JP2019207315A - Information display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車や電車や航空機等（以下では、一般的に「乗り物」とも言う）のフロントガラスまたはコンバイナに画像を投影する情報表示装置に関し、その画像をフロントガラス越しに虚像として観察するようにした投影光学系を用いた情報表示装置に関する。 The present invention relates to an information display device that projects an image on a windshield or combiner of an automobile, train, aircraft, or the like (hereinafter also referred to as a “vehicle”), and observes the image as a virtual image through the windshield. The present invention relates to an information display device using the projection optical system.
自動車のフロントガラスやコンバイナに映像光を投写して虚像を形成しルート情報や渋滞情報などの交通情報や燃料残量や冷却水温度等の自動車情報を表示するいわゆる、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ：Ｈｅａｄ−Ｕｐ−Ｄｉｓｐｌａｙ）装置が以下の特許文献１により既に知られている。 A so-called head-up display (HUD: Head) that projects image light onto a windshield or combiner of an automobile to form a virtual image and displays traffic information such as route information and traffic jam information, and vehicle information such as fuel remaining amount and cooling water temperature. -Up-Display) device is already known from US Pat.
この種の情報表示装置においては、ドライバが虚像を観視できる領域を拡大することが望まれる一方、虚像が高解像度で視認性が高いことも重要な性能要因である。 In this type of information display device, it is desired to enlarge the area where the driver can view the virtual image, but it is also an important performance factor that the virtual image has high resolution and high visibility.
ヘッドアップディスプレイ装置は、映像表示装置に表示された映像を、凹面ミラー（凸レンズの作用）を含む光学系を用いてドライバに拡大像として虚像を提供するものであり、最終反射面としてフロントガラスまたはコンバイナが必ず必要である。 The head-up display device provides a virtual image as a magnified image to a driver using an optical system including a concave mirror (action of a convex lens), and displays a video image displayed on the video display device as a final reflecting surface. A combiner is absolutely necessary.
上述されたヘッドアップディスプレイ装置に使用される映像表示装置として、高品位な映像が容易に得られ、安価であることから液晶表示素子が用いることが多いが、一方で、昼間の所定条件化において太陽光がフロントガラスを通過して凹面ミラーで集光され液晶パネルと偏光板にダメージを与えてその性能が大幅に低下すると言う新たな課題が明確になった。 As a video display device used for the head-up display device described above, a liquid crystal display element is often used because it is easy to obtain a high-quality video and is inexpensive. A new problem has been clarified in that sunlight passes through the windshield and is collected by the concave mirror, causing damage to the liquid crystal panel and polarizing plate, resulting in a significant decrease in performance.
本発明は、上述した太陽光による液晶表示素子および偏光板に与えるダメージを軽減する技術的手段として凹面ミラーを含む光学系の結像性能に対する影響を最小とする技術手段に関する。 The present invention relates to a technical means for minimizing the influence on the imaging performance of an optical system including a concave mirror as a technical means for reducing damage to the liquid crystal display element and the polarizing plate caused by sunlight.
加えて、以下の特許文献２によれば、太陽光による液晶表示パネルの損傷のおそれを低減するため、液晶表示パネルからの表示光を通過させて赤外線を反射させる透過反射部材（ホットミラー）を、平行でない状態で、液晶表示パネルの前側に離間して設けるヘッドアップディスプレイ装置が既に知られている。 In addition, according to the following Patent Document 2, in order to reduce the risk of damage to the liquid crystal display panel due to sunlight, a transmissive reflection member (hot mirror) that transmits the display light from the liquid crystal display panel and reflects infrared rays is provided. There is already known a head-up display device that is provided in a non-parallel state and spaced apart from the front side of a liquid crystal display panel.
一方、例えば、以下の非特許文献１にも開示されるような自動車の天井（サンバイザー）付近にコンバイナを含めた本体を取り付ける装置も既に提案されているが、衝突事故を起こした時にＨＵＤ装置が外れた場合、運転者に怪我を負わせる可能性があるなど、なお安全上の課題が残るためヘッドアップディスプレイ装置としては、今後、フロントガラスで直接映像光を反射させる方式が主流となると考えられている。 On the other hand, for example, an apparatus for attaching a main body including a combiner near the ceiling (sun visor) of an automobile as disclosed in Non-Patent Document 1 below has already been proposed. If this happens, there will still be safety issues, such as the possibility of injury to the driver. It has been.
上記の従来技術である特許文献１に開示されたヘッドアップディスプレイ装置の例では、画像を表示するデバイスと表示デバイスに表示された画像を投写する投写光学系を備え、投写光学系として表示デバイスから観視者の光路において第一ミラーと第二ミラーを有し、第一ミラーにおける画像長軸方向の入射角と第一ミラーにおける画像短軸方向の入射角、および、表示デバイスの画像表示面と第一ミラーとの間隔と、観視者によって視認される虚像の水平方向の幅の関係を所定の条件を満足させることで、装置を実現している。しかしながら、上述した昼間の所定条件下において太陽光がフロントガラスを通過して凹面ミラーで集光され液晶パネルと偏光板に像ダメージを与え性能が大幅に低下すると言う新たな問題に関しては記載すらなかった。 The example of the head-up display device disclosed in Patent Document 1 which is the above-described prior art includes a device that displays an image and a projection optical system that projects an image displayed on the display device. The first mirror and the second mirror in the optical path of the viewer, the incident angle in the image major axis direction in the first mirror, the incident angle in the image minor axis direction in the first mirror, and the image display surface of the display device The apparatus is realized by satisfying a predetermined condition for the relationship between the distance from the first mirror and the horizontal width of the virtual image viewed by the viewer. However, there is no mention of the new problem that the sunlight passes through the windshield and is condensed by the concave mirror under the above-mentioned daytime predetermined conditions and causes image damage to the liquid crystal panel and the polarizing plate, resulting in a significant decrease in performance. It was.
今後は、上記の特許文献１に記載されたフロントガラスを反射面とする方式が主流となると考えられるが、昼間所定の条件化で発生する、フロントガラスを透過して凹面ミラーで集光された太陽光によって液晶表示装置の光出射側に設けられた偏光板や液晶パネルそのものが集光された太陽光の熱と光線強度によって変質して正常な機能を果たさなくなる、いわゆる、焼け（炭化）が発生することとなる。 In the future, it is considered that the method using the windshield described in Patent Document 1 as a reflecting surface will become the mainstream, but it is generated under predetermined conditions in the daytime and is transmitted through the windshield and collected by the concave mirror. The so-called burning (carbonization) that the polarizing plate and the liquid crystal panel itself provided on the light emitting side of the liquid crystal display device by sunlight is altered by the heat and light intensity of the concentrated sunlight and does not perform its normal function. Will occur.
同様に、最終反射面がコンバイナである非特許文献１に開示された技術においても、昼間の所定条件化において太陽光がフロントガラスとコンバイナを通過して凹面ミラーで集光され液晶パネルと偏光板にダメージを与え性能が大幅に低下すると言う新たな問題に対しては何ら配慮されていなかった。 Similarly, in the technique disclosed in Non-Patent Document 1 in which the final reflecting surface is a combiner, the sunlight passes through the windshield and the combiner and is condensed by the concave mirror under a predetermined condition in the daytime. No consideration was given to the new problem of damaging the performance and significantly reducing performance.
また、従来技術である上記の特許文献１に開示されたヘッドアップディスプレイ装置の例では、画像を表示するデバイスと、表示デバイスに表示された画像を投写する投写光学系を備え、投写光学系として表示デバイスから観視者の光路において第一ミラーと第二ミラーを設けることで成立しており、凹面ミラーと映像表示装置である液晶パネルの間には光学素子が配置されておらず、そのため、上述した課題の他に、フロントガラスを通過して凹面ミラーで集光され、液晶パネルと凹面ミラーの間に配置した光学素子の表面で反射された光が運転者の眼に戻り、映像表示装置によって得られた虚像と重なることで、運転者が視認する映像の品位、特に、コントラスト性能と見かけの解像度が大幅に低下すると言う新たな問題に対しても考慮されていなかった。 In addition, the example of the head-up display device disclosed in Patent Document 1 as a conventional technique includes a device that displays an image and a projection optical system that projects an image displayed on the display device, and the projection optical system It is established by providing the first mirror and the second mirror in the optical path of the viewer from the display device, and no optical element is arranged between the concave mirror and the liquid crystal panel that is the video display device. In addition to the above-described problems, the light that is collected by the concave mirror through the windshield and reflected by the surface of the optical element disposed between the liquid crystal panel and the concave mirror returns to the eyes of the driver, and the video display device Considering the new problem that the image quality seen by the driver, especially the contrast performance and the apparent resolution, are significantly reduced by overlapping with the virtual image obtained by the It has not been.
更に、上記特許文献２によれば、太陽光による液晶表示パネルの損傷のおそれを低減するため、太陽光の赤外線を選択的に反射させるための透過反射部材（ホットミラー）を光路上に配置することが提案されている。しかしながら、侵入する太陽光は赤外線だけではなく、可視領域や紫外領域の光線をも含んでおり、太陽光による液晶表示素子および偏光板に与えるダメージを軽減するためには、赤外線の低減だけでは不十分であった。更に可視光を含む外光の侵入による悪影響である運転者が視認する映像の品位、特に、コントラスト性能と見かけの解像度が大幅に低下すると言う新たな問題に対しては、何等の考慮もされていなかった。 Further, according to Patent Document 2, a transmission / reflection member (hot mirror) for selectively reflecting infrared rays of sunlight is disposed on the optical path in order to reduce the risk of damage to the liquid crystal display panel due to sunlight. It has been proposed. However, the invading sunlight includes not only infrared rays but also light rays in the visible region and ultraviolet region. In order to reduce damage to liquid crystal display elements and polarizing plates caused by sunlight, it is not possible to reduce infrared rays alone. It was enough. Furthermore, no consideration has been given to the new problem that the image quality seen by the driver, particularly the contrast performance and apparent resolution, which are adversely affected by the invasion of outside light including visible light, is significantly reduced. There wasn't.
このように、上述した従来技術になるヘッドアップディスプレイ装置に使用される映像表示装置としては、高品位な映像が容易に得られ、安価であることから、液晶表示素子が用いることが多いが、一方で、昼間の所定条件下において太陽光がフロントガラスを通過して凹面ミラーで集光され、液晶パネルと偏光板にダメージを与え、その結果、性能が大幅に低下すると言う新たな課題の１つが明確になった。 Thus, as a video display device used in the above-described conventional head-up display device, since a high-quality video can be easily obtained and is inexpensive, a liquid crystal display element is often used. On the other hand, under a predetermined condition in the daytime, sunlight passes through the windshield and is collected by the concave mirror, which damages the liquid crystal panel and the polarizing plate. As a result, the performance is greatly reduced. Became clear.
更に、ヘッドアップディスプレイ装置を小型化するために凹面ミラーと映像表示装置の間に配置された光学素子の表面反射により、太陽光の一部が運転者の視点（目）に戻り、映像表示装置によって得られた虚像と重なることで、運転者が視認する映像の品位、特に、コントラスト性能と見かけの解像度が大幅に低下すると言う第二の課題が明確になった。 Further, in order to reduce the size of the head-up display device, a part of sunlight is returned to the driver's viewpoint (eyes) due to the surface reflection of the optical element disposed between the concave mirror and the image display device. The second problem that the quality of the image visually recognized by the driver, in particular, the contrast performance and the apparent resolution are significantly reduced by overlapping with the virtual image obtained by the above is clarified.
本発明は、主に太陽光の赤外成分だけでなく幅広い範囲の波長の光のＰ偏光成分を反射させることで映像表示装置に入射する光のエネルギーを低減し、その結果、液晶表示素子と偏光板が受ける悪影響を低減することが可能となる。更に、昼間または夜間において、特定の強度が高い外光が、情報表示装置を形成する映像表示装置と凹面ミラーの間に配置した光学素子の表面で反射して運転者の目に戻り、映像表示装置によって得られた虚像と重なることで運転者が視認する映像の品位、特に、コントラスト性能と見かけの解像度が大幅に低下することを解決した情報表示装置を提供することを目的とする。 The present invention mainly reduces not only the infrared component of sunlight but also the P-polarized component of light in a wide range of wavelengths, thereby reducing the energy of light incident on the video display device. It is possible to reduce the adverse effect on the polarizing plate. Furthermore, during daytime or nighttime, external light with high specific intensity is reflected by the surface of the optical element arranged between the image display device forming the information display device and the concave mirror, and returns to the driver's eyes to display the image. It is an object of the present invention to provide an information display device that solves the problem that the quality of an image visually recognized by a driver, in particular, contrast performance and apparent resolution are significantly reduced by overlapping with a virtual image obtained by the device.
本発明は、上述した目的を達成するため、その一例として、投射面に映像情報を虚像によって表示する情報表示装置であって、一部に開口部を有する筺体の内部に、映像情報を表示する映像光を生成する映像光生成手段と、前記映像光生成手段からの映像光に所定の光学的な処理を施す映像光処理手段と、前記映像光処理手段からの映像光を、前記筺体の開口部を介して前記投射面に、観視者が映像情報を前記投射面の前方に虚像として認識可能とするように投写する手段とを備え、前記筺体の内部の光路には、可視光領域の光のＰ偏光成分を選択的に反射する手段を設けた情報表示装置が提供される。 In order to achieve the above-described object, the present invention provides, as an example, an information display device that displays video information as a virtual image on a projection surface, and displays video information inside a housing partly having an opening. Image light generating means for generating image light, image light processing means for performing predetermined optical processing on the image light from the image light generating means, and image light from the image light processing means for opening the housing Means for projecting image information on the projection surface via a unit so that a viewer can recognize video information as a virtual image in front of the projection surface, and the optical path inside the housing includes a visible light region. An information display device provided with means for selectively reflecting the P-polarized component of light is provided.
