JP6333007B2 - Virtual image display device - Google Patents

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JP6333007B2 JP2014055018A JP2014055018A JP6333007B2 JP 6333007 B2 JP6333007 B2 JP 6333007B2 JP 2014055018 A JP2014055018 A JP 2014055018A JP 2014055018 A JP2014055018 A JP 2014055018A JP 6333007 B2 JP6333007 B2 JP 6333007B2
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本発明は、観察者に虚像を視認させる虚像表示装置に関する。   The present invention relates to a virtual image display device that allows an observer to visually recognize a virtual image.

車両に搭載され、運転者に虚像を視認させる車両用ヘッドアップディスプレイが知られている。特許文献1は、虚像の表示距離を可変とするために、光源と、光源からの光を2次元に走査する走査手段と、走査光を結像するスクリーンと、スクリーン上の映像を投影する投影手段と、スクリーンの位置を可変とする可動機構とを備える車両用ヘッドアップディスプレイ装置を記載している。また、特許文献1では、投影手段として球面凹面鏡、非球面凹面鏡、自由曲面鏡、フロントシールドが開示されており、さらに走査手段が投影手段の焦点位置近傍に配置されることが開示されている。   There is known a vehicle head-up display that is mounted on a vehicle and allows a driver to visually recognize a virtual image. Patent Document 1 discloses a light source, a scanning unit that scans light from the light source two-dimensionally, a screen that forms an image of the scanning light, and a projection that projects an image on the screen in order to make the display distance of a virtual image variable. A vehicle head-up display device comprising means and a movable mechanism for changing the position of the screen is described. Patent Document 1 discloses a spherical concave mirror, an aspherical concave mirror, a free-form curved mirror, and a front shield as projection means, and further discloses that the scanning means is arranged near the focal position of the projection means.

特開2009−150947号公報JP 2009-150947 A

特許文献1においては、段落0042に記載されているように、スクリーンの位置を変化させて運転者から虚像までの表示距離を変えた場合に、虚像のサイズが一定となる。しかし、虚像サイズが一定であるため、運転者の目から虚像までの表示距離が長くなる場合には、運転者が視認する見た目上の虚像サイズは小さくなってしまう。また、スクリーンの中心に投影された画像と、中心から離れた位置に投影された画像とが虚像として視認される場合に、両者の輝度が異なってしまう、即ち、いわゆる輝度ムラが生じてしまうという問題がある。   In Patent Document 1, as described in Paragraph 0042, when the display distance from the driver to the virtual image is changed by changing the position of the screen, the size of the virtual image is constant. However, since the virtual image size is constant, when the display distance from the driver's eyes to the virtual image becomes long, the apparent virtual image size visually recognized by the driver becomes small. Further, when an image projected at the center of the screen and an image projected at a position away from the center are visually recognized as virtual images, the brightness of the two is different, that is, so-called brightness unevenness occurs. There's a problem.

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、運転者の目から虚像までの表示距離が長くなっても虚像が小さく見えることがなく、輝度ムラの少ない虚像表示装置を提供することを主な目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and a virtual image display device in which a virtual image does not appear small even when a display distance from a driver's eyes to a virtual image becomes long and luminance unevenness is small. The main purpose is to provide

請求項に記載の発明は、観察者に虚像を視認させる虚像表示装置であって、光源からの光を走査する走査手段と、前記走査手段により走査される走査光が入射するスクリーンと、前記スクリーン上の像を構成する光を集光しながら反射する反射手段と、前記スクリーンを、前記走査手段と前記反射手段との間で移動させる第1駆動手段と、を備え、前記スクリーンは、当該スクリーンの入射面への光の入射角と、前記入射面に対する法線を挟んで反対側であり、かつ前記入射角と同一角度である透過角の方向に、透過光の強度が最大となるように前記光を透過し、前記透過角の方向から離れるに伴い前記透過光の強度を徐々に低下させる特性を有することを特徴とする。

The invention described in claim is a virtual image display device that allows an observer to visually recognize a virtual image, a scanning unit that scans light from a light source, a screen on which scanning light scanned by the scanning unit is incident, and the screen Reflecting means for reflecting while condensing the light constituting the upper image, and first driving means for moving the screen between the scanning means and the reflecting means, the screen comprising the screen The intensity of the transmitted light is maximized in the direction of the transmission angle that is opposite to the incident angle of the light incident surface and the normal to the incident surface and is the same angle as the incident angle. It has a characteristic of transmitting the light and gradually decreasing the intensity of the transmitted light as it moves away from the direction of the transmission angle .

