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技術 ヘッドアップディスプレイ

出願人 日本精機株式会社
発明者 山添尚広川拓郎
出願日 2015年3月27日 (5年0ヶ月経過) 出願番号 2015-065652
公開日 2016年10月27日 (3年5ヶ月経過) 公開番号 2016-186509
状態 特許登録済
技術分野 計器板 その他の光学系・装置、色の干渉・色の制御
主要キーワード 矢印形状 前後方向前側 表示距離 走査型表示装置 透過反射面 曲面鏡 反射透過面 フロントウインドシールド
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年10月27日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (3)

課題

表示距離の異なる複数の虚像を表示することができるとともに、虚像を生成する表示器の設計の自由度を向上させるヘッドアップディスプレイを提供する。

解決手段

出射する第1の画像光N1の視認者までの光路長が長くなるように配置される第1の表示面11と、出射する第2の画像光N2の光路長が第1の画像光N1よりも短くなるように配置される第2の表示面21と、第1の画像光N1と第2の画像光N2を反射する第1の凹面反射部30と、第1の凹面反射部30が反射した画像光を反射する第2の凹面反射部40と、を備え、第1の凹面反射部30は、第1の凹面反射部30と第2の凹面反射部40との間で第1の画像光N1と第2の画像光N2とを鉛直方向で交差させる。

概要

背景

従来のヘッドアップディスプレイは、例えば、特許文献1に開示されるものがある。このようなヘッドアップディスプレイは、第1および第2の表示素子反射型ホログラムとから構成されており、反射型ホログラムにより第1の表示素子の画像光を透過し、第2の表示素子の画像光を反射し、第1および第2の表示素子からの画像光を重複して透過反射面に向ける。第1,第2の表示素子は、視認者の眼までの距離(画像光が通る光路の長さ(光路長))が異なるように配置されるため、ユーザに表示距離の異なる複数の表示像虚像)を視認させることができる。

なお、表示距離が異なる複数の虚像を視認させるヘッドアップディスプレイは、図2に示すような構成でも可能である。図2に示されるヘッドアップディスプレイは、第1の画像光111を出射する第1の表示器110と、第2の画像光121を出射する第2の表示器120と、第1の表示器110から出射された第1の画像光111と、第2の表示器120から出射された第2の画像光121とを反射する反射部130と、反射部130により反射された第1の画像光111と第2の画像光121とを拡大し、車両に搭載されるフロントウインドシールド200に向ける凹面反射部140と、を有する。視認者は、フロントウインドシールド200で視認者側に反射された第1の画像光111により第1の虚像310を視認でき、第1の画像光111が反射したフロントウインドシールド200の位置よりも下側で反射された第2の画像光121により第1の虚像310よりも鉛直方向下側の位置に第2の虚像320を視認することができる。第2の表示器120は、光(第1の画像光111、第2の画像光121)の進行方向において、第1の表示器110よりも視認者に近い方に配置される。したがって、第2の表示器120から出射される第2の画像光121の光路長は、第1の表示器110から出射される第1の画像光110の光路長より短くなり、第2の画像光121により視認される第2の虚像320は、第1の画像光111により視認される第1の虚像310よりも視認者に近い位置に表示される。

概要

表示距離の異なる複数の虚像を表示することができるとともに、虚像を生成する表示器の設計の自由度を向上させるヘッドアップディスプレイを提供する。出射する第1の画像光N1の視認者までの光路長が長くなるように配置される第1の表示面11と、出射する第2の画像光N2の光路長が第1の画像光N1よりも短くなるように配置される第2の表示面21と、第1の画像光N1と第2の画像光N2を反射する第1の凹面反射部30と、第1の凹面反射部30が反射した画像光を反射する第2の凹面反射部40と、を備え、第1の凹面反射部30は、第1の凹面反射部30と第2の凹面反射部40との間で第1の画像光N1と第2の画像光N2とを鉛直方向で交差させる。

目的

本発明は、この問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、表示距離の異なる複数の虚像を表示することができるとともに、虚像を生成する表示器の設計の自由度を向上させたヘッドアップディスプレイを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

