JP2018146761A - Display device and projection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の画像を表示させる技術に関する。 The present invention relates to a technique for displaying a plurality of images.
従来から、ユーザに異なる表示距離の表示像を視認させるヘッドアップディスプレイが開示されている。例えば、特許文献1には、投影部から出射される投影光を受光し、入射した投影光の一部の結像距離を変える結像位置調整ミラーと、結像距離が長い投影光、および結像距離が短い投影光のそれぞれを実像として結像する複数のスクリーンとを備えるヘッドアップディスプレイが開示されている。 Conventionally, a head-up display that allows a user to visually recognize display images at different display distances has been disclosed. For example, in Patent Document 1, an imaging position adjustment mirror that receives projection light emitted from a projection unit and changes an imaging distance of a part of incident projection light, projection light having a long imaging distance, and a connection A head-up display including a plurality of screens that form each of projection light having a short image distance as a real image is disclosed.
特許文献1のヘッドアップディスプレイでは、互いの迷光の影響を受けることにより、結像距離が長い画像と結像距離が短い画像の両方が画質劣化する場合があった。特に一方の表示位置に輝度の高い画像を表示し、他の一方の表示位置に輝度の低い画像を表示する場合に輝度の低い画像の画質が顕著に悪化してしまうという問題がある。 In the head-up display of Patent Document 1, there are cases where both the image having a long imaging distance and the image having a short imaging distance are deteriorated in image quality due to the influence of mutual stray light. In particular, when an image with high luminance is displayed at one display position and an image with low luminance is displayed at the other display position, there is a problem that the image quality of the image with low luminance is significantly deteriorated.
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、結像距離の異なる画像を互いの迷光の影響を受けることなく表示することが可能な表示装置及び投影装置を提供することを主な目的とする。 Examples of the problem to be solved by the present invention are as described above. It is a main object of the present invention to provide a display device and a projection device capable of displaying images having different imaging distances without being affected by mutual stray light.
請求項に記載の発明は、表示装置であって、第1画像に対応する可視波長の第1光を第1領域に投影し、第2画像に対応する非可視波長の第2光を前記第1領域とは異なる第2領域に投影する一の投影部と、前記第1光が入射し、前記第1光による前記第1画像が結像するスクリーンと、前記スクリーンからの光を観察者に向けて反射して、前記第1画像を虚像として視認させる反射部材と、前記第2光が入射し、前記第2光が入射した箇所が可視光を発光することで前記観察者に前記第2画像を実像として視認させる発光部材と、を備えることを特徴とする。 The invention described in claim is the display device, wherein the first light having the visible wavelength corresponding to the first image is projected onto the first region, and the second light having the invisible wavelength corresponding to the second image is the first light. One projection unit for projecting onto a second region different from the one region, a screen on which the first light is incident and the first image is formed by the first light, and light from the screen to the viewer Reflecting member that reflects the first image as a virtual image and the second light is incident, and the portion where the second light is incident emits visible light to the observer. And a light emitting member for visually recognizing an image as a real image.
また、請求項に記載の発明は、投影装置であって、第1画像に対応する可視光ビームを射出する可視光光源と、第2画像に対応する非可視光ビームを射出する非可視光光源と、前記第1光、及び前記第2光を外部に投影する共用の光学系と、を備えることを特徴とする。 The invention described in the claims is a projection device, which is a visible light source that emits a visible light beam corresponding to a first image, and a non-visible light source that emits a non-visible light beam corresponding to a second image. And a shared optical system for projecting the first light and the second light to the outside.
本発明の好適な実施形態では、表示装置であって、第1画像に対応する可視波長の第1光を第1領域に投影し、第2画像に対応する非可視波長の第2光を前記第1領域とは異なる第2領域に投影する一の投影部と、前記第1光が入射し、前記第1光による前記第1画像が結像するスクリーンと、前記スクリーンからの光を観察者に向けて反射して、前記第1画像を虚像として視認させる反射部材と、前記第2光が入射し、前記第2光が入射した箇所が可視光を発光することで前記観察者に前記第2画像を実像として視認させる発光部材と、を備える。 In a preferred embodiment of the present invention, the display device projects a first light having a visible wavelength corresponding to a first image onto a first region, and outputs the second light having a non-visible wavelength corresponding to a second image. One projection unit that projects onto a second region different from the first region, a screen on which the first light is incident and the first image is formed by the first light, and light from the screen is viewed by an observer A reflecting member that reflects the first image as a virtual image and the second light is incident, and the portion where the second light is incident emits visible light to the observer. A light emitting member for visually recognizing two images as a real image.
上記表示装置は、一の投影部と、スクリーンと、反射部材と、発光部材とを備える。投影部は、第1画像に対応する可視波長の第1光を第1領域に投影し、第2画像に対応する非可視波長の第2光を第1領域とは異なる第2領域に投影する。スクリーンは、第1光が入射し、第1光による第1画像が結像する。反射部材は、スクリーンからの光を観察者に向けて反射して、第1画像を虚像として視認させる。発光部材は、第2光が入射し、第2光が入射した箇所が可視光を発光することで観察者に第2画像を実像として視認させる。この態様により、表示装置は、第1光及び第2光の迷光が生じる場合であっても、これらの影響を受けることなく、第1画像及び第2画像のそれぞれを明瞭に表示させることができる。 The display device includes one projection unit, a screen, a reflecting member, and a light emitting member. The projection unit projects first light having a visible wavelength corresponding to the first image onto the first region, and projects second light having an invisible wavelength corresponding to the second image onto a second region different from the first region. . The first light is incident on the screen, and a first image is formed by the first light. The reflecting member reflects light from the screen toward the observer so that the first image is visually recognized as a virtual image. The light emitting member causes the observer to visually recognize the second image as a real image by causing the second light to be incident and the portion where the second light is incident to emit visible light. According to this aspect, even when stray light of the first light and the second light is generated, the display device can clearly display each of the first image and the second image without being affected by these. .
