JP7367525B2 - Display devices, display systems and mobile objects - Google Patents

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本発明は、表示装置、表示システムおよび移動体に関する。 The present invention relates to a display device, a display system, and a moving object.

特許文献1には、車両のフロントウィンドシールド2に表示器3の表示画像を投影する凹面鏡4(投影手段)と、フロントウィンドシールド2に設けられて表示画像を反射する反射手段2aと、凹面鏡4の投影方向を調整する調整手段6aと、凹面鏡4(投影手段)と反射手段2aとの間に位置するインストルメントパネル7が具備する開口部7aと、開口部7aに車両の前後方向に移動可能に設けられて表示画像を透過する開口8aを有するベゼル8(蓋部)と、ベゼル8を投影方向に応じて移動させる制御を行う制御手段6bと、を含むヘッドアップディスプレイ装置1が記載されている。 Patent Document 1 discloses a concave mirror 4 (projection means) that projects a display image of a display 3 onto a front windshield 2 of a vehicle, a reflection means 2a provided on the front windshield 2 that reflects the display image, and a concave mirror 4. an opening 7a provided in the instrument panel 7 located between the concave mirror 4 (projection means) and the reflection means 2a; and an opening 7a that is movable in the longitudinal direction of the vehicle. A head-up display device 1 is described that includes a bezel 8 (lid portion) having an opening 8a provided in the screen and having an opening 8a through which a displayed image is transmitted, and a control means 6b for controlling movement of the bezel 8 according to a projection direction. There is.

特許文献2には、画像を発生する画像発生器26と画像を拡大する凹面鏡30とを有する投射器18と、凹面鏡30からインストルメントパネル16の開口部32を通じて投射される拡大された画像を結像するコンバイナ22と、を備えるヘッドアップディスプレイ装置10が記載されている。 Patent Document 2 describes a projector 18 having an image generator 26 that generates an image, a concave mirror 30 that magnifies the image, and a projector 18 that projects the magnified image from the concave mirror 30 through an opening 32 of an instrument panel 16. A head-up display device 10 is described that includes a combiner 22 that images images.

本発明は、レイアウトの自由度がある表示装置、表示システムおよび移動体を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a display device, a display system, and a moving object that have a degree of freedom in layout.

本発明にかかる表示装置は、画像光を出射する出射部と、画像光を反射する曲面形状の反射部と、を備え、画像光を反射する他の反射部に向けて反射部で反射された画像光を出射するとともに、出射部から出射される画像光は、第1の方向及び第1の方向とは異なる第2の方向から反射部に入射可能であり、反射部に前記第1の方向から入射する第1の画像光は、反射部および他の反射部により反射されて第1の基準位置に到達し、反射部に第2の方向から入射する第2の画像光は、反射部および他の反射部により反射されて第1の基準位置よりも低い第2の基準位置に到達し、第1の画像光が反射部により反射される位置は、第2の画像光が反射部により反射される位置よりも高く、第1の画像光が第1の基準位置に到達するときの反射部の傾きと、第2の画像光が第2の基準位置に到達するときの反射部の傾きが異なるように、反射部の傾きを変化させ、第1の画像光と、第2の画像光は、反射部と他の反射部の間で交差することを特徴とする。
A display device according to the present invention includes an emission part that emits image light, and a curved reflection part that reflects the image light, and the image light is reflected by the reflection part toward another reflection part that reflects the image light. In addition to emitting image light, the image light emitted from the emitting section can be incident on the reflecting section from a first direction and a second direction different from the first direction, and the reflecting section can be directed in the first direction. The first image light incident from the reflection part is reflected by the reflection part and another reflection part to reach the first reference position, and the second image light incident from the second direction to the reflection part is reflected by the reflection part and the other reflection part. The position where the first image light is reflected by the reflection part is the position where the second image light is reflected by the reflection part. the tilt of the reflective section when the first image light reaches the first reference position, and the tilt of the reflective section when the second image light reaches the second reference position. The first image light and the second image light intersect between the reflection part and another reflection part by changing the inclination of the reflection part so that the reflection part is different.

本発明によれば、レイアウトの自由度がある表示装置、表示システムおよび移動体を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a display device, a display system, and a moving object that have a degree of freedom in layout.

実施形態に係る表示システムのシステム構成の一例を示す図である。1 is a diagram illustrating an example of a system configuration of a display system according to an embodiment. 実施形態に係る表示装置のハードウエア構成の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration of a display device according to an embodiment. 実施形態に係る制御装置の機能構成の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a functional configuration of a control device according to an embodiment. 実施形態に係る光源装置の具体的構成の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of a specific configuration of a light source device according to an embodiment. 実施形態に係る光偏向装置の具体的構成の一例を示す図である。1 is a diagram showing an example of a specific configuration of an optical deflection device according to an embodiment. 実施形態に係るスクリーンの具体的構成の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a specific configuration of a screen according to an embodiment. マイクロレンズアレイにおいて、入射光束径とレンズ径の大小関係の違いによる作用の違いについて説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining the difference in effect due to the difference in magnitude between the diameter of an incident light beam and the diameter of a lens in a microlens array. 光偏向装置のミラーと走査範囲の対応関係について説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the correspondence between mirrors of the optical deflection device and scanning ranges. 2次元走査時の走査線軌跡の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of a scanning line locus during two-dimensional scanning. 比較例に係る画像光の光路を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining the optical path of image light according to a comparative example. 第2の比較例に係る画像光の光路について説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining an optical path of image light according to a second comparative example. 実施形態に係る画像光の光路について説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the optical path of image light according to the embodiment. 自由曲面ミラーにおける反射領域を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a reflection area in a free-form mirror. 自由曲面ミラーにおける反射領域と、画像光の光路の関係を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the relationship between a reflection area in a free-form mirror and an optical path of image light. 自由曲面ミラーにおける反射領域の重畳範囲と、開口部のサイズの関係を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the relationship between the overlapping range of reflection regions in a free-form mirror and the size of an opening. 自由曲面ミラーの角度と、画像光の光路の関係を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the relationship between the angle of a free-form mirror and the optical path of image light. 実施形態の変形例に係る画像光の光路について説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining an optical path of image light according to a modification of the embodiment.

以下、図面を参照しながら、発明を実施するための形態を説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In addition, in the description of the drawings, the same elements are given the same reference numerals, and overlapping description will be omitted.

●システム構成
図1は、実施形態に係る表示システムのシステム構成の一例を示す図である。表示システム1は、表示装置100から投射される投射光PLを、透過反射部材に投射させることによって観察者3に表示画像を視認させる。表示画像は、観察者3の視界に虚像45として重畳して表示する画像である。表示システム1は、例えば、車両、航空機もしくは船舶等の移動体、または操縦シミュレーションシステムもしくはホームシアターシステム等の非移動体に備えられる。本実施形態は、表示システム1が、移動体の一例である自動車に備えられた場合について説明する。なお、表示システム1の使用形態は、これに限られるものではない。
●System Configuration FIG. 1 is a diagram showing an example of the system configuration of a display system according to an embodiment. The display system 1 allows the viewer 3 to view a displayed image by projecting the projection light PL projected from the display device 100 onto a transmissive and reflective member. The display image is an image that is superimposed and displayed as a virtual image 45 in the field of view of the observer 3. The display system 1 is provided, for example, in a moving body such as a vehicle, an aircraft, or a ship, or a non-mobile body such as a maneuver simulation system or a home theater system. In this embodiment, a case will be described in which the display system 1 is installed in an automobile, which is an example of a moving object. Note that the usage form of the display system 1 is not limited to this.

表示システム1は、例えば、フロントガラス50を介して車両の操縦に必要なナビゲーション情報(例えば車両の速度、進路情報、目的地までの距離、現在地名称、車両前方における物体(対象物)の有無や位置、制限速度等の標識、渋滞情報等の情報等)を、観察者3(操縦者)に視認させる。この場合、フロントガラス50は、入射された光の一部を透過させ、残部の少なくとも一部を反射させる透過反射部材として機能する。観察者3の視点位置からフロントガラス50までの距離は、数十cm~1m程度である。 For example, the display system 1 displays navigation information necessary for operating the vehicle (for example, vehicle speed, course information, distance to the destination, current location name, presence or absence of an object in front of the vehicle, etc.) through the windshield 50. The observer 3 (driver) is made to visually recognize the location, signs such as speed limit, information such as traffic jam information, etc.). In this case, the windshield 50 functions as a transmissive/reflective member that transmits a portion of the incident light and reflects at least a portion of the remaining light. The distance from the viewpoint of the observer 3 to the windshield 50 is approximately several tens of cm to 1 m.

表示システム1は、表示装置100およびフロントガラス50を備える。表示装置100は、例えば、移動体の一例である自動車に搭載されたヘッドアップディスプレイ装置(HUD装置)である。表示装置100は、自動車のインテリアデザインに準拠して任意の位置に配置される。表示装置100は、例えば、自動車のダッシュボード200の下方に配置されてもよく、ダッシュボード内に埋め込まれていてもよい。 The display system 1 includes a display device 100 and a windshield 50. The display device 100 is, for example, a head-up display device (HUD device) mounted on an automobile, which is an example of a moving object. The display device 100 is placed at an arbitrary position according to the interior design of the automobile. For example, the display device 100 may be placed below the dashboard 200 of an automobile, or may be embedded within the dashboard.

表示装置100は、筐体90を備え、筐体90は、画像形成ユニット10、自由曲面ミラー30を収納する。画像形成ユニット10は、ユニット筐体12を備え、ユニット筐体12は、光源装置11、光偏向装置13、ミラー14およびスクリーン15を備える。 The display device 100 includes a housing 90 that houses the image forming unit 10 and the free-form mirror 30. The image forming unit 10 includes a unit housing 12 , and the unit housing 12 includes a light source device 11 , a light deflection device 13 , a mirror 14 , and a screen 15 .

光源の一例としての光源装置11は、光源から出射されたレーザ光を、装置外部へ照射するデバイスである。光源装置11は、例えば、R、G、Bの3色のレーザ光を合成したレーザ光を照射してもよい。光源装置11から出射されたレーザ光は、光偏向装置13の反射面に導かれる。光源装置11は、光源として、LD(Laser Diode)等の半導体発光素子を有する。なお、光源は、これに限られず、LED(light emitting diode)等の半導体発光素子を有してもよい。 The light source device 11 as an example of a light source is a device that irradiates laser light emitted from a light source to the outside of the device. The light source device 11 may emit laser light that is a combination of laser light of three colors, R, G, and B, for example. The laser beam emitted from the light source device 11 is guided to the reflective surface of the optical deflection device 13. The light source device 11 has a semiconductor light emitting element such as an LD (Laser Diode) as a light source. Note that the light source is not limited to this, and may include a semiconductor light emitting element such as an LED (light emitting diode).

光偏向部の一例としての光偏向装置13は、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)等を利用してレーザ光の進行方向を変化させるデバイスである。光偏向装置13は、例えば、直交する2軸に対して揺動する単一の微小なMEMSミラー、または1軸に対して揺動もしくは回転する2つのMEMSミラーからなるミラー系等の走査手段を利用して構成される。光偏向装置13から出射したレーザ光は、ミラー14に対して走査される。なお、光偏向装置13は、MEMSミラーに限られず、ポリゴンミラー等を用いて構成されてもよい。 The optical deflection device 13, which is an example of the optical deflection unit, is a device that changes the traveling direction of laser light using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) or the like. The optical deflection device 13 includes scanning means such as a single micro MEMS mirror that swings about two orthogonal axes, or a mirror system that includes two MEMS mirrors that swing or rotate about one axis. configured by using The laser beam emitted from the optical deflection device 13 is scanned with respect to the mirror 14. Note that the optical deflection device 13 is not limited to a MEMS mirror, and may be configured using a polygon mirror or the like.

ミラー14は、一例として凹面ミラーであり、光偏向装置13から出射されてミラー14の反射面を走査されるレーザ光を、スクリーン15に向かって反射する。 The mirror 14 is, for example, a concave mirror, and reflects the laser light emitted from the optical deflection device 13 and scanned by the reflective surface of the mirror 14 toward the screen 15 .

スクリーン15は、画像光を出射する出射部の一例であり、ミラー14の反射面で反射されたレーザ光がスクリーン15上に走査されることによって、スクリーン15上に二次元画像(中間像)である画像光を形成する。そしてスクリーン15は、走査されたレーザ光を所定の発散角で発散させる機能を有する発散部材である。スクリーン15は、例えば、EPE(Exit Pupil Expander)の形態として、マイクロレンズアレイ(MLA)または拡散板等の光拡散効果を持つ透過型の光学素子によって構成される。なお、スクリーン15は、マイクロミラーアレイ等の光拡散効果を持つ反射型の光学素子によって構成されてもよい。 The screen 15 is an example of an emitting unit that emits image light, and a two-dimensional image (intermediate image) is formed on the screen 15 by scanning the laser light reflected by the reflective surface of the mirror 14 onto the screen 15. Form a certain image light. The screen 15 is a diverging member that has a function of causing the scanned laser light to diverge at a predetermined divergence angle. The screen 15 is configured, for example, in the form of an EPE (Exit Pupil Expander) by a transmissive optical element having a light diffusion effect, such as a microlens array (MLA) or a diffusion plate. Note that the screen 15 may be configured with a reflective optical element having a light diffusion effect, such as a micromirror array.

