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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
【公報種別】再公表特許(A1)
(11)【国際公開番号】WO/0
(43)【国際公開日】2019年5月16日
【発行日】2019年11月14日
(54)【発明の名称】ヘッドアップディスプレイ
(51)【国際特許分類】
   G02B 27/01 20060101AFI20191018BHJP
   B60K 35/00 20060101ALI20191018BHJP
【FI】
   G02B27/01
   B60K35/00 A
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
【全頁数】27
【出願番号】特願2019-519435(P2019-519435)
(21)【国際出願番号】PCT/0/0
(22)【国際出願日】2018年10月17日
(31)【優先権主張番号】特願2017-214411(P2017-214411)
(32)【優先日】2017年11月7日
(33)【優先権主張国】JP
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JO,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KR,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT
(71)【出願人】
【識別番号】314012076
【氏名又は名称】パナソニックIPマネジメント株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100109210
【弁理士】
【氏名又は名称】新居 広守
(74)【代理人】
【識別番号】100137235
【弁理士】
【氏名又は名称】寺谷 英作
(74)【代理人】
【識別番号】100131417
【弁理士】
【氏名又は名称】道坂 伸一
(72)【発明者】
【氏名】宮本 智明
【テーマコード(参考)】
2H199
3D344
【Fターム(参考)】
2H199DA03
2H199DA13
2H199DA15
2H199DA30
2H199DA42
3D344AA19
3D344AA21
3D344AC25
(57)【要約】
ウインドシールド(22)に画像を投影し、観察者が視認可能な虚像を形成するヘッドアップディスプレイ装置であって、画像を表示させる表示素子(13)と、表示素子の画像を、ウインドシールド(22)へ導き、前記虚像を形成する投射光学系と、を備える。投射光学系は、反射面が凹面である少なくとも2枚のミラーを有し、ウインドシールド(22)の左右方向の曲率半径Rxが、0.05 < EBx/Rxmax < 0.50を満足する。EBx:観察者が前記虚像を視認できるX方向アイボックスサイズ、Rxmax:ウインドシールド(22)の光線使用領域でのRxの最大値である。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ウインドシールドに画像を投影し、観察者が視認可能な虚像を形成するヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記画像を表示させる表示素子と、
前記表示素子の画像を、前記ウインドシールドへ導き、前記虚像を形成する投射光学系と、
を備え、
前記投射光学系は、反射面が凹面である少なくとも2枚のミラーを有し、
前記ウインドシールドの左右方向の曲率半径Rxが、下記の条件(1)を満足し、
0.05 < EBx/Rxmax < 0.50・・・(1)
ここで、前記観察者からみた左右方向をX軸とした時、
EBx:前記観察者が前記虚像を視認できるX方向におけるアイボックスサイズ、
Rxmax:前記ウインドシールドの光線使用領域での曲率半径Rxの最大値、
である、
ヘッドアップディスプレイ。
【請求項2】
ウインドシールドに画像を投影し、観察者が視認可能な虚像を形成するヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記画像を表示させる表示素子と、
前記表示素子の画像を、前記ウインドシールドへ導き、前記虚像を形成する投射光学系と、を備え、
前記投射光学系は、反射面が凹面である少なくとも2枚のミラーを有し、
前記ウインドシールドの鉛直方向の曲率半径Ryが、下記の条件(2)を満足し、
