JP2018501512A - 横画像生成装置を備えたヘッドアップディスプレイ - Google Patents

Abstract

本発明は、とくには自動車用の横画像生成装置（２）を備えたヘッドアップディスプレイ（１）に関する。このヘッドアップディスプレイは、表示軸（７）に沿って画像を表示するように構成された画像生成装置（２）と、画像生成装置（２）から離して配置され、投影軸（９）に沿って虚像を表示するように構成された半反射光学部品（３）と、画像生成装置（２）からの画像を反射軸（８）に沿って光学部品（３）へ反射させるように表示軸（７）上に配置された少なくとも１つのミラー（４）と、を備える。画像生成装置（２）の表示軸（７）は、光学部品の投影軸（９）に対して垂直である。

Description

本発明は、とりわけ自動車用の横画像生成装置を備えた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は、通常は、例えば航空機の操縦士の視野内に飛行、航行、または任務の実行の支援を提供する情報を重ね合わせる機能を有する。したがって、ディスプレイは、操縦士が周囲を監視しながら、搭載機器によって提供される情報も読み取ることを可能にする。これらのディスプレイは、今や自動車においても使用されている。

そのようなディスプレイは、画像生成装置と、画像生成装置からの画像の虚像を形成するように構成された半反射光学部品とを備える。虚像は、運転者または操縦士の視野内で周囲の状況に重ね合わせられる。虚像を形成するための半反射光学部品として、車両のフロントガラスを使用することも可能である。このようなディスプレイの技術的特性は、とくには、とりわけディストーションの問題を回避するために、道路および運転者に対する光学部品の位置、ならびに光学部品への画像の入射角に関する。

自動車において知られている画像生成装置は、１つ以上の光源と、光源からの光ビームを受け取る画素マトリクスとを備える。このマトリクスは、光ビームを透過または反射させて、画素によって形成される画像を生成する。各画素は個別に制御され、入射光が画像の一部を形成するいわゆる「開」状態、または入射光が表示される画像の一部を形成しないいわゆる「閉」状態を有することができる。したがって、画像は、開状態の画素にもとづいて生成される。画像を形成する手段として、レーザ走査を使用することも可能である。

さまざまな種類のマトリクスが存在し、とりわけ光の透過によって動作し、すなわち光源からの光ビームが光源と光学部品との間に配置されたマトリクスを通過するＴＦＴ型（英語の「Thin Film Transistor」の略称）のトランジスタマトリクスが存在する。また、光ビームを光学部品に向かって反射させることによって動作するＬＣＯＳ型（英語の「Liquid Crystal on Silicon」の略称）のマトリクスおよびＤＭＤ型（英語の「Digital Micro-Mirror Device」の略称）のマイクロミラーマトリクスも知られている。

簡単に言えば、ディスプレイ装置は、次のように車両に配置される、すなわち画像生成装置が、画像を半反射光学部品に向かって反射させるミラーとともに、計器パネル内に配置される。光学部品は、運転者の視野内にあるように、フロントガラスの高さにおいて計器パネル上に配置される。

ディスプレイ装置は、画像が光学部品に実質的に面して提示されるような方法で配置される。換言すると、画像は、実質的に光学部品の反射面の軸において表示され、あるいは反射される。また、一方ではマトリクスのサイズが限られており、他方では虚像が運転者から約２メートルのところに現れなければならないことから、虚像が充分なサイズであることを保証するために、画像生成装置は、光学部品から最小距離に配置されなければならない。したがって、ディスプレイ装置のこの配置は、計器パネルの厚さにおいてかなり大きな体積を占める。

しかしながら、車両の中には、そのようなディスプレイを取り付けることが不可能な計器パネルを有するものもある。これは、例えば貨物車がその寸法、とりわけ長さに規制上の制約を受け、結果としてキャビンの寸法が制限され、自家用車の計器パネルよりも薄い計器パネルを設計する必要があるからである。したがって、このようなキャビンのための運転用および快適用のディスプレイシステムは、この種の追加のヘッドアップディスプレイを収容することができない限られた計器パネル用に特別に設計される。

