特開 2022-44194 異なる距離の虚像を利用する、車両用ヘッドアップ表示システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022044194

(43)【公開日】2022-03-17

(54)【発明の名称】異なる距離の虚像を利用する、車両用ヘッドアップ表示システム

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/01 20060101AFI20220310BHJP

   G02F 1/13 20060101ALI20220310BHJP

   G09G 3/20 20060101ALI20220310BHJP

   G09G 3/36 20060101ALI20220310BHJP

   G09G 3/34 20060101ALI20220310BHJP

   B60K 35/00 20060101ALI20220310BHJP

【ＦＩ】

G02B27/01

G02F1/13 505

G09G3/20 680B

G09G3/20 611E

G09G3/36

G09G3/20 621A

G09G3/34 J

B60K35/00 A

【審査請求】有

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020149709

(22)【出願日】2020-09-07

(71)【出願人】

【識別番号】517330151

【氏名又は名称】創智車電股▲ふん▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＣＯＮＳＥＲＶＥ＆ＡＳＳＯＣＩＡＴＥＳ，ＩＮＣ．

【住所又は居所原語表記】５ｆ．－３， Ｎｏ．１８５，Ｋｅｗａｎｇ Ｒｄ．， Ｌｏｎｇｔａｎ Ｄｉｓｔ．， Ｔａｏｙｕａｎ Ｃｉｔｙ ３２５，Ｔａｉｗａｎ．

(74)【代理人】

【識別番号】100091683

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼川 俊雄

(74)【代理人】

【識別番号】100179316

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 寛奈

(72)【発明者】

【氏名】秦宗

(72)【発明者】

【氏名】林世明

(72)【発明者】

【氏名】林益民

(72)【発明者】

【氏名】駱光祚

【テーマコード（参考）】

2H088

2H199

3D344

5C006

5C080

【Ｆターム（参考）】

2H088EA12

2H088EA23

2H088EA47

2H088HA18

2H088HA20

2H088HA21

2H088HA22

2H088JA05

2H199DA03

2H199DA13

2H199DA15

2H199DA16

2H199DA17

2H199DA22

2H199DA27

3D344AA19

3D344AA27

3D344AB01

3D344AC24

3D344AC25

3D344AD13

5C006AA02

5C006BB11

5C006BB16

5C006BB28

5C006BB29

5C006BD01

5C006BF24

5C006EA01

5C006EC09

5C006EC11

5C080AA06

5C080AA10

5C080AA17

5C080BB05

5C080CC02

5C080EE01

5C080EE17

5C080EE26

5C080FF09

5C080FF11

5C080FF14

5C080JJ02

5C080KK20

(57)【要約】      （修正有）

【課題】車両用ヘッドアップ表示システムは、運転者に、異なる画像距離の２つの虚像を提供する。
【解決手段】虚像の各々は、単一の画像ソース１０における全てのピクセルを利用する。画像ソースから発せられた直線的に偏光した光ビーム１１は、動的偏光変換器１２を通過する。それによって、時分割多重化で迅速に切り替えられる、直交する偏光状態の２つの画像光ビーム１３を形成する。２つの画像光ビームは、偏光選択構成要素１４によって、透過及び反射をそれぞれ選択される。反射した画像光ビームは光中継構成要素によって扱われ、中間画像を形成する。曲面鏡６４は２つの画像光ビームを虚像反射面に反射し、虚像反射面の前における運転者の目に対して、異なる虚像距離の２つの虚像を形成する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両用ヘッドアップ表示システムであって、
タイミング信号に従って、第１の偏光状態における第１の画像光ビーム、及び第２の偏光状態における第２の画像光ビームを生成するために切り替わる、画像ソースと、
前記画像ソースの光出力側に配設され、前記画像ソースが、前記第１の画像光ビーム及び前記第２の画像光ビームで切り替わるのに対応して、第１の状態と第２の状態との間で同時に切り替わる、光偏光変換器であって、前記第１の状態において、前記光偏光変換器は、前記第１の偏光状態における前記第１の画像光ビームまたは前記第１の偏光状態における前記第２の画像光ビームを、前記第２の偏光状態における前記第１の画像光ビームまたは前記第２の偏光状態における前記第２の画像光ビームに変換し、前記第２の状態において、前記光偏光変換器は、前記第１の偏光状態における前記第１の画像光ビームまたは前記第１の偏光状態における前記第２の画像光ビームを、前記第１の偏光状態に維持し、前記第１の偏光状態は、前記第２の偏光状態とは異なる、光偏光変換器と、
前記光偏光変換器の光出力側に配設され、前記第１の画像光ビーム及び前記第２の画像光ビームの透過及び反射を可能にする、偏光選択構成要素であって、前記第１の画像光ビーム及び前記第２の画像光ビームは前記光偏光変換器を通過して第１の光経路及び第２の光経路を開始し、前記第１の光経路は、前記偏光選択構成要素の透過光の出力面から始まり、前記第２の光経路は、前記偏光選択構成要素の反射光の出力面から始まる、偏光選択構成要素と、
前記第１の光経路及び前記第２の光経路に配設され、前記第１の画像光ビーム及び前記第２の画像光ビームを誘導して、第１の虚像及び第２の虚像をそれぞれ形成する、光中継モジュールであって、前記第１の虚像から運転者までの距離と、前記第２の虚像から運転者までの距離は異なり、
前記第２の光経路に配設され、前記第２の光経路にある前記第１の画像光ビームまたは前記第２の画像光ビームを使用して、中間画像を生成する、少なくとも１つの光中継平面鏡と、
運転者の視野の前に配設された、虚像反射面と、
前記第１の光経路及び前記第２の光経路に配設され、前記第１の光経路及び前記第２の光経路における、前記第１の画像光ビーム及び前記第２の画像光ビームを、前記虚像反射面に反射させて、前記第１の虚像及び前記第２の虚像を形成し、前記第１の経路の距離は、前記第２の光経路とは異なる、曲面鏡と
を含む、光中継モジュールと
を備える、車両用ヘッドアップ表示システム。

