JP2020027116A - Information display device and information display method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車や電車や航空機等(以下では、一般的に「乗り物」とも言う)のフロントガラス(以下では「ウィンドガラス」、または、「ウィンドシールド」とも言う)に画像を投影する情報表示装置および情報表示方法に関し、特に、その画像を当該フロントガラス越しに虚像として観察するようにした投影光学系およびそれを用いた情報表示装置および情報表示方法に関する。 The present invention provides an information display for projecting an image on a windshield (hereinafter, also referred to as a "window glass" or a "wind shield") of an automobile, a train, an aircraft, or the like (hereinafter, also generally referred to as a "vehicle"). More particularly, the present invention relates to a projection optical system for observing an image as a virtual image through the windshield, and an information display device and an information display method using the same.
自動車のフロントガラスやコンバイナに映像光を投写して虚像を形成しルート情報や渋滞情報などの交通情報や燃料残量や冷却水温度等の自動車情報を表示するいわゆる、ヘッドアップディスプレイ(HUD:Head−Up−Display)装置が以下の特許文献1により既に知られている。
A so-called HUD (Head Up Display) that projects virtual light onto a windshield or a combiner of an automobile to form a virtual image and display traffic information such as route information and congestion information and automobile information such as a fuel remaining amount and a cooling water temperature. -Up-Display) device is already known from
この種の情報表示装置においては、ドライバが虚像を観視できる領域を拡大することが望まれる一方、虚像が高解像度で視認性が高いことも重要な性能要因である。 In this type of information display device, while it is desired to enlarge a region where a driver can view a virtual image, it is also an important performance factor that the virtual image has high resolution and high visibility.
ヘッドアップディスプレイ装置はドライバに虚像を提供する最終反射面としてフロントガラスまたはコンバイナが必ず必要であり、発明者らは視認性が高く良好な解像性能を得るためには、最終反射面であるフロントガラスまたはコンバイナで発生する二重反射により生じる虚像の二重像の改善が重要であることに気付いた。 The head-up display device necessarily requires a windshield or a combiner as a final reflection surface for providing a virtual image to a driver.The inventors have proposed a front reflection surface which is a final reflection surface in order to obtain high visibility and good resolution performance. It has been realized that the improvement of the double image of the virtual image caused by the double reflection occurring in the glass or the combiner is important.
この対策として、従来は、図22に示すようにフロントウィンドシールドに断面が楔形の中間膜6bを形成してウィンドシールド内面(表面)での反射光と外界に接する面(裏面)での反射光を運転者の目に到達する光路が一つになるように設計されている。
Conventionally, as a countermeasure, a wedge-shaped
一方、例えば、自動車の天井(サンバイザー)付近にコンバイナを含めた本体を取り付ける装置も既に提案されている。 On the other hand, for example, an apparatus for mounting a main body including a combiner near a ceiling (sun visor) of an automobile has already been proposed.
従来技術によるヘッドアップディスプレイ装置を実現する凹面ミラーによる虚像生成の原理は、図23に示すように、凹面ミラー1’の光軸上の点Oに対して焦点F(焦点距離f)の内側に物点ABを配置することで、凹面ミラー1’による虚像を得ることができると言うものである。この図23では、説明の都合上、凹面ミラー1’を同じ正の屈折力を持つ凸レンズとみなし、物点と凸レンズ(説明の都合上、図23では、凹面ミラーで表記)と発生する虚像の関係を示した。
The principle of the virtual image generation by the concave mirror realizing the head-up display device according to the prior art is as shown in FIG. 23, in which the point O on the optical axis of the
従来技術では、凹面ミラー1’で生成する虚像が見える範囲を広げるためには、物点ABを焦点Fに近づけて物寸法ABに対して凹面ミラーを大きくすると良いが、所望の倍率を得るためには、凹面ミラーの曲率半径が小さくなるためこれらを両立することは困難となる。この結果、ミラーサイズが小さくなり、実効的に拡大率は大きいが、観視可能な範囲が小さい虚像しか得られないという結果となる。このため、(1)所望の虚像サイズと、(2)必要な虚像の倍率M=b/aを同時に満足するためには、凹面ミラーの寸法は観視範囲に合わせ、映像表示装置との兼ね合いで虚像の倍率を決める必要がある。
In the prior art, in order to widen the range in which the virtual image generated by the
このため、従来技術では、所望の観視範囲において大きな虚像を得るためには、例えば図23に示すように、凹面ミラー1’から虚像までの距離を大きく、即ち、最終反射面であるフロントガラスまたはコンバイナ(図示せず)と凹面ミラーの距離を大きくし、同時に、凹面ミラーのサイズを大きくする必要があった。しかしながら、フロントガラスまたはコンバイナにおいてガラス表面と裏面で発生する二重反射により生じる虚像の二重像については配慮されていなかった。
For this reason, in the prior art, in order to obtain a large virtual image in a desired viewing range, as shown in FIG. 23, for example, the distance from the
また、例えば、従来技術である上記の特許文献1に開示されたヘッドアップディスプレイ装置の例では、画像を表示するデバイスと表示デバイスに表示された画像を投写する投写光学系を備え、投写光学系として表示デバイスから観視者の光路において第一ミラーと第二ミラーを有し、第一ミラーにおける画像長軸方向の入射角と第一ミラーにおける画像短軸方向の入射角、および、表示デバイスの画像表示面と第一ミラーとの間隔と、観視者によって視認される虚像の水平方向の幅の関係を所定の条件を満足させることで、小型化を実現している。しかしながら、上述したフロントガラスの両面(運転者側と外側の二面)の反射により発生する二重像の軽減手段については記載すらなかった。
Further, for example, in the example of the head-up display device disclosed in the above-mentioned
他方、自動車の天井(サンバイザー)付近に本体を取り付ける装置では、ドライバに面していない反射面に反射防止膜を成膜することで二重像の発生を低減している。しかしながら、衝突事故を起こした時にHUD装置が外れた場合、運転者に怪我を負わせる可能性があるなど、なお安全上の課題が残る。 On the other hand, in an apparatus for mounting a main body near the ceiling (sun visor) of an automobile, the occurrence of double images is reduced by forming an antireflection film on a reflection surface not facing the driver. However, if the HUD device comes off at the time of the collision, there is still a safety problem such as the possibility of injuries to the driver.
このため、今後は、上記の特許文献1に記載されたフロントガラスを反射面とする方式が主流となると考えられることから、フロントガラスの両面で反射する映像光により形成される虚像が重なり二重像となることを投写光学系の工夫で低減する技術手段を考案した。
For this reason, it is considered that the method of using the windshield described in
更に、2枚のガラスの間に断面楔形の中間膜を形成したフロントガラスは、その製造工程から比較的に高価なものとなり、そのため、経済性や一般性にも欠けていた。 Further, a windshield in which an intermediate film having a wedge-shaped cross section is formed between two glasses is relatively expensive due to its manufacturing process, and therefore lacks economy and generality.
そこで、本発明は、画像をフロントガラス越しに虚像として観察する情報表示装置であって、特に、通常のフロントガラスを反射面とした場合に生じる虚像の二重像化による視認性の低下を実用上問題のないレベルまで軽減して形成することを可能とする情報表示装置とそのための画像表示方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention relates to an information display apparatus for observing an image as a virtual image through a windshield, and particularly, practically reduces visibility due to double image formation of a virtual image that occurs when a normal windshield is used as a reflection surface. It is an object of the present invention to provide an information display device and an image display method for the information display device, which can be formed at a reduced level without any problem.
上記目的を達成するためになされた本発明としては、その一例として、乗り物のフロントガラスに虚像の映像情報を表示する情報表示装置またはそのための情報表示方法であって、前記情報表示装置は、前記映像情報を表示するディスプレイと、前記ディスプレイから出射された光を前記フロントガラスで反射させることで虚像を前記乗り物の前方に表示させる虚像光学系とを備え、前記虚像光学系は、凹面ミラーと光学素子を含んでおり、前記光学素子は、前記ディスプレイと前記凹面ミラーとの間に配置され、前記凹面ミラーの形状と前記光学素子の形状により運転者の視点位置に対応して得られる虚像の歪みを補正するように構成されており、映像光束が前記フロントガラスの表面と裏面で反射することで発生する前記虚像を、運転者の視線の位置の前方において、前記フロントガラスへの映像光入射角とフロントガラスの曲率半径に応じて形成する虚像位置を調整することで前記運転者の判別限界範囲を超えまたはその周辺の視界距離領域において形成する手段または工程を含んでいる情報表示装置および情報表示方法が提供される。 As an example of the present invention made to achieve the above object, an information display device or an information display method for displaying virtual image image information on a windshield of a vehicle, as an example thereof, wherein the information display device is A display for displaying video information, and a virtual image optical system for displaying a virtual image in front of the vehicle by reflecting light emitted from the display on the windshield, wherein the virtual image optical system includes a concave mirror and an optical system. Element, wherein the optical element is disposed between the display and the concave mirror, and a distortion of a virtual image obtained corresponding to a driver's viewpoint position by the shape of the concave mirror and the shape of the optical element. The virtual image generated by the reflection of the image light flux on the front and back surfaces of the windshield, the driver In front of the position of the line of sight, by adjusting the virtual image position formed in accordance with the angle of incidence of the image light on the windshield and the radius of curvature of the windshield, the visibility distance region beyond the driver's discrimination limit range or in the vicinity thereof is adjusted. An information display device and an information display method including means or steps for forming in the above are provided.
本発明の情報表示装置によれば、前記ディスプレイと前記凹面ミラーとの間で分離される各虚像を成立させる映像光束に対応して前記光学素子の形状と配置を最適化すると共に、一般的なフロントガラスを採用しながらも、映像光束が前記一般的なフロントガラスの表面と裏面で反射することで発生する虚像の二重像化を、実用上問題のないレベルまで軽減して形成することを可能とすることで、小型でありながら運転者の視点位置に対応して複数の位置に前記複数の虚像を形成する経済的および一般性にも優れた情報表示装置を提供することが可能となるという実用的にも優れた効果を発揮する。 According to the information display device of the present invention, while optimizing the shape and arrangement of the optical element corresponding to the image light flux that establishes each virtual image separated between the display and the concave mirror, a general While adopting the windshield, it is possible to reduce the double image of the virtual image caused by the reflection of the image light flux on the front and back surfaces of the general windshield, and reduce the double image to a level that causes no problem in practical use. By making it possible, it is possible to provide an information display device that is compact and has excellent economical and general properties of forming the plurality of virtual images at a plurality of positions corresponding to the driver's viewpoint position. It has an excellent effect in practical use.
