(57)【要約】      （修正有）【課題】後方からの照光の際に、簡素な遮光装置を用いてのアイボックスを追従できるという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１００の表示ユニット４０２を後方から照光するバックライト装置４００に関する。バックライト装置４００は、光線４０６を放射する少なくとも１つの光源４０４と、光線４０６を利用して所定幅の円錐状ビーム４１２を生成する少なくとも１つの開口部４１０を有する、光源４０４と表示ユニット４０２との間に配置され又は配置可能な少なくとも１つの遮光装置４０８と、を備える。遮光装置４０８及び／又は開口部４１０は、表示ユニット４０２への円錐状ビーム４１２の入射角を変更するために、少なくとも１つの方向に移動可能である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘッドアップディスプレイ（１００）の表示ユニット（４０２）を後方から照光するバックライト装置（４００）であって、前記バックライト装置（４００）は、以下の特徴、即ち、
光線（４０６）を放射する少なくとも１つの光源（４０４）と、
前記光線（４０６）を利用して所定幅の円錐状ビーム（４１２）を生成する少なくとも１つの開口部（４１０）を有し、前記光源（４０４）と前記表示ユニット（４０２）との間に配置され又は配置可能な少なくとも１つの遮光装置（４０８）であって、前記遮光装置（４０８）及び／又は前記開口部（４１０）は、前記表示ユニット（４０２）への前記円錐状ビーム（４１２）の入射角を変更するために、少なくとも１つの方向に移動可能である、前記少なくとも１つの遮光装置（４０８）と、
を有する、バックライト装置（４００）。
【請求項２】
前記光源（４０４）と前記遮光装置（４０８）との間に配置された、前記光線（４０６）を視準する少なくとも１つの視準要素（４１４）、及び／又は、前記遮光装置（４０８）と前記表示ユニット（４０２）との間に配置された、前記円錐状ビーム（４１６）を拡大する少なくとも１つの拡大要素（４１６）、及び／又は、前記拡大要素（４１６）と前記表示ユニット（４０２）との間に配置された、前記拡大要素（４１６）により拡張された円錐状ビーム（４１２）を前記表示ユニット（４０２）へと投射する少なくとも１つの投影要素（４１８）を備えた、請求項１に記載のバックライト装置（４００）。
【請求項３】
前記光源（４０４）は、前記遮光装置（４０８）及び／又は前記開口（４１０）の移動に前記光線（４０６）を追従させるよう構成される、請求項１〜２のいずれか１項に記載のバックライト装置（４００）。
【請求項４】
前記遮光装置（４０８）及び／又は前記光源（４０４）を動かす少なくとも１つのアクチュエータを備えた、請求項１〜３のいずれか１項に記載のバックライト装置（４００）。
【請求項５】
前記遮光装置（４０８）は、前記開口部（４１）の大きさ及び／又は形状を変更するよう構成される、請求項１〜４のいずれか１項に記載のバックライト装置（４００）。
【請求項６】
前記遮光装置（４０８）は、前記光線（４０６）を利用して所定幅の追加的な円錐状ビーム（１１０６）を生成する少なくとも１つの追加的な開口部（１１０４）を有し、前記追加的な開口部（１１０４）は、前記表示ユニット（４０２）への前記追加的な円錐状ビーム（１１０６）の入射角を変更するために、少なくとも１つの方向に移動可能である、請求項１〜５のいずれか１項に記載のバックライト装置（４００）。
【請求項７】
前記開口部（４１０）と前記追加的な開口部（１１０４）とは、ｘ方向及び／又はｙ方向に互いにずれて配置される、請求項６に記載のバックライト装置（４００）。
【請求項８】
前記遮光装置（４０８）は、前記開口部（４１０）と前記追加的な開口部（１１０４）との間の間隔を変更するよう構成される、請求項６又は７に記載のバックライト装置（４００）。
【請求項９】
表示ユニット（４０２）と、
請求項１〜８のいずれか１項に記載のバックライト装置（４００）と、
を備えた、ヘッドアップディスプレイ（１００）。
【請求項１０】
前記表示ユニット（４０２）は、第１の立体画像を生成する第１の部分（１１００）と、第２の立体画像を生成する第２の部分（１１０２）と、を有し、前記バックライト装置（４００）は、前記第１の部分（１１００）を前記円錐状ビーム（４１２）により後方から照光し、前記第２の部分（１１０２）を追加的な円錐状ビーム（１１０６）により後方から照光するよう構成される、請求項９に記載のヘッドアップディスプレイ（１００）。
【請求項１１】
前記表示ユニット（４０２）は、第１の立体画像を生成するよう構成され、前記ヘッドアップディスプレイ（１００）は、第２の立体画像を生成する更なる別の表示ユニット（６０２）と、当該更なる別の表示ユニット（６０２）を後方から照光する更なる別のバックライト装置（６００）と、を有し、前記更なる別のバックライト装置は、更なる別の光線を放射する少なくとも１つの更なる別の光源と、前記更なる別の光線を利用して所定幅の更なる別の円錐状ビーム（６０４）を生成する少なくとも１つの更なる別の開口部を有し、前記更なる別の光源と前記更なる別の表示ユニット（６０２）との間に配置され又は配置可能な少なくとも１つの更なる別の遮光装置と、を有し、前記更なる別の遮光装置及び／又は前記更なる別の開口部は、前記更なる別の表示ユニット（６０２）への前記更なる別の円錐状ビーム（６０４）の入射角を変更するために、少なくとも１つの方向に移動可能である、請求項９に記載のヘッドアップディスプレイ（１００）。
【請求項１２】
前記第１の立体画像を前記ヘッドアップディスプレイ（１００）の観者の第１の目への光路へと反射させ、及び／又は、前記第２の立体画像に前記観者の第２の目への光路を透過させるよう構成されたビームスプリッタ（６０８）を備える、請求項１０又は１１に記載のヘッドアップディスプレイ（１００）。
【請求項１３】
請求項９〜１２のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ（１００）の表示ユニット（４０２）を後方から照光する方法（１８００）であって、本方法（１８００）は、以下の工程、即ち、
前記光線（４０６）を放射するために、前記光源（４０４）を作動させる工程（１８１０）と、
前記光源（４１０）の前記作動に応じて、前記遮光装置（４０８）及び／又は前記開口部（４１０）を動かすために制御信号（１９２５）を提供する工程（１８２０）と、
を含む、方法（１８００）。
【請求項１４】
前記方法（１８００）は、
少なくとも１つのセンサにより検知された、前記ヘッドアップディスプレイ（１００）の観者の目の位置を表すセンサ信号を読み込む工程（１８３０）を有し、
前記提供する工程（１８２０）では、前記目の位置に依存して前記円錐状ビーム（４１２）の前記入射角を変更するために、前記センサ信号を利用して前記制御信号（１９２５）が提供される、請求項１３に記載の方法（１８００）。
【請求項１５】
請求項１３又は１４に記載の方法（１８００）の工程を実行又は制御するよう構成されたユニット（１９１０、１９２０）を備える制御装置（１９００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立請求項の前提部に記載の装置又は方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の自動車には、運転者の視野に情報を挿入するヘッドアップディスプレイを備えることが可能である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
このような背景から、本明細書で示すアプローチにより、独立請求項に記載のヘッドアップディスプレイの表示ユニットを後方から照光するバックライト装置、ヘッドアップディスプレイ、ヘッドアップディスプレイの表示ユニットを後方から照光する方法、さらに当該方法を利用する制御装置が提示される。従属請求項に記載される手段によって、独立請求項に示される装置の有利な発展形態及び改良例が可能である。
【０００５】
ヘッドアップディスプレイの表示ユニットを後方から照光するバックライト装置であって、バックライト装置は、以下の特徴、即ち、
光線を放射する少なくとも１つの光源と、