表示面に表示される表示画像画像光透過反射面に向けることで前記表示画像の虚像視認者視認させるヘッドアップディスプレイであって、前記表示面は、第1の画像光を出射し、前記視認者までの前記第1の画像光の光路長が長くなるように配置される第1の表示面と、第2の画像光を出射し、前記視認者までの前記第2の画像光の光路長が前記第1の画像光の光路長よりも短くなるように配置される第2の表示面と、を有し、凹状の反射面を有し、前記第1の画像光と前記第2の画像光とを反射する第1の凹面反射部と、前記第1の凹面反射部が反射した前記第1の画像光と前記第2の画像光とを前記透過反射面に向けて反射する第2の凹面反射部と、を備え、前記第1の凹面反射部は、前記第1の凹面反射部と前記第2の凹面反射部との間で前記第1の画像光と前記第2の画像光とを鉛直方向で交差させる、ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ。

請求項2

前記第2の表示面は、前記第1の凹面反射部が前記第2の凹面反射部に向けて反射する前記第1の画像光及び前記第2の画像光の光路から前記第1の表示面より離れて配置される、ことを特徴とする請求項1に記載のヘッドアップディスプレイ。

請求項3

前記第2の表示面により生成される虚像は、前記第1の表示面により生成される虚像より鉛直方向下側に視認される、ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のヘッドアップディスプレイ。

請求項4

前記第1の表示面の少なくとも一部は、前記第1の凹面反射部における前記第2の表示面側の端部と前記第2の凹面反射部における前記第2の表示面側の端部とを結んだ線よりも前記第1の凹面反射部が前記第2の凹面反射部に向けて反射する前記第1の画像光及び前記第2の画像光の光路側に配置される、ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ。

技術分野

0001

本発明は、画像を反射透過面に映して風景とともに画像を視認させるヘッドアップディスプレイに関するものである。

背景技術

0002

従来のヘッドアップディスプレイは、例えば、特許文献1に開示されるものがある。このようなヘッドアップディスプレイは、第1および第2の表示素子反射型ホログラムとから構成されており、反射型ホログラムにより第1の表示素子の画像光を透過し、第2の表示素子の画像光を反射し、第1および第2の表示素子からの画像光を重複して透過反射面に向ける。第1,第2の表示素子は、視認者の眼までの距離(画像光が通る光路の長さ(光路長))が異なるように配置されるため、ユーザに表示距離の異なる複数の表示像虚像)を視認させることができる。

0003

なお、表示距離が異なる複数の虚像を視認させるヘッドアップディスプレイは、図2に示すような構成でも可能である。図2に示されるヘッドアップディスプレイは、第1の画像光111を出射する第1の表示器110と、第2の画像光121を出射する第2の表示器120と、第1の表示器110から出射された第1の画像光111と、第2の表示器120から出射された第2の画像光121とを反射する反射部130と、反射部130により反射された第1の画像光111と第2の画像光121とを拡大し、車両に搭載されるフロントウインドシールド200に向ける凹面反射部140と、を有する。視認者は、フロントウインドシールド200で視認者側に反射された第1の画像光111により第1の虚像310を視認でき、第1の画像光111が反射したフロントウインドシールド200の位置よりも下側で反射された第2の画像光121により第1の虚像310よりも鉛直方向下側の位置に第2の虚像320を視認することができる。第2の表示器120は、光(第1の画像光111、第2の画像光121)の進行方向において、第1の表示器110よりも視認者に近い方に配置される。したがって、第2の表示器120から出射される第2の画像光121の光路長は、第1の表示器110から出射される第1の画像光110の光路長より短くなり、第2の画像光121により視認される第2の虚像320は、第1の画像光111により視認される第1の虚像310よりも視認者に近い位置に表示される。

