JP7036158B2 - Display image creation device and image display device - Google Patents
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Images
Description
本発明は、表示画像作成装置および画像表示装置に関するものである。 The present invention relates to a display image creating device and an image display device.
自動車、航空機、船舶などの移動体に搭載される装置であって、操縦者(運転者)が当該移動体を操縦する際に有用な情報を、少ない視線移動で視認できるようにする画像表示装置が知られている。このような画像表示装置は、一般的に、ヘッドアップディスプレイ(以下「HUD」という)と呼ばれる。 An image display device that is mounted on a moving body such as an automobile, an aircraft, or a ship and enables the operator (driver) to visually recognize useful information when maneuvering the moving body with a small amount of line-of-sight movement. It has been known. Such an image display device is generally called a head-up display (hereinafter referred to as "HUD").
HUDは、移動体に関する情報を含む画像を中間画像として作成し、この中間画像を運転者が情報を認知できるように虚像として現すものである。なお、「移動体に関する情報」とは、当該移動体の運転者の視界に存在するものに関連する情報、当該移動体の動作に関連する情報等を含む。例えば、移動体の動作状態を報知する警報なども含まれる。 The HUD creates an image containing information about a moving object as an intermediate image, and presents this intermediate image as a virtual image so that the driver can recognize the information. The "information about the moving body" includes information related to information existing in the driver's field of view of the moving body, information related to the operation of the moving body, and the like. For example, an alarm for notifying the operating state of a moving body is also included.
従来のHUDは、中間画像の作成方式として、例えば、液晶等のイメージングデバイスを用いるパネル方式、レーザーダイオードから射出されたレーザービームを二次元走査デバイスによって走査するレーザー走査方式、などが知られている。パネル方式は、全画面発光を部分的に遮光して中間画像を作成する。レーザー走査方式は、各画素に対して「発光」と「非発光」を割り当てることで中間画像を作成する。一般的に、高コントラストの中間画像を作成するには、レーザー走査方式の方が適している。 In the conventional HUD, as an intermediate image creation method, for example, a panel method using an imaging device such as a liquid crystal, a laser scanning method in which a laser beam emitted from a laser diode is scanned by a two-dimensional scanning device, and the like are known. .. The panel method creates an intermediate image by partially blocking the full-screen emission. The laser scanning method creates an intermediate image by assigning "light emission" and "non-light emission" to each pixel. In general, the laser scanning method is more suitable for producing high-contrast intermediate images.
HUDは、操縦者の前方視界内に配置される。移動体が自動車の場合であれば、HUDの本体はダッシュボードの内部に配置される。自動車の場合、ダッシュボードの内部には空調のダクトやメーター類などの構造物が収納されるので、これら構造物とHUDが干渉しないように配置する必要がある。したがって、HUDは小型である方が望ましい。 The HUD is located within the driver's forward field of view. If the mobile is a car, the body of the HUD is located inside the dashboard. In the case of an automobile, structures such as air-conditioning ducts and meters are stored inside the dashboard, so it is necessary to arrange them so that the structures and the HUD do not interfere with each other. Therefore, it is desirable that the HUD is small.
HUDを小型にするには、HUDが備える光学系を小型にすればよい。光学系に含まれる一部の光学素子を小さくすることでHUD全体を小さくするものが知られている(例えば、特許文献1を参照)。 In order to make the HUD smaller, the optical system included in the HUD may be made smaller. It is known that the entire HUD is made smaller by making some of the optical elements included in the optical system smaller (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1のHUDのように光学系を小さくすると中間画像が小さくなる。そうすると、運転者が視認する虚像が小さくなり、情報を視認しにくくなる。光学系が小さくても虚像を大きくするならば、光学系における倍率を高くすればよい。しかし、光学系の倍率を高くすると感度が敏感になり、光学素子の微調整が難しい。
When the optical system is made smaller as in the HUD of
また、光学系を小さくする別の方法として、中間画像を作成するための中間スクリーンから運転者の視点に至るまでの観察光学系において、偏心光学系を用いる方法がある。この偏心光学系の偏心量を大きくすれば、観察光学系の収納空間を小さくすることができるので、HUDを小さくできる。 Further, as another method of reducing the optical system, there is a method of using an eccentric optical system in the observation optical system from the intermediate screen for creating an intermediate image to the viewpoint of the driver. If the amount of eccentricity of this eccentric optical system is increased, the storage space of the observation optical system can be reduced, so that the HUD can be reduced.
しかし、観察光学系に偏心光学系を用いた場合、偏心光学系の偏心量を大きくすると、新たな課題が生ずる。一般に、二次元偏向走査を行う走査光学系は、光学設計の観点から主走査方向の対称性を持たせると有利である。そのためには、走査光学系から中間スクリーンへ入射する光線は、主走査方向について中間スクリーンに対し垂直に入射する構成が望ましい。 However, when an eccentric optical system is used for the observation optical system, increasing the eccentricity of the eccentric optical system causes a new problem. In general, it is advantageous for a scanning optical system that performs two-dimensional deflection scanning to have symmetry in the main scanning direction from the viewpoint of optical design. For that purpose, it is desirable that the light rays incident on the intermediate screen from the scanning optical system are incident on the intermediate screen perpendicularly to the intermediate screen in the main scanning direction.
偏心光学系の偏心量を大きくすることでHUDを小さくした場合、アイポイントから考えていくと観察光学系が備える折返しミラーを偏心させることになる。折り返しミラーが中間画像を反射する領域(光線通過領域)の形状を矩形とした場合、折り返しミラーを偏心させて斜めに配置すると、折り返しミラーが上下方向や左右方向に飛び出すような構成になる。したがって、観察光学系に偏心光学系を用いることで、HUDが大きくなることがある。 When the HUD is reduced by increasing the eccentricity of the eccentric optical system, the folded mirror provided in the observation optical system is eccentric when considering from the eye point. When the shape of the region where the folding mirror reflects the intermediate image (light ray passing region) is rectangular, if the folding mirror is eccentric and arranged diagonally, the folding mirror is configured to protrude in the vertical direction or the horizontal direction. Therefore, by using an eccentric optical system for the observation optical system, the HUD may increase.
本発明は、小型で、かつ、観察者が認知しやすい虚像の表示用の画像を作成することができる表示画像作成装置と画像表示装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a display image creating device and an image display device that are small in size and capable of creating an image for displaying a virtual image that is easily recognized by an observer.
本発明は、光源素子からの光を出射する光源部と、前記光源部から出射された光束により中間スクリーンに中間画像を作成する画像形成素子と、前記中間画像を結合光学素子に導く反射光学素子と、を備え、前記画像形成素子は、前記画像形成素子から射出される画像光の中心軸が前記操縦者の視野方向となる軸に対し前記操縦者から見て左右方向に傾斜するように配置され、前記中間スクリーンは、前記画像光を透過するものであり、前記反射光学素子は、前記中間スクリーンを透過した前記画像光を反射するものであって、前記中間画像に外接する面積最小の矩形の角に対応する部分を欠いた外形をしており、前記角に対応する部分を除いた前記中間画像を前記光学素子に導光する、ことを主な特徴とする。
The present invention includes a light source unit that emits light from a light source element, an image forming element that creates an intermediate image on an intermediate screen by a light beam emitted from the light source unit, and a reflection optical element that guides the intermediate image to a coupled optical element. And, the image forming element is arranged so that the central axis of the image light emitted from the image forming element is inclined in the left-right direction when viewed from the operator with respect to the axis which is the viewing direction of the operator . The intermediate screen transmits the image light, and the reflecting optical element reflects the image light transmitted through the intermediate screen, and is a rectangular shape having the smallest area circumscribing the intermediate image. The outer shape lacks the portion corresponding to the corner, and the main feature is that the intermediate image excluding the portion corresponding to the corner is guided to the optical element.
本発明によれば、小型で、かつ、観察者が認知しやすい虚像の表示用の画像を作成することができる。 According to the present invention, it is possible to create an image for displaying a virtual image that is small and easy for the observer to recognize.
