JP2019159336A - ヘッドアップディスプレイ - Google Patents
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Abstract
【課題】観察者が視認する虚像の明るさを好適に調整することが可能なヘッドアップディスプレイを提供する。【解決手段】ヘッドアップディスプレイ2は、表示像を構成する光をハーフミラーであるコンバイナ5により反射し、表示像を虚像Ivとして観察者に視認させる。ヘッドアップディスプレイ2は、表示像を構成する光を投射する投射手段である光源ユニット6を有する本体部4と、本体部4に回転自在に結合され、投射された表示像を構成する光を拡散しつつ、コンバイナ5に向けて導く光学素子であるスクリーン部7とを備える。ここで、スクリーン部7は、入射角θiと同一角度である反射角θrの方向に拡散された光の強度を最大とし、当該反射角θrの方向とは異なる方向に拡散された光の強度を当該反射角θrの方向から離れるに伴い徐々に低下させる。【選択図】図8
Description
本発明は、観察者に虚像を視認させるヘッドアップディスプレイに関する。
従来から、ヘッドアップディスプレイにより視認させる虚像の明るさを調整する技術が知られている。例えば、特許文献1には、表示器から放射された信号光をコンバイナに投射し、このコンバイナで反射された信号光により表示像を視認するよう構成したヘッドアップディスプレイが開示されている。このヘッドアップディスプレイでは、上記表示器から放射される信号光が直線偏光であり、上記表示器とコンバイナとの間には、偏光面を回転させることのできる可動式の偏光板が配置されている。
特許文献1に記載のヘッドアップディスプレイでは、偏光板と偏光板を回転させる回転機構が必要となるため、装置が大型化するという問題がある。さらに、特許文献1に記載のヘッドアップディスプレイでは、表示器が直線偏光を投射するものに限定されている。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、観察者が視認する虚像の明るさを好適に調整することが可能なヘッドアップディスプレイを提供することを主な目的とする。
請求項に記載の発明は、表示像を構成する光をハーフミラーにより反射し、前記表示像を虚像として観察者に視認させるヘッドアップディスプレイであって、前記表示像を構成する光を投射する投射手段を有する本体部と、前記本体部に回転自在に結合され、投射された前記表示像を構成する光を拡散しつつ、前記ハーフミラーに向けて導く光学素子と、を備え、前記光学素子は、特定方向に拡散された光の強度を最大とし、該特定方向とは異なる方向に拡散された光の強度を該特定方向から離れるに伴い徐々に低下させる特性を有し、前記光学素子が回転することで、前記観察者に視認させる虚像の明るさが変化することを特徴とする。
本発明の好適な実施形態によれば、表示像を構成する光をハーフミラーにより反射し、前記表示像を虚像として観察者に視認させるヘッドアップディスプレイは、前記表示像を構成する光を投射する投射手段を有する本体部と、前記本体部に回転自在に結合され、投射された前記表示像を構成する光を拡散しつつ、前記ハーフミラーに向けて導く光学素子と、を備え、前記光学素子は、特定方向に拡散された光の強度を最大とし、該特定方向とは異なる方向に拡散された光の強度を該特定方向から離れるに伴い徐々に低下させる特性を有し、前記光学素子が回転することで、前記観察者に視認させる虚像の明るさが変化する。
上記のヘッドアップディスプレイは、表示像を構成する光をハーフミラーにより反射し、前記表示像を虚像として観察者に視認させる。ここで、「ハーフミラー」は、入射する光の一部を反射し、一部を透過するものであって、入射光と透過光の強さが必ずしも同一でなくともよい。そして、ヘッドアップディスプレイは、本体部と、光学素子とを有する。本体部は、表示像を構成する光を投射する投射手段を有する。光学素子は、本体部に回転自在に結合され、投射された前記表示像を構成する光を拡散しつつ、ハーフミラーに向けて導く。光学素子は、特定方向に拡散された光の強度を最大とし、該特定方向とは異なる方向に拡散された光の強度を該特定方向から離れるに伴い徐々に低下させる特性を有する。そして、光学素子が回転することで、前記観察者に視認させる虚像の明るさが変化する。この態様では、ヘッドアップディスプレイは、光学素子の角度調整により、観察者に視認させる虚像の明るさを好適に変化させることができる。
上記ヘッドアップディスプレイの一態様では、前記光学素子は、当該光学素子の入射面への光の入射角と前記入射面に対する法線を挟んで反対側であり、かつ前記入射角と同一角度である反射角の方向に、反射光の強度が最大となるように前記光を反射し、前記反射角の方向から離れるに伴い前記反射光の強度を徐々に低下させる特性を有する。このような光学素子を備えることで、ヘッドアップディスプレイは、光学素子の角度調整により、観察者に視認させる虚像の明るさを好適に変化させることができる。
上記ヘッドアップディスプレイの他の一態様では、前記光学素子は、当該光学素子への光の入射角にかかわらず、入射された光を出射面の法線方向で透過光の強度が最大となるように前記光を透過させ、前記法線方向から離れるに伴い前記透過光の強度を徐々に低下させる特性を有する。このような光学素子を備えることによっても、ヘッドアップディスプレイは、光学素子の角度調整により、観察者に視認させる虚像の明るさを好適に変化させることができる。
