JP2023044419A - head-up display device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、ヘッドアップディスプレイ装置に関する。 The present disclosure relates to a head-up display device.
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、表示光を放射する表示器と、この表示器で放射された表示光を反射する第1ミラーと、この第1ミラーで反射された表示光を反射する第2ミラーと、を備える。第1ミラーは、反射した表示光を第2ミラーに到達する前のクロス点で上下にクロスさせる。 For example, the head-up display device described in Patent Document 1 includes a display that emits display light, a first mirror that reflects the display light emitted by the display, and display light that is reflected by the first mirror. and a second mirror that reflects the The first mirror vertically crosses the reflected display light at a crossing point before reaching the second mirror.
上記特許文献1に記載の構成においては、表示光の光路を妨げないように第1ミラー及び第2ミラー等の各種部材を配置する必要があり、ヘッドアップディスプレイ装置が大型化していた。 In the configuration described in Patent Document 1, it is necessary to arrange various members such as the first mirror and the second mirror so as not to block the optical path of the display light, which increases the size of the head-up display device.
本開示は、上記実状を鑑みてなされたものであり、小型化を図ることができるヘッドアップディスプレイ装置を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a head-up display device that can be downsized.
上記目的を達成するため、本開示に係るヘッドアップディスプレイ装置は、表示光を被投射部材に投射することにより視点が可視領域内にある視認者に虚像を視認可能とするヘッドアップディスプレイ装置であって、前記表示光を放射する表示部と、前記表示部から放射された前記表示光を反射する反射面を有する第1ミラーと、前記第1ミラーにて反射した前記表示光を前記被投射部材に向けて反射する第2ミラーと、を備え、前記表示光は特定方向において第1クロス点及び第2クロス点で交差し、前記第1ミラーの前記反射面の少なくとも一部は、前記第1クロス点及び前記第2クロス点を結ぶ線分を直径とした仮想円内に含まれ、前記第1クロス点は、前記特定方向における前記可視領域の第1端部の視点に対応する前記表示光が交差する点であり、前記第2クロス点は、前記特定方向における前記可視領域の前記第1端部とは反対側の第2端部の視点に対応する前記表示光が交差する点である。 In order to achieve the above object, a head-up display device according to the present disclosure is a head-up display device that allows a viewer whose viewpoint is within a visible region to visually recognize a virtual image by projecting display light onto a projected member. a display unit for emitting the display light; a first mirror having a reflecting surface for reflecting the display light emitted from the display unit; and a second mirror that reflects toward the second mirror, wherein the display light intersects at a first cross point and a second cross point in a specific direction, and at least a portion of the reflective surface of the first mirror reflects the first The display light is included in a virtual circle having a diameter of a line segment connecting the cross point and the second cross point, and the first cross point corresponds to a viewpoint at a first end of the visible region in the specific direction. and the second crossing point is a point at which the display light corresponding to the viewpoint of the second end opposite to the first end of the visible region in the specific direction intersects. .
本開示によれば、ヘッドアップディスプレイ装置において、小型化を図ることができる。 According to the present disclosure, it is possible to reduce the size of the head-up display device.
本開示に係るヘッドアップディスプレイ装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図1に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置100は、車両200のダッシュボードに搭載されている。ヘッドアップディスプレイ装置100は、表示光Lを被投射部材であるウインドシールド201に投射することにより車両情報を含む虚像Vを虚像表示エリアK内に視認者1(例えば、車両200の運転者)により視認可能に表示する。視認者1の視点EP1,EP2,EP3が可視領域R内にあるときに、視認者1が虚像Vを視認可能となる。
An embodiment of a head-up display device according to the present disclosure will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1 , head-up
