JP-2026077868-A - 画像生成装置及びヘッドアップディスプレイ

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Abstract

【課題】虚像表示可能領域の輪郭を目立たなくさせる画像生成装置、及び当該画像生成装置を備えたヘッドアップディスプレイを提供する。【解決手段】ヘッドアップディスプレイ（２０）の画像を生成する画像生成装置（２４）は、光源（１１１）と、液晶デバイス（１３０）と、光学素子（１２０）と、光学部材（１４０Ａ）を備える。液晶デバイス（１３０）は、長方形状の表示領域（Ａ）を有し、光源（１１１）から出射された光により画像を生成するよう光を形成する。光学素子（１２０）は、光源（１１１）から出射された光を液晶デバイス（１３０）へ照射する。光学部材（１４０Ａ）は、表示領域（Ａ）の少なくとも一辺に相当する光を減光する。【選択図】図２

Inventors

佐藤典子
堀匡紘
中山遥介
望月幸平

Assignees

株式会社小糸製作所

Dates

Publication Date: 20260513
Application Date: 20260225
Priority Date: 20200720

Claims (18)

ヘッドアップディスプレイの画像を生成する画像生成装置であって、光源と、長方形状の表示領域を有し、前記光源から出射された光により前記画像を生成するよう光を形成する液晶デバイスと、前記光源から出射された光を前記液晶デバイスへ照射する光学素子と、前記表示領域の少なくとも一辺に相当する光を減光する光学部材と、を備える画像生成装置。
前記光学部材は、前記表示領域の外周全てに相当する光を減光する、請求項１に記載の画像生成装置。
前記光学部材の、前記表示領域の少なくとも一辺に相当する光の減光率は、前記光学部材の中央における光の減光率よりも高い、請求項１または２に記載の画像生成装置。
前記光学部材は、前記表示領域の少なくとも一辺に相当する前記光の一部を透過させる透過シートである、請求項３に記載の画像生成装置。
前記光学部材は、前記表示領域の少なくとも一辺に相当する前記光の一部を拡散させる拡散シートである、請求項３に記載の画像生成装置。
前記光学部材は、前記表示領域の少なくとも一辺に相当する前記光の一部を吸収する吸収シートである、請求項３に記載の画像生成装置。
前記光学部材は、前記表示領域の少なくとも一辺に相当する前記光の一部を反射する反射シートである、請求項３に記載の画像生成装置。
前記光学部材は、前記液晶デバイスから出射された光の一部を遮光するカバーである、請求項１または２に記載の画像生成装置。
前記表示領域の一辺に相当する光を減光する第一の光学部材と、前記第一の光学部材に重なるように配置され、前記表示領域の前記一辺に相当する光を減光する第二の光学部材と、を備える、請求項１から８の何れか一項に記載の画像生成装置。
前記表示領域の一辺に相当する光を減光する第一の光学部材と、前記第一の光学部材に重なるように配置され、前記表示領域の他の辺に相当する光を減光する第二の光学部材と、を備える請求項１、３から８の何れか一項に記載の画像生成装置。
ヘッドアップディスプレイの複数の画像を生成する画像生成装置であって、第一光源と、第二光源と、前記第一光源から出射された光により第一画像を生成するための光を形成する第一領域と、前記第二光源から出射された光により前記第一画像により示される情報とは異なる情報を示すための第二画像を生成するための光を形成する第二領域を有する液晶デバイスと、前記第一光源から出射された光を前記液晶デバイスの前記第一領域へ照射する第一光学素子と、前記第二光源から出射された光を前記液晶デバイスの前記第二領域へ照射する第二光学素子と、を備えている、画像生成装置。
前記第一光学素子は、前記第一光源から出射された光が透過する第一レンズであり、前記第二光学素子は、前記第二光源から出射された光が透過する第二レンズである、請求項１１に記載の画像生成装置。
前記第一光学素子は、前記第一光源から出射された光を反射する第一リフレクタであり、前記第二光学素子は、前記第二光源から出射された光を反射する第二リフレクタである、請求項１１に記載の画像生成装置。
前記第一光源および前記第二光源の出射タイミングは個別に制御される、請求項１１から１３の何れか一項に記載の画像生成装置。
前記第一光源と前記第二光源が搭載される基板を備えており、前記第一光源と前記第二光源は、前記第一領域および前記第二領域の配置方向に並んで配置される、請求項１１から１４の何れか一項に記載の画像生成装置。
前記第一光源から出射された光および前記第二光源から出射された光の少なくとも一方は、前記液晶デバイスの端部よりも内側に照射される、請求項１１から１５の何れか一項に記載の画像生成装置。
前記液晶デバイスにおいて、前記第一光学素子により前記第一光源より出射された光が照射される範囲と前記第二光学素子により前記第二光源により出射された光が照射される範囲は、部分的に重複する、請求項１１から１６の何れか一項に記載の画像生成装置。
車両に設けられ、複数の画像を前記車両の乗員に向けて表示するように構成されたヘッドアップディスプレイであって、請求項１１から１７の何れか一項に記載の画像生成装置と、前記画像生成装置により出射された光を反射させる少なくとも一つの反射部と、前記第一光源および前記第二光源の出射タイミングを個別に制御する制御部と、を備えている、ヘッドアップディスプレイ。

