JPH05341226A - Headup display device - Google Patents
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- JPH05341226A JPH05341226A JP15194292A JP15194292A JPH05341226A JP H05341226 A JPH05341226 A JP H05341226A JP 15194292 A JP15194292 A JP 15194292A JP 15194292 A JP15194292 A JP 15194292A JP H05341226 A JPH05341226 A JP H05341226A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ヘッドアップ表示装置
（ＨＵＤ）、特に自動車のスピード等の情報をフロント
ガラス前方に虚像として表示するヘッドアップ表示装置
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a head-up display device (HUD), and more particularly to a head-up display device for displaying information such as vehicle speed as a virtual image in front of the windshield.
【０００２】かかる表示装置は、近年、自動車の運転に
おける安全面等から研究、応用され始めているが、自動
車内に搭載するために特に光学系の小さいものが要求さ
れている。In recent years, such a display device has been researched and applied from the viewpoint of safety in driving a car, but a device having a particularly small optical system is required to be mounted in the car.
【０００３】[0003]
【従来の技術】図１０は、自動車の運転席部に搭載され
るヘッドアップ表示装置の概念的説明図である。１は、
表示素子であり表示情報が生成され、凹面鏡２によりフ
ロントガラス７に拡大投影される。2. Description of the Related Art FIG. 10 is a conceptual explanatory view of a head-up display device mounted on a driver's seat of an automobile. 1 is
Display information, which is a display element, is generated and enlarged and projected on the windshield 7 by the concave mirror 2.
【０００４】表示素子１からのスピード等の運転情報が
フロントガラス７に投影されると、運転者は、フロント
ガラス７を透して、前方の視野に運転情報を虚像として
視認することができる。When the driving information such as the speed from the display element 1 is projected on the windshield 7, the driver can see the driving information as a virtual image in the front field of view through the windshield 7.
【０００５】ここで凹面鏡２により表示素子１の表示情
報の拡大を行う場合、中心光軸を外して表示情報が凹面
鏡２に入射される。従って、コマ収差や非点収差が生
じ、表示される虚像は、図１２に示す如くボケや歪みが
生じる。Here, when the display information of the display element 1 is enlarged by the concave mirror 2, the display information is incident on the concave mirror 2 with the central optical axis removed. Therefore, coma and astigmatism occur, and the displayed virtual image is blurred or distorted as shown in FIG.
【０００６】コマ収差は、レンズ系で説明すると図１１
（１）に示されるように光軸上以外での結像点に対する
収差であり、非点収差は、同様にレンズ系で説明すると
図１１（２）に示されるように画面上の一点に関し、光
軸に対して同心円方向に結像する位置と、放射方向に結
像する位置が異なるために点像を得ることが出来ない収
差である。The coma aberration will be described with reference to the lens system as shown in FIG.
As shown in (1), it is an aberration with respect to an image forming point other than on the optical axis, and astigmatism similarly relates to one point on the screen as shown in FIG. This is an aberration in which a point image cannot be obtained because the image forming position in the concentric direction with respect to the optical axis differs from the image forming position in the radial direction.
【０００７】かかるコマ収差や非点収差は、光学系の拡
大倍率が大きくなる程、顕著に現れてくる。Such coma and astigmatism become more remarkable as the magnification of the optical system increases.
【０００８】一方、光学系の大きさを決める要因として
光学系の拡大倍率がある。近軸近似においては、図１３
を用いると拡大率は、（拡大率＝ａ1 ／ａ0 ＝Ｘ1 ／Ｘ
0 ）で表される。On the other hand, a factor that determines the size of the optical system is the magnification of the optical system. In the paraxial approximation, FIG.
The expansion ratio is (expansion ratio = a 1 / a 0 = X 1 / X
It is represented by 0 ).
【０００９】即ち、ａ0 は実像の大きさ、ａ1 は虚像の
大きさであり、Ｘ0 は実像と凹面鏡２までの距離、Ｘ1
は虚像と凹面鏡２までの距離であり、拡大率は、これら
の比で表される。That is, a 0 is the size of the real image, a 1 is the size of the virtual image, X 0 is the distance between the real image and the concave mirror 2, and X 1
Is the distance between the virtual image and the concave mirror 2, and the magnification is represented by the ratio of these.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】従来の車両用ヘッドア
ップ表示装置は、図１０で説明したように凹面鏡２を用
いているので拡大率が小さい。Since the conventional vehicle head-up display device uses the concave mirror 2 as described with reference to FIG. 10, the enlargement ratio is small.
【００１１】従って、虚像は前方視野と同様位置に表示
されることが好ましいが、表示距離Ｘ1 を大きくする
と、実像と凹面鏡２との距離Ｘ0 も大きくなる。この場
合、光学系が大きくなり、車両内への表示装置の搭載ス
ペースに問題が生じる。Therefore, the virtual image is preferably displayed at the same position as the front visual field, but if the display distance X 1 is increased, the distance X 0 between the real image and the concave mirror 2 is also increased. In this case, the optical system becomes large, which causes a problem in the mounting space of the display device inside the vehicle.