光源装置11、光偏向装置13、ミラー14およびスクリーン15はユニット筐体12に保持され、画像形成ユニット10の一部として機能する。なおスクリーン15は、スクリーン15によって発散された発散光を、画像形成ユニット10の外部に出射できるように、ユニット筐体12に全て覆われることなく、ユニット筐体12にその一部を保持されている。なおユニット筐体12は、一つの立体物であってもよいし、複数の部材を組み合わせた構造であってもよい。複数の部材を組み合わせた構造の一例として、光源装置11、光偏向装置13、ミラー14とその間の光路全体を覆う大きさの立体物と、スクリーン15を保持するホルダ等とを複数の部材として組み合わせて、ユニット筐体12とすることができる。 The light source device 11, the light deflection device 13, the mirror 14, and the screen 15 are held in the unit housing 12 and function as part of the image forming unit 10. Note that the screen 15 is not entirely covered by the unit casing 12 but is partially held by the unit casing 12 so that the diverging light emitted by the screen 15 can be emitted to the outside of the image forming unit 10. There is. Note that the unit housing 12 may be a single three-dimensional object, or may have a structure in which a plurality of members are combined. As an example of a structure in which a plurality of members are combined, a three-dimensional object having a size that covers the entire optical path between the light source device 11, the optical deflection device 13, the mirror 14, and a holder for holding the screen 15 is combined as a plurality of members. This can be used as the unit housing 12.

スクリーン15から出射された発散光であるレーザ光(光束)によって、自由曲面ミラー30およびフロントガラス50に投射された虚像45は、スクリーン15上に形成された中間像から拡大されて表示される。自由曲面ミラー30は、スクリーン15から出射された画像光を反射する曲面形状の反射部の一例であり、フロントガラス50は、自由曲面ミラー30により反射された画像光を反射する他の反射部の一例である。 A virtual image 45 projected onto the free-form mirror 30 and the windshield 50 by laser light (luminous flux), which is diverging light emitted from the screen 15, is enlarged from the intermediate image formed on the screen 15 and displayed. The free-form mirror 30 is an example of a curved reflecting section that reflects the image light emitted from the screen 15, and the windshield 50 is an example of another reflecting section that reflects the image light reflected by the free-form mirror 30. This is an example.

自由曲面ミラー30は、フロントガラス50の湾曲形状による画像の傾き、歪、位置ずれ等を相殺するように設計および配置されている。自由曲面ミラー30は、回転軸301を中心として回転可能であり、これにより、自由曲面ミラー30の傾きが変化する。回転軸301は、一例として自由曲面ミラー30の重心を通り、図1紙面垂直方向に平行な直線を軸として回転させることで、図1紙面上下方向の虚像45の表示位置を変更できる。これにより、自由曲面ミラー30は、スクリーン15から出射したレーザ光(光束)の反射方向を調整し、観察者3の目の位置に合わせて虚像45の表示位置を変更させることができる。なお、回転軸301は、車両搭載性等を考慮した上で、自由曲面ミラー30の重心を通らない位置に配置されても良い。 The free-form mirror 30 is designed and arranged so as to offset image tilt, distortion, positional shift, etc. caused by the curved shape of the windshield 50. The free-form surface mirror 30 is rotatable about a rotation axis 301, thereby changing the inclination of the free-form surface mirror 30. For example, by rotating the rotation axis 301 about a straight line that passes through the center of gravity of the free-form mirror 30 and is parallel to the direction perpendicular to the plane of FIG. 1, the display position of the virtual image 45 in the vertical direction of the plane of FIG. 1 can be changed. Thereby, the free-form mirror 30 can adjust the reflection direction of the laser beam (luminous flux) emitted from the screen 15 and change the display position of the virtual image 45 in accordance with the position of the observer's 3 eyes. Note that the rotation axis 301 may be arranged at a position that does not pass through the center of gravity of the free-form mirror 30, taking into consideration vehicle mountability and the like.

結像光学系の一例としての自由曲面ミラー30は、スクリーン15から出射された発散光によって虚像を結像するために、発散光を反射して投射光PLを投射する。したがって自由曲面ミラー30は虚像45の結像位置が所望の位置になるように、また一定の集光パワーを有するように、一例として既存の光学設計シミュレーションソフトを用いて、設計されている。表示装置100は、虚像45が観察者3の視点位置から例えば1m以上かつ30m以下(好ましくは10m以下)の位置(観察者3から見て奥行位置)に表示されるように、自由曲面ミラー30の集光パワーが設定される。 The free-form mirror 30, which is an example of an imaging optical system, reflects the diverging light and projects the projection light PL in order to form a virtual image using the diverging light emitted from the screen 15. Therefore, the free-form mirror 30 is designed, for example, using existing optical design simulation software, so that the virtual image 45 is formed at a desired position and has a constant focusing power. The display device 100 includes a free-form mirror 30 such that the virtual image 45 is displayed at a position (depth position as seen from the observer 3), for example, 1 m or more and 30 m or less (preferably 10 m or less) from the viewpoint position of the observer 3. The focusing power of is set.

なお、結像光学系は、集光機能を有する集光素子を一つ以上含む光学系であればよい。集光機能を有する集光素子としては自由曲面ミラー30のような自由曲面ミラーに限られず、凹面ミラー、曲面ミラー、フレネル反射素子等であってもよい。また、集光素子は、高反射率のアルミや銀などの金属薄膜を蒸着やスパッタリングなどで形成されている。これにより、集光素子に入射した光の投射光PLとしての利用効率を最大限に上げることができ、輝度の高い虚像が得られる。 Note that the imaging optical system may be any optical system as long as it includes one or more condensing elements having a condensing function. The condensing element having a condensing function is not limited to a free-form mirror like the free-form mirror 30, but may be a concave mirror, a curved mirror, a Fresnel reflective element, or the like. Further, the condensing element is formed by vapor deposition, sputtering, or the like using a metal thin film such as aluminum or silver having a high reflectance. Thereby, the utilization efficiency of the light incident on the condensing element as projection light PL can be maximized, and a virtual image with high brightness can be obtained.

筐体90の上部には、開口Hが形成された仕切り部材901が、一体的に設けられる。自由曲面ミラー30で反射された投射光PLは、開口Hから表示装置100の外部に投射され、フロントガラス50に入射される。 A partition member 901 in which an opening H is formed is integrally provided at the top of the housing 90. The projection light PL reflected by the free-form mirror 30 is projected to the outside of the display device 100 through the opening H, and is incident on the windshield 50.

開口Hは、自由曲面ミラー30により反射された画像光を透過させる透過領域の一例である。仕切り部材901は、自由曲面ミラー30とフロントガラス50部の間に設けられ、自由曲面ミラー30側の空間とフロントガラス50側の空間を仕切っており、開口Hを除く部分は、筐体90の内部と外部の間で光を遮蔽する。仕切り部材901は、筐体90とは別体で、例えばダッシュボード200と一体的に設けられてもよい。 The aperture H is an example of a transmission area that transmits the image light reflected by the free-form mirror 30. The partition member 901 is provided between the free-form mirror 30 and the windshield 50, and partitions the space on the free-form mirror 30 side and the space on the windshield 50 side. Block light between inside and outside. The partition member 901 may be provided separately from the housing 90 and may be provided integrally with the dashboard 200, for example.

そして、開口Hを塞ぐように防塵窓40が設けられている。防塵窓40は、筐体90内に開口Hから外部の異物が進入することを防止するために設けられており、特に投射光PLを透過する材料で形成されることが好ましい。 A dustproof window 40 is provided to cover the opening H. The dustproof window 40 is provided to prevent external foreign matter from entering the housing 90 through the opening H, and is preferably formed of a material that particularly transmits the projection light PL.

反射部材の一例としてのフロントガラス50は、レーザ光(光束)の一部を透過させ、残部の少なくとも一部を反射させる機能(部分反射機能)を有する透過反射部材である。フロントガラス50は、観察者3に前方の景色および虚像45を視認させる半透過鏡として機能する。虚像45は、例えば、車両情報(速度、走行距離等)、ナビゲーション情報(経路案内、交通情報等)、警告情報(衝突警報等)等を観察者3に視認させるための画像情報である。なお、透過反射部材は、フロントガラス50とは別途設けられたフロントウインドシールド等であってもよい。 The windshield 50, which is an example of a reflective member, is a transmissive reflective member that has a function of transmitting a portion of the laser beam (luminous flux) and reflecting at least a portion of the remaining portion (partial reflection function). The windshield 50 functions as a semi-transparent mirror that allows the observer 3 to view the scenery in front of him and the virtual image 45 . The virtual image 45 is image information for the observer 3 to visually recognize, for example, vehicle information (speed, mileage, etc.), navigation information (route guidance, traffic information, etc.), warning information (collision warning, etc.). Note that the transmissive and reflective member may be a front windshield or the like provided separately from the windshield 50.

虚像45は、フロントガラス50の前方の景色と重畳するように表示されてもよい。また、フロントガラス50は、平面でなく、湾曲している。そのため、虚像45の結像位置は、自由曲面ミラー30とフロントガラス50の曲面によって決定される。なお、フロントガラス50は、部分反射機能を有する個別の透過反射部材としての半透過鏡(コンバイナ)を利用してもよい。 The virtual image 45 may be displayed so as to overlap with the scenery in front of the windshield 50. Further, the windshield 50 is not flat but curved. Therefore, the imaging position of the virtual image 45 is determined by the free-form mirror 30 and the curved surface of the windshield 50. Note that the windshield 50 may utilize a semi-transmissive mirror (combiner) as an individual transmissive/reflective member having a partial reflection function.

開口Hは、少なくとも観察者3のアイリプス領域への虚像45の投影に必要な画角分を確保できる大きさを備える。アイリプスとは、JIS D 0021によって規定されており、観察者3の目の位置の分布を統計的に表したアイレンジを長円の範囲で示したものである。 The aperture H has a size that can secure at least an angle of view necessary for projecting the virtual image 45 onto the iris region of the observer 3. The iris is defined by JIS D 0021, and is an ellipse that represents an eye range that statistically represents the distribution of the positions of the eyes of the observer 3.

そして自由曲面ミラー30は、フロントガラス50で発生する光学歪を低減するように面形状が設計されている。自由曲面ミラー30に入射した光線は、自由曲面ミラー30の面形状に従って自由曲面ミラー30によって反射される。反射された光束はその後、フロントガラス50に入射し、少なくともアイリプス中心(基準アイポイント)を含む少なくともアイリプス領域内の一点の視点に到達する。フロントガラス50に入射した光束は、フロントガラス50の面形状に応じて反射される。 The free-form mirror 30 has a surface shape designed to reduce optical distortion generated in the windshield 50. The light beam incident on the free-form surface mirror 30 is reflected by the free-form surface mirror 30 according to the surface shape of the free-form surface mirror 30. The reflected light flux then enters the windshield 50 and reaches at least one viewpoint within the iris area including at least the center of the iris (reference eye point). The light beam incident on the windshield 50 is reflected according to the surface shape of the windshield 50.

このような構成により、スクリーン15から出射されたレーザ光(光束)は、自由曲面ミラー30に向けて投射される。自由曲面ミラー30によって集光された投射光は、筐体90の開口を通過してフロントガラス50に向けて投射され、フロントガラス50によって反射される。観察者3は、フロントガラス50で反射された光によって、スクリーン15に形成された中間像が拡大された虚像45を視認することができるようになる。 With this configuration, the laser beam (luminous flux) emitted from the screen 15 is projected toward the free-form mirror 30. The projected light collected by the free-form mirror 30 passes through the opening of the housing 90, is projected toward the windshield 50, and is reflected by the windshield 50. The observer 3 can now visually recognize the virtual image 45, which is an enlarged intermediate image formed on the screen 15, by the light reflected by the windshield 50.

なお、表示装置100の投射方式は、液晶パネル、DMDパネル(デジタルミラーデバイスパネル)または蛍光表示管(VFD)等イメージングデバイスで中間像を形成する「パネル方式」と、光源装置11から出射されたレーザ光を走査手段で走査して中間像を形成する「レーザ走査方式」がある。 Note that the projection method of the display device 100 is a “panel method” in which an intermediate image is formed by an imaging device such as a liquid crystal panel, a DMD panel (digital mirror device panel), or a fluorescent display tube (VFD), and a “panel method” in which an intermediate image is formed by an imaging device such as a liquid crystal panel, a DMD panel (digital mirror device panel), or a fluorescent display tube (VFD); There is a "laser scanning method" in which an intermediate image is formed by scanning a laser beam with a scanning means.

実施形態に係る表示装置100は、後者の「レーザ走査方式」を採用する。「レーザ走査方式」は、各画素に対して発光または非発光を割り当てることができるため、一般に高コントラストの画像を形成することができる。なお、表示装置100は、投射方式として「パネル方式」を用いてもよく、いずれの方式であっても実像が形成される面であるスクリーンの一部及び全体が樹脂部材であってもよい。 The display device 100 according to the embodiment employs the latter "laser scanning method." In the "laser scanning method," each pixel can be assigned to emit light or not emit light, so it is generally possible to form a high-contrast image. Note that the display device 100 may use a "panel method" as a projection method, and in either method, a portion or the entire screen, which is a surface on which a real image is formed, may be made of a resin member.

●ハードウエア構成
図2は、実施形態に係る表示装置のハードウエア構成の一例を示す図である。なお、図2に示すハードウエア構成は、各実施形態において同様の構成を備えていてもよく、必要に応じて構成要素が追加または削除されてもよい。
●Hardware Configuration FIG. 2 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the display device according to the embodiment. Note that the hardware configuration shown in FIG. 2 may have the same configuration in each embodiment, and components may be added or deleted as necessary.