したがって、本発明は、より薄い計器パネルに適合した配置および寸法を有するヘッドアップディスプレイを提供することを目的とする。

この目的のために、本発明は、とりわけ自動車用の横画像生成装置を有するヘッドアップディスプレイであって、
表示軸上に画像を表示するように構成された画像生成装置と、
画像生成装置から離して配置され、画像の虚像を投影軸上に出現させるように構成された半反射光学部品と、
画像生成装置からの画像を反射軸に沿って光学部品へ反射させるように表示軸上に配置された少なくとも１つのミラーと、
を備えるディスプレイに関する。

このディスプレイは、画像生成装置の表示面が投影の光軸および反射の光軸によって定められる平面に実質的に平行であることを特徴とする。

したがって、このディスプレイゆえに、画像生成装置は、光学部品の軸に配置されるのではなく、横方向に配置される。したがって、ディスプレイの奥行きが小さくなり、例えば貨物車のキャビンなどにおける薄い計器パネルあるいは電子的または機械的な構成要素ですでにいっぱいの計器パネルの中にディスプレイを取り付けることができる。

さらに、画像の品質の低下およびエネルギーの損失の問題を伴う光学部品の軸において画像を反射させる複雑なミラーディスプレイを、設計する必要がなくなる。

個別に考慮することができ、あるいは組み合わせにて考慮することができる本発明の種々の実施形態によれば、
画像生成装置は、実質的に矩形の画像を形成するように構成され、実質的に矩形の画像の長辺は、反射の光軸に実質的に平行であり、
ミラーは、光学部品の実質的に下方に配置され、
画像生成装置、光学部品、およびミラーは、ミラーの平面が表示面に対して実質的に４５°であるような方法で配置され、
光学部品は、ミラーの反射の軸に対して或る傾斜角度にあり、
ミラーおよび光学部品は、反射の軸が実質的に光学部品の中心へ向くような方法で配置され、
画像生成装置は、光ビームを放射することができる少なくとも１つの光源と、光ビームにもとづいて画像を表示するように構成された画素マトリクスとを備え、
光学部品は、半反射性ブレードであり、
光学部品は、車両のフロントガラスの少なくとも一部分であり、
光学部品は、虚像の形成に必要な屈折力の少なくとも一部をもたらすような湾曲を有し、
光学部品は、平坦であり、
ミラーは、虚像の形成に必要な屈折力の少なくとも一部をもたらすような湾曲を有し、
ミラーは、平坦である。

本発明は、あくまでも案内として、限定を意図することなく、図１の添付の図面と併せて提示される以下の説明を考慮することにより、より容易に理解されるであろう。

本発明によるディスプレイの実施形態の斜視図を概略的に示している。

図１は、（Ｏｘ）および（Ｏｙ）が水平軸であり、（Ｏｚ）が垂直軸である正規直交基準座標系（Ｏ、ｘ、ｙ、ｚ）において、例えば自動車におけるディスプレイなどのヘッドアップディスプレイ１を示している。ディスプレイ１は、少なくとも部分的にハウジングまたはモジュール５内に配置され、画像生成装置２を備えており、画像生成装置２は、横方向に配置され、平面（ｘＯｚ）内の表示面上に画像を表示するように構成されている。用語「横」は、画像生成装置２がディスプレイの他の構成要素の側面に配置され、したがって従来のディスプレイと違って軸にはないことを意味すると解釈される。画像生成装置２は、光ビームを発することができる少なくとも１つの光源と、光ビームにもとづいて画像を形成するように構成された画素マトリクスとを備える。光源（図示せず）は、例えば画像生成装置の一部分に配置された発光ダイオードである。画像生成装置２は、例えばＴＦＴ型の画素マトリクスを画像生成装置２の出力面上に備える。したがって、ダイオードが、マトリクスに向かってビームを放射し、マトリクスが、画像生成装置２の面上に透過によって画像を生成する。

