JPWO2020003611A1 - ヘッドアップディスプレイおよびヘッドアップディスプレイを搭載した移動体 - Google Patents
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Abstract
Description
画像を虚像として観察者に表示するヘッドアップディスプレイであって、
前記ヘッドアップディスプレイは、前記画像を表示する表示デバイスと、前記画像を拡大して投影する投射光学系と、を有し、
前記投射光学系は、前記画像からの光路の順に、第1光学素子、および第2光学素子を有し、
前記第1光学素子は、垂直方向よりも水平方向の発散作用が大きく、
前記第2光学素子は、垂直方向よりも水平方向の収束作用が大きい。
なお、発明者(ら)は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
以下、図1〜3を用いて、実施の形態1を説明する。
[1−1.構成]
[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。
図1は、本開示に係るヘッドアップディスプレイ100を搭載した車両200の断面を示す図である。図1に示すように、ヘッドアップディスプレイ100は、車両200のウインドシールド220下部のダッシュボード210内部に配置される。観察者Dは、ヘッドアップディスプレイ100から投射される画像を虚像Iとして認識する。
投射光学系140は、表示デバイス110からの光路の順に、負のパワーを有する自由曲面レンズ123と、正のパワーを有する自由曲面ミラー125とが配置されている。投射光学系140は、自由曲面レンズ123と自由曲面ミラー125とにより、テレフォト型と呼ばれる光学系になっている。
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、画像を虚像Iとして観察者Dに表示する。ヘッドアップディスプレイ100は、画像を表示する表示デバイス110と、画像を拡大して投影する投射光学系140とを有する。投射光学系140は、画像からの光路の順に、自由曲面レンズ123、および自由曲面ミラー125を有し、自由曲面レンズ123は、垂直方向よりも水平方向の発散作用が大きく、自由曲面ミラー125は、垂直方向よりも水平方向の収束作用が大きい。
次に、図4を用いて、実施の形態2を説明する。
[2−1.構成]
図4は、実施の形態2に係るヘッドアップディスプレイ100における表示デバイス110および投射光学系140の構成を示す図である。図4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においては、第1光学素子として、自由曲面レンズ123の代わりに、自由曲面ミラー124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、画像を虚像Iとして観察者Dに表示する。ヘッドアップディスプレイ100は、画像を表示する表示デバイス110と、画像を拡大して投影する投射光学系140とを有する。投射光学系140は、画像からの光路の順に、自由曲面ミラー124、および自由曲面ミラー125を有し、自由曲面ミラー124は、垂直方向よりも水平方向の発散作用が大きく、自由曲面ミラー125は、垂直方向よりも水平方向の収束作用が大きい。
(1)本開示のヘッドアップディスプレイは、画像を虚像として観察者に表示するヘッドアップディスプレイであって、前記ヘッドアップディスプレイは、前記画像を表示する表示デバイスと、前記画像を拡大して投影する投射光学系と、を有し、前記投射光学系は、前記画像からの光路の順に、第1光学素子、および第2光学素子を有し、前記第1光学素子は、垂直方向よりも水平方向の発散作用が大きく、前記第2光学素子は、垂直方向よりも水平方向の収束作用が大きい。
0.62<(XI×YF)/(YI×XF)<0.90・・・(3)
を満足する。したがって、虚像を観察者の視線に対して傾斜させた場合でも、小型でありながら、良好な画質の虚像を提示することができるヘッドアップディスプレイを提供することが可能となる。
1.0<P1X/P1Y<1.5・・・(1)
を満足する。したがって、虚像を観察者の視線に対して傾斜させた場合でも、表示デバイスの垂直方向のサイズを大きくすることを防止し、表示デバイスの小型化を図ることができる。
1.0<P2X/P2Y<2.0・・・(2)