0.05 < EBy/Rymax < 0.50・・・(2)
ここで、前記観察者からみた上下方向をY軸とした時、
EBy:前記観察者が前記虚像を視認できるY方向におけるアイボックスサイズ、
Rymax:前記ウインドシールドの光線使用領域での曲率半径Ryの最大値、
である、
ヘッドアップディスプレイ。
【請求項3】
ウインドシールドに画像を投影し、観察者が視認可能な虚像を形成するヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記画像を表示させる表示素子と、
前記表示素子の画像を、前記ウインドシールドへ導き、前記虚像を形成する投射光学系と、
を備え、
前記投射光学系は、反射面が凹面である少なくとも2枚のミラーを有し、
前記ウインドシールドが、下記の条件(3)を満足し、
1.0°<|θzmax−θzmin|<6.0°・・・(3)
ここで、
θz:前記ウインドシールドの形状を定義する定義式の原点を通る接平面に垂直な法線ベクトルと、前記ウインドシールド上の任意の点における接平面の法線ベクトルとの成す角、
θzmax:θzの最大値、
θzmin:θzの最小値、
である、
ヘッドアップディスプレイ。
【請求項4】
前記表示素子から前記ウインドシールドへ向かう光路において、前記表示素子に最も近い側に位置するミラーを第1ミラーとし、前記ウインドシールドに最も近い側のミラーを第2ミラーとした時、
下記の条件(4)を満足し、
0.5 < LM/LD < 8.0・・・(4)
ここで、
LM:前記表示素子から前記ウインドシールドへ向かう前記投射光学系の中心光路Lにおける、前記第1ミラーと、前記第2ミラーとの間隔、
LD:前記表示素子から前記ウインドシールドへ向かう前記投射光学系の中心光路における、前記表示素子から前記第1ミラーまでの中心光路Lにおける間隔、
である、
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項5】
前記表示素子から前記ウインドシールドへ向かう光路において、前記表示素子に最も近い側に位置するミラーを第1ミラーとし、前記ウインドシールドに最も近い側のミラーを第2ミラーとした時、
下記の条件(5)を満足し、
0.0 <(LD+LM)/V < 0.2・・・(5)
ここで、
LM:前記表示素子から前記ウインドシールドへ向かう前記投射光学系の中心光路における、前記第1ミラーと、前記第2ミラーとの間隔、
LD:前記表示素子から前記ウインドシールドへ向かう前記投射光学系の中心光路における、前記表示素子から前記第1ミラーまでの中心光路における間隔、
V :観察者の視認領域中央から前記虚像の中心までの中心光路に沿った距離、
である、
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項6】
前記表示素子から前記ウインドシールドへ向かう光路において、前記表示素子に最も近い側に位置するミラーを第1ミラーとし、前記ウインドシールドに最も近い側のミラーを第2ミラーとし、
前記ウインドシールド、前記第1ミラー、および前記第2ミラーのそれぞれにおいて、反射面が凹面の時に正の曲率半径、反射面が凸面の時に負の曲率半径とした時、
下記の条件(6)を満足し、
ここで、
1 < RxWS/RxM2+RxM2/RxM1 < 70・・・(6)
RxM1:前記第1ミラーの略中心から前記第1ミラーの4隅に向かう線分における、前記第1ミラーの略中心から80%の点と、前記第1ミラーの4隅と、を結ぶ線分を対角とする略矩形領域である第1領域内を通る光線の反射点うち少なくとも一点における前記第1ミラーの長手方向の曲率半径、
RxM2:前記第2ミラーの略中心から前記第2ミラーの4隅に向かう線分における、前記第2ミラーの略中心から80%の点と、前記第2ミラーの4隅と、を結ぶ線分を対角とする略矩形領域である第2領域内を通る光線の反射点のうち少なくとも一点における前記第2ミラーの長手方向の曲率半径、
RxWS:前記ウインドシールドに投影された前記画像の略中心から前記画像の4隅に向かう線分における、前記画像の略中心から80%の点と、前記画像の4隅と、を結ぶ線分を対角とする略矩形領域である第3領域内を通る光線の反射点のうち少なくとも一点における水平方向の曲率半径、
である、
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項7】
前記表示素子から前記ウインドシールドへ向かう光路において、前記表示素子に最も近い側に位置するミラーを第1ミラーとし、前記ウインドシールドに最も近い側のミラーを第2ミラーとし、