光線を利用して所定幅の円錐状ビームを生成する少なくとも１つの開口部を有し、光源と表示ユニットとの間に配置され又は配置可能な少なくとも１つの遮光装置であって、遮光装置及び／又は開口部は、表示ユニットへの円錐状ビームの入射角を変更するために、少なくとも１つの方向に移動可能である、少なくとも１つの遮光装置と、
を有する、上記バックライト装置が提案される。
【０００６】
表示ユニットは、例えば、液晶ディスプレイ、又は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ‐Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ、微小電気機械システム）ディスプレイでありうる。ヘッドアップディスプレイ（Ｈｅａｄ−ｕｐ−Ｄｉｓｐｌａｙ）とは、車両の運転者の視野に情報を挿入するための表示システムとして理解されうる。光源とは、例えば、光ダイオード、若しくは、レーザダイオード、又は、複数のこのようなダイオードから成る構成として理解されうる。遮光装置（Ｂｌｅｎｄｅ）とは、例えばプレート形状をした、光を透過させない要素として理解されうる。実施形態に応じて、遮光装置は、固定されていてもよく、その際に遮光装置の開口部は移動可能であり、又は、遮光装置は、追加的又は代替的に、全体が移動可能でありうる。例えば、円錐状に広がるビーム（以下、円錐状ビーム（Ｓｔｒａｈｌｋｅｇｅｌ））の幅は、視野ウィンドウ（アイボックス（Ｅｙｅｂｏｘ）とも呼ばれる）の幅に従って予め設定可能であり、この視野ウィンドウ（アイボックス）内で、運転者は、表示ユニットが生成した画像を知覚することが可能である。
【０００７】
本明細書で紹介するアプローチは、移動可能な開口部を有する遮光装置の利用によってヘッドアップディスプレイの表示ユニットでの円錐状ビームの入射角を変更できるという認識に基づいている。入射角を変更することによって、例えばヘッドアップディスプレイの観者の目の位置にアイボックスを追従させるために、ヘッドアップディスプレイのアイボックスの位置を変更することが可能である。
【０００８】
バックライト装置によって、例えば遮光装置の制御による追従が行われ画像生成ユニットに対して光学系が適合されている、裸眼立体視対応の（ａｕｔｏｓｔｅｒｅｏｓｋｏｐｉｓｃｈ）ヘッドアップディスプレイ（略称ＨＵＤ）を実現することが可能である。これには、後方からの照光の際に、簡素な遮光装置を用いてヘッドアップディスプレイのアイボックスを追従できるという利点がある。
【０００９】
観者の両目のための幅が狭いアイボックスを生成するということが、裸眼立体視対応のヘッドアップディスプレイの設計における本質的な挑戦である。目標は、アイボックス内での均質性及び輝度が充分であり、粒状化（Ｇｒａｎｕｌａｔｉｏｎ）の度合いが低く、コントラストが充分な画像を提示することである。例えば、２つの部分画像を提示するための幅が狭いアイボックスは、画像生成ユニットの表示ユニットへと、狭い立体角で対応して幅狭く放射することにより生成される。
【００１０】
従来では、観者の目の動きに伴う、生成されたアイボックスの追従は、例えば、画像生成ユニット一式、又は、少なくとも投射ユニット若しくはバックライトユニットが、モータ（Ｍｏｔｏｒ）により回転させられることにより実現される。その際に、モータで駆動するシステムによって、上記追従の際に遅延時間が生じる可能性がある。
【００１１】
本明細書で提案するアプローチは、一実施形態によれば、表示ユニットを後方から照光する特別なバックライト装置に基づいており、この特別なバックライト装置では、必要な放射角が、例えば、当該バックライト装置の均質化段で利用される光学素子のアパーチャによって実現されうる。これにより、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ、液晶ディスプレイ）モジュール等の表示ユニットの直ぐ後ろの散乱面（Ｓｔｒｅｕｆｌａｅｃｈｅ）又はマイクロレンズアレイが無くてもよく、従って、画像の粒状化、又は、マイクロレンズ構造が透けて見えること（Ｄｕｒｃｈｓｃｈｅｉｎｅｎ）が回避されうる。バックライト装置の適切な箇所で遮光装置を利用することによって、鮮鋭なアイボックスが生成され、その際にシステムは、遮光装置がずれると、照光されるアイボックスがずれるように設計されうる。このことには、小さい遮光装置を簡単にずらすことにより、観者の目にアイボックスを追従させることができるという利点がある。
【００１２】
遮光装置は、実施形態に応じて、電子式又は機械式の遮光装置として実現されうる。このような追従できる遮光装置を利用することによって、遅延時間が基本的に低減され、又はほぼ完全に解消される。
【００１３】
例えば以下の手段によって、システムの効率が上げられる。
【００１４】
表示ユニットとしての、ＬＥＤで後方から照光されるＬＣＤモジュールの使用によって、スペックル（Ｓｐｅｃｋｌｅ）の形成が回避されうる。
【００１５】
均質化段の要素を対応して設計することによる、表示ユニットで必要な放射条件の実現によって、表示ユニットの直ぐ後ろの散乱面又はマイクロレンズアレイを無くすことができる。これにより、画像での粒状化及び、マイクロレンズ構造が透けて見えることが防止されうる。
【００１６】
上記の追従は、例えば、バックライト装置内の駆動可能な遮光装置によって実現されうる。これによりシステムは、少ない遅延時間で、頭の動きに追従することが可能である。
【００１７】
遮光装置を用いた追従によって、本来の画像生成ユニットによる追従が無くなり、これによって設置空間が縮小される。
【００１８】
追従させられる遮光装置の質量が小さいことには、システムが、機械的振動の結合（Ｅｉｎｋｏｐｐｌｕｎｇ）から比較的影響を受けにくいという利点がある。
【００１９】
例えば、表示ユニットは、遮光装置による追従の間固定されたままでありうる。これにより、表示ユニットの回転による画質の劣化が回避されうる。
【００２０】
一実施形態によれば、さらに、均質化段に含まれるマイクロレンズアレイへの照光が制御されうる。これにより、照光すべきアイボックスへと光が収束されるため、システムの特に高い効率が実現されうる。
【００２１】
一実施形態によれば、光源と遮光装置との間に配置された、光線を視準する少なくとも１つの視準要素を備えるバックライト装置が実現されうる。追加的又は代替的に、バックライト装置は、実施形態に応じて、遮光装置と表示ユニットとの間に配置された、円錐状ビームを拡大する少なくとも１つの拡大要素、又は、拡大要素と表示ユニットとの間に配置された、拡大要素により拡張された円錐状ビームを表示ユニットへと投射する少なくとも１つの投影要素を有しうる。視準要素は、例えば、コリメータレンズとして理解されうる。拡大要素は、特に、マイクロレンズアレイでありうる。投射ユニットは、例えば、鏡又は投影レンズとして理解されうる。本実施形態によって、表示ユニットを後方から均一に照光することが保証されうる。
【００２２】
更なる別の実施形態によれば、光源は、遮光装置の移動、追加的又は代替的に、開口の移動に、光線を追従させるよう構成される。このために、光源は例えば、バックライト装置に回転自在に配置されうる。代替的に、光源は固定されていてもよく、その際に、光線は、例えば回転ミラー等の可動的な反射要素を用いて、遮光装置の移動に追従させられる。これにより、遮光装置がずれた際に光線が遮断されることが防止されうる。
【００２３】
バックライト装置は、遮光装置及び／又は光源を動かす少なくとも１つのアクチュエータをさらに有しうる。アクチュエータは、遮光装置に加えて又は遮光装置の代わりに、光源を動かすように構成されうる。その際に、遮光装置と光源とが、例えば機械的に結合されうる。本実施形態によって、遮光装置又は光源が正確かつ迅速に動かされる。
【００２４】
遮光装置が、開口部の大きさを変更するよう構成される場合には有利である。遮光装置は、追加的又は代替的に、開口部の形状を変更するよう構成されうる。開口部の変更は、遮光装置を機械的又は電気的に駆動することによって行われる。本実施形態によって、円錐状ビームの形状又は大きさの変更、及び、円錐状ビームにより生成されるアイボックスの形状又は大きさの変更が可能となる。
【００２５】
更なる別の実施形態によれば、遮光装置は、光線を利用して所定幅の追加的な円錐状ビームを生成する少なくとも１つの追加的な開口部を有する。追加的な開口部は、表示ユニットへの追加的な円錐状ビームの入射角を変更するために、少なくとも１つの方向に移動可能でありうる。本実施形態によって、１つの光源を利用して、複数の円錐状ビームを生成することが可能となる。その際に遮光装置は例えば、１の円錐状ビームを、第１の立体画像を生成するための表示ユニットの第１の部分への光路へと向け、追加的な円錐状ビームを、第２の立体画像を生成するための表示ユニットの第２の部分への光路へと向けるよう構成されうる。
