JP2020181031A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を図るとともに、品質の高い虚像を投影することができる表示装置を提供すること。【解決手段】表示装置１０は、表示器３１Ｌ、３１Ｒと、走査ミラー３３Ｌ、３３Ｒと、レンズ３７が複数配列されたレンズアレイ３５と、制御部１２と、を有する。表示器３１Ｌ、３１Ｒと、走査ミラー３３Ｌ、３３Ｒと、から構成された走査部１１は、視認者の左目に適した位置にレーザー光を出射する左目用ユニット１１Ｌと、視認者の右目に適した位置にレーザー光を出射する右目用ユニット１１Ｒと、を有する。制御部１２は、左目用ユニット１１Ｌから出射されるレーザー光で視認者の左目用の映像を生成し、右目用ユニット１１Ｒから出射されるレーザー光で視認者の右目用の映像を生成する。【選択図】図２

Description

本発明は、表示部に光を投射し情報を提供することができる表示装置に関する。

一部の車両には、ウィンドシールド等の表示部に光を投射することにより、運転者（視認者）に必要な情報を提供する表示装置（ヘッドアップディスプレイ装置）が搭載されている。このような、表示装置の従来技術として特許文献１に開示される技術がある。

特許文献１に示される表示装置は、光を出射する投射器と、この投射器から出射された光が通過するスクリーンと、これらの投射器及びスクリーンを収納しているケースと、を備えている。

投射器は、ＤＭＤ（Digital Mirror Device）等の光学素子を備えるプロジェクタである。スクリーンは、投射器から出射される光の結像位置に配置されている、透過型のスクリーンである。スクリーンの光が通過する面は、投射器の光を出射する面に対して、傾いて設けられている。即ち、スクリーンは、投射器から出射される光の光軸に対して、傾いて設けられている。

スクリーンの光が通過する面は、投射器の光を出射する面に対して傾いて設けられている。このことにより、奥行きのある虚像を運転者に認識させることができる。

特開２０１６―２１２３３８号公報

特許文献１の表示装置は、投射器、スクリーン、折り返しミラー、凹面鏡、カバーガラス、外装、制御部とからなる。投射器は、映像をスクリーンに投射し、このスクリーンで反射された映像は、凹面鏡で拡大された後、ウィンドシールドへ出射される。

ここで、特許文献１の表示装置では、スクリーンは斜めに傾けて配置する必要があるため、斜めに配置した分、スクリーンの奥行が長くなり、表示装置全体が大きくなる。

また、視認者が見る映像は視認者から近い位置に表示されるため、運転しながら遠方を見ている視認者にとっては、右目と左目とで見る映像が若干ずれて映像（虚像）の品質が低下する虞がある。

本発明は、小型化を図るとともに、品質の高い虚像を投影することができる表示装置を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明では、レーザー光を出射する表示器と、レーザー光を反射すると共に駆動してレーザー光を走査する走査ミラーと、この走査ミラーに対向して配置されレーザー光が通過するレンズが複数配列されたレンズアレイと、前記表示器及び前記走査ミラーを制御する制御部と、を有し、
前記レンズを通過したレーザー光を前記レンズの上方に配置された表示部に投射し、視認者に虚像を視認させる表示装置であって、
前記表示器と、前記走査ミラーと、から走査部が構成され、
前記走査部は、前記視認者の左目に適した位置にレーザー光を出射する左目用ユニットと、前記視認者の右目に適した位置にレーザー光を出射する右目用ユニットと、を有し、
前記制御部は、前記左目用ユニットから出射されるレーザー光で前記視認者の左目用の映像を生成し、前記右目用ユニットから出射されるレーザー光で前記視認者の右目用の映像を生成することを特徴とする。

請求項２に係る発明では、好ましくは、前記左目用ユニットと前記右目用ユニットとは隣接して配置されている。

請求項１に係る発明では、表示装置は、表示器と、走査ミラーと、レンズが複数配列されたレンズアレイと、制御部とを有する。表示器と、走査ミラーと、から構成された走査部は、視認者の左目に適した位置にレーザー光を出射する左目用ユニットと、視認者の右目に適した位置にレーザー光を出射する右目用ユニットと、を有する。制御部は、前記左目用ユニットから出射されるレーザー光で前記視認者の左目用の映像を生成し、前記右目用ユニットから出射されるレーザー光で前記視認者の右目用の映像を生成するので、従来技術のように右目と左目とで見る映像が若干ずれて映像（虚像）の品質が低下する虞がなく、品質の高い虚像を投影することができる。

