JP6893335B2 - ヘッドアップディスプレイ - Google Patents
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Description
0.05 < EBx/Rxmax < 0.50・・・(1)
ここで、観察者からみた左右方向をX軸とした時、
EBx:観察者が前記虚像を視認できるX方向におけるアイボックスサイズ、
Rxmax:ウインドシールドの光線使用領域での曲率半径Rxの最大値、
である。
実施の形態1に係るヘッドアップディスプレイについて、図面を参照して、説明する。
[1.1 概略構成]
図1は、実施の形態1に係るヘッドアップディスプレイを搭載した、車両の断面を示す模式図である。
図3は、ウインドシールドの、Xc−Yc断面を示し、実施の形態1〜8におけるウインドシールド22の、運転者からみた左右方向の局所曲率Rxを説明する説明図である。また、図3には、ウインドシールド22のローカル座標系(xl、yl、zl座標)も図示している。
図6は、第1ミラーM1の座標系(Xm1、Ym1、Zm1座標)と、第1ミラー定義式の原点Om1を図示している。第1ミラーM1の座標系のZ軸であるZm1は、第1ミラー定義式の原点Om1を通る反射面の法線方向で定義され、Xm1、Ym1はZm1に垂直な成分である。Xm1は、図6に示す第1ミラーM1の長辺方向、これは一般に運転者などである観察者30からみて左右方向としている。Ym1は図6に示す第1ミラーM1の短辺方向、これは一般に観察者30からみて上下方向としている。また、実施の形態1〜8における第1ミラーM1のXm1−Zm1平面と平行な平面上に定義されるX方向の局所曲率RxM1と、Ym1−Zm1平面と平行な平面上に定義されるY方向の局所曲率RyM1を示している。
図7は、第2ミラーM2の座標系(Xm2、Ym2、Zm2座標)と、第2ミラー定義式の原点Om2を図示している。第2ミラーM2の座標系のZ軸であるZm2は、第2ミラー定義式の原点Om2を通る反射面の法線方向で定義され、Xm2、Ym2はZm2に垂直な成分である。Xm2は、図7に示す第2ミラーM2の長辺方向、これは一般に観察者30からみて左右方向としている。Ym2は、図7に示す第2ミラーM2の短辺方向、これは一般に観察者30からみて上下方向としている。また、実施の形態1〜8における第2ミラーM2のXm2−Zm2平面と平行な平面上に定義されるX方向の局所曲率RxM2と、Ym2−Zm2平面と平行な平面上に定義されるY方向の局所曲率RyM2を示している。
図8は、実施の形態1における表示素子の座標系を示す概略図である。
ヘッドアップディスプレイ10は、被投影部材であるウインドシールド22に画像を投影し、被投影部材に対して観察者30と反対側に虚像40を形成する。ヘッドアップディスプレイ10は、画像を投影する投影部材である表示素子13と、被投影部材に画像を導き、虚像40を形成する投射光学系と、を備える。投射光学系は、少なくとも2つの、反射面が凹面のミラーを有する。ウインドシールド22の反射面は、下記の条件(1)または、(2)または、(3)を満足する。
ここで、観察者30からみた左右方向をX軸とした時、
EBx:観察者30が虚像40を視認できるX方向におけるアイボックスサイズ、
Rxmax:ウインドシールド22の光線使用領域での曲率半径Rxの最大値、
である。
0.05 < EBy/Rymax < 0.50・・・(2)
ここで、観察者30からみた上下方向をY軸とした時、
EBy:観察者30が虚像40を視認できるY方向におけるアイボックスサイズ、
Rymax:ウインドシールド22の光線使用領域での曲率半径Ryの最大値、
である。
1.0°<|θzmax−θzmin|<6.0°・・・(3)
θz:ウインドシールド22の形状を定義する定義式の原点を通る接平面に垂直な法線ベクトルと、ウインドシールド22上の任意の点における接平面の法線ベクトルとの成す角、
θzmax:θzの最大値、
θzmin:θzの最小値、
である。
ここで、
LM:表示素子13から虚像へ向かう投射光学系の中心光路Lにおける、第2ミラーM2と、第1ミラーM1との間隔、