第1実施例に係る虚像表示装置の構成を示す。1 shows a configuration of a virtual image display device according to a first embodiment. スクリーンの特性を模式的に示す図である。It is a figure which shows the characteristic of a screen typically. 虚像距離が異なる場合の表示例を示す。The example of a display in case a virtual image distance differs is shown. 第2実施例に係る虚像表示装置の構成を示す。The structure of the virtual image display apparatus which concerns on 2nd Example is shown.

本発明の好適な実施形態では、観察者に虚像を視認させる虚像表示装置は、光源からの光を走査する走査手段と、前記走査手段により走査される走査光が入射するスクリーンと、前記スクリーン上の像を構成する光を集光しながら反射する反射手段と、前記スクリーンを、前記走査手段と前記反射手段との間で移動させる第1駆動手段と、を備え、前記走査手段は、当該走査手段と前記観察者の目の位置とが光学的に共役の関係となる位置に配置される。   In a preferred embodiment of the present invention, a virtual image display device that allows an observer to visually recognize a virtual image includes a scanning unit that scans light from a light source, a screen on which scanning light scanned by the scanning unit is incident, And reflecting means for collecting and reflecting the light constituting the image, and first driving means for moving the screen between the scanning means and the reflecting means, and the scanning means includes the scanning The means and the position of the eyes of the observer are arranged at a position where the optically conjugate relationship is established.

上記の虚像表示装置では、光源からの光を走査手段が走査することにより、スクリーン上に像が形成される。スクリーン上の像に対応する走査光は反射手段により反射されて観察者の目に至る。これにより、観察者はスクリーン上の像に対応する虚像を視認する。スクリーンを走査手段と反射手段との間で移動させることにより、観察者が視認する虚像の位置が変化する。走査手段と観察者の目の位置とが光学的に共役の関係にあるので、虚像に輝度ムラが生じることがない。また、スクリーンを移動させて虚像の位置を変化させても虚像の画角が変わらないので、虚像を遠くに表示させた場合でも虚像の内容が見にくくなることがない。   In the virtual image display device described above, an image is formed on the screen by scanning light from the light source. The scanning light corresponding to the image on the screen is reflected by the reflecting means and reaches the eyes of the observer. Thereby, the observer visually recognizes a virtual image corresponding to the image on the screen. By moving the screen between the scanning means and the reflecting means, the position of the virtual image visually recognized by the observer changes. Since the scanning means and the position of the observer's eyes are optically conjugate, there is no occurrence of luminance unevenness in the virtual image. Further, since the angle of view of the virtual image does not change even if the position of the virtual image is changed by moving the screen, the content of the virtual image does not become difficult to see even when the virtual image is displayed far away.

好適には、前記スクリーンは、当該スクリーンの入射面への光の入射角と、前記入射面に対する法線を挟んで反対側であり、かつ前記入射角と同一角度である透過角の方向に、透過光の強度が最大となるように前記光を透過し、前記透過角の方向から離れるに伴い前記透過光の強度を徐々に低下させる特性を有する。   Preferably, the screen is opposite to the incident angle of light to the incident surface of the screen with respect to the normal to the incident surface, and in the direction of the transmission angle that is the same angle as the incident angle. The light is transmitted so that the intensity of the transmitted light is maximized, and the intensity of the transmitted light is gradually decreased as the distance from the direction of the transmission angle is increased.

上記の虚像表示装置では、前記第1駆動手段は、前記観察者が視認する前記虚像までの距離を伸ばす場合に、前記スクリーンと前記走査手段との距離を第1距離から、前記第1距離より短い第2距離に移動させればよい。   In the virtual image display device, when the distance to the virtual image visually recognized by the observer is increased, the first driving unit sets the distance between the screen and the scanning unit from the first distance to the first distance. What is necessary is just to move to a short 2nd distance.

