WO2019130944A1 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

ヘッドアップディスプレイ装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2019130944A1
WO2019130944A1 PCT/JP2018/043535 JP2018043535W WO2019130944A1 WO 2019130944 A1 WO2019130944 A1 WO 2019130944A1 JP 2018043535 W JP2018043535 W JP 2018043535W WO 2019130944 A1 WO2019130944 A1 WO 2019130944A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
head
optical system
mirror
display device
image
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/043535
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
正直 川名
Original Assignee
富士フイルム株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 富士フイルム株式会社 filed Critical 富士フイルム株式会社
Priority to JP2019562865A priority Critical patent/JP6995883B2/ja
Publication of WO2019130944A1 publication Critical patent/WO2019130944A1/ja
Priority to US16/872,122 priority patent/US11194156B2/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K35/00—Instruments specially adapted for vehicles; Arrangement of instruments in or on vehicles
    • B60K35/60—Instruments characterised by their location or relative disposition in or on vehicles
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/02—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system
    • G02B17/06—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror
    • G02B17/0605—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror using two curved mirrors
    • G02B17/0621—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror using two curved mirrors off-axis or unobscured systems in which not all of the mirrors share a common axis of rotational symmetry, e.g. at least one of the mirrors is warped, tilted or decentered with respect to the other elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/08—Mirrors
    • G02B5/0816—Multilayer mirrors, i.e. having two or more reflecting layers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/08—Mirrors
    • G02B5/10—Mirrors with curved faces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K2360/00—Indexing scheme associated with groups B60K35/00 or B60K37/00 relating to details of instruments or dashboards
    • B60K2360/20—Optical features of instruments
    • B60K2360/23—Optical features of instruments using reflectors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K2360/00—Indexing scheme associated with groups B60K35/00 or B60K37/00 relating to details of instruments or dashboards
    • B60K2360/20—Optical features of instruments
    • B60K2360/33—Illumination features
    • B60K2360/334—Projection means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K35/00—Instruments specially adapted for vehicles; Arrangement of instruments in or on vehicles
    • B60K35/20—Output arrangements, i.e. from vehicle to user, associated with vehicle functions or specially adapted therefor
    • B60K35/21—Output arrangements, i.e. from vehicle to user, associated with vehicle functions or specially adapted therefor using visual output, e.g. blinking lights or matrix displays
    • B60K35/23—Head-up displays [HUD]
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/011—Head-up displays characterised by optical features comprising device for correcting geometrical aberrations, distortion
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0145—Head-up displays characterised by optical features creating an intermediate image
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0149—Head-up displays characterised by mechanical features
    • G02B2027/015—Head-up displays characterised by mechanical features involving arrangement aiming to get less bulky devices