画像は、（Ｏｙ）に平行な光学表示軸７上で平面（ｘＯｚ）に平行に表示される。言い換えれば、画像は、実質的に、この場合には実質的に水平である光学表示軸７上に中心を有する。さらに、ディスプレイ１は、画像生成装置２から或る距離に配置され、画像生成装置２からの画像の虚像を出現させるように構成された半反射光学部品３を備える。

この場合、光学部品３は、モジュール５上に配置された半反射性ブレードであり、好ましくは格納位置においてモジュール５に折り畳まれ、あるいは使用の位置に立ち上げられてよい。

半反射光学部品３は、観察者が光学部品３を見通しつつ、反射によって形成された虚像を同時に見ることを可能にする。したがって、光学部品３の一方の側に位置する観察者にとって、虚像は、この観察者の視野において、光学部品３を通って視認される周囲の状況に重ね合わせられる。虚像は、光学部品３から、したがって観察者から特定の距離に現れる。虚像も、実質的に、光学部品３の中心を通過する投影の光軸９上に中心を有する。投影の光軸９は、平面（ｘＯｚ）に平行であり、半反射光学部品３は、さまざまな傾きを有することで、この同じ平面における投影の光軸９の方向を変えることができる。

画像生成装置２は、実質的に矩形の画像を形成するように構成されている。画像は、画像の長辺が虚像の投影の光軸９に対して実質的に垂直になるような方法で画像生成装置２によって形成される。画像の長辺は、軸（Ｏｚ）に平行であり、したがってこの場合には垂直である。この目的のために、画素マトリクスは矩形であり、画像生成装置２は、画素マトリクスの長辺が虚像の投影の光軸９に対して実質的に垂直であるような方法で配置される。換言すると、画像生成装置２の表示面は、垂直な画像をもたらすために垂直な姿勢にある。また、画像生成装置２のこの姿勢は、ディスプレイ１を軸（Ｏｘ）に沿ってよりコンパクトにすることを可能にする。

さらに、ディスプレイ１は、画像生成装置２の光学表示軸７が虚像の投影の光軸９に対して垂直になるように構成される。

この目的のために、画像生成装置２は、光学部品３から距離を置いて横方向に配置され、ミラー４が、光学部品３の実質的に下方において、画像表示軸７上に、その光路上にあるように配置される。したがって、ミラー４は、画像生成装置２によって表示された画像を、（Ｏｚ）に平行であり、したがってこの場合には垂直である反射の光軸８において、上方に位置する光学部品３に向かって反射させる。図面において、画像生成装置２は、ミラーの左側に示されているが、右側に位置することも同様に可能である。

本発明によれば、画像生成装置２の表示面は、投影の光軸９および反射の光軸８によって定められる平面に実質的に平行である。したがって、これらの２つの平面は、平面（ｘＯｚ）に平行である。

ミラー４および光学部品３は、光学部品３がミラーの反射の軸８に対して或る傾斜の角度にあり、反射の光軸８が実質的に光学部品３の中心に向けられるような方法で配置され、ディストーションの問題を最小限にする。

画像生成装置２は、好ましくはミラー４と同じ高さに配置され、ミラー４は、画像の光学表示軸７がミラー４の反射の光軸８に対して垂直になるように向けられる。換言すれば、画像生成装置２、ミラー４、および光学部品３は、平面（ｙＯｚ）に平行な直角三角形の３つの角に実質的に位置し、ミラー４が直角に配置される。したがって、ミラー４の平面は、画像生成装置２の表示面に対して実質的に４５°である。

表示の光軸７および反射の光軸が、直角三角形の２つの垂直な辺を形成する。この構成において、垂直に表示された画像は、ミラー４によって光学部品３に向かって反射させられ、光学部品３へ向かう反射の後に９０°回転している。したがって、画像の長辺は、軸（Ｏｙ）に平行である。換言すると、矩形の画像の長辺が、ミラー４からの反射後に水平になる。したがって、虚像も水平に現れる。

図１は、画像の９０°の回転を示すために、ディスプレイ１における画像の４つの角の光路を表す光線を示している。画像の２つの短辺の角からの光線の２つのペア１０、１１は、画像生成装置２の出力に水平に平行であり、ミラー４からの反射後に垂直に平行になる。したがって、垂直であった画像が水平になる。さらに、光学部品３によって形成される虚像も、実質的に水平である。