【請求項2】

前記画像ソースは、液晶表示デバイス、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）表示デバイス、デジタル光処理装置（ＤＬＰ）、反射型液晶（ＬＣＯＳ）表示デバイス、またはレーザ走査表示（ＬＳＤ）デバイスである、請求項１に記載の車両用ヘッドアップ表示システム。

【請求項3】

前記画像ソースは、前記第１の偏光状態における前記第１の画像光ビーム、及び前記第１の偏光状態における前記第２の画像光ビームを発するために使用される、直線偏光器をさらに備える、請求項２に記載の車両用ヘッドアップ表示システム。

【請求項4】

前記画像ソース及び前記光偏光変換器の切り替え周波数は、３０Ｈｚ以上である、請求項１に記載の車両用ヘッドアップ表示システム。

【請求項5】

前記光偏光変換器は、前記画像ソースの光出力側に配設された第１のツイステッドネマチック液晶ユニットを含み、前記第１のツイステッドネマチック液晶ユニットに電圧が印加されない間は、前記第１のツイステッドネマチック液晶ユニットは前記第１の状態にあり、前記第１のツイステッドネマチック液晶ユニットに電圧が印加される間は、前記第１のツイステッドネマチック液晶ユニットは前記第２の状態にある、請求項１に記載の車両用ヘッドアップ表示システム。

【請求項6】

前記光偏光変換器は、前記第２の光経路に配設された第２のツイステッドネマチック液晶ユニットを含む、請求項５に記載の車両用ヘッドアップ表示システム。

【請求項7】

前記偏光選択構成要素は、偏光ビームスプリッタを含む、請求項１に記載の車両用ヘッドアップ表示システム。

【請求項8】

前記光中継平面鏡は、平面鏡または半透過型反射体である、請求項１に記載の車両用ヘッドアップ表示システム。

【請求項9】

前記半透過型反射体は、前記光偏光変換器と前記偏光選択構成要素との間に配設される、請求項８に記載の車両用ヘッドアップ表示システム。

【請求項10】

前記虚像反射面は、運転者の視野の前におけるフロントガラスによって提供される、請求項１に記載の車両用ヘッドアップ表示システム。

【請求項11】

前記虚像反射面は、運転者の視野の前に配設された光コンバイナによって提供される、請求項１に記載の車両用ヘッドアップ表示システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ヘッドアップ表示システムに関し、詳細には、異なる距離の虚像を利用する、車両用ヘッドアップ表示システムに関する。

【背景技術】

【0002】

多くの研究及び出願は、ヘッドアップ表示（ＨＵＤ）デバイスが、運転の安全性を向上させ得ることを証明している。したがって、ＨＵＤは徐々に、安全性が重視される車両にとって不可欠なデバイスになってきている。従来のヘッドアップ表示デバイスは、画像ソース（液晶表示デバイスまたはデジタル光処理デバイスなど）、及び光撮像素子（１つまたは複数の反射ミラーまたはレンズなど）のセットを含む。画像ソースから発せられた光は、光コンバイナまたは車両のフロントガラスに投影され、所与の距離だけ運転者から離れた、拡大された虚像を形成する。ＨＵＤの進歩によって、単一の虚像では要求を満たすことが不十分となっている。少なくとも２つの虚像距離を伴うヘッドアップ表示デバイスは、運転者にとって、より好ましくなっている。速度及び燃料レベルなどの単純な情報は、短い距離で虚像が示され得る。ナビゲーション情報または地図情報など、現実の世界と一体化するための必要な情報は、長い距離で虚像が示されることが望ましい。ＨＵＤの人間工学研究によると、近い虚像は運転者から１．８～２．５ｍ離されるのが望ましく、それによって運転者は緊急時に迅速に対応できる。遠い虚像は運転者から７ｍ以上離されるのが望ましく、それによって画像は外部環境と適合できる。

【0003】

従来技術では、一般に２つの画像ソースを使用するか、または画像ソースを２つの領域に分割して、異なる虚像距離を有する２つの虚像を生成する。前者の技術は、構造が複雑で、コストが高く、かつ耐久性及び信頼性が低い。後者の技術は、解像度を犠牲にし、視野を狭め、かつ情報量を減少させる。したがって、２つの従来技術には、まだ改善の余地がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、単一の画像ソース及び時分割多重化技術を使用して、異なる距離で２つの虚像をそれぞれ生成する、車両用ヘッドアップ表示システムを提供する。画像ソースにおける全てのピクセルの、異なる内容が順次出力され、異なる虚像を形成する。それによって運転者は、同時に異なる距離に現われる２つの虚像を知覚する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明は、光偏光変換器及び時分割多重化技術を使用して、単一の画像ソースを制御し、複数の虚像を生成する、車両用ヘッドアップ表示システムを提供する。虚像は異なる距離で現われるが重複しないか、または虚像は異なる距離で現われて重複する。

