KR101681856B1

KR101681856B1 - 헤드업 디스플레이 장치 및 컴바이너

Info

Publication number: KR101681856B1
Application number: KR1020157014730A
Authority: KR
Inventors: 다카히로 남바라
Original assignee: 가부시키가이샤 덴소
Priority date: 2012-12-07
Filing date: 2013-11-27
Publication date: 2016-12-01
Also published as: US20150338649A1; JP5831434B2; KR20150082470A; US9423616B2; DE112013005835T5; DE112013005835B4; WO2014087608A1; JP2014115417A

Abstract

투사기(10)로부터 컴바이너(20)에의 표시 광상(4)의 투사에 의해 당해 표시 광상(4)의 허상(4I, 4I')을 차량(2)의 탑승자(8)로부터 시인 가능하게 표시한다. 컴바이너(20)는 실내측에서 표시 광상(4)을 반사함으로써 표면 허상(4I)을 생성하는 오목 곡면 형상의 표면측 반사면(21)과, 실내 외측에서 표시 광상(4)을 반사함으로써 이면 허상(4I')을 생성하는 볼록 곡면 형상의 이면측 반사면(22)을 갖는다. 탑승자(8)의 상정 아이 포인트(9a)를 향하여 표면측 반사면(21)과 이면측 반사면(22)으로부터 각각 연신되는 광축(Xf, Xb)은 서로 중첩되고, 표면측 반사면(21)의 곡률 반경(R)은, 이면측 반사면(22)의 곡률 반경(R')보다도 작다.

Description

헤드업 디스플레이 장치 및 컴바이너 {HEAD-UP DISPLAY DEVICE AND COMBINER}

본 개시는, 2012년 12월 7일에 출원된 일본 특허 출원 제2012-268619호에 기초하는 것으로, 이 개시를 갖고 그 내용을 본 명세서 중에 개시한 것으로 한다.

본 개시는, 표시 광상의 허상을 탑승자로부터 시인 가능하게 표시하는 헤드업 디스플레이 장치(이하, 「HUD 장치」라고 함)에 관한 것이다.

종래, HUD 장치로서는, 차량 등의 이동체에서 실외의 외계상을 실내의 탑승자로부터 시인 가능하게 투과시키는 표시 부재와, 당해 표시 부재에 표시 광상을 투사하는 투사기를 구비한 것이, 알려져 있다.

이러한 HUD 장치의 1종으로서 특허문헌 1에 개시된 것에서는, 실내측에서 표시 광상을 반사함으로써 허상을 생성하는 표면측 반사면과, 실내 외측에서 표시 광상을 반사함으로써 허상을 생성하는 이면측 반사면이, 표시 부재에 설치되어 있다. 여기서, 표시 부재의 단면 형상에 의해, 표면측 반사면과 이면측 반사면으로부터 각각 탑승자의 아이 포인트를 향하는 광축은, 서로 중첩되어 있다. 그 결과, 각 반사면에 의한 허상의 시인 어긋남(이중 시인)을 억제하여, 표시 광상의 시인성을 향상시키는 것이 가능하게 되어 있다.

그러나, 특허문헌 1에 개시된 HUD 장치에서는, 볼록 곡면 형상의 이면측 반사면의 곡률 반경이 오목 곡면 형상의 표면측 반사면의 곡률 반경보다도 작게 되어 있으므로, 볼록 렌즈 효과에 의해, 외계상의 결상 위치는, 각 반사면에 의한 허상의 결상 위치보다도 가까워진다. 그 결과로서 탑승자는, 각 반사면에 의한 허상 위치에 시점을 맞추면, 결상 위치가 가까운 외계상을 동시에 시인하기는 어렵게 되어 버리기 때문에, 바람직하지 않다.

일본 특허 공개 제2012-58688호 공보

본 개시는, 이상 설명한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 표시 광상 및 외계상의 동시 시인성을 향상시키는 HUD 장치를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 개시에서는, 이동체에 있어서 실외의 외계상을 실내의 탑승자로부터 시인 가능하게 투과시키는 표시 부재와, 상기 표시 부재에 대해 표시 광상을 투사함으로써, 상기 표시 광상의 허상을 상기 탑승자로부터 시인 가능하게 표시하는 투사기를 구비하는 헤드업 디스플레이 장치를 제공한다. 상기 표시 부재는, 상기 실내측에서 상기 표시 광상을 반사함으로써 상기 허상으로서의 표면 허상을 생성하는 오목 곡면 형상의 표면측 반사면과, 상기 실외측에서 상기 표시 광상을 반사함으로써 상기 허상으로서의 이면 허상을 생성하는 볼록 곡면 형상의 이면측 반사면을 갖는다. 상기 이면측 반사면에서 반사되고, 상기 표면측 반사면으로부터 출사한 상기 표시 광상의 광축과, 상기 표면측 반사면에서 반사된 상기 표시 광상의 광축은, 서로 동축을 이루어, 상기 탑승자의 아이 포인트로서 미리 상정되는 상정 아이 포인트까지 연신된다. 상기 표면측 반사면에서 반사되는 상기 표시 광상의 상기 광축이 위치하는 상기 표면측 반사면상의 반사점에 있어서의 상기 표면측 반사면의 곡률 반경은, 상기 이면측 반사면에서 반사되는 상기 표시 광상의 상기 광축이 위치하는 상기 이면측 반사면상의 반사점에 있어서의 상기 이면측 반사면의 곡률 반경보다도 작다.