図１に示されるように、光学部品３によって形成された虚像は、ウインドウ６内の観察者によって視認可能である。言い換えれば、光学部品３を介して画像を観察するために、観察者は、自身の目がこの「アイボックス（eye box）」と呼ばれるウインドウ６内にあるように位置しなければならない。ウインドウは、実質的に投影の光軸９上に中心を有する。

車両に使用されるディスプレイの別の実施形態においては、フロントガラスの一部が、半反射光学部品として機能する。この目的のために、ディスプレイの残りの部分は、フロントガラスを半反射光学部品として使用することができるように計器パネル内に配置される。

さらに、ディスプレイ１の構成要素のうちの少なくとも１つは、虚像を光学部品３からの特定の距離に特定の倍率で出現させるために、屈折力（optical power）をもたらすように構成されている。このようにして、観察者の視野内に現れる周囲の状況に正しく重ね合わせられる。屈折力は、光を収束または発散させる光学システムの能力を決定する物理的特性である。屈折力は、目が光学システムによって出力された画像を見込む角度と物体のサイズとの間の比に等しい。

図１に示される第１の変種の実施形態においては、ミラー４が平坦であり、光学部品３が屈折力をもたらす湾曲を有する。

図示されていない第２の変種の実施形態においては、ミラー４が湾曲しており、光学部品３は平坦である。

図示されていない第３の変種の実施形態においては、光学部品３およびミラー４の各々が、各々が相補的な方法で屈折力の一部をもたらすような湾曲を有する。

Claims (13)

1. 表示面上に画像を表示するように構成された画像生成装置（２）と、
   前記画像生成装置（２）から離して配置され、前記画像の虚像を投影の光軸（９）上に出現させるように構成された半反射光学部品（３）と、
   前記画像生成装置（２）からの画像を反射の光軸（８）に沿って前記光学部品（３）へ反射させるように配置された少なくとも１つのミラー（４）と、
   を備える、特には自動車用の横画像生成装置（２）を有するヘッドアップディスプレイ（１）であって、
   前記画像生成装置（２）の前記表示面は、前記投影の光軸（９）および前記反射の光軸（８）によって定義される平面と実質的に平行である、ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ。
2. 前記画像生成装置（２）は、実質的に矩形の画像を形成するように構成され、前記実質的に矩形の画像の長辺は、前記反射の光軸（８）と実質的に平行である、ことを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ。
3. 前記ミラー（４）は、前記光学部品（３）の実質的に下方に配置されている、ことを特徴とする請求項１または２に記載のディスプレイ。
4. 前記画像生成装置（２）、前記光学部品（３）、および前記ミラー（４）は、前記ミラー（４）の平面が前記表示面に対して実質的に４５°であるような方法で配置されている、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のディスプレイ。
5. 前記光学部品（３）は、前記ミラーの前記反射の軸（８）に対して或る傾斜角度にある、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のディスプレイ。
6. 前記ミラー（４）および前記光学部品（３）は、前記反射の軸（８）が実質的に前記光学部品（３）の中心へ向くような方法で配置されている、ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のディスプレイ。
7. 前記画像生成装置（２）は、光ビームを放射することができる少なくとも１つの光源と、前記光ビームにもとづいて前記画像を表示するように構成された画素マトリクスとを備える、ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のディスプレイ。
8. 前記光学部品（３）は、半反射性ブレードである、ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のディスプレイ。
9. 前記光学部品（３）は、車両のフロントガラスの少なくとも一部分である、ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のディスプレイ。
10. 前記光学部品（３）は、湾曲を有し、前記虚像の形成に必要とされる屈折力の少なくとも一部をもたらす、ことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のディスプレイ。
11. 前記光学部品（３）は、平坦である、ことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のディスプレイ。
12. 前記ミラー（４）は、湾曲を有し、前記虚像の形成に必要な屈折力の少なくとも一部をもたらす、ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載のディスプレイ。
13. 前記ミラー（４）は、平坦である、ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載のディスプレイ。

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