Definitions

  • the present invention reflects the display light of the image displayed on the image display surface on the image reflection surface facing the observer to the observer side, and enlarges and displays the image as a virtual image over the image reflection surface to the observer.
  • the present invention relates to an up display device.
  • a head-up display device is known as a device that displays information such as a direction instruction, a warning, and a traveling speed to a driver of a car or the like.
  • the head-up display device projects a virtual image of an image to be displayed on an image reflecting surface such as a front window or a combiner so that a driver can recognize information necessary for driving an automobile etc. without looking away from the field of view
  • Patent documents 1 to 4 are proposed as such a head-up display device.
  • Such a head-up display device is required to be compact because it must be installed in a limited space around the driver's seat of a mobile object such as an automobile. Further, in recent years, the number of pixels of image display elements mounted on head-up display devices has been increased, and along with that, optical systems for displaying virtual images are also high-performance in which various aberrations are well corrected. It is required to be
  • AR augmented reality
  • a range in which the driver can appropriately observe a virtual image that is, an eye box is determined.
  • the eye box is set in a range where it is assumed that the driver's eyes are positioned when the driver takes an appropriate driving posture. Since the position of the driver's seat in the lateral direction is generally fixed, it is unlikely that the driver's eyes will be dislocated from the eyebox in the lateral direction. However, since the longitudinal and vertical positions of the driver's seat are generally adjustable, and the driver's height and driving posture are also diverse, the driver's eyes are deviated in the vertical direction with respect to the eyebox. It will be easier. Therefore, it is required that the eyebox itself be expanded in the vertical direction so that a virtual image can be appropriately displayed to various drivers.
  • the devices of Patent Documents 1 to 4 combine a plurality of mirrors to obtain an image. By bending the optical path of the display light emitted from the display element, the optical path length in a predetermined space is obtained.
  • the devices of Patent Documents 1 to 4 can not be said to be sufficiently miniaturized in response to the recent demand for miniaturization, and further miniaturization is required.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a head-up display device which is small but has a small aberration and a wide range in the vertical direction of the eye box.
  • the head-up display device of the present invention reflects the display light of the image displayed on the image display surface on the image reflection surface facing the observer to the observer side, and virtualizes the image over the image reflection surface to the observer
  • An intermediate image is formed between the first optical system and the second optical system on the optical path, and the first optical system is a double reflection mirror that reflects the display light twice on the optical path Have.
  • image display surface refers not only to the image display surface of the image display element itself, but also to enlarge the range of the pupil position of the observer who can observe the virtual image properly (hereinafter referred to as an eye box).
  • a diffusion member such as a diffuser
  • image display surface is also included in the case where the image display surface of the diffusion member is regarded as the above-mentioned "image display surface”.
  • the head-up display device of the present invention it is preferable to have a stop on the image display surface side of the second optical system on the light path.
  • the first optical system has only one concave mirror.
  • the first optical system has a two-time reflecting mirror having a planar shape and a concave mirror in this order from the image display surface side in the optical path, and display light emitted from the image display surface is reflected twice, Preferably, the light is reflected in the order of the concave mirror and the double reflecting mirror.
  • the second optical system may be formed of one concave mirror, or may be formed of one concave mirror and one plane mirror.
  • the head-up display device of the present invention reflects the display light of the image displayed on the image display surface on the image reflection surface facing the observer to the observer side, and virtualizes the image over the image reflection surface to the observer
  • An intermediate image is formed between the first optical system and the second optical system on the optical path, and the first optical system is a double reflection mirror that reflects the display light twice on the optical path Since the head-up display device is small, it has a small aberration, and the head-up display device can have a wide range in the vertical direction of the eye box.
  • a schematic view of a driver's seat of a car equipped with a head-up display device Schematic configuration diagram of the head-up display device Schematic block diagram of the head-up display device of the reference example 1 Schematic block diagram of the head-up display device of the reference example 2
  • the schematic block diagram of the head-up display apparatus of Example 1 of this invention The schematic block diagram of the head-up display apparatus of Example 2 of this invention
  • the schematic block diagram of the head-up display apparatus of Example 3 of this invention The schematic block diagram of the head-up display apparatus of Example 4 of this invention
  • the schematic block diagram of the head-up display apparatus of Example 5 of this invention The schematic block diagram of the head-up display apparatus of Example 6 of this invention
  • FIG. 1 is a schematic view of a driver's seat of a car equipped with a head-up display device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic view of the head-up display device.
  • the head-up display device 10 of the present embodiment is disposed in a dashboard of a car, and an image showing information such as traveling speed emitted from the inside of the device is displayed by a front window (image reflection surface) 7
  • a front window (image reflection surface) 7 In a state where the pupil position of the driver (observer) is in the eye box 8, the virtual image 9 is enlarged and displayed as a virtual image 9 in front of the front window 7 of the driver (observer).
  • the head-up display device 10 includes a first optical system having at least one concave mirror and a second optical system having at least one concave mirror, and the first optical system on the optical path. Between the optical system and the second optical system, an intermediate image is formed at a position conjugate with the image display surface 1 via the first optical system.
  • the first optical system includes, in order from the image display surface 1 side along the optical path of the display light, a plane mirror 2, a concave mirror 3, and a plane mirror 4.
  • the flat mirror 2 functions as a twice reflecting mirror that reflects the display light twice on the optical path of the display light.
  • the second optical system comprises only the concave mirror 6.
  • the image display surface 1 may be configured such that the image display surface of an image display element such as an LCD (Liquid Crystal Display) or an OLED (Organic Light Emitting Diode) is the image display surface 1 in FIG.
  • a diffusion member such as a diffuser may be disposed on the display surface 1 and an image may be projected on the diffusion member using a projector device (not shown).
  • the display light emitted from the image display surface 1 is a plane mirror 2 (twice reflection mirror), a concave mirror 3, a plane mirror 2 (twice reflection mirror), a plane mirror 4
  • the light is reflected in the order of the concave mirror 6 and reaches the front window (image reflection surface) 7.
  • the display light is once converged in the optical system such that an intermediate image is formed between the first optical system and the second optical system, that is, between the plane mirror 4 and the concave mirror 6.
  • the entire optical system can be miniaturized and the light path length can be increased. it can.
  • the power for projecting display light can be shared by the two mirrors, so aberration is reduced. It can be suppressed.
  • the head-up display device 10 of the present embodiment can be a head-up display device that is small in size but has a small aberration and a wide range in the vertical direction of the eye box.
  • the diaphragm 5 on the image display surface 1 side of the second optical system (concave mirror 6) on the optical path.
  • the diaphragm 5 it is preferable to have the diaphragm 5 on the image display surface 1 side of the second optical system (concave mirror 6) on the optical path.
  • the first optical system has only one concave mirror.
  • the number of concave mirrors which is expensive compared to a flat mirror, can be minimized, which contributes to cost reduction.
  • the first optical system further includes a two-time reflection mirror (planar mirror 2) having a planar shape and a concave mirror 3 in order from the image display surface 1 side in the optical path, and displays the light emitted from the image display surface 1
  • the light is preferably reflected in the order of the plane mirror 2 (twice reflection mirror), the concave mirror 3 and the plane mirror 2 (twice reflection mirror).
  • a planar mirror does not generate an aberration regardless of the incident angle. Therefore, when the double reflection mirror is formed into a planar shape in particular, the arrangement of the optical system can be given freedom without generating an aberration.
  • the second optical system may be configured of one concave mirror. Such a configuration is advantageous for reducing the size of the optical system in the vertical direction (vertical direction in FIG. 2). Examples 1 and 6 described later correspond to this aspect.
  • the second optical system may be composed of one concave mirror and one flat mirror. Such a configuration is advantageous for reducing the size of the optical system in the front-rear direction (the left-right direction in FIG. 2).
  • the following Examples 2 to 5 correspond to this aspect.
  • FIG. 3 is a schematic block diagram of the head-up display device of the first embodiment.
  • the head-up display device of the first reference example includes a concave mirror 72, a concave mirror 73, and a front window 74 in this order from the image display surface 71 side along the optical path of display light.
  • Reference numeral 75 in the figure indicates an eye box.
  • Table 1 shows data on specifications of the head-up display device of Reference Example 1
  • Table 2 shows arrangement coordinate data of each element constituting the head-up display device
  • Table 3 shows data on free-form surface coefficients of each surface.
  • field of view (FOV: Field of View [horizontal H x vertical V] (°)
  • eye box incident pupil) size (horizontal (mm: millimeter)) x vertical
  • the values of (mm: mm), virtual image distance (mm: mm), and image display area (horizontal direction (mm: mm) x vertical direction (mm: mm)) are shown.
  • the setting of the local coordinate system is as follows.