以下、本発明に係る表示画像作成装置の実施形態、および同表示画像作成装置を備える画像表示装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。まず、本発明に係る画像表示装置の実施形態であるHUD1について説明する。 Hereinafter, an embodiment of the display image creating device according to the present invention and an embodiment of the image display device including the display image creating device will be described with reference to the drawings. First, HUD1 which is an embodiment of the image display device according to the present invention will be described.
●画像表示装置の概要●
図1に示すようにHUD1は、自動車や航空機、船舶などの移動体に搭載される装置である。HUD1は、当該移動体の操縦者の視界内において、当該移動体の操縦に有用な情報を表示する。なお、「移動体の操縦に有用な情報」とは、当該移動体の操縦者の視界に存在するものに関連する情報、当該移動体の動作に関連する情報等を含む。例えば、移動体の動作状態を報知する警報なども含まれる。本明細書において、「移動体の操縦に有用な情報」を単に「情報」と表記することもある。
● Overview of image display device ●
As shown in FIG. 1, the HUD1 is a device mounted on a moving body such as an automobile, an aircraft, or a ship. The HUD1 displays information useful for maneuvering the moving body within the field of view of the operator of the moving body. The "information useful for maneuvering the moving body" includes information related to information existing in the field of view of the operator of the moving body, information related to the operation of the moving body, and the like. For example, an alarm for notifying the operating state of a moving body is also included. In the present specification, "information useful for maneuvering a moving body" may be simply referred to as "information".
HUD1は、操縦者が認知可能な状態で情報を虚像2として表示する。この虚像2は、中間画像に基づいて現れる像であり、中間画像は、虚像2を表示するための画像である。HUD1は中間画像の作成装置(表示画像作成装置)を備えている。表示画像作成装置の実施形態の詳細は、後述する。
The
HUD1は、表示画像作成装置において作成された中間画像を画像光として操縦者の視界に投射し、これを虚像2として当該操縦者の視界内に表示する。画像光を投射する光学系には、画像光を操縦者に向けて反射し、かつ、操縦者の視界に存在する周囲環境の反射光(外部光)を透過する光学素子を備えている。この光学素子は、画像光と外部光を結合し、結合した光を操縦者が見えるようにする素子である。この結合した光によって、画像光が投射されている位置よりも離れた位置に虚像2があるかのように操縦者は認知する。
The
●画像表示装置の構成
図1に示すように、HUD1は、光源部10と、走査光学系20と、観察光学系30と、を備えている。HUD1は、すでに説明のとおり、操縦者である観察者3の視界内に虚像2を表示する装置である。
● Configuration of Image Display Device As shown in FIG. 1, the
本実施形態では、HUD1を自動車に搭載した場合を例に用いて説明する。HUD1において虚像2の元になる中間画像は、光源部10と走査光学系20と観察光学系30を構成する凹面ミラー31によって作成される。したがって、本発明に係る表示画像作成装置の実施形態である画像作成装置100は、光源部10と走査光学系20と凹面ミラー31によって構成される。
In this embodiment, a case where the HUD1 is mounted on an automobile will be described as an example. The intermediate image that is the source of the
画像作成装置100で作成された中間画像は、観察光学系30の一部を構成する光コンバイナ32に投射される。光コンバイナ32は、中間画像と上記の外部光を結合し、観察者3が視認可能にする結合光学素子である。
The intermediate image created by the
本実施形態では、光コンバイナ32としてフロントウインドシールド50(いわゆるフロントガラス)を用いている。また、専用の結合光学素子を光コンバイナ32として観察者3の視界内に配置してもよい。
In this embodiment, a front windshield 50 (so-called windshield) is used as the
●光源部10の概要
光源部10は、虚像2の元になる中間画像の作成に用いる光束を出射する。虚像2をカラー画像にするのであれば、光源部10からはカラー画像に必要な光の三原色に相当する光束が出射される。
● Outline of the
●走査光学系20の概要
走査光学系20は、光源部10から出射された光束に基づいて、虚像2において所定の情報を表示するための中間画像を作成する。一般的に、中間画像の外形は、長方形や正方形などの矩形である。
● Outline of the scanning
●観察光学系30の概要
走査光学系20において作成された中間画像は、観察光学系30の反射光学素子である凹面ミラー31において拡大されて投射される。拡大投射された中間画像は、光コンバイナ32において観察者3に向けて反射される。
● Outline of the observation
光コンバイナ32において中間画像が反射されると、観察者3の視覚には、光コンバイナ32の物理的な位置とは異なる位置(観察者3から離れる方向の位置)に虚像2が現れる。すでに説明したとおり、虚像2において認知できる情報は、自動車の動作に関連する情報であって、例えば、自動車の速度や走行距離、行き先表示等のナビゲーション情報等である。
When the intermediate image is reflected by the
なお、観察者3の視点は、単に基準となる視点位置(基準アイポイント)を示している。観察者3の視点範囲は、自動車の運転者アイレンジ(JIS D0021)と同等かそれ以下である。
The viewpoint of the
ここで、本発明に係る実施形態の説明に共通して用いる3次元直交座標系の説明をする。図1に示すように、観察者3の視野方向(移動体の前進方向)をZ軸とする。この場合、虚像2から観察者3へ向かう方向(移動体の後退方向)を+Z方向とし、観察者3の視線方向(移動体の前進方向)を-Z方向とする。観察者3の視野の左右方向をX方向とする。この場合、観察者3の右方向(紙面奥方向)を+X方向とし、観察者3の左方向を-X方向(紙面手前方向)とする。また観察者3の視野の上下方向をY方向とする。観察者3の上方向を+Y方向とし、観察者3の下方向を-Y方向とする。
Here, a three-dimensional Cartesian coordinate system commonly used in the description of the embodiment according to the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the visual field direction (forward direction of the moving body) of the
以上をまとめて言い換えると、本発明に係る実施形態の説明に用いる移動体を自動車とした場合に、自動車の幅方向をX方向、自動車の高さ方向をY方向、自動車の長さ方向をZ方向とする。観察者3からみて左手方向が-X方向であって、右手方向が+X方向である。観察者3からみて上方向が+Y方向である。自動車の後退方向が+Z方向であって、進行方向が-Z方向である。
In other words, when the moving body used in the description of the embodiment of the present invention is an automobile, the width direction of the automobile is the X direction, the height direction of the automobile is the Y direction, and the length direction of the automobile is Z. Direction. The left-hand direction is the −X direction and the right-hand direction is the + X direction when viewed from the
●光源部10の構成
次に、光源部10の詳細な構成について図2を用いて説明する。光源部10は、カラー画像である虚像2を形成するために用いられる画像作成用ビーム101を出射する。画像作成用ビーム101は、赤(以下「R」と表示する。)、緑(以下「G」と表示する。)、青(以下「B」と表示する。)の3色のビームを1本に合成した光ビームである。
● Configuration of the
光源部10は、光源素子として、各色のレーザー光を出射する半導体レーザー素子を備えている。各色に対応する半導体レーザー素子を、第1レーザー素子110、第2レーザー素子120、第3レーザー素子130、とする。
The
また、光源部10は、各レーザー素子から出射されたレーザー光の発散性を抑止するカップリングレンズを備えている。各色のレーザー光に対応するカップリングレンズを、第1カップリングレンズ111、第2カップリングレンズ121、第3カップリングレンズ131、とする。
Further, the
また、光源部10は、各カップリングレンズからの各レーザー光の光束径を規制して整形するアパーチャを備えている。各レーザー光に対応するアパーチャを、第1アパーチュア112、第2アパーチュア122、第3アパーチュア132、とする。
Further, the
また、光源部10は、整形された各色のレーザー光束を合成して画像作成用ビーム101を出射するビーム合成プリズム140と、レンズ150と、を有する。
Further, the
第1レーザー素子110は、赤色の画像を形成するレーザー光を出射するレーザー素子である。第2レーザー素子120は、緑色の画像を形成するレーザー光を出射するレーザー素子である。第3レーザー素子130は、青色の画像を形成するレーザー光を出射するレーザー素子である。各レーザー素子には、端面発光レーザーと呼ばれるレーザーダイオード(LD)を用いることができる。また、端面発光レーザーに代えて、面発光レーザー(VCSEL)を用いることもできる。
The
第1レーザー素子110から出射される光束(レーザー光)の波長λRは、例えば640nmである。第2レーザー素子120から出射される光束(レーザー光)の波長λGは、例えば530nmである。第3レーザー素子130から出射される光束(レーザー光)の波長λBは、例えば445nmである。
The wavelength λR of the luminous flux (laser light) emitted from the
ビーム合成プリズム140は、赤色のレーザー光を透過させて緑色のレーザー光を反射する第1ダイクロイック膜141と、赤色と緑色のレーザー光を透過させて青色のレーザー光を反射する第2ダイクロイック膜142と、を有する。
The
第1レーザー素子110から出射された赤色レーザー光は、第1カップリングレンズ111と第1アパーチュア112を介してビーム合成プリズム140に入射する。ビーム合成プリズム140に入射した赤色レーザー光は、第1ダイクロイック膜141を通過して直進する。
The red laser light emitted from the
第2レーザー素子120から出射された緑色レーザー光は、第2カップリングレンズ121と第2アパーチュア122を介してビーム合成プリズム140に入射する。ビーム合成プリズム140に入射した緑色レーザー光は、第1ダイクロイック膜141で反射されて赤色レーザー光と同方向(第2ダイクロイック膜142の方向)へ導光される。
The green laser light emitted from the
第3レーザー素子130から出射された青色レーザー光は、第3カップリングレンズ131と第3アパーチュア132を介してビーム合成プリズム140に入射する。ビーム合成プリズム140に入射した青色レーザー光は、第2ダイクロイック膜142において赤色レーザー光及び緑色レーザー光と同方向に反射される。
The blue laser light emitted from the
各アパーチュアには、光束の発散角等に応じて、円形、楕円形、長方形、正方形等の様々な形状のものを用いればよい。 For each aperture, various shapes such as a circle, an ellipse, a rectangle, and a square may be used depending on the divergence angle of the luminous flux and the like.
