JP2017227681A - Head-up display device - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide, at a low cost, a head-up display device that can form a plurality of virtual images respectively at positions having different distances from a driver.SOLUTION: A head-up display device comprises an intermediate image display body on which an intermediate image is formed, and a projection optical system that projects the intermediate image formed on the intermediate image display body on a display area of a projection target body. The projection on the display area performed by the projection optical system forms a virtual image on the front of a windshield of a vehicle; and the virtual image is formed as an image having a depth in the fore-and-aft direction according to at least one of the shapes of the intermediate image display body, projection target body, and projection optical system.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

Translated fromJapanese

本発明は、車両のウインドシールドの前方に情報画像を表示するヘッドアップディスプレイ装置に関する。  The present invention relates to a head-up display device that displays an information image in front of a windshield of a vehicle.

特許文献１に記載の車両用表示装置は、インストルメントパネル内の表示体から投影される表示画像をフロントガラス内面の反射体で反射させ、虚像として遠方に表示させる装置である。この車両用表示装置においては、複数の情報を表示するために、上記表示体を、反射体までの光路距離が互いに異なる複数の表示板で構成し、これによって複数の虚像を異なる位置に提示させるようにしている。  The vehicle display device described in Patent Literature 1 is a device that reflects a display image projected from a display body in an instrument panel by a reflector on the inner surface of the windshield and displays it as a virtual image at a distance. In this vehicular display device, in order to display a plurality of information, the display body is composed of a plurality of display boards having different optical path distances to the reflector, thereby presenting a plurality of virtual images at different positions. I am doing so.

また、特許文献２に記載の情報表示装置は、情報を表す光を被投影部材で反射させ、その情報を虚像として表示させる装置である。この情報表示装置においては、情報を表す光が投射手段によって少なくとも２つの結像手段に投影され、この結像手段の各々に結像された情報は被投影部材にて反射されて虚像としてそれぞれ表示される。この情報表示装置の複数の結像手段は、投射手段からの距離が互いに異なるようにそれぞれ配置され、この距離の違いによって虚像が現れる位置を異ならせている。  In addition, the information display device described in Patent Document 2 is a device that reflects light representing information on a projection member and displays the information as a virtual image. In this information display device, light representing information is projected onto at least two imaging means by the projection means, and the information imaged on each of the imaging means is reflected by the projection target member and displayed as a virtual image. Is done. The plurality of image forming means of this information display device are arranged so that the distances from the projection means are different from each other, and the positions where the virtual images appear are different depending on the difference in distance.

特開２００４−１６８２３０号公報JP 2004-168230 A特開２０１５−３４９１９号公報JP2015-34919A

しかしながら、特許文献１の車両用表示装置および特許文献２の情報表示装置のいずれにおいても、複数の虚像を互いに異なる位置に形成することはできるものの、特許文献１の車両用表示装置では複数の表示板が必要であり、特許文献２の情報表示装置では複数の結像手段が必要となることから、部品点数が多くなりコストの低減を困難にしている。また、特許文献２の映像投射器に用いる可変焦点レンズは単焦点レンズよりも高価であり、装置のコストがさらに高くなるという問題がある。  However, in both the vehicle display device of Patent Document 1 and the information display device of Patent Document 2, a plurality of virtual images can be formed at different positions, but the vehicle display device of Patent Document 1 has a plurality of displays. A plate is required, and the information display device of Patent Document 2 requires a plurality of imaging means, which increases the number of components, making it difficult to reduce costs. Further, the variable focus lens used in the video projector of Patent Document 2 is more expensive than a single focus lens, and there is a problem that the cost of the apparatus is further increased.

そこで本発明は、運転者からの距離が異なる位置に複数の虚像をそれぞれ形成することができるヘッドアップディスプレイ装置を低コストで提供することを目的とする。  Therefore, an object of the present invention is to provide a head-up display device that can form a plurality of virtual images at positions at different distances from the driver at low cost.

上記課題を解決するために、本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、中間画像が形成される中間画像表示体と、中間画像表示体に形成された中間画像を被投影体の表示領域に投影する投影光学系とを備え、投影光学系による表示領域への投影によって車両のウインドシールドの前方に虚像が形成され、虚像は、中間画像表示体と、被投影体と、投影光学系との少なくとも１つの形状にしたがって、前後方向に奥行きを有する画像として形成されることを特徴としている。  In order to solve the above problems, a head-up display device according to the present invention includes an intermediate image display body on which an intermediate image is formed, and a projection for projecting the intermediate image formed on the intermediate image display body onto a display area of the projection target. A virtual image is formed in front of the windshield of the vehicle by projection onto the display area by the projection optical system, and the virtual image is at least one of the intermediate image display body, the projection target, and the projection optical system. According to the shape, the image is formed as an image having a depth in the front-rear direction.

これにより、投影光学系によって中間画像を被投影体に投影する距離を、部品点数を増やすことなく、画像内の領域ごとに異ならせることができるため、奥行きを有する虚像を低コストで形成することが可能となる。  As a result, the distance by which the intermediate image is projected onto the projection object by the projection optical system can be made different for each region in the image without increasing the number of parts, so that a virtual image having a depth can be formed at low cost. Is possible.

