JPH0990228A - 表示装置 - Google Patents
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- JPH0990228A JPH0990228A JP7267767A JP26776795A JPH0990228A JP H0990228 A JPH0990228 A JP H0990228A JP 7267767 A JP7267767 A JP 7267767A JP 26776795 A JP26776795 A JP 26776795A JP H0990228 A JPH0990228 A JP H0990228A
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Abstract
ものを用いることができ、瞳サイズを広くでき、各瞳位
置において明るく歪みのない虚像を視認できる表示装置
を提供する。 【解決手段】 画像表示光線の出射手段2と、観察者の
前方に配置される半透明の光路変更素子3を有する光学
系とを備える。その光路変更素子3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線
の光路を変更する。その光学系は、画像表示光線の光路
を変更するプリズム3、14を有する。
Description
物に搭載されるヘッドアップディスプレイに適した表示
装置に関し、特に、低視野(10°以下)で広い瞳サイ
ズを有する非同軸ヘッドアップディスプレイに適したも
のである。
イバーに提供する表示装置として、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
置される光路変更素子を有する光学系とを備えるヘッド
アップディスプレイ装置を用いることが提案されてい
る。
の画像表示面101から出射される画像表示光線の光路
を、その光学系を構成する光学素子の反射面102とコ
ンバイナ103とにより変更することで、その画像表示
光線をドライバーの瞳104に導き、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。な
お、図22における画像表示光線は、観察者の瞳104
に至る光線の中で画像表示面101の頂点から出射され
る中心光線Lを示す。
軸、上下方向をZ軸、XZ平面において光路変更素子に
入射する画像表示光線と光路変更素子から出射する画像
表示光線とのなす角を非同軸角θ、その中心光線Lが画
像表示面の頂点における法線となす角を光線出射角ψと
した場合、その非同軸角θは瞳104の位置に応じて変
化するため、虚像を視認可能な瞳104の配置領域に対
応する瞳サイズを広くすると、非同軸角θの最大値は大
きくなる。また、その非同軸角θが大きくなると光線出
射角ψも大きくなる。しかし、その画像表示面101か
ら出射される画像表示光線の強さは、その光線出射角ψ
が零の場合に最も強く、その光線出射角ψが大きくなる
と弱くなる。そのため、瞳サイズを広くすると、瞳の位
置によっては視認される虚像が暗くなるという問題があ
った。
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、その虚像の結像位置をドライバー
の前遠方とすることが要求される。そこで、その画像表
示面と光学系を構成する光学素子との間の光学距離、光
学素子相互間の光学距離、および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、画像表示光線の光
路長を長くすることが考えられる。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。また、その光学系を構成
する光学素子の反射面や回折面として、トリック面や多
項式非球面等により表される特殊非球面を用い、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を多く
することで、画像表示光線の光路長を調整し、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ことが
考えられる。しかし、そのような特殊非球面を有する光
学素子は製造が困難であり、特に、瞳サイズを広くした
場合、各瞳位置において虚像の歪みを小さくするには特
殊非球面を有する光学素子を複数用いる必要があった。
る表示装置を提供することを目的とする。
の出射手段と、観察者の前方に配置される半透明の光路
変更素子を有する光学系とを備え、その光路変更素子の
前方に観察対象の虚像を形成するように、その光学系に
より画像表示光線の光路を変更する表示装置において、
その光学系は、画像表示光線の光路を変更するプリズム
を有することを特徴とする画像表示装置。
像表示光線を屈折させることで、屈折させない場合に比
べ、光線出射角を大きくすることなく非同軸角を大きく
することが可能になる。これにより、瞳サイズを広くし
た場合でも、各瞳位置において明るい虚像を視認でき
る。
ぞれに致る画像表示光線の光路をプリズムにより変更す
ることで、その各光路長をプリズムにより調整できる。
これにより、光学系を構成する光学素子の反射面や回折
面として特殊非球面を用いることなく、例えば球面や円
筒面のような製造容易な面を用いた場合であっても、瞳
サイズを広くした場合の各瞳位置における虚像の歪みを
小さくできる。すなわち、光学系を構成する光学素子と
して製造容易なものを用いて、瞳サイズを広く(例えば
上下40mm以上、左右100mm以上)でき、且つ、
各瞳位置において虚像の歪みを小さくできる。
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。
蔵され、例えば透過型液晶表示器により構成され、後ろ
向きの画像表示面6からナビゲーション情報等に対応す
る画像の表示光線を後方に向かって出射する。なお、図
1における画像表示光線は、観察者の瞳13に至る光線
の中で画像表示面6の頂点から出射される中心光線Lを
示す。
内蔵される第1プリズムであって、前後に相対向する屈
折面3aと反射面3bとを有し、画像表示光線は屈折面
3aを介して空気中から第1プリズム3内に入射し、そ
の入射時に屈折し、次に反射面3bにおいて反射し、次
