、それらの情報を車両前方の外景に重畳させた状態で映し出す装置である。「重畳」とは、重ねることである。 In recent years, an increasing number of vehicles are equipped with a head-up display (Head-Up Display, hereinafter referred to as HUD). The HUD allows the driver to confirm information with a small movement of the viewpoint while driving. The HUD displays various information useful for driving as virtual images. The HUD is a device that projects such information in a state where the information is superimposed on an outside scene in front of the vehicle. “Superimposition” means overlapping.
そのため、運転者は短時間で情報を把握できる。また、HUDは、運転者の視線の移動と焦点合わせとを軽減できる。通常、HUDの表示装置は、表示像をフロントウインドシールドに向け投影する。そして、この表示装置は、車両のダッシュボード内に設置されることが多い。 Therefore, the driver can grasp information in a short time. Further, the HUD can reduce movement and focusing of the driver's line of sight. Usually, the display device of HUD projects a display image toward a front windshield. And this display apparatus is often installed in the dashboard of a vehicle.
下記の特許文献1は、表示像を虚像によって遠方に表示することで、運転者が前方の視界から目をそらすことなく表示像を視認することができるヘッドアップディスプレイを開示している。
The following
しかしながら、特許文献1では、運転者は、ヘッドアップディスプレイに表示された情報以外を、例えば、ダッシュボードに配置された従来の表示器で確認する必要がある。このため、運転者は、それぞれの情報を同時に視認することができない。そして、それぞれの情報を視認する際の視線移動が大きいという課題があった。
However, in
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、フロントウインドシールドに、第1映像を実像として表示し、第2映像を虚像として表示する画像表示装置を得るものである。つまり、虚像として表示される映像と、実像として表示される映像とは、共にフロントウインドシールドに表示されている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an image display device that displays a first video as a real image and a second video as a virtual image on a front windshield. That is, the video displayed as a virtual image and the video displayed as a real image are both displayed on the front windshield.
本発明の表示装置は、透明な第1のスクリーンに映像を投影することで虚像を形成する表示装置において、第1の映像を含む第1の映像光および第2の映像を含む第2の映像光を投射する光源部と、前記第1の映像光を受けて、中間像として前記第1の映像を映し出す第2のスクリーンと、前記第2の映像光を受けて、自ら発光することで、前記第2の映像を表示する中間膜とを備え、前記第2のスクリーンに映し出された前記第1の映像を前記虚像として形成し、前記中間膜は、前記第1のスクリーンに備えられる。 The display device of the present invention is a display device that forms a virtual image by projecting an image on a transparent first screen, and a first image light including the first image and a second image including the second image. A light source unit that projects light, a second screen that receives the first image light and displays the first image as an intermediate image, and receives the second image light and emits light by itself. An intermediate film for displaying the second image, and forming the first image projected on the second screen as the virtual image, and the intermediate film is provided on the first screen.