【００１２】反対に光学系を小さくするために実像と凹
面鏡２との距離Ｘ0 を小さくすると、表示距離Ｘ1 が小
さくなり、表示情報は、前方視野より手前に虚像として
表示されるので表示情報を見るために前方視野との間で
視線を移動することが必要となる。On the contrary, if the distance X 0 between the real image and the concave mirror 2 is reduced in order to reduce the size of the optical system, the display distance X 1 is reduced and the display information is displayed as a virtual image in front of the front field of view. It is necessary to move the line of sight to and from the anterior view in order to see.
【００１３】従って、本発明は、コマ収差や非点収差を
低減しながら、より大きな拡大率が得られる小型の光学
系を持ったヘッドアップ表示装置を提供することを目的
とする。Therefore, it is an object of the present invention to provide a head-up display device having a small optical system which can obtain a larger magnification while reducing coma and astigmatism.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明の第一の態様に従
うと、表示素子１と、第１の凹面鏡２と、第２の凹面鏡
３及びシリンドリカル凹面レンズ４を有している。According to a first aspect of the present invention, a display element 1, a first concave mirror 2, a second concave mirror 3 and a cylindrical concave lens 4 are provided.
【００１５】第１の凹面鏡２と第２の凹面鏡３は、相対
角度θで対向配置され、表示素子１の表示情報が、第１
の凹面鏡２に入射角φ（＜θ）で入射し、第２の凹面鏡
３から出射角ψ（＜θ）で出射されるように構成され
る。シリンドリカル凹面レンズ４は、当該レンズの中心
軸が第１の凹面鏡２及び第２の凹面鏡３で折り曲げられ
る光軸を含む面に垂直となるように光路内に置かれる。The first concave mirror 2 and the second concave mirror 3 are arranged so as to face each other at a relative angle θ, and the display information of the display element 1 is the first
The second concave mirror 3 is configured to enter the concave mirror 2 at an incident angle φ (<θ) and exit from the second concave mirror 3 at an outgoing angle ψ (<θ). The cylindrical concave lens 4 is placed in the optical path such that the central axis of the lens is perpendicular to the plane including the optical axis bent by the first concave mirror 2 and the second concave mirror 3.
【００１６】本発明の第二の態様に従うと、表示素子１
と、第１の凹面鏡２と、第２の凹面鏡３及びシリンドリ
カル凸面レンズ５を有している。According to the second aspect of the present invention, the display device 1
And a first concave mirror 2, a second concave mirror 3 and a cylindrical convex lens 5.
【００１７】第１の凹面鏡２と第２の凹面鏡３は、相対
角度θで対向配置され、表示素子１の表示情報が、第１
の凹面鏡２に入射角φ（＜θ）で入射し、第２の凹面鏡
３から出射角ψ（＜θ）で出射されるように構成され
る。シリンドリカル凸面レンズ５は、当該レンズの中心
軸が第１の凹面鏡２及び第２の凹面鏡３で折り曲げられ
る光軸を含む面の面内にあるように光路内に置かれる。The first concave mirror 2 and the second concave mirror 3 are arranged so as to face each other at a relative angle θ, and the display information of the display element 1 is the first
The second concave mirror 3 is configured to enter the concave mirror 2 at an incident angle φ (<θ) and exit from the second concave mirror 3 at an outgoing angle ψ (<θ). The cylindrical convex lens 5 is placed in the optical path such that the central axis of the lens is in the plane of the plane including the optical axes bent by the first concave mirror 2 and the second concave mirror 3.
【００１８】本発明の第三の態様に従うと、シリンドリ
カル凹面レンズ４に代えて円筒凸面反射鏡４１が光路中
に置かれる。According to the third aspect of the present invention, a cylindrical convex reflecting mirror 41 is placed in the optical path in place of the cylindrical concave lens 4.
【００１９】本発明の第四の態様に従うと、シリンドリ
カル凸面レンズ５に代えて円筒凹面反射鏡５１が光路中
に置かれる。According to the fourth aspect of the present invention, a cylindrical concave reflecting mirror 51 is placed in the optical path in place of the cylindrical convex lens 5.
【００２０】本発明の第五の態様に従うと、表示素子１
と、第１の凹面鏡２及び第２の凹面鏡３を有している。
第１の凹面鏡２と第２の凹面鏡３は、相対角度θで対向
配置され、表示素子１の表示情報が、第１の凹面鏡２に
入射角φ（＜θ）で入射し、第２の凹面鏡３から出射角
ψ（＜θ）で出射されるように構成される。According to the fifth aspect of the present invention, the display device 1
And a first concave mirror 2 and a second concave mirror 3.
