JP6700484B2 - Display device for displaying virtual image - Google Patents
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Description
本発明は、虚像を表示する表示装置に関する。 The present invention relates to a display device that displays a virtual image.
例えば、特許文献1には、表示器とレンズやミラー等の光学部材を具備した表示ユニットが記載されている。表示ユニットからの表示光線はフロントガラスの内面に設けられたコンバイナで運転者側へ反射される。運転者は表示光線によって風景に重ねて表示像を見る。位置調節手段によって表示器と光学部材との距離を変えて表示像の結像位置を遠くへ移動させる。 For example, Patent Document 1 describes a display unit including a display and optical members such as lenses and mirrors. The display light from the display unit is reflected to the driver side by the combiner provided on the inner surface of the windshield. The driver sees the display image by superimposing it on the landscape with the display light. The position adjusting means changes the distance between the display and the optical member to move the image formation position of the display image far.
しかしながら、表示器には給電線および信号線などが繋がっている。そのため、表示器を移動させるためには、給電線および信号線などが動くスペースを要し、小型化が困難であった。 However, the power supply line and the signal line are connected to the display. Therefore, in order to move the display, a space for moving the power supply line, the signal line, and the like is required, which makes it difficult to reduce the size.
本発明は、映像形成部を移動させずに、虚像の表示される位置を変更することができる表示装置を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a display device that can change the position where a virtual image is displayed without moving the image forming unit.
虚像を表示する表示装置は、第1の映像光を出射する映像形成部と、前記第1の映像光を反射して第2の映像光を出射する第1の反射部材と、前記第2の映像光を反射して第3の映像光を出射する第2の反射部材と、前記第3の映像光を基に映像を表示するスクリーンと、前記スクリーンに表示された映像を虚像として投影する投影部とを備え、前記第1の映像光の中心光線が入射する前記第1の反射部材の第1の入射点、前記第2の映像光の中心光線が入射する前記第2の反射部材の第2の入射点、および前記第3の映像光の中心光線が入射する前記スクリーンの第3の入射点は、同一の平面上にあり、前記スクリーンは、前記投影部に対して近接または離間する方向へ移動し、前記スクリーンが前記方向へ移動する際、前記第1の反射部材および前記第2の反射部材の少なくとも一方の移動、前記第1の反射部材の前記平面に垂直な第1の回転軸を中心とした回転、および前記第2の反射部材の前記平面に垂直な第2の回転軸を中心とした回転によって、前記第3の映像光の中心光線は、前記スクリーンに対する前記第3の入射点の位置を保持して平行に移動し、前記第1の映像光の中心光線の光路長、前記第2の映像光の中心光線の光路長、および前記第3の映像光の中心光線の光路長の和は、一定となることを特徴とする。 A display device that displays a virtual image includes an image forming unit that emits a first image light, a first reflecting member that reflects the first image light and emits a second image light, and the second image forming unit. A second reflecting member that reflects image light and emits a third image light, a screen that displays an image based on the third image light, and a projection that projects the image displayed on the screen as a virtual image A first incident point of the first reflecting member on which the central ray of the first image light is incident, and a second reflecting member of the second reflecting member on which the central ray of the second image light is incident. The two incident points and the third incident point of the screen on which the central ray of the third image light is incident are on the same plane, and the screen is in a direction in which the screen approaches or separates from the projection unit. And a screen is moved in the direction, movement of at least one of the first reflecting member and the second reflecting member, a first rotation axis of the first reflecting member perpendicular to the plane. The center ray of the third image light is incident on the screen by the rotation about the center of the second reflection member and the rotation about the second rotation axis of the second reflection member perpendicular to the plane. An optical path length of the central ray of the first image light, an optical path length of the central ray of the second image light, and an optical path of the central ray of the third image light are moved while maintaining the position of the point and moving in parallel. The sum of the lengths is characterized by being constant.
映像形成部を移動させずに、虚像の表示される位置を変更することができる。 The position where the virtual image is displayed can be changed without moving the image forming unit.
以下の説明において、説明を簡単にするためにXYZ座標を用いる。X軸方向は、車両の左右方向である。+X軸方向は、車両の前方に対して左側である。−X軸方向は、車両の前方に対して右側である。Y軸方向は、車両の上下方向である。+Y軸方向は、車両の上方向である。つまり、+Y軸方向は、空の方向である。−Y軸方向は、車両の下方向である。つまり、−Y軸方向は、路面の方向である。Z軸方向は、車両の前後方向である。+Z軸方向は、車両の前方向である。つまり、+Z軸方向は、虚像が表示される方向である。−Z軸方向は、車両の後方向である。RX方向は、X軸を回転軸とした回転方向である。+RX方向は、−X軸方向から見て時計回りである。−RX方向は、−X軸方向から見て反時計回りである。 In the following description, XYZ coordinates are used to simplify the description. The X-axis direction is the left-right direction of the vehicle. The +X axis direction is on the left side with respect to the front of the vehicle. The −X axis direction is on the right side with respect to the front of the vehicle. The Y-axis direction is the vertical direction of the vehicle. The +Y axis direction is the upward direction of the vehicle. That is, the +Y axis direction is the empty direction. The −Y axis direction is the downward direction of the vehicle. That is, the -Y axis direction is the direction of the road surface. The Z-axis direction is the front-back direction of the vehicle. The +Z axis direction is the front direction of the vehicle. That is, the +Z axis direction is the direction in which the virtual image is displayed. The −Z axis direction is the rearward direction of the vehicle. The RX direction is a rotation direction with the X axis as the rotation axis. The +RX direction is clockwise when viewed from the −X axis direction. The −RX direction is counterclockwise when viewed from the −X axis direction.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る虚像を表示する表示装置1の構成図である。図2は、実施の形態1に係る虚像を表示する表示装置1の部分構成図である。Embodiment 1.
FIG. 1 is a configuration diagram of a display device 1 that displays a virtual image according to the first embodiment. FIG. 2 is a partial configuration diagram of the display device 1 that displays a virtual image according to the first embodiment.
表示装置1は、例えば、車両に搭載されるヘッドアップディスプレイ(HUD)に用いられる表示装置である。実施の形態1では、一例として、フロントガラス型のヘッドアップディスプレイを示している。フロントガラス型のヘッドアップディスプレイは、フロントガラスに映像を反射させて運転手の視野内に情報を表示する。しかし、表示装置1は、コンバイナ型のヘッドアップディスプレイに用いられてもよい。コンバイナ型のヘッドアップディスプレイは、運転手の前方の風景と映像とを重ねて見せるハーフミラー(コンバイナという)を用いる。 The display device 1 is, for example, a display device used for a head-up display (HUD) mounted on a vehicle. In the first embodiment, a windshield type head-up display is shown as an example. A windshield type head-up display reflects information on the windshield to display information within the driver's field of view. However, the display device 1 may be used for a combiner type head-up display. The combiner-type head-up display uses a half mirror (called combiner) that shows the scenery in front of the driver and the image in a superimposed manner.
なお、映像を運転手の視野内に表示するために、アイボックス25が設定されている。アイボックス25は、その範囲にアイポイント2があれば、運転手が虚像の映像を視認できる領域である。図1では、アイポイント2はアイボックス25の中央に位置している。
An
表示装置1は、第1の位置に虚像を表示する第1の状態と、第2の位置に虚像を表示する第2の状態とを有する。図面および以降の説明においては、符号に「a」または「b」を付す場合がある。「a」は、第1の状態を示している。また、「b」は、第2の状態を示している。そして、各状態を示す必要のない場合には、「a」または「b」を省いた符号を用いる。また、数式で用いる符号は、実施の形態および変形例での説明のために用いている。 The display device 1 has a first state in which a virtual image is displayed at the first position and a second state in which a virtual image is displayed at the second position. In the drawings and the following description, the symbols may be attached with “a” or “b”. “A” indicates the first state. Moreover, "b" has shown the 2nd state. Then, when it is not necessary to indicate each state, a code omitting "a" or "b" is used. The reference numerals used in the mathematical formulas are used for the description of the embodiments and the modifications.
