JP6930587B2 - Image display device - Google Patents

Image display device Download PDF

Info

Publication number
JP6930587B2
JP6930587B2 JP2019526659A JP2019526659A JP6930587B2 JP 6930587 B2 JP6930587 B2 JP 6930587B2 JP 2019526659 A JP2019526659 A JP 2019526659A JP 2019526659 A JP2019526659 A JP 2019526659A JP 6930587 B2 JP6930587 B2 JP 6930587B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
image
opening
display
rotating
rotating plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019526659A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPWO2019003669A1 (en
Inventor
翔 内山
翔 内山
成男 本目
成男 本目
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Konica Minolta Inc
Original Assignee
Konica Minolta Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Konica Minolta Inc filed Critical Konica Minolta Inc
Publication of JPWO2019003669A1 publication Critical patent/JPWO2019003669A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6930587B2 publication Critical patent/JP6930587B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01Head-up displays
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03BAPPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03BAPPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14Details
    • GPHYSICS
    • G09EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09FDISPLAYING; ADVERTISING; SIGNS; LABELS OR NAME-PLATES; SEALS
    • G09F9/00Indicating arrangements for variable information in which the information is built-up on a support by selection or combination of individual elements

Description

本発明は、画像表示装置に関する。 The present invention relates to an image display device.

光を出射して観察者が視認可能なように画像を表示する画像表示装置が知られている。特許文献1には、光量調整用のフィルターやカラーフィルターを開口部に設置した回転体を、所定の回転軸回りに回転可能とさせ、開口部内を通過する光の量や色を調整する画像表示装置が開示されている。かかる技術では、開口部の形状は円や、扇形等の形状となっている。 An image display device that emits light and displays an image so that an observer can see it is known. In Patent Document 1, a rotating body in which a filter for adjusting the amount of light or a color filter is installed in an opening is made rotatable around a predetermined rotation axis, and an image display for adjusting the amount and color of light passing through the opening is provided. The device is disclosed. In such a technique, the shape of the opening is a circle, a fan shape, or the like.

特開2005−70731号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-70731

ところで、画像表示装置の中には、矩形断面の画像光を出射するものがある。このような画像表示装置においても、特殊なフィルターやスクリーンを回転体の開口部に設置して、状況に応じて回転体を回転させ、特殊なフィルターやスクリーンに画像光を入射させることで、必要な調整を行うようにしている。 By the way, some image display devices emit image light having a rectangular cross section. Even in such an image display device, it is necessary to install a special filter or screen in the opening of the rotating body, rotate the rotating body according to the situation, and make the image light incident on the special filter or screen. I try to make various adjustments.

このような回転体を回転する場合、一定時間出射された画像光を通過させる為には、回転速度に応じて画像光の断面の移動軌跡に対応する形状を開口部に持たせる必要がある。一般的には、矩形断面の長手方向中心線を回転体の中心に向けるか、回転接線方向に向けるため、回転体の回転の間に画像光が移動軌跡を描くことで開口部の形状は扇形になることが多い。しかしながら、矩形断面の面積を十分に確保した上で開口部を扇形にすると、回転体の大径化を招き、画像表示装置のコンパクト化が図れないという問題がある。 When rotating such a rotating body, in order to pass the image light emitted for a certain period of time, it is necessary to give the opening a shape corresponding to the movement locus of the cross section of the image light according to the rotation speed. Generally, the center line in the longitudinal direction of the rectangular cross section is directed toward the center of the rotating body or in the tangential direction of rotation. Often becomes. However, if the opening is fan-shaped after securing a sufficient area of the rectangular cross section, there is a problem that the diameter of the rotating body is increased and the image display device cannot be made compact.

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、比較的大面積の矩形断面を有する画像光を通過させる開口部を有しながらも、回転板の小径化を図ることができる画像表示装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and is an image display device capable of reducing the diameter of a rotating plate while having an opening through which image light having a rectangular cross section having a relatively large area can pass. The purpose is to obtain.

上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映した画像表示装置は、
矩形断面の画像光を照射する投影装置と、
前記画像光が通過する開口部を備えた回転板と、
前記画像光の照射方向に沿って延在する回転軸線回りに前記回転板を回転させる駆動装置と、を有し、
前記開口部は、前記回転板の回転に応じて、前記投影装置により照射された前記画像光が相対移動する軌跡の形状を有し、
前記回転軸線の方向に見たときに、前記開口部を通過する前記画像光の矩形断面における長手方向中心線及び短手方向中心線が前記回転軸線に交差しないように、前記投影装置が前記画像光を出射するものである。
An image display device that reflects one aspect of the present invention in order to achieve at least one of the above-mentioned objects.
A projection device that irradiates image light with a rectangular cross section,
A rotating plate having an opening through which the image light passes, and
It has a drive device for rotating the rotary plate around a rotation axis extending along the irradiation direction of the image light.
The opening has the shape of a locus in which the image light irradiated by the projection device moves relative to each other in response to the rotation of the rotating plate.
When viewed in the direction of the rotation axis, the projection device performs the image so that the longitudinal center line and the lateral center line in the rectangular cross section of the image light passing through the opening do not intersect the rotation axis. It emits light.

本発明によれば、比較的大面積の矩形断面を有する画像光を通過させる開口部を有しながらも、回転板の小径化を図ることができる画像表示装置を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain an image display device capable of reducing the diameter of a rotating plate while having an opening through which image light having a rectangular cross section having a relatively large area can pass.