以下、図面等を用いて、本発明の実施例について詳細に説明する。なお、本発明は以下の説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、本発明を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings and the like. The present invention is not limited to the following description, and various changes and modifications by those skilled in the art are possible within the scope of the technical idea disclosed in the present specification. In all the drawings for describing the present invention, components having the same function are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof may be omitted.
<情報表示装置の実施形態>
図1は、本発明の一実施例に係る情報表示装置の周辺機器構成を示す概略構成図であり、ここでは、その一例として、特に、自動車のフロントガラスに画像を投影する情報表示装置100について説明する。
<Embodiment of information display device>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a peripheral device configuration of an information display device according to an embodiment of the present invention. Here, as an example, particularly, an
この情報表示装置100は、運転者の視線8において自車両の前方に虚像V1を形成するため、被投影部材6(本実施例では、フロントガラスの内面)にて反射された各種情報を虚像VI(Virtual Image)として表示する装置(いわゆる、HUD(Headup Display))である。なお、被投影部材6は、情報が投影される部材であれば良く、最も好適な一例としては、前述した2枚のガラスの間に断面楔形の中間膜を形成したウィンドシールドとは異なり、車両において一般的に採用されている構造のフロントガラスが挙げられる。なお、その他、コンバイナであっても良い。即ち、本実施例の情報表示装置100では、運転者の視線8において自車両の前方に虚像を形成して運転者に視認させるものであれば良く、虚像として表示する情報としては、例えば、車両情報や監視カメラやアラウンドビュアーなどのカメラ(図示せず)で撮影した前景情報をも含むことは当然であろう。
Since the
また、情報表示装置100では、情報を表示する映像光を投射する映像表示装置4と、当該映像表示装置4に表示された映像を凹面ミラー1で虚像を形成する際に発生する歪や収差を補正するために補正用のレンズ群2が、映像表示装置4と凹面ミラー1の間に設けられている。
Further, in the
そして、情報表示装置100は、上記映像表示装置4とバックライト5を制御する制御装置40とを備えている。なお、上記映像表示装置4とバックライト5などを含む光学部品は、以下に述べる虚像光学系であり、光を反射させる凹面ミラー1を含んでいる。また、この光学部品において反射した光は、被投影部材6にて反射されて運転者の視線8(EyeBox:後に詳述する)へと向かう。
The
上記の映像表示装置4としては、例えば、バックライトを有するLCD(Liquid Crystal Display)の他に自発光のVFD(Vacuum Flourescent Display)などがある。
Examples of the
一方、上述した映像表示装置4の代わりに、投写装置によりスクリーンに映像を表示して、前述の凹面ミラー1で虚像とし被投影部材であるフロントガラス6で反射して運転者の視点8と向かわせても良い。
On the other hand, instead of the
このようなスクリーンとしては、例えば、マイクロレンズを2次元状に配置したマイクロレンズアレイにより構成しても良い。 For example, such a screen may be configured by a microlens array in which microlenses are arranged two-dimensionally.
ここで、虚像の歪みを低減するために凹面ミラー1の形状は、図1に示す一般的なフロントガラス6の上部(相対的に運転者の視点との距離が短いフロントガラス6の下方で光線が反射する領域)では、拡大率が大きくなるように相対的に曲率半径が小さく、他方、下部(相対的に運転者の視点との距離が長いフロントガラス6の上方で光線が反射する領域)では、拡大率が小さくなるように相対的に曲率半径が大きくなる形状とすると良い。また、映像表示装置4を凹面ミラーの光軸に対して傾斜させることで上述した虚像倍率の違いを補正して発生する歪みそのものを低減することによっても、更に良好な補正が実現できる。
Here, in order to reduce the distortion of the virtual image, the shape of the
一方、乗用車のフロントガラス6は、図2、図3にも示すように、本体垂直方向の曲率半径Rvと水平方向の曲率半径Rhが異なり、一般には、Rh>Rvの関係にある。このため、反射面としてフロントガラス6を捉えると、凹面ミラーのトロイダル面となる。このため、本実施例の情報表示装置100では、凹面ミラー1の形状はフロントガラス6の形状による虚像倍率を補正するように、即ち、フロントガラス6の垂直方向と水平方向の曲率半径の違いを補正するように水平方向と垂直方向で異なる平均曲率半径とすれば良い。この時、凹面ミラー1の形状は、光軸に対称な球面または非球面形状(後述する数2の式で表される形状)では、光軸からの距離rの関数であり、離れた場所の水平断面と垂直断面形状を個別に制御できないことから、後述する数1の式で表される自由曲面としてミラー面の光軸からの面の座標(x,y)の関数として補正することが好ましい。
On the other hand, as shown in FIGS. 2 and 3, the
再び、図1に戻り、更に、映像表示装置4と凹面ミラー1の間に透過型の光学部品として、例えばレンズ素子2を配置し、もって、凹面ミラー1への光線の出射方向を制御することで凹面ミラー1の形状と合わせて歪曲収差の補正を行うと同時に、前述したフロントガラス6の水平方向の曲率半径と垂直方向の曲率半径の違いによって生じる非点収差を含めた虚像の収差補正を実現する。
Returning to FIG. 1 again, furthermore, for example, a
また、収差補正能力を更に高めるために、上述した光学素子2を複数枚のレンズとしても良い。または、レンズ素子の代わりに曲面ミラーを配置して光路の折り返しと同時に凹面ミラー1への光線の入射位置を制御することで、歪曲収差を低減することもできる。以上にも述べたように、更に、収差補正能力を向上させるたに最適設計された光学素子を凹面ミラー1と映像表示装置4の間に設けても、本発明の技術的思想または範囲を逸脱するものではないことは言うまでもない。更に、上述した光学素子2の光軸方向の厚さを変化させることで、本来の収差補正の他に凹面ミラー1と映像表示装置4の光学的な距離を変えて、虚像の表示位置を遠方から近接位置まで、連続的に変化させることもできる。
Further, in order to further enhance the aberration correction ability, the above-described
また、映像表示装置4を凹面ミラー1の光軸法線に対して傾けて配置することで虚像の上下方向の倍率の違いを補正しても良い。
Alternatively, the difference in the vertical magnification of the virtual image may be corrected by disposing the
一方、情報表示装置100の画質を低下させる要因として、映像表示装置4から凹面ミラー1に向かって出射する映像光線が途中に配置された光学素子2の表面で反射して映像表示装置4に戻り、再度反射して本来の映像光に重畳されて、画質を低下させることが知られている。このため、本実施例では、光学素子2の表面に反射防止膜を成膜して反射を抑えるだけでなく、更に、光学素子2の映像光入射面と出射面のいずれか一方、若しくは、両方のレンズ面形状を上述した反射光が映像表示装置4の一部分に集光しないような形状(例えば、映像表示装置4に凹面を向けた形状)となるよう、その面形状に制約を持たせて設計することが好ましい。
On the other hand, as a factor that lowers the image quality of the
次に、映像表示装置4として、上述した光学素子2からの反射光を吸収させるために液晶パネルに近接して配置された第一の偏光板に加えて、第二の偏光板を液晶パネルと分離して配置すれば、画質の低下を軽減できる。また、液晶パネルのバックライト5は、液晶パネル4に入射する光の入射方向を凹面ミラー1の入射瞳に効率よく入射するように制御される。この時、液晶パネルに入射する光束の発散角を小さくすれば、効率よく運転者のアイポイントに映像光を向けることができる。液晶表示素子を映像源とした場合には映像の発散角に対するコントラスト性能は水平方向の方が顕著で±20度以内であれば優れた特性が得られる。更にコントラスト性能を向上させるためには、±10度以内の光束を利用すると良い。
Next, as the
一方、光源としては、製品寿命が長い固体光源を採用することが好ましく、更には、周囲温度の変動に対する光出力変化が少ないLED(Light Emitting Diode)として光の発散角を低減する光学手段を設け、更にPBS(Polarizing Beam Splitter)を用いて偏光変換を行うことが好ましい。 On the other hand, it is preferable to use a solid-state light source having a long product life as a light source, and furthermore, an optical means for reducing a light divergence angle is provided as an LED (Light Emitting Diode) having a small change in light output with respect to a change in ambient temperature. Further, it is preferable to perform polarization conversion using PBS (Polarizing Beam Splitter).
液晶パネルのバックライト5側(光入射面)および光学素子2側(光出射面)には、偏光板が配置されており、これにより、映像光のコントラスト比を高めている(特に、虚像の明るさを確保するためにはフロントガラスでの反射の効率向上が重要であり、この点を考慮すれば、映像光として使用するのはs偏光が好ましい:図21を参照)。バックライト5側(光入射面)に設ける偏光板には、偏光度が高いヨウ素系のものを採用すれば、高いコントラスト比が得られる。一方、光学素子2側(光出射面)には染料系の偏光板を用いることによれば、外光が入射した場合や環境温度が高い場合でも、高い信頼性を得ることが可能となる。
Polarizing plates are disposed on the
映像表示装置4として液晶パネルを用いる場合、特に、運転者が偏光サングラスを着用している場合には、特定の偏波が遮蔽されて映像が見えない不具合が発生する。これを防ぐために、液晶パネルの光学素子2側に配置した偏光板の光学素子側にλ/4板を配置し、もって、特定の偏光方向に揃った映像光を円偏光に変換することが好ましい。
When a liquid crystal panel is used as the
制御装置40は、このようなナビゲーションシステム61から、自車両が走行している現在位置に対応する道路の制限速度や車線数、ナビゲーションシステム61に設定された自車両の移動予定経路などの各種の情報を、前景情報(即ち、上記虚像により自車両の前方に表示する情報)として取得する。
The
運転支援ECU62は、周辺監視装置63での監視の結果として検出された障害物に従って駆動系や制御系を制御することで、運転支援制御を実現する制御装置であり、運転支援制御としては、例えば、クルーズコントロール、アダプティブクルーズコントロール、プリクラッシュセーフティ、レーンキーピングアシストなどの周知技術を含む。
The driving
周辺監視装置63は、自車両の周辺の状況を監視する装置であり、一例としては、自車両の周辺を撮影した画像に基づいて自車両の周辺に存在する物体を検出するカメラや、探査波を送受信した結果に基づいて自車両の周辺に存在する物体を検出する探査装置などである。
The
運転者監視システム64は運転席の前方等に設置されたカメラ77で運転中の運転者の表情を監視し健康状態や精神状態など運転に支障がないかを判断し結果を運転支援ECUにより自動車の運転制御を行うことで安全運転の支援を行う。また運転者の健康状態を検知するために運転席(図示せず)に脈拍や呼吸数、体温を感知するセンサを設けても良く、前述したカメラ77でも同様の感知機能をソフト処理で得ることもできる。更に、眠気なども併せて検知することでより高精度な安全運転の支援が実現ばかりではなくHUDの映像を最適位置に表示するために、運転者の視線の位置を検出するための手段としても用いることができる。
The
制御装置40は、このような運転支援ECU62からの情報(例えば、先行車両までの距離および先行車両の方位、障害物や標識が存在する位置など)を前景情報として取得する。更に、制御装置40には、イグニッション(IG)信号、および、自車状態情報が入力される。これらの情報の内、自車状態情報とは、車両情報として取得される情報であり、例えば、内燃機関の燃料の残量や冷却水の温度など、予め規定された異常状態となったことを表す警告情報を含んでいる。また、方向指示器の操作結果や自車両の走行速度、更には、シフトポジション情報なども含まれている。以上述べた制御装置40は、イグニッション信号が入力されると起動する。以上が、本願実施例の情報表示装置全体システムの説明である。
The
<虚像光学系の第一の実施形態>
次に、本実施例に係る虚像光学系、および、映像表示装置の更なる詳細について、以下に説明する。
<First Embodiment of Virtual Image Optical System>
Next, further details of the virtual image optical system and the image display device according to the present embodiment will be described below.
