WO2025089198A1

WO2025089198A1 - 画像生成装置

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Publication number: WO2025089198A1
Application number: PCT/JP2024/037196
Authority: WO
Inventors: 岩道石川; 隆延豊嶋
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2023-10-27
Filing date: 2024-10-18
Publication date: 2025-05-01
Anticipated expiration: 2026-04-27

Abstract

画像生成装置（３）は、光源（３１）と、レンズ（３３）と、を備える。レンズ（３３）は、光源（３１）と向かい合う表面（３３Ｆ）と、表面（３３Ｆ）と反対側に設けられた裏面（３３Ｂ）と、を有する。レンズ（３３）は、表面（３３Ｆ）に設けられ、光源（３１）から出射された光が入射する入射面（３３１）と、裏面（３３Ｂ）に設けられ、光源（３１）から所定の投射角度（φ）範囲内に広がる光を第一方向へ屈折させる第一光制御面（３３２１）と、裏面（３３Ｂ）に設けられ、光源（３１）から所定の投射角度（φ）範囲外に広がる光を第一方向へ導かない第二光制御面（３３２２）と、を有する。

Description

画像生成装置

　本開示は、画像生成装置に関する。

　特許文献１は、画像投影装置の画像を生成する、画像生成装置を開示している。画像生成装置は、第一光源と、第一光源とは一定距離だけ離隔して配置された第二光源と、第一光源および第二光源から出射された光を透過するレンズと、レンズを透過した光により画像を生成するための光を形成する液晶部と、を備える。レンズは、第一光源からの光を透過する第一領域と、第一領域と並列結合されて第二光源からの光を透過する第二領域とから構成される。画像生成装置は、第一光源からの光が第二領域を透過することを防ぐとともに第二光源からの光が第一領域を透過することを防ぐための遮光部をさらに備えている。

　特許文献２も画像生成装置を開示している。画像生成装置は、光源と、光源から出射される光により画像を生成するための光を形成する液晶部と、光源から出射された光を液晶部へ照射する光学素子と、を備える。光学素子は、光源から出射された光を受光する入射面と、入射面で受光された光を液晶部へ照射する出射面と、入射面と出射面の間の側面と、を備える。側面の少なくとも一部に、入射面で受光された光の一部を吸収する吸収部が形成されている。

日本国特開２０２１－１７３８９１号公報日本国特開２０２２－０２０３３７号公報

　ところで、光源から液晶部へ至る光路中に、光源から出射された光を液晶部へ導く透明部材が設けられることがある。光源から出射される光は、主には透明部材の出射面から液晶部へ照射される。しかしながら、光源から出射される一部の光は迷光として、透明部材の出射面を介さずに意図しない方向へ照射され、生成する画像に影響を与えるおそれがある。

　本開示は、迷光を抑制した画像生成装置を提供する。

　本開示の一側面に係る画像生成装置は、
　光源と、
　前記光源と向かい合う表面と、前記表面と反対側に設けられた裏面と、を有する、透明部材と、を備え、
　前記透明部材は、
　　前記表面に設けられ、前記光源から出射された光が入射する入射面と、
　　前記裏面に設けられ、前記光源から所定の投射角度範囲内に広がる光を第一方向へ屈折させる第一光制御面と、
　　前記裏面に設けられ、前記光源から前記所定の投射角度範囲外に広がる光を前記第一方向へ導かない第二光制御面と、を有する。

　本開示によれば、迷光を抑制した画像生成装置が提供される。

図１は、車両に設けられたＨＵＤを、車両の側面側から見た模式図である。図２は、ＨＵＤに設けられた画像生成装置の構成を示す概要図である。図３は、画像生成装置の光源からの光の進み方を説明する概要図である。

　以下、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。尚、実施形態の説明において既に説明された部材と同一の参照番号を有する部材については、説明の便宜上、その説明は省略する。また、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。

　また、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に示すヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ：Ｈｅａｄ－Ｕｐ　Ｄｉｓｐｌａｙ）２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Ｌ」および「右方向Ｒ」を含む方向である。「上下方向」は、「上方向Ｕ」および「下方向Ｄ」を含む方向である。「前後方向」は、「前方向Ｆ」および「後方向Ｂ」を含む方向である。ＨＵＤ２における前後方向と、車両１における前後方向は一致している。ここで、車両１の進行方向を前方向とする。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。左右方向は、車両１の車幅方向でもある。

