JP7111070B2 - head-up display device - Google Patents

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本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置に関する。 The present invention relates to a head-up display device.

近年、車両用表示装置としてヘッドアップディスプレイ装置が用いられることがある。ヘッドアップディスプレイ装置は、画像表示光を車両のウインドシールドなどに投射し、画像表示光に基づく虚像を車外の風景に重畳して表示する。左目用と右目用の画像表示光を別々に生成することで立体像を提示する装置も提案されている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art In recent years, a head-up display device is sometimes used as a vehicle display device. A head-up display device projects image display light onto a vehicle windshield or the like, and displays a virtual image based on the image display light superimposed on the scenery outside the vehicle. A device that presents a stereoscopic image by separately generating image display light for the left eye and for the right eye has also been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特開2014-10418号公報JP 2014-10418 A

虚像の表示サイズをより大きくするために、画像表示光を投射する投射光学系の拡大倍率を高めることが求められている。しかしながら、投射光学系の拡大倍率を高めると、光学系で生じる歪曲収差等に起因して虚像がより歪んで見えてしまう。また、左右で見え方の異なる歪曲収差が発生することで、左右の目のそれぞれで視認される虚像を同一像として認識することが困難となり、視覚疲労を生じさせるおそれがある。 In order to increase the display size of the virtual image, it is required to increase the magnification of the projection optical system that projects the image display light. However, if the magnifying power of the projection optical system is increased, the virtual image will appear more distorted due to distortion aberration or the like that occurs in the optical system. In addition, due to the occurrence of distortion aberration that looks different in the left and right eyes, it becomes difficult for the left and right eyes to recognize the same virtual image as the same image, which may cause visual fatigue.

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、高拡大倍率の虚像の視認性を向上させることを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to improve the visibility of a high-magnification virtual image.

本発明のある態様のヘッドアップディスプレイ装置は、光源と、光源の出力光を複数の照明光束に分割するフライアイレンズと、フライアイレンズの第1領域または第2領域を選択的に遮蔽するシャッタと、フライアイレンズの第1領域から出射する複数の第1照明光束を重畳して第1照明光を生成し、フライアイレンズの第2領域から出射する複数の第2照明光束を重畳して第2照明光を生成するコンデンサと、第1照明光を変調して左目用表示光を生成し、第2照明光を変調して右目用表示光を生成する表示部と、左目用表示光および右目用表示光を虚像提示板に向けて投射し、虚像提示板にて反射される左目用表示光がアイボックスの左側領域に向かい、右目用表示光がアイボックスの右側領域に向かうようにする凹面鏡と、表示用画像に第1歪曲補正処理を施して左目用画像を生成し、表示用画像に第1歪曲補正処理とは異なる第2歪曲補正処理を施して右目用画像を生成する画像処理部と、第1照明光と第2照明光が交互に生成されるようにシャッタを動作させるシャッタ制御部と、第1照明光の生成時に表示部に左目用画像を表示させ、第2照明光の生成時に表示部に右目用画像を表示させる表示制御部と、を備える。 A head-up display device according to one aspect of the present invention includes a light source, a fly-eye lens that divides output light from the light source into a plurality of illumination light beams, and a shutter that selectively shields a first region or a second region of the fly-eye lens. and superimpose a plurality of first illumination light beams emitted from the first region of the fly-eye lens to generate the first illumination light, and superimpose a plurality of second illumination light beams emitted from the second region of the fly-eye lens. a condenser for generating second illumination light; a display unit for modulating the first illumination light to generate left-eye display light; modulating the second illumination light to generate right-eye display light; The display light for the right eye is projected toward the virtual image presentation board, the display light for the left eye reflected by the virtual image presentation board is directed to the left side area of the eye box, and the display light for the right eye is directed to the right side area of the eye box. A concave mirror and image processing for generating an image for the left eye by performing a first distortion correction process on the image for display, and generating an image for the right eye by performing a second distortion correction process different from the first distortion correction process on the image for display. a shutter control unit that operates the shutter so that the first illumination light and the second illumination light are alternately generated; and a display unit that displays an image for the left eye when the first illumination light is generated and the second illumination light and a display control unit that causes the display unit to display the image for the right eye when the is generated.

なお、以上の構成要素の任意の組合せや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。 It should be noted that arbitrary combinations of the above-described constituent elements and mutual replacement of the constituent elements and expressions of the present invention in methods, devices, systems, etc. are also effective as aspects of the present invention.

本発明によれば、高拡大倍率の虚像の視認性を向上できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the visibility of the virtual image of high magnification can be improved.

実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the head-up display apparatus which concerns on embodiment. 図2(a)~(c)は、表示光の光路を模式的に示す図である。FIGS. 2A to 2C are diagrams schematically showing optical paths of display light. 図3(a)~(e)は、比較例において表示部に表示される画像と、画像に基づいて提示される虚像とを模式的に示す図である。FIGS. 3A to 3E are diagrams schematically showing an image displayed on the display unit and a virtual image presented based on the image in a comparative example. 図4(a)~(e)は、本実施の形態において表示部に表示される画像と、画像に基づいて提示される虚像とを模式的に示す図である。FIGS. 4A to 4E are diagrams schematically showing an image displayed on the display section and a virtual image presented based on the image in this embodiment. 実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の構成を詳細に示す図である。It is a figure which shows the structure of the head-up display apparatus which concerns on embodiment in detail. 実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の構成を詳細に示す図である。It is a figure which shows the structure of the head-up display apparatus which concerns on embodiment in detail. 図7(a)~(c)は、フライアイレンズおよびシャッタの構成を模式的に示す正面図である。FIGS. 7(a) to 7(c) are front views schematically showing configurations of a fly-eye lens and a shutter. 図8(a)~(c)は、実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置が奏する作用効果を示す図である。FIGS. 8A to 8C are diagrams showing operational effects of the head-up display device according to the embodiment. 図9(a)~(c)は、実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置が奏する作用効果を示す図である。FIGS. 9A to 9C are diagrams showing operational effects of the head-up display device according to the embodiment. 別の実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の構成を詳細に示す図である。It is a figure which shows in detail the structure of the head-up display apparatus which concerns on another embodiment.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。かかる実施の形態に示す具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Specific numerical values and the like shown in these embodiments are merely examples for facilitating understanding of the invention, and do not limit the invention unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same functions and configurations are denoted by the same reference numerals to omit redundant description, and elements that are not directly related to the present invention are omitted from the drawings. do.

図1は、実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置10の構成を模式的に示す図である。本実施の形態では、移動体の一例である車両60のダッシュボード内にヘッドアップディスプレイ装置10が設置される。ヘッドアップディスプレイ装置10は、虚像提示板であるウインドシールド62に表示光52を投射し、車両60の進行方向(図1の右方向)の前方に虚像50を提示する。運転者などのユーザ70は、ウインドシールド62を介して現実の風景に重畳される虚像50を視認できる。そのため、ユーザ70は、車両の走行中に視線をほとんど動かすことなく虚像50に示される情報を得ることができる。図1において、車両60の進行方向(前後方向)をz方向、車両60の天地方向(上下方向)をy方向、車両60の左右方向をx方向としている。 FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of a head-up display device 10 according to an embodiment. In the present embodiment, head-up display device 10 is installed in the dashboard of vehicle 60, which is an example of a mobile object. The head-up display device 10 projects the display light 52 onto the windshield 62, which is a virtual image presentation board, and presents the virtual image 50 in front of the traveling direction of the vehicle 60 (right direction in FIG. 1). A user 70 such as a driver can visually recognize the virtual image 50 superimposed on the real scenery through the windshield 62 . Therefore, the user 70 can obtain the information shown in the virtual image 50 without moving the line of sight while the vehicle is running. In FIG. 1, the traveling direction (front-rear direction) of the vehicle 60 is the z-direction, the vertical direction (up-down direction) of the vehicle 60 is the y-direction, and the left-right direction of the vehicle 60 is the x direction.

虚像50は、例えば、ユーザ70の前方の2m~5m程度の距離の位置に提示される。虚像50の表示サイズに対応する画角(FOV;Field Of View)は、例えば、左右方向(水平方向)が約5度であり、上下方向(垂直方向)が約2度である。 The virtual image 50 is presented, for example, at a position about 2 m to 5 m in front of the user 70 . A field of view (FOV) corresponding to the display size of the virtual image 50 is, for example, about 5 degrees in the horizontal direction and about 2 degrees in the vertical direction.

ヘッドアップディスプレイ装置10は、照明部12と、表示部14と、凹面鏡16と、制御装置18とを備える。ヘッドアップディスプレイ装置10は、外部装置64と接続されている。 The head-up display device 10 includes an illumination section 12 , a display section 14 , a concave mirror 16 and a control device 18 . The head-up display device 10 is connected with an external device 64 .

照明部12は、表示部14を照明するための照明光を生成する。照明部12は、LED(Light Emitting Diode)などの光源と、光源から出力される光の強度分布や角度分布を調整して照明光を生成するための光学素子とを有する。 The illumination unit 12 generates illumination light for illuminating the display unit 14 . The illumination unit 12 has a light source such as an LED (Light Emitting Diode) and an optical element for adjusting the intensity distribution and angle distribution of light output from the light source to generate illumination light.