上記ヘッドアップディスプレイの他の一態様では、ヘッドアップディスプレイは、前記光学素子の回転角を検出する検出手段を備え、前記投射手段は、前記検出手段が検出する回転角に応じて、前記表示像を構成する光の強度を変化させて投射する。この態様により、ヘッドアップディスプレイは、光学素子の回転角に応じて、虚像の明るさを好適に変化させることができる。
上記ヘッドアップディスプレイの他の一態様では、前記本体部は、前記投射手段が投射する光が構成する表示像の基となる画像を変形させる変形手段を有し、前記変形手段は、前記光学素子が回転する際に生じる前記虚像の歪みを補正するように、前記表示像の基となる画像を変形させる。この態様により、ヘッドアップディスプレイは、虚像の明るさ調整のために光学素子を回転させることに起因した虚像の歪みを好適に抑制することができる。
上記ヘッドアップディスプレイの他の一態様では、ヘッドアップディスプレイは、前記光学素子が所定角度だけ回転する毎に音を発する角度調整部を備える。この態様により、ヘッドアップディスプレイは、コンバイナの角度調整を観察者に段階的に実行させることができる。
以下、図面を参照して本発明の好適な第1及び第2実施例について説明する。なお、以後において、「回転」とは、遷移する方向が時計周り及び反時計回りの両方を取り得る場合も含むものとし、かつ、可動範囲(角度)が制限されている場合も含むものとする。
<第1実施例>
[構成]
まず、第1実施例に係る各構成について、図1〜図5を参照して説明する。
[構成]
まず、第1実施例に係る各構成について、図1〜図5を参照して説明する。
(1)システム構成
図1は、第1実施例に係る表示システム100の構成例を示す。図1に示すように、表示システム100は、車両Veに搭載され、ナビゲーション装置1と、ヘッドアップディスプレイ2とを備える。なお、図1に示す構成に代えて、ヘッドアップディスプレイ2には、ナビゲーション装置1に相当する機能が組み込まれていてもよい。
図1は、第1実施例に係る表示システム100の構成例を示す。図1に示すように、表示システム100は、車両Veに搭載され、ナビゲーション装置1と、ヘッドアップディスプレイ2とを備える。なお、図1に示す構成に代えて、ヘッドアップディスプレイ2には、ナビゲーション装置1に相当する機能が組み込まれていてもよい。
ナビゲーション装置1は、出発地から目的地までの経路案内を行う機能などを有する。ナビゲーション装置1は、例えば、車両Veに設置される据え置き型のナビゲーション装置、PND(Portable Navigation Device)、又はスマートフォンなどの携帯電話とすることができる。
ヘッドアップディスプレイ2は、現在位置を含む地図情報や経路案内情報、走行速度、その他運転を補助する案内情報を表示する画像(「案内画像」とも呼ぶ。)を生成し、当該案内画像を運転者の目の位置(アイポイント)から虚像として視認させる装置である。ヘッドアップディスプレイ2には、車両Veの位置、車両Veの走行速度、地図情報、及び施設データなどのナビゲーション処理に用いられる各種情報がナビゲーション装置1から供給される。
なお、ナビゲーション装置1がスマートフォンなどの携帯電話である場合、ナビゲーション装置1は、クレードルなどによって保持されても良い。この場合、ナビゲーション装置1は、クレードルなどを介して、ヘッドアップディスプレイ2と情報の授受を行うこととしても良い。
(2)ナビゲーション装置の構成
図2は、ナビゲーション装置1の構成を示す。図2に示すように、ナビゲーション装置1は、自立測位装置10、GPS受信機18、システムコントローラ20、ディスクドライブ31、データ記憶ユニット36、通信用インタフェース37、通信装置38、インタフェース39、表示ユニット40、音声出力ユニット50、及び入力装置60を備える。
図2は、ナビゲーション装置1の構成を示す。図2に示すように、ナビゲーション装置1は、自立測位装置10、GPS受信機18、システムコントローラ20、ディスクドライブ31、データ記憶ユニット36、通信用インタフェース37、通信装置38、インタフェース39、表示ユニット40、音声出力ユニット50、及び入力装置60を備える。
自立測位装置10は、加速度センサ11、角速度センサ12及び距離センサ13を備える。加速度センサ11は、例えば圧電素子からなり、車両Veの加速度を検出し、加速度データを出力する。角速度センサ12は、例えば振動ジャイロからなり、車両Veの方向変換時における車両Veの角速度を検出し、角速度データ及び相対方位データを出力する。距離センサ13は、車両Veの車輪の回転に伴って発生されているパルス信号からなる車速パルスを計測する。
GPS受信機18は、複数のGPS衛星から、測位用データを含む下り回線データを搬送する電波19を受信する。測位用データは、緯度及び経度情報等から車両Veの絶対的な位置(「現在位置」とも呼ぶ。)を検出するために用いられる。
システムコントローラ20は、インタフェース21、CPU(Central Processing Unit)22、ROM(Read Only Memory)23及びRAM(Random Access Memory)24を含んでおり、ナビゲーション装置1全体の制御を行う。