The first concave mirror 2 and the second concave mirror 3 are arranged to face each other at a relative angle θ, and the display information of the display element 1 is incident on the first concave mirror 2 at an incident angle φ (<θ), and the second concave mirror It is configured to be emitted from 3 at an emission angle ψ (<θ).
【００２１】更に、第１の凹面鏡２及び第２の凹面鏡３
の少なくとも一方は、非球面凹面鏡３０とし、非球面凹
面鏡３０で曲げられる光軸を含む面に垂直な面の方向
（３０Ａ）の焦点距離ｆH は、方向（３０Ａ）に垂直な
方向（３０Ｂ）の焦点距離ｆVより短くされている。Further, the first concave mirror 2 and the second concave mirror 3
At least one of them is an aspherical concave mirror 30, and the focal length f H in the direction (30A) of the surface perpendicular to the surface including the optical axis bent by the aspherical concave mirror 30 is the direction (30B) perpendicular to the direction (30A). Is shorter than the focal length f V of .
【００２２】本発明の第六の態様に従うと、第五の態様
において、非球面凹面鏡３０の非球面が、回転楕円体面
の一部或いは、トロイダル局面である。According to the sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect, the aspherical surface of the aspherical concave mirror 30 is a part of the spheroidal surface or a toroidal aspect.
【００２３】本発明の第七の態様に従うと、第１の凹面
鏡２、第２の凹面鏡３、円筒凸面反射鏡４１、円筒凹面
反射鏡５１、及び非球面凹面鏡（３０）に代え、それぞ
れの機能を反射型ホログラムで構成している。According to the seventh aspect of the present invention, the first concave mirror 2, the second concave mirror 3, the cylindrical convex reflecting mirror 41, the cylindrical concave reflecting mirror 51, and the aspherical concave mirror (30) are replaced by respective functions. Is composed of a reflection hologram.
【００２４】[0024]
【作用】第１の凹面鏡２及び第２の凹面鏡３が相対角度
θで対向配置され、さらに、表示情報がθよりも小さい
入射角φで凹面鏡２に入射されて、これら２つの凹面鏡
を経由するように構成している。このため第２の凹面鏡
３で生じるコマ収差は、第１の凹面鏡２で生じたコマ収
差を打ち消すような方向に生じる。これにより、光学系
全体としてコマ収差を減じることができる。The first concave mirror 2 and the second concave mirror 3 are arranged so as to face each other at a relative angle θ, and further, display information is incident on the concave mirror 2 at an incident angle φ smaller than θ and passes through these two concave mirrors. Is configured as follows. Therefore, the coma aberration generated by the second concave mirror 3 occurs in a direction that cancels the coma aberration generated by the first concave mirror 2. As a result, coma can be reduced in the entire optical system.
【００２５】更に、光路中にシリンドリカル凹面レンズ
４又はシリンドリカル凸面レンズ５が備えられ、これに
より非点収差を減少する。Further, a cylindrical concave lens 4 or a cylindrical convex lens 5 is provided in the optical path to reduce astigmatism.
【００２６】また、光路中に置かれる円筒凸面反射鏡４
１又は円筒凹面反射鏡５１は、シリンドリカルレンズと
等価の機能を果たすべくシリンドリカルレンズに代えて
備えられる。A cylindrical convex reflecting mirror 4 placed in the optical path
The 1 or cylindrical concave reflecting mirror 51 is provided in place of the cylindrical lens in order to perform a function equivalent to that of the cylindrical lens.
【００２７】更に、第１の凹面鏡２及び第２の凹面鏡３
の少なくとも一方を、非球面凹面鏡３０とすることによ
り、シリンドリカルレンズ又は円筒面反射鏡の機能であ
る非点収差の減少を凹面鏡自体に持たせることができ
る。Further, the first concave mirror 2 and the second concave mirror 3
By using at least one of them as the aspherical concave mirror 30, the concave mirror itself can be provided with a function of a cylindrical lens or a cylindrical reflecting mirror to reduce astigmatism.
【００２８】反射型ホログラムはその作成条件によっ
て、凹面鏡、円筒面反射鏡及び非球面凹面鏡３０の機能
を持たすことが可能である。反射型ホログラムを用いる
ことでより小型の光学系が実現できる。The reflective hologram can have the functions of a concave mirror, a cylindrical reflecting mirror, and an aspherical concave mirror 30, depending on the production conditions. A smaller optical system can be realized by using the reflection hologram.
【００２９】[0029]
【実施例】図１は、本発明の原理を説明する図である。
２つの凹面鏡２、３は、角度θで対向配置されている。
１は、表示素子であり、蛍光表示管あるいは、液晶表示
ユニットで構成される。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of the present invention.