図2は、既述のように、本実施例における情報表示装置100を搭載した自動車の上面図であり、自動車本体101の運転席前部には、被投影部材6としてのフロントガラスが存在する。なお、このフロントガラスは、自動車のタイプによって、車体に対する傾斜角度が異なる。更に、発明者らは、最適な虚像光学系を実現するため、この曲率半径についても調査した。その結果、フロントガラスは、図3に示すように、自動車の接地面に対して平行な水平方向の曲率半径Rhと、水平軸に対して直交する垂直方向の曲率半径Rvとで異なり、RhとRvの間には、一般的に、下記の関係があることが判った。
Rh>Rv
FIG. 2 is a top view of the vehicle equipped with the
Rh> Rv
また、この曲率半径の違い、即ち、Rvに対するRhは、1.5倍から2.5倍の範囲にあるものが多いことも判明した。 It was also found that the difference in the radius of curvature, that is, Rh relative to Rv, was often in the range of 1.5 to 2.5 times.
次に、発明者らは、フロントガラスの傾斜角度についても市販品を調査した。その結果、車体タイプによっても異なるが、軽自動車や1Boxタイプでは20度〜30度、セダンタイプでは30度〜40度、スポーツタイプでは40度以上であった。そこで、本実施例では、フロントガラスの自動車の接地面に対して平行な水平方向の曲率半径Rhと水平軸に対して直交する垂直方向の曲率半径Rvの違いとフロントガラスの傾斜角について考慮し、虚像光学系の設計を行った。 Next, the inventors investigated a commercially available product with respect to the inclination angle of the windshield. As a result, although it differs depending on the vehicle type, it was 20 to 30 degrees for the minicar or 1 Box type, 30 to 40 degrees for the sedan type, and 40 degrees or more for the sports type. Thus, in the present embodiment, the difference between the horizontal curvature radius Rh parallel to the ground contact surface of the windshield and the vertical curvature radius Rv perpendicular to the horizontal axis and the inclination angle of the windshield are considered. A virtual image optical system was designed.
より詳細には、被投影部材であるフロントガラスの水平曲率半径Rhと垂直曲率半径Rvとは、これらは大きく異なるため、光軸(Z軸)に対してフロントガラスの水平軸およびこの軸に垂直な軸に対して軸非対称な光学素子2を虚像光学系内に設けることにより、良好な収差補正を実現した。
More specifically, since the horizontal curvature radius Rh and the vertical curvature radius Rv of the windshield that is the projection target are greatly different from each other, the horizontal axis and the vertical axis of the windshield are perpendicular to the optical axis (Z axis). By providing the
<虚像二重像化発生のメカニズム>
発明者らは、種々の検討の結果、下記に述べる知見に基づいて、以下に詳述する虚像の二重像化を軽減する技術を開発した。
<Mechanism of double image generation>
As a result of various studies, the inventors have developed a technique for reducing a double image of a virtual image described below, based on the findings described below.
図4は虚像の結像位置を運転者から遠方にした場合の状態を示す図で、運転者が虚像を観視する視線が遠方に向かうためフロントガラスに対して映像光が反射する角度θ1が小さくなる。 FIG. 4 is a diagram showing a state in which the image forming position of the virtual image is set far from the driver, and the angle θ1 at which the image light is reflected with respect to the windshield because the driver's line of sight for viewing the virtual image goes far away. Become smaller.
一方、虚像の結像位置を運転者に近い近距離とした場合の状態は図5に示すように運転者が虚像を観視する視線が手前に向かうためフロントガラスに対して映像光が反射する角度θ2が前述のθ1に比べて大きくなる。発明者らは運転者の視線の位置(虚像の結像位置)により発生する二重像の程度が変化することから虚像の二重像化を軽減する技術を開発した。 On the other hand, in the state where the virtual image is formed at a short distance close to the driver, as shown in FIG. 5, since the driver's line of sight for viewing the virtual image is directed to the near side, the image light is reflected on the windshield. The angle θ2 becomes larger than the aforementioned θ1. The inventors have developed a technique for reducing the double image formation of the virtual image because the degree of the double image generated varies depending on the position of the driver's line of sight (the image formation position of the virtual image).
二重像の発生メカニズムを以下に説明する。フロントガラスの上部で反射して運転者が視認する虚像は、図6に示すように、フロントガラスの傾斜と前述の虚像を生成する光線がフロントガラスに斜めから入射するため、フロントガラスの厚さをtとすると、運転者に近い反射面(以降、反射面1と記載)で反射する正規光の反射位置P0と、ドライバから遠い反射面(以降、反射面2と記載)で反射する裏面反射光の反射位置P1が垂直方向に距離Lだけ上方にずれてしまい、二つの虚像が形成される。 The mechanism of generating a double image will be described below. As shown in FIG. 6, the virtual image reflected by the upper part of the windshield and seen by the driver has a thickness of the windshield because the inclination of the windshield and the light rays that generate the virtual image are obliquely incident on the windshield. Let t be a reflection position P0 of regular light reflected on a reflection surface close to the driver (hereinafter referred to as reflection surface 1), and a back surface reflection reflected on a reflection surface farther from the driver (hereinafter referred to as reflection surface 2). The light reflection position P1 is shifted upward by the distance L in the vertical direction, and two virtual images are formed.
この結果、運転者が観る映像は図7に示すように正規光での虚像と裏面反射光により生じる虚像とが上下に二つ重なりあって見える。この原因について以下詳細に述べる。 As a result, as shown in FIG. 7, the image viewed by the driver looks like a virtual image with normal light and a virtual image generated by the reflected light on the back surface, which are vertically overlapped with each other. The cause will be described in detail below.
ここでは説明の都合上、映像光をP波とS波の混在した自然光とした場合について述べる。正規光による正規虚像と裏面反射光による第二の虚像は、空気からフロントガラスに入射する入射光の反射率4%とフロントガラスと空気界面での反射率4%が等しいため、これら正規虚像と裏面反射光による虚像の明るさはほぼ等しい。このため、裏面反射光による虚像の明るさの低減が、虚像による映像の良好な解像性能を得るためには不可欠となる。 Here, for convenience of explanation, a case where the image light is natural light in which a P wave and an S wave are mixed will be described. The normal virtual image due to the normal light and the second virtual image due to the back surface reflected light have the same reflectance of 4% of the incident light that enters the windshield from the air and the reflectance of 4% at the interface between the windshield and the air. The brightness of the virtual image due to the back-surface reflected light is substantially equal. For this reason, the reduction of the brightness of the virtual image due to the reflected light on the back surface is indispensable for obtaining good resolution performance of the image by the virtual image.
虚像を形成する映像光のうちでフロントガラス下部においては反射して運転者が視認する虚像は、運転者の視線が下を向くため、フロントガラスの傾斜と前述の虚像を生成する光線が、フロントガラス上部に比べフロントガラスにより斜めから入射するために裏面反射光と正規反射光の上下のすれ量が大きくなる。 Of the image light that forms the virtual image, the virtual image reflected by the lower portion of the windshield and visually recognized by the driver is such that the driver's line of sight is directed downward, and the light beam that generates the tilt of the windshield and the virtual image is generated by the front. Since the light is obliquely incident on the windshield as compared with the upper part of the glass, the amount by which the reflected light from the back surface and the regular reflected light are vertically shifted becomes large.
更に、画面左右方向においては、正規反射光に対して凹面ミラーの光軸がフロントガラスと交差する点から離れる方向に裏面反射光がずれて、二つの虚像が形成される。 Further, in the horizontal direction of the screen, the back reflection light is shifted in a direction away from the point where the optical axis of the concave mirror intersects the windshield with respect to the regular reflection light, and two virtual images are formed.
前述したようにフロントガラスの屈折率を1.5とすると、映像光線のフロントガラスへの入射角度と反射率の関係は、垂直入射の場合反射率はS偏光とP偏光、共に、4%程度であるが、入射角度が25度を超えるとS偏波の反射率が大きくなる。 As described above, when the refractive index of the windshield is 1.5, the relationship between the angle of incidence of the image light beam on the windshield and the reflectance is such that the reflectance is about 4% for both S-polarized light and P-polarized light at normal incidence. However, when the incident angle exceeds 25 degrees, the reflectance of S-polarized light increases.
このため、映像表示装置としてLCDを用いる場合は映像出力光をどちら側の偏波を使用するかでフロントガラスの反射率が異なるため、ドライバが視認できる虚像の明るさが、反射面への入射角度で変化する可能性が生じる。 For this reason, when an LCD is used as the image display device, the reflectance of the windshield differs depending on which side of the polarization of the image output light is used. There is the possibility of changing with the angle.
更に、フロントガラスと凹面ミラーの距離を変えずにドライバが虚像を視認できる領域を拡大すると、映像光線がフロントガラスに入射する角度が大きくなり画面の上下左右に二重像が発生し虚像のフォーカス感を阻害する。 Furthermore, if the area where the driver can visually recognize the virtual image is enlarged without changing the distance between the windshield and the concave mirror, the angle at which the image light beam enters the windshield increases, and double images occur at the top, bottom, left and right of the screen, and the virtual image focuses. Inhibits feeling.