【0006】

本発明の車両用ヘッドアップ表示システムは、画像ソース、光偏光変換器、偏光選択構成要素、及び光中継モジュールを備える。画像ソースを使用し、タイミング信号に従って、第１の偏光状態における第１の画像光ビーム、及び第２の偏光状態における第２の画像光ビームを生成する。光偏光変換器は、画像ソースの光出力側に配設され、画像ソースが第１の画像光ビーム及び第２の画像光ビームを発するタイミングに従って、第１の状態と第２の状態との間で切り替わる。第１の状態において、光偏光変換器は、第１の偏光状態における第１または第２の光ビームを、第２の偏光状態に変換する。第２の状態において、光偏光変換器は、第１または第２の画像光ビームを第１の偏光状態に維持する。第１の偏光状態は、第２の偏光状態と直交する。偏光選択構成要素は、光偏光変換器の光出力側に配設され、光偏光変換器を通過した第１及び第２の画像光ビームを透過及び反射させ、第１の光路及び第２の光路を開始させる。第１の光路は、偏光選択構成要素の透過光の出力側から始まる。第２の光路は、偏光選択構成要素の反射光の出力側から始まる。光中継モジュールは、第１の光路及び第２の光路を確立し、第１の画像光ビーム及び第２の画像光ビームを誘導して、第１の虚像及び第２の虚像をそれぞれ形成する。運転者から第１の虚像までの距離は、運転者から第２の虚像までの距離とは異なる。光中継モジュールは、少なくとも１つの光中継平面鏡、少なくとも１つの虚像反射面、及び少なくとも１つの曲面鏡を含む。光中継平面鏡は、第２の光路に配設され、第２の光路における第１または第２の画像光ビームのための中間画像を生成する。虚像反射面は、運転者の視野の前に配設される。曲面鏡は、第１及び第２の光路に配設され、第１及び第２の光路の第１及び第２の画像光ビームを、虚像反射面に反射して、第１の虚像及び第２の虚像をそれぞれ形成する。第１の光路までの距離は、第２の光路までの距離とは異なる。

【0007】

好ましい実施形態において、画像ソースは、液晶表示デバイス、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）表示デバイス、デジタル光処理装置、反射型液晶（ＬＣＯＳ）表示デバイス、またはレーザ走査表示（ＬＳＤ）デバイスであってよい。

【0008】

好ましい実施形態において、画像ソースは直線偏光子を含み、それによって第１の偏光状態における第１の画像光ビーム、及び第１の偏光状態における第２の画像光ビームを発する。

【0009】

好ましい実施形態において、画像ソース及び光偏光変換器を切り替える周波数は、３０Ｈｚ以上である。

【0010】

好ましい実施形態において、光偏光変換器は、ツイステッドネマチック（ＴＮ）液晶ユニットを含む。第１のツイステッドネマチック液晶ユニットは、画像ソースの光出力側に配設される。第１のツイステッドネマチック液晶ユニットに電圧が印加されない間、第１のツイステッドネマチック液晶ユニットは第１の状態にある。第１のツイステッドネマチック液晶ユニットに電圧が印加される間、第１のツイステッドネマチック液晶ユニットは第２の状態にある。

【0011】

好ましい実施形態において、光偏光変換器は、第２の光路に配設された第２のツイステッドネマチック（ＴＮ）液晶ユニットを、さらに含む。

【0012】

好ましい実施形態において、偏光選択構成要素は、偏光ビームスプリッタを備える。

【0013】

好ましい実施形態において、光中継平面鏡は、平面反射鏡または半透過型反射体である。

【0014】

好ましい実施形態において、半透過型反射体は、光偏光変換器と偏光選択構成要素との間に配設される。

【0015】

好ましい実施形態において、運転者の視野の前におけるフロントガラスは、虚像反射面として機能する。

【0016】

好ましい実施形態において、光コンバイナは、運転者の視野の前に配設され、虚像反射面として機能する。

【0017】

以下では、添付の図面と共に実施形態を説明し、本発明の目的、技術的内容、特徴、及び成果の、容易な理解をもたらす。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の第１の実施形態による、ある時点における車両用ヘッドアップ表示システムを概略で示す側面図である。

【図2】本発明の第１の実施形態による、別の時点おける車両用ヘッドアップ表示システムを概略で示す側面図である。

【図3】タイミング信号が画像ソースを制御して、本発明の第１の実施形態による車両用ヘッドアップ表示システムで、画像光ビームを連続的に出力しているところを概略で示す側面図である。

【図4】タイミング信号が画像ソースを制御して、本発明の第２の実施形態による車両用ヘッドアップ表示システムで、画像光ビームを連続的に出力しているところを概略で示す側面図である。

【図5】タイミング信号が画像ソースを制御して、本発明の第３の実施形態による車両用ヘッドアップ表示システムで、画像光ビームを連続的に出力しているところを概略で示す側面図である。

【図6】タイミング信号が画像ソースを制御して、本発明の第４の実施形態による車両用ヘッドアップ表示システムで、画像光ビームを連続的に出力しているところを概略で示す側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本発明を、実施形態及び添付の図を用いて、以下で詳細に説明する。しかしこれらの実施形態は、本発明の実例を挙げるのみであり、本発明の範囲を限定するものではない。本明細書で説明する実施形態に加えて、本発明は他の実施形態にも適用される。さらに、本発明の実施形態に従って当業者によって容易に成され得る、任意の変更、変形、または代用も、以下に記載した特許請求の範囲に基づき、本発明の範囲内に含まれることになる。多くの特定の詳細が本明細書に提供され、本発明の完全な理解をもたらすが、本発明は、これらの詳細が部分的または完全に省かれた条件下でも、実行され得る。さらに、当業者には公知である要素またはステップは、本発明が限定されないように、本明細書では説明しない。同様または同一の要素は、図では同様または同一の記号で表示される。図は、本発明を概略で示すためだけのものであり、本発明の実際の寸法、数量を示すものではないことに、留意されたい。さらに、図を簡潔にするために、重要ではない詳細部は必ずしも図に示されない。

