JP6279881B2 - Virtual image display device - Google Patents
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Description
本発明は、観察者が立体映像を視認する虚像表示装置に関する。 The present invention relates to a virtual image display device in which an observer visually recognizes a stereoscopic image.
車両のウィンドシールドに映像を投影し、投影された映像を前方の風景に重ね合わせた虚像として表示するヘッドアップディスプレイ装置が知られている。この装置は、特に前方を注視する必要のある運転者にとっては、視点の移動が少ないことから、有用な映像表示装置として認知されている。そして近年、安全運転支援の観点からも、この装置のニーズが高まっている。 2. Description of the Related Art A head-up display device that projects an image on a windshield of a vehicle and displays the projected image as a virtual image that is superimposed on a front landscape is known. This device is recognized as a useful video display device because it requires little movement of the viewpoint, particularly for a driver who needs to look closely ahead. In recent years, the need for this device is increasing from the viewpoint of safe driving support.
運転者に対して、前方の風景と重畳された虚像を、より違和感なく、かつ臨場感あるものとするために、立体的な虚像を表示する提案がされている。立体的な映像を見せるためには、右目用の映像と左目用の映像を左右それぞれの目にそれぞれ入射させる。左右それぞれの映像が、人間の脳において合成されることで、立体的な映像が見えるようになる。 In order to make the virtual image superimposed on the scenery in front of the driver more uncomfortable and realistic, a proposal has been made to display a stereoscopic virtual image. In order to show a three-dimensional image, a right-eye image and a left-eye image are incident on the left and right eyes, respectively. Three-dimensional images can be seen by combining the left and right images in the human brain.
特許文献1には、光学ユニットから投影される映像をハーフミラーにより反射させ、観察者の視点からハーフミラーによる虚像として立体的な映像を視認可能にした虚像表示装置が開示されている。特許文献1の虚像表示装置では、映像表示用の表示素子、表示素子を照明する光源、および、表示素子に表示された映像を投影する投射レンズよりなる投射光学系が、観察者の左右眼に対応して2組設けられる。さらに、2組の投射光学系による映像の結像位置に、レンズ群が配設されている。このレンズ群は、投射レンズの射出瞳と観察者の視点とが共役の関係になるような集光用フレネルレンズと、観察者の左右眼の内の一方の視点への光線が他方の視点に映り込まない程度に拡散するマイクロレンズアレイとからなる。
しかしながら、特許文献1の方法では、立体的な虚像を生成させるために、左目用の映像と右目用の映像を左右それぞれの目に投射する際に、左目用と右目用の2組の光学系を必要としている。そのため、高価な光学部品が2組ずつ必要となり、装置価格は高価なものとなっていた。さらに、映像を結像するために、各種レンズ群を必要としている。光学レンズは高価な部品であり、例えば、凹面鏡や凸面鏡などの光学部品と比べるとたいへん高価な部品である。このことからも装置価格は高価なものとなっていた。
However, in the method of
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、観察者が立体映像を視認する虚像表示装置において、左目用と右目用にそれぞれ投射する映像の2つの光路を、光学レンズを使用しない1組の光学系で実現することによって、装置の低価格化を実現することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide two optical paths for images projected respectively for the left eye and the right eye in a virtual image display device in which a viewer visually recognizes a stereoscopic image. By realizing with one set of optical systems that do not use a lens, the cost of the apparatus is reduced.
本発明の虚像表示装置は、観察者が立体映像を視認する虚像表示装置において、左目用の映像と右目用の映像とを投射する表示機と、前記左目用の映像と前記右目用の映像とを反射する凸面鏡と、前記凸面鏡に反射した前記左目用の映像と前記右目用の映像とを反射する凹面鏡と、を有し、前記凸面鏡と前記凹面鏡とは、それぞれ、前記左目用の映像を反射する左目用反射部と前記右目用の映像を反射する右目用反射部とを有する一体構造を有する、虚像表示装置である。 The virtual image display device of the present invention is a virtual image display device in which an observer visually recognizes a stereoscopic image, a display device that projects a left eye image and a right eye image, the left eye image, and the right eye image. And a concave mirror that reflects the left-eye image and the right-eye image reflected by the convex mirror, and the convex mirror and the concave mirror respectively reflect the left-eye image. A virtual image display device having an integral structure including a left-eye reflecting portion and a right-eye reflecting portion that reflects the right-eye image.
