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技術 ヘッドアップディスプレイ装置

出願人 日本精機株式会社
発明者 佐治俊輔
出願日 2018年8月27日 (2年5ヶ月経過) 出願番号 2019-539469
公開日 2020年10月29日 (3ヶ月経過) 公開番号 WO2019-044730
状態 未査定
技術分野 光学要素・レンズ レンズ以外の光学要素 その他の光学系・装置、色の干渉・色の制御 計器板
主要キーワード 透過カバー 投射器 ホログラフィックディフューザ アイボックス 投射ミラー 直交面 傾き角θ DMD
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年10月29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 (4)

課題・解決手段

斜めに配置されたスクリーンについて、拡散光輝度差異を抑制するヘッドアップディスプレイ装置を提供すること。 スクリーン(40)は、投射光(41)の光軸(41a)に直交する直交面(43)に対して傾いている。投射光(41)の光軸(41a)とスクリーン(40)とが直交する場合の拡散光(42)の配光角(β)の中心線(45)は、スクリーン(40)の出射面(46)に対して、スクリーン(40)の傾き方向(C)と同じ方向(C)に傾くように設定されている。

概要

背景

車両等のフロントガラスに各種情報を表示し、表示された情報を周囲の背景と共に視認可能とする、いわゆるヘッドアップディスプレイ装置がある。例えば、ヘッドアップディスプレイ装置に関する従来技術として、特許文献1に開示される技術がある。

特許文献1に開示されたヘッドアップディスプレイ装置は、筐体に、投射光投射する投射器と、反射した投射光が結像する第1のスクリーン及び第2のスクリーンと、第1のスクリーン及び第2のスクリーンから出射される拡散光を反射させる反射系と、が収納されて構成される。

ヘッドアップディスプレイ装置から出射した拡散光がフロントガラスに入射すると、第1のスクリーン及び第2のスクリーンに表示される画像は、互いに間隔を空けて第1の虚像、第2の虚像として視認される。

概要

斜めに配置されたスクリーンについて、拡散光の輝度差異を抑制するヘッドアップディスプレイ装置を提供すること。 スクリーン(40)は、投射光(41)の光軸(41a)に直交する直交面(43)に対して傾いている。投射光(41)の光軸(41a)とスクリーン(40)とが直交する場合の拡散光(42)の配光角(β)の中心線(45)は、スクリーン(40)の出射面(46)に対して、スクリーン(40)の傾き方向(C)と同じ方向(C)に傾くように設定されている。

目的

本発明は、斜めに配置されたスクリーンについて、拡散光の輝度の差異を抑制する技術の提供を課題とする

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
0件

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請求項1

投射光投射する投射器と、前記投射光が結像すると共に前記投射光を拡散させるスクリーンと、を有し、前記スクリーンは、前記投射光の光軸に直交する直交面に対して傾いていると共に、前記投射光を拡散光に変換させる拡散部を備える、ヘッドアップディスプレイ装置において、前記投射光の光軸と前記スクリーンとが直交する場合の前記拡散光の配光角中心線は、前記スクリーンの出射面に直交する直交線に対して、前記スクリーンの傾き方向と同じ方向に傾くように設定されていることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。

請求項2

前記拡散部は、マイクロレンズアレイであり、このマイクロレンズアレイの曲率は、前記スクリーンの傾き方向と同じ方向に向かうに連れて、大きくな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装置。

技術分野

0001

本発明は、光が斜めに入射するスクリーンを備えたヘッドアップディスプレイ装置に関する。

背景技術

0002

車両等のフロントガラスに各種情報を表示し、表示された情報を周囲の背景と共に視認可能とする、いわゆるヘッドアップディスプレイ装置がある。例えば、ヘッドアップディスプレイ装置に関する従来技術として、特許文献1に開示される技術がある。