以上のように、第2ダイクロイック膜142を通過した赤色レーザー光及び緑色レーザー光と、第2ダイクロイック膜142で反射された青色レーザー光がビーム合成プリズム140から出射される。したがって、ビーム合成プリズム140から出射されるレーザー光は、赤色レーザー光と緑色レーザー光と青色レーザー光が1本のレーザー光束として合成されたものである。
As described above, the red laser light and the green laser light that have passed through the second
ビーム合成プリズム140から出射されたレーザー光は、レンズ150によって所定の光束径の「平行ビーム」に変換される。この「平行ビーム」が、画像作成用ビーム101である。なお、レンズ150は、後述する光偏向器21に向かって凹面をなすメニスカスレンズである。
The laser beam emitted from the
画像作成用ビーム101を構成するR(赤)、G(緑)、B(青)の各色レーザー光束は、表示対象である「二次元のカラー画像」に係る画像信号に応じて、または、当該画像情報を示す画像データに応じて強度変調される。このレーザー光束の強度変調は、各色の半導体レーザーを直接変調する方式(直接変調方式)でも良いし、各色の半導体レーザーから出射されたレーザー光束を変調する方式(外部変調方式)でも良い。すなわち、各半導体レーザー素子は、それぞれを駆動する駆動手段によって、R、G、Bの各色成分の画像信号により発光強度を変調された各色のレーザー光を出射する。
The R (red), G (green), and B (blue) color laser light beams constituting the
なお、上記のような半導体レーザー素子に代えてLED素子を用いてもよい。 An LED element may be used instead of the semiconductor laser element as described above.
●走査光学系20の構成
図3に示すように、走査光学系20は、二次元偏向素子である光偏向器21と、走査ミラー22と、中間スクリーン23と、を有してなる。
● Configuration of
●光偏向器21の概要
光偏向器21は、光源部10から出射された画像作成用ビーム101を偏向走査し、中間スクリーン23上を二次元偏向走査する画像形成素子である。光偏向器21は、半導体プロセス等で微小揺動ミラー素子として作製されたMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)である。例えば、光偏向器21は、微小なミラーの集合体で構成され、各微小ミラーが互いに直交する二軸を用いて揺動するように構成された微小揺動ミラー素子(DMD:Digital Micromirror Device,Texas Instruments社)である。
● Outline of the
光偏向器21として用いることができる画像形成素子は、上記の例に限るものではない。上記と同様の微小揺動ミラー素子において、1軸に2個の微小なミラーを配置して、この1軸の周りに2個の微小なミラーが互いに直交する方向に揺動可能な構成でもよい。また、光偏向器21として用いる画像形成素子として、透過型液晶パネルを含む透過液晶型素子や、反射型液晶パネルを含む液晶デバイスである反射液晶型素子などを用いてもよい。
The image forming element that can be used as the
●光偏向器21の構成
ここで、光偏向器21の詳細な構造について図6を用いて説明する。すでに説明のとおり、光偏向器21は半導体プロセスにて製造されるMEMSミラーであって微小ミラー210を備えている。なお、図6において、光偏向器21の長手方向の軸をx軸、x軸に直交する光偏向器21の短手方向の軸をy軸、x軸とy軸に直交し光偏向器21で反射された光が進行する方向をz軸とする。図6におけるx軸、y軸、z軸は、すでに図1において示した軸(X軸、Y軸、Z軸)とは示す方向が異なる軸である。
● Configuration of the
微小ミラー210の両側には、複数の折り返し部により蛇行して形成された一対の蛇行状梁部152が配置されている。蛇行状梁部152は、折り返されて隣接する梁のそれぞれを第1梁部152aと第2梁部152bとして分割していて、それぞれに圧電部材156を備える。ここで用いられる圧電部材156は、例えばPZTである。
A pair of
第1梁部152aと第2梁部152bに印加される電圧は、互いに隣接するものに対して独立して印加される。これら独立して印加される電圧は、互いに異なる電圧値である。第1梁部152aと第2梁部152bにおいて、互いに異なる電圧が印加されると、それぞれに反りが発生する。反りの方向は印加電圧によって決定されるので、隣接する第1梁部152aと第2梁部152bは異なる方向に撓むことになる。この撓みが蓄積されることで微小ミラー210はx軸周りに大きな角度で回転する。なお、蛇行状梁部152は、枠部材154に支持されている。
The voltage applied to the
●光偏向器21の効果
以上の構成を備える光偏向器21を用いることで、x軸を中心とする垂直方向への光走査を低い電圧で行うことができる。一方、y軸を中心とした水平方向では、微小ミラー210に接続されたトーションバーなどを利用した共振による光走査を行うことができる。
● Effect of
●光偏向器21の動作
図3に戻る。光偏向器21において画像作成用ビーム101が二次元的に偏向されると、この偏向されたビームが走査用ビーム102として走査ミラー22に入射する。走査ミラー22は、例えば、凹面鏡であって、中間スクリーン23で発生する走査線(走査軌跡)の曲がりを補正する効果を有する。走査ミラー22により反射された走査用ビーム102は、光偏向器21による偏向に伴い平行移動しつつ中間スクリーン23に入射する。
● Operation of the
なお、光偏向器21に透過液晶型素子の光学素子を用いるときは、走査ミラー22を経由することなく、透過液晶型素子において二次元的に偏向された走査用ビーム102が中間スクリーン23に入射する。
When the optical element of the transmissive liquid crystal type element is used for the
中間スクリーン23に入射する走査用ビーム102は、主走査方向と副走査方向において走査される。すなわち、光偏向器21は走査用ビーム102を二軸偏向しており、主走査方向に関しては正弦波振動を、副走査方向に関しては鋸波振動をすることで、中間スクリーン23を二次元的に偏向走査する。
The
●中間スクリーン23の概要
走査用ビーム102により中間スクリーン23を二次元偏向走査することで、中間画像が作成される。なお、ここで作成された中間画像は、カラーの二次元画像である。本実施形態では、カラー画像を前提として説明するが、中間スクリーン23においてモノクロの中間画像を作成するものでもよい。
● Outline of the
なお、中間スクリーン23において各瞬間で表示される中間画像は「走査用ビーム102が、その瞬間に照射している画素のみ」で作成される。したがって、上記の「カラーの二次元画像」は、走査用ビーム102の二次元的な走査によって「各瞬間に表示される画素の集合」として作成される。
The intermediate image displayed at each moment on the
●中間スクリーン23の構成
中間スクリーン23は、微細な凸レンズが二次元的に配列されているマイクロレンズアレイであって、この微細凸レンズに入射した走査用ビーム102が出射面から拡散して出射される。中間スクリーン23の走査は、例えば、主走査方向は高速で走査されて、副走査方向は低速で走査されるラスタースキャンである。走査された中間スクリーン23から出射される拡散光によって中間画像が作成される。すなわち、中間画像は、中間スクリーン23の出射面側(観察光学系30側)に現れる。
● Configuration of the
なお、中間スクリーン23として用いる光学素子は、上記の例に限ることはなく、拡散板、透過スクリーン、反射スクリーンなどを採用してもよい。また、複数のマイクロレンズを1次元配列したもの、又は3次元配列したものを用いることもできる。
The optical element used as the
●観察光学系30の構成
観察光学系30は、凹面ミラー31と、光コンバイナ32と、を有してなる。凹面ミラー31は、走査光学系20において作成された中間画像を拡大反射する。本実施形態では光コンバイナ32としてフロントウインドシールド50を用いている。
● Configuration of
●観察光学系30の作用
すでに説明のとおり、中間スクリーン23の出射面側、すなわち、凹面ミラー31側に中間画像は現れる。この中間画像に係る画像光は凹面ミラー31の反射面によって光コンバイナ32に向けて反射される。
● Action of the observation
一般的に中間画像が投射される光コンバイナ32としてのフロントウインドシールド50は、平面ではない。したがって、投射された中間画像に係る画像光は平面ではない面に投射されることになる。これによって現れる虚像2はフロントウインドシールド50の形状に即して歪むことになる。そこで、この歪みを補正するために、単一の凹面ミラー31の形状は工夫されている。例えば、中間画像の水平線が上または下に凸形状になる光学歪み要素を補正するような反射面を凹面ミラー31は有していて、この効果によって虚像2の歪みが補正される位置に配置される。
Generally, the
●観察光学系30の効果
凹面ミラー31と光コンバイナ32によって、中間画像は、観察者3の視野内の広い領域に虚像2として表示される。これによって、観察者3が頭を少々動かしても(視点を動かしても)虚像2を確実に視認できようになる。
● Effect of
●画像表示装置の制御系の構成
ここで、HUD1が備える画像作成装置100の動作を制御する制御系の構成について説明する。図4に示すようにHUD1は、FPGA600と、CPU602と、ROM604と、RAM606と、I/F608と、バスライン610と、LDドライバ6111と、MEMSコントローラー615と、を有してなる。