本発明のヘッドアップディスプレイ装置において、中間画像表示体の出射面が湾曲しており、虚像は、中間画像表示体の出射面の湾曲形状にしたがって湾曲していることが好ましい。
これにより、中間画像表示体の形状の変更のみにより、部品点数を増やすことなく、奥行きのある虚像を形成することができる。In the head-up display device of the present invention, it is preferable that the exit surface of the intermediate image display body is curved, and the virtual image is curved according to the curved shape of the exit surface of the intermediate image display body.
Thereby, a virtual image with a depth can be formed only by changing the shape of the intermediate image display body without increasing the number of parts.

本発明のヘッドアップディスプレイ装置において、投影光学系は、中間画像表示体から出射されたイメージ光を拡大・反射する、湾曲した反射面を有する投影ミラーを備え、虚像は、投影ミラーの反射面の湾曲形状にしたがって湾曲していることが好ましい。
これにより、投影ミラーの形状の変更のみにより、部品点数を増やすことなく、奥行きのある虚像を形成することができる。In the head-up display device of the present invention, the projection optical system includes a projection mirror having a curved reflecting surface that magnifies and reflects the image light emitted from the intermediate image display body, and the virtual image is a reflection surface of the projection mirror. It is preferable to bend according to the curve shape.
Thereby, a virtual image with a depth can be formed only by changing the shape of the projection mirror without increasing the number of parts.

本発明のヘッドアップディスプレイ装置において、被投影体は、ハーフミラーからなり、車両の車室内に配置されたコンバイナを備え、表示領域はコンバイナ上に設定されており、コンバイナの入射面と出射面の少なくとも一方が湾曲しており、虚像は、コンバイナの湾曲形状にしたがって湾曲していることが好ましい。  In the head-up display device of the present invention, the projection object includes a half mirror, and includes a combiner disposed in the vehicle interior of the vehicle, the display area is set on the combiner, and the incident surface and the output surface of the combiner At least one is curved, and the virtual image is preferably curved according to the curved shape of the combiner.

これにより、コンバイナを備えたヘッドアップディスプレイ装置においても、部品点数を増やすことなく低コストで、奥行きのある虚像を形成することができる。さらに、車両の外観デザインや空気力学の点から形状が制約されるウインドシールドに対して、コンバイナは自由に形状を決定できることから、所望の奥行きの虚像を形成することが可能となる。  Thereby, even in a head-up display device equipped with a combiner, a virtual image having a depth can be formed at a low cost without increasing the number of components. Furthermore, since the combiner can freely determine the shape of the windshield whose shape is restricted from the viewpoint of the exterior design and aerodynamics of the vehicle, it is possible to form a virtual image having a desired depth.

本発明によると、運転者からの距離が異なる位置に複数の虚像をそれぞれ形成することができるヘッドアップディスプレイ装置を低コストで提供することができる。  ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the head-up display apparatus which can each form a some virtual image in the position where the distance from a driver differs can be provided at low cost.

第１実施形態のヘッドアップディスプレイ装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the head-up display apparatus of 1st Embodiment.第１実施形態のヘッドアップディスプレイ装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the head-up display apparatus of 1st Embodiment.第１実施形態の変形例に係るヘッドアップディスプレイ装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the head-up display apparatus which concerns on the modification of 1st Embodiment.第２実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the head-up display apparatus which concerns on 2nd Embodiment.

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置について図面を参照しつつ詳しく説明する。
図１は、第１実施形態のヘッドアップディスプレイ装置１０の概略構成を示す図である。図２は、ヘッドアップディスプレイ装置１０の構成を示すブロック図である。図１には、基準座標としてＸ−Ｙ−Ｚ座標が示されている。Ｚ方向は、コリメータレンズ２３およびスクリーン２４の光軸方向に沿っており、Ｘ−Ｙ面はＺ方向に直交する面である。<First Embodiment>
Hereinafter, a head-up display device according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a head-updisplay device 10 according to the first embodiment. FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of the head-updisplay device 10. In FIG. 1, XYZ coordinates are shown as reference coordinates. The Z direction is along the optical axis direction of thecollimator lens 23 and the screen 24, and the XY plane is a plane orthogonal to the Z direction.

図１に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置１０は、ＬＥＤ２１と、走査ミラー２２と、コリメータレンズ２３と、中間画像表示体としてのスクリーン２４と、投影ミラー４０とを備える。さらに、図２に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置１０は、ＬＥＤドライバ３１と、ミラー駆動部３２と、制御部３３と、メモリ３４とを備える。  As shown in FIG. 1, the head-up display device 10 includes anLED 21, ascanning mirror 22, acollimator lens 23, a screen 24 as an intermediate image display body, and aprojection mirror 40. Further, as shown in FIG. 2, the head-updisplay device 10 includes anLED driver 31, amirror driving unit 32, acontrol unit 33, and a memory 34.