本発明によれば、観察者が立体映像を視認する虚像表示装置において、左目用と右目用にそれぞれ投射する映像の2つの光路を、光学レンズを使用しない1組の光学系で実現することによって、装置の低価格化を実現することができる。 According to the present invention, in a virtual image display device in which an observer visually recognizes a stereoscopic image, by realizing two optical paths of images projected for the left eye and the right eye, respectively, with a set of optical systems that do not use an optical lens. The price of the apparatus can be reduced.
以下、図を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。
(第1の実施形態)
(構造の説明)
図1に、本発明の第1の実施形態の虚像表示装置であるヘッドアップディスプレイ装置の構造を示す。図1では、装置の筐体部分など、本実施形態に影響のない部分については省略している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the preferred embodiments described below are technically preferable for carrying out the present invention, but the scope of the invention is not limited to the following.
(First embodiment)
(Description of structure)
FIG. 1 shows the structure of a head-up display device that is a virtual image display device according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, portions that do not affect the present embodiment, such as the housing portion of the apparatus, are omitted.
図1に示すように、本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置は、光源となる表示機1を備える。表示機1からは、左目用の映像情報の光線2Lと、右目用の映像情報の光線2Rとからなる映像情報が投射される。この映像情報を投射する先には、光学ユニット3が備えられている。光学ユニット3は、凹面鏡31と凸面鏡32とを備える。凹面鏡31と凸面鏡32とは、それぞれ、左目用の映像情報の光線2Lと右目用の映像情報の光線2Rとを反射する、左目用反射部33L、34Lと、右目用反射部33R、34Rとを有する。
As shown in FIG. 1, the head-up display device of the present embodiment includes a
なお、装置外形の制約などで映像情報の光路を折り曲げたり、折り畳んだりする必要がある場合には、光学ユニット3に複数枚の鏡を追加することができる。 If the optical path of the video information needs to be folded or folded due to restrictions on the outer shape of the apparatus, a plurality of mirrors can be added to the optical unit 3.
光学ユニット3の先には、透明あるいは半透明なガラスなどで形成されるウィンドシールド4を備える。ウィンドシールド4の先には観察者5がいて、観察者5の左目5Lおよび右目5Rに、ウィンドシールド4で反射された左目用の映像情報の光線2Lと右目用の映像情報の光線2Rとがそれぞれ入射する。なお、ウィンドシールド4の形状は、自由曲面を有することができるが、説明を簡潔にするために、ここでは平面として扱う。
(動作の説明)
まず表示機1による映像情報の投射から説明する。図2に示す表示機1は、レーザ光やDLP(Digital Light Processing)(登録商標)などの方法が可能であり、本実施形態では特定の方法に制約されない。また、表示機1からの映像情報の投射を、左目用の映像情報の光線2Lと右目用の映像情報の光線2Rとの2つに分割する方法は、ハーフミラーを利用する方法や偏光を利用する方法が可能であり、本実施形態では特定の方法に制約されない。
At the tip of the optical unit 3, a
(Description of operation)
First, the projection of video information by the
表示機1からの映像情報の投射を、左目用の映像情報の光線2Lと右目用の映像情報の光線2Rとの2つに分割する際には、表示機1の表示を左右に分割し、表示機1の左側から左目用の映像情報1Lを、右側から右目用の映像情報1Rを投射することができる。このとき、左目用の映像情報の光線2Lに右目用の映像情報1Rが混ざらないように、あるいは、右目用の映像情報の光線2Rに左目用の映像情報1Lが混ざらないように、表示機1において、もしくは表示機1と光学ユニットの間において、偏光板により左右の映像情報に指向性を与えることなどができる(図1、図2中に記載なし)。