前記ウインドシールド、前記第1ミラー、および前記第2ミラーのそれぞれにおいて、反射面が凹面の時に正の曲率半径、反射面が凸面の時に負の曲率半径とした時、
下記の条件(7)を満足し、
−50 < RyWS/RyM2+RyM2/RyM1 < 100・・・(7)
ここで、
RyM1:前記第1ミラーの略中心から前記第1ミラーの4隅に向かう線分における、前記第1ミラーの略中心から80%の点と、前記第1ミラーの4隅と、を結ぶ線分を対角とする略矩形領域である第1領域内を通る光線の反射点うち少なくとも一点における前記第1ミラーの短手方向の曲率半径、
RyM2:前記第2ミラーの略中心から前記第2ミラーの4隅に向かう線分における、前記第2ミラーの略中心から80%の点と、前記第2ミラーの4隅と、を結ぶ線分を対角とする略矩形領域である第2領域内を通る光線の反射点のうち少なくとも一点における前記第2ミラーの短手方向の曲率半径、
RyWS:前記ウインドシールドに投影された前記画像の略中心から前記画像の4隅に向かう線分における、前記画像の略中心から80%の点と、前記画像の4隅を結ぶ線分と、を対角とする略矩形領域である第3領域内を通る光線の反射点のうち少なくとも一点における垂直方向の曲率半径、
である、
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項8】
前記第1ミラーは、回転非対称であり、反射面が凹面形状である、
請求項4から請求項7のいずれか1項に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項9】
前記第2ミラーは、回転非対称であり、反射面が凹面形状である、
請求項4から請求項7のいずれか1項に記載のヘッドアップディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、表示画像を虚像として観察者に視認させるヘッドアップディスプレイに関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1は、第1反射部材の反射面が凸面形状で、第2反射部材の反射面が凹面形状である、表示装置を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際公開第WO2015/098078号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
反射面が凸面形状の反射部材と凹面形状の反射部材とで構成される、いわゆるテレフォトタイプの表示装置では、ウインドシールド(風防ガラス)のパワー(屈折力)が大きい場合、大画面化を図ると、光線とヘッドアップディスプレイの構成部材との干渉を避けることが困難となる。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示におけるヘッドアップディスプレイは、ウインドシールドに画像を投影し、観察者が視認可能な虚像を形成するヘッドアップディスプレイ装置であって、画像を表示させる表示素子と、表示素子の画像を、ウインドシールドへ導き、前記虚像を形成する投射光学系と、を備える。投射光学系は、反射面が凹面である少なくとも2枚のミラーを有し、ウインドシールドの左右方向の曲率半径Rxが、下記の条件(1)を満足し、
0.05 < EBx/Rxmax < 0.50・・・(1)
ここで、観察者からみた左右方向をX軸とした時、
EBx:観察者が前記虚像を視認できるX方向におけるアイボックスサイズ、
Rxmax:ウインドシールドの光線使用領域での曲率半径Rxの最大値、
である。
【発明の効果】
【0006】
本開示によれば、光線とヘッドアップディスプレイの構成部材との干渉を回避したまま、大画面のヘッドアップディスプレイを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
図1】実施の形態1におけるヘッドアップディスプレイを搭載した、車両の断面を示す模式図
図2】実施の形態1におけるヘッドアップディスプレイを説明するための光学断面を示す模式図
図3】実施の形態1におけるヘッドアップディスプレイにおけるウインドシールドのX方向の局所曲率Rxを説明するための光学断面を示す模式図
図4】実施の形態1におけるヘッドアップディスプレイにおけるウインドシールドのY方向の局所曲率Ryを説明するための光学断面を示す模式図
図5】実施の形態1におけるヘッドアップディスプレイにおけるウインドシールドの傾斜角θzの説明図
