JP6688211B2 - 光源装置、ディスプレイ装置、および移動体 - Google Patents

Description

本発明は、光源装置、ディスプレイ装置、および移動体に関するものである。

従来、車両等の移動体に搭載され、移動体の運転者等の利用者に見え方の異なる複数の表示像を虚像として視認させるディスプレイ装置が知られている（非特許文献１参照）。

日本精機株式会社、"２−Ｐｌａｎｅ ヘッドアップディスプレイ"、［ｏｎｌｉｎｅ］、２０１５年４月２３日、日本精機株式会社、［２０１６年１０月１７日検索］、インターネット〈URL：http://www.nippon-seiki.co.jp/wp-content/uploads/2-Plane-HUD_20150508.pdf〉

利用者に虚像を視認させる装置において、利便性の向上が望まれている。

本開示は、利便性を向上させた光源装置、ディスプレイ装置、および移動体を提供する。

第１の観点による光源装置は、
透過型表示パネルを透過させる光を発する光源装置であって、
前記透過型表示パネルの第１の領域に向かって第１の光を発する、少なくとも１つの第１の発光素子と、
前記透過型表示パネルの第２の領域に向かって、最大輝度が前記第１の光の最大輝度より小さい第２の光を発する、少なくとも１つの第２の発光素子と、を備える。

第２の観点によるディスプレイ装置は、
第１の領域と、第２の領域と、前記第１の領域および前記第２の領域の間に、前記第１の領域に向かう第１の光及び前記第２の領域に向かう第２の光の入射が遮られている第３の領域とを有する透過型表示パネルと、
前記第１の領域に向かって前記第１の光を発する第１の発光素子と、前記第２の領域に向かって最大輝度が第１の発光素子の最大輝度より小さい前記第２の光を発する第２の発光素子と、を有する光源装置と、を備える。

第３の観点によるディスプレイ装置は、
第１の領域および第２の領域を有する透過型表示パネルと、
前記第１の領域に向かって第１の光を発する少なくとも１つの第１の発光素子と、前記第２の領域に向かって最大輝度が第１の発光素子の最大輝度より小さい第２の光を発する少なくとも１つの第２の発光素子と、を有する光源装置と
前記第１の領域を通過した第３の光を投影する第１の投影光学系と、
前記第２の領域を通過した第４の光を投影する第２の投影光学系と、を備え、
前記透過型表示パネルから前記第１の投影光学系までの前記第３の光の光路長は、前記透過型パネルから前記第２の投影光学系までの前記第４の光の光路長より短い。

第４の観点による移動体は、
第１の領域および第２の領域を有する透過型表示パネルと、
前記第１の領域に向かって第１の光を発する少なくとも１つの第１の発光素子と、前記第２の領域に向かって最大輝度が第１の発光素子の最大輝度より小さい第２の光を発する少なくとも１つの第２の発光素子と、を有する光源装置と、を備える。

本開示に係る光源装置、ディスプレイ装置、および移動体によれば、利便性が向上する。

一実施形態に係る移動体およびディスプレイ装置を示す図である。 図１のディスプレイ装置の概略構成を示す図である。

以下、本開示の複数の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１を参照して、一実施形態に係る移動体１０、ディスプレイ装置１１、光源装置１２について説明する。移動体１０は、ディスプレイ装置１１を備える。

移動体１０は、例えば車両、船舶、および航空機等を含んでよい。車両は、例えば自動車、産業車両、鉄道車両、生活車両、および滑走路を走行する固定翼機等を含んでよい。自動車は、例えば乗用車、トラック、バス、二輪車、およびトロリーバス等を含んでよい。産業車両は、例えば農業および建設向けの産業車両等を含んでよい。産業車両は、例えばフォークリフトおよびゴルフカート等を含んでよい。農業向けの産業車両は、例えばトラクター、耕耘機、移植機、バインダー、コンバイン、および芝刈り機等を含んでよい。建設向けの産業車両は、例えばブルドーザー、スクレーバー、ショベルカー、クレーン車、ダンプカー、およびロードローラ等を含んでよい。車両は、人力で走行するものを含んでよい。車両の分類は、上述した例に限られない。例えば、自動車は、道路を走行可能な産業車両を含んでよい。複数の分類に同じ車両が含まれてよい。船舶は、例えばマリンジェット、ボート、およびタンカー等を含んでよい。航空機は、例えば固定翼機および回転翼機等を含んでよい。

