JP2009169399A - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 虚像を高輝度にて表示できるヘッドアップディスプレイ装置を提供する。
【解決手段】 ヘッドアップディスプレイ装置１１は、液晶表示パネル１８及びこの液晶表示パネル１８を透過照明する発光素子２２を備えた液晶表示器１５が発した表示光Ｌによって虚像Ｖを表示させる。液晶表示器１５は、発光素子２２が発した照明光を縦方向及び横方向に集光するレンズ群２３を備える。レンズ群２３の縦方向集光度と横方向集光度は異なる。レンズ群２３は、発光素子２２が発した照明光を集光するコンデンサレンズ２１と、このコンデンサレンズ２１によって集光された照明光を縦方向及び横方向に広げる光学部材２０と、を有する。光学部材２０は、照明光を縦方向に広げる第一のレンズ部２０ａと、照明光を横方向に広げる第二のレンズ部２０ｂ，２０ｃと、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示パネル及びこの液晶表示パネルを透過照明する発光ダイオード等の発光素子を有する液晶表示器が発した表示光によって虚像を表示させるヘッドアップディスプレイ装置に関するものである。

従来より、液晶表示器を用いたヘッドアップディスプレイ装置が種々提案されており、例えば特許文献１に開示されている。斯かるヘッドアップディスプレイ装置１は、表示光Ｌを車両のフロントガラス或いはコンバイナと称される半透過板に投影し、虚像を表示するものである。ヘッドアップディスプレイ装置１は、透光性の窓部２を備えたハウジング３に液晶表示器４及び反射鏡５を収容したものであり、液晶表示器４が発した表示光Ｌは、反射鏡５で反射されてフロントガラス或いは半透過板に投影される。液晶表示器４は、液晶表示パネル６及びこの液晶表示パネル６を透過照明する発光ダイオード等の発光素子７を有するものである。
特開平１１−３１００５５号公報

しかしながら、発光素子７が発した照明光は、液晶表示パネル６を透過して、アイボックスと称される視点範囲よりも大きい範囲に広がってしまうため、照明光の無駄が多く、表示される虚像の輝度が低いという問題を有していた。この問題を解決するため、発光輝度が高い光源を用いることが考えられるが、メタルハライドランプ等の発光輝度が高い光源は大きいため、液晶表示器４が大型化してしまう虞がある。
本発明は、この問題に鑑みなされたものであり、虚像を高輝度にて表示できるヘッドアップディスプレイ装置を提供するものである。

本発明は、請求項１に記載したように、液晶表示パネル１８及び前記液晶表示パネル１８を透過照明する発光素子２２を備えた液晶表示器１５が発した表示光Ｌによって虚像Ｖを表示させるヘッドアップディスプレイ装置１１であって、前記液晶表示器１５は、前記発光素子２２が発した照明光を縦方向及び横方向に集光するレンズ群２３，５３を備え、前記レンズ群２３，５３の縦方向集光度と横方向集光度が異なるものである。

また、本発明は、請求項２に記載したように、前記レンズ群２３，５３は、前記発光素子２２が発した照明光を集光するコンデンサレンズ２１と、前記コンデンサレンズ２１によって集光された前記照明光を少なくとも横方向に広げる光学部材２０，５０と、を有するものである。

また、本発明は、請求項３に記載したように、前記光学部材２０，５０は、前記照明光を縦方向に広げる第一のレンズ部２０ａ，５０ａと、前記照明光を横方向に広げる第二のレンズ部２０ｂ，２０ｃ，５０ｂと、を有するものである。

また、本発明は、請求項４に記載したように、前記第二のレンズ部２０ｂ，２０ｃは、第一のレンチキュラレンズ２０ｂと、前記第一のレンチキュラレンズの開口数に比して開口数が大きい第二のレンチキュラレンズ２０ｃと、を有するものである。

また、本発明は、請求項５に記載したように、前記第一のレンズ部５０ａまたは前記第二のレンズ部５０ｂは、平行光を光軸からの間隔に略比例する角度で屈折させる形状である。

また、本発明は、請求項６に記載したように、前記レンズ群２３，５３は、トロイダル面を有する集光レンズ１９を備えるものである。

アイボックスに対応するように、発光素子が発した照明光を縦方向及び横方向に集光し、液晶表示パネルを透過照明することが可能になり、高輝度で虚像を表示することができる。

以下、添付の図面に基づいて、本発明の一実施形態について説明する。図１乃至図３は、第一実施形態を示すものである。
ヘッドアップディスプレイ装置１１は車両のダッシュボード１２内に配設されている（図２参照）。ヘッドアップディスプレイ装置１１が投射する表示光Ｌはフロントガラス１３により車両ドライバー１４に反射される。車両ドライバー１４は虚像Ｖを風景と重畳させて視認することができる。