【0020】

以降で言及する画像ソースは、平面光ソースとして機能できる表示デバイスである。画像ソースは、限定ではないが、液晶表示デバイス、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）表示デバイス、デジタル光処理装置（ＤＬＰ）、反射型液晶（ＬＣＯＳ）表示デバイス、またはレーザ走査表示（ＬＳＤ）デバイスであってよい。画像ソースは、直線偏光した画像光ビームまたは円偏光した画像光ビームを発する。代替として、直線偏光子が画像ソースの光出力側に装着され、直線偏光した画像光ビームを発する。さらに、画像ソースのハードウェアは、所与のピクセル数を有する。

【0021】

以降で言及する光偏光変換器は、その状態または構造を一時的に変えるよう制御され得る。それによって、偏光した画像光ビームの状態を変化させるか、または維持する。例えば、ツイステッドネマチック液晶（ＴＮ－ＬＣ）ユニットの液晶分子の配置は、印加された電圧と相関する。電圧がＴＮ－ＬＣユニットに印加されない間、ＴＮ－ＬＣユニットは第１の状態にある。偏光した画像光ビームが、第１の状態にあるＴＮ－ＬＣユニットを通過する間、偏光状態は９０°回転される。電圧がＴＮ－ＬＣユニットに印加される間、ＴＮ－ＬＣユニットは第２の状態にある。偏光した画像光ビームが、第２の状態にあるＴＮ－ＬＣユニットを通過する間、偏光状態は同じままである。しかし本発明は、光偏光変換器がＴＮ－ＬＣユニットであるべきであるとは、限定しない。さらに、光偏光変換器の状態または構造を切り替える周波数は、３０Ｈｚよりも高いなど、十分に迅速でなければならない。

【0022】

以降で言及する偏光選択構成要素は、異なる偏光状態の偏光した光ビームを、選択的に透過、反射、または屈折させる。例えば、偏光選択構成要素は、Ｐ偏光の光ビームに９０％より大きい透過率を持たせ、あるいはＳ偏光の光ビームに８０％より大きい反射率を持たせるか、または左右に円偏光した光ビームにそれぞれ異なる屈折角度を持たせる。１つの実施形態において、偏光選択構成要素は、１つもしくは複数の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、１つもしくは複数のパンチャラトナムベリー（Ｐａｎｃｈａｒａｔｎａｍ－Ｂｅｒｒｙ）素子、または、１つもしくは複数のメタレンズを含む。

【0023】

以降で言及する時分割多重化技術は、異なる時点における異なる出力または性能を有するために、タイミング信号を使用して、画像ソース及び光偏光変換器を制御する。見る人が、ちらつきを感知すること、または画像の異なる内容を同時に見ることを避けるため、タイミング信号の周波数は、３０Ｈｚを超えるよう、好ましくは６０Ｈｚにすべきである。

【0024】

以降で言及する光中継モジュールは、１つもしくは複数の平面反射鏡、１つもしくは複数の曲面反射鏡、１つもしくは複数の反射面、及び／または、１つもしくは複数の半透過型反射体を含み得る。光中継モジュールが、反射面または透過面である実施形態において、車両本体の一部は、反射面または透過面として機能し得る。例えば、フロントガラスの一部は、反射面または透過面として機能し得る。さらに別の光素子も、上述のＴＮ－ＬＣユニットなど、光中継モジュールの一部として使用され得る。

【0025】

図１及び図２は、本発明の第１の実施形態による車両用ヘッドアップ表示システムを、概略で示す側面図である。図１及び図２に示される第１の実施形態において、車両用ヘッドアップ表示システム３１は、画像ソース１０、光偏光変換器１２、偏光選択構成要素１４、及び光中継モジュール１６を備える。画像ソース１０は、所与のピクセル数を有し、第１の偏光状態の少なくとも１つの画像光ビーム１１を出力する。光偏光変換器１２は、画像ソース１０の光出力側に配設され、第１の偏光状態の画像光ビーム１１を受ける。光偏光変換器１２は、切り替え作業を始め、第１の偏光状態または第２の偏光状態の画像光ビーム１３を出力する。第１の偏光状態は、第２の偏光状態と直交する。偏光選択構成要素１４は、光偏光変換器１２の光出力側に配設され、画像光ビーム１３の入射を受け、画像光ビーム１３が、第１の光出力面、または第２の光出力面のいずれから、後続の光経路を始めるかを決定する。第１の光出力面は、第２の光出力面とは異なる。画像光ビーム１３が第１の偏光状態である場合、偏光選択構成要素１４は、画像光ビーム１３に、第１の光出力面からの光経路を始めさせる。例えば画像光ビーム１３は、図１に示されるように、透過光の出力面４１から発し、第１の光経路６１に沿って伝搬する。画像光ビーム１３が第２の偏光状態である場合、偏光選択構成要素１４は、画像光ビーム１３を反射して、画像光ビーム１３を、図２に示されるように、反射光の出力面４３などの第２の光出力面から発し、第２の光経路６３に沿って伝搬する。第１の光経路６１及び第２の光経路の、「第１」及び「第２」は、優先または上位を意味するのではなく、互いに区別するためだけのものである。したがって、代替として同じ事実を次のように説明し得る：第２の偏光状態の画像光ビーム１３は第１の光経路６１に沿って伝搬し、第１の偏光状態の画像光ビーム１３は第２の光経路６３に沿って伝搬する。光中継モジュール１６は、いくつかの光構成要素を含む。例えば、第１の反射鏡６２、第２の反射鏡６４、及び第３の反射面６６が、第１の光経路６１及び／または第２の光経路６３に配設される。いくつかの光構成要素は、複数の光経路によって共有される。例えば、第２の反射鏡６４、及び第３の反射面６６は、第１の光経路６１及び／または第２の光経路６３に共有される。いくつかの光構成要素は、単一の光経路のみに使用される。例えば、第１の反射鏡６２は、第２の光経路６３のみに使用される。光中継モジュール１６の光構成要素は、車両１の適切な位置もしくはフロントガラス２に配設され得るか、またはフロントガラス２に一体化され得る。第１の偏光状態の画像光ビーム１３は、第１の光経路６１で処理され、第１の虚像２１を形成する。第２の偏光状態の画像光ビーム１３は、第２の光経路６３で処理され、第２の虚像２３を形成する。第１の虚像２１及び第２の虚像２３の、「第１」及び「第２」は、優先または上位を意味するのではなく、互いに区別するためだけのものである。第１の光路６１の距離は、第２の光路６３の距離とは異なる。運転者５にとって、第１の虚像２１から運転者５までの距離は、第２の虚像２３から運転者５までの距離とは異なる。

