JPH0949979A - Display device - Google Patents

Display device

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Publication number
JPH0949979A
JPH0949979A JP22468995A JP22468995A JPH0949979A JP H0949979 A JPH0949979 A JP H0949979A JP 22468995 A JP22468995 A JP 22468995A JP 22468995 A JP22468995 A JP 22468995A JP H0949979 A JPH0949979 A JP H0949979A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical path
optical
display device
rotationally symmetric
optical element
Prior art date
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Pending
Application number
JP22468995A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masayuki Fujita
雅幸 藤田
Toshihiko Sugibuchi
俊彦 杉渕
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Shimadzu Corp filed Critical Shimadzu Corp
Priority to JP22468995A priority Critical patent/JPH0949979A/en
Publication of JPH0949979A publication Critical patent/JPH0949979A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a display device capable of separating a position, on which a virtual image to be observed is clearly formed, far apart from an observer, being miniaturized and being arranged in a limited space by providing the device with a reflection surface composed of an off-axis rotary symmetric aspherical surface except a paraboloid in an optical system. SOLUTION: The display device 1 constituting, for example, a vehicle head up display is provided with a picture display device 2 and an optical system, and the optical system is composed of a first optical element 3 and a second optical element 4 opposed to the first optical element 3. At least one of the reflection surface 8 of the first optical element 3 and the reflection surface 12 of the second optical element 4 is made to be an off-axis rotary symmetric aspherical surface except a paraboloid. By this constitution, since the optical path of picture display light is changed by the reflection surface composed of the off-axis rotary symmetric aspherical surface except a paraboloid, parameters for determining the position, on which a virtual image is clearly formed, are increased compared with a planar mirror, a toric mirror, a concave mirror of off-axis paraboloid of revolution and a spherical concave mirror.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、車両や船舶等の乗
物に搭載されるヘッドアップディスプレイとして用いる
のに適した表示装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a display device suitable for use as a head-up display mounted on vehicles such as vehicles and ships.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えばナビゲーション情報を車両のドラ
イバーに提供する表示装置として、ヘッドアップディス
プレイを用いることが提案されている。すなわち、その
ナビゲーション情報に対応する画像の表示器と、ドライ
バーの前方に配置されるコンバイナーを有する光学系と
を備え、その表示器から出射される画像表示光の光路を
光学系により変更してドライバーの瞳に導くことによ
り、そのコンバイナーの前方に形成される虚像をドライ
バーに視認させるものである。
2. Description of the Related Art For example, it has been proposed to use a head-up display as a display device for providing navigation information to a vehicle driver. That is, a driver for displaying an image corresponding to the navigation information and an optical system having a combiner arranged in front of the driver are provided, and the optical path of the image display light emitted from the display is changed by the optical system. By leading to the pupil, the virtual image formed in front of the combiner is made visible to the driver.

【0003】その光学系を構成する光学素子としては、
平面鏡、トリック鏡、軸はずし回転放物凹面鏡、球凹面
鏡、球凹面鏡と同等の光学特性を有する回折格子を、単
独あるいは組み合わせて用い、その光学素子の反射面や
回折面により画像表示光の光路を変更している。
As an optical element constituting the optical system,
A plane mirror, a trick mirror, an off-axis rotating parabolic concave mirror, a spherical concave mirror, or a diffraction grating having the same optical characteristics as a spherical concave mirror is used alone or in combination, and the optical path of the image display light is changed by the reflecting surface or diffracting surface of the optical element. Have changed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】その観察対象の虚像の
結像位置がドライバーに近接していると、車両前方の実
際の景色を注視している状態から虚像を認識するまでに
時間を要し、運転上好ましくない。そのため、車両前方
の実際の景色と虚像とをすばやく認識するため、その虚
像の結像位置をドライバーの前遠方とする必要がある。
When the image forming position of the virtual image of the observation object is close to the driver, it takes time to recognize the virtual image from the state of gazing at the actual scenery in front of the vehicle. It is not preferable for driving. Therefore, in order to quickly recognize the actual scenery and the virtual image in front of the vehicle, it is necessary to set the image formation position of the virtual image to the front of the driver.