また、図1から図8には、映像光が示されている。各図において、各映像光は、当該映像光の光束の中心光線で示されている。光束は投射される映像光の光線の集りである。中心光線は、光束の中心に位置する光線であり、画角を持った映像光の光束の中心を通過する光線である。図7を除く各図において、中心光線は、一点鎖線で示されている。ただし、映像光71は実線で示されている。なお、映像光72は、後述のように仮想光線である。
In addition, image light is shown in FIGS. 1 to 8. In each drawing, each image light is indicated by the central ray of the luminous flux of the image light. A light flux is a collection of projected image light rays. The central ray is a ray located at the center of the light flux, and is a light ray passing through the center of the light flux of the image light having an angle of view. In each figure except FIG. 7, the central ray is shown by a dashed line. However, the
表示装置1は、映像形成部6、スクリーン11、ミラー31、ミラー32および投影部4を備える。
The display device 1 includes an
映像形成部6は、映像光77を出射する。映像形成部6は、例えば、表示器である。
The
ミラー31は、映像形成部6から出射された映像光77を反射して反射光を映像光76として出射する。
The
ミラー32は、ミラー31から出射された映像光76を反射して反射光を映像光75として出射する。
The
スクリーン11は、ミラー32から出射された映像光75を基に映像を表示する。スクリーン11は、映像光75を基に形成される映像光74を出射する。
The
投影部4は、スクリーン11に表示された映像を虚像21として投影する。
The
上記構成において、映像光77の中心光線が入射するミラー31の第1の入射点、映像光76の中心光線が入射するミラー32の第2の入射点、および映像光75の中心光線が入射するスクリーン11の第3の入射点は、同一の平面上にある。図1および図2では、これらの入射点は、YZ平面上にある。
In the above configuration, the first incident point of the
スクリーン11は、投影部4に対して近接または離間する方向へ移動(または並進移動)する。例えば、スクリーン11は、投影部4から離間する方向に移動して、スクリーン11aの位置からスクリーン11bの位置に移動する。また、スクリーン11は、投影部4に近接する方向に移動して、スクリーン11bの位置からスクリーン11aの位置に移動する。
The
スクリーン11が投影部4に対して近接または離間する方向へ移動する際、ミラー31およびミラー32の少なくとも一方(実施の形態1ではミラー32)の移動(または並進移動)、ミラー31の上記平面に垂直な回転軸101を中心とした回転、およびミラー32の上記平面に垂直な回転軸102を中心とした回転によって、映像光75の中心光線は、スクリーン11に対する第3の入射点の位置を保持して平行に移動し、映像光77の中心光線の光路長、映像光76の中心光線の光路長、および映像光75の中心光線の光路長の和は、一定となる。ミラー31の回転軸101は、例えば、第1の入射点を含み、固定されている。
When the
次に、表示装置1の構成をより詳しく説明しながら、第1の状態について説明をする。 Next, the first state will be described while further describing the configuration of the display device 1.
映像形成部6は、映像光を投射する。「映像光」とは、映像情報を有する光である。映像形成部6は、映像光75をスクリーン11に投射する。
The
映像形成部6は、例えば、DMD(Digital Micromirror Device)と投影レンズとを用いたプロジェクタである。また、映像形成部6は、例えば、レーザー光を走査して、スクリーン11上に映像を形成してもよい。
The
映像形成部6は、領域61から映像光77を出射する。領域61は、映像光77が出射される領域である。図1では、映像光77は、映像形成部6から+Z軸方向に出射されている。例えば、映像光77の中心光線は、Z軸に平行である。
The
映像光77は、ミラー31aに到達する。そして、映像光77は、ミラー31aで反射される。映像光76aは、ミラー31aで反射された映像光77である。ミラー31aは、映像形成部6から出射された映像光77を反射する。
The
ミラー31aは、映像光77の中心光線を90度で反射する。つまり、ミラー31aに対する映像光77の中心光線の入射角は45度である。また、ミラー31aに対する映像光76aの中心光線の反射角も45度である。図1では、映像光76aは、+Y軸方向に進行する。例えば、映像光76aの中心光線は、Y軸に平行である。
The
映像光76aは、ミラー32aに到達する。そして、映像光76aは、ミラー32aで反射される。映像光75aは、ミラー32aで反射された映像光76aである。ミラー32aは、ミラー31aで反射された映像光76aを反射する。
The
ミラー32aは、映像光76aの中心光線を90度で反射する。つまり、ミラー32aに対する映像光76aの中心光線の入射角は45度である。また、ミラー32aに対する映像光75aの中心光線の反射角も45度である。図1では、映像光75aは、+Z軸方向に進行する。例えば、映像光75aの中心光線は、Z軸に平行である。
The
映像光75aは、スクリーン11aに到達する。そして、映像光75aが含む映像情報は、スクリーン11aに表示される。
The
スクリーン11には、映像形成部6から投射された映像光77を基に映像が表示される。スクリーン11は、例えば、スクリーン面を有し、スクリーン面は、映像光75の中心光線に対して垂直な平面である。第1の状態では、スクリーン11aのスクリーン面は、例えば、映像光75aの中心光線に対して垂直な平面である。
An image is displayed on the
スクリーン11は、例えば、透過型のスクリーンである。スクリーン11は、例えば、マイクロレンズアレイである。
The
スクリーン11から出射される映像光74は、映像光77を基に形成されている。スクリーン11から出射された映像光74は、投影部(または投射部)4に到達する。図1では、映像光74aは、+Z軸方向に進行する。例えば、映像光74aの中心光線は、Z軸に平行である。
The
なお、後述するように、第1の状態での映像光74aの中心光線は、第2の状態での映像光74bの中心光線と一致している。そのため、映像光74bの説明は、映像光74aの説明で代用する。なお、映像光74aの中心光線の光路長と映像光74bの中心光線の光路長とは異なる。実施の形態1では、映像光74aの中心光線の光路長は、映像光74bの中心光線の光路長よりも短い。 As will be described later, the central ray of the image light 74a in the first state matches the central ray of the image light 74b in the second state. Therefore, the description of the image light 74b will be substituted by the description of the image light 74a. The optical path length of the central ray of the image light 74a is different from the optical path length of the central ray of the image light 74b. In the first embodiment, the optical path length of the central ray of the image light 74a is shorter than the optical path length of the central ray of the image light 74b.
投影部4は、スクリーン11上に形成された映像を投影する。そして、投影部4は、虚像を形成する。実施の形態1では、例えば、投影部4は凹面ミラーである。
The
映像光74aは、投射部4に到達する。そして、投射部4は、映像光73を出射する。図1では、映像光73は、+Y軸方向に進行する。映像光73の中心光線は、必ずしもY軸に平行でなくてもよい。
The image light 74a reaches the
投影部4によって投射された映像光73は、例えば、フロントガラス3に到達する。投射部4で反射された映像光73は、例えば、フロントガラス3に到達する。フロントガラス3に到達した映像光73は、フロントガラス3で反射される。図1では、映像光71は、−Z軸方向に進行する。映像光71の中心光線は、必ずしもZ軸に平行でなくてもよい。
The
フロントガラス3で反射された映像光71は、運転者のアイボックス25に到達する。映像光71は、フロントガラス3で反射された映像光73である。
The
運転者は、映像光71によって、虚像21aを視認することができる。アイポイント2から虚像21aまでの距離は、距離L1である。距離L1は、映像光74aの光路長および映像光73の光路長の合計の光路長で決まる。
The
なお、映像光72は、実際の光ではない。映像光71を虚像21a,21b側に伸ばした仮の光である。また、映像光73およびそれよりも後の映像光72,71の中心光線は、第1の状態と第2の状態とで、重なっている。そのため、映像光73,72,71には、「a」または「b」を付していない。
The
例えば、映像形成部6がプロジェクタの場合には、表示距離が決まっている。つまり、映像形成部6からスクリーン11までの距離が決まっている。表示装置1では、映像光77の光路長、映像光76aの光路長および映像光75aの光路長の合計が決められている。
For example, when the
また、後述するように、映像光77の光路長、映像光76bの光路長および映像光75bの光路長の合計が決められている。そして、映像光76aの光路長および映像光75aの光路長の合計は、映像光76bの光路長および映像光75bの光路長の合計に等しい。なお、第1の状態と第2の状態において、映像光77の光路長は同じである。
As will be described later, the total of the optical path length of the
このように、決められた表示距離によって、映像形成部6は、スクリーン11に焦点の合った映像を表示することができる。
In this way, the
次に、第1の状態から第2の状態への動作を図2に基づいて説明する。 Next, the operation from the first state to the second state will be described based on FIG.