【００２６】
バックライト装置は、例えば、追加的な開口部への追加的な光線を放射する追加的な光源を有することが可能であり、その際に、開口部は、追加的な光線を利用して追加的な円錐状ビームを生成するよう構成されうる。
【００２７】
さらに、開口部と追加的な開口部とがｘ方向及び／又はｙ方向に互いにずれて配置される場合には有利である。ｘ方向とは、遮光装置の主伸長面上に伸びるｘ軸として理解されうる。対応して、ｙ方向とは、ｘ軸と直交して方向付けられうる上記主伸長平面上を伸びるｙ軸として理解されうる。本実施形態によって、円錐状ビームと追加的な円錐状ビームとは互いに異なる方向に偏向されうる。
【００２８】
さらに、遮光装置が開口部と追加的な開口部との間の間隔を変更するよう構成される場合には有利である。例えば、このような間隔の変更は、遮光装置の機械的又は電気的な駆動によって行われうる。これにより、円錐状ビームと追加的な円錐状ビームとの間の間隔を変更することが可能である。
【００２９】
本明細書で提示されるアプローチは、さらに、
表示ユニットと、
上記実施形態のいずれか１つに係るバックライト装置と、
を備えた、ヘッドアップディスプレイを創出する。
【００３０】
一実施形態によれば、表示ユニットは、第１の立体画像を生成する第１の部分と、第２の立体画像を生成する第２の部分と、を有する。ここでは、バックライト装置は、第１の部分を円錐状ビームにより後方から照光し、第２の部分を追加的な円錐状ビームにより後方から照光するよう構成されうる。本実施形態によって、１つの表示ユニットを利用した立体画像の生成が可能となる。
【００３１】
更なる別の実施形態によれば、表示ユニットは、第１の立体画像を生成するよう構成されうる。ヘッドアップディスプレイは、第２の立体画像を生成する更なる別の表示ユニットと、当該更なる別の表示ユニットを後方から照光する更なる別のバックライト装置と、を有しうる。更なる別のバックライト装置は、更なる別の光線を放射する少なくとも１つの更なる別の光源と、更なる別の光線を利用して所定幅の更なる別の円錐状ビームを生成する少なくとも１つの更なる別の開口部を有し、更なる別の光源と更なる別の表示ユニットとの間に配置され又は配置可能な少なくとも１つの更なる別の遮光装置と、を有しうる。その際に、更なる別の遮光装置、追加的又は代替的に、更なる別の開口部は、更なる別の表示ユニットへの更なる別の円錐状ビームの入射角を変更するために、少なくとも１つの方向に移動可能でありうる。本実施形態によって、２つの対画像が、異なる表示ユニットで互いに別々に生成されうる。
【００３２】
有利に、第１の立体画像を、ヘッドアップディスプレイの観者の第１の目への光路へと反射させ、追加的又は代替的に、第２の立体画像に、観者の第２の目への光路を透過させるよう構成されたビームスプリッタを備えうる。これにより、観者の視野における画像の表示品質が改善されうる。
【００３３】
本明細書に記載するアプローチは、上記実施形態のいずれか１つに係るヘッドアップディスプレイの表示ユニットを後方から照光する方法であって、本方法は、以下の工程、即ち、
光線を放射するために、光源を作動させる工程と、
光源の作動に応じて、遮光装置及び／又は開口部を動かすために制御信号を提供する工程と、を含む、上記方法をさらに創出する。
【００３４】
一実施形態によれば、本方法は、センサ信号を読み込む工程を含みうる。センサ信号は、少なくとも１つのセンサにより検知された、ヘッドアップディスプレイの観者の目の位置を表しうる。対応して、上記提供する工程では、上記目の位置に依存して円錐状ビームの入射角を変更するために、センサ信号を利用して制御信号が提供されうる。これにより、表示ユニットにより生成された画像を観者が知覚できる視野が拡大されうる。
【００３５】
本方法は、例えば、ソフトウェア若しくはハードウェアにより、又は、ソフトウェアとハードウェアとの混合形態により、例えば制御装置で実施されうる。
【００３６】
さらに、本明細書で提案されるアプローチによって、本明細書で提案される方法の変形例の工程を対応する装置で実行し、制御し、又は実現するよう構成された制御装置が創出される。制御装置の形態による本方法の本変形例によっても、本発明の根底にある課題が、迅速かつ効果的に解決される。
【００３７】
このために、制御装置は、信号又はデータを処理する少なくとも１つの演算ユニット、信号又はデータを格納する少なくとも１つのメモリユニット、センサからセンサ信号を読出すための又はアクチュエータへと制御信号を出力するための、センサ又はアクチュエータへの少なくとも１つのインタフェース、及び／又は、通信プロトコルに組み込まれたデータを読み込み又は出力するための少なくとも１つの通信インタフェースを有しうる。演算ユニットは、例えば、信号処理部、マイクロコントローラ等であってもよく、その際に、メモリユニットは、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、又は、磁気的メモリユニットでありうる。通信インタフェースは、無線及び／又は有線によりデータを読み込み又は出力するよう構成され、その際に、有線でデータを読み込み又は出力することが可能な通信インタフェースは、例えば電気的又は光学的に上記データを、対応するデータ伝送線から読み出し、又は、対応するデータ伝送線に上記データを出力することが可能である。
【００３８】
制御装置はここでは、例えば、ヘッドアップディスプレイ、即ち特に裸眼立体視対応のヘッドアップディスプレイの制御との関連で、車両で利用されうる。
【００３９】
半導体メモリ、ハードディスク、又は光メモリのような機械読み取り可能な担体又は記憶媒体に格納可能であり、かつ、特にプログラム製品又はプログラムがコンピュータ又は装置で実行される場合に先に記載した実施形態の１つに記載された方法の工程を実行、実現、及び／又は制御するために利用される、プログラムコードを有するコンピュータプログラム製品又はコンピュータプログラムも有利である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
本発明の実施例が、図面に示され、以下の明細書の記載において詳細に解説される。
【図１】一実施例に係るヘッドアップディスプレイの概略図を示す。
【図２】一実施例に係る裸眼立体視対応のヘッドアップディスプレイの原則的な機能形態を概略的に示す。
【図３】裸眼立体視対応のヘッドアップディスプレイの画像生成ユニットの概略図を示す。
【図４】一実施例に係るヘッドアップディスプレイの概略図を示す。
【図５】図４のヘッドアップディスプレイの概略図を示す。
【図６】一実施例に係る２つのバックライト装置を備えた裸眼立体視対応のヘッドアップディスプレイの概略図を示す。
【図７】図６のマイクロレンズアレイへの照光を概略的に示す。
【図８】一実施例に係る可動的な光源を備えたヘッドアップディスプレイの概略図を示す。
【図９】一実施例に係る傾斜ミラーを備えたヘッドアップディスプレイの概略図を示す。
【図１０】一実施例に係る傾斜ミラーを備えたヘッドアップディスプレイの概略図を示す。
【図１１】一実施例に係る２つの部分から成る表示ユニットを備えた裸眼立体視対応のヘッドアップディスプレイの概略的な側面図を示す。
【図１２】図１１の裸眼立体視対応のヘッドアップディスプレイの概略的な上面図を示す。
【図１３】図１１及び図１２の遮光装置の概略図を示す。
【図１４】一実施例に係る裸眼立体視対応のヘッドアップディスプレイの概略図を示す。
【図１５】一実施例に係る裸眼立体視対応のヘッドアップディスプレイの概略図を示す。
【図１６】一実施例に係るバックライト装置の一部の概略図を示す。
【図１７】図１６のバックライト装置の一部の概略図を示す。
【図１８】一実施例に係る方法のフロー図を示す。
【図１９】一実施例に係る制御装置の概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
本発明の有利な実施例についての以下の記載では、様々な図に示された、似たように作用する構成要素のために、同一又は類似した符号を利用し、当該構成要素についての重複説明は行わない。
【００４２】