【0005】従来の表示装置における光学系の反射面や
回折面を構成する光学素子は、平面鏡、トリック鏡、軸
はずし回転放物凹面鏡、球凹面鏡、球凹面鏡と同等の光
学特性を有する回折格子であるため、その虚像をドライ
バーの前遠方において明瞭に結像させるためには、その
画像表示光の出射面と光学素子との間の光学距離、光学
素子相互間の光学距離、コンバイナーとドライバーの瞳
との間の光学距離を長くし、画像表示光の光路長を長く
する必要がある。
The optical elements constituting the reflecting surface and the diffracting surface of the optical system in the conventional display device are plane mirrors, trick mirrors, off-axis rotation parabolic concave mirrors, spherical concave mirrors, and diffraction gratings having the same optical characteristics as spherical concave mirrors. Therefore, in order to clearly form the virtual image in front of the driver, the optical distance between the exit surface of the image display light and the optical element, the optical distance between the optical elements, the combiner and the pupil of the driver. It is necessary to lengthen the optical distance between and and the optical path length of the image display light.

【0006】しかし、車両におけるドライバーの前方ス
ペースは制限されているため、そのような光学距離を長
くすると表示装置が大型化し、車両に搭載するのが困難
になる。
However, since the space in front of the driver in the vehicle is limited, if the optical distance is increased, the display device becomes large and it becomes difficult to mount it on the vehicle.

【0007】本発明は、上記課題を解決することのでき
る表示装置を提供することを目的とする。
It is an object of the present invention to provide a display device which can solve the above problems.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、画像表示光の
出射手段と、観察者の前方に配置される半透明の光路変
更面を有する光学系とを備え、その光路変更面の前方に
観察対象の虚像を形成するように、その光学系により画
像表示光の光路を変更する表示装置において、その光学
系は、放物面を除く軸はずし回転対称非球面により構成
される反射面を有することを特徴とする。さらに本発明
は、その反射面に代えて、あるいは、その反射面と共
に、放物面を除く軸はずし回転対称非球面により構成さ
れる反射面と同等の光学特性を有する回折面を有するこ
とを特徴とする。その回転対称非球面は、xyz座標空
間において、ρ2 =x2 +y2 、c=1/R、Kを2次
曲面係数、αiを非球面係数として、
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention comprises an image display light emitting means and an optical system having a semitransparent optical path changing surface arranged in front of an observer, and is provided in front of the optical path changing surface. In a display device in which the optical system changes the optical path of image display light so as to form a virtual image of an observation target, the optical system has a reflecting surface composed of an off-axis rotationally symmetric aspheric surface excluding a paraboloid. It is characterized by Furthermore, the present invention is characterized by having a diffractive surface having optical characteristics equivalent to that of a reflecting surface formed by an off-axis rotationally symmetric aspherical surface other than a parabolic surface instead of or together with the reflecting surface. And The rotationally symmetric aspherical surface has ρ 2 = x 2 + y 2 , c = 1 / R, K is a quadric surface coefficient and αi is an aspherical surface coefficient in xyz coordinate space.

【数2】 により特定され、そのRは2次曲面係数Kと非球面係数
αiとを零とした時の球面の半径であり、少なくとも一
つの非球面係数は零ではない。
[Equation 2] R is the radius of the spherical surface when the quadric surface coefficient K and the aspherical surface coefficient αi are zero, and at least one aspherical surface coefficient is not zero.

【0009】本発明の構成によれば、放物面を除く軸は
ずし回転対称非球面により構成される反射面、あるい
は、その反射面と同等の光学特性を有する回折面によ
り、画像表示光の光路を変更するので、平面鏡、トリッ
ク鏡、軸はずし回転放物凹面鏡、球凹面鏡に比べ、その
虚像を明瞭に結像できる位置を決定するパラメータが多
くなる。すなわち、その放物面を除く軸はずし回転対称
非球面を定義する2次曲面係数や非球面係数に応じて
も、その虚像が明瞭に結像される位置を決定することが
できる。これにより、画像表示光の光路長を長くするこ
となく、その虚像を明瞭に結像できる位置を前遠方に離
すことができ、表示装置を小型化して制限されたスペー
スに搭載することが可能になる。
According to the structure of the present invention, the optical path of the image display light is formed by the reflecting surface constituted by the off-axis rotationally symmetric aspherical surface excluding the parabolic surface or the diffractive surface having the same optical characteristics as the reflecting surface. Therefore, compared to a plane mirror, a trick mirror, an off-axis rotation parabolic concave mirror, and a spherical concave mirror, there are more parameters that determine the position where the virtual image can be clearly formed. That is, the position at which the virtual image is clearly formed can be determined according to the quadratic surface coefficient or the aspherical surface coefficient that defines the off-axis rotationally symmetric aspherical surface other than the parabolic surface. As a result, the position where the virtual image can be clearly formed can be separated to the front and far without increasing the optical path length of the image display light, and the display device can be miniaturized and installed in a limited space. Become.