さらに、表示器から出射されたレーザー光は、走査ミラーを介してレンズアレイ上に走査され、レンズアレイの上方に配置された表示部に投射される。従来技術のような斜めに傾けて配置されたスクリーンが不要となり、光軸に沿った奥行を短くすることができるので、表示装置の小型化を図ることができる。

請求項２に係る発明では、左目用ユニットと右目用ユニットとは隣接して配置されているので、レンズアレイを小型化し、装置全体としても小型化を図ることできる。

本発明の実施例による表示装置の模式図である。 図１に示された表示装置の要部を説明する図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。尚、説明中、左右とは、車内の乗員（視認者）を基準として左右をいい、前後とは車両の進行方向を基準として前後をいう。また、図中Ｆｒは前、Ｒｒは後、Ｕｐは上、Ｄｎは下、を示している。

本発明の基本構成について説明する。図１に示すように、表示装置（ヘッドアップディスプレイ）１０は、例えば、車両Ｖｅに搭載され、車体の前部にあるウィンドシールド（表示部）ＷＳに光を投射する。ウィンドシールドＷＳに光が投射されることにより、運転者（視認者）Ｍｎは、ウィンドシールドＷＳの前方に虚像Ｖが投影されているように認識する。

表示装置１０により投影される虚像Ｖは、上部が車両Ｖｅの前方側に傾いている。この上部が傾いた虚像Ｖに車速やナビゲーション情報等の情報を含ませることにより、運転者Ｍｎは走行時に必要な情報を得ることができる。

表示装置１０は、ケース２０と、このケース２０に収納され光を出射する３Ｄディスプレイ３０と、この３Ｄディスプレイ３０から出射された光を反射する平面鏡４０と、この平面鏡４０が反射した光を表示部（ウィンドシールド）ＷＳに向かって反射する凹面鏡５０と、この凹面鏡５０の上方に配置されたカバーガラス６０と、３Ｄディスプレイ３０が出射する光を制御する制御部１２と、を有している。

ケース２０が車両Ｖｅに取り付けられることで、３Ｄディスプレイ３０がウィンドシールドＷＳの直下に配置されている。ケース２０は、各部品を収容する筐体であり、遮光性を有する合成樹脂によって形成されている。このため、ケース２０は、外部から３Ｄディスプレイ３０に入射した光が、車室内に反射することを防ぐ遮光部である、ということができる。更には、ケース２０の内壁２０ａを遮光部ということもできる。

また、レーザー光を出射する表示器３１と、この表示器３１から出射されたレーザー光を集光する集光レンズ３２と、この集光レンズ３２からのレーザー光を反射すると共に駆動してレーザー光を走査する走査ミラー３３と、から走査部１１が構成されている。３Ｄディスプレイ３０は、走査部１１と、走査ミラー３３に対向して配置されレーザー光が通過するレンズが複数配列されたレンズアレイ３５と、これらのレンズアレイ３５及び表示器３１の外縁を囲う外縁壁部３４と、を含んでいる。

制御部１２は、不図示のケース、基板、マイクロプロセッサ及び各種電子部品からなり、外部からの車両情報や運転者等の入力情報を処理し、それらに基づいて映像を適切に表示するように、表示器３１及び走査ミラー３３を制御する。

表示器３１は、例えば、レーザーダイオード等のレーザー光源である。二つまたは複数の波の振幅と位相の間に一定の関係があるようなコヒーレントで一定の広がりを持つ可視性のレーザー光を生成する。

集光レンズ３２は、例えば、ガラス球面レンズであり、表示器３１のレーザー光が広がりを持つ場合に、レーザー光を一定のビーム径に集光する。これにより、レーザー光はいわゆるコリメート光として、空間をほぼ一直線に進む。

走査ミラー３３は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーであり、例えば、電磁駆動式により直交する２軸に関して振動するミラーである。レーザー光の強度は、制御部１２によって、表示器３１と走査ミラー３３とを同期させて走査させることで、２次元映像を生成するように制御される。走査ミラー３３によって、レーザー光は、レンズアレイ３５上に走査される。

レンズアレイ３５は、走査ミラー３３に対向して配置されており、平板状のベース板部３６と、このベース板部３６に複数配列され表示器３１から出射されたレーザー光（以下、光という）が通過するレンズ３７と、を有している。

次に走査部１１及びレンズアレイ３５について説明する。

図１及び図２に示すように、走査部１１は、視認者Ｍｎの左目に適した位置にレーザー光を出射する左目用ユニット１１Ｌと、視認者Ｍｎの右目に適した位置にレーザー光を出射する右目用ユニット１１Ｒと、を有している。左目用ユニット１１Ｌと右目用ユニット１１Ｒとは隣接して配置されている。以下、符号Ｌ、Ｒは、便宜上、左目用、右目用を区別する符号として使用する。