When dividing the projection of the video information from the
なお、装置内に表示機1を組み込む際、表示機1の上下の向きを変えた場合は、投射する映像の左右を入れ替えることで対応することができる。
In addition, when incorporating the
次に、表示機1から投射された映像情報が光学ユニット3に入射してからの動作について説明する。図3は、本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置を側面から見た構造を示す図である。図3に示すように、表示機1から投射された映像情報は、凸面鏡32で反射され、凹面鏡31へ向かう。このとき、映像情報の光線は、凹面鏡31に入射するまでの間に、凸面鏡の曲率に従って拡大される。さらに、映像情報の光線は、凹面鏡31で反射された後、凹面鏡の曲率に従って縮小される。
Next, an operation after the video information projected from the
なお、図3は、映像情報の光線の縦方向の拡大と縮小の様子を示しているが、凸面鏡32と凹面鏡31とは、球面あるいは非球面の曲面を有し、横方向、すなわち、図3の奥行き方向にも、同様の拡大と縮小は行われる。
Note that FIG. 3 shows how the light rays of the video information are enlarged and reduced in the vertical direction. However, the convex mirror 32 and the
またこのとき、図1に示すように、左目用の映像情報の光線2Lは、凹面鏡31と凸面鏡32の左目用反射部33L、34Lで反射され、右目用の映像情報の光線2Rは、凹面鏡31と凸面鏡32の右目用反射部33R、34Rで反射される。
At this time, as shown in FIG. 1, the left-eye image information beam 2L is reflected by the left-
光学ユニット3を通過した後の光線は、半透明なウィンドシールド4で、一部は透過して失われ、一部は反射してその反射光が目51まで到達する。これにより、観察者5は虚像を見ることができる。このとき、凹面鏡で映像を縮小させる角度が、そのまま観察者5が見る虚像の視野角となる。
The light beam that has passed through the optical unit 3 is transmitted through the
また、観察者5の目51の位置は、個々人で変化するため、図4に示すように、所望の範囲内で虚像が視認できる範囲であるEyebox(アイボックス)52を設けるよう光学ユニット3の光学設計を行うことができる。Eyebox52の中であれば、目51はどこに位置していても対象の像を視認できる。
In addition, since the position of the eye 51 of the
Eyebox52は、凸面鏡32や凹面鏡31の曲率半径や、部品間の距離により、その範囲を制御することができる。図3は、目51の瞳孔に入ってくる光線の経路を描いているが、実際には、表示機1からはある一定の立体角を有して光線は投射されている。この様々な角度の光線が、光学ユニット3の光学設計により、Eyebox52の範囲内に集められる。よって、Eyebox52の範囲内であれば、目51の位置が上下左右に移動しても、虚像を視認することができる。
The Eyebox 52 can control the range by the radius of curvature of the convex mirror 32 and the
Eyebox52の範囲は、以下の様に設定することができる。すなわち、人の左右の目の瞳孔間の距離は、平均で60〜65mmほどである。このため、左右の目ともに平均的な瞳孔の位置を中心として、左右方向としては、内側には30mm以下の範囲で、外側には任意の範囲で、設定することができる。また、上下方向としては、補正できないほどの歪みが映像に発生しない範囲で、左右方向の幅に対応した現実的な範囲、例えば、上側に30mm、下側に30mmなどの範囲で、設定することができる。 The range of Eyebox 52 can be set as follows. That is, the distance between the pupils of the left and right eyes of a person is about 60 to 65 mm on average. For this reason, the right and left eyes can be set within a range of 30 mm or less on the inner side and in an arbitrary range on the outer side with the average pupil position as the center for both the left and right eyes. In addition, the vertical direction is set in a range in which distortion that cannot be corrected does not occur in the video and in a realistic range corresponding to the width in the horizontal direction, for example, 30 mm on the upper side and 30 mm on the lower side. Can do.