上記表示装置の一態様では、前記投影部は、前記第1光として可視光ビームを射出する可視光光源と、前記第2光として非可視光ビームを射出する非可視光光源と、前記第1光、及び前記第2光を外部に投影する共用の光学系と、を備える。この態様により、表示装置は、一の投影部により好適に第1光と第2光とを外部へ射出することができる。 In one aspect of the display device, the projection unit includes a visible light source that emits a visible light beam as the first light, a non-visible light source that emits a non-visible light beam as the second light, and the first light source. And a shared optical system that projects the second light to the outside. According to this aspect, the display device can suitably emit the first light and the second light to the outside by one projection unit.
上記表示装置の他の一態様では、前記共用の光学系は、前記可視光ビームと前記非可視光ビームの光軸を一致させる光学素子と、前記光学素子からの光ビームにより前記第1領域及び、前記第2領域を走査する走査手段と、を含む。この態様により、表示装置は、投影部の小型化を実現しつつ、反射部材に第1光を照射させ、発光部材に第2光を照射させることができる。 In another aspect of the display device, the shared optical system includes an optical element that matches an optical axis of the visible light beam and the invisible light beam, and the first region and the light beam from the optical element. Scanning means for scanning the second region. According to this aspect, the display device can irradiate the first light to the reflecting member and irradiate the second light to the light emitting member while realizing the downsizing of the projection unit.
上記表示装置の他の一態様では、前記可視光光源は、前記走査手段が前記第1領域を走査する期間内で、前記可視光ビームを射出可能であり、前記非可視光光源は、前記走査手段が前記第2領域を走査する期間内で、前記非可視光ビームを射出可能である。この態様により、表示装置は、反射部材に第1光を照射させて虚像を表示すると共に、発光部材に第2光を照射させて実像を表示させることができる。 In another aspect of the display device, the visible light source can emit the visible light beam within a period in which the scanning unit scans the first region, and the invisible light source is the scanning light source. The invisible light beam can be emitted within a period in which the means scans the second region. According to this aspect, the display device can display a virtual image by irradiating the reflecting member with the first light, and can display a real image by irradiating the light emitting member with the second light.
上記表示装置の好適な例では、前記観察者に、前記第1画像の虚像、及び前記第2画像の実像を拡大して視認させるための一の拡大ミラーを含む。上記表示装置の他の好適な例では、前記反射部材は、車両のフロントガラスであり、前記発光部材は、可視光を透過するものであって、前記フロントガラスに設置される。上記表示装置のさらに別の好適な例では、前記投影部は、前記非可視波長の第2光として紫外線を投影し、前記発光部材は、紫外線が入射した箇所が可視光を発光する。 In a preferred example of the display device, the display device includes one magnifying mirror for allowing the observer to enlarge and visually recognize the virtual image of the first image and the real image of the second image. In another preferable example of the display device, the reflecting member is a windshield of a vehicle, and the light emitting member is a member that transmits visible light and is installed on the windshield. In still another preferred example of the display device, the projection unit projects ultraviolet rays as the second light having the invisible wavelength, and the light emitting member emits visible light at a portion where the ultraviolet rays are incident.
本発明の他の実施形態では、投影装置であって、第1画像に対応する可視光ビームを射出する可視光光源と、第2画像に対応する非可視光ビームを射出する非可視光光源と、前記第1光、及び前記第2光を外部に投影する共用の光学系と、を備える。投影装置は、この態様により、小型化を実現しつつ、第1画像を表示するための可視光ビームと、第2画像を表示するための非可視光ビームとを好適に射出することができる。 In another embodiment of the present invention, the projection device includes a visible light source that emits a visible light beam corresponding to the first image, and a non-visible light source that emits a non-visible light beam corresponding to the second image. A shared optical system that projects the first light and the second light to the outside. According to this aspect, the projection apparatus can suitably emit a visible light beam for displaying the first image and a non-visible light beam for displaying the second image while realizing miniaturization.
上記投影装置の一態様では、前記共用の光学系として、前記可視光ビームと前記非可視光ビームの光軸を一致させる光学素子と、前記光学素子からの可視光ビームにより第1領域を走査し、かつ、前記光学素子からの非可視光ビームにより第2領域を走査する走査手段と、を備える。この態様により、投影装置は、小型化を実現しつつ、第1画像及び第2画像をそれぞれ好適に表示させることができる。 In one aspect of the projection apparatus, as the shared optical system, an optical element that matches the optical axes of the visible light beam and the invisible light beam, and a first region is scanned by the visible light beam from the optical element. And a scanning means for scanning the second region with a non-visible light beam from the optical element. According to this aspect, the projection apparatus can appropriately display the first image and the second image while realizing miniaturization.
上記投影装置の他の一態様では、前記可視光光源は、前記走査手段が前記第1領域を走査する期間内で、前記可視光ビームを射出可能であり、前記非可視光光源は、前記走査手段が前記第2領域を走査する期間内で、前記非可視光ビームを射出可能である。この態様により、投影装置は、可視光ビームと非可視光ビームとをそれぞれ異なる領域に照射することができる。 In another aspect of the projection apparatus, the visible light source can emit the visible light beam within a period in which the scanning unit scans the first region, and the invisible light source is the scanning device. The invisible light beam can be emitted within a period in which the means scans the second region. According to this aspect, the projection apparatus can irradiate the visible light beam and the non-visible light beam to different areas.
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[ヘッドアップディスプレイシステムの構成]
図1は、本実施例に係るヘッドアップディスプレイシステム100の概略構成図である。図1に示すように、ヘッドアップディスプレイシステム100は、主に、光源ユニット1と、スクリーン2と、凹面鏡3と、波長選択自発光フィルム4と、反射ミラー5A、5Bと、車両の一部であるフロントガラス10とを備える。そして、ヘッドアップディスプレイシステム100は、フロントガラス10に設けられた波長選択自発光フィルム4に実像を表示すると共に、観察者の目の位置(「アイポイントPE」とも呼ぶ。)に対して実像よりも遠い位置に虚像「Iv」を表示させる。ヘッドアップディスプレイシステム100は、本発明における「表示装置」の一例である。
[Configuration of head-up display system]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a head-up display system 100 according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the head-up display system 100 mainly includes a light source unit 1, a screen 2, a concave mirror 3, a wavelength selection self-luminous film 4, reflection mirrors 5 </ b> A and 5 </ b> B, and a part of a vehicle. A certain windshield 10 is provided. The head-up display system 100 displays a real image on the wavelength-selective light-emitting film 4 provided on the windshield 10, and from the real image with respect to the position of the observer's eyes (also referred to as “eye point PE”). The virtual image “Iv” is displayed at a far position. The head-up display system 100 is an example of the “display device” in the present invention.