より具体的は、以下にも詳述するが、本発明の情報表示装置では、凹面ミラーから映像表示装置（液晶パネル）までの虚像光学系に：
（１）昼間の所定条件化においてフロントガラスを通過したＰ偏光の太陽光成分（コンバイナ方式ではその後コンバイナも通過）が凹面ミラーで集光されても光学系内に設けたＰ波成分抑制光学手段（素子）で反射させ液晶パネルと偏光板に戻らないようにする。
（２）情報表示装置を使用しない場合には太陽光が映像表示装置に戻らないように凹面ミラーを所定の角度を回転させることで凹面ミラーにより集光される太陽光が映像表示装置に戻ることを防止する。
（３）太陽光の一部が運転者の視点（目）に戻らないようにする光学手段を設けることで、太陽光を含む外光に対する耐性と画質低下を大幅に向上した情報表示装置を提供する。
More specifically, as will be described in detail below, in the information display device of the present invention, a virtual image optical system from the concave mirror to the video display device (liquid crystal panel) is used:
(1) P-wave component suppressing optical means provided in the optical system even if the P-polarized sunlight component that has passed through the windshield in a predetermined condition in the daytime (the combiner then passes through the combiner) is condensed by the concave mirror Reflect with (element) so that it does not return to the liquid crystal panel and polarizing plate.
(2) When the information display device is not used, the sun light collected by the concave mirror is returned to the video display device by rotating the concave mirror by a predetermined angle so that sunlight does not return to the video display device. To prevent.
(3) Providing an information display device with significantly improved resistance to external light including sunlight and a reduction in image quality by providing optical means that prevents part of sunlight from returning to the driver's viewpoint (eyes) To do.
本発明によれば、装置の小型化を実現しながら、太陽光を含む外光による運転者が観察する虚像の歪や収差を補正し、同時に、虚像光学系を形成する凹面ミラーにより、フロントガラスを通して入射する太陽光（ほとんどがP偏波成分）を含む外光が集光されて映像表示装置である液晶パネルや偏光板などにダメージを与えて性能を低下させることを軽減することが可能で即ち、太陽光を含む外光に含まれる幅広い範囲の波長光による悪影響を低減して優れた性能の虚像を形成する情報表示装置を提供することが可能となる。 According to the present invention, while realizing downsizing of the device, the distortion and aberration of the virtual image observed by the driver due to external light including sunlight are corrected, and at the same time, the concave mirror forming the virtual image optical system is used to correct the windshield. It is possible to reduce the deterioration of performance by collecting external light including sunlight (mostly P-polarized component) incident through the projector and damaging the liquid crystal panels and polarizing plates that are video display devices. That is, it is possible to provide an information display device that forms a virtual image with excellent performance by reducing the adverse effects of a wide range of wavelength light contained in external light including sunlight.
以下、図面等を用いて、本発明の実施例について詳細に説明する。なお、本発明は以下の説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、本発明を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following description, and various changes and modifications can be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea disclosed in this specification. In all the drawings for explaining the present invention, components having the same function are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof may be omitted.
＜情報表示装置の概要＞
図１は、本発明の一実施例に係る情報表示装置の周辺機器構成を示す概略構成図であり、ここでは、その一例として、特に、自動車のフロントガラスに画像を投影する情報表示装置１００について説明する。
<Outline of information display device>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a peripheral device configuration of an information display apparatus according to an embodiment of the present invention. Here, as an example, particularly, an information display apparatus 100 that projects an image on a windshield of an automobile is shown. explain.
図１に示すように、情報表示装置１００は、運転者の視線（アイポイント：後に詳述する）８において自車両の前方に虚像Ｖ１を形成するため、被投影部材６（本実施例では、フロントガラスの内面）にて反射された各種情報を虚像ＶＩ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｉｍａｇｅ）として表示する装置（いわゆる、ＨＵＤ（Ｈｅａｄ ｕｐ Ｄｉｓｐｌａｙ））である。なお、被投影部材６は、情報が投影される部材であれば良く、前述したフロントガラスだけではなく、その他、コンバイナであっても良い。即ち、本実施例の情報表示装置１００では、運転者の視線８において自車両の前方に虚像を形成して運転者に視認させるものであれば良く、虚像として表示する情報としては、例えば、車両情報や監視カメラやアラウンドビュアーなどのカメラ（図示せず）で撮影した前景情報をも含むことは当然であろう。 As shown in FIG. 1, the information display device 100 forms a virtual image V1 in front of the host vehicle 8 at the driver's line of sight (eye point: described in detail later). It is a device (so-called HUD (Head Up Display)) that displays various information reflected on the inner surface of the windshield as a virtual image VI (Virtual Image). The projection member 6 may be a member on which information is projected, and may be a combiner as well as the above-described windshield. That is, in the information display apparatus 100 of the present embodiment, any information may be used as long as it forms a virtual image in front of the host vehicle at the driver's line of sight 8 so as to be visually recognized by the driver. Naturally, it also includes information and foreground information taken by a camera (not shown) such as a surveillance camera or around viewer.
また、情報表示装置１００では、情報を表示する映像光を投射する映像表示装置４と、当該映像表示装置４に表示された映像を凹面（自由曲面）ミラー１で虚像を形成する際に発生する歪や収差を補正するために補正用のレンズ素子２と、補正用のレンズ素子２と映像表示装置４の間には太陽光が凹面ミラー１で集光され映像表示装置４に戻ることを防ぐ光学素子（図示せず）とを備えている。 Further, in the information display device 100, the image display device 4 that projects image light for displaying information and the image displayed on the image display device 4 are generated when a virtual image is formed by the concave (free-form surface) mirror 1. In order to correct distortion and aberration, the correction lens element 2, and sunlight between the correction lens element 2 and the image display device 4 are collected by the concave mirror 1 and prevented from returning to the image display device 4. An optical element (not shown).
そして、情報表示装置１００は、上記映像表示装置４とバックライトを制御する制御装置４０とを備えている。なお、上記映像表示装置４とバックライトなどを含む光学部品は、以下に述べる虚像光学系であり、光を反射させる凹面ミラー１を含んでいる。また、この光学部品において反射した光は、被投影部材６にて反射されて運転者の視線８へと向かう。 The information display device 100 includes the video display device 4 and a control device 40 that controls the backlight. The optical component including the video display device 4 and the backlight is a virtual image optical system described below, and includes a concave mirror 1 that reflects light. The light reflected by the optical component is reflected by the projection member 6 and travels toward the driver's line of sight 8.
なお、上記の映像表示装置４としては、例えば、バックライトを有するＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）の他に自発光のＶＦＤ（Ｖａｃｕｕｍ Ｆｌｏｕｒｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｓｐｌａｙ）などがある。 Examples of the video display device 4 include a self-luminous VFD (Vacuum Fluid Display) in addition to an LCD (Liquid Crystal Display) having a backlight.
一方、上述した映像表示装置４の代わりに、投写装置によりスクリーンに映像を表示して、前述の凹面ミラー１で虚像とし被投影部材であるフロントガラス６またはコンバイナ（図示せず）で反射して運転者の視点８に向かわせても良い。 On the other hand, instead of the image display device 4 described above, an image is displayed on a screen by a projection device, converted into a virtual image by the concave mirror 1 and reflected by a windshield 6 or a combiner (not shown) that is a projection member. It may be directed to the driver's viewpoint 8.
このようなスクリーンとしては、例えば、マイクロレンズを２次元状に配置したマイクロレンズアレイにより構成しても良い。 As such a screen, for example, a microlens array in which microlenses are two-dimensionally arranged may be used.
ここで、虚像の歪みを低減するために凹面ミラー１の形状は、図１に示す上部（相対的に運転者の視点８との距離が短いフロントガラス６の下方で光線が反射する領域）では、拡大率が大きくなるように相対的に曲率半径が小さく、他方、下部（相対的に運転者の視点との距離が長いフロントガラス６の上方で光線が反射する領域）では、拡大率が小さくなるように相対的に曲率半径が大きくなる形状とすると良い。また、映像表示装置４を凹面ミラー１の光軸に対して傾斜させることで上述した虚像倍率の違いを補正して発生する歪みそのものを低減することによっても、更に良好な補正が実現できる。 Here, in order to reduce the distortion of the virtual image, the shape of the concave mirror 1 is the upper part shown in FIG. 1 (the region where the light beam is reflected below the windshield 6 which is relatively short from the driver's viewpoint 8). The radius of curvature is relatively small so that the magnification factor is large, while the magnification factor is small in the lower part (region where light rays are reflected above the windshield 6 that is relatively far from the driver's viewpoint). It is preferable that the radius of curvature be relatively large. Further, even better correction can be realized by tilting the image display device 4 with respect to the optical axis of the concave mirror 1 to correct the difference in the virtual image magnification described above to reduce distortion itself.
一方、乗用車のフロントガラス６は、図２、図３にも示すように、本体垂直方向の曲率半径Ｒｖと水平方向の曲率半径Ｒｈが異なり、一般には、Ｒｈ＞Ｒｖの関係にある。このため、反射面としてフロントガラス６を捉えると、凹面ミラー１のトロイダル面となる。このため、本実施例の情報表示装置１００では、凹面ミラー１の形状はフロントガラス６の形状による虚像倍率を補正するように、即ち、フロントガラス６の垂直方向と水平方向の曲率半径の違いを補正するように水平方向と垂直方向で異なる平均曲率半径とすれば良い。この時、凹面ミラー１の形状は、光軸に対称な球面または非球面（以下に［数２］で示す）形状では、光軸からの距離ｒの関数であり、離れた場所の水平断面と垂直断面形状を個別に制御できないことから、以下に［数１］で示す自由曲面としてミラー面の光軸からの面の座標（ｘ，ｙ）の関数として補正することが好ましい。 On the other hand, as shown in FIGS. 2 and 3, the windshield 6 of the passenger car has a curvature radius Rv in the vertical direction of the main body and a curvature radius Rh in the horizontal direction, and generally has a relationship of Rh> Rv. For this reason, if the windshield 6 is caught as a reflecting surface, it becomes a toroidal surface of the concave mirror 1. For this reason, in the information display apparatus 100 of the present embodiment, the concave mirror 1 is shaped so as to correct the virtual image magnification due to the shape of the windshield 6, that is, the difference in curvature radius between the vertical direction and the horizontal direction of the windshield 6. What is necessary is just to set it as the average curvature radius which is different in a horizontal direction and a perpendicular direction so that it may correct | amend. At this time, the shape of the concave mirror 1 is a function of the distance r from the optical axis in the case of a spherical or aspherical shape (hereinafter expressed by [Equation 2]) symmetrical to the optical axis, Since the vertical cross-sectional shape cannot be individually controlled, it is preferable to correct as a function of the coordinate (x, y) of the surface from the optical axis of the mirror surface as a free-form surface expressed by [Equation 1] below.
再び、図１に戻り、更に映像表示装置４と凹面ミラー１の間に透過型の光学部品として、例えばレンズ素子２を配置し、もって、凹面ミラー１への光線の出射方向を制御することで凹面ミラー１の形状と合わせて歪曲収差の補正を行なうと同時に、前述したフロントガラス６の水平方向の曲率半径と垂直方向の曲率半径の違いによって生じる非点収差を含めた虚像の収差補正を実現する。 Returning to FIG. 1 again, for example, a lens element 2 is disposed as a transmissive optical component between the image display device 4 and the concave mirror 1, so that the emission direction of the light beam to the concave mirror 1 is controlled. In addition to correcting distortion along with the shape of the concave mirror 1, it also realizes correction of virtual image aberration including astigmatism caused by the difference between the curvature radius in the horizontal direction and the curvature radius in the vertical direction of the windshield 6 described above. To do.
また、収差補正能力を更に高めるために、上述したレンズ素子２を複数枚のレンズとしても良い。または、レンズ素子２の代わりに曲面（自由曲面）ミラーを配置して光路の折り返しと同時に凹面ミラー１への光線の入射位置を制御することで、歪曲収差を低減することもできる。以上にも述べたように、更に、収差補正能力を向上させるために最適設計された光学素子を凹面ミラー１と映像表示装置４の間に設けても、本発明の技術的思想または範囲を逸脱するものではないことは言うまでもない。更に、上述したレンズ素子２の光軸方向の厚さを変化させることで、本来の収差補正の他に凹面ミラー１と映像表示装置４の光学的な距離を変えて、虚像の表示位置を遠方から近接位置まで、連続的に変化させることもできる。 In order to further improve the aberration correction capability, the lens element 2 described above may be a plurality of lenses. Alternatively, the distortion can be reduced by arranging a curved surface (free curved surface) mirror instead of the lens element 2 and controlling the incident position of the light beam on the concave mirror 1 at the same time when the optical path is turned back. As described above, even if an optical element optimally designed to improve the aberration correction capability is provided between the concave mirror 1 and the image display device 4, it deviates from the technical idea or scope of the present invention. Needless to say, it doesn't. Furthermore, by changing the thickness of the lens element 2 in the optical axis direction described above, the optical distance between the concave mirror 1 and the image display device 4 is changed in addition to the original aberration correction, and the virtual image display position is moved far away. It is also possible to change continuously from the close position to the close position.
また、映像表示装置４を凹面ミラー１の光軸法線に対して傾けて配置することで虚像の上下方向の倍率の違いを補正しても良い。 Further, the difference in magnification in the vertical direction of the virtual image may be corrected by arranging the video display device 4 to be inclined with respect to the optical axis normal line of the concave mirror 1.
更に、凹面ミラー１と映像表示装置４の間にフロントガラスを通過して凹面ミラー１で集光される太陽光のうち可視光領域のＰ偏波と紫外線領域と赤外線領域の光を反射または吸収する光学素子（ここでは図示せず）を設けて映像表示装置４に戻る光量を軽減する。 Further, the sunlight that passes through the windshield between the concave mirror 1 and the image display device 4 and is collected by the concave mirror 1 reflects or absorbs the P-polarized light in the visible region, the ultraviolet region, and the infrared region. An optical element (not shown here) is provided to reduce the amount of light returning to the video display device 4.