本発明によれば、実像で表示された情報と、虚像で表示された情報とを視認する際の視線移動量を低減することができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the amount of line-of-sight movement when visually recognizing information displayed as a real image and information displayed as a virtual image.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る画像表示装置100を概略的に示した構成図である。実施の形態1においては、一例として、レーザースキャン方式の画像表示装置100について説明する。
FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing an
図1に示されるように、画像表示装置100は、光源部1、スクリーン2および自発光中間膜61を備える。画像表示装置100は、拡大ミラー3およびミラー4を備えることができる。
As shown in FIG. 1, the
光源部1は、例えば、ダッシュボードの内部に配置されている。
The
光源部1は、映像光を出射する。「映像光」とは、映像情報を有する光のことである。以下において、第1映像および第2映像は、光源部1よって投影される映像である。
The
スクリーン2は、光源部1から投影された第1映像を中間像として映し出す。スクリーン2は、入射した光線を広げる機能を持っている。スクリーン2は、例えば、マイクロレンズアレイで形成されている。入射した光線の広がる角度は、マイクロレンズアレイの大きさ又は焦点距離などによって決定される。そして、入射光がレーザー光の場合には、レーザーによるスペックルノイズを低減する。
The
拡大ミラー3は、スクリーン2上に映し出された中間像を、フロントウインドシールド7に向け反射する。また、拡大ミラー3は、虚像5の歪を補正する機能を有している。また、拡大ミラー3は、アイボックスを形成する機能を有している。「アイボックス」とは、「覗き窓」のことで、アイボックスの範囲で、運転者は、虚像5を視認することができる。
The magnifying mirror 3 reflects the intermediate image projected on the
ミラー4は、光源部1から投影された第2映像を、フロントウインドシールド7に向け反射する。
The
自発光中間膜61は、第2映像の光を受けて、自ら発光することで、第2映像を表示する。例えば、自発光中間膜61は、励起光で励起されて、蛍光を発する発光粒子を含有している。
The self-light emitting
第1映像は、スクリーン2に投影される。そして、第1映像の中間像が、スクリーン2上に形成される。中間像は、映像光が透過型スクリーン上に投影された実像である。
The first video is projected on the
スクリーン2上の中間像は、拡大ミラー3によってフロントウインドシールド7上に投影される。運転者の目95からは、フロントウインドシールド7に投影された第1映像が、虚像5として見える。そして、第1映像は、車両前方の風景に重畳された状態で見える。
The intermediate image on the
光源部1よって投影された第2映像は、ミラー4でフロントウインドシールド7に向けて投影される。フロントウインドシールド7は、自発光中間膜61を備える。自発光中間膜61は、特定の波長領域の光が照射されることで自ら発光する。
The second image projected by the
ウインドシールドは、自動車などに取り付けられた、風を防ぐためのガラスなどである。ウインドシールドは、ガラス以外に、アクリルなどのプラスチックで作製される場合もある。フロントウインドシールド7は、車両の前側に取り付けられたウインドシールドである。
A windshield is a glass attached to an automobile or the like for preventing wind. The windshield may be made of plastic such as acrylic in addition to glass. The
画像表示装置100は、透明なスクリーンに映像を投影することで虚像を形成する。フロントウインドシールド7は、この透明なスクリーンの一例である。
The
ここで、例えば、自発光中間膜61に照射される光は、レーザー光である。自発光中間膜61は、例えば、青色半導体レーザー11Bから出射されるレーザー光が照射されることで、自発光する。実施の形態1では、青色半導体レーザー11Bは、第2映像の光源である。
Here, for example, the light applied to the self-light emitting
ミラー4からフロントウインドシールド7に向けて反射されたレーザー光は、フロントウインドシールド7上の自発光中間膜61に照射される。そして、フロントウインドシールド7上に第2映像の実像6が表示される。運転者の目95からは、第2映像はフロントウインドシールド7上に実像6として視認される。
The laser light reflected from the
図2は、画像表示装置100によって投影された第1映像(虚像5)および第2映像(実像6)を、運転者の目95から見た様子を示す模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a state in which the first video (virtual image 5) and the second video (real image 6) projected by the