【0010】その観察者の前方に配置される半透明の光
路変更面に対向する光路変更面を有し、両光路変更面の
少なくとも一方が、放物面を除く軸はずし回転対称非球
面により構成される反射面、または、放物面を除く軸は
ずし回転対称非球面により構成される反射面と同等の光
学特性を有する回折面とされているのが好ましい。これ
により、両光路変更面の相対配置も、その虚像が明瞭に
結像される位置を決定するためのパラメータとすること
ができ、より収差を小さくして表示虚像の歪みの低減を
図ることができる。さらに、両光路変更面を放物面を除
く軸はずし回転対称非球面とすることで、より収差を小
さくして表示虚像の歪みの低減を図ることができる。
It has an optical path changing surface facing a semitransparent optical path changing surface arranged in front of the observer, and at least one of the both optical path changing surfaces is constituted by an off-axis rotationally symmetric aspheric surface excluding a parabolic surface. It is preferable that the reflecting surface is a diffractive surface having the same optical characteristics as that of the reflecting surface or a reflecting surface formed by an off-axis rotationally symmetric aspherical surface other than a parabolic surface. As a result, the relative arrangement of both optical path changing surfaces can be used as a parameter for determining the position where the virtual image is clearly formed, and the aberration can be further reduced to reduce the distortion of the display virtual image. it can. Furthermore, by making the both optical path changing surfaces be off-axis rotationally symmetric aspheric surfaces excluding a parabolic surface, it is possible to further reduce aberrations and reduce distortion of the display virtual image.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】図1は、車両用ヘッドアップディ
スプレイを構成する第1実施形態の表示装置1を示し、
画像表示器2と、光学系とを備え、その光学系は、第1
光学素子3と、この第1光学素子3に対向する第2光学
素子4とにより構成されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows a display device 1 of a first embodiment constituting a vehicle head-up display,
The image display 2 and the optical system are provided, and the optical system is the first
It is composed of an optical element 3 and a second optical element 4 facing the first optical element 3.

【0012】その画像表示器2はダッシュボード7に内
蔵され、例えば透過型液晶表示器により構成され、その
画像表示面6からナビゲーション情報等に対応する画像
の表示光Lを出射する。
The image display 2 is built in the dashboard 7 and is composed of, for example, a transmissive liquid crystal display, and the display light L of an image corresponding to navigation information or the like is emitted from the image display surface 6.

【0013】その第1光学素子3はダッシュボード7に
内蔵される全反射鏡により構成され、画像表示光Lの光
路変更面として反射面8を有する。その第1光学素子3
の反射面8において反射した画像表示光Lは、ダッシュ
ボード7に形成された開口を覆う透明板9を介して第2
光学素子4に至る。
The first optical element 3 is composed of a total reflection mirror built in the dashboard 7 and has a reflection surface 8 as an optical path changing surface of the image display light L. The first optical element 3
The image display light L reflected by the reflecting surface 8 of the second light is transmitted through the transparent plate 9 that covers the opening formed in the dashboard 7 to the second light.
It reaches the optical element 4.

【0014】その第2光学素子4は、ダッシュボード7
上に配置されることでドライバー(観察者)の前方に配
置されるコンバイナーにより構成され、画像表示光Lの
光路変更面として反射面12を有する。その第2光学素
子4の反射面12において反射した画像表示光Lは、第
2光学素子4の前方からの光と共にドライバーの瞳13
に導かれる。これにより、その第2光学素子4の反射面
12の前方位置Pの虚像をドライバーは視認する。
The second optical element 4 is a dashboard 7
The combiner is arranged in front of the driver (observer) by being arranged above, and has the reflecting surface 12 as an optical path changing surface of the image display light L. The image display light L reflected by the reflecting surface 12 of the second optical element 4 is combined with the light from the front of the second optical element 4 and the pupil 13 of the driver.
Be led to. As a result, the driver visually recognizes the virtual image at the front position P of the reflecting surface 12 of the second optical element 4.

