JP2022135583A - Head-up display for vehicle - Google Patents
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Images
Abstract
Description
本発明は、車両に搭載されるヘッドアップディスプレイに関する。 The present invention relates to a head-up display mounted on a vehicle.
車両に搭載される従来のヘッドアップディスプレイとして、例えば特許文献1に示される様なヘッドアップディスプレイが知られていた。当該ヘッドアップディスプレイ(1)は、表示光(L)をフロントガラス(2)へ出射することで、視点(4)から視認可能なように虚像(V)を表示する。
BACKGROUND ART As a conventional head-up display mounted on a vehicle, for example, a head-up display as disclosed in
しかしながら、特許文献1の構成では、フロントガラス(20)を通過してヘッドアップディスプレイ(1)内へ進行する太陽光の一部がスクリーン(80)に直接入射した際に、その反射光がヘッドアップディスプレイ(1)内の光学部材に向けて反射されかねない構成となっていた。具体的には、第一凹面鏡(16)へ反射される場合には、太陽光が表示光(L)の類似する光路を辿っているがために、視点(4)へ到達し、迷光になりかねないのである。
However, in the configuration of
そこで本発明の目的とするところは、上述課題に着目し、外光が入射した際にも迷光が発生する虞を低減した車両用ヘッドアップディスプレイを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a vehicle head-up display that reduces the risk of generating stray light even when external light enters, focusing on the above-described problems.
上記目的を達成するため、本発明に係る車両用ヘッドアップディスプレイは、
車両に搭載され、前記車両の乗員の視点から視認可能な位置に虚像を表示する車両用ヘッドアップディスプレイであって、
表示面から表示光を出射するディスプレイと、
前記表示光を反射するミラーを少なくとも1つ有する光学系と、
前記表示光を上方へ出射する開口を有する筐体と、
を備え
前記表示面の中心と、前記視点の中心を結ぶ光線をガットレイとした場合に、
前記表示面は、
前記車両のウィンドシールドから入射する外光に照らされる位置に配置され、
かつ前記表示面の表面で正反射された前記外光が前記光学系を照らさないようにガットレイに対して傾斜して配置される。
In order to achieve the above object, a vehicle head-up display according to the present invention includes:
A vehicle head-up display that is mounted on a vehicle and displays a virtual image at a position visible from the viewpoint of an occupant of the vehicle,
a display that emits display light from a display surface;
an optical system having at least one mirror that reflects the display light;
a housing having an opening for emitting the display light upward;
When a ray connecting the center of the display surface and the center of the viewpoint is Gatley,
The display surface is
arranged at a position illuminated by external light incident from the windshield of the vehicle,
In addition, it is arranged at an angle to the Gatley so that the external light specularly reflected on the surface of the display surface does not illuminate the optical system.
以下に、本開示の表示装置と、車両用ヘッドアップディスプレイ装置を実施形態として例にあげ、添付図面を用いて説明する。
1.第一実施形態
<1-1.構成について>
<1-2.スクリーン23について>
<1-3.フィールドレンズ22について>
2.変形例
Hereinafter, a display device of the present disclosure and a vehicle head-up display device will be described as embodiments with reference to the accompanying drawings.
