(57)【要約】  本発明はディスプレイに関し、特に、画像を生成する画像形成ユニットと、当該画像形成ユニットを照明する照明手段と、当該画像形成ユニットが生成する画像のバーチャル画像をユーザに与える偏向ユニットとを含む車両ヘッドアップディスプレイに関する。画像形成ユニットは、反射型ＬＣｏＳ（液晶オンシリコン）ディスプレイを含み、偏向ユニットは部分透過型コンバイナを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスプレイ、特に車両ヘッドアップディスプレイであって、
画像を生成する画像形成ユニット（２）と、
前記画像形成ユニット（２）を照明する照明手段（１）と、
前記画像形成ユニット（２）が生成する前記画像のバーチャル画像をユーザに与える偏向ユニット（３）と
を含み、
前記画像形成ユニット（２）は反射型ＬＣｏＳ（液晶オンシリコン）ディスプレイ（２１）を含み、前記偏向ユニット（３）は部分透過型コンバイナ（３２）を含むディスプレイ。
【請求項２】
前記照明手段（１）は第１光源（１０）を含み、
前記第１光源（１０）は、好ましくは、ＬＥＤ（発光ダイオード）又はレーザ（励起誘導放射による光増幅）光源を含む、請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項３】
前記照明手段（１）は第１光源（１０）及び少なくとも一つのさらなる光源を含み、
前記第１光源（１０）は、第１波長の又は第１波長範囲の光を放射するべく構成され、
前記少なくとも一つのさらなる光源は、さらなる波長の又はさらなる波長範囲の光を放射するべく構成される、請求項１又は２に記載のディスプレイ。
【請求項４】
前記照明手段（１）は、前記第１光源の光、及び前記少なくとも一つのさらなる光源の光を単一光ビーム（４０）にコリメートする光コリメート光学要素（１１）を含む、請求項３に記載のディスプレイ。
【請求項５】
前記コリメート光学要素（１１）は二色性ミラーを含む、請求項４に記載のディスプレイ。
【請求項６】
前記画像形成ユニット（２）は偏光ビームスプリッタ（２０）を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載のに記載のディスプレイ。
【請求項７】
前記スプリッタ（２０）が、前記照明手段（１）から到来する光の少なくとも一部を前記ＬＣｏＳディスプレイ（２１）に向けて反射し及び前記反射型ＬＣｏＳディスプレイ（２１）が反射した光の少なくとも一部を前記偏向ユニット（３）に向けて透過するべく構成されるか、又は前記スプリッタ（２０）が、前記照明手段（１）から到来する光の少なくとも一部を前記ＬＣｏＳディスプレイ（２１）に向けて透過し及び前記反射型ＬＣｏＳディスプレイ（２１）が反射した光の少なくとも一部を前記偏向ユニット（３）に向けて反射するべく構成される、請求項６に記載のディスプレイ。
【請求項８】
前記照明手段（１）は制御手段を含み、
前記制御手段は、前記第１光源（１０）及び／又は前記少なくとも一つのさらなる光源をイネーブル及びディセーブルするべく構成され、好ましくは、前記第１及び少なくとも一つのさらなる光源（１０）は、所定周波数で交互にイネーブルされ、特に好ましくは、前記制御手段は、実質的に同じ周波数を有する前記ＬＣｏＳディスプレイ（２１）を使用して前記光ビームを変調するべく構成される、請求項１から７のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項９】
前記画像形成ユニット（２）は、少なくとも部分透過型の光散乱表面を含み、
前記散乱表面は、好ましくは、前記ＬＣｏＳディスプレイ（２１）と前記偏向ユニット（３）の間において、前記ＬＣｏＳディスプレイ（２１）から反射される光の光路に沿って設けられる、請求項１から８のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項１０】
前記偏向ユニット（３）は少なくとも一つの偏向ミラー（３０、３１）を含み、
前記少なくとも一つの偏向ミラー（３０、３１）は、好ましくは、平坦なミラー、凹面ミラー、凸面ミラー、及び／又はカスタマイズされた自由形態ミラーを含む、請求項１から９のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項１１】
前記ディスプレイは、前記偏向ユニット（３）の位置及び／又は配向を調整する調整デバイスを含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項１２】