本実施形態にかかる画像表示装置100の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the image display device 100 which concerns on this embodiment. 回転駆動装置160の断面図である。It is sectional drawing of the rotation drive device 160. 図2の構成をIII-III線で切断して矢印方向に見た図である。It is the figure which cut the structure of FIG. 2 along line III-III and looked at in the direction of an arrow. 開口部165a内に画像光が入射した状態で、回転板165Aが相対回転した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which the rotating plate 165A is relative rotating with the image light incident in the opening 165a. 変形例にかかる図3と同様な図である。It is the same figure as FIG. 3 which concerns on a modification. 別な変形例にかかる図3と同様な図である。It is the same figure as FIG. 3 which concerns on another modification. 比較例1の回転板RP1を示す図3と同様な図である。It is the same figure as FIG. 3 which shows the rotary plate RP1 of the comparative example 1. FIG. 比較例2の回転板RP2を示す図3と同様な図である。It is the same figure as FIG. 3 which shows the rotary plate RP2 of the comparative example 2.

本発明の実施形態にかかる画像表示装置について、図面を参照して説明する。図1は、本実施形態にかかる画像表示装置100の概略構成図である。この画像表示装置100は、例えばヘッドアップディスプレイ装置として不図示の車体に搭載されるものであり、投影装置としての描画ユニット10と表示スクリーン20とを備える。画像表示装置100は、描画ユニット10中の後述する表示素子11に表示されている画像情報を、表示スクリーン20を介してドライバーが虚像を視認できるように表示するものである。 The image display device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an image display device 100 according to this embodiment. The image display device 100 is mounted on a vehicle body (not shown) as, for example, a head-up display device, and includes a drawing unit 10 as a projection device and a display screen 20. The image display device 100 displays the image information displayed on the display element 11 described later in the drawing unit 10 so that the driver can visually recognize the virtual image via the display screen 20.

画像表示装置100のうち描画ユニット10は、例えば車両のダッシュボード内に設置されており、運転関連情報等を含む画像に対応する表示光HKを表示スクリーン20に向けて射出する。表示スクリーン20は、コンバイナーとも呼ばれ、半透過性を有する凹面鏡又は平面鏡である。表示スクリーン20は、下端の支持によってダッシュボード上に立設され、描画ユニット10からの表示光HKを車両の後方(図1で右方)に向けて反射する。つまり、図示の場合、表示スクリーン20は、フロントウインドウとは別体で設置される独立型のものとなっている。また表示スクリーン20は無しとし、その機能をフロントウインドウで代用する構成でもよい。 The drawing unit 10 of the image display device 100 is installed, for example, in the dashboard of a vehicle, and emits a display light HK corresponding to an image including driving-related information and the like toward the display screen 20. The display screen 20, also called a combiner, is a semitransparent concave mirror or a plane mirror. The display screen 20 is erected on the dashboard by the support of the lower end, and reflects the display light HK from the drawing unit 10 toward the rear of the vehicle (to the right in FIG. 1). That is, in the case of the illustration, the display screen 20 is a stand-alone type that is installed separately from the front window. Further, the display screen 20 may be omitted, and the function may be substituted by the front window.

表示スクリーン20で反射された表示光HKは、運転席に座ったドライバーの瞳HT及びその周辺位置に対応するアイボックス(不図示)に導かれる。ドライバーは、表示スクリーン20で反射された表示光HK、つまり車両の前方にある虚像としての表示像IMを観察することができる。一方、ドライバーは、表示スクリーン20を透過した外界光、つまり前方景色の実像を観察することができる。結果的に、ドライバーは、表示スクリーン20の背後の外界像に重ねて、表示スクリーン20での表示光HKの反射によって形成される運転関連情報等を含む表示像(虚像)IMを観察することができる。 The display light HK reflected by the display screen 20 is guided to an eye box (not shown) corresponding to the pupil HT of the driver sitting in the driver's seat and its peripheral position. The driver can observe the display light HK reflected by the display screen 20, that is, the display image IM as a virtual image in front of the vehicle. On the other hand, the driver can observe the outside light transmitted through the display screen 20, that is, the real image of the front view. As a result, the driver can observe the display image (virtual image) IM including the driving-related information and the like formed by the reflection of the display light HK on the display screen 20 on the external world image behind the display screen 20. can.

図1に示すように、描画ユニット10は、表示素子11を含む虚像型の拡大結像系である本体光学系13と、本体光学系13及び回転駆動装置160を動作させる表示制御部18と、本体光学系13等を収納するハウジング14とを備える。これらのうち本体光学系13と表示スクリーン20と組み合わせたものは、虚像表示光学系30を構成する。 As shown in FIG. 1, the drawing unit 10 includes a main body optical system 13 which is a virtual image type magnifying image system including a display element 11, a display control unit 18 for operating the main body optical system 13 and a rotation drive device 160, and the like. A housing 14 for accommodating the main body optical system 13 and the like is provided. Of these, the combination of the main body optical system 13 and the display screen 20 constitutes the virtual image display optical system 30.

本体光学系13は、表示素子11のほかに、表示素子11に形成された画像を拡大した中間像TIを形成可能な投影光学系15と、中間像TIの結像予定位置又はその近傍(以下では結像位置とも呼ぶ)に配置される拡散スクリーン16と、拡散スクリーン16上の像(中間像TIそのもの他、中間像TIから位置ズレして僅かにピントがボケたものも含み、以下では強制中間像と呼ぶ)を虚像に変換する虚像形成光学系17とを備える。 In addition to the display element 11, the main body optical system 13 includes a projection optical system 15 capable of forming an intermediate image TI that is an enlargement of the image formed on the display element 11, and the planned imaging position of the intermediate image TI or its vicinity (hereinafter,). The diffusion screen 16 placed at the imaging position (also referred to as the imaging position) and the image on the diffusion screen 16 (including the intermediate image TI itself and the one that is slightly out of focus due to the position shift from the intermediate image TI, are forced below. It is provided with a virtual image forming optical system 17 that converts a virtual image (referred to as an intermediate image) into a virtual image.