光源としてのＬＥＤ２１は、ＬＥＤドライバ３１によって駆動される発光ダイオードである。ＬＥＤ２１は、メモリ３４に予め記憶された画像データに基づいてスクリーン２４上に所定の中間画像を形成するように、制御部３３による制御にしたがってＬＥＤドライバ３１によって駆動される。
なお、光源は、形成する画像の内容に応じて種類や数を任意に設定することができる。TheLED 21 as a light source is a light emitting diode driven by anLED driver 31. TheLED 21 is driven by theLED driver 31 according to control by thecontrol unit 33 so as to form a predetermined intermediate image on the screen 24 based on image data stored in advance in the memory 34.
Note that the type and number of light sources can be arbitrarily set according to the content of the image to be formed.

走査ミラー２２は、例えばガルバノミラーであって、２次元スキャナとして、ミラー駆動部３２によって反射面２２ｒが２つの回動軸を中心として回動する。ＬＥＤ２１から入射した光は、回動する反射面２２ｒで反射されることにより走査光として出射される。この走査においては、例えば、まず、Ｙ方向に沿った第１の回動軸（不図示）を中心とした回動によって１ライン分の光がコリメータレンズ２３上に照射される。次に、Ｘ方向に沿った第２の回動軸を中心とした所定量の回動の後に、第１の回動軸を中心とする回動を行うことによって次の１ライン分の光がＹ方向下側に照射され、これらを繰り返すことによって１フレーム分の光がコリメータレンズ２３上に照射される。走査ミラー２２の回動方向及び回動速度は、制御部３３によって制御され、制御部３３からの制御信号にしたがって、ミラー駆動部３２は走査ミラー２２を回動させる。  Thescanning mirror 22 is, for example, a galvanometer mirror, and as a two-dimensional scanner, thereflection surface 22r is rotated about two rotation axes by themirror driving unit 32. The light incident from theLED 21 is emitted as scanning light by being reflected by the rotating reflectingsurface 22r. In this scanning, for example, first, light for one line is irradiated onto thecollimator lens 23 by rotation about a first rotation axis (not shown) along the Y direction. Next, after a predetermined amount of rotation about the second rotation axis along the X direction, rotation about the first rotation axis is performed, whereby light for the next one line is emitted. The light is irradiated downward in the Y direction, and light of one frame is irradiated onto thecollimator lens 23 by repeating these steps. The rotation direction and rotation speed of thescanning mirror 22 are controlled by thecontrol unit 33, and themirror driving unit 32 rotates thescanning mirror 22 in accordance with a control signal from thecontrol unit 33.

コリメータレンズ２３は、正の屈折力を有するレンズであって、走査ミラー２２からの反射光をスクリーン２４の光軸２４ｃに平行にしてスクリーン２４側へ出射させる。
スクリーン２４は、入射光を拡散光として出射するディフューザである。スクリーン２４には、コリメータレンズ２３からの出射光によって中間画像が形成される。スクリーン２４は、その光軸２４ｃがコリメータレンズ２３の光軸２３ｃに重なるように配置され、光軸２４ｃを中心とする回転対称形状を有し、さらに、コリメータレンズ２３側に凸面を向けた湾曲形状を備える。Thecollimator lens 23 is a lens having a positive refractive power and emits the reflected light from thescanning mirror 22 to the screen 24 side in parallel with theoptical axis 24 c of the screen 24.
The screen 24 is a diffuser that emits incident light as diffused light. An intermediate image is formed on the screen 24 by the light emitted from thecollimator lens 23. The screen 24 is arranged so that itsoptical axis 24c overlaps theoptical axis 23c of thecollimator lens 23, has a rotationally symmetric shape with theoptical axis 24c as the center, and has a curved shape with a convex surface facing thecollimator lens 23 side. Is provided.

ここで、スクリーン２４に用いるディフューザとしては、例えば、マイクロレンズアレイ、拡散板、ランダム位相板、回折格子が挙げられる。
また、走査ミラー２２に代えて、ＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）やＬＣＯＳ（商標、Ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ ｓｉｌｉｃｏｎ）を用いることもできる。ＤＭＤを用いる場合は、光源からの入射光をマトリックス状に配列した複数のマイクロミラーのそれぞれで反射させ、スクリーン２４上に中間画像を形成する。ＬＣＯＳは、透過型と反射型のいずれを用いることができ、ＬＣＯＳでの透過光または反射光によってスクリーン２４上に中間画像を形成する。Here, examples of the diffuser used for the screen 24 include a microlens array, a diffusion plate, a random phase plate, and a diffraction grating.
In place of thescanning mirror 22, a DMD (digital mirror device) or LCOS (trademark, Liquid crystal on silicon) may be used. When DMD is used, incident light from a light source is reflected by each of a plurality of micromirrors arranged in a matrix, and an intermediate image is formed on the screen 24. The LCOS can be either a transmission type or a reflection type, and an intermediate image is formed on the screen 24 by light transmitted or reflected by the LCOS.