  • the component vectors of the origin of each local coordinate system and the Z axis are respectively (x, y, z) and (i, j, k) in the absolute coordinate system.
  • a plane (XY plane) passing through the origin of each local coordinate system and orthogonal to the Z axis is used as a reference plane of each element, and the normal vector of each reference plane coincides with the Z axis of the local coordinate system.
  • the X axis is orthogonal to the display surface in FIG. 3, and the front side of the display surface is the plus side.
  • the Y-axis and the Z-axis are parallel to the display surface of FIG.
  • the Y-axis is set to coincide with the outer product of the Z-axis and the X-axis.
  • the reference surfaces of the two concave mirrors and the front window (image reflecting surface) have paraxial curvature, and the free curved surface shape is set as an additional shape on them.
  • a rectangular aperture whose long side is the X axis and whose short side is the Y axis is set on the reference plane.
  • the two concave mirrors and the front window are reflecting surfaces having power, and data on the free curved surface coefficient of each surface is shown in Table 3.
  • the free-form surface coefficient is a value of the rotationally asymmetric aspheric surface coefficient C (i, j) in the free-form surface equation expressed by the following equation.
  • the rotationally asymmetric aspheric coefficients not particularly described in Table 3 are zero.
  • FIG. 4 is a schematic block diagram of the head-up display device of the second embodiment.
  • the head-up display device of the reference example 2 includes a concave mirror 82, a plane mirror 83, a concave mirror 84, and a front window 85 in this order from the image display surface 81 side along the optical path of display light.
  • Reference numeral 86 in the figure indicates an eye box.
  • Table 4 shows data on specifications of the head-up display device of Reference Example 2
  • Table 5 shows arrangement coordinate data of each element constituting the head-up display device
  • Table 6 shows data on free-form surface coefficients of each surface.
  • FIG. 5 is a schematic block diagram of the head-up display device of the first embodiment.
  • the flat mirror 12, the concave mirror 13, the flat mirror 14, the concave mirror 15, and the front window 16 are arranged in order from the image display surface 11 side along the optical path of display light. It is configured.
  • Reference numeral 17 in the figure indicates an eye box.
  • the first optical system includes a plane mirror 12, a concave mirror 13, and a plane mirror 14 in this order from the image display surface 11 side along the optical path of the display light.
  • the flat mirror 12 functions as a twice reflecting mirror that reflects the display light twice on the optical path of the display light.
  • the second optical system comprises only the concave mirror 15. An intermediate image is formed on the optical path between the first optical system and the second optical system.
  • Table 7 shows data on the specifications of the head-up display device of Example 1
  • Table 8 shows arrangement coordinate data of each element constituting the head-up display device
  • Table 9 shows data on free-form surface coefficients of each surface.
  • FIG. 6 is a schematic block diagram of the head-up display device of the second embodiment.
  • the flat mirror 22, the concave mirror 23, the flat mirror 24, the concave mirror 25, and the front window 26 are arranged in order from the image display surface 21 along the optical path of display light. It is configured.
  • Reference numeral 27 in the figure indicates an eye box.
  • the first optical system is composed of a plane mirror 22 and a concave mirror 23 in order from the image display surface 21 side along the optical path.
  • the flat mirror 22 functions as a twice reflecting mirror that reflects the display light twice on the optical path of the display light.
  • the second optical system includes a plane mirror 24 and a concave mirror 25 in this order from the image display surface 21 side along the optical path. An intermediate image is formed on the optical path between the first optical system and the second optical system.
  • Table 10 shows data on the specifications of the head-up display device of Example 2
  • Table 11 shows arrangement coordinate data of each element constituting the head-up display device
  • Table 12 shows data on free-form surface coefficients of each surface.
  • FIG. 7 is a schematic block diagram of the head-up display device of the third embodiment.
  • the flat mirror 32, the concave mirror 33, the flat mirror 34, the concave mirror 35, and the front window 36 are arranged in order from the image display surface 31 along the optical path of display light. It is configured.
  • Reference numeral 37 in the figure indicates an eye box.
  • the first optical system is composed of a plane mirror 32 and a concave mirror 33 in order from the image display surface 31 side along the optical path.
  • the flat mirror 32 functions as a twice reflecting mirror that reflects the display light twice on the optical path of the display light.
  • the second optical system is composed of a plane mirror 34 and a concave mirror 35 in order from the image display surface 31 side along the optical path. An intermediate image is formed on the optical path between the first optical system and the second optical system.
  • Table 13 shows data on specifications of the head-up display device of Example 3
  • Table 14 shows arrangement coordinate data of each element constituting the head-up display device
  • Table 15 shows data on free-form surface coefficients of each surface.
  • FIG. 8 is a schematic block diagram of the head-up display device of the fourth embodiment.
  • the plane mirror 42, the concave mirror 43, the plane mirror 44, the plane mirror 45, and the concave mirror 46 are arranged in order from the image display surface 41 side along the optical path of display light. It comprises a front window 47.
  • Reference numeral 48 in the figure indicates an eye box.
  • the first optical system includes a plane mirror 42, a concave mirror 43, and a plane mirror 44 in this order from the image display surface 41 side along the optical path.
  • the flat mirror 42 functions as a twice reflecting mirror that reflects the display light twice on the optical path of the display light.
  • the second optical system is composed of a plane mirror 45 and a concave mirror 46 in order from the image display surface 41 side along the optical path. An intermediate image is formed on the optical path between the first optical system and the second optical system.
  • Table 16 shows data on the specifications of the head-up display device of Example 4
  • Table 17 shows arrangement coordinate data of each element constituting the head-up display device
  • Table 18 shows data on free-form surface coefficients of each surface.
  • FIG. 9 is a schematic view of a head-up display device according to a fifth embodiment.
  • the plane mirror 52, the concave mirror 53, the plane mirror 54, the plane mirror 55, and the concave mirror 56 are arranged in order from the image display surface 51 side along the optical path of display light. It comprises a front window 57 and the like.
  • Reference numeral 58 in the figure indicates an eye box.
  • the first optical system includes a plane mirror 52, a concave mirror 53, and a plane mirror 54 in this order from the image display surface 51 side along the optical path.
  • the flat mirror 52 functions as a twice reflecting mirror that reflects the display light twice on the optical path of the display light.
  • the second optical system includes a plane mirror 55 and a concave mirror 56 in order from the image display surface 51 side along the optical path. An intermediate image is formed on the optical path between the first optical system and the second optical system.
  • Table 19 shows data on the specifications of the head-up display device of Example 5
  • Table 20 shows arrangement coordinate data of each element constituting the head-up display device
  • Table 21 shows data on free-form surface coefficients of each surface.
  • FIG. 10 is a schematic block diagram of the head-up display device of the sixth embodiment.
  • the plane mirror 62, the concave mirror 63, the plane mirror 64, the concave mirror 65, and the front window 66 are arranged in order from the image display surface 61 side along the optical path of display light. It is configured.
  • Reference numeral 67 in the figure indicates an eye box.
  • the first optical system includes a plane mirror 62, a concave mirror 63, and a plane mirror 64 in this order from the image display surface 61 side along the optical path of the display light.
  • the flat mirror 62 functions as a twice reflecting mirror that reflects the display light twice on the optical path of the display light.
  • the second optical system is composed of only the concave mirror 65. An intermediate image is formed on the optical path between the first optical system and the second optical system.
  • Table 22 shows data on specifications of the head-up display device of Example 6
  • Table 23 shows arrangement coordinate data of each element constituting the head-up display device
  • Table 24 shows data on free-form surface coefficients of each surface.
  • the FOV, the eye box (incident pupil) size, the virtual image distance, and the image display area have almost the same configuration as shown in the data on specifications.
  • the head-up display device of the first reference example does not include the twice reflecting mirror that reflects the display light twice on the optical path of the display light
  • the optical system is compared with the head-up display devices of the first to sixth embodiments. It is not possible to achieve both size reduction and optical path length.
  • the head-up display device of the reference example 2 has one plane mirror more than the head-up display device of the reference example 1, the head-up display device can be made smaller than the head-up display device of the reference example 1.
  • the double reflection mirror for reflecting the display light twice is not provided on the optical path of the display light, the degree of freedom in the arrangement of the optical system is small, and a large space is required to accommodate the optical path. Therefore, as compared with the head-up display devices of the first to sixth embodiments, the miniaturization of the optical system and the optical path length can not be simultaneously achieved.
  • the head-up display devices of Examples 1 to 6 are small-sized head-up display devices with small aberration and a wide range in the vertical direction of the eye box.
  • the optical system can be arranged with a degree of freedom, so Embodiments 1 to 6 shown in FIGS. Arrange the optical system with a high degree of freedom according to the specification, such as a mode (horizontal arrangement) to shorten the vertical direction in the figure or an embodiment (longitudinal arrangement) to shorten the horizontal direction in the figure. Can.
  • the present invention has been described above by the embodiment and the examples, the present invention is not limited to the above embodiment and the examples, and various modifications are possible.
  • the positions and sizes of the elements constituting the head-up display device are not limited to the values shown in the above numerical examples, and other values can be taken.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Instrument Panels (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