表示素子11は、像を表示するために2次元的な表示面11aを有する。表示面11aに形成された像は、本体光学系13のうち投影光学系15で拡大されて、矩形断面の画像光として拡散スクリーン16へ投影される。ここで、矩形断面とは、長方形や正方形を含み、少なくとも一辺が曲線である形状や、四隅の少なくとも一つが丸みを帯びている形状も含む。 The display element 11 has a two-dimensional display surface 11a for displaying an image. The image formed on the display surface 11a is magnified by the projection optical system 15 of the main body optical system 13 and projected onto the diffusion screen 16 as image light having a rectangular cross section. Here, the rectangular cross section includes a rectangle or a square, and also includes a shape having at least one side curved and a shape having at least one of the four corners rounded.

この際、2次元表示が可能な表示素子11を用いることで、拡散スクリーン16への投影像の切換えを比較的高速とできる。表示素子11は、DMDやLCOS等の反射型の素子であっても、液晶等の透過型の素子であってもよい。特に、表示素子11としてDMDを用いると、明るさを維持しつつ画像を高速で切り替えることが容易になり、虚像距離又は投影距離を変化させる表示に有利である。なお、表示素子11は、30fps以上のフレームレートで動作する。これにより、異なる投影距離に複数の表示像(虚像)IMが同時に表示されているように見せることが容易になる。 At this time, by using the display element 11 capable of two-dimensional display, the switching of the projected image to the diffusion screen 16 can be performed at a relatively high speed. The display element 11 may be a reflective element such as a DMD or LCOS, or a transmissive element such as a liquid crystal display. In particular, when DMD is used as the display element 11, it becomes easy to switch images at high speed while maintaining brightness, which is advantageous for a display in which the virtual image distance or the projection distance is changed. The display element 11 operates at a frame rate of 30 fps or more. This makes it easy to make it appear that a plurality of display image (virtual image) IMs are displayed at the same time at different projection distances.

投影光学系15は、固定焦点のレンズ系であり、図示を省略するが複数のレンズを有する。投影光学系15は、表示素子11の表示面11aに形成された像に対応する画像光を、強制中間像として拡散スクリーン16上に適当な倍率で拡大投影する。なお、投影光学系15は、この投影光学系15の最も拡散スクリーン16側に配置された絞り(不図示)を有する。このように絞りを配置することで、投影光学系15の拡散スクリーン16側のFナンバーの設定や調整が比較的容易になる。 The projection optical system 15 is a fixed-focus lens system, and has a plurality of lenses (not shown). The projection optical system 15 magnifies and projects the image light corresponding to the image formed on the display surface 11a of the display element 11 on the diffusion screen 16 as a forced intermediate image at an appropriate magnification. The projection optical system 15 has an aperture (not shown) arranged closest to the diffusion screen 16 of the projection optical system 15. By arranging the diaphragm in this way, it becomes relatively easy to set and adjust the F number on the diffusion screen 16 side of the projection optical system 15.

拡散スクリーン16は、配光角を所望の角度に制御するための拡散板であり、結像位置(つまり中間像TIの結像予定位置又はその近傍)において強制中間像を形成する。この結果、拡散スクリーン16を光軸AX方向に移動させることにより、強制中間像の位置も光軸AX方向に移動させることができる。拡散スクリーン16としては、例えば摺りガラス、レンズ拡散板、マイクロレンズアレイ等を用いることができる。拡散スクリーン16は、後述するように回転板165A〜165Fに取り付けられて、回転駆動装置160により一体的に回転するようになっている。 The diffusion screen 16 is a diffusion plate for controlling the light distribution angle to a desired angle, and forms a forced intermediate image at an imaging position (that is, a planned imaging position of the intermediate image TI or its vicinity). As a result, by moving the diffusion screen 16 in the optical axis AX direction, the position of the forced intermediate image can also be moved in the optical axis AX direction. As the diffusion screen 16, for example, frosted glass, a lens diffusion plate, a microlens array, or the like can be used. The diffusion screen 16 is attached to the rotating plates 165A to 165F as described later, and is integrally rotated by the rotation driving device 160.

虚像形成光学系17は、拡散スクリーン16に形成された強制中間像を表示スクリーン20と協働して拡大し、ドライバーの前方に虚像としての表示像IMを形成する。虚像形成光学系17は、少なくとも1枚のミラーで構成されるが、図示の例では2枚のミラー17a,17bを含む。 The virtual image forming optical system 17 magnifies the forced intermediate image formed on the diffusion screen 16 in cooperation with the display screen 20, and forms a display image IM as a virtual image in front of the driver. The virtual image forming optical system 17 is composed of at least one mirror, but includes two mirrors 17a and 17b in the illustrated example.

図2は、回転駆動装置160の断面図である。回転駆動装置160は、ケース161と、ケース161に固定されたモーター162と、ケース161に回転自在に支持された回転軸163と、モーター162のモーター軸162aと回転軸163との間で動力伝達を行うギヤ列164とを有している。ケース161から突出した回転軸163の先端側には、6枚の回転板165A〜165Fが、回転軸線RXの方向に沿って等ピッチPにて離間して取り付けられ,一体的に回転するようになっている。 FIG. 2 is a cross-sectional view of the rotation driving device 160. The rotary drive device 160 transmits power between the case 161, the motor 162 fixed to the case 161, the rotary shaft 163 rotatably supported by the case 161 and the motor shaft 162a and the rotary shaft 163 of the motor 162. It has a gear train 164 for performing the above. Six rotating plates 165A to 165F are attached to the tip side of the rotating shaft 163 protruding from the case 161 at equal pitches P along the direction of the rotating axis RX so as to rotate integrally. It has become.