また、中間画像表示体として、自発光デバイス、例えば、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）やＥＬ素子（エレクトロルミネッセンス素子）を用いることができる。自発光デバイスを用いる場合は、その出射面にスクリーン２４と同様の湾曲形状を形成する。このような自発光デバイスを用いると、ＬＥＤ２１、走査ミラー２２、およびコリメータレンズ２３を用いることなく映像光を投影ミラー４０側へ出射することができる。  Further, as the intermediate image display body, a self-luminous device such as an LCD (liquid crystal display) or an EL element (electroluminescence element) can be used. When using a self-luminous device, a curved shape similar to that of the screen 24 is formed on the exit surface. When such a self-luminous device is used, image light can be emitted to theprojection mirror 40 side without using theLED 21, thescanning mirror 22, and thecollimator lens 23.

図１に示すように、スクリーン２４に形成された中間画像は、投影光学系としての投影ミラー４０によって、被投影体としてのウインドシールドＷの表示領域Ｗａに投影される。投影ミラー４０は、スクリーン２４側に反射面４０ｒを有する凹面鏡（拡大鏡）である。スクリーン２４で結像した画像を含むイメージ光は、投影ミラー４０で拡大・反射される。投影ミラー４０からの反射光は、車両のウインドシールドＷの表示領域Ｗａに投影される。このウインドシールドＷは半反射面として機能するため、入射したイメージ光は、対象者としての運転者に向けて反射されるとともに、ウインドシールドＷの前方位置に虚像Ｖ１が形成される。ウインドシールドＷの前方の虚像Ｖ１を目視することで、運転者の目Ｅには、ステアリングホイールの前方に各種の情報が表示されているように見える。  As shown in FIG. 1, the intermediate image formed on the screen 24 is projected onto the display area Wa of the windshield W as the projection target by theprojection mirror 40 as the projection optical system. Theprojection mirror 40 is a concave mirror (magnifying mirror) having a reflectingsurface 40r on the screen 24 side. Image light including an image formed on the screen 24 is magnified and reflected by theprojection mirror 40. The reflected light from theprojection mirror 40 is projected onto the display area Wa of the windshield W of the vehicle. Since the windshield W functions as a semi-reflective surface, the incident image light is reflected toward the driver as the subject and a virtual image V1 is formed at a position in front of the windshield W. By visually observing the virtual image V1 in front of the windshield W, it appears to the driver's eyes E that various types of information are displayed in front of the steering wheel.

ここで、スクリーン２４上に形成される中間画像は、スクリーン２４に代えて、図１において破線で示す平板状の仮想スクリーン２５を、コリメータレンズ２３の光軸２３ｃに垂直になるように配置した場合に、この仮想スクリーン２５上に平坦で歪みのない画像として形成されるように構成された画像である。したがって、中間画像を形成するためにメモリ３４に予め記憶されている画像データは、平板状の仮想スクリーン２５上に平坦で歪みのない画像を形成するためのデータである。  Here, in the intermediate image formed on the screen 24, instead of the screen 24, a flatvirtual screen 25 indicated by a broken line in FIG. 1 is arranged so as to be perpendicular to theoptical axis 23c of thecollimator lens 23. Further, the image is configured to be formed as a flat and distortion-free image on thevirtual screen 25. Therefore, the image data stored in advance in the memory 34 for forming the intermediate image is data for forming a flat and undistorted image on the flatvirtual screen 25.

これに対して、スクリーン２４は、コリメータレンズ２３側に凸面を向けた湾曲形状を備えるため、光軸２４ｃ上の中心領域２４ａと光軸２４ｃから離れた周辺領域２４ｐとでは、Ｚ方向の位置にずれがある。すなわち、仮想スクリーン２５と比較して、中心領域２４ａは、周辺領域２４ｐよりも投影ミラー４０からの距離が大きくなっている。
このため、スクリーン２４からの出射光を投影ミラー４０で拡大・反射して虚像を形成すると、上記ずれ量に応じて虚像の各領域の形成位置にもＺ方向にずれが生じ、前後方向（Ｚ方向）に奥行きのある湾曲した画像が形成される。すなわち、図１に示すように、スクリーン２４の中心領域２４ａに対応する虚像の中心領域Ｖ１ａではウインドシールドＷから遠い位置に像が形成され、スクリーン２４の周辺領域２４ｐに対応する周辺領域Ｖ１ｐではウインドシールドＷに近い位置に像が形成される。ここで、虚像Ｖ１の湾曲形状の曲率中心を運転者の眼に位置に設定すると、湾曲をしている虚像であっても視認しやすくなるため好ましい。On the other hand, since the screen 24 has a curved shape with a convex surface facing thecollimator lens 23, thecentral region 24a on theoptical axis 24c and theperipheral region 24p away from theoptical axis 24c are positioned in the Z direction. There is a gap. That is, as compared with thevirtual screen 25, thecenter region 24a has a larger distance from theprojection mirror 40 than theperipheral region 24p.
For this reason, when the light emitted from the screen 24 is magnified and reflected by theprojection mirror 40 to form a virtual image, the formation position of each region of the virtual image also shifts in the Z direction according to the shift amount. A curved image having a depth in the direction) is formed. That is, as shown in FIG. 1, an image is formed at a position far from the windshield W in the virtual image central region V1a corresponding to thecentral region 24a of the screen 24, and in the peripheral region V1p corresponding to theperipheral region 24p of the screen 24. An image is formed at a position close to the shield W. Here, it is preferable to set the curvature center of the curved shape of the virtual image V1 to the position of the driver's eye because it is easy to visually recognize even a curved virtual image.