0003

特許文献1に開示されたヘッドアップディスプレイ装置は、筐体に、投射光投射する投射器と、反射した投射光が結像する第1のスクリーン及び第2のスクリーンと、第1のスクリーン及び第2のスクリーンから出射される拡散光を反射させる反射系と、が収納されて構成される。

0004

ヘッドアップディスプレイ装置から出射した拡散光がフロントガラスに入射すると、第1のスクリーン及び第2のスクリーンに表示される画像は、互いに間隔を空けて第1の虚像、第2の虚像として視認される。

先行技術

0005

特開2016−45252号公報

発明が解決しようとする課題

0006

第1のスクリーンは、投射光の光軸に直交する直交面に対して傾いて配置されることがある。これにより、第1の虚像は、乗員から離れる方向に倒れて視認される。

0007

ただし、第1のスクリーンには、投射光が斜めに入射するため、第1のスクリーンから出射される第1の拡散光は斜めに出射される。即ち、第1の拡散光の向きが変わるため、第1の虚像の輝度が不均一となる虞がある。

0008

輝度を均一にするために、第1のスクリーンに入射する投射光の輝度を予め調整することが考えられるが、投射器による投射光の制御が複雑となる。斜めに配置されるスクリーンであっても、虚像の輝度に差異がないヘッドアップディスプレイ装置があれば望ましい。

0009

本発明は、斜めに配置されたスクリーンについて、拡散光の輝度の差異を抑制する技術の提供を課題とする。

課題を解決するための手段

0010

請求項1による発明によれば、投射光を投射する投射器と、前記投射光が結像すると共に前記投射光を拡散させるスクリーンと、を有し、
前記スクリーンは、前記投射光の光軸に直交する直交面に対して傾いていると共に、前記投射光を拡散光に変換させる拡散部を備える、ヘッドアップディスプレイ装置において、
前記投射光の光軸と前記スクリーンとが直交する場合の前記拡散光の配光角中心線は、前記スクリーンの出射面に直交する直交線に対して、前記スクリーンの傾き方向と同じ方向に傾くように設定されていることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置が提供される。

0011

請求項2に記載のごとく、好ましくは、前記拡散部は、マイクロレンズアレイであり、このマイクロレンズアレイの曲率は、前記スクリーンの傾き方向と同じ方向に向かうに連れて、大きくなる

発明の効果

0012

請求項1に係る発明では、投射光の光軸とスクリーンとが直交する場合の拡散光の配光角の中心線は、スクリーンの出射面に直交する直交線に対して、スクリーンの傾き方向と同じ方向に傾いている。

0013

通常、投射光がスクリーンに直交して入射する場合、拡散光の配光角の中心線もスクリーンの出射面と直交する。このようなスクリーンを傾けた場合、その傾く方向に対して反対の方向に配光角の中心線が傾く。

0014

本発明によるスクリーンでは、配光角の中心線が、直交面に対して直交せず、スクリーンが傾く方向と同じ方向に傾くように設定されている。この傾きこれにより、スクリーンが傾けられると、配光角の中心線は、反対方向に傾く。そのため、スクリーンの傾きに起因する配光角の中心線の傾きは、抑制される。結果、拡散光の輝度の差異が抑制され、乗員のアイボックス内に表示される虚像の輝度の差異も抑制される。

0015

請求項2に係る発明では、拡散部として、投射光を拡散光に変換、即ち、投射光を均質化及び整形して出射するために、マイクロレンズアレイを採用する。マイクロレンズアレイの曲率は、スクリーンの傾き方向と同じ方向に向かうに連れて、大きくなる。そのため、拡散光を、スクリーンの傾き方向と同じ方向に傾けることができる。

図面の簡単な説明

0016

本発明の実施例によるヘッドアップディスプレイ装置の模式図である。
図1に示されたヘッドアップディスプレイ装置に傾けた配置されたスクリーンを説明する図である。
比較例と共に本発明の作用を説明する図である。