インタフェース21は、加速度センサ11、角速度センサ12及び距離センサ13並びにGPS受信機18とのインタフェース動作を行う。そして、これらから、車速パルス、加速度データ、相対方位データ、角速度データ、GPS測位データ、絶対方位データ等をシステムコントローラ20に入力する。CPU22は、システムコントローラ20全体を制御する。ROM23は、システムコントローラ20を制御する制御プログラム等が格納された図示しない不揮発性メモリ等を有する。RAM24は、入力装置60を介して使用者により予め設定された経路データ等の各種データを読み出し可能に格納したり、CPU22に対してワーキングエリアを提供したりする。
システムコントローラ20、CD−ROMドライブ又はDVD−ROMドライブなどのディスクドライブ31、データ記憶ユニット36、通信用インタフェース37、表示ユニット40、音声出力ユニット50及び入力装置60は、バスライン30を介して相互に接続されている。
ディスクドライブ31は、システムコントローラ20の制御の下、CD又はDVDといったディスク33から、音楽データ、映像データなどのコンテンツデータを読み出し、出力する。なお、ディスクドライブ31は、CD−ROMドライブ又はDVD−ROMドライブのうち、いずれか一方としてもよいし、CD及びDVDコンパチブルのドライブとしてもよい。
データ記憶ユニット36は、例えば、HDDなどにより構成され、地図データなどのナビゲーション処理に用いられる各種データを記憶するユニットである。地図データは、道路に相当するリンクと、道路の接続部分(交差点)に相当するノードとにより表された道路データや、各施設に関する施設情報などを含む。
通信装置38は、例えば、FMチューナやビーコンレシーバ、携帯電話や専用の通信カードなどにより構成され、通信用インタフェース37を介して、VICS(登録商標、Vehicle Information Communication System)センタから配信される渋滞や交通情報などの道路交通情報、その他の情報を受信する。また、通信装置38は、システムコントローラ20が決定した案内経路の情報など、ナビゲーション処理に用いられる各種情報をヘッドアップディスプレイ2に送信する。
表示ユニット40は、システムコントローラ20の制御の下、各種表示データをディスプレイなどの表示装置に表示する。具体的には、システムコントローラ20は、データ記憶ユニット36から地図データを読み出す。表示ユニット40は、システムコントローラ20によってデータ記憶ユニット36から読み出された地図データなどを表示画面上に表示する。表示ユニット40は、バスライン30を介してCPU22から送られる制御データに基づいて表示ユニット40全体の制御を行うグラフィックコントローラ41と、VRAM(Video RAM)等のメモリからなり即時表示可能な画像情報を一時的に記憶するバッファメモリ42と、グラフィックコントローラ41から出力される画像データに基づいて、液晶、CRT(Cathode Ray Tube)等のディスプレイ44を表示制御する表示制御部43と、ディスプレイ44とを備える。ディスプレイ44は、画像表示部として機能し、例えば対角5〜10インチ程度の液晶表示装置等からなり、車内のフロントパネル付近に装着される。
音声出力ユニット50は、システムコントローラ20の制御の下、CD−ROMドライブ31又はDVD−ROM32、若しくはRAM24等からバスライン30を介して送られる音声デジタルデータのD/A(Digital to Analog)変換を行うD/Aコンバータ51と、D/Aコンバータ51から出力される音声アナログ信号を増幅する増幅器(AMP)52と、増幅された音声アナログ信号を音声に変換して車内に出力するスピーカ53とを備えて構成されている。
入力装置60は、各種コマンドやデータを入力するための、キー、スイッチ、ボタン、リモコン、音声入力装置等から構成されている。入力装置60は、車内に搭載された当該車載用電子システムの本体のフロントパネルやディスプレイ44の周囲に配置される。また、ディスプレイ44がタッチパネル方式の場合、ディスプレイ44の表示画面上に設けられたタッチパネルも入力装置60として機能する。
(3)ヘッドアップディスプレイの構成
図3は、ヘッドアップディスプレイ2を車室内に設置した状態を模式的に示す。図3は、車両の運転席を側方から見た図であり、運転者は車室内のシートに座っている。運転者の頭上には車両の外枠を形成するルーフ(板金)27があり、その下方には車室の内装である天井28がある。また、運転者の前方には車両のフロントガラス25及びサンバイザ29がある。図1では、サンバイザ29は、天井28に対して対向した状態(「収納状態」とも呼ぶ。)で固定されている。以後では、収納状態のサンバイザ29が天井28と対向する面の短手方向をX軸、長手方向をY軸、X軸及びY軸に垂直な方向をZ軸とし、各軸の正方向を図示の方向に定める。