도 1은 본 개시의 일 실시 형태에 의한 HUD 장치를 도시하는 구성도이다.
도 2는 도 1의 HUD 장치에 의한 표시 상태를 도시하는 모식도이다.
도 3은 도 1의 HUD 장치의 특징 부분을 도시하는 단면도이다.
도 4는 도 1의 HUD 장치의 특성을 설명하기 위한 모식도이다.
도 5의 (a)는 도 1의 HUD 장치에 있어서 형성되는 표면 허상 및 이면 허상을 도시하는 모식도이며, 도 5의 (b)는 비교예의 HUD 장치에 있어서 형성되는 표면 허상 및 이면 허상을 도시하는 모식도이다.

이하, 본 개시의 일 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.

도 1, 2에 도시한 바와 같이, 본 개시의 일 실시 형태에 의한 HUD 장치(1)는 「이동체」로서의 차량(2)에 탑재되고, 인스트루먼트 패널(3) 내에 수용되어 있다. HUD 장치(1)는 투사기(10)와, 「표시 부재」로서의 컴바이너(20)를 구비하고 있다.

도 1에 도시한 바와 같이 투사기(10)는 액정 패널 등의 표시기(12)에, 미러 및 렌즈 등의 광학계(14)를 조합하여 이루어진다. 표시기(12)에 표시되는 화상은, 표시 광상(4)으로서 광학계(14)에 입사됨으로써, 당해 계(14)를 통하여 차량(2)의 실내 영역(2a)에 투사된다.

컴바이너(20)는, 투광성 수지에 의해 판 형상으로 형성되고, 실내 영역(2a)에 있어서 윈드쉴드(5)보다도 운전석(6)측에 배치되어 있다. 본 실시 형태의 컴바이너(20)는, 윈드쉴드(5)로부터 운전석(6)측으로 이격되어 설치되어 있지만, 윈드쉴드(5)에 장착되는 것이어도 된다. 이러한 구성에 의해 컴바이너(20)는, 차량(2) 전방의 실외 영역(2b)에 있어서의 외계상(7)(도 2 참조)을 실내 영역(2a)에 있어서의 운전석(6) 상의 탑승자(8)로부터 시인 가능하게, 투과시킨다.

컴바이너(20)는, 실내 영역(2a)측의 표면측 반사면(21)과 실외 영역(2b)측의 이면측 반사면(22)을 갖고 있다. 컴바이너(20)는, 투사기(10)로부터 투사되는 표시 광상(4)의 광축상에 위치함으로써, 각 반사면(21, 22)에 의해 당해 광상(4)을 반사한다. 그 결과, 표면측 반사면(21)에 의해 반사된 표시 광상(4)은 탑승자(8)의 동공(9)에 입사함으로써, 컴바이너(20)보다도 전방[운전석(6)과 반대측]에 결상되는 표면 허상(4I)으로서, 탑승자(8)로부터 시인 가능하게 표시된다. 그와 동시에, 이면측 반사면(22)에 의해 반사된 표시 광상(4)은 동공(9)에 입사함으로써, 컴바이너(20)보다도 전방에 결상되어 표면 허상(4I)과 중첩되는 이면 허상(4I')으로서, 탑승자(8)로부터 시인 가능하게 표시된다.

(반사면 형상)

도 3에 도시한 바와 같이, 표면 허상(4I)을 생성하는 표면측 반사면(21)은 운전석(6)과 반대측을 향하여 오목해지는 오목 곡면 형상으로, 비구면 등의 자유 곡면에 의해 형성되어 있다. 또 한편, 이면 허상(4I')을 생성하는 이면측 반사면(22)은 운전석(6)과 반대측을 향하여 볼록해지는 볼록 곡면 형상으로, 비구면 등의 자유 곡면에 의해 형성되어 있다.