ヘッドアップディスプレイ装置１１は、液晶表示器１５，反射器１６等をハウジング１７に収容したものである。液晶表示器１５は、液晶表示パネル１８と、集光レンズ１９と、光学部材２０と、コンデンサレンズ２１と、発光ダイオード２２とからなるものである。レンズ群２３は、集光レンズ１９，光学部材２０及びコンデンサレンズ２１からなるものである。集光レンズ１９は、縦方向の曲率と横方向の曲率とが異なるトロイダル面を有する凸レンズからなるものである。

液晶表示パネル１８は、透明電極膜が形成された一対の透光性基板に液晶を封入した液晶セルの前後両面に偏光板を貼着したものであり、ケース体２４に固定されている。ケース体２４は略角筒形状になっており、ケース体２４の後端部は、後述する放熱部材に固定されている。ケース体２４の中間部には集光レンズ１９，光学部材２０及びコンデンサレンズ２１が保持され、前端部には液晶表示パネル１８が保持されている。発光ダイオード２２が発した照明光は、コンデンサレンズ２１によって、光線密度が均一である略平行光になり、光学部材２０及び集光レンズ１９を介して、液晶表示パネル１８を透過照明する。発光ダイオード２２は、回路基板２７に搭載されている。

反射器１６は、凹面鏡３０，保持部材３１及びステッピングモータ３２を有している。凹面鏡３０は、樹脂（例えばポリカーボネート）に金属（例えばアルミニウム）を蒸着させ反射面３０ａを形成したものである。反射面３０ａは凹面となっており、液晶表示器１５が発した表示光Ｌが拡大されて虚像Ｖが表示される。凹面鏡３０は保持部材３１に両面粘着テープにより接着されている。保持部材３１は樹脂（例えばＡＢＳ）からなるものであり、歯車部３４及び軸部３５が一体に形成されている。保持部材３１の軸部３５はハウジング１７に軸支されている。

ステッピングモータ３２の回動軸には歯車３７が取付けられており、この歯車３７は、保持部材３１の歯車部３４と噛合されている。凹面鏡３０は保持部材３１と共に回動可能な状態で支持されており、ステッピングモータ３２により凹面鏡３０を回動させ、表示光Ｌの投射方向を調整することができる。車両ドライバー１４は、押ボタンスイッチ（図示しない）を操作し表示光Ｌが目の位置に反射されるように（即ち、虚像Ｖを視認できるように）凹面鏡３０の角度を調整する。

４０は放熱部材であり、この放熱部材４０は、ハウジング１７の開口部１７ａに配設されている。放熱部材４０は、図示しないビスによってフランジ部４０ａでハウジング１７に固定されている。放熱部材４０は、平板形状の多数の放熱フィン４０ｂを有しており、発光ダイオード２０が発した熱をハウジング１７の外に放出する。４２は長方形環状のパッキング部材であり、このパッキング部材４２は、放熱部材４０と、ハウジング１７の開口部１７ａの間を塞ぐことによって、ハウジング１７の中に塵埃が入ることを防いでいる。

ハウジング１７には液晶表示器１５及び反射器１６が収容される。ハウジング１７には表示光Ｌが出射する窓部４４が設けられている。この窓部４４は透光性樹脂（例えばアクリル）からなるものであり、湾曲形状になっている。ハウジング１７には遮光壁１７ｃが設けられており、太陽光等の外光が液晶表示器１５に入射し虚像Ｖが見えにくくなる現象（ウォッシュアウト）を防止している。遮光壁１７ｃは平板形状になっており、ハウジング１７の上部から斜めに垂下するように形成されている。

次に、図３に基づいて、光学部材２０について詳述する。光学部材２０は、後面側（発光素子２２側）に形成されたレンズ部２０ａと、前面側（液晶表示パネル１８側）に形成されたレンズ部２０ｂ，２０ｃとを有しており、発光素子２２から発せられて、コンデンサレンズ２１によって集光された照明光を縦方向及び横方向に広げる。
光学部材２０のレンズ部２０ａは、横方向に伸長するレンチキュラレンズからなるものであり、コンデンサレンズ２１によって集光された照明光を縦方向に広げる。光学部材２０のレンズ部２０ｂ，２０ｃは、縦方向に伸長するレンチキュラレンズからなるものであり、コンデンサレンズ２１によって集光された照明光を横方向に広げる。