小型でありながら、収差が小さく、アイボックスの上下方向の範囲が広いヘッドアップディスプレイ装置を提供する。 本発明のヘッドアップディスプレイ装置（１０）は、表示光の光路に沿って画像表示面（１）側から順に、少なくとも１枚の凹面ミラー（３）を有する第１光学系と、少なくとも１枚の凹面ミラー（６）を有する第２光学系とを有し、光路上において第１光学系と第２光学系との間に中間像が形成され、第１光学系は、光路上において表示光を２回反射する２回反射ミラー（２）を有する。

Description

ヘッドアップディスプレイ装置
　本発明は、観察者と対向する画像反射面において画像表示面に表示された画像の表示光を観察者側に反射させ、観察者に対して画像反射面越しに画像を虚像として拡大表示するヘッドアップディスプレイ装置に関するものである。
　従来より、自動車等の運転者に対して方向指示や注意喚起、走行速度等の情報を表示する装置として、ヘッドアップディスプレイ装置が知られている。ヘッドアップディスプレイ装置は、表示する画像の虚像をフロントウィンドウやコンバイナ等の画像反射面に映し出して、運転者が視界から目をそらすことなく自動車等の運転に必要な情報を認識することができるようにするためのものである。このようなヘッドアップディスプレイ装置として、特許文献１～４が提案されている。
特許第６０９６９１１号明細書 特開２０１４－１７０１１２号公報 特開２０１６－１８６５０９号公報 特開２０１７－１２０３８８号公報
　このようなヘッドアップディスプレイ装置は、自動車等の移動体の運転席周りの限られた空間に設置しなければならないため、小型であることが要求される。また、近年では、ヘッドアップディスプレイ装置に搭載される画像表示素子の高画素化が進んでおり、それに伴って虚像を表示させるための光学系についても、諸収差が良好に補正された高性能なものであることが求められている。
　さらに、近年のヘッドアップディスプレイ装置では、フロントウィンドウ越しに見える景色に合わせて、ナビゲーションの情報および／または施設の情報等を表示する拡張現実（ＡＲ：Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ　Ｒｅａｌｉｔｙ）と呼ばれる手法が提案されている。このＡＲ系コンテンツを表示する場合には、フロントウィンドウ越しに見える景色中の各施設および／または道路の位置に厳密に合わせて情報を表示させないと効果的ではないため、運転者の眼の位置を考慮して、虚像表示位置および角度を厳密に設定する必要がある。
　ところで、ヘッドアップディスプレイ装置では、運転者が適切に虚像を観察できる範囲、すなわちアイボックスが決まっている。このアイボックスは、運転者が適切な運転姿勢をとった際に、運転者の眼が位置することが想定される範囲に設定されている。運転席の左右方向の位置は一般的には固定されているため、アイボックスに対して運転者の眼が左右方向で外れることは考えにくい。しかしながら、運転席の前後方向および上下方向の位置は一般的には調整可能であり、また運転者の身長および運転姿勢も多様であるため、アイボックスに対して運転者の眼が上下方向では外れやすくなってしまう。そのため、アイボックス自体を上下方向に拡張し、多様な運転手に対して適切に虚像を表示可能であることが要求される。
　収差が小さく、アイボックスの上下方向の範囲が広いヘッドアップディスプレイ装置を構成する場合、表示光を投写する凹面ミラーの曲率を小さくして収差の発生を抑えつつ、曲率の小さな凹面ミラーでも十分な大きさのアイボックスとするために画像表示素子から画像反射面までの光路長を長くして、画像表示素子のサイズに対する虚像表示サイズの拡大率を上げることが考えられる。
　光路長の確保は装置の小型化の要求とは相反するものであるが、光路長の確保と装置の小型化を両立するため、特許文献１～４の装置では複数枚のミラーを組み合わせ、画像表示素子から出射した表示光の光路を折り曲げることによって、所定の空間内における光路長を稼いでいる。しかしながら、特許文献１～４の装置は、近年の小型化の要求に対して十分に小型化されているとは言えず、さらなる小型化が要求されている。
　本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、小型でありながら、収差が小さく、アイボックスの上下方向の範囲が広いヘッドアップディスプレイ装置を提供することを目的とするものである。
　本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、観察者と対向する画像反射面において画像表示面に表示された画像の表示光を観察者側に反射させ、観察者に対して画像反射面越しに画像を虚像として拡大表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、表示光の光路に沿って画像表示面側から順に、少なくとも１枚の凹面ミラーを有する第１光学系と、少なくとも１枚の凹面ミラーを有する第２光学系とを有し、光路上において第１光学系と第２光学系との間に中間像が形成され、第１光学系は、光路上において表示光を２回反射する２回反射ミラーを有する。
　ここで、「画像表示面」とは、画像表示素子そのものの画像表示面のみならず、適正に虚像を観察できる観察者の瞳位置の範囲（以下、アイボックスと表記）を拡大するために、画像表示素子に表示された画像をディフューザー等の拡散部材に一旦投影するものについて、この拡散部材の画像表示面を上記の「画像表示面」と見做す場合も含む。
　本発明のヘッドアップディスプレイ装置においては、光路上において第２光学系よりも画像表示面側に絞りを有することが好ましい。
　また、第１光学系は、凹面ミラーを１枚のみ有することが好ましい。
　また、第１光学系は、光路上において最も画像表示面側から順に、平面形状の２回反射ミラーと、凹面ミラーとを有し、画像表示面から出射した表示光は、２回反射ミラー、凹面ミラー、２回反射ミラーの順に反射されることが好ましい。
　また、第２光学系は、１枚の凹面ミラーからなるものとしてもよいし、１枚の凹面ミラーと１枚の平面ミラーとからなるものとしてもよい。
　本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、観察者と対向する画像反射面において画像表示面に表示された画像の表示光を観察者側に反射させ、観察者に対して画像反射面越しに画像を虚像として拡大表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、表示光の光路に沿って画像表示面側から順に、少なくとも１枚の凹面ミラーを有する第１光学系と、少なくとも１枚の凹面ミラーを有する第２光学系とを有し、光路上において第１光学系と第２光学系との間に中間像が形成され、第１光学系は、光路上において表示光を２回反射する２回反射ミラーを有するものとしたので、小型でありながら、収差が小さく、アイボックスの上下方向の範囲が広いヘッドアップディスプレイ装置とすることができる。