表示部14は、照明光を変調して表示光を生成する。表示部14は、液晶パネルなどの表示素子を含む。表示部14は、制御装置18から送信される画像信号に基づいて、画像信号に対応する表示内容の表示光52を生成する。 The display unit 14 modulates the illumination light to generate display light. The display unit 14 includes a display element such as a liquid crystal panel. Based on the image signal transmitted from the control device 18, the display unit 14 generates the display light 52 of the display content corresponding to the image signal.

凹面鏡16は、表示部14が生成する表示光52を反射してウインドシールド62に向けて投射する。凹面鏡16は、ウインドシールド62にて反射される表示光52がユーザ70の目72が位置するアイボックス76に向かうように表示光52を投射する。これにより、ユーザ70は、表示光52に基づく虚像50を視認できる。凹面鏡16は、表示光52に基づく画像を拡大してユーザ70に提示するよう構成され、例えば、表示部14に表示される画像を0.6倍以上の倍率で拡大するよう構成される。凹面鏡16の反射面は、非球面などの自由曲面で構成される。 The concave mirror 16 reflects the display light 52 generated by the display unit 14 and projects it toward the windshield 62 . The concave mirror 16 projects the display light 52 so that the display light 52 reflected by the windshield 62 is directed toward the eyebox 76 where the eyes 72 of the user 70 are located. Thereby, the user 70 can visually recognize the virtual image 50 based on the display light 52 . The concave mirror 16 is configured to magnify an image based on the display light 52 and present it to the user 70. For example, the concave mirror 16 is configured to magnify the image displayed on the display unit 14 by a factor of 0.6 or more. The reflecting surface of the concave mirror 16 is composed of a free curved surface such as an aspherical surface.

制御装置18は、表示用画像を生成し、表示用画像に対応する虚像50が提示されるように照明部12および表示部14の動作を制御する。制御装置18は、外部装置64と接続されており、例えば、外部装置64からの情報に基づいて表示用画像を生成する。 The control device 18 generates a display image and controls the operations of the lighting unit 12 and the display unit 14 so that a virtual image 50 corresponding to the display image is presented. The control device 18 is connected to an external device 64 and generates display images based on information from the external device 64, for example.

外部装置64は、虚像50として表示される表示用画像の元データを生成する装置である。外部装置64は、例えば、車両60の電子制御ユニット(ECU;Electronic Control Unit)や、ナビゲーション装置、携帯電話やスマートフォン、タブレットといったモバイル装置などである。外部装置64は、虚像50の表示に必要な画像データ、画像データの内容や種別を示す情報、車両60の速度や現在位置といった車両60に関する情報を制御装置18に送信する。 The external device 64 is a device that generates the original data of the display image displayed as the virtual image 50 . The external device 64 is, for example, an electronic control unit (ECU) of the vehicle 60, a navigation device, a mobile device such as a mobile phone, a smart phone, or a tablet. The external device 64 transmits image data necessary for displaying the virtual image 50 , information indicating the content and type of the image data, and information about the vehicle 60 such as the speed and current position of the vehicle 60 to the control device 18 .

図2(a)~(c)は、表示光52C,52L,52Rの光路を模式的に示す図である。図2(a)~(c)では、車両60の上側から見たヘッドアップディスプレイ装置10の構成を示しており、分かりやすさのために照明部12とウインドシールド62を省略している。図2(a)~(c)のそれぞれに示される表示光52C,52L,52Rは、表示部14を出射し、凹面鏡16およびウインドシールド62(不図示)にて反射された後、アイボックス76に向かう。 FIGS. 2A to 2C are diagrams schematically showing the optical paths of the display lights 52C, 52L and 52R. FIGS. 2(a) to 2(c) show the configuration of the head-up display device 10 viewed from above the vehicle 60, omitting the lighting unit 12 and the windshield 62 for clarity. Display lights 52C, 52L, and 52R shown in FIGS. 2A to 2C, respectively, exit the display unit 14, are reflected by the concave mirror 16 and the windshield 62 (not shown), and then enter the eyebox 76. head to

アイボックス76は、ヘッドアップディスプレイ装置10により提示される虚像50が視認可能となる範囲である。アイボックス76は、ユーザ70の左目72Lおよび右目72Rを包含するように左右方向(x方向)に長く設定される。アイボックス76の左右方向の長さは、例えばユーザ70の両目72L,72Rの瞳孔間隔の2倍程度に設定される。両目72L,72Rの瞳孔間隔は個人差があるが、一般的には60mm~70mm程度である。アイボックス76の左右方向の長さは、例えば120mm~130mm程度に設定される。図2(a)~(c)に示される通常の使用態様であれば、アイボックス76の右側領域76Rにユーザ70の右目72Rが位置し、アイボックス76の左側領域76Lにユーザの左目72Lが位置する。 The eyebox 76 is a range within which the virtual image 50 presented by the head-up display device 10 is visible. The eyebox 76 is set long in the horizontal direction (x direction) so as to encompass the left eye 72L and the right eye 72R of the user 70 . The length of the eyebox 76 in the horizontal direction is set, for example, to about twice the distance between the pupils of the user's 70 eyes 72L and 72R. The interpupillary distance of both eyes 72L and 72R varies from person to person, but is generally about 60 mm to 70 mm. The length of the eyebox 76 in the left-right direction is set to, for example, approximately 120 mm to 130 mm. 2A to 2C, the right eye 72R of the user 70 is located in the right area 76R of the eyebox 76, and the left eye 72L of the user is located in the left area 76L of the eyebox 76. To position.

図2(a)は、アイボックス76の中心76Cに向かう中央表示光52Cの光路を模式的に示している。中央表示光52Cは、矢印Cで示されるようにヘッドアップディスプレイ装置10の光学系の光軸54に沿って出射される表示光である。光軸54は、表示部14の中心14Cから出射してアイボックス76の中心76Cに向かう光路として定義される。凹面鏡16は、光軸54に対して左右方向(x方向)に対称な形状となるよう構成され、中央表示光52Cは、凹面鏡16の中心16Cまたはその近傍にて反射される。中央表示光52Cは、アイボックス76の中心76Cに向けて投射されるため、図2(a)に示される通常の使用態様であれば、ユーザ70の両目72L,72Rのいずれにも中央表示光52Cは入射しない。その結果、中央表示光52Cに基づく虚像50Cはユーザ70に視認されない。 FIG. 2(a) schematically shows the optical path of the center display light 52C toward the center 76C of the eyebox 76. FIG. The central display light 52C is display light emitted along the optical axis 54 of the optical system of the head-up display device 10 as indicated by the arrow C. As shown in FIG. Optical axis 54 is defined as an optical path that emerges from center 14C of display portion 14 toward center 76C of eyebox 76 . The concave mirror 16 is configured to have a symmetrical shape in the horizontal direction (x direction) with respect to the optical axis 54, and the central display light 52C is reflected at the center 16C of the concave mirror 16 or its vicinity. Since the center display light 52C is projected toward the center 76C of the eyebox 76, in the normal usage mode shown in FIG. 52C does not enter. As a result, the virtual image 50C based on the central display light 52C is not visually recognized by the user 70 .

図2(b)は、アイボックス76の左側領域76Lに向かう左目用表示光52Lの光路を模式的に示している。左目用表示光52Lは、矢印Lで示されるように、光軸54に対して斜めに出射される表示光であり、表示部14の中心14Cから左寄りに出射される。そのため、左目用表示光52Lは、凹面鏡16の中心16Cから左方向にずれた位置16Lまたはその近傍にて反射される。左目用表示光52Lは、ユーザ70の左目72Lに入射することで、左目用表示光52Lに基づく左目用虚像50Lがユーザ70に視認される。 FIG. 2(b) schematically shows the optical path of the left-eye display light 52L toward the left region 76L of the eyebox 76. As shown in FIG. The left-eye display light 52L is display light that is emitted obliquely to the optical axis 54 as indicated by an arrow L, and is emitted leftward from the center 14C of the display section 14 . Therefore, the left-eye display light 52L is reflected at or near a position 16L shifted leftward from the center 16C of the concave mirror 16 . The left-eye display light 52L is incident on the left eye 72L of the user 70, so that the user 70 visually recognizes the left-eye virtual image 50L based on the left-eye display light 52L.

図2(c)は、アイボックス76の右側領域76Rに向かう右目用表示光52Rの光路を模式的に示している。右目用表示光52Rは、矢印Rで示されるように、光軸54に対して斜めに出射される表示光であり、表示部14の中心14Cから右寄りに出射される。そのため、右目用表示光52Rは、凹面鏡16の中心16Cから右方向にずれた位置16Rまたはその近傍にて反射される。右目用表示光52Rは、ユーザ70の右目72Rに入射することで、右目用表示光52Rに基づく右目用虚像50Rがユーザ70に視認される。 FIG. 2C schematically shows the optical path of the right-eye display light 52R heading for the right-side region 76R of the eyebox 76. As shown in FIG. The right-eye display light 52R is display light that is emitted obliquely with respect to the optical axis 54 as indicated by an arrow R, and is emitted from the center 14C of the display section 14 toward the right. Therefore, the right-eye display light 52R is reflected at a position 16R deviated to the right from the center 16C of the concave mirror 16 or in the vicinity thereof. The right-eye display light 52R is incident on the right eye 72R of the user 70, so that the user 70 visually recognizes the right-eye virtual image 50R based on the right-eye display light 52R.