(쐐기각 설정)

도 3에 도시하는 컴바이너(20)의 상하 방향의 단면(20a), 즉, 표면측 반사면(21) 및 이면측 반사면(22)에서 각각 반사되는 표시 광상(4)의 광축(Xf, Xb)을 통하는 종단면에 있어서, 표면측 반사면(21)과 이면측 반사면(22)은, 각각 광축(Xf, Xb)상의 반사점(P, P')을 지나는 접선(C, C') 사이에, 경사 상방을 향하여 넓어지는 쐐기각(Δθ)을 끼우고 있다. 이러한 쐐기각(Δθ)을 반사면(21, 22) 사이에 끼우는 컴바이너(20)는, 하단부로부터 상단부를 향할수록 두께가 연속적으로 증대하는 쐐기 형상을 나타내고 있다. 여기서 특히 본 실시 형태에서는, 소정의 상정 아이 포인트(9a)를 향하여 각 반사면(21, 22)으로부터 각각 연신되는 광축(Xf, Xb)을, 도 3의 일점쇄선과 같이 반사점(P)으로부터 상정 아이 포인트(9a)측에서 서로 중첩(일치)시키도록, 쐐기각(Δθ)이 설정되어 있다. 다른 표현을 하면, 이면측 반사면(22)에서 반사되고, 표면측 반사면(21)으로부터 출사한 표시 광상(4)의 광축(Xb)과, 표면측 반사면(21)에서 반사된 표시 광상(4)의 광축(Xf)은, 서로 동축을 이루어, 상정 아이 포인트(9a)까지 연신되어 있다. 그리고, 표면측 반사면(21)에서 반사되는 표시 광상(4)의 광축(Xf)이 위치하는 표면측 반사면(21)상의 반사점(P)과, 이면측 반사면(22)에서 반사되는 표시 광상(4)의 광축(Xb)이 위치하는 이면측 반사면(22)상의 반사점(P')의 양쪽을 포함하는 컴바이너(20)의 단면(20a)에 있어서, 표면측 반사면(21)의 반사점(P)에 정접하는 접선(C)과, 이면측 반사면(22)의 반사점(P')에 정접하는 접선(C')은, 소정의 각도[즉, 쐐기각(Δθ)]로 서로 교차하고 있다. 또한, 상정 아이 포인트(9a)라 함은, 운전석(6) 상의 탑승자(8)에 관해, 차량(2)의 사양 등에 따라 미리 상정되는 동공(9)의 중심 위치이다.

구체적으로 쐐기각(Δθ)(°)은 이면측 반사면(22)의 반사점(P')으로부터 표면측 반사면(21)의 반사점(P)으로 입사하는 광축(Xb)상의 입사각(θr)과, 반사점(P')에서의 광축(Xb)상의 반사각(θref) 사이에, 하기 수학식 1을 만족하고 있다. 그와 동시에 쐐기각(Δθ)은, 반사점(P')을 향하는 광축(Xb)상의 표면측 반사면(21)에서의 굴절각(θr')과, 반사점(P')에서의 광축(Xb)상의 반사각(θref) 사이에, 하기 수학식 2를 만족하고 있다. 따라서, 하기 수학식 1, 2를 정리함으로써, 하기 수학식 3이 도출된다.

또한, 스넬의 법칙에 의해 입사각(θr) 및 굴절각(θr')은, 투사기(10)로부터 반사점(P, P')으로 입사하는 광축(Xf, Xb)상의 입사각(θi, θi')과, 컴바이너(20)의 굴절률(n)의 사이에, 하기 수학식 4를 만족하고 있다.

여기서, 반사점(P')으로 출사하는 광축(Xb)상의 표면측 반사면(21)에서의 굴절점(P")과, 반사점(P) 사이의 거리를 D, 반사점(P')으로부터 표면측 반사면(21)으로의 수직점(H)과 동점(P') 사이의 거리를 d로 하면, 거리 D, d의 사이에는, 하기 수학식 5가 성립한다. 또한, 투사기(10)로부터 반사점(P)까지의 거리를 La로 하면, 거리 D, La의 사이에는, 하기 수학식 6이 성립한다. 따라서, 하기 수학식 5, 6을 정리함으로써, 하기 수학식 7이 도출된다.

여기까지의 지견에 의하면, 상기 각 변수 중 거리 La, d와 입사각(θi)과 굴절률(n)이 부여됨으로써, 상기 수학식 4, 7로부터 입사각(θr) 및 굴절각(θr')을 구하여, 또한 상기 수학식 3으로부터 쐐기각(Δθ)의 설정이 가능하게 된다.

(곡률 설정)

도 3에 있어서 이점쇄선(Lf)은, 표면 허상(4I)의 결상 위치에 있어서의 표면 허상(4I)의 단부(E)로부터 상정 아이 포인트(9a)를 향하는 주 광선을 나타내고 있다. 또한, 이점쇄선(Ld)은, 이면 허상(4I')의 결상 위치에 있어서, 표면 허상(4I)의 단부(E)에 인접하는 이면 허상(4I')의 단부(E')로부터 상정 아이 포인트(9a)를 향하는 주 광선을 나타내고 있다. 본 실시 형태에서는 특히, 그들 주 광선(Lf, Ld)을 도 3과 같이 서로 중첩(일치)시키고, 동축을 이루도록, 표면측 반사면(21)의 반사점(P)에 있어서의 곡률 반경(R)과, 이면측 반사면(22)의 반사점(P')에 있어서의 곡률 반경(R')이 각각 설정되어 있다.

