JP2022049138A - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】装置の大型化を抑制しつつ、好適な画像を表示するヘッドアップディスプレイ装置を提供する。【解決手段】ヘッドアップディスプレイ装置１０は、ユーザの前方正面に設置された虚像表示部に対してユーザが知覚する虚像を投影する。ヘッドアップディスプレイ装置１０は、表示光出射部１１０と、表示光反射部１２０とを有する。表示光出射部１１０は、表示光を出射する。表示光反射部１２０は、表示光を反射して反射光を出射する。表示光反射部１２０は、凹面状の鏡部１２１と、鏡部の表面に設けられた透過型体積ホログラム部１２２と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明はヘッドアップディスプレイ装置に関する。
自動車等の移動体において、ウィンドシールドにユーザ向けの情報を表示するヘッドアップディスプレイ装置が普及しつつある。一般に、ヘッドアップディスプレイ装置は、映像光を凹面鏡により拡大および反射し、拡大及び反射された映像光をコンバイナまたはウィンドシールドに投影する。これにより、ヘッドアップディスプレイ装置は、運転者等のユーザの視覚に虚像を認識させる。
ヘッドアップディスプレイ装置の表示範囲を大きくするための提案が行われている。例えば特許文献１に記載のヘッドアップディスプレイ装置は、発光表示手段からの情報を含む光が第１のホログラムにより拡大されて回折され、さらに第２のホログラムにより第２の回折像が拡大されて回折されて、コンバイナで運転者の観測位置に向けて反射される。
特開平７－２８５３５７号公報
しかしながら、特許文献１に記載の技術は、反射部品が増加することに伴い、装置全体の体積が増加する。また装置の大型化を抑制するために凹面鏡の拡大率を大きくすると、それに伴いレンズ収差が増大する。これにより、ユーザが認識する虚像が歪んだり、虚像のフォーカスが合わなくなったりする虞がある。
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、装置の大型化を抑制しつつ、好適な画像を表示するヘッドアップディスプレイ装置を提供するものである。
本発明にかかるヘッドアップディスプレイ装置は、ユーザの前方正面に設置された虚像表示部に対してユーザが知覚する虚像を投影する。ヘッドアップディスプレイ装置は、表示光出射部と、表示光反射部とを有する。表示光出射部は、表示光を出射する。表示光反射部は、表示光を反射して反射光を出射する。表示光反射部は、凹面状の鏡部と、前記鏡部の表面に設けられた透過型体積ホログラム部と、を有する。
本発明によれば、装置の大型化を抑制しつつ、好適な画像を表示するヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。
実施の形態にかかるヘッドアップディスプレイ装置の構成を示した模式図である。 ヘッドアップディスプレイ装置における表示光反射部の拡大図である。
説明の明確化のため、以下の記載および図面は、適宜、省略、および簡略化がなされている。なお、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。
＜実施の形態＞
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。本実施の形態にかかるヘッドアップディスプレイ装置は、ユーザの前方正面に設置された虚像表示部に対してユーザが知覚する虚像を投影する装置である。より具体的には、本実施の形態にかかるヘッドアップディスプレイ装置は、自動車に搭載されるものであって、自動車のウィンドシールドを虚像表示部として、ウィンドシールドに所定の情報を含んだ虚像を投影する。これにより、ヘッドアップディスプレイ装置は、ユーザである運転者に対して情報を表示する。
図１を参照しながら実施の形態１にかかるヘッドアップディスプレイ装置の構成について説明する。図１は、実施の形態１にかかるヘッドアップディスプレイ装置の構成を示した模式図である。図は、自動車９００、自動車９００のユーザＵおよびヘッドアップディスプレイ装置１０を自動車９００の側面方向から模式的に示したものである。
ヘッドアップディスプレイ装置１０は、自動車９００のダッシュボード内に格納されている。ヘッドアップディスプレイ装置１０は主な構成として、表示光出射部１１０および表示光反射部１２０を有している。
表示光出射部１１０は、表示光を生成し、生成した表示光を表示光反射部１２０に出射する。表示光出射部１１０は主な構成として、光源生成部１１１および表示光生成部１１２を有している。