表示装置100は、表示装置100の動作を制御するための制御装置17を有する。制御装置17は、表示装置100の内部に実装された基板またはICチップ等のコントローラである。制御装置17は、FPGA(Field-Programmable Gate Array)1001、CPU(Central Processing Unit)1002、ROM(Read Only Memory)1003、RAM(Random Access Memory)1004、I/F(Interface)1005、バスライン1006、LDドライバ1008、MEMSコントローラ1010およびモータドライバ1012を含む。 The display device 100 includes a control device 17 for controlling the operation of the display device 100. The control device 17 is a controller such as a board or an IC chip mounted inside the display device 100. The control device 17 includes an FPGA (Field-Programmable Gate Array) 1001, a CPU (Central Processing Unit) 1002, a ROM (Read Only Memory) 1003, and a RAM (Random Access s Memory) 1004, I/F (Interface) 1005, bus line 1006 , an LD driver 1008, a MEMS controller 1010, and a motor driver 1012.

FPGA1001は、表示装置100の設計者による設定変更が可能な集積回路である。LDドライバ1008、MEMSコントローラ1010、およびモータドライバ1012は、FPGA1001からの制御信号に応じて駆動信号を生成する。CPU1002は、表示装置100全体を制御するための処理を行う集積回路である。ROM1003は、CPU1002を制御するプログラムを記憶する記憶装置である。RAM1004は、CPU1002のワークエリアとして機能する記憶装置である。I/F1005は、外部装置と通信するためのインターフェースである。I/F1005は、例えば自動車のCAN(Controller Area Network)等に接続される。 The FPGA 1001 is an integrated circuit whose settings can be changed by the designer of the display device 100. LD driver 1008, MEMS controller 1010, and motor driver 1012 generate drive signals according to control signals from FPGA 1001. The CPU 1002 is an integrated circuit that performs processing to control the entire display device 100. The ROM 1003 is a storage device that stores a program that controls the CPU 1002. The RAM 1004 is a storage device that functions as a work area for the CPU 1002. I/F 1005 is an interface for communicating with external devices. The I/F 1005 is connected to, for example, a CAN (Controller Area Network) of a car.

LD1007は、例えば、光源装置11の一部を構成する半導体発光素子である。LDドライバ1008は、LD1007を駆動する駆動信号を生成する回路である。MEMS1009は、光偏向装置13の一部を構成し、走査ミラーを変位させるデバイスである。MEMSコントローラ1010は、MEMS1009を駆動する駆動信号を生成する回路である。モータ1011は、自由曲面ミラー30の回転軸301を回転させる電動機である。モータドライバ1012は、モータ1011を駆動する駆動信号を生成する回路である。 The LD 1007 is, for example, a semiconductor light emitting element that constitutes a part of the light source device 11. The LD driver 1008 is a circuit that generates a drive signal to drive the LD 1007. The MEMS 1009 is a device that constitutes a part of the optical deflection device 13 and displaces the scanning mirror. MEMS controller 1010 is a circuit that generates a drive signal to drive MEMS 1009. The motor 1011 is an electric motor that rotates the rotation shaft 301 of the free-form mirror 30. Motor driver 1012 is a circuit that generates a drive signal to drive motor 1011.

●機能構成
図3は、実施形態に係る制御装置の機能構成の一例を示す図である。制御装置17により実現される機能は、車両情報受信部171、外部情報受信部172、画像生成部173および画像表示部174を含む。
●Functional Configuration FIG. 3 is a diagram showing an example of the functional configuration of the control device according to the embodiment. The functions realized by the control device 17 include a vehicle information receiving section 171, an external information receiving section 172, an image generating section 173, and an image display section 174.

車両情報受信部171は、CAN等から自動車の情報(速度、走行距離等の情報)を受信する機能である。車両情報受信部171は、図2に示したI/F1005およびCPU1002の処理、並びにROM1003に記憶されたプログラム等により実現される。 The vehicle information receiving unit 171 has a function of receiving vehicle information (information such as speed and mileage) from CAN or the like. The vehicle information receiving unit 171 is realized by the processing of the I/F 1005 and the CPU 1002 shown in FIG. 2, the program stored in the ROM 1003, and the like.

外部情報受信部172は、外部ネットワークから自動車外部の情報(GPSからの位置情報、ナビゲーションシステムからの経路情報または交通情報等)を受信する機能である。外部情報受信部172は、図2に示したI/F1005およびCPU1002の処理、並びにROM1003に記憶されたプログラム等により実現される。 The external information receiving unit 172 has a function of receiving information external to the vehicle (position information from GPS, route information or traffic information from a navigation system, etc.) from an external network. The external information receiving unit 172 is realized by the processing of the I/F 1005 and the CPU 1002 shown in FIG. 2, the program stored in the ROM 1003, and the like.

画像生成部173は、車両情報受信部171および外部情報受信部172により入力された情報に基づいて、中間像および虚像45を表示させるための画像情報を生成する機能である。画像生成部173は、図2に示したCPU1002の処理、およびROM1003に記憶されたプログラム等により実現される。 The image generation section 173 has a function of generating image information for displaying the intermediate image and the virtual image 45 based on the information input by the vehicle information reception section 171 and the external information reception section 172. The image generation unit 173 is realized by the processing of the CPU 1002 shown in FIG. 2, a program stored in the ROM 1003, and the like.

画像表示部174は、画像生成部173により生成された表示情報に基づいて、スクリーン15に中間像を形成し、中間像を構成したレーザ光(光束)をフロントガラス50に向けて投射して虚像45を表示させる機能である。画像表示部174は、図2に示したCPU1002、FPGA1001、LDドライバ1008、MEMSコントローラ1010およびモータドライバ1012の処理、並びにROM1003に記憶されたプログラム等により実現される。 The image display section 174 forms an intermediate image on the screen 15 based on the display information generated by the image generation section 173, and projects the laser beam (luminous flux) forming the intermediate image toward the windshield 50 to create a virtual image. This is a function to display 45. The image display unit 174 is realized by the processing of the CPU 1002, FPGA 1001, LD driver 1008, MEMS controller 1010, and motor driver 1012 shown in FIG. 2, and the program stored in the ROM 1003.

画像表示部174は、制御部175、中間像形成部176および投影部177を含む。制御部175は、中間像を形成するために、光源装置11および光偏向装置13の動作を制御する制御信号を生成する。また、制御部175は、虚像45を所定の位置に表示させるために、自由曲面ミラー30の動作を制御する制御信号を生成する。 Image display section 174 includes a control section 175, intermediate image forming section 176, and projection section 177. The control unit 175 generates control signals that control the operations of the light source device 11 and the light deflection device 13 in order to form an intermediate image. Further, the control unit 175 generates a control signal that controls the operation of the free-form mirror 30 in order to display the virtual image 45 at a predetermined position.

中間像形成部176は、制御部175によって生成された制御信号に基づいて、スクリーン15に中間像を形成する。投影部177は、観察者3に視認させる虚像45を形成するために、中間像を構成したレーザ光を、透過反射部材(フロントガラス50等)に投射させる。 The intermediate image forming section 176 forms an intermediate image on the screen 15 based on the control signal generated by the control section 175. The projection unit 177 projects the laser light forming the intermediate image onto a transmissive reflective member (such as the windshield 50) in order to form a virtual image 45 that is visible to the observer 3.

●光源装置
図4は、実施形態に係る光源装置の具体的構成に一例を示す図である。光源装置11は、光源素子111R,111G,111B(以下、区別する必要のないときは、光源素子111とする。)、カップリングレンズ112R,112G,112B、アパーチャ113R,113G,113B、合成素子114,115,116、およびレンズ117を含む。
●Light source device FIG. 4 is a diagram showing an example of a specific configuration of the light source device according to the embodiment. The light source device 11 includes light source elements 111R, 111G, and 111B (hereinafter referred to as light source elements 111 when there is no need to distinguish between them), coupling lenses 112R, 112G, and 112B, apertures 113R, 113G, and 113B, and a combining element 114. , 115, 116, and a lens 117.

3色(R,G,B)の光源素子111R,111G,111Bは、例えば、それぞれ単数または複数の発光点を有するLD(Laser Diode)である。光源素子111R,111G,111Bは、互いに異なる波長λR,λG,λB(例えばλR=640nm,λG=530nm,λB=445nm)のレーザ光(光束)を放射する。 The three-color (R, G, B) light source elements 111R, 111G, and 111B are, for example, LDs (Laser Diodes) each having one or more light emitting points. The light source elements 111R, 111G, and 111B emit laser beams (luminous fluxes) having mutually different wavelengths λR, λG, and λB (for example, λR=640 nm, λG=530 nm, and λB=445 nm).

放射された各レーザ光(光束)は、それぞれカップリングレンズ112R,112G,112Bによりカップリングされる。カップリングされた各レーザ(光束)は、それぞれアパーチャ113R,113G,113Bにより整形される。アパーチャ113R,113G,113Bは、レーザ光(光束)の発散角等の所定の条件に応じた形状(例えば円形、楕円形、長方形、正方形等)を有する。 The emitted laser beams (luminous fluxes) are coupled by coupling lenses 112R, 112G, and 112B, respectively. Each coupled laser (light beam) is shaped by apertures 113R, 113G, and 113B, respectively. The apertures 113R, 113G, and 113B have shapes (for example, circular, elliptical, rectangular, square, etc.) according to predetermined conditions such as the divergence angle of the laser beam (luminous flux).

アパーチャ113R,113G,113Bにより整形された各レーザ光(光束)は、3つの合成素子114,115,116により合成される。合成素子114,115,116は、プレート状またはプリズム状のダイクロイックミラーであり、波長に応じてレーザ光(光束)を反射または透過し、1つの光束に合成する。合成された光束は、レンズ117を通り、光偏向装置13に導かれる。 The respective laser beams (luminous fluxes) shaped by the apertures 113R, 113G, and 113B are combined by three combining elements 114, 115, and 116. The combining elements 114, 115, and 116 are plate-shaped or prism-shaped dichroic mirrors that reflect or transmit laser beams (luminous fluxes) depending on the wavelength and combine them into one luminous flux. The combined light beam passes through the lens 117 and is guided to the optical deflector 13.

●光偏向装置
図5は、実施形態に係る光偏向装置の具体的構成の一例を示す図である。光偏向装置13は、半導体プロセスにより製造されるMEMSミラーであり、ミラー130、蛇行状梁部132、枠部材134、および圧電部材136を含む。光偏向装置13は、走査部の一例である。
●Light deflection device FIG. 5 is a diagram showing an example of a specific configuration of the light deflection device according to the embodiment. The optical deflection device 13 is a MEMS mirror manufactured by a semiconductor process, and includes a mirror 130, a meandering beam portion 132, a frame member 134, and a piezoelectric member 136. The optical deflection device 13 is an example of a scanning section.

ミラー130は、光源装置11から出射されたレーザ光をスクリーン15側に反射する反射面を有する。光偏向装置13は、ミラー130を挟んで一対の蛇行状梁部132を形成する。蛇行状梁部132は、複数の折り返し部を有する。折り返し部は、交互に配置される第1の梁部132aと第2の梁部132bとから構成されている。蛇行状梁部132は、枠部材134に支持されている。圧電部材136は、隣接する第1の梁部132aと第2の梁部132bとを接続するように配置されている。圧電部材136は、第1の梁部132aと第2の梁部132bとに異なる電圧を印加し、梁部132a,132bのそれぞれに反りを発生させる。 The mirror 130 has a reflective surface that reflects the laser light emitted from the light source device 11 toward the screen 15 side. The optical deflection device 13 forms a pair of meandering beam portions 132 with a mirror 130 in between. The meandering beam portion 132 has a plurality of folded portions. The folded portion includes first beam portions 132a and second beam portions 132b arranged alternately. The meandering beam portion 132 is supported by a frame member 134. The piezoelectric member 136 is arranged to connect the adjacent first beam portion 132a and second beam portion 132b. The piezoelectric member 136 applies different voltages to the first beam portion 132a and the second beam portion 132b, thereby causing each of the beam portions 132a and 132b to warp.

これにより、隣接する梁部132a,132bは、異なる方向に撓む。ミラー130は、撓みが累積されることによって、左右方向の軸を中心として垂直方向に回転する。このような構成により、光偏向装置13は、垂直方向への光走査が低電圧で可能となる。上下方向の軸を中心とした水平方向の光走査は、ミラー130に接続されたトーションバー等を利用した共振により行われる。 As a result, adjacent beam portions 132a and 132b are bent in different directions. The mirror 130 rotates in the vertical direction about the left-right axis as the deflection is accumulated. With such a configuration, the optical deflection device 13 can perform optical scanning in the vertical direction with a low voltage. The horizontal optical scanning centered on the vertical axis is performed by resonance using a torsion bar or the like connected to the mirror 130.

●スクリーン
図6は、実施形態に係るスクリーンの具体的構成の一例を示す図である。スクリーン15は、光源装置11の一部を構成するLD1007から出射されたレーザ光を結像させる。また、スクリーン15は、所定の発散角で発散させる発散部材である。図6に示すスクリーン15は、六角形形状を有する複数のマイクロレンズ150が隙間なく配列されたマイクロレンズアレイ構造を有している。マイクロレンズ150の幅(対向する2辺間の距離)は、一例として50μm~300μmの範囲で最適化され、本実施形態では200μm程度である。スクリーン15は、マイクロレンズ150の形状を六角形とすることにより、複数のマイクロレンズ150を高密度で配列することができる。
●Screen FIG. 6 is a diagram showing an example of a specific configuration of the screen according to the embodiment. The screen 15 forms an image of the laser light emitted from the LD 1007 that forms part of the light source device 11 . Further, the screen 15 is a divergent member that emits light at a predetermined divergence angle. The screen 15 shown in FIG. 6 has a microlens array structure in which a plurality of hexagonal microlenses 150 are arranged without gaps. The width of the microlens 150 (distance between two opposing sides) is, for example, optimized in the range of 50 μm to 300 μm, and in this embodiment is about 200 μm. By making the microlenses 150 hexagonal in shape, the screen 15 can arrange a plurality of microlenses 150 at high density.