図2(a)~(c)に示される各虚像50C,50L,50Rには、各表示光52C,52L,52Rが凹面鏡16で反射されることに起因する歪み(例えば、ディストーションまたは歪曲収差)が発生しうる。凹面鏡16により発生する歪み量は、凹面鏡16の中心16Cからより離れた位置で表示光が反射されることにより増加しうる。したがって、左目用虚像50Lや右目用虚像50Rの歪みは、中央表示光52Cにより表示される中央虚像50Cの歪みに比べて大きくなる。 The virtual images 50C, 50L, 50R shown in FIGS. 2A to 2C have distortion (for example, distortion or distortion aberration) caused by the reflection of the display lights 52C, 52L, 52R by the concave mirror 16. can occur. The amount of distortion produced by the concave mirror 16 can be increased by reflecting the display light at positions further away from the center 16C of the concave mirror 16 . Therefore, the distortion of the left-eye virtual image 50L and the right-eye virtual image 50R becomes larger than the distortion of the center virtual image 50C displayed by the center display light 52C.

また、左目用虚像50Lや右目用虚像50Rでは左右方向において非対称な歪みが発生しうる。例えば、図2(b)に示す左目用虚像50Lの場合、表示部14の左端14Lから出射する表示光は、表示部14の中心14Cから出射する表示光に比べて凹面鏡16の中心16Cから左方向により遠い位置16LLで反射されるため、左目用虚像50Lの左端での歪み量が大きくなる。逆に、図2(c)に示す右目用虚像50Rの場合、表示部14の右端14Rから出射する表示光は、表示部14の中心14Cから出射する表示光に比べて凹面鏡16の中心16Cから右方向により遠い位置16RRで反射されるため、右目用虚像50Rの右端での歪み量が大きくなる。 Further, asymmetrical distortion in the left-right direction may occur in the left-eye virtual image 50L and the right-eye virtual image 50R. For example, in the case of the left-eye virtual image 50L shown in FIG. Since the light is reflected at the far position 16LL depending on the direction, the distortion amount at the left end of the left eye virtual image 50L increases. Conversely, in the case of the right-eye virtual image 50R shown in FIG. Since the light is reflected at the farther position 16RR in the right direction, the amount of distortion at the right end of the right-eye virtual image 50R increases.

図3(a)~(e)は、比較例において表示部14に表示される表示用画像140と、表示用画像140に基づいて提示される虚像150L,150C,150R,150とを模式的に示す図である。図3(a)は、表示部14に表示される表示用画像140の一例を示し、上下方向の直線と左右方向の直線とが等間隔に配置された格子状のテストパターンを示す。図3(b)~(d)は、図3(a)の表示用画像140を表示部14に表示させたときに提示される左目用虚像150L、中央虚像150C、右目用虚像150Rおよびを示す。図3(e)は、両目で見たときの虚像150を示す。 3A to 3E schematically show a display image 140 displayed on the display unit 14 and virtual images 150L, 150C, 150R, and 150 presented based on the display image 140 in the comparative example. FIG. 4 is a diagram showing; FIG. 3A shows an example of a display image 140 displayed on the display unit 14, showing a grid-like test pattern in which straight lines in the vertical direction and straight lines in the horizontal direction are arranged at regular intervals. FIGS. 3B to 3D show a left-eye virtual image 150L, a center virtual image 150C, and a right-eye virtual image 150R presented when the display image 140 of FIG. 3A is displayed on the display unit 14. . FIG. 3(e) shows the virtual image 150 as viewed with both eyes.

図3(c)に示す中央虚像150Cは、図2(a)の中央表示光52Cに基づく中央虚像50Cに対応し、凹面鏡16による歪曲収差の影響があまり見られない。図3(b)に示す左目用虚像150Lは、図2(b)の左目用表示光52Lに基づく左目用虚像50Lに対応し、左右方向に非対称な歪曲収差が見られる。左目用虚像150Lでは、虚像の左側における歪みが相対的に大きい。図3(d)に示す右目用虚像150Rは、図2(c)の右目用表示光52Rに基づく右目用虚像50Rに対応し、凹面鏡16による歪曲収差の影響が見られる。右目用虚像150Rでは、左目用虚像150Lとは逆に虚像の右側における歪みが相対的に大きい。したがって、左目用虚像150Lおよび右目用虚像150Rでは、左右方向において互いに逆の歪曲収差が発生していると言える。 A central virtual image 150C shown in FIG. 3C corresponds to the central virtual image 50C based on the central display light 52C in FIG. A left-eye virtual image 150L shown in FIG. 3B corresponds to the left-eye virtual image 50L based on the left-eye display light 52L in FIG. In left-eye virtual image 150L, the distortion on the left side of the virtual image is relatively large. A right-eye virtual image 150R shown in FIG. 3D corresponds to the right-eye virtual image 50R based on the right-eye display light 52R in FIG. Contrary to the left eye virtual image 150L, the right eye virtual image 150R has a relatively large distortion on the right side of the virtual image. Therefore, it can be said that left-eye virtual image 150L and right-eye virtual image 150R have distortion aberrations opposite to each other in the horizontal direction.

図3(e)は、表示用画像140を表示部14に表示させたときにユーザ70が両目で視認する虚像150を模式的に示す。図3(e)は、図3(b)に示す左目用虚像150Lと、図3(d)に示す右目用虚像150Rとを重畳させたものである。図示されるように、左目用虚像150Lと右目用虚像150Rでは、左右で見え方の異なる歪曲収差が発生しているため、両者を融像して同一視することが困難である。このような左目用虚像150Lと右目用虚像150Rを無理して同一視しようとすると、視覚疲労や目眩が生じるおそれがあり好ましくない。 FIG. 3E schematically shows a virtual image 150 visually recognized by the user 70 with both eyes when the display image 140 is displayed on the display unit 14 . FIG. 3(e) is obtained by superimposing the left-eye virtual image 150L shown in FIG. 3(b) and the right-eye virtual image 150R shown in FIG. 3(d). As shown in the figure, the left-eye virtual image 150L and the right-eye virtual image 150R have distortion aberration that makes them look different on the left and right, so it is difficult to fuse them and see them as the same image. Forcing the left-eye virtual image 150L and the right-eye virtual image 150R to look the same may cause visual fatigue and dizziness, which is not preferable.

一般的に、両眼視において左目用画像と右目用画像の歪み量の差が5%以上になると、両者を融像して同一視することが困難となる。歪曲収差を抑制するため、凹面鏡16の反射面を非球面などの自由曲面としたり、表示用画像140に対して所定の歪曲補正処理を施したりする対応策が考えられる。しかしながら、凹面鏡16による虚像の拡大倍率を高めるために凹面鏡16の曲率を大きくしようとする場合、左目用虚像150Lと右目用虚像150Rの歪み量の差を5%未満にすることが難しくなる。 In general, when the difference in the amount of distortion between the image for the left eye and the image for the right eye is 5% or more in binocular vision, it becomes difficult to fuse the two images and view them as the same image. In order to suppress the distortion aberration, countermeasures such as making the reflecting surface of the concave mirror 16 a free-form surface such as an aspherical surface or performing a predetermined distortion correction process on the display image 140 are conceivable. However, when trying to increase the curvature of the concave mirror 16 in order to increase the magnification of the virtual image by the concave mirror 16, it becomes difficult to make the difference in the amount of distortion between the left-eye virtual image 150L and the right-eye virtual image 150R less than 5%.

そこで、本実施の形態では、表示部14に表示させる表示用画像として、左目用画像と右目用画像を別々に用意し、左目用画像と右目用画像にそれぞれ異なる歪曲補正処理を施すようにする。具体的には、左目用画像に対し、左目用虚像150Lにて生じる歪曲収差を低減または相殺させるための第1歪曲補正処理を施す。また、右目用画像に対して、右目用虚像150Rにて生じる歪曲収差を低減または相殺させるための第2歪曲補正処理を施す。第2歪曲補正処理は、第1歪曲補正処理とは異なる態様の補正処理であり、例えば、第1歪曲補正処理とは補正量が左右方向において逆となるような補正処理である。 Therefore, in the present embodiment, a left-eye image and a right-eye image are separately prepared as display images to be displayed on the display unit 14, and different distortion correction processing is performed on the left-eye image and the right-eye image. . Specifically, the image for the left eye is subjected to a first distortion correction process for reducing or canceling the distortion occurring in the virtual image for the left eye 150L. Also, the image for the right eye is subjected to a second distortion correction process for reducing or canceling the distortion occurring in the virtual image for the right eye 150R. The second distortion correction process is a correction process in a different mode from the first distortion correction process. For example, the second distortion correction process is a correction process in which the amount of correction is opposite to that of the first distortion correction process in the horizontal direction.