光源生成部１１１は、例えばＬＥＤ（light-emitting diode）や半導体レーザなど所定の光を生成する光源である。光源生成部１１１は、生成した光を表示光生成部１１２に照射する。
表示光生成部１１２は、例えば透過型液晶パネルを含む。表示光生成部１１２は、光源生成部１１１が生成した光を透過型液晶パネルに受けると、液晶パネルに表示した情報を含んだ表示光を生成する。すなわち表示光生成部１１２は、光源生成部１１１から受けた光を透過することにより表示光Ｌ１０を生成し、生成した表示光Ｌ１０を出射する。
表示光反射部１２０は、表示光出射部１１０から表示光Ｌ１０を受け、受けた表示光Ｌ１０を予め設定された角度に反射して、反射光Ｌ１１をウィンドシールドＷＳに出射する。表示光反射部１２０が出射した反射光Ｌ１１は、自動車９００のダッシュボードにおける透光板９０１を介してウィンドシールドＷＳに投影される。表示光反射部１２０は主な構成として、鏡部１２１および透過型体積ホログラム部１２２を有する。
鏡部１２１は、凹面状に形成された凹面鏡である。鏡部１２１は、例えばガラス基板の表面に反射率の高い金属の蒸着が施されたものである。鏡部１２１は、非球面であってもよいし、球面であってもよい。鏡部１２１は、透過型体積ホログラム部１２２を介して表示光Ｌ１０を受け、受けた表示光Ｌ１０を反射する。
透過型体積ホログラム部１２２は、鏡部１２１の表面に形成された体積ホログラムである。透過型体積ホログラム部１２２は、表示光Ｌ１０を屈折または回折させるように設定されている。これにより、透過型体積ホログラム部１２２は、直進してきた表示光Ｌ１０を予め設定された方向に変える。透過型体積ホログラム部１２２は、表示光Ｌ１０を受けると、受けた表示光Ｌ１０の方向を変えて、方向を変えた光を鏡部１２１に導く。
透過型体積ホログラム部１２２は、鏡部１２１の表面にコーティング処理されるなどの方法により直接形成されてもよい。透過型体積ホログラム部１２２は、フィルム上に形成されたものであって、隙間なく鏡部１２１に接合されるものであってもよい。
上述の構成により、表示光反射部１２０は、表示光出射部１１０から受けた表示光Ｌ１０の方向を変えたうえで反射して、反射光Ｌ２０をウィンドシールドＷＳに出射する。
次に、図２を参照して、表示光反射部１２０の詳細について説明する。図２は、ヘッドアップディスプレイ装置における表示光反射部の拡大図である。図２は、図１に示した表示光反射部１２０の中央部から下部に亘る部分を拡大して示したものである。図２に示す表示光反射部１２０には、下部に第１領域１２０Ａが示され、中央部に第２領域１２０Ｂが示されている。
以下に、第１領域１２０Ａについて説明する。第１領域１２０Ａには、表示光Ｌ１０を構成する光線Ｌ１０１Ａが入射している。第１領域１２０Ａにおいて光線Ｌ１０１Ａの表示光反射部１２０に対する入射角は、角度Ａ１０である。角度Ａ１０は、第１領域１２０Ａにおける鏡部１２１の垂線Ｐ１を基準として、垂線Ｐ１と光線Ｌ１０１Ａとが成す角度である。
光線Ｌ１０１Ａは、入射角である角度Ａ１０の方向から、透過型体積ホログラム部１２２に入射する。透過型体積ホログラム部１２２は、光線Ｌ１０１Ａを受けると、光線Ｌ１０１Ａを回折させることにより、光線Ｌ１０１Ａの方向を変えて、回折光である光線Ｌ１０１Ｂを生成する。回折光である光線Ｌ１０１Ｂと垂線Ｐ１とが成す角度（回折角）は、角度Ａ１０に比べて小さい角度Ａ１１である。
そのため、第１領域１２０Ａにおいて、鏡部１２１に対する光線Ｌ１０１Ｂの入射角は、表示光反射部１２０に対する光線Ｌ１０１Ａの入射角である角度Ａ１０より小さい角度Ａ１１となる。そのため、鏡部１２１が光線Ｌ１０１Ａを反射することにより生成する反射光線Ｌ１１１は、反射角が角度Ａ１１となる。
表示光反射部１２０は、透過型体積ホログラム部１２２を介して鏡部１２１に入射する光線Ｌ１０１Ａの入射角が、角度Ａ１１に設定されている。角度Ａ１１は、透過型体積ホログラム部１２２を介さないで鏡部１２１に入射する場合における光線Ｌ１０１Ａの入射角である角度Ａ１０より小さい。
このように、鏡部１２１の表面に透過型体積ホログラム部１２２を設けることにより、ヘッドアップディスプレイ装置１０は、凹面鏡へ入射する光線の入射角を小さくすることができる。そのため、ヘッドアップディスプレイ装置１０は、凹面鏡により生じる収差を抑えることができる。
次に、第２領域１２０Ｂについて説明する。第２領域１２０Ｂには、表示光Ｌ１０を構成する光線Ｌ１０２Ａが入射している。第２領域１２０Ｂにおいて光線Ｌ１０２Ａの表示光反射部１２０に対する入射角は、角度Ａ２０である。角度Ａ２０は、第２領域１２０Ｂにおける鏡部１２１の垂線Ｐ２を基準として、垂線Ｐ２と光線Ｌ１０２Ａとが成す角度である。
