JP7203330B2 - ヘッドアップディスプレイ - Google Patents
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Description
本開示は、遠焦点位置における虚像が路面にめり込むことのないヘッドアップディスプレイを提供する。
車両等の移動体に設置され、画像を虚像として観察者に表示するヘッドアップディスプレイであって、
前記画像を表示する表示デバイスと、前記画像を拡大して投影する投射光学系と、を含み、前記虚像の位置を、前記観察者から遠い遠視位置と、前記観察者に近い近視位置とに変化させる結像位置可変部を備え、
前記結像位置可変部は、前記遠視位置において、前記観察者の視点が位置する視点領域の中心に到達する基準光線の垂直面に対して、前記虚像の上端を前記移動体の前方に第2の傾斜角度で傾斜させ、前記近視位置において、前記基準光線の垂直面に対して、前記虚像の上端を前記移動体の前方に前記第2の傾斜角度よりも小さい第1の傾斜角度で傾斜させる。
前記投射光学系は、少なくとも一つの光学素子を備える。
前記少なくとも一つの光学素子は、前記虚像の下側に到達する光線が通過する側から、前記虚像の上側に到達する光線が通過する側までの間のパワーの変化により、前記遠視位置における前記虚像の下端を、前記移動体の前方の路面の位置以上の高い位置になる前記第2の傾斜角度にする。または、前記少なくとも一つの光学素子は、前記虚像の下側に到達する光線が通過する側から、前記虚像の上側に到達する光線が通過する側までの間のパワーの変化により、前記移動体が傾斜する姿勢変動が生じた際であっても、前記遠視位置における前記虚像の下端を、前記移動体の前方の路面の位置以上の高い位置になる前記第1の傾斜角度にする。
なお、発明者(ら)は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
以下、図1~3を用いて、実施の形態1を説明する。
[1-1.構成]
[1-1-1. ヘッドアップディスプレイの全体構成]
本開示のヘッドアップディスプレイ100の具体的な実施の形態及び実施例を、図面を参照して、以下、説明する。
図1は、本開示の実施の形態1に係るヘッドアップディスプレイ100を搭載した車両200の断面を示す図である。図1に示すように、ヘッドアップディスプレイ100は、車両200のウインドシールド220下部のダッシュボード210内部に配置される。観察者Dは、ヘッドアップディスプレイ100から投射される画像を虚像Iとして認識する。
実施の形態1に係るヘッドアップディスプレイの一例としてのヘッドアップディスプレイ100は、観察者Dに虚像I1,I2を視認させるヘッドアップディスプレイである。虚像I1,I2は、観察者Dの視線に対して傾斜している。ヘッドアップディスプレイ100は、表示デバイスの一例としての表示デバイス110と、投射光学系140とを含み、虚像の位置を、観察者Dから遠い遠視位置P2と、観察者Dに近い近視位置P1とに変化させる結像位置可変部150を備える。結像位置可変部150は、移動体としての車両200の走行面である路面Rに対する観察者Dの視点位置の高さを所定の高さとした時、遠視位置P2における虚像I2の主要部の下端を、路面Rの位置以上の高い位置とするように設定され、遠視位置P2における虚像I2の上端I2_uを、下端I2_lの路面Rからの高さよりも、上端I2_uの路面Rからの高さが高くなる位置とするように設定されている。
次に、図5を参照しつつ、実施の形態2を説明する。
[2-1.構成]
図5は、実施の形態2に係るヘッドアップディスプレイ100の構成を示す模式図である。図5に示すように、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ100においては、結像位置可変部150に含まれる表示デバイス110が、図5に点線で示すように第2レンズ124に近づく位置と、図5に実線で示すように第2レンズ124から遠ざかる位置とに、矢印A方向に移動可能に構成されている。表示デバイス110が第2レンズ124に近づく位置にある場合には、近視位置P1に虚像I1が形成され、表示デバイス110が第2レンズ124から遠ざかる位置にある場合には、遠視位置P2に虚像I2が形成される。このように、本実施の形態では、表示デバイス110を移動可能に構成することにより、結像位置が変更可能となっている。