スクリーン２４の湾曲形状は、虚像Ｖ１の各領域について設定される像形成位置に基づいて設定される。
また、スクリーン２４の形状は、所望の虚像が形成できれば、回転対称でなくてもよく、また、投影ミラー４０側に凸面を設けてもよい。さらに、スクリーン２４のように全体として１つの曲面を形成するのではなく、複数の凹凸を有する形状であってもよく、凹凸形状の任意に設定できる。また、コリメータレンズ２３側の入射面は平面とし、投影ミラー４０側の出射面のみに上述の凸面や凹凸を形成する形態でもよい。The curved shape of the screen 24 is set based on the image forming position set for each region of the virtual image V1.
Further, the shape of the screen 24 may not be rotationally symmetric as long as a desired virtual image can be formed, and a convex surface may be provided on theprojection mirror 40 side. Furthermore, instead of forming a single curved surface as a whole like the screen 24, it may be a shape having a plurality of irregularities, and the irregular shape can be arbitrarily set. Further, the incident surface on thecollimator lens 23 side may be a flat surface, and the above-described convex surface or unevenness may be formed only on the output surface on theprojection mirror 40 side.

以上のように構成されたことから、第１実施形態によれば、スクリーン２４を湾曲形状としたことにより、投影ミラー４０によって中間画像をウインドシールドＷに投影する距離を、表示領域内の領域ごとに異ならせることができる。このため、奥行きを有する虚像を、部品点数を増やすことなく低コストで形成することが可能となる。また、スクリーン２４の湾曲形状によって形成された中間画像の奥行きを、投影ミラー４０によって拡大することになるため、より大きな奥行きを虚像に持たせることができる。  Since it was configured as described above, according to the first embodiment, the screen 24 is formed in a curved shape, whereby the distance at which the intermediate image is projected onto the windshield W by theprojection mirror 40 is set for each region in the display region. Can be different. For this reason, a virtual image having a depth can be formed at low cost without increasing the number of parts. Further, since the depth of the intermediate image formed by the curved shape of the screen 24 is enlarged by theprojection mirror 40, a larger depth can be given to the virtual image.

以下に変形例について説明する。
（１）図３は、第１実施形態の変形例に係るヘッドアップディスプレイ装置１１０の構成を示す図である。図３には、図１と同様に、基準座標としてのＸ−Ｙ−Ｚ座標が示されている。
図３に示すヘッドアップディスプレイ装置１１０においては、第１実施形態のスクリーン２４に代えて平板状のスクリーン１２４を用い、第１実施形態の投影ミラー４０よりも周辺領域がスクリーン１２４側へ湾曲した投影ミラー１４０を用いている。なお、ＬＥＤ２１、走査ミラー２２、およびコリメータレンズ２３は第１実施形態と同様であり、中間画像の形成に用いる画像データも第１実施形態と同様のデータを用い、この画像データは、スクリーン１２４上に平坦で歪みのない画像形成するためのデータである。A modification will be described below.
(1) FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a head-updisplay device 110 according to a modification of the first embodiment. FIG. 3 shows XYZ coordinates as reference coordinates, as in FIG.
In the head-updisplay device 110 shown in FIG. 3, aflat screen 124 is used instead of the screen 24 of the first embodiment, and the peripheral region is projected to thescreen 124 side with respect to theprojection mirror 40 of the first embodiment. Amirror 140 is used. TheLED 21, thescanning mirror 22, and thecollimator lens 23 are the same as those in the first embodiment, and the image data used for forming the intermediate image is the same as that in the first embodiment, and this image data is displayed on thescreen 124. This is data for forming a flat and distortion-free image.

本変形例のスクリーン１２４は、入射光を拡散光として出射するディフューザである点では第１実施形態のスクリーン２４と同様であるが、湾曲していない平板状を有しており、その光軸１２４ｃがコリメータレンズ２３の光軸２３ｃに重なるように配置されている。
一方、投影ミラー１４０は、第１実施形態の投影ミラー４０と比べて、スクリーン１２４側の反射面１４０ｒのうちの周辺領域１４０ｐがスクリーン１２４側へ近づいた湾曲形状を備えている。これにより、スクリーン１２４と投影ミラー１４０との距離は、第１実施形態の投影ミラー４０を用いた場合と比べて、投影ミラー１４０の中心領域１４０ａよりも周辺領域１４０ｐの方がスクリーン１２４に近くなっている。Thescreen 124 of this modification is the same as the screen 24 of the first embodiment in that it is a diffuser that emits incident light as diffuse light, but has a flat plate shape that is not curved, and itsoptical axis 124c. Are arranged so as to overlap theoptical axis 23 c of thecollimator lens 23.
On the other hand, as compared with theprojection mirror 40 of the first embodiment, theprojection mirror 140 has a curved shape in which theperipheral region 140p of thereflective surface 140r on thescreen 124 side approaches thescreen 124 side. Thereby, the distance between thescreen 124 and theprojection mirror 140 is closer to thescreen 124 in theperipheral region 140p than in thecentral region 140a of theprojection mirror 140, compared to the case where theprojection mirror 40 of the first embodiment is used. ing.