スクリーン11は映像光75の中心光線の方向に移動する。そして、スクリーン11aはミラー32側に移動する。つまり、図2に示すように、スクリーン11aは−Z方向に移動する。移動する前のスクリーン11は、スクリーン11aである。移動した後のスクリーン11は、スクリーン11bである。
The
スクリーン11aとスクリーン11bとは平行である。つまり、スクリーン11は、スクリーン面に垂直な方向に移動している。そして、映像光75の中心光線は、スクリーン11に対して垂直である。図2では、例えば、スクリーン11のスクリーン面に垂直な方向は、Z軸方向である。
The
スクリーンの動きに応じて、ミラー31は回転軸(または回転中心)101を中心として回転する。つまり、この動きに応じて、ミラー31aは回転中心101を中心として回転する。ミラー31aは、−RX方向に回転する。回転角度は、角度A1である。回転前のミラー31は、ミラー31aである。回転後のミラー31は、ミラー31bである。According to the movement of the screen, the
回転中心101は、映像光77の中心光線と映像光76aの中心光線とを含む平面に垂直である。また、回転中心101は、映像光77の中心光線と映像光76bの中心光線とを含む平面に垂直である。図2では、例えば、回転中心101は、X軸に平行である。
The
回転中心101は、例えば、ミラー31の反射面上に位置している。そして、回転中心101は、例えば、映像光77の中心光線と交差している。この場合には、第1の状態と第2の状態とで、映像光77の光路長は変化しない。
The
また、ミラー32は、スクリーン11のスクリーン面に垂直な方向に移動する。スクリーン11のスクリーン面に垂直な方向は、Z軸方向である。スクリーン11のスクリーン面に垂直な方向は、映像光75の中心光線に平行な方向である。そして、ミラー32aは、スクリーン11a側と反対の方向に移動する。ミラー32aは、−Z軸方向に移動する。
Further, the
また、ミラー32は、回転軸(または回転中心)102を中心に回転する。ミラー32aは、−RX方向に回転する。回転角度は、角度A2である。回転前のミラー32は、ミラー32aである。回転後のミラー32は、ミラー32bである。Further, the
回転中心102は、例えば、回転中心101に平行である。つまり、回転中心102は、映像光77の中心光線と映像光76a,76bの中心光線とを含む平面に垂直である。また、回転中心102は、映像光76a,76bの中心光線と映像光75a,75bの中心光線とを含む平面に垂直である。図2では、例えば、回転中心102は、X軸に平行である。なお、映像光75aの中心光線と映像光75bの中心光線とは重なっている。
The
回転中心102は、例えば、ミラー32の反射面上に位置している。そして、回転中心102は、例えば、映像光76の中心光線と交差している。つまり、回転中心102aは、例えば、映像光76aの中心光線と交差している。また、回転中心102bは、例えば、映像光76bの中心光線と交差している。
The
移動前および回転前のミラー32は、ミラー32aである。移動後および回転後のミラー32は、ミラー32bである。
The
この動作で、スクリーン11はスクリーン11bの位置に移動する。また、ミラー31は、ミラー31bの位置に移動する。ミラー32は、ミラー32bの位置に移動する。
By this operation, the
なお、ここでは、第1の状態から第2の状態への動作を説明した。しかし、逆の動作をすることで、第2の状態から第1の状態への動作も可能である。 Here, the operation from the first state to the second state has been described. However, by performing the reverse operation, the operation from the second state to the first state is possible.
角度A1は角度A2に等しい。つまり、角度A1と角度A2との関係は、式1の関係である。
A1=A2 ・・・(1)The angle A 1 is equal to the angle A 2 . That is, the relationship between the angle A 1 and the angle A 2 is the relationship of Expression 1.
A 1 =A 2 (1)
第1の状態での回転中心101から回転中心102aまでの距離を距離L3とする。第2の状態での回転中心101から回転中心102bまでの距離を距離L4とする。映像光76bの光路長が距離L4である。ミラー32の移動距離を距離L5とする。つまり、回転中心102aから回転中心102bまでの距離を距離L5とする。スクリーン11の移動距離を距離L6とする。The distance to the center of
ミラー32の移動量(距離L5)は、映像光77aの光路長、映像光76aの光路長(距離L3)および映像光75aの光路長の合計が、映像光77bの光路長、映像光76bの光路長(距離L4)および映像光75bの光路長の合計と一致するように決められる。The movement amount (distance L 5 ) of the
つまり、次式2の関係を満たす。
(L4+L5)−L3=L6 ・・・(2)
L5=L3+L6−L4 ・・・(2a)That is, the relationship of the following
(L 4 +L 5 )-L 3 =L 6 (2)
L 5 = L 3 + L 6 -
また、次の関係が成り立つ。
L4 2=L3 2+L5 2 ・・・(3)Also, the following relationship holds.
L 4 2 =L 3 2 +L 5 2 (3)
式3を式2aに代入すると、
L5=L3+L6−(L3 2+L5 2)0.5 ・・・(4)
L3+L6−L5=(L3 2+L5 2)0.5
(L3+L6)2−2×(L3+L6)×L5+L5 2=L3 2+L5 2
L5={(L3+L6)2−L3 2}/{2×(L3+L6)}
L5=(2×L3+L6)×L6/{2×(L3+L6)} ・・・(4a)Substituting equation 3 into equation 2a,
L 5 =L 3 +L 6 −(L 3 2 +L 5 2 ) 0.5 (4)
L 3 +L 6 −L 5 =(L 3 2 +L 5 2 ) 0.5
(L 3 +L 6 ) 2 −2×(L 3 +L 6 )×L 5 +L 5 2 =L 3 2 +L 5 2
L 5 ={(L 3 +L 6 ) 2- L 3 2 }/{2×(L 3 +L 6 )}
L 5 =(2×L 3 +L 6 )×L 6 /{2×(L 3 +L 6 )} (4a)
映像光76aの中心光線と映像光76bの中心光線とがなす角は、角度A1の2倍である。そのため、次の関係が成り立つ。
L5=L3×tan(2×A1) ・・・(5)
tan(2×A1)=L5/L3
A1=(1/2)×tan−1(L5/L3)
A1=(1/2)×tan−1[(2×L3+L6)×L6/{2×L3×(L3+L6)}]・・(5a)The angle formed by the central ray of the
L 5 =L 3 ×tan(2×A 1 )... (5)
tan(2×A 1 )=L 5 /L 3
A 1 =(1/2)×tan −1 (L 5 /L 3 ).
A 1 =(1/2)×tan −1 [(2×L 3 +L 6 )×L 6 /{2×L 3 ×(L 3 +L 6 )}]...(5a)
距離L6は、虚像21の移動量から決まる。虚像21の移動量は、L2−L1である。また、距離L3は設計値である。式4aから距離L5が求められる。式5aから角度A1が求められる。式1から角度A2が求められる。角度A2は角度A1と等しい。The distance L 6 is determined by the moving amount of the virtual image 21. The moving amount of the virtual image 21 is L 2 −L 1 . The distance L 3 is a design value. The distance L 5 is obtained from the equation 4a. The angle A 1 is obtained from the equation 5a. The angle A 2 is obtained from the expression 1. The angle A 2 is equal to the angle A 1 .
これによって、映像形成部6を移動させずに、アイポイント2から虚像21までの距離(または虚像21の位置)を変更することができる。
Accordingly, the distance from the
<変形例> <Modification>
図3は、変形例に係る虚像を表示する表示装置1aの構成図である。図4は、変形例に係る虚像を表示する表示装置1aの部分構成図である。変形例において、第1の状態は図1、2で説明した第1の状態と同じである。
FIG. 3 is a configuration diagram of a
変形例の表示装置1aでは、スクリーン11とミラー32とは一体として第1の回転をする。第1の回転は、回転軸(または回転中心)103を中心とする回転である。回転中心103は、例えば、スクリーン11の−Y軸方向側の端部である。回転中心103は、例えば、X軸に平行である。つまり、回転中心103は、映像光77aの中心光線と映像光76aの中心光線とを含む面に垂直である。
In the
また、ミラー32は、第1の回転とは別の第2の回転をする。つまり、ミラー32は、スクリーン11から独立して、第2の回転をする。第2の回転の回転中心は、回転軸(または回転中心)105である。回転中心105は、例えば、X軸に平行である。そして、回転中心105は、ミラー32の反射面上に位置している。そして、回転中心105は、映像光76の中心光線と交差している。第1の状態では、回転中心105aは、映像光76aの中心光線と交差している。第2の状態では、回転中心105bは、映像光76bの中心光線と交差している。
Further, the
ミラー31は、映像光77の中心光線の方向に移動する。また、ミラー31は、回転軸(または回転中心)104を中心として回転する。回転中心104は、例えば、X軸に平行である。そして、回転中心104は、ミラー31の反射面上に位置している。そして、回転中心104は、例えば、映像光77の中心光線と交差している。
The
なお、回転中心104は、表示装置1の回転中心101に相当する。回転中心105は、表示装置1の回転中心102に相当する。
The
変形例では、第1の状態の映像光77を映像光77aとして示す。また、第2の状態の映像光77を映像光77bとして示す。映像光77aの中心光線と映像光77bの中心光線とは重なっている。しかし、映像光77aの光路長は、映像光77bの光路長よりも短い。
In the modification, the
次に、第1の状態から第2の状態への動作を図4に基づいて説明する。 Next, the operation from the first state to the second state will be described based on FIG.