実施例

0017

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
<実施例>

0018

図1には、車両に搭載された本発明によるヘッドアップディスプレイ装置10が示されている。このヘッドアップディスプレイ装置10は、ハウジング11内部に、光を投射する投射部20と、光が結像する第1のスクリーン30及び第2のスクリーン40と、これら第1のスクリーン30及び第2のスクリーン40を透過した光をフロントガラス12に向けて反射させる反射部50と、が設けられて構成される。

0019

ハウジング11は、遮光性合成樹脂により形成され、箱状を呈する。ハウジング11は、下部ハウジング13と、この下部ハウジング13の上部開口に被せられた上部ハウジング14と、からなる。上部ハウジング14は、反射部50から反射した光を透過させる透過カバー15を有する。

0020

投射部20は、下部ハウジング13の底面に固定される投射器21と、この投射器21から投射された光を反射させる投射ミラー22と、投射ミラー22に反射させられた光を反射させる第1の反射鏡23及び第2の反射鏡24と、からなる。

0021

投射器21は、例えば、光を発する光源と、画像を表示する反射型表示素子であるDMD(Digital MicroMirror Device)と、レンズとからなる。詳細な説明は省略する。投射器21は、表示素子にLCOS(登録商標:Liquid Crystal On Silicon)や、透過型表示素子であるTFT(Thin Film Transistor)液晶パネルを用いてもよい。

0022

投射ミラー22、第1の反射鏡23及び第2の反射鏡24は、例えば、合成樹脂製の基材の表面に反射膜蒸着されてなる。

0023

反射部50は、上部ハウジング14の天板に設けられた第1の反射鏡51と、下部ハウジング13の側面に設けられた第2の反射鏡52と、からなる。第1の反射鏡51は、例えば、合成樹脂製の基材の表面に反射膜が蒸着されることによりなる。第1の反射鏡51の反射面は、平面状を呈する。第2の反射鏡52は、例えば、合成樹脂製の基材の表面に反射膜が蒸着されることによりなる。第2の反射鏡52の反射面は、凹部状を呈する。

0024

投射器21から投射された第1の投射光31及び第2の投射光41は、投射ミラー22、第1の反射鏡23、第2の反射鏡24を介して、それぞれ、第1のスクリーン30、第2のスクリーン40にて結像する。

0025

第1のスクリーン30には、第1の画像P1が表示されると共に、第1のスクリーン30は、第1の拡散光32を出射する。同様に、第2のスクリーン40には、第2の画像P2が表示されると共に、第2のスクリーン40は、第2の拡散光42を出射する。

0026

第1の拡散光32、第2の拡散光42は、第1の反射鏡51、第2の反射鏡52を介して、フロントガラス12に向けて反射する。第1の画像P1及び第2の画像P2は、フロントガラス12に投影される。乗員は、第1の画像P1が拡大された第1の虚像V1及び第2の画像P2が拡大された第2の虚像V2を視認することができる。

0027

次に、第1のスクリーン30、第2のスクリーン40について説明する。第1のスクリーン30と、第2のスクリーン40とは、共に、例えば、ホログラフィックディフューザ、マイクロレンズアレイ、拡散板等によって構成される透過型のスクリーンである。

0028

第1のスクリーン30は、第1の投射光31の光軸31aに直交している。第2のスクリーン40は、第2の投射光41の光軸41aに直交する直交面43に対して、図1において時計回り方向Cに傾いている。

0029

図2(a)を参照する。通常、投射光101が入射面102に直交して入射した場合、出射される拡散光103の配光角αの中心線104(配光角αの二等分線)は、出射面105に直交する。

0030

一方、第2のスクリーン40では、第2の投射光41が入射面44に直交して入射した場合、配光角βの中心線45は、出射面46に対して直交せず、出射面46に直交する直交線48に対して時計回り方向C(第2のスクリーン40が傾く方向(図1参照)と同じ方向)に傾くように設定されている。