このような形状のスクリーン１２４と投影ミラー１４０を用いて、被投影体としてのウインドシールドＷに中間画像を投影して虚像Ｖ２を形成すると、図３に示すように、投影ミラー１４０の中心領域１４０ａに対応する中心領域Ｖ２ａではウインドシールドＷから遠い位置に像が形成され、投影ミラー１４０の周辺領域１４０ｐに対応する周辺領域Ｖ２ｐではウインドシールドＷに近い位置に像が形成される。  When a virtual image V2 is formed by projecting an intermediate image onto a windshield W as a projection object using thescreen 124 and theprojection mirror 140 having such a shape, as shown in FIG. An image is formed at a position far from the windshield W in the central area V2a corresponding to, and an image is formed at a position close to the windshield W in the peripheral area V2p corresponding to theperipheral area 140p of theprojection mirror 140.

（２）図３に示す変形例では、平板状のスクリーン１２４と湾曲した投影ミラー１４０を用いて、奥行きのある虚像Ｖ２を形成していたが、図１に示すような湾曲したスクリーンと図３に示すような湾曲した投影ミラーを組み合わせて奥行きのある虚像を形成してもよい。また、投影光学系として、スクリーンと投影ミラーの間、及び／又は、投影ミラーとウインドシールドの間に光学素子を配置し、この光学素子の形状にしたがって、さらには、スクリーンや投影ミラーの形状を変えることによって奥行きのある虚像を形成することもできる。(2) In the modification shown in FIG. 3, the flat virtual image V2 is formed by using theflat screen 124 and thecurved projection mirror 140. However, the curved screen shown in FIG. A virtual image having a depth may be formed by combining curved projection mirrors as shown in FIG. Further, as the projection optical system, an optical element is arranged between the screen and the projection mirror and / or between the projection mirror and the windshield, and the shape of the screen or the projection mirror is further changed according to the shape of the optical element. It is possible to form a virtual image with depth by changing.

＜第２実施形態＞
つづいて、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態においては、湾曲したコンバイナを用いることによって虚像に奥行きを持たせている点が第１実施形態、および、その変形例と異なる。Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The second embodiment is different from the first embodiment and its modification in that a virtual image is given depth by using a curved combiner.

図４は、第２実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置２１０の構成を示す図である。図４には、図１と同様に、基準座標としてのＸ−Ｙ−Ｚ座標が示されている。
図４に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置２１０は、ＬＥＤ２２１と、走査ミラー２２２と、コリメータレンズ２２３と、中間画像表示体としてのスクリーン２２４と、投影光学系としての投影ミラー２４０と、被投影体としてのコンバイナ２５０とを備える。さらに、ヘッドアップディスプレイ装置の構成２１０は、第１実施形態と同様に、図２に示す、ＬＥＤドライバ３１と、ミラー駆動部３２と、制御部３３と、メモリ３４とを備える。ＬＥＤ２２１と、走査ミラー２２２と、コリメータレンズ２２３とは、第１実施形態における、ＬＥＤ２１と、走査ミラー２２と、コリメータレンズ２３と同様の構成・機能を有している。ヘッドアップディスプレイ装置２１０においては、第１実施形態と同様に、ＬＥＤ２２１からの出射光が走査ミラー２２２の反射面２２２ｒで反射されてコリメータレンズ２２３に入射し、コリメータレンズ２２３で平行光化された光がスクリーン２２４に入射して、スクリーン２２４上に中間画像が形成される。FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a head-updisplay device 210 according to the second embodiment. FIG. 4 shows XYZ coordinates as reference coordinates, as in FIG.
As shown in FIG. 4, the head-updisplay device 210 includes anLED 221, ascanning mirror 222, acollimator lens 223, ascreen 224 as an intermediate image display body, aprojection mirror 240 as a projection optical system, and a projection target. As acombiner 250. Furthermore, theconfiguration 210 of the head-up display device includes theLED driver 31, themirror driving unit 32, thecontrol unit 33, and the memory 34 shown in FIG. TheLED 221, thescanning mirror 222, and thecollimator lens 223 have the same configuration / function as theLED 21, thescanning mirror 22, and thecollimator lens 23 in the first embodiment. In the head-updisplay device 210, similarly to the first embodiment, the light emitted from theLED 221 is reflected by the reflecting surface 222r of thescanning mirror 222, enters thecollimator lens 223, and is collimated by thecollimator lens 223. Enters thescreen 224, and an intermediate image is formed on thescreen 224.