なお、マイクロレンズ150の形状は、六角形に限られるものではなく、例えば四角形、三角形等であってもよい。また、複数のマイクロレンズ150が規則正しく配列された構造を例示しているが、マイクロレンズ150の配列は、これに限られるものではなく、例えば、各マイクロレンズ150の中心を互いに偏心させ、不規則な配列としてもよい。このように偏心させた配列を採用する場合、各マイクロレンズ150は、互いに異なる形状となる。 Note that the shape of the microlens 150 is not limited to a hexagon, and may be, for example, a quadrilateral, a triangle, or the like. Furthermore, although a structure in which a plurality of microlenses 150 are regularly arranged is illustrated, the arrangement of microlenses 150 is not limited to this, and for example, the centers of each microlens 150 may be eccentric to each other, It may be an array. When employing such an eccentric arrangement, each microlens 150 has a different shape.

また頂点の光軸方向の高さを変化させてもよい。配列方向の偏心や光軸方向のシフトをランダムに設定することで、隣接するマイクロレンズの境界を通過したレーザ光の干渉によって生じるスペックルや周期的な配列によるモアレなどを低減することができる。 Further, the height of the vertex in the optical axis direction may be changed. By randomly setting the eccentricity in the arrangement direction and the shift in the optical axis direction, it is possible to reduce speckles caused by interference of laser beams passing through the boundaries of adjacent microlenses and moiré caused by periodic arrangement.

スクリーン15に到達したレーザ光は、マイクロレンズ150の中を走査され、走査中にレーザ光がオンオフされることにより複数ドットが打たれ、例えばオンオフ光の組み合わせによって階調表示が可能である。あるいは、レーザ光の強度自体を変調させて階調表示をおこなってもよい。 The laser light that has reached the screen 15 is scanned through the microlens 150, and a plurality of dots are created by turning the laser light on and off during scanning, and for example, gradation display can be performed by combining the on and off lights. Alternatively, gradation display may be performed by modulating the intensity of the laser beam itself.

図7は、マイクロレンズアレイにおいて、入射光束径とレンズ径の大小関係の違いによる作用の違いについて説明するための図である。図7(a)において、スクリーン15は、マイクロレンズ150が整列して配置された光学板151によって構成される。光学板151上に入射光152を走査される場合、入射光152は、マイクロレンズ150により発散され、発散光153となる。スクリーン15は、マイクロレンズ150の構造により、入射光152を所望の発散角154で発散させることができる。マイクロレンズ150の周期155は、入射光152の径156aよりも大きくなるように設計される。これにより、スクリーン15は、レンズ間での干渉が起こさずに、スペックル(スペックルノイズ)を生じさせない。 FIG. 7 is a diagram for explaining the difference in effect due to the difference in magnitude between the diameter of the incident light beam and the diameter of the lens in the microlens array. In FIG. 7(a), the screen 15 is constituted by an optical plate 151 on which microlenses 150 are arranged in alignment. When the optical plate 151 is scanned with the incident light 152, the incident light 152 is diverged by the microlens 150 and becomes diverging light 153. The screen 15 can diverge the incident light 152 at a desired divergence angle 154 due to the structure of the microlens 150. The period 155 of the microlens 150 is designed to be larger than the diameter 156a of the incident light 152. Thereby, the screen 15 does not cause interference between lenses and does not generate speckles (speckle noise).

図7(b)は、入射光152の径156bが、マイクロレンズ150の周期155の2倍大きい場合の発散光の光路を示す。入射光152は、二つのマイクロレンズ150a、150bに入射し、それぞれ発散光157、158を生じさせる。このとき、領域159において、二つの発散光が存在するため、光の干渉を生じうる。この干渉光が観察者の目に入った場合、スペックルとして視認される。 FIG. 7B shows the optical path of diverging light when the diameter 156b of the incident light 152 is twice as large as the period 155 of the microlens 150. Incident light 152 enters two microlenses 150a and 150b, producing divergent lights 157 and 158, respectively. At this time, since two diverging lights exist in the region 159, light interference may occur. When this interference light enters the observer's eyes, it is visually recognized as speckles.

以上を考慮して、スペックルを低減するため、マイクロレンズ150の周期155は、入射光の径156よりも大きく設計される。なお、図7は、凸面レンズの形態で説明したが、凹面レンズの形態においても同様の効果があるものとする。 In consideration of the above, in order to reduce speckles, the period 155 of the microlens 150 is designed to be larger than the diameter 156 of the incident light. Although FIG. 7 has been described using a convex lens, the same effect can be obtained when a concave lens is used.

以上図6、図7を用いて説明したように画像形成部の一例であるスクリーン15は、走査されたレーザ光を一定の角度で発散させる機能を有しており、この機能により観察者3がアイボックスの範囲で画像が認識できる、つまり観察者3が運転席に着座した状態である程度の目の位置が変わっても視認される範囲を持つことができる。 As explained above with reference to FIGS. 6 and 7, the screen 15, which is an example of the image forming section, has a function of diverging scanned laser light at a certain angle, and this function allows the viewer 3 to The image can be recognized within the range of the eye box, that is, the image can be recognized even if the position of the eyes changes to some extent while the observer 3 is seated in the driver's seat.

したがってマイクロレンズ150を搭載したスクリーン15はマイクロレンズ150の形状については、光を適切に発散させるための一定の精度が求められる。さらに量産性に富むものが好ましい。そのためスクリーン15は、一例として樹脂材料の成型加工により形成される。マイクロレンズ150に求められる光学的物性を満たす樹脂の具体例としては、メタアクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリカーボネート、環状ポリオレフィン樹脂などが挙げられるがこれらに限られない。 Therefore, in the screen 15 on which the microlenses 150 are mounted, the shape of the microlenses 150 must have a certain degree of precision in order to appropriately disperse the light. Further, it is preferable to use a material that can be easily mass-produced. Therefore, the screen 15 is formed by molding a resin material, for example. Specific examples of resins that satisfy the optical properties required for the microlens 150 include, but are not limited to, methacrylic resin, polyolefin resin, polycarbonate, and cyclic polyolefin resin.

図8は、光偏向装置のミラーと走査範囲の対応関係について説明するための図である。光源装置11の各光源素子は、FPGA1001によって発光強度や点灯タイミング、光波形が制御される。光源装置11の各光源素子は、LDドライバ1008によって駆動され、レーザ光を出射する。各光源素子から出射され光路合成されたレーザ光は、図8に示すように、光偏向装置13のミラー130によってα軸周り、β軸周りに二次元的に偏向され、ミラー130を介して走査光としてスクリーン15に照射される。すなわち、スクリーン15は、光偏向装置13による主走査および副走査によって二次元走査される。 FIG. 8 is a diagram for explaining the correspondence between the mirror of the optical deflection device and the scanning range. The light emission intensity, lighting timing, and light waveform of each light source element of the light source device 11 are controlled by the FPGA 1001. Each light source element of the light source device 11 is driven by an LD driver 1008 and emits laser light. As shown in FIG. 8, the laser beams emitted from each light source element and whose optical paths have been combined are two-dimensionally deflected around the α-axis and β-axis by the mirror 130 of the optical deflection device 13, and are scanned via the mirror 130. The light is irradiated onto the screen 15 as light. That is, the screen 15 is two-dimensionally scanned by main scanning and sub-scanning by the optical deflection device 13.

走査範囲は、光偏向装置13によって走査しうる全範囲である。走査光は、スクリーン15の走査範囲を、2~4万Hz程度の速い周波数で主走査方向(X軸方向)に振動走査(往復走査)しつつ、数十Hz程度の遅い周波数で副走査方向(Y軸方向)に片道走査する。すなわち、光偏向装置13は、スクリーン15に対してラスタースキャンを行う。この場合、表示装置100は、走査位置(走査光の位置)に応じて各光源素子の発光制御を行うことで、画素ごとの描画または虚像の表示を行うことができる。 The scanning range is the entire range that can be scanned by the optical deflection device 13. The scanning light vibrates (reciprocates) the scanning range of the screen 15 in the main scanning direction (X-axis direction) at a fast frequency of about 20,000 to 40,000 Hz, and vibrates in the sub-scanning direction at a slow frequency of about several tens of Hz. Scans one way in the Y-axis direction. That is, the light deflection device 13 performs raster scanning on the screen 15. In this case, the display device 100 can perform drawing or display of a virtual image for each pixel by controlling the light emission of each light source element according to the scanning position (position of scanning light).

一画面を描画する時間、すなわち1フレーム分の走査時間(二次元走査の1周期)は、上記のように副走査周期が数十Hzであることから、数十msecとなる。例えば、主走査周期を20000Hz、副走査周期を50Hzとした場合、1フレーム分の走査時間は、20msecとなる。 The time to draw one screen, that is, the scanning time for one frame (one period of two-dimensional scanning) is several tens of milliseconds because the sub-scanning period is several tens of Hz as described above. For example, when the main scanning period is 20,000 Hz and the sub-scanning period is 50 Hz, the scanning time for one frame is 20 msec.

図9は、二次元走査時の走査線軌跡の一例を示す図である。スクリーン15は、図9に示すように、中間像が描画される(画像データに応じて変調された光が照射される)画像領域15R1(有効走査領域)と、非画像領域15R2を含む。非画像領域15R2は、画像領域15R1を取り囲むフレーム状の領域である。画像領域15R1の中心がCと示されている。 FIG. 9 is a diagram showing an example of a scanning line locus during two-dimensional scanning. As shown in FIG. 9, the screen 15 includes an image area 15R1 (effective scanning area) where an intermediate image is drawn (on which light modulated according to image data is irradiated) and a non-image area 15R2. The non-image area 15R2 is a frame-shaped area surrounding the image area 15R1. The center of the image area 15R1 is indicated as C.

走査範囲は、スクリーン15における画像領域15R1と非画像領域15R2の一部(画像領域15R1の外縁近傍の部分)を併せた範囲とする。図9において、走査範囲における走査線の軌跡は、ジグザグ線によって示される。図9において、走査線の本数は、説明の便宜上、実際よりも少ない本数を示している。 The scanning range is a range that includes the image area 15R1 and a part of the non-image area 15R2 (a part near the outer edge of the image area 15R1) on the screen 15. In FIG. 9, the locus of the scan line in the scan range is indicated by a zigzag line. In FIG. 9, the number of scanning lines is shown to be smaller than the actual number for convenience of explanation.

さらに、スクリーン15は、走査範囲における画像領域15R1の周辺領域(非画像領域15R2の一部)に、受光素子を含む同期検知領域15R3を含む。図9において、同期検知領域15R3は、画像領域15R1の-X側かつ+Y側の隅部に設定される。一例としてユニット筐体12の、同期検知領域15R3に入射する走査光を検知する位置に配置された光検出器121によって検知された信号がFPGA1001に出力される。FPGA1001は、信号を受信したタイミングによって光偏向装置13の動作を検出し、その結果、走査開始タイミングや走査終了タイミングを決定できる。 Furthermore, the screen 15 includes a synchronization detection area 15R3 including a light receiving element in a peripheral area of the image area 15R1 (a part of the non-image area 15R2) in the scanning range. In FIG. 9, the synchronization detection area 15R3 is set at the corner of the image area 15R1 on the -X side and the +Y side. As an example, a signal detected by a photodetector 121 placed in a position of the unit housing 12 to detect the scanning light incident on the synchronization detection region 15R3 is output to the FPGA 1001. The FPGA 1001 detects the operation of the optical deflection device 13 based on the timing at which the signal is received, and as a result, can determine the scan start timing and scan end timing.

スクリーン15は、上述のように、マイクロレンズアレイ等の光拡散効果を持つ透過型の光学素子で構成されているがこれに限られない。つまり装置レイアウトに応じて、例えば、マイクロミラーアレイ等の光拡散効果を持つ反射型の素子とすることもできる。また、スクリーン15は、光拡散効果を持たない平板または曲板であってもよい。 As described above, the screen 15 is composed of a transmissive optical element having a light diffusion effect, such as a microlens array, but is not limited thereto. That is, depending on the device layout, for example, a reflective element having a light diffusion effect such as a micromirror array may be used. Further, the screen 15 may be a flat plate or a curved plate that does not have a light diffusion effect.

図9に示される例においては、スクリーン15の中心と、中間像が描画される(画像データに応じて変調された光が照射される)画像領域15R1(有効走査領域)の中心Cとが略一致する。この場合、画像領域15R1の中心Cはスクリーン15の中心とほぼ一致するということもできる。 In the example shown in FIG. 9, the center of the screen 15 and the center C of an image area 15R1 (effective scanning area) where an intermediate image is drawn (irradiated with light modulated according to image data) are approximately equal to each other. Match. In this case, it can also be said that the center C of the image area 15R1 substantially coincides with the center of the screen 15.