The two concave mirrors 2 and 3 are arranged to face each other at an angle θ.
Reference numeral 1 denotes a display element, which is composed of a fluorescent display tube or a liquid crystal display unit.
【００３０】表示素子１から出た表示情報が第１の凹面
鏡２に入射角φ（＜θ）で入射する。凹面鏡２で反射し
た表示情報は、ついで第２の凹面鏡３に入射し、そこか
ら再び反射して、図の矢印方向に出射角ψ（＜θ）で出
射し車両のフロントガラスに向かう。Display information emitted from the display element 1 is incident on the first concave mirror 2 at an incident angle φ (<θ). The display information reflected by the concave mirror 2 then enters the second concave mirror 3, is reflected again from there, and is emitted at an emission angle ψ (<θ) in the direction of the arrow toward the windshield of the vehicle.
【００３１】この時２つの凹面鏡２、３は、角度θで対
向配置されているので、凹面鏡２への入射光と凹面鏡３
からの出射光のなす角度は２θである。At this time, since the two concave mirrors 2 and 3 are arranged to face each other at an angle θ, the incident light to the concave mirror 2 and the concave mirror 3
The angle formed by the light emitted from is 2θ.
【００３２】表示素子１から出た表示情報は、第２の凹
面鏡３から拡大されて出射する。The display information output from the display element 1 is magnified and output from the second concave mirror 3.
【００３３】ここで、表示素子１から出た表示情報は、
凹面鏡２にその光軸をはずれて入射するので凹面鏡２か
ら反射される時にコマ収差が生じる。しかし、コマ収差
が生じた凹面鏡２からの反射光は、凹面鏡３に入射し、
反射される時にコマ収差は、減少する。Here, the display information output from the display element 1 is
Since the light enters the concave mirror 2 off its optical axis, coma aberration occurs when reflected from the concave mirror 2. However, the reflected light from the concave mirror 2 in which coma has occurred enters the concave mirror 3,
Coma aberrations are reduced when reflected.
【００３４】これは、凹面鏡２と凹面鏡３が角度θで対
向配置されているので凹面鏡２により生じたコマ収差に
対し、それを打ち消す方向に凹面鏡３によりコマ収差が
生じるためである。This is because the concave mirror 2 and the concave mirror 3 are arranged to face each other at an angle θ, so that the coma generated by the concave mirror 2 causes coma by the concave mirror 3 in a direction to cancel the coma.
【００３５】本発明は、かかるコマ収差を減少する構成
を基本原理としている。The present invention has a basic principle of a structure for reducing such coma aberration.
【００３６】しかし、上記図１の原理構成のみではコマ
収差を減少することはできるが、非点収差が残る。従っ
て、以下説明する本発明に従う各実施例は、非点収差も
補正することができるようにした構成である。However, although the coma aberration can be reduced only by the principle configuration of FIG. 1, astigmatism remains. Therefore, each of the embodiments according to the present invention described below has a configuration capable of correcting astigmatism.
【００３７】即ち、図２、図３に示す本発明の第一、第
二の実施例は、図１の原理構成において、更に光路途中
にシリンドリカル凹面レンズ４（図２）及びシリンドリ
カル凸面レンズ５（図３）を備えたものである。That is, in the first and second embodiments of the present invention shown in FIGS. 2 and 3, in the principle configuration of FIG. 1, a cylindrical concave lens 4 (FIG. 2) and a cylindrical convex lens 5 ( (FIG. 3).
【００３８】図２では、シリンドリカル凹面レンズ４
を、表示素子１と第１の凹面鏡２との間に備えている。
このシリンドリカル凹面レンズ４は、その円筒面の中心
軸が凹面鏡２で曲げられる光軸を含む面に対して垂直で
あるように配置される。In FIG. 2, the cylindrical concave lens 4 is shown.
Is provided between the display element 1 and the first concave mirror 2.
The cylindrical concave lens 4 is arranged so that the central axis of its cylindrical surface is perpendicular to the surface including the optical axis bent by the concave mirror 2.
【００３９】図３では、シリンドリカル凸面レンズ５
を、表示素子１と第１の凹面鏡２との間に備えている。
このシリンドリカル凸面レンズ５は、その円筒面の中心
軸が凹面鏡２で曲げられる光軸を含む面の面内にあるよ
うに光路内に置かれている。In FIG. 3, the cylindrical convex lens 5 is
Is provided between the display element 1 and the first concave mirror 2.
The cylindrical convex lens 5 is placed in the optical path such that the central axis of the cylindrical surface is within the plane including the optical axis bent by the concave mirror 2.
【００４０】かかる構成により、図２、図３のシリンド
リカル凹面レンズ４又はシリンドリカル凸面レンズ５の
いずれによっても凹面鏡２、３で生じる非点収差を補正
することができる。With this configuration, it is possible to correct the astigmatism produced by the concave mirrors 2 and 3 by either the cylindrical concave lens 4 or the cylindrical convex lens 5 shown in FIGS.