を満足する。したがって、虚像を観察者の視線に対して傾斜させた場合でも、表示デバイスの垂直方向のサイズを大きくすることを防止し、表示デバイスの小型化を図ることができる。
110 表示デバイス
111 表示画像
123 自由曲面レンズ
124 自由曲面ミラー
125 自由曲面ミラー
140 投射光学系
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
R 路面
Lc 基準光線
Lu 上光線
Ll 下光線
り、表示デバイス110に表示される画像の垂直方向のサイズを小さくすることができる。また、水平方向においては、自由曲面レンズ123と自由曲面ミラー125とによるテレフォト作用が大きくなり、長焦点となるので、合成パワーを小さくすることができる。そのため、倍率が下がり、表示デバイス110に表示される画像の水平方向のサイズを大きくすることができる。
[0021]
自由曲面レンズ123の水平方向のパワーをP1X、自由曲面レンズ123の垂直方向のパワーをP1Yとするとき、自由曲面レンズ123は、以下の条件式(1)を満足するように設計されている。
[0022]
1.0<P1X/P1Y<1.5・・・(1)
[0023]
また、自由曲面ミラー125の水平方向のパワーをP2X、自由曲面ミラー125の垂直方向のパワーをP2Yとするとき、自由曲面ミラー125は、以下の条件式(2)を満足するように設計されている。
[0024]
1.0<P2X/P2Y<2.0・・・(2)
[0025]
以上のような投射光学系140を用いることにより、図3(B)に示すように、表示デバイス110の画像サイズは、焦点距離が短い垂直方向において小さく、焦点距離が長い水平方向において大きくすることができる。したがって、虚像Iを観察者Dの視線に対して傾けた場合でも、表示デバイス110の垂直方向のサイズを大きくすることを防止し、表示デバイス110の小型化を図ることができる。ここで、虚像Iを観察者Dの視線に対して傾けた状態とは、図2に示すように表示デバイス110を基準光線Lcに対して反時計回り方向に角度|θ1|だけ傾けた状態である。
[0026]
本実施の形態においては、表示デバイス110により表示される画像のサイズと、視野角との関係は、以下のように設定されている。
[0027]
本実施の形態における虚像Iの水平視野角をXF、虚像の垂直視野角をYF、表示デバイス110における画像の横表示サイズをXI、および表示デバイス110における画像の縦表示サイズをYIとする時、以下の条件式(3)を満足する。
。
[0038]
本実施の形態においても、自由曲面ミラー124の水平方向のパワーをP1X’、自由曲面ミラー124の垂直方向のパワーをP1Y’とするとき、自由曲面ミラー124は、以下の条件式(1)’を満足するように設計されている。
[0039]
1.0<P1X’/P1Y’<1.5・・・(1)’
[0040]
また、自由曲面ミラー126の水平方向のパワーをP2X、自由曲面ミラー125の垂直方向のパワーをP2Yとするとき、自由曲面ミラー125は、以下の条件式(2)を満足するように設計されている。
[0041]
1.0<P2X/P2Y<2.0・・・(2)
[0042]
以上のような投射光学系140を用いることにより、表示デバイス110の画像サイズは、焦点距離が短い垂直方向において小さく、焦点距離が長い水平方向において大きくすることができる。したがって、虚像Iを観察者Dの視線に対して傾けた場合でも、表示デバイス110の垂直方向のサイズを大きくすることを防止し、表示デバイス110の小型化を図ることができる。
[0043]
また、本実施の形態においても、表示デバイス110により表示される画像のサイズと、視野角との関係は、以下のように設定されている。
[0044]
本実施の形態における虚像の水平視野角をXF、虚像の垂直視野角をYF、表示デバイス110における画像の横表示サイズをXI、および表示デバイス110における画像の縦表示サイズをYIとする時、以下の条件式(3)を満足する。
[0045]
0.62<(XI×YF)/(YI×XF)<0.90・・・(3)
[0046]
視野角が持つアスペクト比を、XF/YFで表し、表示画像のアスペクト比を、XI/YIで表した時、上記条件式は、視野角が持つアスペクト比に対する表示画像のアスペクト比の比として表される。以降、「アスペクト比の比」と表現する。
[0047]
上述したように、本実施の形態の投射光学系140では、垂直方向と水平
サイズを大きくすることを防止し、表示デバイス110の小型化を図ることができる。
[0052]
