JP7531145B2 - ヘッドアップディスプレイ - Google Patents
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Description
以下、図1~4を用いて、実施の形態1を説明する。
[1-1-1.ヘッドアップディスプレイの全体構成]
本開示のヘッドアップディスプレイ100の具体的な実施の形態及び実施例を、図面を参照して、以下、説明する。
第2レンズ121は、図2に示すように表示デバイス110よりも車両200の前方方向に位置する。第2レンズ121は、図2に示すように、図2のXZ平面視において、基準光線Lcに対して反時計回り方向に傾けて配置されている。これにより、外光が筐体内に進入して、表示デバイス110の表示面または第1ミラー122に反射することによる迷光を防ぐことができる。
実施の形態1に係るヘッドアップディスプレイの一例としてのヘッドアップディスプレイ100は、ウインドシールド220(透過性の反射部材の一例)に画像を投影して観察者Dに虚像Iを視認させるヘッドアップディスプレイである。ヘッドアップディスプレイ100は、表示デバイスの一例としての表示デバイス110と、投影光学系140と、を備える。表示デバイス110は、画像を表示する。投影光学系140は、表示デバイス110により表示された画像を中間像Mとして結像する作用を有する。投影光学系140に含まれる第1レンズ123は、基準光線Lcに対して傾けて配置される。したがって、投影光学系140内に外光が入射した場合であっても、外光が第1レンズ123等に反射することによる迷光を抑制することができる。また、投影光学系140は、表示デバイス110からの光路の順に、集光作用を有する第1レンズ123、発散作用を有する第1光学素子の一例としての第2ミラー124を備える。このように、実施の形態1に係るヘッドアップディスプレイ100では、表示デバイス110からの光路の順において、負のパワーを有し中間像Mを結像する第2ミラー124よりも前に、正のパワーを有する第1レンズ123を配置してテレフォト配置とした。したがって、リレー光学系120の全長を短縮し、第1レンズ123自体を小型化することで、ヘッドアップディスプレイ100を小型化することができる。
次に、図5を用いて、実施の形態2を説明する。
図5は、実施の形態2に係るヘッドアップディスプレイ100を説明するための光路を説明する模式図である。図5に示すように、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ100は、実施の形態1における第1レンズと第2レンズに該当する第1レンズ部126aと第2レンズ部126bが一体に形成された第3レンズ126を備える。
実施の形態2に係るヘッドアップディスプレイの一例としてのヘッドアップディスプレイ100は、観察者Dに虚像Iを視認させるヘッドアップディスプレイである。ヘッドアップディスプレイ100は、表示デバイスの一例としての表示デバイス110と、投影光学系140と、を備える。表示デバイス110は、画像を表示する。投影光学系140は、表示デバイス110により表示された画像を中間像Mとして結像する作用を有する。投影光学系140に含まれる第3レンズ126は、基準光線Lcに対して傾けて配置される。したがって、投影光学系140内に外光が入射した場合であっても、外光が第3レンズ126等に反射することによる迷光を抑制することができる。また、投影光学系140は、表示デバイス110からの光路の順に、集光作用を有する第3レンズ126、発散作用を有する第1光学素子の一例としての第2ミラー124を備える。第3レンズ126は、実施の形態1における第1レンズ123と第2レンズ121に該当する第1レンズ部126aと第2レンズ部126bとを一体に形成したレンズである。このように、実施の形態2に係るヘッドアップディスプレイ100では、表示デバイス110からの光路の順に、第3レンズ126と、第2ミラー124とを配置した。したがって、中間像Mを第1レンズ部126aの出射側に近い位置に形成することができ、第1レンズ部126a自体を小型化することができる。その結果、ヘッドアップディスプレイ100を小型化することができる。また、第3レンズ126では、実施の形態1における第2レンズ121と第1レンズ123とを一体に形成している。そのため、部品点数を減らし、ヘッドアップディスプレイ100の製造コストを低減することができる。
次に、図6を用いて、実施の形態3を説明する。
図6は、実施の形態3に係るヘッドアップディスプレイ100を説明するための光路を説明する模式図である。図6に示すように、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ100は、第2光学素子の他の例として、第4レンズ127を備える。
実施の形態3に係るヘッドアップディスプレイの一例としてのヘッドアップディスプレイ100は、観察者Dに虚像Iを視認させるヘッドアップディスプレイである。ヘッドアップディスプレイ100は、表示デバイスの一例としての表示デバイス110と、投影光学系140と、を備える。表示デバイス110は、画像を表示する。投影光学系140は、表示デバイス110により表示された画像を中間像Mとして結像する作用を有する。投影光学系140に含まれる第1レンズ123は、基準光線Lcに対して傾けて配置される。したがって、投影光学系140内に外光が入射した場合であっても、外光が第1レンズ123、第2レンズ121、あるいは第4レンズ127に反射することによる迷光を抑制することができる。また、投影光学系140は、表示デバイス110からの光路の順に、第2光学素子の一例としての第4レンズ127、集光作用を有する第1レンズ123、発散作用を有する第1光学素子の一例としての第2ミラー124を備える。このように、実施の形態3に係るヘッドアップディスプレイ100では、表示デバイス110からの光路の順において、負のパワーを有し中間像Mを結像する第2ミラー124よりも前に、正のパワーを有する第1レンズ123を配置してテレフォト配置を実現した。したがって、リレー光学系120の全長を短縮し、第1レンズ123自体を小型化することで、ヘッドアップディスプレイ100を小型化することができる。