ディスプレイ装置１１は、例えば移動体１０のダッシュボード内に設置されてよい。ディスプレイ装置１１は、例えば移動体１０の運転者等の利用者１３に所望の画像の虚像ｖｉを視認させる、ヘッドアップディスプレイシステムの一部として機能する。

一実施形態においてディスプレイ装置１１は、移動体１０に備えられた第１の光学部材１４の所定領域に向かって画像化した投影光を出射する。画像化した投影光は、「画像投影光」と呼ぶことがある。一実施形態において、第１の光学部材１４はウィンドシールドであってもよい。他の実施形態において、第１の光学部材１４はコンバイナであってもよい。

ディスプレイ装置１１が第１の光学部材１４を有すると、ディスプレイ装置１１はヘッドアップディスプレイとして機能する。第１の光学部材１４で反射された画像投影光は、アイボックス１５に到達する。アイボックス１５は、例えば利用者１３の体格、姿勢、および姿勢の変化等を考慮して、利用者１３の眼が存在し得ると想定される実空間上の領域である。

図１に示す実線の矢印は、ディスプレイ装置１１から出射された画像投影光の一部がアイボックス１５まで到達する経路を示す。以下、光が進む経路を光路という。光路上には、光を透過する光学素子、及び光を反射する光学素子を含む。利用者１３は、アイボックス１５内に眼が存在する場合、アイボックス１５に到達する画像投影光によって、当該画像の虚像ｖｉを視認可能である。虚像ｖｉは、例えば移動体１０よりも前方に視認され得る。ディスプレイ装置１１は、第１の光学部材１４と協働して、移動体１０の利用者１３に所望の画像の虚像ｖｉを視認させる。

図２を参照して、一実施形態に係るディスプレイ装置１１について詳細に説明する。ディスプレイ装置１１は、表示装置１６、第１の投影光学系１７、および第２の投影光学系１８を含んでいる。

表示装置１６は、ディスプレイ装置１１の内部において、画像投影光を出射する。表示装置１６は、光源装置１９、表示パネル２０、および制御部２１を含んでいる。表示装置１６および表示装置１６の各構成要素の、大きさ、形状、および配置等は、図２に示される例に限られない。

光源装置１９は、基板２２、少なくとも１つの第１の発光素子２３、少なくとも１つの第２の発光素子２４、第１の照明光学系２５、第２の照明光学系２６、および遮光部２７を含んでいる。基板２２、少なくとも１つの第１の発光素子２３、少なくとも１つの第２の発光素子２４、第１の照明光学系２５、第２の照明光学系２６、および遮光部２７は、表示装置１６の内部において固定的に配置されてよい。

基板２２は、同一の板面上に、少なくとも１つの第１の発光素子２３、および少なくとも１つの第２の発光素子２４を実装してよい。少なくとも１つの第１の発光素子２３の実装領域、および少なくとも１つの第２の発光素子２４の実装領域は、互いに離れている。。

第１の発光素子２３は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｏｄｅ）またはレーザ装置等を含む。第１の発光素子２３は、第１の光を放射する。第１の光は、第１の照明光学系２５を経て表示パネル２０の第１の入射領域ｉａ１に向かう。第１の入射領域ｉａ１は、第１の領域と呼ぶことがある。第１の発光素子２３は、例えば発する光の色が異なる複数の発光ダイオードを含みうる。

第２の発光素子２４は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｏｄｅ）またはレーザ装置等を含む。第２の発光素子２４は、第２の光を放射する。第２の光は、第２の照明光学系２６を経て表示パネル２０の第２の入射領域ｉａ２に向かう。第２の入射領域ｉａ２は、第２の領域と呼ぶことがある。第２の発光素子２４は、例えば発する光の色が異なる複数の発光ダイオードを含みうる。