本発明の一実施形態にかかるヘッドアップディスプレイ装置を搭載した自動車の運転席の模式図 上記ヘッドアップディスプレイ装置の概略構成図 参考例１のヘッドアップディスプレイ装置の概略構成図 参考例２のヘッドアップディスプレイ装置の概略構成図 本発明の実施例１のヘッドアップディスプレイ装置の概略構成図 本発明の実施例２のヘッドアップディスプレイ装置の概略構成図 本発明の実施例３のヘッドアップディスプレイ装置の概略構成図 本発明の実施例４のヘッドアップディスプレイ装置の概略構成図 本発明の実施例５のヘッドアップディスプレイ装置の概略構成図 本発明の実施例６のヘッドアップディスプレイ装置の概略構成図
　以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態にかかるヘッドアップディスプレイ装置を搭載した自動車の運転席の模式図、図２はこのヘッドアップディスプレイ装置の概略構成図である。
　図１に示すように、本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置１０は、自動車のダッシュボード内に配置され、装置内から射出した走行速度等の情報を示す画像をフロントウィンドウ（画像反射面）７によって反射させ、運転者（観察者）の瞳位置がアイボックス８内にある状態において、運転者（観察者）のフロントウィンドウ７越し前方に虚像９として拡大表示するものである。
　図２に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置１０は、少なくとも１枚の凹面ミラーを有する第１光学系と、少なくとも１枚の凹面ミラーを有する第２光学系とを有し、光路上における第１光学系と第２光学系との間において、第１光学系を介して画像表示面１と共役な位置に中間像が形成されるように構成されている。
　具体的には、第１光学系は、表示光の光路に沿って画像表示面１側から順に、平面ミラー２と、凹面ミラー３と、平面ミラー４とから構成されている。平面ミラー２は、表示光の光路上において表示光を２回反射する２回反射ミラーとして機能する。第２光学系は、凹面ミラー６のみから構成されている。
　画像表示面１は、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ）やＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）のような画像表示素子の画像表示面を図２における画像表示面１とする構成としてもよいし、図２における画像表示面１にディフューザー等の拡散部材を配置し、不図示のプロジェクター装置を用いて拡散部材に画像を投写する構成としてもよい。
　本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置１０においては、画像表示面１から出射した表示光が、平面ミラー２（２回反射ミラー）、凹面ミラー３、平面ミラー２（２回反射ミラー）、平面ミラー４、凹面ミラー６の順に反射して、フロントウィンドウ（画像反射面）７に到達する。
　上述の通り、第１光学系と第２光学系との間、すなわち平面ミラー４と凹面ミラー６との間に中間像が形成されるようにして、光学系内で表示光を一旦収束させることによって、表示光の光束を細くすることができる。それに加えて、表示光の光路上において表示光を２回反射する平面ミラー２（２回反射ミラー）を配して、光路を折りたたむことによって、光学系全体を小型化しつつ光路長を稼ぐことができる。
　また、第１光学系と第２光学系の各々に少なくとも１枚の凹面ミラーを持たせることによって、表示光を拡大投写するためのパワーを２枚のミラーで分担させることができるため、収差を抑えることができる。
　以上のことから、本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置１０は、小型でありながら、収差が小さく、アイボックスの上下方向の範囲が広いヘッドアップディスプレイ装置とすることができる。
　本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置１０においては、光路上において第２光学系（凹面ミラー６）よりも画像表示面１側に絞り５を有することが好ましい。このように、中間像近傍の比較的光束が細い位置に絞り５を配することによって、迷光を防ぎ、虚像９の表示コントラストを向上させることができる。
　また、第１光学系は、凹面ミラーを１枚のみ有することが好ましい。このような構成とすることによって、平面ミラーと比較して高コストである凹面ミラーの枚数を最少に抑えることができるため、低コスト化に寄与する。
　また、第１光学系は、光路上において最も画像表示面１側から順に、平面形状の２回反射ミラー（平面ミラー２）と、凹面ミラー３とを有し、画像表示面１から出射した表示光は、平面ミラー２（２回反射ミラー）、凹面ミラー３、平面ミラー２（２回反射ミラー）の順に反射されることが好ましい。平面形状のミラーは、入射角に関わらず収差が発生しないため、特に２回反射ミラーを平面形状にした場合、収差を発生させることなく、光学系の配置に自由度を持たせることができる。
　また、第２光学系は、１枚の凹面ミラーからなるものとしてもよい。このような構成とすることによって、光学系の上下方向（図２中上下方向）のサイズを小さくするのに有利となる。後述の実施例１，６が、本態様に相当する。
　また、第２光学系は、１枚の凹面ミラーと１枚の平面ミラーとからなるものとしてもよい。このような構成とすることによって、光学系の前後方向（図２中左右方向）のサイズを小さくするのに有利となる。後述の実施例２～５が、本態様に相当する。
　次に、参考例と本発明のヘッドアップディスプレイ装置の数値実施例について説明する。
［参考例１］
　まず、参考例１のヘッドアップディスプレイ装置について説明する。図３は参考例１のヘッドアップディスプレイ装置の概略構成図である。
　参考例１のヘッドアップディスプレイ装置は、表示光の光路に沿って画像表示面７１側から順に、凹面ミラー７２と、凹面ミラー７３と、フロントウィンドウ７４とから構成されている。図中参照番号７５はアイボックスを示す。
　参考例１のヘッドアップディスプレイ装置の諸元に関するデータを表１に、ヘッドアップディスプレイ装置を構成する各要素の配置座標データを表２に、各面の自由曲面係数に関するデータを表３に示す。以下では、表中の記号の意味について、参考例１のものを例にとり説明するが、参考例２および実施例１～６についても基本的に同様である。
　表１に示す諸元に関するデータでは、視野（ＦＯＶ：Ｆｉｅｌｄ　ｏｆ　Ｖｉｅｗ）［水平方向Ｈ×垂直方向Ｖ］（°）、アイボックス（入射瞳）サイズ（水平方向（ｍｍ：ミリメートル））×垂直方向（ｍｍ：ミリメートル））、虚像距離（ｍｍ：ミリメートル）、画像表示領域（水平方向（ｍｍ：ミリメートル）×垂直方向（ｍｍ：ミリメートル））の値を示す。
　表２に示すヘッドアップディスプレイ装置を構成する各要素の配置座標データでは、図３に示した画像表示面７１の中心を原点とする絶対座標系と、各要素の面上に設定されたローカル座標系を組み合わせて記述する。
　なお、後述の実施例１～６のヘッドアップディスプレイ装置における各要素の配置座標データでは、表示光の光路上において表示光を２回反射する２回反射ミラーについて、構成要素の欄に（＊）を示す。また、光線カット用のマスクを挿入する面について、構成要素の欄に（＊＊）を示す。