光線Ｌ１０２Ａは、入射角である角度Ａ２０の方向から、透過型体積ホログラム部１２２に入射する。透過型体積ホログラム部１２２は、光線Ｌ１０２Ａを受けると、光線Ｌ１０２Ａを回折させることにより、光線Ｌ１０２Ａの方向を変えて、回折光である光線Ｌ１０２Ｂを生成する。回折光である光線Ｌ１０２Ｂと垂線Ｐ２とが成す角度（回折角）は、角度Ａ２０に比べて小さい角度Ａ２１である。
そのため、第２領域１２０Ｂにおいて、鏡部１２１に対する光線Ｌ１０２Ｂの入射角は、表示光反射部１２０に対する光線Ｌ１０２Ａの入射角である角度Ａ２０より小さい角度Ａ２１となる。そのため、鏡部１２１が光線Ｌ１０２Ａを反射することにより生成する反射光線Ｌ１１２は、反射角が角度Ａ２１となる。
表示光反射部１２０は、透過型体積ホログラム部１２２を介して鏡部１２１に入射する光線Ｌ１０２Ａの入射角が、角度Ａ２１に設定されている。角度Ａ２１は、透過型体積ホログラム部１２２を介さないで鏡部１２１に入射する光線Ｌ１０２Ａの入射角である角度Ａ２０より小さい。
以上、表示光反射部１２０の詳細について説明した。透過型体積ホログラム部１２２は、第１領域１２０Ａにおいて、角度Ａ１０から入射する光線Ｌ１０１Ａの方向を、角度Ａ１１に変えるように設定されている。透過型体積ホログラム部１２２は、第２領域１２０Ｂにおいて、角度Ａ２０から入射する光線Ｌ１０２Ａの方向を、角度Ａ２１に変えるように設定されている。このように、表示光反射部１２０において、透過型体積ホログラム部１２２は、表示光の方向を変える角度が、表示光を受ける領域ごとに設定されている。また透過型体積ホログラム部１２２に設定する表示光の入射角度は、ヘッドアップディスプレイ装置１０を搭載する場所の制約、表示光出射部１００と表示光反射部１２０の位置関係によって、表示光を受ける領域ごとに決まる。
上述のヘッドアップディスプレイ装置１０は、透過型体積ホログラム部１２２と鏡部１２１との組み合わせにより、鏡部１２１の曲率を抑えることができる。そのため、鏡部１２１において生じる収差を制御できる。また、上述の構成により、ヘッドアップディスプレイ装置１０は、表示する虚像の歪を抑えることができる。そのため、ヘッドアップディスプレイ装置１０は、虚像面を大きくすることができる。
以上、実施の形態について説明したが、実施の形態にかかるヘッドアップディスプレイ装置１０は、上述の構成に限られない。ヘッドアップディスプレイ装置１０における表示光出射部１１０は、赤、緑、青のそれぞれのレーザ光を光源として有していてもよい。また表示光出射部１１０は、表示光生成部１１２において、透過型液晶パネルに代えて、反射型の液晶パネル、ＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon）、または、走査型マイクロミラーを有してもよい。実施の形態によれば、装置の大型化を抑制しつつ、好適な画像を表示するヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば上述のヘッドアップディスプレイ装置は、自動車ではない移動体、例えば航空機や船舶にも適用することができる。また上述のヘッドアップディスプレイ装置は、移動体に限らず、自動車の運転模擬装置、飛行機のフライトシミュレータ、ゲーム機器等に適用されてもよい。
１０ ヘッドアップディスプレイ装置
１１０ 表示光出射部
１１１ 光源生成部
１１２ 表示光生成部
１２０ 表示光反射部
１２１ 鏡部
１２２ 透過型体積ホログラム部
９００ 自動車
９０１ 透光板
Ｌ１０ 表示光
Ｌ１１ 反射光
Ｕ ユーザ
Ｖ１０１ 虚像
ＷＳ ウィンドシールド

Claims (3)

  1. ユーザの前方正面に設置された虚像表示部に対して前記ユーザが知覚する虚像を投影するヘッドアップディスプレイ装置であって、
    表示光を出射する表示光出射部と、
    前記表示光を反射して反射光を出射する表示光反射部と、を備え
    前記表示光反射部は、凹面状の鏡部と、前記鏡部の表面に設けられた透過型体積ホログラム部と、を有する、
    ヘッドアップディスプレイ装置。
  2. 前記透過型体積ホログラム部は、前記表示光出射部が出射する前記表示光の方向を変える角度が、前記表示光を受ける領域ごとに設定されている
    請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  3. 前記表示光反射部は、前記表示光出射部から前記透過型体積ホログラム部を介して前記鏡部に入射する前記表示光の入射角が、前記透過型体積ホログラム部を介さない場合に比べて小さくなるように設定されている
    請求項１または請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
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