ここまでの図3と図4を用いた動作の説明では、映像情報の光線について、左右の目に分割することなく説明した。立体的な映像を視認するためには、右目用の映像情報と左目用の映像情報を、左右それぞれの目にそれぞれ入射させる必要がある。そのためには、左目用と右目用の光線の光路がそれぞれ必要となる。以下では、本実施形態の特徴である、左目用と右目用の2つの光路を1組の光学ユニットだけで実現する例について説明する。 In the description of the operation using FIGS. 3 and 4 so far, the light of the video information has been described without being divided into the left and right eyes. In order to visually recognize a three-dimensional video, it is necessary to make the video information for the right eye and the video information for the left eye enter each of the left and right eyes. For that purpose, the optical paths of the light beams for the left eye and the right eye are required. Below, the example which implement | achieves the two optical paths for left eyes and right eyes which are the characteristics of this embodiment only by one set of optical units is demonstrated.
2つの光路を1組の光学ユニットで実現するために、光学ユニット3の要素である凹面鏡31と凸面鏡32の配置において特徴を有する。図5は、ヘッドアップディスプレイ装置の右目用の映像情報の光路を上方から見た図である。図5では、図1の光学ユニット3の、凹面鏡31の右目反射部33Rに対応する部分を凹面鏡31R、凸面鏡32の右目反射部34Rに対応する部分を凸面鏡32Rとする。なお、図5ではウィンドシールドは省略している。
In order to realize the two optical paths with one set of optical units, the arrangement of the
図5の構成では、凹面鏡31Rの曲率半径の中心点31C、および、凸面鏡32Rの曲率半径の中心点32Cが、図1の観察者5が光学ユニット3の真正面に位置した時に、観察者5の左右の目の瞳孔を結ぶ直線の中心を含み、当該直線に垂直な面(以降、センター面7と呼ぶ)の面内に位置する。
In the configuration of FIG. 5, when the center point 31C of the radius of curvature of the concave mirror 31R and the center point 32C of the radius of curvature of the convex mirror 32R are positioned in front of the optical unit 3, the
中心点31C、および、中心点32Cが、センター面7面内に位置することによって、右目用の画像情報1Rは右目5Rでのみ視認される。すなわち、凹面鏡31Rおよび凸面鏡32Rにより、表示機1から投射された右目用の映像情報1Rは、Eyebox52Rに向かって、一定の指向性を持った光線として右目5Rに到達する。このとき、光線が指向性を持っているため、Eyebox52Rから外れた位置に位置する左目(図5中には記載なし)では、右目用の映像情報1Rを視認することができない。
Since the center point 31C and the center point 32C are located in the center plane 7, the image information 1R for the right eye is visually recognized only by the right eye 5R. That is, the image information 1R for the right eye projected from the
この一定の指向性とは、図5の構成において、右目用の映像情報1Rが、右目用の光路21Rに沿ってEyebox52Rに達した時に、センター面7を挟んで右側にはみ出さない程度の指向性であればよい。そして、この指向性は、前述のように、表示機1において、もしくは表示機1と光学ユニットの間において、偏光板により左右の映像情報にそれぞれ与えることができる。
This constant directivity is such that the right-eye video information 1R does not protrude rightward across the center plane 7 when the right-eye video information 1R reaches the Eyebox 52R along the optical path 21R for the right eye. If it is sex. This directivity can be given to the left and right video information by the polarizing plate in the
すなわち、中心点31C、および、中心点32Cが、センター面7の面内に位置することによって、右目用の光路21Rは、Eyebox52Rの位置では、センター面7を挟んでEyebox52Rの位置の反対側に到達しないようにすることができる。 That is, since the center point 31C and the center point 32C are located within the plane of the center surface 7, the optical path 21R for the right eye is opposite to the position of the Eyebox 52R across the center surface 7 at the position of the Eyebox 52R. It can be prevented from reaching.
一方、図5において、中心点31C、もしくは、中心点32Cが、センター面7に対して右側にずれると、右目用の光路21Rが、Eyebox52Rの位置に対して、センター面7を挟んで反対側に到達する場合が生じる。この場合、図5には記載されていない左目が、右目用の映像情報1Rを視認することになる。ただし、この場合も、Eyebox52Rを狭くすることで、左目が右目用の映像情報1Rを視認することを防ぐことはできる。しかしながら、Eyebox52Rの設計の自由度を狭めることになる。 On the other hand, in FIG. 5, when the center point 31C or the center point 32C is shifted to the right side with respect to the center surface 7, the optical path 21R for the right eye is opposite to the position of the Eyebox 52R across the center surface 7 May occur. In this case, the left eye not shown in FIG. 5 visually recognizes the video information 1R for the right eye. However, also in this case, it is possible to prevent the left eye from visually recognizing the video information 1R for the right eye by narrowing the Eyebox 52R. However, the degree of freedom in designing the Eyebox 52R is narrowed.