図3は、ヘッドアップディスプレイ2を車室内に設置した状態を模式的に示す。図3は、車両の運転席を側方から見た図であり、運転者は車室内のシートに座っている。運転者の頭上には車両の外枠を形成するルーフ(板金)27があり、その下方には車室の内装である天井28がある。また、運転者の前方には車両のフロントガラス25及びサンバイザ29がある。図1では、サンバイザ29は、天井28に対して対向した状態(「収納状態」とも呼ぶ。)で固定されている。以後では、収納状態のサンバイザ29が天井28と対向する面の短手方向をX軸、長手方向をY軸、X軸及びY軸に垂直な方向をZ軸とし、各軸の正方向を図示の方向に定める。
ヘッドアップディスプレイ2は、運転者の前方斜め上方向に設置される。ヘッドアップディスプレイ2は、主に、光源ユニット6が収容された本体部4と、コンバイナ5と、スクリーン部7と、接続部材8と、クリップ部9とを備える。
本体部4に収容された光源ユニット6は、観察者に視認させる情報を示す中間像を構成する光をスクリーン部7に向けて出射する。光源ユニット6の具体的な構成については、図5を参照して後述する。
コンバイナ5は、スクリーン部7で生成された中間像を構成する光が投影されると共に、その投影光を運転者のアイポイント「Pe」へ一部反射することで虚像「Iv」を観察者に視認させる光学部材である。なお、虚像Ivは矢印の先端が上方向を示す。コンバイナ5の表示光の反射面は、略凹面形状を有する。これにより、コンバイナ5は、虚像Ivを拡大表示させる。コンバイナ5は、本発明における「ハーフミラー」の一例である。
接続部材8は、本体部4からフロントガラス25の方向に延出し、コンバイナ5を支持する。接続部材8は、例えば一対のアームであり、本体部4の両側面に一端がそれぞれ取り付けられ、他端によりコンバイナ5を狭持する。
スクリーン部7は、中間像を生成する反射型の光学部材であり、射出瞳拡大器(EPE)として機能する。スクリーン部7は、例えば、光源ユニット6からの光が入射される面には複数のマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイが形成され、かつ、マイクロレンズアレイと反対側の面に反射面が形成される。スクリーン部7は、本発明における「光学素子」の一例である。
また、スクリーン部7は、入射角と同一角度である反射角の方向に、反射光の強度が最大となるように光を反射し、入射角と同一角度の反射角の方向から離れるに伴い反射光の強度を徐々に低下させる反射特性を有する鏡面反射型のスクリーンである。この場合、例えば、スクリーン部7の反射面には、パール系樹脂が塗布される。
クリップ部9は、天井28と対向する本体部4の上面に取り付けられ、サンバイザ29を挟み込んだ状態で本体部4をサンバイザ29に取り付ける。クリップ部9は、略J型に湾曲した板状の弾性体であり、サンバイザ29を狭持する方向に付勢する弾性力を有する。
また、コンバイナ5、接続部材8、及びスクリーン部7は、それぞれ固定される回転角度(即ち傾き)が調整可能に構成される。図4は、ヘッドアップディスプレイ2の側面図を示す。図4は、説明便宜上、クリップ部9を図示していない。
図4に示すように、コンバイナ5は、接続部材8の一端に設けられた第1調整部81を回転軸として、XZ平面上の矢印71及び矢印72の両方向に回転自在である。また、接続部材8は、本体部4の前方に設けられた第2調整部82を回転軸として、XZ平面上の矢印73及び矢印74の両方向に回転自在である。さらに、スクリーン部7は、本体部4の後方に設けられた第3調整部83を回転軸として、XZ平面上の矢印75及び矢印76が示す両方向に回転自在である。そして、コンバイナ5及び接続部材8及びスクリーン部7は、回転後の任意の位置で維持される。第3調整部83は、本発明における「角度調整部」の一例である。
(4)光源ユニットの構成
図5は、光源ユニット6の構成を概略的に示した図である。図5に示すように、光源ユニット6は、光源54と、制御部55と、通信部56とを有する。
図5は、光源ユニット6の構成を概略的に示した図である。図5に示すように、光源ユニット6は、光源54と、制御部55と、通信部56とを有する。
光源54は、例えば赤色、青色及び緑色の各色のレーザ光源を有し、制御部55の制御に基づき、コンバイナ5に照射させる表示像を構成する光(「表示光」とも呼ぶ。)を出射する。光源54は、本発明における「投射手段」の一例である。通信部56は、制御部55の制御に基づき、ナビゲーション処理に用いられる各種情報をナビゲーション装置1から受信する。例えば、通信部56は、目的地が設定されたときに、ナビゲーション装置1から案内経路の情報を受信する。
制御部55は、CPU、CPUが実行する制御プログラムやデータなどを記憶するROM、CPUが動作する際のワークメモリとして各種データが逐次読み書きされるRAMなどを有し、ヘッドアップディスプレイ2の全般的な制御を行う。例えば、制御部55は、ナビゲーション装置1から受信した案内経路の情報等に基づき、案内画像を構成する光を光源54に出射させることで、運転者の前方風景に重なるように案内画像をコンバイナ5に表示する。
[明るさ調整]
ヘッドアップディスプレイ2は、スクリーン部7の反射特性を利用し、スクリーン部7の角度を調整することにより、観察者に視認させる虚像Ivの明るさを調整することが可能である。これについて具体的に説明する。
ヘッドアップディスプレイ2は、スクリーン部7の反射特性を利用し、スクリーン部7の角度を調整することにより、観察者に視認させる虚像Ivの明るさを調整することが可能である。これについて具体的に説明する。