図１は、一実施例に係るヘッドアップディスプレイ１００の概略図を示している。ヘッドアップディスプレイ１００は、車両１０２に組み込まれている。
【００４３】
ヘッドアップディスプレイ１００は、ヘッドアップディスプレイ光学系１０６を用いて、車両１０２の前に存在する仮想スクリーン１０８に、画像生成ユニット１０４（略称：ＰＧＵ（Ｐｉｃｔｕｒｅ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ  Ｕｎｉｔ））の像平面を射影する。これにより、車両１０２の運転者は、画像生成ユニット１０４により生成された画像を、拡大された状態で知覚する。この画像は、例えば或る走行シーンに重ねられており、運転者の視野から、車両のフロントガラスから所定の間隔を置いて、仮想スクリーン１０８に現れる。画像生成ユニット１０４内の画像生成要素として、例えばＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ、液晶ディスプレイ）モジュールが利用される。
【００４４】
提示される虚像は、画像生成ユニット１０４により生成された画像が拡大された映像である。ヘッドアップディスプレイ光学系１０６は、上記画像を対応して拡大するよう構成されている。その際に、必要とされる拡大は、仮想スクリーン１０８との距離によって増大し、即ち、運転者の視野において上記画像が表示される距離が遠くなるほど、画像生成ユニット１０４により生成される画像がより大きく拡大される。例えば、仮想スクリーン１０８への距離は、１５ｍ等である。
【００４５】
図２は、一実施例に係る裸眼立体視対応のヘッドアップディスプレイ１００の原則的な機能形態を概略的に示している。図１とは異なって、ここでは、ヘッドアップディスプレイ１００は、裸眼立体視対応のヘッドアップディスプレイシステムとして実現されている。ここでは、ヘッドアップディスプレイ１００は、左目と右目のために別々の部分画像を生成するよう構成される。これにより３Ｄ効果が実現される。２つの部分画像は、例えば、既に画像生成ユニット１０４により生成される。ヘッドアップディスプレイ光学系１０６を介して、部分画像の光が、より小さなアイボックス内にある各目に提供される。
【００４６】
その際に、左目と右目のための２つの部分画像は、画像生成ユニット１０４の表示ユニットで異なる方向に放射され、ヘッドアップディスプレイ光学系１０６を介して、対応するアイボックスに供給される。
【００４７】
ヘッドアップディスプレイ１００は、例えば、ＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）又はＬＣｏＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）プロジェクタに基づく、投影に基づくシステムである。しかしながら、ヘッドアップディスプレイシステム１００は、ＬＣＤベースでも実現されうる。その際には、液晶ディスプレイに、対応するバックライトが備えられる。
【００４８】
図３は、裸眼立体視対応のヘッドアップディスプレイの画像生成ユニット１０４の概略図を示している。ここでは、プロジェクタとしての２つのＬＣＤモジュール３００に基づく画像生成ユニットの可能な構想が示されている。２つのＬＣＤモジュール３００は、投影面の２つの部分画像が互い少し異なる方向に放射されて各アイボックスに入るように、配置されている。
【００４９】
２つの部分画像は、ビームスプリッタ３０２によって重ねられ、さらに、２つの部分画像は各々、光ダイオード３０４の形態による固有のバックライトを有する。このバックライトによって、光が対応して拡大される。これにより、ＬＣＤモジュール３００が円錐形状に光を放射し、ヘッドアップディスプレイ光学系を介して、左目又は右目のためのアイボックスを照光する。ＬＣＤモジュール３００での円錐状ビーム形成のための光線を拡大するために、ＬＣＤモジュール３００の直ぐ後ろに、散乱面３０６又はマイクロレンズアレイが配置されうる。ここではさらに、照明光学系３０８、及び、２つの視野レンズ３１０が示されている。
【００５０】
この場合、状況によっては、画質の劣化、及び、アイボックス形成の劣悪化が起こりうる。幅が狭いアイボックスを生成するために狭角で放射する散乱面によって、例えば、画像内容において粒状化が引き起こされる可能性がある。さらにそこでは、アイボックスの縁端に向かってアイボックスの輝度を下げうるガウス分布（Ｇａｕｓｓ−Ｐｒｏｆｉｌ）の形態による散乱が頻繁に起きる。観者がアイボックス内で自身の目を動かすと、輝度が異なる画像を知覚し、これにより画像が不均質に現れる可能性がある。マイクロレンズアレイが利用される際には、画像内での色のグラディエーションに繋がりうる色彩的影響が生じる可能性がある。さらに、小さなマイクロレンズが、回折を生じさせるように作用し、誤った目への部分画像のクロストークを引き起こす可能性がある。マイクロレンズアレイが、ヘッドアップディスプレイ光学系の結像面の近傍に配置されている場合には、ヘッドアップディスプレイ光学系による拡大によってマイクロレンズ構造が射影され、その場合に、画像においてレンズアレイとして知覚される。
【００５１】
図３では、点線及び矢印により示される可能な追従システムも同様に示唆されている。この追従システムは、例えば、画像生成ユニット１０４全体を、当該画像生成ユニット１０４の中央に存在する回転軸の周りを回転させるように構成される。
【００５２】
上記回転によって、後段のヘッドアップディスプレイ光学系に対して相対的に光線の方向が変更され、従って、両目のアイボックスが観者と共に移動する。アイボックスが移動可能な範囲であって、提示された画像を観者がその中で知覚できる上記範囲は、全体アイボックスとも呼ばれる。
【００５３】
代替的に、ＬＣＤモジュール３００の後ろの照明システム全体が、ＬＣＤモジュール３００の周りを回転させられる。
【００５４】
図４は、一実施例に係るヘッドアップディスプレイ１００の概略図を示している。ヘッドアップディスプレイ１００は、本実施例によれば、表示ユニット４０２を後方から照光するバックライト装置４００を備える。バックライト装置４００は、光線４０６を放射する光源４０４、即ちここでは光ダイオードと、光源４０４と表示ユニット４０２との間に配置された、開口部４１０を有する遮光装置４０８と、を有する。光線４０６は、開口部４１０によって、所定の入射角で表示ユニット４０２に当たる円錐状ビーム４１２へと形が整えられる。本実施例によれば、遮光装置４０８及び開口部４１０をずらすことが可能であり、従って、遮光装置４０８をずらすことによって、円錐状ビーム４１２の入射角を変更することが可能である。
【００５５】
追従させられる遮光装置を用いて可動的なアイボックスを実現するために、先に図１〜図３により説明した画像生成ユニットの構成要素でありうる表示ユニット４０２が、例えば、バックライト装置４００としての多段式光学系によって後方から照光されて、表示ユニット４０２での対応する放射条件が整えられる。有利に、アイボックスの形成は、適切なところに遮光装置４０８が位置付けられることにより行われる。
【００５６】
図４では、一実実施例を用いて、ここで提案するシステムの機能形態が示されている。ここでは、光源４０４の光が、任意の視準要素４１４、即ちここではコリメータレンズによって、マイクロレンズアレイの形態による任意の拡大要素４１６の方向に導かれる。視準要素４１４と拡大要素４１６との間には駆動可能な遮光装置４０８が配置されており、この遮光装置４０８は、本実施例によれば直線的にずらすことが可能である。円錐状ビーム４１２によって照射された拡大要素４１６のマイクロレンズは、円錐状ビーム４１２の光を拡大するよう構成される。このように拡大された光線が、任意の投影要素４１８、即ちここでは投影レンズによって、例えばＬＣＤモジュールとして実現された表示ユニット４０２で重畳される。
【００５７】
その際には、表示ユニット４０２上の様々なポイントに、照光された全てのマイクロレンズからの光線が当たる。表示ユニット４０２上の各ポイントから、その光線幅が遮光装置４０８の幅に依存する光円錐が放射される。ヘッドアップディスプレイ光学系１０６を介して、個々の表示ポイントの光円錐が、１つの目のためのアイボックス４２０内で重畳される。遮光装置４０８をずらすことによって、表示ユニット４０２が他の方向から照光され、従って、表示ユニット４０２から他の方向へ進む円錐状ビームが得られる。ヘッドアップディスプレイ光学系１０６を介して、円錐状ビームの個々の光線がアイボックス４２０内で重畳され、このアイボックス４２０は、全体アイボックス４２２内でずらすことが可能である。