図2に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置100は、第1ミラー11と、第2ミラー12と、表示部20と、ケース30と、を備える。
ケース30は遮光性の樹脂又は金属により箱状に形成されている。ケース30内には第1ミラー11、第2ミラー12及び表示部20が収容されている。ケース30は、ケース30の内部空間で生成される表示光Lをウインドシールド201に向けて透過する光透過性部材からなる窓部31を備える。
As shown in FIG. 2 , the head-up
The case 30 is formed in a box shape from light-shielding resin or metal. The case 30 accommodates the first mirror 11 , the
表示部20は、画像を表す表示光Lを放射する光放射面21を有する。表示部20は、液晶パネル及び照明装置を有するタイプであってもよいし、DMD(Digital Micro mirror Device)素子等の反射型表示素子及びプロジェクタを有するタイプであってもよい。本例では、表示部20は、表示光Lを拡散光として放射する。光放射面21は、車両の後方上側を向いている。光放射面21に表示される画像には、視認者1が視認する虚像Vの歪みを補正する歪み補正が施されている。
The
図2に示すように、第1ミラー11は、車両の高さ方向に沿って凹状に湾曲し、車両の幅方向に沿って直線状に延びる曲面鏡である。第1ミラー11は、車両の幅方向においては、凹状に湾曲してもよいし、凸状に湾曲していてもよい。第1ミラー11は表示部20から放射された表示光Lを第2ミラー12に向けて反射する。第1ミラー11の凹状曲面をなす反射面11aは、車両の前方下側を向いている。
As shown in FIG. 2, the first mirror 11 is a curved mirror that is concavely curved along the height direction of the vehicle and linearly extends along the width direction of the vehicle. The first mirror 11 may be curved concavely or convexly in the width direction of the vehicle. The first mirror 11 reflects the display light L emitted from the
図3、図4及び図5に示すように、第1ミラー11は、表示部20(図2参照)からの表示光Lを車両200の高さ方向においてクロス点CP1,CP2,CP3にて交差させるように第2ミラー12に向けて反射する。クロス点CP1,CP2,CP3は、表示光Lの光路において第1ミラー11と第2ミラー12の間に位置する。表示光Lは、第1ミラー11からクロス点CP1,CP2,CP3まで収束し、クロス点CP1,CP2,CP3から第2ミラー12に向かって発散する。なお、クロス点CP1,CP2,CP3では表示光Lの一部が交差するものの、表示光Lが結像する位置は必ずしもクロス点の位置と一致するとは限らない。本開示のヘッドアップディスプレイ装置100では、表示光Lは、高さ方向において第1ミラー11と第2ミラー12の間のクロス点とは別の位置で結像される。
クロス点CP1,CP2,CP3の位置設定方法については後で詳述する。
As shown in FIGS. 3, 4 and 5, the first mirror 11 intersects display light L from the display unit 20 (see FIG. 2) at cross points CP1, CP2 and CP3 in the height direction of the
A method of setting the positions of the cross points CP1, CP2 and CP3 will be described in detail later.
図2に示すように、第2ミラー12は、車両の高さ方向及び幅方向に沿って湾曲する凹面鏡である。第2ミラー12は、第1ミラー11から反射された表示光Lをウインドシールド201に向けて反射する。第2ミラー12は、第1ミラー11からの表示光Lを拡大するようにウインドシールド201に向けて反射する。第2ミラー12の凹状曲面をなす反射面12aは、車両の後方上側を向いている。第2ミラー12は、第1ミラー11と協働して、ウインドシールド201での反射による虚像の歪みを抑制する機能を有する。
As shown in FIG. 2, the
次に、図3、図4及び図5を参照しつつ、クロス点CP1,CP2,CP3の位置設定方法について説明する。
表示光Lの光路上におけるクロス点CP1,CP2,CP3の位置は、第1ミラー11の反射面11aの曲率半径、及び表示部20が放射する表示光Lの拡散角等により調整されている。例えば、第1ミラー11の反射面11aの曲率半径が大きくなるほど、クロス点CP1,CP2,CP3の位置は反射面11aに近づく。また、表示部20が放射する表示光Lの拡散角が大きくなるほど、クロス点CP1,CP2,CP3の位置は反射面11aに近づく。クロス点CP1,CP2,CP3は、第1ミラー11と第2ミラー12の中間位置よりも第1ミラー11の近くに設けられる。
Next, a method of setting the positions of the cross points CP1, CP2 and CP3 will be described with reference to FIGS. 3, 4 and 5. FIG.
The positions of the cross points CP1, CP2, and CP3 on the optical path of the display light L are adjusted by the radius of curvature of the reflecting
具体的に、クロス点CP1,CP2,CP3について説明する。
図4に示すように、クロス点CP2は、高さ方向において可視領域Rの上端に位置する視点EP2に対応する表示光Lの光線L2T,L2Bが幅方向から見て交差する位置である。光線L2Tは、虚像表示エリアKの上端に対応する光線であり、光線L2Bは、虚像表示エリアKの下端に対応する光線である。
図5に示すように、クロス点CP3は、高さ方向において可視領域Rの下端に位置する視点EP3に対応する表示光Lの光線L3T,L3Bが幅方向から見て交差する位置である。光線L3Tは、虚像表示エリアKの上端に対応する光線であり、光線L3Bは、虚像表示エリアKの下端に対応する光線である。
図3に示すように、クロス点CP1は、高さ方向において可視領域Rの中央に位置する視点EP1に対応する表示光Lの光線L1T,L1Bが幅方向から見て交差する位置である。光線L1Tは、虚像表示エリアKの上端に対応する光線であり、光線L1Bは、虚像表示エリアKの下端に対応する光線である。
なお、各視点EP1,EP2,EP3は、車両の幅方向において、可視領域Rの中央に位置する。
Specifically, the cross points CP1, CP2, and CP3 will be described.
