JP2020144196A

JP2020144196A - Head-up display device

Info

Publication number: JP2020144196A
Application number: JP2019039787A
Authority: JP
Inventors: 和幸石原; Kazuyuki Ishihara
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-03-05
Filing date: 2019-03-05
Publication date: 2020-09-10
Anticipated expiration: 2039-03-05
Also published as: JP7163827B2

Abstract

To provide a head-up display device with which it is possible to prevent diffracted light, not just reflected light, from reaching an eye box.SOLUTION: Assuming that LA represents a straight line linking a top end 42 which is an upward end of the effective display area of a display 4 and a rear opening end 91a which is an opening end of an opening 91 of a housing 9 that is on the rear side of a vehicle, Z1 represents the normal vector of display surface of the display 4 at the top end 42, θ represents the angle formed by the normal vector Z1 and the straight line LA, p [μm] represents a cell pitch in a direction that runs along the vertical direction out of a plurality of cell pitches, and λ [μm] represents the wavelength of light, the display 4 is arranged in the housing 9 in the state of installation where λ/(2p)<sinθ holds true.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、ディスプレイでの表示画像をウィンドシールドなどに備えられた投影面に投影することで、ユーザに表示画像を視認可能とするヘッドアップディスプレイ装置に関するものである。 The present invention relates to a head-up display device that makes a display image visible to a user by projecting a display image on a projection surface provided on a windshield or the like.

従来、特許文献１において、ディスプレイをウィンドシールドの直下に配置し、ディスプレイでの表示画像をウィンドシールドの投影面に映し出し、ユーザに視認させるヘッドアップディスプレイ装置が提案されている。このような構成のヘッドアップディスプレイ装置では、ウィンドシールドを通じて入射された太陽光などがディスプレイで反射されると、その反射光が直接ユーザのアイボックスに入射される可能性がある。このため、ベゼルに相当するダッシュボードのフード部の上端位置が、アイボックスの上端とディスプレイの上端を結んだ直線よりも上方に位置するようにしている。これにより、太陽光などの入射光がディスプレイの上端位置で反射しても、その反射光がフード部で遮られ、アイボックスに届かないようにすることが可能となっている。 Conventionally, Patent Document 1 has proposed a head-up display device in which a display is arranged directly under a windshield, and an image displayed on the display is projected on a projection surface of the windshield so that the user can visually recognize the display. In a head-up display device having such a configuration, when sunlight or the like incident through a windshield is reflected by the display, the reflected light may be directly incident on the user's eye box. For this reason, the upper end position of the hood portion of the dashboard corresponding to the bezel is located above the straight line connecting the upper end of the eye box and the upper end of the display. As a result, even if incident light such as sunlight is reflected at the upper end position of the display, the reflected light is blocked by the hood portion so that it does not reach the eye box.

特開昭５９−２１４０１１号公報JP-A-59-214011

３Ｄ（dimension）ディスプレイなどでは、一般的に、液晶ディスプレイなどの周期的なピクセル構造を有する表示機が用いられる。この表示機では、１つ１つのピクセルが複数のサブピクセルで構成されており、複数のサブピクセルの表示色がそれぞれ異なることで、１つのピクセルとして様々な色を再現できるようになっている。 In a 3D (dimension) display or the like, a display having a periodic pixel structure such as a liquid crystal display is generally used. In this display, each pixel is composed of a plurality of sub-pixels, and the display colors of the plurality of sub-pixels are different from each other, so that various colors can be reproduced as one pixel.

このような構造の表示機では、複数のピクセルによる周期構造（以下、ピクセル周期構造という）と、１つ１つのピクセルを構成するサブピクセルによる周期構造（以下、サブピクセル周期構造という）の２つの周期を有している。 In a display having such a structure, there are two types: a periodic structure consisting of a plurality of pixels (hereinafter referred to as a pixel periodic structure) and a periodic structure composed of subpixels constituting each pixel (hereinafter referred to as a subpixel periodic structure). It has a cycle.