光源ユニット1は、例えば車両のダッシュボード内に設けられ、画像を構成する光を反射ミラー5Aに照射させる。ここで、光源ユニット1は、非可視波長である紫外線の光(「紫外光」とも呼ぶ。)と、可視波長である可視光線(本実施例では、R(赤),G(緑),B(青)の各光源の射出光)とを、それぞれ異なる仰俯角の範囲内に射出する。図1の例では、光源ユニット1は、可視光線であるR、G、Bの合成光(「RGB光」とも呼ぶ。)を反射ミラー5Aの上部に照射させ、紫外光を反射ミラー5Aの下部に照射させている。なお、図1では、説明の便宜上、紫外線の光路を斜線により示し、RGB光の光路を点模様により示している。光源ユニット1は、本発明における「投影部」及び「投影装置」の一例である。また、RGB光は本発明における「第1光」、紫外光は本発明における「第2光」の一例である。 The light source unit 1 is provided, for example, in a dashboard of a vehicle, and irradiates the reflection mirror 5A with light constituting an image. Here, the light source unit 1 includes ultraviolet light having a non-visible wavelength (also referred to as “ultraviolet light”) and visible light having a visible wavelength (in this embodiment, R (red), G (green), B (Blue light emitted from each light source) are emitted in different elevation angle ranges. In the example of FIG. 1, the light source unit 1 irradiates the upper part of the reflection mirror 5A with the combined light of R, G, and B (also referred to as “RGB light”), which is visible light, and emits ultraviolet light below the reflection mirror 5A. Is irradiated. In FIG. 1, for convenience of explanation, the optical path of ultraviolet light is indicated by oblique lines, and the optical path of RGB light is indicated by dot patterns. The light source unit 1 is an example of the “projection unit” and “projection device” in the present invention. Further, RGB light is an example of “first light” in the present invention, and ultraviolet light is an example of “second light” in the present invention.
反射ミラー5Aは、入射したRGB光及び紫外光を反射ミラー5Bに向けて反射する。反射ミラー5Aが反射したRGB光の光路上には、スクリーン2が設けられている。 The reflection mirror 5A reflects incident RGB light and ultraviolet light toward the reflection mirror 5B. A screen 2 is provided on the optical path of the RGB light reflected by the reflecting mirror 5A.
スクリーン2は、中間像を生成する透過型の光学部材であり、射出瞳拡大器(EPE)として機能する。スクリーン2は、例えば、光源ユニット1からの光が入射される面に複数のマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイが形成される。本実施例では、スクリーン2は、反射ミラー5Aで反射されたRGB光が入射し、かつ、反射ミラー5Aで反射された紫外光が入射しない位置に設けられる。なお、スクリーン2に紫外光が入射すると、入射した紫外光が拡散して波長選択自発光フィルム4に表示される実像がぼやけるため好ましくない。そして、スクリーン2を透過したRGB光及び反射ミラー5Aで反射された紫外光は、反射ミラー5Bに入射する。 The screen 2 is a transmissive optical member that generates an intermediate image, and functions as an exit pupil magnifier (EPE). The screen 2 is formed with, for example, a microlens array in which a plurality of microlenses are arranged on a surface on which light from the light source unit 1 is incident. In the present embodiment, the screen 2 is provided at a position where the RGB light reflected by the reflecting mirror 5A is incident and the ultraviolet light reflected by the reflecting mirror 5A is not incident. In addition, it is not preferable that the ultraviolet light is incident on the screen 2 because the incident ultraviolet light is diffused and the real image displayed on the wavelength selection light-emitting film 4 is blurred. The RGB light transmitted through the screen 2 and the ultraviolet light reflected by the reflection mirror 5A are incident on the reflection mirror 5B.
反射ミラー5Bは、入射したRGB光及び紫外光を、凹面鏡3へ向けて反射する。反射ミラー5Bは、スクリーン2を透過したRGB光及び反射ミラー5Aで反射された紫外光が入射する位置であって、これらの反射光が凹面鏡3へ入射する位置に設けられる。 The reflection mirror 5B reflects the incident RGB light and ultraviolet light toward the concave mirror 3. The reflection mirror 5B is provided at a position where the RGB light transmitted through the screen 2 and the ultraviolet light reflected by the reflection mirror 5A are incident, and the reflection light is incident on the concave mirror 3.
凹面鏡3は、反射ミラー5Bにより反射されたRGB光及び紫外光をフロントガラス10に向けて反射する。この場合、凹面鏡3は、RGB光及び紫外光が示す画像を拡大して反射する。ここで、凹面鏡3の上部で反射された紫外光については、フロントガラス10の下部に設けられた波長選択自発光フィルム4に入射し、凹面鏡3の下部で反射されたRGB光については、波長選択自発光フィルム4が設けられていないフロントガラス10の中央部から上部の領域に入射する。凹面鏡3は、本発明における「拡大鏡」の一例である。 The concave mirror 3 reflects the RGB light and the ultraviolet light reflected by the reflecting mirror 5B toward the windshield 10. In this case, the concave mirror 3 magnifies and reflects the image indicated by the RGB light and the ultraviolet light. Here, the ultraviolet light reflected by the upper part of the concave mirror 3 is incident on the wavelength-selective light-emitting film 4 provided at the lower part of the windshield 10, and the RGB light reflected by the lower part of the concave mirror 3 is selected by the wavelength. Incident light enters the upper region from the center of the windshield 10 where the self-light-emitting film 4 is not provided. The concave mirror 3 is an example of the “magnifying mirror” in the present invention.