As shown in FIG. 4, the cross point CP2 is a position where rays L2T and L2B of the display light L corresponding to the viewpoint EP2 positioned at the upper end of the visible region R in the height direction intersect when viewed in the width direction. The light ray L2T is a light ray corresponding to the upper end of the virtual image display area K, and the light ray L2B is a light ray corresponding to the lower end of the virtual image display area K. FIG.
As shown in FIG. 5, the cross point CP3 is a position where rays L3T and L3B of the display light L corresponding to the viewpoint EP3 positioned at the lower end of the visible region R in the height direction intersect when viewed in the width direction. The light ray L3T is a light ray corresponding to the upper end of the virtual image display area K, and the light ray L3B is a light ray corresponding to the lower end of the virtual image display area K. FIG.
As shown in FIG. 3, the cross point CP1 is a position where rays L1T and L1B of the display light L corresponding to the viewpoint EP1 located in the center of the visible region R in the height direction intersect when viewed in the width direction. A light ray L1T is a light ray corresponding to the upper end of the virtual image display area K, and a light ray L1B is a light ray corresponding to the lower end of the virtual image display area K. FIG.
Note that each of the viewpoints EP1, EP2, and EP3 is positioned at the center of the visible region R in the width direction of the vehicle.
クロス点CP1,CP2,CP3それぞれを構成する2つの光線L1T,L1B,L2T,L2B,L3T,L3Bは、幅方向から2次元的に見れば交差している。しかしながら、実際には、光線L1T,L1B,L2T,L2B,L3T,L3Bは、3次元の空間内に延びており、クロス点CP1,CP2,CP3で交差するとは限らない。そこで、本例では、クロス点CP1,CP2,CP3は、光線L2T,L3Bの線分がともに面上にのる平面PLに、光線L1T,L1B,L2T,L2B,L3T,L3Bを投影した交点と定義される。 The two light beams L1T, L1B, L2T, L2B, L3T, and L3B forming the cross points CP1, CP2, and CP3 intersect when viewed two-dimensionally from the width direction. However, in reality, the rays L1T, L1B, L2T, L2B, L3T, and L3B extend in a three-dimensional space and do not necessarily intersect at the cross points CP1, CP2, and CP3. Therefore, in this example, the cross points CP1, CP2, and CP3 are points of intersection obtained by projecting the light beams L1T, L1B, L2T, L2B, L3T, and L3B onto the plane PL on which the line segments of the light beams L2T and L3B all lie. Defined.
図6に示すように、クロス点CP1,CP2,CP3は、2つのクロス点CP2,CP3を結ぶ線分を直径Dとした仮想円C内に第1ミラー11の反射面11aの一部が含まれる位置に設定されている。仮想円Cの中心位置にはクロス点CP1が位置する。仮想円Cは、実験又はシミュレーションにより特定される。
As shown in FIG. 6, the cross points CP1, CP2, and CP3 include part of the reflecting