このため、発明者らは、映像表示装置4を凹面ミラー1の光軸に対して傾けることで、虚像上端部の像倍率M’=b’/a’と、虚像下端部の像倍率M=b/aとを略一致させ、このことによって発生する歪曲収差の低減をすると更に良いことを見つけ出した。
For this reason, the inventors tilted the
更に、光学素子2の垂直方向の断面形状の平均曲率半径と水平方向の断面形状の平均曲率半径とを異なる値として、前述したフロントガラスの垂直方向曲率半径Rvと水平方向曲率半径Rhの違いにより発生する光路差によって発生する、歪曲収差と虚像の結像性能を低下させる収差を補正する。
Further, the average radius of curvature of the vertical cross-sectional shape of the
上記に述べたように、フロントガラス6に直接映像光を反射させて虚像を得る情報表示装置100においては、フロントガラス6の垂直方向曲率半径Rvと水平方向曲率半径Rhの違いにより生じる光路差によって発生する収差の補正が、虚像の結像性能確保において最も重要になる。
As described above, in the
このため、発明者らは、従来の光学設計に用いられてきた、光軸からの距離rの関数としてレンズ面やミラー面の形状を定義する非球面形状(下記の数2の式を参照)に対して、光軸からの絶対座標(x,y)の関数として面の形状を定義することが可能な自由曲面形状(以下の数1の式を参照)を用いることにより、上述したフロントガラスの曲率半径の違いによる虚像の結像性能低下を軽減した。
For this reason, the present inventors have developed an aspherical shape that defines the shape of a lens surface or a mirror surface as a function of the distance r from the optical axis, which has been used in conventional optical design (see the following equation (2)). In contrast, by using a free-form surface shape (see
なお、光軸からの距離rの関数としてレンズ面やミラー面の形状を定義する非球面形状は、以下の数2の式ように表される。 The aspherical shape that defines the shape of the lens surface or the mirror surface as a function of the distance r from the optical axis is expressed by the following equation (2).
自動車用のフロントガラスの屈折率は通常n=1.5であり、一面当たりの反射率は5%である。上述したように、情報表示装置は、フロントガラスで虚像を反射させて運転者のアイボックス内に映像を結ばせるものである。このため、映像光線はフロントガラスの車内側の反射面1で反射した正規反射光と、外気に接した反射面2で反射した裏面反射光とに分離され、運転者の目には二重像として認識される。この二重像はフロントガラスの垂直方向と水平方向により発生する方向が異なり、情報表示装置100がフロントガラスの下方に配置された場合には、裏面反射光により発生する二重像は、図7にも示すように、正規反射光による映像の上部に発生する。同様に、情報表示装置100がフロントガラスの上方に配置された場合においても、裏面反射光により発生する二重像は、正規反射光による映像の上部に発生する。
The refractive index of a windshield for an automobile is usually n = 1.5, and the reflectance per surface is 5%. As described above, the information display device reflects a virtual image on the windshield to form an image in the driver's eye box. For this reason, the image light beam is separated into regular reflected light reflected on the
図8には上述した関係が示されており、即ち、水平線L1,L0に対して虚像が表示される位置の角度を伏角とすると、一般的な構造のフロントガラス6の表面反射光による虚像1は運転者の目P10(視点)からの光線角度θsの位置に、裏面反射光による虚像2は光線角度θrの位置にそれぞれ形成される。
FIG. 8 shows the above-described relationship, that is, assuming that the angle of the position where the virtual image is displayed with respect to the horizontal lines L1 and L0 is a dip, the
なお、これらの光線角度θs、θrは、虚像1、2が形成される位置である運転者の目P10(視線)からの虚像距離によって変化する。即ち、図9にも示すように、表面反射光の光線角度θsを一定とした場合(図に●で示す直線を参照)、裏面反射光の光線角度θrは、図に▲で示す曲線のように、運転者の目P10(視点)からの虚像距離が小さい場合には表面反射光の光線角度θsから大きく離れ(二重像化が大きい)、虚像距離が大きくなるに従って徐々に光線角度θsに近づく(二重像化が小さい)。その結果、これらの光線角度の差分である表面反射点と裏面反射点のズレ角度は、図に■で示す曲線のように、視線P10からの虚像距離が小さい(近い)場合には表面反射光による虚像1と裏面反射光による虚像2による二重像のズレ(二重像化)が大きいが、虚像距離が大きく(遠く)なるに従って二重像のズレ(二重像化)が小さくなる。特に、虚像距離が16mを超えると表面反射点と裏面反射点のズレ角度=0.017degとなり、虚像距離が20mでは表面反射点と裏面反射点のズレ角度=0.012degとなる。なお、虚像距離が16m場合の表面反射点と裏面反射点のズレ角度=0.017degでは、1.0の視力の人間が表面反射光と裏面反射光による二重像を判別することができる限界である(通常人間(運転者)の判別限界範囲)。
These ray angles θs and θr change depending on the virtual image distance from the driver's eye P10 (line of sight) where the
そこで、本発明では、一般的なフロントガラスで虚像を反射させて運転者のアイボックス内に映像を結ばせる映像を、上述した二重像を判別することができる限界(通常人間(運転者)の判別限界範囲)を利用することによって、一般的なフロントガラスを採用しながらも、映像光束が前記フロントガラスの表面と裏面で反射することで発生する虚像の二重像化を実用上問題のないレベルまで軽減して形成することが可能であることを見出し、それにより、小型で運転者の視点位置に対応して複数の位置に虚像を形成する情報表示装置を達成した。 Therefore, in the present invention, the image in which a virtual image is reflected by a general windshield to form an image in the driver's eye box is limited to the above-described double image discrimination (normal human (driver) The use of a general windshield makes it difficult to double image a virtual image caused by the reflection of an image light beam on the front and back surfaces of the windshield. It has been found that the information display device can be formed with a reduced level to an unacceptable level, thereby achieving an information display device which is small and forms virtual images at a plurality of positions corresponding to the driver's viewpoint position.
即ち、上述した情報表示装置100の映像表示装置4から凹面ミラー1を介して一般的なフロントガラス6に向かって出射/反射して運転者の目(視線)P10に入射するHUDの映像光線を運転者の目(視点)P10から通常人間の判別限界範囲を超えて、例えば、視点P10から16mまたは20mを超える、または、その周辺の視界距離領域において虚像を形成するように設定する。このことにより、上述した虚像の二重像化を実用上問題のないレベルまで軽減して解消することができる。なお、発明者による種々の実験によれば、この通常人間の判別限界範囲は、より具体的な一例として、運転者の目(視点)P10から16m以上が、より好適には、30m〜200mの範囲とすることが好ましいことが明らかとなった。
That is, the image light of the HUD which is emitted / reflected from the
なお、光線角度θを設定するために重要な運転者の目(視点)P10の位置については、上記図1にも示した情報表示装置全体システムを構成する運転者監視システム64に入力されるカメラ77からの運転者の画像を利用することによって容易に検出することができる。また、運転者の目(視点)P10の位置の変動による調整は、上述した制御装置40等によれば、検出した運転者の目(視点)P10の位置に基づいて映像表示装置4を凹面ミラー1の光軸に対する傾斜角度や映像表示装置4上のHUD情報画像の位置を変更するなど、容易かつ自動的に実現可能であることは当業者であれば明らかであろう。加えて、運転者の視力を予めまたは随時に入力することによって、HUD情報画像の表示位置を運転者の視力に対応して変更可能とするような構成も可能であろう。また、フロントガラスの厚みは、一般的に、中心5mm±1mm程度であり、その厚さが大きくなると二重像のずれ量も大きくなる。また、発明者らはフロントガラスの厚さのばらつきにも注目し、特に、その上端と下端の厚さがばらつき、かつ、上端の厚さTuに対して下端の厚さTdが小さい場合には二重像のずれ量が小さくなるので、フロントガラスの厚さの管理は平均厚さだけでなく上下・左右端部の厚さのばらつきが二重像のずれ量の絶対値に大きく影響することを実験により確認すると共に、フロントガラスとして上端の厚さTuが下端の厚さTdより大きい(Tu>Td)を採用することがより好適であることが分かった。
Note that the position of the driver's eye (viewpoint) P10 important for setting the ray angle θ is determined by the camera input to the
以上、フロントガラスの運転者側のガラス面と外界に接する面の曲率半径が虚像を形成する光束が反射する部分では同じ(平行板)として述べたが、実際にはそれぞれの曲率が異なりフロントガラス上部と下部で厚みが異なると結果として二重像が発生する。運転者の目(視点)P10から30m〜50mの範囲ではこの厚みの違いによって生じる角度差は0.003度以下が望ましく、50m〜200mでは角度差は0.005以下であることが望ましいことが明らかになった。 As described above, the curvature radius of the glass surface on the driver side of the windshield and the surface in contact with the outside world are described as being the same (parallel plate) in the portion where the light flux forming the virtual image is reflected. If the thickness differs between the upper part and the lower part, a double image will result. In the range of 30 m to 50 m from the driver's eye (viewpoint) P10, the angle difference caused by this difference in thickness is preferably 0.003 degrees or less, and in the range of 50 m to 200 m, the angle difference is preferably 0.005 or less. It was revealed.