波長選択自発光フィルム4は、特定波長の光(ここでは紫外光)が照射された部分のみが発光するように構成されたフィルムであり、フロントガラス10の下部に貼り付けられている。波長選択自発光フィルム4は、凹面鏡3から反射された紫外光が入射する位置であって、凹面鏡3から反射されたRGB光が入射しない位置に設けられる。波長選択自発光フィルム4の発光色は、設計により選択可能であり、本実施例では紫外光が照射されたときに所定の可視波長の光が波長選択自発光フィルム4から発光するように構成されている。そして、波長選択自発光フィルム4が発した光(以後では「フィルム光」とも呼ぶ。)は、アイポイントPEに入射する。これにより、観察者は、フィルム光により、紫外光が構成する画像を示した実像を視認する。なお、図1では、便宜上、フィルム光(網目領域参照)は、アイポイントPEの方向にのみ発光しているように示されているが、実際にはフィルム光は波長選択自発光フィルム4から均一に発光する。波長選択自発光フィルム4は、本発明における「発光部材」の一例であり、フィルム光は、本発明における「可視光」の一例である。また、紫外光により走査される波長選択自発光フィルム4上の領域は、本発明における「第2領域」の一例である。 The wavelength-selective light-emitting film 4 is a film configured so that only a portion irradiated with light of a specific wavelength (here, ultraviolet light) emits light, and is attached to the lower part of the windshield 10. The wavelength-selective light-emitting film 4 is provided at a position where the ultraviolet light reflected from the concave mirror 3 is incident and the RGB light reflected from the concave mirror 3 is not incident. The emission color of the wavelength-selective light-emitting film 4 can be selected by design. In this embodiment, the light of a predetermined visible wavelength is emitted from the wavelength-selective light-emitting film 4 when irradiated with ultraviolet light. ing. The light emitted from the wavelength-selective light-emitting film 4 (hereinafter also referred to as “film light”) enters the eye point PE. Thereby, an observer visually recognizes the real image which showed the image which ultraviolet light comprises with film light. In FIG. 1, for convenience, the film light (see the mesh area) is shown to emit light only in the direction of the eye point PE, but the film light is actually uniform from the wavelength-selective light-emitting film 4. Flashes on. The wavelength-selective light-emitting film 4 is an example of the “light emitting member” in the present invention, and the film light is an example of “visible light” in the present invention. Moreover, the area | region on the wavelength selection self-light-emitting film 4 scanned with an ultraviolet light is an example of the "2nd area | region" in this invention.
凹面鏡3で反射されてフロントガラス10の上部に入射したRGB光は、フロントガラス10により反射されてアイポイントPEに到達する。このように、凹面鏡3は、RGB光をアイポイントPEへ到達させて、運転者に虚像Ivを視認させる。以後では、RGB光により走査されるフロントガラス10上の領域を「可視光照射領域Argb」とも呼ぶ。可視光照射領域Argbは、本発明における「第1領域」の一例であり、フロントガラス10は、本発明における「反射部材」の一例である。 The RGB light reflected by the concave mirror 3 and incident on the top of the windshield 10 is reflected by the windshield 10 and reaches the eye point PE. In this way, the concave mirror 3 causes the RGB light to reach the eye point PE and allows the driver to visually recognize the virtual image Iv. Hereinafter, an area on the windshield 10 scanned with RGB light is also referred to as a “visible light irradiation area Argb”. The visible light irradiation region Argb is an example of the “first region” in the present invention, and the windshield 10 is an example of the “reflecting member” in the present invention.
このように、ヘッドアップディスプレイシステム100は、波長選択自発光フィルム4の位置に表示される実像と、波長選択自発光フィルム4より遠方に表示される虚像Ivとによる2画面表示を行う。これにより、運転者は、運転中に視線を前から外すことなく必要な情報の提供を受けることができる。また、ヘッドアップディスプレイシステム100により表示される虚像Ivと実像は、それぞれ、互いの迷光の影響を受けない。言い換えると、仮にRGB光の迷光が波長選択自発光フィルム4に入射しても波長選択自発光フィルム4はRGB光の照射によっては発光しないため、波長選択自発光フィルム4により表示される実像は、RGB光の迷光の影響を受けない。同様に、仮に紫外光の迷光が可視光照射領域Argbに入射してアイポイントPEに反射しても、紫外光は非可視光であるため、虚像Ivの視認性に影響が生じない。このように、ヘッドアップディスプレイシステム100は、図1の構成により、互いの迷光の影響を受けることなく、アイポイントPeからの距離が異なる虚像Ivと実像とをそれぞれ明瞭に表示することができる。 As described above, the head-up display system 100 performs two-screen display using the real image displayed at the position of the wavelength-selective light-emitting film 4 and the virtual image Iv displayed far from the wavelength-selective light-emitting film 4. Thereby, the driver can receive provision of necessary information without removing the line of sight from the front during driving. Further, the virtual image Iv and the real image displayed by the head-up display system 100 are not affected by each other's stray light. In other words, even if stray light of RGB light is incident on the wavelength-selective light-emitting film 4, since the wavelength-selective light-emitting film 4 does not emit light by irradiation with RGB light, the real image displayed by the wavelength-selective light-emitting film 4 is Not affected by stray light of RGB light. Similarly, even if ultraviolet stray light is incident on the visible light irradiation region Argb and reflected by the eye point PE, the ultraviolet light is invisible, and thus the visibility of the virtual image Iv is not affected. As described above, the head-up display system 100 can clearly display the virtual image Iv and the real image having different distances from the eye point Pe without being affected by each other's stray light by the configuration of FIG. 1.
なお、図1の構成例は一例であり、本発明が適用可能なヘッドアップディスプレイシステム100の構成は、これに限定されない。例えば、波長選択自発光フィルム4は、フロントガラス10の上部に設けられ、可視光照射領域Argbは波長選択自発光フィルム4よりもフロントガラス10の下方に設けられてもよい。この場合、光源ユニット1が射出するRGB光及び紫外光の射出方向は、可視光照射領域Argb及び波長選択自発光フィルム4の配置に応じて変更される。 The configuration example of FIG. 1 is an example, and the configuration of the head-up display system 100 to which the present invention is applicable is not limited to this. For example, the wavelength-selective light-emitting film 4 may be provided on the top of the windshield 10, and the visible light irradiation region Argb may be provided below the windscreen 10 than the wavelength-selective self-light-emitting film 4. In this case, the emission directions of RGB light and ultraviolet light emitted from the light source unit 1 are changed according to the arrangement of the visible light irradiation region Argb and the wavelength-selective light-emitting film 4.