【００５８】
遮光装置４０８によって、所定幅の円錐状ビーム４１２が定められ、ヘッドアップディスプレイ光学系１０６を介して、幅が狭いアイボックス４２０が生成される。遮光装置４０８の移動により、アイボックス４２０が全体アイボックス４２２の設計範囲内でずらされる。
【００５９】
図５は、アイボックス４２０が動かされるヘッドアップディスプレイ１００の概略図を示す。図は、表示ユニット４０２における、１つの表示ポイント５００から出る円錐状ビーム４１２の生成を示している。この円錐状ビーム４１２によって、アイボックス４２０が形成される。その際に、円錐状ビーム４１２は、拡大要素４１６の様々なマイクロレンズの個々の部分光線で構成される。
【００６０】
遮光装置４０８をずらすことによって、アイボックス４２０が全体アイボックス４２２内でずらされる。図５から分かるように、拡大要素４１６の前に存在する開口部４１０の幅が広いほど、より多くの光線が表示ポイント５００を通って案内されて、より幅が広い円錐状ビーム４１２になる。従って、円錐状ビーム４１２の幅がアイボックス４２０の幅が決定し、即ち、アイボックスの幅は、開口部４１０の幅によって調整される。
【００６１】
このようにして、遮光装置４０８を動かすことによって、全体アイボックス４２２の全範囲を追従することが可能である。この形態による追従においては、遮光装置４０８のみが動かされるため、画像生成ユニット全体を旋回させるための空間を確保する必要がない。大きなモータが無いことによっても同様に設置空間が縮小する。これにより、本設計は、車両内の所定の設置空間に非常に簡単に組み込まれる。必要な設置空間が縮小することによって、例えば、車両のステアリングコラムとの干渉も回避されうる。
【００６２】
表示ユニット４０２は例えば固定されており、これにより、表示ユニット４０２が追従の際に結像面から動きこれにより画質が下がるということが回避される。
【００６３】
ＬＣＤ照明部のこのような均質化段によって、様々な要請が一度に満たされる。一方では、拡大要素４１６のアパーチャが、全体アイボックス４２２全体に対応する。遮光装置４０８によって、拡大要素４１６のより少ないアパーチャが効率良く利用され、これにより、円錐状ビームの幅は、ヘッドアップディスプレイ光学系１０６を介して鮮鋭なアイボックスが生成されるように、適合される。バックライト装置４００の更なる別の利点は、拡大要素４１６の照光された個々のチャネルが表示ユニット４０２で均一に重畳するため、表示ユニット４０２が均一に照光されることにある。
【００６４】
代替的な実施例によれば、バックライト装置４００は、複数の拡大要素４１６、即ち例えば複数のマイクロレンズアレイを有しうる。このような複数の拡大要素の使用によって、システムは、より拡大された光源に対して適合されうる。これにより、例えば、バックライティングのために複数の光源が使用され、これにより輝度が上げられる。
【００６５】
図５で示すシステムは、１つのアイボックスのみ生成されるが、裸眼立体視対応のヘッドアップディスプレイを実現するためには、２つのアイボックスを同時に提供する必要があり、その際に、この２つのアイボックスは、観者に対して、異なる部分画像ごとに提供される。
【００６６】
このために、表示ユニット４０２は、例えば、２つの部分画像を時間的に連続して切り替えるよう構成されうる。対応して、遮光装置４０８は、２つの部分画像を２つのアイボックスに導くために、表示ユニット４０２による切り替えと同様に時間的に連続して様々な位置の間で移るように構成されうる。このために、遮光装置４０８は、例えば、以下で詳細に説明するように、電子式遮光装置として実現されうる。
【００６７】
代替的に、２つの部分画像は２つの表示ユニットによって生成され、その際に、この２つの表示ユニットは、図６を用いて以下に説明するように、ビームスプリッタによって重ねられ、かつ各々が、固有のバックライトと、駆動可能な固有の遮光装置と、を有する。
【００６８】
図６は、一実施例に係る、２つのバックライト装置４００、６００を備えた、裸眼立体視対応のヘッドアップディスプレイ１００の概略図を示している。先に図５を用いて説明したヘッドアップディスプレイとは異なって、本実施例に係るヘッドアップディスプレイ１００は、バックライト装置４００に加えて、更なる別の表示ユニット６０２を後方から照光するための更なる別のバックライト装置６００を有する。この更なる別のバックライト装置６００はバックライト装置４００と同様に、更なる別の光源と、所定幅の更なる別の円錐状ビーム６０４を生成するための、移動可能な開口部を有する更なる別の遮光装置と、更なる別の光源により放射された光線を拡大するための任意の更なる別の拡大要素６０５と、を備えて実現される。
【００６９】
表示ユニット４０２は、円錐状ビーム４１２を利用して、第１の立体画像を生成するよう構成される。対応して、更なる別の表示ユニット６０２は、更なる別の円錐状ビーム６０４を利用して、第２の立体画像を生成するよう構成される。
【００７０】
図６には、ＬＣＤベースの画像生成ユニットを備えた裸眼立体視対応のヘッドアップディスプレイシステムのシミュレーションと、バックライト装置に組み込まれた遮光装置を用いる追従と、が例示的に示されている。ここでは、２つの表示ユニット４０２、６０２へのバックライティングにおいてシミュレートされるシステムが示されており、当該システムは、均質化段の拡大要素４１６、６０５としてのマイクロレンズアレイを起点としている。投影レンズ４１８、及び、追加的な、角度を変える（ｗｉｎｋｅｌｕｍｌｅｎｋｅｎｄ）バックライト光学系６０６を介して、表示ユニット４０２、６０２それぞれが均一に照光される。ビームスプリッタ６０８は、２つの類似した経路を重ねるように構成され、その際に、各経路には固有の表示ユニットが対応付けられており、各経路が１つの画像を提供する。更なる別の表示ユニット６０２に対応付けられた経路には、車両の設置空間に適合させるために、任意の偏向ミラー６１０が導入されている。拡大要素４１６、６０５の前の各遮光装置によって、以下に図７を用いて説明するように、各画像のアイボックスが調整される。
【００７１】
部分画像は、例えば、ヘッドアップディスプレイ光学系１０６及びコンバイナ（Ｃｏｍｂｉｎｅｒ）６１２を介して、アイボックスへと方向が変えられる。
【００７２】
以下に、ヘッドアップディスプレイ１００の可能なシステムパラメータを例示的に記載する。その際に、第１の欄にはパラメータが記載され、第２の欄にはパラメータに割り当てられる値が記載され、第３の欄には対応する説明が記載される。
コンバイナ            有り                    非球面状
ＶＩＤ                ５ｍ                    仮想的なスクリーン距離
ＦＯＶ                １０°×４°            視野（Ｆｉｅｌｄ  ｏｆ  Ｖｉｅｗ）
ＥＢ                  １４０ｍｍ×６０ｍｍ    アイボックスのサイズ
ＭＬＡ                ３２ｍｍ×１２ｍｍ      ＭＬＡの寸法
【００７３】
図７は、図６の拡大要素４１６、６０５への照光を概略的に示している。図では、異なる経路に存在する２つの拡大要素４１６、６０５の入射光線が、１つのグラフに重ねられている。その際に、２つの拡大要素は同じ大きさである。拡大要素の一方が完全に照光された際には、部分画像は全体アイボックスからはみ出るであろう。但し、１つの目のための小さなアイボックスのみ照光するためには、拡大要素のより小さな部分のみ利用される。
【００７４】
示される光線の入射点は、例えば６５ｍｍの目と目の間の距離（瞳孔間距離）を有する観者が全体アイボックスの中央にくる所定のアイボックスポジションのための、拡大要素４１６、６０５の利用された領域を再現している。ここに示される照光された領域の大きさによる拡大要素の近傍の遮光装置によって、観者の目がどの位置にあってもアイボックスが形成されうる。遮光装置をずらすことによって、各アイボックスも対応してずらされる。照光されるアイボックスを、例えば幅が１４０ｍｍの全体アイボックス全体を越えて移動せしめうるために、この場合、例えば３２ｍｍの拡大要素の幅に渡って遮光装置をずらすことが可能である。即ち、１ｍｍの精度でのアイボックスの位置決めを実現するためには、遮光装置は、対応する拡大要素の直ぐ前の０．２３ｍｍのところに配置されるべきであろう。これにより、追従される調整ユニットとしての、例えばモータを用いる遮光装置の公差に対する要求が対応して小さくなりうる。