図2に示すように、車両は右側にハンドルがある。そして、ハンドルの上側の位置のフロントウインドシールド7上に、実像6が表示されている。図2では、実像6は車両の速度表示である。実像6の上側には、虚像5が表示されている。図2では、虚像5は、車両の進行方向を向いた矢印である。また、フロントウインドシールド7を通して、左側には、信号が見えている。
As shown in FIG. 2, the vehicle has a handle on the right side. A
このように、フロントウインドシールド7上に、虚像5の第1映像および実像6の第2映像を映し出すことによって、運転者の目95の視線移動の時間を短縮して、視認性を向上することができる。
In this way, by projecting the first image of the
図3は、光源部1の構成を概略的に示す構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram schematically showing the configuration of the
図3に示すように、実施の形態1に係る光源部1は、半導体レーザー11、合波プリズム12、レンズ13、ミラー14およびMEMS(Micro Electric Mechanical System)ミラー装置15を備える。
As shown in FIG. 3, the
半導体レーザー11は、赤色半導体レーザー11R、緑色半導体レーザー11G及び青色半導体レーザー11Bを含んでいる。半導体レーザー11は、レーザー光線16を出射する。赤色半導体レーザー11Rは、赤色のレーザー光線16Rを出射する。緑色半導体レーザー11Gは、緑色のレーザー光線16Gを出射する。青色半導体レーザー11Bは、青色のレーザー光線16Bを出射する。
The semiconductor laser 11 includes a
合波プリズム12は、例えば、赤色半導体レーザー11Rから出射されたレーザー光線16Rを反射する。そして、合波プリズム12は、緑色半導体レーザー11Gから出射されたレーザー光線16Gを透過する。これによって、これらのレーザー光線16R,16Gは、同軸上で合成波(レーザー光線16RG)となる。つまり、これらのレーザー光線16R,16Gは、同軸上で合成される。
For example, the multiplexing
レンズ13は、例えば、半導体レーザー11から出射されたレーザー光線16を集光する。レンズ13は、半導体レーザー11から出射されたレーザー光16の発散角を変更する。
For example, the
レンズ13は、レンズ13a、レンズ13b及びレンズ13cを含む。レンズ13aは、赤色半導体レーザー11Rから出射されたレーザー光線16Rを集光する。レンズ13bは、緑色半導体レーザー11Gから出射されたレーザー光線16Gを集光する。レンズ13cは、青色半導体レーザー11Bから出射されたレーザー光線16Bを集光する。
The
ミラー14は、ミラー14aおよびミラー14bを含む。ミラー14aは、赤色半導体レーザー11Rから出射されたレーザー光線16Rおよび緑色半導体レーザー11Gから出射されたレーザー光線16Gを反射する。つまり、ミラー14aは、合成されたレーザー光線16RGを反射する。ミラー14bは、青色半導体レーザー11Bから出射されたレーザー光線16Bを反射する。ミラー14a,14bで反射されたレーザー光線は、MEMSミラー装置15に到達する。
The
MEMSミラー装置15は、ミラー14a,14bで反射されたレーザー光線を二次元に走査する。MEMSミラー装置15は、MEMSミラー15aを備えている。MEMSミラー装置15は、MEMSミラー15aの傾きを変えることによって、レーザー光線を二次元に走査する。MEMSミラー装置15で走査された光は、スクリーン2に到達する。
The
「MEMS」とは、シリコンまたはプラスチックを、微細加工技術で加工することによって作られて、電気的に駆動される小さな機械のことである。MEMSミラー装置15は、MEMSミラー15aの角度を電気的に変化させることで、映像を映し出す。ここで、MEMSミラー15aは、光を走査する鏡の一例である。
“MEMS” is a small machine that is electrically driven, made by processing silicon or plastic with microfabrication technology. The
制御部8は、表示される画像情報9に基づいて、半導体レーザー11の出力調整、または半導体レーザー11のオン・オフ制御を行う。ここで、出力調整は、例えば、暗い画像を表示する場合には、半導体レーザー11の出力を落とし、また、明るい画像を表示する場合には、半導体レーザー11の出力を上げることである。また、「オン・オフ制御」とは、半導体レーザー11を点灯または消灯する制御である。各半導体レーザー11を点滅させることで、スクリーン2上に画像が形成される。
The
第1映像は、レーザー光線16RGによって形成される。つまり、第1映像は、赤色半導体レーザー11Rおよび緑色半導体レーザー11Gによって投影される。第2映像は、レーザー光線16Bによって形成される。つまり、第2映像は、青色半導体レーザー11Bによって投影される。
The first image is formed by the laser beam 16RG. That is, the first image is projected by the
図3に示すように、MEMSミラー装置15に入射する際のレーザー光線16RGの入射角と、レーザー光線16Bの入射角とは異なる。そのため、第1映像と、第2映像とは異なった位置に投影される。
As shown in FIG. 3, the incident angle of the laser beam 16RG when entering the
実施の形態1では、レーザー光線16RGは、スクリーン2に到達する。そして、レーザー光線16Bは、ミラー4に到達する。第1映像は、レーザー光線16RGによって形成される。第2映像は、レーザー光線16Bによって形成される。