また、本実施例では、光源ユニット1は、RGB光と、紫外光とを外部に投影するための共用の光学系を有し、これにより光源ユニット1の小型化及び設計コストの低減が可能となっている。以下では、光源ユニット1の光学的な構成について説明する。 Further, in the present embodiment, the light source unit 1 has a shared optical system for projecting RGB light and ultraviolet light to the outside, which makes it possible to reduce the size of the light source unit 1 and reduce the design cost. It has become. Below, the optical structure of the light source unit 1 is demonstrated.
[光源ユニットの構成]
図2は、光源ユニット1の概略構成を示す。光源ユニット1は、主に、コンテンツ生成ブロック6と、コントロールブロック7と、ビデオ信号処理ブロック8と、電源9A及び電源ブロック9Bと、フレームメモリ11と、ROM12と、RAM13と、タイミングコントローラ15と、MEMSドライバ16と、レーザドライバ18と、ADC(Analog to Digital Converter)21と、MEMSミラー31と、レーザ光源部36と、受光素子37とを有する。
[Configuration of light source unit]
FIG. 2 shows a schematic configuration of the light source unit 1. The light source unit 1 mainly includes a content generation block 6, a control block 7, a video signal processing block 8, a power source 9A and a power source block 9B, a frame memory 11, a ROM 12, a RAM 13, a timing controller 15, The MEMS driver 16, the laser driver 18, an ADC (Analog to Digital Converter) 21, a MEMS mirror 31, a laser light source unit 36, and a light receiving element 37 are included.
コンテンツ生成ブロック6は、実像及び虚像Ivの表示に必要なビデオ信号「S1」を生成し、ビデオ信号処理ブロック8へ供給する。この場合、ビデオ信号S1は、赤光、緑光、青光のそれぞれの輝度の情報に加え、紫外光の輝度の情報を含んでいる。 The content generation block 6 generates a video signal “S 1” necessary for displaying the real image and the virtual image Iv, and supplies the video signal “S 1” to the video signal processing block 8. In this case, the video signal S1 includes information on the luminance of ultraviolet light in addition to the information on the luminance of red light, green light, and blue light.
そして、コンテンツ生成ブロック6は、可視光照射領域Argbに照射される範囲の画像領域(「第1画像領域」とも呼ぶ。)に所定のオブジェクトを表示させるビデオ信号S1を生成する場合、RGBの画素値(即ち赤光、緑光、青光の輝度)のみを用いて上述のオブジェクトの表示情報を生成する。一方、コンテンツ生成ブロック6は、波長選択自発光フィルム4に照射される範囲の画像領域(「第2画像領域」とも呼ぶ。)に所定のオブジェクトを表示させるビデオ信号S1を生成する場合、紫外光に対応する画素値(即ち紫外光の輝度)のみを用いて上述のオブジェクトの表示情報を生成する。本実施例では、図1の構成例に従い、第1画像領域は、ビデオ信号S1として生成する画像の中央部及び上部の範囲に設定され、第2画像領域は、ビデオ信号S1として生成する画像の下部の範囲に設定されている。第1画像領域に表示させるオブジェクトについては、[表示例]のセクションで具体的に説明する。第1画像領域に表示させるオブジェクトは、本発明における「第1画像」の一例であり、第2画像領域に表示させるオブジェクトは、本発明における「第2画像」の一例である。 When the content generation block 6 generates a video signal S1 for displaying a predetermined object in an image region (also referred to as “first image region”) within a range irradiated on the visible light irradiation region Argb, the RGB pixel is generated. The display information of the object is generated using only the values (that is, the luminances of red light, green light, and blue light). On the other hand, when the content generation block 6 generates a video signal S1 for displaying a predetermined object in an image region (also referred to as “second image region”) within a range irradiated on the wavelength-selective light-emitting film 4, ultraviolet light is generated. The display information of the above-mentioned object is generated using only the pixel value corresponding to (ie, the luminance of ultraviolet light). In the present embodiment, in accordance with the configuration example of FIG. 1, the first image area is set to the center and upper range of the image generated as the video signal S1, and the second image area is the image generated as the video signal S1. The lower range is set. The objects to be displayed in the first image area will be specifically described in the [Display Example] section. The object displayed in the first image area is an example of the “first image” in the present invention, and the object displayed in the second image area is an example of the “second image” in the present invention.
なお、コンテンツ生成ブロック6は、光源ユニット1内に設けられる代わりに、光源ユニット1と電気的に接続するナビゲーション装置に設けられてもよい。 The content generation block 6 may be provided in a navigation device that is electrically connected to the light source unit 1 instead of being provided in the light source unit 1.
コントロールブロック7は、光源ユニット1の全体を制御する。コントロールブロック7は、図示しないナビゲーション装置等から供給されるコントロール信号「S2」を受信し、当該コントロール信号S2が示す指示に応じた動作を行う。例えば、コントロールブロック7は、コントロール信号S2に基づき、輝度調整、画像の点灯/消灯、カラーバランス調整、画像調整等の処理を行う。 The control block 7 controls the entire light source unit 1. The control block 7 receives a control signal “S2” supplied from a navigation device (not shown) or the like, and performs an operation according to an instruction indicated by the control signal S2. For example, the control block 7 performs processing such as brightness adjustment, image lighting / light-out, color balance adjustment, image adjustment, and the like based on the control signal S2.
電源ブロック9Bは、コントロールブロック7から受信するコントロール信号に基づき、電源9Aから供給された電力を光源ユニット1内で使う電力に変換し、各ブロックへの電源の供給と停止を行う。 Based on the control signal received from the control block 7, the power supply block 9B converts the power supplied from the power supply 9A into the power used in the light source unit 1, and supplies and stops the power to each block.