【００４１】即ち、図２におけるシリンドリカル凹面レ
ンズ４は、シリンドリカル凹面レンズ４の円周方向の結
像位置を近くに移動し、シリンドリカル凹面レンズ４の
円筒面の軸方向の結像位置に一致させるようにして非点
収差を無くしている。That is, the cylindrical concave lens 4 in FIG. 2 moves the image forming position of the cylindrical concave lens 4 in the circumferential direction to the vicinity so as to coincide with the image forming position of the cylindrical surface of the cylindrical concave lens 4 in the axial direction. To eliminate astigmatism.
【００４２】一方、図３におけるシリンドリカル凸面レ
ンズ５は、シリンドリカル凸面レンズ５の円周方向の結
像位置を遠方に移動し、シリンドリカル凸面レンズ５の
円筒面の軸方向の結像位置に一致させるようにして非点
収差を無くしている。On the other hand, the cylindrical convex lens 5 in FIG. 3 moves the image forming position in the circumferential direction of the cylindrical convex lens 5 to the distant position so as to match the image forming position in the axial direction of the cylindrical surface of the cylindrical convex lens 5. To eliminate astigmatism.
【００４３】尚、第１の凹面鏡２と第２の凹面鏡３との
なす相対角度θを９０度以下とすることにより図示する
様に、表示素子１から第１の凹面鏡２に入射する光軸と
第２の凹面鏡３から反射する光軸とが交差する。By setting the relative angle θ between the first concave mirror 2 and the second concave mirror 3 to 90 degrees or less, as shown in FIG. The optical axis reflected from the second concave mirror 3 intersects.
【００４４】必要により光軸を交差させることにより、
素子１から表示情報が投影されるフロントウインド７
（図１０）への光路を小型にし車両の運転席形状に適合
させることが出来る。By intersecting the optical axes if necessary,
Front window 7 on which display information is projected from the element 1
The light path to (Fig. 10) can be made small and adapted to the driver's seat shape of the vehicle.
【００４５】従って、本発明は、かかる光路が交差する
場合に限定されないが、以下他の実施例においても同様
の光路構成である。Therefore, the present invention is not limited to the case where the optical paths intersect each other, but the same optical path configuration is used in the other embodiments below.
【００４６】図４、図５は、本発明の第三、第四の実施
例であり、それぞれ図２、図３のシリンドリカル凹面レ
ンズ４及びシリンドリカル凸面レンズ５の代わりに、円
筒凸面反射鏡４１及び円筒凹面反射鏡５１に置き代える
ものである。FIGS. 4 and 5 are third and fourth embodiments of the present invention. Instead of the cylindrical concave lens 4 and the cylindrical convex lens 5 of FIGS. 2 and 3, respectively, a cylindrical convex reflecting mirror 41 and It replaces the cylindrical concave reflecting mirror 51.
【００４７】円筒凸面反射鏡４１は、円筒面の軸が凹面
鏡２で曲げられる光軸を含む面に対し、垂直であるよう
に配置される。一方、円筒凹面反射鏡５１は、円筒面の
軸が凹面鏡２で曲げられる光軸を含む面内に有るように
配置される。The cylindrical convex reflecting mirror 41 is arranged so that the axis of the cylindrical surface is perpendicular to the surface including the optical axis bent by the concave mirror 2. On the other hand, the cylindrical concave reflecting mirror 51 is arranged so that the axis of the cylindrical surface is in the plane including the optical axis bent by the concave mirror 2.
【００４８】かかる構成により、図４、図５の円筒凸面
反射鏡４１又は円筒凹面反射鏡５１のいずれによっても
凹面鏡２、３で生じる非点収差を補正することができ
る。With this arrangement, astigmatism produced by the concave mirrors 2 and 3 can be corrected by either the cylindrical convex reflecting mirror 41 or the cylindrical concave reflecting mirror 51 shown in FIGS.
【００４９】図６は、本発明の第五の実施例であり、凹
面鏡２、３の少なくとも一方を反射面が非球面となるよ
うに構成するものである。図では、凹面鏡３を非球面凹
面鏡３０としている。FIG. 6 shows a fifth embodiment of the present invention, in which at least one of the concave mirrors 2 and 3 is constructed so that the reflecting surface is an aspherical surface. In the figure, the concave mirror 3 is an aspherical concave mirror 30.
【００５０】かかる実施例は、例えば、図２の第一の実
施例におけるシリンドリカル凹面レンズ４の機能と凹面
鏡３の機能をひとつの非球面凹面鏡３０で実現するもの
である。これにより、凹面鏡２と非球面凹面鏡３０と
で、コマ収差と非点収差を無くすことができる。In this embodiment, for example, the function of the cylindrical concave lens 4 and the function of the concave mirror 3 in the first embodiment of FIG. 2 are realized by one aspherical concave mirror 30. Accordingly, the concave mirror 2 and the aspherical concave mirror 30 can eliminate coma and astigmatism.