図4(a)~(e)は、本実施の形態において表示部14に表示される画像40L,40Rと、画像40L,40Rに基づいて提示される虚像50L,50R,50とを模式的に示す図である。図4(a)は、表示部14に表示させる左目用画像40Lを模式的に示し、図3(a)の表示用画像140に対して第1歪曲補正処理を施した画像である。左目用画像40Lでは、例えば、画像の左端における補正量が最大となるように左右方向に非対称な歪曲補正処理が施されている。図4(b)は、表示部14に表示させる右目用画像40Rを模式的に示し、図3(a)の表示用画像140に対して第2歪曲補正処理が施した画像である。右目用画像40Rでは、例えば、画像の右端における補正量が最大となるように左右方向に非対称な歪曲補正処理が施されている。 4A to 4E schematically show images 40L and 40R displayed on the display unit 14 and virtual images 50L, 50R and 50 presented based on the images 40L and 40R in this embodiment. FIG. 4 is a diagram showing; FIG. 4(a) schematically shows a left-eye image 40L to be displayed on the display unit 14, which is an image obtained by performing the first distortion correction process on the display image 140 of FIG. 3(a). The left-eye image 40L is subjected to, for example, an asymmetrical distortion correction process in the left-right direction so that the amount of correction at the left end of the image is maximized. FIG. 4(b) schematically shows a right-eye image 40R to be displayed on the display unit 14, which is an image obtained by subjecting the display image 140 of FIG. 3(a) to the second distortion correction process. The image for the right eye 40R is subjected to distortion correction processing that is asymmetric in the horizontal direction, for example, so that the amount of correction at the right end of the image is maximized.

図4(c)は、表示部14に左目用画像40Lを表示させたときに、左目用表示光52Lに提示される左目用虚像50Lを模式的に示す。図示されるように、左目用画像40Lに第1歪曲補正処理を施すことで、凹面鏡16にて生じる歪曲収差が低減または相殺され、図3(a)に示す表示用画像140と同等に見える左目用虚像50Lを提示できる。図4(d)は、表示部14に右目用画像40Rを表示させたときに、右目用表示光52Rにより提示される右目用虚像50Rを模式的に示す。図示されるように、右目用画像40Rに第2歪曲補正処理を施すことで、凹面鏡16にて生じる歪曲収差が低減または相殺され、図3(a)に示す表示用画像140と同等に見える右目用虚像50Rを提示できる。 FIG. 4C schematically shows the left-eye virtual image 50L presented by the left-eye display light 52L when the display unit 14 displays the left-eye image 40L. As illustrated, by performing the first distortion correction processing on the left-eye image 40L, the distortion aberration caused by the concave mirror 16 is reduced or canceled, and the left-eye image looks the same as the display image 140 shown in FIG. A virtual image 50L can be presented. FIG. 4D schematically shows the right-eye virtual image 50R presented by the right-eye display light 52R when the display unit 14 displays the right-eye image 40R. As shown in the figure, by performing the second distortion correction process on the right eye image 40R, the distortion aberration caused by the concave mirror 16 is reduced or canceled, and the right eye image that looks the same as the display image 140 shown in FIG. A virtual image 50R for use can be presented.

図4(e)は、図4(c)の左目用虚像50Lと図4(d)の右目用虚像50Rが提示されるときにユーザ70が両目で視認する虚像50を模式的に示す。図4(e)は、図4(c)に示す左目用虚像50Lと、図4(d)に示す右目用虚像50Rとを重畳させたものである。図示されるように、左目用虚像50Lと右目用虚像50Rがほぼ同等に見えるため、両者を融像して同一視することが容易となる。本実施の形態では、このような虚像50を提示することで、視覚疲労や目眩の発生を防止し、虚像50の視認性を向上させることができる。 FIG. 4(e) schematically shows the virtual image 50 visually recognized by the user 70 with both eyes when the left-eye virtual image 50L of FIG. 4(c) and the right-eye virtual image 50R of FIG. 4(d) are presented. FIG. 4(e) is obtained by superimposing the left-eye virtual image 50L shown in FIG. 4(c) and the right-eye virtual image 50R shown in FIG. 4(d). As shown in the figure, the left-eye virtual image 50L and the right-eye virtual image 50R look substantially the same, so it is easy to fuse them and view them as the same image. In the present embodiment, by presenting such a virtual image 50, visual fatigue and dizziness can be prevented, and the visibility of the virtual image 50 can be improved.

つづいて、図4(e)に示されるような虚像50を提示するための照明部12および表示部14の光学系の構成について説明する。通常、左目用と右目用で異なる画像を表示させる場合、左目用表示部と右目用表示部を別に用意する必要があるが、表示部を複数設けることはコストの増加につながる。本実施の形態では、一つの表示部14において左目用画像40Lと右目用画像40Rを時分割で交互に表示し、左目用表示光52Lと右目用表示光52Rが時分割で交互に生成されるようにする。また、表示部14に対し、左目用表示光52Lを生成するための第1照明光と、右目用表示光52Rを生成するための第2照明光とが時分割で交互に照射されるようにする。これにより、アイボックス76の左側領域76Lに向けて左目用表示光52Lが投射され、アイボックス76の右側領域76Rに向けて右目用表示光52Rが投射されるようにする。 Next, the configuration of the optical system of the illumination section 12 and the display section 14 for presenting the virtual image 50 as shown in FIG. 4(e) will be described. Usually, when displaying different images for the left eye and the right eye, it is necessary to separately prepare a left-eye display section and a right-eye display section, but providing a plurality of display sections leads to an increase in cost. In this embodiment, the left-eye image 40L and the right-eye image 40R are alternately displayed in a time-division manner on one display unit 14, and the left-eye display light 52L and the right-eye display light 52R are alternately generated in a time-division manner. make it In addition, the display unit 14 is alternately irradiated with the first illumination light for generating the left-eye display light 52L and the second illumination light for generating the right-eye display light 52R in a time division manner. do. As a result, the left eye display light 52L is projected toward the left region 76L of the eyebox 76, and the right eye display light 52R is projected toward the right region 76R of the eyebox 76. FIG.

図5および図6は、実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置10の構成を詳細に示す図である。図5は、図2(b)の構成に対応し、表示部14に左目用画像40Lを表示して左目用表示光52Lを生成する動作状態を示している。図6は、図2(c)の構成に対応し、表示部14に右目用画像40Rを表示して右目用表示光52Rを生成する動作状態を示している。 5 and 6 are diagrams showing in detail the configuration of the head-up display device 10 according to the embodiment. FIG. 5 corresponds to the configuration of FIG. 2(b) and shows an operation state in which the left-eye image 40L is displayed on the display unit 14 and the left-eye display light 52L is generated. FIG. 6 corresponds to the configuration of FIG. 2(c) and shows an operation state in which the right-eye image 40R is displayed on the display unit 14 and the right-eye display light 52R is generated.

照明部12は、光源20と、コリメータ22と、フライアイレンズ24と、シャッタ28と、コンデンサ30と、フィールドレンズ32とを含む。表示部14は、光拡散板34と、表示素子36とを含む。照明部12および表示部14を構成する各光学要素と、凹面鏡16とは、光軸54上に配置されている。図面において、光軸54の方向をz方向とし、z方向と直交する二方向をx方向およびy方向としている。x方向は、表示部14に表示される画像の左右方向により定義され、y方向は表示部14に表示される画像の上下方向により定義される。 Illumination section 12 includes light source 20 , collimator 22 , fly-eye lens 24 , shutter 28 , condenser 30 and field lens 32 . The display section 14 includes a light diffusion plate 34 and a display element 36 . Each optical element constituting the illumination unit 12 and the display unit 14 and the concave mirror 16 are arranged on the optical axis 54 . In the drawings, the direction of the optical axis 54 is the z-direction, and the two directions perpendicular to the z-direction are the x-direction and the y-direction. The x direction is defined by the horizontal direction of the image displayed on the display unit 14 , and the y direction is defined by the vertical direction of the image displayed on the display unit 14 .

光源20は、LEDなどの半導体発光素子で構成される。光源20は、表示部14を照明するための白色光を出力する。コリメータ22は、光源20の出力光を平行化し、光軸54に沿った平行光束を生成する。コリメータ22は、放物面鏡や楕円面鏡により構成され、コリメータ22の焦点位置に光源20が配置される。コリメータ22は、ミラーではなくレンズで構成されてもよく、例えば内部全反射を利用するTIR(Total Internal Reflection)レンズであってもよい。 The light source 20 is composed of a semiconductor light emitting device such as an LED. The light source 20 outputs white light for illuminating the display section 14 . Collimator 22 collimates the output light of light source 20 to produce a parallel beam along optical axis 54 . The collimator 22 is composed of a parabolic mirror or an ellipsoidal mirror, and the light source 20 is arranged at the focal position of the collimator 22 . The collimator 22 may be composed of a lens instead of a mirror, and may be, for example, a TIR (Total Internal Reflection) lens that utilizes total internal reflection.