● Configuration of the control system of the image display device Here, the configuration of the control system for controlling the operation of the
FPGA600は、LDドライバ6111やMEMSコントローラー615により、LAを備える光源部10とMEMSである光偏向器21を動作させる。CPU602は、HUD1が備える上記の各ハードウェアの動作を制御するプロセッサである。ROM604は、CPU602がHUD1の各機能を制御するために実行する画像処理用プログラムを記憶する半導体メモリである。RAM606は、CPU602が各ハードウェアの制御処理を実行する際にワークエリアとして使用する半導体メモリである。
The
I/F608は、HUD1を外部コントローラー等と接続する接点である。I/F608を介して、例えば、HUD1をCAN(Controller Area Network)等に接続させる。これによって、HUD1は、CANを介して接続される他の外部コントローラー等と通信をしながら動作することができる。 The I / F608 is a contact that connects the HUD1 to an external controller or the like. For example, HUD1 is connected to CAN (Control Area Network) or the like via I / F608. As a result, the HUD1 can operate while communicating with another external controller or the like connected via the CAN.
●画像作成装置100の機能構成
次に、HUD1が備える画像作成装置100の機能構成について説明する。図5に示すように画像作成装置100は、車両情報入力部800と外部情報入力部802と、画像情報生成部804と、画像作成部806と、を有してなる。
● Functional configuration of the
車両情報入力部800は、I/F608を介して接続されている他の外部コントローラー等からの情報(例えば、当該自動車の走行速度や走行距離など)を取得する。
The vehicle
外部情報入力部802は、I/F608を介して接続されている他の外部コントローラー等(例えば、GPSによる位置情報、ナビゲーション装置からの交通情報など)を取得する。
The external
画像情報生成部804は、車両情報入力部800と外部情報入力部802から入力される除法に基づいて虚像2(図1参照)の元になる中間画像を作成するための情報を生成する処理を実行する。
The image
画像作成部806は、制御部8060を備えている。制御部8060は、画像情報生成部804が生成した情報に基づいて、光源部10や走査光学系20の動作を制御する。この制御機能によって、フロントウインドシールド50に投射される中間画像が生成される。以上の機能ブロックの動作によって、観察者3の視点において虚像2が視認される状態を作り出すことができる。
The
●第1の実施形態
次に、画像作成装置100の特徴についてより詳細に説明する。すでに説明のとおり、画像作成装置100において作成される中間画像は、中間スクリーン23を走査用ビーム102が二次元走査することで作成される。言い換えると、中間画像は、中間スクリーン23上を、走査用ビーム102が主走査方向と副走査方向の二方向で走査して作成される。一般的に中間スクリーン23に対する走査の範囲は規定されていて、この走査の範囲を有効画像領域とする。有効画像領域は主走査方向と副走査方向において二次元偏向走査される領域であるから、その境界の形状は矩形になる。有効画像領域の形状に倣って中間画像の形状は決まるので、中間画像の外形は矩形になる。
● First Embodiment Next, the features of the
画像作成装置100は、中間画像の一部を観察光学系30において遮る構成を備えている。画像作成装置100において作成された中間画像が虚像2として表示されるときの、虚像2の表示範囲の縁部分には、観察者3に認知して欲しい情報は配置されにくい。表示範囲を広げると視線の移動が大きくなるからである。
The
そこで、中間画像の外形の縁に相当する部分には、虚像2において表示すべき情報は配置されにくく、中間スクリーン23において作成された中間画像の縁部分の一部を欠落させても実効性に支障は生じない。
Therefore, it is difficult to arrange the information to be displayed in the
●凹面ミラー31の概要
HUD1において表示される虚像2は、観察者3の視界に存在する周囲の風景に重畳された状態で視認されるものである。したがって、中間スクリーン23の有効画像領域の全てを情報で埋め尽くしたような中間画像を作成すると、この中間画像に基づいて表示される虚像2の表示領域全体が情報で埋め尽されることになる。そのような大量の情報を虚像2として現すと、観察者3が認知すべき情報の量が多くなりすぎて、観察者3にストレスを与えることになる。
● Outline of the
移動体が自動車である場合、虚像2によって観察者3が認知できると都合のよい情報は、自動車の走行速度や、自動車の進行方向を案内するナビゲーション情報などである。これらの情報であれば、中間スクリーン23における有効画像領域の一部のみを使用して中間画像を作成すれば十分である。
When the moving body is a car, the information that is convenient for the
そこで、画像作成装置100では、中間スクリーン23の有効画像領域に基づく中間画像の全てを用いるのではなく、必要な部分のみを虚像2に用いる中間画像を作成する構成を有している。具体的には、中間画像の中心部分、下端や上端の中央部分、などの一部分を虚像2に用いるように、中間画像を作成する。これによって、認知できると都合のよい情報を欠くことは防ぎ、かつ、画像作成装置100を小型にすることができる。
Therefore, the
上記を踏まえて、画像作成装置100が備える凹面ミラー31の形状は、中間スクリーン23における有効画像領域のうち、一部の領域に係る光束を遮るように、反射面の一部を欠落させた形状とする。
Based on the above, the shape of the
●凹面ミラー31の構成
次に、凹面ミラー31の例について詳細に説明する。図7に示すように、凹面ミラー31は、中間画像の係る光束のうち、凹面ミラー31の四つの角に相当する光束を除いた光束を光コンバイナ32に導光する構造を有している。言い換えると、凹面ミラー31によって、中間画像に係る光束の一部は蹴られる。
● Configuration of the
中間画像に係る光束のうち、凹面ミラー31の四つの角に相当する光束を光コンバイナ32に導光しない構造を有している。
Among the luminous fluxes related to the intermediate image, the luminous flux corresponding to the four corners of the
さらに言い換えると、凹面ミラー31の形状は、その反射面の輪郭の一部を構成する角部分を欠いた形状である。一般的に中間画像を光コンバイナ32へと反射する折り返しミラーの形状は矩形である。この点において凹面ミラー31は、反射面の形状が矩形の角を欠いた形状になっている。
In other words, the shape of the
図7に示す実線は、凹面ミラー31の外形(輪郭)を示している。また、点線は、中間画像に係る光束が凹面ミラー31に至る範囲(有効画像領域の全体に相当する光束が到達する範囲)を示している。
The solid line shown in FIG. 7 shows the outer shape (contour) of the
さらに言い換えると、凹面ミラー31は、中間画像が外接する面積最小の矩形を想定した場合、この矩形の角に相当する位置において、光束(中間画像の一部に係る光束)を反射しない構造を有している。
In other words, the
さらに別の言い換えをすると、凹面ミラー31は、上記の中間画像の一部(当該中間画像に外接する面積最小の矩形の角部分)が、光コンバイナ32において虚像2を表さないように作用する。すなわち、当該中間画像に外接する面積最小の矩形の角部分に相当する光束を透過して、光コンバイナ32へ向けて反射しないように作用する。
In other words, the
また、凹面ミラー31は、HUD1の筺体内部において、XZ平面に対して傾斜した状態で配置されている。言い換えると、凹面ミラー31はZ軸と並行の仮想軸を回転軸として所定量だけ回転した状態で配置されている。さらに言い換えると、凹面ミラー31は、中間スクリーン23から凹面ミラー31の反射面に導光されてくる光束(向かってくる光束)の進行方向の軸を中心に回転した状態で傾斜して配置されている。
Further, the
なお、凹面ミラー31の形状は、図7(a)に示すように四つの角の全部を欠いた形状でもよいし、図7(b)に示すように対向する角のみを欠いた形状でもよい。凹面ミラー31は、中間画像として二次元走査される全領域によって形成される矩形のうち、面積が最小となる矩形の一部の角に相当する光束が、観察者3に視認されないように遮る構造を有している。
The shape of the
次に、凹面ミラー31と中間スクリーン23および光コンバイナ32との関係について説明する。図8(a)は、図7(a)に示した凹面ミラー31の例と同様である。図8(b)に示すように、中間スクリーン23の外形は矩形であって、実線で示した有効画像の領域231の形状は、中間スクリーン23の外形と同じ形状をなしている。中間スクリーン23から凹面ミラー31に向かう光束は、領域231の全領域から出射される光束である。なぜならば、中間スクリーン23は領域231の全てに対して主走査と副走査が行われるからである。