Description

本開示は、画像生成装置及び当該画像生成装置を備えたヘッドアップディスプレイに関する。特許文献１には、映像形成ユニットが出射する映像光束を反射鏡によりフロントガラスに反射させ、乗員に対して虚像を表示するヘッドアップディスプレイを開示している。映像形成ユニットにおいて、液晶表示装置を透過した光が映像光束として映像形成ユニットから出射される。液晶表示装置により光を透過あるいは遮光することにより、虚像を表示可能な領域内において所定の虚像が表示される。日本国特開２０１９－２０７２６３号公報図１は、本開示のヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）の構成を示す模式図である。図２は、図１に示すヘッドアップディスプレイの画像生成装置であって、第一実施形態に係る画像生成装置の左右方向断面模式図である。図３は、画像生成装置の液晶デバイスの斜視図である。図４は、車両の乗員の視野領域の一例を示す図である。図５は、画像生成装置の光学部材の平面図である。図６は、画像生成装置の光学部材の変形例１の平面図である。図７は、画像生成装置の光学部材の変形例２の平面図である。図８は、第二実施形態に係る画像生成装置の左右方向断面模式図である。図９は、図８に示す画像生成装置の光学部材の平面図である。図１０は、画像生成装置の変形例の左右方向断面模式図である。図１１は、図１０に示す画像生成装置の第二の光学部材の平面図である。図１２は、液晶デバイスの変形例の斜視図である。図１３は、第三実施形態に係る画像生成装置の構成を示す断面模式図である。図１４は、図１３の光源基板の平面図である。図１５は、図１３の液晶デバイスの平面図である。図１６は、車両の乗員の視野領域の一例を示す図である。図１７は、第四実施形態に係る画像生成装置の構成を示す断面模式図である。以下、本開示の実施形態（以下、本実施形態という。）について図面を参照しながら説明する。本図面に示された各部材の寸法は、説明の便宜上、実際の各部材の寸法とは異なる場合がある。本実施形態の説明では、説明の便宜上、「左右方向」、「上下方向」、「前後方向」について適宜言及する場合がある。これらの方向は、図１に示すＨＵＤ（Ｈｅａｄ－ＵｐＤｉｓｐｌａｙ）２０について設定された相対的な方向である。ここで、「左右方向」は、「左方向」および「右方向」を含む方向である。「上下方向」は、「上方向」および「下方向」を含む方向である。「前後方向」は、「前方向」および「後方向」を含む方向である。左右方向は、図１では示されていないが、上下方向および前後方向に直交する方向である。図１は、ＨＵＤ２０を車両１の側面側から見た模式図である。ＨＵＤ２０は、少なくともＨＵＤ２０の一部が車両１の内部に位置する。具体的には、ＨＵＤ２０は、車両１の室内の所定箇所に設置されている。例えば、ＨＵＤ２０は、車両１のダッシュボード内に配置されてもよい。ＨＵＤ２０は、所定の情報が車両１の外部の現実空間（特に、車両１の前方の周辺環境）と重畳されるように、当該情報を車両１の乗員に向けて画像として表示するように構成されている。ＨＵＤ２０によって表示される情報は、例えば、車両１の走行に関連した車両走行情報及び／又は車両１の周辺環境に関連した周辺環境情報（特に、車両１の外部に存在する対象物に関連した情報）等である。ＨＵＤ２０は、車両１と乗員との間の視覚的インターフェースとして機能するＡＲディスプレイである。図１に示すように、ＨＵＤ２０は、ＨＵＤ本体部２１を備える。ＨＵＤ本体部２１は、本体ハウジング２２と、出射窓２３とを有する。出射窓２３は可視光を透過させる透明板で構成されている。ＨＵＤ本体部２１は、本体ハウジング２２の内部に、画像生成装置（ＰＧＵ）２４と、制御部２５と、凹面鏡２６（反射部の一例）と、平面鏡２８と、を有する。