スクリーン２２４は、図３に示すスクリーン１２４と同様に平板状をなしており、その光軸２２４ｃがコリメータレンズ２２３の光軸２２３ｃに重なるように配置される。
投影光学系としての投影ミラー２４０は、図１に示す投影ミラー４０と同様に、スクリーン２２４側に反射面２４０ｒを有する凹面鏡（拡大鏡）である。スクリーン２２４で結像した画像を含むイメージ光は、投影ミラー２４０で拡大・反射され、ウインドシールドＷの内側に配置されたコンバイナ２５０の表示領域２５０ｄに投影される。ここで、表示領域２５０ｄは、コンバイナ２５０の内側面全域である。Thescreen 224 has a flat plate shape similar to thescreen 124 shown in FIG. 3, and is arranged so that itsoptical axis 224 c overlaps theoptical axis 223 c of thecollimator lens 223.
Theprojection mirror 240 as the projection optical system is a concave mirror (magnifying mirror) having a reflectingsurface 240r on thescreen 224 side, like theprojection mirror 40 shown in FIG. The image light including the image formed on thescreen 224 is magnified and reflected by theprojection mirror 240 and projected onto thedisplay area 250d of thecombiner 250 disposed inside the windshield W. Here, thedisplay area 250 d is the entire inner surface of thecombiner 250.

コンバイナ２５０は、図４に示すようにウインドシールドＷ側に凸面を向けた湾曲形状を備えたハーフミラーである。
コンバイナ２５０の表示領域２５０ｄに投影される画像は、図４において破線で示す平板状の仮想コンバイナ２５１をコンバイナ２５０の位置に配置した場合に、この仮想コンバイナ２５１上に平坦で歪みのない画像として形成されるように制御された画像である。したがって、投影画像を形成するためにメモリ３４に予め記憶されている画像データは、平板状の仮想コンバイナ２５１上に平坦で歪みのない画像を形成するためのデータである。Thecombiner 250 is a half mirror having a curved shape with a convex surface facing the windshield W as shown in FIG.
The image projected on thedisplay area 250d of thecombiner 250 is formed as a flat and undistorted image on thevirtual combiner 251 when the flatvirtual combiner 251 indicated by a broken line in FIG. It is an image controlled to be performed. Therefore, the image data stored in advance in the memory 34 for forming the projection image is data for forming a flat and undistorted image on the flatvirtual combiner 251.

コンバイナ２５０に入射したイメージ光は、コンバイナ２５０が半反射面として機能するため、対象者としての運転者に向けて反射されるとともに、ウインドシールドＷを通過して、その前方位置に虚像Ｖ３を形成する。ウインドシールドＷの前方の虚像Ｖ３を目視することで、運転者の目Ｅには、ステアリングホイールの上方の前方に各種の情報が表示されているように見える。  Since thecombiner 250 functions as a semi-reflective surface, the image light incident on thecombiner 250 is reflected toward the driver as the subject and passes through the windshield W to form a virtual image V3 at the front position thereof. To do. By visually observing the virtual image V3 in front of the windshield W, it appears to the driver's eyes E that various information is displayed in front of the steering wheel.

コンバイナ２５０は、ウインドシールドＷ側に凸面を向けた湾曲形状を備えるため、平板状の仮想コンバイナ２５１を配置した場合と比べると、中心領域２５０ａは、周辺領域２５０ｐよりも投影ミラー２４０からの距離が小さくなる。
このため、形成された虚像Ｖ３は、上記距離に応じて虚像の各領域の形成位置にもＺ方向にずれが生じ、前後方向（Ｚ方向）に奥行きのある湾曲した画像が形成される。すなわち、図４に示すように、コンバイナ２５０の表示領域２５０ｄのうちの中心領域２５０ａに対応する虚像の中心領域Ｖ３ａではウインドシールドＷから遠い位置に像が形成され、コンバイナ２５０の周辺領域２５０ｐに対応する周辺領域Ｖ３ｐではウインドシールドＷに近い位置に像が形成される。Since thecombiner 250 has a curved shape with a convex surface facing the windshield W, thecenter region 250a is more distant from theprojection mirror 240 than theperipheral region 250p as compared to the case where the flatvirtual combiner 251 is arranged. Get smaller.
For this reason, the formed virtual image V3 is shifted in the Z direction in the formation position of each region of the virtual image according to the distance, and a curved image having a depth in the front-rear direction (Z direction) is formed. That is, as shown in FIG. 4, in the center area V3a of the virtual image corresponding to thecenter area 250a in thedisplay area 250d of thecombiner 250, an image is formed at a position far from the windshield W and corresponds to theperipheral area 250p of thecombiner 250. An image is formed at a position close to the windshield W in the peripheral region V3p.