更に、上述した例では、上述した被投影部材6の好適な一例として厚さ(断面)が一様な一般的なフロントガラスについて述べた。しかしながら、本発明はこれにのみ限定されることなく、断面が楔状(上下の高さ方向で厚さが変化する)のフロントガラス、更には、その効果は限定的となるが、上述した従来技術になる2枚のガラスの間に断面楔形に中間膜を形成したフロントガラスについても容易に適用することが可能である。なお、その場合には、特に断面が楔状のフロントガラスについては、運転者の目(視点)P10の位置(高さ方向)によって重要な光線角度θが変動する。このことからも、制御装置40等により、上述した運転者監視システム64のカメラからの運転者の画像を利用することによって(視点)P10の位置を確認してHUD映像光が虚像を形成する距離領域を調整することが好ましいであろう。なお、より具体的には、(視点)P10の位置に基づいて、映像表示装置4上のHUD情報の表示位置を調整することが好ましい。
Further, in the above-described example, a general windshield having a uniform thickness (cross section) has been described as a preferable example of the above-described
以上、運転者の視力が1.0で自動車が静止状態での二重像の認識限界について述べたが、発明者らはその後の検討で運転状態ではHUDの映像を識別できる能力が低下することが判った。即ち、(1)移動体である自動車の運転中には映像を注視できない。(2)同様に静止状態より移動体に乗車した運転者の動体視力が低下する。このため、運転者の視力は実質0.3〜0.5程度まですることが判明した。このため、二重像の発生を軽減する新たな条件を選定すべくフロントガラスの厚さを4.7mm(一般的な厚さ)と固定して虚像距離とフロントガラス曲率半径、虚像を形成する映像光のフロントガラスへの入射角をパラメータとして自動車運転時の視力を0.3と仮定しこの時の二重像のずれ量を認識角度差0.05deg以下になる領域を図10に示す条件からシミュレーションにより求めた。 As described above, the recognition limit of the double image when the driver's visual acuity is 1.0 and the car is stationary is described. However, the inventors have found that the ability to recognize the HUD image in the driving state is reduced in a subsequent study. I understood. That is, (1) it is not possible to watch an image while driving a moving vehicle. (2) Similarly, the dynamic visual acuity of the driver who gets on the moving object is lower than in the stationary state. For this reason, it turned out that a driver's visual acuity is substantially up to about 0.3 to 0.5. For this reason, in order to select a new condition for reducing the occurrence of double images, the thickness of the windshield is fixed at 4.7 mm (general thickness), and a virtual image distance, a radius of curvature of the windshield, and a virtual image are formed. Assuming that the visual acuity at the time of driving a car is 0.3 with the incident angle of the image light to the windshield as a parameter, the area where the amount of displacement of the double image at this time is less than 0.05 deg in the recognition angle difference is shown in FIG. From the simulation.
図11はフロントガラスへの映像光入射角度を50degとした場合にフロントガラスの曲率半径を無限大(平面または平板)とした場合、20000mm、10000mm、7500mm、5000mmとし、虚像距離をパラメータとして正常光(フロントガラス表面での反射光)と裏面での反射光のずれ量を相対角度としてシミュレーションした結果を示したものである。虚像距離を固定すればフロントガラスの曲率半径が大きくなるほど相対角度は小さくなることを求めた。フロントガラスの厚さが増せば同一条件でもこの相対角度は増加することは言うまでもない。更に運転者の動体視力が0.3を超えて優れていれば識別できる相対角度は更に小さくなる。例えば虚像距離を10mとすれば動体視力0.3の運転者が識別できる相対角度0.05degを満足するためにはフロントガラスは曲率半径が10000mm以上必要となることが判った。 FIG. 11 shows that, when the incident angle of the image light to the windshield is 50 deg, the radius of curvature of the windshield is infinite (flat or flat), and the normal light is 20,000 mm, 10000 mm, 7500 mm, and 5000 mm, and the virtual image distance is a parameter. The figure shows the result of a simulation in which the amount of deviation between (reflected light on the front glass surface) and the reflected light on the back surface is set as a relative angle. If the virtual image distance is fixed, the relative angle becomes smaller as the radius of curvature of the windshield becomes larger. It goes without saying that if the thickness of the windshield increases, the relative angle increases even under the same conditions. Furthermore, if the driver's dynamic visual acuity exceeds 0.3, the relative angle that can be identified becomes smaller. For example, if the virtual image distance is 10 m, it has been found that the windshield needs to have a radius of curvature of 10,000 mm or more in order to satisfy a relative angle of 0.05 deg that can be identified by a driver having a dynamic visual acuity of 0.3.
同様に、図12はフロントガラスへの映像光入射角度を60degとした場合にフロントガラスの曲率半径を無限大(平面)とした場合、20000mm、10000mm、7500mm、5000mmとし、虚像距離をパラメータとして正常光(フロントガラス表面での反射光)と裏面での反射光のずれ量を相対角度としてシミュレーションした結果を示したものである。図11に示した結果と同様に虚像距離を固定すればフロントガラスの曲率半径が大きくなるほど相対角度は小さくなる。更に、図11で求めた結果と同様にフロントガラスの厚さが増した場合は同一条件でもこの相対角度は増加することは言うまでもない。一方、運転者の動体視力が0.3を超えて優れていれば識別できる相対角度は更に小さくなる。動体視力0.3の運転者が識別できる相対角度0.05degを満足するにはフロントガラスは曲率半径を10000mmとした場合、虚像距離は12.1m以上必要となることが判った。 Similarly, FIG. 12 shows that, when the incident angle of the image light to the windshield is 60 deg, the radius of curvature of the windshield is infinite (flat), 20,000 mm, 10,000 mm, 7500 mm, and 5000 mm, and the virtual image distance is used as a parameter as a normal value. The simulation result is shown as a relative angle using a shift amount of light (reflected light on the front glass surface) and reflected light on the back surface. If the virtual image distance is fixed as in the result shown in FIG. 11, the relative angle becomes smaller as the radius of curvature of the windshield becomes larger. Further, when the thickness of the windshield is increased similarly to the result obtained in FIG. 11, it goes without saying that the relative angle increases even under the same conditions. On the other hand, if the driver's dynamic visual acuity exceeds 0.3, the relative angle that can be identified becomes even smaller. It has been found that in order to satisfy the relative angle of 0.05 deg that can be recognized by a driver having a dynamic visual acuity of 0.3, if the radius of curvature of the windshield is 10,000 mm, the virtual image distance must be 12.1 m or more.
同様に、図13はフロントガラスへの映像光入射角度を70degとした場合にフロントガラスの曲率半径を無限大(平面)とした場合、20000mm、10000mm、7500mm、5000mmとし、虚像距離をパラメータとして正常光(フロントガラス表面での反射光)と裏面での反射光のずれ量を相対角度としてシミュレーションした結果を示したものである。図11および図12に示した結果と同様に虚像距離を固定すればフロントガラスの曲率半径が大きくなるほど相対角度は小さくなる。更に、図11および図12で求めた結果と同様にフロントガラスの厚さが増した場合は同一条件でもこの相対角度は増加することは言うまでもない。一方、運転者の動体視力が0.3を超えて優れていれば識別できる相対角度は更に小さくなる。動体視力0.3の運転者が識別できる相対角度0.05degを満足するには、フロントガラスは曲率半径を10000mmとした場合、虚像距離は14.5m以上必要となることが判った。 Similarly, FIG. 13 shows that, when the incident angle of the image light to the windshield is 70 deg, the radius of curvature of the windshield is infinite (flat), 20,000 mm, 10000 mm, 7500 mm, and 5000 mm, and the virtual image distance is used as a parameter. The simulation result is shown as a relative angle using a shift amount of light (reflected light on the front glass surface) and reflected light on the back surface. If the virtual image distance is fixed as in the results shown in FIGS. 11 and 12, the relative angle becomes smaller as the radius of curvature of the windshield becomes larger. Further, when the thickness of the windshield increases as in the results obtained in FIGS. 11 and 12, it goes without saying that the relative angle increases even under the same conditions. On the other hand, if the driver's dynamic visual acuity exceeds 0.3, the relative angle that can be identified becomes even smaller. In order to satisfy the relative angle of 0.05 deg that can be recognized by a driver having a dynamic visual acuity of 0.3, it was found that a virtual image distance of 14.5 m or more was required when the radius of curvature of the windshield was 10,000 mm.
図14はフロントガラスへの映像光入射角を一般的な乗用車の場合の50degからスポーツタイプの傾斜が大きなフロントガラスへの入射角70degまで振った場合に相対角度を0.05degとした場合の虚像距離とフロントガラスの曲率(1/曲率半径)の関係を上述した検討の結果から纏めたものである。この結果から、虚像の二重像が認識できない条件を満足するには、映像光のフロントガラスへの入射角度が大きくするほど虚像距離を長く、フロントガラスの曲率半径は大きくする必要があることが判った。例えば、フロントガラスの曲率半径を20000mm以上とすれば、入射角度が50degから70degの範囲であれば虚像距離を5m以上とすれば二重像は識別しにくくなる。同様に、虚像距離を15m以上とすればフロントガラスの曲率半径を10000mm以上とすれば良い。 FIG. 14 is a virtual image when the relative angle is set to 0.05 deg when the incident angle of the image light on the windshield is changed from 50 deg for a general passenger car to 70 deg for the sport type with a large inclination of the windshield. The relationship between the distance and the curvature (1 / radius of curvature) of the windshield is summarized from the results of the above-described study. From this result, to satisfy the condition that the double image of the virtual image cannot be recognized, it is necessary to increase the virtual image distance and the radius of curvature of the windshield as the incident angle of the image light to the windshield increases. understood. For example, if the radius of curvature of the windshield is 20,000 mm or more, if the incident angle is in the range of 50 deg to 70 deg, if the virtual image distance is 5 m or more, it becomes difficult to distinguish double images. Similarly, if the virtual image distance is 15 m or more, the radius of curvature of the windshield may be 10,000 mm or more.
一方、フロントガラスの車体に対する傾斜角度と曲率半径は自動車のデザインと密接な関係にあるため、映像光線の入射角度が70degを超えるデザインでは虚像距離を25m以上としてもフロントガラスの曲率半径が8000mm以下では二重像が発生する。 On the other hand, since the angle of curvature and the radius of curvature of the windshield with respect to the vehicle body are closely related to the design of the vehicle, the radius of curvature of the windshield is 8000 mm or less even if the virtual image distance is 25 m or more in a design in which the incident angle of the image light beam exceeds 70 deg. In this case, a double image occurs.