実施の形態2に係るヘッドアップディスプレイの一例としてのヘッドアップディスプレイ100は、観察者Dに虚像I1,I2を視認させるヘッドアップディスプレイである。虚像I1,I2は、観察者Dの視線に対して傾斜している。ヘッドアップディスプレイ100は、表示デバイスの一例としての表示デバイス110と、投射光学系140とを含み、虚像の位置を、観察者Dから遠い遠視位置P2と、観察者Dに近い近視位置P1とに変化させる結像位置可変部150を備える。結像位置可変部150は、移動体としての車両200の走行面である路面Rに対する観察者Dの視点位置の高さを所定の高さとした時、遠視位置P2における虚像I2の主要部の下端を、路面Rの位置以上の高い位置とするように設定され、遠視位置P2における虚像I2の上端I2_uを、下端I2_lの路面Rからの高さよりも、上端I2_uの路面Rからの高さよりも高い位置とするように設定されている。
次に、図6を参照しつつ、実施の形態3を説明する。
図6は、実施の形態3に係るヘッドアップディスプレイ100における結像位置可変部150の構成を示す模式図である。図6に示すように、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ100においては、結像位置可変部150に含まれる投射光学系140は、光学素子として、実施の形態2で説明した第2レンズ124の代わりに設けた第2ミラー126と、第1ミラー125とを備える。第1ミラー125および第2ミラー126は、一例として自由曲面ミラーである。投射光学系140は、第2ミラー126によって拡大された画像を、第1ミラー125を介して反射することにより、ウインドシールド220に投射する。
実施の形態3に係るヘッドアップディスプレイの一例としてのヘッドアップディスプレイ100は、観察者Dに虚像I1,I2を視認させるヘッドアップディスプレイである。虚像I1,I2は、観察者Dの視線に対して傾斜している。ヘッドアップディスプレイ100は、表示デバイスの一例としての表示デバイス110と、投射光学系140とを含み、虚像の位置を、観察者Dから遠い遠視位置P2と、観察者Dに近い近視位置P1とに変化させる結像位置可変部150を備える。結像位置可変部150は、移動体としての車両200の走行面である路面Rに対する観察者Dの視点位置の高さを所定の高さとした時、遠視位置P2における虚像I2の主要部の下端を、路面Rの位置以上の高い位置とするように設定され、遠視位置P2における虚像I2の上端I2_uを、下端I2_lの路面Rからの高さよりも、上端I2_uの路面Rからの高さが高くなる位置とするように設定されている。
次に、図7を参照しつつ、実施の形態4を説明する。
図7は、実施の形態4に係るヘッドアップディスプレイ100の構成を示す模式図である。図7に示すように、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ100においては、結像位置可変部150に含まれる投射光学系140は、光学素子として、実施の形態3で説明した第1ミラー125の代わりに設けた第3ミラー127と、第1ミラー125とを備える。第2ミラー126は、一例として自由曲面ミラーである。
実施の形態4に係るヘッドアップディスプレイの一例としてのヘッドアップディスプレイ100は、観察者Dに虚像I1,I2を視認させるヘッドアップディスプレイである。虚像I1,I2は、観察者Dの視線に対して傾斜している。ヘッドアップディスプレイ100は、表示デバイスの一例としての表示デバイス110と、投射光学系140とを含み、虚像の位置を、観察者Dから遠い遠視位置P2と、観察者Dに近い近視位置P1とに変化させる結像位置可変部150を備える。結像位置可変部150は、移動体としての車両200の走行面である路面Rに対する観察者Dの視点位置の高さを所定の高さとした時、遠視位置P2における虚像I2の主要部の下端を、路面Rの位置以上の高い位置とするように設定され、遠視位置P2における虚像I2の上端I2_uを、下端I2_lの路面Rからの高さよりも、上端I2_uの路面Rからの高さが高くなる位置とするように設定されている。
次に、図8を参照しつつ、実施の形態5を説明する。
図8は、実施の形態5に係るヘッドアップディスプレイ100の構成を示す模式図である。図8に示すように、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ100においては、結像位置可変部150に含まれる投射光学系140は、光学素子として、第3レンズ128と、第1ミラー125とを備える。
実施の形態5に係るヘッドアップディスプレイの一例としてのヘッドアップディスプレイ100は、観察者Dに虚像I1,I2を視認させるヘッドアップディスプレイである。虚像I1,I2は、観察者Dの視線に対して傾斜している。ヘッドアップディスプレイ100は、表示デバイスの一例としての表示デバイス110と、投射光学系140とを含み、虚像の位置を、観察者Dから遠い遠視位置P2と、観察者Dに近い近視位置P1とに変化させる結像位置可変部150を備える。結像位置可変部150は、移動体としての車両200の走行面である路面Rに対する観察者Dの視点位置の高さを所定の高さとした時、遠視位置P2における虚像I2の主要部の下端を、路面Rの位置以上の高い位置とするように設定され、遠視位置P2における虚像I2の上端I2_uを、下端I2_lの路面Rからの高さよりも、上端I2_uのからの高さが高くなる位置とするように設定されている。