一方、周期構造に光が入射すると、光の回折が発生することが知られている。回折光は、周期構造の周波数が増加するに連れて回折角度が大きくなるという関係を有している。そのため、液晶ディスプレイなどの表示機に光が入射すると、正反射光とは別に周期構造の周波数に依存した回折光が発生することになる。 On the other hand, it is known that when light is incident on the periodic structure, diffraction of light occurs. The diffracted light has a relationship that the diffraction angle increases as the frequency of the periodic structure increases. Therefore, when light is incident on a display such as a liquid crystal display, diffracted light depending on the frequency of the periodic structure is generated in addition to the specularly reflected light.

上記した特許文献１の構造では、反射光についてはフード部で遮ることが可能になるものの、表示部を収容している筐体の上方に形成された開口部から回折光が外に出てしまう可能性がある。回折光が外に出てしまうと、それが何らかの形でドライバの眼に入り込む可能性がある。ドライバの座高などによってアイボックスの位置が変わることからも、回折光がドライバの目に届き得るため、反射光だけでなく回折光についてもアイボックスに届かないようにすることが必要になる。 In the structure of Patent Document 1 described above, the reflected light can be blocked by the hood portion, but the diffracted light goes out from the opening formed above the housing containing the display portion. there is a possibility. If the diffracted light goes out, it can somehow get into the driver's eyes. Since the position of the eyebox changes depending on the sitting height of the driver and the like, the diffracted light can reach the driver's eyes, so it is necessary to prevent not only the reflected light but also the diffracted light from reaching the eyebox.

本発明は上記点に鑑みて、反射光だけでなく回折光もアイボックスに届かないようにできるヘッドアップディスプレイ装置を提供することを目的とする。 In view of the above points, it is an object of the present invention to provide a head-up display device capable of preventing not only reflected light but also diffracted light from reaching the eye box.

上記目的を達成するため、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置は、表示面（４ａ）に、１つ１つが複数のサブピクセル（４１ａ〜４１ｇ）を有して構成された複数のピクセル（４１）が一方向および該一方向に対して交差する方向それぞれにおいて所定のピッチで配置され、表示面のうち複数のピクセルが配置された領域を有効表示領域として画像表示を行うディスプレイ（４）と、開口部（９１）が備えられ、表示面が上方に向くようにしつつ、複数のピクセルの配列方向の一方が水平方向に沿う方向、交差する方向が鉛直方向に沿う方向となるようにディスプレイを収容すると共に、開口部を通じてディスプレイでの画像表示が投影面に投影されるようにする筐体（９）と、を備えている。そして、ディスプレイは、有効表示領域のうちの上方側の端部となる上端（４２）と、開口部のうちの車両の後方側の開口端である後方開口端（９１ａ）とを結ぶ直線をＬＡ、上端での表示面の法線ベクトルをＺ１、法線ベクトルと直線ＬＡとの成す角度をθ、複数のピクセルのうち鉛直方向に沿う方向でのセルピッチをｐ［μｍ］、光の波長をλ［μｍ］として、

が成り立つ設置状態で筐体に配置されている。 In order to achieve the above object, the head-up display device according to claim 1 has a plurality of pixels (41a to 41g) each having a plurality of sub-pixels (41a to 41g) on a display surface (4a). A display (4) in which 41) are arranged at predetermined pitches in one direction and in directions intersecting the one direction, and an area in which a plurality of pixels are arranged on the display surface is used as an effective display area to display an image. The display is provided with an opening (91) so that the display surface faces upward, while one of the arrangement directions of the plurality of pixels is along the horizontal direction and the intersecting direction is along the vertical direction. It is provided with a housing (9) that accommodates and allows the image display on the display to be projected onto the projection surface through the opening. Then, the display draws a straight line connecting the upper end (42), which is the upper end of the effective display area, and the rear opening end (91a), which is the rear opening end of the vehicle, in the opening. , The normal vector of the display surface at the upper end is Z1, the angle formed by the normal vector and the straight line LA is θ, the cell pitch in the direction along the vertical direction among multiple pixels is p [μm], and the wavelength of light is λ. As [μm]

Is placed in the housing in an installed state that holds true.