구체적으로, 투사기(10)와 표면 허상(4I)이 공액으로 되는 초점 거리를 f, 반사점(P)으로부터 표면 허상(4I)의 결상 위치까지의 거리를 Lb로 하면, 거리 f, Lb의 사이에는, 하기 수학식 8이 성립한다.

또한, 투사기(10)와 이면 허상(4I')이 공액으로 되는 초점 거리를 ｆ', 반사점(P, P')간의 거리를 굴절률(n)로 나눈 값을, 반사점(P)으로부터 이면 허상(4I')의 결상 위치까지의 거리로부터 차감하여 이루어지는 공기 환산 거리를 Lb'로 하면, 거리 F', Lb'의 사이에는, 하기 수학식 9가 성립한다. 여기서, 하기 수학식 9의 La'는, 굴절점(P")을 경유한 투사기(10)로부터 반사점(P')까지의 공기 환산 거리이며, 하기 수학식 10으로 나타내어진다.

또한, 각 허상(4I, 4I')의 상단부(E, E')로부터 상정 아이 포인트(9a)를 향하는 주 광선(Lf, Ld)을 중첩시키고, 동축으로 하기 위해서는, 각 반사면(21, 22)으로부터 각각 연신되어 서로 중첩한 광축[구체적으로는, 이면측 반사면(22)에서 반사되고, 표면측 반사면(21)으로부터 출사한 표시 광상(4)의 광축(Xb)과, 표면측 반사면(21)에서 반사된 표시 광상(4)의 광축(Xf)]에 대해, 각 주 광선(Lf, Ld)이 이루는 각도(φ, φ')를 동등하게 설정하면 되므로, 하기하는 수학식 11이 성립된다. 여기서, 하기 수학식 11의 Lc는, 표면 허상(4I)의 결상 위치로부터 상정 아이 포인트(9a)까지의 거리이며, 하기 수학식 11의 Lc'는, 이면 허상(4I')의 결상 위치로부터 상정 아이 포인트(9a)까지의 거리이다.

이상의 지견에 의하면, 거리 La, Lb가 부여됨으로써, 상기 수학식 8로부터 표면 반사에서의 초점 거리 f를 구하여, 당해 거리 f를 만족하는 곡률 반경(R)을 표면측 반사면(21)에 설정 가능하게 된다. 그와 동시에, 구한 초점 거리 f 외에, 거리 La, Lb, Lc, Lc'와 상기 쐐기각 설정에서의 각 변수가 부여됨으로써, 상기 수학식 9, 10, 11로부터 이면 반사에서의 초점 거리 ｆ'를 구하여, 당해 거리 ｆ'를 만족하는 곡률 반경(R')을 이면측 반사면(22)에 설정 가능하게 된다.

이렇게 하여 수학식 11을 성립시키는 본 실시 형태에서는, 도 3, 4와 같이 오목 곡면 형상을 이루는 표면측 반사면(21)의 곡률 반경(R)이, 볼록 곡면 형상을 이루는 이면측 반사면(22)의 곡률 반경(R')보다도 작게 설정된다. 즉, 표면측 반사면(21)에서 반사되는 표시 광상(4)의 광축(Xf)이 위치하는 표면측 반사면(21)상의 반사점(P)에 있어서의 표면측 반사면(21)의 곡률 반경(R)은, 이면측 반사면(22)에서 반사되는 표시 광상(4)의 광축(Xb)이 위치하는 이면측 반사면(22)상의 반사점(P')에 있어서의 이면측 반사면(22)의 곡률 반경(R')보다도 작게 설정되어 있다. 그 결과, 오목 렌즈 효과가 발휘되게 되므로, 컴바이너(20)를 투과하여 시인되는 외계상(7)의 결상 위치는, 표면 허상(4I) 및 이면 허상(4I')의 각 결상 위치보다도 멀어지는 것이다.

또한, 상기한 설명에서는, 표면측 반사면(21)에 있어서의 광축(Xf)상의 반사점(P)의 곡률 반경(R)과, 이면측 반사면(22)에 있어서의 광축(Xb)상의 반사점[즉, 반사점(P)에 대응하는 반사점](P')의 곡률 반경(R')의 관계를 예시하였다. 그러나, 표면측 반사면(21)에 있어서의 그 외의 반사점의 곡률 반경과, 이 반사점에 대응하는 이면측 반사면(22)에 있어서의 반사점의 곡률 반경의 관계도, 상기 반사점(P)의 곡률 반경(R)과, 반사점(P')의 곡률 반경(R')의 관계와 마찬가지이다.