図4において、スクリーン11とミラー32とは回転中心103を中心として回転する。回転方向は、−RX方向である。回転角度は、角度A5である。回転前のスクリーン11は、スクリーン11aである。回転後のスクリーン11は、スクリーン11bである。In FIG. 4, the
この動きに応じて、ミラー32は、回転中心105を中心として回転する。回転方向は、−RX方向である。回転角度は、角度A6である。つまり、ミラー32は、第1の状態から角度A4だけ回転する。角度A4は、角度A5と角度A6とを加算した値である。回転前のミラー32は、ミラー32aである。回転後のミラー32は、ミラー32bである。In response to this movement, the
ミラー31は、映像光77の中心光線の方向に移動する。ミラー31aは、映像光77の光路長が長くなる方向に移動する。図4では、ミラー31aは、+Z軸方向に移動する。
The
また、ミラー31は、回転中心104を中心として回転する。回転方向は、−RX方向である。回転角度は、角度A3である。第1の状態でのミラー31は、ミラー31aである。第2の状態でのミラー31は、ミラー31bである。Further, the
この動作で、スクリーン11はスクリーン11bの位置に移動する。ミラー31は、ミラー31bの位置に移動する。ミラー32は、ミラー32bの位置に移動する。
By this operation, the
ミラー31の回転角度A3とスクリーン11の回転角度A5との関係は、次式6の関係にある。
A3=(1/2)×A5+A6 ・・・(6)Relationship between the rotation angle A 5 of the rotation angle A 3 and the
A 3 =(1/2)×A 5 +A 6 (6)
映像光76aの中心光線と映像光76bの中心光線との角度を角度A7とする。回転中心103と回転中心105aとを結ぶ線分と映像光75aの中心光線との角度を角度A8とする。The angle between the center ray of the
第1の状態の回転中心104aから第2の状態の回転中心104bまでの距離を距離L7とする。つまり、ミラー31の移動量をL7とする。スクリーン11aから回転中心105aまでの距離を距離L8とする。映像光75aの中心光線とスクリーン11aとの交点からスクリーン11の回転中心103までの距離を距離L9とする。映像光76bの光路長(中心光線の長さ)を距離L10とする。スクリーン11aから回転中心105bまでの距離を距離L11とする。A distance from the
ミラー31の移動量L7は、映像光77aの光路長、映像光76aの光路長および映像光75aの光路長の合計が、映像光77bの光路長、映像光76bの光路長および映像光75bの光路長の合計と一致するように決められる。The movement amount L 7 of the
映像光75aの光路長(中心光線の長さ)と映像光75bの光路長(中心光線の長さ)とは等しい。つまり、次式7の関係を満たす。
L3=(L7+L10) ・・・(7)The optical path length of the
L 3 =(L 7 +L 10 )... (7)
また、次の関係が成り立つ。
tan(A8)=L9/L8 ・・・(7a)
式7aから次式7bが求められる。
A8=tan−1(L9/L8) ・・・(7b)Also, the following relationship holds.
tan (A 8) = L 9 / L 8 ··· (7a)
The following expression 7b is obtained from the expression 7a.
A 8 = tan -1 (L 9 / L 8) ··· (7b)
回転中心103から回転中心105bまでの距離は、回転中心103から回転中心105aまでの距離に等しい。また、回転中心103と回転中心105aとを結んだ線分と、回転中心103と回転中心105bとを結んだ線分とがなす角は、角度A5に等しい。The distance from the
距離L11は、次式8のように表わされる。そして、式7bを次式8に代入すると距離L11が求められる。
L11=(L8 2+L9 2)0.5×cos(A8−A5) ・・・(8)The distance L 11 is represented by the following Expression 8. Then, by substituting the equation 7b into the following equation 8, the distance L 11 is obtained.
L 11 =(L 8 2 +L 9 2 ) 0.5 ×cos(A 8 −A 5 )...(8)
また、次の関係が成り立つ。
tan(A7)=(L11−L8)/{(L8 2+L9 2)0.5×sin(A8−A5)} ・・・(9a)
A7=tan−1[(L11−L8)/{(L8 2+L9 2)0.5×sin(A8−A5)}] ・・・(9b)
式7bおよび式8を式9bに代入すると角度A7が求められる。Also, the following relationship holds.
tan(A 7 )=(L 11 −L 8 )/{(L 8 2 +L 9 2 ) 0.5 ×sin(A 8 −A 5 )} (9a)
A 7 =tan −1 [(L 11 −L 8 )/{(L 8 2 +L 9 2 ) 0.5 ×sin(A 8 −A 5 )}] (9b)
By substituting the equations 7b and 8 into the equation 9b, the angle A 7 is obtained.
また、次の関係が成り立つ。
L10×cos(A7)=L3−L9+(L8 2+L9 2)0.5×sin(A8−A5) ・・・(10a)
L10={L3−L9+(L8 2+L9 2)0.5×sin(A8−A5)}/cos(A7) ・・・(10b)
式9bを式10bに代入すると距離L10が求められる。Also, the following relationship holds.
L 10 × cos (A 7) = L 3 -L 9 + (L 8 2 + L 9 2) 0.5 × sin (A 8 -A 5) ··· (10a)
L 10 = {L 3 -L 9 + (L 8 2 + L 9 2) 0.5 × sin (A 8 -A 5)} / cos (A 7) ··· (10b)
By substituting the equation 9b into the equation 10b, the distance L 10 is obtained.
式7から次式11が求められる。
L7=L3−L10 ・・・(11)
式10bの距離L10の値を式11に代入すると距離L7が次式11aのとおり求められる。
L7=L3−{L3−L9+(L8 2+L9 2)0.5×sin(A8−A5)}/cos(A7) ・・・(11a)From Expression 7, the following
L 7 = L 3 -L 10 ··· (11)
By substituting the value of the distance L 10 in the expression 10b into the
L 7 =L 3 −{L 3 −L 9 +(L 8 2 +L 9 2 ) 0.5 ×sin(A 8 −A 5 )}/cos(A 7 )...(11a)
また、次の関係が成り立つ。
A7=2×A3・・・(12a)
A3=A7/2 ・・・(12b)
式9bの角度A7の値を式12bに代入すると角度A3が次式12cのとおり求められる。
A3=(1/2)×tan−1[(L11−L8)/{(L8 2+L9 2)0.5×sin(A8−A5)}] ・・・(12c)Also, the following relationship holds.
A 7 =2×A 3 (12a)
A 3 =A 7 /2 (12b)
By substituting the value of the angle A 7 of the expression 9b into the expression 12b, the angle A 3 is obtained as the following expression 12c.
A 3 =(1/2)×tan −1 [(L 11 −L 8 )/{(L 8 2 +L 9 2 ) 0.5 ×sin(A 8 −A 5 )}]...(12c)
式6から式13が求められる。式12bの角度A3の値を式13に代入して式13aが求められる。式13aに式9bを代入して、角度A6が求められる(式13b)。
A6=A3−(1/2)×A5 ・・・(13)
A6=(1/2)×A7−(1/2)×A5 ・・・(13a)
A6=(1/2)×tan−1[(L11−L8)/{(L8 2+L9 2)0.5×sin(A8−A5)}]−(1/2)×A5 ・・・(13b)
A 6 =A 3 −(1/2)×A 5 (13)
A 6 = (1/2) × A 7 - (1/2) × A 5 ··· (13a)
A 6 =(1/2)×tan −1 [(L 11 −L 8 )/{(L 8 2 +L 9 2 ) 0.5 ×sin(A 8 −A 5 )}]−(1/2) ×A 5 ...(13b)
距離L3,L8,L9は設計値である。虚像21bの傾斜角度から角度A5が決まる。角度A8は、式7bにより、距離L8および距離L9から求められる。距離L11は、式8により、距離L8、距離L9、角度A5および角度A8から求められる。角度A7は、式9bにより、距離L8、距離L9、距離L11、角度A5および角度A8から求められる。距離L10は、式10bにより、距離L3、距離L8、距離L9、角度A5、角度A8および角度A7から求められる。距離L7は、式11により、距離L3と距離L10とから求められる。角度A3は、式12bより、角度A7から求められる。角度A6は、式13により、角度A3と角度A5とから求められる。The distances L 3 , L 8 and L 9 are design values. The angle A 5 is determined from the tilt angle of the
スクリーン11bは、映像光74の中心光線に対して傾斜している。このため、虚像21bは映像光72の中心光線に対して傾斜して表示される。例えば、虚像21aが垂直に表示された虚像の場合に、虚像21bは前方(+Z軸方向)に傾斜した虚像となる。
The
以上のように、表示装置1において、スクリーン11は、映像光75の中心光線の方向に移動する。ミラー31は、角度A1で回転する。ミラー32は、映像光75の中心光線の方向に移動する。そして、ミラー32は、角度A2で回転する。これらによって、映像形成部(または表示器)を移動させずに、虚像の表示される位置を変更することができる。As described above, in the display device 1, the
また、表示装置1aにおいて、スクリーン11およびミラー32は、回転中心103を中心に回転する。また、ミラー32は、回転中心105を中心に回転する。ミラー31は、映像光77の中心光線の方向に移動する。そして、ミラー31は、回転中心104を中心に回転する。これらによって、映像形成部(または表示器)を移動させずに、虚像の表示される位置を変更することができる。
Further, in the
また、例えば、映像光77は、第1の映像光である。映像光76は、第2の映像光である。映像光75は、第3の映像光である。ミラー31は、第1の反射部材である。ミラー32は、第2の反射部材である。回転中心101は、第1の回転軸である。回転中心102は、第2の回転軸である。回転中心103は、第3の回転軸である。
Further, for example, the
実施の形態2.