このような構成とすることにより、ディスプレイのピクセル周期構造に基づく回折光が筐体の外に出ることが抑制され、反射光だけでなく回折光もアイボックスに届かないようにできるヘッドアップディスプレイ装置とすることが可能となる。 With such a configuration, the diffracted light based on the pixel periodic structure of the display is suppressed from going out of the housing, and not only the reflected light but also the diffracted light can be prevented from reaching the eye box. It becomes possible to.

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。 The reference reference numerals in parentheses attached to each component or the like indicate an example of the correspondence between the component or the like and the specific component or the like described in the embodiment described later.

第１実施形態にかかるヘッドアップディスプレイ装置の車載への搭載状態を示した図である。It is a figure which showed the mounting state of the head-up display device which concerns on 1st Embodiment in a vehicle. ３Ｄディスプレイに対して入射光が照射されたときの反射光と回折光の様子を示した斜視図である。It is a perspective view which showed the state of the reflected light and the diffracted light when the incident light was irradiated to the 3D display. ３Ｄディスプレイにおける表示面の部分拡大図である。It is a partially enlarged view of the display surface in a 3D display. 図１に示すヘッドアップディスプレイ装置における筐体およびディスプレイの拡大断面図である。FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of a housing and a display in the head-up display device shown in FIG. 第２実施形態にかかるヘッドアップディスプレイ装置における筐体およびディスプレイの拡大断面図である。FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of a housing and a display in the head-up display device according to the second embodiment. ディスプレイの曲率半径と有効表示領域の上端から筐体に形成された開口部の後方開口端までの距離との関係を説明した断面図である。It is sectional drawing explaining the relationship between the radius of curvature of a display and the distance from the upper end of an effective display area to the rear opening end of the opening formed in a housing. 他の実施形態で説明する２Ｄディスプレイにおける表示面の部分拡大図である。It is a partially enlarged view of the display surface in the 2D display described in another embodiment.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each of the following embodiments, parts that are the same or equal to each other will be described with the same reference numerals.

（第１実施形態）
第１実施形態について説明する。ヘッドアップディスプレイ装置は、車両に適用されるものであり、ドライバに表示画像の虚像を視認可能とすることで、車速やナビゲーションシステムによる進行方向の表示などの情報を提供するものとして用いられる。 (First Embodiment)
The first embodiment will be described. The head-up display device is applied to a vehicle, and is used to provide a driver with information such as a vehicle speed and a display of a traveling direction by a navigation system by making a virtual image of a display image visible.

図１に示すヘッドアップディスプレイ装置１００は、例えば車両のインストルメントパネル１内に収容されており、ウィンドシールド２の投影面３にディスプレイ４での表示画像を投影することで、ドライバに表示画像の虚像５を視認可能とする。表示画像については、ドライバが運転席に着座したときの眼６の位置として想定される長方形の領域をアイボックス７として、アイボックス７から投影面３に投影された表示画像の虚像５が視認可能となるように表示される。なお、本実施形態では、３Ｄディスプレイを例に挙げて説明するため、図１中には、３Ｄディスプレイの虚像５ａと３Ｄ映像の虚像５ｂとを示してある。 The head-up display device 100 shown in FIG. 1 is housed in, for example, the instrument panel 1 of the vehicle, and by projecting the display image on the display 4 on the projection surface 3 of the windshield 2, the display image is displayed on the driver. The virtual image 5 is made visible. As for the display image, the virtual image 5 of the display image projected from the eye box 7 onto the projection surface 3 can be visually recognized, with the rectangular area assumed as the position of the eye 6 when the driver is seated in the driver's seat as the eye box 7. Is displayed. In this embodiment, in order to explain by taking a 3D display as an example, a virtual image 5a of the 3D display and a virtual image 5b of the 3D image are shown in FIG.

ヘッドアップディスプレイ装置１００は、ディスプレイ４と、防塵カバー８および筐体９を備えている。 The head-up display device 100 includes a display 4, a dustproof cover 8, and a housing 9.