【0026】

図３は、本発明の第１の実施形態による車両用ヘッドアップ表示システムで、タイミング信号が画像ソースを制御して、画像光ビームを出力しているところを概略で示す側面図である。図１～図３を参照されたい。この実施形態において、画像ソースは、対角延長が１．８インチである液晶表示デバイス（図３で「Ｌ」で表示）である。あらかじめ設定されたタイミング信号に従い、液晶表示デバイスは、第１の偏光状態の画像光ビームを発する。それは、紙面に対してＳ偏光の光ビームである。画像ソースは迅速に切り替わり、３０Ｈｚ以上の周波数で、第１の画像光ビーム及び第２の画像光ビームを発する。第１の画像光ビーム及び第２の画像光ビームは、同じ偏光状態（Ｓ偏光の光ビーム）であることに留意されたい。第１の画像光ビーム及び第２の画像光ビームの内容は、液晶表示デバイスＬの全てのピクセルによって提供される。第１の画像光ビームの内容は、第２の画像光ビームの内容とは異なっていてよい。例えば、第１の画像光ビームは、計器パネルの情報を搬送し、第２の画像光ビームは道路情報を搬送する。しかし、本発明は上述の例に限定されない。画像ソースの光出力側にある、偏光変換器は、ツイステッドネマチック液晶ユニットＴＮを含む。電圧がツイステッドネマチック液晶ユニットＴＮに印加されているかどうかは、ツイステッドネマチック液晶ユニットＴＮの状態に相関する。電圧がツイステッドネマチック液晶ユニットＴＮに印加されない間、ツイステッドネマチック液晶ユニットＴＮは第１の状態にあり、受けた画像光ビーム１１をＰ偏光の光ビームに変換して、それを出力する。電圧がツイステッドネマチック液晶ユニットＴＮに印加される間、ツイステッドネマチック液晶ユニットＴＮは第２の状態にあり、受けた画像光ビーム１１をＳ偏光の光ビームに変換して、それを出力する。画像ソースのために設定された同じタイミング信号に従って、電圧の印加がオンまたはオフに切り替えられた場合、光偏光変換器の第１の状態及び第２の状態は、画像ソースのための同じタイミング設定で切り替えられることになる。したがって、光偏光変換器によって出力された画像光ビーム１３は、Ｐ偏光の第１の画像光ビーム、及びＳ偏光の画像光ビームであり、それらは迅速に切り替えられる。したがって、同一の制御器を使用して、画像ソース１０及び光偏光変換器１２（ＴＮ）の切り替えタイミング、ならびに切り替え周波数を、同期的に制御し得る。換言すると、光偏光変換器１２（ＴＮ）は、画像ソース１０によって迅速に切り替えられる、第１の画像光ビーム及び第２の画像光ビームに対応して、光偏光変換器１２（ＴＮ）の第１及び第２の状態を同期的に切り替える。