【００７５】
図７には、図６に係るシステムの拡大要素の利用された領域の結果が示されている。拡大要素は、例えば、幅３２ｍｍ、高さ１２ｍｍという寸法を有する。各経路内の拡大要素は例えば、全体アイボックスに対応できるように設計される。各目のための個別アイボックスはより小さく、かつ、全体アイボックス内を観者の目の動きに伴って移動する。ここには、全体アイボックスの中央にくる観者についての、拡大要素の各利用された領域が示されている。拡大要素が完全に照光される際に、利用された光線のここに示される入射点は、部分画像ごとに遮光装置を外すべき領域を示す。観者が動いた際には、これに対応して、遮光装置が左又は右にずれる。
【００７６】
ここで提示されるシステムは、そのバックライティングにおいて、１つの目が動いてもよい全体アイボックス全体を照光するための光を提供する。遮光装置によって、各部分画像にとって必要ではない光線が遮断される。
【００７７】
ここに示す裸眼立体視対応のアプローチは、さらに、更なる効率向上のための潜在性をもたらす。観者の目は、原則的に、全体アイボックスの領域全体に渡っては動かない。１の目が設計領域から出次第、もはや他の目に対応する必要はなく、これにより、１つの目についての効率良く追従すべき領域が縮小される。全体アイボックス幅が例えば１４０ｍｍで、６５ｍｍの平均的な目と目の間の距離である際に、１つの目のための追従すべき範囲は、７５ｍｍに縮小される。提供される光がこの領域に限定される場合には、小さいアイボックス内での光量が増大し、これにより効率が約２倍に上がる。
【００７８】
ＬＥＤバックライトの放射を追加的に追従させることにより、効率が更に上げられる。このことについて、以下では図８を用いて詳細に説明する。
【００７９】
一実施例によれば、遮光装置は、機械式の遮光装置ではなく、例えばＬＣＤセルの形態による、電子式の遮光装置として実現される。その際には、遮光装置は、遮蔽すべきピクセルを黒く切り替えるよう構成されうる。遮光装置としてのＬＣＤセルの利用によって、光が失われる可能性がある。なぜならば、ＬＣＤセルは、光を偏光させ、単純に有限の透過率を有するからである。但し、透過光の偏光が、照射される各表示ユニット（例えば、画像を生成するＬＣＤモジュールでありうる）に対して適合される場合には、偏光による損失が低減されうる。
【００８０】
例えば、このような電子式遮光装置は、対応する表示ユニットが２つの立体画像を連続的に切り替えられるのと同じ速さで切り替わるように、構成されうる。例えば、表示ユニットは、１２０Ｈｚの周波数により２つの部分画像を切り替えるよう構成され、従って、心地良いと感じられる６０Ｈｚの周波数により、各部分画像が観者に知覚されうる。
【００８１】
図８は、一実施例に係る、可動的な光源４０４を備えたバックライト装置４００の概略図を示す。ここでは、バックライト装置４００は例えば、図４〜７により説明したバックライト装置でありうる。本実施例によれば、光源４０４は、システム効率を上げるための駆動可能な光ダイオードとして実現される。
【００８２】
遮光装置４０８により限定されて、拡大要素４１６のアパーチャのうち特定の部分のみ利用される。その際に、光源４０４は、開口部４１０のみを照光しさらに自身が追従させられるように、設計される。光源４０４は、特定の角度領域に照光し、この特定の角度領域では、視準要素４１４による視準化の後で、開口部４１０が照光される。このような幅が狭い光線を実現するために、光源４０４は、例えば、反射器又は補助レンズを備えて実現されうる。
【００８３】
開口部４１０が動いた場合には、光源４０４は、開口部４１０への照光を追従するために、例えば、対応して回転させられ又はずらされる。代替的に、光源４０４による追従は、小さな傾斜ミラー又はその他の適切な光学素子によって実現されうる。開口部４１０の動きに同期させて光源４０４を追従させるために、光源４０４は、任意に、遮光装置４０８と機械的に連結されてもよい。これにより、追従のための追加的なアクチュエータが省略される。
【００８４】
例えば、光源４０４は、幅が狭い円錐状の光線４０６を放射するよう構成され、この光線４０６によって、拡大要素４１６の前の開口部４１０が完全に照光される。全システムのアイボックスを追従させるために遮光装置が拡大要素４１６に渡って動く場合には、光源４０４も回転させられる。これにより、光源４０４は、開口部４１０を引き続き完全に照光する。このように開口部４１０に対して収束される光によって、システムの効率が上げられる。
【００８５】
図９は、一実施例に係る傾斜ミラー９００を備えたヘッドアップディスプレイ１００の概略図を示している。ヘッドアップディスプレイ１００は、図５により説明したヘッドアップディスプレイにほぼ対応しているが、ヘッドアップディスプレイ１００が遮光装置の代わりに、円錐状ビーム４１２を形成するための傾斜ミラー９００を備えて実現されている点で異なっている。
【００８６】
光源４０４による対応する光線の形成は、遮光装置無しで行うことが可能であり、これにより、上記追従の機械的コストが更に下げられる。図９は、光源４０４の直ぐ後ろの傾斜ミラー９００としての回転ミラーを備えたシステムを例示している。傾斜ミラー９００によって、拡大要素４１６の様々な領域が照光され、これにより、アイボックス４２０がずらされうる。傾斜ミラー９００を介して、例えば細く放射された円錐の形状による光線４０６が、拡大要素４１６へと反射される。
【００８７】
図１０は、一実施例に係る傾斜ミラー９００を備えたヘッドアップディスプレイ１００の概略図を示している。図９とは異なって、ここでも同様に回転ミラーである傾斜ミラー９００が、投影要素４１８と表示ユニット４０２との間に配置されている。本実施例によれば、傾斜ミラー９００は、拡大要素４１６により第１の方向に放射された円錐状ビームを、例えば９０度分だけ第１の方向とは異なる第２の方向に、表示ユニット４０２へと偏向するよう構成される。このために、傾斜ミラー９００は、様々な角度で放射された円錐状ビームを全て、表示ユニット４０２へと導く。これにより、光線が表示ユニット４０２で対応して傾けられ、これにより、全体アイボックス４２２内でアイボックス４２０がずらされる。
【００８８】
一実施例によれば、拡大要素４１６と、対応するレンズと、は、幅が狭いアイボックス４２０を生成するように設計される。その際に、表示ユニット４０２は、表示ユニット４０２の側面を越えて放射される円錐状ビームによって照光される。これにより、傾斜ミラー９００が歪んでいる際にも、表示ユニット４０２が完全に照光されうる。傾斜ミラー９００が回転される際には、光線の放射方向が表示ユニット４０２で同様に変更され、これにより、アイボックス４２０が対応してずらされる。
【００８９】
図１１は、一実施例に係る、２つの部分から成る表示ユニット４０２を備えた裸眼立体視対応のヘッドアップディスプレイ１００の概略的な側面図を示している。先に図１〜図１０により説明したヘッドアップディスプレイとは異なって、図１１のヘッドアップディスプレイ１００は、第１の立体画像を生成する第１の部分１１００と、第２の立体画像を生成する第２の部分１１０２と、に分けられる表示ユニット４０２を備えて実現される。対応して、遮光装置４０８は、開口部４１０の他に、追加的な開口部１１０４を有する。追加的な開口部１１０４は、光線４０６を利用して、第２の部分１１０２を後方から照光する追加的な円錐状ビーム１１０６を形成するよう構成される。これに対して、開口部４１０により生成される円錐状ビーム４１２は、第１の部分１１００を後方から照光する。
【００９０】
図１１に示される、表示部が分けられたステレオヘッドアップディスプレイ（Ｓｔｅｒｅｏ−Ｈｅａｄ−ｕｐ−Ｄｉｓｐｌａｙ）１００は、一実施例によれば、ビームスプリッタ６０８を有する。ビームスプリッタ６０８は、２つの部分１１００、１１０２を仮想的に重ねるよう構成され、従って、第１の立体画像は、観者の第１の目の光路へと反射され、第２の立体画像は、観者の第２の目の光路へと透過させられる。本実施例によれば、ビームスプリッタ６０８は、表示ユニット４０２に対してほぼ直交して２つの部分１１００、１１０２の間に存在する。２つの部分領域１１００、１１０２は、図１１に示される側面図では上下に重なっている。