1. First Embodiment <1-1. About the configuration>
<1-2. About
<1-3. About
2. Modification
[1.第一実施形態]
<1-1.構成について>
図1は、車両用ヘッドアップディスプレイの一例であるヘッドアップディスプレイ1(HUD1)の断面を示す図である。HUD1は車両CのウィンドシールドWSの下方(例えばインストゥルメントパネルの内部)に配置される。
[1. First embodiment]
<1-1. About the configuration>
FIG. 1 is a cross-sectional view of a head-up display 1 (HUD 1), which is an example of a vehicle head-up display. The
HUD1は表示光Liを出射し、ウィンドシールドWSへ投影する。表示光LiはHUD1の内部の照明手段、表示手段により生成される。生成された表示光Liは光学系(後述の補正鏡31や凹面鏡32)を伝うことで、筐体50の開口51から出射される。乗員(利用者)は視点EPからウィンドシールドWSに反射した表示光Liを視認することで、ウィンドシールドWSからF方向へ数メートルから数十メートル離れた位置に矩形の虚像Vを見ることができる。
The
なお、後述の表示面の一例であるスクリーン23の中心と、虚像Vを視認可能な空間の中心であるアイボックス中心を結ぶ光線をガットレイGRと呼称する。
A light ray connecting the center of a
虚像Vには例えば車両Cの速度やエンジン回転数と言った車両情報や、ターンバイターンや地図などの経路案内表示、ブラインドスポットインジケータや制限速度超過警告などの警告表示など、乗員(利用者)へ注意喚起する必要性が高い情報が表示される。これにより視点移動及び眼の焦点距離調整の必要が低減された運転環境が提供される。虚像Vにはこれら情報を示す文字やアイコンの他、背景部分も含まれており、乗員からの平面視ではこれは例えば略矩形状を為している。 The virtual image V includes, for example, vehicle information such as the speed and engine speed of the vehicle C, route guidance displays such as turn-by-turn and maps, warning displays such as blind spot indicators and speed limit warnings, etc. Information that is highly necessary to call attention to is displayed. This provides a driving environment in which the need for eye movement and eye focal length adjustment is reduced. The virtual image V includes characters and icons indicating such information, as well as a background portion, and has, for example, a substantially rectangular shape when viewed from above by the occupant.
HUD1はプロジェクター21、フィールドレンズ22、スクリーン23、補正鏡31、凹面鏡32、制御基板(図示されない)、筐体50、カバーガラス52を備える。
The
プロジェクター21及びフィールドレンズ22、スクリーン23は、表示面(スクリーン23)から表示光Liを出射するディスプレイの一構成例であり、以下の構成に限られるものではない。
The
プロジェクター21はフィールドシーケンシャル方式により投影光PLを出射し、赤色光源、緑色光源、青色光源、ダイクロイックミラー、DMD(Digital micro-mirror Device)、プリズム、投射レンズ(射出瞳を含む)などから構成される公知のプロジェクターを適用できる。
The
赤色光源、緑色光源、青色光源は各色LEDで構成され、電気的に接続された制御基板から送信される信号に応じて順次点灯を行う。点灯すると、各光源の図面上方向にそれぞれ位置するダイクロイックミラーに向けて各色光線(照明光)を射出する。各色LEDで構成するのではなく、各色の透過型カラーフィルタを射出方向に設けた白色LEDでも構成でき、回転透過型である各色が外縁に均等に塗布されたカラーフィルタでも構成できる。 The red light source, the green light source, and the blue light source are composed of LEDs of respective colors, and are sequentially lit according to signals transmitted from an electrically connected control board. When turned on, each color light beam (illumination light) is emitted toward a dichroic mirror positioned in the upper direction of the drawing of each light source. Instead of using LEDs of different colors, it is also possible to use white LEDs in which transmission type color filters of each color are provided in the emission direction, or to use rotating transmission type color filters in which each color is evenly applied to the outer edge.
ダイクロイックミラーは所定の波長域の光を透過、または反射することができる反射透過部材であって、各色光線をDMDが位置する方向へ透過/反射する。 The dichroic mirror is a reflecting/transmitting member capable of transmitting or reflecting light of a predetermined wavelength range, and transmits/reflects each color light in the direction in which the DMD is positioned.
Digital Micro-mirror DeviceであるDMDは、照明光の入射面内にマトリクス状に並んだ微小の鏡の角度を制御基板からの制御信号に応じて変化させることで、光を所定の方向へ反射させる光変調素子である。本実施形態では鏡の角度に応じてダイクロイックミラーを透過/反射した各色光線をプリズムの方向とそれ以外であって虚像Vの表示に影響しない方向へ反射する。 A DMD, which is a digital micro-mirror device, reflects light in a predetermined direction by changing the angles of minute mirrors arranged in a matrix on the plane of incidence of illumination light according to the control signal from the control board. It is a light modulation element. In this embodiment, each color ray transmitted/reflected by the dichroic mirror is reflected in the direction of the prism and other directions that do not affect the display of the virtual image V according to the angle of the mirror.