このことからも、更にフロントガラスへの映像光入射角とフロントガラスの曲率半径に応じて形成する虚像位置を更に調整することによれば、映像光束がフロントガラスの表面と裏面で反射することで発生する虚像の二重像化をより実用上問題のないレベルまで軽減して小型で運転者の視点位置に対応して複数の位置に虚像を形成することが可能な情報表示装置を達成することができる。なお、その際、上記と同様に制御装置40等によってHUD映像光が虚像を形成する距離領域を調整することが好ましいであろう。
From this, according to the further adjustment of the virtual image position formed according to the incident angle of the image light to the windshield and the radius of curvature of the windshield, the image light flux is reflected by the front and back surfaces of the windshield. To achieve an information display device that is small and capable of forming virtual images at a plurality of positions corresponding to a driver's viewpoint position by reducing double image generation of a generated virtual image to a level that causes no practical problem. Can be. At this time, it may be preferable to adjust the distance region where the HUD image light forms a virtual image by the
次に、上述した二重像を軽減すると共に、視認性の高い虚像を形成することを可能とするための本発明の実施例に係る他の構成について、図15〜図20により説明する。図15は、上述した実施例に係る虚像光学系の映像表示装置4としての液晶パネルとバックライト5の要部拡大図である。液晶パネルのフレキシブル基板10から入力された映像信号によりバックライトからの光を変調することで映像を液晶パネル表示面11に表示し、表示された映像を虚像光学系(実施例では、自由曲面凹面ミラーと自由曲面光学素子)で虚像を生成して、運転者に映像情報を伝える。
Next, another configuration according to an embodiment of the present invention for reducing the above-described double image and forming a virtual image with high visibility will be described with reference to FIGS. FIG. 15 is an enlarged view of a main part of the liquid crystal panel and the
上記の構成では、バックライト光源5の光源素子には、固体光源として比較的安価で信頼性の高いLED光源を用いる。LEDは、高出力化するために面発光タイプを使用するので、後述する技術的な工夫を用いて光利用効率を向上させる。LEDの入力電力に対する発光効率は、発光色によっても異なるが、20〜30%程度であり、残りの殆どは熱に変換される。このため、LEDを取り付けるフレームとしては、熱伝導率の高い部材(例えば、アルミニュウム等の金属部材)からなる放熱用のフィン13を設けて熱を外部に放散させることにより、LEDの発光効率そのものを向上させる効果が得られる。
In the above configuration, a relatively inexpensive and highly reliable LED light source is used as the light source element of the
特に、現在市場に出回っている赤色を発光色とするLEDは、ジャンクション温度が高くなると発光効率が大幅に低下し、同時に映像の色度も変化するので、LEDの温度低減の優先度を上げ、対応する放熱フィンの面積を大きくして冷却効率を高めた構成とすることが好ましい。LEDからの拡散光を効率よく液晶パネル4に導くため、図19や図20に示した例では、導光体18を用いるが、塵などの付着が無い様に、例えば、外装部材16によって全体を覆ったバックライト光源としてまとめることが好ましい。
In particular, LEDs that emit red light on the market today have a large decrease in luminous efficiency when the junction temperature increases, and at the same time change the chromaticity of the image, so raise the priority of LED temperature reduction, It is preferable to increase the cooling efficiency by increasing the area of the corresponding radiation fin. In order to efficiently guide the diffused light from the LED to the
また、この図16には、光源であるLEDと導光体および拡散板を含めた光源ユニットの要部拡大図が示されており、図16からも明らかなように、ライトファネル21、22、23、24のLEDからの発散光線を取り込む開口部21a,22a,23a,24aを平面とし、LEDとの間に媒質を挿入して光学的に接続するか、若しくは、凸面形状として集光作用を持たすことで、発散する光源光を可能な限り平行光として、ライトファネルの界面に入射する光の入射角を小さくする。その結果、ライトファネルの通過後、更に、発散角を小さくできるので、導光体18で反射後に液晶パネルに向かう光源光の制御が容易になる(図19および図20を参照)。
FIG. 16 is an enlarged view of a main part of a light source unit including an LED as a light source, a light guide, and a diffusion plate. As is clear from FIG. 16, the light funnels 21, 22, The
更に、LEDからの発散光の利用効率を向上させるために、ライトファネル21〜24と導光体18の接合部分25においてPBS(Polarizing Beam Splitter)を用いて偏光変換を行い、所望の偏光方向に変換することで、LCDへの入射光の効率を向上させることができる。
Further, in order to improve the utilization efficiency of the divergent light from the LED, polarization conversion is performed using a PBS (Polarizing Beam Splitter) at a joint 25 between the light funnels 21 to 24 and the
上述したように、光源光の偏光方向を揃えた場合には、導光体18の素材としては、複屈折が少ない材料を用い、もって偏波の方向が回転して液晶パネルを通過する際に、例えば黒表示時に色付きなどの問題が発生しないようにすると更に良い。
As described above, when the polarization directions of the light from the light sources are aligned, a material having a low birefringence is used as the material of the
以上に述べたように、発散角を低減したLEDからの光束は導光体により制御され、導光体18の斜面に設けた全反射面にて反射し、対向する面と液晶パネルの間に配置された拡散部材14により拡散された後、映像表示装置4として液晶パネルに入射する。本実施例では、前述したように、導光体18と液晶パネル4の間に拡散部材14を配置したが、導光体18の端面に拡散効果を持たせた、例えば、微細な凹凸形状を設けても同様な効果が得られる。
As described above, the luminous flux from the LED whose divergence angle is reduced is controlled by the light guide, reflected by the total reflection surface provided on the slope of the
次に、上述した導光体18の構成とそれにより得られる効果について、本実施例の情報表示装置100において、上記のバックライトからの出射光が液晶パネルを通過した状態をシミュレーションした結果を、図17に示す。図17(a)は液晶パネルの長手方向から見た光の出射状態を示す図であり、図17(b)は液晶パネルの短手方向から見た光の出射状態を示す図である。本実施例ではFOVの水平角度を設計以上に広げるため、水平方向の拡散角度を垂直方向に対して大きくして、運転者が首を振ったりして眼の位置が動いた場合においても、左右の眼によって視認される虚像の明るさが極端に変化しないように設計している。
Next, regarding the configuration of the above-described
また、バックライトの垂直方向の発散角を小さくすることで液晶パネルに表示した映像の画面垂直方向の発散角を小さくして、二重像の発生を抑えている。本実施例のように、導光体18を用いて光の出射方向と強度を制御したバックライトを用いた場合における液晶パネル4の出射面の輝度分布を、図18に示す。図18からも明らかなように、画面垂直方向(短辺方向)の輝度分布に加え、画面垂直方向(長辺方向)の有効範囲以外での輝度低下の傾斜を小さくできる。
Further, by reducing the vertical divergence angle of the backlight, the divergence angle of the image displayed on the liquid crystal panel in the screen vertical direction is reduced, thereby suppressing the occurrence of double images. FIG. 18 shows the luminance distribution on the emission surface of the
本実施例の情報表示装置100において映像表示装置として使用した液晶パネルからの出射光(映像光)は、左右,上下方向の視角をパラメータとした場合±50°の範囲で所定の透過率を示す。視角の範囲を±40°以内とすれば、より良好な透過率特性を得ることができる。この結果、図17や図18に示すように、表示画面の左右方向と上下方向において、画面を観視する方向(視角)により画面の輝度が大きく異なる。これはバックライト輝度の角度特性による。
The emitted light (image light) from the liquid crystal panel used as the image display device in the
このため、発明者らは、虚像光学系に取り込む液晶パネル4からの出射光をできる限り画面に垂直な光として得られるように、導光体18の全反射面の角度とライトファネル21〜24によるLEDからの光源光の発散角の制御を行ってバックライトの視角特性を少ない範囲に絞り込むことで、高い輝度を得た。具体的には、高輝度な映像を得るためには、左右の視野角で±30°の範囲の光を使用し、コントラスト性能も考慮すると、±20°以下に絞ることで、同時に良好な画質の源画像を用いた虚像を得ることができた。
For this reason, the inventors set the angle of the total reflection surface of the
以上にも述べたように、映像表示装置の画質を左右するコントラスト性能は、画質を決める基となる黒表示した場合の輝度をどこまで下げられるかで決まる。このため、液晶パネル4とバックライトの間には、偏光度が高いヨウ素系の偏光板を用いることが好ましい。
As described above, the contrast performance that affects the image quality of the video display device is determined by how much the luminance in black display, which is the basis for determining the image quality, can be reduced. Therefore, it is preferable to use an iodine-based polarizing plate having a high degree of polarization between the
一方、光学素子2側(光出射面)に設ける偏光板としては、染料系偏光板を用いることで、外光が入射した場合や環境温度が高い場合においても高い信頼性を得ることができる。
On the other hand, by using a dye-based polarizing plate as the polarizing plate provided on the
液晶パネル4でカラー表示を行う場合には、それぞれの画素に対応したカラーフィルターを設ける。このため、バックライトの光源色が白色の場合には、カラーフィルターでの光吸収が大きく、損失が大きくなる。そこで、発明者らは、複数のLEDを使用して:
(1)白色LEDを複数使用する場合に比べ、明るさへの寄与が大きい緑色LEDを追加する。
(2)白色LEDに赤色または青色LEDを追加して、画像の艶色性を高める。
(3)赤色、青色、緑色のLED個別に配置し、明るさへの寄与が大きい緑色LEDを追加して個別にLEDを駆動することで、色再現範囲を拡大して艶色性を高めると同時に明るさも向上する。
(4)上記の(3)を実施することで赤色、青色、緑色LEDのピーク輝度に対するそれぞれのカラーフィルターの透過率を上げて、全体としての明るさを向上する。
(5)更に、バックライトの第二の実施例として、ライトファネルと導光体の間にPBSを配置して特定の偏波に揃えることで、液晶パネル入射側の偏光板へのダメージを軽減する。
When performing color display on the
(1) Add a green LED that has a large contribution to brightness as compared with a case where a plurality of white LEDs are used.
(2) Add a red or blue LED to the white LED to enhance the glossiness of the image.
(3) By arranging red, blue, and green LEDs individually, and adding a green LED that greatly contributes to brightness and individually driving the LEDs, it is possible to expand the color reproduction range and enhance the luster color. At the same time, the brightness improves.
(4) By performing the above (3), the transmittance of each color filter with respect to the peak luminance of the red, blue, and green LEDs is increased, and the overall brightness is improved.
(5) Further, as a second embodiment of the backlight, a PBS is arranged between the light funnel and the light guide to align the polarized light to a specific polarization, thereby reducing damage to the polarizing plate on the liquid crystal panel incident side. I do.
なお、液晶パネル入射側の配置する偏光板の偏光方向は、PBS通過後に特定方向に揃えた偏波が通過する方向とすれば良いことは言うまでもない。 It is needless to say that the polarization direction of the polarizing plate disposed on the liquid crystal panel incident side should be the direction in which the polarized light aligned in a specific direction passes after passing through the PBS.
以上にも述べたように、本発明の実施形態における映像表示装置4として、液晶表示パネル出射面にはλ/4板を設けて出射光を円偏光とすることも可能である。その結果、運転者は、偏光サングラスを装着していても、良好な虚像を監視することができる。
As described above, as the
更に、虚像光学系で使用する反射ミラーの反射膜を金属多層膜で成膜することによっても、反射率の角度依存性が少なく、偏光方向(P波またはS波)によって反射率が変わることがないため、画面の色度や明るさを均一に保つことが可能となる。 Furthermore, even if the reflection film of the reflection mirror used in the virtual image optical system is formed of a metal multilayer film, the angle dependence of the reflectance is small, and the reflectance changes depending on the polarization direction (P wave or S wave). Therefore, the chromaticity and brightness of the screen can be kept uniform.