次に、図7を用いて、実施の形態4を説明する。
図7は、実施の形態4に係るヘッドアップディスプレイ100を説明するための光路を説明する模式図である。図7に示すように、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ100は、第1ミラー122から第2ミラー124までの光路において、第1レンズ123の前に第5レンズ128を備える。
実施の形態4に係るヘッドアップディスプレイの一例としてのヘッドアップディスプレイ100は、観察者Dに虚像Iを視認させるヘッドアップディスプレイである。ヘッドアップディスプレイ100は、表示デバイスの一例としての表示デバイス110と、投影光学系140と、を備える。表示デバイス110は、画像を表示する。投影光学系140は、表示デバイス110により表示された画像を中間像Mとして結像する作用を有する。投影光学系140に含まれる第1レンズ123は、基準光線Lcに対して傾けて配置される。したがって、投影光学系140内に外光が入射した場合であっても、外光が第5レンズ128等に反射することによる迷光を抑制することができる。また、投影光学系140は、表示デバイス110からの光路の順に、集光作用を有する第1レンズ123、発散作用を有する第1光学素子の一例としての第2ミラー124を備える。このように、実施の形態4に係るヘッドアップディスプレイ100では、表示デバイス110からの光路の順において、負のパワーを有し中間像Mを結像する第2ミラー124よりも前に、正のパワーを有する第1レンズ123を配置してテレフォト配置とした。したがって、リレー光学系120の全長を短縮し、第1レンズ123自体を小型化することで、ヘッドアップディスプレイ100を小型化することができる。さらに、表示デバイス110からの光路の順において、第1レンズ123よりも前に第5レンズ128を配置している。そのため、第5レンズ128の負の屈折力により、第1レンズ123で発生する色収差を抑制することができる。
次に、図8を用いて、実施の形態5を説明する。
図8は、実施の形態5に係るヘッドアップディスプレイ100を説明するための光路を説明する模式図である。図8に示すように、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ100は、第2ミラー124から第3ミラー125までの光路の順に、中間像Mよりも後に第6レンズ129を備える。
実施の形態5に係るヘッドアップディスプレイの一例としてのヘッドアップディスプレイ100は、観察者Dに虚像Iを視認させるヘッドアップディスプレイである。ヘッドアップディスプレイ100は、表示デバイスの一例としての表示デバイス110と、投影光学系140と、を備える。表示デバイス110は、画像を表示する。投影光学系140は、表示デバイス110により表示された画像を中間像Mとして結像する作用を有する。投影光学系140に含まれる第1レンズ123は、基準光線Lcに対して傾けて配置される。したがって、投影光学系140内に外光が入射した場合であっても、外光が第6レンズ129等に反射することによる迷光を抑制することができる。また、投影光学系140は、表示デバイス110からの光路の順に、集光作用を有する第1レンズ123、発散作用を有する第1光学素子の一例としての第2ミラー124を備える。このように、実施の形態5に係るヘッドアップディスプレイ100では、表示デバイス110からの光路の順において、負のパワーを有し中間像Mを結像する第2ミラー124よりも前に、正のパワーを有する第1レンズ123を配置してテレフォト配置とした。したがって、リレー光学系120の全長を短縮し、第1レンズ123自体を小型化することで、ヘッドアップディスプレイ100を小型化することができる。さらに、表示デバイス110からの光路の順において、リレー光学系120よりも後ろに第6レンズ129を配置している。そのため、リレー光学系120の光学素子の収差補正負担を軽減し、高画質化を図ることができる。
次に、図9を用いて、実施の形態6を説明する。
図9は、実施の形態6に係るヘッドアップディスプレイ100を説明するための光路を説明する模式図である。図9に示すように、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ100は、第1光学素子の他の例として、第7レンズ150を備える。