（第一実施形態）
　図１は、車両１に設けられたＨＵＤ２を、車両１の側面側から見た模式図である。ＨＵＤ２は、車両前方の風景に重畳させてウインドシールドＷＳに虚像を投影するように構成されている。ＨＵＤ２の少なくとも一部は車両１の内部に位置する。具体的には、ＨＵＤ２は、車両１のダッシュボードＤＢ内に設置されている。

　図１に示すように、ＨＵＤ２は、ＨＵＤ本体部２０を備えている。ＨＵＤ本体部２０は、ハウジング２２と出射窓２３を有する。出射窓２３は可視光を透過させる透明板である。ＨＵＤ本体部２０は、ハウジング２２の内側に、画像生成装置（ＰＧＵ：Ｐｉｃｔｕｒｅ　Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　Ｕｎｉｔ）３と、ＨＵＤ制御部２５と、平面鏡２６と、凹面鏡２８とを有する。

　画像生成装置３は、虚像を生成する光を出射するように構成されている。画像生成装置３の詳細は後述する。

　凹面鏡２８は、画像生成装置３から出射されて平面鏡２６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２８は、ＨＵＤ本体部２０内において、画像生成装置３および平面鏡２６の前側に配置されている。凹面鏡２８は、画像生成装置３により出射された光を、出射窓２３を介してウインドシールドＷＳに向けて反射するように構成されている。凹面鏡２８は、凹状に湾曲した反射面を有し、画像生成装置３から出射され結像した光の像を所定の倍率で反射させる。

　なお、ＨＵＤ本体部２０は、平面鏡２６を有していなくてもよい。この場合、画像生成装置３から出射された光は、平面鏡２６で反射することなく、凹面鏡２８に入射する。

　ＨＵＤ本体部２０の出射窓２３から出射された光は、ウインドシールドＷＳに照射される。ＨＵＤ本体部２０からウインドシールドＷＳに照射された光の一部は、運転者の視点Ｅに向けて反射される。この結果、運転者は、ＨＵＤ本体部２０から出射された光（所定の画像）をウインドシールドＷＳの前方の所定の距離において形成された虚像として認識する。このように、ＨＵＤ２によって表示される虚像がウインドシールドＷＳを通して車両１の前方の現実空間に重畳される結果、運転者は、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。

　ＨＵＤ制御部２５は、画像生成装置３を制御するように構成されている。ＨＵＤ制御部２５は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）等のプロセッサとメモリなどから構成されている。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すると、画像生成装置３が作動する。

　次に、画像生成装置３の詳細を説明する。
　図２は、画像生成装置３の構成を示す概要図である。図２に示すように、画像生成装置３は、光源３１と、レンズ３３と、液晶部３５と、を備える。

　光源３１は、光源基板３２上に設けられている。光源３１は、たとえば、レーザ光源またはＬＥＤ光源である。図２は一つの光源３１を示しているが、光源３１の数は一つに限らない。光源３１は左右方向に複数設けられてもよい。光源３１は上下方向に複数設けられてもよい。光源基板３２は、たとえば、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。

　レンズ３３は、光源３１と向かい合うように設けられている。具体的には、レンズ３３は、光源３１と向かい合う表面３３Ｆと、表面３３Ｆと反対側に設けられた裏面３３Ｂとを有する。またレンズ３３は、入射面３３１と、出射面３３２と、を有する。レンズ３３は、透明部材の一例である。

　入射面３３１は、表面３３Ｆに設けられ、光源３１から出射された光が入射するように構成されている。入射面３３１は、たとえば平面形状を有し、光源３１と向かい合う。

　出射面３３２は、第一光制御面３３２１と、第二光制御面３３２２と、を有する。第一光制御面３３２１および第二光制御面３３２２はともに、裏面３３Ｂに設けられている。本実施形態の第一光制御面３３２１は、第一方向Ｄ１に向かって膨らんだ凸形状を有している。第一光制御面３３２１は、光源３１から所定の投射角度φ範囲内に広がる光を第一方向Ｄ１へ屈折させるように構成されている。第二光制御面３３２２は、光源３１から所定の投射角度φ範囲外に広がる光を第一方向Ｄ１へ導かないように構成されている。投射角度φ範囲の詳細は後述する。第一方向Ｄ１は、たとえば後方から前方へ向かう方向である。本実施形態の第一方向Ｄ１は、第一光制御面３３２１の光軸Ｏと平行であるが、光軸Ｏに対して交差する方向でもよい。

