WO2022264642A1 - 画像表示装置及びヘッドアップディスプレイシステム - Google Patents
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Definitions
- the image display device of the present disclosure includes a display unit that emits a light flux that forms an image that is visually recognized by an observer as a virtual image, a light guide that guides the light flux to a light-transmitting member, and a control that controls the image displayed by the display unit. and a sensor that detects a physical quantity used to obtain the wavelength of the luminous flux.
- the light guide has an incident surface on which the light flux from the display section is incident and an exit surface from which the light flux exits from the light guide.
- the luminous flux incident on the incident surface of the light guide changes its traveling direction in the light guide, and is emitted from the exit surface so as to expand the viewing area by replicating the virtual image visually recognized by the observer in the horizontal and vertical directions. do.
- the control unit controls the position and shape of the image displayed by the display unit based on the physical quantity detected by the sensor.
- the light guide 13 in the HMD is substantially facing the visual recognition area Ac in which the virtual image can be visually recognized by the observer.
- the image light vertically incident from the display unit 11 is split within the light guide 13, and the split image light is emitted from the emission surface 27 of the light guide 13 perpendicularly toward the visual recognition area Ac.
- the wavelength of the light flux L1 emitted from the display section 11 changes.
- the wavelength becomes longer as the temperature rises.
- the light beam diffracted in the coupling region 21 is diffracted at a greater angle than the designed diffraction angle, travels outside the region of the first expansion region 23, and is not diffracted to the second expansion region 25. may increase.
- the rectangular virtual image Iva shown in FIG. 4C becomes a distorted virtual image Ivb as shown in FIG. 5B after the temperature rise. will see. Therefore, the image display device 2 that reduces the distortion of the virtual image even when the temperature of the display section 11 rises will be described.
- Embodiment 1 will be described below with reference to FIGS. 6 to 8B.
- symbol is attached
- the tilt angles of the windshields in the drawings are shown for easy understanding, and may vary depending on the drawing.
- the Z-axis direction is the direction in which the observer visually recognizes the virtual image Iv from the visual recognition area Ac in which the observer can visually recognize the virtual image Iv.
- the X-axis direction is a horizontal direction orthogonal to the Z-axis.
- the Y-axis direction is a direction orthogonal to the XZ plane formed by the X-axis and the Z-axis. Therefore, the X-axis direction corresponds to the horizontal direction of the vehicle 3 , the Y-axis direction corresponds to the substantially vertical direction of the vehicle 3 , and the Z-axis direction corresponds to the substantially forward direction of the vehicle 3 .
- the control unit 15 can be realized by a circuit made up of a semiconductor element or the like.
- the control unit 15 can be configured by, for example, a microcomputer, CPU, MPU, GPU, DSP, FPGA, or ASIC.
- the control unit 15 reads data and programs stored in the built-in storage device 17 and performs various arithmetic processing, thereby realizing predetermined functions.
- the control unit 15 includes a storage device 17 .
- the control unit 15 corrects by changing the position and shape of the image displayed from the display unit 11 according to the detection value of the sensor 19 .
- the emission surface 27 faces the second extended area 25 .
- the first principal surface 13 a faces the windshield 5 .
- the incident surface 20 is included in the coupling region 21 in the present embodiment, the incident surface 20 may be included in the first major surface 13a on the surface facing the coupling region 21 .
- the output surface 27 may be included in the second extended region 25 .
- the sensor 19A includes an entrance slit 31, a collimator lens 33, a transmissive grating 35, a focus lens 37, and an image sensor 39.
- the incident light is split by the transmission grating 35, and the image sensor 39 detects the amount of light for each wavelength of the split light.
- the sensor 19 detects the physical quantity used to obtain the wavelength of the light beam L1, and the control unit 15 controls the display unit 11 based on the detected physical quantity. controls the position and shape of the displayed image.
- the control unit 15 controls the display unit 11 based on the detected physical quantity. controls the position and shape of the displayed image.