一方、情報表示装置１００の画質を低下させる要因として、映像表示装置４から凹面ミラー１に向かって出射する映像光線が途中に配置されたレンズ素子２の表面で反射して映像表示装置４に戻り、再度反射して本来の映像光に重畳されて、画質を低下させることが知られている。このため、本実施例では、レンズ素子２の表面に反射防止膜を成膜して反射を抑えるだけでなく、更に、レンズ素子２の映像光入射面と出射面のいずれか一方、若しくは、両方のレンズ面形状を上述した反射光が映像表示装置４の一部分に集光しないような形状（例えば、映像表示装置４に凹面を向けた形状）となるよう、その面形状に制約を持たせて設計することが好ましい。 On the other hand, as a factor for degrading the image quality of the information display device 100, the image light beam emitted from the image display device 4 toward the concave mirror 1 is reflected by the surface of the lens element 2 disposed in the middle and returned to the image display device 4. It is known that the image quality is deteriorated by being reflected again and superimposed on the original image light. For this reason, in this embodiment, not only the antireflection film is formed on the surface of the lens element 2 to suppress the reflection, but also either one of the image light incident surface and the exit surface of the lens element 2 or the both exit surfaces or both. The surface shape of the lens is constrained so that the above-described reflected light does not converge on a part of the image display device 4 (for example, a shape having a concave surface facing the image display device 4). It is preferable to design.
更に、発明者らはレンズ素子２の表面に設ける反射防止膜の特性について検討した。この結果、視感度が最も高い緑色波長領域の反射率を０．２％以下に、赤色波長領域の反射率を０．６％以下に、青色波長領域の反射率を１．０％以下に押さえることで、太陽光が光学素子の表面で反射しても虚像の画質に影響を与えることがないことを実験により求めた。 Furthermore, the inventors examined the characteristics of the antireflection film provided on the surface of the lens element 2. As a result, the reflectance in the green wavelength region with the highest visibility is suppressed to 0.2% or less, the reflectance in the red wavelength region is suppressed to 0.6% or less, and the reflectance in the blue wavelength region is suppressed to 1.0% or less. Thus, it was experimentally determined that sunlight does not affect the image quality of the virtual image even if it is reflected by the surface of the optical element.
また映像表示装置４として、上述したレンズ素子２からの反射光を吸収させるために、液晶パネルに近接して配置された第一の偏光板に加えて、第二の偏光板を液晶パネルと分離して配置すれば、画質の低下を軽減できるばかりでなく、フロントガラスを通過した太陽光が凹面ミラー１で集光されて液晶パネルに入射する光を吸収または反射してその光量を軽減することで、液晶パネルの信頼性を向上することができる。 Further, as the video display device 4, in order to absorb the reflected light from the lens element 2 described above, the second polarizing plate is separated from the liquid crystal panel in addition to the first polarizing plate arranged close to the liquid crystal panel. In addition to reducing image quality degradation, the sun light that has passed through the windshield is condensed by the concave mirror 1 to absorb or reflect light incident on the liquid crystal panel to reduce the amount of light. Thus, the reliability of the liquid crystal panel can be improved.
一方、上述したレンズ素子２と凹面ミラー１の間に、図４に示すＰ偏向成分を反射させる機能を有する光学素子（「光学手段」とも言う）３を凹面ミラー１と映像表示装置４により成立する光軸に対して傾けて配置することで、ウインドガラスから入射した太陽光のうちＰ偏波成分を反射して凹面ミラー１から外れた位置に集光させることで運転者に反射光が戻ることがなく、自動車の運転に支障をきたすことがない。 On the other hand, an optical element (also referred to as “optical means”) 3 having a function of reflecting the P deflection component shown in FIG. 4 is formed by the concave mirror 1 and the image display device 4 between the lens element 2 and the concave mirror 1 described above. By tilting with respect to the optical axis to be reflected, the reflected light returns to the driver by reflecting the P-polarized component of the sunlight incident from the window glass and condensing it at a position off the concave mirror 1. It will not interfere with driving the car.
映像表示装置４からの映像光はＳ偏光であるため、前述した光学素子３を問題なく透過するが、反射型偏光板と同様な作用を持つため、運転者が監視する映像のコントラスト性能が向上するという利点もあることが判明した。また、映像光のうち光学素子３の端面で全反射した光はＳ偏光からＰ偏光に変化するため、前述した光学素子３で反射され運転者が監視する映像に悪影響を与えることがない。 Since the image light from the image display device 4 is S-polarized light, it passes through the optical element 3 without any problem. However, since it has the same function as the reflective polarizing plate, the contrast performance of the image monitored by the driver is improved. It turns out that there is also an advantage of doing. Moreover, since the light totally reflected at the end face of the optical element 3 in the image light changes from S-polarized light to P-polarized light, the image reflected by the optical element 3 described above is not adversely affected.
次に、映像表示装置４として、上述したレンズ素子２からの反射光を吸収させるために液晶パネルに近接して配置された第一の偏光板に加えて、第二の偏光板を液晶パネルと分離して配置すれば、画質の低下を軽減できる。また、液晶パネルのバックライトは、液晶パネルに入射する光の入射方向を凹面ミラー１の入射瞳に効率良く入射するように制御される。この時、液晶パネルに入射する光束の発散角を小さくすれば、効率良く運転者のアイポイントに映像光を向けることができるばかりでなく、コントラストの高い視認性の良い映像を得ることが可能となる。映像の発散角に対するコントラスト性能は水平方向の方が顕著で±２０度以内であれば優れた特性が得られる。更にコントラスト性能を向上させるためには、±１０度以内の光束を利用すると良い。 Next, as the image display device 4, in addition to the first polarizing plate disposed in the vicinity of the liquid crystal panel in order to absorb the reflected light from the lens element 2 described above, the second polarizing plate is connected to the liquid crystal panel. If they are separated, the deterioration in image quality can be reduced. The backlight of the liquid crystal panel is controlled so that the incident direction of the light incident on the liquid crystal panel is efficiently incident on the entrance pupil of the concave mirror 1. At this time, if the divergence angle of the light beam incident on the liquid crystal panel is reduced, not only can the image light be efficiently directed to the driver's eye point, but also a high-contrast and high-visibility image can be obtained. Become. The contrast performance with respect to the divergence angle of the image is more remarkable in the horizontal direction, and excellent characteristics can be obtained if it is within ± 20 degrees. In order to further improve the contrast performance, it is preferable to use a light flux within ± 10 degrees.
一方、光源装置１０としては、製品寿命が長い固体光源を採用することが好ましく、例えば、周囲温度の変動に対する光出力変化が少ないＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を採用し、更には光の発散角を低減する光学手段を設けたＰＢＳ（Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）を用いて偏光変換を行なうことが好ましい。 On the other hand, as the light source device 10, it is preferable to employ a solid light source having a long product life. It is preferable to perform polarization conversion using a PBS (Polarizing Beam Splitter) provided with optical means for reduction.
液晶パネルのバックライト側（光入射面）とレンズ素子２側（光出射面）には、ここでは図示しない偏光板が配置されており、これにより、映像光のコントラスト比を高めている。バックライト側（光入射面）に設ける偏光板には、偏光度が高いヨウ素系のものを採用すれば、高いコントラスト比が得られる。一方、レンズ素子２側（光出射面）には染料系の偏光板を用いることによれば、外光が入射した場合や環境温度が高い場合でも、高い信頼性を得ることが可能となる。 A polarizing plate (not shown) is disposed on the backlight side (light incident surface) and the lens element 2 side (light emitting surface) of the liquid crystal panel, thereby increasing the contrast ratio of the image light. A high contrast ratio can be obtained by using an iodine-based polarizing plate having a high degree of polarization as the polarizing plate provided on the backlight side (light incident surface). On the other hand, by using a dye-type polarizing plate on the lens element 2 side (light emitting surface), high reliability can be obtained even when external light is incident or when the environmental temperature is high.
映像表示装置４として液晶パネルを用いる場合、特に、運転者が偏光サングラスを着用している場合には、特定の偏波が遮蔽されて映像が見えない不具合が発生する。これを防ぐために、液晶パネルのレンズ素子２側に配置した偏光板の光学素子側にλ／４板を配置し、もって、特定の偏光方向に揃った映像光を円偏光に変換するか、偏光サングラスの偏光方向と異なる偏光軸とすることが好ましい。 When a liquid crystal panel is used as the video display device 4, particularly when the driver wears polarized sunglasses, a specific polarization is shielded and an image cannot be seen. In order to prevent this, a λ / 4 plate is arranged on the optical element side of the polarizing plate arranged on the lens element 2 side of the liquid crystal panel, so that image light aligned in a specific polarization direction is converted into circularly polarized light or polarized light. A polarization axis different from the polarization direction of the sunglasses is preferable.
制御装置４０は、ナビゲーションシステム６１から、自車両が走行している現在位置に対応する道路の制限速度や車線数、ナビゲーションシステム６１に設定された自車両の移動予定経路などの各種の情報を、前景情報（即ち、上記虚像により自車両の前方に表示する情報）として取得する。 The control device 40 obtains various information from the navigation system 61 such as the speed limit and the number of lanes of the road corresponding to the current position where the host vehicle is traveling, the planned travel route of the host vehicle set in the navigation system 61, and the like. Obtained as foreground information (that is, information displayed in front of the host vehicle by the virtual image).
運転支援ＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）６２は、周辺監視装置６３での監視の結果として検出された障害物に従って駆動系や制御系を制御することで、運転支援制御を実現する制御装置であり、運転支援制御としては、例えば、クルーズコントロール、アダプティブクルーズコントロール、プリクラッシュセーフティ、レーンキーピングアシストなどの周知技術を含む。 A driving support ECU (Engine Control Unit) 62 is a control device that realizes driving support control by controlling a drive system and a control system according to an obstacle detected as a result of monitoring by the periphery monitoring device 63. Examples of the assist control include well-known techniques such as cruise control, adaptive cruise control, pre-crash safety, and lane keeping assist.
周辺監視装置６３は、自車両の周辺の状況を監視する装置であり、一例としては、自車両の周辺を撮影した画像に基づいて自車両の周辺に存在する物体を検出するカメラや、探査波を送受信した結果に基づいて自車両の周辺に存在する物体を検出する探査装置などである。 The periphery monitoring device 63 is a device that monitors the situation around the host vehicle. As an example, a camera that detects an object existing around the host vehicle based on an image of the periphery of the host vehicle, an exploration wave, and the like. An exploration device that detects an object that exists in the vicinity of the host vehicle based on the result of transmitting and receiving the vehicle.
制御装置４０は、このような運転支援ＥＣＵ６２からの情報（例えば、先行車両までの距離および先行車両の方位、障害物や標識が存在する位置など）を前景情報として取得する。更に、制御装置４０には、イグニッション（ＩＧ）信号、および、自車状態情報が入力される。これらの情報のうち、自車状態情報とは、車両情報として取得される情報であり、例えば、内燃機関の燃料の残量や冷却水の温度などや、予め規定された異常状態となったことを表す警告情報を含んでいる。また、方向指示器の操作結果や自車両の走行速度、更には、シフトポジション情報なども含まれている。以上述べた制御装置４０は、イグニッション信号が入力されると起動する。以上が、本実施例の情報表示装置全体システムの説明である。 The control device 40 acquires such information from the driving support ECU 62 (for example, the distance to the preceding vehicle, the azimuth of the preceding vehicle, the position where the obstacle or sign is present, etc.) as the foreground information. Further, an ignition (IG) signal and own vehicle state information are input to the control device 40. Among these pieces of information, the own vehicle state information is information acquired as vehicle information. For example, the amount of fuel remaining in the internal combustion engine, the temperature of the cooling water, or the like, or a predetermined abnormal state has occurred. The warning information indicating is included. Further, the result of operation of the direction indicator, the traveling speed of the host vehicle, and shift position information are also included. The control device 40 described above is activated when an ignition signal is input. The above is the description of the entire information display apparatus system of the present embodiment.
＜太陽光の装置内への侵入とその抑制原理＞
次に、車両の運転席における太陽光の上述した情報表示装置内への侵入について説明する。
<Invasion of sunlight into the device and its suppression principle>
Next, the penetration | invasion in the information display apparatus mentioned above in the driver's seat of a vehicle is demonstrated.
図４は、車両の運転席の近傍における状態を示しており、上述した情報表示装置１００は、車体を構成するボンネット４４と天井板４５との間に取り付けられたフロントガラス６の下方において、例えば、速度計４２等の計器類を含むダッシュボードの裏側（後方のボンネット側）に配置されている。また、この図には、車両のハンドル４３や、運転者である観視者の目８と共に、車両の上方には昼間の太陽５０が示されている。また、図５は、上記の状態から、特に、太陽５０とフロントガラス６と観視者の目８とを取り出して示している。 FIG. 4 shows a state in the vicinity of the driver's seat of the vehicle. The information display device 100 described above is, for example, below the windshield 6 attached between the bonnet 44 and the ceiling plate 45 constituting the vehicle body. These are arranged on the back side (back bonnet side) of the dashboard including instruments such as the speedometer 42. Further, in this figure, the daytime sun 50 is shown above the vehicle, together with the vehicle handle 43 and the eyes 8 of the viewer who is the driver. FIG. 5 shows the sun 50, the windshield 6 and the viewer's eyes 8 taken out from the above state.
太陽５０からの強い光は、図４および図５において、白抜きの矢印で示すように、車両のフロントガラス６に対して入射角θ１で入射し、その一部がフロントガラス６により反射された後、残りの光は、情報表示装置１００の上部に設けられた開口部４１を通って当該装置の内部に侵入する。なお、この時、図５からも明らかなように、特に、５０度以上の入射角では、図６に示すように太陽光のＳ偏光成分（Ｓ波）の多くは上記のフロントガラス６上で反射される。その結果、情報表示装置１００内に侵入する太陽光の多くはＰ偏光成分（Ｐ波）となる。 The strong light from the sun 50 is incident on the windshield 6 of the vehicle at an incident angle θ1 as shown by the white arrow in FIGS. 4 and 5, and a part thereof is reflected by the windshield 6. Thereafter, the remaining light enters the inside of the information display device 100 through the opening 41 provided in the upper portion. At this time, as is clear from FIG. 5, particularly at an incident angle of 50 degrees or more, most of the S-polarized component (S wave) of sunlight is on the windshield 6 as shown in FIG. 6. Reflected. As a result, most of the sunlight that enters the information display device 100 becomes a P-polarized component (P wave).