左目用ユニット１１Ｌは、レーザー光を出射する表示器３１Ｌと、この表示器３１Ｌから出射されたレーザー光を集光する集光レンズ３２Ｌと、この集光レンズ３２Ｌからのレーザー光を反射すると共に駆動してレーザー光を走査する走査ミラー３３Ｌと、を有する。

右目用ユニット１１Ｒは、レーザー光を出射する表示器３１Ｒと、この表示器３１Ｒから出射されたレーザー光を集光する集光レンズ３２Ｒと、この集光レンズ３２Ｒからのレーザー光を反射すると共に駆動してレーザー光を走査する走査ミラー３３Ｒと、を有する。

レンズアレイ３５は、ベース板部３６と、レンズ３７と、を有する。ベース板部３６は、走査ミラー３３（３３Ｌ、３３Ｒ）に対向して設けられている。
レンズ３７は、左目用ユニット１１Ｌから出射されたレーザー光を第１の所定の方向に屈折させ、右目用ユニット１１Ｒから出射されたレーザー光を第２の所定の方向に屈折させる。

レンズアレイ３５は、レンズ３７を２次元的に配置したものである。レンズアレイ３５は、平凸面球レンズの一部を切り出した形状を、一定のピッチＤで隣接させて１つのレンズ３７とし、複数のレンズ３７並べることにより構成されている。

複数のレンズ３７のそれぞれは、左目用ユニット１１Ｌから出射されたレーザー光が視認者Ｍｎの左目に対して適切な位置で焦点が合うように形状を設定され、右目用ユニット１１Ｒから出射されたレーザー光が視認者Ｍｎの右目に対して適切な位置で焦点が合うように形状を設定されていることが好ましい。なお、実施例では、便宜上、左目用ユニット１１Ｌ、右目用ユニット１１Ｒのそれぞれからレンズアレイ３５に入射した光が直線的な実線として記載されているが、光は適宜屈折してレンズアレイ３５を通過するものとする。

レンズアレイ３５は、ケース２０の外部からレンズアレイ３５に入射した外光を遮光部としての内壁２０ａに向かって反射するよう、内壁２０ａ側に傾けられている。レンズアレイ３５は、例えば、フューズドシリカ、光学ガラス、プラスチック等からなる。

ここで、３Ｄディスプレイ３０が出射する光とは、表示器３１（３１Ｌ、３１Ｒ）から出射された光であってレンズアレイ３５を通過した光のことをいう。つまり、表示器３１（３１Ｌ、３１Ｒ）から出射された光がレンズアレイ３５を通過することによって、３Ｄディスプレイ３０から光が出射される、ということができる。

平面鏡４０は、平面部分を有するように成形した樹脂、例えばポリカーボネートに、金属、例えばアルミを蒸着したミラーであり、光を単純反射するものである。

凹面鏡５０は、凹面を有するように成形した樹脂、例えばポリカーボネートに、金属、例えばアルミを蒸着したミラーであり、平行光を集光するように反射するものである。

カバーガラス６０は、透明な樹脂、例えばポリカーボネートのフィルムである。ケース２０は，前記の全ての部分を収容する筐体である．

次に本発明の作用を説明する。

図１及び図２に示すように、制御部１２は、レンズアレイ３５を通過した光がウィンドシールドＷＳに投射されるように、３Ｄディスプレイ３０が出射する光の方向を制御する。つまり、制御部１２は、レンズアレイ３５を通過した光が所定方向に向かうよう表示器３１から出射される光及び走査ミラー３３の動作を制御する。

運転者Ｍｎは、３Ｄディスプレイ３０から出射された光がウィンドシールドＷＳに投射されることにより、角度がθだけ前方に傾いた虚像Ｖが投影されているよう認識する。このような虚像Ｖは、ウィンドシールドＷＳからの結像位置が異なる光が結像することによって投影される。つまり、奥行きのある虚像Ｖを運転者Ｍｎに視認させるためには、３Ｄディスプレイ３０が、結像位置の異なる光（虚像Ｖを形成する光）を出射する必要がある。

図２に示すように、制御部１２は、左目用ユニット１１Ｌ、右目用ユニット１１Ｒのそれぞれを独立して制御し、左目用ユニット１１Ｌの表示器３１Ｌ及び走査ミラー３３Ｌと、右目用ユニット１１Ｒの表示器３１Ｒ及び走査ミラー３３Ｒとのそれぞれに左目用と右目用の映像を生成させる。具体的には、制御部１２は、左目用ユニット１１Ｌから光が出射されるときは視認者Ｍｎの左目用の映像を生成し、右目用ユニット１１Ｒから光が出射されるときは視認者Ｍｎの右目用の映像を生成するように、連続して結像位置の異なる光を出射し、上部が前方に傾いた虚像Ｖが視認されるよう、表示器３１Ｌ、３１Ｒ及び走査ミラー３３Ｌ、３３Ｒを制御する。