図6】実施の形態1におけるヘッドアップディスプレイにおける第1ミラーの座標系と、第1ミラーのXm1方向局所曲率RxM1、第1ミラーのYm1方向局所曲率RyM1を示す模式図
図7】実施の形態1におけるヘッドアップディスプレイにおける第2ミラーの座標系と、第2ミラーのXm2方向局所曲率RxM2、第2ミラーのYm2方向局所曲率RyM2を示す模式図
図8】実施の形態1〜8におけるヘッドアップディスプレイにおける表示素子の座標系を示す概略図
図9】実施の形態1〜8におけるヘッドアップディスプレイが画像を投影したウインドシールドを示す概略図
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
【0009】
なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
【0010】
(実施の形態1)
実施の形態1に係るヘッドアップディスプレイについて、図面を参照して、説明する。
【0011】
なお、本実施の形態1に係るヘッドアップディスプレイに係る具体的な数値に関しては、数値実施例1〜8に後述する。
【0012】
[1. 構成]
[1.1 概略構成]
図1は、実施の形態1に係るヘッドアップディスプレイを搭載した、車両の断面を示す模式図である。
【0013】
画像を投影するヘッドアップディスプレイ10は、車両20のダッシュボード21の内部に配置される。ヘッドアップディスプレイ10は、車両20に配置された光透過性の被投影部材であるウインドシールド22(風防ガラス)に画像を投影し、これによりウインドシールド22の観察者30側とは反対側にヘッドアップディスプレイ10が投影する画像の虚像40を形成する。観察者30は、ヘッドアップディスプレイ10により投影される画像の虚像40がウインドシールド22を通して、視認可能となるものである。図1に示す2点鎖線は、投影される画像の中心光路Lを示しており、以下の説明においても、中心光路Lは、2点鎖線で図示している。
【0014】
図2は、実施の形態1に係るヘッドアップディスプレイ10の模式図である。
【0015】
ヘッドアップディスプレイ10は、被投影部材であるウインドシールド22に画像を投影し、ウインドシールド22に対して、観察者30と反対側に虚像40を形成する。ヘッドアップディスプレイ10は、投影部材である表示素子13と、表示素子13に表示された画像をウインドシールド22に導き虚像40を形成する投射光学系と、を備える。
【0016】
投射光学系は、第1ミラーM1と第2ミラーM2を備える。第2ミラーM2は、ウインドシールド22に対して略鉛直下方に配置され、表示素子13からの光を、第1ミラーM1を介して、ウインドシールド22へ導く。第1ミラーM1の反射面は凹面形状である。第2ミラーM2の反射面は凹面形状である。これにより、観察者30は、ウインドシールド22を通して、画像の虚像40が視認可能となる。ウインドシールド22に投影される画像は、あらかじめ想定される視認領域であるアイボックス31(Eye Box)から、観察者30は画像の虚像40が視認可能となる。なお、表示素子13からの光を第2ミラーM2に至る光路にはレンズ素子や反射部材などの光学素子を複数配置してもよい。
【0017】
[1.2 ウインドシールド]
図3は、ウインドシールドの、Xc−Yc断面を示し、実施の形態1〜8におけるウインドシールド22の、運転者からみた左右方向の局所曲率Rxを説明する説明図である。また、図3には、ウインドシールド22のローカル座標系(xl、yl、zl座標)も図示している。
【0018】
図4は、ウインドシールドの、Xc−Zc断面を示し、実施の形態1〜8におけるウインドシールド22の、運転者からみた上下方向の局所曲率Ryを説明する説明図である。ウインドシールド22のローカル座標系(xl、yl、zl座標)も図示している。
【0019】
図5は、実施の形態1〜8におけるウインドシールド22の傾斜角θzを説明する説明図である。ウインドシールドの反射面の形状を定義する定義式の原点Ol、原点Olでの反射面の法線ベクトルN1、任意の反射面上の点での法線ベクトルN2とし、法線ベクトルN1と法線ベクトルN2の成す角を傾斜角θzとする。
【0020】
[1.3 第1ミラー]
図6は、第1ミラーM1の座標系(Xm1、Ym1、Zm1座標)と、第1ミラー定義式の原点Om1を図示している。第1ミラーM1の座標系のZ軸であるZm1は、第1ミラー定義式の原点Om1を通る反射面の法線方向で定義され、Xm1、Ym1はZm1に垂直な成分である。Xm1は、図6に示す第1ミラーM1の長辺方向、これは一般に運転者などである観察者30からみて左右方向としている。Ym1は図6に示す第1ミラーM1の短辺方向、これは一般に観察者30からみて上下方向としている。また、実施の形態1〜8における第1ミラーM1のXm1−Zm1平面と平行な平面上に定義されるX方向の局所曲率RxM1と、Ym1−Zm1平面と平行な平面上に定義されるY方向の局所曲率RyM1を示している。