レンズ部２０ｂは、光学部材２０の前面側の中央部に設けられており、レンズ部２０ｃは、レンズ部２０ｂの左右両側に設けられている。レンズ部２０ｃの開口数は、レンズ部２０ｂの開口数よりも大きくなっており、コンデンサレンズ２１によって集光された照明光が横方向に大きく広がり、アイボックスの周辺で徐々に暗くなるようになっている。

図４乃至図６は、第二実施形態を示すものである。第二実施形態は、光学部材５０のみが第一実施形態と異なり、他の構成は第一実施形態と同様であるので、その詳細な説明を省略する。

光学部材５０は、前面側（液晶表示パネル１８側）に形成されたレンズ部５０ａと、後面側（発光素子２２側）に形成されたレンズ部５０ｂとを有しており、発光素子２２から発せられて、コンデンサレンズ２１によって集光された照明光を縦方向及び横方向に広げる。
光学部材５０のレンズ部５０ａは、横方向に伸長するマイクロレンズアレイからなるものであり、コンデンサレンズ２１によって集光された照明光を横方向に広げる。光学部材５０のレンズ部５０ｂは、縦方向に伸長するマイクロレンズアレイからなるものであり、コンデンサレンズ２１によって集光された照明光を横方向に広げる。

レンズ部５０ａ，５０ｂは、平行光を光軸からの間隔に比例する角度で屈折させる形状になっている。例えば、レンズ部５０ａ，５０ｂの光軸Ａから所定間隔Ｗを隔てた平行光Ｐ１は、レンズ部５０ａ，５０ｂにおいて、光軸Ａに対して所定角度αで屈折し、光軸Ａから所定間隔２Ｗを隔てた平行光Ｐ２は、レンズ部５０ａ，５０ｂにおいて、光軸Ａに対して所定角度２αで屈折し、光軸Ａから所定間隔３Ｗを隔てた平行光Ｐ３は、レンズ部５０ａ，５０ｂにおいて、光軸Ａに対して所定角度３αで屈折する。なお、光軸Ａ上の平行光Ｐ０は屈折しない。

第一，第二実施形態によれば、発光素子が発した照明光をコンデンサレンズ２１にて縦方向及び横方向に集光し、この集光された照明光を光学部材２０にて縦方向及び横方向に広げることによって、車両ドライバー１４のアイボックスに対応するように液晶表示パネル１８を透過照明することが可能になり、高輝度で虚像Ｖを表示することができる。

本発明の第一実施形態を示す断面図。 同上第一実施形態を示すヘッドアップディスプレイの概観図。 同上第一実施形態を示す光学部材の前面図及び後面図。 本発明の第二実施形態を示す断面図。 同上第二実施形態を示す光学部材の前面図及び後面図。 同上第二実施形態を示す光学部材の要部拡大図。 従来例を示す断面図。

符号の説明

１１ ヘッドアップディスプレイ装置
１５ 液晶表示器
１７ ハウジング
１８ 液晶表示パネル
２０ 光学部材
２０ａ 第一のレンズ部
２０ｂ 第一のレンチキュラレンズ（第二のレンズ部）
２０ｃ 第二のレンチキュラレンズ（第二のレンズ部）
２１ コンデンサレンズ
２２ 発光素子
２３ レンズ群
５０ 光学部材
５０ａ 第一のレンズ部
５０ｂ 第二のレンズ部
Ｖ 虚像
Ｌ 表示光

Claims (6)

1. 液晶表示パネル及び前記液晶表示パネルを透過照明する発光素子を備えた液晶表示器が発した表示光によって虚像を表示させるヘッドアップディスプレイ装置であって、
   前記液晶表示器は、前記発光素子が発した照明光を縦方向及び横方向に集光するレンズ群を備え、前記レンズ群の縦方向集光度と横方向集光度が異なることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記レンズ群は、前記発光素子が発した照明光を集光するコンデンサレンズと、前記コンデンサレンズによって集光された前記照明光を少なくとも横方向に広げる光学部材と、を有することを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
3. 前記光学部材は、前記照明光を縦方向に広げる第一のレンズ部と、前記照明光を横方向に広げる第二のレンズ部と、を有することを特徴とする請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
4. 前記第二のレンズ部は、第一のレンチキュラレンズと、前記第一のレンチキュラレンズの開口数に比して開口数が大きい第二のレンチキュラレンズと、を有することを特徴とする請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
5. 前記第一のレンズ部または前記第二のレンズ部は、平行光を光軸からの間隔に略比例する角度で屈折させる形状であることを特徴とする請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
6. 前記レンズ群は、トロイダル面を有する集光レンズを備えることを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

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