(1)スクリーン部の反射特性
スクリーン部7は、入射角と同一角度である反射角の方向に、反射光の強度が最大となるように光を反射し、入射角と同一角度の反射角の方向から離れるに伴い反射光の強度を徐々に低下させる反射特性を有する。この場合、好適には、スクリーン部7の反射面には、パール系樹脂が塗布される。この反射特性について、図6を参照して具体的に説明する。
スクリーン部7は、入射角と同一角度である反射角の方向に、反射光の強度が最大となるように光を反射し、入射角と同一角度の反射角の方向から離れるに伴い反射光の強度を徐々に低下させる反射特性を有する。この場合、好適には、スクリーン部7の反射面には、パール系樹脂が塗布される。この反射特性について、図6を参照して具体的に説明する。
図6は、光源ユニット6から出射された入射光「Li」がスクリーン部7の反射面で反射されることにより、各反射光「Lrm」、「Lrs」が拡散する様子を示している。ここで、反射光Lrmは、入射光Liの入射角「θi」と反射角「θr」とが等しくなるように反射された反射光を示し、反射光Lrsは、反射光Lrm以外の反射光を示す。なお、図6では、各反射光Lrm、Lrsを示す矢印の長さは、各反射光の強度を示す。また、図6では、反射光Lrmの反射角θrのみが示されている。
図6に示すように、反射光Lrm、Lrsのうち、入射光Liの入射角θiと反射角θrとが等しくなる反射光Lrmの強度が最も高くなる。ここで、反射光Lrmは、スクリーン部7の反射面の法線81を挟んで入射光Liの反対側に入射角θiと等しい反射角θrにより反射されている。また、反射光Lrmの反射角θrと離れた反射角θrを有する反射光Lrsほど、即ち、反射光Lrmの反射方向から離れた方向に反射される反射光Lrsほど、光の強度が小さくなる。その結果、図6の例では、反射光Lrmを示す矢印を長軸とする楕円80により、各反射光Lrm、Lrsの強度が規定されている。
なお、スクリーン部7は、反射面にパール系樹脂が塗布される態様に限らず、他の態様により図6により示した反射特性を有してもよい。
(2)明るさ調整の具体例
次に、スクリーン部7の反射特性を利用した虚像Ivの明るさ調整の具体例について、図7及び図8を参照して説明する。
次に、スクリーン部7の反射特性を利用した虚像Ivの明るさ調整の具体例について、図7及び図8を参照して説明する。
図7は、虚像Ivの明るさが最大となるようにスクリーン部7の位置調整がなされた場合のヘッドアップディスプレイ2の側面図を示す。この場合、入射角θiと反射角θrとが一致する最大強度の反射光Lrmがコンバイナ5の反射面の略中心部分に入射するように、第3調整部83によりスクリーン部7の回転角度の調整がなされている。これにより、光の強度が強いスクリーン部7の反射光ほど、コンバイナ5の中心の近くで反射される。また、コンバイナ5は、コンバイナ5の反射面の中心部分で反射した光がアイポイントPeに到達するように、第1調整部81により角度調整がなされている。従って、図7の例では、光の強度が最も強い反射光Lrmがコンバイナ5の反射面の中心部分で反射されてアイポイントPeに到達する。この場合、観察者は、光源ユニット6の出射光の強度を一定とした場合に最も明るい状態の虚像Ivを視認することができる。
図8は、虚像Ivの明るさを図7の例と比べて下げるようにスクリーン部7の位置調整がなされた場合のヘッドアップディスプレイ2の側面図を示す。この場合、スクリーン部7は、ユーザ操作に基づき、図7の位置から反時計回り(即ち矢印76が示す方向)に所定角度だけ回転している。これにより、入射角θiと反射角θrとが一致する最大強度の反射光Lrmがコンバイナ5の反射面に入射する位置が、コンバイナ5の反射面の中心よりも下方にずれる。その結果、反射光Lrmよりも弱い強度を有する反射光Lrsがコンバイナ5の反射面の中心部分で反射され、アイポイントPeに到達する。従って、図8の例では、観察者は、光源ユニット6の出射光の強度を変えることなく、虚像Ivの明るさを図7の状態から下げることができる。このように、観察者は、スクリーン部7の回転角度の調整を行うことで、光源ユニット6の出射光の強度を変えることなく、虚像Ivの明るさを好適に調整することができる。
(3)第3調整部の構造
次に、スクリーン部7の回転角度の調整に好適な第3調整部83の構造例について説明する。好適には、第3調整部83は、スクリーン部7の回転角度を所定角度ずつ段階的に調整可能であり、かつ、スクリーン部7を所定角度ずつ回転させるたびに音を発する構成を有するとよい。これについて、図9を参照して説明する。
次に、スクリーン部7の回転角度の調整に好適な第3調整部83の構造例について説明する。好適には、第3調整部83は、スクリーン部7の回転角度を所定角度ずつ段階的に調整可能であり、かつ、スクリーン部7を所定角度ずつ回転させるたびに音を発する構成を有するとよい。これについて、図9を参照して説明する。
図9は、第3調整部83の断面図を示す。図9に示すように、第3調整部83は、スクリーン部7の回転軸91と、回転軸91を収容し、回転軸91と共に回転する円筒状の収容部92とを有する。また、収容部92の表面には、等間隔ごとに溝が形成された溝部92uが形成されている。そして、溝部92uには、バネ90が接触している。バネ90は、鋭角に屈曲し、溝部92uの所定の溝と当接することで第3調整部83を係止する係止部90aと、本体部4の筐体に固定されるコイル部90bとを有する。