【００９１】
２つの開口部４１０、１１０４は、例えば、互いにずれた、開いた遮光装置スリット部（Ｂｌｅｎｄｅｎｓｃｈｌｉｔｚｅ）として形成される。
【００９２】
図１２は、図１１の裸体立体視対応のヘッドアップディスプレイ１００の概略的な上面図を示している。表示ユニット４０２の２つの部分は、互いにずれた開口部４１０、１１０４によって、それぞれ異なる角度から照光され、互いに異なる箇所でアイボックスが生成される。
【００９３】
互いにずれた開口部４１０、１１０４によって、様々な目の位置ごとにアイボックスが生成され、その際に、開口部４１０は、アイボックス４２０を生成し、追加的な開口部１１０４は、全体アイボックス４２２に追加的なアイボックス１２００を生成するよう構成される。これにより、表示ユニット４０２の各部分が生成した部分画像が、各目に供給される。表示ユニット４０２を２つの部分に空間的に分けることによって、もはや、表示ユニット４０２を２つの部分画像の間で迅速に切り替える必要はない。これにより、特にＬＣＤモジュールとして実現可能な表示ユニット４０２が、低温時にも使用される。
【００９４】
図１３は、図１１及び図１２の遮光装置４０８の概略図を示している。ここでは、方形の遮光装置スリット部として形成された開口部４１０、１１０４が例示されている。開口部４１０、１１０４は、ｘ方向においてもｙ方向においても互いにずれて配置されている。図１３では、ｘ方向及びｙ方向は、遮光装置４０８の平面上に存在する対応する座標軸ｘ又はｙで示されている。
【００９５】
図１３に示される、開口部４１０、１１０４間の間隔が固定された遮光装置４０８の代わりに、例えば、互いに独立して移動可能な開口部を各々が備える２つの機械的に分離した遮光装置も使用されうる。代替的に、遮光装置４０８は、追加的なアクチュエータを用いて、開口部の間のスリット間隔を調整するよう構成されうる。さらに、スリット幅が変更可能な遮光装置の利用も考えられる。
【００９６】
このような遮光装置の利用によって、観者の個別の目と目の間の距離に対してシステムを調整することが可能である。なぜならば、様々なスリット間隔によって、互いに様々な距離で離れたアイボックスが生じるからである。遮光装置のスリット幅が変更可能であることによって、アイボックスの幅が調整されうる。観者が前又は後ろに動いた際には、各アイボックス幅が適合され、従って、間違った目への部分画像のクロストークが防止される。
【００９７】
図１４は、一実施例に係る裸眼立体視対応のヘッドアップディスプレイ１００の概略図を示している。本実施例によれば、表示要素４０２は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ‐Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ、微小電気機械システム）ベースのディスプレイとして実現される。
【００９８】
このようなＭＥＭＳディスプレイは、低温時にも、迅速な切り替えという利点をもたらし、これにより特に、自動車での使用に適している。
【００９９】
表示ユニット４０２は、ミクロメカニカルなシャッタ（Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｓｃｈｅｒ  Ｓｈｕｔｔｅｒ）によって動作し、このミクロメカニカルなシャッタは、連続的に切り替え可能であり、光源４０４及び追加的な光源１４００によって時間的に同期して照射されうる。その際に、表示ユニット４０２は、自身の画像内容を、ピクセル単位で、ミクロメカニカルなシャッタを用いて個別ピクセルごとに構築する。追加的な光源１４００により放射された光線は、例えば、コリメータレンズ等の追加的な視準要素１４００によって視準される。
【０１００】
図１４に示すシステム構成は、図５で示したシステム構成と比較可能である。表示ユニット４０２は時間的に連続して２つの部分画像を切り替えるため、２つのアイボックス４２０、１２００を、同一の表示ユニットによって生成することが可能である。アイボックス４２０、１２００は、遮光装置４０８をずらすことにより追従されうる。その際に、光源４０４、１４００は、本来の開口部４１０、１１０４を超える範囲を照光する。遮光装置４０８は、この範囲内で移動可能であり、その際に、光源４０４、１４００による追従は必要ではない。
【０１０１】
表示ユニット４０２のために、時間的に連続して２つの開口部４１０、１１０４によって照光され、第１又は第２の画像（部分画像とも称される）が表示される。これにより、時間的に連続して、左目用のアイボックス４２０及び右目用のアイボックス１２００が構築される。上記追従は、遮光装置をずらすことにより行われる。
【０１０２】
図１５は、一実施例に係る裸眼立体視対応のヘッドアップディスプレイ１００の概略図を示している。図１４とは異なって、図１５に係る２つの光源４０４、１４００は可動的である。
【０１０３】
図１５には、システムの変形例が示されており、ここでは、光源４０４、１４００は、自身に対応付けられた開口部の領域のみを照光する。従って、２つの光源を、遮光装置４０８の動きに追従させることが必要となる。この追従は、例えば、２つの光源を対応して回転させることにより実現される。代替的に、ヘッドアップディスプレイ１００は、図９及び図１０により説明した傾斜ミラーと類似した、２つの光源により放射された光線を追従するための傾斜ミラーを有してもよい。さらに、以下に図１６を用いて説明するような、光源４０４、１４００の近傍に設けられた偏向レンズの利用も構想されうる。
【０１０４】
図１５によれば、上記追従は、遮光装置４０８をずらずことによって、さらに、光源４０４、１４００の形状による照明ユニットを回転させることによって行われる。光源４０４、１４００は、開口部４１０、１１０４の領域のみ照光するよう構成されているため、図１４のシステムに対して、より高い効率が実現される。
【０１０５】
図１６は、一実施例に係るバックライト装置４００の一部の概略図を示している。バックライト装置は、例えば、先に図４〜１５により説明したバックライト装置である。バックライト装置４００は、光源４０４により放射される光線４０６の光路に配置された、当該光線４０６を偏向させるための偏向レンズ１６００を備え、即ち、ここでは円柱レンズを備える。本実施例によれば、偏向レンズ１６００は、光源４０４と視準要素４１４との間に配置されている。
【０１０６】
光線４０６は、偏向レンズ１６００によって案内され、偏向レンズ１６００は、自身の位置に従って、光線４０６を様々な方向に視準要素４１４へと導く。偏向レンズ１６００をずらすことによって、光源４０４の光円錐が偏向され、従って、光円錐が対応してずらされて視準要素４１４に当たる。代替的に、偏向レンズ１６００は、レンズの湾曲が変えられる液体レンズとして実現される。偏向レンズ１６００は、例えば、先に図８〜１５により説明したヘッドアップディスプレイで利用されうる。
【０１０７】
図１７は、図１６のバックライト装置４００を示している。図１６及び図１７は、２つの異なる位置にある偏向レンズ１６００についての光線４０６の偏向を示している。
【０１０８】
図１８は、一実施例に係るヘッドアップディスプレイの表示ユニットを照光する方法１８００のフロー図を示している。方法１８００は、例えば、先に図１〜図１７により説明したヘッドアップディスプレイとの関連で実行される。本方法では、工程１８１０において、光線を放射するために光源が作動される。光源の作動に対応して、更なる別の工程１８２０において、遮光装置又は開口部を動かすために制御信号が提供される。
【０１０９】
任意の実施例によれば、工程１８３０において、少なくとも１つのセンサにより検知された、ヘッドアップディスプレイの観者の目の位置を表すセンサ信号が読み込まれる。対応して、工程１８２０において、開口部により形成された円錐状ビームの入射角を変更するために、制御信号がセンサ信号を使用して提供される。
【０１１０】
工程１８１０、１８２０、１８３０は継続的に実行されうる。
【０１１１】