【0021】
[1.4 第2ミラー]
図7は、第2ミラーM2の座標系(Xm2、Ym2、Zm2座標)と、第2ミラー定義式の原点Om2を図示している。第2ミラーM2の座標系のZ軸であるZm2は、第2ミラー定義式の原点Om2を通る反射面の法線方向で定義され、Xm2、Ym2はZm2に垂直な成分である。Xm2は、図7に示す第2ミラーM2の長辺方向、これは一般に観察者30からみて左右方向としている。Ym2は、図7に示す第2ミラーM2の短辺方向、これは一般に観察者30からみて上下方向としている。また、実施の形態1〜8における第2ミラーM2のXm2−Zm2平面と平行な平面上に定義されるX方向の局所曲率RxM2と、Ym2−Zm2平面と平行な平面上に定義されるY方向の局所曲率RyM2を示している。
【0022】
[1.5 表示素子]
図8は、実施の形態1における表示素子の座標系を示す概略図である。
【0023】
実施の形態1では、投影部材である表示素子13の一例として、LCD(Liquid Crystal Display)について説明した。表示素子は、有機発光ダイオード(エレクトロルミネッセンス)、蛍光表示装置(セブンセグメント)、プラズマディスプレイなどの表示装置でもよい。また、プロジェクタや走査型レーザであってもよい。したがって、表示素子はLCDに限定されない。
【0024】
[2.条件および効果など]
ヘッドアップディスプレイ10は、被投影部材であるウインドシールド22に画像を投影し、被投影部材に対して観察者30と反対側に虚像40を形成する。ヘッドアップディスプレイ10は、画像を投影する投影部材である表示素子13と、被投影部材に画像を導き、虚像40を形成する投射光学系と、を備える。投射光学系は、少なくとも2つの、反射面が凹面のミラーを有する。ウインドシールド22の反射面は、下記の条件(1)または、(2)または、(3)を満足する。
【0025】
0.05 < EBx/Rxmax < 0.50・・・(1)
ここで、観察者30からみた左右方向をX軸とした時、
EBx:観察者30が虚像40を視認できるX方向におけるアイボックスサイズ、
Rxmax:ウインドシールド22の光線使用領域での曲率半径Rxの最大値、
である。
【0026】
また、
0.05 < EBy/Rymax < 0.50・・・(2)
ここで、観察者30からみた上下方向をY軸とした時、
EBy:観察者30が虚像40を視認できるY方向におけるアイボックスサイズ、
Rymax:ウインドシールド22の光線使用領域での曲率半径Ryの最大値、
である。
【0027】
また、
1.0°<|θzmax−θzmin|<6.0°・・・(3)
θz:ウインドシールド22の形状を定義する定義式の原点を通る接平面に垂直な法線ベクトルと、ウインドシールド22上の任意の点における接平面の法線ベクトルとの成す角、
θzmax:θzの最大値、
θzmin:θzの最小値、
である。
【0028】
条件(1)または(2)の下限値を下回ると、ウインドシールド22のパワー(屈折力)が弱くなり、投射光学系に許される光路長が伸びるため、第1ミラーM1の反射面を凸面、第2ミラーM2の反射面を凹面として、いわゆるテレフォト構成としたほうが小型化、および大画面化が図れる。条件(1)または(2)の上限値を超えると、ウインドシールド22のパワーが強くなり、投射光学系に許される光路長が短くなるため、第1ミラーM1の反射面を凹面、第2ミラーM2の反射面を凸面として、いわゆるレトロフォーカス構成にしないと、光線とミラー等のヘッドアップディスプレイの構成部材が干渉してしまい、十分なアイボックスサイズ(アイボックス31のサイズ)を確保できなくなってしまう。
【0029】
すなわち、小型かつ大画面で光線干渉のない構成が可能である。
【0030】
条件(3)の下限値を下回ると、ウインドシールド22のパワー(屈折力)が弱くなり、投射光学系に許される光路長が伸びるため、第1ミラーM1の反射面を凸面、第2ミラーM2の反射面を凹面として、いわゆるテレフォト構成としたほうが小型化を図れる。条件(3)の上限値を超えると、ウインドシールド22のパワーが強くなりすぎてしまい、投射光学系に許される光路長が短くなるため、例えば、第1ミラーM1の反射面を凹面、第2ミラーM2の反射面を凸面として、いわゆるレトロフォーカス構成にしないと、光線とヘッドアップディスプレイの構成部材が干渉してしまい、十分なアイボックスサイズを確保できなくなってしまう。