図9に示す構成では、スクリーン部7を第3調整部83により回転させる所定以上の力が作用するごとに、係止部90aが当接する溝の位置がずれる。このとき、バネ90の弾性力により係止部90aが付勢された状態で次の溝に当接するため、係止部90aと溝との衝突音が発生する。
このように、図9では、スクリーン部7は、第3調整部83によりスクリーン部7を回転させる所定以上の力が作用するごとに、溝部92uでの溝の間隔に相当する所定角度だけ回転し、かつ、音を発生する。これにより、ユーザは、虚像Ivの明るさを調整するためのスクリーン部7の回転角度の調整を好適に実行することができる。なお、バネ90の形態は、図9に示すものに限定されず、板バネなどの形態であってもよい。また、観察者は、第3調整部83でのスクリーン部7の回転角度の調整を一度行った際、その時のスクリーン部7の角度が溝部92uの端から所定個数番目にある溝の位置に対応する角度であると記憶しておくことで、次回以降では、第3調整部83によるスクリーン部7の回転角度の調整を速やかに完了することができる。
以上説明したように、第1実施例に係るヘッドアップディスプレイ2は、表示像を構成する光をハーフミラーであるコンバイナ5により反射し、表示像を虚像Ivとして観察者に視認させる。ヘッドアップディスプレイ2は、表示像を構成する光を投射する投射手段である光源ユニット6を有する本体部4と、本体部4に回転自在に結合され、投射された表示像を構成する光を拡散しつつ、コンバイナ5に向けて導く光学素子であるスクリーン部7とを備える。ここで、スクリーン部7は、入射角θiと同一角度である反射角θrの方向に拡散された光の強度を最大とし、当該反射角θrの方向とは異なる方向に拡散された光の強度を当該反射角θrの方向から離れるに伴い徐々に低下させる。これにより、ヘッドアップディスプレイ2は、スクリーン部7の回転角度の調整により、虚像Ivの明るさを好適に調整することができる。
<第2実施例>
図10は、第2実施例に係るヘッドアップディスプレイ2の側面図を示す。図10に示すように、第2実施例では、ヘッドアップディスプレイ2は、反射型のスクリーン部7に代えて、透過型のスクリーン部7Aを有する点で、第1実施例と異なる。以後では、第1実施例と同様の部分については、適宜同一の符号を付し、その説明を省略する。
図10は、第2実施例に係るヘッドアップディスプレイ2の側面図を示す。図10に示すように、第2実施例では、ヘッドアップディスプレイ2は、反射型のスクリーン部7に代えて、透過型のスクリーン部7Aを有する点で、第1実施例と異なる。以後では、第1実施例と同様の部分については、適宜同一の符号を付し、その説明を省略する。
図10に示すように、スクリーン部7Aは、光源ユニット6とコンバイナ5との間に設けられ、本体部4内に収容されている。また、スクリーン部7Aは、本体部4の底面から突出したレバー部77を有する。レバー部77は、スクリーン部7Aの傾きを調整するための操作部である。図10では、レバー部77をコンバイナ5の方向に寄せた場合と、レバー部77を光源ユニット6の方向に寄せた場合との両方のスクリーン部7Aの状態が示されている。
ここで、スクリーン部7Aは、光の入射角θiにかかわらず、入射された光を出射面の法線方向で透過光の強度が最大にとなるように光を透過させ、法線方向から離れるに伴い透過光の強度を徐々に低下させる透過特性を有する。図11は、光源ユニット6から出射された入射光Liがスクリーン部7Aを透過し、各透過光「Ltm」、「Lts」が拡散する様子を示している。ここで、スクリーン部7Aの入射面と出射面は平行であり、破線86は入射面と出射面に対する法線である。透過光Ltmは、出射面の法線方向に透過した透過光を示し、透過光Ltsは、透過光Ltm以外の透過光を示す。なお、図11では、各透過光Ltm、Ltsを示す矢印の長さは、各透過光の強度を示す。
図11に示すように、光の入射角θiにかかわらず、透過光Ltm、Ltsのうち、出射面の法線方向への透過光Ltmの強度が最も高くなる。また、透過光Ltmの透過方向から離れた方向に拡散する透過光Ltsほど、光の強度が小さくなる。その結果、図11の例では、透過光Ltmを示す矢印を長軸とする楕円85により、各透過光Ltm、Ltsの強度が規定されている。
従って、第2実施例では、スクリーン部7Aの回転角度を調整することで、光の強度が最大となる透過光Ltmが入射するコンバイナ5の位置を好適に調整することができる。従って、第1実施例の図7の例と同様に、透過光Ltmの入射位置をコンバイナ5の中心位置とした場合、ヘッドアップディスプレイ2は、最も明るい状態の虚像Ivを観察者に視認させることができる。一方、第1実施例の図8の例と同様に、スクリーン部7Aを傾けて透過光Ltmの入射位置をコンバイナ5の中心位置から離した場合、ヘッドアップディスプレイ2は、明るさを抑制した虚像Ivを観察者に視認させることができる。従って、観察者は、レバー部77を操作することで、光源ユニット6の出射光の強度を変えることなく、虚像Ivの明るさを好適に調整することができる。