0031

図2(b)には、第2のスクリーン40に備えられたマイクロレンズアレイ47(拡散部47)の要部を拡大した部位が示されている。第2の拡散光42(図2(a)参照)を傾けさせる構成として、例えば、通常のスクリーンに採用されるマイクロレンズアレイ106の形状を基準として、表面の形状を変化させたマイクロレンズアレイ47を採用する。

0032

詳細には、マイクロレンズアレイ47の曲率(曲率半径rの逆数)は、時計回り方向C(第2のスクリーン40の傾き方向と同じ方向)に向かうに連れて、大きくなる。

0033

これにより、矢印(1)に示されるように、通常のマイクロレンズアレイ106を透過する光の方向を基準とすると、矢印(2)に示されるように、マイクロレンズアレイ47を透過する光の方向を変えることができる。なお、マイクロレンズアレイ47は、第2のスクリーン40の入射面44に設けても良い。

0034

次に、本発明の効果について説明する。

0035

図3(a)を参照する。従来技術による比較例のスクリーン100(例えば、第1のスクリーン30に相当する)では、投射光101がスクリーン100に直交して入射する場合、拡散光103の配光角αの中心線104もスクリーン100の出射面105と、直交する。

0036

このようなスクリーン100を、スクリーン100aの位置まで時計回り方向Cに傾けると、出射面105と直交していた配光角αの中心線104は、中心線104aの位置まで反時計回り方向Aに傾く。そのため、拡散光103の向きは、拡散光103aの向きに変わり、輝度は不均一となる。結果、アイボックス16(図1参照)の範囲内で視認される第2の虚像V2の輝度も差異が生じる(図3(b)参照)。

0037

図3(c)を参照する。実施例では、第2の投射光41が第2のスクリーン40に直交して入射する場合、即ち、光軸41aと入射面44が直交する場合、第2の拡散光42の配光角βの中心線45は、出射面46に対して直交せず、直交線48に対して、時計回り方向Cに傾くように設定されている。

0038

そのため、第2のスクリーン40が、第2のスクリーン40aの位置まで時計回り方向Cに傾けられると(傾き角θ)、予め時計回り方向Cに傾けられていた中心線45は、反時計回り方向Aに傾く。第2のスクリーン40の傾きに起因する中心線45の傾き方向(反時計回り方向A)と、マイクロレンズアレイに起因する中心線45の傾き方向(時計回り方向C)とを反対にすることにより、中心線の45の傾きを抑制する。結果、第2の虚像V2の輝度の不均一も抑制できる。

0039

特に、本実施例では、第2のスクリーン40が傾けられて配置された時に、第2の拡散光42の配光角βの中心線45aが、直交線48上に位置するように設定されている。すなわち、第2の拡散光42aの向きは、第1のスクリーン30のような通常のスクリーンと同様であり、第2の拡散光42a輝度は均一となる。これにより、アイボックス16(図1参照)の範囲内において表示される第2の虚像V2の輝度は均一となる(図3(d)参照)。

0040

なお、本発明によるヘッドアップディスプレイ装置10は、車両を例に説明したが、その他の乗り物にも適用可能であり、これらの形式のものに限られるものではない。また、スクリーンは、フロントガラスに限られず、ケースに支持されたコンバイナであってもよい。さらに、拡散部として、マイクロレンズアレイに代えて、回折格子を採用してもよい。即ち、本発明の作用及び効果を奏する限りにおいて、本発明は、実施例に限定されるものではない。

0041

本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、車両に搭載するのに好適である。

0042

10ヘッドアップディスプレイ装置
21投射器
40 第2のスクリーン
41 第2の投射光
42 第2の拡散光
43直交面
44入射面
45中心線
46出射面
47マイクロレンズアレイ(拡散部)
48 直交線
β配光角
C 投射器の傾き方向(時計回り方向)
A反時計回り方向

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