凹面鏡31Rと凸面鏡32Rの実際の配置に際し、それぞれの鏡の曲率半径や、表示機1から観察者5の右目5Rまでの光路長などについての光学設計は、装置のサイズや設置の仕方などの個別の要求に対応して、実施することができる。また、このとき、Eyebox52Rのサイズは、センター面7を超えない範囲に留めることができる。これにより、右目用の映像情報を、右目のみに入射させることができる。
When the concave mirror 31R and the convex mirror 32R are actually arranged, the optical design of the radius of curvature of each mirror and the optical path length from the
以上、図5を用いて、右目5Rに対する光学ユニットの配置を明らかにした。次に、図6に示すように、図5に対してセンター面7で面対称となる位置に、左目5Lに対する光学ユニットを配置する。これにより、凹面鏡31Rと凹面鏡31L、および、凸面鏡32Rと凸面鏡32Lは、それぞれ共通の中心点、すなわち、凹面鏡の中心点31C、および、凸面鏡の中心点32Cを有する。
The arrangement of the optical unit with respect to the right eye 5R has been clarified using FIG. Next, as shown in FIG. 6, the optical unit for the
よって、凹面鏡31Rと凹面鏡31L、および、凸面鏡32Rと凸面鏡32Lは、それぞれ同じ曲率半径を有し、凹面鏡31、および、凸面鏡32の一部とすることができる。すなわち、凹面鏡31Rと凹面鏡31L、および、凸面鏡32Rと凸面鏡32Lは、それぞれ一つの部品である凹面鏡31、および、凸面鏡32とすることができる。
Accordingly, the concave mirror 31R and the concave mirror 31L, and the convex mirror 32R and the convex mirror 32L have the same radius of curvature, and can be part of the
図6の構成によれば、右目用の画像情報1Rは右目用の光路21Rにより右目5Rのみで視認され、左目用の画像情報1Lは左目用の光路21Lにより左目5Lのみで視認される。 According to the configuration of FIG. 6, the image information 1R for the right eye is visually recognized only by the right eye 5R through the optical path 21R for the right eye, and the image information 1L for the left eye is visually recognized only by the left eye 5L by the optical path 21L for the left eye.
凹面鏡31、および、凸面鏡32をガラスで製造する場合、図6の構成によれば、凹面鏡31Rと凹面鏡31L、および、凸面鏡32Rと凸面鏡32は、それぞれ、同じ曲率半径で滑らかに接続された形状となるため、製造が容易となる。また、凹面鏡31、および、凸面鏡32を樹脂で製造する場合、ガラスの場合よりも複雑な形状であっても製造が容易ではあるが、凹面鏡31Rと凹面鏡31L、および、凸面鏡32Rと凸面鏡32は、それぞれ、滑らかに接続された形状となるため、製造が容易となる。
When the
以上では、凹面鏡31Rと凹面鏡31L、および、凸面鏡32Rと凸面鏡32は、それぞれ、同じ曲率半径を有する球面形状の場合で説明したが、球面形状に限定はされない。凹面鏡31Rと凹面鏡31L、および、凸面鏡32Rと凸面鏡32は、非球面形状の場合も、それぞれ、センター面7を介して左右対称とすることによって、凹面鏡31Rと凹面鏡31L、および、凸面鏡32Rと凸面鏡32は、それぞれ、滑らかに接続されることができる。これによって、ガラスや樹脂を材料として、一体型の凹面鏡31、および、凸面鏡32として製造が容易となる。
In the above description, the concave mirror 31R and the concave mirror 31L, and the convex mirror 32R and the convex mirror 32 are described as spherical shapes having the same radius of curvature, but the spherical shape is not limited. The concave mirror 31R and the concave mirror 31L, and the convex mirror 32R and the convex mirror 32, even in the case of an aspherical shape, are symmetric with respect to each other via the center surface 7, so that the concave mirror 31R and the concave mirror 31L and the convex mirror 32R and the convex mirror 32 are provided. Can be connected smoothly. This facilitates the manufacture of the integrated
以上より、本実施形態によれば、観察者が立体映像を視認する虚像表示装置において、左目用と右目用にそれぞれ投射する映像の2つ光路を、光学レンズを使用しない1組の光学系で実現することができ、装置の低価格化を実現することができる。
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態として、チルト駆動機構を有する鏡を付加することで、Eyeboxの位置を上下左右に移動可能にした虚像表示装置について説明する。本実施形態の虚像表示装置は、Eyeboxの位置の調整可能なヘッドアップディスプレイ装置である。
As described above, according to the present embodiment, in the virtual image display device in which the observer visually recognizes a stereoscopic image, the two optical paths of the images projected respectively for the left eye and the right eye are formed by a set of optical systems that do not use an optical lens. It can be realized, and the price of the apparatus can be reduced.