以上説明したように、第2実施例に係るヘッドアップディスプレイ2は、表示像を構成する光をハーフミラーであるコンバイナ5により反射し、表示像を虚像Ivとして観察者に視認させる。ヘッドアップディスプレイ2は、表示像を構成する光を投射する投射手段である光源ユニット6を有する本体部4と、本体部4に回転自在に結合され、投射された表示像を構成する光を拡散しつつ、コンバイナ5に向けて導く光学素子であるスクリーン部7Aとを備える。ここで、スクリーン部7Aは、光の入射角θiにかかわらず、入射された光を出射面の法線方向で透過光の強度が最大にとなるように光を透過させ、法線方向から離れるに伴い透過光の強度を徐々に低下させる。従って、ヘッドアップディスプレイ2は、スクリーン部7Aの角度調整により、虚像Ivの明るさを好適に調整することができる。
<変形例>
以下、第1及び第2実施例に好適な変形例について説明する。
以下、第1及び第2実施例に好適な変形例について説明する。
(変形例1)
図3に示すヘッドアップディスプレイ2は、クリップ部9によりサンバイザ29に取り付けられていた。しかし、本発明が適用可能なヘッドアップディスプレイ2の設置位置は、これに限定されない。
図3に示すヘッドアップディスプレイ2は、クリップ部9によりサンバイザ29に取り付けられていた。しかし、本発明が適用可能なヘッドアップディスプレイ2の設置位置は、これに限定されない。
例えば、ヘッドアップディスプレイ2は、サンバイザ29に代えて天井28に取り付けられてもよい。この場合、例えばサンバイザ29を取り付けるために設けられた天井28の取付穴(不図示)によりヘッドアップディスプレイ2が取り付けられる。
他の例では、ヘッドアップディスプレイ2は、ダッシュボードに設置されてもよい。この場合、ヘッドアップディスプレイ2Aは、第1実施例の図4又は第2実施例の図10に示す構成を上下反転させた構成を有する。
なお、本実施例においては、ヘッドアップディスプレイが車両に搭載されるものとして説明したが、これに限定されるものではない。例えば、航空機に搭載されてもよいし、航空機の操縦シミュレータや、ゲーム機に搭載されてもよい。
(変形例2)
第1、第2実施例では、ヘッドアップディスプレイ2は、コンバイナ5を有し、コンバイナ5で反射させた光源ユニット3の出射光に基づき運転者に虚像Ivを視認させていた。しかし、本発明が適用可能な構成はこれに限定されない。これに代えて、ヘッドアップディスプレイ2は、接続部材8及びコンバイナ5を有さず、フロントガラス25で反射させた光源ユニット3の出射光に基づき運転者に虚像Ivを視認させてもよい。
第1、第2実施例では、ヘッドアップディスプレイ2は、コンバイナ5を有し、コンバイナ5で反射させた光源ユニット3の出射光に基づき運転者に虚像Ivを視認させていた。しかし、本発明が適用可能な構成はこれに限定されない。これに代えて、ヘッドアップディスプレイ2は、接続部材8及びコンバイナ5を有さず、フロントガラス25で反射させた光源ユニット3の出射光に基づき運転者に虚像Ivを視認させてもよい。
図12は、本変形例に係るヘッドアップディスプレイ2の構成例を示す。図12に示すように、本変形例では、スクリーン部7で反射された光源ユニット6からの出射光は、フロントガラス25により反射されることで、アイポイントPeに到達する。この構成であっても、ヘッドアップディスプレイ2は、フロントガラス25を介してアイポイントPeに到達するスクリーン部7の反射光の強度を、第1実施例と同様にスクリーン部7の回転角度を調整することで、好適に変化させることができる。従って、観察者は、スクリーン部7を操作することで、虚像Ivの明るさを好適に調整することができる。なお、本変形例は、透過型のスクリーン部7Aを有する第2実施例に係る構成に対しても同様に適用される。
(変形例3)
第1、第2実施例の処理に加え、光源ユニット6は、スクリーン部7又はスクリーン部7Aの角度調整に起因した虚像Ivの歪みを補正するように、スクリーン部7又はスクリーン部7Aに投射する光が構成する表示像の基となる画像(即ち案内画像)を変形させてもよい。
第1、第2実施例の処理に加え、光源ユニット6は、スクリーン部7又はスクリーン部7Aの角度調整に起因した虚像Ivの歪みを補正するように、スクリーン部7又はスクリーン部7Aに投射する光が構成する表示像の基となる画像(即ち案内画像)を変形させてもよい。
一般に、虚像Ivの明るさ調整のため、スクリーン部7又はスクリーン部7Aを初期設定の位置から回転させた場合、その回転角度に応じて虚像Ivに歪みが生じる。以上を勘案し、光源ユニット6は、スクリーン部7又はスクリーン部7Aの回転角度の調整幅に応じて、スクリーン部7又はスクリーン部7Aに投射する光が構成する表示像の基となる案内画像を変形させる。
この場合、例えば、ヘッドアップディスプレイ2は、リモートコントローラや本体部4に設けられたボタンなどの入力部を有し、当該入力部への操作量に応じて、案内画像への台形補正などを行う。他の例では、ヘッドアップディスプレイ2は、スクリーン部7又はスクリーン部7Aの角度を検出するセンサを有し、当該センサにより検出した角度に応じて案内画像への台形補正などを行う。この例では、光源ユニット6は、上述のセンサが検出するスクリーン部7又はスクリーン部7Aの各角度に対する適切な補正量のマップ等を、予め記憶しておき、当該マップ等を参照することで、案内画像への補正を行う。上述のマップ等は、例えば予め実験等により作成される。