スクリーン15、画像領域15R1の形状は図9に示されるものに限られない。例えば図9においてはスクリーン15と画像領域15R1とは略相似で、かつ互いの中心がほぼ一致しているがこれに限られず、略相似であっても互いの中心がずれて、つまり一致していなくてもよい。さらに、スクリーン15と画像領域15R1とは相似でなくてもよい。つまり例えばスクリーン15が平面の長方形であるときに、画像領域15R1は平面の長方形である必要はなく、曲面であったり、スクリーン15の長方形とは異なる矩形や多角形であったりしてもよい。 The shapes of the screen 15 and the image area 15R1 are not limited to those shown in FIG. For example, in FIG. 9, the screen 15 and the image area 15R1 are substantially similar, and their centers almost match, but the invention is not limited to this. Even if they are substantially similar, their centers are shifted, that is, they do not match. You don't have to. Furthermore, the screen 15 and the image area 15R1 do not have to be similar. That is, for example, when the screen 15 is a flat rectangle, the image area 15R1 does not have to be a flat rectangle, but may be a curved surface or a rectangle or polygon different from the rectangle of the screen 15.

なお画像領域15R1の形状は、一例として図1で示したユニット筐体12のスクリーン15を保持する部分の形状で定めることが可能である。つまり、ユニット筐体12またはユニット筐体12の一部であるスクリーン15の保持部によって、非画像領域15R2を覆うようにスクリーン15が保持されれば、保持されている部分は光がユニット筐体12で遮られて自由曲面ミラー30に照射されないため、画像領域15R1の中間像の発散光のみ自由曲面ミラー30に照射される。このように画像領域15R1の形状を規定することにより、所望の形状の虚像45が形成される。 Note that the shape of the image area 15R1 can be determined, for example, by the shape of the portion of the unit housing 12 shown in FIG. 1 that holds the screen 15. In other words, if the screen 15 is held so as to cover the non-image area 15R2 by the unit housing 12 or the holding portion of the screen 15 that is a part of the unit housing 12, the held portion will be exposed to light from the unit housing. 12 and is not irradiated onto the free-form surface mirror 30, only the diverging light of the intermediate image in the image area 15R1 is irradiated onto the free-form surface mirror 30. By defining the shape of the image area 15R1 in this way, a virtual image 45 having a desired shape is formed.

図10は、比較例に係る画像光の光路を説明する図である。Eは、アイレンジ99%を包括するアイリプスを示し、E1は、アイリプス上端の視点位置(第1の基準位置の一例)を示し、E2は、アイリプス下端の視点位置(第2の基準位置の一例)を示す。 FIG. 10 is a diagram illustrating the optical path of image light according to a comparative example. E indicates an eyelip that covers 99% of the eye range, E1 indicates a viewpoint position at the upper end of the eyelip (an example of the first reference position), and E2 indicates a viewpoint position at the lower end of the eyelip (an example of the second reference position). ) is shown.

L1は、スクリーン15の中央(図9に示すC)から出射され、自由曲面ミラー30およびフロントガラス50により反射されてアイリプス上端の視点位置E1に到達する第1の画像光を示し、L2は、スクリーン15の中央(図9に示すC)から出射され、自由曲面ミラー30およびフロントガラス50により反射されてアイリプス下端の視点位置E2に到達する第2の画像光を示す。Xは、第1の画像光L1と、第2の画像光L2の交点を示す。 L1 indicates the first image light that is emitted from the center of the screen 15 (C shown in FIG. 9), is reflected by the free-form mirror 30 and the windshield 50, and reaches the viewpoint position E1 at the upper end of the iris, and L2 is The second image light is emitted from the center of the screen 15 (C shown in FIG. 9), is reflected by the free-form mirror 30 and the windshield 50, and reaches the viewpoint position E2 at the lower end of the iris. X indicates the intersection of the first image light L1 and the second image light L2.

A1は、図9に示したスクリーン15の画像領域15R1から出射され、アイリプス上端の視点位置E1に到達する複数の画像光を示し、A2は、画像領域15R1から出射され、アイリプス下端の視点位置E2に到達する複数の画像光を示す。複数の画像光A1は、第1の画像光L1を含み、複数の画像光A2は、第2の画像光L2を含む。 A1 shows a plurality of image lights that are emitted from the image area 15R1 of the screen 15 shown in FIG. 9 and reach the viewpoint position E1 at the upper end of the iris, and A2 shows a plurality of image lights that are emitted from the image area 15R1 and reach the viewpoint position E2 at the lower end of the iris. Shows multiple images of light reaching . The plurality of image lights A1 include the first image light L1, and the plurality of image lights A2 include the second image light L2.

θ1は、第1の画像光L1がアイリプス上端の視点位置E1に到達するときの自由曲面ミラー30の基準角度からの傾きを示し、30(θ1)は、傾きがθ1のときの、自由曲面ミラー30の位置を示す。θ2は、第2の画像光L2がアイリプス下端の視点位置E2に到達するときの自由曲面ミラー30の基準角度からの傾きを示し、30(θ2)は、傾きがθ2のときの、自由曲面ミラー30の位置を示す。ここで、自由曲面ミラー30の基準角度は、スクリーン15の中央(図9に示すC)から出射された画像光が、アイリプス上端の視点位置E1とアイリプス下端の視点位置E2の中心に到達するときの自由曲面ミラー30の傾きである。 θ1 indicates the inclination of the free-form mirror 30 from the reference angle when the first image light L1 reaches the viewpoint position E1 at the upper end of the iris, and 30 (θ1) indicates the inclination of the free-form mirror 30 when the inclination is θ1. 30 positions are shown. θ2 indicates the inclination of the free-form mirror 30 from the reference angle when the second image light L2 reaches the viewpoint position E2 at the lower end of the iris, and 30 (θ2) indicates the inclination of the free-form mirror 30 when the inclination is θ2. 30 positions are shown. Here, the reference angle of the free-form mirror 30 is determined when the image light emitted from the center of the screen 15 (C shown in FIG. 9) reaches the center of the viewpoint position E1 at the upper end of the iris and the viewpoint position E2 at the lower end of the iris. is the inclination of the free-form mirror 30.

図10に示す比較例では、第1の画像光L1と第2の画像光L2の交点Xは、自由曲面ミラー30上にあるため、自由曲面ミラー30からフロントガラス50に向かうにしたがって、第1の画像光L1と第2の画像光L2のずれが大きくなっている。 In the comparative example shown in FIG. 10, since the intersection X of the first image light L1 and the second image light L2 is on the free-form mirror 30, the first The deviation between the image light L1 and the second image light L2 is large.

このため、自由曲面ミラー30からフロントガラス50に向かうにしたがって、複数の画像光A1と複数の画像光A2のずれが大きくなり、開口Hの位置における複数の画像光A1または複数の画像光A2が占有する領域Sが大きくなって、開口Hを大きくする必要がある。 Therefore, the deviation between the plurality of image lights A1 and the plurality of image lights A2 increases from the free-form surface mirror 30 toward the windshield 50, and the plurality of image lights A1 or the plurality of image lights A2 at the position of the aperture H increases. As the occupied area S becomes larger, it is necessary to enlarge the opening H.

開口Hを大きくすると、太陽光等の外光が筐体90内部に入りやすくなる課題があり、デザイン上も望ましくない。これに対して、特許文献1のように、開口を覆う移動可能な蓋により開口を覆うことも考えられるが、移動機構を設ける必要があり、装置が大型化する課題がある。 If the opening H is made larger, there is a problem that external light such as sunlight easily enters the inside of the housing 90, which is not desirable from a design point of view. On the other hand, as in Patent Document 1, it is possible to cover the opening with a movable lid that covers the opening, but this requires a moving mechanism and there is a problem that the device becomes larger.

あるいは、自由曲面ミラー30の回転軸301を開口Hに近接させることにより、第1の画像光L1と第2の画像光L2の交点Xを開口Hに近接させて、開口H近傍において、第1の画像光L1と第2の画像光L2のずれを小さくすることも考えられる。この場合、開口Hを小さくすることは可能になるが、開口H付近に自由曲面ミラー30の回転軸を配置すると、装置が大型化する課題があった。 Alternatively, by bringing the rotation axis 301 of the free-form mirror 30 close to the aperture H, the intersection X of the first image light L1 and the second image light L2 is brought close to the aperture H, and the first It is also possible to reduce the deviation between the image light L1 and the second image light L2. In this case, it is possible to make the aperture H smaller, but if the rotation axis of the free-form mirror 30 is placed near the aperture H, there is a problem that the device becomes larger.

図11は、第2の比較例に係る画像光の光路を説明する図である。 FIG. 11 is a diagram illustrating the optical path of image light according to the second comparative example.

図11に示す第2の比較例では、図10に示した比較例と異なり、第1の画像光L1および第2の画像光L2は、自由曲面ミラー30に対してそれぞれ異なる方向から入射しており、第1の画像光L1が自由曲面ミラー30により反射される位置は、第2の画像光L2が自由曲面ミラー30により反射される位置よりも低い。 In the second comparative example shown in FIG. 11, unlike the comparative example shown in FIG. 10, the first image light L1 and the second image light L2 are incident on the free-form mirror 30 from different directions. Therefore, the position at which the first image light L1 is reflected by the free-form surface mirror 30 is lower than the position at which the second image light L2 is reflected by the free-form surface mirror 30.

この場合、自由曲面ミラー30からフロントガラス50に向かうにしたがって、第1の画像光L1と第2の画像光L2のずれは小さくなるが、自由曲面ミラー30とフロントガラス50の間で、第1の画像光L1と第2の画像光L2の交点Xは生じていない。 In this case, the deviation between the first image light L1 and the second image light L2 becomes smaller from the free-form mirror 30 toward the windshield 50, but between the free-form mirror 30 and the windshield 50, the first The intersection point X between the image light L1 and the second image light L2 does not occur.

このため、比較例と同様に、自由曲面ミラー30とフロントガラス50の間で、複数の画像光A1と複数の画像光A2のずれが大きく、複数の画像光A1と複数の画像光A2が占有する領域が大きくなっていた。 Therefore, as in the comparative example, the deviation between the plurality of image lights A1 and the plurality of image lights A2 is large between the free-form mirror 30 and the windshield 50, and the plurality of image lights A1 and the plurality of image lights A2 are occupied. The area to do this was getting bigger.

図11では、開口Hを小さくした結果、複数の画像光A1および複数の画像光A2の端部が、開口Hの端部∨でケラレた状態を示している。この場合、アイリプス上端の視点位置E1、またはアイリプス下端の視点位置E2には、複数の画像光A1または複数の画像光A2の一部しか到達しない課題がある。すなわち、開口Hの位置における複数の画像光A1と複数の画像光A2が占有する領域Sが大きいことに起因して、開口Hの大きさの設計等のレイアウトの自由度が阻害されていた。 In FIG. 11, as a result of making the aperture H smaller, the ends of the plurality of image lights A1 and the plurality of image lights A2 are vignetted at the end ∨ of the aperture H. In this case, there is a problem that only a part of the plurality of image lights A1 or a plurality of image lights A2 reach the viewpoint position E1 at the upper end of the iris or the viewpoint position E2 at the lower end of the iris. That is, because the area S occupied by the plurality of image lights A1 and the plurality of image lights A2 at the position of the aperture H is large, the degree of freedom in layout such as designing the size of the aperture H is hindered.

本実施形態は、以上説明した課題に鑑みてなされたものであり、自由曲面ミラー30とフロントガラス50の間で、第1の画像光L1と第2の画像光L2のずれを小さくすることにより、複数の画像光A1と複数の画像光A2が占有する領域を小さくして、レイアウトの自由度を向上させること、具体的には開口Hを小さくすることを目的とする。 The present embodiment has been made in view of the problems described above, and is achieved by reducing the deviation between the first image light L1 and the second image light L2 between the free-form mirror 30 and the windshield 50. , the purpose is to reduce the area occupied by the plurality of image lights A1 and the plurality of image lights A2 to improve the degree of freedom in layout, and specifically to reduce the aperture H.

図12は、実施形態に係る画像光の光路を説明する図である。図12に示す実施形態では、図10に示した比較例および図11に示した第2の比較例と同様に、自由曲面ミラー30に入射する画像光の方向は、Z軸方向正側であり、フロントガラス50により反射された画像光の方向は、Z軸方向負側である。 FIG. 12 is a diagram illustrating the optical path of image light according to the embodiment. In the embodiment shown in FIG. 12, similarly to the comparative example shown in FIG. 10 and the second comparative example shown in FIG. 11, the direction of the image light incident on the free-form mirror 30 is on the positive side in the Z-axis direction. , the direction of the image light reflected by the windshield 50 is on the negative side in the Z-axis direction.

また、図12に示す実施形態では、図11に示した第2の比較例と同様に、第1の画像光L1は、自由曲面ミラー30に第1の方向から入射するとともに、第2の画像光L2は、自由曲面ミラー30に第1の方向とは異なる第2の方向から入射する。 Furthermore, in the embodiment shown in FIG. 12, similarly to the second comparative example shown in FIG. 11, the first image light L1 enters the free-form mirror 30 from the first direction, and the second The light L2 enters the free-form mirror 30 from a second direction different from the first direction.