(Second Embodiment)
As a second embodiment of the present invention, a virtual image display device will be described in which a mirror having a tilt drive mechanism is added to make the Eyebox position vertically and horizontally movable. The virtual image display device of the present embodiment is a head-up display device in which the position of the Eyebox can be adjusted.
人の目の位置は個々人でばらばらであり、全ての人の目の位置を想定したEyeboxの位置や大きさを実現しようとすると、装置サイズが大きくなってしまう。そのため、Eyeboxの位置を移動可能とすることは、装置サイズを抑えたまま、多くの観察者に対して、立体虚像を個々人の目に適した位置へ調整することを可能とする。Eyeboxの位置を調整する方法としては、観察者自身がボタンやツマミなどを手動で操作して調整する方法や、センサーを用いて観察者の目の位置を自動で検出し、自動で調整する方法などが可能である。 The positions of human eyes vary from person to person, and if the position and size of the Eyebox assuming the positions of the eyes of all persons are to be realized, the apparatus size becomes large. Therefore, enabling the position of the Eyebox to be moved allows a large number of observers to adjust the stereoscopic virtual image to a position suitable for the eyes of each individual while suppressing the apparatus size. As a method of adjusting the position of the Eyebox, a method in which the observer himself / herself manually operates a button or a knob or the like, a method in which the position of the observer's eyes is automatically detected using a sensor, and an automatic adjustment is performed. Etc. are possible.
図7は、本発明の第2の実施形態のヘッドアップディスプレイ装置の構造を示す。図7に示すように、凹面鏡31および凸面鏡32を用いた光学ユニットの構成は、第1の実施形態と同じである。図7では、さらに、表示機1から投射された光線を凸面鏡32に向けて反射する鏡8R、8L、および、鏡8R、8Lをチルトさせるための駆動ユニット9A、9B、および、回転軸10R、10Lを備える。さらに、凹面鏡31をチルトさせるための駆動ユニット9V、および、回転軸10Vを備える。
FIG. 7 shows the structure of a head-up display device according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, the configuration of the optical unit using the
まず、Eyeboxの位置を左右方向に移動させる動作について説明する。説明を簡潔にするため、右目5Rの光路を例に説明する。鏡8Rを駆動ユニット9Rによって回転軸10Rを中心にチルトさせる。これにより、鏡8R以降の光路全体が傾き、最終的に観察者5の位置に投射される光線位置が左右方向に移動する。図8に示すように、右目5RのEyebox52Rを、左右移動方向53Rの方向に、鏡8Rでのチルト量に従って移動させることができる。同様に、鏡8Lをチルトさせることで、左目5LのEyebox52Lも左右方向に移動させることができる。Eyebox52RとEyebox52Lとは、独立に移動させることができる。
First, an operation for moving the position of the Eyebox in the left-right direction will be described. In order to simplify the description, the optical path of the right eye 5R will be described as an example. The mirror 8R is tilted about the rotation axis 10R by the drive unit 9R. As a result, the entire optical path after the mirror 8R is tilted, and the position of the light beam finally projected to the position of the