フライアイレンズ24は、光源20の出力光を複数の照明光束に分割する。フライアイレンズ24は、第1レンズ面25と、第2レンズ面26とを有し、第1レンズ面25および第2レンズ面26のそれぞれに複数のレンズ要素がx方向およびy方向にアレイ状に配列されている。フライアイレンズ24を構成する各レンズ要素は矩形状であり、矩形状の表示部14と相似形となるよう構成される。例えば、表示部14の縦横のアスペクト比が1対2であれば、フライアイレンズ24を構成する各レンズ要素の縦横のアスペクト比も1対2である。 A fly-eye lens 24 splits the output light from the light source 20 into a plurality of illumination light beams. The fly-eye lens 24 has a first lens surface 25 and a second lens surface 26. A plurality of lens elements are arrayed in the x direction and the y direction on each of the first lens surface 25 and the second lens surface 26. are arranged in Each lens element forming the fly-eye lens 24 has a rectangular shape and is configured to have a similar shape to the rectangular display section 14 . For example, if the vertical and horizontal aspect ratio of the display unit 14 is 1:2, the vertical and horizontal aspect ratio of each lens element constituting the fly-eye lens 24 is also 1:2.

第1レンズ面25の各レンズ要素は、第1レンズ面25に入射する平行光束を集光させる。第1レンズ面25の各レンズ要素の焦点は、第2レンズ面26の対応するレンズ要素に位置している。つまり、第1レンズ面25と第2レンズ面26のz方向の間隔は、第1レンズ面25の各レンズ要素の焦点距離に相当する。その結果、第1レンズ面25に入射する平行光束は、第2レンズ面26の各レンズ要素に集光する。第2レンズ面26の各レンズ要素は、仮想的な点光源とみなすことができ、第2レンズ面26の各レンズ要素から分割された照明光束が出射される。 Each lens element of the first lens surface 25 converges parallel light beams incident on the first lens surface 25 . The focal point of each lens element of first lens surface 25 is located at the corresponding lens element of second lens surface 26 . That is, the distance in the z direction between the first lens surface 25 and the second lens surface 26 corresponds to the focal length of each lens element of the first lens surface 25 . As a result, the parallel light flux incident on the first lens surface 25 is converged on each lens element of the second lens surface 26 . Each lens element of the second lens surface 26 can be regarded as a virtual point light source, and a split illumination light beam is emitted from each lens element of the second lens surface 26 .

シャッタ28は、フライアイレンズ24から出射される複数の照明光束の一部を遮蔽する。シャッタ28は、フライアイレンズ24の第1領域24aまたは第2領域24bを選択的に遮蔽する。ここで、フライアイレンズ24の第1領域24aは、光軸54よりもx方向において右側となる領域のことをいう。また、フライアイレンズ24の第2領域24bは、光軸54よりもx方向において左側となる領域のことをいう。 The shutter 28 blocks part of the plurality of illumination light fluxes emitted from the fly-eye lens 24 . The shutter 28 selectively shields the first area 24a or the second area 24b of the fly-eye lens 24. As shown in FIG. Here, the first region 24a of the fly's eye lens 24 refers to a region on the right side of the optical axis 54 in the x direction. Also, the second region 24b of the fly-eye lens 24 is a region on the left side of the optical axis 54 in the x direction.

図7(a)~(c)は、フライアイレンズ24およびシャッタ28の構成を模式的に示す正面図である。図7(a)は、第1レンズ面25から見たフライアイレンズ24を示す。図示されるように、第1レンズ面25には複数のレンズ要素25a,25bがx方向およびy方向に配列されている。フライアイレンズ24の第1領域24aには複数の第1レンズ要素25aが設けられ、フライアイレンズ24の第2領域24bには複数の第2レンズ要素25bが設けられる。フライアイレンズ24は、左右対称形状であり、第1レンズ要素25aおよび第2レンズ要素25bは互いに同じ形状ないし光学特性を有する。 7A to 7C are front views schematically showing configurations of the fly-eye lens 24 and the shutter 28. FIG. FIG. 7(a) shows the fly-eye lens 24 viewed from the first lens surface 25. FIG. As shown, the first lens surface 25 has a plurality of lens elements 25a and 25b arranged in the x and y directions. A first region 24a of the fly-eye lens 24 is provided with a plurality of first lens elements 25a, and a second region 24b of the fly-eye lens 24 is provided with a plurality of second lens elements 25b. The fly-eye lens 24 has a symmetrical shape, and the first lens element 25a and the second lens element 25b have the same shape or optical characteristics.

図7(b)は、第2レンズ面26から見たフライアイレンズ24を示す。図7(b)は、図7(a)とは左右方向が逆になっている。第2レンズ面26は、第1レンズ面25と同様に構成されており、第2レンズ面26に複数のレンズ要素26a,26bがx方向およびy方向に配列されている。フライアイレンズ24の第1領域24aには複数の第3レンズ要素26aが設けられ、フライアイレンズ24の第2領域24bには複数の第4レンズ要素26bが設けられる。第3レンズ要素26aおよび第4レンズ要素26bは互いに同じ形状ないし光学特性を有する。 FIG. 7(b) shows the fly-eye lens 24 viewed from the second lens surface 26. FIG. In FIG. 7B, the horizontal direction is opposite to that in FIG. 7A. The second lens surface 26 is configured in the same manner as the first lens surface 25. A plurality of lens elements 26a and 26b are arranged on the second lens surface 26 in the x direction and the y direction. A first region 24a of the fly-eye lens 24 is provided with a plurality of third lens elements 26a, and a second region 24b of the fly-eye lens 24 is provided with a plurality of fourth lens elements 26b. The third lens element 26a and the fourth lens element 26b have the same shape or optical properties.

第2レンズ面26からは複数の照明光束が出射される。具体的には、第2レンズ面26の第1領域24aから複数の第1照明光束が出射され、各第3レンズ要素26aが一つの第1照明光束を出射する。同様に、第2レンズ面26の第2領域24bから複数の第2照明光束が出射され、各第4レンズ要素26bが一つの第2照明光束を出射する。 A plurality of illumination light beams are emitted from the second lens surface 26 . Specifically, a plurality of first illumination light beams are emitted from the first region 24a of the second lens surface 26, and each third lens element 26a emits one first illumination light beam. Similarly, a plurality of second illumination light beams are emitted from the second region 24b of the second lens surface 26, and each fourth lens element 26b emits one second illumination light beam.

図7(c)は、フライアイレンズ24から見たシャッタ28を示す。シャッタ28は、例えば、透過率が可変となる液晶シャッタで構成される。シャッタ28は、第1領域28aと、第2領域28bとを有する。シャッタ28の第1領域28aは、フライアイレンズ24の第1領域24aとz方向に重なる領域であり、シャッタ28の第2領域28bは、フライアイレンズ24の第2領域24bとz方向に重なる領域である。 FIG. 7(c) shows the shutter 28 viewed from the fly-eye lens 24. FIG. The shutter 28 is composed of, for example, a liquid crystal shutter with variable transmittance. The shutter 28 has a first area 28a and a second area 28b. The first region 28a of the shutter 28 overlaps the first region 24a of the fly-eye lens 24 in the z-direction, and the second region 28b of the shutter 28 overlaps the second region 24b of the fly-eye lens 24 in the z-direction. area.

シャッタ28は、第1領域28aの透過率を変化させることにより、第1領域24aから出射される複数の第1照明光束の透過状態と遮蔽状態を切り替える。シャッタ28は、フライアイレンズ24の第2領域24bとz方向に重なる第2領域28bの透過率を変化させることにより、第2領域24bから出射される複数の第2照明光束の透過状態と遮蔽状態を切り替える。 By changing the transmittance of the first region 28a, the shutter 28 switches between a transmitting state and a blocking state of the plurality of first illumination light beams emitted from the first region 24a. The shutter 28 changes the transmittance of the second region 28b overlapping the second region 24b of the fly-eye lens 24 in the z-direction, thereby changing the transmission state and shielding of the plurality of second illumination light beams emitted from the second region 24b. switch state.

シャッタ28は、第1領域28aを透過状態とし、第2領域28bを遮蔽状態とする第1状態で動作することで、複数の第1照明光束のみを透過させ、複数の第2照明光束を遮蔽する(図5参照)。シャッタ28は、第1領域28aを遮蔽状態とし、第2領域28bを透過状態とする第2状態で動作することで、複数の第1照明光束を遮蔽し、複数の第2照明光束のみを透過させる(図6参照)。 The shutter 28 operates in a first state in which the first region 28a is in a transmitting state and the second region 28b is in a blocking state, thereby transmitting only the plurality of first illumination light beams and blocking the plurality of second illumination light beams. (see Figure 5). The shutter 28 operates in a second state in which the first region 28a is in the blocking state and the second region 28b is in the transmitting state, thereby blocking the plurality of first illumination light beams and transmitting only the plurality of second illumination light beams. (See FIG. 6).