第２の光の最大輝度は、第１の光の最大輝度より小さい。発光する素子の数が第１の発光素子２３と第２の発光素子２４とで異なってよい。個々の素子が発する光の最大放射量は、第１の発光素子２３と第２の発光素子２４とで異なってよい。１または複数の第２の発光素子２４が発する光を総じた第２の光の最大輝度は、１または複数の第１の発光素子２３が発する光を総じた第１の光の最大輝度より小さい。一実施形態において、第１の発光素子２３の数は、第２の発光素子２４より多い。一実施形態において、第１の発光素子２３が含む個々の素子の最大放射量は、第２の発光素子２４が含む個々の素子の最大放射量より大きくてよい。

第１の照明光学系２５は、第１の発光素子２３が放射する第１の光が進む第１の光路上に位置する。第１の照明光学系２５は、少なくとも１つの光学素子を含む。第１の照明光学系２５の光学素子は、例えばレンズ、およびミラーなどがある。例えば、第１の照明光学系２５はコリメータレンズを含む。コリメータレンズは、第１の発光素子２３から放射して第１の照明光学系２５に入射する第１の光をコリメートする。

第２の照明光学系２６は、第２の発光素子２４が放射する第２の光が進む第２の光路上に位置する。第２の照明光学系２６の光軸は、第１の照明光学系２５の光軸と離れている。第２の照明光学系２６は、少なくとも１つの光学素子を含む。第２の照明光学系２６の光学素子は、例えばレンズ、およびミラーなどがある。例えば、第２の照明光学系２６はコリメータレンズを含む。コリメータレンズは、第２の発光素子２４から放射して第２の照明光学系２６に入射する第２の光をコリメートする。

遮光部２７は、第１の光路および第２の光路を互いに遮光する。遮光部２７は、例えば、基板２２から表示パネル２０まで延びる遮光板であってよい。遮光部２７は、第１の光路と第２の光路とを隔てている。

表示パネル２０は、透過型表示デバイスを含む。透過型表示デバイスは、例えばＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）等を含む。表示パネル２０は、第１の光路および第２の光路の上に位置する。

表示パネル２０は、入射面において、第１の入射領域ｉａ１、第２の入射領域ｉａ２、および第３の入射領域ｉａ３を有する。第３の入射領域ｉａ３は、第１の入射領域ｉａ１および第２の入射領域ｉａ２の間に位置する。第３の入射領域ｉａ３は、第１の入射領域ｉａ１および第２の入射領域ｉａ２に比べて入射される光が少ない。第３の入射領域ｉａ３は、遮光部２７によって遮光されている。第３の入射領域ｉａ３は、単に「第３の領域」と呼ぶことがある。第１の光は、第１の入射領域ｉａ１に入射する。第２の光は、第２の入射領域ｉａ２に入射する。

表示パネル２０は、制御部２１の制御に応じて多様な画像を表示可能である。表示パネル２０は、第３の光を第１の投影光学系１７に向かって出射する。第３の光は、入射する第１の光を透過させまたは遮蔽させて画像化した画像投影光である。画像化とは、均質な光を所望の画像光に変換することである。表示パネル２０は、第４の光を第２の投影光学系１８に向かって出射する。第４の光は、入射する第２の光を透過させまたは遮蔽させて画像化した画像投影光である。表示パネル２０は、異なる領域から、第３の光および第４の光を出射する。第３の光が出射する領域と、第４の光が出射する領域との間には、出射する光が少ない領域がある。

制御部２１は、１以上のプロセッサを含む。プロセッサは、特定のプログラムを読み込ませて特定の機能を実行する汎用のプロセッサ、および特定の処理に特化した専用のプロセッサを含んでよい。専用のプロセッサは、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ；Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）を含んでよい。プロセッサは、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ；Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）を含んでよい。ＰＬＤは、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）を含んでよい。制御部２１は、１つまたは複数のプロセッサが協働するＳｏＣ（Ｓｙｓｔｅｍ−ｏｎ−ａ−Ｃｈｉｐ）、およびＳｉＰ（Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎ ａ Ｐａｃｋａｇｅ）のいずれかであってもよい。

制御部２１は、表示装置１６全体の動作を制御する。例えば、制御部２１は、第１の発光素子２３および第２の発光素子２４の駆動電力を別々に制御して、第１の発光素子２３および第２の発光素子２４を別々に発光させる。