実施の形態6に係るヘッドアップディスプレイの一例としてのヘッドアップディスプレイ100は、観察者Dに虚像Iを視認させるヘッドアップディスプレイである。ヘッドアップディスプレイ100は、表示デバイスの一例としての表示デバイス110と、投影光学系140と、を備える。表示デバイス110は、画像を表示する。投影光学系140は、表示デバイス110により表示された画像を中間像Mとして結像する作用を有する。投影光学系140に含まれる第1レンズ123は、基準光線Lcに対して傾けて配置される。したがって、投影光学系140内に外光が入射した場合であっても、外光が第7レンズ150等に反射することによる迷光を抑制することができる。また、投影光学系140は、表示デバイス110からの光路の順に、集光作用を有する第1レンズ123、第1光学素子の一例としての第7レンズ150を備える。このように、実施の形態6に係るヘッドアップディスプレイ100では、表示デバイス110からの光路の順において、負のパワーを有し中間像Mを結像する第7レンズ150よりも前に、正のパワーを有する第1レンズ123を配置してテレフォト配置とした。したがって、リレー光学系120の全長を短縮し、第1レンズ123自体を小型化することで、ヘッドアップディスプレイ100を小型化することができる。
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態1~6を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態1~6で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
(1)本開示のヘッドアップディスプレイは、透過性の反射部材に画像を投影して観察者に虚像を視認させるヘッドアップディスプレイであって、前記画像を表示する表示デバイスと、前記表示デバイスに表示された前記画像を、前記観察者に虚像として投影する投影光学系と、を備える。前記投影光学系は、前記画像を中間像として結像する作用を有し、集光作用を有する第1レンズと、発散作用を有する第1光学素子と、を備える。前記第1レンズおよび前記第1光学素子は、前記表示デバイスからの光路の順に配置されている。前記観察者の視点領域の中心に到達し、前記虚像の中心に相当する光線を基準光線としたとき、前記第1レンズは、前記基準光線に対して傾けて配置されている。
110 表示デバイス
120 リレー光学系
121 第2レンズ
122 第1ミラー
123 第1レンズ
124 第2ミラー
125 第3ミラー
126 第3レンズ
127 第4レンズ
128 第5レンズ
129 第6レンズ
130 投射光学系
140 投影光学系
150 第7レンズ
200 車両
210 ダッシュボード
220 ウインドシールド
300 視点領域
D 観察者
I 虚像
M 中間像
L 光線
Lc 基準光線
Claims (12)
- 透過性の反射部材に原画像から形成する投影画像を投影して観察者に虚像を視認させるヘッドアップディスプレイであって、
前記原画像を前記投影画像にする所定の領域の光線を出射するデバイスと、
前記原画像から前記投影画像を形成し、前記投影画像を前記観察者に虚像として投影する投影光学系と、を備え、
前記投影光学系は、
前記デバイスから出射した光線によって、前記原画像を中間像として結像し、前記中間像から前記投影画像を形成する作用を有し、
前記デバイスから出射した光線を反射する第1ミラーと、
前記第1ミラーが反射した光線を集光する第1レンズと、
光線を反射して前記中間像を形成する第2ミラーと、
前記中間像を形成した光線を前記投影画像として前記反射部材へ反射する第3ミラーと、を備え、
前記第1ミラー、前記第1レンズ、前記第2ミラー、および、前記第3ミラーは、前記反射部材への光路の順に配置され、
前記第1ミラーは、前記デバイスから出射した前記所定の領域の光線を反射面の配置と形状により前記第1レンズに向けて反射し、
前記観察者の視点領域の中心に到達し、前記虚像の中心に相当する光線を基準光線としたとき、前記第1レンズは、前記基準光線に対して傾けて配置されている、
ヘッドアップディスプレイ。 - 前記第1レンズは、上方側が下方側に比べて前記第2ミラーに近くなるように、前記基準光線に対して傾けて配置されている、
請求項1に記載のヘッドアップディスプレイ。 - 前記第1レンズは、前記基準光線に対して垂直な平面に対して15度から30度までの間の角度傾けて配置されている、
請求項2に記載のヘッドアップディスプレイ。 - 前記第2ミラーと前記第3ミラーの間の光路は空中であり、
前記中間像は、前記第2ミラーと前記第3ミラーの間の光路上の空中に形成される空中像である、
請求項1に記載のヘッドアップディスプレイ。 - 前記中間像は、前記第3ミラーよりも前記第2ミラーの近くの位置で形成される、
請求項4に記載のヘッドアップディスプレイ。 - 前記第3ミラーは凹面ミラーである、
請求項1に記載のヘッドアップディスプレイ。 - 前記第3ミラーは自由曲面形状である、
請求項6に記載のヘッドアップディスプレイ。 - 前記第2ミラーは自由曲面形状である、
請求項1に記載のヘッドアップディスプレイ。 - 前記投影光学系は、
前記デバイスと前記第1ミラーとの間に配置され、前記デバイスから出射した光線を集光する第2レンズを備える、
請求項1に記載のヘッドアップディスプレイ。 - 前記観察者の視点領域の中心に到達し、前記虚像の中心に相当する光線を基準光線としたとき、前記第1ミラーは、前記第1ミラーに入射する基準光線に対して、前記第1レンズの方向へ反射する基準光線の方向を変更する、
請求項1に記載のヘッドアップディスプレイ。 - 前記第1ミラーと前記第1レンズの間の光路は空中であり、
前記第1レンズは、前記第1ミラーが反射した光線を直接入射する、
請求項10に記載のヘッドアップディスプレイ。 - 前記第2ミラーは、前記第1ミラーが反射した基準光線の方向に対して、前記第3ミラーの方向へ反射する基準光線の方向を変更する、
請求項10に記載のヘッドアップディスプレイ。
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