図5は、実施の形態2に係る虚像を表示する表示装置1cの構成図である。図6は、実施の形態2に係る虚像を表示する表示装置1cの部分構成図である。実施の形態2において、表示装置1cを除く構成は実施の形態1と等しい。以下の説明では、実施の形態1と同一または対応する要素には同一の符号を付し、実施の形態1との相違点について主に説明する。
FIG. 5 is a configuration diagram of a
実施の形態1では、第3の映像光75の中心光線は、スクリーン11に対して垂直であったが、実施の形態2では、第3の映像光75の中心光線は、スクリーン11に対して垂直でない。実施の形態2では、スクリーン11に対して垂直な直線(すなわちスクリーン11の法線)と第3の映像光75の中心光線とのなす角度が角度θとなるようにした。そのため、スクリーン11に対して第3の映像光75が斜めに投射される。
In the first embodiment, the center ray of the
ミラー31は、第1の入射点R1を中心として回転する。ミラー31は、第1の入射点R1を含みYZ平面に垂直な第1の回転軸を中心として回転する。第1の状態のミラー31は、ミラー31aである。第2の状態のミラー31は、ミラー31bである。
The
ミラー31は、ミラー31の反射面上の第1の入射点R1で、例えば、映像光77の中心光線が入射される。この場合には、第1の状態と第2の状態とで、映像光77の光路長は変化しない。
At the first incident point R1 on the reflecting surface of the
ミラー32は、回転と移動(または並進移動)を行う。ミラー32は、第2の入射点R2を含みYZ平面に垂直な第2の回転軸を中心として回転する。第1の状態のミラー32は、ミラー32aである。第2の状態のミラー32は、ミラー32bである。
The
映像光76の中心光線は、ミラー32の反射面上の第2の入射点R2に入射する。第2の入射点R2からは、映像光75の中心光線が反射光として出射される。
The central ray of the image light 76 is incident on the second incident point R2 on the reflecting surface of the
スクリーン11は、投影部4に対して近接または離間する方向に並進移動する。スクリーン11の移動方向は+Z方向または−Z方向である。移動方向はこれに限定するものではなく、映像光74の光路長に変化を生じさせる方向であればよい。スクリーン11は、映像光74に対して垂直な状態を保って移動する。第1の状態のスクリーン11は、スクリーン11aである。第2の状態のスクリーン11は、スクリーン11bである。
The
スクリーン11は、スクリーン面を有し、スクリーン面は、その法線と映像光75の中心光線とのなす角度が角度θとなる平面である。スクリーン11は、第3の入射点R3で、映像光75の中心光線が入射される。
The
スクリーン11が移動する際、ミラー31が回転し、ミラー32が回転と移動(または並進移動)を行うことで、映像光75の中心光線は、スクリーン11に対する第3の入射点R3の位置を保持しながら、平行に移動する。
When the
第1の入射点R1と、第2の入射点R2と、第3の入射点R3は、同一の平面上にある。図6では、例えば、第1の入射点R1と、第2の入射点R2と、第3の入射点R3は、YZ平面上にある。 The first incident point R1, the second incident point R2, and the third incident point R3 are on the same plane. In FIG. 6, for example, the first incident point R1, the second incident point R2, and the third incident point R3 are on the YZ plane.
スクリーン11が投影部4に対して近接または離間する方向へ移動する際、第3の入射点R3は、スクリーン11上の一定の位置に保持され、第1の入射点R1は、映像光77の中心光線とミラー31の反射面との交点に位置し、第2の入射点R2は、第3の入射点R3を通り、スクリーン11の法線に対して角度θをなす直線上で、映像形成部6から第1の入射点R1までの距離、第1の入射点R1から第2の入射点R2までの距離、および第2の入射点R2から第3の入射点R3までの距離の和が一定となるミラー32の反射面上の点に位置する。
When the
ミラー31は、第1の入射点R1で映像光77の中心光線を反射し、映像光76の中心光線が第2の入射点R2へ向かうように配置される。ミラー32は、第2の入射点R2で映像光76の中心光線を反射し、映像光75の中心光線が第3の入射点R3へ向かうように配置される。第1の回転軸は、第1の入射点R1を含み、固定されている。
The
次に、第1の状態から第2の状態への動作を図6に基づいて説明する。 Next, the operation from the first state to the second state will be described based on FIG.
図6において、スクリーン11は並進移動する。移動方向は、−Z方向である。並進移動前のスクリーン11は、スクリーン11aである。並進移動後のスクリーン11は、スクリーン11bである。
In FIG. 6, the
この動きに応じて、ミラー32は回転と移動を行う。回転方向は、−RX方向である。回転角度は、角度A9である。移動方向は−Z方向である。回転及び移動前のミラー32は、ミラー32aである。回転及び移動後のミラー32は、ミラー32bである。In response to this movement, the
ミラー31は、第1の入射点R1を中心として回転する。回転方向は、−RX方向である。回転角度は、角度A10である。回転前のミラー31は、ミラー31aである。回転後のミラー31は、ミラー31bである。The
この動作で、スクリーン11はスクリーン11bの位置に移動する。ミラー32は、ミラー32bの位置に移動する。ミラー31は、ミラー31bの位置に移動する。
By this operation, the
なお、ここでは、第1の状態から第2の状態への動作を説明した。しかし、逆の動作をすることで、第2の状態から第1の状態への動作も可能である。 Here, the operation from the first state to the second state has been described. However, by performing the reverse operation, the operation from the second state to the first state is possible.
ミラー31の回転角度A10とミラー32の回転角度A9は等しい。つまり、角度A10と角度A9は式15の関係である。
A10=A9 ・・・(15)The rotation angle A 10 of the
A 10 =A 9 (15)
ミラー32の移動位置は、第1の状態と第2の状態との映像光の中心光線の光路長が等しくなるように決められる。図6では、第1の状態と第2の状態とで映像光77の光路長は変化しない。したがって、ミラー32の移動位置は、映像光77の光路長、映像光76aの光路長および映像光75aの光路長の合計が、映像光77の光路長、映像光76bの光路長および映像光75bの光路長の合計と一致するように決められる。
The movement position of the
次に、ミラー32の移動位置の算出方法を説明する。図7は、ミラーの座標位置を示す平面座標の図である。説明を簡単にするためyz座標を用いる。入射点R1と、入射点R2と、入射点R3とは、yz平面上にある。yz座標系は、XYZ座標系のYZ座標系を時計回りに角度θ回転し、Z方向の正負を逆にした座標系に等しい。つまり、y軸は、Y軸を時計回りに角度θだけ回転させることで得られる軸に等しく、z軸は、Z軸を時計回りに角度θだけ回転させ、さらにZ軸の正負の方向を逆にすることで得られる軸に等しい。yz座標系において、点Pのz座標値をa、点Pのy座標値をbとしたとき、点Pの座標は(a,b)と表す。
Next, a method of calculating the movement position of the
yz座標系の原点(0,0)を入射点R1とする。第1の状態の入射点R2aの座標を(0,n1)とする。第2の状態の入射点R2bの座標を(z2,n2)とする。第1の状態の入射点R3aの座標を(m1,n1)とする。第2の状態の入射点R3bの座標を(m2,n2)とする。 The origin (0, 0) of the yz coordinate system is the incident point R1. The coordinates of the incident point R2a in the first state are (0, n1). The coordinates of the incident point R2b in the second state are (z2,n2). The coordinates of the incident point R3a in the first state are (m1, n1). The coordinates of the incident point R3b in the second state are (m2, n2).
入射点R1と入射点R2aを結んだ点線は、第1の状態の映像光76aの中心光線を表す。入射点R2aと入射点R3aを結んだ点線は、第1の状態の映像光75aの中心光線を表す。入射点R1と入射点R2bを結んだ破線は、第2の状態の映像光76bの中心光線を表す。入射点R2bと入射点R3bを結んだ破線は、第2の状態の映像光75bの中心光線を表す。映像光77の中心光線については、第1の状態と第2の状態とで一致するため省略している。以降において、映像形成部6からスクリーン11までの映像光の光路長から映像光77の光路長を除いた長さを全光路長Lという。
A dotted line connecting the incident point R1 and the incident point R2a represents the central ray of the
説明を簡単にするために、第1の状態において、入射点R2aはy軸上にあり、映像光75aの中心光線はz軸と平行とする。このとき、入射点R2aのz座標の値は0となる。入射点R2aのy座標の値は、入射点R3aのy座標の値n1と等しくなる。また、映像光75aは平行に移動するため、映像光75bもz軸と平行となる。そのため、入射点R2bのy座標の値は、入射点R3bのy座標の値n2と等しくなる。
In order to simplify the explanation, in the first state, the incident point R2a is on the y-axis, and the central ray of the
第1の状態の全光路長Lは、映像光76aの中心光線と映像光75aの中心光線の距離の合計であり、次式16を満たす。
L=n1−m1 ・・・(16)The total optical path length L in the first state is the sum of the distances between the center ray of the
L=n1-m1 (16)
第1の状態の全光路長Lと第2の状態の全光路長Lは等しい。第2の状態の全光路長Lは、映像光76bの中心光線と映像光75bの中心光線の距離の合計であり、次式17を満たす。
L=(z2−m2)+(z22+n22)0.5 ・・・(17)
式17を入射点R2bのz座標値z2についてまとめると次式18が求められる。
z2={(L+m2)2−n22}/{2×(L+m2)}・・・(18)The total optical path length L in the first state and the total optical path length L in the second state are equal. The total optical path length L in the second state is the sum of the distances between the center ray of the
L = (z2-m2) + (
When Formula 17 is summarized with respect to the z coordinate value z2 of the incident point R2b, the following Formula 18 is obtained.
z2={(L+m2) 2 −n2 2 }/{2×(L+m2)} (18)
式16を式18に代入すると入射点R2bのz座標値z2が求められる。 By substituting the equation 16 into the equation 18, the z coordinate value z2 of the incident point R2b is obtained.