前記ディスプレイは調光器を含み、
前記ディスプレイは、好ましくは、前記調光器を自動的に制御する光センサーを含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項１３】
前記コンバイナ（３２）はプラスチックから作られ、及び／又は、前記コンバイナ（３２）は光学的コーティング、好ましくは反射防止膜及び／又は光帯域通過膜、を含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はディスプレイに関し、特に、画像を生成する画像形成ユニットと、画像形成ユニットを照明する照明手段と、画像形成ユニットが生成する画像のバーチャル画像をユーザに与える偏向ユニットとを含む車両ヘッドアップディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
かかるヘッドアップディスプレイが従来技術により周知である。これは、例えば飛行機又は自動車の操作データのような情報を快適な態様でパイロット又は運転者に与えるべく、飛行機コックピット及び自動車において数年使用されている。この目的には大抵、単色バーチャル画像を有するヘッドアップディスプレイが使用される。他方、パイロット又は運転者は、連続的に増加する量の情報を得る必要がある。当該情報の、最も明確かつ詳細な可視化が必要とされる。これは有利には、当該情報の多色での可視化により達成することができる。このようにして、例えば、あまり重要でない情報と対比して警告メッセージを強調表示することができる。
【０００３】
一般に使用される多色ヘッドアップディスプレイは通常、ＬＣＤ（液晶表示）ディスプレイとともに動作する。ＬＣＤディスプレイは、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）のような強力な光源によるバックライトを受ける。不利なことに、かかるヘッドアップディスプレイの輝度及びコントラストは、ＬＣＤディスプレイの比較的低い透過率に起因して比較的低い。したがって、当該情報の可視化が、運転者又はパイロットにとって好ましいものとはならない。さらに、低い透過率は、光源の光強度を増加させるだけでは補償することができない。強力な光源は多くの熱を発生するからである。この場合、当該ディスプレイを冷却するべく比較的複雑かつ高価な冷却機構が必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１５３８４７７（Ａ１）号明細書
【特許文献２】欧州特許出願公開第１１５８３３６（Ａ２）号明細書
【発明の概要】
【０００５】
したがって、本発明の目的は、多色ディスプレイに対し比較的高いコントラスト及び高い輝度を与えることにある。当該ディスプレイは、それにもかかわらずコンパクトであって低い加熱のみをもたらす。
【０００６】
本発明の目的は、ディスプレイ、特に、画像を生成する画像形成ユニットと、当該画像形成ユニットを照明する照明手段と、当該画像形成ユニットが生成する画像のバーチャル画像をユーザに与える偏向ユニットとを含む車両ヘッドアップディスプレイによって達成される。画像形成ユニットは、反射型ＬＣｏＳ（液晶オンシリコン）ディスプレイを含み、偏向ユニットは部分透過型コンバイナを含む。
【０００７】
ＬＣＤディスプレイと対比すると、ＬＣｏＳディスプレイでの光損失は実質的に小さいので、ＬＣｏＳディスプレイは発熱が実質的に少ない。このため、本発明によれば、有利なことに、高いコントラスト及び特定光度のバーチャル画像を生成することができる。同時に、コンパクトかつコスト効率的なディスプレイ設計が実現可能となる。低い発熱のみにより、なんら冷却機構を必要としないからである。
【０００８】
本発明の好ましい一実施例によれば、照明手段は第１光源、特にＬＥＤ（発光ダイオード）又はレーザ（励起誘導放射による光増幅）光源を含む。さらに、特に好ましくは、照明手段は少なくとも一つのさらなる光源を含む。第１光源は、第１波長又は第１波長範囲の光を放射するべく構成され、当該少なくとも一つのさらなる光源は、さらなる波長又はさらなる波長範囲の光を放射するべく構成される。この目的のために、例えば、非線形光学要素を有する有色ＬＥＤ、色素レーザ、半導体レーザ、又は赤外レーザが、本発明に係る光源として使用される。
【０００９】