プリズムはDMDに入射する各色の照明光を透過し、DMDから反射された各色光線は投射レンズへ向けて反射するべく保持されているプリズムである。 A prism is a prism held to transmit each color of illumination light incident on the DMD and to reflect each color light reflected from the DMD toward the projection lens.
投射レンズは少なくとも1枚のレンズで構成され、プリズムで反射された光線を投影光PLとしてスクリーンに結像するように出射する。 The projection lens is composed of at least one lens, and emits the light reflected by the prism as projection light PL so as to form an image on the screen.
プロジェクター21は、上記の構成により各色光源を選択反射することで投影光PLを出射する。
The
フィールドレンズ22は、スクリーン23の近傍に配設され、特に外周部分の像を鮮明にするために投影光PLの配光を調整するレンズである。そのため、スクリーン23とフィールドレンズ22は略平行な位置に設けられることが望ましい。
The
スクリーン23はマイクロレンズアレイ、拡散板などから構成できる透過型スクリーンであり、投影光PLを表示光として補正鏡31へ向けて拡散透過する部材である。スクリーン23は投影光PLにより照らされることで表示光Liを射出する。
The
以上の構成で、表示面(スクリーン23)から表示光Liを出射するディスプレイが構成される。 With the above configuration, a display that emits display light Li from the display surface (screen 23) is configured.
補正鏡31と凹面鏡32は反射光学系を構成している。反射光学系はスクリーン23が発した表示光LiをウィンドシールドWSへ出射するべく反射を行う。
The correcting
補正鏡31は、例えば自由曲面鏡である。補正鏡31は、特に図面縦方向に凹形状、図面奥行方向に凸形状を示す、自由曲面形状を有する鏡である。この形状に因って、表示光Liをクロス点CP付近で図面上下方向にクロスさせるように反射している。
凹面鏡32は第一の表示光を拡大しつつ、筐体50の開口(カバーガラス52)方向へ反射する反射部材である。
The
光学系を構成する鏡は、他の態様であってもよい。
例えば、板状のガラス基材の片面に膜圧が異なる多層の干渉膜を蒸着などの方法で形成し、赤外光は透過し、少なくとも可視光は反射するコールドミラーであったり、偏光特性を有する鏡であったり、通常の平面鏡などでも良い。
The mirrors that make up the optical system may have other modes.
For example, a multilayer interference film with different film thickness is formed on one side of a plate-shaped glass substrate by a method such as vapor deposition, and a cold mirror that transmits infrared light and reflects at least visible light, or a cold mirror that has polarization characteristics. It may be a mirror having a mirror or a normal plane mirror.
カバーガラス52は厚さが一様な板状である透明合成樹脂基材が適用でき、例えばPMMAや、ポリカーボネートで構成できる。カバーガラス52は筐体50の開口を塞ぐように湾曲しながら貼付される。
The
制御基板は所定プログラムや各種データの格納、演算時の記憶領域などに用いる図示しないROMやRAM等の記憶部と、前記所定プログラムに従って演算処理するためのCPUと、入出力インターフェース等を設けたマイクロコンピュータを適用できる。制御基板は、外部の車載機器から受信した車両情報に基づき、表示手段に表示する画像を生成したり、表示手段の表示を制御したり、照明手段の照度を制御したりする。 The control board includes a storage unit such as ROM and RAM (not shown) used for storage of predetermined programs and various data and storage areas during calculation, a CPU for performing arithmetic processing according to the predetermined program, and a microcomputer provided with an input/output interface and the like. Computer can be applied. The control board generates an image to be displayed on the display means, controls the display of the display means, and controls the illuminance of the lighting means, based on the vehicle information received from the external vehicle-mounted device.