上記の虚像表示装置では、前記観察者が視認する前記虚像の画角は、前記スクリーンと前記走査手段との距離によらず一定である。   In the virtual image display device, the angle of view of the virtual image visually recognized by the observer is constant regardless of the distance between the screen and the scanning unit.

上記の虚像表示装置の一態様は、前記観察者の目の位置を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された目の位置に応じて、前記走査手段を、当該走査手段と前記観察者の目の位置とが光学的に共役の関係となる位置に移動させる第2駆動手段と、を備える。この態様では、運転者の目の位置に応じて走査手段が自動的に移動されるので、走査手段を常に適切な位置に維持することができる。   According to one aspect of the virtual image display device, a detection unit that detects a position of the eyes of the observer, and the scanning unit according to the position of the eyes detected by the detection unit, the scanning unit and the observer Second driving means for moving to a position where the position of the eye is optically conjugate. In this aspect, since the scanning unit is automatically moved according to the position of the driver's eyes, the scanning unit can always be maintained at an appropriate position.

上記の虚像表示装置の他の一態様では、前記第2駆動手段は、前記走査手段、前記スクリーン及び前記第1駆動手段を含む投影部を駆動する。この態様では、走査手段を含む投影部全体を移動させるので、スクリーンと走査手段の距離が変化しない。よって、観察者が視認する虚像の画角への影響を小さくすることができる。   In another aspect of the virtual image display device, the second driving unit drives a projection unit including the scanning unit, the screen, and the first driving unit. In this aspect, since the entire projection unit including the scanning unit is moved, the distance between the screen and the scanning unit does not change. Therefore, the influence on the angle of view of the virtual image visually recognized by the observer can be reduced.

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

[第1実施例]
図1は、第1実施例に係る虚像表示装置の構成を示す。虚像表示装置10は、観察者に虚像を視認させる装置であり、光源1と、MEMS(Micro Electro Mechanical System)ミラー2と、スクリーン3と、アクチュエータ4と、凹面鏡コンバイナ5と、を備える。
[First embodiment]
FIG. 1 shows a configuration of a virtual image display apparatus according to the first embodiment. The virtual image display device 10 is a device that allows an observer to visually recognize a virtual image, and includes a light source 1, a MEMS (Micro Electro Mechanical System) mirror 2, a screen 3, an actuator 4, and a concave mirror combiner 5.

光源1は、レーザ光源などであり、観察者に視認させる画像を構成する光L1を出射する。MEMSミラー2は、光源1から出射された光L1を走査してスクリーン3上に2次元の画像(以下、「中間像」とも呼ぶ。)を投射する。MEMSミラー2から出射される走査光L2は、スクリーン3を透過して凹面鏡コンバイナ5に入射する。凹面鏡コンバイナ5は、凹面形状に形成されたハーフミラーであり、観察者の前方に配置される。凹面鏡コンバイナ5は、スクリーン3に投射された中間像を構成する走査光L2の一部を反射し、反射光L3として観察者の目の位置EPに到達させる。これにより、観察者は凹面鏡コンバイナ5の背後(観察者と反対側)に虚像VIを視認する。虚像VIは、スクリーン3に描画された中間像を、凹面鏡コンバイナ5の曲率に応じた倍率で拡大したものとなる。   The light source 1 is a laser light source or the like, and emits light L1 that constitutes an image visually recognized by an observer. The MEMS mirror 2 scans the light L1 emitted from the light source 1 and projects a two-dimensional image (hereinafter also referred to as “intermediate image”) onto the screen 3. Scanning light L2 emitted from the MEMS mirror 2 passes through the screen 3 and enters the concave mirror combiner 5. The concave mirror combiner 5 is a half mirror formed in a concave shape, and is disposed in front of the observer. The concave mirror combiner 5 reflects a part of the scanning light L2 constituting the intermediate image projected on the screen 3, and reaches the observer's eye position EP as reflected light L3. Thereby, the observer visually recognizes the virtual image VI behind the concave mirror combiner 5 (on the side opposite to the observer). The virtual image VI is obtained by enlarging the intermediate image drawn on the screen 3 at a magnification according to the curvature of the concave mirror combiner 5.