先行技術

0004

特開2003−237412号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、図2に示されるヘッドアップディスプレイでは、表示距離の短い第2の虚像320を生成する第2の表示器(第2の表示器の表示面)120が、第1の表示器(第1の表示器の表示面)110よりも反射部130が反射する画像光(第1の画像光111)の光路に近い位置に配置されている。従って、第2の表示器(第2の表示器の表示面)120は、(1)光(第1の画像光111、第2の画像光121)の進行方向において、第1の表示器110よりも視認者に近い位置であり、かつ(2)第1の表示器110から反射部130に向かう第1の画像光111の光路と重ならない位置であり、かつ(3)反射部130が反射した第1の画像光111の光路と、重ならない位置である図2に示されるスペースS内に配置される必要があり、設計の自由度に制約が生じる。

0006

そこで、本発明は、この問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、表示距離の異なる複数の虚像を表示することができるとともに、虚像を生成する表示器の設計の自由度を向上させたヘッドアップディスプレイを提供することである。

課題を解決するための手段

0007

上記の課題を解決するため、本発明の第1の観点に係るヘッドアップディスプレイは、表示面に表示される表示画像の画像光を透過反射面に向けることで前記表示画像の虚像を視認者に視認させるヘッドアップディスプレイであって、前記表示面は、第1の画像光を出射し、前記視認者までの前記第1の画像光の光路長が長くなるように配置される第1の表示面と、第2の画像光を出射し、前記視認者までの前記第2の画像光の光路長が前記第1の画像光の光路長よりも短くなるように配置される第2の表示面と、を有し、凹状の反射面を有し、前記第1の画像光と前記第2の画像光とを反射する第1の凹面反射部と、前記第1の凹面反射部が反射した前記第1の画像光と前記第2の画像光とを前記透過反射面に向けて反射する第2の凹面反射部と、を備え、前記第1の凹面反射部は、前記第1の凹面反射部と前記第2の凹面反射部との間で前記第1の画像光と前記第2の画像光とを鉛直方向で交差させるものである。

0008

また、第2の観点に係るヘッドアップディスプレイは、前記第2の表示面は、前記第1の凹面反射部が前記第2の凹面反射部に向けて反射する前記第1の画像光及び前記第2の画像光の光路から前記第1の表示面より離れて配置されるものである。

0009

また、第3の観点に係るヘッドアップディスプレイは、前記第2の表示面により生成される虚像は、前記第1の表示面により生成される虚像より鉛直方向下側に視認されるものである。

0010

また、第4の観点に係るヘッドアップディスプレイは、前記第1の表示面の少なくとも一部は、前記第1の凹面反射部における前記第2の表示面側の端部と前記第2の凹面反射部における前記第2の表示面側の端部とを結んだ線よりも前記第1の凹面反射部が前記第2の凹面反射部に向けて反射する前記第1の画像光及び前記第2の画像光の光路側に配置されるものである。

発明の効果

0011

表示距離の異なる複数の虚像を表示することができるとともに、虚像を生成する表示器の設計の自由度を向上させることができる。

図面の簡単な説明

0012

本発明の実施形態におけるヘッドアップディスプレイを示す概略図。
従来のヘッドアップディスプレイを示す概略図。

実施例

0013

以下、図1を用いて、本発明のヘッドアップディスプレイ(以下、HUDと記載)の一実施形態を説明する。図1は、本実施形態のHUD1の構成の例を示す概略図である。以下の説明を容易にするために、図1に示されるように、実空間において、例えば、車両の前方を向いた左右方向をX軸(右方向がX軸正方向)に規定し、鉛直方向をY軸(鉛直方向上側がY軸正方向)に規定し、前後方向をZ軸(前方向がZ軸正方向)に規定する。また、図面を見やすくするため、後述する第1の表示面11から出射される第1の画像光N1と、第2の表示面21から出射される第2の画像光N2とは、図1に記載されている第1の表示面11及び第2の表示面21それぞれの端部から出射される画像光と、それぞれの中央から出射される画像光のみを記載してある。

0014

HUD1は、例えば自動車に搭載されるものであり、図1に示すように、第1の表示画像M1を表示する第1の表示面11を有する第1の画像表示部10と、第2の表示画像M2を表示する第2の表示面21を有する第2の画像表示部20と、第1の表示面11から出射された第1の表示画像M1及び第2の表示面21から出射された第2の表示画像M2とを反射する第1の凹面反射部30と、第1の凹面反射部30から入射した第1の画像光N1及び第2の画像光N2を車両のフロントウインドシールド(透過反射部の一例)2に向けて反射する第2の凹面反射部40と、図示しない制御部と、を備える。