In the first embodiment, the laser beam 16RG reaches the
図4は、MEMSミラー装置15によるレーザー光線16RG,16Bの走査を示す模式図である。図4は、図を簡略化するために、ミラー14a,14bよりも前の構成要素を省略している。
FIG. 4 is a schematic diagram showing scanning of the laser beams 16RG and 16B by the
図4に示すように、赤色半導体レーザー11Rから出射されたレーザー光線16Rおよび緑色半導体レーザー11Gから出射されたレーザー光線16Gは、合波プリズム12で合成されてレーザー光線16RGとなる。レーザー光線16RGは、ミラー14aで反射される。そして、レーザー光線16RGは、MEMSミラー装置15に入射する。
As shown in FIG. 4, the
また、青色半導体レーザー11Bから出射されたレーザー光線16Bは、ミラー14bで反射される。そして、レーザー光線16Bは、MEMSミラー装置15へ入射する。
The
レーザー光線16RG,16Bは、ミラー14a,14bから、それぞれ異なる角度でMEMSミラー装置15に入射する。そして、レーザー光線16RG,16Bは、MEMSミラー装置15で反射される。
The laser beams 16RG and 16B are incident on the
MEMSミラー装置15で反射されたレーザー光線16RG,16Bは、例えば、ラスタ走査される。これにより。第1映像の虚像5と第2映像の実像6とは、それぞれ異なる位置に投影される。そして、虚像5の第1映像と実像6の第2映像とは、それぞれ同時に表示される。
The laser beams 16RG and 16B reflected by the
「ラスタ走査」とは、フィールド全体をラスタ状に走査して描画をする方法である。ここでは、レーザー光線で走査している。「ラスタ」とは、複数の走査線を並べて作ったパターンのことである。 “Raster scanning” is a method of drawing by drawing the entire field in a raster shape. Here, scanning is performed with a laser beam. A “raster” is a pattern formed by arranging a plurality of scanning lines.
制御部8が各半導体レーザー11を制御することで、第1映像および第2映像は形成される。
The
実施の形態1では、レーザー光線16RGのMEMSミラー装置15への入射角は、レーザー光線16BのMEMSミラー装置15への入射角と異なる。レーザー光線16RGは、第1映像を形成している。レーザー光線16Bは、第2映像を形成している。これにより、画像表示装置100は、第1映像と第2映像とを別の位置に投影している。
In the first embodiment, the incident angle of the laser beam 16RG to the
図5は、第1映像(虚像5)と第2映像(実像6)とを分けて投影する例を示した模式図である。図5では、図4と異なり、レーザー光線16RG,16BのMEMSミラー装置15への入射角は同一である。
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an example in which the first video (virtual image 5) and the second video (real image 6) are projected separately. In FIG. 5, unlike FIG. 4, the incident angles of the laser beams 16RG and 16B to the
そして、レーザー光線16RGとレーザー光線16Bとは、異なる時間に点灯して、映像を表示している。レーザー光線16RGは、虚像5を表示している。レーザー光線16Bは、実像6を表示している。
The laser beam 16RG and the
図5のように、MEMSミラー装置15へ入射する際のレーザー光線16RG,16Bの光軸は同一である。そして、第1映像が表示される領域は、第2映像が表示される領域と異なる。つまり、実像6を表示する領域では、レーザー光源11R,11Gを点灯して、レーザー光源11Bを消灯する。一方、虚像5を表示する領域では、レーザー光源11R,11Gを消灯して、レーザー光源11Bを点灯する。
As shown in FIG. 5, the optical axes of the laser beams 16RG and 16B when entering the
図4に示す投影方法の画像表示装置は、図5に示す投影方法の画像表示装置よりも、第1映像が表示される領域および第2映像が表示される領域の大きさを大きくできる。また、図4に示す投影方法の画像表示装置は、第1映像および第2映像の画素数を向上させることができる。 The image display apparatus of the projection method shown in FIG. 4 can increase the size of the area where the first video is displayed and the area where the second video is displayed, as compared with the image display apparatus of the projection method shown in FIG. Moreover, the image display apparatus of the projection method shown in FIG. 4 can improve the number of pixels of the first video and the second video.