実施の形態1、2では、虚像Iは路面Rに沿って表示させているが、観察者Dの視線に対して45度以上傾けることでも奥行き感を表現することができる。
[0053]
(実施形態の概要)
(1)本開示のヘッドアップディスプレイは、画像を虚像として観察者に表示するヘッドアップディスプレイであって、前記ヘッドアップディスプレイは、前記画像を表示する表示デバイスと、前記画像を拡大して投影する投射光学系と、を有し、前記投射光学系は、前記画像からの光路の順に、第1光学素子、および第2光学素子を有し、前記第1光学素子は、垂直方向よりも水平方向の発散作用が大きく、前記第2光学素子は、垂直方向よりも水平方向の収束作用が大きい。
[0054]
本開示のヘッドアップディスプレイによれば、表示デバイスの画像サイズは、焦点距離が短い垂直方向において小さく、焦点距離が長い水平方向において大きくすることができる。したがって、虚像を観察者の視線に対して傾けた場合でも、表示デバイスの垂直方向のサイズを大きくすることを防止し、表示デバイスの小型化を図ることができる。
[0055]
(2)(1)のヘッドアップディスプレイにおいて、前記虚像の水平視野角をXF、前記虚像の垂直視野角をYF、前記画像の横表示サイズをXI、および前記画像の縦表示サイズをYIとする時、以下の条件式(3)、
0.62<(XI×YF)/(YI×XF)<0.90・・・(3)
を満足する。したがって、虚像を観察者の視線に対して傾斜させた場合でも、小型でありながら、良好な画質の虚像を提示することができるヘッドアップディスプレイを提供することが可能となる。
[0056]
(3)(1)または(2)のヘッドアップディスプレイにおいて、前記第1光学素子と前記第2光学素子の合成パワーは、水平方向よりも垂直方向の方が大きい。したがって、虚像を観察者の視線に対して傾斜させた場合でも
Claims (10)
- 画像を虚像として観察者に表示するヘッドアップディスプレイであって、
前記ヘッドアップディスプレイは、前記画像を表示する表示デバイスと、前記画像を拡大して投影する投射光学系と、を有し、
前記投射光学系は、前記画像からの光路の順に、第1光学素子、および第2光学素子を有し、
前記第1光学素子は、垂直方向よりも水平方向の発散作用が大きく、
前記第2光学素子は、垂直方向よりも水平方向の収束作用が大きい、
ヘッドアップディスプレイ。 - 前記虚像の水平視野角をXF、前記虚像の垂直視野角をYF、前記画像の横表示サイズをXI、および前記画像の横表示サイズをXIとする時、以下の条件式(3)、
0.62<(XI×YF)/(YI×XF)<0.90・・・(3)
を満足する、
請求項1に記載のヘッドアップディスプレイ。 - 前記第1光学素子と前記第2光学素子の合成パワーは、水平方向よりも垂直方向の方が大きい、
請求項1または請求項2に記載のヘッドアップディスプレイ。 - 前記第1光学素子の水平方向のパワーをP1X、前記第1光学素子の垂直方向のパワーをP1Yとするとき、以下の条件式(1)、
1.0<P1X/P1Y<1.5・・・(1)
を満足する、
請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のヘッドアップディスプレイ。 - 前記第2光学素子の水平方向のパワーをP2X、前記第2光学素子の垂直方向のパワーをP2Yとするとき、以下の条件式(2)、
1.0<P2X/P2Y<2.0・・・(2)
を満足する、
請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載のヘッドアップディスプレイ。 - 前記第1光学素子は自由曲面レンズである、
請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のヘッドアップディスプレイ。 - 前記第1光学素子は自由曲面ミラーである、
請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のヘッドアップディスプレイ。 - 前記第1光学素子は発散作用を有する、
請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載のヘッドアップディスプレイ。 - 前記虚像は、前記観察者の視線に対して45度以上傾斜している、
請求項1に記載のヘッドアップディスプレイ。 - 請求項1ないし請求項9のいずれか1項に記載のヘッドアップディスプレイを搭載した移動体。
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