0015

視認者は、フロントウインドシールド2で視認者側に反射された第1の画像光N1により第1の虚像V1を視認でき、第1の画像光N1が反射したフロントウインドシールド2の位置よりも下側で反射された第2の画像光N2により第1の虚像V1よりも鉛直方向下側の位置に第2の虚像V2を視認することができる。

0016

第1の虚像V1は、例えば、第2の虚像V2よりも視認されるサイズが大きく、フロントウインドシールド2を介した実景前方における車線の一部を含む領域に重なる位置に配置される。第1の虚像V1として表示される画像は、例えば、車線に貼り付いたように表示され、車両の案内経路を示す矢印形状案内画像や、先行車両重畳するように表示され、先行車両の接近を報知する注意画像などである。

0017

第2の虚像V2は、例えば、第1の虚像V1よりも縦方向及び横方向で視認されるサイズが小さく、第1の虚像V1が重なる車線よりも手前側に重なる位置に表示される。第2の虚像V2として表示される画像は、例えば、車速などの車両情報などである。

0018

第1の画像表示部10及び第2の画像表示部20は、第1の表示面11(第2の表示面21)に第1の表示画像M1(第2の表示画像M2)を表示するものであり、例えば、液晶表示素子などの透過型表示パネルや、有機EL素子などの自発光表示パネルや、DMDやLCoS(登録商標)などの反射型表示パネルや、レーザー光走査する走査型表示装置などを適用することができる。第2の画像表示部20第2の表示面21は、第1の画像表示部10の第1の表示面11と比較し、後述する第1の凹面反射部30が第2の凹面反射部40に向けて反射する第1の画像光N1及び第2の画像光N2の光路から離れて配置される。なお、第1の画像表示部10(第2の画像表示部20)が、前記反射型表示パネルや前記走査型表示装置である場合、図1に示す第1の表示面11(第2の表示面21)の位置には、スクリーンが配置されることになる。なお、図1に示されている第1の表示面11(第2の表示面21)の位置では、スクリーンは透過型現実的であるが、第1の表示面11、第2の表示面21、第1の凹面反射部30、第2の凹面反射部40の配置を変更することで反射型のスクリーンを適用することも可能である。第1の表示面11(第2の表示面21)に表示された第1の表示画像M1(第2の表示画像M2)は、第1の凹面反射部30、第2の凹面反射部40、フロントウインドシールド2を介して視認者の眼Eに到達する。したがって、第1の表示面11(第2の表示面21)に表示される第1の表示画像M1(第2の表示画像M2)は、第1の凹面反射部30、第2の凹面反射部40、フロントウインドシールド2の曲面により一部が変形して、第1の虚像V1(第2の虚像V2)として視認される。第1の虚像V1(第2の虚像V2)が歪みなく視認されるように、第1の画像表示部10(第2の画像表示部20)は、第1の表示面11(第2の表示面21)に予め歪ませた第1の表示画像M1(第2の表示画像M2)を表示しておく。また、表示距離が長い第1の虚像V1を生成する第1の表示面11のサイズは、表示距離が短い第2の虚像V2を生成する第2の表示面21のサイズよりも小さくてもよい。また、第1の表示面11と第2の表示面21とは、平行でなくてもよい。また、図1に示されている第1の表示面11(第2の表示面21)は、平面で示されているが、曲面を有していてもよい。