LD:表示素子13から、第1ミラーM1までの中心光路Lにおける間隔、
である。
ここで、
LM:表示素子13から虚像へ向かう投射光学系の中心光路Lにおける、第2ミラーM2と、第1ミラーM1との間隔、
LD:表示素子13から、第1ミラーM1までの中心光路Lにおける間隔、
V :観察者30の視認領域中央から虚像40の中心までの距離、
である。
ここで、
RxM1:図6に示すように、第1ミラーM1の略中心C1から第1ミラーM1の4隅に向かう第1線分L1(図中には1線分を記載)における、第1ミラーM1の略中心C1から80%の点と、第1ミラーM1の4隅とを対角とし、反射面の形状と略相似形の略矩形領域である第1領域A1の内を通る光線の反射点うち少なくとも一点における第1ミラーM1の長手方向(Xm1方向)の曲率半径、
RxM2:第2ミラーM2の略中心から第2ミラーM2の4隅に向かう第2線分L2における、第2ミラーM2の略中心C2から80%の点と、第2ミラーM2の4隅とを対角し、反射面の形状と略相似形の略矩形領域である第2領域A2の内を通る光線の反射点のうち少なくとも一点における第2ミラーM2の長手方向(Xm2方向)の曲率半径、
RxWS:図9に示すように、ウインドシールド22に投影された画像GWSの略中心から画像の4隅に向かう線分における、画像の略中心から80%の点と、画像の4隅とを対角とする略矩形領域である第3領域A3内を通る光線の反射点のうち少なくとも一点における水平方向(Yc方向)の曲率半径、
である。
ここで、
RyM1:第1ミラーM1の略中心から第1ミラーM1の4隅に向かう線分における、第1ミラーM1の略中心から80%の点と、第1ミラーM1の4隅と、を結ぶ線分を対角とする略矩形領域である第1領域A1内を通る光線の反射点うち少なくとも一点における第1ミラーM1の短手方向(Ym1方向)の曲率半径、
RyM2:第2ミラーM1の略中心から第2ミラーM2の4隅に向かう線分における、第2ミラーM2の略中心から80%の点と、第2ミラーM2の4隅とを対角とする略矩形領域である第2領域A2内を通る光線の反射点のうち少なくとも一点における第2ミラーM2の短手方向(Ym2方向)の曲率半径、
RyWS:ウインドシールド22に投影された画像の略中心から画像の4隅に向かう線分における、画像の略中心から80%の点と、画像の4隅とを対角とする略矩形領域である第3領域A3内を通る光線の反射点のうち少なくとも一点における垂直方向(Zc方向)の曲率半径、
である。
実施の形態1では、第1ミラーM1または第2ミラーM2の反射面の一例として、反射面が凹面形状として説明した。第1ミラーM1または第2ミラーM2の反射面は、中心近傍が概ね凹面形状のものであれば良い。したがって、第1ミラーM1または第2ミラーM2の反射面は、全域にわたって凹面形状のものに限定されない。ただし、第1ミラーM1または第2ミラーM2の反射面が凹面形状であれば、投射光学系に許される光路長を伸ばすことができる。このため、光線とヘッドアップディスプレイの構成部材との干渉を回避でき、十分なアイボックスサイズを確保することができる。
以下、本開示におけるヘッドアップディスプレイについて、具体的な数値実施例を説明する。なお、以下で説明する数値実施例において、表中の長さの単位は(mm)であり、角度の単位は(度)である。また、自由曲面は、次の数式で定義されるものである
数値実施例1の投射光学系は、投影光学系の一例である。数値実施例1の投射光学系の構成データを表1に、多項式自由曲面の係数を表2に、示す
数値実施例2の投射光学系は、投影光学系の一例である。数値実施例2の投射光学系の構成データを表3に、多項式自由曲面の係数を表4に、示す
数値実施例3の投射光学系は、投影光学系の一例である。数値実施例3の投射光学系の構成データを表5に、多項式自由曲面の係数を表6に、示す
数値実施例4の投射光学系は、投影光学系の一例である。数値実施例4の投射光学系の構成データを表7に、多項式自由曲面の係数を表8に、示す
数値実施例5の投射光学系は、投影光学系の一例である。数値実施例5の投射光学系の構成データを表9に、多項式自由曲面の係数を表10に、示す
数値実施例6の投射光学系は、投影光学系の一例である。数値実施例6の投射光学系の構成データを表11に、多項式自由曲面の係数を表12に、示す