他方、情報表示装置１００から出射される映像光は、図４および図５において実線の矢印で示すように、上記フロントガラス６またはコンバイナ（図示せず）において反射されて観視者の目８に入射することとなる。 On the other hand, the image light emitted from the information display device 100 is reflected by the windshield 6 or the combiner (not shown) as shown by solid arrows in FIGS. It will be incident.
より具体的には、太陽光などの自然光はＰ偏光とＳ偏光が混ざった状態で存在する。前述したようにフロントガラス６への入射角度が５０度を超える領域では図６に示すようにガラス面上での反射率は、Ｓ偏光やＰ偏光、更には、入射角により、それぞれ異なる。 More specifically, natural light such as sunlight exists in a state where P-polarized light and S-polarized light are mixed. As described above, in the region where the incident angle to the windshield 6 exceeds 50 degrees, the reflectivity on the glass surface varies depending on the S-polarized light, the P-polarized light, and the incident angle as shown in FIG.
そこで、本実施例では、上述した発明者による知見に基づき、即ち、フロントガラス６を通して侵入する太陽光の多くはＰ偏光成分であることを考慮し、情報表示装置１００内に侵入する太陽光を含む外光を抑制するためには、特に、Ｐ波成分の低減が有効であること、加えて、情報表示装置１００から投射される映像光としては、Ｓ波成分を利用することが効果的であることを確認した。 Therefore, in this embodiment, based on the knowledge obtained by the inventor described above, that is, considering that most of sunlight entering through the windshield 6 is a P-polarized component, sunlight entering the information display device 100 is reduced. In order to suppress external light including the light, it is particularly effective to reduce the P wave component, and in addition, it is effective to use the S wave component as the image light projected from the information display apparatus 100. I confirmed that there was.
＜情報表示装置の具体的な実施例＞
続いて、上述した知見に基づいて構成された情報表示装置１００のより具体的な光学的な構成について、以下に説明する。
<Specific Example of Information Display Device>
Next, a more specific optical configuration of the information display device 100 configured based on the above-described knowledge will be described below.
図９は、情報表示装置１００の全体構成を拡大して示しており、上述したように、下流側から順に、フロントガラス６を介して虚像を形成する映像光を投射する凹面ミラー１、その際に発生する歪や収差を補正するための補正用のレンズ素子（レンズ群）２、映像表示装置４、バックライトを構成する光源装置１０が設けられている。更に、情報表示装置１００の内部に侵入する太陽光のＰ波成分を抑制するため、図４および図５に示した実施例とは異なり、レンズ素子２と映像表示装置４の間に、Ｐ波成分を抑制する（反射する）ための光学手段３が設けられている。 FIG. 9 shows the overall configuration of the information display device 100 in an enlarged manner. As described above, the concave mirror 1 that projects video light that forms a virtual image through the windshield 6 in order from the downstream side, Are provided with a correction lens element (lens group) 2 for correcting distortion and aberration, an image display device 4, and a light source device 10 constituting a backlight. Further, in order to suppress the P wave component of sunlight entering the information display device 100, unlike the embodiment shown in FIGS. 4 and 5, the P wave is interposed between the lens element 2 and the image display device 4. Optical means 3 for suppressing (reflecting) the component is provided.
まず、本実施例では、映像光を投射する凹面ミラー１には、可視光（波長：略４００〜７００ｎｍ）を反射すると同時に、特に、各種の波長スペクトルを含む太陽光から、情報表示装置には不要で装置にダメージを与える、例えば、赤外線（ＩＲ）や紫外線（ＵＶ）などを除去する機能を持たせることが好ましい。この時、可視光の反射率を９５％以上とすることによれば、光利用効率が高い虚像光学系が実現できる。 First, in this embodiment, the concave mirror 1 for projecting image light reflects visible light (wavelength: approximately 400 to 700 nm) and at the same time, particularly from sunlight including various wavelength spectra, to the information display device. It is preferable to provide a function that removes infrared rays (IR), ultraviolet rays (UV), and the like that are unnecessary and damage the apparatus. At this time, if the reflectance of visible light is 95% or more, a virtual image optical system with high light utilization efficiency can be realized.
しかしながら、反面で、フロントガラス６を通して直接凹面ミラー１を見た場合に外光が反射して眩しく見え、自動車の品位の低下や、太陽光や夜間の対向車のヘッドライトなどの強い光が凹面ミラー１に反射し一部の光線が液晶パネルに戻ることでコントラスト性能など情報表示装置として得られる画像（虚像）の画質低下を招くと共に、偏光板や液晶パネルにダメージを与えることになる。このため、凹面ミラー１の反射率を意図的に低減し、具体的には９０％以下、望ましくは、８５％以下とすることにより上述した問題点を解決できる。 However, when the concave mirror 1 is viewed directly through the windshield 6, the external light is reflected and looks dazzling, and the quality of the automobile is degraded, and strong light such as sunlight and headlights of oncoming vehicles at night is concave. Reflecting on the mirror 1 and returning a part of the light rays to the liquid crystal panel causes deterioration in image quality of an image (virtual image) obtained as an information display device such as contrast performance, and damages the polarizing plate and the liquid crystal panel. For this reason, the above-mentioned problem can be solved by intentionally reducing the reflectivity of the concave mirror 1, specifically 90% or less, preferably 85% or less.
本実施例では、図１０にも示すように、プラスチック等の凹面ミラー１の基材１ａの表面に、赤外線と紫外線を透過し、可視光（波長：略４００〜７００ｎｍ）を反射する反射膜１ｂを設ける。反射膜の空気側には反射膜を保護する保護膜１ｃを設けることで、耐傷性を向上することができる。反射膜は光学多層膜としても良いが、アルミ反射膜の表面に、図４および図５に示した実施例とは異なり、反射膜を設けることにより安価で高反射な反射膜を得ることができる。 In this embodiment, as shown also in FIG. 10, a reflective film 1b that transmits infrared light and ultraviolet light and reflects visible light (wavelength: approximately 400 to 700 nm) on the surface of the base material 1a of the concave mirror 1 such as plastic. Is provided. By providing the protective film 1c for protecting the reflective film on the air side of the reflective film, the scratch resistance can be improved. The reflective film may be an optical multilayer film. However, unlike the embodiment shown in FIGS. 4 and 5, an inexpensive and highly reflective reflective film can be obtained by providing a reflective film on the surface of the aluminum reflective film. .
上述した増反射膜を設けた反射膜の波長特性反射率の特性としては、増反射膜を３層設けることにより、図７（ａ）や（ｂ）に示すような反射特性が得られる。入射角度が大きい光についてはＰ偏光の反射率も低減でき、４００ｎｍ以下の紫外線領域や７００ｎｍを超える近赤外領域の光に対する反射率も同時に低減できる。 As the wavelength characteristic reflectance characteristics of the reflection film provided with the above-described reflection increasing film, the reflection characteristics as shown in FIGS. 7A and 7B can be obtained by providing three layers of the reflection increasing film. For light having a large incident angle, the reflectance of P-polarized light can be reduced, and the reflectance for light in the ultraviolet region of 400 nm or less and the near-infrared region exceeding 700 nm can also be reduced.
更に、増反射膜を５層設けた反射膜の波長特性反射率の特性としては、図８（ａ）や（ｂ）に示すような反射特性が得られる。入射角度が大きい光については、Ｐ偏光の反射率も低減でき、４００ｎｍ以下の紫外線領域や７００ｎｍを超える近赤外領域の光に対する反射率も同時に低減できるだけでなく、可視光（波長：略４００〜７００ｎｍ）領域の反射特性をより平坦化できる。 Furthermore, the reflection characteristics as shown in FIGS. 8A and 8B are obtained as the wavelength characteristic reflectivity characteristics of the reflection film provided with five layers of the enhanced reflection film. For light with a large incident angle, the reflectance of P-polarized light can be reduced, and the reflectance for light in the ultraviolet region of 400 nm or less and the near-infrared region exceeding 700 nm can be simultaneously reduced, as well as visible light (wavelength: approximately 400 to 400 nm). 700 nm) reflection characteristics can be further flattened.
なお、上記の図１０に示す凹面ミラーの基材１ａは、上述した太陽光のうちで反射しない波長成分の光を基材が吸収しないように、透明性が高いものを選択する。プラスチック製基材としては、透明度が高い基材としては（１）日本ゼオン株式会社のＺＥＯＮＥＸ（登録商標）、（２）ポリカーボネイト、（３）アクリル等がある。吸水率がほぼ０％で熱変形温度が高い（１）ＺＥＯＮＥＸが最適であるが価格が高いため、熱変形温度が同等で吸水率が０．２％程度のポリカーボネイトを、工夫して使用すると良い。成形性が最も高く、安価なアクリルについては、吸湿率が最大であるため防湿膜と反射膜を設けることが必須となる。 Note that the substrate 1a of the concave mirror shown in FIG. 10 is selected so as to have high transparency so that the substrate does not absorb light of a wavelength component that is not reflected in the above-described sunlight. Examples of the plastic substrate include (1) ZEONEX (registered trademark), (2) polycarbonate, (3) acrylic, and the like by Nippon Zeon Co., Ltd. (1) ZEONEX is optimal, but the price is high, but it is better to devise and use polycarbonate with the same heat distortion temperature and water absorption of about 0.2%. . For the acrylic that has the highest moldability and is inexpensive, it is essential to provide a moisture-proof film and a reflective film because of its maximum moisture absorption rate.
更に凹面ミラーの基材１ａが吸湿するのを防止するために、図１１に示すように、反射面に成膜する反射膜に併せて、反対側の面に、防湿膜１ｄとしてＳｉＮ（窒化シリコン）を成膜して防湿膜を設けると良い。防湿膜であるＳｉＮは太陽光を通過させるため、基材での光吸収が発生せず熱変形を抑えることができる。この結果、ポリカーボネイトやアクリルで成形された凹面ミラー１においても吸湿による形状変化を防止することができる。 Further, in order to prevent the concave mirror substrate 1a from absorbing moisture, as shown in FIG. 11, in addition to the reflective film formed on the reflective surface, a moisture-proof film 1d is formed on the opposite surface as SiN (silicon nitride). ) To form a moisture-proof film. Since SiN that is a moisture-proof film allows sunlight to pass therethrough, light absorption by the base material does not occur and thermal deformation can be suppressed. As a result, the shape change due to moisture absorption can be prevented even in the concave mirror 1 formed of polycarbonate or acrylic.
また、上述した技術を適用した凹面ミラー１を通過した太陽光が情報表示装置内部で散乱しないように、図１１に示した凹面ミラーの裏面に光を吸収する材料で保持部（図示せず）を形成して放熱させることが好ましい。 Moreover, a holding part (not shown) is formed of a material that absorbs light on the back surface of the concave mirror shown in FIG. 11 so that sunlight passing through the concave mirror 1 to which the above-described technique is applied is not scattered inside the information display device. It is preferable to form and dissipate heat.
更に、ここでは図示しないが、上述した赤外光や紫外光を抑制／除去する機能を備えた凹面ミラー１に加え、または、それに代えて、情報表示装置１００の上部に形成される開口部４１に、赤外光や紫外光を除去する機能を備えた透光板を設けても良い。なお、かかる透光板は、赤外光や紫外光の抑制機能に加え、外部の塵が情報表示装置１００内部に侵入することを防止する機能をも備えることができる。 Furthermore, although not shown here, in addition to or instead of the concave mirror 1 having the function of suppressing / removing the infrared light and ultraviolet light described above, an opening 41 formed in the upper portion of the information display device 100. In addition, a translucent plate having a function of removing infrared light or ultraviolet light may be provided. Note that such a light-transmitting plate can also have a function of preventing external dust from entering the information display device 100 in addition to the function of suppressing infrared light and ultraviolet light.
このように、上述した凹面ミラー１によれば、開口部４１から情報表示装置１００の内部に侵入する多数のスペクトル成分を含む太陽光のうち、当該情報表示装置では不要な成分を除去し、主に可視光成分を選択的に取り出すことが可能となる（図１２を参照）。 Thus, according to the concave mirror 1 described above, components unnecessary for the information display device are removed from the sunlight including a large number of spectral components entering the information display device 100 from the opening 41, and the main component is removed. It is possible to selectively extract a visible light component (see FIG. 12).
続いて、上述した可視光成分を中心とした太陽光のＰ波成分を抑制するための光学手段３の一例について、図１３および図１４を参照しながら説明する。 Next, an example of the optical means 3 for suppressing the P-wave component of sunlight centering on the above-described visible light component will be described with reference to FIGS.
図１３（ａ）には、上述した光学手段３の配置を示しており、具体的には、レンズ素子２と凹面ミラー１（図示せず）の間に配置され、凹面ミラー１とレンズ素子２の光軸ＬＬ’に対してθだけ傾けて配置する。この光学手段３の断面構成は図１３（ｂ）に示すように、透過性基材３ｇの表面に複数枚の光学フィルム３ｉを積層して構成したＰ偏波反射特性を有する光学フィルム層３ｈを接着または粘着することで固定する。なお、この光学フィルムとしては、Ｓ波をリサイクルしてＰ波をより多く出力して輝度を上昇させる作用を有する、例えば３Ｍ社製の３Ｍ ＤＢＥＦ（ＤＵＡＬ ＢＲＩＧＨＴＮＥＳＳ ＥＮＨＡＮＳＭＥＮＴ）などが挙げられる。 FIG. 13A shows the arrangement of the optical means 3 described above. Specifically, the optical means 3 is arranged between the lens element 2 and the concave mirror 1 (not shown), and the concave mirror 1 and the lens element 2 are arranged. Is inclined by θ with respect to the optical axis LL ′. As shown in FIG. 13B, the optical unit 3 has a cross-sectional configuration in which an optical film layer 3h having a P-polarized reflection characteristic is formed by laminating a plurality of optical films 3i on the surface of a transmissive substrate 3g. Fix by gluing or sticking. Examples of the optical film include 3M DBEF (DUAL BRIGHTNESS ENHANSMENT) manufactured by 3M, which has an action of recycling S waves and outputting more P waves to increase luminance.