0019

第1の凹面反射部30は、反射面が凹状のミラーで構成され、具体的に例えば、実空間の鉛直方向(Y軸方向)に対応する曲率が水平方向(X軸方向)に対応する曲率よりも小さくなるように形成される。第1の表示面11から入射した第1の画像光N1の光路と、第2の表示面21から入射した第2の画像光N2の光路と、を鉛直方向(X軸方向)で交差させてから第2の凹面反射部40に入射させる。また、第1の凹面反射部30は、第1の画像光N1及び第2の画像光N2を第1の凹面反射部30と第2の凹面反射部40との間で中間像として結像する機能を有する。第1の画像光N1及び第2の画像光N2の中間像の結像位置は、第2の凹面反射部40とフロントウインドシールド(透過反射部)2との光学特性を合わせた仮想的な光学系の焦点距離より第2の凹面反射部40側であり、かつ前記焦点距離付近とすることで、視認者に第1の表示面11に表示された第1の表示画像M1と第2の表示面21に表示された第2の表示画像M2とを高倍率で拡大した虚像を視認させることができる。なお、第1の凹面反射部30は、第1の画像光N1及び第2の画像光N2を第1の凹面反射部30と第2の凹面反射部40との間で中間像として結像させなくてもよい。

0020

第2の凹面反射部40は、反射面が凹状の自由曲面ミラーで構成され、第1の凹面反射部30から入射した第1の画像光N1の光路と、第2の画像光N2の光路と、を交差させずにフロントウインドシールド2に入射させる。なお、第2の凹面反射部40は、第1の表示画像M1,第2の表示画像M2を拡大して第1の虚像V1,第2の虚像V2とする機能、第1の虚像V1,第2の虚像V2の歪を補正する機能、第1の虚像V1,第2の虚像V2の表示する機能のうち一つまたは複数の機能も備えていてもよい。なお、図1には、第2の凹面反射部40が1つのみ図示してあるが、複数の凹面反射部で形成されていてもよい。また、第1の画像光N1を反射する領域と、第2の画像光N2を反射する領域とで分割されていてもよい。

0021

すなわち、第1の表示面11から出射された第1の画像光N1は、第1の凹面反射部30により反射され、第2の凹面反射部40における車両の前後方向後側に入射し、第2の凹面反射部40で反射されてフロントウインドシールド2の鉛直方向上側に入射し、フロントウインドシールド2で反射されて視認者の眼Eに到達する。また、第2の表示面21から出射された第2の画像光N2は、第1の凹面反射部30により反射され、第2の凹面反射部40における車両の前後方向前側に入射し、第2の凹面反射部40で反射されてフロントウインドシールド2の鉛直方向下側に入射し、フロントウインドシールド2で反射されて視認者の眼Eに到達する。なお、第1の凹面反射部30と第2の凹面反射部40との間には、平面鏡曲面鏡、自由曲面鏡などの反射型のリレー光学系や、曲面レンズ、自由曲面レンズなどの透過型,屈折型のリレー光学系や、ハーフミラーなどの半透過型のリレー光学系などを備えていてもよい。

0022

また、第1の表示面11の少なくとも一部は、第1の凹面反射部30における第2の表示面21側の端部と第2の凹面反射部40における第2の表示面21側の端部とを結んだ線Lよりも第1の凹面反射部30が第2の凹面反射部40に向けて反射する第1の画像光N1及び第2の画像光N2の光路側に配置されるものであり、光路をコンパクトにすることができ、HUD1のサイズを小さく抑えることができる。

0023

以上が、本実施形態におけるHUD1の説明であるが、本発明は上記実施形態及び図面によって限定されるものではない。これらに変更(構成要素の削除も含む)を加えることができるのはもちろんである。以下に変形例の一例を示す。

0024

上記実施形態において、第1の画像表示部10とこれとは別の第2の画像表示部20とを設けた例を示したが、画像表示部として、前記反射型表示パネルや前記走査型表示装置を採用した場合、第1の表示面11と第2の表示面21とをそれぞれスクリーンとし、共通の前記反射型表示パネルや前記走査型表示装置からの投影光を第1の表示面11、第2の表示面21のそれぞれに投影するものであってもよい。

0025

また、第1の表示面11と第2の表示面21は、別々ではなく連続して設けられてもよい。

0026

1…HUD(ヘッドアップディスプレイ)、2…フロントウインドシールド(透過反射部)、10…第1の画像表示部、11…第1の表示面、20…第2の画像表示部、21…第2の表示面、30…第1の凹面反射部、40…第2の凹面反射部、M1…第1の表示画像、M2…第2の表示画像、N1…第1の画像光、N2…第2の画像光、V1…第1の虚像、V2…第2の虚像

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