筐体50は樹脂や金属の成形品を適用できる収容体であり、表示光Liを装置外へ射出するための開口51を有し、この開口51を覆う様にカバーガラス52が貼付されている。内部にはプロジェクター21、フィールドレンズ22、スクリーン23、補正鏡31、凹面鏡32、制御基板が嵌合、係止、接着部材による接着、ビスによる螺合といった公知の手段で固定される。
The
<1-2.スクリーン23について>
従来、スクリーンや液晶表示素子といった表示面は、ガットレイに対して多少の角度はもって設けられていた。これは、ウィンドシールドWSを通過し、表示光Liの光路を逆行して入射した外光が、光学系を介して表示面に到達し、再び表示光Liの光路を進行し視点EPへ到達することを防ぐためであった。表示効率の観点からも、必要以上に角度を設けることは忌避されていた。
<1-2. About Screen 23>
Conventionally, a display surface such as a screen or a liquid crystal display element has been provided at a certain angle with respect to Gatley. This is because the external light that has passed through the windshield WS and entered in the opposite direction along the optical path of the display light Li reaches the display surface via the optical system, travels again along the optical path of the display light Li, and reaches the viewpoint EP. This was to prevent Also from the viewpoint of display efficiency, providing an angle more than necessary has been avoided.
しかしながら、発明者は、レイアウト次第では外光SLがウィンドシールドWSからHUD1の開口を通じて直接表示面を照らす様な場合があることを発見した。
この様なレイアウトでは、スクリーンで反射された外光SLが光学系を照らし、表示光Liの光路を辿り、視点EPへと到達し、視認性の低下を招く虞がある。
However, the inventor found that the external light SL may directly illuminate the display surface from the windshield WS through the opening of the
In such a layout, the external light SL reflected by the screen illuminates the optical system, follows the optical path of the display light Li, and reaches the viewpoint EP, which may lead to deterioration of visibility.
そこで、本開示のHUD1では、外光SLに照らされる位置に配置されるスクリーン23が、スクリーン23の表面で正反射された外光SLが光学系を照らさない角度で配置されるように構成した。
Therefore, in the
このように構成された図1に示される車両用ヘッドアップディスプレイでは、外光SLがスクリーン23を直接照らし得る構成であっても、反射された外光SLが光学系を辿って視点EPへ到達してしまうことを防いでいる。
In the vehicle head-up display shown in FIG. 1 configured in this way, even if the external light SL can directly illuminate the
上記の効果を得るためには、HUD1のように、表示光Liを車両Cの前後上下方向を含む平面に沿って反射する構成であって、スクリーン23が車両上方を向く構成であると、より効果を得やすい。というのも、このようなHUDでは、スクリーン23の表示面が外光SLに晒される体勢になりやすい。であるからして、当該構成であると本開示の構成の効果を得やすい。
In order to obtain the above effect, it is preferable that the display light Li is reflected along a plane including the longitudinal and vertical directions of the vehicle C, as in the
また、スクリーン23のガットレイGRに対する傾斜は、車両Cの前後上下方向を含む平面内で設けられることが望ましい。というのも、虚像Vは視認性の観点から横長の矩形状を為していることが多く、この平面内で傾斜を与えることは、虚像Vの短手方向に傾斜を与えることに等しい。この構成によれば、長手方向に傾斜を与える場合よりも少ない傾斜量で反射された外光SLの進行方向を光学系以外の箇所へ向けることが可能になる。
なお、折り返し方向は厳密に前後上下方向に含まれる必要は必ずしもなく、略前後上下方向に含まれていればよい。より具体的には、ウィンドシールドWSでの反射箇所の法線が車両左右方向へ傾いている程度傾いた、略前後上下方向の平面内であればよい。
Moreover, it is desirable that the inclination of the
Note that the folding direction does not necessarily have to be strictly included in the front-rear and up-and-down directions, and may be included substantially in the front-and-rear and up-and-down directions. More specifically, it is sufficient if the normal line of the reflection point on the windshield WS is inclined in the horizontal direction of the vehicle, and is in a substantially vertical plane.