【0015】本第1実施形態においては、その第1光学
素子3の反射面8と第2光学素子4の反射面12の少な
くとも一方が放物面を除く軸はずし回転対称非球面とさ
れる。例えば、第1光学素子3の反射面8が放物面を除
く軸はずし回転対称非球面以外の平面、凹球面、トリッ
ク面等とされ、第2光学素子4の反射面12が放物面を
除く軸はずし回転対称非球面とされたり、あるいは、第
1光学素子3の反射面8が放物面を除く軸はずし回転対
称非球面とされ、第2光学素子4の反射面12が平面、
凹球面、トリック面等とされたり、あるいは、両反射面
8、12が放物面を除く軸はずし回転対称非球面とされ
る。
In the first embodiment, at least one of the reflecting surface 8 of the first optical element 3 and the reflecting surface 12 of the second optical element 4 is an off-axis rotationally symmetric aspheric surface excluding a parabolic surface. For example, the reflecting surface 8 of the first optical element 3 is a plane other than an off-axis rotationally symmetric aspherical surface other than a paraboloid, a concave spherical surface, a trick surface, etc., and the reflecting surface 12 of the second optical element 4 is a parabolic surface. Excluding the off-axis rotationally symmetric aspherical surface, or the reflecting surface 8 of the first optical element 3 is the off-axis rotationally symmetric aspherical surface excluding the parabolic surface, and the reflecting surface 12 of the second optical element 4 is a flat surface.
It may be a concave spherical surface, a trick surface, or the like, or both reflection surfaces 8 and 12 may be off-axis rotationally symmetric aspherical surfaces other than paraboloids.

【0016】その放物面を除く軸はずし回転対称非球面
は、xyz座標空間において下記の数式により特定され
る非球面において、その非球面の回転対称軸から偏心し
た中心を有する面である。なお、その数式において、ρ
2 =x2 +y2 、c=1/Rである。また、その数式
は、2次曲面係数Kと非球面係数αiとを零とした時に
球面を表し、その球面の半径がRであり、少なくとも一
つの非球面係数は零ではない。
The off-axis rotationally symmetric aspherical surface other than the paraboloid is a surface having an eccentric center from the rotationally symmetric axis of the aspherical surface in the aspherical surface specified by the following mathematical formula in the xyz coordinate space. In the equation, ρ
2 = x 2 + y 2 and c = 1 / R. The mathematical expression represents a spherical surface when the quadratic surface coefficient K and the aspherical surface coefficient αi are set to zero, the radius of the spherical surface is R, and at least one aspherical surface coefficient is not zero.

【0017】[0017]

【数3】 (Equation 3)

【0018】例えば図2に示すように、その数式の座標
系のxz平面において、その非球面が図中破線で示すよ
うな形状を有する場合、その非球面の回転対称軸である
z軸からx軸方向に図中eだけ偏心した中心を有する図
中実線で示す面が、放物面を除く軸はずし回転対称非球
面となる。その放物面を除く軸はずし回転対称非球面を
定義する曲率1/R、2次曲面係数K、非球面係数αi
は、表示器2における実像に対する観察対象の虚像の倍
率、表示器2からドライバーの瞳13までの光路長、ド
ライバーの瞳13に対する画像表示面6と各光学素子
3、4の反射面8、12の相対角度に応じて、その虚像
をドライバーの前遠方位置に明瞭に形成できるように決
定する。なお、観察対象の虚像をドライバーの前遠方位
置に明瞭に形成できれば、そのρの次数は限定されな
い。また、両反射面8、12を共に放物面を除く軸はず
し回転対称非球面とする場合、一方の反射面の非球面係
数αiは零であってもよい。
For example, as shown in FIG. 2, in the xz plane of the coordinate system of the mathematical formula, when the aspherical surface has a shape as shown by the broken line in the figure, x is from the z axis which is the rotational symmetry axis of the aspherical surface. A surface shown by a solid line in the drawing having a center eccentric by e in the axial direction is an off-axis rotationally symmetric aspheric surface excluding a parabolic surface. A curvature 1 / R, a quadric surface coefficient K, and an aspherical surface coefficient αi that define an off-axis rotationally symmetric aspherical surface excluding the paraboloid
Is the magnification of the virtual image of the observation target with respect to the real image on the display 2, the optical path length from the display 2 to the driver's pupil 13, the image display surface 6 with respect to the driver's pupil 13, and the reflecting surfaces 8 and 12 of the optical elements 3 and 4. The virtual image is determined so that it can be clearly formed at the far front position of the driver according to the relative angle of. Note that the order of ρ is not limited as long as the virtual image of the observation target can be clearly formed at the far front position of the driver. When both reflecting surfaces 8 and 12 are off-axis rotationally symmetric aspheric surfaces excluding a parabolic surface, the aspherical surface coefficient α i of one reflecting surface may be zero.