이상 설명한 HUD 장치(1)의 작용 효과를 설명한다.

HUD 장치(1)에서는, 컴바이너(20) 중 실내측의 표면측 반사면(21)과 실외측의 이면측 반사면(22)으로부터, 각각 탑승자(8)의 상정 아이 포인트(9a)를 향하여 연신되는 광축(Xf, Xb)끼리는, 서로 중첩된다. 그러므로, 각 반사면(21, 22)에서의 반사에 의해 시인되는 표면 허상(4I)과 이면 허상(4I')의 시인 어긋남은, 중첩된 광축상에서 억제될 수 있다. 그와 동시에 HUD 장치(1)에서는, 오목 곡면 형상의 표면측 반사면(21)의 곡률 반경(R)이 볼록 곡면 형상의 이면측 반사면(22)의 곡률 반경(R')보다도 작으므로, 컴바이너(20)를 투과하여 시인되는 외계상(7)의 결상 위치는, 오목 렌즈 효과에 의해, 표면 허상(4I) 및 이면 허상(4I')의 각 결상 위치보다도 멀어진다. 그 결과로서 탑승자(8)는 허상(4I, 4I')의 각 결상 위치에 시점을 맞추면서, 결상 위치가 먼 외계상(7)을 동시에 시인하는 것이 용이하게 된다. 이상에 의하면, 허상(4I, 4I')으로서 표시되는 표시 광상(4)과 외계상(7)의 동시 시인성을, 향상시키는 것이 가능하다.

또한, HUD 장치(1)에 의하면, 표면측 반사면(21) 및 이면측 반사면(22)에서의 반사에 의해 시인되는 표면 허상(4I) 및 이면 허상(4I')의 각 상단부(E, E')로부터 상정 아이 포인트(9a)를 향하는 주 광선(Lf, Ld)끼리는, 서로 중첩된다. 그 결과, 결상 배율의 차이에 의한 허상(4I, 4I')의 시인 어긋남은, 그들 주 광선(Lf, Ld)상에서 억제될 수 있다. 여기서, 주 광선끼리가 서로 중첩되지 않는 도 5의 (b)의 비교예에 대해, 주 광선끼리가 서로 중첩되는 도 5의 (a)의 HUD 장치(1)에서는, 이면 허상(4I')의 결상 위치가 표면 허상(4I)의 결상 위치와 정확하게 중첩될 수 있는 것이다. 그러므로, 외계상(7)과 동시 시인되는 표시 광상(4)의 시인성의 향상 효과를, 높이는 것이 가능하다.

또한, HUD 장치(1)에 의하면, 각 반사면(21, 22)에서 광축(Xf, Xb)상의 반사점(P, P')을 통하는 접선(C, C') 사이에는, 쐐기각(Δθ)이 끼워진다. 그러므로, 그들 각 반사면(21, 22)으로부터 상정 아이 포인트(9a)를 향하는 광축(Xf, Xb)끼리를 서로 확실하게 중첩시켜, 중첩된 광축상에서의 허상(4I, 4I')의 시인 어긋남을 억제할 수 있는 것이다.

이상, 본 개시의 일 실시 형태에 대해 설명하였지만, 본 개시는, 당해 실시 형태로 한정되어 해석되는 것은 아니고, 본 개시의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서 다양한 실시 형태에 적용할 수 있다.

구체적으로 변형예 1에서는, 오목 곡면 형상의 표면측 반사면(21)의 곡률 반경(R)이 볼록 곡면 형상의 이면측 반사면(22)의 곡률 반경(R')보다도 작아지는 한에서 각 허상(4I, 4I')의 단부(E, E')로부터 상정 아이 포인트(9a)를 향하는 주 광선(Lf, Ld)이 서로 어긋나 있어도 된다. 또한, 변형예 2에서는, 윈드쉴드(5)와는 별체의 컴바이너(20)에 의해 「표시 부재」를 구성하는 것 이외에도, 윈드쉴드(5)의 일부에 의해 「표시 부재」를 구성해도 된다. 또한, 변형예 3에서는, 차량(2) 이외의 선박 내지는 비행기 등의 각종 이동체(수송 기기)에, 본 개시를 적용해도 된다.