次に、図9を参照しつつ、実施の形態6を説明する。
図9は、実施の形態6に係るヘッドアップディスプレイ100の構成を示す模式図である。図9に示すように、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ100においては、結像位置可変部150に含まれる投射光学系140は、光学素子として、第1ミラー125、第2ミラー126、および図9に示す矢印C方向に抜き差し可能に構成された第4レンズ129とを備える。第4レンズ129は、一例として、自由曲面レンズである。
実施の形態6に係るヘッドアップディスプレイの一例としてのヘッドアップディスプレイ100は、観察者Dに虚像I1,I2を視認させるヘッドアップディスプレイである。虚像I1,I2は、観察者Dの視線に対して傾斜している。ヘッドアップディスプレイ100は、表示デバイスの一例としての表示デバイス110と、投射光学系140とを含み、虚像の位置を、観察者Dから遠い遠視位置P2と、観察者Dに近い近視位置P1とに変化させる結像位置可変部150を備える。結像位置可変部150は、移動体としての車両200の走行面である路面Rに対する観察者Dの視点位置の高さを所定の高さとした時、遠視位置P2における虚像I2の主要部の下端を、路面Rの位置以上の高い位置とするように設定され、遠視位置P2における虚像I2の上端I2_uを、下端I2_lの路面Rからの高さよりも、上端I2_uの路面Rからの高さが高くなる位置とするように設定されている。
次に、図10を参照しつつ、実施の形態7を説明する。
図10は、実施の形態7に係るヘッドアップディスプレイ100の構成を示す模式図である。図10に示すように、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ100においては、結像位置可変部150に含まれる投射光学系140は、光学素子として、第1ミラー125、第2ミラー126、半透過反射ミラー130、および、基準光線Lcに沿って図10に示す矢印E方向に移動可能に構成された第4ミラー131とを備える。
実施の形態7に係るヘッドアップディスプレイの一例としてのヘッドアップディスプレイ100は、観察者Dに虚像I1,I2を視認させるヘッドアップディスプレイである。虚像I1,I2は、観察者Dの視線に対して傾斜している。ヘッドアップディスプレイ100は、表示デバイスの一例としての表示デバイス110と、投射光学系140とを含み、虚像の位置を、観察者Dから遠い遠視位置P2と、観察者Dに近い近視位置P1とに変化させる結像位置可変部150を備える。結像位置可変部150は、移動体としての車両200の走行面である路面Rに対する観察者Dの視点位置の高さを所定の高さとした時、遠視位置P2における虚像I2の主要部の下端を、路面Rの位置以上の高い位置とするように設定され、遠視位置P2における虚像I2の上端I2_uを、下端I2_lの路面Rからの高さよりも、上端I2_uの路面Rからの高さが高くなる位置とするように設定されている。
次に、図11を参照しつつ、実施の形態8を説明する。
図11は、実施の形態8に係るヘッドアップディスプレイ100の構成を示す模式図である。図11に示すように、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ100においては、結像位置可変部150に含まれる投射光学系140は、光学素子として、第1ミラー125、第2ミラー126、および半透過反射ミラー130を備える。また、結像位置可変部150には、表示デバイス110と表示デバイス111との2つの表示デバイスが含まれる。表示デバイス110は、表示デバイス111に比べて半透過反射ミラー130に近い位置に配置され、表示デバイス111は、表示デバイス110に比べて半透過反射ミラー130から遠い位置に配置されている。つまり、表示デバイス110、111は、表示デバイスから投射光学系140までの光路長がそれぞれ異なる位置に配置されている。