図１９は、一実施例に係る制御装置１９００の概略図を示している。制御装置１９００は、例えば、先に図１〜１８により説明したヘッドアップディスプレイの制御との関連で利用されうる。このために、制御装置１９００は、作動ユニット１９１０を有し、この作動ユニット１９１０は、光源を作動する作動信号１９１５を生成して、光源及び提供ユニット１９２０へと送信するよう構成される。提供ユニット１９２０は、作動信号１９１５を利用して、遮光装置又は開口部を制御する制御信号１９２５を提供するよう構成される。例えば、制御信号１９２５は、遮光装置、又は、電子式遮光装置の像点を動かすアクチュエータを駆動するために用いられる。
【０１１２】
実施例が、第１の特徴と第２の特徴の間に「及び／又は」（ｕｎｄ／ｏｄｅｒ）結合を含む場合は、一の実施形態に係る実施例が第１の特徴及び第２の特徴を有し、他の実施形態に係る実施例が第１の特徴のみ又は第２の特徴のみを有すると理解されたい。
【図１】
2017134393.tif 000003
【図２】
2017134393.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2017134393.tif 000007
【図６】
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【図７】
2017134393.tif 000009
【図８】
2017134393.tif 000010
【図９】
2017134393.tif 000011
【図１０】
2017134393.tif 000012
【図１１】
2017134393.tif 000013
【図１２】
2017134393.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年12月21日(2016.12.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘッドアップディスプレイ（１００）の表示ユニット（４０２）を後方から照光するバックライト装置（４００）であって、前記バックライト装置（４００）は、以下の特徴、即ち、
光線（４０６）を放射する少なくとも１つの光源（４０４）と、
前記光線（４０６）を利用して所定幅の円錐状ビーム（４１２）を生成する少なくとも１つの開口部（４１０）を有し、前記光源（４０４）と前記表示ユニット（４０２）との間に配置され又は配置可能な少なくとも１つの遮光装置（４０８）であって、前記遮光装置（４０８）及び／又は前記開口部（４１０）は、前記表示ユニット（４０２）への前記円錐状ビーム（４１２）の入射角を変更するために、少なくとも１つの方向に移動可能である、前記少なくとも１つの遮光装置（４０８）と、
を有する、バックライト装置（４００）。
【請求項２】
前記光源（４０４）と前記遮光装置（４０８）との間に配置された、前記光線（４０６）を視準する少なくとも１つの視準要素（４１４）、及び／又は、前記遮光装置（４０８）と前記表示ユニット（４０２）との間に配置された、前記円錐状ビーム（４１６）を拡大する少なくとも１つの拡大要素（４１６）、及び／又は、前記拡大要素（４１６）と前記表示ユニット（４０２）との間に配置された、前記拡大要素（４１６）により拡張された円錐状ビーム（４１２）を前記表示ユニット（４０２）へと投射する少なくとも１つの投影要素（４１８）を備えた、請求項１に記載のバックライト装置（４００）。
【請求項３】
前記光源（４０４）は、前記遮光装置（４０８）及び／又は前記開口（４１０）の移動に前記光線（４０６）を追従させるよう構成される、請求項１〜２のいずれか１項に記載のバックライト装置（４００）。
【請求項４】
前記遮光装置（４０８）及び／又は前記光源（４０４）を動かす少なくとも１つのアクチュエータを備えた、請求項１〜３のいずれか１項に記載のバックライト装置（４００）。
【請求項５】
前記遮光装置（４０８）は、前記開口部（４１）の大きさ及び／又は形状を変更するよう構成される、請求項１〜４のいずれか１項に記載のバックライト装置（４００）。
【請求項６】
前記遮光装置（４０８）は、前記光線（４０６）を利用して所定幅の追加的な円錐状ビーム（１１０６）を生成する少なくとも１つの追加的な開口部（１１０４）を有し、前記追加的な開口部（１１０４）は、前記表示ユニット（４０２）への前記追加的な円錐状ビーム（１１０６）の入射角を変更するために、少なくとも１つの方向に移動可能である、請求項１〜５のいずれか１項に記載のバックライト装置（４００）。
【請求項７】
前記開口部（４１０）と前記追加的な開口部（１１０４）とは、ｘ方向及び／又はｙ方向に互いにずれて配置される、請求項６に記載のバックライト装置（４００）。
【請求項８】
前記遮光装置（４０８）は、前記開口部（４１０）と前記追加的な開口部（１１０４）との間の間隔を変更するよう構成される、請求項６又は７に記載のバックライト装置（４００）。
【請求項９】
表示ユニット（４０２）と、
請求項１〜８のいずれか１項に記載のバックライト装置（４００）と、
を備えた、ヘッドアップディスプレイ（１００）。
【請求項１０】
前記表示ユニット（４０２）は、第１の立体画像を生成する第１の部分（１１００）と、第２の立体画像を生成する第２の部分（１１０２）と、を有し、前記バックライト装置（４００）は、前記第１の部分（１１００）を前記円錐状ビーム（４１２）により後方から照光し、前記第２の部分（１１０２）を追加的な円錐状ビーム（１１０６）により後方から照光するよう構成される、請求項９に記載のヘッドアップディスプレイ（１００）。
【請求項１１】
前記表示ユニット（４０２）は、第１の立体画像を生成するよう構成され、前記ヘッドアップディスプレイ（１００）は、第２の立体画像を生成する更なる別の表示ユニット（６０２）と、当該更なる別の表示ユニット（６０２）を後方から照光する更なる別のバックライト装置（６００）と、を有し、前記更なる別のバックライト装置は、更なる別の光線を放射する少なくとも１つの更なる別の光源と、前記更なる別の光線を利用して所定幅の更なる別の円錐状ビーム（６０４）を生成する少なくとも１つの更なる別の開口部を有し、前記更なる別の光源と前記更なる別の表示ユニット（６０２）との間に配置され又は配置可能な少なくとも１つの更なる別の遮光装置と、を有し、前記更なる別の遮光装置及び／又は前記更なる別の開口部は、前記更なる別の表示ユニット（６０２）への前記更なる別の円錐状ビーム（６０４）の入射角を変更するために、少なくとも１つの方向に移動可能である、請求項９に記載のヘッドアップディスプレイ（１００）。
【請求項１２】
前記第１の立体画像を前記ヘッドアップディスプレイ（１００）の観者の第１の目への光路へと反射させ、及び／又は、前記第２の立体画像に前記観者の第２の目への光路を透過させるよう構成されたビームスプリッタ（６０８）を備える、請求項１０又は１１に記載のヘッドアップディスプレイ（１００）。
【請求項１３】
請求項９〜１２のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ（１００）の表示ユニット（４０２）を後方から照光する方法（１８００）であって、本方法（１８００）は、以下の工程、即ち、
光線（４０６）を放射するために、光源（４０４）を作動させる工程（１８１０）と、
前記光源（４１０）の前記作動に応じて、遮光装置（４０８）及び／又は開口部（４１０）を動かすために制御信号（１９２５）を提供する工程（１８２０）と、
を含む、方法（１８００）。
【請求項１４】
前記方法（１８００）は、
少なくとも１つのセンサにより検知された、前記ヘッドアップディスプレイ（１００）の観者の目の位置を表すセンサ信号を読み込む工程（１８３０）を有し、
前記提供する工程（１８２０）では、前記目の位置に依存して円錐状ビーム（４１２）の入射角を変更するために、前記センサ信号を利用して前記制御信号（１９２５）が提供される、請求項１３に記載の方法（１８００）。
【請求項１５】
請求項１３又は１４に記載の方法（１８００）の工程を実行又は制御するよう構成されたユニット（１９１０、１９２０）を備える制御装置（１９００）。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
従来では、観者の目の動きに伴う、生成されたアイボックスの追従は、例えば、画像生成ユニット一式、又は、少なくとも投射ユニット若しくはバックライトユニットが、モータ（Ｍｏｔｏｒ）により回転させられることにより実現される。その際に、モータで駆動するシステムによって、上記追従の際に遅延時間が生じる可能性がある。
【外国語明細書】
2017134393000001.pdf