次に、Eyeboxの位置を上下方向に移動させる動作について説明する。基本的な動作は左右方向と同じで、凹面鏡31を駆動ユニット9Vによって回転軸10Vを中心にチルトさせる。これにより、凹面鏡31以降の光路全体が傾き、最終的に観察者5の位置に投射される光線位置が上下方向に移動する。図8に示すように、Eyebox52R、52Lは共に上下移動方向53Vの方向へ、凹面鏡31でのチルト量に従って移動させることができる。
Next, an operation for moving the Eyebox position in the vertical direction will be described. The basic operation is the same as that in the left-right direction, and the
なお、左右方向では、鏡をチルトさせる方向が左右の目で同じ場合も反対の場合もあるため、2枚の鏡を独立にチルトさせる必要があった。一方、上下方向については、同じ方向のチルトで良いため、左目用と右目用の2つの光線を反射している凹面鏡31の1枚をチルトさせることで対応することができる。
In the left-right direction, the mirror tilting direction may be the same or opposite for the left and right eyes, so it was necessary to tilt the two mirrors independently. On the other hand, since the tilt in the same direction is sufficient for the vertical direction, it can be dealt with by tilting one of the
本実施形態の変形例として、鏡8L、8Rに2軸の駆動ユニットを設けることで、図7の構造と同様のEyeboxの位置調整が可能である。図9に、本実施形態の変形例である、2軸の駆動ユニットを設けたヘッドアップディスプレイ装置の構造を示す。 As a modification of this embodiment, by providing a biaxial drive unit on the mirrors 8L and 8R, the position of the Eyebox similar to the structure of FIG. 7 can be adjusted. FIG. 9 shows a structure of a head-up display device provided with a biaxial drive unit, which is a modification of the present embodiment.
図9に示すように、凹面鏡31および凸面鏡32を用いた光学ユニットの構成、および、表示機1から投射された光線を凸面鏡32に向けて反射する鏡8R、8L、および、鏡8R、8Lをチルトさせるための駆動ユニット9A、9B、および、回転軸10R、10Lは、図7の構造と同じである。
As shown in FIG. 9, the configuration of the optical unit using the
図9では、図7の凹面鏡31に連結した駆動ユニット9Vおよび回転軸10Vを、鏡8L、8Rをチルトさせる駆動ユニット9L、9Rに連結させる。このとき、回転軸10Vは駆動ユニット9L、9Rを同時にチルトさせられるように連結する。駆動ユニット9Vによって、回転軸10Vを中心に、駆動ユニット9L、9Rおよび回転軸10L、10Rおよび鏡8L、8Rの全てを同時にチルトさせる。このような機構により、鏡8L、8Rは2方向にチルトできるようになり、図7の構造と同様に、Eyeboxの位置を左右方向、および、上下方向に調整することができるようになる。
In FIG. 9, the
以上より、本実施形態によれば、観察者が立体映像を視認する虚像表示装置において、左目用と右目用にそれぞれ投射する映像の2つ光路を、光学レンズを使用しない1組の光学系で実現することができ、装置の低価格化を実現することができる。 As described above, according to the present embodiment, in the virtual image display device in which the observer visually recognizes a stereoscopic image, the two optical paths of the images projected respectively for the left eye and the right eye are formed by a set of optical systems that do not use an optical lens. It can be realized, and the price of the apparatus can be reduced.
本発明は上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものであることはいうまでもない。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible within the scope of the invention described in the claims, and it is also included within the scope of the present invention. Not too long.