また、映像光76aの中心光線と映像光76bの中心光線のなす角度A11については次式19の関係が成り立つ。
tan(A11)=z2/n2・・・(19)
A11=tan−1(z2/n2)・・・(20)Further, regarding the angle A 11 formed by the central ray of the
tan(A 11 )=z2/n2...(19)
A 11 =tan −1 (z2/n2) (20)
角度A11は、ミラー31の回転角度A10に対応するミラー31の反射光の回転角度であることから、次式21の関係が成り立つ。
A10=1/2×A11・・・(21)Since the angle A 11 is the rotation angle of the reflected light of the
A 10 =1/2×A 11 (21)
式21に式20を代入するとミラー31の回転角度A10が次式22のとおり求められる。
A10=1/2×tan−1(z2/n2)・・・(22)
また、式15より、ミラー31の回転角度A10とミラー32の回転角度A9は等しいことから、ミラー32の回転角度A9も求まる。By substituting the equation 20 into the equation 21, the rotation angle A 10 of the mirror 31 can be obtained by the following equation 22.
A 10 =1/2×tan −1 (z2/n2) (22)
Further, from equation 15, since the rotation angle A 9 of the rotation angle A 10 and the
第1の状態の入射点R3aの座標(m1,n1)は、移動前のスクリーン11の座標位置であり、設計値である。式16より、全光路長Lが求められる。第2の状態の入射点R3bの座標(m2,n2)は、移動後のスクリーン11の座標位置であり、設計値である。全光路長Lと式18より、入射点R2bのz座標値z2が求められる。入射点R2bのz座標値z2と式22より、ミラー31の回転角度A10が求められる。回転角度A10と式15より、ミラー32の回転角度A9が求められる。The coordinates (m1, n1) of the incident point R3a in the first state are the coordinate position of the
以上によって、映像形成部6を移動させずに、アイポイント2から虚像21までの距離(または虚像21の位置)を変更することができる。
As described above, the distance from the
また、ミラー31を移動(または並進移動)してもよい。例えば、ミラー31を映像光77の中心光線方向に移動してもよい。この場合も、ミラー31およびミラー32は、映像形成部6からスクリーン11までの映像光の光路長が一定となるように動作する。表示装置1cは、スクリーン11が投影部4に対して近接または離間する方向へ移動する際、ミラー31の移動(または並進移動)、ミラー31の第1の回転軸を中心とした回転、およびミラー32の第2の回転軸を中心とした回転によって、映像光75の中心光線がスクリーン11に対する第3の入射点R3の位置を保持して平行に移動し、映像光77の中心光線の光路長、映像光76の中心光線の光路長、および映像光75の中心光線の光路長の和が一定となるように構成されてもよい。例えば、スクリーン11が投影部4に対して近接または離間する方向へ移動する際、第3の入射点R3は、スクリーン11上の一定の位置に保持され、第2の入射点R2は、第3の入射点R3を通り、スクリーン11の法線に対して角度θをなす直線とミラー32の反射面との交点に位置し、第1の入射点R1は、映像光77の中心光線上で、映像形成部6から第1の入射点R1までの距離、第1の入射点R1から第2の入射点R2までの距離、および第2の入射点R2から第3の入射点R3までの距離の和が一定となるミラー31の反射面上の点に位置する。この場合、一例では、表示装置1cは、ミラー31およびミラー32の両方が移動(または並進移動)するように構成される。別の例では、表示装置1cは、ミラー31およびミラー32のうち、ミラー31のみが移動(または並進移動)するように構成される。
Further, the
上記の説明では、角度θが0でない場合を示したが、角度θを0としてもよい。以下に、スクリーン11に対して垂直な直線と第3の映像光75の中心光線とのなす角度θを0とした場合のミラー32の移動位置の算出方法を説明する。第1の状態の入射点R3aのy座標値n1と、第2の状態の入射点R3bのy座標値n2は等しくなり、次式23の関係が成り立つ。
n2=n1・・・(23)In the above description, the case where the angle θ is not 0 is shown, but the angle θ may be 0. Hereinafter, a method of calculating the movement position of the
n2=n1 (23)
式16と式23を式18に代入すると、次式24を得る。
z2={(n1−m1+m2)2−n12}/{2×(n1−m1+m2)}・・・(24)By substituting the equations 16 and 23 into the equation 18, the following equation 24 is obtained.
z2 = {(n1-m1 + m2) 2 -n1 2} / {2 × (n1-m1 + m2)} ··· (24)
映像光76aの中心光線の距離L3は、入射点R2aのy座標値n1と等しいため、次式25の関係が成り立つ。
L3=n1・・・(25)The distance of the central ray of the
L 3 =n1 (25)
スクリーン11の移動距離L6は、入射点R3bと入射点R3aの距離に等しいため、次式26の関係が成り立つ。
L6={(m2−m1)2+(n2−n1)2}0.5・・・(26)
式23を式26に代入すると、次式27を得る。
L6=m2−m1・・・(27)Since the moving distance L 6 of the
L 6 = {(m2-m1 ) 2 + (n2-n1) 2} 0.5 ··· (26)
By substituting the equation 23 into the equation 26, the following equation 27 is obtained.
L 6 =m2-m1 (27)
ミラー32の移動距離L5は、入射点R2bと入射点R2aの距離に等しいため、次式28の関係が成り立つ。
L5={z22+(n2−n1)2}0.5・・・(28)
式23を式28に代入すると、次式29を得る。
L5=z2・・・(29)Since the moving distance L 5 of the
L 5 ={z2 2 +(n2-n1) 2 } 0.5 ...(28)
By substituting the equation 23 into the equation 28, the following equation 29 is obtained.
L 5 =z2 (29)
式25、式27および式29を式24に代入すると、次式30aを得る。
L5={(L6+L3)2−L3 2}/{2×(L6+L3)}・・・(30)
L5=(2×L3+L6)×L6/{2×(L3+L6)}・・・(30a)By substituting the
L 5 = {(L 6 + L 3) 2 -L 3 2} / {2 × (
L 5 =(2×L 3 +L 6 )×L 6 /{2×(L 3 +L 6 )}...(30a)
式30aは、式4aと等しい。よって、実施の形態2において、スクリーン11に対して垂直な直線と第3の映像光75の中心光線とのなす角度θを0とした場合は、映像形成部6の配置等を除き、実施の形態1と同等である。
Equation 30a is equal to Equation 4a. Therefore, in the second embodiment, when the angle θ formed by the straight line perpendicular to the
図8は、実施の形態1のスクリーン11の上部のみを用いた例である。スクリーン11の上部に投射される映像光の中心光線75は、スクリーン11に対して斜めに投射される。一方、映像形成部6の光軸80は、スクリーン11に対して直角となっている。
FIG. 8 is an example in which only the upper portion of the
映像形成部6からスクリーン11までの映像光の中心光線の光路長は、スクリーン11aの場合とスクリーン11bの場合とで等しい。同時に、表示装置1の光学系の光軸の光路長は、スクリーン11aの場合とスクリーン11bの場合とで等しい。つまり、実施の形態1の表示装置1におけるスクリーン11の上部のみを用いた投射は、実施の形態2と同様の効果をもつ。
The optical path length of the central ray of the image light from the
図9は、実施の形態2に係る表示装置1cの構成の一例を示すブロック図である。図9の例では、表示装置1cは、スクリーン11、ミラー31、およびミラー32を駆動する駆動部90を有する。
FIG. 9 is a block diagram showing an example of the configuration of the
駆動部90は、スクリーン11、ミラー31、およびミラー32が上述のように動作するように、これらを駆動する。駆動部90は、スクリーン11を投影部4に対して近接または離間する方向に移動する。この際、駆動部90は、映像光75の中心光線がスクリーン11に対する第3の入射点R3の位置を保持しながら平行に移動し、映像光77の中心光線の光路長、映像光76の中心光線の光路長、および映像光75の中心光線の光路長の和が一定となるように、ミラー31およびミラー32を動かす。
The
駆動部90は、例えば、スクリーン11、ミラー31、およびミラー32を駆動する駆動機構91と、駆動機構91を制御する制御部92とを有する。
The
駆動機構91は、例えば、モータ等の駆動源と、駆動源からの駆動力をスクリーン11、ミラー31、およびミラー32に伝達するギア等の伝達部材とを有する。
The
制御部92は、駆動機構91を制御して、スクリーン11、ミラー31、およびミラー32の動作および位置を制御する。例えば、制御部92は、速度センサの検出結果等に基づき、車両の速度が大きくなるほどアイポイント2から虚像21までの距離が大きくなるように、スクリーン11、ミラー31、およびミラー32の位置を制御する。例えば、制御部92は、中央処理装置(CPU)等の処理部92aと、半導体メモリ等の記憶部92bとを有し、制御部92の機能は、処理部92aが、記憶部92bに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより実現される。ただし、制御部92の機能は、専用のハードウェア回路である処理回路によって実現されてもよい。
The
なお、駆動部90の構成は上記に限定されず、例えば、駆動部90は、運転手等のユーザから操作力を受けるレバー等の操作部を有し、操作部に与えられた操作力をスクリーン11、ミラー31、およびミラー32に伝達するように構成されてもよい。この場合、駆動機構91の駆動源および制御部92は、省略されてもよい。
The configuration of the
駆動部90は、実施の形態1に係る表示装置1および変形例に係る表示装置1aに適用されてもよい。
The
なお、上述の各実施の形態においては、「平行」または「垂直」などの部品間の位置関係もしくは部品の形状を示す用語を用いている場合がある。これらは、製造上の公差や組立て上のばらつきなどを考慮した範囲を含むことを表している。このため、請求の範囲に部品間の位置関係もしくは部品の形状を示す記載をした場合には、製造上の公差又は組立て上のばらつき等を考慮した範囲を含むことを示している。 In each of the above-described embodiments, a term such as “parallel” or “vertical” indicating a positional relationship between components or a shape of a component may be used. These indicate that the range includes a manufacturing tolerance and a variation in assembly. For this reason, when the claims describe the positional relationship between parts or the shape of parts, it is meant to include a range in consideration of manufacturing tolerances, assembly variations, and the like.