発明者らはこの光学フィルムの使いこなしを検討する中で、高温・高湿（例えば６５℃、８５Ｒｈ）の環境下で、１０００時間以上、図１３（ａ）に示すように水平軸に対して傾けて放置すると、フィルム周辺部から水分が侵入しフィルム周辺部からＰ偏波の反射特性が低下する問題が発生した。そのため、以下の解決策を考案した。 The inventors examined how to use this optical film while tilting it with respect to the horizontal axis as shown in FIG. 13 (a) for 1000 hours or more in an environment of high temperature and high humidity (for example, 65 ° C., 85 Rh). If left untreated, moisture enters from the periphery of the film, causing a problem that the reflection characteristics of P-polarized light deteriorate from the periphery of the film. Therefore, the following solutions were devised.
この第一の解決方法として発明者らは図１４に示すように、透過性基材３ｇの表面に光学フィルム３ｉを積層して構成したＰ偏波反射特性を有する光学フィルム層３ｈを接着または粘着する。更に、この表面に水分の吸収がない樹脂製のフィルム３ｋを粘着させ、同図に示すように、光学フィルム層３ｈを包み込む様に透過性基材３ｇに接着または粘着する。この接着または粘着層３ｊは、基材が吸湿しない透過性樹脂の場合は基材と同等の温度に対する線膨張率を有するものが良く、基材が透過性のガラス素材の場合は、ガラス素材とフィルムの温度に対する膨張差を吸収できる粘着剤を選択すると良い。加えて、透過性基材３ｇの表面への光学フィルム層３ｈの固定方法に関しては、基材がガラスの場合には粘着剤による粘着固定が良好であり、他方、基材が透過性樹脂の場合は接着剤による接着固定が良好であることが確認された。 As the first solution, as shown in FIG. 14, the inventors bonded or adhered an optical film layer 3h having a P-polarized reflection characteristic formed by laminating an optical film 3i on the surface of a transmissive substrate 3g. To do. Further, a resin film 3k that does not absorb moisture is adhered to the surface, and, as shown in the figure, is adhered or adhered to the transmissive substrate 3g so as to wrap the optical film layer 3h. This adhesive or pressure-sensitive adhesive layer 3j should have a linear expansion coefficient with respect to a temperature equivalent to that of the base material when the base material is a permeable resin that does not absorb moisture, and when the base material is a transparent glass material, It is preferable to select an adhesive that can absorb the difference in expansion with respect to the temperature of the film. In addition, regarding the fixing method of the optical film layer 3h to the surface of the transparent base material 3g, when the base material is glass, the adhesive fixing with the adhesive is good, and on the other hand, the base material is a transparent resin. It was confirmed that the adhesive fixation with an adhesive was good.
この第二の解決方法として発明者らは図１５に示すように、透過性基材３ｇの表面に光学フィルムを積層して構成したＰ偏波反射特性を有する光学フィルム層３ｈを接着または粘着して光学手段３とする。この時、透過性基材３ｇの外形寸法（Ｗ０×Ｈ０）に対してＰ偏波反射特性を有する光学フィルム層３ｈの外形寸法（Ｗ２×Ｈ２）を透過性基材３ｇに保持する領域を残して決定する。 As shown in FIG. 15, the inventors have adhered or adhered an optical film layer 3h having a P-polarized reflection characteristic formed by laminating an optical film on the surface of a transmissive substrate 3g, as shown in FIG. The optical means 3 is used. At this time, an area for retaining the outer dimension (W2 × H2) of the optical film layer 3h having the P polarization reflection characteristic with respect to the outer dimension (W0 × H0) of the transparent substrate 3g is left in the transparent substrate 3g. To decide.
このＰ偏波反射特性を有する光学フィルム層３ｈの外形寸法（Ｗ２×Ｈ２）を映像光束が通過する有効領域（Ｗ３×Ｈ３）より大きくして十分な沿面距離を取ることで、高温・高湿環境下においてフィルム周辺部から水分が侵入しても実使用期間中は運転者が監視する映像には問題が生じない。 The outer dimension (W2 × H2) of the optical film layer 3h having the P-polarized reflection characteristic is made larger than the effective area (W3 × H3) through which the image light beam passes, so that a sufficient creepage distance can be obtained, so that the high temperature / high humidity Even if moisture enters from the periphery of the film in the environment, there will be no problem with the images monitored by the driver during the actual use period.
以上述べた耐環境性を向上するために必要な沿面距離を求めるため、８５℃、８５Ｒｈ下でフィルム周辺部から水分が侵入しフィルム周辺部からＰ偏波の反射特性が低下する程度を実験により求めた。発明者らの検討では例えば１０００時間で１ｍｍ、２０００ｈで２．２ｍｍ、４０００ｈで４．５ｍｍであり温度加速が４倍以上であることから最悪の実使用条件化でも１０ｍｍ以上の沿面距離を持たせることで２０年程度の信頼性が確保できることが判った。 In order to obtain the creepage distance necessary to improve the environmental resistance described above, the degree of decrease in the reflection characteristics of the P-polarized light from the film peripheral part due to the penetration of moisture from the film peripheral part at 85 ° C. and 85 Rh Asked. For example, the inventors have studied that 1 mm in 1000 hours, 2.2 mm in 2000 h, 4.5 mm in 4000 h, and temperature acceleration is more than 4 times. As a result, it was found that reliability of about 20 years could be secured.
Ｐ偏波反射特性を有する光学フィルム層３ｈは、図１３にも示すように、透過性基材３ｇの上部接着または粘着することで光学フィルムの剥がれを防止する。また、透過性基材３ｇの表面に反射防止膜を設けることは言うまでもない。同様に、図１４に示した第一の発明における樹脂製のフィルム３ｋの表面にも、同様の反射防止膜を設けることは言うまでもない。 As shown in FIG. 13, the optical film layer 3h having P-polarization reflection characteristics prevents the optical film from peeling off by adhering or sticking to the upper part of the transmissive substrate 3g. Needless to say, an antireflection film is provided on the surface of the transparent substrate 3g. Similarly, it goes without saying that a similar antireflection film is also provided on the surface of the resin film 3k in the first invention shown in FIG.
ヘッドアップディスプレイ装置を実現する凹面ミラーにより生じる虚像は、図２５にその発生の原理を示すように、凹面ミラー１’の光軸上の点Oに対して焦点Ｆ（焦点距離ｆ）の内側に物点ＡＢを配置することで、凹面ミラー１’による虚像を得ることができると言うものである。この図２５では、説明の都合上、凹面ミラー１’を同じ正の屈折力を持つ凸レンズとみなし、物点と凸レンズ（説明の都合上、図２５では、凹面ミラーで表記）と発生する虚像の関係を示している。 A virtual image generated by the concave mirror that realizes the head-up display device is located inside the focal point F (focal length f) with respect to the point O on the optical axis of the concave mirror 1 ′, as shown in FIG. By disposing the object point AB, a virtual image by the concave mirror 1 ′ can be obtained. In FIG. 25, for convenience of explanation, the concave mirror 1 ′ is regarded as a convex lens having the same positive refractive power, and an object point and a convex lens (for convenience of explanation, expressed as a concave mirror in FIG. 25) and a generated virtual image are generated. Showing the relationship.
ヘッドアップディスプレイ装置で発生する虚像を運転者が観視した場合にフロントガラス上部で反射して運転者に見える虚像（遠方の風景に重ねたい像）とフロントガラス下部で反射して運転者に見える虚像（近傍の風景に重ねたい像）フォーカス性能を同時に確保するために、映像表示装置（図２５ではＡＢに対応、本実施例では液晶パネル）と凹面（自由曲面）ミラーの光軸ＬＬ’に対して映像表示装置を傾けると良い。これは液晶パネルと凹面（自由曲面）ミラーで生じる虚像の倍率Ｍ＝ｂ／ａを同時に満足するためでもある。 When the driver views the virtual image generated by the head-up display device, the image is reflected on the windshield and reflected to the driver (image to be superimposed on a distant landscape), and reflected on the lower windshield and visible to the driver. In order to simultaneously secure the virtual image (image to be superimposed on the nearby landscape) focusing performance, the optical axis LL ′ of the video display device (corresponding to AB in FIG. 25, a liquid crystal panel in this embodiment) and the concave (free-form surface) mirror is used. It is better to tilt the video display device with respect to it. This is also for simultaneously satisfying the magnification M = b / a of the virtual image generated by the liquid crystal panel and the concave (free curved surface) mirror.
上述した光学手段３により得られる入射光に対する反射率は、Ｓ偏光の透過率特性は可視光領域の特定部分（即ち、映像表示装置４のバックライト光の波長域４３０ｎｍから６８０ｎｍ）で９０％以上とし、紫外線（ＵＶ）領域と近赤外線（ＩＲ）領域での遮光特性が高く、Ｐ偏光の反射率特性は全波長領域で９０％以下であり、図１２に示す太陽光のエネルギーのうちエネルギー量が高い可視光領域と近赤外光より長い波長領域（７８０ｎｍ以上）の光に対する反射率は９５％以上とすることで太陽光に対してより優れた信頼性を得ることができる。 The reflectance with respect to the incident light obtained by the optical means 3 described above is 90% or more in the transmittance characteristic of S-polarized light in a specific part of the visible light region (that is, the wavelength range of the backlight light of the video display device 4 from 430 nm to 680 nm). And has a high light shielding property in the ultraviolet (UV) region and the near infrared (IR) region, and the reflectance property of P-polarized light is 90% or less in the entire wavelength region. When the reflectance for light in the visible light region having a high wavelength and the wavelength region longer than near infrared light (780 nm or more) is 95% or more, more excellent reliability can be obtained for sunlight.
また、上述した光学手段３は、図１３からも明らかなように、その外形を板状とし、いわゆる、フィルター状に構成することが可能である。このことは、情報表示装置１００の小型化を実現するために必要な構成、即ち、上記の図４、５、９にも示すように、映像表示装置４に表示された映像を直接凹面ミラー１で拡大する距離（光軸）Ｚが短い虚像光学系においても、情報表示装置１００内の狭小な光路空間内において容易に配置することができることから有利である。特に、上述した、例えば、レンズ素子２と映像表示装置４の間の空間は、そこに配置される光学手段３の面積を小さくすることが可能となることから価格的にも有利であろう。 Further, as is apparent from FIG. 13, the optical means 3 described above can be configured in a so-called filter shape with the outer shape being a plate shape. This means that the configuration necessary for realizing the downsizing of the information display device 100, that is, the video displayed on the video display device 4 is directly reflected on the concave mirror 1 as shown in FIGS. Even in a virtual image optical system having a short distance (optical axis) Z that is enlarged in (5), it can be easily arranged in a narrow optical path space in the information display device 100. In particular, for example, the space between the lens element 2 and the image display device 4 described above may be advantageous in terms of price because the area of the optical means 3 disposed therein can be reduced.
以上の情報表示装置１００の光学構成によれば、フロントガラス６を介して装置の内部に侵入する太陽光から、不要なＩＲやＵＶを除去すると共に、上述した光学手段３により、上部の開口部４１を通って情報表示装置１００の内部に侵入して当該内部に配置された映像表示装置４や周辺の偏光板等に対して炭化等の悪影響を及ぼす太陽光のうち、そのＰ波成分（ｐ偏光波）を有効に低減する。即ち、太陽光による液晶表示素子や偏光板へのダメージを軽減することが可能となり、太陽光による情報表示装置１００の性能の低下を抑制することが可能となる。 According to the optical configuration of the information display device 100 described above, unnecessary IR and UV are removed from sunlight entering the inside of the device through the windshield 6, and the upper opening is opened by the optical means 3 described above. Among the sunlight that penetrates into the information display device 100 through 41 and has an adverse effect such as carbonization on the image display device 4 and the surrounding polarizing plate disposed therein, the P wave component (p (Polarized wave) is effectively reduced. That is, it is possible to reduce damage to the liquid crystal display element and the polarizing plate due to sunlight, and it is possible to suppress a decrease in performance of the information display apparatus 100 due to sunlight.
＜映像表示装置の光源装置＞
上述したように、情報表示装置１００の光学系では、フロントガラス６を介して外部から装置内に入射する太陽光は、上記光学手段３により低減されると同時に、他方、自車両の前方に表示する各種の映像情報の虚像を生成するための映像光は、上記の図４や図５に実線の矢印で示すように、情報表示装置１００から投射され、レンズ素子２や凹面ミラー１を介して、フロントガラス６に到達する。なお、その際にも、映像光は、上記光学手段３を通ることとなるが、既述のように、この映像光にはＳ波成分（ｓ偏光波）が利用される。
<Light source device of video display device>
As described above, in the optical system of the information display device 100, sunlight incident on the device from the outside through the windshield 6 is reduced by the optical means 3 and displayed on the front side of the host vehicle. The image light for generating virtual images of various types of image information is projected from the information display device 100 as shown by the solid arrows in FIGS. 4 and 5 and passes through the lens element 2 and the concave mirror 1. The windshield 6 is reached. Even in this case, the image light passes through the optical means 3, but as described above, an S wave component (s-polarized wave) is used for the image light.
そこで、以下には、Ｓ波成分の映像光を生成するための映像表示装置４とその光源装置１０の一例について詳細に述べる。 Therefore, in the following, an example of the video display device 4 and the light source device 10 for generating the video light of the S wave component will be described in detail.
図１５には、上述した光学手段３や映像表示装置４である液晶表示素子と共に、その下方には、その光源を構成する光源装置１０を展開斜視図により示している。 FIG. 15 shows an exploded perspective view of the light source device 10 constituting the light source below the liquid crystal display element which is the optical means 3 and the video display device 4 described above.
