JP4608552B2 - 殊に自動車において仮想的な画像を用いて光学的な情報を表示する装置 - Google Patents

Description

本発明は、殊に自動車において仮想的な画像を用いて光学的な情報を表示する装置に関する。従来技術からはこの種の装置が公知であり、光学的な情報をビーム形成装置からの光ビームの形で少なくとも１つのミラー面を介してフロントガラスの手前、奥または内部において仮想的な画像として認識することができ、この際光ビームはビーム路を形成する。画像形成装置を例えば電子管、相応の光源を備えた液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）または有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）から構成することができる。画像幾何学も、目にとって適切なパラメータ、例えば非点収差、視差およびコマも補償できるようにするために、従来技術においては立体的に配置されており自由形状表面を備えた複数のミラーを有する光学系が使用される。１つまたは複数のミラーは、ドライバが歪みの無い画像を認識できるように、フロントガラスのガラス曲率が画像に及ぼす影響を補正する必要がある。さらに１つまたは複数のミラーは画像形成装置の画像を拡大する。フロントガラスの輪郭は通常の場合、種々の曲率を有する複雑で非対称的な表面を有しており、したがって自由形状表面とも称されているので、１つまたは複数のミラーの表面も自由形状に実施されていなければならない。現在公知の装置における欠点は、装置が大きい構造空間を必要とするが、装置を自動車におけるヘッドアップディスプレイとして使用する場合には、装置が有利には運転席に配置され、また運転席が自動車の非常に多くの機能素子、例えば従来の計器、搭載電子機器用の構造空間および換気経路用の空間を提供しなければならないので、そのような大きい構造空間を制限的にしか提供できないということである。

したがって本発明の課題は、ミラー光学系を備えた公知のヘッドアップディスプレイとは異なり体積に対する要求が比較的小さい、仮想的な画像を用いることにより面、殊に自動車のフロントガラスの面の手前、奥または上に光学的な情報を表示する装置を提供することである。このことは、画像形成装置の後方のビーム路内且つ面の手前にビーム路を制御する光学素子（ＳＯＥ）が配置されており、ビーム路を制御する光学素子が位置に関して可変に配置されていることにより解決される。これによって、ヘッドアップディスプレイの殊に小型の構造が達成される。この際、公差、フロントガラスの公差およびフロントガラスの枠組みの公差を補償調整することができ、簡単な手段を用いて歪みの無い画像を認識できることは有利である。光学素子が位置に関してスライド可能に配置されている場合には、ビーム路の位置の変更を制御する光学素子は殊に簡単に構成されている。

ビーム路を制御する光学素子が回転できることによって付加的な自由度を実現することができる。ビーム路を制御する光学素子として回折光学素子を使用する場合には歪みを殊に良好に除去することができ、また位置の変更を実現することは回折光学素子の僅かな重量によって殊に容易に実現することができる。

歪みの除去は、第１の回折光学素子の後方のビーム路において第２の回折光学素子が配置されていることによって殊に簡単に実現することができる。この第２の回折光学素子が位置に関して可変である場合には、制御の度合いをさらに拡大することができる。２つの回折光学素子が相互に平行にスライドされている平面上に配置されている装置においてはより簡単な構造が生じる。２つの回折光学素子を異なる方向にスライドできる場合には、生じる公差において可能とされる適合は非常に簡略化される。

回折光学素子の代わりに、または回折光学素子に付加的にビーム路を制御する光学素子として反射屈折性の素子を設けることもできる。

画像形成装置と面との間のビーム路において１つまたは複数の付加的なミラーが配置されている限り、ビーム路をは一方では折り畳むことができ、したがって小型の装置を達成することができ、他方では多数のミラーの内の１つまたは複数が非球面状の構成である場合にはフロントガラスについての適合がさらに改善される。

付加的な回折光学素子によってビーム路をさらに短縮することができ、またより小型の構造を実現することができる。所定の実施形態においては、画像形成装置と面との間に、効率的な光学手段としてただ１つの回折光学素子を配置すれば十分である。つまり非常に簡単かつ小型に構成された本発明による装置を実現することができる。以下では本発明を図面に基づき詳細に説明する。ここで、
図１は本発明による装置の第１の実施例の断面図を示し、
図２は本発明による装置の第２の実施例の断面図を示し、
図３は本発明による装置の第３の実施例を示し、
図４は本発明による装置の第４の実施例を示し、
図５は本発明による装置の第５の実施例を示し、
図６は回折光学素子の俯瞰図を示し、
図７は図６の部分Ａの断面図を示し、
図８は第２の回折光学素子の俯瞰図を示す。

図１には、液晶ディスプレイ２および光源３からなる画像形成装置１、回折光学素子４、フロントガラスＷＳ、仮想的な画像Ｐおよび観察者の目Ｅが示されている。光源３からの光ビームはＬＣＤ２を通過する。このビームＳは回折光学素子４を通過し、フロントガラスＷＳによって観察者の目Ｅへと反射されるので、観察者は仮想的な画像Ｐをフロントガラスの外側において認識することができる。回折光学素子４は高さおよび幅の拡張に関して調節することができ、これは矢印Ａによって示唆されている。回折光学素子をこのように調節できることにより、仮想的な画像Ｐを歪みなく表示することができる。