ビデオ信号処理ブロック8は、コンテンツ生成ブロック6から供給されるビデオ信号S1に基づいて、タイミングコントローラ15やレーザドライバ18を制御する。また、ビデオ信号処理ブロック8は、ビデオ信号S1をフレームメモリ11に書き込み、MEMSミラー31の駆動タイミングに応じて随時読み出し、赤光、緑光、青光、紫外光の各波長の光ごとに各画素の輝度に対応するコントロール信号を順次レーザドライバ18に送信する。また、ビデオ信号処理ブロック8は、受光素子37からの光検出信号に基づき、上述のコントロール信号を補正する。 The video signal processing block 8 controls the timing controller 15 and the laser driver 18 based on the video signal S1 supplied from the content generation block 6. Further, the video signal processing block 8 writes the video signal S1 into the frame memory 11 and reads it as needed according to the driving timing of the MEMS mirror 31, and each pixel for each light of red light, green light, blue light, and ultraviolet light. The control signal corresponding to the brightness of is sequentially transmitted to the laser driver 18. Further, the video signal processing block 8 corrects the control signal described above based on the light detection signal from the light receiving element 37.
ROM12は、ビデオ信号処理ブロック8が動作するための制御プログラムやデータなどを記憶している。RAM13には、ビデオ信号処理ブロック8が動作する際のワークメモリとして、各種データが逐次読み書きされる。 The ROM 12 stores a control program and data for operating the video signal processing block 8. Various data are sequentially read from and written into the RAM 13 as a work memory when the video signal processing block 8 operates.
タイミングコントローラ15は、フレームメモリ11からのビデオ信号処理ブロック8による画像データの読み出しタイミングを制御する。また、タイミングコントローラ15は、MEMSドライバ16を介してMEMSミラー31の動作タイミングも制御する。 The timing controller 15 controls the readout timing of image data from the frame memory 11 by the video signal processing block 8. The timing controller 15 also controls the operation timing of the MEMS mirror 31 via the MEMS driver 16.
MEMS制御ブロック15は、タイミングコントローラ15から供給されるコントロール信号及びMEMSミラー31から供給されるMEMSミラー31の変位情報から、実際にMEMSミラー31の駆動信号をMEMSミラー31に供給する。 The MEMS control block 15 actually supplies a drive signal for the MEMS mirror 31 to the MEMS mirror 31 from the control signal supplied from the timing controller 15 and the displacement information of the MEMS mirror 31 supplied from the MEMS mirror 31.
レーザドライバ18は、ビデオ信号処理ブロック8から供給されるコントロール信号に基づき、レーザ光源部36を駆動する為の駆動信号を生成し、レーザ光源部36へ供給する。 The laser driver 18 generates a drive signal for driving the laser light source unit 36 based on the control signal supplied from the video signal processing block 8 and supplies the drive signal to the laser light source unit 36.
ADC21は、受光素子37が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換してビデオ信号処理ブロック8に供給する。 The ADC 21 converts the analog signal output from the light receiving element 37 into a digital signal and supplies the digital signal to the video signal processing block 8.
MEMSミラー31は、レーザ光源部36から射出されたレーザ光を反射ミラー5Aに向けて反射する。MEMSミラー31には、ピエゾセンサ41、42が設けられている。ピエゾセンサ41は、水平方向(即ちZ軸方向)のMEMSミラー31の位置を検出し、その検出信号をタイミングコントローラ15に供給する。ピエゾセンサ42は、垂直方向(即ちX軸方向)のMEMSミラー31の位置を検出し、その検出信号をタイミングコントローラ15に供給する。MEMSミラー31は、本発明における「走査手段」の一例である。 The MEMS mirror 31 reflects the laser light emitted from the laser light source unit 36 toward the reflection mirror 5A. The MEMS mirror 31 is provided with piezoelectric sensors 41 and 42. The piezo sensor 41 detects the position of the MEMS mirror 31 in the horizontal direction (that is, the Z-axis direction) and supplies the detection signal to the timing controller 15. The piezo sensor 42 detects the position of the MEMS mirror 31 in the vertical direction (that is, the X-axis direction) and supplies the detection signal to the timing controller 15. The MEMS mirror 31 is an example of the “scanning unit” in the present invention.
レーザ光源部36は、赤光、緑光、青光、紫外光の各波長に対応したレーザダイオードLD1〜LD4を備える。各レーザダイオードLD1〜LD4は、レーザドライバ18からの駆動信号により発光する。赤光、緑光、青光を射出するレーザダイオードLD1〜LD3は、本発明における「可視光光源」の一例であり、紫外光を射出するレーザダイオードLD4は、本発明における「非可視光光源」の一例である。 The laser light source unit 36 includes laser diodes LD1 to LD4 corresponding to wavelengths of red light, green light, blue light, and ultraviolet light. Each of the laser diodes LD1 to LD4 emits light according to a drive signal from the laser driver 18. The laser diodes LD1 to LD3 that emit red light, green light, and blue light are examples of the “visible light source” in the present invention, and the laser diode LD4 that emits ultraviolet light is an example of the “invisible light source” in the present invention. It is an example.
また、レーザ光源部36は、各レーザダイオードLD1〜LD4のレーザ光を平行光にするコリメータレンズ61と、各レーザダイオードLD1〜LD4のレーザ光を合成するための反射ミラー62などを備える。反射ミラー62は、レーザダイオードLD1〜LD3が射出するRGB光とレーザダイオードLD4が射出する紫外光の光軸とを一致させる。反射ミラー62は、本発明における「光学素子」の一例である。そして、合成されたレーザ光は、偏光ビームスプリッタ38に入射する。そして、偏光ビームスプリッタ38に入射したレーザ光は、偏光ビームスプリッタ38を透過してMEMSミラー31に入射する光と、偏光ビームスプリッタ38で反射して受光素子37に入射する光とに分けられる。 The laser light source unit 36 includes a collimator lens 61 that collimates the laser beams of the laser diodes LD1 to LD4, a reflection mirror 62 for synthesizing the laser beams of the laser diodes LD1 to LD4, and the like. The reflection mirror 62 matches the optical axes of the RGB light emitted from the laser diodes LD1 to LD3 and the ultraviolet light emitted from the laser diode LD4. The reflection mirror 62 is an example of the “optical element” in the present invention. Then, the combined laser light is incident on the polarization beam splitter 38. The laser light incident on the polarization beam splitter 38 is divided into light that is transmitted through the polarization beam splitter 38 and incident on the MEMS mirror 31, and light that is reflected by the polarization beam splitter 38 and incident on the light receiving element 37.