実施の形態8に係るヘッドアップディスプレイの一例としてのヘッドアップディスプレイ100は、観察者Dに虚像I1,I2を視認させるヘッドアップディスプレイである。虚像I1,I2は、観察者Dの視線に対して傾斜している。ヘッドアップディスプレイ100は、表示デバイスの一例としての表示デバイス110と、投射光学系140とを含み、虚像の位置を、観察者Dから遠い遠視位置P2と、観察者Dに近い近視位置P1とに変化させる結像位置可変部150を備える。結像位置可変部150は、移動体としての車両200の走行面である路面Rに対する観察者Dの視点位置の高さを所定の高さとした時、遠視位置P2における虚像I2の主要部の下端を、路面Rの位置以上の高い位置とするように設定され、遠視位置P2における虚像I2の上端I2_uを、下端I2_lの路面Rからの高さよりも、上端I2_uの路面Rからの高さ高くなる位置とするように設定されている。
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態1~8を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態1~8で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
次に、図13から図17Bを参照しつつ、実施の形態10を説明する。
図13は、実施の形態10に係るヘッドアップディスプレイ100の構成を示す模式図である。図13に示すように、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ100においては、結像位置可変部150に含まれる投射光学系140は、光学素子として、第1ミラー125、第1レンズ133、および第2レンズ134を備える。また、結像位置可変部150には、表示デバイス110が含まれる。
以上のように、実施の形態10に係るヘッドアップディスプレイ100においては、第2レンズ134の負のパワーに上下方向で強弱をつけ、また、第1レンズ133の正のパワーに上下方向で強弱をつけることにより、焦点面Fを傾斜させ、虚像I1,I2を傾斜させる。また、実施の形態10においても、結像位置可変部150に含まれる投射光学系140は、路面Rに対する観察者Dの視点位置の高さを所定の高さとし、俯角を所定の角度とした時、遠視位置P2における虚像I2の主要部の下端を、路面Rの位置以上の高い位置とするように設定されている。また、投射光学系140は、同様に、路面Rに対する観察者Dの視点位置の高さを所定の高さとし、俯角を所定の角度とした時、遠視位置P2における虚像I2の上端I2_uを、下端I2_lの路面Rからの高さよりも、上端I2_uの路面Rからの高さが高くなる位置とするように設定されている。したがって、実施の形態10によれば、遠視位置P2における虚像I2が、路面Rにめり込むことを防止し、観察者Dに違和感を覚えさせることを防ぐことができる。また、本実施の形態によれば、虚像I2の上端I2_uが下端I2_lよりも低くならず、観察者Dに違和感を覚えさせることを防ぐことができる。
また、実施の形態1~10では、ヘッドアップディスプレイ100はダッシュボード210の下方に配置しているが、ダッシュボード210の上方に配置しても良い。
また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
(1)本開示のヘッドアップディスプレイは、車両等の移動体に設置され、画像を虚像として観察者に表示するヘッドアップディスプレイであって、画像を表示する表示デバイスと、画像を拡大して投影する投射光学系と、を含み、虚像の位置を、観察者から遠い遠視位置と、観察者に近い近視位置とに変化させる結像位置可変部を備え、結像位置可変部は、遠視位置において、観察者の視点が位置する視点領域の中心に到達する基準光線の垂直面に対して、虚像の上端を移動体の前方に第2の傾斜角度で傾斜させ、近視位置において、基準光線の垂直面に対して、虚像の上端を移動体の前方に第2の傾斜角度よりも小さい第1の傾斜角度で傾斜させる。
110 表示デバイス
111 表示デバイス
123,133 第1レンズ
124,134 第2レンズ
125 第1ミラー
126 第2ミラー
127 第3ミラー
128 第3レンズ
129 第4レンズ
130 半透過反射ミラー
131 第4ミラー
132 レンズ
140 投射光学系
150 結像位置可変部
200 車両
210 ダッシュボード
220 ウインドシールド
300 視点領域
D 観察者
I 虚像
Lc 基準光線
Lu 上光線
Ll 下光線
P1 近視位置
P2 遠視位置
R 路面
Claims (10)
- 移動体に設置され、画像を虚像として観察者に表示するヘッドアップディスプレイであって、
前記画像を表示する表示デバイスと、前記画像を拡大して投影する投射光学系と、を含み、前記虚像の位置を、前記観察者から遠い遠視位置と、前記観察者に近い近視位置とに変化させる結像位置可変部を備え、