Next, the relationship between the
一方、光コンバイナ32における表示領域321は、図8(c)に示すように画像作成領域232と同様の形状になる。中間スクリーン23の領域231のうち、光コンバイナ32を介して虚像2が表示される領域を点線で示している。この表示領域321は、凹面ミラー31の形状に倣って、角が欠けた形状になる。
On the other hand, the
●凹面ミラー31の効果
図7に戻る。凹面ミラー31の形状を中間スクリーン23における有効画像領域の形状、すなわち作成される中間画像の形状とは異なる形状にすることで、画像作成装置100を小さくすることができる。また、画像作成装置100を備えるHUD1を小さくすることができる。以下、その理由を説明する。
● Effect of
図7に示すように、凹面ミラー31はHUD1の筺体の内部において傾いた状態で配置される。すでに説明のとおり、凹面ミラー31の傾きは、例えば、凹面ミラー31の長手方向の辺がXY平面に対して傾斜する。このように凹面ミラー31を傾斜させるのは、画像作成装置100を備えるHUD1におけるZ方向の寸法を小型にするためである。
As shown in FIG. 7, the
また、凹面ミラー31は、反射面に対する中間画像に係る光束の進行方向において回転した状態で配置される。凹面ミラー31は、外形の一部を欠いていることから、上記のように回転させてもY方向におけるHUD1の筺体との干渉は生じない。すなわち、凹面ミラー31を用いることで、HUD1のY方向の寸法は小さくすることができる。
Further, the
次に、凹面ミラー31をXY平面に対して傾斜させて得られる効果を詳細に説明する。図9は、HUD1を構成する光学素子の一部を省いた光学配置図であって、図1に示したものを+Y方向から見た図である。HUD1の車両の進行方向(Z方向)の寸法を短くして奥行き方向の寸法を小さくするには、車体の左右方向(X方向)において凹面ミラー31を大きく傾けて配置する。
Next, the effect obtained by tilting the
図12に示すようにHUD1は、中間スクリーン23に入射する光束が、中間スクリーン23の垂線に対する副走査方向の一方の側のみから入射する。このように、副走査方向に非対称にして(傾斜して)、中間スクリーン23に光束を入射させることで、副走査方向における偏向角を狭くすることができる。これによって、副走査方向について画像走査期間率を高くすることができ、輝度を向上させることができる。
As shown in FIG. 12 , in HUD1, the light flux incident on the
ここで、図9に示すように、凹面ミラー31のX方向における傾きをθ2、中間スクリーン23のX方向における傾きをθ3、光コンバイナ32のX方向における傾きをθ1とする。HUD1において凹面ミラー31の傾きθ2は、光コンバイナ32の傾きθ1よりも大きい。すなわち、HUD1では、θ2>θ1になるように光学素子を配置する。
Here, as shown in FIG. 9, the inclination of the
凹面ミラー31の傾きθ2は、中間スクリーン23の傾きθ3よりも大きい。すなわち、HUD1では、θ2>θ3になるように光学素子を配置する。
The inclination θ2 of the
凹面ミラー31をX方向において大きく傾けると、中間スクリーン23から凹面ミラー31に向かう画像光束103のマージナル光線の車体進行方向(Z方向)に対する傾きは、中間スクリーン23のX方向の両端の画像光束103において大きく異なる。
When the
言い換えると、凹面ミラー31をXY平面に対して大きく傾けると、中間スクリーン23から出射される中間画像に係る光束のマージナル光線のZ方向に対する傾きが、中間スクリーン23のX方向の両端の画像光束103において大きく異なる。
In other words, when the
ここで、図13を参照して、従来の光学素子を用いて凹面ミラー31をXY平面に対して傾けた場合の比較例を説明する。図13に示すように光学素子を配置すると、主走査断面内における中間スクリーン23への入射角は対称になる。しかし、この場合、中間スクリーン23を含めた走査光学系20をXY平面に対してより大きく傾けなければならない。なお「主走査断面」とは、図1において示した3次元直交座標系において、XZ平面と平行の断面をいう。
Here, with reference to FIG. 13, a comparative example in the case where the
そうすると、X方向における光コンバイナ32の傾きθ1、凹面ミラー31の傾きθ2、中間スクリーン23の傾きθ3の関係は、θ3>θ2>θ1になる。このような関係を満たす配置にする必要が有る理由は、虚像2の輝度への影響によるものである。
Then, the relationship between the inclination θ1 of the
虚像2の輝度を高くするには、中間スクリーン23に入射する光線(走査用ビーム102)のうち最周辺に向かう光線の向きと中間スクリーン23から出射される光線(画像光束103)のマージナル光線の向きはできるだけ一致することが望ましい。
To increase the brightness of the
しかし、虚像2の表示領域321(虚像観察可能領域)を広げるためは、中間スクリーン23に拡散特性を与える必要がある。中間スクリーン23に拡散特性を与えると、上記の中間スクリーン23の最周辺に入射する光線の向きと、中間スクリーン23から凹面ミラー31に向けて出射される光線の向きのズレは大きくなる。
However, in order to widen the display area 321 (virtual image observable area) of the
すなわち、虚像2の表示領域321を拡げると、その結果、虚像2の輝度が低下する。これを防ぐには、従来であれば、図13に示すようにHUD1の左右方向(X方向)において、走査光学系20を大きく出っ張らせる必要がある。これによって、HUD1の左右方向の寸法が大きくなる。
That is, when the
そこで、本実施形態に係る走査光学系20は、HUD1の左右方向の寸法を小さくするために、まず、中間スクリーン23と凹面ミラー31との配置関係を上記のように傾ける。これによって、HUD1のX方向における寸法は小さくなる。
Therefore, in the scanning
また、凹面ミラー31の四つの角の一部を欠いて、反射すべき光束が入射してくる方向を軸として回転させる。これによってY方向の寸法も小さくすることができる。
Further, the
また、本実施形態に係る画像作成装置100は、凹面ミラー31をXY平面に対して大きく傾斜させた状態で配置することで、Z方向(奥行き方向)の寸法も小さくすることができる。
Further, in the
HUD1は、中間スクリーン23以降に配置される光学素子の有効範囲を、四つの角を有する矩形ではなく、矩形の角の少なくとも一部を形状に制限する構成を有する。この有効範囲に併せて凹面ミラー31の形状を決定する。
The
言い換えると、HUD1は、中間画像に係る光束のうち、中間画像の面積最小の矩形の四つの角に対応する光束が、中間画像を作成する光学素子よりも後段の光学素子において蹴られるように構成されている。上記のような構成を備えるHUD1によれば、従来のように虚像2の有効範囲を矩形にした場合と比較して、特に有効範囲の上下方向(Y方向)を狭くすることができる。これによって、HUD1を上下方向(Y方向)に関して小さくすることができる。
In other words, the HUD1 is configured such that among the luminous fluxes related to the intermediate image, the luminous flux corresponding to the four corners of the rectangle having the smallest area of the intermediate image is kicked by the optical element in the subsequent stage than the optical element for creating the intermediate image. Has been done. According to the
また、走査光学系20はX方向とY方向において走査する。すなわち、走査光学系20における走査は二次元である。したがって、本実施形態のように中間画像の四つの角を有効範囲として用いないと虚像2は円形に近づく。これによって、走査光学系20の像高を低減できる。像高を低減できれば光学特性(歪み、像面湾曲など)をさらに改善することになる。
Further, the scanning
また中間スクリーン23は、光偏向器21からの光束に対して副走査方向(Y方向)に傾斜しているため、光偏向器21からみた副走査対応方向の見かけの角度を狭くできる。これによって、走査光学系20の副走査方向の像高を低減できるので、副走査方向の光学特性がさらに良くなる。
Further, since the
以上のとおり、本実施形態に係るHUD1は、観察光学系30において、少なくとも一つの進行方向(Z方向)に対して回転した光学素子を有していても、特に上下方向(Y方向)において、小型のHUD1を得ることができる。
As described above, even if the
以上説明のとおり、本実施形態に係る画像作成装置100は、走査光学系20と凹面ミラー31を工夫することで、全体的に小さくすることができる。また、この画像作成装置100を備えるHUD1は、観察光学系30において、少なくとも一つの進行方向(Z方向)に対して回転した光学素子を有し、特に上下方向(Y方向)の寸法を小さくすることができる。また、HUD1は、小型であっても、観察者3が視認すべき情報を欠くこと無く、必要な情報を虚像2として表示することができる。