図2は、スクリーン3の透過特性を模式的に示す。スクリーン3は基本的に、入射光Liを拡散させる特性を有する。これに加えて、スクリーン3は、入射光Liが直進する方向で透過光Ltの強度が最大となり、直進方向から外れるに伴って透過光Ltの強度が徐々に低下する特性を有する。ここで、入射光Liと透過光Ltがスクリーン3の法線9に対してなす各をそれぞれ入射角θi、透過角θtとすると、スクリーン3は入射角θiと透過角θtとが等しくなる(θi=θt)特性を有する。即ち、スクリーン3は、スクリーン3の入射面への入射光Liの入射角θiと、前記入射面に対する法線9を挟んで反対側であり、かつ、前記入射角θiと同一角度である透過角θtの方向に、透過光Ltの強度が最大となるように入射光Liを透過し、透過角θtの方向から離れるに伴い透過光Ltの強度を徐々に低下させる特性を有する。   FIG. 2 schematically shows the transmission characteristics of the screen 3. The screen 3 basically has a characteristic of diffusing incident light Li. In addition to this, the screen 3 has a characteristic that the intensity of the transmitted light Lt becomes maximum in the direction in which the incident light Li travels straight, and the intensity of the transmitted light Lt gradually decreases as it deviates from the rectilinear direction. Here, if the incident light Li and the transmitted light Lt are respectively made with respect to the normal 9 of the screen 3 as the incident angle θi and the transmission angle θt, the incident angle θi and the transmission angle θt of the screen 3 are equal (θi = Θt) characteristic. That is, the screen 3 is opposite to the incident angle θi of the incident light Li on the incident surface of the screen 3 with respect to the normal line 9 with respect to the incident surface, and is the same transmission angle as the incident angle θi. The incident light Li is transmitted in the direction of θt so that the intensity of the transmitted light Lt is maximized, and the intensity of the transmitted light Lt is gradually reduced as the distance from the direction of the transmission angle θt increases.

アクチュエータ4は、MEMSミラー2と凹面鏡コンバイナ5との間で、スクリーン3を光L2の光軸に沿って、即ち、図1の矢印7の方向に移動する。これにより、虚像VIの位置、即ち、観察者の目の位置EPと虚像VIとの距離(以下、「虚像距離」と呼ぶ。)が変わる。具体的に、アクチュエータ4の動作によりスクリーン3をMEMSミラー2の方向に移動すると、虚像距離が長くなり、虚像VIは観察者から遠ざかる方向に移動する。一方、スクリーン3をMEMSミラー2と反対側、即ち凹面鏡コンバイナ5の方向に移動すると、虚像距離が短くなり、虚像VIは観察者に近づく方向に移動する。このように、アクチュエータ4を動作させてスクリーン3の位置を変えることにより、観察者が視認する虚像VIの位置を変えることができる。   The actuator 4 moves the screen 3 between the MEMS mirror 2 and the concave mirror combiner 5 along the optical axis of the light L2, that is, in the direction of the arrow 7 in FIG. Thereby, the position of the virtual image VI, that is, the distance between the observer's eye position EP and the virtual image VI (hereinafter referred to as “virtual image distance”) changes. Specifically, when the screen 3 is moved in the direction of the MEMS mirror 2 by the operation of the actuator 4, the virtual image distance becomes longer and the virtual image VI moves in a direction away from the observer. On the other hand, when the screen 3 is moved in the direction opposite to the MEMS mirror 2, that is, in the direction of the concave mirror combiner 5, the virtual image distance is shortened and the virtual image VI is moved in a direction approaching the observer. Thus, by operating the actuator 4 and changing the position of the screen 3, the position of the virtual image VI visually recognized by the observer can be changed.

上記の構成において、MEMSミラー2は本発明の走査手段の一例であり、凹面鏡コンバイナ5は本発明の反射手段の一例であり、アクチュエータ4は本発明の第1駆動手段の一例である。   In the above configuration, the MEMS mirror 2 is an example of the scanning unit of the present invention, the concave mirror combiner 5 is an example of the reflecting unit of the present invention, and the actuator 4 is an example of the first driving unit of the present invention.