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Abstract
Description
図1を参照して、本開示の概要をまず説明する。図1は、導光体13の構成を示す概略図である。ヘッドマウントディスプレイ(以下、HMDと称する)などに用いられる画像表示装置2で、いわゆる瞳拡張型の導光体13が用いられる。瞳拡張型の導光体13は、表示部11からの画像光を入射して進行方向を変更する結合領域21と、第1の方向に拡張する第1拡張領域23と、第2の方向に拡張する第2拡張領域25とを備える。第1の方向と第2の方向とは互いに交差し、例えば、直交してもよい。
d(sinα-sinβ)=mλ
そこで、光源11bから出射される画像光の波長を監視し、表示部11における画像の表示位置について補正する。
以下、図6~図8Bを参照して、実施形態1を説明する。なお、上述した構成要素と共通の機能を有する構成要素に対して同じ符号を付している。また、図中におけるウインドシールドの傾斜角度は、それぞれ理解しやすいように示しているので、図によって異なる場合がある。
[1-1-1.画像表示装置及びヘッドアップディスプレイシステムの全体構成]
本開示のヘッドアップディスプレイシステム1(以下、HUDシステム1と称する)の具体的な実施形態を説明する。図6は、本開示に係るHUDシステム1を搭載した車両3の断面を示す図である。図7は、表示部から出射される光束の光路を示す説明図である。実施形態において、車両3に搭載されたHUDシステム1を例として説明する。
図4A及び図8Aを参照して、導光体13の構成を説明する。図8Aは導光体13の構成を示す透視斜視図である。導光体13は、第1主面13a、第2主面13b及び側面13cと、を有する。第1主面13aと第2主面13bとは対向する。導光体13は、入射面20、結合領域21、第1拡張領域23、第2拡張領域25、及び出射面27を有する。入射面20は第2主面13bに含まれ、出射面27は第1主面13aに含まれる。結合領域21、第1拡張領域23、及び第2拡張領域25が回折格子の場合、これらは第2主面13bに含まれる。結合領域21、第1拡張領域23、及び第2拡張領域25が体積型ホログラムの場合、これらは、第1主面13aと第2主面13bとの間に配置されている。
上述した配置の導光体13において、実施形態1の瞳拡張の順番について図4A及び図8Aを参照して説明する。
センサ19は、光束L1の波長の変化を直接的に、または、間接的に検出する。センサ19は、例えば、図9Aに示すような波長によって異なる透過率を有するフィルタを備える。このフィルタの特性は予め知られており、光源11bの波長変化範囲ALにおいて透過率が変化する特性を有する。したがって、表示部11から同じ画像が表示されている間に、センサ19が検出する光量が変化することで、光束L1の波長が変化したことを検出することができる。例えば、図9Aの示すフィルタにおいて、波長が長くなるほどフィルタを透過する光量が多くなり、センサ19が検出する光量が大きくなる。
本開示の画像表示装置2は、虚像Ivとして観察者Dに視認される画像を形成する光束L1を出射する表示部11と、光束L1をウインドシールド5へ導く導光体13と、を備える。画像表示装置2は、さらに、表示部11が表示する画像を制御する制御部15と、光束L1の波長を得るために用いられる物理量を検出するセンサ19と、を備える。導光体13は、表示部11からの光束L1が入射する入射面20と、導光体13から光束L1が出射する出射面27と、を有する。導光体13の入射面20に入射した光束L1は、導光体13内で進行方向が変更され、観察者Dの視認する虚像Ivの水平方向及び垂直方向に複製することで視野領域を拡張するように出射面27から出射する。制御部15は、センサ19が検出する物理量を基に、表示部11が表示する画像の位置と形状とを制御する。
以下、図22及び図23を参照して、実施形態2を説明する。実施形態1では光を検出するセンサ19を用いて光に関する物理量から光束L1の波長を検出していたが、実施形態2では温度を検出するセンサ19Bを用いて、表示部11Bの温度から光束L1の波長を検出する。この点及び以下に説明する点以外の構成については、実施形態2と実施形態1とは同じである。
以下、図24を参照して、実施形態3を説明する。実施形態3において、制御部15は表示部11の表示モードに応じて表示画像を制御する構成である。この点及び以下に説明する点以外の構成については、実施形態3と実施形態1とは同じである。
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、上記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施形態にも適用可能である。そこで、以下、他の実施形態を例示する。