As described above, the
また、本実施形態に係るHUD1は、全体を小さくすることを目的として偏心光学系を用いている。さらに、偏心光学系おいて中間画像に外接する面積最小の矩形のうち、HUD1の大きさの決定に寄与する部分(中間画像に外接する矩形の角)に対応する光束を、観察光学系30の光学素子で蹴るように構成する。これによって、走査範囲(イメージサークル)を小さくできるので、光学性能面でも有利となり、光学性能向上も期待できる。
Further, the HUD1 according to the present embodiment uses an eccentric optical system for the purpose of reducing the overall size. Further, among the rectangles having the smallest area circumscribing the intermediate image in the eccentric optical system, the light beam corresponding to the portion (corner of the rectangle circumscribing the intermediate image) that contributes to the determination of the size of the HUD1 is detected in the observation
●第2の実施形態
次に、画像作成装置100の別の実施形態について説明する。第1の実施形態と同じ構成については同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。第2の実施形態に係る画像作成装置100は、中間スクリーン23aの外形が第1の実施形態とは異なる。また、中間スクリーン23aの外形に合わせて、同期検知センサ24が配置されている。
Second Embodiment Next, another embodiment of the
すでに説明のとおり、画像作成装置100において作成された中間画像の四隅に係る光束は、HUD1が虚像2を表示する際には用いられない。したがって、本実施形態に係る画像作成装置100は、虚像2の表示に用いない光束に係る位置の中間画像を形成しないような形状の中間スクリーン23aを備える。図10に示すように、中間スクリーン23aの外形は、虚像2に用いられない光束に対応する中間画像に相当する部分を欠いた形状からなる。
As described above, the luminous fluxes related to the four corners of the intermediate image created by the
中間スクリーン23aの外形は、全体の形状が矩形ではなく、副走査方向の一方の両角は斜めに欠落し、副走査方向の他方の両角は、矩形状に欠落している。言い換えると、中間スクリーン23aは、副走査方向の一方の角の有効画像領域は斜めに狭められていて、副走査方向の他方の角の有効画像領域は矩形状に狭められている。
The outer shape of the
中間スクリーン23aは主走査方向と副走査方向において走査される。そこで、安定した偏向走査を行うために、走査タイミングを検知する同期検知センサ24を所定の位置に配置する。同期検知センサ24は、光偏向器21(図3参照)からの走査用ビーム102を用いて二次元走査をする範囲を検出するためのセンサであって、例えば、PD(フォトダイオード)からなる。
The
同期検知センサ24は、少なくとも一部が中間画像に外接する面積最小の矩形の内側に配置される。同期検知センサ24は、光線進行方向に関して中間スクリーン23aとほぼ同一の位置に配置される。同期検知センサ24は、中間スクリーン23aの角のうち、矩形状に欠落している部分に配置されている。中間スクリーン23aの形状は中間画像の形状に沿った形状になっているので、上記のように配置しても、同期検知センサ24と中間スクリーン23aの干渉を避けることができる。
The
ここで、同期検知センサ24の配置と中間スクリーン23aとの関係について説明する。なお、光偏向器21において偏向された光束が一方の同期検知センサ24で検知されてから他方の同期検知センサ24で検知されなくなるまでの時間を計測すると、図11に示す走査期間241と画像走査期間242が識別される。
Here, the relationship between the arrangement of the
本実施形態の比較例として図11(b)を用いる。まず、比較例について説明する。図11(b)に示す比較例において、同期検知センサ24の配置は、中間スクリーン23における主走査方向端部の外側になる。
FIG. 11B is used as a comparative example of this embodiment. First, a comparative example will be described. In the comparative example shown in FIG. 11B, the
次に、本実施形態について図11(a)を用いて説明する。中間スクリーン23aに対する同期検知センサ24の配置は、中間スクリーン23aに外接する面積最小の矩形の内側になる。このように配置することができるのは、中間スクリーン23aの外形が同期検知センサ24を配置する方の端部において矩形状に欠かれていることによる。
Next, this embodiment will be described with reference to FIG. 11 (a). The arrangement of the
図11(a)と図11(b)を比較すると明らかなとおり、本実施形態は比較例に比べると、走査期間241を狭くすることができる。走査期間241を狭くすることができると、主走査方向の走査期間241に対する画像走査期間242の割合が高くなり、走査光学系20において作成される中間画像の輝度をより高くすることができる。
As is clear from comparing FIGS. 11 (a) and 11 (b), the present embodiment can narrow the
言い換えると、中間スクリーン23aは、比較例よりも主走査方向における走査範囲を狭くすることができるので、主走査方向について光偏向器21の振幅における画像走査期間242の割合が高くなる。これによって、走査光学系20において作成される中間画像の輝度をより高くすることができる。
In other words, since the
特に、主走査方向は正弦波振動のため、振幅の端ほど走査速度が遅くなる。このため振幅の端に相当する部分の輝度が高くなる。したがって、画像走査期間率を高くすることが求められる。以上説明した実施形態によれば、中間スクリーン23aの主走査方向の振幅を狭くでき、HUD1の輝度を向上させる。
In particular, since the main scanning direction is sinusoidal vibration, the scanning speed becomes slower toward the end of the amplitude. Therefore, the brightness of the portion corresponding to the end of the amplitude becomes high. Therefore, it is required to increase the image scanning period rate. According to the embodiment described above, the amplitude of the
言い換えると、観察者3が視認可能な領域(アイボックス)に到達しない中間画像の縁部分の一部を削るように同期検知センサ24を配置することで、光偏向器21の主走査方向の最大振幅を減らすことができる。これによって、主走査方向について画像走査期間率を高められるので、HUDの輝度を向上できる。
In other words, by arranging the
●第3の実施形態
次に、画像作成装置100のさらに別の実施形態について説明する。第1および第2の実施形態と同じ構成については同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。第3の実施形態に係る画像作成装置100は、走査光学系20が備える同期検知センサ24の配置が、第2の実施形態とは異なる。
Third Embodiment Next, another embodiment of the
第1の実施形態においてすでに説明したとおり、画像作成装置100およびHUD1は、走査光学系20において作成される中間画像の四隅の画像領域を虚像2の表示に用いないように構成されている。
As described above in the first embodiment, the
安定した偏向走査をするためには、中間画像の四角に相当する位置を検知して走査タイミングを制御する必要がある。そのために、所定の位置に同期検知センサ24を配置する。同期検知センサ24の位置は、少なくとも一部が中間画像に外接する面積最小の矩形の内側でよい。
In order to perform stable deflection scanning, it is necessary to detect the position corresponding to the square of the intermediate image and control the scanning timing. Therefore, the
本実施形態に画像作成装置100は、図12(c)および(d)に示すように、中間スクリーン23を走査面に対して光束が入射する方向に同期検知センサ24の配置をシフトさせている。言い換えると、同期検知センサ24は、中間スクリーン23よりも光偏向器21に近い方に配置されている。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 12 (c) and 12 (d), the