【0031】
また、ヘッドアップディスプレイ10は、下記の条件(4)を満足することが望ましい。
【0032】
0.5 < LM/LD < 8.0・・・(4)
ここで、
LM:表示素子13から虚像へ向かう投射光学系の中心光路Lにおける、第2ミラーM2と、第1ミラーM1との間隔、
LD:表示素子13から、第1ミラーM1までの中心光路Lにおける間隔、
である。
【0033】
条件(4)の下限値である0.5を下回ると、表示素子13と第1ミラーM1の距離が長くなるため、装置が大型化してしまう。条件(4)の上限値である8.0を超えると、表示素子13と第1ミラーM1の距離が短くなりすぎてしまい、表示素子13と光線との干渉が発生してしまう。
【0034】
すなわち、条件(4)を満足することで、ヘッドアップディスプレイ10を小型にできる。
【0035】
また、ヘッドアップディスプレイ10は、下記の条件(5)を満足することが望ましい。
【0036】
0.0 <(LD+LM)/V < 0.2・・・(5)
ここで、
LM:表示素子13から虚像へ向かう投射光学系の中心光路Lにおける、第2ミラーM2と、第1ミラーM1との間隔、
LD:表示素子13から、第1ミラーM1までの中心光路Lにおける間隔、
V :観察者30の視認領域中央から虚像40の中心までの距離、
である。
【0037】
条件(5)の下限値は、LDとLMが0でない有限の値のため、0.0である。条件(5)の上限値である0.2を上回ると、表示素子13と第1ミラー12の距離および、第1ミラーM1と第2ミラーM2の距離が長くなるため、装置が大型化してしまう。
【0038】
すなわち、条件(5)を満足することで、ヘッドアップディスプレイ10を小型にできる。
【0039】
また、ヘッドアップディスプレイ10は、ウインドシールド22、第1ミラーM1、および第2ミラーM2のそれぞれにおいて、反射面が凹面の時に正の曲率半径、反射面が凸面の時に負の曲率半径とした時、下記の条件(6)を満足することが望ましい。
【0040】
1 < RxWS/RxM2+RxM2/RxM1 < 70・・・(6)
ここで、
RxM1:図6に示すように、第1ミラーM1の略中心C1から第1ミラーM1の4隅に向かう第1線分L1(図中には1線分を記載)における、第1ミラーM1の略中心C1から80%の点と、第1ミラーM1の4隅とを対角とし、反射面の形状と略相似形の略矩形領域である第1領域A1の内を通る光線の反射点うち少なくとも一点における第1ミラーM1の長手方向(Xm1方向)の曲率半径、
RxM2:第2ミラーM2の略中心から第2ミラーM2の4隅に向かう第2線分L2における、第2ミラーM2の略中心C2から80%の点と、第2ミラーM2の4隅とを対角し、反射面の形状と略相似形の略矩形領域である第2領域A2の内を通る光線の反射点のうち少なくとも一点における第2ミラーM2の長手方向(Xm2方向)の曲率半径、
RxWS:図9に示すように、ウインドシールド22に投影された画像GWSの略中心から画像の4隅に向かう線分における、画像の略中心から80%の点と、画像の4隅とを対角とする略矩形領域である第3領域A3内を通る光線の反射点のうち少なくとも一点における水平方向(Yc方向)の曲率半径、
である。
【0041】
条件式(6)の上限値である70を上回ると、ウインドシールド22で発生する収差を第1ミラーM1と第2ミラーM2で補正できなくなり、諸収差、特に像面湾曲や非点収差、歪曲収差が大きくなってしまうため、虚像が鮮鋭に見えない、歪んでしまうなど、表示品位が悪くなる。また、下限値である1を下回ると、第1ミラーM1と第2ミラーM2のパワーが小さくなり、光路長が長くなってしまうため、装置が大型化してしまう。
【0042】
より望ましくは、ヘッドアップディスプレイ10は、下記の条件(6)‘を満足することがより望ましい。
【0043】
1 < RxWS/RxM2+RxM2/RxM1 < 55・・・(6)‘
【0044】
さらに望ましくは、前述の条件(6)または条件(6)‘を、第1領域A1から第3領域A3内を通る光線の反射点のうち少なくとも一点だけでなく、第1領域A1から第3領域内の全領域で満足することで前述の効果をさらに奏功させることがでる。
【0045】
また望ましくは、第1領域A1から第3領域A3を中心から80%の点と、4隅とを対角とする略矩形領域としたが、第1領域A1から第3領域A3を中心から60%の点と、4隅とを対角とする略矩形領域としてもよい。これにより、第1領域A1から第3領域A3内を通る光線の反射点のうち少なくとも一点において、前述の条件(6)または条件(6)‘を満足することで、前述の効果を奏功させることがでる。