しかしながら、図12に示す実施形態は、図11に示した第2の比較例よりも、傾きの差(θ1―θ2)が大きくなるように自由曲面ミラー30が回転しており、これにより、図11に示した第2の比較例とは異なり、第1の画像光L1が自由曲面ミラー30により反射される位置は、第2の画像光L2が自由曲面ミラー30により反射される位置よりも高くなっている。ここで、第1の画像光L1および第2の画像光L2に限らず、スクリーン15上の同一位置から出射された画像光について、同様の関係が成り立つ。すなわち、スクリーン15上の同一位置から出射された画像光は、アイリプス上端の視点位置E1に到達する第1の画像光と、アイリプス下端の視点位置E2に到達する第2の画像光を含み、第1の画像光が自由曲面ミラー30により反射される位置は、第2の画像光が自由曲面ミラー30により反射される位置よりも高くなっている。 However, in the embodiment shown in FIG. 12, the free-form mirror 30 is rotated so that the difference in inclination (θ1-θ2) becomes larger than in the second comparative example shown in FIG. 11, the position where the first image light L1 is reflected by the free-form mirror 30 is higher than the position where the second image light L2 is reflected by the free-form mirror 30. It has become. Here, the same relationship holds true not only for the first image light L1 and the second image light L2 but also for the image light emitted from the same position on the screen 15. That is, the image light emitted from the same position on the screen 15 includes the first image light that reaches the viewpoint position E1 at the upper end of the iris, the second image light that reaches the viewpoint position E2 at the lower end of the iris, and the second image light that reaches the viewpoint position E2 at the lower end of the iris. The position where the first image light is reflected by the free-form mirror 30 is higher than the position where the second image light is reflected by the free-form mirror 30.

この場合、自由曲面ミラー30からフロントガラス50に向かうにしたがって、第1の画像光L1と第2の画像光L2のずれが小さくなって、自由曲面ミラー30とフロントガラス50の間の開口H近傍で、第1の画像光L1と第2の画像光L2が交差して交点Xが生じている。 In this case, the deviation between the first image light L1 and the second image light L2 becomes smaller as it goes from the free-form mirror 30 toward the windshield 50, and the shift between the first image light L1 and the second image light L2 becomes smaller, and the shift becomes smaller near the opening H between the free-form mirror 30 and the windshield 50. Then, the first image light L1 and the second image light L2 intersect to form an intersection X.

これにより、自由曲面ミラー30とフロントガラス50の間で、第1の画像光L1と第2の画像光L2のずれ、および複数の画像光A1と複数の画像光A2のずれを小さくすることができるため、開口Hの位置における複数の画像光A1と複数の画像光A2が占有する領域Sが小さくなる。よって、レイアウトの自由度が向上し、具体的には、開口Hを小さくすることができる。 This makes it possible to reduce the deviation between the first image light L1 and the second image light L2 and the deviation between the plurality of image lights A1 and the plurality of image lights A2 between the free-form mirror 30 and the windshield 50. Therefore, the area S occupied by the plurality of image lights A1 and the plurality of image lights A2 at the position of the aperture H becomes smaller. Therefore, the degree of freedom in layout is improved, and specifically, the opening H can be made smaller.

また、本実施形態では、スクリーン15は、図6および図7に示したように、画像光を発散して出射するマイクロレンズ150が配列されたマイクロレンズアレイである。 Further, in this embodiment, the screen 15 is a microlens array in which microlenses 150 that diverge and emit image light are arranged, as shown in FIGS. 6 and 7.

これにより、スクリーン15から出射される画像光が、第1の方向及び第2の方向から自由曲面ミラー30に入射可能となり、自由曲面ミラー30とフロントガラス50の間で、第1の画像光L1と第2の画像光L2を交差させることができる。 Thereby, the image light emitted from the screen 15 can enter the free-form surface mirror 30 from the first direction and the second direction, and the first image light L1 is transmitted between the free-form surface mirror 30 and the windshield 50. and the second image light L2 can intersect with each other.

図13は、自由曲面ミラーにおける反射領域を説明する図である。 FIG. 13 is a diagram illustrating a reflection area in a free-form mirror.

R1は、図12に示した複数の画像光A1が、自由曲面ミラー30により反射される領域である第1の反射領域を示し、R2は、図12に示した複数の画像光A2が、自由曲面ミラー30により反射される領域である第2の反射領域を示し、RSは、第1の反射領域R1と第2の反射領域R2が重なり合っている領域を示す。 R1 indicates a first reflection area where the plurality of image lights A1 shown in FIG. A second reflection area is shown which is an area reflected by the curved mirror 30, and RS represents an area where the first reflection area R1 and the second reflection area R2 overlap.

図12で説明したように、第1の画像光L1が自由曲面ミラー30により反射される位置は、第2の画像光L2が自由曲面ミラー30により反射される位置よりも高くなっていることから、第1の反射領域R1は、第2の反射領域R2よりも高くなっている。 As explained in FIG. 12, the position where the first image light L1 is reflected by the free-form surface mirror 30 is higher than the position where the second image light L2 is reflected by the free-form surface mirror 30. , the first reflective area R1 is higher than the second reflective area R2.

図14は、自由曲面ミラーにおける反射領域と、画像光の光路の関係を説明する図である。 FIG. 14 is a diagram illustrating the relationship between the reflection area of the free-form mirror and the optical path of image light.

図14(a)は、第1の反射領域R1と第2の反射領域R2が完全に重なり合っている状態を示す。 FIG. 14(a) shows a state in which the first reflective region R1 and the second reflective region R2 completely overlap.

この場合、図10に示した比較例のように、第1の画像光L1と第2の画像光L2の交点Xは、自由曲面ミラー30上に位置する。 In this case, as in the comparative example shown in FIG. 10, the intersection X of the first image light L1 and the second image light L2 is located on the free-form mirror 30.

図14(b)は、図14(a)に比べて、自由曲面ミラー30の傾きの差(θ1―θ2)を大きくした状態を示す。 FIG. 14(b) shows a state in which the difference in inclination (θ1−θ2) of the free-form mirror 30 is increased compared to FIG. 14(a).

この場合、第1の反射領域R1および第2の反射領域R2の一部が重なり合っており、図13に示したように、第1の画像光L1と第2の画像光L2の交点Xは、開口H近傍に位置する。 In this case, the first reflection area R1 and the second reflection area R2 partially overlap, and as shown in FIG. 13, the intersection X of the first image light L1 and the second image light L2 is Located near opening H.

図14(c)は、図14(a)に比べて、自由曲面ミラー30の傾きの差(θ1―θ2)を小さくした状態を示す。 FIG. 14(c) shows a state in which the difference in inclination (θ1−θ2) of the free-form mirror 30 is smaller than that in FIG. 14(a).

この場合、図14(b)に比べて、第1の反射領域R1と第2の反射領域R2が重なり合っている領域RSが小さくなっており、第1の画像光L1と第2の画像光L2の交点Xは、開口Hよりも遠い上方に位置する。 In this case, compared to FIG. 14(b), the area RS where the first reflection area R1 and the second reflection area R2 overlap is smaller, and the first image light L1 and the second image light L2 The intersection point X is located above and further away from the opening H.

以上により、第1の反射領域R1と第2の反射領域R2が重なり合っている領域RSの大きさと、第1の画像光L1と第2の画像光L2の交点Xの位置には相関があることがわかる。 From the above, there is a correlation between the size of the area RS where the first reflection area R1 and the second reflection area R2 overlap and the position of the intersection X of the first image light L1 and second image light L2. I understand.

図15は、自由曲面ミラーにおける反射領域の重畳範囲と、開口部のサイズの関係を説明する図である。 FIG. 15 is a diagram illustrating the relationship between the overlapping range of reflection regions in a free-form mirror and the size of the aperture.

ここで、自由曲面ミラーにおける反射領域の重畳範囲の割合は、(第1の反射領域R1と第2の反射領域R2が重なり合っている領域RSの面積)×2/(第1の反射領域R1と第2の反射領域R2の重なり合わないときの合計面積)で示される。 Here, the ratio of the overlapping range of the reflective regions in the free-form mirror is (area of the region RS where the first reflective region R1 and the second reflective region R2 overlap)×2/(the area of the region RS where the first reflective region R1 and the second reflective region R2 overlap) (total area when the second reflective regions R2 do not overlap).

また、開口部のサイズは、開口H近傍における、複数の画像光A1と複数の画像光A2が占有する領域の大きさに対応しており、開口部のサイズの変化率は、図14(a)の状態における開口のサイズを基準としている。 Further, the size of the aperture corresponds to the size of the area occupied by the plurality of image lights A1 and the plurality of image lights A2 in the vicinity of the aperture H, and the rate of change in the size of the aperture is shown in Fig. 14(a). ) is based on the size of the opening in the state.

重畳範囲の割合が、0%~50%の場合は、図14(c)に示したように、第1の画像光L1と第2の画像光L2の交点Xは、開口Hよりも上方に位置する。 When the ratio of the superimposed range is 0% to 50%, the intersection X of the first image light L1 and the second image light L2 is located above the aperture H, as shown in FIG. 14(c). To position.

重畳範囲の割合が、50%~60%の場合は、図14(b)に示したように、第1の画像光L1と第2の画像光L2の交点Xは、開口H付近に位置する。 When the ratio of the superimposed range is 50% to 60%, the intersection X of the first image light L1 and the second image light L2 is located near the aperture H, as shown in FIG. 14(b). .

重畳範囲の割合が、60%~100%の場合は、図14(a)に示したように、第1の画像光L1と第2の画像光L2の交点Xは、開口Hよりも下方に位置する。 When the ratio of the superimposed range is 60% to 100%, the intersection X of the first image light L1 and the second image light L2 is located below the aperture H, as shown in FIG. 14(a). To position.

以上のことから、図15に示した重畳範囲の割合は、30%≦(第1の反射領域R1と第2の反射領域R2が重なり合っている領域RSの面積)×2/(第1の反射領域R1と第2の反射領域R2の重なり合わないときの合計面積)≦80%の関係を満たすことが好ましい。さらには、50%≦(第1の反射領域R1と第2の反射領域R2が重なり合っている領域RSの面積)×2/(第1の反射領域R1と第2の反射領域R2の重なり合わないときの合計面積)≦60%の関係を満たすことがより好ましい。 From the above, the ratio of the overlapping range shown in FIG. It is preferable that the relationship (total area when region R1 and second reflective region R2 do not overlap)≦80% is satisfied. Furthermore, 50%≦(Area of the region RS where the first reflective region R1 and the second reflective region R2 overlap)×2/(The first reflective region R1 and the second reflective region R2 do not overlap) It is more preferable that the relationship (total area)≦60% is satisfied.

これにより、表示装置10は、図14(a)の状態に比べて、開口Hのサイズを10%以上小さくすることができる。 Thereby, the display device 10 can reduce the size of the opening H by 10% or more compared to the state shown in FIG. 14(a).

なお、図15に示した数値はあくまで一例であり、虚像距離や虚像画角、見下ろし角の仕様、自由曲面ミラー30とフロントガラス50の位置関係、フロントガラス50の形状などによって数値は変化する。 Note that the numerical values shown in FIG. 15 are just an example, and the numerical values change depending on the specifications of the virtual image distance, virtual image angle of view, looking down angle, the positional relationship between the free-form mirror 30 and the windshield 50, the shape of the windshield 50, etc.

図16は、自由曲面ミラーの角度と、画像光の光路の関係を説明する図である。 FIG. 16 is a diagram illustrating the relationship between the angle of the free-form mirror and the optical path of image light.

アイリプス上端の視点位置E1とアイリプス下端の視点位置E2の中心のアイリプス中心位置をE0、アイリプス中心位置E0と自由曲面ミラー30の反射位置を結んだ光路上において、アイリプス中心位置E0から自由曲面ミラー30までの距離をL、アイリプス中心位置E0と自由曲面ミラー30の反射位置を結んだ光路上において、アイリプス中心位置E0からフロントガラス50までの距離をWとする。 The free-form surface mirror 30 is moved from the iris center position E0 on the optical path connecting the iris center position E0 between the viewpoint position E1 at the upper end of the iris and the viewpoint position E2 at the lower end of the iris, and the iris center position E0 and the reflection position of the free-form surface mirror 30. Let L be the distance from the iris center position E0 to the windshield 50 on the optical path connecting the iris center position E0 and the reflection position of the free-form mirror 30.

また、アイリプス中心位置E0からアイリプス上端の視点位置E1およびアイリプス下端の視点位置E2のそれぞれまでの距離をLe、アイリプス中心位置E0から第1の画像光L1と第2の画像光L2の交点Xまでの距離をDとする。 In addition, the distances from the iris center position E0 to the viewpoint position E1 at the upper end of the iris and the viewpoint position E2 at the lower end of the iris are Le, and from the iris center position E0 to the intersection X of the first image light L1 and the second image light L2. Let D be the distance between.

そして、アイリプス中心位置E0からの見下ろし角をβ0、アイリプス上端の視点位置E1からの見下ろし角をβ1、アイリプス下端の視点位置E2からの見下ろし角をβ2とし、第1の画像光L1がアイリプス上端の視点位置E1に到達するときの自由曲面ミラー30の基準角度からの傾きをθ1、第2の画像光L2がアイリプス下端の視点位置E2に到達するときの自由曲面ミラー30の基準角度からの傾きをθ2とする。 Then, the looking down angle from the center position E0 of the iris is β0, the looking down angle from the viewpoint position E1 at the upper end of the iris is β1, the looking down angle from the viewpoint position E2 at the lower end of the iris is β2, and the first image light L1 is at the upper end of the iris. The inclination of the free-form surface mirror 30 from the reference angle when reaching the viewpoint position E1 is θ1, and the inclination of the free-form surface mirror 30 from the reference angle when the second image light L2 reaches the viewpoint position E2 at the lower end of the iris is θ1. Let it be θ2.

ここで、見下ろし角β1とβ2の差分βは自由曲面ミラー30の基準角度からの傾きの和に等しくなる。すなわち、β=β1-β2=θ1+θ2が成り立つ。 Here, the difference β between the downward angles β1 and β2 is equal to the sum of the inclinations of the free-form mirror 30 from the reference angle. That is, β=β1−β2=θ1+θ2 holds true.