本実施例では、凹面鏡コンバイナ5に対して、MEMSミラー2と、観察者の目の位置EPとが光学的に共役の関係となる位置に配置される点に特徴を有する。具体的には、図1に示すように、凹面鏡コンバイナ5とスクリーン3との距離を「a」、凹面鏡コンバイナ5と虚像VIとの距離を「b」、MEMSミラー2とスクリーン3との距離を「c]、観察者の目の位置EPと凹面鏡コンバイナ5との距離を「d」とし、凹面鏡コンバイナ5の焦点距離を「f」とすると、各要素は以下の式が成立するように配置される。   In this embodiment, the concave mirror combiner 5 is characterized in that the MEMS mirror 2 and the position EP of the observer's eyes are arranged in a position that is optically conjugate. Specifically, as shown in FIG. 1, the distance between the concave mirror combiner 5 and the screen 3 is “a”, the distance between the concave mirror combiner 5 and the virtual image VI is “b”, and the distance between the MEMS mirror 2 and the screen 3 is “C”, where the distance between the observer's eye position EP and the concave mirror combiner 5 is “d” and the focal length of the concave mirror combiner 5 is “f”, each element is arranged so that The

このように、MEMSミラー2と観察者の目の位置EPとが光学的に共役の関係となる場合、虚像VIには輝度ムラが生じない。さらに、虚像距離bを変化させるためにスクリーン3を移動させても、MEMSミラー2と凹面鏡5は固定されており、(a+c)は一定である。よって、スクリーン3を移動させても共役の関係が維持され、輝度は一定のままで輝度ムラが生じることはない。   In this way, when the MEMS mirror 2 and the position EP of the observer's eye are in an optically conjugate relationship, no luminance unevenness occurs in the virtual image VI. Furthermore, even if the screen 3 is moved to change the virtual image distance b, the MEMS mirror 2 and the concave mirror 5 are fixed, and (a + c) is constant. Therefore, even if the screen 3 is moved, the conjugate relationship is maintained, the luminance remains constant, and luminance unevenness does not occur.

さらに、MEMSミラー2と観察者の目の位置EPとが光学的に共役の関係にあることにより、虚像距離bに関係なく、虚像VIの画角が一定となる。以下、これについて説明する。式(1)において、a+c=kとおくと、式(2)が得られる。   Further, since the MEMS mirror 2 and the position EP of the observer's eye are optically conjugate, the angle of view of the virtual image VI is constant regardless of the virtual image distance b. This will be described below. In the equation (1), when a + c = k is established, the equation (2) is obtained.

MEMSミラー2の走査角に依存する定数(角度定数)を「A」とすると、スクリーン3上の中間像の大きさ(高さ)Hは式(3)で得られる。   When the constant (angle constant) depending on the scanning angle of the MEMS mirror 2 is “A”, the size (height) H of the intermediate image on the screen 3 can be obtained by Expression (3).

一方、凹面鏡コンバイナ5の拡大倍率を「M」とすると、虚像VIの大きさ(高さ)H’は、式(4)で得られる。   On the other hand, when the magnification of the concave mirror combiner 5 is “M”, the size (height) H ′ of the virtual image VI can be obtained by Expression (4).

中間像と虚像との関係から、a、b、fについて式(5)が成立する。   From the relationship between the intermediate image and the virtual image, Equation (5) is established for a, b, and f.

観察者から見た虚像の画角Fは、式(6)となる。   The angle of view F of the virtual image viewed from the observer is expressed by Equation (6).

ここで、式(2)〜(5)より、式(7)が得られる。   Here, Expression (7) is obtained from Expressions (2) to (5).

よって、式(6)〜(7)より、虚像VIの画角Fは式(8)で得られる。   Therefore, from the formulas (6) to (7), the angle of view F of the virtual image VI is obtained by the formula (8).

式(8)において、A、k、fはいずれも定数であるから、画角Fは一定となる。即ち、スクリーン3を移動しても、観察者が視認する虚像VIの画角Fは一定となる。   In equation (8), A, k, and f are all constants, so the angle of view F is constant. That is, even if the screen 3 is moved, the angle of view F of the virtual image VI visually recognized by the observer is constant.

このため、同じデザインの虚像を、虚像距離を変えて表示させる場合に、スクリーン3を移動させること以外には特別な処理をしなくても、適切な虚像サイズを保つことができる。   For this reason, when displaying the virtual image of the same design by changing the virtual image distance, an appropriate virtual image size can be maintained without performing any special processing other than moving the screen 3.