　液晶部３５は、たとえば、液晶ディスプレイまたはＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｍｉｒｒｏｒ　Ｄｅｖｉｃｅ）である。液晶部３５は、ＰＧＵハウジング３０に支持されてもよい。液晶部３５には、多数の画素で構成される画像形成面３５１が形成されている。画像生成装置３は、光源３１から出射された光により、画像形成面３５１のうちの一部を用いて、画像を生成するための光を形成するように構成されている。

　次に、光源３１からの光の進み方について説明する。
　図３は、光源３１からの光の進み方を説明する概要図である。図３に示すように光源３１から出射される光は、光軸を中心に広がって進む。一般的に、光源３１から出射される光の内、投射角度φが小さいほど強度が大きく、投射角度φが大きいほど強度が小さくなる。このため画像生成装置３は、光源３１から出射される光のうち、強度が所定値以上、つまり、投射角度φが所定値以内の光で像を形成するように設計されている。

　一方、投射角度φが所定値以上の光は、像を形成するために用いられないため、像を形成するための光学系に誤って入射してしまうと、迷光になる恐れがあり、液晶部３５が生成する画像に影響を与える恐れがある。

　本実施形態によれば、レンズ３３は、光源３１から投射角度φ範囲外に広がる光を第一方向Ｄ１へ導かない第二光制御面３３２２を有する。この第二光制御面３３２２により、液晶部３５が画像を生成するために用いられる光よりも広がって照射される光は、第一方向Ｄ１に導かれないため、迷光を抑制することができる。

　なお、第二光制御面３３２２は、第一光制御面３３２１の外周の少なくとも一部に設けられていることが好ましい。図３に例示するように、たとえば第二光制御面３３２２は、第一光制御面３３２１の外周のうち、液晶部３５に近い、上方外周部に設けられててもよい。第二光制御面３３２２は、第一光制御面３３２１を囲うように、第一光制御面の全周に設けられてもよい。このような構成により、光源３１から投射角度φ範囲外に広がる光が第一方向Ｄ１へ導かれることを抑制することができる。

　第二光制御面３３２２には、全反射面が形成されていてもよい（図３）。図示の例では、第二光制御面３３２２は、光源３１から入射する光を全反射する全反射面とされている。光源３１から出射する光は、図示の例とは異なり、第二光制御面３３２２が存在する領域をそのまま通過すると、液晶部３５に入射してしまう。しかし、第二光制御面３３２２は光源３１から入射する光を液晶部３５に入射しない方向へ全反射させる。

　このような構成により、光源３１から投射角度φ範囲外に広がる光が、第二光制御面３３２２で反射され、第一方向Ｄ１へ導かれることを防ぐことができる。また、第二光制御面３３２２に光を吸収する部材または光を減光する部材が設けられる場合と比較して、光源３１からの光による熱がレンズ３３に生じにくく、新たに排熱するための構成を設ける必要がない。

　特に図示した例では、液晶部３５は下方に開口しており、光源３１は液晶部３５より下方で光軸が側方に延びる姿勢で設けられている。このため、光源３１から投射角度φが大きく上方に向かって出射した光は、液晶部３５に入射しやすい。ここで光源３１から液晶部３５に向かう光は第一光制御面３３２１の外周のうち、液晶部３５に近い部位に対して大きな入射角で入射するため、この部位を光源３１の光に対して全反射面となるように構成しやすい。

　画像生成装置３はさらに、レンズ３３から出射された光を反射するミラー３７を備えてもよい。図２および図３に例示するように、ミラー３７は、レンズ３３の前方であって、液晶部３５の下方に設けられてもよい。ミラー３７は、反射面３７１を有する。反射面３７１は、レンズ３３から第一方向Ｄ１に導かれた光を、液晶部３５へ向けて反射するように構成されている。ミラー３７は、反射部材の一例である。

　ミラー３７が設けられるため、光の進行方向を変更でき、各構成の配置変更や光学設計をしやすい。ミラー３７により、たとえば、光源３１およびレンズ３３を前後方向に設けることができる。この場合、これらを上下方向に設ける場合と比較して、光源３１によって暖められた空気がレンズ３３を介することなく上方に流れやすい。したがって光源３１による熱がレンズ３３に伝わりにくく、簡素な構造で光源３１からの熱を排熱することができる。