更に、虚像光学系とフロントガラスの間に、紫外線反射膜や紫外線反射膜と赤外線反射膜を合わせた光学部材を設けることによれば、外光(太陽光)が入射しても、液晶表示パネルおよび偏光板をその温度上昇やダメージから軽減できるので、情報表示装置の信頼性を損なうことがないという効果が得られる。 Further, by providing an ultraviolet reflecting film or an optical member combining an ultraviolet reflecting film and an infrared reflecting film between the virtual image optical system and the windshield, even if external light (sunlight) enters, the liquid crystal display panel can be used. Further, since the polarizing plate can be reduced from its temperature rise and damage, the effect of not impairing the reliability of the information display device can be obtained.
また、虚像光学系は、従来技術において被投影部材とされていたフロントガラスの車両水平方向の曲率半径と垂直方向の曲率半径の差も含めて最適設計を行い、フロントガラスと映像表示装置または中間像表示部との間には、フロントガラス6側に凹面を向けた凹面ミラー1を配置しており、これにより、映像表示装置4の映像を拡大し、フロントガラス6において反射する。この時、前述の凹面ミラー1と映像表示装置4の間には、光学素子が配置されており、他方、運転者の視点位置に対応して結像する前記映像の拡大像(虚像)を形成する映像光束は、映像表示装置間に配置された前記光学素子を通過し、凹面ミラー1で発生する歪みや収差を補正する。そのため、従来の凹面ミラーのみの虚像光学系に比べて、歪みと収差が大幅に低減された虚像を得ることができる。
In addition, the virtual image optical system performs an optimal design including a difference between a curvature radius in a vehicle horizontal direction and a curvature radius in a vertical direction of a windshield, which has been a projection target member in the related art, and a windshield and an image display device or an intermediate device. A
以上にも述べたように、本発明によれば、ディスプレイと前記凹面ミラーとの間で分離される各虚像を成立させる映像光束に対応して光学素子の形状と位置を最適化すると共に、一般的なフロントガラスを採用しながらも、映像光束が前記フロントガラスの表面と裏面で反射することで発生する虚像の二重像化を、実用上問題のないレベルまで軽減して形成することを可能とすることで、小型でありながら運転者の視点位置に対応して複数の位置に前記複数の虚像を形成する情報表示装置を提供することが可能となる。 As described above, according to the present invention, while optimizing the shape and position of the optical element corresponding to the image light flux that establishes each virtual image separated between the display and the concave mirror, general Despite the use of a typical windshield, it is possible to reduce the double image of a virtual image caused by the reflection of the image light flux on the front and back surfaces of the windshield to a level that does not cause a practical problem. By doing so, it is possible to provide an information display device which is small and forms the plurality of virtual images at a plurality of positions corresponding to the driver's viewpoint position.
以上、本発明の種々の実施例に係る画像表示デバイスを備えた電子装置に用いるのに適した面状の光源装置について述べた。しかしながら、本発明は、上述した実施例のみに限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するためにシステム全体を詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 The planar light source device suitable for use in the electronic device including the image display device according to the various embodiments of the present invention has been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes various modifications. For example, in the above-described embodiment, the entire system is described in detail in order to easily explain the present invention, and the present invention is not necessarily limited to those having all the described configurations. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of one embodiment can be added to the configuration of another embodiment. Also, for a part of the configuration of each embodiment, it is possible to add, delete, or replace another configuration.
100…情報表示装置、101…自動車、1…凹面ミラー、2…光学素子、4…映像表示装置、5…バックライト、6…被投影部材(フロントガラス)、7…筐体、V1…虚像、8…アイボックス(観察者の眼)。
Claims (21)
前記映像情報を表示するディスプレイと、
前記ディスプレイから出射された光を前記フロントガラスで反射させることで虚像を前記乗り物の前方に表示させる虚像光学系と、を備え、
前記虚像光学系は、凹面ミラーと光学素子を含み、
前記光学素子は、前記ディスプレイと前記凹面ミラーとの間に配置され、前記凹面ミラーの形状と前記光学素子の形状により運転者の視点位置に対応して得られる虚像の歪みを補正するように構成されており、
映像光束が前記フロントガラスの表面と裏面で反射することで発生する前記虚像を、運転者の視線の位置の前方において、前記フロントガラスへの映像光入射角とフロントガラスの曲率半径に応じて形成する虚像位置を調整することで前記運転者の判別限界範囲を超えまたは前記判別限界範囲の周辺の視界距離領域において形成する手段を備えている、情報表示装置。 An information display device for displaying virtual image information on a windshield of a vehicle,
A display for displaying the video information;
A virtual image optical system that displays a virtual image in front of the vehicle by reflecting light emitted from the display on the windshield,
The virtual image optical system includes a concave mirror and an optical element,
The optical element is disposed between the display and the concave mirror, and is configured to correct a distortion of a virtual image obtained corresponding to a driver's viewpoint position by the shape of the concave mirror and the shape of the optical element. Has been
The virtual image generated by the reflection of the image light beam on the front and back surfaces of the windshield is formed in front of the driver's line of sight according to the incident angle of the image light to the windshield and the radius of curvature of the windshield. An information display device comprising: means for adjusting a virtual image position to be formed so as to exceed the driver's determination limit range or to form a virtual image in a view distance area around the driver's determination limit range.
前記判別限界範囲は、16m以上である、情報表示装置。 The information display device according to claim 1,
The information display device, wherein the discrimination limit range is 16 m or more.
前記フロントガラスは、楔状中間膜を含まないフロントガラス、楔状中間膜を含まない断面楔形状のフロントガラス、または、2枚のガラスの間に断面楔状に中間膜を形成したフロントガラスの何れかである、情報表示装置。 The information display device according to claim 1,
The windshield is either a windshield that does not include a wedge-shaped intermediate film, a windshield that has a wedge-shaped cross section that does not include a wedge-shaped intermediate film, or a windshield that has a wedge-shaped intermediate film formed between two pieces of glass. There is an information display device.
前記フロントガラスは、中間膜を含まない一般的なフロントガラス、または、中間膜を含まない断面楔形状のフロントガラスである、情報表示装置。 The information display device according to claim 1,
The information display device, wherein the windshield is a general windshield that does not include an intermediate film, or a wedge-shaped windshield that does not include an intermediate film.
前記断面楔形状のフロントガラスは、上端の厚さが下端の厚さより大きいフロントガラスである、情報表示装置。 The information display device according to claim 3 or 4,
The information display device, wherein the windshield having a wedge-shaped cross section is a windshield having a thickness at an upper end larger than a thickness at a lower end.
更に、
前記運転者の視点位置を検出するための手段と、
前記検出手段からの前記運転者の視点位置に基づいて虚像の映像情報を表示する前記判別限界範囲を調整する手段と、を備えている、情報表示装置。 The information display device according to claim 1,
Furthermore,
Means for detecting a viewpoint position of the driver;
Means for adjusting the discrimination limit range for displaying virtual image image information based on the driver's viewpoint from the detection means.
前記映像情報を表示するディスプレイと、
前記ディスプレイから出射された光を前記フロントガラスで反射させることで虚像を前記乗り物の前方に表示させる虚像光学系と、を備え、
前記虚像光学系は、凹面ミラーと光学素子を含み、
前記光学素子は、前記ディスプレイと前記凹面ミラーとの間に配置され、前記凹面ミラーの形状と前記光学素子の形状により運転者の視点位置に対応して得られる虚像の歪みを補正するように構成されており、
映像光束が前記フロントガラスの表面で反射する反射光の角度と裏面で反射後フロントガラスの表面で屈折する屈折光の角度の相対角度が0.05度以下となるように前記ディスプレイと前記虚像光学系と前記フロントガラスとを配置し、フロントガラスの曲率半径と前記運転者から前記虚像までの距離を所定の値とした、情報表示装置。 An information display device for displaying virtual image information on a windshield of a vehicle,
A display for displaying the video information;
A virtual image optical system that displays a virtual image in front of the vehicle by reflecting light emitted from the display on the windshield,
The virtual image optical system includes a concave mirror and an optical element,
The optical element is disposed between the display and the concave mirror, and is configured to correct a distortion of a virtual image obtained corresponding to a driver's viewpoint position by the shape of the concave mirror and the shape of the optical element. Has been
The display and the virtual image optics such that the relative angle between the angle of the reflected light reflected by the front surface of the windshield and the angle of the refracted light refracted by the front surface of the windshield after being reflected by the back surface is 0.05 degrees or less. An information display device in which a system and the windshield are arranged, and a radius of curvature of the windshield and a distance from the driver to the virtual image are set to predetermined values.
前記映像情報を表示するディスプレイと、
前記ディスプレイから出射された光を前記フロントガラスで反射させることで虚像を前記乗り物の前方に表示させる虚像光学系と、を備え、
前記虚像光学系は、凹面ミラーと光学素子を含み、
前記光学素子は、前記ディスプレイと前記凹面ミラーとの間に配置され、前記凹面ミラーの形状と前記光学素子の形状により運転者の視点位置に対応して得られる虚像の歪みを補正するように構成されており、
映像光束が前記フロントガラスの表面で反射する反射光の角度と裏面で反射後フロントガラスの表面で屈折する屈折光の角度の相対角度が0.03度以下となるような前記2つの反射面の並行度を有するフロントガラスとを備え、前記ディスプレイと前記虚像光学系と前記フロントガラスを配置し、フロントガラスの曲率半径と前記運転者から前記虚像までの距離を所定の値とした、情報表示装置。 An information display device for displaying virtual image information on a windshield of a vehicle,
A display for displaying the video information;
A virtual image optical system that displays a virtual image in front of the vehicle by reflecting light emitted from the display on the windshield,
The virtual image optical system includes a concave mirror and an optical element,
The optical element is disposed between the display and the concave mirror, and is configured to correct a distortion of a virtual image obtained corresponding to a driver's viewpoint position by the shape of the concave mirror and the shape of the optical element. Has been
The relative angle between the angle of the reflected light at which the image light beam is reflected on the front surface of the windshield and the angle of the refracted light refracted at the front surface of the windshield after being reflected at the back surface is 0.03 degrees or less. An information display device comprising a windshield having parallelism, disposing the display, the virtual image optical system, and the windshield, and setting a radius of curvature of the windshield and a distance from the driver to the virtual image to predetermined values. .