図3は、図2の構成をIII-III線で切断して矢印方向に見た図である。図3においては理解しやすいように、回転板165Aと、拡散スクリーン16に入射する、画像光の断面(すなわち中間像)TIとを別々に示している。ここで、画像光の断面TIは、短辺がa、長辺がb、対角線の長さがcである長方形状であるものとする。 FIG. 3 is a view of the configuration of FIG. 2 cut along the line III-III and viewed in the direction of the arrow. In FIG. 3, for easy understanding, the rotating plate 165A and the cross section (that is, the intermediate image) TI of the image light incident on the diffusion screen 16 are shown separately. Here, it is assumed that the cross-sectional TI of the image light is rectangular in which the short side is a, the long side is b, and the diagonal length is c.

回転板165Aは、共通した形状を有する6個の開口部165a〜165fを、回転軸線RXを基準に点対称に等角度で配置している。ここで、それぞれの開口部は等角度の配置でなくてもよく、投影距離に応じた最適の角度を任意に設定するのでも構わない。各開口部165a〜165fは、回転板165Aの回転に応じて、照射された画像光が相対移動する軌跡の形状を有している。開口部165aを例にとって、その形状を具体的に説明する。開口部165aは、回転軸線RXを中心に半径r1の円弧状の内縁IEと、半径r2の円弧状の外縁OEとを有している。又、開口部165aは、内縁IEと外縁OEの一端同士の距離がcとなる位置で、長さaの短辺と、これに直交する長さbの長辺とを連結し、且つ内縁IEと外縁OEの他端同士の距離がcとなる位置で、長さbの長辺と、これに直交する長さaの短辺とを連結してなる。 In the rotating plate 165A, six openings 165a to 165f having a common shape are arranged at equal angles point-symmetrically with respect to the rotating axis RX. Here, the respective openings do not have to be arranged at equal angles, and the optimum angle may be arbitrarily set according to the projection distance. Each of the openings 165a to 165f has a locus shape in which the irradiated image light moves relative to each other in accordance with the rotation of the rotating plate 165A. Taking the opening 165a as an example, the shape thereof will be specifically described. The opening 165a has an arc-shaped inner edge IE having a radius r1 and an arc-shaped outer edge OE having a radius r2 about the rotation axis RX. Further, the opening 165a connects the short side of the length a and the long side of the length b orthogonal to the short side of the length a at a position where the distance between one ends of the inner edge IE and the outer edge OE is c, and the inner edge IE At a position where the distance between the other ends of the outer edge OE is c, the long side of the length b and the short side of the length a orthogonal to the long side are connected.

内縁IEと外縁OEの延在する角度範囲は、回転板165Aの回転速度と画像光の照射時間によって決まる。又、内縁IEの半径r1は、周方向に隣接する開口部同士の干渉を招かない最小の値とすることが望ましい。更に、外縁OEと、回転板165Aの外周165gとを、強度確保のため一定の距離Δで離間させることが望ましい。その他の開口部165b〜165fも同じ形状である。 The extending angle range between the inner edge IE and the outer edge OE is determined by the rotation speed of the rotating plate 165A and the irradiation time of the image light. Further, it is desirable that the radius r1 of the inner edge IE is a minimum value that does not cause interference between openings adjacent to each other in the circumferential direction. Further, it is desirable that the outer edge OE and the outer circumference 165 g of the rotating plate 165A are separated from each other by a constant distance Δ in order to secure the strength. The other openings 165b to 165f have the same shape.

6枚の回転板165A〜165Fは、それぞれ6個の開口部165a〜165fを有するが、そのうち1つの開口部のみに拡散スクリーン16が設けられており、それ以外の開口部内は空間(素通し)となっている。図3の回転板165Aでは、ハッチングで示す拡散スクリーン16が開口部165aに接着剤等により取り付けられている。 The six rotating plates 165A to 165F each have six openings 165a to 165f, but the diffusion screen 16 is provided only in one of the openings, and the other openings have a space (transparent). It has become. In the rotating plate 165A of FIG. 3, the diffusion screen 16 shown by hatching is attached to the opening 165a with an adhesive or the like.

図示していないが同様に、回転板165Bでは、拡散スクリーン16が開口部165bに相当する角度位相位置に取り付けられ、回転板165Cでは、拡散スクリーン16が開口部165cに相当する角度位相位置に取り付けられ、回転板165Dでは、拡散スクリーン16が開口部165dに相当する角度位相位置に取り付けられ、回転板165Eでは、拡散スクリーン16が開口部165eに相当する角度位相位置に取り付けられ、回転板165Fでは、拡散スクリーン16が開口部165fに相当する角度位相位置に取り付けられ,それ以外の開口部は全て素通しとなっている。尚、拡散スクリーン16が取り付けられた開口部を特定開口部という。 Similarly, although not shown, in the rotating plate 165B, the diffusion screen 16 is attached at an angular phase position corresponding to the opening 165b, and in the rotating plate 165C, the diffusion screen 16 is attached at an angular phase position corresponding to the opening 165c. In the rotating plate 165D, the diffusion screen 16 is attached at an angular phase position corresponding to the opening 165d, in the rotating plate 165E, the diffusion screen 16 is attached in an angular phase position corresponding to the opening 165e, and in the rotating plate 165F. , The diffusion screen 16 is attached at an angular phase position corresponding to the opening 165f, and all other openings are transparent. The opening to which the diffusion screen 16 is attached is referred to as a specific opening.