図5および図6に示す構成では、シャッタ28がフライアイレンズ24の光出射側、つまり、フライアイレンズ24とコンデンサ30の間に配置される。なお、シャッタ28は、フライアイレンズ24の光入射側に配置されもよく、コリメータ22とフライアイレンズ24の間、つまり、光源20とフライアイレンズ24の間に配置されてもよい。また、フライアイレンズ24は、第1レンズ面25と第2レンズ面26が一体的に形成されているが、第1レンズ面25と第2レンズ面26を分離してもよい。つまり、フライアイレンズ24の代わりに、第1レンズ面25に対応する第1フライアイレンズと、第2レンズ面26に対応する第2フライアイレンズとを組み合わせて用いてもよい。この場合、シャッタ28は、第1フライアイレンズと第2フライアイレンズの間に配置されてもよい。 5 and 6, the shutter 28 is arranged on the light exit side of the fly-eye lens 24, that is, between the fly-eye lens 24 and the condenser 30. In the arrangement shown in FIGS. The shutter 28 may be arranged on the light incident side of the fly-eye lens 24 , or may be arranged between the collimator 22 and the fly-eye lens 24 , that is, between the light source 20 and the fly-eye lens 24 . Moreover, although the fly-eye lens 24 has the first lens surface 25 and the second lens surface 26 integrally formed, the first lens surface 25 and the second lens surface 26 may be separated. That is, instead of the fly-eye lens 24, a combination of a first fly-eye lens corresponding to the first lens surface 25 and a second fly-eye lens corresponding to the second lens surface 26 may be used. In this case, the shutter 28 may be arranged between the first fly-eye lens and the second fly-eye lens.

コンデンサ30は、フライアイレンズ24から出射される複数の照明光束を重畳して照明光を生成する。コンデンサ30は、凸レンズで構成される。コンデンサ30は、フライアイレンズ24の各レンズ要素から出射される照明光束が表示部14の表示領域全体に照明されるようにする。したがって、フライアイレンズ24から出射される複数の照明光束は、表示部14の表示領域において互いに重なり合う。 A condenser 30 superimposes a plurality of illumination light beams emitted from the fly-eye lens 24 to generate illumination light. Condenser 30 is composed of a convex lens. The condenser 30 causes the illumination light flux emitted from each lens element of the fly-eye lens 24 to illuminate the entire display area of the display section 14 . Therefore, a plurality of illumination light beams emitted from the fly-eye lens 24 overlap each other in the display area of the display section 14 .

本実施の形態では、フライアイレンズ24の第1領域24aから出射される複数の第1照明光束と、フライアイレンズ24の第2領域24bから出射される複数の第2照明光束とが選択的にコンデンサ30に入射する。コンデンサ30は、複数の第1照明光束を重畳させることで第1照明光56aを生成し、表示部14が第1照明光56aで照明されるようにする。第1照明光56aは、光軸54の右側から表示部14に入射する。また、コンデンサ30は、複数の第2照明光束を重畳させることで第2照明光56bを生成する。第2照明光56bは、第1照明光56aとは逆に、光軸54の左側から表示部14に入射する。 In the present embodiment, a plurality of first illumination light fluxes emitted from the first region 24a of the fly-eye lens 24 and a plurality of second illumination light fluxes emitted from the second region 24b of the fly-eye lens 24 are selectively selected. is incident on the capacitor 30 at . The condenser 30 generates the first illumination light 56a by superimposing the plurality of first illumination light beams, so that the display section 14 is illuminated with the first illumination light 56a. The first illumination light 56 a enters the display section 14 from the right side of the optical axis 54 . Also, the condenser 30 generates the second illumination light 56b by superimposing the plurality of second illumination light beams. The second illumination light 56b enters the display section 14 from the left side of the optical axis 54, contrary to the first illumination light 56a.

フィールドレンズ32は、コンデンサ30の後段に設けられ、第1照明光56aおよび第2照明光56bの配光を調整する。フィールドレンズ32は、例えば、凹面鏡16の反射面が存在する範囲と、凹面鏡16に表示光52L,52Rが入射する範囲とが対応するように第1照明光56aおよび第2照明光56bの配光を調整する。 The field lens 32 is provided after the condenser 30 and adjusts the light distribution of the first illumination light 56a and the second illumination light 56b. The field lens 32 distributes the light of the first illumination light 56a and the second illumination light 56b so that the range in which the reflecting surface of the concave mirror 16 exists and the range in which the display lights 52L and 52R are incident on the concave mirror 16 correspond to each other. to adjust.

光拡散板34は、表示素子36の光入射側に設けられ、表示素子36に入射する第1照明光56aおよび第2照明光56bを拡散させるよう構成される。光拡散板34は、例えば、マイクロビーズフィルムといった透過型スクリーンで構成される。光拡散板34は、表示素子36のバックライトのように機能し、表示素子36が自発光型の表示器のように見えるように機能する。 The light diffusion plate 34 is provided on the light incident side of the display element 36 and configured to diffuse the first illumination light 56 a and the second illumination light 56 b incident on the display element 36 . The light diffusing plate 34 is composed of, for example, a transmissive screen such as a microbead film. The light diffusing plate 34 functions like a backlight for the display element 36 so that the display element 36 looks like a self-luminous display.

表示素子36は、照明光を変調して表示光52を生成する。表示素子36は、液晶パネルなどの透過型表示素子であり、表示領域の各画素に入射する照明光を変調することで、表示領域に表示される画像の表示内容に対応した表示光52を生成する。表示素子36は、DMD(Digital Mirror Device)であってもよいし、LCOS(Liquid Crystal on Silicon)などの反射型表示素子であってもよい。 The display element 36 modulates the illumination light to generate display light 52 . The display element 36 is a transmissive display element such as a liquid crystal panel, and modulates the illumination light incident on each pixel in the display area to generate display light 52 corresponding to the display content of the image displayed in the display area. do. The display element 36 may be a DMD (Digital Mirror Device) or a reflective display element such as an LCOS (Liquid Crystal on Silicon).

図5に示されるように、表示素子36は、第1照明光56aを変調して左目用表示光52Lを生成する。第1照明光56aは、光軸54の右側から表示部14に向けて入射するため、第1照明光56aに基づいて生成される左目用表示光52Lは、矢印Lで示されるように、表示部14から左寄りの方向に出射される。表示部14の中心14Cから出射する左目用表示光52Lは、凹面鏡16の中心16Cから左側にずれた位置16Lに入射する。 As shown in FIG. 5, the display element 36 modulates the first illumination light 56a to generate left-eye display light 52L. Since the first illumination light 56a is incident on the display unit 14 from the right side of the optical axis 54, the left-eye display light 52L generated based on the first illumination light 56a is displayed as indicated by an arrow L. The light is emitted from the portion 14 toward the left. Left-eye display light 52L emitted from the center 14C of the display section 14 enters a position 16L shifted leftward from the center 16C of the concave mirror 16 .

図6に示されるように、表示素子36は、第2照明光56bを変調して右目用表示光52Rを生成する。第2照明光56bは、光軸54の左側から表示部14に向けて入射するため、第2照明光56bに基づいて生成される右目用表示光52Rは、矢印Rで示されるように、表示部14から右寄りの方向に出射される。表示部14の中心14Cから出射する右目用表示光52Rは、凹面鏡16の中心16Cから右側にずれた位置16Rに入射する。 As shown in FIG. 6, the display element 36 modulates the second illumination light 56b to generate right-eye display light 52R. Since the second illumination light 56b is incident on the display unit 14 from the left side of the optical axis 54, the right-eye display light 52R generated based on the second illumination light 56b is displayed as indicated by an arrow R. The light is emitted from the portion 14 toward the right side. The right-eye display light 52R emitted from the center 14C of the display section 14 is incident on the concave mirror 16 at a position 16R shifted to the right from the center 16C.

制御装置18は、画像処理部42と、シャッタ制御部44と、表示制御部46とを含む。 The control device 18 includes an image processing section 42 , a shutter control section 44 and a display control section 46 .

画像処理部42は、表示部14に表示させる表示用画像を生成する。画像処理部42は、表示用画像に第1歪曲補正処理を施して左目用画像40Lを生成し、表示用画像に第2歪曲補正処理を施して右目用画像40Rを生成する。第1歪曲補正処理および第2歪曲補正処理の処理態様は、ヘッドアップディスプレイ装置10の光学系にて生じる左目用虚像50Lおよび右目用虚像50Rの歪みに応じて適宜設定される。 The image processing unit 42 generates display images to be displayed on the display unit 14 . The image processing unit 42 applies a first distortion correction process to the display image to generate a left eye image 40L, and applies a second distortion correction process to the display image to generate a right eye image 40R. The processing modes of the first distortion correction process and the second distortion correction process are appropriately set according to the distortion of the left-eye virtual image 50L and the right-eye virtual image 50R generated in the optical system of the head-up display device 10. FIG.

シャッタ制御部44は、シャッタ28の動作を制御する。シャッタ制御部44は、シャッタ28の動作を第1状態と第2状態の間で切り替えさせ、第1照明光56aと第2照明光56bが交互に生成されるようにする。シャッタ制御部44は、左目用虚像50Lと右目用虚像50Rの切り替えを人間の目が知覚できない程度の速さで、シャッタ28の動作状態を切り替えさせる。第1状態と第2状態の切り替え速度は、例えば1秒間に60回以上(60Hz以上)である。 The shutter control section 44 controls the operation of the shutter 28 . The shutter control unit 44 switches the operation of the shutter 28 between the first state and the second state so that the first illumination light 56a and the second illumination light 56b are alternately generated. The shutter control unit 44 switches the operating state of the shutter 28 at such a speed that the switching between the left-eye virtual image 50L and the right-eye virtual image 50R cannot be perceived by the human eye. The switching speed between the first state and the second state is, for example, 60 times or more (60 Hz or more) per second.