【0019】図3は、車両用ヘッドアップディスプレイ
を構成する第2実施形態の表示装置1′を示す。上記第
1実施形態との相違は、第2光学素子4を構成するコン
バイナの反射面12に代えて、反射率を有する半透明の
フロントガラス11の一部を反射面12′とし、第1光
学素子3の反射面8を放物面を除く軸はずし回転対称非
球面とする点にある。なお、フロントガラス11は一般
に、ポイント毎に曲率の異なる水平断面を有することか
ら、その反射面12′は非球面なトリック面となる。他
は第1実施形態と同様で、同一部分は同一符号で示す。
FIG. 3 shows a display device 1'of a second embodiment which constitutes a vehicle head-up display. The difference from the first embodiment is that instead of the reflecting surface 12 of the combiner forming the second optical element 4, a part of the semi-transparent windshield 11 having a reflectance is used as the reflecting surface 12 ', This is at the point where the reflecting surface 8 of the element 3 is a rotationally symmetric aspherical surface excluding the parabolic surface. Since the windshield 11 generally has a horizontal cross section having different curvatures at each point, its reflecting surface 12 'is an aspheric trick surface. Other parts are the same as those of the first embodiment, and the same parts are denoted by the same reference numerals.

【0020】図4は、車両用ヘッドアップディスプレイ
を構成する第3実施形態の表示装置1″を示す。上記第
1実施形態との相違は、第1光学素子3をなくし、第2
光学素子4の反射面12を放物面を除く軸はずし回転対
称非球面とし、その軸はずし回転対称非球面において、
画像表示面6から出射される画像表示光Lを直接反射す
るようにした点にある。他は第1実施形態と同様で、同
一部分は同一符号で示す。
4 shows a display device 1 "of a third embodiment constituting a vehicle head-up display. The difference from the first embodiment is that the first optical element 3 is eliminated and the second optical element is omitted.
The reflecting surface 12 of the optical element 4 is an off-axis rotationally symmetric aspherical surface excluding a parabolic surface, and in the off-axis rotationally symmetric aspherical surface,
The point is that the image display light L emitted from the image display surface 6 is directly reflected. Other parts are the same as those of the first embodiment, and the same parts are denoted by the same reference numerals.

【0021】上記各実施形態では、画像表示光Lの光路
を、放物面を除く軸はずし回転対称非球面により構成さ
れる反射面により変更したが、その反射面に代えて、そ
の放物面を除く軸はずし回転対称非球面により構成され
る反射面と同等の光学特性を有する回折面を用いて光路
変更してもよい。
In each of the above-mentioned embodiments, the optical path of the image display light L is changed by the reflecting surface constituted by the off-axis rotationally symmetric aspherical surface excluding the parabolic surface. However, instead of the reflecting surface, the parabolic surface is changed. The optical path may be changed by using a diffractive surface having optical characteristics equivalent to that of a reflecting surface formed by an off-axis rotationally symmetric aspheric surface other than.

【0022】また、画像表示器2と第1光学素子3と
を、ダッシュボード7上や他の位置に配置してもよい。
The image display 2 and the first optical element 3 may be arranged on the dashboard 7 or at other positions.

【0023】また、本発明は自動車以外の例えば船舶等
の表示装置にも適用でき、また、その表示画像の内容も
ナビゲーション情報に限定されるものではない。
Further, the present invention can be applied to a display device such as a ship other than an automobile, and the content of the display image is not limited to the navigation information.

【0024】[0024]

