JP2018505435A - 調節可能な観察ウィンドウを有するヘッドアップディスプレイ - Google Patents

Abstract

本発明は、とくには調節可能な観察ウィンドウを有するヘッドアップディスプレイのためのものであり、とりわけ自動車用のヘッドアップディスプレイのためのものである画像生成装置に関する。画像生成装置は、表示面（２）上に画像（７）を表示するように構成される。画像（７）は、画像生成装置から離して配置された半反射光学部品（３）のためのものであり、この光学部品（３）は、この光学部品（３）の第１の側に画像（７）の虚像（４）を形成するように構成されている。虚像（４）は、光学部品（４）の第２の側に位置する観察ウィンドウ（５）から視認可能である。画像生成装置は、表示面（２）の一部分のみに画像（７）を表示するように構成され、表示面（２）上で画像（７）を移動させるための手段を備える。さらに、本発明は、調節可能な観察ウィンドウを備えたヘッドアップディスプレイ（１）に関し、このディスプレイは、このような画像生成装置を備える。

Description

本発明は、画像生成装置に関し、とくには、とりわけ自動車用の調節可能な観察ウィンドウを有するヘッドアップディスプレイのための画像生成装置に関する。さらに、本発明は、調節可能な観察ウィンドウを有する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の機能は、一般に、例えば航空機のパイロットの視野において、操縦、航行、または任務の達成を支援する情報を重ね合わせることである。したがって、これにより、パイロットは、その搭載機器によってもたらされる情報を読み取りつつ、同時に自身の周囲の状況を監視することができる。今日では、これらの機器は、自動車において一般的に使用されている。

そのような装置は、画像生成装置と、生成装置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、運転者またはパイロットの視界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に、車両のフロントガラスを半反射光学部品として使用することも可能である。このような装置の技術的特徴は、とくには、とりわけ歪みの問題を防止するために、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度に関する。

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、光源から光ビームを受け取る画素マトリクスとを備える。マトリクスは、画素のおかげで形成される画像を書き込むことによって、光ビームを透過させ、あるいは反射させる。各々の画素は、個別に制御され、入射光が画像に寄与するいわゆる「開」状態または入射光が表示画像に寄与しないいわゆる「閉」状態のいずれかを有することができる。このようにして、画像は、開状態の画素に従って構成される。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、とくには光の透過により動作し、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（Thin Film Transistor）型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けて反射させることによって動作するＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）型マトリクスおよびＤＭＤ（Digital Micro-Mirror Device）型マイクロミラーマトリクスも知られている。

観察者は、光学部品を通して虚像を視認し、虚像が光学部品の一方の側に現れる一方で、観察者は光学部品の他方の側に位置する。さらに、観察者の目は、一般に「アイボックス（eyebox）」と呼ばれる観察ウィンドウ内に位置しなければならない。観察ウィンドウの位置は、光学部品に対する虚像の位置によって規定される。したがって、この観察ウィンドウの外側では、虚像を視認することができない。

しかしながら、場合によっては、観察ウィンドウを観察者に適合させるために、観察ウィンドウの位置を調節することが必要となり得る。既知の現在の装置では、観察ウィンドウを移動させるために、半反射光学部品が操作される。実際には、例えば光学部品の傾きを変更することにより、虚像が移動し、結果として観察ウィンドウが移動する。この目的のためには、光学部品に作用する機械的手段を使用する必要がある。結果として、第１にはディスプレイの製造コストが高くなり、第２には機械的手段のためにディスプレイが大型化する。さらに、半反射要素を傾斜させても、観察ウィンドウを上下に移動させることしかできない。

したがって、本発明の目的は、この状況を改善し、観察ウィンドウをすべての方向に簡単なやり方で調節することができるヘッドアップディスプレイを得ることにある。

この目的のために、本発明は、とくには調節可能な観察ウィンドウを有するヘッドアップディスプレイ、とりわけ自動車用のヘッドアップディスプレイのための画像生成装置であって、表示面上に画像を表示するように構成されており、画像は、この画像生成装置から離して配置された半反射光学部品のためのものとして意図され、半反射光学部品は、この光学部品の第１の側に画像の虚像を形成するように構成され、この虚像を光学部品の第２の側に位置する観察ウィンドウから見て取ることができる、画像生成装置に関する。