【0027】

図１～図３を再び参照されたい。第１の実施形態において、偏光選択構成要素は、偏光ビームスプリッタＰＢを含む。偏光ビームスプリッタＰＢは、画像光ビーム１３の伝搬経路に配設され、入射する画像光ビーム１３を受ける。第１の反射鏡は、平面鏡Ｍ１である。第２の反射鏡は、非回転型対称曲面鏡Ｍ０である。フロントガラスＷＳの一部は、第３の反射面として使用される。電圧がツイステッドネマチック液晶ユニットＴＮに印加されない間、Ｐ偏光の第１の画像光ビームは、元の光経路に沿って移動し、偏光ビームスプリッタＰＢの第１の光出力面を通過して、第１の画像光ビームＰ１を形成する。第１の画像光ビームＰ１は、元の光経路（第１の方向）に沿って移動を続け、非回転型対称曲面鏡Ｍ０及びその後フロントガラスＷＳで反射され、運転者Ｄの目に入り、運転者Ｄの視線方向において第１の虚像ＶＩ１を形成する。第１の虚像ＶＩ１から運転者Ｄまでの距離は、第１の虚像距離ＶＩＤ１である。電圧が光偏光変換器１２（ＴＮ）に印加される間、Ｓ偏光の第１の画像光ビームは、元の光経路に沿って移動し、偏光選択構成要素１４（ＰＢ）に入り、偏光選択構成要素１４（ＰＢ）で反射されて、偏光選択構成要素１４（ＰＢ）の第２の光出力面から発して、第２の画像光ビームＰ２を形成する。第２の画像光ビームＰ２は、元の光経路（第２の方向）に沿って移動を続け、平面鏡Ｍ１（光中継平面鏡）で反射して、中間画像Ｌ’を形成する。中間画像Ｌ’は、非回転型対称曲面鏡Ｍ０及びフロントガラスＷＳ（虚像の反射面）で反射され、運転者Ｄの目に入り、運転者Ｄの視線方向において第２の虚像を形成する。第２の虚像ＶＩ２から運転者Ｄまでの距離は、第２の虚像距離ＶＩＤ２である。非回転型対称曲面鏡Ｍ０（曲面反射鏡）は、システムのための画像視度を提供する主要な要素であり、通常は非回転型対称面を有し、水平方向と垂直方向とにおける異なる収差を平衡させる。複数の曲面鏡が、単一の曲面鏡に取って代わり、収差を除去するための、より高い順応性を提供することが容易に理解される。さらに、適切な平面鏡を使用して、光学機構の位置を調整し得る。

【0028】

図１～図３を再び参照されたい。液晶表示デバイスＬ及び中間画像Ｌ’は、非回転型対称曲面鏡Ｍ０の焦点内にある。平面鏡Ｍ１の光中継（光中継平面鏡）における作用のため、中間画像Ｌ’の物体距離は、液晶表示デバイスＬの物体距離よりも長い。したがって、第２の虚像距離ＶＩＤ２は、第１の虚像距離ＶＩＤ１よりも長い。それによって、運転者Ｄは、第１の虚像ＶＩ１及び第２の虚像ＶＩ２を同時に見ることができる。第１の虚像ＶＩ１及び第２の虚像ＶＩ２の各々は、液晶表示デバイスＬの全てのピクセルによって生成された虚像である。第１の虚像ＶＩ１及び第２の虚像ＶＩ２は、それぞれ異なる距離を有し、それらの視界は重複しない。

【0029】

図４は、本発明の第２の実施形態による車両用ヘッドアップ表示システムで、タイミング信号が画像ソースを制御して、画像光ビームを出力しているところを概略で示す側面図である。車両用ヘッドアップ表示システム３３において、画像ソースは、対角延長が３インチであるレーザ走査表示デバイス（図４では「ＬＳ」で表示）である。レーザ走査表示デバイスＬＳは、迅速に切り替わり、３０Ｈｚ以上の周波数で、第１の画像光ビーム及び第２の画像光ビームを発する。この実施形態において、画像ソースは、レーザ走査表示デバイスＬＳの光出力面に装着された、直線偏光器ＰＬをさらに含む。直線偏光器の偏光方向は、紙面に対してＳである。タイミング信号に従って画像ソースから発せられた、第１の画像光ビーム及び第２の画像光ビームの両方は、Ｓ偏光の画像光ビーム１１である。第１の実施形態と同様に、光偏光変換器は、ツイステッドネマチック液晶ユニットＴＮ１を含む。レーザ走査表示デバイスＬＳのタイミング信号に従い、電圧がツイステッドネマチック液晶ユニットＴＮ１に印加されない間に、ツイステッドネマチック液晶ユニットＴＮ１は第１の状態にあり、画像光ビーム１１（第１の画像光ビーム）を受け、画像光ビーム１１の偏光状態を変換して、Ｐ偏光の画像光ビーム１３を出力する。レーザ走査表示デバイスＬＳのタイミング信号に従い、電圧がツイステッドネマチック液晶ユニットＴＮ１に印加される間に、ツイステッドネマチック液晶ユニットＴＮ１は第２の状態にあり、画像光ビーム１１（第２の画像光ビーム）を受け、画像光ビーム１１の偏光状態を維持して、Ｓ偏光の画像光ビーム１３を出力する。

【0030】

図４を再び参照されたい。偏光選択構成要素及び光中継モジュールの一部は、画像光ビーム１３が移動する方向に沿って配設される。この実施形態において、偏光選択構成要素は、偏光ビームスプリッタＰＢを含み、光中継モジュールは、ツイステッドネマチック液晶ユニットＴＮ１と偏光ビームスプリッタＰＢとの間に配設された、半透過型反射体ＨＭを含む。光中継モジュールは、非回転型対称曲面鏡Ｍ０、平面鏡Ｍ１、平面鏡Ｍ２、及び光コンバイナＣＢを、さらに含む。光コンバイナＣＢは、車両本体の内部でフロントガラスＷＳ近くに配設され、虚像のための反射面を提供する。さらに、光偏光変換器は、平面鏡Ｍ２と半透過型反射体ＨＭとの間に配設された、別のツイステッドネマチック液晶ユニットＴＮ２を、さらに含む。光中継モジュールの中に位置付けられた、ツイステッドネマチック液晶ユニットＴＮ２においては、恒常的に電圧はかけられない。