表示制御部46は、表示部14の動作を制御する。表示制御部46は、表示素子36を駆動するための画像信号を生成し、表示素子36に左目用画像40Lと右目用画像40Rが交互に表示されるようにする。表示制御部46は、シャッタ28の動作と同期して表示素子36に表示させる画像を切り替えさせる。表示制御部46は、シャッタ28が第1状態で動作して第1照明光56aが生成されるときに表示素子36に左目用画像40Lを表示させる。表示制御部46は、シャッタ28が第2状態で動作して第2照明光56bが生成されるときに表示素子36に右目用画像40Rを表示させる。これにより、左目用表示光52Lと右目用表示光52Rが交互に生成されるようにする。 The display control section 46 controls the operation of the display section 14 . The display control unit 46 generates an image signal for driving the display element 36 so that the left-eye image 40L and the right-eye image 40R are alternately displayed on the display element 36 . The display control unit 46 switches the image displayed on the display element 36 in synchronization with the operation of the shutter 28 . The display control unit 46 causes the display element 36 to display the left-eye image 40L when the shutter 28 operates in the first state and the first illumination light 56a is generated. The display control unit 46 causes the display element 36 to display the right-eye image 40R when the shutter 28 operates in the second state and the second illumination light 56b is generated. Thereby, the left-eye display light 52L and the right-eye display light 52R are alternately generated.

図8(a)~(c)は、実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置10が奏する作用効果を示す図である。図8(a)は、アイボックス76における両目72L,72Rの位置を模式的に示し、アイボックス76の左側領域76Lおよび右側領域76Rのそれぞれの中央付近に左目72Lおよび右目72Rが位置している。図8(b)は、比較例に係る虚像150L,150Rの見え方を示す。比較例では、表示部14に表示される表示用画像140に歪曲補正処理が施されていないために左右で見え方の異なる虚像150L,150Rが提示されてしまう。図8(c)は、実施の形態に係る虚像50L,50Rの見え方を示し、表示部14に異なる歪曲補正処理を施した画像40L,40Rが表示される場合を示す。本実施の形態によれば、左目用画像40Lと右目用画像40Rを別々に用意することで、左目用虚像50Lと右目用虚像50Rの見え方の差を小さくすることができ、左目用虚像50Lと右目用虚像50Rの融像を容易にできる。これにより、両眼視で視認される虚像50の視認性を向上させることができ、視覚疲労や目眩の発生を好適に防止できる。 FIGS. 8A to 8C are diagrams showing operational effects of the head-up display device 10 according to the embodiment. FIG. 8(a) schematically shows the positions of the eyes 72L and 72R in the eyebox 76, with the left eye 72L and the right eye 72R positioned near the centers of the left region 76L and the right region 76R of the eyebox 76, respectively. . FIG. 8B shows how virtual images 150L and 150R appear according to the comparative example. In the comparative example, since the display image 140 displayed on the display unit 14 is not subjected to distortion correction processing, virtual images 150L and 150R that look different on the left and right sides are presented. FIG. 8(c) shows how virtual images 50L and 50R appear according to the embodiment, and shows a case where images 40L and 40R subjected to different distortion correction processes are displayed on the display unit 14. FIG. According to the present embodiment, by separately preparing the left-eye image 40L and the right-eye image 40R, it is possible to reduce the difference in appearance between the left-eye virtual image 50L and the right-eye virtual image 50R. and the right-eye virtual image 50R can be easily fused. Thereby, the visibility of the virtual image 50 visually recognized by binocular vision can be improved, and the occurrence of visual fatigue and dizziness can be suitably prevented.

図9(a)~(c)は、実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置10が奏する作用効果を示す図であり、アイボックス76における両目72L,72Rの位置が図8(a)~(c)とは異なる場合を示す。図9(a)に示されるように、両目72L,72Rの位置が図8(a)と比べて右側にずれており、左目72Lがアイボックス76の中心付近にずれ、右目72Rがアイボックス76の右端付近にずれている。 FIGS. 9A to 9C are diagrams showing the effects of the head-up display device 10 according to the embodiment, and the positions of both eyes 72L and 72R in the eyebox 76 are shown in FIGS. 8A to 8C. ) indicates a different case. As shown in FIG. 9A, the positions of both eyes 72L and 72R are shifted to the right compared to FIG. is shifted near the right edge of the

図9(b)は、比較例に係る虚像150L,150Rの見え方を示し、表示部14に表示される表示用画像140に歪曲補正処理が施されていない場合の虚像150L,150Rの見え方を示す。左目72Lは、アイボックス76の中心付近に位置するため、左目で視認される虚像150Lは歪曲収差の影響が小さい。これは、図2(a)に示した中央表示光52Cに基づく中央虚像50Cの見え方に近似する。一方、右目72Rは、アイボックス76の右端付近にあるため、図8(b)に示した右目用虚像150Rよりも歪み量が大きくなる。そのため、図9(b)に示される左目用虚像150Lと右目用虚像150Rの見え方の差は大きく、両者を融像として同一視することは困難である。 FIG. 9B shows how the virtual images 150L and 150R appear according to the comparative example, and how the virtual images 150L and 150R appear when the display image 140 displayed on the display unit 14 is not subjected to distortion correction processing. indicates Since the left eye 72L is positioned near the center of the eyebox 76, the virtual image 150L viewed with the left eye is less affected by distortion. This is similar to how the central virtual image 50C appears based on the central display light 52C shown in FIG. 2(a). On the other hand, since the right eye 72R is located near the right end of the eyebox 76, the amount of distortion is greater than that of the right eye virtual image 150R shown in FIG. 8(b). Therefore, the difference in appearance between the left-eye virtual image 150L and the right-eye virtual image 150R shown in FIG. 9B is large, and it is difficult to equate the two as fusion.

図9(c)は、実施の形態に係る虚像50L,50Rの見え方を示し、表示部14に異なる歪曲補正処理を施した画像40L,40Rが表示される場合を示す。左目72Lがアイボックス76の中心付近に位置するため、左目用虚像50Lに対する第1歪曲補正処理の補正量が過剰となる。一方、右目72Rがアイボックス76の右端付近に位置するため、右目用虚像50Rに対する第2歪曲補正処理の補正量が不足する。その結果、図9(c)に示される左目用虚像50Lおよび右目用虚像50Rには歪みが残るものの、左右方向において同じように歪んだ画像となる。したがって、本実施の形態によれば、アイボックス76における両目72L,72Rの位置が左右方向にずれたとしても、左目用虚像50Lと右目用虚像50Rの見え方の差を小さくすることができ、左目用虚像50Lと右目用虚像50Rの融像を容易にできる。これにより、両眼視で視認される虚像50の視認性を向上させることができ、視覚疲労や目眩の発生を好適に防止できる。 FIG. 9(c) shows how virtual images 50L and 50R appear according to the embodiment, and shows a case where images 40L and 40R subjected to different distortion correction processes are displayed on the display unit 14. FIG. Since the left eye 72L is positioned near the center of the eye box 76, the correction amount of the first distortion correction processing for the left eye virtual image 50L is excessive. On the other hand, since the right eye 72R is positioned near the right end of the eyebox 76, the correction amount of the second distortion correction processing for the right eye virtual image 50R is insufficient. As a result, the left-eye virtual image 50L and the right-eye virtual image 50R shown in FIG. 9(c) remain distorted, but the images are similarly distorted in the horizontal direction. Therefore, according to the present embodiment, even if the positions of the eyes 72L and 72R in the eyebox 76 are shifted in the horizontal direction, the difference in appearance between the left-eye virtual image 50L and the right-eye virtual image 50R can be reduced. Fusion of the left-eye virtual image 50L and the right-eye virtual image 50R can be facilitated. Thereby, the visibility of the virtual image 50 visually recognized by binocular vision can be improved, and the occurrence of visual fatigue and dizziness can be suitably prevented.

なお、アイボックス76に対する両目72L,72Rの左右方向の位置がさらにずれ、左目72Lと右目72Rのいずれか一方のみがアイボックス76に位置する場合には、片目のみで虚像が視認されるため、両眼視において融像が困難となる問題は生じない。 If the positions of the eyes 72L and 72R in the left-right direction are further shifted from the eyebox 76, and only one of the left eye 72L and the right eye 72R is positioned in the eyebox 76, the virtual image can be viewed with only one eye. There is no problem of difficulty in fusion in binocular vision.

図10は、別の実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置210の構成を詳細に示す図である。ヘッドアップディスプレイ装置210は、凸レンズで構成されるコンデンサ30の代わりに、凹面鏡で構成されるコンデンサ230を備える点で上述の実施の形態と相違する。ヘッドアップディスプレイ装置210について、上述の実施の形態との相違点を中心に説明する。 FIG. 10 is a diagram showing in detail the configuration of a head-up display device 210 according to another embodiment. The head-up display device 210 differs from the above embodiment in that it includes a condenser 230 made up of a concave mirror instead of the condenser 30 made up of a convex lens. The head-up display device 210 will be described with a focus on the differences from the above-described embodiment.