図7の比較例では、クロス点CP1,CP2,CP3は、仮想円C内に第1ミラー11の反射面11aが含まれない位置に設定されている。この比較例では、図6の本実施形態に比較して、クロス点CP1,CP2,CP3が反射面11aから遠くなる。光路設計上、クロス点CP2,CP3から反射面11aに向けて表示光Lの進行方向を逆からたどった位置に反射面11aを形成する必要があるため、この比較例では反射面11aのサイズを大きくする必要がある。このため、第1ミラー11の反射面11aの上端と第2ミラー12を反射した表示光L、特に、光線L2Tの間の隙間S2が小さくなる。このため、この比較例では、反射面11aのサイズを大きくする必要があり、第1ミラー11を保持するミラーホルダ(図示略)等の各種部材が表示光Lの光路を干渉するおそれがある。
In the comparative example of FIG. 7, the cross points CP1, CP2, and CP3 are set at positions where the reflecting
一方、図6の本実施形態では、図7の比較例と比較して、クロス点CP1,CP2,CP3が反射面11aに近くなる。これにより、図6に示すように、反射面11aの省略可能領域11bには、表示光L、特に、光線L2Tが到達せず、反射面11aの省略可能領域11cには、表示光L、特に、光線L3Bが到達しない。このため、反射面11aにおいて省略可能領域11b,11cを省略可能であり、反射面11aのサイズを小さくすることができる。
また、第1ミラー11の反射面11aの上端と第2ミラー12を反射した表示光L、特に、光線L2Tの間の隙間S1が大きくなる。このため、第1ミラー11を保持するミラーホルダ(図示略)等の各種部材が表示光Lの光路を干渉することを抑制できる。
On the other hand, in this embodiment of FIG. 6, the cross points CP1, CP2, and CP3 are closer to the reflecting
Further, the gap S1 between the upper end of the reflecting
(効果)
以上、説明した一実施形態によれば、以下の効果を奏する。
(1)ヘッドアップディスプレイ装置100は、表示光Lを被投射部材の一例であるウインドシールド201に投射することにより視点EP1,EP2,EP3が可視領域R内にある視認者1に虚像Vを視認可能とする。ヘッドアップディスプレイ装置100は、表示光Lを放射する表示部20と、表示部20から放射された表示光Lを反射する反射面11aを有する第1ミラー11と、第1ミラー11にて反射した表示光Lをウインドシールド201に向けて反射する第2ミラー12と、を備える。表示光Lは特定方向の一例である高さ方向において第1クロス点の一例であるクロス点CP2及び第2クロス点の一例であるクロス点CP3で交差する。第1ミラー11の反射面11aの一部は、クロス点CP2及びクロス点CP3を結ぶ線分を直径Dとした仮想円C内に含まれる。クロス点CP2は、高さ方向における可視領域Rの第1端部(上端部)の視点EP2に対応する表示光Lが交差する点である。クロス点CP3は、高さ方向における可視領域Rの第2端部(下端部)の視点EP3に対応する表示光Lが交差する点である。
この構成によれば、第1ミラー11の反射面11aの一部が仮想円C内に含まれるため、クロス点CP2及びクロス点CP3が第1ミラー11の反射面11aの近くに設定される。このため、上述した理由により、反射面11aのサイズを小さくすることができる。これにより、ヘッドアップディスプレイ装置100の小型化を図ることができる。
また、第1ミラー11を保持するミラーホルダ(図示略)等の各種部材が表示光Lの光路を干渉することを抑制できる。これにより、ヘッドアップディスプレイ装置100の設計の自由度が高まる。
(effect)
According to the embodiment described above, the following effects are obtained.
(1) The head-up
According to this configuration, a portion of the reflecting
Also, various members such as a mirror holder (not shown) that holds the first mirror 11 can be prevented from interfering with the optical path of the display light L. FIG. This increases the degree of freedom in designing the head-up
(2)クロス点CP2及びクロス点CP3は、表示光Lの光路において、第1ミラー11と第2ミラー12の間に位置する。
この構成によれば、ヘッドアップディスプレイ装置100の小型化を図ることができる。
(2) The cross point CP2 and the cross point CP3 are located between the first mirror 11 and the
With this configuration, the size of the head-up
なお、本開示は以上の実施形態及び図面によって限定されるものではない。本開示の要旨を変更しない範囲で、適宜、変更(構成要素の削除も含む)を加えることが可能である。以下に、変形の一例を説明する。 The present disclosure is not limited by the above embodiments and drawings. Changes (including deletion of components) can be made as appropriate without changing the gist of the present disclosure. An example of modification will be described below.