【第1実施例】図5〜図7は、上記第1実施形態におい
て、第1光学素子3の反射面8を平面鏡により構成し、
第2光学素子4の反射面12を放物面を除く軸はずし回
転対称非球面により構成した場合の、第1実施例の光路
を示す。本第1実施例において、観察対象の虚像の位置
Pはドライバーの瞳13の中心から前方に2mである。
また、その放物面を除く軸はずし回転対称非球面の回転
対称軸からの前記偏心量eは約100mmである。ま
た、観察対象の虚像の大きさに対応する表示視野は、上
下画角が2.26°、左右画角が3.0°である。ま
た、各瞳サイズは上下方向に40mm、左右方向に11
0mmであり、この瞳サイズの範囲に瞳があれば、上記
表示視野の虚像を欠けることなく観察できる。その放物
面を除く軸はずし回転対称非球面の2次曲面係数はK=
−0.41573、非球面係数αi (i=1〜10)は
α1 =0.394997546×10-3、α2 =−0.
107837985×10-8、α3 =−0.29226
1795×10-13 、α4 =−0.219421651
×10-19 、α5 =0.386929154×1
-22 、α6 =0.631947195×10-27 、α
7 =−0.136442866×10-31 、α8 =−
0.179278111×10-35 、α9 =−0.58
1806977×10-40 、α10=0.3449245
54×10-44 である。また、以下の表1に、画像表示
面6、各反射面8、12、およびドライバーの瞳13
の、曲率半径、頂点位置、および法線角度を示す。な
お、頂点位置は、画像表示面6と第1光学素子3の反射
面8にあっては光軸との交点であり、第2光学素子4の
反射面12にあっては回転対象軸との交点である。各頂
点位置は、ドライバーの瞳13の中心を原点として、前
後方向をZ軸、上下方向をX軸とし、後方および上方に
向かう方向が正の座標により示す。また、法線方向は、
各頂点位置における法線の方向を、後方に向かう方向を
零として示す。
First Example FIGS. 5 to 7 show that in the first embodiment, the reflecting surface 8 of the first optical element 3 is constituted by a plane mirror,
2 shows the optical path of the first embodiment when the reflecting surface 12 of the second optical element 4 is constituted by an off-axis rotationally symmetric aspheric surface excluding a parabolic surface. In the first embodiment, the position P of the virtual image of the observation target is 2 m forward from the center of the driver's pupil 13.
The eccentric amount e from the axis of rotational symmetry of the off-axis rotationally symmetric aspherical surface excluding the paraboloid is about 100 mm. Further, the display field of view corresponding to the size of the virtual image of the observation target has a vertical angle of view of 2.26 ° and a horizontal angle of view of 3.0 °. The size of each pupil is 40 mm in the vertical direction and 11 in the horizontal direction.
It is 0 mm, and if the pupil is in this pupil size range, the virtual image in the display field can be observed without being missing. The quadratic surface coefficient of the off-axis rotationally symmetric aspheric surface excluding the paraboloid is K =
-0.41573, aspheric coefficients α i (i = 1~10) is α 1 = 0.394997546 × 10 -3, α 2 = -0.
107837985 × 10 −8 , α 3 = −0.29226
1795 × 10 −13 , α 4 = −0.2194421651
× 10 -19 , α 5 = 0.386929154 × 1
0 -22 , α 6 = 0.631947195 × 10 -27 , α
7 = -0.136442866 × 10 -31, α 8 = -
0.179278111 × 10 −35 , α 9 = −0.58
1806977 × 10 -40 , α 10 = 0.3449245
It is 54 × 10 −44 . In addition, in Table 1 below, the image display surface 6, the reflective surfaces 8 and 12, and the pupil 13 of the driver are shown.
Shows the radius of curvature, the vertex position, and the normal angle of. The vertex position is the intersection of the optical axis in the image display surface 6 and the reflecting surface 8 of the first optical element 3, and the intersection with the rotation target axis in the reflecting surface 12 of the second optical element 4. It is the intersection. Each vertex position is indicated by positive and backward directions with the center of the driver's pupil 13 as the origin, the Z axis in the front-back direction, the X axis in the up-down direction, and positive directions in the backward and upward directions. Also, the normal direction is
The direction of the normal line at each apex position is shown with the backward direction being zero.

【0025】[0025]

【表1】 [Table 1]

【0026】図8は、瞳13における15の点座標位置
から画像表示面6に向かい光線を逆追跡し、得られた結
果をプロットしたスポット図である。このスポット図
は、上記表示視野に分布する15の点虚像を形成し、上
記瞳サイズの範囲で瞳を動かして各点虚像を見た場合の
各点虚像の収差を示す。この図9より、その収差は小さ
く、明瞭な虚像をドライバーの前遠方に形成できること
を確認できる。
FIG. 8 is a spot diagram in which the light rays are traced backward from the 15 point coordinate position in the pupil 13 toward the image display surface 6 and the obtained results are plotted. This spot diagram shows the aberration of each point virtual image when forming the 15 point virtual images distributed in the display field and moving the pupil within the pupil size range to view each point virtual image. From this FIG. 9, it can be confirmed that the aberration is small and a clear virtual image can be formed in the distance in front of the driver.