　なお、ローカル座標系の設定は下記の通りである。各ローカル座標系の原点とＺ軸の成分ベクトルをそれぞれ絶対座標系で（ｘ，ｙ，ｚ）、（ｉ，ｊ，ｋ）とする。また、各ローカル座標系の原点を通過し、Ｚ軸に直交する平面(ＸＹ平面)を各要素の基準面とし、各基準面の法線ベクトルはローカル座標系のＺ軸と一致する。また、Ｘ軸は図３表示面と直交し、表示面の手前側をプラス側とする。また、Ｙ軸とＺ軸は図３表示面と平行とする。また、Ｚ軸とＸ軸の外積に一致するようにＹ軸を設定している。また、２枚の凹面ミラーおよびフロントウィンドウ（画像反射面）の基準面は近軸曲率を持ち、その上に自由曲面形状を付加形状として設定している。また、開口値を持つ要素ではＸ軸を長辺としＹ軸を短辺とする矩形開口を基準面上に設定している。
　また、２枚の凹面ミラーおよびフロントウィンドウ（画像反射面）はパワーを有する反射面であり、各面の自由曲面係数に関するデータを表３に示す。自由曲面係数は、下記式で表される自由曲面式における回転非対称非球面係数Ｃ（ｉ，ｊ）の値である。なお、表３で特に記述しない回転非対称非球面係数は０である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 ただし、
　Ｘ，Ｙ，Ｚ：面頂点を原点とした各座標
　Ｃ（ｉ，ｊ）：回転非対称非球面係数 ( ｉ＋ｊ＝ｋ，ｋ＝１～１０ )
とする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
［参考例２］
　次に、参考例２のヘッドアップディスプレイ装置について説明する。図４は参考例２のヘッドアップディスプレイ装置の概略構成図である。参考例２のヘッドアップディスプレイ装置は、表示光の光路に沿って画像表示面８１側から順に、凹面ミラー８２と、平面ミラー８３と、凹面ミラー８４と、フロントウィンドウ８５とから構成されている。図中参照番号８６はアイボックスを示す。参考例２のヘッドアップディスプレイ装置の諸元に関するデータを表４に、ヘッドアップディスプレイ装置を構成する各要素の配置座標データを表５に、各面の自由曲面係数に関するデータを表６に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
［実施例１］
　次に、本発明の実施例１のヘッドアップディスプレイ装置について説明する。図５は実施例１のヘッドアップディスプレイ装置の概略構成図である。
　実施例１のヘッドアップディスプレイ装置は、表示光の光路に沿って画像表示面１１側から順に、平面ミラー１２と、凹面ミラー１３と、平面ミラー１４と、凹面ミラー１５と、フロントウィンドウ１６とから構成されている。図中参照番号１７はアイボックスを示す。
　第１光学系は、表示光の光路に沿って画像表示面１１側から順に、平面ミラー１２と、凹面ミラー１３と、平面ミラー１４とから構成されている。平面ミラー１２は、表示光の光路上において表示光を２回反射する２回反射ミラーとして機能する。第２光学系は、凹面ミラー１５のみから構成されている。光路上において第１光学系と第２光学系との間に中間像が形成されるように構成されている。
　実施例１のヘッドアップディスプレイ装置の諸元に関するデータを表７に、ヘッドアップディスプレイ装置を構成する各要素の配置座標データを表８に、各面の自由曲面係数に関するデータを表９に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
［実施例２］
　次に、本発明の実施例２のヘッドアップディスプレイ装置について説明する。図６は実施例２のヘッドアップディスプレイ装置の概略構成図である。
　実施例２のヘッドアップディスプレイ装置は、表示光の光路に沿って画像表示面２１側から順に、平面ミラー２２と、凹面ミラー２３と、平面ミラー２４と、凹面ミラー２５と、フロントウィンドウ２６とから構成されている。図中参照番号２７はアイボックスを示す。
　第１光学系は、光路に沿って画像表示面２１側から順に、平面ミラー２２と、凹面ミラー２３とから構成されている。平面ミラー２２は、表示光の光路上において表示光を２回反射する２回反射ミラーとして機能する。第２光学系は、光路に沿って画像表示面２１側から順に、平面ミラー２４と、凹面ミラー２５とから構成されている。光路上において第１光学系と第２光学系との間に中間像が形成されるように構成されている。
　実施例２のヘッドアップディスプレイ装置の諸元に関するデータを表１０に、ヘッドアップディスプレイ装置を構成する各要素の配置座標データを表１１に、各面の自由曲面係数に関するデータを表１２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
［実施例３］
　次に、本発明の実施例３のヘッドアップディスプレイ装置について説明する。図７は実施例３のヘッドアップディスプレイ装置の概略構成図である。
　実施例３のヘッドアップディスプレイ装置は、表示光の光路に沿って画像表示面３１側から順に、平面ミラー３２と、凹面ミラー３３と、平面ミラー３４と、凹面ミラー３５と、フロントウィンドウ３６とから構成されている。図中参照番号３７はアイボックスを示す。
　第１光学系は、光路に沿って画像表示面３１側から順に、平面ミラー３２と、凹面ミラー３３とから構成されている。平面ミラー３２は、表示光の光路上において表示光を２回反射する２回反射ミラーとして機能する。第２光学系は、光路に沿って画像表示面３１側から順に、平面ミラー３４と、凹面ミラー３５とから構成されている。光路上において第１光学系と第２光学系との間に中間像が形成されるように構成されている。
　実施例３のヘッドアップディスプレイ装置の諸元に関するデータを表１３に、ヘッドアップディスプレイ装置を構成する各要素の配置座標データを表１４に、各面の自由曲面係数に関するデータを表１５に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000014
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000015
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000016
［実施例４］
　次に、本発明の実施例４のヘッドアップディスプレイ装置について説明する。図８は実施例４のヘッドアップディスプレイ装置の概略構成図である。
　実施例４のヘッドアップディスプレイ装置は、表示光の光路に沿って画像表示面４１側から順に、平面ミラー４２と、凹面ミラー４３と、平面ミラー４４と、平面ミラー４５と、凹面ミラー４６と、フロントウィンドウ４７とから構成されている。図中参照番号４８はアイボックスを示す。
　第１光学系は、光路に沿って画像表示面４１側から順に、平面ミラー４２と、凹面ミラー４３と、平面ミラー４４とから構成されている。平面ミラー４２は、表示光の光路上において表示光を２回反射する２回反射ミラーとして機能する。第２光学系は、光路に沿って画像表示面４１側から順に、平面ミラー４５と、凹面ミラー４６とから構成されている。光路上において第１光学系と第２光学系との間に中間像が形成されるように構成されている。