図4は、開口部165a内に画像光が入射した状態で、回転板165Aが相対回転した状態を示す図である。図4から明らかなように、画像光の矩形断面TIの長手方向中心線CL1と、短手方向中心線CL2は、それぞれ回転軸線RXを通過せず、相対回転する回転板165A上の点Q1,Q2を通過するようになっている。 FIG. 4 is a diagram showing a state in which the rotating plate 165A is relatively rotated with the image light incident in the opening 165a. As is clear from FIG. 4, the longitudinal center line CL1 and the lateral center line CL2 of the rectangular cross-section TI of the image light do not pass through the rotation axis RX, respectively, and the points Q1 on the rotating plate 165A that rotates relative to each other. It is designed to pass through Q2.

図2において、拡散スクリーン16を取り付けた回転板165A〜165Fが、回転軸163と共にモーター162により駆動されて一定角速度で回転する。回転板165A〜165Fの回転位置に応じて、回転板165Aの拡散スクリーン16に入射した画像光は、回転軸線RX方向に並んだそれ以外の回転板の開口部を通過する。同様に、回転板165B〜165Fの拡散スクリーン16に入射した画像光は、回転軸線RX方向に並んだそれ以外の回転板の開口部を通過する。つまり、回転板165A〜165Fの回転位置に応じて、回転軸線RXの方向に沿って位置が異なる拡散スクリーン16を通過することとなるが、拡散スクリーン16は、回転板165A〜165Fの回転に伴って投影光学系15の結像位置(中間像TIの結像予定位置又はその近傍)に順次配置されることとなる。 In FIG. 2, the rotating plates 165A to 165F to which the diffusion screen 16 is attached are driven by the motor 162 together with the rotating shaft 163 and rotate at a constant angular velocity. Depending on the rotation position of the rotating plates 165A to 165F, the image light incident on the diffusion screen 16 of the rotating plate 165A passes through the openings of the other rotating plates arranged in the rotation axis RX direction. Similarly, the image light incident on the diffusion screen 16 of the rotating plates 165B to 165F passes through the openings of the other rotating plates arranged in the rotation axis RX direction. That is, the diffusion screen 16 passes through the diffusion screens 16 having different positions along the direction of the rotation axis RX according to the rotation positions of the rotary plates 165A to 165F, but the diffusion screen 16 accompanies the rotation of the rotary plates 165A to 165F. The images are sequentially arranged at the imaging position of the projection optical system 15 (at or near the planned imaging position of the intermediate image TI).

すなわち、回転板165A〜165Fの回転により、6つの拡散スクリーン16が異なる位置で順次光軸AXを横切るように移動し、回転板165A〜165Fの各拡散スクリーン16が、この順序で光軸AX上に配置されるようになる。具体的には、回転板165Aの拡散スクリーン16が光軸AXを横切るとき、最も虚像形成光学系17に近接することとなり、それにより表示素子11に表示されている画像が、表示スクリーン20の背後の最も近くに虚像として表示される。一方、回転板165Fの拡散スクリーン16が光軸AXを横切るとき、最も虚像形成光学系17からり関しており、それにより表示素子11に表示されている画像が、表示スクリーン20の背後の最も遠くに虚像として表示される。更には回転板165B〜165Eの拡散スクリーン16は、それらの間に配置されるので、それに応じた位置に虚像として表示されるから、ドライバーにより視認される虚像はアニメーションのように奥行き方向に変化することとなる。更には、回転板の回転速度を速くして、30Hz以上、望ましくは60Hz以上で回転させると、これら複数の虚像が同時性を持って観察され、奥行き方向も含めた3次元映像として見る事が可能となる。回転板165A〜165Fが1回転すると、虚像は元の位置に戻る。つまり、本実施形態では、虚像の位置を奥行き方向に6段階に変えることができる。 That is, due to the rotation of the rotating plates 165A to 165F, the six diffusion screens 16 sequentially move across the optical axis AX at different positions, and the diffusion screens 16 of the rotating plates 165A to 165F are placed on the optical axis AX in this order. Will be placed in. Specifically, when the diffusion screen 16 of the rotating plate 165A crosses the optical axis AX, it comes closest to the virtual image forming optical system 17, so that the image displayed on the display element 11 is behind the display screen 20. Appears as a virtual image closest to. On the other hand, when the diffusion screen 16 of the rotating plate 165F crosses the optical axis AX, it is most related to the virtual image forming optical system 17, so that the image displayed on the display element 11 is the farthest behind the display screen 20. Is displayed as a virtual image. Further, since the diffusion screens 16 of the rotating plates 165B to 165E are arranged between them, they are displayed as virtual images at the corresponding positions, so that the virtual image visually recognized by the driver changes in the depth direction like an animation. It will be. Furthermore, if the rotation speed of the rotating plate is increased and the rotating plate is rotated at 30 Hz or higher, preferably 60 Hz or higher, these multiple virtual images are observed at the same time and can be viewed as a three-dimensional image including the depth direction. It will be possible. When the rotating plates 165A to 165F make one rotation, the imaginary image returns to its original position. That is, in the present embodiment, the position of the virtual image can be changed in 6 steps in the depth direction.

回転板165A〜165Fがある程度の速度で回転する間、虚像の位置を固定させておくことで、ドライバーの視認性が高まる。そこで、開口部165a〜165fに、図3,4に示すような画像光の断面形状の移動軌跡に相当する形状にしている。 By fixing the position of the virtual image while the rotating plates 165A to 165F rotate at a certain speed, the visibility of the driver is improved. Therefore, the openings 165a to 165f have a shape corresponding to the movement locus of the cross-sectional shape of the image light as shown in FIGS. 3 and 4.