ヘッドアップディスプレイ装置210は、照明部212と、表示部14と、凹面鏡16と、制御装置18とを備える。表示部14、凹面鏡16および制御装置18は、上述の実施の形態と同様に構成される。照明部212は、光源20と、コリメータ22と、フライアイレンズ224と、シャッタ228と、コンデンサ230と、フィールドレンズ32とを含む。光源20、コリメータ22、フィールドレンズ32は、上述の実施の形態と同様である。 The head-up display device 210 includes an illumination section 212 , a display section 14 , a concave mirror 16 and a control device 18 . The display unit 14, concave mirror 16 and control device 18 are configured in the same manner as in the above-described embodiment. Illumination section 212 includes light source 20 , collimator 22 , fly-eye lens 224 , shutter 228 , condenser 230 and field lens 32 . The light source 20, collimator 22, and field lens 32 are the same as in the above embodiments.

フライアイレンズ224は、上述の実施の形態に係るフライアイレンズ24と同様に構成され、第1レンズ面25と第2レンズ面26を有する。フライアイレンズ224は、第1領域224aと第2領域224bの左右方向が上述の実施の形態と逆になっている。具体的には、第1領域224aが光軸254の左側に設けられ、第2領域224bが光軸254の右側に設けられる。これは、凹面鏡で構成されるコンデンサ230により照明光束が90度折り返されるために左右方向が逆となるためである。 The fly-eye lens 224 is configured similarly to the fly-eye lens 24 according to the above-described embodiment, and has a first lens surface 25 and a second lens surface 26 . In the fly-eye lens 224, the horizontal directions of the first region 224a and the second region 224b are opposite to those of the above embodiment. Specifically, the first area 224 a is provided on the left side of the optical axis 254 and the second area 224 b is provided on the right side of the optical axis 254 . This is because the left and right directions are reversed because the illumination light flux is folded back by 90 degrees by the condenser 230 composed of a concave mirror.

シャッタ228は、上述の実施の形態に係るシャッタ28と同様に構成されるが、第1領域224aと第2領域224bの左右方向が上述の実施の形態と逆になっている。具体的には、第1領域228aが光軸254の左側に設けられ、第2領域228bが光軸254の右側に設けられる。 The shutter 228 is configured in the same manner as the shutter 28 according to the above-described embodiment, but the horizontal directions of the first area 224a and the second area 224b are opposite to those of the above-described embodiment. Specifically, the first area 228 a is provided on the left side of the optical axis 254 and the second area 228 b is provided on the right side of the optical axis 254 .

コンデンサ230は、フライアイレンズ224から照射される複数の照明光束を重畳して照明光を生成する。コンデンサ230は、フライアイレンズ224の第1領域224aから出射される複数の第1照明光束を重畳して第1照明光256aを生成する。コンデンサ230は、フライアイレンズ224の第2領域224bから出射される複数の第2照明光束を重畳して第2照明光(不図示)を生成する。 The condenser 230 superimposes a plurality of illumination light fluxes emitted from the fly-eye lens 224 to generate illumination light. Condenser 230 superimposes a plurality of first illumination light beams emitted from first region 224a of fly-eye lens 224 to generate first illumination light 256a. The condenser 230 superimposes a plurality of second illumination light beams emitted from the second region 224b of the fly-eye lens 224 to generate second illumination light (not shown).

本実施の形態においても、上述の実施の形態と同様の効果を奏することができる。また、本実施の形態によれば、コンデンサ230として凹面鏡を用いることで、照明部212のz方向の幅を小さくすることができ、より小型のヘッドアップディスプレイ装置210を実現できる。 Also in this embodiment, the same effects as those of the above-described embodiments can be obtained. Further, according to the present embodiment, by using a concave mirror as the capacitor 230, the width of the lighting section 212 in the z direction can be reduced, and a more compact head-up display device 210 can be realized.

以上、本発明を上述の実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、各表示例に示す構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。 Although the present invention has been described with reference to the above-described embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments. is also included in the present invention.

10…ヘッドアップディスプレイ装置、12…照明部、14…表示部、16…凹面鏡、18…制御装置、20…光源、24…フライアイレンズ、24a…第1領域、24b…第2領域、28…シャッタ、30…コンデンサ、40…表示用画像、40L…左目用画像、40R…右目用画像、42…画像処理部、44…シャッタ制御部、46…表示制御部、50…虚像、52…表示光、52L…左目用表示光、52R…右目用表示光、56a…第1照明光、56b…第2照明光、72L…左目、72R…右目、76…アイボックス、76L…左側領域、76R…右側領域。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Head-up display apparatus 12... Illumination part 14... Display part 16... Concave mirror 18... Control device 20... Light source 24... Fly-eye lens 24a... 1st area|region 24b... 2nd area|region 28... Shutter 30 Capacitor 40 Display image 40L Left eye image 40R Right eye image 42 Image processing unit 44 Shutter control unit 46 Display control unit 50 Virtual image 52 Display light , 52L... Display light for left eye, 52R... Display light for right eye, 56a... First illumination light, 56b... Second illumination light, 72L... Left eye, 72R... Right eye, 76... Eye box, 76L... Left area, 76R... Right side region.

Claims (5)

光源と、
前記光源の出力光を複数の照明光束に分割するフライアイレンズと、
前記フライアイレンズの第1領域または第2領域を選択的に遮蔽するシャッタと、
前記フライアイレンズの前記第1領域から出射する複数の第1照明光束を重畳して第1照明光を生成し、前記フライアイレンズの前記第2領域から出射する複数の第2照明光束を重畳して第2照明光を生成するコンデンサと、
前記第1照明光を変調して左目用表示光を生成し、第2照明光を変調して右目用表示光を生成する表示部と、
前記左目用表示光および前記右目用表示光を虚像提示板に向けて投射し、前記虚像提示板にて反射される前記左目用表示光がアイボックスの左側領域に向かい、前記右目用表示光が前記アイボックスの右側領域に向かうようにする凹面鏡と、
表示用画像に第1歪曲補正処理を施して左目用画像を生成し、前記表示用画像に前記第1歪曲補正処理とは異なる第2歪曲補正処理を施して右目用画像を生成する画像処理部と、
前記第1照明光と前記第2照明光が交互に生成されるように前記シャッタを動作させるシャッタ制御部と、
前記第1照明光の生成時に前記表示部に前記左目用画像を表示させ、前記第2照明光の生成時に前記表示部に前記右目用画像を表示させる表示制御部と、を備えることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
a light source;
a fly-eye lens that divides the light output from the light source into a plurality of illumination light beams;
a shutter that selectively shields the first region or the second region of the fly-eye lens;
A plurality of first illumination light fluxes emitted from the first area of the fly-eye lens are superimposed to generate first illumination light, and a plurality of second illumination light fluxes emitted from the second area of the fly-eye lens are superimposed. a condenser for generating the second illumination light by
a display unit that modulates the first illumination light to generate left-eye display light and modulates the second illumination light to generate right-eye display light;
The display light for the left eye and the display light for the right eye are projected toward a virtual image presentation plate, the display light for the left eye reflected by the virtual image presentation plate is directed toward the left region of the eyebox, and the display light for the right eye is directed toward the left region of the eyebox. a concave mirror directed toward the right region of the eyebox;
An image processing unit that performs a first distortion correction process on a display image to generate a left eye image, and performs a second distortion correction process different from the first distortion correction process on the display image to generate a right eye image. When,
a shutter control unit that operates the shutter so that the first illumination light and the second illumination light are alternately generated;
a display control unit that causes the display unit to display the image for the left eye when the first illumination light is generated, and displays the image for the right eye on the display unit when the second illumination light is generated. head-up display device.
前記画像処理部は、前記左目用表示光が前記凹面鏡の中心に対して左側にずれた位置で反射されることで生じる左右非対称の歪曲収差が低減されるように前記第1歪曲補正処理を施し、前記右目用表示光が前記凹面鏡の中心に対して右側にずれた位置で反射されることで生じる左右非対称の歪曲収差が低減されるように前記第2歪曲補正処理を施すことを特徴とする請求項1に記載のヘッドアップディスプレイ装置。 The image processing unit performs the first distortion correction processing so as to reduce left-right asymmetric distortion caused by the left-eye display light being reflected at a position shifted to the left with respect to the center of the concave mirror. and performing the second distortion correction process so as to reduce left-right asymmetrical distortion caused by the display light for the right eye being reflected at a position shifted to the right with respect to the center of the concave mirror. The head-up display device according to claim 1. 前記シャッタは、前記フライアイレンズと前記コンデンサの間に設けられることを特徴とする請求項1または2に記載のヘッドアップディスプレイ装置。 3. The head-up display device according to claim 1, wherein said shutter is provided between said fly-eye lens and said condenser. 前記コンデンサは、凸レンズであることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。 The head-up display device according to any one of claims 1 to 3, wherein the condenser is a convex lens. 前記コンデンサは、凹面鏡であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。 The head-up display device according to any one of claims 1 to 3, wherein the condenser is a concave mirror.
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