第１の発光素子２３および第２の発光素子２４の駆動電力制御は、電流制御、電圧制御、およびＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御を含んでよい。発する光の色が異なる複数の発光ダイオードを第１の発光素子２３および第２の発光素子２４を備える場合、制御部２１は、第１の発光素子２３および第２の発光素子２４の調色を行ってもよい。第１の発光素子２３および第２の発光素子２４の調色は、発光ダイオード毎に行われる駆動電力制御を含んでよい。制御部２１は、表示パネル２０に画像を表示させる。画像は、文字または図形を含んでよい。

第１の投影光学系１７は、表示装置１６の第１の入射領域ｉａ１を通過した第３の光を、ディスプレイ装置１１の外部に到達させる。第１の投影光学系１７は、第３の光である当該画像投影光を、第１の光学部材１４の第１の投影領域ｐａ１に投影する。第１の投影領域ｐａ１を介してアイボックス１５に到達する当該画像投影光は、利用者１３に、当該画像投影光に相当する第１の虚像ｖｉ１を視認させる。

第２の投影光学系１８は、表示装置１６の第２の入射領域ｉａ２を通過した第４の光をディスプレイ装置１１の外部に到達させる。第２の投影光学系１８は、第４の光である当該画像投影光を、第１の光学部材１４の第２の投影領域ｐａ２に投影する。第２の投影領域ｐａ２を介してアイボックス１５に到達する画像投影光は、利用者１３に、当該画像投影光に相当する第２の虚像ｖｉ２を視認させる。

表示装置１６から第１の光学部材までの光路長は、表示装置１６から第１の光学部材までの光路長より短い。表示装置１６から第１の投影光学系１７までの第３の光の光路長は、表示装置１６から第２の投影光学系１８までの第４の光の光路長より短い。光は光路長が長いほど減衰して暗くなる。

第１の投影光学系１７および第２の投影光学系１８は、凸面形状または凹面形状を有するミラーを含んでいてよい。第１の投影光学系１７および第２の投影光学系１８は、入射面および出射面の少なくとも一部に凸面形状または凹面形状を有するレンズを含んでよい。ミラーおよびレンズの凸面形状および凹面形状の少なくとも一部は、球面形状または非球面形状であってよい。第１の投影光学系１７および第２の投影光学系１８は画像投影光を拡大する拡大光学系として機能してよい。光は、拡大されると密度が低くなり、暗くなる。

一実施形態に係る光源装置１９において、第１の光の最大輝度が第２の光の最大輝度より大きい。光源装置１９は、第１の光を表示パネル２０に透過させた第３の光の光量を、第２の光を表示パネル２０に透過させた第４の光の光量より大きくし得る。光源装置１９は、ディスプレイ装置１１に適用する場合に、第２の虚像ｖｉ２の明るさへの影響を与えること無く第１の虚像ｖｉ１を明るくさせ得、利便性を向上させる。

本実施形態の光源装置１９において、第１の発光素子２３および第２の発光素子２４の少なくとも一方は、他方から独立して発光制御可能である。これにより、光源装置１９は、ディスプレイ装置１１に適用する場合に、表示内容に応じて、第１の虚像ｖｉ１および第２の虚像ｖｉ２の当該一方の明るさに影響を与えることなく当該他方の明るさを調整させ得る。

本実施形態の光源装置１９において、第１の光が通る第１の光路と第２の光が通る第２の光路が遮光されている。これにより、光源装置１９は、ディスプレイ装置１１に適用する場合に、第１の虚像ｖｉ１および第２の虚像ｖｉ２の一方の明るさに影響を与えること無く他方を明るくさせる効果の、漏れ光による低下を低減する。

本実施形態のディスプレイ装置１１において、表示パネル２０は、第１の入射領域ｉａ１および第２の入射領域ｉａ２の間に第３の領域ｉａ３が設けられ、第３の領域ｉａ３は遮光されている。これにより、ディスプレイ装置１１は、第１の投影光学系１７および第２の投影光学系１８がそれぞれ投影する第１の光学部材１４の第１の投影領域ｐａ１および第２の投影領域ｐａ２との境界に照射される光の光量を低減させる。したがって、ディスプレイ装置１１は、利用者１３に第１の虚像ｖｉ１および第２の虚像ｖｉ２の境界を明確に視認させ得る。