光源装置１０は、例えば、プラスチックなどにより形成され、その内部に、後にも詳述するＬＥＤ、コリメータ、合成拡散ブロック、導光体等を収納してなる光源装置ケース１０１から構成されている。その上面には、映像表示装置４である上記液晶表示素子が取り付けられている。また、光源装置ケース１０１の１つの側面には、半導体光源であるＬＥＤ素子やその制御回路を実装したＬＥＤ基板１２が取り付けられていると共に、当該ＬＥＤ基板１０２の外側面には、上記ＬＥＤ素子および制御回路で発生する熱を冷却するためのヒートシンク１０３が取り付けられている。 The light source device 10 is formed of, for example, plastic, and includes a light source device case 101 in which an LED, a collimator, a synthetic diffusion block, a light guide, and the like, which will be described in detail later, are housed. The liquid crystal display element which is the video display device 4 is attached to the upper surface. Further, an LED substrate 12 on which an LED element that is a semiconductor light source and its control circuit is mounted is attached to one side surface of the light source device case 101, and the LED element and the LED element are mounted on the outer surface of the LED substrate 102. A heat sink 103 for cooling the heat generated in the control circuit is attached.
他方、光源装置ケース１１の上面に取り付けられた映像表示装置４である液晶表示素子は、液晶表示パネルフレーム４０１と、当該フレームに取り付けられた液晶表示パネル４０２と、更に、当該パネルに電気的に接続されたＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ：フレキシブル配線基板）４０３とから構成されている。即ち、液晶表示パネル４０２は、後にも詳細に説明するが、固体光源であるＬＥＤ素子と共に、電子装置を構成する制御回路（ここでは図示せず）からの制御信号によって表示される映像が生成され、制御される。 On the other hand, the liquid crystal display element which is the video display device 4 attached to the upper surface of the light source device case 11 includes a liquid crystal display panel frame 401, a liquid crystal display panel 402 attached to the frame, and further electrically connected to the panel. It is composed of a connected FPC (Flexible Printed Circuits) 403. That is, the liquid crystal display panel 402 generates an image to be displayed by a control signal from a control circuit (not shown here) that constitutes an electronic device, together with an LED element that is a solid light source, which will be described in detail later. Controlled.
続いて、上記光源装置１０の内部構成、即ち、光源装置ケース１０１内に収納されている光学系について、以下に図面を参照しながら詳細に説明する。 Next, an internal configuration of the light source device 10, that is, an optical system housed in the light source device case 101 will be described in detail below with reference to the drawings.
図１６には、光源を構成する複数（本例では、２個）のＬＥＤ１４ａ、１４ｂ（ここでは、図示せず）が示されており、これらはＬＥＤコリメータ１５に対して所定の位置に取り付けられている。なお、このＬＥＤコリメータ１５は、各々、例えば、アクリル等の透光性の樹脂により形成されている。そして、このＬＥＤコリメータ１５は、図１７にも示すように、略放物断面を回転して得られる円錐凸形状の外周面１５６を有すると共に、その頂部では、その中央部に凸部（即ち、凸レンズ面）１５７を形成した凹部１５３を有する。また、その平面部の中央部には、外側に突出した凸レンズ面（あるいは、内側に凹んだ凹レンズ面でも良い）１５４を有している。なお、ＬＥＤコリメータ１５の円錐形状の外周面を形成する放物面１５６は、ＬＥＤ１４ａから周辺方向に出射する光をその内部で全反射することが可能な角度の範囲内において設定され、あるいは、反射面が形成されている。 FIG. 16 shows a plurality (two in this example) of LEDs 14 a and 14 b (not shown here) constituting the light source, and these are attached to the LED collimator 15 at predetermined positions. ing. The LED collimators 15 are each formed of a translucent resin such as acrylic. As shown in FIG. 17, the LED collimator 15 has a conical convex outer peripheral surface 156 obtained by rotating a substantially parabolic cross section, and a convex portion (that is, a central portion at the top) (that is, Convex lens surface) 157 having a concave portion 153 formed thereon. Further, a convex lens surface (or a concave lens surface recessed inward) 154 that protrudes outward is provided at the center of the flat portion. The paraboloid 156 forming the conical outer peripheral surface of the LED collimator 15 is set within a range of angles at which the light emitted from the LED 14a in the peripheral direction can be totally reflected or reflected. A surface is formed.
他方、ＬＥＤ１４ａ、１４ｂは、その回路基板である、いわゆる、ＬＥＤ基板１０２の表面上の所定の位置にそれぞれ配置されている。このＬＥＤ基板１０２は、ＬＥＤコリメータ１５に対して、その表面上のＬＥＤ１４ａまたは１４ｂが、それぞれ、その凹部１５３の中央部に位置するように配置されて固定される。 On the other hand, the LEDs 14a and 14b are respectively arranged at predetermined positions on the surface of the LED substrate 102 which is the circuit board. The LED substrate 102 is arranged and fixed to the LED collimator 15 such that the LEDs 14a or 14b on the surface thereof are positioned at the center of the recess 153, respectively.
かかる構成によれば、上述したＬＥＤコリメータ１５によって、ＬＥＤ１４ａまたは１４ｂから放射される光のうち、特に、その中央部分から上方（図の右方向）に向かって放射される光は、ＬＥＤコリメータ１５の外形を形成する２つの凸レンズ面１５７、１５４により集光されて平行光となる。また、その他の部分から周辺方向に向かって出射される光は、ＬＥＤコリメータ１５の円錐形状の外周面を形成する放物面によって反射され、同様に、集光されて平行光となる。換言すれば、その中央部に凸レンズを構成すると共に、その周辺部に放物面を形成したＬＥＤコリメータ１５によれば、ＬＥＤ１４ａまたは１４ｂにより発生された光のほぼ全てを平行光として取り出すことが可能となり、発生した光の利用効率を向上することが可能となる。 According to such a configuration, among the light emitted from the LED 14a or 14b by the LED collimator 15 described above, in particular, the light emitted upward from the central portion (right direction in the figure) of the LED collimator 15 The two convex lens surfaces 157 and 154 that form the outer shape are condensed into parallel light. Moreover, the light radiate | emitted toward a peripheral direction from another part is reflected by the paraboloid which forms the cone-shaped outer peripheral surface of the LED collimator 15, and is condensed and becomes parallel light similarly. In other words, according to the LED collimator 15 having a convex lens at the center and a parabolic surface at the periphery thereof, it is possible to extract almost all of the light generated by the LED 14a or 14b as parallel light. Thus, the utilization efficiency of the generated light can be improved.
なお、当該ＬＥＤコリメータ１５の光の出射側には、以下にも詳述する偏光変換素子２１が設けられている。この偏光変換素子２１は、図１８にも示すように、断面が平行四辺形である柱状（以下、平行四辺形柱）の透光性部材と、断面が三角形である柱状（以下、三角形柱）の透光性部材とを組み合わせ、ＬＥＤコリメータ１５からの平行光の光軸に対して直交する面に平行に、複数、アレイ状に配列して構成されている。更に、これらアレイ状に配列された隣接する透光性部材間の界面には、交互に、偏光ビームスプリッタ（以下、「ＰＢＳ」と省略する）膜２１１と反射膜２１２とが設けられており、また、偏光変換素子２１へ入射してＰＢＳ膜２１１を透過した光が出射する出射面には、１／２λ位相板２１３が備えられている。 Note that a polarization conversion element 21 described in detail below is provided on the light emission side of the LED collimator 15. As shown in FIG. 18, the polarization conversion element 21 includes a translucent member having a parallelogram-shaped cross section (hereinafter referred to as a parallelogram-shaped column) and a columnar shape having a triangular cross section (hereinafter, a triangular column). These light-transmissive members are combined, and a plurality of light-transmissive members are arranged in an array in parallel to a plane orthogonal to the optical axis of the parallel light from the LED collimator 15. Furthermore, a polarizing beam splitter (hereinafter abbreviated as “PBS”) film 211 and a reflective film 212 are alternately provided at the interface between adjacent light-transmitting members arranged in an array. A 1 / 2λ phase plate 213 is provided on the exit surface from which the light incident on the polarization conversion element 21 and transmitted through the PBS film 211 exits.
この偏光変換素子２１の出射面には、更に、図１９にも示す矩形状の合成拡散ブロック１６が設けられている。即ち、ＬＥＤ１４ａまたは１４ｂから出射された光は、ＬＥＤコリメータ１５の働きにより平行光となって合成拡散ブロック１６へ入射し、出射側のテクスチャー１６１により拡散された後、以下に述べる導光体１７に至る。 A rectangular composite diffusion block 16 shown in FIG. 19 is further provided on the exit surface of the polarization conversion element 21. That is, the light emitted from the LED 14a or 14b is converted into parallel light by the action of the LED collimator 15, enters the composite diffusion block 16, is diffused by the texture 161 on the emission side, and then enters the light guide 17 described below. It reaches.
ここで、再び上記図１６に戻り、上記合成拡散ブロック１６の出射面側には、第１の拡散板１８ａを介して、断面略三角形の角柱状の導光体１７が設けられており、その上面には、第２の拡散板１８ｂが取り付けられている。これにより、上記コリメータ１５の水平光は、当該導光体１７の働きにより図の上方に反射されて、上記液晶表示素子の入射面に導かれる。なお、その際、上記第１および第２の拡散板１８ａ、１８ｂによって、入射光の強度が均一化される。 Here, returning to FIG. 16 again, a prismatic light guide 17 having a substantially triangular cross section is provided on the exit surface side of the composite diffusion block 16 via a first diffusion plate 18a. A second diffusion plate 18b is attached to the upper surface. Thereby, the horizontal light of the collimator 15 is reflected upward in the figure by the action of the light guide 17 and guided to the incident surface of the liquid crystal display element. At that time, the intensity of incident light is made uniform by the first and second diffusion plates 18a and 18b.
上記導光体１７の詳細について、以下に、図面を参照しながら説明する。なお、図２０（ａ）は、当該導光体１７の全体を示す斜視図を、図２０（ｂ）は、その断面を、そして、図２０（ｃ）および（ｄ）は、断面の詳細を示す一部拡大断面図である。 Details of the light guide 17 will be described below with reference to the drawings. 20A is a perspective view showing the entire light guide 17, FIG. 20B is a cross section thereof, and FIGS. 20C and 20D are cross section details. It is a partially expanded sectional view shown.
導光体１７は、例えば、アクリル等の透光性の樹脂により断面が略三角形（図２０（ｂ）参照）の棒状に形成された部材であり、そして、図２０（ａ）からも明らかなように、上記合成拡散ブロック１６の出射面に第１の拡散板１８ａを介して対向する導光体光入射部（面）１７１と、斜面を形成する導光体光反射部（面）１７２と、第２の拡散板１８ｂを介して上記液晶表示素子の液晶表示パネル４０２と対向する導光体光出射部（面）１７３とを備えている。 The light guide 17 is a member formed in a rod shape having a substantially triangular cross section (see FIG. 20B), for example, with a light-transmitting resin such as acrylic, and is also apparent from FIG. 20A. As described above, the light guide light incident portion (surface) 171 that faces the emission surface of the composite diffusion block 16 via the first diffusion plate 18a, and the light guide light reflection portion (surface) 172 that forms a slope. And a light guide light emitting portion (surface) 173 facing the liquid crystal display panel 402 of the liquid crystal display element via the second diffusion plate 18b.
この導光体１７の導光体光反射部（面）１７２には、その一部拡大図である図２０（ｃ）および（ｄ）に示すように、多数の反射面１７２ａと連接面１７２ｂとが交互に鋸歯状に形成されている。そして、反射面１７２ａ（図では右上がりの線分）は、図において一点鎖線で示す水平面に対してαｎ（ｎ：自然数であり、本例では、例えば、１〜１３０である）を形成しており、その一例として、ここでは、αｎを４３度以下（但し、０度以上）に設定している。 As shown in FIGS. 20 (c) and 20 (d), which are partially enlarged views, the light guide body light reflecting portion (surface) 172 of the light guide body 17 includes a large number of reflecting surfaces 172a and connecting surfaces 172b. Are alternately formed in a sawtooth shape. And the reflective surface 172a (in the figure, a line segment rising to the right) forms αn (n: a natural number, for example, 1 to 130 in this example) with respect to the horizontal plane indicated by the alternate long and short dash line in the figure. As an example, αn is set to 43 degrees or less (however, 0 degrees or more).
他方、連接面１７２ｂ（図では右下がりの線分）は、反射面に対してβｎ（ｎ：自然数であり、本例では、例えば、１〜１３０である）を形成している。即ち、反射部の連接面１７２ｂは、入射光に対して、後に述べる散乱体の半値角の範囲で影になる角度に傾斜されている。後にも詳述するが、α１、α２、α３、α４…は反射面仰角を形成し、β１、β２、β３、β４・・・は反射面と連接面との相対角度を形成しており、その一例として、９０度以上（但し、１８０度以下）に設定されている。なお、本例では、β１＝β２＝β３＝β４＝・・・＝β２＝・・・β１３０である。 On the other hand, the connecting surface 172b (in the drawing, a line segment descending to the right) forms βn (n: a natural number, for example, 1 to 130 in this example) with respect to the reflecting surface. That is, the connecting surface 172b of the reflecting portion is inclined with respect to the incident light at an angle that becomes a shadow in the range of the half-value angle of the scatterer described later. As will be described in detail later, α1, α2, α3, α4,... Form the reflection surface elevation angle, and β1, β2, β3, β4,... Form the relative angle between the reflection surface and the connection surface. As an example, it is set to 90 degrees or more (however, 180 degrees or less). In this example, β1 = β2 = β3 = β4 =... = Β2 =.