本実施形態によれば、拡散スクリーン16を光軸AXに沿って移動させることができる。拡散スクリーン16を光軸AXに沿って移動させることで、虚像形成光学系17によって表示スクリーン20の背後に形成される虚像としての表示像IMと観察者の距離を大きく、または小さくすることができる。このように、投影される表示像IMの位置を光軸AXに沿って前後に変化させるとともに、表示内容をその位置に応じたものとすることで、表示像IMまでの虚像距離を変化させつつ表示像IMを変化させることになり、一連の投影像としての表示像IMを3次元的なものとすることができる。ここで、拡散スクリーン16の光軸AXに沿った移動範囲は、中間像TIの結像予定位置又はその近傍に相当するものであるが、投影光学系15の拡散スクリーン16側の焦点深度の範囲内とすることが望ましい。これにより、例えば投影光学系内に合焦手段などの特別な機構を設ける事なくとも、強制中間像の状態と虚像としての表示像IMの結像状態とを、いずれも略ピントが合った良好な状態とすることができる。 According to this embodiment, the diffusion screen 16 can be moved along the optical axis AX. By moving the diffusion screen 16 along the optical axis AX, the distance between the observer and the display image IM as a virtual image formed behind the display screen 20 by the virtual image forming optical system 17 can be increased or decreased. .. In this way, by changing the position of the projected display image IM back and forth along the optical axis AX and making the display content according to the position, the virtual image distance to the display image IM is changed. The display image IM is changed, and the display image IM as a series of projected images can be made three-dimensional. Here, the moving range of the diffusion screen 16 along the optical axis AX corresponds to the planned imaging position of the intermediate image TI or its vicinity, but is the range of the depth of focus on the diffusion screen 16 side of the projection optical system 15. It is desirable to keep it inside. As a result, for example, even if a special mechanism such as a focusing means is not provided in the projection optical system, the state of the forced intermediate image and the imaging state of the display image IM as a virtual image are both in good focus. Can be in a state.

以上の本体光学系13において、拡散スクリーン16を設けることにより、光軸AX方向に移動可能な強制中間像を形成できるだけでなく、視野角とアイボックスサイズとを確保しつつ、光学系の光利用効率を高くすることができる。なお、拡散スクリーン16による拡散の配光角が狭すぎると、アイボックスサイズが小さくなってしまう。逆に、拡散スクリーン16による拡散の配光角を大きくしすぎると、光利用効率を高くするために虚像形成光学系17のF値を小さくする必要があるため、焦点深度が浅くなり表示可能な距離範囲が狭まってしまう。 By providing the diffusion screen 16 in the above-mentioned main body optical system 13, not only can a forced intermediate image movable in the optical axis AX direction be formed, but also the light utilization of the optical system can be used while ensuring the viewing angle and the eyebox size. Efficiency can be increased. If the light distribution angle of the diffusion by the diffusion screen 16 is too narrow, the eyebox size becomes small. On the contrary, if the light distribution angle of the diffusion by the diffusion screen 16 is made too large, the F value of the virtual image forming optical system 17 needs to be reduced in order to increase the light utilization efficiency, so that the depth of focus becomes shallow and the display can be performed. The distance range is narrowed.

図5は、変形例にかかる図3と同様な図である。本変形例では回転板は5枚であり、そのうちの1枚の回転板165A’は、5つの開口部165a’〜165e’を形成していて、開口部165a’にのみ拡散スクリーン16を取り付けている。図示していないが、回転板165A’以外の4枚の回転板も同様の構成である。本変形例では、虚像の位置を奥行き方向に5段階に変えることができる。それ以外の構成は上述した実施形態と同様である。 FIG. 5 is a diagram similar to FIG. 3 according to the modified example. In this modification, there are five rotating plates, one of which the rotating plate 165A'forms five openings 165a'to 165e', and the diffusion screen 16 is attached only to the openings 165a'. There is. Although not shown, four rotating plates other than the rotating plate 165A'have the same configuration. In this modification, the position of the virtual image can be changed in five steps in the depth direction. Other configurations are the same as those in the above-described embodiment.

図6は、変形例にかかる図3と同様な図である。本変形例では回転板は4枚であり、そのうちの1枚の回転板165A”は、4つの開口部165a”〜165d”を形成していて、開口部165a”にのみ拡散スクリーン16を取り付けている。図示していないが、回転板165A”以外の3枚の回転板も同様の構成である。本変形例では、虚像の位置を奥行き方向に4段階に変えることができる。それ以外の構成は上述した実施形態と同様である。 FIG. 6 is a diagram similar to FIG. 3 according to the modified example. In this modification, there are four rotating plates, one of which the rotating plate 165A "forms four openings 165a" to 165d ", and the diffusion screen 16 is attached only to the openings 165a". There is. Although not shown, three rotating plates other than the rotating plate 165A "have the same configuration. In this modified example, the position of the virtual image can be changed in four stages in the depth direction. Other configurations are described above. It is the same as the said embodiment.