<1-3.フィールドレンズ22について>
前述の通り、フィールドレンズ22は、投影光PLの配光を調整している。また、スクリーン23がガットレイGRに対して傾斜している場合、フィールドレンズ22はスクリーン23と略平行に設けられることが望ましい。
<1-3. About
As described above, the
これにより、投影光PLの結像位置であるスクリーン23に対してフィールドレンズ22の全体の距離を近づけることができ、スクリーン23の周辺部全体に対して良好な光学性能を発揮する事ができる。光学性能とは、特に減光や不鮮明さの抑制を指す。
As a result, the distance of the
また、端面22aは遮光壁53に覆われることが望ましい。
Moreover, it is desirable that the
上記のフィールドレンズ22の構成では、フィールドレンズ22がガットレイGRに対して非常に傾斜した状態で配設される。このとき、フィールドレンズ22のプロジェクター21に近接する端面である端面22aが、プロジェクター21の投影光PLに晒されやすい体勢になる。
In the configuration of the
特に、折れ曲がった表示光Liの内側に位置する端面22aの付近は、筐体50の構造を複雑化したり、強度を大きくすることが困難であるため、装置外部近くに位置する固定端22bのように筐体50により覆われたり固定されたりすることも困難である。
投影光PLの全てが虚像Vの表示に用いられるわけではない。具体的には、投影光PLの外周部分には、プロジェクター21内で意図しない反射や屈折が行われた光がある。その一部の光は、傾斜しているフィールドレンズ22(特に端面22a)に到達しかねない。
In particular, the vicinity of the
Not all of the projection light PL is used to display the virtual image V. FIG. Specifically, there is light unintentionally reflected or refracted inside the
であるからして、従来、上記の構成のフィールドレンズ22は投影光PLに端面22aを照らされることで、投影光PLを意図しない方向へ屈折及び反射をし、HUD1の内部に迷光を生じる虞があった。
For this reason, conventionally, the
また、虚像Vの上端側に対応する端面であるフィールドレンズ22の端面22aが覆われると良い。というのも、虚像Vの傾きは、スクリーン23の傾きに影響を受けるが、虚像Vの上端が方向Fへ倒れていることが望ましい。逆に、虚像Vの上端が方向Bへ倒れると、視点EPから視認した際に視認しづらい傾向にある。これは、一般にこのように伏せられた像を視認することに人間の感覚が慣れていないことや、路面の傾きとは逆方向に虚像Vの傾きが近づくことなどに起因すると考えられる。
Moreover, it is preferable that the
虚像Vの上端側を方向Fへ倒れるように構成する場合、虚像Vの上端側に対応するフィールドレンズ22の端面はプロジェクター21に近づく方向へ移動する。
When the virtual image V is tilted in the direction F, the end surface of the
そのため、虚像Vの上端側に対応する端面22aが遮光壁53に覆われることが最も望ましい。
[2.変形例]
Therefore, it is most desirable that the
[2. Modification]
なお、本発明の車両用ヘッドアップディスプレイを上述した実施の形態の構成にて例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の構成においても、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良、並びに表示の変更が可能なことは勿論である。 Although the vehicle head-up display of the present invention has been described with the configuration of the above-described embodiment as an example, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to other configurations as well. Of course, various improvements and display changes are possible without departing from the above.