【００５１】本実施例における非球面凹面鏡３０の特徴
は、方向によって焦点距離が異なる点にある。即ち、非
球面凹面鏡３０で曲げられる光軸を含む面に垂直な方向
を非球面凹面鏡３０の横方向、非球面凹面鏡３０で曲げ
られる光軸を含む面内にある方向を非球面凹面鏡３０の
縦方向とする。The feature of the aspherical concave mirror 30 in this embodiment is that the focal length differs depending on the direction. That is, the direction perpendicular to the surface including the optical axis bent by the aspherical concave mirror 30 is the lateral direction of the aspherical concave mirror 30, and the direction within the surface including the optical axis bent by the aspherical concave mirror 30 is the longitudinal direction of the aspherical concave mirror 30. Direction.
【００５２】この場合、図７に示す３０Ａが非球面凹面
鏡３０の横方向、３０Ｂが非球面凹面鏡３０の縦方向で
ある。横方向の焦点距離ｆH は、縦方向の焦点距離ｆV
より短く、平行光束を非球面凹面鏡３０に入射すると、
図のように結像する特性を有している。In this case, 30A shown in FIG. 7 is the horizontal direction of the aspherical concave mirror 30, and 30B is the vertical direction of the aspherical concave mirror 30. The focal length fH in the horizontal direction is the focal length fV in the vertical direction.
When a shorter, parallel light flux enters the aspherical concave mirror 30,
It has the characteristic of forming an image as shown.
【００５３】このような特性を持つ面として、楕円を楕
円の軸を回転軸として回転させてできる回転楕円体の面
（図８（１））や、円弧をその円弧の曲率半径と異なる
半径で回転させてできるトロイダル曲面（図８（２））
等がある。As a surface having such characteristics, a surface of a spheroid formed by rotating an ellipse about the axis of the ellipse (FIG. 8 (1)) or an arc having a radius different from the radius of curvature of the arc. Toroidal curved surface formed by rotating (Fig. 8 (2))
Etc.
【００５４】図７に示す非球面凹面鏡３０の特徴と、図
１１（２）の非点収差を説明する図を比較すると、図７
の横方向の焦点位置と縦方向の焦点位置の関係は、図１
１の同心円方向の焦点位置と放射方向の焦点位置の関係
と逆になっている。Comparing the features of the aspherical concave mirror 30 shown in FIG. 7 with the diagram for explaining the astigmatism in FIG.
The relationship between the horizontal focus position and the vertical focus position of
The relationship between the focal position in the concentric direction and the focal position in the radial direction of 1 is opposite.
【００５５】従って、図７に示す非球面凹面鏡３０によ
って、図１１（２）の非点収差を補正することが理解で
きる。Therefore, it can be understood that the astigmatism of FIG. 11 (2) is corrected by the aspherical concave mirror 30 shown in FIG.
【００５６】図９は、本発明の第六の実施例であり、２
つの凹面鏡２及び３の間に、平面鏡６を設けている。こ
うすることにより、表示素子１と、凹面鏡２及び３の配
置に融通性を与え、光学系の設計が容易になる。FIG. 9 shows a sixth embodiment of the present invention, and
A plane mirror 6 is provided between the two concave mirrors 2 and 3. This gives flexibility to the arrangement of the display element 1 and the concave mirrors 2 and 3, and facilitates the design of the optical system.
【００５７】以上説明した実施例において、第１の凹面
鏡２、第２の凹面鏡３、円筒凸面反射鏡４１、円筒凹面
反射鏡５１、及び非球面凹面鏡３０に代え、それぞれの
機能を反射型ホログラムで構成することが可能である。In the embodiment described above, the first concave mirror 2, the second concave mirror 3, the cylindrical convex reflecting mirror 41, the cylindrical concave reflecting mirror 51, and the aspherical concave mirror 30 are replaced with reflective holograms for their respective functions. It is possible to configure.
【００５８】ホログラムは、所定の反射鏡に重ねられた
乾板にレーザ光を照射して、照射光と反射鏡で反射され
た光によって発生する干渉縞を乾板に記録することによ
り、等価的に所定の反射鏡と同様の特性を得ることがで
きる。このためホログラムは、平板で実現できるので取
付けが簡単になる。The hologram is equivalently predetermined by irradiating a dry plate laminated on a predetermined reflecting mirror with laser light and recording interference fringes generated by the irradiation light and the light reflected by the reflecting mirror on the dry plate. It is possible to obtain the same characteristics as those of the reflector. For this reason, the hologram can be realized by a flat plate, so that the mounting becomes easy.