ディスプレイ４は、表示機を構成するものであり、本実施形態では平面状の表示面４ａを有する３Ｄディスプレイによって構成されている。ディスプレイ４は、ピクセル周期構造を有する複数のピクセルを備えた構成とされている。ディスプレイ４を３Ｄディスプレイによって構成した場合、例えば図２に示す構成とされる。なお、図２は、ディスプレイ４における表示面側の斜視図であるが、この図に示すディスプレイ４の表示面４ａ側が図１に示すように上方に向けられて配置される。 The display 4 constitutes a display, and in the present embodiment, it is configured by a 3D display having a flat display surface 4a. The display 4 is configured to include a plurality of pixels having a pixel periodic structure. When the display 4 is configured by a 3D display, it has the configuration shown in FIG. 2, for example. Note that FIG. 2 is a perspective view of the display surface 4 on the display surface side, and the display surface 4a side of the display 4 shown in this figure is arranged so as to face upward as shown in FIG.

図２に示すように、ディスプレイ４は、複数のピクセル４１を有した構成とされている。複数のピクセル４１は、それぞれ、３つのサブピクセル４１ａ〜４１ｃによって構成されている。３つのサブピクセル４１ａ〜４１ｃは、それぞれ、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）で発光する。ディスプレイ４のうちこのピクセル４１が配置された一面が表示面４ａであり、ピクセル４１が配置された領域が画像表示を行うことができる有効表示領域となる。なお、図２は断面図ではないが、各サブピクセル４１ａ〜４１ｃが判りやすいように、異なるハッチングを付してある。異なる色相で発光されるサブピクセル４１ａ〜４１ｃの光を加色混合することにより、種々の色が再現可能とされている。 As shown in FIG. 2, the display 4 has a configuration having a plurality of pixels 41. Each of the plurality of pixels 41 is composed of three sub-pixels 41a to 41c. The three sub-pixels 41a to 41c emit light in red (R), green (G), and blue (B), respectively. One side of the display 4 on which the pixels 41 are arranged is the display surface 4a, and the area where the pixels 41 are arranged is an effective display area on which an image can be displayed. Although FIG. 2 is not a cross-sectional view, different hatching is added so that each subpixel 41a to 41c can be easily understood. By adding and mixing the light of the sub-pixels 41a to 41c that emit light with different hues, various colors can be reproduced.

ディスプレイ４の表示面４ａには、各ピクセル４１ａ〜４１ｃが一方向およびその方向に対して交差する方向それぞれにおいて、所定のピッチで配置されている。具体的には、表示面４ａをｘｙ平面と見立てて、図２の紙面左右方向をｘ軸方向、それに対して垂直な方向をｙ軸方向とすると、各サブピクセル４１ａ〜４１ｃは、ｘ軸方向を長手方向として、ｙ軸方向に等間隔に並べられてサブピクセル周期構造を構成している。そして、３つのサブピクセル４１ａ〜４１ｃを１組としたピクセル４１がｘ軸方向において周期的に配置されていると共に、ｙ軸方向においても周期的に配置されることでピクセル周期構造が構成されている。 On the display surface 4a of the display 4, the pixels 41a to 41c are arranged at a predetermined pitch in one direction and in each direction intersecting the directions. Specifically, assuming that the display surface 4a is regarded as an xy plane and the left-right direction of the paper surface in FIG. 2 is the x-axis direction and the direction perpendicular to it is the y-axis direction, the sub-pixels 41a to 41c are in the x-axis direction. Are arranged at equal intervals in the y-axis direction with the above in the longitudinal direction to form a subpixel periodic structure. Then, the pixels 41, which is a set of three sub-pixels 41a to 41c, are periodically arranged in the x-axis direction, and are also periodically arranged in the y-axis direction to form a pixel periodic structure. There is.

なお、上記したように、ディスプレイ４は、表示面４ａ側が上方に向くようにして、図２のｙ軸方向が水平方向に向き、ｘ軸方向が鉛直方向に沿う方向、より詳しくは鉛直方向に対して傾斜するように配置される。このため、各サブピクセル４１ａ〜４１ｃの長手方向が鉛直方向に沿う方向に向けられ、各サブピクセル４１ａ〜４１ｃの配列方向が水平方向に向けられるように配置された構造（以下、構造Ａという）となるが、これに限るものではない。例えば、各サブピクセル４１ａ〜４１ｃの配列方向が鉛直方向に沿う方向に向けられ、各サブピクセル４１ａ〜４１ｃの長手方向が水平方向に向けられるように配置された構造（以下、構造Ｂという）とされても良い。 As described above, in the display 4, the display surface 4a side faces upward, the y-axis direction of FIG. 2 faces the horizontal direction, and the x-axis direction faces the vertical direction, more specifically, the vertical direction. It is arranged so as to incline with respect to it. Therefore, the structure is arranged so that the longitudinal direction of each of the subpixels 41a to 41c is oriented along the vertical direction and the arrangement direction of each of the subpixels 41a to 41c is oriented in the horizontal direction (hereinafter referred to as structure A). However, it is not limited to this. For example, with a structure (hereinafter referred to as structure B) in which the arrangement directions of the subpixels 41a to 41c are oriented in the vertical direction and the longitudinal direction of the subpixels 41a to 41c is oriented in the horizontal direction. May be done.