画像生成装置は、表示面の一部分のみに画像を表示するように構成され、表示面上で画像を移動させるための手段を含むことを特徴とする。

したがって、この画像生成装置のおかげで、例えば光学部品に作用する機械的手段を使用する必要なしに、ヘッドアップディスプレイの観察ウィンドウを移動させるために、表示面上で画像を移動させれば充分である。結果として、ディスプレイが、より安価に製造でき、よりコンパクトである。さらに、ディスプレイが、摩耗または故障の恐れがある機械的手段を含まないため、信頼性が高くなる。

まとめられても、別々であってもよい本発明の種々の実施形態によれば、
表示面上での画像の第１の軸に沿った移動が、観察ウィンドウの上下方向の移動を可能にし、
表示面上での第１の軸に垂直な第２の軸に沿った画像の移動が、観察ウィンドウの水平方向の移動を可能にし、
ディスプレイは、観察者の位置を検出して移動手段に信号をもたらすための手段を備え、
画像生成装置は、光ビームの放射に適した少なくとも１つの光源と、光ビームから虚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、
画素マトリクスは、薄膜トランジスタのマトリクスであり、
画素マトリクスは、マイクロミラーのマトリクスであり、
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る。

さらに、本発明は、とくには自動車用の調節可能な観察ウィンドウを有するヘッドアップディスプレイであって、光学部品を含んでおり、このような画像生成装置を備えているヘッドアップディスプレイに関する。

まとめられても、別々であってもよい本発明の種々の実施形態によれば、
光学部品は、半反射板であり、
光学部品は、車両のフロントガラスの一部分であり、
光学部品は、虚像の形成に必要な屈折力を少なくとも部分的に有するような湾曲を有し、
ディスプレイは、生成装置からの画像を光学部品に向かって反射させるように配置された少なくとも１つのミラーを備える。

本発明を、あくまでも目安として提示され、本発明を限定しようとするものではない以下の説明を、以下の図面と併せて考慮することで、よりよく理解できるであろう。

本発明による画像生成装置を備えたディスプレイの一実施形態を概略的に示している。 図１のディスプレイの観察ウィンドウの移動を概略的に示している。

図１は、例えば自動車のヘッドアップディスプレイ１の動作を示している。ディスプレイ１は、画像７を表示面２上に表示するように構成された画像生成装置９を備える。画像生成装置９は、例えば、光ビームの放射に適した少なくとも１つの光源１１と、光ビームから画像７を形成するように構成された画素マトリクス１０とを備える。光源１１は、例えば、生成装置の一部分に配置された発光ダイオードである。生成装置は、その出力面に、例えばＴＦＴ型の画素マトリクス１０を含む。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、透過によって画像生成装置９の表示面２上に画像７を書き込む。画像生成装置９は、例えば、実質的に矩形の画像を形成するように構成されている。

さらに、ディスプレイ１は、画像生成装置９から離して配置された半反射光学部品３を備え、半反射光学部品３は、光学部品３の第１の側に表示面２の画像７の虚像４を見せるように構成されている。観察者６は、光学部品３の他方の側に位置して光学部品３に目を向けたときに、虚像４を見て取ることができる。図１に示されるように、画像７は、光学部品３の表面の部分８によって観察者６の方向に反射させられる。画像７の経路は、破線で示されている。このようにして、光学部品３は、第１の側において光学部品３から特定の距離に現れる画像７の虚像４を形成する。

しかしながら、観察者６は、光学部品３の第２の側に位置しなければならないだけでなく、さらに、観察者６の目が光学部品３の第２の側に位置する観察ウィンドウ５の内側にある場合にのみ、虚像が見える。観察ウィンドウ５の寸法は、とくには、画像７を反射させる光学部品３の表面の部分８のサイズおよび形状によって規定される。

このように、光学部品３は、観察者６が虚像４を見ること、および光学部品３を通して見ることの両方を、可能にする。光学部品３の第２の側に位置する観察者にとって、虚像４は、その視野において、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。この場合に、光学部品３は、半反射板である。

車両に使用され、図には示されていない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分が、半反射光学部品として使用される。この目的のために、ディスプレイの残りの部分は、フロントガラスを使用できるようにダッシュボード内に配置される。この場合、ミラーが、通常は、画像をフロントガラスの一部分に向かって反射させるように、画像の光路上に配置される。