【００５９】反射型ホログラムは特定の波長域の光のみ
を反射する波長選択性がある。従って、表示素子１の発
光波長と反射型ホログラムの反射波長とを同じ波長域に
すれば、表示素子１の発光部分のみを虚像として表示す
ることができる。The reflective hologram has wavelength selectivity that reflects only light in a specific wavelength range. Therefore, if the emission wavelength of the display element 1 and the reflection wavelength of the reflection hologram are in the same wavelength range, only the emission portion of the display element 1 can be displayed as a virtual image.
【００６０】このため反射型ホログラムを用いた場合、
全ての波長域の光を反射する凹面鏡によっては表示され
てしまう表示に関係しない表示素子面の縁や配線等を表
示することがない。Therefore, when the reflection hologram is used,
There is no need to display the edges of the display element surface, wiring, and the like that are not related to the display that is displayed by the concave mirror that reflects light in all wavelength regions.
【００６１】更に、上記実施例では、コマ収差や非点収
差を補正するために、表示素子１から第１の凹面鏡２、
第２の凹面鏡３を通り観察者に至る光軸は同一面にあ
る。しかし、実際に車両に搭載する場合には上記平面か
ら外れて傾いた方向に虚像を出射する必要も生じる。Further, in the above embodiment, in order to correct coma and astigmatism, the display element 1 to the first concave mirror 2,
The optical axes passing through the second concave mirror 3 and reaching the observer are on the same plane. However, when actually mounted on a vehicle, it is necessary to emit a virtual image in a direction that deviates from the plane and is inclined.
【００６２】この場合は、凹面鏡の配置はそのままに、
表示素子１の位置を上記平面から外れた位置に配置する
ことにより、斜め方向に虚像を出射することが可能であ
る。In this case, the arrangement of the concave mirror is unchanged,
By arranging the position of the display element 1 off the plane, it is possible to emit a virtual image in an oblique direction.
【００６３】[0063]
【効果】以上説明したように、本発明に従えば、凹面鏡
を対向配置することによりコマ収差を低減し、シリンド
リカルレンズ等で非点収差を補正することができる。As described above, according to the present invention, it is possible to reduce the coma aberration by disposing the concave mirrors facing each other and correct the astigmatism with a cylindrical lens or the like.
【００６４】これにより、従来より拡大率が大きくかつ
小型の光学系の表示装置が可能である。As a result, it is possible to provide a display device having an optical system having a larger enlargement ratio and a smaller size than ever before.
【図１】本発明の原理図を示す。FIG. 1 shows the principle of the present invention.
【図２】本発明の第一の実施例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.
【図３】本発明の第二の実施例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.
【図４】本発明の第三の実施例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a third embodiment of the present invention.
【図５】本発明の第四の実施例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a fourth embodiment of the present invention.
【図６】本発明の第五の実施例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a fifth embodiment of the present invention.
【図７】本発明の第五の実施例に使用される非球面凹面
鏡の特性を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing characteristics of an aspherical concave mirror used in a fifth embodiment of the present invention.
【図８】非球面凹面鏡の光学特性を有する面の例を示す
図である。FIG. 8 is a diagram showing an example of a surface having optical characteristics of an aspherical concave mirror.
【図９】本発明の第六の実施例を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a sixth embodiment of the present invention.
【図１０】ヘッドアップディスプレイの説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram of a head-up display.
【図１１】コマ収差と非点収差の説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram of coma and astigmatism.
【図１２】従来の表示装置の表示例を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a display example of a conventional display device.
【図１３】光学系と拡大倍率の説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram of an optical system and a magnifying power.
１ 表示素子 ２ 第１の凹面鏡 ３ 第２の凹面鏡 ４ シリンドリカル凹面レンズ ５ シリンドリカル凸面レンズ ４１ 円筒凸面反射鏡 ５１ 円筒凹面反射鏡 ３０ 非球面凹面鏡 1 Display Element 2 First Concave Mirror 3 Second Concave Mirror 4 Cylindrical Concave Lens 5 Cylindrical Convex Lens 41 Cylindrical Convex Reflector 51 Cylindrical Concave Reflector 30 Aspherical Concave Mirror
Claims (7)
と、第２の凹面鏡（３）及びシリンドリカル凹面レンズ
（４）を有し、 該第１の凹面鏡（２）と第２の凹面鏡（３）は、相対角
度θで対向配置され、該表示素子（１）の表示情報が、
該第１の凹面鏡（２）に入射角φ（＜θ）で入射し、該
第２の凹面鏡（３）から出射角ψ（＜θ）で出射される
ように構成され、 該シリンドリカル凹面レンズ（４）は、当該レンズの中
心軸が該第１の凹面鏡（２）及び第２の凹面鏡（３）で
折り曲げられる光軸を含む面に垂直となるように光路内
に置かれることを特徴とするヘッドアップ表示装置。1. A display element (1) and a first concave mirror (2).