(変形例)
上記実施形態においては、クロス点CP1,CP2,CP3は、表示光Lの光路において第1ミラー11と第2ミラー12の間に設定されていたが、これに限らず、図8に示すように、反射面11aと光放射面21の間に設定されてもよい。この場合、光放射面21は反射面11aに到達する前のクロス点CP1,CP2,CP3で交差するように収束する表示光Lを放射する。この場合であっても、2つのクロス点CP2,CP3を結ぶ線分を直径Dとした仮想円C内に第1ミラー11の反射面11aの一部が含まれる。これにより、上記実施形態と同様の作用効果が得られる。
(Modification)
In the above embodiment, the cross points CP1, CP2, and CP3 are set between the first mirror 11 and the
上記実施形態においては、表示光Lは、車両200の高さ方向において交差していたが、これに代えて、又はこれに加えて、車両200の幅方向において交差していてもよい。この場合、第1ミラー11の反射面11aは、車両200の幅方向に沿って湾曲した凹状に形成されている。この変形例でも、上記実施形態と同様の手法により、幅方向において交差するクロス点から特定される仮想円内に反射面11aの少なくとも一部が含まれるように設定される。
Although the display lights L intersect in the height direction of the
上記実施形態においては、幅方向から見て仮想円C内に第1ミラー11の反射面11aの一部が含まれていたが、これに限らず、仮想円C内に反射面11aの全てが含まれていてもよい。
また、上記実施形態においては、仮想円C内に第1ミラー11の反射面11aの一部が含まれるようにクロス点CP1,CP2,CP3の位置が設定されていたが、同様の観点で、仮想円Cを含む仮想球体内に第1ミラー11の反射面11aの一部が含まれるようにクロス点CP1,CP2,CP3の位置が設定されてもよい。
In the above embodiment, part of the
Further, in the above-described embodiment, the positions of the cross points CP1, CP2, and CP3 are set so that a part of the reflecting
上記実施形態において、第2ミラー12は車両の幅方向に沿う回転軸を中心にミラー駆動部により回転可能に構成されてもよい。第2ミラー12が回転軸を中心に回転することにより、視認者1への表示光Lの照射位置を高さ方向に調整することが可能となる。この場合、例えば、表示光Lの照射位置が高さ方向の中央位置となる第2ミラー12の回転角度において、クロス点CP1,CP2,CP3及び仮想円Cが特定される。
In the above-described embodiment, the
上記実施形態においては、ヘッドアップディスプレイ装置100が車載されていたが、これに限らず、飛行機、船等の乗り物に搭載されてもよい。また、被投射部材はウインドシールド201に限られず、専用のコンバイナであってもよい。
In the above embodiment, the head-up
1 視認者
11 第1ミラー
11a,12a 反射面
11b,11c 省略可能領域
12 第2ミラー
20 表示部
21 光放射面
30 ケース
100 ヘッドアップディスプレイ装置
200 車両
201 ウインドシールド
C 仮想円
D 直径
K 虚像表示エリア
L 表示光
R 可視領域
S1,S2 隙間
V 虚像
L1B,L2B,L3B,L1T,L2T,L3T 光線
CP1,CP2,CP3 クロス点
EP1,EP2,EP3 視点
PL 平面
1 viewer 11
Claims (3)
前記表示光を放射する表示部と、
前記表示部から放射された前記表示光を反射する反射面を有する第1ミラーと、
前記第1ミラーにて反射した前記表示光を前記被投射部材に向けて反射する第2ミラーと、を備え、
前記表示光は特定方向において第1クロス点及び第2クロス点で交差し、
前記第1ミラーの前記反射面の少なくとも一部は、前記第1クロス点及び前記第2クロス点を結ぶ線分を直径とした仮想円内に含まれ、
前記第1クロス点は、前記特定方向における前記可視領域の第1端部の視点に対応する前記表示光が交差する点であり、
前記第2クロス点は、前記特定方向における前記可視領域の前記第1端部とは反対側の第2端部の視点に対応する前記表示光が交差する点である、
ヘッドアップディスプレイ装置。 A head-up display device that allows a viewer whose viewpoint is within a visible region to visually recognize a virtual image by projecting display light onto a projected member,
a display unit that emits the display light;
a first mirror having a reflecting surface that reflects the display light emitted from the display unit;
a second mirror that reflects the display light reflected by the first mirror toward the projected member;
the display light intersects at a first cross point and a second cross point in a specific direction;
at least part of the reflecting surface of the first mirror is included in a virtual circle having a diameter of a line segment connecting the first cross point and the second cross point;
The first cross point is a point at which the display light corresponding to the viewpoint of the first end of the visible region in the specific direction intersects,
The second cross point is a point at which the display light corresponding to a viewpoint of a second end opposite to the first end of the visible region in the specific direction intersects.
Head-up display device.
請求項1に記載のヘッドアップディスプレイ装置。 The first cross point and the second cross point are located between the first mirror and the second mirror in the optical path of the display light.
The head-up display device according to claim 1.
請求項1に記載のヘッドアップディスプレイ装置。 The first cross point and the second cross point are positioned between the display unit and the first mirror in the optical path of the display light.
The head-up display device according to claim 1.
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