以下、本発明者の検討結果を説明する。図7,図8は、検討に用いた比較例の回転板RP1,RP2を示す図3と同様な図であり、各開口部を通過する画像光の断面TIを一点鎖線で示している。図7の回転板RP1は、画像光の断面TIの相対移動軌跡である6つの扇状の開口部RP1a〜RP1fを有している。開口部RP1aを通過する矩形断面TIを持つ画像光は、長手方向中心線L1が回転軸線RXを通過するようになっており、それ以外の開口部についても同様である。 The results of the study by the present inventor will be described below. 7 and 8 are the same views as FIG. 3 showing the rotating plates RP1 and RP2 of the comparative example used in the study, and the cross-sectional TI of the image light passing through each opening is shown by the alternate long and short dash line. The rotating plate RP1 of FIG. 7 has six fan-shaped openings RP1a to RP1f, which are relative movement loci of the cross section TI of the image light. In the image light having a rectangular cross-section TI passing through the opening RP1a, the longitudinal center line L1 passes through the rotation axis RX, and the same applies to the other openings.

一方、図8の回転板RP2も、画像光の断面TIの相対移動軌跡である6つの扇状の開口部RP2a〜RP2fを有している。開口部RP2aを通過する矩形断面TIを持つ画像光は、短手方向中心線L2が回転軸線RXを通過するようになっており、それ以外の開口部についても同様である。 On the other hand, the rotating plate RP2 of FIG. 8 also has six fan-shaped openings RP2a to RP2f, which are relative movement loci of the cross section TI of the image light. In the image light having a rectangular cross-section TI passing through the opening RP2a, the center line L2 in the lateral direction passes through the rotation axis RX, and the same applies to the other openings.

ここで、画像光の矩形断面TIの短辺を31.19mmとし、長辺を83.17mmとし、1つの開口部を描く画像光の軌跡の移動角度(図3の内縁IE又は外縁OEの延在角度)を±10度として、実施例としての図3に示す回転板165Aの直径と、比較例である回転板RP1、RP2の直径とを求めたところ、以下の結果を得た。
(実施例)回転板165Aの直径:285mm
(比較例1)回転板RP1の直径:292mm
(比較例2)回転板RP2の直径:326.5mm
Here, the short side of the rectangular cross-section TI of the image light is 31.19 mm, the long side is 83.17 mm, and the moving angle of the trajectory of the image light drawing one opening (extension of the inner edge IE or the outer edge OE in FIG. 3). The diameter of the rotating plate 165A shown in FIG. 3 as an example and the diameters of the rotating plates RP1 and RP2 as comparative examples were determined with ± 10 degrees as the current angle), and the following results were obtained.
(Example) Diameter of rotary plate 165A: 285 mm
(Comparative Example 1) Diameter of rotary plate RP1: 292 mm
(Comparative Example 2) Diameter of rotating plate RP2: 326.5 mm

以上の検討結果によれば、比較例1,2に比べ実施例の回転板の直径が最も小さくなった。本実施例によれば、複数ある開口部同士を最密に配置することが可能となり、比較例1,2と比較しサイズの小型化が実現できるとともに、開口部を通過する画像光の断面の長手方向中心線又は短手方向中心線が回転軸線を通らない限り、任意の角度とすることができるから、光学系内での配置位置にも自由度ができ、他の部品等も含めた全体的な設計の自由度も広がる。 According to the above examination results, the diameter of the rotating plate of the example was the smallest as compared with the comparative examples 1 and 2. According to this embodiment, it is possible to arrange a plurality of openings in the closest proximity to each other, and it is possible to reduce the size as compared with Comparative Examples 1 and 2, and the cross section of the image light passing through the openings. As long as the longitudinal center line or the lateral center line does not pass through the rotation axis, it can be set to any angle, so there is a degree of freedom in the placement position in the optical system, and the whole including other parts etc. The degree of freedom in designing is also expanded.

本発明は、明細書に記載の実施形態・変形例・実施例に限定されるものではなく、他の実施形態や変形例を含むことは、本明細書に記載された実施形態や実施例や技術思想から本分野の当業者にとって明らかである。明細書の記載及び実施形態は、あくまでも例証を目的としており、本発明の範囲は後述するクレームによって示されている。例えば、回転板と開口部は2つ、3つ又は7つ以上設けても良い。更に、開口部には、拡散スクリーンのみならず、偏光フィルター、カラーフィルターなど種々の要素を配置することができる。よって、本発明はヘッドアップディスプレイ装置以外にも適用できる。 The present invention is not limited to the embodiments, modifications, and examples described in the present specification, and the inclusion of other embodiments and modifications includes the embodiments and examples described in the present specification. It is clear to those skilled in the art from the technical idea. The description and embodiments of the specification are for illustration purposes only, and the scope of the present invention is set forth by the claims described below. For example, the rotating plate and the opening may be provided with two, three, or seven or more. Further, not only the diffusion screen but also various elements such as a polarizing filter and a color filter can be arranged in the opening. Therefore, the present invention can be applied to other than the head-up display device.

10 描画ユニット
11 表示素子
11a 表示面
13 本体光学系
14 ハウジング
15 投影光学系
16 拡散スクリーン
17 虚像形成光学系
17a,17b ミラー
18 表示制御部
20 表示スクリーン
30 虚像表示光学系
100 画像表示装置
160 回転駆動装置
161 ケース
162 モーター
162a モーター軸
163 回転軸
164 ギヤ列
165A-165F、165A’-165E’、165A”-165D” 回転板
165a-165f、165a-165e、165a”-165d” 開口部
L1 長手方向中心線
L2 短手方向中心線
RX 回転軸線
TI 中間像(画像光の断面)
10 Drawing unit 11 Display element 11a Display surface 13 Main body Optical system 14 Housing 15 Projection optical system 16 Diffusion screen 17 Virtual image formation optical system 17a, 17b Mirror 18 Display control unit 20 Display screen 30 Virtual image display optical system 100 Image display device 160 Rotational drive Device 161 Case 162 Motor 162a Motor shaft 163 Rotating shaft 164 Gear row 165A-165F, 165A'-165E', 165A "-165D" Rotating plate 165a-165f, 165a-165e, 165a "-165d" Opening L1 Longitudinal center Line L2 Short side center line RX Rotation axis TI intermediate image (cross section of image optics)