【0046】
より望ましくは、第3領域A3をウインドシールド22のうち画像が投影される全領域、第1領域A1を第1ミラーM1の光線が通過する全域、第2領域A2を第2ミラーM2の光線が通過する全域で、前述の条件(6)または条件(6)‘を満足することでより奏功させることができる。
【0047】
また、ヘッドアップディスプレイ10は、ウインドシールド22、第1ミラーM1、および第2ミラーM2のそれぞれにおいて、反射面が凹面の時に正の曲率半径、反射面が凸面の時に負の曲率半径とした時、下記の条件(7)を満足することが望ましい。
【0048】
−50 < RyWS/RyM2+RyM2/RyM1 < 100・・・(7)
ここで、
RyM1:第1ミラーM1の略中心から第1ミラーM1の4隅に向かう線分における、第1ミラーM1の略中心から80%の点と、第1ミラーM1の4隅と、を結ぶ線分を対角とする略矩形領域である第1領域A1内を通る光線の反射点うち少なくとも一点における第1ミラーM1の短手方向(Ym1方向)の曲率半径、
RyM2:第2ミラーM1の略中心から第2ミラーM2の4隅に向かう線分における、第2ミラーM2の略中心から80%の点と、第2ミラーM2の4隅とを対角とする略矩形領域である第2領域A2内を通る光線の反射点のうち少なくとも一点における第2ミラーM2の短手方向(Ym2方向)の曲率半径、
RyWS:ウインドシールド22に投影された画像の略中心から画像の4隅に向かう線分における、画像の略中心から80%の点と、画像の4隅とを対角とする略矩形領域である第3領域A3内を通る光線の反射点のうち少なくとも一点における垂直方向(Zc方向)の曲率半径、
である。
【0049】
条件式(7)の上限値である100を上回ると、ウインドシールド22で発生する収差を第1ミラーM1と第2ミラーM2で補正できなくなり、諸収差、特に像面湾曲や非点収差、歪曲収差が大きくなってしまうため、虚像が鮮鋭に見えない、歪んでしまうなど、表示品位が悪くなる。また、下限値である−40を下回ると、ウインドシールド22で発生する収差を第1ミラーM1と第2ミラーM2で補正できなくなり、像面湾曲をはじめとする諸収差が大きくなってしまうため、虚像が鮮鋭に見えない、歪んでしまうなど、表示品位が悪くなる。
【0050】
より望ましくは、ヘッドアップディスプレイ10は、下記の条件(7)‘を満足することがより望ましい。
【0051】
−30 < RyWS/RyM2+RyM2/RyM1 < 90・・・(7)‘
【0052】
また望ましくは、前述の条件(7)または条件(7)‘を、第1領域A1から第3領域A3内を通る光線の反射点のうち少なくとも一点だけでなく、第1領域A1から第3領域A3内のそれぞれにおける全領域で満足することで前述の効果をさらに奏功させることがでる。
【0053】
また望ましくは、第1領域A1から第3領域A3を中心から80%の点と、4隅と、を結ぶ線分を対角とする略矩形領域としたが、第1領域A1から第3領域A3を中心から60%の点と、4隅と、を結ぶ線分を対角とする略矩形領域とし、第1領域A1から第3領域A3内を通る光線の反射点のうち少なくとも一点において、前述の条件(7)または条件(7)‘を満足することで、前述の効果を奏功させることがでる。
【0054】
より望ましくは、第3領域A3をウインドシールド22のうち画像が投影される全領域、第1領域A1を第1ミラーM1の光線が通過する全域、第2領域A2を第2ミラーM2の光線が通過する全域で、前述の条件(7)または条件(7)‘を満足することでより奏功させることができる。
【0055】
(他の実施の形態)
実施の形態1では、第1ミラーM1または第2ミラーM2の反射面の一例として、反射面が凹面形状として説明した。第1ミラーM1または第2ミラーM2の反射面は、中心近傍が概ね凹面形状のものであれば良い。したがって、第1ミラーM1または第2ミラーM2の反射面は、全域にわたって凹面形状のものに限定されない。ただし、第1ミラーM1または第2ミラーM2の反射面が凹面形状であれば、投射光学系に許される光路長を伸ばすことができる。このため、光線とヘッドアップディスプレイの構成部材との干渉を回避でき、十分なアイボックスサイズを確保することができる。
【0056】