図２１および図２２は、説明のために、導光体１７に対して反射面１７２ａと連接面１７２ｂの大きさを相対的に大きくした模式図を示す。導光体１７の導光体入射部（面）１７１では、主たる光線が、反射面１７２ａに対して入射角が大きくなる方向にδだけ偏向されている（図２２（ｂ）参照）。即ち、導光体入射部（面）１７１は、光源側に傾斜した湾曲の凸形状に形成されている。これによれば、合成拡散ブロック１６の出射面からの平行光は、第１の拡散板１８ａを介して拡散されて入射し、図からも明らかなように、導光体入射部（面）１７１により上方にわずかに屈曲（偏向）しながら導光体光反射部（面）１７２に達する。 FIG. 21 and FIG. 22 show schematic diagrams in which the sizes of the reflecting surface 172a and the connecting surface 172b are made relatively large with respect to the light guide 17 for the sake of explanation. In the light guide incident portion (surface) 171 of the light guide 17, the main light beam is deflected by δ in the direction in which the incident angle increases with respect to the reflection surface 172a (see FIG. 22B). That is, the light guide incident part (surface) 171 is formed in a curved convex shape inclined toward the light source side. According to this, the parallel light from the emission surface of the synthetic diffusion block 16 is diffused and incident through the first diffusion plate 18a, and as is clear from the drawing, the light guide incident portion (surface) 171. Thus, the light guide body light reflecting portion (surface) 172 is reached while slightly bent (deflected) upward.
なお、この導光体光反射部（面）１７２には、多数の反射面１７２ａと連接面１７２ｂとが交互に鋸歯状に形成されており、拡散光は、各々の反射面１７２ａ上で全反射されて上方に向かい、更には、導光体光出射部（面）１７３や図２１に示すように第２の拡散板１８ｂを介して、平行な拡散光として液晶表示素子５０の液晶表示パネル４０２へ入射する。そのため、反射面仰角α１、α２、α３、α４・・・は、各々の反射面１７２ａが前記拡散光に対して臨界角以上の角度となるように設定されており、他方、反射面１７２ａと連接面１７２ｂとの相対角度β１、β２、β３、β４・・・は、上述したように一定の角度、その理由は後にも述べるが、より好ましくは、９０度以上の角度（βn≧９０度）に設定されている。 The light guide light reflecting portion (surface) 172 has a plurality of reflecting surfaces 172a and connecting surfaces 172b alternately formed in a sawtooth shape, and diffused light is totally reflected on each reflecting surface 172a. Then, the liquid crystal display panel 402 of the liquid crystal display element 50 is converted into parallel diffused light through the light guide light emitting portion (surface) 173 and the second diffusion plate 18b as shown in FIG. Incident to Therefore, the reflection surface elevation angles α1, α2, α3, α4,... Are set so that each reflection surface 172a has an angle greater than the critical angle with respect to the diffused light, and is connected to the reflection surface 172a. The relative angles β1, β2, β3, β4... With the surface 172b are constant angles as described above, and the reason for this will be described later, but more preferably an angle of 90 degrees or more (βn ≧ 90 degrees). Is set.
上述した構成により、各反射面１７２ａが前記拡散光に対して常に臨界角以上の角度となるような構成になっているので、反射部１７２に金属等の反射膜を形成しなくても、全反射が可能となり、低コストの光源装置を実現できる。 With the above-described configuration, each reflecting surface 172a is configured to always have an angle greater than the critical angle with respect to the diffused light. Therefore, even if a reflecting film such as a metal is not formed on the reflecting portion 172, Reflection is possible, and a low-cost light source device can be realized.
また、反射面仰角α１、α２、α３、α４・・・は、導光体光反射部（面）１７２の下部から上部に移動するに従ってわずかずつ増加する値となっている。これは、液晶表示素子の液晶表示パネル４０２を透過した光はある程度の発散角を有しているため、特に液晶表示パネル５２の周辺部を透過した光の一部が、下流に配置されたミラーの周縁でけられる、いわゆる周辺減光の発生を防止する目的で、図２１の光線３０に示すように、周辺部の光線がやや中心軸方向に偏向させた構成を実現するためである。 Further, the reflection surface elevation angles α1, α2, α3, α4,... Are values that gradually increase as the light guide body light reflection portion (surface) 172 moves from the lower portion to the upper portion. This is because the light transmitted through the liquid crystal display panel 402 of the liquid crystal display element has a certain divergence angle, and in particular, a part of the light transmitted through the peripheral portion of the liquid crystal display panel 52 is a mirror disposed downstream. For the purpose of preventing the occurrence of so-called peripheral dimming, which is caused by the peripheral edge, as shown by the light beam 30 in FIG. 21, a configuration in which the light beam in the peripheral part is slightly deflected in the central axis direction is realized.
また、図２１中のＬｒ１、Ｌｒ２、Ｌｒ３、Ｌｒ４・・・は反射面１７２ａの水平面に対する投影長さを、そして、Ｌｃ１、Ｌｃ２、Ｌｃ３、Ｌｃ４・・・は、連接面１７２ｂの水平面に対する投影長さをそれぞれ表しており、Ｌｒ／Ｌｃ、即ち反射面１７２ａと連接面１７２ｂとの比率は、場所により変更可能な構成とした。導光体１７に入射する主たる光線３０の強度分布は、必ずしも液晶表示パネル入射面で望まれる強度分布と一致しない。そこで、反射面１７２ａと連接面１７２ｂとの比率Ｌｒ／Ｌｃにより、強度分布を調整する構成を採用した。なお、この比率を高めるほど、その部分の反射光の平均的な強度を高めることができる。一般的に、導光体に入射する光線３０は、中央部が強くなりがちなので、それを補正するのに、前記比率Ｌｒ／Ｌｃは、場所により異なる構成とし、特に、中央部が小さくなるようにした。前記比率Ｌｒ／Ｌｃが場所により異なる構成および前述した反射面仰角α１、α２、α３、α４・・・が場所により異なる構成であるため、反射部１７２の概形状を表す包絡線１７２ｃは、図２１に示す様に曲線形状を示す。 In FIG. 21, Lr1, Lr2, Lr3, Lr4,... Are projection lengths of the reflecting surface 172a on the horizontal plane, and Lc1, Lc2, Lc3, Lc4,... Are projection lengths of the connecting surface 172b on the horizontal plane. The ratio Lr / Lc, that is, the ratio between the reflecting surface 172a and the connecting surface 172b, can be changed depending on the location. The intensity distribution of the main light beam 30 incident on the light guide 17 does not necessarily match the intensity distribution desired on the incident surface of the liquid crystal display panel. Therefore, a configuration is adopted in which the intensity distribution is adjusted by the ratio Lr / Lc between the reflecting surface 172a and the connecting surface 172b. In addition, the average intensity | strength of the reflected light of the part can be raised, so that this ratio is raised. Generally, the central portion of the light beam 30 incident on the light guide tends to be strong. Therefore, to correct it, the ratio Lr / Lc is different depending on the location, and in particular, the central portion is small. I made it. Since the ratio Lr / Lc differs depending on the location and the reflection surface elevation angles α1, α2, α3, α4,... The curve shape is shown as follows.
更に、Ｌｒ１＋Ｌｃ１＝Ｌｒ２＋Ｌｃ２＝Ｌｒ３＋Ｌｃ３＝Ｌｒ４＋Ｌｃ４・・・＝Ｌｒ＋Ｌｃ≦０．６ｍｍとした。かかる構成を採用することによれば、導光体１７の光出射面１７３から見た反射面の繰り返しピッチを同一とすることができる。また、そのピッチは、０．６ｍｍ以下であることから、拡散板１８ａ、１８ｂの作用、効果と相まって、液晶表示パネル４０２越しで見た場合、個々の出射面が分離せず、連続面として見えることから、液晶表示パネル４０２越しの空間輝度の均一化が図れ、もって、表示特性が向上する。即ち、本構成により、液晶表示パネル４０２上での入射光強度分布を均一化することが可能となる。他方、Ｌｒ＋Ｌｃの値が０．２ｍｍより小さいと、加工時間がかかるばかりではなく、各反射面１７２ａを精度良く加工するのが困難となるので０．２ｍｍ以上が望ましい。 Furthermore, Lr1 + Lc1 = Lr2 + Lc2 = Lr3 + Lc3 = Lr4 + Lc4... = Lr + Lc ≦ 0.6 mm. By adopting such a configuration, the repetitive pitches of the reflecting surfaces viewed from the light exit surface 173 of the light guide 17 can be made the same. Further, since the pitch is 0.6 mm or less, coupled with the action and effect of the diffusion plates 18a and 18b, when viewed through the liquid crystal display panel 402, the individual emission surfaces are not separated and appear as continuous surfaces. For this reason, the spatial luminance over the liquid crystal display panel 402 can be made uniform, thereby improving the display characteristics. That is, this configuration makes it possible to make the incident light intensity distribution on the liquid crystal display panel 402 uniform. On the other hand, if the value of Lr + Lc is smaller than 0.2 mm, not only processing time is required, but it is difficult to process each reflecting surface 172a with high accuracy, so 0.2 mm or more is desirable.
上述した導光体１７の導光体光反射部（面）１７２の形状によれば、主たる光の全反射条件を満たすことができ、反射部１７２にアルミ等の反射膜を設ける必要がなく、光を効率的に反射することが可能となり、製造コストの上昇を伴うアルミニウム薄膜の蒸着作業なども必要なく、より低コストで、明るいＳ波成分（ｓ偏光波）の光源が実現できる。また、各相対角βを、連接面１７２ｂが主たる光線３０が合成散乱ブロック１６および拡散板１８aで拡散した光に対して影になるような角度に設定した。これにより、連接面１７２ｂへの不要な光の入射を抑制することで、不要な光の反射を低減でき、特性が良好な光源装置を実現することが可能となる。 According to the shape of the light guide light reflection part (surface) 172 of the light guide 17 described above, the total reflection condition of the main light can be satisfied, and it is not necessary to provide a reflection film such as aluminum on the reflection part 172. Light can be efficiently reflected, and an aluminum thin film vapor deposition operation accompanied by an increase in manufacturing cost is not required, and a light source having a bright S-wave component (s-polarized wave) can be realized at a lower cost. Further, each relative angle β was set to an angle such that the light ray 30 mainly composed of the connecting surface 172b becomes a shadow with respect to the light diffused by the synthetic scattering block 16 and the diffusion plate 18a. Thereby, by suppressing the incidence of unnecessary light on the connecting surface 172b, it is possible to reduce reflection of unnecessary light and to realize a light source device with good characteristics.
また、上述した導光体１７によれば、特に、反射面仰角α１、α２、α３、α４・・・を適宜設定することにより、光軸方向における光出射面１７３の長さを自由に変更することができることから、導光体入射部（面）１７１に対して、光出射面１７３の大きさ（面サイズ）を、上記液晶表示パネル４０２などの装置に対して適合した、適宜、必要な大きさ（面サイズ）に変更可能な光源装置を実現することが可能となる。このことは、また、光源を構成するＬＥＤ１４ａ、１４ｂの配置形状に依存することなく、光出射面１７３を所望の大きさにすることが可能となることにより、所望の大きさの面状の発光源が得られることとなる。更には、光源を構成するＬＥＤ１４ａ、１４ｂの配置を含む設計における自由度の確保にもつながり、装置全体の小型化にも有利であろう。 Further, according to the light guide 17 described above, the length of the light exit surface 173 in the optical axis direction can be freely changed, particularly by appropriately setting the reflection surface elevation angles α1, α2, α3, α4. Therefore, the size (surface size) of the light exit surface 173 with respect to the light guide incident portion (surface) 171 is appropriately required and adapted to the device such as the liquid crystal display panel 402. It is possible to realize a light source device that can be changed to the size (surface size). This also means that the light emission surface 173 can be made to have a desired size without depending on the arrangement shape of the LEDs 14a and 14b constituting the light source, so that planar light emission having a desired size can be achieved. A source will be obtained. Furthermore, it leads to securing the degree of freedom in the design including the arrangement of the LEDs 14a and 14b constituting the light source, which will be advantageous for downsizing of the entire apparatus.
加えて、図２３にも示すように、合成拡散ブロック１６後方に配置される導光体１７を、通常の透光性の樹脂に代えて、偏光変換素子により構成する（導光体１７’）ことも可能である。なお、この構成では、図からも明らかなように、三角形柱の透光性部材２１１’と平行四辺形柱の透光性部材２１２’とを組み合わせ、それらの境界面には、ＬＥＤ１４から出射してＬＥＤコリメータ１５で平行光となった入射光のＳ偏光波（図中の記号（×）を参照）を反射するが、他方、Ｐ偏光波（図中の上下の矢印を参照）は透過するＰＢＳ膜２１１が形成されると共に、行四辺形柱の透光性部材２１２’の上面には、１／２λ位相板２１３が、そして、その側面には、反射膜２１２がそれぞれ形成されている。 In addition, as shown in FIG. 23, the light guide 17 disposed behind the synthetic diffusion block 16 is constituted by a polarization conversion element instead of a normal translucent resin (light guide 17 ′). It is also possible. In this configuration, as is apparent from the figure, the triangular prismatic translucent member 211 ′ and the parallelogram prismatic translucent member 212 ′ are combined, and their boundary surfaces emit light from the LEDs 14. The S-polarized wave of the incident light that has become parallel light by the LED collimator 15 (see the symbol (x) in the figure) is reflected, while the P-polarized wave (see the up and down arrows in the figure) is transmitted. A PBS film 211 is formed, and a 1 / 2λ phase plate 213 is formed on the upper surface of the translucent member 212 ′ of the row quadrangular column, and a reflection film 212 is formed on the side surface thereof.
上述した構成によれば、図からも明らかなように、ＬＥＤ１４から出射してＬＥＤコリメータ１５で平行光となった入射光は、導光体１７に代わる偏光変換素子からなる導光体１７’により、Ｓ偏光波に偏光されて当該素子の上面から上方に向かって出射されることとなる。即ち、上記した構成では、特に、通常の透光性の樹脂からなる導光体１７を取り除くことにより、装置の大幅な小型化や装置の製造コストの低減が可能となる。 According to the configuration described above, as is apparent from the drawing, the incident light emitted from the LED 14 and converted into parallel light by the LED collimator 15 is transmitted by the light guide 17 ′ formed of a polarization conversion element instead of the light guide 17. Then, it is polarized by the S-polarized wave and emitted upward from the upper surface of the element. That is, in the above-described configuration, it is possible to significantly reduce the size of the device and reduce the manufacturing cost of the device by removing the light guide body 17 made of ordinary translucent resin.