画像生成装置２４は、ＨＵＤ２０により車両１の乗員に向けて表示される少なくとも一つの画像を生成するための光を出射するように構成されている。画像は、所定の情報（コンテンツ）を表示するための２Ｄ画像または３Ｄ画像である。画像生成装置２４は、例えば、車両１の状況に応じて変化する変化画像を生成するための光を出射可能である。画像生成装置２４は、本体ハウジング２２内において、光を上方に出射するように設置されている。制御部２５は、ＨＵＤ２０の各部の動作を制御する。制御部２５は、車両１の車両制御部（図示せず）に接続されており、例えば、車両制御部から送信される車両走行情報や周辺環境情報等に基づいて、画像生成装置２４の動作を制御するための制御信号を生成し、生成された制御信号を画像生成装置２４に送信する。制御部２５は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）等のプロセッサとメモリが搭載され、メモリから読みだしたコンピュータプログラムをプロセッサが実行して、画像生成装置２４等の動作を制御する。平面鏡２８は、画像生成装置２４から出射される光の光路上に配置されている。具体的には、平面鏡２８は、画像生成装置２４の上方に配置され、画像生成装置２４から出射された光を凹面鏡２６に向けて反射するように構成されている。凹面鏡２６は、画像生成装置２４から出射されて平面鏡２８により反射された光の光路上に配置されている。具体的には、凹面鏡２６は、本体ハウジング２２内において、画像生成装置２４及び平面鏡２８の前側に配置されている。凹面鏡２６は、画像生成装置２４から出射された光をウインドシールド１８（例えば、車両１のフロントウィンドウ）に向けて反射するように構成されている。凹面鏡２６は、所定の画像を形成するために凹状に湾曲した反射面を有し、画像生成装置２４から出射され結像された光の像を所定の倍率で反射させる。凹面鏡２６は、例えば駆動機構２７を有し、制御部２５から送信される制御信号に基づいて凹面鏡２６の位置及び向きを変化させることができるように構成されていてもよい。画像生成装置２４から出射された光は、平面鏡２８及び凹面鏡２６で反射されてＨＵＤ本体部２１の出射窓２３から出射される。ＨＵＤ本体部２１の出射窓２３から出射された光は、ウインドシールド１８に照射される。出射窓２３からウインドシールド１８に照射された光の一部は、乗員の視点Ｅに向けて反射される。この結果、乗員は、ＨＵＤ本体部２１から出射された光をウインドシールド１８の前方の所定の距離において形成される虚像（所定の画像）として認識する。このように、ＨＵＤ２０によって表示される画像がウインドシールド１８を通して車両１の前方の現実空間に重畳される結果、乗員は、所定の画像により形成される虚像オブジェクトＩが車両外部に位置する道路上に浮いているように視認することができる。ここで、乗員の視点Ｅは、乗員の左目の視点又は右目の視点のいずれかであってもよい。または、視点Ｅは、左目の視点と右目の視点を結んだ線分の中点として規定されてもよい。乗員の視点Ｅの位置は、例えば、車両１の内部に配置されたカメラによって取得された画像データに基づいて特定されうる。乗員の視点Ｅの位置は、所定の周期で更新されてもよいし、車両１の起動時に一回だけ決定されてもよい。なお、虚像オブジェクトＩとして２Ｄ画像（平面画像）を形成する場合には、所定の画像を任意に定めた単一距離の虚像となるように投影する。虚像オブジェクトＩとして３Ｄ画像（立体画像）を形成する場合には、互いに同一または互いに異なる複数の所定の画像をそれぞれ異なる距離の虚像となるように投影する。また、虚像オブジェクトＩの距離（乗員の視点Ｅから虚像までの距離）は、画像生成装置２４から乗員の視点Ｅまでの距離を調整する（例えば画像生成装置２４と凹面鏡２６との間の距離を調整する）ことによって適宜調整可能である。