好ましくは、照明手段は、第１光源の光及び少なくとも一つのさらなる光源の光を単一光ビームにコリメートする光コリメート光学要素を含む。本発明によれば、かかるコリメート光学要素は二色性ミラーによって実現されるのが好ましい。これにより、異なる色の光を単一光ビームにコリメートすることができるのが有利である。
【００１０】
好ましくは、画像形成ユニットは偏光ビームスプリッタを含む。特に好ましくは、スプリッタは、照明手段から到来する光の少なくとも一部が偏光ビームスプリッタに反射され及びＬＣｏＳディスプレイにより反射された光が実質的に全透過するか、又は照明手段から到来する光の少なくとも一部が透過し及びＬＣｏＳディスプレイにより反射された光が偏光ビームスプリッタにより実質的に全反射されるかのいずれかとなるように構成される。これにより有利なことに、ＬＣｏＳディスプレイにより反射される光の光路に偏光ビームスプリッタを位置特定して非常にコンパクトなディスプレイを与えることができる。
【００１１】
本発明の好ましい実施例によれば、照明手段は制御手段を含む。当該制御手段は、所定周波数を有する第１光源及び／又は少なくとも一つのさらなる光源のイネーブル及びディセーブルを交互させるべく構成される。特に好ましくは、制御手段は、同じ周波数を有するＬＣｏＳディスプレイを使用して光ビームを変調するべく構成される。これにより、ＬＣｏＳディスプレイを使用しての光ビームの変調が、光源及び／又は少なくとも一つのさらなる光源の周波数と同期して行われるのが有利である。当業者にとって明らかであるが、これにより有利なことに、観察者は、照明手段が、例えば赤光源、緑光源、及び青光源を含む場合に、ＬＣｏＳディスプレイが視覚表現する画像内容の多色バーチャル画像を知覚することができる。ここで、ＬＣｏＳディスプレイが視覚表現する画像内容は、赤成分、緑成分、及び青成分に分割することができる。光ビームの変調では、赤成分が赤光源と同期され、緑成分が緑光源と同期され、及び青成分が青光源と同期される。周波数は、好ましくは１００Ｈｚ超過であり、特に好ましくは１５０Ｈｚ超過であり、最も特に好ましくは２００Ｈｚ超過である。その結果、観察者は、ＬＣｏＳディスプレイが視覚表現する画像内容のバーチャル画像を知覚する。当該バーチャル画像は、比較的快適かつ正確な多色画像として現れる。
【００１２】
本発明の好ましい一実施例によれば、画像形成ユニットは光散乱表面を含む。光散乱表面は少なくとも部分透過型である。光散乱表面は、ＬＣｏＳディスプレイが反射する光の光路に設けられる。光散乱表面は、ＬＣｏＳディスプレイとコンバイナの間に位置特定される。ＬＣｏＳディスプレイが生成する画像内容は、少なくとも一つの光学要素を使用して当該散乱表面上に表示される。これにより、有利なことに、バーチャル画像における画像アーチファクトを排除し、特に、レーザを光源として使用することに起因する、邪魔な光干渉効果を低減することができる。
【００１３】
好ましくは、偏向ユニットは少なくとも一つの偏向ミラーを含む。本発明によれば、偏向ミラーは平坦なミラーとして、特に好ましくは凹面又は凸面ミラーとして、及び最も特に好ましくは自由形態ミラーとして与えられる。これにより有利なことに、コックピット又は車両内コンパートメントにおける空間的要件に光路を適合させること及び当該ディスプレイを十分に柔軟に設計することができる。さらに、自由形態ミラーの使用により光学的収差の補償ができるので、高品質の視覚表現を与えることができる。
【００１４】
他の好ましい実施例によれば、ディスプレイは、偏向ユニット、特に当該偏向ユニットの位置及び／又は配向を調整する調整デバイスを含む。調整デバイスは例えば、当該ディスプレイを観察者の要件に適合させる機械的及び／又は電気機械的調整要素を含む。これらにより、コンバイナを傾動させて、観察者にとって最適化された視角を設定すること又は、例えば観察者の視野から、コンバイナを完全にシフトさせることができる。
【００１５】
本発明の好ましい実施例によれば、ディスプレイは、照明手段を調光する調光器を含む。好ましくは、ディスプレイは、照明手段を自動的に調光する光センサを含む。これにより有利なことに、バーチャル画像の輝度を手動で調整可能とすること及び／又は、例えば薄暗い間、光センサを使用してバーチャル画像の輝度を外光条件に対して自動的に調整することができる。これにより、例えば強力かつ直接的な太陽光等の存在のような、困難な照明条件においても又は好ましくない照明条件の間でも、ディスプレイの高品質な視覚表現が与えられる。
【００１６】