実施の形態1では、第2映像はフロントウインドシールド7に実像6として表示される。そのため、フロントウインドシールド7は、発光層71を備える必要がある。発光層71は、特定の波長領域の光で蛍光を発する発光粒子を含有している。
In the first embodiment, the second video is displayed as a
図6は、フロントウインドシールド7の構造を示す構造図である。
FIG. 6 is a structural diagram showing the structure of the
図6のフロントウインドシールド7では、一対のガラス板72,73の間に発光層71が積層されている。
In the
実施の形態1に示す発光層71は、青色半導体レーザー11Bの波長領域の光を照射することで、蛍光を発する。そして、発光層71は発色する。
The
そのため、第2映像は、青色半導体レーザー11Bを用いて描かれている。ここで、第2映像は、実像6として表示されている。また、発光層71は、青色半導体レーザー11Bの波長領域で発色する。
Therefore, the second image is drawn using the
一方、第1映像は、赤色半導体レーザー11Rおよび緑色半導体レーザー11Gを用いて描かれている。ここで、第1映像は、虚像5として表示されている。そして、赤色半導体レーザー11Rおよび緑色半導体レーザー11Gは、発光層71が発色する波長領域以外の波長の半導体レーザーである。
On the other hand, the first image is drawn using the
実施の形態1に係る画像表示装置100によれば、運転者の目95から見て、第1映像および第2映像の両方は、フロントウインドシールド7上に表示される。第1映像は、虚像5として表示される。また、第2映像は、実像6として表示される。従って、第1映像の情報と第2映像の情報とをそれぞれ視認する際に、視線移動の量を低減することができる。
According to the
また、実施の形態1に係る画像表示装置100によれば、MEMSミラー装置15への入射角を、レーザー光線16RGとレーザー光線11Bとで異なる角度としている。そして、レーザー光線16RGとレーザー光線11BとのMEMSミラー装置15への入射角を変えることで、画像表示装置100は、第1映像および第2映像を、一つのMEMSミラー装置15で投影している。そして、画像表示装置100は、第1映像および第2映像を、同時に表示している。
Further, according to the
レーザー光線16Rは、赤色半導体レーザー11Rから出射される。レーザー光線16Gは、緑色半導体レーザー11Gから出射される。レーザー光線11Bは、青色半導体レーザー11Bから出射される。そして、第1映像は、レーザー光線16R,16Gによって描かれる。第二映像は、レーザー光線16Bによって描かれる。
The
従って、第1映像と第2映像とにおいて、それぞれの画角,解像度および輝度は、MEMSミラー装置15が一つの映像を投影する場合と等しくなる。
Therefore, in each of the first video and the second video, the angle of view, the resolution, and the brightness are the same as when the
なお、以上のように本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限るものではない。 In addition, although embodiment of this invention was described as mentioned above, this invention is not limited to these embodiment.