　実施例４のヘッドアップディスプレイ装置の諸元に関するデータを表１６に、ヘッドアップディスプレイ装置を構成する各要素の配置座標データを表１７に、各面の自由曲面係数に関するデータを表１８に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000017
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000018
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000019
［実施例５］
　次に、本発明の実施例５のヘッドアップディスプレイ装置について説明する。図９は実施例５のヘッドアップディスプレイ装置の概略構成図である。
　実施例５のヘッドアップディスプレイ装置は、表示光の光路に沿って画像表示面５１側から順に、平面ミラー５２と、凹面ミラー５３と、平面ミラー５４と、平面ミラー５５と、凹面ミラー５６と、フロントウィンドウ５７とから構成されている。図中参照番号５８はアイボックスを示す。
　第１光学系は、光路に沿って画像表示面５１側から順に、平面ミラー５２と、凹面ミラー５３と、平面ミラー５４とから構成されている。平面ミラー５２は、表示光の光路上において表示光を２回反射する２回反射ミラーとして機能する。第２光学系は、光路に沿って画像表示面５１側から順に、平面ミラー５５と、凹面ミラー５６とから構成されている。光路上において第１光学系と第２光学系との間に中間像が形成されるように構成されている。
　実施例５のヘッドアップディスプレイ装置の諸元に関するデータを表１９に、ヘッドアップディスプレイ装置を構成する各要素の配置座標データを表２０に、各面の自由曲面係数に関するデータを表２１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000020
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000021
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000022
［実施例６］
　次に、本発明の実施例６のヘッドアップディスプレイ装置について説明する。図１０は実施例６のヘッドアップディスプレイ装置の概略構成図である。
　実施例６のヘッドアップディスプレイ装置は、表示光の光路に沿って画像表示面６１側から順に、平面ミラー６２と、凹面ミラー６３と、平面ミラー６４と、凹面ミラー６５と、フロントウィンドウ６６とから構成されている。図中参照番号６７はアイボックスを示す。
　第１光学系は、表示光の光路に沿って画像表示面６１側から順に、平面ミラー６２と、凹面ミラー６３と、平面ミラー６４とから構成されている。平面ミラー６２は、表示光の光路上において表示光を２回反射する２回反射ミラーとして機能する。第２光学系は、凹面ミラー６５のみから構成されている。光路上において第１光学系と第２光学系との間に中間像が形成されるように構成されている。
　実施例６のヘッドアップディスプレイ装置の諸元に関するデータを表２２に、ヘッドアップディスプレイ装置を構成する各要素の配置座標データを表２３に、各面の自由曲面係数に関するデータを表２４に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000023
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000024
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000025
　参考例１、２および実施例１～６のヘッドアップディスプレイ装置は、諸元に関するデータに示すように、ＦＯＶ、アイボックス（入射瞳）サイズ、虚像距離、画像表示領域がほぼ同一の構成である。しかしながら、参考例１のヘッドアップディスプレイ装置は表示光の光路上において表示光を２回反射する２回反射ミラーを備えていないため、実施例１～６のヘッドアップディスプレイ装置と比較して光学系の小型化と光路長の両立ができていない。
　また、参考例２のヘッドアップディスプレイ装置は、参考例１のヘッドアップディスプレイ装置と比較して平面ミラーが１枚多いため、参考例１のヘッドアップディスプレイ装置よりは小型化できている。しかしながら、表示光の光路上において表示光を２回反射する２回反射ミラーを備えていないため、光学系の配置に自由度が少なく、また光路を収めるために広い空間が必要となる。そのため、やはり実施例１～６のヘッドアップディスプレイ装置と比較して光学系の小型化と光路長の両立ができていない。
　以上のデータから、実施例１～６のヘッドアップディスプレイ装置は全て、小型でありながら、収差が小さく、アイボックスの上下方向の範囲が広いヘッドアップディスプレイ装置であることが分かる。また、表示光の光路上において表示光を２回反射する２回反射ミラーを備えることで、光学系の配置に自由度を持たせることができるため、図５～１０に示す実施例１～６のヘッドアップディスプレイ装置のように、図中縦方向を短くする態様（横長配置）、図中横方向を短くする態様（縦長配置）等、仕様に応じて高い自由度で光学系を配置することができる。
　以上、実施形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、ヘッドアップディスプレイ装置を構成する各要素の位置や大きさについては、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得るものである。
１ 画像表示面
２ 平面ミラー
３ 凹面ミラー
４ 平面ミラー
６ 凹面ミラー
７ フロントウィンドウ（画像反射面）
８ アイボックス
９ 虚像
１０ ヘッドアップディスプレイ装置
１１ 画像表示面
１２ 平面ミラー
１３ 凹面ミラー
１４ 平面ミラー
１５ 凹面ミラー
１６ フロントウィンドウ
１７ アイボックス
２１ 画像表示面
２２ 平面ミラー
２３ 凹面ミラー
２４ 平面ミラー
２５ 凹面ミラー
２６ フロントウィンドウ
２７ アイボックス
３１ 画像表示面
３２ 平面ミラー
３３ 凹面ミラー
３４ 平面ミラー
３５ 凹面ミラー
３６ フロントウィンドウ
３７ アイボックス
４１ 画像表示面
４２ 平面ミラー
４３ 凹面ミラー
４４ 平面ミラー
４５ 平面ミラー
４６ 凹面ミラー
４７ フロントウィンドウ
４８ アイボックス
５１ 画像表示面
５２ 平面ミラー
５３ 凹面ミラー
５４ 平面ミラー
５５ 平面ミラー
５６ 凹面ミラー
５７ フロントウィンドウ
５８ アイボックス
６１ 画像表示面
６２ 平面ミラー
６３ 凹面ミラー
６４ 平面ミラー
６５ 凹面ミラー
６６ フロントウィンドウ
６７ アイボックス
７１ 画像表示面
７２ 凹面ミラー
７３ 凹面ミラー
７４ フロントウィンドウ
７５ アイボックス
８１ 画像表示面
８２ 凹面ミラー
８３ 平面ミラー
８４ 凹面ミラー
８５ フロントウィンドウ
８６ アイボックス