第3の実施形態における中間画像の形状も、第2の実施形態に係る中間画像の形状と同様に、副走査方向の一方の二角は斜めに削られていて、副走査方向の他方の二角は矩形に削られている。矩形に削られている方に同期検知センサ24を配置する。
Similar to the shape of the intermediate image according to the second embodiment, the shape of the intermediate image in the third embodiment also has one two corners in the sub-scanning direction cut diagonally, and the other two in the sub-scanning direction. The corners are cut into rectangles. The
なお、中間スクリーン23の形状は、第2の実施形態に係る中間スクリーン23aとは異なり、矩形である。中間スクリーン23の形状を矩形のままにしても、同期検知センサ24が光線進行方向に関して中間スクリーン23よりも光偏向器21側にあるので、中間画像とは干渉しない。
The shape of the
中間スクリーン23の形状を矩形にすることで、第2の実施形態と比較すると第3の実施形態に係る画像作成装置100は、走査光学系20の構造が簡素になり、より安価に製造できる。
By making the shape of the
同期検知センサ24を少なくとも一部が前記中間画像に外接する面積最小の矩形の内側に配置することで、同じ同期検知センサ24を用いた場合に、走査範囲を狭くすることができる(図1を参照)。これにより、偏向器の振幅において画像走査期間の割合が高くなり、走査光学系の輝度をより高くすることができる。
By arranging the
特に、主走査方向は正弦波振動をするために振幅の端ほど走査速度が遅くなって輝度が高くなる。したがって、画像走査期間率を高くすることが求められる。以上説明した実施形態は、中間スクリーン23の主走査方向の振幅を狭くでき、HUDの輝度を向上させるので望ましい。
In particular, since the main scanning direction vibrates in a sinusoidal wave, the scanning speed becomes slower and the brightness becomes higher toward the end of the amplitude. Therefore, it is required to increase the image scanning period rate. The embodiment described above is desirable because the amplitude of the
1 HUD
2 虚像
3 利用者
10 光源部
20 走査光学系
21 光偏向器
22 走査ミラー
23 中間スクリーン
30 観察光学系
31 凹面ミラー
32 コンバイナ
50 フロントガラス
101 画像表示用ビーム
102 走査用ビーム
1 HUD
2
Claims (13)
前記光源部から出射された光束により中間スクリーンに中間画像を作成する画像形成素子と、
前記中間画像を観察者に虚像として視認させるための光学素子に導く反射光学素子と、
を備え、
前記画像形成素子は、前記画像形成素子から射出される画像光の中心軸が前記観察者の視野方向となる軸に対し前記観察者から見て左右方向に傾斜するように配置され、
前記中間スクリーンは、前記画像光を透過するものであり、
前記反射光学素子は、前記中間スクリーンを透過した前記画像光を反射するものであって、前記中間画像に外接する面積最小の矩形の角に対応する部分を欠いた外形をしており、前記角に対応する部分を除いた前記中間画像を前記光学素子に導光する、
ことを特徴とする表示画像作成装置。 A light source unit that emits light from a light source element,
An image forming element that creates an intermediate image on the intermediate screen by the luminous flux emitted from the light source unit, and
A reflecting optical element that guides the intermediate image to an optical element for making the observer visually recognize it as a virtual image.
Equipped with
The image forming element is arranged so that the central axis of the image light emitted from the image forming element is inclined in the left-right direction when viewed from the observer with respect to the axis in the visual field direction of the observer.
The intermediate screen transmits the image light and is capable of transmitting the image light.
The reflective optical element reflects the image light transmitted through the intermediate screen, and has an outer shape lacking a portion corresponding to a corner of a rectangular having a minimum area circumscribing the intermediate image. Guide the intermediate image excluding the portion corresponding to the optical element to the optical element.
A display image creation device characterized by this.
前記光源部から出射された光束により中間スクリーンに中間画像を作成する前記画像形成素子と、
前記中間画像を観察者に虚像として視認させるための光学素子に導く反射光学素子と、
を備え、
前記画像形成素子は、前記画像形成素子から射出される画像光の中心軸が前記観察者の視野方向となる軸に対し前記観察者から見て左右方向に傾斜するように配置され、
前記中間スクリーンは、前記画像光を透過するものであり、
前記反射光学素子は、前記中間スクリーンを透過した前記画像光を反射するものであって、前記中間画像に外接する面積最小の矩形の角に対応する前記光束が前記観察者に視認されないよう、この反射光学素子における反射面が欠落した形状である、
ことを特徴とする表示画像作成装置。 A light source unit that emits light from the light source element to the image forming element,
The image forming element that creates an intermediate image on the intermediate screen by the luminous flux emitted from the light source unit, and the image forming element.
A reflecting optical element that guides the intermediate image to an optical element for making the observer visually recognize it as a virtual image.
Equipped with
The image forming element is arranged so that the central axis of the image light emitted from the image forming element is inclined in the left-right direction when viewed from the observer with respect to the axis in the visual field direction of the observer.
The intermediate screen transmits the image light and is capable of transmitting the image light.
The reflective optical element reflects the image light transmitted through the intermediate screen, and the light beam corresponding to the corner of the rectangular having the smallest area circumscribing the intermediate image is not visually recognized by the observer. The shape of the reflective optical element is such that the reflective surface is missing.
A display image creation device characterized by this.