また本例では、画像生成装置２４から出射された光が平面鏡２８と凹面鏡２６とで２回反射される構成を説明したが、平面鏡２８は無く凹面鏡２６のみが配置され、光が１回反射される構成としてもよい。（第一実施形態）図２から図７を参照して、第一実施形態に係る画像生成装置２４Ａについて説明する。図２は、画像生成装置２４Ａの構成を示す左右方向断面模式図である。図２に示すように、画像生成装置２４Ａは、光源１１１と、レンズ１２０（光学素子）と、液晶デバイス１３０と、拡散シート１４０Ａ（光学部材）を備えている。レンズ１２０は、光源１１１の上側に配置される。液晶デバイス１３０は、レンズ１２０の上側に配置される。拡散シート１４０Ａは、レンズ１２０と液晶デバイス１３０の間に配置される。光源１１１は、例えば、レーザ光源またはＬＥＤ光源である。レーザ光源は、例えば、赤色レーザ光と、緑光レーザ光と、青色レーザ光をそれぞれ出射するように構成されたＲＧＢレーザ光源である。ＬＥＤ光源は、例えば、白色のＬＥＤ光源である。光源１１１は、光源基板１１０に搭載されている。本例においては、光源１１１は、第一光源１１１Ａと第二光源１１１Ｂを備えている。第一光源１１１Ａと第二光源１１１Ｂは、光源基板１１０上において、左右方向に一定の距離だけ離隔して配置されている。光源基板１１０は、例えば、絶縁体からなるベース基板の表面や内部に電気回路の配線がプリントされたプリント基板である。光源基板１１０は、制御部２５に電気的に接続されている。レンズ１２０は、例えば、光源１１１からの光が入射される入射面１２２及び当該入射した光が出射される出射面１２３のいずれも凸面状に形成された非球面凸レンズである。レンズ１２０は、光源１１１から出射された光を透過させて液晶デバイス１３０に向けて出射するように構成されている。本例においては、レンズ１２０は、第一光源１１１Ａから出射された第一光を透過する第一領域１２１Ａと、第二光源１１１Ｂから出射された第二光を透過する第二領域１２１Ｂとを有している。第一領域１２１Ａは、第一光源１１１Ａに対応した非球面凸レンズである。第二領域１２１Ｂは、第二光源１１１Ｂに対応した非球面凸レンズである。第一領域１２１Ａの入射面１２２Ａ及び第二領域１２１Ｂの入射面１２２Ｂは、下方にやや膨らんだ凸状の入射面である。第一領域１２１Ａの出射面１２３Ａ及び第二領域１２１Ｂの出射面１２３Ｂは、上方に膨らんだ凸状の出射面である。左側に配置される第一領域１２１Ａにおける右側の一部分と、右側に配置される第二領域１２１Ｂにおける左側の一部分とが結合されている。レンズ１２０は、例えば、第一光源１１１Ａの発光面中心が第一領域１２１Ａの焦点位置となるとともに第二光源１１１Ｂの発光面中心が第二領域１２１Ｂの焦点位置となるように、レンズホルダ（図示せず）に取り付けられている。拡散シート１４０Ａは、例えばＯＨＰシートを含む樹脂薄膜シートである。本例では、拡散シート１４０Ａは、レンズ１２０と液晶デバイス１３０の間であって、液晶デバイス１３０に対向するように配置される。拡散シート１４０Ａは、レンズ１２０から照射された光の一部を減光するように構成されている。レンズ１２０から照射された光の他の一部は、拡散シート１４０Ａを通過する。拡散シート１４０Ａを通過した光は、液晶デバイス１３０に進む。拡散シート１４０Ａの更なる詳細は、図５を参照して後述する。液晶デバイス１３０は、拡散シート１４０Ａを通過した光により所定の画像を生成するための光を形成する。液晶デバイス１３０は、例えば、画像を生成する光を出射するための光出射面を画像生成装置２４Ａの上方へ向けた状態でＰＧＵハウジング（図示せず）の上面部に取り付けられている。液晶デバイス１３０は、例えば、液晶パネル１３１と駆動回路（図示せず）を有している。液晶パネル１３１を構成する画素の各々は、駆動回路により、レンズ１２０を透過した光を透過させる状態と光を透過させない状態に制御される。画素ごとに光の透過と遮断が制御されることにより、所定の画像を生成するた