また、第1ミラーM1または第2ミラーM2の反射面は、端部の反射面が局所的に凸面形状であっても良い。第1ミラーM1または第2ミラーM2の反射面として、端部の反射面が局所的に凸面形状であれば、ウインドシールド22のアイボックス周辺で発生する諸収差、特に像面湾曲や非点収差、歪曲収差を補正することができる。
【0057】
(数値実施例)
以下、本開示におけるヘッドアップディスプレイについて、具体的な数値実施例を説明する。なお、以下で説明する数値実施例において、表中の長さの単位は(mm)であり、角度の単位は(度)である。また、自由曲面は、次の数式で定義されるものである
【0058】
【数1】
【0059】
【数2】
【0060】
ここで、zは面を定義する軸から(x,y)の位置におけるサグ量、rは面を定義する軸の原点における曲率半径、cは面を定義する軸の原点における曲率、kはコーニック定数、mおよびnは、数2を満たす整数、Cjは単項式xmynの係数である。
【0061】
また、各数値実施例において、基準となる座標原点は表示素子13の表示画像50の中心であり、図8で示すようにX軸、Y軸、Z軸を定義している。
【0062】
さらに、各数値実施例中の偏心データにおいて、ADEとはX軸を中心にZ軸方向からY軸方向に回転した量、BDEとはY軸を中心にX軸方向からZ軸方向に回転した量、CDEとはZ軸を中心にX軸方向からY軸方向に回転した量を意味する。
【0063】
(数値実施例1)
数値実施例1の投射光学系は、投影光学系の一例である。数値実施例1の投射光学系の構成データを表1に、多項式自由曲面の係数を表2に、示す
【0064】
【表1】
【0065】
【表2】
【0066】
(数値実施例2)
数値実施例2の投射光学系は、投影光学系の一例である。数値実施例2の投射光学系の構成データを表3に、多項式自由曲面の係数を表4に、示す
【0067】
【表3】
【0068】
【表4】
【0069】
(数値実施例3)
数値実施例3の投射光学系は、投影光学系の一例である。数値実施例3の投射光学系の構成データを表5に、多項式自由曲面の係数を表6に、示す
【0070】
【表5】
【0071】
【表6】
【0072】
(数値実施例4)
数値実施例4の投射光学系は、投影光学系の一例である。数値実施例4の投射光学系の構成データを表7に、多項式自由曲面の係数を表8に、示す
【0073】
【表7】
【0074】
【表8】
【0075】
(数値実施例5)
数値実施例5の投射光学系は、投影光学系の一例である。数値実施例5の投射光学系の構成データを表9に、多項式自由曲面の係数を表10に、示す
【0076】
【表9】
【0077】
【表10】
【0078】
(数値実施例6)
数値実施例6の投射光学系は、投影光学系の一例である。数値実施例6の投射光学系の構成データを表11に、多項式自由曲面の係数を表12に、示す
【0079】
【表11】
【0080】
【表12】
【0081】
(数値実施例7)
数値実施例7の投射光学系は、投影光学系の一例である。数値実施例7の投射光学系の構成データを表13に、多項式自由曲面の係数を表14に、示す
【0082】
【表13】
【0083】
【表14】
【0084】
(数値実施例8)
数値実施例8の投射光学系は、投影光学系の一例である。数値実施例8の投射光学系の構成データを表15に、多項式自由曲面の係数を表16に、示す
【0085】
【表15】
【0086】
【表16】
【0087】
(数値実施例のまとめ)
表17は、画像の表示サイズ、虚像サイズ、観察者の視認領域中央から虚像中央までの距離である虚像距離V、アイボックスサイズ(EBxおよびEBy)の一例を示す。また、表18は、条件(1)〜(7)の値を示す。
【0088】
条件(6)と(7)については、ウインドシールド22、第1ミラーM1、および第2ミラーM2の各光学素子において、それぞれの中心から4隅に向かう線分のうち、中心から80%の点と4隅とを対角とする略矩形領域を四隅近傍とした時に満足するだけでではなく、各光学素子の全領域で満足する
【0089】
【表17】
【0090】
【表18】
【産業上の利用可能性】
【0091】
本開示にかかるヘッドアップディスプレイは、車載用途に好適である。
【符号の説明】
【0092】
10 ヘッドアップディスプレイ
13 表示素子
20 車両
21 ダッシュボード
22 ウインドシールド
30 観察者
31 アイボックス
40 虚像
50 表示画像
L 中心光路
V 虚像距離
N1 ウインドシールドの原点における法線ベクトル
N2 ウインドシールドの任意の点における法線ベクトル
M1 第1ミラー
M2 第2ミラー
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
【国際調査報告】