特許ウォッチ

公開番号2024055945
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-19
出願番号2024029599,2022101558
出願日2024-02-29,2012-09-14
発明の名称ヘッドアップディスプレイ
出願人パイオニア株式会社
代理人個人
主分類G02B 27/01 20060101AFI20240412BHJP(光学)
要約【課題】フレネル構造の光学素子を有するヘッドアップディスプレイにおいて、観察者に圧迫感や違和感を与えることなく、アイボックスを適切に形成する。
【解決手段】ヘッドアップディスプレイは、表示像を構成する光を出射する光源部と、光源部からの光が上方から入射され、移動体のフロントガラスの傾斜方向と同じ方向にて配置された光学素子とを備え、表示像を構成する光を光学素子で反射することで当該表示像を虚像として視認させる。光学素子は、一の平板内に、フレネル構造のハーフミラーが形成され、当該ハーフミラーによって光源部からの光を反射する。ハーフミラーは、フレネル構造の元になる自由曲面の中心が、当該ハーフミラーの中心に位置しないフレネル構造が適用されている。ヘッドアップディスプレイでは、ハーフミラーで反射した光が全反射することなく光学素子の外部へ出射されるように、光源部と光学素子との相対位置が設定されている。
【選択図】図8
特許請求の範囲【請求項１】
表示像を構成する光を出射する光源部と、
前記光源部が出射した光の一部を反射することで前記表示像を虚像として認識させるフレネル構造を有するミラーと、
前記ミラーに対する前記光の入射面側に、前記ミラーと対面させて設けられた基板と、
前記ミラーで反射した前記光源部からの光を、前記基板で全反射されることなく前記基板の外部へ導出させる、前記光源部、前記ミラー、前記基板を含む光学系と、
を有することを特徴とする表示装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、虚像として画像を視認させる技術分野に関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
従来から、虚像として画像を視認させるヘッドアップディスプレイなどの表示装置が知られている。一般的に、ヘッドアップディスプレイでは、小型液晶ディスプレイなどの小さな画面（実像）を、拡大された虚像として運転者に視認させるために、コンバイナ（合成器）と呼ばれるハーフミラーを用いている。例えば、特許文献１及び２には、フレネル構造を利用したコンバイナが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特許第４７７６６６９号公報
特開２０１１－１９１７１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、一般的な凹面ハーフミラーをコンバイナとして用いた場合には、実像の位置が固定されると、コンバイナによって形成される虚像観察可能領域（以下では「アイボックス」と呼ぶ。）を運転者の頭部付近に形成するのに必要なコンバイナの設置角度が自動的に決まってしまう。例えば、運転者の正面に設置されたコンバイナに対して実像を構成する光を上方から入射させる場合、コンバイナの設置角度はフロントガラスの傾斜とは逆方向に傾くことになる。この場合、アイボックスは適切な位置（運転者の頭部付近）に形成されるが、コンバイナの存在感が大きく、運転者に圧迫感や違和感を与えてしまう場合がある。そこで、コンバイナをフロントガラスと同じ方向に傾斜させると、コンバイナに対する圧迫感や違和感はかなり軽減されるが、アイボックスが適切な位置に形成されなくなり（例えば運転者の腹部にアイボックスが形成される）、運転者は虚像を視認することができなくなってしまう。
【０００５】
ここで、上記した特許文献２に記載されたような、コンバイナの中心とは異なる位置にフレネルパターンの中心が配置されたコンバイナを用いた場合、入射光と反射光との成す角度を一定に保ったまま、コンバイナとの相対角度を変えることができると考えられる。したがって、そのようなコンバイナを用いることで、コンバイナをフロントガラスと同じ方向に傾斜させてもアイボックスを運転者の頭部付近に適切に形成できると考えられる。しかしながら、フレネル構造を適用したコンバイナは、その反射面が表面ではなく基板内に存在するため、コンバイナにおける基板内部の反射面で反射した光が全反射することでコンバイナの外部に出射されない場合がある。特許文献１及び２には、そのような不具合については考慮されていない。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は上記のようなものが例として挙げられる。本発明は、フレネル構造の光学素子を有するヘッドアップディスプレイにおいて、観察者に圧迫感や違和感を与えることなく、アイボックスを適切に形成することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、表示装置であって、表示像を構成する光を出射する光源部と、前記光源部が出射した光の一部を反射することで前記表示像を虚像として認識させるフレネル構造を有するミラーと、前記ミラーに対する前記光の入射面側に、前記ミラーと対面させて設けられた基板と、前記ミラーで反射した前記光源部からの光を、前記基板で全反射されることなく前記基板の外部へ導出させる、前記光源部、前記ミラー、前記基板を含む光学系と、を有することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
一般的なヘッドアップディスプレイを概略的に示した図である。
コンバイナの設置角度とアイボックスの位置との関係を説明するための図を示す。
本実施例の基本概念を説明するための図を示す。
オフセットされたフレネル構造が適用されたコンバイナを用いることで不具合が解決できることを説明するための図を示す。
課題１を具体的に説明するための図を示す。
課題２を具体的に説明するための図を示す。
射出角を全反射角未満にするための入射角の条件を説明するための図を示す。
第１実施例に係るコンバイナの最適な配置例を説明するための図を示す。
第２実施例に係るコンバイナの最適な配置例を説明するための図を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の１つの観点では、表示像を構成する光を出射する光源部と、前記光源部からの光が上方から入射され、移動体のフロントガラスの傾斜方向と同じ方向にて配置された光学素子とを備え、前記表示像を構成する光を前記光学素子で反射することで当該表示像を虚像として視認させるヘッドアップディスプレイであって、前記光学素子は、一の平板内に、フレネル構造のハーフミラーが形成され、当該ハーフミラーによって前記光源部からの光を反射し、前記ハーフミラーは、前記フレネル構造の元になる自由曲面の中心が、当該ハーフミラーの中心に位置しないフレネル構造が適用されており、前記ハーフミラーで反射した光が全反射することなく前記光学素子の外部へ出射されるように、前記光源部と前記光学素子との相対位置が設定されている。
【００１０】
上記のヘッドアップディスプレイは、移動体に設置され、光源部から出射された表示像を構成する光を光学素子（例えばコンバイナ）で反射することで、当該表示像を虚像として視認させるために利用される。光学素子は、光源部からの光が上方から入射され、移動体のフロントガラスの傾斜方向と同じ方向にて配置される。また、光学素子は、一の平板内に、フレネル構造のハーフミラーが形成され、当該ハーフミラーによって光源部からの光を反射する。ハーフミラーは、フレネル構造の元になる自由曲面の中心（例えば頂点）が、当該ハーフミラーの中心に位置しないフレネル構造が適用されている。ヘッドアップディスプレイでは、ハーフミラーで反射した光が、光学素子内部で全反射することなく光学素子の外部へ出射されるように、光源部と光学素子との相対位置が設定されている。言い換えると、ハーフミラーで反射した光が全反射することなく外部へ出射されるような入射角で、光源部からの光が光学素子に入射される。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許