受光素子37は、偏光ビームスプリッタ38で反射したレーザ光を赤光、緑光、青光、紫外光に分解するビームスプリッタを有し、赤光、緑光、青光、紫外光の各光量(強度)に応じた電気信号である検出信号を生成し、ADC21へ供給する。受光素子37が生成する検出信号は、レーザパワー安定化のためのフィードバック信号として用いられたり、異常発光を検出した場合にレーザダイオードLD1〜LD4の消灯を行うレーザセーフティ動作に用いられたりする。 The light receiving element 37 has a beam splitter that decomposes the laser light reflected by the polarization beam splitter 38 into red light, green light, blue light, and ultraviolet light, and each light quantity (intensity) of red light, green light, blue light, and ultraviolet light. A detection signal that is an electrical signal corresponding to the signal is generated and supplied to the ADC 21. The detection signal generated by the light receiving element 37 is used as a feedback signal for stabilizing the laser power, or used for a laser safety operation for turning off the laser diodes LD1 to LD4 when abnormal light emission is detected.
このように、光源ユニット1は、可視光ビームであるRGB光と非可視光ビームである紫外光とを外部に投影する共用の光学系を有している。具体的には、光源ユニット1は、レーザダイオードLD1〜LD3が射出するRGB光とレーザダイオードLD4が射出する紫外光との光軸を一致させる反射ミラー62と、反射ミラー62により反射されたレーザ光の射出方向を変えることで波長選択自発光フィルム4及び可視光照射領域Argbを走査するMEMSミラー31とを備える。これにより、光源ユニット1の小型化及び設計コストの低減を可能にすることができる。 In this way, the light source unit 1 has a shared optical system that projects RGB light, which is a visible light beam, and ultraviolet light, which is a non-visible light beam, to the outside. Specifically, the light source unit 1 includes a reflection mirror 62 that matches the optical axes of the RGB light emitted from the laser diodes LD1 to LD3 and the ultraviolet light emitted from the laser diode LD4, and the laser light reflected by the reflection mirror 62. The wavelength selective self-light-emitting film 4 and the MEMS mirror 31 that scans the visible light irradiation region Argb are provided by changing the emission direction. Thereby, size reduction of the light source unit 1 and reduction of design cost can be enabled.
[表示例]
図3は、運転者が視認するフロントガラス10の表示である。図3では、フロントガラス10の下部に設けられた破線枠が波長選択自発光フィルム4の設置領域を示し、フロントガラス10の中央部及び上部に設けられた破線枠が可視光照射領域Argbを示している。
[Display example]
FIG. 3 is a display of the windshield 10 visually recognized by the driver. In FIG. 3, the broken line frame provided at the lower part of the windshield 10 indicates the installation area of the wavelength selective light-emitting film 4, and the broken line frame provided at the center and the upper part of the windshield 10 indicates the visible light irradiation area Argb. ing.
図3の例では、可視光照射領域Argb内には、次の右左折地点までの距離(ここでは50m)及び進行方向(ここでは右方向)を示す画像が虚像Ivとして表示されている。また、波長選択自発光フィルム4の設置領域上には、現在の車両の速度(ここでは40km/s)及び気温(ここでは24℃)が実像として表示されている。このように、図3の例では、ヘッドアップディスプレイシステム100は、現在地点より先に存在する次の右左折地点に関する情報を虚像IvによりアイポイントPeから離れた位置に表示させ、車両の速度や気温などの距離感が必要ない情報については実像により波長選択自発光フィルム4上で表示させている。 In the example of FIG. 3, an image showing the distance (here, 50 m) and the traveling direction (here, the right direction) to the next right / left turn point is displayed as a virtual image Iv in the visible light irradiation region Argb. In addition, the current speed of the vehicle (here, 40 km / s) and the temperature (here, 24 ° C.) are displayed as real images on the installation area of the wavelength-selective light-emitting film 4. As described above, in the example of FIG. 3, the head-up display system 100 displays the information about the next right / left turn point existing ahead of the current point at a position away from the eye point Pe by the virtual image Iv. Information that does not require a sense of distance, such as temperature, is displayed on the wavelength-selective light-emitting film 4 as a real image.
なお、図3の表示例は一例であり、本発明が適用可能な表示例は、図3の表示に限定されない。例えば、波長選択自発光フィルム4の設置領域内には、空調機の設定温度、外気導入と内気循環に関する現在の設定、車幅、警告等が実像として表示されてもよい。他の例では、可視光照射領域Argb内には、地図、施設マーク等が虚像Ivとして表示されてもよい。このように、ヘッドアップディスプレイシステム100は、種々の情報を波長選択自発光フィルム4の設置領域内又は可視光照射領域Argb内に表示させてもよい。 Note that the display example of FIG. 3 is an example, and the display example to which the present invention is applicable is not limited to the display of FIG. For example, in the installation area of the wavelength-selective light-emitting film 4, the set temperature of the air conditioner, the current settings regarding the introduction and circulation of the outside air, the vehicle width, the warning, and the like may be displayed as real images. In another example, a map, a facility mark, etc. may be displayed as a virtual image Iv in the visible light irradiation area Argb. Thus, the head-up display system 100 may display various information in the installation area of the wavelength-selective light-emitting film 4 or the visible light irradiation area Argb.