(変形例4)
第1実施例及び第2実施例の処理に加え、ヘッドアップディスプレイ2は、スクリーン部7又はスクリーン部7Aの角度を検出し、検出した角度に応じて表示像の明るさ(即ち、光源ユニット6の出射光の強度)を変化させてもよい。この場合、ヘッドアップディスプレイ2は、スクリーン部7又はスクリーン部7Aの角度を検出するセンサを有し、当該センサにより検出した角度に応じて表示像の明るさを決定する。
第1実施例及び第2実施例の処理に加え、ヘッドアップディスプレイ2は、スクリーン部7又はスクリーン部7Aの角度を検出し、検出した角度に応じて表示像の明るさ(即ち、光源ユニット6の出射光の強度)を変化させてもよい。この場合、ヘッドアップディスプレイ2は、スクリーン部7又はスクリーン部7Aの角度を検出するセンサを有し、当該センサにより検出した角度に応じて表示像の明るさを決定する。
好適には、ヘッドアップディスプレイ2は、第1実施例の場合、スクリーン部7での反射光のうち強度が最も高い反射光Lrmがコンバイナ5の中心に入射するようなスクリーン部7の角度のとき(即ち図7に示すとき)に、表示像の明るさを最大にする。そして、ヘッドアップディスプレイ2は、表示像の明るさを最大にする角度からスクリーン部7の角度が離れるに従い、これらの角度差に応じて表示像の明るさを減じる。同様に、第2実施例の場合、ヘッドアップディスプレイ2は、スクリーン部7Aの透過光のうち強度が最も高い透過光Ltmがコンバイナ5の中心に入射するようなスクリーン部7Aの角度のときに、表示像の明るさを最大にする。そして、ヘッドアップディスプレイ2は、表示像の明るさを最大にする角度からスクリーン部7Aの角度が離れるに従い、これらの角度差に応じて表示像の明るさを減じる。
この例によれば、ヘッドアップディスプレイ2は、スクリーン部7の回転角度の単位当たりの調整幅に対する虚像Ivの明るさの変化量を大きくすることができる。従って、観察者は、スクリーン部7の回転角度を変える操作を行うだけで、虚像Ivの明るさを好適に調整することができる。
(変形例5)
第1実施例及び第2実施例の処理に加え、ヘッドアップディスプレイ2は、ユーザ操作に応じて表示像の明るさを変化させてもよい。この場合、ヘッドアップディスプレイ2は、リモートコントローラや本体部4に設けられたボタンなどの入力部を有し、当該入力部への操作量に応じて、表示像の明るさを変化させる。
第1実施例及び第2実施例の処理に加え、ヘッドアップディスプレイ2は、ユーザ操作に応じて表示像の明るさを変化させてもよい。この場合、ヘッドアップディスプレイ2は、リモートコントローラや本体部4に設けられたボタンなどの入力部を有し、当該入力部への操作量に応じて、表示像の明るさを変化させる。
ここで、光源54が半導体レーザの場合、キンクの影響を受ける低輝度の範囲では、表示像の明るさを的確に制御するのが困難である。以上を勘案し、好適には、ヘッドアップディスプレイ2は、低輝度となる範囲を除くキンクの影響がない範囲(例えば最大出力の100%〜50%)内に限り、入力部への操作量に応じた表示像の明るさの調整を可能にする。そして、ユーザは、入力部への操作により調整可能な表示像の明るさの範囲を超えて虚像Ivの明るさを下げたい場合に、スクリーン部7又はスクリーン部7Aの回転角度を調整する。これにより、ヘッドアップディスプレイ2は、キンクの影響を受けることなく、表示像の明るさを好適に調整することができる。
なお、ヘッドアップディスプレイ2は、ユーザ操作による表示像の明るさ調整に代えて、又はこれに加えて、照度センサなどにより検知した外界の明るさ(照度)に応じて表示像の明るさを変化させてもよい。この場合であっても、ヘッドアップディスプレイ2は、低輝度となる範囲を除くキンクの影響がない範囲内に限り、表示像の明るさを変化させる。
1 ナビゲーション装置
2 ヘッドアップディスプレイ
4 本体部
5 コンバイナ
6 光源ユニット
8 接続部材
25 フロントガラス
100 表示システム
2 ヘッドアップディスプレイ
4 本体部
5 コンバイナ
6 光源ユニット
8 接続部材
25 フロントガラス
100 表示システム
Claims (1)
- 表示像を構成する光をハーフミラーにより反射し、前記表示像を虚像として観察者に視
認させるヘッドアップディスプレイであって、
前記表示像を構成する光を投射する投射手段を有する本体部と、
前記本体部に回転自在に結合され、投射された前記表示像を構成する光を拡散しつつ、
前記ハーフミラーに向けて導く光学素子と、
を備え、
前記光学素子は、特定方向に拡散された光の強度を最大とし、該特定方向とは異なる方
向に拡散された光の強度を該特定方向から離れるに伴い徐々に低下させる特性を有し、前
記光学素子が回転することで、前記観察者に視認させる虚像の明るさが変化することを特
徴とするヘッドアップディスプレイ。
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2019
- 2019-06-03 JP JP2019103509A patent/JP2019159336A/ja active Pending
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