【0031】

ツイステッドネマチック液晶ユニットＴＮ１に電圧がかけられず、かつ第１の状態である間、Ｐ偏光の画像光ビーム１３の一部は、半透過型反射体ＨＭ及び偏光ビームスプリッタＰＢを通過して、第１の光経路において第１の画像光ビームＰ１を生成する。第１の画像光ビームＰ１は、曲面鏡Ｍ０及び光コンバイナＣＢで順次反射され、運転者Ｄの目に入り、運転者Ｄの視線方向において第１の虚像ＶＩ１を形成する。第１の虚像ＶＩ１から運転者Ｄまでの距離は、第１の虚像距離ＶＩＤ１である。ツイステッドネマチック液晶ユニットＴＮ１に電圧がかけられ、かつ第２の状態である間、Ｓ偏光の第２の画像光ビーム１３の一部は、半透過型反射体ＨＭを通過し、偏光ビームスプリッタＰＢの鏡で反射して、第２の画像光ビームＰ２を生成する。第２の光経路において、第２の画像光ビームＰ２は、適切な位置に配設された平面鏡Ｍ１及び平面鏡Ｍ２で順次反射する。恒常的に電圧がかけられないツイステッドネマチック液晶ユニットＴＮ２は、平面鏡Ｍ２の後、かつ第２の画像光ビームＰ２の光経路に配設される。付勢されないツイステッドネマチック液晶ユニットＴＮ２は、Ｓ偏光の第２の画像光ビームＰ２の偏光状態を９０°回転させる。したがって、恒常的に電圧がかけられないツイステッドネマチック液晶ユニットＴＮ２は、Ｓ偏光の第２の画像光ビームＰ２を、Ｐ偏光の第２の画像光ビームＰ２に変換する。次に、Ｐ偏光の第２の画像光ビームＰ２は、半透過型反射体ＨＭで反射され、中間画像ＬＳ’を形成する。次に、第２の画像光ビームＰ２の中間画像ＬＳ’は、偏光ビームスプリッタＰＢを通過し、曲面鏡Ｍ０及び光コンバイナＣＢで順次反射され、運転者Ｄの目に入り、運転者Ｄの視線方向において第２の虚像ＶＩ２を形成する。第２の虚像ＶＩ２から運転者Ｄまでの距離は、第２の虚像距離ＶＩＤ２である。

【0032】

図４を再び参照されたい。レーザ走査表示デバイスＬＳ及び中間画像ＬＳ’は、曲面鏡Ｍ０の焦点内にある。さらに、平面鏡Ｍ１、平面鏡Ｍ２、及び半透過型反射体ＨＭにおける３つの反射作用のため、中間画像ＬＳ’の距離は、レーザ走査表示デバイスＬＳの物体距離よりも長い。したがって、第２の虚像ＶＩ２の距離は、第１の虚像ＶＩ１の距離よりも長い。それによって、運転者Ｄは、第１の虚像ＶＩ１（第１の画像光ビームの内容）及び第２の虚像ＶＩ２（第２の画像光ビームの内容）を、同時に見ることができる。第２の実施形態において、レーザ走査表示デバイスＬＳの全てのピクセルは、視野が重複する２つの虚像を異なる距離で生成する。第１の実施形態との比較において、第２の実施形態の異なる距離で現われる２つの虚像の重複は、遠い虚像の内容が近くの虚像の内容と重複する必要がある状況に適用され得る。

【0033】

図５は、本発明の第３の実施形態による車両用ヘッドアップ表示システムで、タイミング信号が画像ソースを制御して、画像光ビームを出力しているところを概略で示す側面図である。図３及び図５を参照されたい。図５の車両用ヘッドアップ表示システム３５は、第１の画像光ビーム及び第２の画像光ビームが光偏光変換器を通過する間、それらの偏光状態と光中継モジュールの光素子の位置が、図３の車両用ヘッドアップ表示システムとは異なる。図５において、液晶表示デバイスＬのタイミング信号に従って、Ｓ偏光の画像光ビーム１１はツイステッドネマチック液晶ユニットＴＮを通過し、Ｓ偏光の第１の画像光ビームＰ１及びＰ偏光の第２の画像光ビームＰ２を続けて生成する。Ｓ偏光の第１の画像光ビームＰ１は、初めに偏光ビームスプリッタＰＢの鏡で反射され、次に非回転型対称曲面鏡Ｍ０で反射され、次にフロントガラスＷＳで反射され、運転者Ｄの目に入って、運転者Ｄの視線方向に第１の虚像ＶＩ１を形成する。第１の虚像ＶＩ１から運転者Ｄまでの距離は、第１の虚像距離ＶＩＤ１である。Ｐ偏光の第２の画像光ビームＰ２は、元の方向に沿って偏光ビームスプリッタＰＢを通過し、次に平面鏡Ｍ１で反射して、中間画像Ｌ’を形成する。中間画像Ｌ’は、曲面鏡Ｍ０及びフロントガラスＷＳで反射され、次に運転者Ｄの目に入って、運転者Ｄの視線方向において第２の虚像ＶＩ２を形成する。第２の虚像ＶＩ２から運転者Ｄまでの距離は、第２の虚像距離ＶＩＤ２である。第３の実施形態は、以下の点で第１の実施形態と同様である：液晶表示デバイスＬ及び中間画像Ｌ’は、曲面鏡Ｍ０の焦点内にあること；平面鏡Ｍ１の光中継は、中間画像Ｌ’の距離を液晶表示デバイスＬの物体距離よりも長くすること、である。したがって、第２の虚像距離ＶＩＤ２は、第１の虚像距離ＶＩＤ１よりも長い。それによって、運転者Ｄは、第１の虚像ＶＩ１及び第２の虚像ＶＩ２を同時に見ることができる。液晶表示デバイスＬの全てのピクセルは、視野が重複しない第１の虚像ＶＩ１及び第２の虚像ＶＩ２を、異なる距離で生成する。第３の実施形態は、偏光ビームスプリッタＰＢで反射されたＳ偏光の光ビームが、より近い第１の虚像ＶＩ１を生成するために使用され、偏光ビームスプリッタＰＢを通過するＰ偏光の光ビームが、より遠い第２の虚像ＶＩ２を生成するために使用されるという点で、第１の実施形態とは異なる。