Claims

이동체(2)에 있어서 실외의 외계상(7)을 실내의 탑승자(8)로부터 시인 가능하게 투과시키는 표시 부재(20)와,
상기 표시 부재(20)에 대해 표시 광상(4)을 투사함으로써, 상기 표시 광상(4)의 허상을 상기 탑승자(8)로부터 시인 가능하게 표시하는 투사기(10)를 구비하고,
상기 표시 부재(20)는, 상기 실내측에서 상기 표시 광상(4)을 반사함으로써 상기 허상으로서의 표면 허상(4I)을 생성하는 오목 곡면 형상의 표면측 반사면(21)과, 상기 실외측에서 상기 표시 광상(4)을 반사함으로써 상기 허상으로서의 이면 허상(4I')을 생성하는 볼록 곡면 형상의 이면측 반사면(22)을 갖고,
상기 이면측 반사면(22)에서 반사되고, 상기 표면측 반사면(21)으로부터 출사한 상기 표시 광상(4)의 광축(Xb)과, 상기 표면측 반사면(21)에서 반사된 상기 표시 광상(4)의 광축(Xf)은, 서로 동축을 이루어, 상기 탑승자(8)의 아이 포인트로서 미리 상정되는 상정 아이 포인트(9a)까지 연신되고,
상기 표면측 반사면(21)에서 반사되는 상기 표시 광상(4)의 상기 광축(Xf)이 위치하는 상기 표면측 반사면(21)상의 반사점(P)에 있어서의 상기 표면측 반사면(21)의 곡률 반경(R)은, 상기 이면측 반사면(22)에서 반사되는 상기 표시 광상(4)의 상기 광축(Xb)이 위치하는 상기 이면측 반사면(22)상의 반사점(P')에 있어서의 상기 이면측 반사면(22)의 곡률 반경(R')보다도 작고,
상기 표면측 반사면(21)의 상기 반사점(P) 및 상기 이면측 반사면(22)의 상기 반사점(P')의 양쪽을 포함하는 상기 표시 부재(20)의 단면(20a)에 있어서, 상기 표면측 반사면(21)의 상기 반사점(P)에 정접하는 접선(C)과, 상기 이면측 반사면(22)의 상기 반사점(P')에 정접하는 접선(C')은, 소정의 각도(Δθ)로 서로 교차하고,
상기 표면 허상(4I)의 결상 위치에 있어서의 상기 표면 허상(4I)의 단부(E)로부터 상기 상정 아이 포인트(9a)를 향하는 주 광선(Lf)은, 상기 이면 허상(4I')의 결상 위치에 있어서, 상기 표면 허상(4I)의 상기 단부(E)에 인접하는 상기 이면 허상(4I')의 단부(E')로부터 상기 상정 아이 포인트(9a)를 향하는 주 광선(Ld)에 대해, 동축을 이루고,
상기 표면 허상(4I)의 결상 위치에 있어서의 상기 표면 허상(4I)의 상기 단부(E)로부터 상기 상정 아이 포인트(9a)를 향하는 상기 주 광선(Lf)과, 상기 이면 허상(4I')의 결상 위치에 있어서, 상기 표면 허상(4I)의 상기 단부(E)에 인접하는 상기 이면 허상(4I')의 상기 단부(E')로부터 상기 상정 아이 포인트(9a)를 향하는 상기 주 광선(Ld)은, 상기 이면측 반사면(22)에서 반사되고, 상기 표면측 반사면(21)으로부터 출사한 상기 표시 광상(4)의 상기 광축(Xb)과, 상기 표면측 반사면(21)에서 반사된 상기 표시 광상(4)의 상기 광축(Xf)의 양쪽에 대해, 각각 동등한 각도(φ, φ')를 이루고,
상기 이면측 반사면(22)의 상기 곡률 반경(R')은, 상기 투사기(10)와, 상기 이면 허상(4I')이 공액으로 되는 초점 거리(f')를 형성하도록 설정되고, 상기 초점 거리(f')는 이하의 3개의 식으로부터 구해지고,
1/f'＝1/La'＋1/Lb'
La'＝d/{cos(θref-Δθ)·n}＋(La-D·sinθi)/cos(θi-θi')
(Lb/La)/Lc＝(Lb'/La')/Lc'
상기 3개의 식에 있어서,
n은, 상기 표시 부재(20)의 굴절률(n)이고,
Δθ는, 상기 소정의 각도(Δθ)이고,
θi는, 상기 투사기(10)로부터 상기 표면측 반사면(21)의 상기 반사점(P)으로 입사하는 상기 표시 광상(4)의 상기 광축(Xf)의 상기 표면측 반사면(21)에서의 입사각(θi)이고,
θi'는, 상기 투사기(10)로부터 상기 이면측 반사면(22)의 상기 반사점(P')으로 입사하는 상기 표시 광상(4)의 상기 광축(Xb)의 상기 표면측 반사면(21)에서의 입사각(θi')이고,
θref는, 상기 이면측 반사면(22)의 상기 반사점(P')에서의 상기 표시 광상(4)의 상기 광축(Xb)의 반사각(θref)이고,