Claims (6)

  1. 　観察者と対向する画像反射面において画像表示面に表示された画像の表示光を前記観察者側に反射させ、前記観察者に対して前記画像反射面越しに前記画像を虚像として拡大表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、
    　前記表示光の光路に沿って前記画像表示面側から順に、少なくとも１枚の凹面ミラーを有する第１光学系と、少なくとも１枚の凹面ミラーを有する第２光学系とを有し、
    　前記光路上において前記第１光学系と前記第２光学系との間に中間像が形成され、
    　前記第１光学系は、前記光路上において前記表示光を２回反射する２回反射ミラーを有する
    　ヘッドアップディスプレイ装置。
  2. 　前記光路上において前記第２光学系よりも前記画像表示面側に絞りを有する
    　請求項１記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  3. 　前記第１光学系は、凹面ミラーを１枚のみ有する
    　請求項１または２記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  4. 　前記第１光学系は、前記光路上において最も前記画像表示面側から順に、平面形状の前記２回反射ミラーと、凹面ミラーとを有し、
    　前記画像表示面から出射した前記表示光は、前記２回反射ミラー、前記凹面ミラー、前記２回反射ミラーの順に反射される
    　請求項１から３のいずれか１項記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  5. 　前記第２光学系は、１枚の凹面ミラーからなる
    　請求項１から４のいずれか１項記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  6. 　前記第２光学系は、１枚の凹面ミラーと１枚の平面ミラーとからなる
    　請求項１から４のいずれか１項記載のヘッドアップディスプレイ装置。
     
     
PCT/JP2018/043535 2017-12-25 2018-11-27 ヘッドアップディスプレイ装置 WO2019130944A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019562865A JP6995883B2 (ja) 2017-12-25 2018-11-27 ヘッドアップディスプレイ装置
US16/872,122 US11194156B2 (en) 2017-12-25 2020-05-11 Head-up display device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017-248468 2017-12-25
JP2017248468 2017-12-25

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US16/872,122 Continuation US11194156B2 (en) 2017-12-25 2020-05-11 Head-up display device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019130944A1 true WO2019130944A1 (ja) 2019-07-04

Family

ID=67067065

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2018/043535 WO2019130944A1 (ja) 2017-12-25 2018-11-27 ヘッドアップディスプレイ装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11194156B2 (ja)
JP (1) JP6995883B2 (ja)
WO (1) WO2019130944A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023233737A1 (ja) * 2022-06-03 2023-12-07 日亜化学工業株式会社 映像表示システム
JP7481764B2 (ja) 2019-11-15 2024-05-13 シーワイ・ビジョン・インコーポレイテッド 方向操作可能なアイボックスを備えた拡張現実ヘッドアップディスプレイ

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7426627B2 (ja) * 2020-02-14 2024-02-02 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 ヘッドアップディスプレイ

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5734506A (en) * 1996-08-19 1998-03-31 Delco Electronics Corporation Head up display projection system having a double reflecting primary mirror
DE10157605C1 (de) * 2001-11-26 2003-06-18 Rodenstock Praez Soptik Gmbh & Projektionsvorrichtung zur Erzeugung eines Bildes
JP2009115908A (ja) * 2007-11-02 2009-05-28 Fujinon Corp ミラー光学系及びヘッドアップディスプレイ装置
JP2017134141A (ja) * 2016-01-26 2017-08-03 富士フイルム株式会社 ヘッドアップディスプレイ装置
WO2017130763A1 (ja) * 2016-01-27 2017-08-03 日本精機株式会社 ヘッドアップディスプレイ装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4787711A (en) * 1986-01-23 1988-11-29 Yazaki Corporation On-vehicle head up display device with optical means for correcting parallax in a vertical direction
DE102012218360A1 (de) * 2012-10-09 2014-04-10 Robert Bosch Gmbh Blickfeldanzeige für ein Fahrzeug
JP5682692B2 (ja) * 2012-12-21 2015-03-11 株式会社リコー 画像表示装置
JP2014170112A (ja) 2013-03-04 2014-09-18 Denso Corp ヘッドアップディスプレイ装置
JP6558017B2 (ja) * 2015-03-27 2019-08-14 日本精機株式会社 ヘッドアップディスプレイ
JP6675059B2 (ja) 2015-12-25 2020-04-01 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 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

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5734506A (en) * 1996-08-19 1998-03-31 Delco Electronics Corporation Head up display projection system having a double reflecting primary mirror
DE10157605C1 (de) * 2001-11-26 2003-06-18 Rodenstock Praez Soptik Gmbh & Projektionsvorrichtung zur Erzeugung eines Bildes
JP2009115908A (ja) * 2007-11-02 2009-05-28 Fujinon Corp ミラー光学系及びヘッドアップディスプレイ装置
JP2017134141A (ja) * 2016-01-26 2017-08-03 富士フイルム株式会社 ヘッドアップディスプレイ装置
WO2017130763A1 (ja) * 2016-01-27 2017-08-03 日本精機株式会社 ヘッドアップディスプレイ装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7481764B2 (ja) 2019-11-15 2024-05-13 シーワイ・ビジョン・インコーポレイテッド 方向操作可能なアイボックスを備えた拡張現実ヘッドアップディスプレイ
WO2023233737A1 (ja) * 2022-06-03 2023-12-07 日亜化学工業株式会社 映像表示システム

Also Published As

Publication number Publication date
JP6995883B2 (ja) 2022-01-17
JPWO2019130944A1 (ja) 2021-01-21
US11194156B2 (en) 2021-12-07
US20200271927A1 (en) 2020-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6521879B2 (ja) ヘッドアップディスプレイ装置
US9740004B2 (en) Pupil-expanded biocular volumetric display
JP6096911B2 (ja) 車両のための視野ディスプレイ
JP2018132684A (ja) ヘッドアップディスプレイ装置
JP6995883B2 (ja) ヘッドアップディスプレイ装置
JP6545128B2 (ja) ヘッドアップディスプレイ装置
US10345585B2 (en) Head-up display device
JP6648818B2 (ja) スクリーン及びヘッドアップディスプレイ装置
US11092804B2 (en) Virtual image display device
WO2018116778A1 (ja) 虚像表示装置
CN107797279B (zh) 平视显示装置
JP2021128329A (ja) ヘッドアップディスプレイ
JP6664555B2 (ja) ヘッドアップディスプレイ装置
WO2018186149A1 (ja) ヘッドアップディスプレイシステム、およびヘッドアップディスプレイシステムを備える移動体
WO2018207630A1 (ja) ヘッドアップディスプレイ装置
US20170242246A1 (en) Head up display apparatus and image display apparatus
CN107797281B (zh) 平视显示装置
WO2021106335A1 (ja) 虚像表示用光学装置、虚像表示システム及び移動体
JP2020140118A (ja) ヘッドアップディスプレイ装置
CN108957747A (zh) 一种大fov的hud光路系统
CN117647891A (zh) 曲面影像显示系统及其车用抬头显示系统
JP6019869B2 (ja) 画像表示装置
JP2018501512A (ja) 横画像生成装置を備えたヘッドアップディスプレイ

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18895146

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2019562865

Country of ref document: JP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18895146

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1