に屈折面3aを介して第1プリズム3から空気中に出射
し、その出射時に屈折する。この第1プリズム3により
光路変更された画像表示光線は、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。
上に配置されることでドライバー(観察者)の前方に配
置される第2プリズム(光路変更素子)14を有する。
その第2プリズム14は、前後に相対向する屈折面14
aと反射面14bとを有し、画像表示光線は屈折面14
aを介して空気中から第2プリズム14内に入射し、そ
の入射時に屈折し、次に反射面14bにおいて反射し、
次に屈折面14aを介して第2プリズム14から空気中
に出射し、その出射時に屈折する。この第2プリズム1
4により光路変更された画像表示光線は、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の前方位置Pの虚
像をドライバーは視認する。なお、その第2光学素子4
は、第2プリズム14の前面側に貼り合わされている第
3プリズム15を有し、第2光学素子4を透過する光の
第2プリズム14における屈折と第3プリズム15にお
ける屈折とは打ち消しあい、第2光学素子4を透過する
光は実質的に直進するものとされている。
を構成する第2実施形態の表示装置21を示す。上記第
1実施形態との相違は、第2光学素子4を第2、第3プ
リズム14、15に代えてコンバイナ22により構成
し、そのコンバイナ22の光路変更面22aにおける反
射により画像表示光線の光路を変更する。また、画像表
示面6を左右横向きに配置し、その画像表示面6から横
方向に向かって出射された画像表示光線を第1プリズム
3に導く反射面23aを有するミラー23を配置してい
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。
を構成する第3実施形態の表示装置31を示す。上記第
1実施形態との相違は、第2光学素子4を第2、第3プ
リズム14、15に代えてコンバイナ22により構成
し、そのコンバイナ22における光路変更面22aにお
ける反射により画像表示光線の光路は変化する。また、
画像表示面6を前向きに配置し、その画像表示面6から
前方に向かって出射された画像表示光線を第1プリズム
3に導く反射面33aを有するミラー33を配置してい
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。
を構成する第4実施形態の表示装置41を示す。上記第
3実施形態との相違は、第1プリズム3とミラー33の
配置を逆にしている点にある。他は第3実施形態と同様
で、同一部分は同一符号で示す。
を構成する第5実施形態の表示装置51を示す。上記第
1実施形態との相違は、第1プリズム3をなくし、画像
表示面6を前向きに配置し、画像表示面6から出射され
る画像表示光線を直接第2プリズム14に入射させるよ
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。
反射面や、他の光学素子における反射面を、その反射面
と同等の光学特性を有する回折面により構成し、画像表
示光線の光路を回折により変更させてもよい。また、そ
のプリズムの屈折面、反射面、回折面は、フラットな面
であってもよいしフラットでなくてもよい。また、上記
第2〜第4実施形態において、コンバイナに代えて車両
の半透明のフロントガラスにより画像表示光線を反射さ
せて光路を変更してもよい。また、上記各実施形態にお
いてダッシュボード内に配置される画像表示器や光学素
子を、ダッシュボード上や他の位置に配置してもよい。
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、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。
1実施形態に対応する画像表示光線の光路を示す。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、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110mm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。また、画像表示面の
頂点における法線と中心光線とのなす光線出射角は15
°である。以下の表1に、画像表示面6、各屈折面3
a、14a、反射面3b、14b、およびドライバーの
瞳13の、曲率半径、頂点位置、法線角度、屈折率およ
びアッベ数を示す。なお、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。
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。
記第2実施形態に対応する画像表示光線の光路を示す。
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、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°、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110mmである。
また、画像表示面の頂点における法線と中心光線とのな
す光線出射角は8.1°である。以下の表2に、画像表
示面6、各屈折面3a、反射面3b、22a、23aお
よびドライバーの瞳13の、曲率半径、頂点位置、法線
角度、屈折率およびアッベ数を示す。なお、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、左右方向をY軸とし、後方、
上方および左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、Y
軸回りの角度θY については後方に向かう方向を零と
し、X軸回りの角度θX については上方に向かう方向を
零とし、Z軸回りの角度θZ については右方に向かう方
向を零として示す。また、第1プリズム3の反射面3b
は上下方向に湾曲する円筒面で、X軸回りの曲率半径R
X が有限でY軸回りの曲率半径RY が無限とされてい
る。
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。