即ち、上述した光源装置１０を、映像表示装置４である液晶表示素子の光源装置として利用することによれば、より少ない発光源（ＬＥＤの数量、消費電力）で小型かつ高効率のモジュール化されたＳ偏光波の光源装置が実現される。そして、上述した凹面ミラー１や光学手段３により、不要なＩＲやＵＶを除去すると共に、映像表示装置４や周辺の偏光板等に対して炭化等の悪影響を及ぼすＰ波成分（ｐ偏光波）を有効に低減して太陽光によるダメージを軽減し、かつ、Ｓ波成分（ｓ偏光波）の利用により優れた情報表示が可能な情報表示装置１００を実現することが可能となる。 That is, by using the above-described light source device 10 as a light source device for a liquid crystal display element that is the video display device 4, a small and highly efficient module can be obtained with a smaller number of light sources (number of LEDs, power consumption). A light source device for S-polarized waves is realized. Then, unnecessary IR and UV are removed by the concave mirror 1 and the optical means 3 described above, and a P-wave component (p-polarized wave) having an adverse effect such as carbonization on the image display device 4 and a peripheral polarizing plate. It is possible to realize the information display device 100 that can effectively reduce the damage by reducing the damage caused by sunlight and can display excellent information by using the S wave component (s polarized wave).
以上に詳述したように、上述した本発明になる情報表示装置１００によれば、光利用効率やその均一な照明特性をより向上すると同時に、モジュール化されたＳ偏光波の光源装置を含め、小型かつ低コストで製造することが可能となる。なお、上記の説明では、偏光変換素子２１をＬＥＤコリメータ１５の後に取り付けるものとして説明したが、しかしながら、本発明はそれに限定されることなく、液晶表示素子に至る光路中に設けることによっても同様の作用・効果が得られることは、当業者であれば明らかであろう。 As described above in detail, according to the information display device 100 according to the present invention described above, the light use efficiency and the uniform illumination characteristics thereof are further improved, and at the same time, including the modularized S-polarized light source device, It becomes possible to manufacture small and at low cost. In the above description, the polarization conversion element 21 is described as being attached after the LED collimator 15. However, the present invention is not limited thereto, and the same can be achieved by providing it in the optical path leading to the liquid crystal display element. It will be apparent to those skilled in the art that the action and effect can be obtained.
＜その他の構成＞
上述した情報表示装置１００によれば、その動作中においては、凹面ミラー１や光学手段３により、太陽光の不要なＩＲ光やＵＶ光およびＰ偏波光の除去が可能である。しかしながら、例えば、駐車場などに車両を停止してエンジンキーを切った状態では、当該情報表示装置１００の動作は不要である。そこで、このような状態では、侵入する太陽光を通常の光路から排除し、即ち、上部の開口部４１を通って情報表示装置１００の内部に侵入して映像表示装置４やその前後に配置された偏光板等に至る光路を通らないようにすることが好ましい。
<Other configurations>
According to the information display apparatus 100 described above, during the operation, the concave mirror 1 and the optical means 3 can remove unnecessary IR light, UV light, and P-polarized light. However, for example, when the vehicle is stopped in a parking lot or the like and the engine key is turned off, the operation of the information display device 100 is not necessary. Therefore, in such a state, the invading sunlight is excluded from the normal optical path, that is, it enters the inside of the information display device 100 through the upper opening 41 and is arranged at the video display device 4 or before and behind it. It is preferable not to pass through the optical path to the polarizing plate.
一例として、情報表示装置１００の各部品を分解した状態で背面側から示した展開斜視図である図２４に示すように、その筐体である外装ケース５１、５５の内部において回動可能に取り付けられた凹面ミラー１を、その位置を調整するための電動モータ等により構成される凹面ミラー駆動部４２により、侵入する太陽光が映像表示装置４に至らない方向（通常の光路とは異なる方向）に反射するように予め設定された位置に移動される。なお、かかる凹面ミラー駆動部４２の動作は、上記図１に示したＣＰＵ３５によりＲＯＭ３４内に予め格納したソフトウェアを実行することにより容易に実現することが可能である。このことによれば、特に、侵入する太陽光が問題となる車両の停止時等において、当該侵入光が逆進する光路を変更することにより、より確実に、真夏などの強い太陽光の下においても、太陽光が情報表示装置の光学部品である映像表示装置４や周辺の偏光板、更には、光源装置１０等を破損・劣化させてしまう事態から防止することが可能となる。 As an example, as shown in FIG. 24 which is an exploded perspective view showing the parts of the information display device 100 in a disassembled state from the back side, the components are rotatably mounted inside the outer cases 51 and 55 which are the housings. The direction in which the invading sunlight does not reach the image display device 4 by a concave mirror driving unit 42 constituted by an electric motor or the like for adjusting the position of the concave mirror 1 (a direction different from the normal optical path). It is moved to a preset position so as to be reflected. The operation of the concave mirror driving unit 42 can be easily realized by executing software stored in advance in the ROM 34 by the CPU 35 shown in FIG. According to this, especially when the invading sunlight is a problem, such as when the vehicle is stopped, by changing the optical path in which the invading light travels backward, more reliably under strong sunlight such as midsummer. In addition, it is possible to prevent the sunlight from damaging and degrading the video display device 4 that is an optical component of the information display device, the peripheral polarizing plate, and the light source device 10 and the like.
即ち、情報表示装置を使用しない場合には、太陽光が映像表示装置に戻らないように凹面ミラーを所定の角度を回転させることで凹面ミラーにより集光される太陽光が映像表示装置に戻ることを防止することで太陽光に対する耐光性を大幅に向上した情報表示装置を提供することが可能となる。 That is, when the information display device is not used, the sun light collected by the concave mirror is returned to the video display device by rotating the concave mirror by a predetermined angle so that the sunlight does not return to the video display device. By preventing this, it becomes possible to provide an information display device with significantly improved light resistance to sunlight.
以上、種々の実施例について詳述したが、しかしながら、本発明は、上述した実施例のみに限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するためにシステム全体を詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 Various embodiments have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications. For example, the above-described embodiments are described in detail for the entire system in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
１００…情報表示装置、１…凹面ミラー、２…レンズ素子、３…光学手段（素子）、３ｇ…透過性基材、３ｈ…光学フィルム層、３ｉ…光学フィルム、３ｊ…粘着層、３ｋ…樹脂製のフィルム、４…映像表示装置（液晶表示素子、液晶表示パネル）、６…被投影部材（フロントガラス）、７…筐体、Ｖ１…虚像、８…アイポイント（観察者の眼）、１０…光源装置。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Information display apparatus, 1 ... Concave mirror, 2 ... Lens element, 3 ... Optical means (element), 3g ... Transparent base material, 3h ... Optical film layer, 3i ... Optical film, 3j ... Adhesive layer, 3k ... Resin Made of film, 4 ... video display device (liquid crystal display element, liquid crystal display panel), 6 ... projection member (front glass), 7 ... casing, V1 ... virtual image, 8 ... eye point (observer's eye), 10 ... light source device.
Claims (12)
一部に開口部を有する筺体の内部に、
映像情報を表示する映像光を生成する映像光生成手段と、
前記映像光生成手段からの映像光に所定の光学的な処理を施す映像光処理手段と、
前記映像光処理手段からの映像光を、前記筺体の開口部を介して前記投射面に、観視者が映像情報を前記投射面の前方に虚像として認識可能とするように投写する手段とを備え、
前記筺体の内部の光路の一部には、可視光領域の光のＰ偏光成分を選択的に反射する手段として複数枚の透過性フィルムを透過性の基材に重ねて透過性の接着剤または粘着剤により固定してなる光学手段を設けた、情報表示装置。 An information display device that displays video information as a virtual image on a projection surface,
Inside the housing with an opening in part,
Video light generating means for generating video light for displaying video information;
Video light processing means for performing predetermined optical processing on the video light from the video light generating means;
Means for projecting image light from the image light processing means onto the projection surface through the opening of the housing so that a viewer can recognize the image information as a virtual image in front of the projection surface; Prepared,
In a part of the optical path inside the housing, as a means for selectively reflecting the P-polarized component of the light in the visible light region, a plurality of transparent films are stacked on a transparent substrate, or a transparent adhesive or An information display device provided with optical means fixed by an adhesive.
前記光学手段の前記複数枚の透過性フィルムの他方の面には遮水性を有する樹脂性フィルムを粘着した、情報表示装置。 The information display device according to claim 1,
An information display device, wherein a resinous film having a water shielding property is adhered to the other surface of the plurality of transparent films of the optical means.
前記透過性フィルムは、可視光領域の光のＰ偏光成分を選択的に反射すると共にＰ偏光成分を増大する作用を有する、情報表示装置。 The information display device according to claim 1 or 2,
The transmissive film is an information display device that selectively reflects a P-polarized component of light in a visible light region and increases the P-polarized component.
前記透過性フィルムは、３Ｍ社製の３Ｍ ＤＢＥＦ（ＤＵＡＬ ＢＲＩＧＨＴＮＥＳＳ ＥＮＨＡＮＳＭＥＮＴ）である、情報表示装置。 The information display device according to claim 3,
The transmissive film is an information display device which is 3M DBEF (Dual BRIGHTNESS ENHANSMENT) manufactured by 3M.
前記筺体の内部の光路に、赤外領域および紫外領域の光線の少なくとも一方または双方を抑制する手段を設け、
前記映像光生成手段は、映像光を選択的にＳ偏光により生成する手段を備えて構成されている、情報表示装置。 The information display device according to claim 1,
In the optical path inside the housing, provided with means for suppressing at least one or both of light rays in the infrared region and ultraviolet region,
The information display device, wherein the image light generating means includes means for selectively generating image light by S-polarized light.
前記透過性フィルムは、可視光領域の光のＰ偏光成分を選択的に反射すると共にＰ偏光成分を増大する作用を有する、情報表示装置。 The information display device according to claim 5,
The transmissive film is an information display device that selectively reflects a P-polarized component of light in a visible light region and increases the P-polarized component.
前記透過性フィルムは、３Ｍ社製の３Ｍ ＤＢＥＦ（ＤＵＡＬ ＢＲＩＧＨＴＮＥＳＳ ＥＮＨＡＮＳＭＥＮＴ）である、情報表示装置。 The information display device according to claim 6,
The transmissive film is an information display device which is 3M DBEF (Dual BRIGHTNESS ENHANSMENT) manufactured by 3M.
前記映像光生成手段は、Ｓ偏光の固体光源を備えて構成されている、情報表示装置。 The information display device according to claim 1,
The information display device, wherein the image light generation means includes an S-polarized solid light source.
凹面ミラーを備え、前記凹面ミラーは、前記情報表示装置を使用しない時には、前記開口部からの前記筺体の内部への外光を、動作時における通常の光路とは異なる方向に反射する位置に移動される、情報表示装置。 The information display device according to claim 8,
A concave mirror is provided, and when the information display device is not used, the concave mirror moves to a position where external light from the opening to the inside of the housing is reflected in a direction different from a normal optical path during operation. Information display device.
前記可視光領域の光のＰ偏光成分を選択的に反射する手段は、前記開口部からの前記筺体の内部への外光を、動作時における通常の光路とは異なる方向に反射する方向に傾斜配置した、情報表示装置。 The information display device according to claim 1,
The means for selectively reflecting the P-polarized component of the light in the visible light region is inclined in a direction to reflect the outside light from the opening to the inside of the housing in a direction different from a normal optical path during operation. Arranged information display device.
一部に開口部を有する筺体の内部に、
映像情報を表示する映像光を生成する映像光生成手段と、
前記映像光生成手段からの映像光に所定の光学的な処理を施す映像光処理手段と、
前記映像光処理手段からの映像光を、前記筺体の開口部を介して前記投射面に、観視者が映像情報を前記投射面の前方に虚像として認識可能とするように投写する手段とを備え、
前記筺体の内部の光路には、可視光領域の光のＰ偏光成分を選択的に反射する手段として複数枚の透過性フィルムを重ねて透過性の基材に固定した光学手段を設けており、前記基材は透過性樹脂からなり、前記複数枚の透過性フィルムは、接着剤を介して前記基材に接着固定されている、情報表示装置。 An information display device that displays video information as a virtual image on a projection surface,
Inside the housing with an opening in part,
Video light generating means for generating video light for displaying video information;
Video light processing means for performing predetermined optical processing on the video light from the video light generating means;
Means for projecting image light from the image light processing means on the projection surface through the opening of the housing so that a viewer can recognize the image information as a virtual image in front of the projection surface; Prepared,
The optical path inside the housing is provided with optical means in which a plurality of transparent films are stacked and fixed to a transparent substrate as means for selectively reflecting the P-polarized component of light in the visible light region, The information display device, wherein the base material is made of a transparent resin, and the plurality of transparent films are bonded and fixed to the base material via an adhesive.
一部に開口部を有する筺体の内部に、
映像情報を表示する映像光を生成する映像光生成手段と、
前記映像光生成手段からの映像光に所定の光学的な処理を施す映像光処理手段と、
前記映像光処理手段からの映像光を、前記筺体の開口部を介して前記投射面に、観視者が映像情報を前記投射面の前方に虚像として認識可能とするように投写する手段とを備え、
前記筺体の内部の光路には、可視光領域の光のＰ偏光成分を選択的に反射する手段として複数枚の透過性フィルムを重ねて透過性の基材に固定した光学手段を設けており、前記基材はガラスからなり、前記複数枚の透過性フィルムは、粘着剤を介して前記基材に粘着固定されている、情報表示装置。 An information display device that displays video information as a virtual image on a projection surface,
Inside the housing with an opening in part,
Video light generating means for generating video light for displaying video information;
Video light processing means for performing predetermined optical processing on the video light from the video light generating means;
Means for projecting image light from the image light processing means onto the projection surface through the opening of the housing so that a viewer can recognize the image information as a virtual image in front of the projection surface; Prepared,
The optical path inside the housing is provided with optical means in which a plurality of transparent films are stacked and fixed to a transparent substrate as means for selectively reflecting the P-polarized component of light in the visible light region, The information display device, wherein the base material is made of glass, and the plurality of transparent films are adhesively fixed to the base material via an adhesive.
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