【0027】[0027]

【第2実施例】図9〜図11は、上記第1実施形態にお
いて、第1光学素子3の反射面8を放物面を除く軸はず
し回転対称非球面により構成し、第2光学素子4の反射
面12を凹球面により構成した場合の、第2実施例の光
路を示す。本第2実施例において、観察対象の虚像の位
置Pはドライバーの瞳13の中心から前方に2mであ
る。また、その放物面を除く軸はずし回転対称非球面の
回転対称軸からの前記偏心量eは約75mmである。ま
た、観察対象の虚像の大きさに対応する表示視野は、上
下画角が1.5°、左右画角が3.0°である。また、
各瞳サイズは上下方向に50mm、左右方向に110m
mである。その放物面を除く軸はずし回転対称非球面の
2次曲面係数はK=−28.95829、非球面係数α
i (i=1〜10)はα1 =−0.443721733
×10-4、α2 =−0.194407792×10-8
α3 =0.21068246×10-12 、α4 =0.2
14657198×10-16 、α5 =0.143220
739×10-20 、α6 =0.787114632×1
-25 、α7 =0.337524496×10-29 、α
8 =−0.50071688×10-34 、α9 =−0.
439027707×10-37 、α10=−0.8672
17421×10-41 である。また、以下の表2に、画
像表示面6、各反射面8、12、およびドライバーの瞳
13の、曲率半径、頂点位置、および法線角度を示す。
なお、頂点位置は、画像表示面6と第2光学素子4の反
射面12にあっては光軸との交点であり、第1光学素子
3の反射面8にあっては回転対象軸との交点である。
Second Embodiment FIGS. 9 to 11 show that in the first embodiment, the reflecting surface 8 of the first optical element 3 is constituted by an off-axis rotationally symmetric aspheric surface excluding a paraboloid, and the second optical element 4 is formed. 2 shows the optical path of the second embodiment when the reflecting surface 12 is formed of a concave spherical surface. In the second embodiment, the position P of the virtual image of the observation target is 2 m forward from the center of the pupil 13 of the driver. The eccentricity e from the rotationally symmetric axis of the off-axis rotationally symmetric aspherical surface excluding the paraboloid is about 75 mm. Further, the display field of view corresponding to the size of the virtual image of the observation target has a vertical angle of view of 1.5 ° and a horizontal angle of view of 3.0 °. Also,
Each pupil size is 50mm vertically and 110m horizontally
m. The quadratic surface coefficient of an off-axis rotationally symmetric aspheric surface excluding the parabolic surface is K = -28.95829, and the aspheric surface coefficient α
i (i = 1 to 10) is α 1 = −0.443721733
× 10 -4 , α 2 = -0.194440792 × 10 -8 ,
α 3 = 0.21068246 × 10 -12 , α 4 = 0.2
14657198 × 10 -16 , α 5 = 0.143220
739 × 10 -20 , α 6 = 0.787114632 × 1
0 -25 , α 7 = 0.337524496 × 10 -29 , α
8 = −0.50071688 × 10 −34 , α 9 = −0.
439027707 × 10 −37 , α 10 = −0.8672
It is 17421 × 10 −41 . Further, Table 2 below shows the radius of curvature, the vertex position, and the normal angle of the image display surface 6, the reflecting surfaces 8 and 12, and the pupil 13 of the driver.
The vertex position is the intersection of the optical axis in the image display surface 6 and the reflection surface 12 of the second optical element 4, and the intersection with the rotation target axis in the reflection surface 8 of the first optical element 3. It is the intersection.

【0028】[0028]

【表2】 [Table 2]

【0029】図12は、瞳13における15の点座標位
置から画像表示面6に向かい光線を逆追跡し、得られた
結果をプロットしたスポット図である。このスポット図
は、上記表示視野に分布する15の点虚像を形成し、上
記瞳サイズの範囲で瞳を動かして各点虚像を見た場合の
各点虚像の収差を示す。この図13より、その収差は小
さく、明瞭な虚像をドライバーの前遠方に形成できるこ
とを確認できる。
FIG. 12 is a spot diagram in which the light rays are traced backward from the position of 15 point coordinates on the pupil 13 toward the image display surface 6 and the obtained results are plotted. This spot diagram shows the aberration of each point virtual image when forming the 15 point virtual images distributed in the display field and moving the pupil within the pupil size range to view each point virtual image. From this FIG. 13, it can be confirmed that the aberration is small and a clear virtual image can be formed in the distance in front of the driver.

【0030】[0030]

【発明の効果】本発明の表示装置によれば、観察対象の
虚像が明瞭に結像される位置を観察者の前遠方に離すこ
とができ、しかも装置を小型化して制限されたスペース
に配置することができる。
According to the display device of the present invention, the position at which the virtual image of the observation object is clearly formed can be located far away in front of the observer, and the device is downsized and placed in a limited space. can do.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1実施形態の表示装置の構成説明図FIG. 1 is a configuration explanatory diagram of a display device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の放物面を除く軸はずし回転対称非球面
の説明図
FIG. 2 is an explanatory view of an off-axis rotationally symmetric aspheric surface excluding a paraboloid of the present invention.