数値実施例7の投射光学系は、投影光学系の一例である。数値実施例7の投射光学系の構成データを表13に、多項式自由曲面の係数を表14に、示す
数値実施例8の投射光学系は、投影光学系の一例である。数値実施例8の投射光学系の構成データを表15に、多項式自由曲面の係数を表16に、示す
表17は、画像の表示サイズ、虚像サイズ、観察者の視認領域中央から虚像中央までの距離である虚像距離V、アイボックスサイズ(EBxおよびEBy)の一例を示す。また、表18は、条件(1)〜(7)の値を示す。
13 表示素子
20 車両
21 ダッシュボード
22 ウインドシールド
30 観察者
31 アイボックス
40 虚像
50 表示画像
L 中心光路
V 虚像距離
N1 ウインドシールドの原点における法線ベクトル
N2 ウインドシールドの任意の点における法線ベクトル
M1 第1ミラー
M2 第2ミラー
Claims (7)
- ウインドシールドに画像を投影し、観察者が視認可能な虚像を形成するヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記画像を表示させる表示素子と、
前記表示素子の画像を、前記ウインドシールドへ導き、前記虚像を形成する投射光学系と、
を備え、
前記投射光学系は、反射面の中心近傍が凹面である2枚のミラーを有し、
前記ウインドシールドの左右方向の曲率半径Rxが、下記の条件(1)を満足し、
0.05 < EBx/Rxmax < 0.50・・・(1)
ここで、前記観察者からみた左右方向をX軸として、
EBx:前記観察者が前記虚像を視認できるX方向におけるアイボックスサイズ、
Rxmax:前記ウインドシールドの光線使用領域での曲率半径Rxの最大値、
である、
ヘッドアップディスプレイ。 - 前記表示素子から前記ウインドシールドへ向かう光路において、2枚の前記ミラーのうち、前記表示素子に近い側に位置するミラーを第1ミラーとし、前記ウインドシールドに近い側のミラーを第2ミラーとし、
下記の条件(4)を満足し、
0.5 < LM/LD < 8.0・・・(4)
ここで、
LM:前記表示素子から前記ウインドシールドへ向かう前記投射光学系の中心光路Lにおける、前記第1ミラーと、前記第2ミラーとの間隔、
LD:前記表示素子から前記ウインドシールドへ向かう前記投射光学系の中心光路における、前記表示素子から前記第1ミラーまでの中心光路Lにおける間隔、
である、
請求項1に記載のヘッドアップディスプレイ。 - 前記表示素子から前記ウインドシールドへ向かう光路において、2枚の前記ミラーのうち、前記表示素子に近い側に位置するミラーを第1ミラーとし、前記ウインドシールドに近い側のミラーを第2ミラーとし、
下記の条件(5)を満足し、
0.0 <(LD+LM)/V < 0.2・・・(5)
ここで、
LM:前記表示素子から前記ウインドシールドへ向かう前記投射光学系の中心光路における、前記第1ミラーと、前記第2ミラーとの間隔、
LD:前記表示素子から前記ウインドシールドへ向かう前記投射光学系の中心光路における、前記表示素子から前記第1ミラーまでの中心光路における間隔、
V :観察者の視認領域中央から前記虚像の中心までの中心光路に沿った距離、
である、
請求項1または2に記載のヘッドアップディスプレイ。 - 前記表示素子から前記ウインドシールドへ向かう光路において、2枚の前記ミラーのうち、前記表示素子に近い側に位置するミラーを第1ミラーとし、前記ウインドシールドに近い側のミラーを第2ミラーとし、
下記の条件(6)を満足し、
1 < RxWS/RxM2+RxM2/RxM1 < 70・・・(6)
ここで、
RxM1:前記第1ミラーの略中心から前記第1ミラーの4隅に向かう線分における、前記第1ミラーの略中心から80%の点と、前記第1ミラーの4隅と、を結ぶ線分を対角とする略矩形領域である第1領域内を通る光線の反射点うち少なくとも一点における前記第1ミラーの局所曲率半径であって、前記第1ミラーの長手方向をXm1、前記第1ミラーの中心を通る反射面の法線方向をZm1とすると、Xm1−Zm1平面と平行な平面上で定義される局所曲率半径であり、該局所曲率半径の曲率中心が前記表示素子から前記ウインドシールドへ向かう前記投射光学系の中心光路の前記表示素子側にある場合を正、該局所曲率半径の曲率中心が該正の位置に対して前記第1ミラーを挟んで反対側にある場合を負とする、該局所曲率半径、