図3は、虚像距離を変えた場合の虚像の見え方を示す図である。図3(a)は虚像距離がD1の場合を示し、図3(b)は虚像距離がD2(<D1)の場合を示す。図3においては、観察者が見やすいように、前方車両との距離に対応するように虚像距離を設定している。図3から理解されるように、虚像VIの位置を変えるためにスクリーン3を移動させても、虚像VIの画角Fは変わらないので、虚像距離を長くして虚像VIを遠くに表示しても、虚像VIが小さくなって情報が読み取れないという不具合は生じない。さらに、虚像距離が長い場合と短い場合、即ち、虚像VIが遠い場合と近い場合とで、解像度が変化することもない。   FIG. 3 is a diagram illustrating how the virtual image looks when the virtual image distance is changed. FIG. 3A shows the case where the virtual image distance is D1, and FIG. 3B shows the case where the virtual image distance is D2 (<D1). In FIG. 3, the virtual image distance is set so as to correspond to the distance to the vehicle ahead so that the observer can easily see. As can be understood from FIG. 3, even if the screen 3 is moved to change the position of the virtual image VI, the angle of view F of the virtual image VI does not change, so the virtual image VI is displayed far away by increasing the virtual image distance. However, there is no problem that the virtual image VI becomes small and information cannot be read. Furthermore, the resolution does not change between when the virtual image distance is long and short, that is, when the virtual image VI is far and near.

以上のように、本実施例では、MEMSミラー2と観察者の目の位置EPとが光学的に共役の関係となるように各要素を配置している。よって、虚像VIに輝度ムラが生じることがない。また、スクリーン3を移動させて虚像距離を変えても虚像VIの画角Fが変わらないので、虚像VIを遠くに表示した場合に表示内容が見にくくなることがない。   As described above, in this embodiment, each element is arranged so that the MEMS mirror 2 and the position EP of the observer's eye have an optically conjugate relationship. Therefore, luminance unevenness does not occur in the virtual image VI. In addition, even if the virtual image distance is changed by moving the screen 3, the angle of view F of the virtual image VI does not change, so that the display content does not become difficult to see when the virtual image VI is displayed far away.

なお、上記の実施例はMEMSミラー2を使用しているが、その代わりに、ガルバノミラーを使用してもよい。また、凹面鏡コンバイナ5は、球面又は非球面の凹面を有する凹面鏡であってもよいし、フレネルレンズとミラーを組み合わせた拡大鏡であってもよい。   Although the MEMS mirror 2 is used in the above embodiment, a galvanometer mirror may be used instead. The concave mirror combiner 5 may be a concave mirror having a spherical or aspherical concave surface, or may be a magnifier combining a Fresnel lens and a mirror.

[第2実施例]
図4は、本発明の第2実施例に係る虚像表示装置の構成を示す。本実施例は、虚像表示装置を車両用のヘッドアップディスプレイ(HUD)50に適用したものである。図4において、車両はルーフ41と、フロントガラス(ウィンドシールド)42と、ダッシュボード43とを有する。HUD50は、車両のフロントガラス42を利用して虚像VIを観察者に視認させる。
[Second Embodiment]
FIG. 4 shows a configuration of a virtual image display apparatus according to the second embodiment of the present invention. In this embodiment, the virtual image display device is applied to a head-up display (HUD) 50 for a vehicle. In FIG. 4, the vehicle has a roof 41, a windshield (wind shield) 42, and a dashboard 43. The HUD 50 makes the observer visually recognize the virtual image VI by using the windshield 42 of the vehicle.