【0034】

図６は、本発明の第４の実施形態による車両用ヘッドアップ表示システムで、タイミング信号が画像ソースを制御して、画像光ビームを出力しているところを概略で示す側面図である。車両用ヘッドアップ表示システム３７において、画像ソースは、対角延長が１．８インチである液晶表示デバイスＬである。液晶表示デバイスＬから発せられた光ビームは、紙面に対してＳ偏光の光ビームである。液晶表示デバイスＬは迅速に切り替わり、３０Ｈｚ以上の周波数で、第１の画像光ビーム及び第２の画像光ビームを発する。ツイステッドネマチック液晶ユニットＴＮ１は、液晶表示デバイスＬの光出力側に配設される。ツイステッドネマチック液晶ユニットＴＮ１に電圧がかけられており、かつ第１の状態の間、液晶表示デバイスＬは、第１の画像光ビームを発する。ツイステッドネマチック液晶ユニットＴＮ１に電圧がかけられておらず、かつ第２の状態の間、液晶表示デバイスＬは第２の画像光ビームを発する。したがって、ツイステッドネマチック液晶ユニットＴＮ１は、第１の状態でＳ偏光の画像光ビーム１３（第１の画像光ビーム）を出力し、第２の状態でＰ偏光の画像光ビーム１３（第２の画像光ビーム）を出力する。半透過型反射体ＨＭ及び偏光ビームスプリッタＰＢは、画像光ビーム１３の伝搬方向に沿って続けて配設される。ツイステッドネマチック液晶ユニットＴＮ１に電圧がかけられ、かつ第１の状態である間、Ｓ偏光の第１の画像光ビーム１３の一部は、半透過型反射体ＨＭを通過し、偏光ビームスプリッタＰＢの鏡で反射され、第１の画像光ビームＰ１を形成する。第１の画像光ビームＰ１は、曲面鏡Ｍ０及びフロントガラスＷＳで反射され、運転者Ｄの目に入って、運転者Ｄの視線方向において第１の虚像ＶＩ１を形成する。第１の虚像ＶＩ１から運転者Ｄの距離は、第１の虚像距離ＶＩＤ１である。

【0035】

図６を再び参照されたい。第２の状態において、ツイステッドネマチック液晶ユニットＴＮ１に電圧が印加されない間、Ｐ偏光の第２の画像光ビーム１３の一部は、半透過型反射体ＨＭ及び偏光ビームスプリッタＰＢを通過し、第２の画像光ビームＰ２を形成する。第２の画像光ビームＰ２は、平面鏡Ｍ１、平面鏡Ｍ２、及び平面鏡Ｍ３で、順次反射される。電圧が印加されないツイステッドネマチック液晶ユニットＴＮ２は、平面鏡Ｍ３の前、かつ第２の画像光ビームＰ２の伝搬経路に配設される。ツイステッドネマチック液晶ユニットＴＮ２は、入射する光ビームの偏光状態を９０°回転させる。したがって、ツイステッドネマチック液晶ユニットＴＮ２は、Ｐ偏光の第２の画像光ビームＰ２を、Ｓ偏光の第２の画像光ビームＰ２に回転させる。次に、Ｓ偏光の第２の画像光ビームＰ２は、半透過型反射体ＨＭで反射され、中間画像Ｌ’を形成する。次に、中間画像Ｌ’は、偏光ビームスプリッタＰＢ、曲面鏡Ｍ０、及びフロントガラスＷＳで順次反射され、次に運転者Ｄの目に入って、運転者Ｄの視線方向で第２の虚像ＶＩ２を形成する。第２の虚像ＶＩ２から運転者Ｄまでの距離は、第２の虚像距離ＶＩＤ２である。

【0036】

図６を再び参照されたい。第４の実施形態は、以下の点で第２の実施形態と同様である：液晶表示デバイスＬ及び中間画像Ｌ’は、曲面鏡Ｍ０の焦点内にあること；平面鏡Ｍ１、平面鏡Ｍ２、平面鏡Ｍ３、及び半透過型反射体ＨＭの光中継は、中間画像Ｌ’の距離を、液晶表示デバイスＬの物体距離よりも長くすること、である。したがって、第２の虚像距離ＶＩＤ２は、第１の虚像距離ＶＩＤ１よりも長い。それによって、運転者Ｄは、第１の虚像ＶＩ１及び第２の虚像ＶＩ２を同時に見ることができる。液晶表示デバイスＬの全てのピクセルは、視野が重複する第１の虚像ＶＩ１及び第２の虚像ＶＩ２を、異なる距離で生成する。第４の実施形態は、偏光ビームスプリッタＰＢで反射されたＳ偏光の光ビームが、より近い第１の虚像ＶＩ１を生成するために使用され、偏光ビームスプリッタＰＢを通過するＰ偏光の光ビームが、より遠い第２の虚像ＶＩ２を生成するために使用されるという点で、第２の実施形態とは異なる。

【0037】

上述の実施形態は、本発明の技術的思想及び特徴を実証するためのものであり、当業者が本発明を理解し、作成し、及び使用するのを可能にする。しかし、これらの実施形態が、本発明の範囲を限定することは意図しない。本発明の趣旨に従った、いかなる同等の変更または変形も、本発明の範囲に含まれる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】