【図3】本発明の第2実施形態の表示装置の構成説明図FIG. 3 is a structural explanatory view of a display device according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3実施形態の表示装置の構成説明図FIG. 4 is a structural explanatory view of a display device according to a third embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第1実施例の光路を示す側面図FIG. 5 is a side view showing the optical path of the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第1実施例の光路を示す平面図FIG. 6 is a plan view showing the optical path of the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第1実施例の光路の拡大側面図FIG. 7 is an enlarged side view of the optical path according to the first embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第1実施例のスポット図FIG. 8 is a spot diagram of the first embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第2実施例の光路を示す側面図FIG. 9 is a side view showing the optical path of the second embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第2実施例の光路を示す平面図FIG. 10 is a plan view showing an optical path of a second embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第2実施例の光路の拡大側面図FIG. 11 is an enlarged side view of the optical path according to the second embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第2実施例のスポット図FIG. 12 is a spot diagram of a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 表示装置 2 画像表示器 8 反射面 12 反射面 13 瞳 L 画像表示光 P 虚像形成位置 1 Display Device 2 Image Display 8 Reflective Surface 12 Reflective Surface 13 Pupil L Image Display Light P Virtual Image Forming Position

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 画像表示光の出射手段と、 観察者の前方に配置される半透明の光路変更面を有する
光学系とを備え、 その光路変更面の前方に観察対象の虚像を形成するよう
に、その光学系により画像表示光の光路を変更する表示
装置において、 その光学系は、放物面を除く軸はずし回転対称非球面に
より構成される反射面を有する表示装置。
1. An image display light emitting means, and an optical system having a semitransparent optical path changing surface arranged in front of an observer, wherein a virtual image of an observation object is formed in front of the optical path changing surface. In the display device for changing the optical path of the image display light by the optical system, the optical system has a reflection surface constituted by an off-axis rotationally symmetric aspheric surface excluding a parabolic surface.
【請求項2】 画像表示光の出射手段と、 観察者の前方に配置される半透明の光路変更面を有する
光学系とを備え、 その光路変更面の前方に観察対象の虚像を形成するよう
に、その光学系により画像表示光の光路を変更する表示
装置において、 その光学系は、放物面を除く軸はずし回転対称非球面に
より構成される反射面と同等の光学特性を有する回折面
を有する表示装置。
2. An image display light emitting means and an optical system having a semi-transparent optical path changing surface arranged in front of an observer, wherein a virtual image of an observation object is formed in front of the optical path changing surface. In addition, in the display device that changes the optical path of the image display light by the optical system, the optical system has a diffractive surface having the same optical characteristics as the reflective surface configured by the off-axis rotationally symmetric aspherical surface excluding the parabolic surface. Display device having.
【請求項3】 その観察者の前方に配置される半透明の
光路変更面に対向する光路変更面を有し、両光路変更面
の少なくとも一方が、放物面を除く軸はずし回転対称非
球面により構成される反射面、または、放物面を除く軸
はずし回転対称非球面により構成される反射面と同等の
光学特性を有する回折面とされている請求項1または2
に記載の表示装置。
3. A non-axial rotationally symmetric aspherical surface having an optical path changing surface facing a semitransparent optical path changing surface arranged in front of the observer, at least one of the optical path changing surfaces excluding a parabolic surface. Or a diffractive surface having an optical characteristic equivalent to that of the reflecting surface formed by an off-axis rotationally symmetric aspheric surface excluding a parabolic surface.
The display device according to claim 1.
【請求項4】 前記回転対称非球面は、xyz座標空間
において、ρ2 =x2 +y2 、c=1/R、Kを2次曲
面係数、αiを非球面係数として、 【数1】 により特定され、そのRは2次曲面係数Kと非球面係数
αiとを零とした時の球面の半径であり、少なくとも一
つの非球面係数は零ではない請求項1〜3の何れかに記
載の表示装置。
4. The rotationally symmetric aspherical surface in the xyz coordinate space has ρ 2 = x 2 + y 2 , c = 1 / R, K is a quadric surface coefficient, and αi is an aspherical surface coefficient. 4. The R is a radius of a spherical surface when the quadratic surface coefficient K and the aspherical surface coefficient αi are zero, and at least one aspherical surface coefficient is not zero. Display device.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11337862A (en) * 1998-05-28 1999-12-10 Mitsubishi Electric Corp Headup display
US8405912B2 (en) 2009-12-08 2013-03-26 Denso Corporation Headup display device and method for controlling the same
JP2015200770A (en) * 2014-04-08 2015-11-12 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 Head-up display device

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