また、以上のように本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限るものではない。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments.
<付記>
以下、上記の説明に基づく形態を付記する。
(付記1)
第1の映像光を出射する映像形成部と、
前記第1の映像光を反射して第2の映像光とする第1の反射部材と、
前記第2の映像光を反射して第3の映像光とする第2の反射部材と、
前記第3の映像光を基に映像を表示するスクリーンと、
前記スクリーンに表示された映像を投影する投影部と
を備え、
前記第1の反射部材は、第1の軸を中心に回転し、
前記第1の軸は、前記第1の反射部材の反射面上に位置し、前記第1の映像光の中心光線と前記第2の映像光の中心光線とを含む面に垂直で、前記第1の映像光の中心光線と交差し、
前記第2の反射部材は、第2の軸を中心に回転し、
前記第2の軸は、前記第2の反射部材の反射面上に位置し、前記面に垂直で、前記第2の映像光の中心光線と交差し、
前記第1の反射部材と前記第2の反射部材との回転によって、前記映像形成部から前記スクリーンまでの光路長を一定として、前記スクリーンを動かすことを特徴とする虚像を表示する表示装置。
(付記2)
前記スクリーンは、前記第3の映像光の中心光線に平行な第1の方向に移動し、
前記第2の反射部材は、前記第1の方向であって前記スクリーンと同じ方向に移動することを特徴とする付記1に記載の虚像を表示する表示装置。
(付記3)
前記第1の映像光の中心光線と前記第2の映像光の中心光線とが直角となり、前記第2の映像光の中心光線と前記第3の映像光の中心光線とが直角となる前記第1の反射部材、前記第2の反射部材および前記スクリーンの状態を第1の状態とし、
前記スクリーンが前記第2の反射部材の方向に移動した状態を第2の状態とし、
前記第2の反射部材の移動した距離をL1とし、
前記第1の状態での前記第2の映像光の光路長をL2とすると、
前記第2の反射部材の移動距離L3は、次式で表わされ、
L3=(L1+2×L2)×L1/{2×(L1+L2)}
前記第1の反射部材の回転角度A1は、次式で表わされ、
A1=(1/2)×tan−1[(L1+2×L2)×L1/{2×L2×(L1+L2)}]
前記第2の反射部材の回転角度A2は、前記第1の反射部材の回転角度A1に等しいことを特徴とする付記2に記載の虚像を表示する表示装置。
(付記4)
前記スクリーンは、前記第1の反射部材側の端部に第3の軸を備え、
前記第3の軸は、前記面に垂直であり、
前記スクリーンおよび前記第2の反射部材は、前記第3の軸を中心に回転し、
前記第1の反射部材は、前記第1の映像光の中心光線に平行な第2の方向で前記映像形成部側に移動することを特徴とする付記1に記載の虚像を表示する表示装置。
(付記5)
前記第1の映像光の中心光線と前記第2の映像光の中心光線とが直角となり、前記第2の映像光の中心光線と前記第3の映像光の中心光線とが直角となる前記第1の反射部材、前記第2の反射部材および前記スクリーン(11)の状態を第1の状態とし、
前記スクリーンが前記第3の軸を中心に回転した状態を第3の状態とし、
前記スクリーンの回転角度を角度A3とし、
前記第1の状態での前記第2の映像光の光路長をL2とし、
前記第1の状態での前記第3の映像光の光路長をL4とし、
前記第1の状態での前記第3の映像光の中心光線と前記スクリーンとの交点から前記第3の軸までの距離をL5とすると、
前記第1の反射部材の前記第1の軸まわりの回転角A4は、次式で表わされ、
A4=(1/2)×tan−1[(L6−L4)/{(L4 2+L5 2)0.5×sin(A6−A3)}]
前記第1の反射部材の移動距離L7は、次式で表わされ、
L7=L2−{L2−L5+(L4 2+L5 2)0.5×sin(A6−A3)}/cos(A7)
前記第2の反射部材の前記第2の軸まわりの回転角A5は、次式で表わされる
A5=(1/2)×tan−1[(L6−L4)/{(L4 2+L5 2)0.5×sin(A6−A3)}]−(1/2)×A3
A6=tan−1(L5/L4)
L6=(L4 2+L5 2)0.5×cos(A6−A3)
A7=tan−1[(L6−L4)/{(L4 2+L5 2)0.5×sin(A6−A3)}]
ことを特徴とする付記4に記載の虚像を表示する表示装置。
<Appendix>
Hereinafter, modes based on the above description will be additionally described.
(Appendix 1)
An image forming unit that emits a first image light,
A first reflecting member that reflects the first image light to generate second image light;
A second reflecting member that reflects the second image light to generate third image light;
A screen for displaying an image based on the third image light;
A projection unit for projecting an image displayed on the screen,
The first reflecting member rotates about a first axis,
The first axis is located on the reflecting surface of the first reflecting member, is perpendicular to a surface including the central ray of the first image light and the central ray of the second image light, and Intersect with the center ray of the image light of 1,
The second reflecting member rotates about a second axis,
The second axis is located on the reflecting surface of the second reflecting member, is perpendicular to the surface, intersects the central ray of the second image light,
A display device for displaying a virtual image, characterized in that the screen is moved by rotating the first reflecting member and the second reflecting member while keeping the optical path length from the image forming unit to the screen constant.
(Appendix 2)
The screen moves in a first direction parallel to a central ray of the third image light,
The display device for displaying a virtual image according to appendix 1, wherein the second reflecting member moves in the same direction as the screen in the first direction.
(Appendix 3)
The center ray of the first image light and the center ray of the second image light are perpendicular to each other, and the center ray of the second image light and the center ray of the third image light are perpendicular to each other. 1 the reflection member, the second reflection member and the screen are set to the first state,
A state in which the screen is moved in the direction of the second reflecting member is referred to as a second state,
The moving distance of the second reflecting member is L 1, and
When the optical path length of the second image light in the first state is L 2 ,
The moving distance L 3 of the second reflecting member is represented by the following equation,
L 3 =(L 1 +2×L 2 )×L 1 /{2×(L 1 +L 2 )}
The rotation angle A 1 of the first reflecting member is represented by the following equation,
A 1 =(1/2)×tan −1 [(L 1 +2×L 2 )×L 1 /{2×L 2 ×(L 1 +L 2 )}]
The display device for displaying a virtual image according to
(Appendix 4)
The screen includes a third axis at an end portion on the first reflecting member side,
The third axis is perpendicular to the plane,
The screen and the second reflecting member rotate about the third axis,
The display device for displaying a virtual image according to appendix 1, wherein the first reflecting member moves toward the image forming unit in a second direction parallel to a central ray of the first image light.