以上説明したように、本実施例に係るヘッドアップディスプレイシステム100は、主に、光源ユニット1と、スクリーン2と、波長選択自発光フィルム4と、フロントガラス10とを有する。光源ユニット1は、可視波長のRGB光を可視光照射領域Argb上に投影し、非可視波長の紫外光を可視光照射領域Argbとは異なる波長選択自発光フィルム4に投影する。スクリーン2は、RGB光が入射し、RGB光に基づく画像(中間像)が結像する。フロントガラス10は、スクリーン2からのRGB光を観察者に向けて反射し、RGB光に基づく画像を虚像Ivとして視認させる。波長選択自発光フィルム4は、紫外光が入射し、紫外光が入射した箇所が可視光を発光することで観察者に紫外光に基づく画像を実像として視認させる。この態様により、ヘッドアップディスプレイシステム100は、波長選択自発光フィルム4の位置に表示される実像と、波長選択自発光フィルム4より遠方に表示される虚像Ivとを、互いの迷光の影響を受けることなく明瞭に表示することができる。 As described above, the head-up display system 100 according to the present embodiment mainly includes the light source unit 1, the screen 2, the wavelength selection self-luminous film 4, and the windshield 10. The light source unit 1 projects RGB light having a visible wavelength onto the visible light irradiation region Argb, and projects ultraviolet light having a non-visible wavelength onto a wavelength-selective self-light-emitting film 4 different from the visible light irradiation region Argb. The screen 2 receives RGB light and forms an image (intermediate image) based on the RGB light. The windshield 10 reflects the RGB light from the screen 2 toward the viewer, and makes an image based on the RGB light visible as a virtual image Iv. The wavelength-selective light-emitting film 4 allows ultraviolet light to be incident, and a portion where the ultraviolet light is incident emits visible light, thereby allowing an observer to visually recognize an image based on the ultraviolet light as a real image. According to this aspect, the head-up display system 100 is affected by the mutual stray light between the real image displayed at the position of the wavelength-selective self-light-emitting film 4 and the virtual image Iv displayed far from the wavelength-selective self-light-emitting film 4. Can be clearly displayed without any problem.
1 光源ユニット
2 スクリーン
3 凹面鏡
4 波長選択自発光フィルム
5A、5B 反射ミラー
10 フロントガラス
8 ビデオ信号処理ブロック
11 フレームメモリ
12 ROM
13 RAM
15 タイミングコントローラ
16 MEMSドライバ
18 レーザドライバ
31 MEMSミラー
36 レーザ光源部
100 ヘッドアップディスプレイシステム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source unit 2 Screen 3 Concave mirror 4 Wavelength selection self-light-emitting film 5A, 5B Reflection mirror 10 Windshield 8 Video signal processing block 11 Frame memory 12 ROM
13 RAM
DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 Timing controller 16 MEMS driver 18 Laser driver 31 MEMS mirror 36 Laser light source part 100 Head-up display system
Claims (10)
前記第1光が入射し、前記第1光による前記第1画像が結像するスクリーンと、
前記スクリーンからの光を観察者に向けて反射して、前記第1画像を虚像として視認させる反射部材と、
前記第2光が入射し、前記第2光が入射した箇所が可視光を発光することで前記観察者に前記第2画像を実像として視認させる発光部材と、
を備えることを特徴とする表示装置。 One projection that projects first light having a visible wavelength corresponding to the first image onto the first region, and projects second light having a non-visible wavelength corresponding to the second image onto a second region different from the first region. And
A screen on which the first light is incident and the first image is formed by the first light;
A reflecting member that reflects light from the screen toward an observer and visually recognizes the first image as a virtual image;
A light emitting member that causes the second light to enter, and allows the observer to visually recognize the second image by emitting visible light at a position where the second light is incident;
A display device comprising:
前記第1光として可視光ビームを射出する可視光光源と、
前記第2光として非可視光ビームを射出する非可視光光源と、
前記第1光、及び前記第2光を外部に投影する共用の光学系と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。 The projection unit
A visible light source that emits a visible light beam as the first light;
A non-visible light source that emits a non-visible light beam as the second light;
A shared optical system for projecting the first light and the second light to the outside;
The display device according to claim 1, further comprising:
前記可視光ビームと前記非可視光ビームの光軸を一致させる光学素子と、
前記光学素子からの光ビームにより前記第1領域及び、前記第2領域を走査する走査手段と、
を含むことを特徴とする請求項2に記載の表示装置。 The shared optical system is
An optical element for matching the optical axes of the visible light beam and the invisible light beam;
Scanning means for scanning the first region and the second region with a light beam from the optical element;
The display device according to claim 2, further comprising:
前記非可視光光源は、前記走査手段が前記第2領域を走査する期間内で、前記非可視光ビームを射出可能であることを特徴とする請求項3に記載の表示装置。 The visible light source is capable of emitting the visible light beam within a period in which the scanning unit scans the first region,
The display device according to claim 3, wherein the invisible light source is capable of emitting the invisible light beam within a period in which the scanning unit scans the second region.
前記発光部材は、可視光を透過するものであって、前記フロントガラスに設置されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の表示装置。 The reflecting member is a vehicle windshield,
The display device according to claim 1, wherein the light emitting member transmits visible light, and is installed on the windshield.
前記発光部材は、紫外線が入射した箇所が可視光を発光することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の表示装置。 The projection unit projects ultraviolet rays as the second light of the invisible wavelength,
The display device according to claim 1, wherein the light emitting member emits visible light at a portion where ultraviolet rays are incident.
第2画像に対応する非可視光ビームを射出する非可視光光源と、
前記第1光、及び前記第2光を外部に投影する共用の光学系と、
を備えることを特徴とする投影装置。 A visible light source that emits a visible light beam corresponding to the first image;
A non-visible light source that emits a non-visible light beam corresponding to the second image;
A shared optical system for projecting the first light and the second light to the outside;
A projection apparatus comprising:
前記可視光ビームと前記非可視光ビームの光軸を一致させる光学素子と、
前記光学素子からの可視光ビームにより第1領域を走査し、かつ、前記光学素子からの非可視光ビームにより前記第1領域と異なる第2領域を走査する走査手段と、
を備えることを特徴とする請求項8に記載の投影装置。 As the shared optical system,
An optical element for matching the optical axes of the visible light beam and the invisible light beam;
Scanning means for scanning a first region with a visible light beam from the optical element and scanning a second region different from the first region with a non-visible light beam from the optical element;
The projection apparatus according to claim 8, further comprising:
前記非可視光光源は、前記走査手段が前記第2領域を走査する期間内で、前記非可視光ビームを射出可能であることを特徴とする請求項9に記載の投影装置。 The visible light source is capable of emitting the visible light beam within a period in which the scanning unit scans the first region,
The projection device according to claim 9, wherein the invisible light source is capable of emitting the invisible light beam within a period in which the scanning unit scans the second region.
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