記第3実施形態に対応する画像表示光線の光路を示す。
本第3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、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°、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110mmである。
また、画像表示面の頂点における法線と中心光線とのな
す光線出射角は17.3°である。以下の表3に、画像
表示面6、各屈折面3a、反射面3b、22a、33a
およびドライバーの瞳13の、曲率半径、頂点位置、法
線角度、屈折率およびアッベ数を示す。
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17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。
記第4実施形態に対応する画像表示光線の光路を示す。
本第4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、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40mm、左右方向に110mmであ
る。また、画像表示面の頂点における法線と中心光線と
のなす光線出射角は15°である。なお、反射面33a
は、Y軸回りの曲率半径RY が無限で2次曲面係数K=
233.073の2次曲面とされ、xyz座標空間にお
いて、ρ2 =x2 +y2 、c=1/RX として、z=c
ρ2 /〔1+{1−(1+K)c2 ρ2 }1/2 〕で表さ
れる。以下の表4に、画像表示面6、各屈折面3a、反
射面3b、22a、33aおよびドライバーの瞳13
の、曲率半径、頂点位置、法線角度、屈折率およびアッ
ベ数を示す。
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21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。
成する光学素子として製造容易なものを用いることがで
き、瞳サイズを広くでき、各瞳位置において明るく歪み
のない虚像を視認できる。
ズムは画像表示光線の屈折面と表示面とを有するのが好
ましい。
Claims (1)
- 【請求項1】 画像表示光線の出射手段と、 観察者の前方に配置される半透明の光路変更素子を有す
る光学系とを備え、 その光路変更素子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線の光路を変更する
表示装置において、 その光学系は、画像表示光線の光路を変更するプリズム
を有することを特徴とする画像表示装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26776795A JP3433587B2 (ja) | 1995-09-20 | 1995-09-20 | 表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26776795A JP3433587B2 (ja) | 1995-09-20 | 1995-09-20 | 表示装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0990228A true JPH0990228A (ja) | 1997-04-04 |
JP3433587B2 JP3433587B2 (ja) | 2003-08-04 |
Family
ID=17449309
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP26776795A Expired - Fee Related JP3433587B2 (ja) | 1995-09-20 | 1995-09-20 | 表示装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3433587B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011100009A (ja) * | 2009-11-06 | 2011-05-19 | Konica Minolta Opto Inc | 虚像観察光学系 |
JP2015194707A (ja) * | 2014-03-27 | 2015-11-05 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 表示装置 |
JP2016206266A (ja) * | 2015-04-16 | 2016-12-08 | 三菱電機株式会社 | ヘッドアップディスプレイの投影機の配置方法およびヘッドアップディスプレイ |
-
1995
- 1995-09-20 JP JP26776795A patent/JP3433587B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011100009A (ja) * | 2009-11-06 | 2011-05-19 | Konica Minolta Opto Inc | 虚像観察光学系 |
JP2015194707A (ja) * | 2014-03-27 | 2015-11-05 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 表示装置 |
JP2016206266A (ja) * | 2015-04-16 | 2016-12-08 | 三菱電機株式会社 | ヘッドアップディスプレイの投影機の配置方法およびヘッドアップディスプレイ |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3433587B2 (ja) | 2003-08-04 |
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Legal Events
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