本発明の他の好ましい実施例によれば、コンバイナは、プラスチック、好ましくはＰＣＢ又はＰＭＭＡから作られる。特に好ましくは、コンバイナは光学的コーティングを含む。光学的コーティングは例えば、反射防止膜及び／又は光帯域通過膜を含む。光帯域通過膜により、コンバイナの反射及び／又は透過特性を、光源が放射する光の波長又は波長範囲に適合させることができる。有利なことに、周囲光の反射を低減することができる。
【００１７】
添付図面と関連する以下の詳細な説明から、本発明のこれら及び他の特性、特徴、及び利点が明らかとなる。添付図面は、本発明の原理を例示により視覚表現する。本説明は、本発明の範囲を限定することなく、例示のみを目的として与えられる。以下に引用される参照図面は添付図面を言及する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施例に係るディスプレイを概略的に図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１において、本発明の一実施例に係るヘッドアップディスプレイが視覚表現される。ヘッドアップディスプレイは、照明手段１、画像形成ユニット２、及び偏向ユニット３を含む。照明手段１は、少なくとも一つの光源１０及び光コリメート光学要素１１を含む。光源１０は、本発明に係るＬＥＤ又はレーザとして設けられる。光源１０は、第１波長を有するか又は第１波長範囲の波長を有する光を放射する。光コリメート光学要素１１は、光源１０が放射する光を実質的に単一光ビーム４０にコリメートする。光源１０からの光は、実質的に平行な光路を有する単一光ビーム４０として照明手段１から出発する。本実施例において、光コリメート光学要素１１は集光レンズを含む。
【００２０】
画像形成ユニット２の偏光ビームスプリッタ２０は、光ビーム４０の少なくとも一部を反射し、画像形成ユニット２の反射型ＬＣｏＳディスプレイ２１のスクリーンに向けて光ビーム４０を転送する。スプリッタ２０が反射する光ビームの一部は、第１偏光方向に沿って線形的に偏光される。図示の実施例によれば、偏光ビームスプリッタ２０は、照明手段１から到来する光ビーム４０と偏光ビームスプリッタ２０主平面の法線ベクトルとがなす入射角が約４５度となるように位置特定される。本発明によれば、照明手段１から出る光ビーム４０が、偏光ビームスプリッタ２０において光ビーム４０が全反射されるように既に偏光されていることが意図される。
【００２１】
ＬＣｏＳディスプレイ２１に向けて転送される光ビームは、スクリーンにほぼ垂直に当たる。ＬＣｏＳディスプレイ２１は、当該光ビームを画像情報によって変調する。かかる変調済み光ビームは、反射型ＬＣｏＳディスプレイ２１により偏向ユニット３に向けて反射される。これにより、変調済み光ビームは、第１偏光方向に対して垂直な第２偏光方向に偏光される。変調済み光ビームは、偏光ビームスプリッタ２０を実質的に全透過し、例えばさらなる集光レンズを含む光学要素２２を使用して中間画像平面２３に表示される。中間画像平面２３は例えば、散乱表面として設けられる。
【００２２】
中間画像平面２３から到来する光ビームは、偏向ユニット３を使用して、例えばパイロット又は車両内コンパートメント（図１には示さず）に着座する運転者のような観察者に向けて、ＬＣｏＳディスプレイ２１上に視覚表現される画像内容が当該観察者にとってバーチャル画像として見えるように転送される。本発明の図示の実施例によれば、偏向ユニット３は、第１偏向ミラー３０、第２偏向ミラー３１、及びコンバイナ３２を含む。複数の異なる偏向ミラーを使用することにより、光ビームを観察者に向けることができる。当該光ビームの経路は、車両内コンパートメントの空間的要件のような空間的要件に適合される。このようにして、バーチャル画像と観察者の間の距離が、例えば調整かつ最適化される。好ましくは、第１及び第２偏向ミラー３０、３１は、光学的収差を補償するべくカスタマイズされた自由形態ミラーとして形成される。
【００２３】
コンバイナ３２は、コンバイナ３２の反射及び透過特性を光源１０が放射する光の波長範囲に有利に適合させるべく、光学的コーティングを含むのが好ましい。好ましくは、コンバイナ３２は、調整デバイス（図１には示さず）により機械的又は電気機械的に傾動することができる。その結果、当該ディスプレイが使用されていない場合において、コンバイナ３２を観察者の視野から完全にシフトさせることができる。
【図１】
2013535019.tif 000003
【国際調査報告】
2013535019.tif 000004
2013535019.tif 000005