1 表示機
1L 左目用の映像情報
1R 右目用の映像情報
2L 左目用の映像情報の光線
2R 右目用の映像情報の光線
21L 左目用の光路
21R 右目用の光路
3 光学ユニット
31、31L、31R 凹面鏡
31C 凹面鏡の中心点
32、32L、32R 凸面鏡
32C 凸面鏡の中心点
33L、34L 左目用反射部
33R、34R 右目用反射部
4 ウィンドシールド
5 観察者
5L 左目
5R 右目
51 目
52、52L、52R Eyebox
6 虚像
7 センター面
8L、8R 鏡
9L、9R、9V 駆動ユニット
10L、10R、10V 回転軸
DESCRIPTION OF
6 Virtual image 7 Center surface 8L,
Claims (4)
左目用の映像情報を含む左目用の指向性を有する映像と右目用の映像情報を含む右目用の指向性を有する映像とをそれぞれ左目用の領域と、右目用の領域とに分割して投射可能な投射面を有する表示機と、
前記左目用の映像と前記右目用の映像とを反射する凸面鏡と、
前記凸面鏡に反射した前記左目用の映像と前記右目用の映像とを反射する凹面鏡と、を有し、
前記観察者の左目と右目とを結ぶ直線の中心を含み前記直線に垂直な面内に、前記凸面鏡および前記凹面鏡のそれぞれの曲率半径の中心点が位置する場合、
前記垂直な面に対して左右対称な前記左目用の映像の光路Lと前記右目用の映像の光路Rとのうち、前記光路Lが前記観察者の左目用のアイボックス内に前記左目用の映像を投射し、前記光路Rが前記観察者の右目用のアイボックス内に前記右目用の映像を投射することにより前記左目用のアイボックスと前記右目用のアイボックスとが分離される
虚像表示装置。 In observer virtual image display device capable of binocular stereopsis the image movies,
The left-eye directivity image including the left-eye image information and the right-eye directivity image including the right-eye image information are divided into the left-eye region and the right-eye region , respectively. A display having a projecting projection surface;
A convex mirror that reflects the image for the left eye and the image for the right eye;
A concave mirror that reflects the left-eye image and the right-eye image reflected by the convex mirror ;
When the center points of the respective curvature radii of the convex mirror and the concave mirror are located in a plane that includes the center of the straight line connecting the left eye and the right eye of the observer and is perpendicular to the straight line,
Of the optical path L for the image for the left eye and the optical path R for the image for the right eye that are symmetrical with respect to the vertical plane, the optical path L is in the eye box for the left eye of the left eye of the observer. The left eye eye box and the right eye eye box are separated by projecting an image, and the optical path R projects the right eye image into the right eye eye box of the observer.
Virtual image display device.
前記表示機から投射された前記右目用の映像を、前記凸面鏡に向けて反射する右目用の鏡と、
前記左目用の鏡を、前記左目用の映像を前記左目用のアイボックスの左右方向の範囲内に、および前記右目用の鏡を、前記右目用の映像を前記右目用のアイボックスの左右方向の範囲内にそれぞれ独立に入射可能に、前記左目用の鏡を回転駆動する第1の駆動ユニットおよびその回転中心となる第1の回転軸と、
前記右目用の鏡を回転駆動する第2の駆動ユニットおよびその回転中心となる第2の回転軸と、
前記凹面鏡を、前記左目用の映像と前記右目用の映像とを、それぞれ前記左目用のアイボックスと前記右目用のアイボックスとの上下方向の範囲内に共に入射可能に、前記凹面鏡を回転駆動する第3の駆動ユニットおよびその回転中心となる第3の回転軸と、
をさらに備え、
前記左目用のアイボックスと前記右目用のアイボックスは、上下左右に移動する、請求項1記載の虚像表示装置。 A mirror for the left eye that reflects the image for the left eye projected from the display toward the convex mirror;
A mirror for the right eye that reflects the image for the right eye projected from the display toward the convex mirror;
The left-eye mirror, the left-eye image within the left-right range of the left-eye eye box, and the right-eye mirror, the right-eye image, the right-eye direction of the right-eye eye box A first drive unit that rotationally drives the left-eye mirror and a first rotation shaft that serves as the center of rotation thereof so that they can be incident independently within the range of
A second drive unit that rotationally drives the right-eye mirror, and a second rotation shaft that serves as the center of rotation;
The concave mirror is rotationally driven so that the left-eye image and the right-eye image can be incident on the left-eye eye box and the right-eye eye box in the vertical range, respectively. A third drive unit and a third rotation shaft serving as the center of rotation thereof;
Further comprising
Wherein the eye box for the left eye eye box for the right eye is moved vertically and horizontally, the virtual image display device according to claim 1 Symbol placement.
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