例えば、プロジェクター21、フィールドレンズ22、スクリーン23がディスプレイを構成する態様を例示したが、これに限らない。例えば、節1-1では、フィールドレンズ22が必須の構成では無いため、例えば液晶表示素子や有機EL表示素子などによる電子ディスプレイを表示面として適用したディスプレイを適用しても良い。
For example, although the
また、プロジェクター21には、LCOS(Liquid Crystal On Silicon)やTFT(Thin Film Transistor)を光変調素子として適用した態様であってもよい。
Further, the
また、光学系を構成する鏡として補正鏡31と凹面鏡32が適用される態様が示された。しかし、これらは他の鏡部材であってもよく、例えば平面鏡やコールドミラーであってもよい。その場合、節1-2に関連することとして、虚像Vの上端に対応するフィールドレンズ22の端面の位置が変わる場合がある。例えば、第一実施形態の構成から、補正鏡31を平面鏡へ変更した場合、表示光Liがクロス点CPでクロスを行わず、上下の反転が生じないので、スクリーン23の傾きがガット例に対して反対方向に傾く。具体的には、ガットレイと垂直な状態から、図面内反時計回りに回転した姿勢にすると良い。
Moreover, a mode is shown in which the
また、投影光PLが直接スクリーン23へ投影される態様が示された。投影光PLは、スクリーン23とプロジェクター21の間で適宜鏡による反射が行われてもよい。
Moreover, a mode in which the projection light PL is directly projected onto the
C 車両
V 虚像
CP クロス点
EP 視点
WS ウィンドシールド
PL 投影光
Li 表示光
SL 外光
GR ガットレイ
1 ヘッドアップディスプレイ(車両用ヘッドアップディスプレイ、HUD)
21 プロジェクター
22 フィールドレンズ
23 スクリーン
31 補正鏡
32 凹面鏡
50 筐体
51 開口
52 カバーガラス
53 遮光壁
54 第二の開口
C Vehicle V Virtual image CP Cross point EP Viewpoint WS Windshield
PL projection light Li display light SL outside light GR Gatley
1 Head-up display (vehicle head-up display, HUD)
21
Claims (5)
表示面から表示光を出射するディスプレイと、
前記表示光を反射するミラーを少なくとも1つ有する光学系と、
前記表示光を上方へ出射する開口を有する筐体と、
を備え
前記表示面の中心と、前記視点の中心を結ぶ光線をガットレイとした場合に、
前記表示面は、
前記車両のウィンドシールドから入射する外光に照らされる位置に配置され、
かつ前記表示面の表面で正反射された前記外光が前記光学系を照らさないように前記ガットレイに対して傾斜して配置される
車両用ヘッドアップディスプレイ。 A vehicle head-up display that is mounted on a vehicle and displays a virtual image at a position visible from the viewpoint of an occupant of the vehicle,
a display that emits display light from a display surface;
an optical system having at least one mirror that reflects the display light;
a housing having an opening for emitting the display light upward;
When a ray connecting the center of the display surface and the center of the viewpoint is Gatley,
The display surface is
arranged at a position illuminated by external light incident from the windshield of the vehicle,
and a head-up display for a vehicle, which is arranged to be inclined with respect to the Gatley so that the external light specularly reflected on the surface of the display surface does not illuminate the optical system.
光源と、前記光源が発する照明光を光変調することで投影光を生成する光変調素子と、前記投影光が通過する射出瞳を含む投射レンズと、を有するプロジェクターと、
前記投影光の配光を調整するフィールドレンズと、
前記投影光を結像及び拡散することで表示光を発する、前記表示面であるところのスクリーンと、
を有し、
前記フィールドレンズは、前記スクリーンと略平行に設けられている
請求項1に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ。 The display is
a projector having a light source, a light modulation element that modulates illumination light emitted by the light source to generate projection light, and a projection lens that includes an exit pupil through which the projection light passes;
a field lens that adjusts the light distribution of the projection light;
a screen, which is the display surface, emitting display light by imaging and diffusing the projection light;
has
The vehicle head-up display according to claim 1, wherein the field lens is provided substantially parallel to the screen.
請求項2に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ。 The vehicular head-up display according to claim 2, wherein an end surface of the field lens located near the projector is covered with a light shielding wall extending from the housing.
前記表示面が発する前記表示光を反射する補正鏡と、
前記補正鏡が反射した前記表示光を前記開口へ反射する凹面鏡と、を含む
請求項1に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ。 The optical system is
a correction mirror that reflects the display light emitted by the display surface;
The vehicle head-up display according to claim 1, further comprising a concave mirror that reflects the display light reflected by the correcting mirror to the opening.
請求項1に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ。
The vehicular head-up display according to claim 1, wherein the optical system reflects the display light along a plane including substantially the longitudinal and vertical directions of the vehicle.
Priority Applications (1)
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