前記情報表示装置は、前記映像情報を表示するディスプレイと、前記ディスプレイから出射された光を前記フロントガラスで反射させることで虚像を前記乗り物の前方に表示させる虚像光学系とを備え、前記虚像光学系は、凹面ミラーと光学素子を含み、前記光学素子は、前記ディスプレイと前記凹面ミラーとの間に配置され、前記凹面ミラーの形状と前記光学素子の形状により運転者の視点位置に対応して得られる虚像の歪みを補正するように構成されており、
映像光束が前記フロントガラスの表面と裏面で反射することで発生する前記虚像を、運転者の視線の位置の前方において、前記フロントガラスへの映像光入射角とフロントガラスの曲率半径に応じて前記虚像を形成する位置を所定の位置とすることで前記運転者の判別限界範囲を超えまたは前記判別限界範囲の周辺の視界距離領域において形成する工程を含んでいる、情報表示方法。 An information display method for an information display device that displays virtual image information on a windshield of a vehicle,
The information display device includes a display that displays the video information, and a virtual image optical system that displays a virtual image in front of the vehicle by reflecting light emitted from the display on the windshield, and the virtual image optics. The system includes a concave mirror and an optical element, wherein the optical element is disposed between the display and the concave mirror, and corresponds to a driver's viewpoint position by the shape of the concave mirror and the shape of the optical element. It is configured to correct the distortion of the obtained virtual image,
The virtual image generated by the image light flux reflected on the front and back surfaces of the windshield, in front of the position of the driver's line of sight, according to the image light incident angle on the windshield and the radius of curvature of the windshield. An information display method, comprising: forming a virtual image at a predetermined position so as to exceed a driver's determination limit range or to form a virtual image in a view distance area around the determination limit range.
前記判別限界範囲は、16m〜200mの範囲に設定されている、情報表示方法。 The information display method according to claim 9,
The information display method, wherein the determination limit range is set in a range of 16 m to 200 m.
前記フロントガラスとして、楔状中間膜を含まないフロントガラス、楔状中間膜を含まない断面楔形状のフロントガラス、および、2枚のガラスの間に断面楔形に中間膜を形成したフロントガラスの何れかを採用している、情報表示方法。 The information display method according to claim 9,
As the windshield, any of a windshield that does not include a wedge-shaped intermediate film, a windshield that has a wedge-shaped cross section that does not include a wedge-shaped intermediate film, and a windshield that has an intermediate film that has a wedge-shaped cross-section formed between two pieces of glass. Adopted information display method.
前記フロントガラスは、中間膜を含まないフロントガラス、または、中間膜を含まない断面楔形状のフロントガラスを採用している、情報表示方法。 The information display method according to claim 9,
The information display method, wherein the windshield employs a windshield that does not include an intermediate film or a wedge-shaped windshield that does not include an intermediate film.
前記断面楔形状のフロントガラスは、上端の厚さが下端の厚さより大きいフロントガラスである、情報表示方法。 The information display method according to claim 11, wherein
The information display method, wherein the windshield having a wedge-shaped cross section is a windshield having a thickness at an upper end larger than a thickness at a lower end.
更に、
前記運転者の視点位置を検出する工程と、
前記検出手段からの前記運転者の視点位置に基づいて虚像の映像情報を表示する前記判別限界範囲を調整する工程と、を備えている、情報表示方法。 The information display method according to claim 9,
Furthermore,
Detecting the viewpoint position of the driver;
Adjusting the discrimination limit range for displaying virtual image video information based on the driver's viewpoint from the detection means.
前記映像情報を表示するディスプレイと、
前記ディスプレイから出射された光を前記フロントガラスで反射させることで虚像を前記乗り物の前方に表示させる虚像光学系と、を備え、
前記虚像光学系は、凹面ミラーと光学素子を含み、
前記光学素子は、前記ディスプレイと前記凹面ミラーとの間に配置され、前記凹面ミラーの形状と前記光学素子の形状により運転者の視点位置に対応して得られる虚像の歪みを補正するように構成されており、
映像光束が前記フロントガラスの表面で反射する反射光の角度と裏面で反射後フロントガラスの表面で屈折する屈折光の角度の相対角度が0.05deg以下となるような曲率半径と前記2つの反射面の並行度を有するフロントガラスとを備え、前記フロントガラスの曲率半径が6700mm以上の場合には前記虚像光学系によって形成される虚像が運転者から20m以上前方に表示されるように前記ディスプレイと前記虚像光学系と前記フロントガラスを配置した、情報表示装置。 An information display device for displaying virtual image information on a windshield of a vehicle,
A display for displaying the video information;
A virtual image optical system that displays a virtual image in front of the vehicle by reflecting light emitted from the display on the windshield,
The virtual image optical system includes a concave mirror and an optical element,
The optical element is disposed between the display and the concave mirror, and is configured to correct a distortion of a virtual image obtained corresponding to a driver's viewpoint position by the shape of the concave mirror and the shape of the optical element. Has been
The radius of curvature such that the relative angle between the angle of the reflected light reflected by the front surface of the windshield and the angle of the refracted light refracted by the front surface of the windshield after being reflected by the back surface is 0.05 deg or less, and the two reflections. A windshield having a degree of parallelism of the surface, wherein when the radius of curvature of the windshield is 6700 mm or more, the display so that a virtual image formed by the virtual image optical system is displayed at least 20 m ahead of the driver. An information display device, wherein the virtual image optical system and the windshield are arranged.
前記映像情報を表示するディスプレイと、
前記ディスプレイから出射された光を前記フロントガラスで反射させることで虚像を前記乗り物の前方に表示させる虚像光学系と、を備え、
前記虚像光学系は、凹面ミラーと光学素子を含み、
前記光学素子は、前記ディスプレイと前記凹面ミラーとの間に配置され、前記凹面ミラーの形状と前記光学素子の形状により運転者の視点位置に対応して得られる虚像の歪みを補正するように構成されており、
映像光束が前記フロントガラスの表面で反射する反射光の角度と裏面で反射後フロントガラスの表面で屈折する屈折光の角度の相対角度が0.05deg以下となるような曲率半径と前記2つの反射面の並行度を有するフロントガラスとを備え、前記フロントガラスの曲率半径が10000mm以上の場合には前記虚像光学系によって形成される虚像が運転者から10m以上前方に表示されるように前記ディスプレイと前記虚像光学系と前記フロントガラスを配置した、情報表示装置。 An information display device for displaying virtual image information on a windshield of a vehicle,
A display for displaying the video information;
A virtual image optical system that displays a virtual image in front of the vehicle by reflecting light emitted from the display on the windshield,
The virtual image optical system includes a concave mirror and an optical element,
The optical element is disposed between the display and the concave mirror, and is configured to correct a distortion of a virtual image obtained corresponding to a driver's viewpoint position by the shape of the concave mirror and the shape of the optical element. Has been
The radius of curvature such that the relative angle between the angle of the reflected light reflected by the front surface of the windshield and the angle of the refracted light refracted by the front surface of the windshield after being reflected by the back surface is 0.05 deg or less, and the two reflections. A windshield having a degree of parallelism of the surface, and when the radius of curvature of the windshield is 10,000 mm or more, the display so that a virtual image formed by the virtual image optical system is displayed at least 10 m ahead of the driver. An information display device, wherein the virtual image optical system and the windshield are arranged.
前記映像情報を表示するディスプレイと、
前記ディスプレイから出射された光を前記フロントガラスで反射させることで虚像を前記乗り物の前方に表示させる虚像光学系と、を備え、
前記虚像光学系は、凹面ミラーと光学素子を含み、
前記光学素子は、前記ディスプレイと前記凹面ミラーとの間に配置され、前記凹面ミラーの形状と前記光学素子の形状により運転者の視点位置に対応して得られる虚像の歪みを補正するように構成されており、
映像光束が前記フロントガラスの表面で反射する反射光の角度と裏面で反射後フロントガラスの表面で屈折する屈折光の角度の相対角度が0.05deg以下となるような曲率半径と前記2つの反射面の並行度を有するフロントガラスとを備え、前記フロントガラスの曲率半径が2000mm以上の場合には前記虚像光学系によって形成される虚像が運転者から5m以上前方に表示されるように前記ディスプレイと前記虚像光学系と前記フロントガラスを配置した、情報表示装置。 An information display device for displaying virtual image information on a windshield of a vehicle,
A display for displaying the video information;
A virtual image optical system that displays a virtual image in front of the vehicle by reflecting light emitted from the display on the windshield,
The virtual image optical system includes a concave mirror and an optical element,
The optical element is disposed between the display and the concave mirror, and is configured to correct a distortion of a virtual image obtained corresponding to a driver's viewpoint position by the shape of the concave mirror and the shape of the optical element. Has been
The radius of curvature such that the relative angle between the angle of the reflected light reflected by the front surface of the windshield and the angle of the refracted light refracted by the front surface of the windshield after being reflected by the back surface is 0.05 deg or less, and the two reflections. A windshield having a degree of parallelism of the surface, wherein when the radius of curvature of the windshield is 2000 mm or more, the display so that a virtual image formed by the virtual image optical system is displayed 5 m or more forward from the driver. An information display device, wherein the virtual image optical system and the windshield are arranged.
前記フロントガラスは、楔状中間膜を含まないフロントガラス、楔状中間膜を含まない断面楔形状のフロントガラス、および、2枚のガラスの間に断面楔状に中間膜を形成したフロントガラスの何れかである、情報表示装置。 The information display device according to any one of claims 15 to 17,
The windshield is any one of a windshield that does not include a wedge-shaped intermediate film, a windshield that has a wedge-shaped cross-section that does not include a wedge-shaped intermediate film, and a windshield that has an intermediate film that is formed in a wedge-shaped cross-section between two glasses. There is an information display device.
前記フロントガラスは、中間膜を含まない一般的なフロントガラス、または、中間膜を含まない断面楔形状のフロントガラスである、情報表示装置。 The information display device according to any one of claims 15 to 17,
The information display device, wherein the windshield is a general windshield that does not include an intermediate film, or a wedge-shaped windshield that does not include an intermediate film.
前記断面楔形状のフロントガラスは、上端の厚さが下端の厚さより大きいフロントガラスである、情報表示装置。 The information display device according to claim 18, wherein
The information display device, wherein the windshield having a wedge-shaped cross section is a windshield having a thickness at an upper end larger than a thickness at a lower end.
更に、
前記運転者の視点位置を検出するための手段と、
前記検出手段からの前記運転者の視点位置に基づいて虚像の映像情報を表示する前記判別限界範囲を調整する手段と、を備えている、情報表示装置。 The information display device according to any one of claims 15 to 17,
Furthermore,
Means for detecting a viewpoint position of the driver;
Means for adjusting the discrimination limit range for displaying virtual image image information based on the driver's viewpoint from the detection means.
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