La는, 상기 투사기(10)로부터 상기 표면측 반사면(21)의 상기 반사점(P)까지의 거리(La)이고,
La'는, 상기 표면측 반사면(21)의 굴절점(P")으로부터 상기 이면측 반사면(22)의 상기 반사점(P')으로 출사하는 상기 표시 광상(4)의 상기 광축(Xb)상의 상기 표면측 반사면(21)에서의 상기 굴절점(P")을 경유한, 상기 투사기(10)로부터 상기 이면측 반사면(22)의 상기 반사점(P')까지의 공기 환산 거리(La')이고,
Lb는, 상기 표면측 반사면(21)의 상기 반사점(P)으로부터 상기 표면 허상(4I)의 결상 위치까지의 거리(Lb)이고,
Lb'는, 상기 표면측 반사면(21)의 상기 반사점(P)과 상기 이면측 반사면(22)의 상기 반사점(P') 사이의 거리를 상기 굴절률(n)로 나눈 값을, 상기 표면측 반사면(21)의 상기 반사점(P)으로부터 상기 이면 허상(4I')의 결상 위치까지의 거리로부터 차감하여 이루어지는 공기 환산 거리(Lb')이고,
Lc는, 상기 표면 허상(4I)의 결상 위치로부터 상기 상정 아이 포인트(9a)까지의 거리(Lc)이고,
Lc'는, 상기 이면 허상(4I')의 결상 위치로부터 상기 상정 아이 포인트(9a)까지의 거리(Lc')이고,
D는, 상기 표면측 반사면(21)의 상기 굴절점(P")과 상기 표면측 반사면(21)의 상기 반사점(P) 사이의 거리(D)이고,
d는, 상기 이면측 반사면(22)의 상기 반사점(P')으로부터 상기 표면측 반사면(21)으로의 수직점(H)과, 상기 이면측 반사면(22)의 상기 반사점(P') 사이의 거리(d)이고,
f'는, 상기 투사기(10)와, 상기 이면 허상(4I')이 공액으로 되는 상기 초점 거리(f')인, 헤드업 디스플레이 장치.
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제1항에 있어서,
상기 표시 부재(20)는, 투광성 수지에 의해 판 형상으로 형성된 컴바이너인, 헤드업 디스플레이 장치.
제5항에 있어서,
상기 컴바이너는, 상하 방향에 있어서, 그 하단부로부터 상단부를 향할수록 두께가 연속적으로 증대하는 쐐기 형상으로 되어 있는, 헤드업 디스플레이 장치.
헤드업 디스플레이 장치용의 컴바이너이며, 상기 헤드업 디스플레이 장치의 투사기(10)로부터 투사되는 표시 광상(4)의 광축상에 배치되는 컴바이너에 있어서,
이동체(2)의 실내측에서 상기 투사기(10)로부터 투사된 상기 표시 광상(4)을 반사함으로써 상기 이동체(2)의 탑승자(8)에 시인되는 표면 허상(4I)을 생성하는 오목 곡면 형상의 표면측 반사면(21)과,
상기 이동체(2)의 실외측에서 상기 투사기(10)로부터 투사된 상기 표시 광상(4)을 반사함으로써 상기 이동체(2)의 탑승자(8)에 시인되는 이면 허상(4I')을 생성하는 볼록 곡면 형상의 이면측 반사면(22)을 갖고,
상기 이면측 반사면(22)에서 반사되고, 상기 표면측 반사면(21)으로부터 출사한 상기 표시 광상(4)의 광축(Xb)과, 상기 표면측 반사면(21)에서 반사된 상기 표시 광상(4)의 광축(Xf)은, 서로 동축을 이루어, 상기 탑승자(8)의 아이 포인트로서 미리 상정되는 상정 아이 포인트(9a)까지 연신되고,
상기 표면측 반사면(21)에서 반사되는 상기 표시 광상(4)의 상기 광축(Xf)이 위치하는 상기 표면측 반사면(21)상의 반사점(P)에 있어서의 상기 표면측 반사면(21)의 곡률 반경(R)은, 상기 이면측 반사면(22)에서 반사되는 상기 표시 광상(4)의 상기 광축(Xb)이 위치하는 상기 이면측 반사면(22)상의 반사점(P')에 있어서의 상기 이면측 반사면(22)의 곡률 반경(R')보다도 작고,
상기 표면측 반사면(21)의 상기 반사점(P) 및 상기 이면측 반사면(22)의 상기 반사점(P')의 양쪽을 포함하는 상기 컴바이너의 단면(20a)에 있어서, 상기 표면측 반사면(21)의 상기 반사점(P)에 정접하는 접선(C)과, 상기 이면측 반사면(22)의 상기 반사점(P')에 정접하는 접선(C')은, 소정의 각도(Δθ)로 서로 교차하고,