本実施形態のディスプレイ装置１１において、表示パネル２０から第１の投影光学系１７までの第３の光の光路長が、表示パネル２０からの第２の投影光学系１８までの第４の光の光路長より短い。これにより、ディスプレイ装置１１は、利用者１３に、第２の虚像ｖｉ２を、第１の虚像ｖｉ１よりも、近くに視認させる。

本発明を諸図面や実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、本実施形態において、第１の照明光学系２５および第２の照明光学系２６は別体であるが、同一の光学素子の異なる領域を用いて構成してよい。

１０ 移動体
１１ ディスプレイ装置
１２ 光源装置
１３ 利用者
１４ 第１の光学部材
１５ アイボックス
１６ 表示装置
１７ 第１の投影光学系
１８ 第２の投影光学系
１９ 光源装置
２０ 透過型表示パネル
２１ 制御部
２２ 基板
２３ 第１の発光素子
２４ 第２の発光素子
２５ 第１の照明光学系
２６ 第２の照明光学系
２７ 遮光部
ｉａ１ 第１の入射領域（第１の領域）
ｉａ２ 第２の入射領域（第２の領域）
ｉａ３ 第３の入射領域（第３の領域）
ｐａ１ 第１の投影領域
ｐａ１ 第２の投影領域
ｖｉ 虚像
ｖｉ１ 第１の虚像
ｖｉ２ 第２の虚像

Claims (8)

1. 透過型表示パネルを透過させる光を発する光源装置であって、
   前記透過型表示パネルの第１の領域に向かって第１の光を発する、少なくとも１つの第１の発光素子と、
   前記透過型表示パネルの第２の領域に向かって、最大輝度が前記第１の光の最大輝度より小さい第２の光を発する、少なくとも１つの第２の発光素子と、を備える
   光源装置。
2. 請求項１に記載の光源装置において、
   前記第１の発光素子の数は、前記第２の発光素子の数と異なる
   光源装置。
3. 請求項１または２に記載の光源装置において、
   前記第１の発光素子および前記第２の発光素子の少なくとも一方は、他方から独立して発光制御可能である
   光源装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の光源装置において、
   前記第１の光が通る第１の光路上に設けられる第１の照明光学系と、
   前記第２の光が通る第２の光路上に設けられる第２の照明光学系と、をさらに備える
   光源装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の光源装置において、
   前記第１の光の第２の光路への入射が遮られ、前記第２の光の第１の光路への入射が遮られている
   光源装置。
6. 第１の領域と、第２の領域と、前記第１の領域および前記第２の領域の間に、前記第１の領域に向かう第１の光及び前記第２の領域に向かう第２の光の入射が遮られている第３の領域とを有する透過型表示パネルと、
   前記第１の領域に向かって前記第１の光を発する第１の発光素子と、前記第２の領域に向かって最大輝度が第１の発光素子の最大輝度より小さい前記第２の光を発する第２の発光素子と、を有する光源装置と、を備える
   ディスプレイ装置。
7. 第１の領域および第２の領域を有する透過型表示パネルと、
   前記第１の領域に向かって第１の光を発する少なくとも１つの第１の発光素子と、前記第２の領域に向かって最大輝度が第１の発光素子の最大輝度より小さい第２の光を発する少なくとも１つの第２の発光素子と、を有する光源装置と
   前記第１の領域を通過した第３の光を投影する第１の投影光学系と、
   前記第２の領域を通過した第４の光を投影する第２の投影光学系と、を備え、
   前記透過型表示パネルから前記第１の投影光学系までの前記第３の光の光路長は、前記透過型表示パネルから前記第２の投影光学系までの前記第４の光の光路長より短い
   ディスプレイ装置。
8. 第１の領域および第２の領域を有する透過型表示パネルと、
   前記第１の領域に向かって第１の光を発する少なくとも１つの第１の発光素子と、前記第２の領域に向かって最大輝度が第１の発光素子の最大輝度より小さい第２の光を発する少なくとも１つの第２の発光素子と、を有する光源装置と、を備える
   移動体。

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