Claims (4)

矩形断面の画像光を照射する投影装置と、
前記画像光が通過する開口部を備えた回転板と、
前記画像光の照射方向に沿って延在する回転軸線回りに前記回転板を回転させる駆動装置と、を有し、
前記開口部は、前記回転板の回転に応じて、前記投影装置により照射された前記画像光が相対移動する軌跡の形状を有し、
前記回転軸線の方向に見たときに、前記開口部を通過する前記画像光の矩形断面における長手方向中心線及び短手方向中心線が前記回転軸線に交差しないように、前記投影装置が前記画像光を出射する画像表示装置。
A projection device that irradiates image light with a rectangular cross section,
A rotating plate having an opening through which the image light passes, and
It has a drive device for rotating the rotary plate around a rotation axis extending along the irradiation direction of the image light.
The opening has the shape of a locus in which the image light irradiated by the projection device moves relative to each other in response to the rotation of the rotating plate.
When viewed in the direction of the rotation axis, the projection device performs the image so that the longitudinal center line and the lateral center line in the rectangular cross section of the image light passing through the opening do not intersect the rotation axis. An image display device that emits light.
前記開口部には、拡散スクリーン又はフィルターが取り付けられている請求項1に記載の画像表示装置。 The image display device according to claim 1, wherein a diffusion screen or a filter is attached to the opening. それぞれN(Nは2以上の整数)個の前記開口部を有するN枚の前記回転板が、前記回転軸線の方向に沿って重ねられた前記開口部を介して前記画像光が通過するように積層されており、N個の前記開口部のうちの1つである特定開口部に、前記拡散スクリーン又は前記フィルターが取り付けられており、前記特定開口部は、前記回転板毎に異なる回転位相の位置に配置されている請求項2に記載の画像表示装置。 The image light passes through the openings in which N (N is an integer of 2 or more) of the rotating plates, each of which has N (N is an integer of 2 or more), are overlapped along the direction of the rotation axis. The diffusion screen or the filter is attached to a specific opening which is laminated and is one of the N openings, and the specific opening has a different rotation phase for each rotating plate. The image display device according to claim 2, which is arranged at a position. 前記矩形断面は長方形である請求項1〜3のいずれかに記載の画像表示装置。 The image display device according to any one of claims 1 to 3, wherein the rectangular cross section is rectangular.
JP2019526659A 2017-06-29 2018-05-14 Image display device Active JP6930587B2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017127063 2017-06-29
JP2017127063 2017-06-29
PCT/JP2018/018500 WO2019003669A1 (en) 2017-06-29 2018-05-14 Image display device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2019003669A1 JPWO2019003669A1 (en) 2020-04-30
JP6930587B2 true JP6930587B2 (en) 2021-09-01

Family

ID=64741399

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019526659A Active JP6930587B2 (en) 2017-06-29 2018-05-14 Image display device

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6930587B2 (en)
WO (1) WO2019003669A1 (en)

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3050272B2 (en) * 1994-07-07 2000-06-12 矢崎総業株式会社 Display device for vehicles
US6900779B1 (en) * 2000-01-28 2005-05-31 Zheng Jason Geng Method and apparatus for an interactive volumetric three dimensional display
KR20020073054A (en) * 2001-03-14 2002-09-19 한국과학기술연구원 A Multi-layered Image Display System and Methods
JP4574132B2 (en) * 2003-07-22 2010-11-04 株式会社リコー Illumination device and color image display device using the same
JP2006146104A (en) * 2004-11-25 2006-06-08 Pentax Corp Three-dimensional display device
KR20080025898A (en) * 2006-09-19 2008-03-24 일진디스플레이(주) Projector with one liquid crystal panel
JP2013073229A (en) * 2011-09-29 2013-04-22 Seiko Epson Corp Display device, and method of driving the same
JP2015031837A (en) * 2013-08-02 2015-02-16 学校法人東海大学 Stereoscopic image display device
EP3534201B1 (en) * 2016-10-31 2022-07-13 Konica Minolta, Inc. Virtual image display optical system and image display device

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019003669A1 (en) 2019-01-03
JPWO2019003669A1 (en) 2020-04-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5344069B2 (en) Head-up display device
JP5772841B2 (en) Vehicle display device
JP3733852B2 (en) Display device
JP4871459B2 (en) In-vehicle head-up display device
JP2010256867A (en) Head-up display and image display method
CN112789545A (en) HUD system, vehicle and virtual image position adjusting method
JPWO2018066062A1 (en) Projection optical system and head-up display device
WO2011077688A1 (en) Lens optical system, image display device and head-up display
JPH06319093A (en) Head part fitting type video display device
EP3828619B1 (en) Virtual image display device
WO2015045937A1 (en) Projection display device
JP6296862B2 (en) Image display device
JP7043649B2 (en) Image display device
JP6922655B2 (en) Virtual image display device
JP2020064235A (en) Display device
JP6930587B2 (en) Image display device
JP6820502B2 (en) Image display device
JP6586230B2 (en) Image display device
JP6841173B2 (en) Virtual image display device
JP6683149B2 (en) Head-up display device
JP2017227681A (en) Head-up display device
JP2021117381A (en) Image display device
JP4883011B2 (en) Image projection device
JP7424889B2 (en) image display device
JP7424888B2 (en) image display device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20201223

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210713

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210726

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6930587

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150