(1)本開示の画像表示装置は、虚像として観察者に視認される画像を形成する光束を出射する表示部と、光束を透光部材へ導く導光体と、表示部が表示する画像を制御する制御部と、光束の波長を得るために用いられる物理量を検出するセンサと、を備える。導光体は、表示部からの光束が入射する入射面と、導光体から光束が出射する出射面と、を有する。導光体の入射面に入射した光束は、導光体内で進行方向が変更され、観察者の視認する虚像の水平方向及び垂直方向に複製することで視野領域を拡張するように出射面から出射する。制御部は、センサが検出する物理量を基に、表示部が表示する画像の位置と形状とを制御する。
2 画像表示装置
3 車両
3a 中心線
5 ウインドシールド
11 表示部
11a 表示領域
11b 光源
13 導光体
13a 第1主面
13b 第2主面
13c 側面
15 制御部
17 記憶装置
18 温度センサ
19 センサ
20 入射面
21 結合領域
23 第1拡張領域
23a ポイント
25 第2拡張領域
25a ポイント
26 回折部
27 出射面
31 入射スリット
33 コリメートレンズ
35 透過型グレーティング
37 フォーカスレンズ
39 イメージセンサ
Ac 視認領域
D 観察者
Iv 虚像
k1、k2、k3 波数ベクトル
L1、L2 光束
Claims (14)
- 虚像として観察者に視認される画像を形成する光束を出射する表示部と、
前記光束を透光部材へ導く導光体と、
前記表示部が表示する前記画像を制御する制御部と、
前記光束の波長を得るために用いられる物理量を検出するセンサと、を備え、
前記導光体は、前記表示部からの光束が入射する入射面と、前記導光体から光束が出射する出射面と、を有し、
前記導光体の前記入射面に入射した光束は、前記導光体内で進行方向が変更され、前記観察者の視認する前記虚像の水平方向及び垂直方向に複製することで視野領域を拡張するように前記出射面から出射し、
前記制御部は、前記センサが検出する前記物理量を基に、前記表示部が表示する前記画像の位置と形状とを制御する、
画像表示装置。 - 前記センサは、光検出器であり、光の物理量を検出する、
請求項1に記載の画像表示装置。 - 前記センサは、受光した光の波長を検出する、
請求項2に記載の画像表示装置。 - 前記センサは、回折格子を有する画像センサである、
請求項3記載の画像表示装置。 - 前記センサは、受光した光の光量を検出し、
前記制御部は、前記センサが検出した前記光量を基に前記光束の光の波長を決定する、
請求項2に記載の画像表示装置。 - 前記センサは、波長に応じて透過率が変化するフィルタを有する、
請求項5に記載の画像表示装置。 - 前記導光体は、前記光束の一部を前記出射面に導く領域と、前記光束の一部を前記センサに導く領域とを有する、
請求項1から6のいずれか1つに記載の画像表示装置。 - 前記センサは、温度検出器であり、前記物理量として前記表示部の温度を検出し、
前記制御部は、前記表示部の温度を基に前記光束の光の波長を決定する、
請求項1に記載の画像表示装置。 - 前記導光体は、前記入射面に入射した光束の進行方向を変更する結合領域と、前記結合領域で進行方向が変更された光束を前記導光体内で第1の方向に複製する第1拡張領域と、前記第1拡張領域で複製された光束を前記導光体内で前記第1の方向と交差する第2の方向に複製する第2拡張領域と、を有し、
前記結合領域、前記第1拡張領域、及び前記第2拡張領域は、それぞれ、回折パワー及び回折角度が異なり、
前記第2拡張領域で複製された光束は前記出射面から出射する、
請求項1から8のいずれか1つに記載の画像表示装置。 - 前記結合領域、前記第1拡張領域、及び、前記第2拡張領域の少なくとも1つは、体積型ホログラムを含む、
請求項9に記載の画像表示装置。 - 前記結合領域、前記第1拡張領域、及び、前記第2拡張領域は、回折構造を持つ領域であり、それぞれの回折構造の波数ベクトルの大きさが異なっている、
請求項9に記載の画像表示装置。 - 前記制御部は、前記導光体から出射される光束による画像の歪みを低減するように、前記画像の位置と形状とを制御する、
請求項1から11のいずれか1つに記載の画像表示装置。 - 請求項1から12のいずれか1つの画像表示装置と、
前記導光体から出射した光束が反射する前記透光部材と、を備え、
前記透光部材を介して視認可能な実景に前記虚像を重ねて表示する、
ヘッドアップディスプレイシステム。 - 前記透光部材は、移動体のウインドシールドである、
請求項13に記載のヘッドアップディスプレイシステム。
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