(Appendix 5)
The center ray of the first image light and the center ray of the second image light are perpendicular to each other, and the center ray of the second image light and the center ray of the third image light are perpendicular to each other. The state of the first reflection member, the second reflection member and the screen (11) is set to the first state,
A state in which the screen is rotated about the third axis is referred to as a third state,
The rotation angle of the screen is an angle A 3 ,
The optical path length of the second image light in the first state is L 2 ,
The optical path length of the third image light in the first state is L 4 ,
When the distance from the intersection of the central ray of the third image light and the screen in the first state to the third axis is L 5 ,
The rotation angle A 4 before Symbol first axis about the first reflecting member is expressed by the following equation,
A 4 =(1/2)×tan −1 [(L 6 −L 4 )/{(L 4 2 +L 5 2 ) 0.5 ×sin(A 6 −A 3 )}]
The moving distance L7 of the first reflecting member is represented by the following equation,
L 7 = L 2 - {L 2 -L 5 + (
The rotation angle A5 of about previous SL second axis of the second reflecting member, A 5 = (1/2) × tan -1 [(L 6 -L 4) represented by the following formula / {(L 4 2 + L 5 2) 0.5 × sin (A 6 -A 3)}] - (1/2) × A 3
A 6 = tan -1 (L 5 / L 4)
L 6 = (L 4 2 + L 5 2) 0.5 × cos (A 6 -A 3)
A 7 =tan −1 [(L 6 −L 4 )/{(L 4 2 +L 5 2 ) 0.5 ×sin(A 6 −A 3 )}]
The display device for displaying the virtual image as described in
1,1a,1c 表示装置、 11,11a,11b スクリーン、 2 アイポイント、 21a,21b 虚像、 25 アイボックス、 3 フロントガラス、 31,32,31a,31b,32a,32b ミラー、 4 投影部、 6 映像形成部、 61 領域、 71,72,73,74a,74b,75a,75b,76a,76b,77 映像光、 90 駆動部、 91 駆動機構、 92 制御部、 92a 処理部、 92b 記憶部、 101,101a,101b,102,102a,102b,103,104,104a,104b,105,105a,105b 回転中心、 A1,A2,A3,A4,A5,A7,A8,A9,A10,A11 角度、 L1,L2,L3,L4,L5,L6,L7,L8,L9,L10,L11,L 距離、 R1,R2a,R2b,R3a,R3b 入射点。1, 1a, 1c display device, 11, 11a, 11b screen, 2 eyepoints, 21a, 21b virtual image, 25 eyebox, 3 windshield, 31, 32, 31a, 31b, 32a, 32b mirror, 4 projection unit, 6 Image forming section, 61 area, 71, 72, 73, 74a, 74b, 75a, 75b, 76a, 76b, 77 image light, 90 driving section, 91 driving mechanism, 92 control section, 92a processing section, 92b storage section, 101 , 101a, 101b, 102, 102a, 102b, 103, 104, 104a, 104b, 105, 105a, 105b rotation centers, A 1 , A 2 , A 3 , A 4 , A 5 , A 7 , A 8 , A 9 , A 10 , A 11 angle, L 1 , L 2 , L 3 , L 4 , L 5 , L 6 , L 7 , L 8 , L 9 , L 10 , L 11 , L distance, R1, R2a, R2b, R3a, R3b incident point.
Claims (5)
前記第1の映像光を反射して第2の映像光を出射する第1の反射部材と、
前記第2の映像光を反射して第3の映像光を出射する第2の反射部材と、
前記第3の映像光を基に映像を表示するスクリーンと、
前記スクリーンに表示された映像を虚像として投影する投影部と
を備え、
前記第1の映像光の中心光線が入射する前記第1の反射部材の第1の入射点、前記第2の映像光の中心光線が入射する前記第2の反射部材の第2の入射点、および前記第3の映像光の中心光線が入射する前記スクリーンの第3の入射点は、同一の平面上にあり、
前記スクリーンは、前記投影部に対して近接または離間する方向へ移動し、
前記スクリーンが前記方向へ移動する際、前記第1の反射部材および前記第2の反射部材の少なくとも一方の移動、前記第1の反射部材の前記平面に垂直な第1の回転軸を中心とした回転、および前記第2の反射部材の前記平面に垂直な第2の回転軸を中心とした回転によって、前記第3の映像光の中心光線は、前記スクリーンに対する前記第3の入射点の位置を保持して平行に移動し、前記第1の映像光の中心光線の光路長、前記第2の映像光の中心光線の光路長、および前記第3の映像光の中心光線の光路長の和は、一定となることを特徴とする虚像を表示する表示装置。An image forming unit that emits a first image light,
A first reflecting member that reflects the first image light and emits a second image light;
A second reflecting member that reflects the second image light and emits a third image light;
A screen for displaying an image based on the third image light;
A projection unit for projecting the image displayed on the screen as a virtual image,
A first incident point of the first reflecting member on which the central ray of the first image light is incident, a second incident point of the second reflecting member on which the central ray of the second image light is incident, And the third incident point of the screen on which the central ray of the third image light is incident is on the same plane,
The screen moves in a direction of approaching or separating from the projection unit,
When the screen moves in the direction, movement of at least one of the first reflecting member and the second reflecting member, centering on a first rotation axis perpendicular to the plane of the first reflecting member Due to the rotation and the rotation about the second rotation axis of the second reflection member which is perpendicular to the plane, the central ray of the third image light moves to the position of the third incident point with respect to the screen. While holding and moving in parallel, the sum of the optical path length of the central ray of the first image light, the optical path length of the central ray of the second image light, and the optical path length of the central ray of the third image light is , A display device for displaying a virtual image, which is characterized by being constant.
前記スクリーンが前記方向へ移動する際、前記第3の入射点は、前記スクリーン上の一定の位置に保持され、前記第2の入射点は、前記第3の入射点を通り、前記スクリーンの法線に対して前記角度θをなす直線と前記第2の反射部材の反射面との交点に位置し、前記第1の入射点は、前記第1の映像光の中心光線上で、前記映像形成部から前記第1の入射点までの距離、前記第1の入射点から前記第2の入射点までの距離、および前記第2の入射点から前記第3の入射点までの距離の和が一定となる前記第1の反射部材の反射面上の点に位置し、
前記第1の反射部材は、前記第1の入射点で前記第1の映像光の中心光線を反射し、前記第2の映像光の中心光線が前記第2の入射点へ向かうように配置され、
前記第2の反射部材は、前記第2の入射点で前記第2の映像光の中心光線を反射し、前記第3の映像光の中心光線が前記第3の入射点へ向かうように配置されることを特徴とする請求項1に記載の虚像を表示する表示装置。An angle formed by the center ray of the third image light and the normal line of the screen is an angle θ,
As the screen moves in the direction, the third point of incidence is held in a fixed position on the screen, the second point of incidence passes through the third point of incidence, and the normal of the screen. The first incident point is located on the intersection of a straight line forming the angle θ with respect to a line and the reflecting surface of the second reflecting member, and the first incident point is on the central ray of the first image light. A distance from a part to the first incident point, a distance from the first incident point to the second incident point, and a distance from the second incident point to the third incident point are constant. Is located at a point on the reflecting surface of the first reflecting member,
The first reflecting member is arranged such that the central ray of the first image light is reflected at the first incident point and the central ray of the second image light is directed to the second incident point. ,
The second reflecting member is arranged such that the central ray of the second image light is reflected at the second incident point, and the central ray of the third image light is directed to the third incident point. The display device for displaying the virtual image according to claim 1.
前記スクリーンが前記方向へ移動する際、前記第3の入射点は、前記スクリーン上の一定の位置に保持され、前記第1の入射点は、前記第1の映像光の中心光線と前記第1の反射部材の反射面との交点に位置し、前記第2の入射点は、前記第3の入射点を通り、前記スクリーンの法線に対して前記角度θをなす直線上で、前記映像形成部から前記第1の入射点までの距離、前記第1の入射点から前記第2の入射点までの距離、および前記第2の入射点から前記第3の入射点までの距離の和が一定となる前記第2の反射部材の反射面上の点に位置し、
前記第1の反射部材は、前記第1の入射点で前記第1の映像光の中心光線を反射し、前記第2の映像光の中心光線が前記第2の入射点へ向かうように配置され、
前記第2の反射部材は、前記第2の入射点で前記第2の映像光の中心光線を反射し、前記第3の映像光の中心光線が前記第3の入射点へ向かうように配置されることを特徴とする請求項1に記載の虚像を表示する表示装置。An angle formed by the center ray of the third image light and the normal line of the screen is an angle θ,
When the screen moves in the direction, the third incident point is held at a fixed position on the screen, and the first incident point is the center ray of the first image light and the first ray. The second incident point passes through the third incident point and forms an angle θ with respect to the normal line of the screen. A distance from a part to the first incident point, a distance from the first incident point to the second incident point, and a distance from the second incident point to the third incident point are constant. Is located at a point on the reflecting surface of the second reflecting member,
The first reflecting member is arranged such that the central ray of the first image light is reflected at the first incident point and the central ray of the second image light is directed to the second incident point. ,
The second reflecting member is arranged such that the central ray of the second image light is reflected at the second incident point, and the central ray of the third image light is directed to the third incident point. The display device for displaying the virtual image according to claim 1.
前記yz平面のz軸は前記第3の映像光の中心光線と平行とし、
前記平面上の前記第1の入射点の座標を(0,0)とし、前記スクリーンが移動する前の前記第3の入射点の座標を(m1,n1)とし、前記スクリーンが移動した後の前記第3の入射点の座標を(m2,n2)とし、前記スクリーンが移動した後の前記第2の入射点の座標を(z2、y2)とし、前記第2の映像光の中心光線の光路長および前記第3の映像光の中心光線の光路長の和をLとすると、
前記第2の入射点のz座標の値z2は、次式を満たし、
z2={(L+m2)2−n22}/{2×(L+m2)}
y座標の値y2は、y座標の値n2に等しいことを特徴とする請求項4に記載の虚像を表示する表示装置。The plane is represented by the yz plane,
The z axis of the yz plane is parallel to the central ray of the third image light,
The coordinates of the first incident point on the plane are (0, 0), the coordinates of the third incident point before the screen is moved are (m1, n1), and the coordinates after the screen is moved. The coordinates of the third incident point are (m2, n2), the coordinates of the second incident point after the screen is moved are (z2, y2), and the optical path of the central ray of the second image light is set. If the sum of the length and the optical path length of the central ray of the third image light is L,
The value z2 of the z coordinate of the second incident point satisfies the following equation,
z2={(L+m2) 2 −n2 2 }/{2×(L+m2)}
The display device for displaying a virtual image according to claim 4, wherein the y-coordinate value y2 is equal to the y-coordinate value n2.
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