以上のように、湾曲形状を備えたコンバイナ２５０を用いることにより、部品点数を増やすことなく低コストで、奥行きのある虚像を形成することができる。さらに、車両の外観デザインや空気力学の点から形状が制約されるウインドシールドＷに対して、コンバイナ２５０は自由に形状を決定できることから、所望の奥行きの虚像を形成することが可能となる。
なお、その他の作用、効果、変形例は第１実施形態と同様である。
本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。As described above, by using thecombiner 250 having a curved shape, a deep virtual image can be formed at low cost without increasing the number of components. Furthermore, since the shape of thecombiner 250 can be freely determined with respect to the windshield W whose shape is restricted from the viewpoint of the appearance design and aerodynamics of the vehicle, a virtual image with a desired depth can be formed.
Other operations, effects, and modifications are the same as those in the first embodiment.
Although the present invention has been described with reference to the above embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment, and can be improved or changed within the scope of the purpose of the improvement or the idea of the present invention.

以上のように、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、複数の情報を、前後方向に奥行きのある画像として表示させる点で有用である。  As described above, the head-up display device according to the present invention is useful in that a plurality of information is displayed as an image having a depth in the front-rear direction.

１０、１１０、２１０ ヘッドアップディスプレイ装置
２１、２２１ ＬＥＤ
２２、２２２ 走査ミラー
２２ｒ、２２２ｒ 反射面
２３、２２３ コリメータレンズ
２３ｃ、２２３ｃ 光軸
２４、１２４、２２４ スクリーン
２４ａ 中心領域
２４ｃ、１２４ｃ、２２４ｃ 光軸
２４ｐ 周辺領域
２５ 仮想スクリーン
３１ ＬＥＤドライバ
３２ ミラー駆動部
３３ 制御部
３４ メモリ
４０、１４０、２４０ 投影ミラー（投影光学系）
４０ｒ、１４０ｒ、２４０ｒ 反射面
１４０ａ 中心領域
１４０ｐ 周辺領域
２５０ コンバイナ（被投影体）
２５０ａ 中心領域
２５０ｄ 表示領域
２５０ｐ 周辺領域
２５１ 仮想コンバイナ
Ｖ１ 虚像
Ｖ１ａ 中心領域
Ｖ１ｐ 周辺領域
Ｗ ウインドシールド（被投影体）
Ｗａ 表示領域10, 110, 210 Head-updisplay device 21, 221 LED
22, 222Scanning mirror 22r, 222rReflective surface 23, 223Collimator lens 23c, 223cOptical axis 24, 124, 224Screen24a Central region 24c, 124c, 224cOptical axis 24pPeripheral region 25Virtual screen 31LED driver 32Mirror drive unit 33 Control unit 34Memory 40, 140, 240 Projection mirror (projection optical system)
40r, 140r, 240rReflective surface 140aCentral region 140pPeripheral region 250 Combiner (projection object)
250acentral area250d display area 250pperipheral area 251 virtual combiner V1 virtual image V1a central area V1p peripheral area W windshield (projected object)
Wa display area

Claims (4)

Translated fromJapanese

中間画像が形成される中間画像表示体と、
前記中間画像表示体に形成された前記中間画像を被投影体の表示領域に投影する投影光学系とを備え、
前記投影光学系による前記表示領域への投影によって車両のウインドシールドの前方に虚像が形成され、
前記虚像は、前記中間画像表示体と、前記被投影体と、前記投影光学系との少なくとも１つの形状にしたがって、前後方向に奥行きを有する画像として形成されることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。An intermediate image display body on which an intermediate image is formed;
A projection optical system that projects the intermediate image formed on the intermediate image display body onto a display area of the projection object;
A virtual image is formed in front of the windshield of the vehicle by projection onto the display area by the projection optical system,
The virtual image is formed as an image having a depth in the front-rear direction according to at least one shape of the intermediate image display body, the projection target, and the projection optical system. . 前記中間画像表示体の出射面が湾曲しており、
前記虚像は、前記中間画像表示体の出射面の湾曲形状にしたがって湾曲してい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。The exit surface of the intermediate image display body is curved,
The head-up display device according to claim 1, wherein the virtual image is curved in accordance with a curved shape of an emission surface of the intermediate image display body. 前記投影光学系は、前記中間画像表示体から出射されたイメージ光を拡大・反射する、湾曲した反射面を有する投影ミラーを備え、
前記虚像は、前記投影ミラーの反射面の湾曲形状にしたがって湾曲してい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装置。The projection optical system includes a projection mirror having a curved reflecting surface that magnifies and reflects the image light emitted from the intermediate image display body,
The head-up display device according to claim 1, wherein the virtual image is curved according to a curved shape of a reflection surface of the projection mirror. 前記被投影体は、ハーフミラーからなり、前記車両の車室内に配置されたコンバイナを備え、
前記表示領域は前記コンバイナ上に設定されており、
前記コンバイナの入射面と出射面の少なくとも一方が湾曲しており、
前記虚像は、前記コンバイナの湾曲形状にしたがって湾曲していることを特徴とする請求項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装置。The projection object includes a half mirror, and includes a combiner disposed in a vehicle interior of the vehicle.
The display area is set on the combiner,
At least one of the entrance surface and the exit surface of the combiner is curved;
The head-up display device according to any one of claims 1 to 3, wherein the virtual image is curved according to a curved shape of the combiner.

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