ダッシュボード43の内部には、投影部20と、凹面鏡25と、アクチュエータ26と、制御部28とが収容されている。投影部20は、光源21と、MEMSミラー22と、スクリーン23と、アクチュエータ24とを備える。投影部20内の各要素は基本的に第1実施例と同様である。即ち、スクリーン23はアクチュエータ24により矢印31の方向に移動可能となっている。さらに、本実施例では、投影部20全体がアクチュエータ26により矢印32の方向に移動可能となっている。また、車両のルーフ41にはカメラ27が取り付けられている。制御部28には、カメラ27からの撮影画像が入力される。   Inside the dashboard 43, the projection unit 20, the concave mirror 25, the actuator 26, and the control unit 28 are accommodated. The projection unit 20 includes a light source 21, a MEMS mirror 22, a screen 23, and an actuator 24. Each element in the projection unit 20 is basically the same as in the first embodiment. That is, the screen 23 can be moved in the direction of the arrow 31 by the actuator 24. Furthermore, in the present embodiment, the entire projection unit 20 can be moved in the direction of the arrow 32 by the actuator 26. A camera 27 is attached to the roof 41 of the vehicle. A captured image from the camera 27 is input to the control unit 28.

投影部20から出射された光は、凹面鏡25により反射され、さらにフロントガラス42で反射されて観察者の目の位置EPに至る。これにより、観察者はフロントガラス42の背後に虚像VIを視認する。第1実施例と同様に、スクリーン23を移動させることにより虚像距離が変化し、観察者が視認する虚像VIの位置が変化する。また、MEMSミラー22と観察者の目の位置とが光学的に共役の関係となるように各要素が配置されている。   The light emitted from the projection unit 20 is reflected by the concave mirror 25 and further reflected by the windshield 42 to reach the eye position EP of the observer. Thereby, the observer visually recognizes the virtual image VI behind the windshield 42. Similar to the first embodiment, the virtual image distance is changed by moving the screen 23, and the position of the virtual image VI visually recognized by the observer is changed. Each element is arranged so that the MEMS mirror 22 and the position of the observer's eyes are in an optically conjugate relationship.

上記の構成において、MEMSミラー22は本発明の走査手段の一例であり、アクチュエータ24は本発明の第1駆動手段の一例であり、凹面鏡25は本発明の反射手段の一例であり、アクチュエータ26は本発明の第2駆動手段の一例であり、カメラ27は本発明の検出手段の一例である。   In the above configuration, the MEMS mirror 22 is an example of the scanning unit of the present invention, the actuator 24 is an example of the first driving unit of the present invention, the concave mirror 25 is an example of the reflecting unit of the present invention, and the actuator 26 is It is an example of the 2nd drive means of this invention, and the camera 27 is an example of the detection means of this invention.

本実施例では、カメラ27を利用して、観察者の目の位置EPを検出し、これに応じてMEMSミラー22の位置を自動的に調整することにより、MEMSミラー22と観察者の目の位置EPとが常に共役の関係を維持するようにする。具体的には、カメラ27は観察者の顔の画像を撮影し、撮影画像を制御部28へ供給する。制御部28は、撮影画像に基づいて、既知の技術により観察者の目の位置を検出する。そして、制御部28は、観察者の目の位置に基づいて、MEMSミラー22の位置を移動させる。   In this embodiment, the camera 27 is used to detect the position EP of the observer's eyes, and the position of the MEMS mirror 22 is automatically adjusted according to the detected position, so that the MEMS mirror 22 and the observer's eyes can be adjusted. The position EP is always maintained in a conjugate relationship. Specifically, the camera 27 captures an image of the observer's face and supplies the captured image to the control unit 28. The control unit 28 detects the position of the observer's eyes based on the captured image using a known technique. Then, the control unit 28 moves the position of the MEMS mirror 22 based on the position of the observer's eyes.

好適には、制御部28は、アクチュエータ26を制御して投影部20全体を矢印32の方向に移動させる。これにより、制御部28は、検出された観察者の目の位置に対して共役の関係となる位置にMEMSミラー22が来るように、投影部20を移動させる。このようにMEMSミラー22を移動する際に、投影部20全体を移動させると、スクリーン23とMEMSミラー22との距離が変化しないため、スクリーン23上の中間像の大きさが変化せず、観察者が視認する虚像VIの画角Fへの影響を小さくすることができる。   Preferably, the control unit 28 controls the actuator 26 to move the entire projection unit 20 in the direction of the arrow 32. As a result, the control unit 28 moves the projection unit 20 so that the MEMS mirror 22 comes to a position having a conjugate relationship with the detected position of the observer's eyes. When the entire projection unit 20 is moved when moving the MEMS mirror 22 in this way, the distance between the screen 23 and the MEMS mirror 22 does not change, so the size of the intermediate image on the screen 23 does not change, and observation is performed. The influence on the angle of view F of the virtual image VI visually recognized by the person can be reduced.