左目用ユニット１１Ｌから出射された光は、レンズ３７を通って左目へ向かう光線となり、右目用ユニット１１Ｒから出射された光は、レンズ３７を通って右目へ向かう光線となる。

左目用ユニット１１Ｌ及び右目用ユニット１１Ｒからの光をレンズ３７の上方に配置されたウィンドシールドＷＳに投射し、視認者Ｍｎの左目と右目のそれぞれに異なる映像が表示され、それぞれに適した任意の虚像Ｖが投影される。

このように、３Ｄディスプレイ３０は、ウィンドシールドＷＳ（ディスプレイ面）を直視した場合に視点に入射する光線群が、仮想的な３Ｄ物体が射出する光線群と同等となるように、ウィンドシールドＷＳ上で光線群を射出することにより、３Ｄ映像を表示するものである。

次に、本発明の効果を説明する。

図１及び図２に示すように、制御部１２は、左目用ユニット１１Ｌから出射されるレーザー光で視認者Ｍｎの左目用の映像を生成し、右目用ユニット１１Ｒから出射されるレーザー光で視認者Ｍｎの右目用の映像を生成するので、従来技術のように右目と左目とで見る映像が若干ずれて映像（虚像）の品質が低下する虞がなく、品質の高い虚像を投影することができる。

さらに、表示器３１（３１Ｌ、３１Ｒ）から出射されたレーザー光は、走査ミラー３３（３３Ｌ、３３Ｒ）を介してレンズアレイ３５上に走査され、レンズアレイ３５の上方に配置された表示部ＷＳに投射される。従来技術のような斜めに傾けて配置されたスクリーンが不要となり、光軸に沿った奥行を短くすることができるので、表示装置１０の小型化を図ることができる。

さらに、左目用ユニット１１Ｌと右目用ユニット１１Ｒとは隣接して配置されているので、レンズアレイ３５を小型化し、装置全体としても小型化を図ることできる。

さらに、斜め面の虚像Ｖの傾斜を３Ｄディスプレイ３０の映像上で調整できるため、取り付けの公差が緩和され、製造コストを下げることができる。

尚、本発明による表示装置が搭載される車両は、四輪車の他、二輪車又は三輪車であっても良い。更には、車両以外の乗り物や建機等にも適用が可能である。

更に、実施例において、表示部はウィンドシールドとして説明されている。しかしながら、本発明による表示装置は、いわゆるコンバイナからなる表示部に光を投射することもできる。

即ち、本発明の作用及び効果を奏する限りにおいて、本発明は、実施例に限定されるものではない。

本発明の表示装置は、車両に搭載するのに好適である。

１０…表示装置（ヘッドアップディスプレイ）、１１…走査部、１１Ｌ…左目用ユニット、１１Ｒ…右目用ユニット、１２…制御部、３０…３Ｄディスプレイ、３１、３１Ｌ、３１Ｒ…表示器（レーザー光源）、３３、３３Ｌ、３３Ｒ…走査ミラー（ＭＥＭＳミラー）、３５…レンズアレイ、３７…レンズ、Ｍｎ…視認者（運転者）、Ｖ…虚像、ＷＳ…表示部（ウィンドシールド）。

Claims (2)

1. レーザー光を出射する表示器と、レーザー光を反射すると共に駆動してレーザー光を走査する走査ミラーと、この走査ミラーに対向して配置されレーザー光が通過するレンズが複数配列されたレンズアレイと、前記表示器及び前記走査ミラーを制御する制御部と、を有し、
   前記レンズを通過したレーザー光を前記レンズの上方に配置された表示部に投射し、視認者に虚像を視認させる表示装置であって、
   前記表示器と、前記走査ミラーと、から走査部が構成され、
   前記走査部は、前記視認者の左目に適した位置にレーザー光を出射する左目用ユニットと、前記視認者の右目に適した位置にレーザー光を出射する右目用ユニットと、を有し、
   前記制御部は、前記左目用ユニットから出射されるレーザー光で前記視認者の左目用の映像を生成し、前記右目用ユニットから出射されるレーザー光で前記視認者の右目用の映像を生成することを特徴とする表示装置。
2. 前記左目用ユニットと前記右目用ユニットとは隣接して配置されていることを特徴とする請求項１記載の表示装置。

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