図２においては図１に示した素子の他に、調節装置５および第２の回折光学素子４が配置されている。回折光学素子４は調節素子５によって調節できるように配置されている。第２の回折光学素子４はビームＳをさらに拡大するので、仮想的な画像Ｐは観察者の目Ｅにより大きく見えるようになる。

図３においては、画像形成装置１および回折光学素子４の他に、ミラー７および非球面ミラー８が示されている。画像形成装置１において形成される光ビームは回折光学素子４、ミラー７および非球面ミラー８を介してフロントガラスに到達する。回折光学素子４を調節できることにより、フロントガラスＷＳの公差を補償調整することができる。

図４においては光源１の他に、重なって配置されている２つの回折光学素子４ａ，４ｂ、ミラー７、非球面ミラー８およびフロントガラスＷＳが示されている。２つの回折光学素子４ａ，４ｂは重なって配置されており、その平面は位置に関して平行にスライドされている。２つの回折光学素子４ａ，４ｂを異なる方向に調節することができ、このことは矢印Ａによって示されている。異なる方向にスライドできることにより、殊にフロントガラスＷＳについての最適な適合が達成される。

図５においては図４に示した素子の他にレンズ９が配置されており、このレンズ９は回折光学素子４とミラー７との間のビーム路に配置されている。レンズ９によりビーム路の短縮が実現され、またフロントガラスの幾何学について付加的で光学的な適合を実現することができる。

図６における回折光学素子の実施例は俯瞰的に見て格子線を有し、これらの格子線は回折光学素子４ａの個々の区分を相互に分離している。さらには、回折光学素子４ａは正確に矩形に構成されているのではなく、回折光学素子４が使用されるべきフロントガラスの湾曲に応じて適合されている。

図７は図６の部分Ａの断面図を示している。回折光学素子４ａはフレネルレンズとして構成されており、非対称的な構造はフロントガラスＷＳの非球面状の構成を少なくとも部分的に補償する。

図８は第２の回折光学素子４ｂの俯瞰図を示す。ここでもまた、フロントガラスの湾曲部を最適に補償調整できるようにするために、回折光学素子４ｂは正確に矩形に構成されていない。

相互にスライドできるように配置されている２つの回折光学素子を備えた本発明による装置の実施形態は、非球面ミラー素子を有していない装置においても有利である。つまり例えば、図２における回折光学素子６も調節可能に構成することができる。

ＬＣＤの代わりに画像形成装置１に関して例えば電子管または有機発光ダイオード装置またはその他の発光ダイオード装置も使用することができる。さらに、ミラー７および８の代わりに図３および図４における実施例は反射屈折性のミラーを使用することができ、このミラーにおいてはミラー面の手前におけるビーム路内に空気とは異なる光学的な媒体、例えばガラスまたは光を案内する材料が配置されている。最後に回折光学素子４の代わりに反射屈折性のミラーをビーム路内に調節可能に配置することができる。

本発明による装置の第１の実施例の断面図。 本発明による装置の第２の実施例の断面図。 本発明による装置の第３の実施例。 本発明による装置の第４の実施例。 本発明による装置の第５の実施例。 回折光学素子の俯瞰図。 図６の部分Ａの断面図。 第２の回折光学素子の俯瞰図。

Claims (5)

1. 仮想的な画像を用いて光学的な情報を表示する装置であって、
   前記光学的な情報はビーム形成装置からの光ビームの形で少なくとも１つの光学素子を介して面に到達し、前記仮想的な画像を前記面の手前、奥または内部において認識することができ、前記光ビームはビーム路を形成する装置において、
   前記画像形成装置（１，２，３）と前記面（ＷＳ）との間の前記ビーム路においてビームを制御する光学素子（４）が配置されており、前記ビームを制御する光学素子（４）が調節装置（５）を用いて位置に関して可変に配置されており、
   前記ビーム路を制御する光学素子は、第１の回折光学素子（４ａ）と該第１の回折光学素子（４ａ）の上方に配置された第２の回折光学素子（４ｂ）として構成されており、
   前記第１の回折光学素子（４ａ）および前記第２の回折光学素子（４ｂ）は異なる方向にスライド可能であることを特徴とする、装置。
2. 前記第１の回折光学素子（４ａ）および前記第２の回折光学素子（４ｂ）のうちの１つは非対称的なフレネルレンズとして構成されている、請求項１記載の装置。
3. 前記第１の回折光学素子（４ａ）および前記第２の回折光学素子（４ｂ）が配置されている平面は並行に相互にスライドされている、請求項１または２記載の装置。
4. 前記画像形成装置（１，２，３）と前記面（ＷＳ）との間の前記ビーム路内にミラー（７，８）が配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
5. 前記画像形成装置（１，２，３）と前記面（ＷＳ）との間の前記ビーム路内にレンズまたはレンズ素子が配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。

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