　なお、ミラー３７の有無に関わらず、光源３１から投射角度φ範囲外に広がる光は、迷光として、光源３１から液晶部３５へ直接照射されてしまうことがある。特にミラー３７が設けられる場合、光源３１の側方に液晶部３５が位置しうる。このため、光源３１から広がる光の一部が、液晶部３５へ直接届いてしまう恐れがある（図３の点線矢印）。

　本実施形態によれば、レンズ３３が第二光制御面３３２２を有するため、光源３１から投射角度φ範囲外に広がる光が、液晶部３５に届きにくい。したがって、ミラー３７が設けられる場合でも、効果的に迷光を抑制することができる。

　第二光制御面３３２２は、第一光制御面３３２１と液晶部３５の間に設けられてもよい（図２および図３）。光源３１から広がる光のうち、画像に影響を与える恐れがある光は、第一光制御面３３２１を通らず、且つ、光源３１から液晶部３５へ直接届いてしまう光である。しかし第二光制御面３３２２が第一光制御面３３２１と液晶部３５の間に設けられれば、このような迷光を抑制することができる。

　なお、本実施形態では反射部材の一例としてミラー３７を挙げたが、光の進行方向を変える機能を備えるならば、たとえばプリズムでもよい。

　以上、本開示の実施形態について説明をしたが、本開示の技術的範囲が本実施形態の説明によって限定的に解釈されるべきではないのは言うまでもない。本実施形態は単なる一例であって、請求の範囲に記載された発明の範囲内において、様々な実施形態の変更が可能であることが当業者によって理解されるところである。本開示の技術的範囲は請求の範囲に記載された発明の範囲およびその均等の範囲に基づいて定められるべきである。

　以下に列挙される各項目に記載された構成もまた、本開示の一部を構成する。
項目１：
　光源と、
　前記光源と向かい合う表面と、前記表面と反対側に設けられた裏面と、を有する、透明部材と、を備え、
　前記透明部材は、
　　前記表面に設けられ、前記光源から出射された光が入射する入射面と、
　　前記裏面に設けられ、前記光源から所定の投射角度範囲内に広がる光を第一方向へ屈折させる第一光制御面と、
　　前記裏面に設けられ、前記光源から前記所定の投射角度範囲外に広がる光を前記第一方向へ導かない第二光制御面と、を有する、画像生成装置。
項目２：
　前記第二光制御面は、前記第一光制御面の外周の少なくとも一部に設けられている、項目１に記載の画像生成装置。
項目３：
　前記第二光制御面には、全反射面が形成されている、項目１または２に記載の画像生成装置。
項目４：
　前記透明部材から出射された光を反射する反射部材と、をさらに備える、項目１から３のいずれか一項に記載の画像生成装置。
項目５：
　前記光源から出射された光により画像を生成する液晶部を、さらに備え、
　前記第二光制御面は、前記第一光制御面と前記液晶部の間に設けられる、項目１から４のいずれか一項に記載の画像生成装置。

　本出願は、２０２３年１０月２７日出願の日本出願第２０２３－１８４５８８号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。

Claims

　光源と、
　前記光源と向かい合う表面と、前記表面と反対側に設けられた裏面と、を有する、透明部材と、を備え、
　前記透明部材は、
　　前記表面に設けられ、前記光源から出射された光が入射する入射面と、
　　前記裏面に設けられ、前記光源から所定の投射角度範囲内に広がる光を第一方向へ屈折させる第一光制御面と、
　　前記裏面に設けられ、前記光源から前記所定の投射角度範囲外に広がる光を前記第一方向へ導かない第二光制御面と、を有する、画像生成装置。
　前記第二光制御面は、前記第一光制御面の外周の少なくとも一部に設けられている、請求項１に記載の画像生成装置。
　前記第二光制御面には、全反射面が形成されている、請求項１に記載の画像生成装置。
　前記透明部材から出射された光を反射する反射部材と、をさらに備える、請求項１に記載の画像生成装置。
　前記光源から出射された光により画像を生成する液晶部を、さらに備え、
　前記第二光制御面は、前記第一光制御面と前記液晶部の間に設けられる、請求項１に記載の画像生成装置。