前記結像位置可変部は、前記遠視位置において、前記観察者の視点が位置する視点領域の中心に到達する基準光線の垂直面に対して、前記虚像の上端を前記移動体の前方に第2の傾斜角度で傾斜させ、前記近視位置において、前記基準光線の垂直面に対して、前記虚像の上端を前記移動体の前方に前記第2の傾斜角度よりも小さい第1の傾斜角度で傾斜させ、
前記投射光学系は、少なくとも一つの光学素子を備え、
前記少なくとも一つの光学素子は、前記虚像の下側に到達する光線が通過する側から、前記虚像の上側に到達する光線が通過する側までの間のパワーの変化により、前記遠視位置における前記虚像の下端を、前記移動体の前方の路面の位置以上の高い位置になる前記第2の傾斜角度にする、
ヘッドアップディスプレイ。 - 移動体に設置され、画像を虚像として観察者に表示するヘッドアップディスプレイであって、
前記画像を表示する表示デバイスと、前記画像を拡大して投影する投射光学系と、を含み、前記虚像の位置を、前記観察者から遠い遠視位置と、前記観察者に近い近視位置とに変化させる結像位置可変部を備え、
前記結像位置可変部は、前記遠視位置において、前記観察者の視点が位置する視点領域の中心に到達する基準光線の垂直面に対して、前記虚像の上端を前記移動体の前方に第2の傾斜角度で傾斜させ、前記近視位置において、前記基準光線の垂直面に対して、前記虚像の上端を前記移動体の前方に前記第2の傾斜角度よりも小さい第1の傾斜角度で傾斜させ、
前記投射光学系は、少なくとも一つの光学素子を備え、
前記少なくとも一つの光学素子は、前記虚像の下側に到達する光線が通過する側から、前記虚像の上側に到達する光線が通過する側までの間のパワーの変化により、前記移動体が傾斜する姿勢変動が生じた際であっても、前記遠視位置における前記虚像の下端を、前記移動体の前方の路面の位置以上の高い位置になる前記第1の傾斜角度にする、
ヘッドアップディスプレイ。 - 前記投射光学系は、前記少なくとも一つの光学素子を含む複数の光学素子を備え、
前記結像位置可変部は、前記複数の光学素子のうちの前記少なくとも一つの光学素子と、他の光学素子との前記基準光線の方向の間隔を変えることにより、前記虚像の位置を変化させる、
請求項1又は2に記載のヘッドアップディスプレイ。 - 前記少なくとも一つの光学素子は、パワーを変化させることが可能なパワー可変光学素子であり、
前記結像位置可変部は、前記パワー可変光学素子のパワーを変化させることにより、前記虚像の位置を変化させる、
請求項1又は2に記載のヘッドアップディスプレイ。 - 前記表示デバイスは、前記基準光線に対して、画像表示が傾斜している、
請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載のヘッドアップディスプレイ。 - 前記少なくとも一つの光学素子は、上下方向のパワーが異なっており、焦点面が基準光線に対して傾斜している、
請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のヘッドアップディスプレイ。 - 前記少なくとも一つの光学素子が負のパワーを有しており、当該光学素子における、前記虚像の下側に到達する光線が通過する側の負のパワーを強くし、前記虚像の上側に到達する光線が通過する側の負のパワーを弱くした、
請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載のヘッドアップディスプレイ。 - 前記少なくとも一つの光学素子が正のパワーを有しており、当該光学素子における、前記虚像の下側に到達する光線が通過する側の正のパワーを弱くし、前記虚像の上側に到達する光線が通過する側の正のパワーを強くした、
請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載のヘッドアップディスプレイ。 - 前記少なくとも一つの光学素子が負のパワーを有しており、当該光学素子における、前記虚像の上側に到達する光線が通過する側のレンズ中心部付近に対する周辺部との厚さの比である1より大きい偏肉比を、前記虚像の上側に到達する光線が通過する側の前記偏肉比に比べて、相対的に大きくした、
請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載のヘッドアップディスプレイ。 - 前記少なくとも一つの光学素子が正のパワーを有しており、当該光学素子における、前記虚像の下側に到達する光線が通過する側のレンズ中心部付近に対する周辺部との厚さの比である偏肉比を、前記虚像の下側に到達する光線が通過する側の前記偏肉比に比べて、相対的に大きくした、
請求項1ないし請求項9のいずれか1項に記載のヘッドアップディスプレイ。
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