本実施例では、観察者の体格の違いによらず、MEMSミラー22と観察者の目の位置EPとが共役の関係となるように自動調整が可能となる。   In the present embodiment, automatic adjustment is possible so that the MEMS mirror 22 and the position EP of the observer's eye have a conjugate relationship regardless of the difference in the observer's physique.

1、21 光源
2、22 MEMSミラー
3、23 スクリーン
4、24、26 アクチュエータ
5 凹面鏡コンバイナ
25 凹面鏡
27 カメラ
28 制御部
1, 21 Light source 2, 22 MEMS mirror 3, 23 Screen 4, 24, 26 Actuator 5 Concave mirror combiner 25 Concave mirror 27 Camera 28 Control unit

Claims (6)

観察者に虚像を視認させる虚像表示装置であって、
光源からの光を走査する走査手段と、
前記走査手段により走査される走査光が入射するスクリーンと、
前記スクリーン上の像を構成する光を集光しながら反射する反射手段と、
前記スクリーンを、前記走査手段と前記反射手段との間で移動させる第1駆動手段と、
を備え、
前記スクリーンは、当該スクリーンの入射面への光の入射角と、前記入射面に対する法線を挟んで反対側であり、かつ前記入射角と同一角度である透過角の方向に、透過光の強度が最大となるように前記光を透過し、前記透過角の方向から離れるに伴い前記透過光の強度を徐々に低下させる特性を有することを特徴とする虚像表示装置。
A virtual image display device that allows an observer to visually recognize a virtual image,
Scanning means for scanning light from the light source;
A screen on which scanning light scanned by the scanning means is incident;
Reflecting means for reflecting while condensing the light constituting the image on the screen;
First driving means for moving the screen between the scanning means and the reflecting means;
With
The screen has an intensity of transmitted light in the direction of the transmission angle that is opposite to the incident angle of the light to the incident surface of the screen with respect to the normal to the incident surface and is the same angle as the incident angle. The virtual image display device has a characteristic of transmitting the light so as to be maximized and gradually decreasing the intensity of the transmitted light as the distance from the direction of the transmission angle increases .
前記走査手段は、当該走査手段と前記観察者の目の位置とが光学的に共役の関係となる位置に配置されることを特徴とする請求項1に記載の虚像表示装置。 The virtual image display device according to claim 1, wherein the scanning unit is arranged at a position where the scanning unit and the position of the eyes of the observer are in an optically conjugate relationship . 前記第1駆動手段は、前記観察者が視認する前記虚像までの距離を伸ばす場合に、前記スクリーンと前記走査手段との距離を第1距離から、前記第1距離より短い第2距離に移動させることを特徴とする請求項1又は2に記載の虚像表示装置。   The first driving means moves the distance between the screen and the scanning means from the first distance to a second distance shorter than the first distance when extending the distance to the virtual image visually recognized by the observer. The virtual image display device according to claim 1, wherein: 前記観察者が視認する前記虚像の画角は、前記スクリーンと前記走査手段との距離によらず一定であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の虚像表示装置。   4. The virtual image display device according to claim 1, wherein an angle of view of the virtual image visually recognized by the observer is constant regardless of a distance between the screen and the scanning unit. 5. 前記観察者の目の位置を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された目の位置に応じて、前記走査手段を、当該走査手段と前記観察者の目の位置とが光学的に共役の関係となる位置に移動させる第2駆動手段と、
を備えることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
Detecting means for detecting the position of the eyes of the observer;
A second driving unit configured to move the scanning unit to a position where the scanning unit and the position of the observer's eye are in an optically conjugate relationship according to the position of the eye detected by the detection unit;
The virtual image display device according to claim 1, comprising:
前記第2駆動手段は、前記走査手段、前記スクリーン及び前記第1駆動手段を含む投影部を駆動することを特徴とする請求項5に記載の虚像表示装置。   The virtual image display device according to claim 5, wherein the second driving unit drives a projection unit including the scanning unit, the screen, and the first driving unit.
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