상기 표면 허상(4I)의 결상 위치에 있어서의 상기 표면 허상(4I)의 단부(E)로부터 상기 상정 아이 포인트(9a)를 향하는 주 광선(Lf)은, 상기 이면 허상(4I')의 결상 위치에 있어서, 상기 표면 허상(4I)의 상기 단부(E)에 인접하는 상기 이면 허상(4I')의 단부(E')로부터 상기 상정 아이 포인트(9a)를 향하는 주 광선(Ld)에 대해, 동축을 이루고,
상기 표면 허상(4I)의 결상 위치에 있어서의 상기 표면 허상(4I)의 상기 단부(E)로부터 상기 상정 아이 포인트(9a)를 향하는 상기 주 광선(Lf)과, 상기 이면 허상(4I')의 결상 위치에 있어서, 상기 표면 허상(4I)의 상기 단부(E)에 인접하는 상기 이면 허상(4I')의 상기 단부(E')로부터 상기 상정 아이 포인트(9a)를 향하는 상기 주 광선(Ld)은, 상기 이면측 반사면(22)에서 반사되고, 상기 표면측 반사면(21)으로부터 출사한 상기 표시 광상(4)의 상기 광축(Xb)과, 상기 표면측 반사면(21)에서 반사된 상기 표시 광상(4)의 상기 광축(Xf)의 양쪽에 대해, 각각 동등한 각도(φ, φ')를 이루고,
상기 이면측 반사면(22)의 상기 곡률 반경(R')은, 상기 투사기(10)와, 상기 이면 허상(4I')이 공액으로 되는 초점 거리(f')를 형성하도록 설정되고, 상기 초점 거리(f')는 이하의 3개의 식으로 구해지고,
1/f'＝1/La'＋1/Lb'
La'＝d/{cos(θref-Δθ)·n}＋(La-D·sinθi)/cos(θi-θi')
(Lb/La)/Lc＝(Lb'/La')/Lc'
상기 3개의 식에 있어서,
n은, 상기 컴바이너의 굴절률(n)이고,
Δθ는, 상기 소정의 각도(Δθ)이고,
θi는, 상기 투사기(10)로부터 상기 표면측 반사면(21)의 상기 반사점(P)으로 입사하는 상기 표시 광상(4)의 상기 광축(Xf)의 상기 표면측 반사면(21)에서의 입사각(θi)이고,
θi'는, 상기 투사기(10)로부터 상기 이면측 반사면(22)의 상기 반사점(P')으로 입사하는 상기 표시 광상(4)의 상기 광축(Xb)의 상기 표면측 반사면(21)에서의 입사각(θi')이고,
θref는, 상기 이면측 반사면(22)의 상기 반사점(P')에서의 상기 표시 광상(4)의 상기 광축(Xb)의 반사각(θref)이고,
La는, 상기 투사기(10)로부터 상기 표면측 반사면(21)의 상기 반사점(P)까지의 거리(La)이고,
La'는, 상기 표면측 반사면(21)의 굴절점(P")으로부터 상기 이면측 반사면(22)의 상기 반사점(P')으로 출사하는 상기 표시 광상(4)의 상기 광축(Xb)상의 상기 표면측 반사면(21)에서의 상기 굴절점(P")을 경유한, 상기 투사기(10)로부터 상기 이면측 반사면(22)의 상기 반사점(P')까지의 공기 환산 거리(La')이고,
Lb는, 상기 표면측 반사면(21)의 상기 반사점(P)으로부터 상기 표면 허상(4I)의 결상 위치까지의 거리(Lb)이고,
Lb'는, 상기 표면측 반사면(21)의 상기 반사점(P)과 상기 이면측 반사면(22)의 상기 반사점(P') 사이의 거리를 상기 굴절률(n)로 나눈 값을, 상기 표면측 반사면(21)의 상기 반사점(P)으로부터 상기 이면 허상(4I')의 결상 위치까지의 거리로부터 차감하여 이루어지는 공기 환산 거리(Lb')이고,
Lc는, 상기 표면 허상(4I)의 결상 위치로부터 상기 상정 아이 포인트(9a)까지의 거리(Lc)이고,
Lc'는, 상기 이면 허상(4I')의 결상 위치로부터 상기 상정 아이 포인트(9a)까지의 거리(Lc')이고,
D는, 상기 표면측 반사면(21)의 상기 굴절점(P")과 상기 표면측 반사면(21)의 상기 반사점(P) 사이의 거리(D)이고,
d는, 상기 이면측 반사면(22)의 상기 반사점(P')으로부터 상기 표면측 반사면(21)으로의 수직점(H)과, 상기 이면측 반사면(22)의 상기 반사점(P') 사이의 거리(d)이고,
f'는, 상기 투사기(10)와, 상기 이면 허상(4I')이 공액으로 되는 상기 초점 거리(f')인, 컴바이너.
제7항에 있어서,
상기 컴바이너는, 투광성 수지에 의해 판 형상으로 형성되어 있는, 컴바이너.
제8항에 있어서,
상기 컴바이너는, 상하 방향에 있어서, 그 하단부로부터 상단부를 향할수록 두께가 연속적으로 증대하는 쐐기 형상으로 되어 있는, 컴바이너.