以上に基づき、第1の画像光L1と第2の画像光L2の交点Xは、以下の数式が成り立つ場合に、自由曲面ミラー30とフロントガラス50の間に位置する。 Based on the above, the intersection X of the first image light L1 and the second image light L2 is located between the free-form mirror 30 and the windshield 50 when the following formula holds.

W<D<L、ただし、D=Lecos(θ1+θ2)/tan((θ1+θ2)/2) W<D<L, where D=Lecos(θ1+θ2)/tan((θ1+θ2)/2)

すなわち、上記数式を満たすように、自由曲面ミラー30の基準角度からの傾きの和(θ1+θ2)を設定することにより、自由曲面ミラー30とフロントガラス50の間で、第1の画像光L1と第2の画像光L2を確実に交差させることができる。 That is, by setting the sum of the inclinations (θ1+θ2) of the free-form mirror 30 from the reference angle so as to satisfy the above formula, the first image light L1 and the first image light L1 are separated between the free-form mirror 30 and the windshield 50. The two image lights L2 can be reliably intersected.

なお、HUD装置の場合、ナビゲーションや速度表示、路面の障害物検知等の表示を行うことが多いため、画像はアイリプスに対して水平面よりも低い位置に表示されることが望ましい。この場合、β1>β2かつβ2>0となるためβ>0が成り立つ。 Note that in the case of a HUD device, since navigation, speed display, road obstacle detection, etc. are often displayed, it is desirable that the image be displayed at a position lower than the horizontal plane with respect to the iris. In this case, β1>β2 and β2>0, so β>0 holds true.

また、上記数式が成り立つ場合、D=Lの場合と比較すると、β1はより大きくなり、β2はより小さくなる。すなわち、βがより大きくなるため、自由曲面ミラー30の基準角度からの傾きの和(θ1+θ2)をより大きくする必要があることがわかる。 Further, when the above formula holds true, β1 becomes larger and β2 becomes smaller compared to the case where D=L. That is, it can be seen that since β becomes larger, the sum of the inclinations of the free-form surface mirror 30 from the reference angle (θ1+θ2) needs to be made larger.

図17は、実施形態の変形例に係る画像光の光路を説明する図である。 FIG. 17 is a diagram illustrating the optical path of image light according to a modification of the embodiment.

表示装置10は、図12で説明した実施形態に加えて、スクリーン15と自由曲面ミラー30の間の光路中に、平面形状の折返しミラー80(光偏向部の一例)を備える。折返しミラー80は、回転軸801を中心として回転可能であり、スクリーン15から出射される画像光を偏向する。 In addition to the embodiment described in FIG. 12, the display device 10 includes a planar folding mirror 80 (an example of a light deflection section) in the optical path between the screen 15 and the free-form mirror 30. The folding mirror 80 is rotatable about a rotation axis 801 and deflects image light emitted from the screen 15.

これにより、表示装置10は、自由曲面ミラー30に第1の画像光L1が入射する第1の方向と、自由曲面ミラー30に第2の画像光L2が入射する第2の方向の角度差を大きくすることができるため、自由曲面ミラー30とフロントガラス50の間で、第1の画像光L1と第2の画像光L2を容易に交差させることができる。 Thereby, the display device 10 calculates the angular difference between the first direction in which the first image light L1 is incident on the free-form mirror 30 and the second direction in which the second image light L2 is incident on the free-form mirror 30. Since it can be made large, the first image light L1 and the second image light L2 can easily intersect between the free-form mirror 30 and the windshield 50.

以上説明したように、本発明の一実施形態に係る表示装置10は、画像光を出射するスクリーン15(出射部の一例)と、画像光を反射する曲面形状の自由曲面ミラー30(反射部の一例)と、を備え、画像光を反射および透過するフロントガラス50(他の反射部の一例)に向けて自由曲面ミラー30で反射された画像光を出射するとともに、スクリーン15から出射される画像光は、第1の方向及び第1の方向とは異なる第2の方向から自由曲面ミラー30に入射可能であり、自由曲面ミラー30に第1の方向から入射する第1の画像光L1は、自由曲面ミラー30およびフロントガラス50により反射されてアイリプス上端の視点位置E1(第1の基準位置の一例)に到達し、自由曲面ミラー30に第2の方向から入射する第2の画像光L2は、自由曲面ミラー30およびフロントガラス50により反射されてアイリプス上端の視点位置E1よりも低いアイリプス上端の視点位置E2(第2の基準位置の一例)に到達し、第1の画像光L1が自由曲面ミラー30により反射される位置は、第2の画像光L2が自由曲面ミラー30により反射される位置よりも高い。 As described above, the display device 10 according to an embodiment of the present invention includes the screen 15 (an example of an output section) that emits image light, and the free-form mirror 30 (an example of a reflection section) with a curved surface that reflects the image light. (one example), and emits the image light reflected by the free-form mirror 30 toward a windshield 50 (an example of another reflecting part) that reflects and transmits the image light, and also emits the image emitted from the screen 15. The light can enter the free-form mirror 30 from a first direction and a second direction different from the first direction, and the first image light L1 that enters the free-form mirror 30 from the first direction is The second image light L2 is reflected by the free-form mirror 30 and the windshield 50, reaches the viewpoint position E1 (an example of the first reference position) at the upper end of the iris, and enters the free-form mirror 30 from the second direction. , the first image light L1 is reflected by the free-form surface mirror 30 and the windshield 50 and reaches the viewpoint position E2 (an example of a second reference position) at the upper end of the iris, which is lower than the viewpoint position E1 at the upper end of the iris, and the first image light L1 is reflected by the free-form surface mirror 30 and the windshield 50. The position where the second image light L2 is reflected by the mirror 30 is higher than the position where the second image light L2 is reflected by the free-form mirror 30.

これにより、表示装置10は、自由曲面ミラー30とフロントガラス50の間で、アイリプス上端の視点位置E1に到達する複数の画像光A1と、アイリプス下端の視点位置E2に到達する複数の画像光A2と、が占有する領域を低減できるため、表示装置10を設置する際のレイアウトの自由度が向上する。 Thereby, the display device 10 allows a plurality of image lights A1 to reach the viewpoint position E1 at the upper end of the iris between the free-form mirror 30 and the windshield 50, and a plurality of image lights A2 to reach the viewpoint position E2 at the lower end of the iris. Since the area occupied by and can be reduced, the degree of freedom in layout when installing the display device 10 is improved.

また、表示装置10は、画像光を出射するスクリーン15と、画像光を反射する曲面形状の自由曲面ミラー30と、を備え、画像光を反射および透過するフロントガラス50に向けて自由曲面ミラー30で反射された画像光を出射するとともに、スクリーン15から出射される画像光は、第1の方向及び第1の方向とは異なる第2の方向から自由曲面ミラー30に入射可能であり、自由曲面ミラー30に第1の方向から入射する第1の画像光L1は、自由曲面ミラー30およびフロントガラス50により反射されてアイリプス上端の視点位置E1に到達し、自由曲面ミラー30に第2の方向から入射する第2の画像光L2は、自由曲面ミラー30およびフロントガラス50により反射されてアイリプス上端の視点位置E1よりも低いアイリプス上端の視点位置E2に到達し、自由曲面ミラー30とフロントガラス50の間で、第1の画像光L1と第2の画像光L2を交差させる。 The display device 10 also includes a screen 15 that emits image light, and a curved free-form mirror 30 that reflects the image light. The image light reflected by the screen 15 is emitted, and the image light emitted from the screen 15 can enter the free-form surface mirror 30 from the first direction and a second direction different from the first direction. The first image light L1 that enters the mirror 30 from the first direction is reflected by the free-form surface mirror 30 and the windshield 50 and reaches the viewpoint position E1 at the upper end of the iris, and then enters the free-form surface mirror 30 from the second direction. The incident second image light L2 is reflected by the free-form mirror 30 and the windshield 50 and reaches a viewpoint position E2 at the upper end of the iris, which is lower than the viewpoint position E1 at the upper end of the iris, and is reflected by the free-form mirror 30 and the windshield 50. The first image light L1 and the second image light L2 intersect between the two.

これにより、表示装置10は、自由曲面ミラー30とフロントガラス50の間で、第1の画像光L1と第2の画像光L2が占有する領域を低減して、アイリプス上端の視点位置E1に到達する複数の画像光A1と、アイリプス下端の視点位置E2に到達する複数の画像光A2と、が占有する領域を低減することができるため、表示装置10を設置する際のレイアウトの自由度が向上する。 Thereby, the display device 10 reduces the area occupied by the first image light L1 and the second image light L2 between the free-form mirror 30 and the windshield 50, and reaches the viewpoint position E1 at the upper end of the iris. Since the area occupied by the plurality of image lights A1 reaching the viewpoint position E2 at the lower end of the iris can be reduced, the degree of freedom in layout when installing the display device 10 is improved. do.

自由曲面ミラー30とフロントガラス50部の間には、自由曲面ミラー30側の空間とフロントガラス50側の空間を仕切る仕切り部材901が備えられる。そして、仕切り部材901には、自由曲面ミラー30により反射された画像光を透過させる開口H(透過領域の一例)が形成される。 A partition member 901 is provided between the free-form mirror 30 and the windshield 50 to partition the space on the free-form mirror 30 side and the space on the windshield 50 side. The partition member 901 is formed with an opening H (an example of a transmission region) through which the image light reflected by the free-form mirror 30 is transmitted.

表示装置10は、スクリーン15および自由曲面ミラー30を収納する筐体90を備える。本実施形態では、仕切り部材901は、筐体90と一体的に設けられるが、筐体90とは別体で、例えばダッシュボード200と一体的に設けられてもよい。 The display device 10 includes a casing 90 that houses the screen 15 and the free-form mirror 30. In this embodiment, the partition member 901 is provided integrally with the housing 90, but may be provided separately from the housing 90, for example, integrally with the dashboard 200.

この場合、表示装置10は、アイリプス上端の視点位置E1に到達する複数の画像光A1と、アイリプス下端の視点位置E2に到達する複数の画像光A2と、が開口Hの位置において占有する領域Sを低減することにより、開口Hを小さくすることができるため、レイアウトの自由度が向上する。 In this case, the display device 10 has an area S occupied at the position of the aperture H by the plurality of image lights A1 reaching the viewpoint position E1 at the upper end of the iris and the plurality of image lights A2 reaching the viewpoint position E2 at the lower end of the iris. By reducing , the aperture H can be made smaller, which improves the degree of freedom in layout.

表示装置10は、第1の画像光L1を含み、アイリプス上端の視点位置E1に到達する複数の画像光A1が、自由曲面ミラー30により反射される領域を示す第1の反射領域R1と、第2の画像光L2を含み、アイリプス下端の視点位置E2に到達する複数の画像光A2が、自由曲面ミラー30により反射される領域を示す第2の反射領域R2と、が以下の関係を満たすように構成される。 The display device 10 includes a first reflection area R1 indicating an area where a plurality of image lights A1 including the first image light L1 and reaching a viewpoint position E1 at the upper end of the iris is reflected by the free-form surface mirror 30; A second reflection region R2 indicating an area where a plurality of image lights A2 including the second image light L2 and reaching a viewpoint position E2 at the lower end of the iris is reflected by the free-form mirror 30 satisfies the following relationship. It is composed of

30%≦(第1の反射領域R1と第2の反射領域R2が重なり合っている領域RSの面積)×2/(第1の反射領域R1と第2の反射領域R2の重なり合わないときの合計面積)≦80% 30%≦(Area of region RS where first reflective region R1 and second reflective region R2 overlap)×2/(Total when first reflective region R1 and second reflective region R2 do not overlap) area) ≦80%

これにより、表示装置10は、開口Hを確実に小さくすることができるため、レイアウトの自由度が確実に向上する。 Thereby, in the display device 10, the opening H can be reliably made small, so that the degree of freedom in layout is reliably improved.

スクリーン15は、画像光を発散して出射するマイクロレンズ150が配列されたマイクロレンズアレイである。 The screen 15 is a microlens array in which microlenses 150 that diverge and emit image light are arranged.

これにより、スクリーン15から出射される画像光が、第1の方向及び第1の方向とは異なる第2の方向から自由曲面ミラー30に入射可能となり、表示装置10は、自由曲面ミラー30とフロントガラス50の間で、第1の画像光L1と第2の画像光L2を交差させることができる。 This allows the image light emitted from the screen 15 to enter the free-form mirror 30 from the first direction and a second direction different from the first direction, and the display device 10 Between the glasses 50, the first image light L1 and the second image light L2 can intersect.

また、表示装置10は、スクリーン15から出射される画像光を偏向する回転可能な平面形状の折返しミラー80(光偏向部)を備える。 The display device 10 also includes a rotatable planar folding mirror 80 (light deflection unit) that deflects image light emitted from the screen 15.

これにより、表示システム1は、第1の方向と第2の方向の角度差を大きくすることができるため、自由曲面ミラー30とフロントガラス50の間で、第1の画像光L1と第2の画像光L2を容易に交差させることができる。この場合、アイボックスの大きさの課題を考慮しなくてよい場合は、スクリーン15は画像光を発散して出射するものでなくてもよい。 Thereby, the display system 1 can increase the angular difference between the first direction and the second direction, so that the first image light L1 and the second image light L1 can be separated between the free-form mirror 30 and the windshield 50. The image light L2 can be easily crossed. In this case, if there is no need to consider the size of the eyebox, the screen 15 does not need to emit image light in a divergent manner.