前記光源部から出射された光束により中間スクリーンに中間画像を作成する画像形成素子と、
前記中間画像を観察者に虚像として視認させるための光学素子に導く反射光学素子と、
を備え、
前記画像形成素子は、前記画像形成素子から射出される画像光の中心軸が前記観察者の視野方向となる軸に対し前記観察者から見て左右方向に傾斜するように配置され、
前記中間スクリーンは、前記画像光を透過するものであり、
前記反射光学素子は、前記中間スクリーンを透過した前記画像光を反射するものであって、前記中間画像に外接する面積最小の矩形の角に対応する前記光束を透過して前記光学素子に反射しない、
ことを特徴とする表示画像作成装置。 A light source unit that emits light from a light source element,
An image forming element that creates an intermediate image on the intermediate screen by the luminous flux emitted from the light source unit, and
A reflecting optical element that guides the intermediate image to an optical element for making the observer visually recognize it as a virtual image.
Equipped with
The image forming element is arranged so that the central axis of the image light emitted from the image forming element is inclined in the left-right direction when viewed from the observer with respect to the axis in the visual field direction of the observer.
The intermediate screen transmits the image light and is capable of transmitting the image light.
The reflective optical element reflects the image light transmitted through the intermediate screen, and transmits the light beam corresponding to the corner of the rectangle having the smallest area inscribed with the intermediate image and does not reflect the optical element. ,
A display image creation device characterized by this.
前記反射光学素子の前記反射面の法線が前記左右方向に傾斜する向きは、前記画像形成素子から射出される画像光の中心軸が前記左右方向に傾斜する向きと同じ側である、
請求項1乃至3のいずれかに記載の表示画像作成装置。 The reflective optical element is arranged so that the normal of the reflective surface of the reflective optical element is inclined in the left-right direction with respect to the axis in the viewing direction of the observer.
The direction in which the normal of the reflective surface of the reflective optical element is inclined in the left-right direction is the same as the direction in which the central axis of the image light emitted from the image-forming element is inclined in the left-right direction.
The display image creating apparatus according to any one of claims 1 to 3.
前記中間スクリーンの面の法線が前記左右方向に傾斜する向きは、前記画像形成素子から射出される画像光の中心軸が前記左右方向に傾斜する向きと同じ側である、
請求項1乃至4のいずれかに記載の表示画像作成装置。 The intermediate screen is arranged so that the normal of the surface of the intermediate screen is inclined in the left-right direction with respect to the axis in the visual field direction of the observer.
The direction in which the normal of the surface of the intermediate screen is inclined in the left-right direction is the same side as the direction in which the central axis of the image light emitted from the image forming element is inclined in the left-right direction.
The display image creating apparatus according to any one of claims 1 to 4.
請求項1乃至5のいずれかに記載の表示画像作成装置。 The reflected optical element has a rectangular outer shape, and at least one of the four corners is cut out.
The display image creating apparatus according to any one of claims 1 to 5.
請求項1乃至6のいずれかに記載の表示画像作成装置。 The reflecting optical element is rotating in the traveling direction of the luminous flux from the intermediate screen.
The display image creating apparatus according to any one of claims 1 to 6.
請求項1乃至7のいずれかに記載の表示画像作成装置。 The image forming element is a reflective liquid crystal element.
The display image creating apparatus according to any one of claims 1 to 7.
請求項1乃至7のいずれかに記載の表示画像作成装置。 The image forming element is a transmissive liquid crystal element.
The display image creating apparatus according to any one of claims 1 to 7.
請求項1乃至7のいずれかに記載の表示画像作成装置。 The image forming element is a micro swing mirror element composed of an aggregate of a plurality of micro mirrors.
The display image creating apparatus according to any one of claims 1 to 7.
光源素子からの光を出射する光源部と、
前記光源部から出射された光束により中間スクリーンに中間画像を作成する画像形成素子と、
前記中間画像を前記操縦者に前記虚像として視認させるための光学素子と、
前記中間画像を前記光学素子に導く反射光学素子と、
を備え、
前記画像形成素子は、前記画像形成素子から射出される画像光の中心軸が前記操縦者の視野方向となる軸に対し前記操縦者から見て左右方向に傾斜するように配置され、
前記中間スクリーンは、前記画像光を透過するものであり、
前記反射光学素子は、前記中間スクリーンを透過した前記画像光を反射するものであって、前記中間画像に外接する面積最小の矩形の角に対応する部分を欠いた外形をしており、前記角に対応する部分を除いた前記中間画像を前記光学素子に導光する、
ことを特徴とする画像表示装置。 An image display device mounted on a moving body and forming information about the moving body as a virtual image recognizable by the operator of the moving body.
A light source unit that emits light from a light source element,
An image forming element that creates an intermediate image on the intermediate screen by the luminous flux emitted from the light source unit, and
An optical element for making the operator visually recognize the intermediate image as the virtual image, and
A reflective optical element that guides the intermediate image to the optical element,
Equipped with
The image forming element is arranged so that the central axis of the image light emitted from the image forming element is inclined in the left-right direction when viewed from the operator with respect to the axis in the visual field direction of the operator.
The intermediate screen transmits the image light and is capable of transmitting the image light.
The reflective optical element reflects the image light transmitted through the intermediate screen, and has an outer shape lacking a portion corresponding to a corner of a rectangular having a minimum area circumscribing the intermediate image. Guide the intermediate image excluding the portion corresponding to the optical element to the optical element.
An image display device characterized by this.
光源素子からの光を出射する光源部と、
前記光源部から出射された光束により中間スクリーンに中間画像を作成する画像形成素子と、
前記中間画像を前記操縦者に前記虚像として視認させるための光学素子と、
前記中間画像を前記光学素子に導く反射光学素子と、
を備え、
前記画像形成素子は、前記画像形成素子から射出される画像光の中心軸が前記操縦者の視野方向となる軸に対し前記操縦者から見て左右方向に傾斜するように配置され、
前記中間スクリーンは、前記画像光を透過するものであり、
前記反射光学素子は、前記中間スクリーンを透過した前記画像光を反射するものであって、前記中間画像に外接する面積最小の矩形の角に対応する前記光束が前記操縦者に視認されないよう、この反射光学素子における反射面が欠落した形状である、
ことを特徴とする画像表示装置。 An image display device mounted on a moving body and forming information about the moving body as a virtual image recognizable by the operator of the moving body.
A light source unit that emits light from a light source element,
An image forming element that creates an intermediate image on the intermediate screen by the luminous flux emitted from the light source unit, and
An optical element for making the operator visually recognize the intermediate image as the virtual image, and
A reflective optical element that guides the intermediate image to the optical element,
Equipped with
The image forming element is arranged so that the central axis of the image light emitted from the image forming element is inclined in the left-right direction when viewed from the operator with respect to the axis in the visual field direction of the operator.
The intermediate screen transmits the image light and is capable of transmitting the image light.
The reflective optical element reflects the image light transmitted through the intermediate screen so that the light beam corresponding to the corner of the rectangular having the smallest area circumscribing the intermediate image is not visible to the operator. The shape of the reflective optical element is such that the reflective surface is missing.
An image display device characterized by this.
光源素子からの光を出射する光源部と、
前記光源部から出射された光束により中間スクリーンに中間画像を作成する画像形成素子と、
前記中間画像を前記操縦者に前記虚像として視認させるための光学素子と、
前記中間画像を前記光学素子に導く反射光学素子と、
を備え、
前記画像形成素子は、前記画像形成素子から射出される画像光の中心軸が前記操縦者の視野方向となる軸に対し前記操縦者から見て左右方向に傾斜するように配置され、
前記中間スクリーンは、前記画像光を透過するものであり、
前記反射光学素子は、前記中間スクリーンを透過した前記画像光を反射するものであって、前記中間画像に外接する面積最小の矩形の角に対応する前記光束を透過して前記光学素子に反射しない、
ことを特徴とする画像表示装置。 An image display device mounted on a moving body and forming information about the moving body as a virtual image recognizable by the operator of the moving body.
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An image forming element that creates an intermediate image on the intermediate screen by the luminous flux emitted from the light source unit, and
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The reflective optical element reflects the image light transmitted through the intermediate screen, and transmits the light beam corresponding to the corner of the rectangle having the smallest area inscribed with the intermediate image and does not reflect the optical element. ,
An image display device characterized by this.
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