RxM2:前記第2ミラーの略中心から前記第2ミラーの4隅に向かう線分における、前記第2ミラーの略中心から80%の点と、前記第2ミラーの4隅と、を結ぶ線分を対角とする略矩形領域である第2領域内を通る光線の反射点のうち少なくとも一点における前記第2ミラーの局所曲率半径であって、前記第2ミラーの長手方向をXm2、前記第2ミラーの中心を通る反射面の法線方向をZm2とすると、Xm2−Zm2平面と平行な平面上で定義される局所曲率半径であり、該局所曲率半径の曲率中心が前記中心光路の前記表示素子側にある場合を正、該局所曲率半径の曲率中心が該正の位置に対して前記第2ミラーを挟んで反対側にある場合を負とする、該局所曲率半径、
RxWS:前記ウインドシールドに投影された前記画像の略中心から前記画像の4隅に向かう線分における、前記画像の略中心から80%の点と、前記画像の4隅と、を結ぶ線分を対角とする略矩形領域である第3領域内を通る光線の反射点のうち少なくとも一点における水平方向の局所曲率半径であって、正の値を有する該局所曲率半径、
である、
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のヘッドアップディスプレイ。 - 前記表示素子から前記ウインドシールドへ向かう光路において、2枚の前記ミラーのうち、前記表示素子に近い側に位置するミラーを第1ミラーとし、前記ウインドシールドに近い側のミラーを第2ミラーとし、
下記の条件(7)を満足し、
−50 < RyWS/RyM2+RyM2/RyM1 < 100・・・(7)
ここで、
RyM1:前記第1ミラーの略中心から前記第1ミラーの4隅に向かう線分における、前記第1ミラーの略中心から80%の点と、前記第1ミラーの4隅と、を結ぶ線分を対角とする略矩形領域である第1領域内を通る光線の反射点うち少なくとも一点における前記第1ミラーの局所曲率半径であって、前記第1ミラーの短手方向をYm1、前記第1ミラーの中心を通る反射面の法線方向をZm1とすると、Ym1−Zm1平面と平行な平面上で定義される局所曲率半径であり、該局所曲率半径の曲率中心が前記表示素子から前記ウインドシールドへ向かう前記投射光学系の中心光路の前記表示素子側にある場合を正、該局所曲率半径の曲率中心が該正の位置に対して前記第1ミラーを挟んで反対側にある場合を負とする、該局所曲率半径、
RyM2:前記第2ミラーの略中心から前記第2ミラーの4隅に向かう線分における、前記第2ミラーの略中心から80%の点と、前記第2ミラーの4隅と、を結ぶ線分を対角とする略矩形領域である第2領域内を通る光線の反射点のうち少なくとも一点における前記第2ミラーの局所曲率半径であって、前記第2ミラーの短手方向をXm2、前記第2ミラーの中心を通る反射面の法線方向をZm2とすると、Ym2−Zm2平面と平行な平面上で定義される局所曲率半径であり、該局所曲率半径の曲率中心が前記中心光路の前記表示素子側にある場合を正、該局所曲率半径の曲率中心が該正の位置に対して前記第2ミラーを挟んで反対側にある場合を負とする、該局所曲率半径、
RyWS:前記ウインドシールドに投影された前記画像の略中心から前記画像の4隅に向かう線分における、前記画像の略中心から80%の点と、前記画像の4隅を結ぶ線分と、を対角とする略矩形領域である第3領域内を通る光線の反射点のうち少なくとも一点における垂直方向の局所曲率半径であって、正の値を有する該局所曲率半径、
である、
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のヘッドアップディスプレイ。 - 前記第1ミラーは、回転非対称であり、反射面が凹面形状である、
請求項2から5のいずれか1項に記載のヘッドアップディスプレイ。 - 前記第2ミラーは、回転非対称であり、反射面が凹面形状である、
請求項2から6のいずれか1項に記載のヘッドアップディスプレイ。
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