また、上述の実施の形態では自動車などの車両に搭載する画像表示装置100を例に挙げた。しかし、これに限らず、船舶、航空機または工場設備などで使用する各種機器の画像表示機能を備えた装置に適用できる。
In the above-described embodiment, the
100 画像表示装置、 1 光源部、 11 半導体レーザー、 11R 赤色半導体レーザー、 11G 緑色半導体レーザー、 11B 青色半導体レーザー、 16,16R,16G,16B,16RG レーザー光線、 12 合波プリズム、 13 レンズ、 4,14 ミラー、 15 MEMSミラー装置、 15a MEMSミラー、 2 スクリーン、 3 拡大ミラー、 5 虚像、 6 実像、 7 フロントウインドシールド、 71 発光層、 72,73 ガラス板、 8 制御部、 9 表示される画像情報、95 運転者の目。 100 image display device, 1 light source, 11 semiconductor laser, 11R red semiconductor laser, 11G green semiconductor laser, 11B blue semiconductor laser, 16, 16R, 16G, 16B, 16RG laser beam, 12 combining prism, 13 lens, 4,14 Mirror, 15 MEMS mirror device, 15a MEMS mirror, 2 screen, 3 magnifying mirror, 5 virtual image, 6 real image, 7 front windshield, 71 light emitting layer, 72, 73 glass plate, 8 control unit, 9 displayed image information, 95 Driver's eyes.
Claims (4)
第1の映像を含む第1の映像光および第2の映像を含む第2の映像光を投射する光源部と、
前記第1の映像光を受けて、中間像として前記第1の映像を映し出す第2のスクリーンと、
前記第2の映像光を受けて、自ら発光することで、前記第2の映像を表示する中間膜と
を備え、
前記第2のスクリーンに映し出された前記第1の映像は前記虚像として形成され、
前記中間膜は、前記第1のスクリーンに備えられる表示装置。 In a display device that forms a virtual image by projecting an image on a transparent first screen,
A light source unit that projects first video light including a first video and second video light including a second video;
A second screen that receives the first video light and displays the first video as an intermediate image;
An intermediate film that displays the second image by receiving the second image light and emitting light by itself;
The first image projected on the second screen is formed as the virtual image;
The intermediate film is a display device provided in the first screen.
前記第1の光源から出射された第1の光線が前記第3のミラーに入射する際の入射角を第1の入射角とし、前記第2の光源から出射された第2の光線が前記第3のミラーに入射する際の入射角を第2の入射角とすると、前記第1の入射角が、前記第2の入射角と異なり、
前記第3のミラーは、入射する前記第1の光線および前記第2の光線を2次元に走査し、
前記第1の映像光は、前記第3のミラーで走査された前記第1の光線によって形成され、
前記第2の映像光は、前記第3のミラーで走査された前記第2の光線によって形成される請求項1に記載の表示装置。 The light source unit includes a first light source, a second light source, and a third mirror,
The incident angle when the first light beam emitted from the first light source is incident on the third mirror is a first incident angle, and the second light beam emitted from the second light source is the first light beam. If the incident angle when entering the mirror 3 is the second incident angle, the first incident angle is different from the second incident angle,
The third mirror scans the incident first and second rays in two dimensions,
The first image light is formed by the first light beam scanned by the third mirror;
The display device according to claim 1, wherein the second image light is formed by the second light beam scanned by the third mirror.
前記第3のミラーは、第3の光線を走査し、
前記第1の映像は、前記第3の光線が第1の走査期間に走査されて形成され、前記第2の映像は、前記第3の光線が第1の走査期間と異なる第2の走査期間に走査されて形成される請求項1に記載の表示装置。 The light source unit includes a third mirror,
The third mirror scans a third beam;
The first image is formed by scanning the third light beam in a first scanning period, and the second image is a second scanning period in which the third light beam is different from the first scanning period. The display device according to claim 1, wherein the display device is formed by scanning.
前記第1の光線は、前記第1の映像光を形成し、
前記第2の光線は、前記第2の映像光を形成し、
前記第1の光線が前記第3のミラーに入射する際の入射角を第1の入射角とし、前記第2の光線が前記第3のミラーに入射する際の入射角を第2の入射角とすると、前記第1の入射角は、前記第2の入射角に等しい請求項3に記載の表示装置。 The third light beam includes a first light beam and a second light beam;
The first light beam forms the first image light;
The second light beam forms the second image light;
The incident angle when the first light beam is incident on the third mirror is defined as a first incident angle, and the incident angle when the second light beam is incident on the third mirror is defined as a second incident angle. Then, the display device according to claim 3, wherein the first incident angle is equal to the second incident angle.
Priority Applications (1)
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