さらに、表示装置10は、第1の画像光L1がアイリプス上端の視点位置E1に到達するときの自由曲面ミラー30の傾きθ1と、第2の画像光L2がアイリプス下端の視点位置E2に到達するときの自由曲面ミラー30の傾きθ2が異なるように、自由曲面ミラー30の傾きを変化させる。 Furthermore, the display device 10 has an inclination θ1 of the free-form surface mirror 30 when the first image light L1 reaches the viewpoint position E1 at the upper end of the iris, and a tilt θ1 of the free-form surface mirror 30 when the first image light L1 reaches the viewpoint position E2 at the lower end of the iris. The inclination of the free-form surface mirror 30 is changed so that the inclination θ2 of the free-form surface mirror 30 at each time is different.

これにより、表示装置10は、自由曲面ミラー30とフロントガラス50の間で、第1の画像光L1と第2の画像光L2を容易に交差させることができる。なお、観察系倍率の課題を考慮しなくてよい場合は、自由曲面ミラー30の傾きを変化させることなく、自由曲面ミラー30の反射面の曲率を大きくすることにより、第1の画像光L1と第2の画像光L2を交差させてもよい。 Thereby, the display device 10 can easily cause the first image light L1 and the second image light L2 to intersect between the free-form mirror 30 and the windshield 50. Note that if there is no need to consider the issue of observation system magnification, the first image light L1 and The second image light L2 may be crossed.

そして、アイリプス上端の視点位置E1とアイリプス下端の視点位置E2の中心のアイリプス中心位置をE0、アイリプス中心位置E0と自由曲面ミラー30の反射位置を結んだ光路上において、アイリプス中心位置E0から自由曲面ミラー30までの距離をL、アイリプス中心位置E0と自由曲面ミラー30の反射位置を結んだ光路上において、アイリプス中心位置E0からフロントガラス50までの距離をW、アイリプス中心位置E0からアイリプス上端の視点位置E1およびアイリプス下端の視点位置E2のそれぞれまでの距離をLe、第1の画像光L1がアイリプス上端の視点位置E1に到達するときの自由曲面ミラー30の基準角度からの傾きをθ1、第2の画像光L2がアイリプス下端の視点位置E2に到達するときの自由曲面ミラー30の基準角度からの傾きをθ2とした場合に、以下の数式が成り立つ。 Then, the iris center position at the center of the viewpoint position E1 at the upper end of the iris and the viewpoint position E2 at the lower end of the iris is set to E0, and on the optical path connecting the iris center position E0 and the reflection position of the free-form surface mirror 30, from the iris center position E0 to the free-form surface The distance to the mirror 30 is L, on the optical path connecting the iris center position E0 and the reflection position of the free-form mirror 30, the distance from the iris center position E0 to the windshield 50 is W, and the viewpoint from the iris center position E0 to the top end of the iris Le is the distance to the position E1 and the viewpoint position E2 at the lower end of the iris, θ1 is the inclination from the reference angle of the free-form mirror 30 when the first image light L1 reaches the viewpoint position E1 at the upper end of the iris, and θ1 is the second distance. When the inclination of the free-form surface mirror 30 from the reference angle when the image light L2 reaches the viewpoint position E2 at the lower end of the iris is θ2, the following formula holds true.

W<D<L、ただし、D=Lecos(θ1+θ2)/tan((θ1+θ2)/2) W<D<L, where D=Lecos(θ1+θ2)/tan((θ1+θ2)/2)

これにより、表示装置10は、自由曲面ミラー30とフロントガラス50の間で、第1の画像光L1と第2の画像光L2を確実に交差させることができる。 Thereby, the display device 10 can reliably cause the first image light L1 and the second image light L2 to intersect between the free-form surface mirror 30 and the windshield 50.

以上、実施形態に係る画像形成装置について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。 Although the image forming apparatus according to the embodiment has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications and improvements can be made within the scope of the present invention.

1 表示システム
100 表示装置
10 画像形成ユニット
11 光源装置(光源の一例)
12 ユニット筐体
13 光偏向装置(光偏向部の一例)
14 ミラー
15 スクリーン(出射部の一例)
15R1 画像領域
30 自由曲面ミラー(反射部の一例)
301 回転軸
40 防塵窓
45 虚像
50 フロントガラス(他の反射部の一例)
70 遮光板(遮光部の一例)
80 折り返しミラー(光偏向部の一例)
801 回転軸
90 筐体
901 仕切り部材
H 開口(透過領域の一例)
1 Display system 100 Display device 10 Image forming unit 11 Light source device (an example of a light source)
12 Unit housing 13 Light deflection device (an example of a light deflection unit)
14 Mirror 15 Screen (example of output part)
15R1 Image area 30 Free-form mirror (an example of a reflective part)
301 Rotation axis 40 Dust-proof window 45 Virtual image 50 Windshield (an example of other reflective parts)
70 Light shielding plate (an example of a light shielding part)
80 Reflection mirror (an example of a light deflection part)
801 Rotating shaft 90 Housing 901 Partition member H Opening (an example of a transmission area)

特開2014‐210537JP2014-210537 特開2018‐004788JP2018-004788

Claims (10)

画像光を出射する出射部と、
前記画像光を反射する曲面形状の反射部と、を備え、
前記画像光を反射する他の反射部に向けて、前記反射部で反射された前記画像光を出射する表示装置であって、
前記出射部から出射される前記画像光は、第1の方向及び前記第1の方向とは異なる第2の方向から前記反射部に入射可能であり、
前記反射部に前記第1の方向から入射する第1の画像光は、前記反射部および前記他の反射部により反射されて第1の基準位置に到達し、
前記反射部に前記第2の方向から入射する第2の画像光は、前記反射部および前記他の反射部により反射されて前記第1の基準位置よりも低い第2の基準位置に到達し、
前記第1の画像光が前記反射部により反射される位置は、前記第2の画像光が前記反射部により反射される位置よりも高く、
前記第1の画像光が前記第1の基準位置に到達するときの前記反射部の傾きと、前記前記第2の画像光が前記第2の基準位置に到達するときの前記反射部の傾きが異なるように、反射部の傾きを変化させ、
前記第1の画像光と、前記第2の画像光は、前記反射部と前記他の反射部の間で交差する表示装置。
an output section that outputs image light;
a curved reflecting section that reflects the image light;
A display device that emits the image light reflected by the reflection part toward another reflection part that reflects the image light,
The image light emitted from the emission section can enter the reflection section from a first direction and a second direction different from the first direction,
The first image light incident on the reflecting section from the first direction is reflected by the reflecting section and the other reflecting section and reaches a first reference position,
The second image light incident on the reflecting section from the second direction is reflected by the reflecting section and the other reflecting section and reaches a second reference position lower than the first reference position,
The position at which the first image light is reflected by the reflecting section is higher than the position at which the second image light is reflected by the reflecting section,
The inclination of the reflecting part when the first image light reaches the first reference position and the inclination of the reflecting part when the second image light reaches the second reference position are By changing the inclination of the reflective part,
The first image light and the second image light intersect between the reflecting section and the other reflecting section.
前記反射部と前記他の反射部の間に備えられ、前記反射部側の空間と前記他の反射部側の空間を仕切る仕切り部材に、前記反射部により反射された前記画像光を透過させる透過領域が形成される請求項記載の表示装置。 Transmission for transmitting the image light reflected by the reflecting section through a partition member that is provided between the reflecting section and the other reflecting section and partitions a space on the reflecting section side and a space on the other reflecting section side. The display device according to claim 1 , wherein a region is formed. 前記出射部および前記反射部を収納する筐体を備え、
前記仕切り部材は、前記筐体の一部である請求項記載の表示装置。
comprising a casing that houses the emission section and the reflection section,
The display device according to claim 2 , wherein the partition member is a part of the casing.
前記第1の画像光を含み、前記第1の基準位置に到達する複数の前記画像光が、前記反射部により反射される領域を示す第1の反射領域と、
前記第2の画像光を含み、前記第2の基準位置に到達する複数の前記画像光が、前記反射部により反射される領域を示す第2の反射領域と、が以下の関係を満たす請求項1~の何れか記載の表示装置。
30%≦(第1の反射領域と第2の反射領域が重なり合っている領域の面積)×2/(第1の反射領域と第2の反射領域の重なり合わないときの合計面積)≦80%
a first reflection area indicating an area where a plurality of the image lights including the first image light and reaching the first reference position are reflected by the reflection section;
A second reflective area indicating an area where a plurality of the image lights including the second image light and reaching the second reference position are reflected by the reflecting section satisfies the following relationship. The display device according to any one of 1 to 3 .
30%≦(Area of the area where the first reflective area and the second reflective area overlap)×2/(Total area when the first reflective area and the second reflective area do not overlap)≦80%
前記出射部は、前記画像光を発散して出射する請求項1~の何れか記載の表示装置。 5. The display device according to claim 1, wherein the emitting section diverges and emits the image light. 前記出射部から出射される前記画像光を偏向する光偏向部を備える請求項1~の何れか記載の表示装置。 The display device according to any one of claims 1 to 5 , further comprising a light deflection section that deflects the image light emitted from the emission section. 前記第1の基準位置と前記第2の基準位置の中心の中心位置をE0、中心位置E0と前記反射部の反射位置を結んだ光路上において、前記中心位置E0から前記反射部までの距離をL、前記中心位置E0と前記反射部の反射位置を結んだ光路上において、前記中心位置E0から前記他の反射部までの距離をW、前記中心位置から前記第1の基準位置および前記第2の基準位置のそれぞれまでの距離をLe、前記第1の画像光が前記第1の基準位置に到達するときの前記反射部の基準角度からの傾きをθ1、前記第2の画像光が前記第2の基準位置に到達するときの前記反射部の前記基準角度からの傾きをθ2とした場合に、以下の数式が成り立つ請求項1~6の何れか記載の表示装置。
W<D<L、ただし、D=Lecos(θ1+θ2)/tan((θ1+θ2)/2)
The center position of the center between the first reference position and the second reference position is E0, and the distance from the center position E0 to the reflecting part is on an optical path connecting the center position E0 and the reflection position of the reflecting part. L, on the optical path connecting the center position E0 and the reflection position of the reflection part, W is the distance from the center position E0 to the other reflection part; from the center position to the first reference position and the second reference position; Le is the distance to each of the reference positions, θ1 is the inclination of the reflecting section from the reference angle when the first image light reaches the first reference position, and θ1 is the distance to each of the reference positions of the second image light. 7. The display device according to claim 1 , wherein the following formula holds true, where θ2 is an inclination of the reflecting portion from the reference angle when reaching the reference position of 2.
W<D<L, where D=Lecos(θ1+θ2)/tan((θ1+θ2)/2)
請求項1~の何れか記載の表示装置と、前記他の反射部を備えた表示システム。 A display system comprising the display device according to claim 1 and the other reflective section. 前記他の反射部は、前記反射部で反射された前記画像光を反射および透過する請求項記載の表示システム。 9. The display system according to claim 8 , wherein the other reflecting section reflects and transmits the image light reflected by the reflecting section. 請求項または記載の表示システムを備えた移動体。 A moving body comprising the display system according to claim 8 or 9 .
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023100785A1 (en) * 2021-11-30 2023-06-08 日本精機株式会社 Head-up display device

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060209419A1 (en) 2005-03-16 2006-09-21 Carl Zeiss Jena Gmbh Projection unit for a head-up display
CN203311095U (en) 2013-04-12 2013-11-27 周鑫森 Reflection type color head-up display
JP2014210537A (en) 2013-04-19 2014-11-13 トヨタ自動車株式会社 Head-up display device
DE102010027357B4 (en) 2010-07-16 2017-04-06 Audi Ag Transparent display device for a motor vehicle
DE102016005200A1 (en) 2016-04-29 2017-11-02 Audi Ag Head-up display device with a holographic optical element for a motor vehicle
JP2018004788A (en) 2016-06-29 2018-01-11 本田技研工業株式会社 Head-up display device
JP2018146781A (en) 2017-03-06 2018-09-20 カルソニックカンセイ株式会社 Head-up display device for vehicle
JP2018205509A (en) 2017-06-02 2018-12-27 株式会社デンソー Head-up display device
DE102019131730A1 (en) 2019-11-25 2021-05-27 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Field of view display device for a vehicle

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3206679B2 (en) * 1992-10-05 2001-09-10 矢崎総業株式会社 Display device for vehicles
JPH08197980A (en) * 1994-11-25 1996-08-06 Asahi Glass Co Ltd Holographic display system
KR101806466B1 (en) * 2015-11-17 2017-12-08 현대오트론 주식회사 Apparatus for controlling head-up display and method thereof

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060209419A1 (en) 2005-03-16 2006-09-21 Carl Zeiss Jena Gmbh Projection unit for a head-up display
DE102010027357B4 (en) 2010-07-16 2017-04-06 Audi Ag Transparent display device for a motor vehicle
CN203311095U (en) 2013-04-12 2013-11-27 周鑫森 Reflection type color head-up display
JP2014210537A (en) 2013-04-19 2014-11-13 トヨタ自動車株式会社 Head-up display device
DE102016005200A1 (en) 2016-04-29 2017-11-02 Audi Ag Head-up display device with a holographic optical element for a motor vehicle
JP2018004788A (en) 2016-06-29 2018-01-11 本田技研工業株式会社 Head-up display device
JP2018146781A (en) 2017-03-06 2018-09-20 カルソニックカンセイ株式会社 Head-up display device for vehicle
JP2018205509A (en) 2017-06-02 2018-12-27 株式会社デンソー Head-up display device
DE102019131730A1 (en) 2019-11-25 2021-05-27 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Field of view display device for a vehicle

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