さらに、光学部品３は、虚像４を光学部品３からの特定の距離に特定の倍率で示し、したがって観察者６の視野内に現れる周囲の状況に適切に重ね合わせるような屈折力を有するように、湾曲を有している。屈折力は、光を収束または発散させる光学系の能力を決定する物理的特性である。それは、目が系から出力される画像を見込む角度と物体のサイズとの比に等しい。したがって、屈折力は、虚像４のサイズを設定可能にする。

本発明によれば、画像生成装置９は、表示面２の一部分のみに画像７を表示するように構成される。換言すると、表示面について、画像７の表示に使用されない別の部分が常に存在する。この別の部分は、好ましくは、画像をいくつかの軸に沿って移動させることができ、したがって観察ウィンドウ５の位置をいくつかの方向に設定できるように、表示される画像を取り囲む。

画像生成装置９は、表示面２上で画像７を移動させるための手段１２をさらに含む。移動手段１２は、例えば、画像生成装置または他の場所に配置されたボタンによって観察者６が操作することができる画像生成装置９の制御ユニットである。

別の実施形態においては、ディスプレイ１が、観察者６の位置を検出するための手段１３を備える。検出手段１３は、画像７を移動させることによって観察ウィンドウ５を設定するために、観察者の位置に対応する信号を移動手段１２にもたらす。検出手段１３は、観察ウィンドウ５の調節のために、例えば観察者の目の位置を観察する。

図２は、観察ウィンドウ５の上下方向の調節の例を示している。画像７が、表示面上で矢印１４によって示される第１の軸に沿って移動させられる。結果として、光学部品３の反射部分８がずれることになり、虚像４が、別の矢印１５によって示されるように上方向に移動する結果となる。したがって、第３の矢印１６によって示されるように、観察ウィンドウ５が上方に移動する。

好ましくは、生成装置９の移動手段１２は、表示面２上の画像７を第１の軸に実質的に垂直な第２の軸に沿って移動させるようにも構成される。したがって、観察ウィンドウ５の位置を水平方向においても設定することが可能である。

Claims (10)

1. 特には調節可能な観察ウィンドウを有するヘッドアップディスプレイ（１）のためのものであり、とりわけ自動車用の画像生成装置であって、
   当該画像生成装置（９）は、表示面（２）上に画像（７）を表示するように構成されており、
   前記画像（７）は、当該画像生成装置（９）から離して配置された半反射光学部品（３）向けのものであり、前記半反射光学部品（３）は、前記光学部品（３）の第１の側に前記画像（７）の虚像（４）を形成するように構成され、前記虚像（４）を前記光学部品（３）の第２の側に位置する観察ウィンドウ（５）から見て取ることができ、
   当該画像生成装置（９）は、前記画像（７）を前記表示面（２）の一部分にのみ表示するように構成され、前記画像（７）を前記表示面（２）上で移動させるための手段（１２）を備える、ことを特徴とする画像生成装置。
2. 前記表示面（２）上での第１の軸に沿った前記画像（７）の移動が、前記観察ウィンドウ（５）の上下方向の移動を可能にする、ことを特徴とする請求項１に記載の画像生成装置。
3. 前記表示面（２）上での前記第１の軸に垂直な第２の軸に沿った前記画像の移動が、前記観察ウィンドウ（５）の水平方向の移動を可能にする、ことを特徴とする請求項２に記載の画像生成装置。
4. 観察者（６）の位置を検出して前記移動手段（１２）に信号をもたらすための手段（１３）を備える、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画像生成装置。
5. 光ビームの放射に適した少なくとも１つの光源（１１）と、前記光ビームから前記虚像（４）を形成するように構成された画素マトリクス（１０）とを備える、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画像生成装置。
6. 前記画素マトリクス（１０）は、薄膜トランジスタのマトリクスである、ことを特徴とする請求項５に記載の画像生成装置。
7. 光学部品（３）を備えている調節可能な観察ウィンドウを有するヘッドアップディスプレイ（１）であって、請求項１から６のいずれか一項に記載の画像生成装置（９）を備えることを特徴とするヘッドアップディスプレイ。
8. 前記光学部品（３）は、半反射板である、ことを特徴とする請求項７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一部分である、ことを特徴とする請求項７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（４）の形成に必要な屈折力を少なくとも部分的に有する、ことを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載のデバイス。

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