And a second concave mirror (3) and a cylindrical concave lens (4), the first concave mirror (2) and the second concave mirror (3) are arranged to face each other at a relative angle θ, and the display element ( The display information of 1) is
The first concave mirror (2) is configured to enter at an incident angle φ (<θ) and exit from the second concave mirror (3) at an outgoing angle ψ (<θ), and the cylindrical concave lens ( 4) is characterized in that it is placed in the optical path such that the central axis of the lens is perpendicular to the plane including the optical axis bent by the first concave mirror (2) and the second concave mirror (3). Head-up display device.
と、第２の凹面鏡（３）及びシリンドリカル凸面レンズ
（５）を有し、 該第１の凹面鏡（２）と第２の凹面鏡（３）は、相対角
度θで対向配置され、該表示素子（１）の表示情報が、
該第１の凹面鏡（２）に入射角φ（＜θ）で入射し、該
第２の凹面鏡（３）から出射角ψ（＜θ）で出射される
ように構成され、 該シリンドリカル凸面レンズ（５）は、当該レンズの中
心軸が該第１の凹面鏡（２）及び第２の凹面鏡（３）で
折り曲げられる光軸を含む面の面内にあるように光路内
に置かれることを特徴とするヘッドアップ表示装置。2. A display element (1) and a first concave mirror (2).
And a second concave mirror (3) and a cylindrical convex lens (5), the first concave mirror (2) and the second concave mirror (3) are arranged to face each other at a relative angle θ, and the display element ( The display information of 1) is
It is configured so that it enters the first concave mirror (2) at an incident angle φ (<θ) and exits from the second concave mirror (3) at an outgoing angle ψ (<θ), and the cylindrical convex lens ( 5) is characterized in that it is placed in the optical path such that the central axis of the lens is in the plane of the plane including the optical axes bent by the first concave mirror (2) and the second concave mirror (3). Head-up display device.
射鏡（４１）が光路中に置かれることを特徴とするヘッ
ドアップ表示装置。3. The head-up display device according to claim 1, wherein a cylindrical convex reflecting mirror (41) is placed in the optical path in place of the cylindrical concave lens (4).
射鏡（５１）が光路中に置かれる。ことを特徴とするヘ
ッドアップ表示装置。4. The cylindrical concave reflecting mirror (51) according to claim 2, instead of the cylindrical convex lens (5), is placed in the optical path. A head-up display device characterized by the above.
び第２の凹面鏡（３）を有し、 該第１の凹面鏡（２）と該第２の凹面鏡（３）は、相対
角度θで対向配置され、該表示素子（１）の表示情報
が、該第１の凹面鏡（２）に入射角φ（＜θ）で入射
し、該第２の凹面鏡（３）から出射角ψ（＜θ）で出射
されるように構成され、 該第１の凹面鏡（２）及び第２の凹面鏡（３）の少なく
とも一方を、非球面凹面鏡（３０）とし、該非球面凹面
鏡（３０）で曲げられる光軸を含む面に垂直な面の方向
（３０Ａ）の焦点距離（ｆH ）は、該方向（３０Ａ）に
垂直な方向（３０Ｂ）の焦点距離（ｆV ）より短くされ
たことを特徴とするヘッドアップ表示装置。5. A display element (1), a first concave mirror (2) and a second concave mirror (3), wherein the first concave mirror (2) and the second concave mirror (3) are Display information of the display element (1) is arranged to face each other at a relative angle θ, enters the first concave mirror (2) at an incident angle φ (<θ), and exits from the second concave mirror (3). The first concave mirror (2) and the second concave mirror (3) are configured to emit light with ψ (<θ), and the aspherical concave mirror (30) is used as the aspherical concave mirror (30). The focal length (fH) in the direction (30A) perpendicular to the plane including the optical axis to be bent is shorter than the focal length (fV) in the direction (30B) perpendicular to the direction (30A). Head-up display device.
部或いは、トロイダル曲面であることを特徴とするヘッ
ドアップ表示装置。6. The head-up display device according to claim 5, wherein the aspherical surface of the aspherical concave mirror (30) is a part of a spheroid or a toroidal curved surface.
凸面反射鏡（４１）、該円筒凹面反射鏡（５１）及び非
球面凹面鏡（３０）に代え、それぞれの機能を反射型ホ
ログラムで構成したことを特徴とするヘッドアップ表示
装置。7. The first concave mirror (2), the second concave mirror (3), the cylindrical convex reflecting mirror (41), the cylindrical concave reflecting mirror (51) and an aspherical surface according to claim 1. A head-up display device characterized in that each function is constituted by a reflection hologram instead of the concave mirror (30).
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20010612 |