ただし、回折光は、周期構造の周期が反映されることから、ピクセル周期構造の周期よりも周期が短いサブピクセル周期構造の方が、回折角が大きくなる。このため、本実施形態の構造Ａとすると、太陽光の入射方向に沿う方向の周期構造がピクセル周期構造となるため、構造Ｂのように、太陽光の入射方向に沿う方向の周期構造がサブピクセル周期構造となる場合と比較して、回折角を小さくできる。よって、回折光が筐体９から外に出ることが抑制し易くなる。 However, since the period of the periodic structure is reflected in the diffracted light, the diffraction angle of the subpixel periodic structure having a shorter period than that of the pixel periodic structure is larger. Therefore, in the structure A of the present embodiment, the periodic structure in the direction along the incident direction of sunlight is the pixel periodic structure, so that the periodic structure in the direction along the incident direction of sunlight is sub, as in the structure B. The diffraction angle can be reduced as compared with the case of having a pixel periodic structure. Therefore, it becomes easy to suppress the diffracted light from coming out of the housing 9.

防塵カバー８は、ディスプレイ４の表示面４ａ側を覆うように配置され、ディスプレイ４への塵の付着を抑制する。ここでは、防塵カバー８を筐体９の上方位置に備えた例を示してあるが、ディスプレイ４の表面に沿うように備えられても良い。 The dust-proof cover 8 is arranged so as to cover the display surface 4a side of the display 4 and suppresses the adhesion of dust to the display 4. Here, an example in which the dustproof cover 8 is provided at an upper position of the housing 9 is shown, but it may be provided along the surface of the display 4.

筐体９は、インストルメントパネル１内に配置され、ディスプレイ４や防塵カバー８を収容している。筐体９の上方には開口部９１が形成されており、この開口部９１を通じて、ディスプレイ４での表示画像が投影面３に投影されるようになっている。開口部９１は、例えば車両左右方向を長手方向とする長方形状や楕円形状などとされるが、その形状は任意である。なお、図示しないが、筐体９内にはディスプレイ４への通電用の配線が導かれており、ディスプレイ４による画像表示が可能となっている。 The housing 9 is arranged in the instrument panel 1 and houses the display 4 and the dustproof cover 8. An opening 91 is formed above the housing 9, and the image displayed on the display 4 is projected onto the projection surface 3 through the opening 91. The opening 91 has, for example, a rectangular shape or an elliptical shape whose longitudinal direction is the left-right direction of the vehicle, but the shape is arbitrary. Although not shown, wiring for energizing the display 4 is guided in the housing 9, and an image can be displayed on the display 4.

以上のようにして、本実施形態にかかるヘッドアップディスプレイ装置１００が構成されている。 As described above, the head-up display device 100 according to the present embodiment is configured.

このヘッドアップディスプレイ装置１００では、筐体９の開口部９１うち車両後方側の開口端（以下、後方開口端という）９１ａとディスプレイ４の有効表示領域の上端４２との位置関係によって、太陽光の反射光や回折光がアイボックス７に届くか否かが決まる。このため、本実施形態では、後方開口端９１ａの位置に基づき、ディスプレイ４の設置状態、すなわちディスプレイ４の設置位置や表示面４ａの法線ベクトルを決めている。これについて、図２および図３を参照して説明する。なお、ここでは、ディスプレイ４の設置状態を後方開口端９１ａに応じて設定するとして説明するが、これらの関係が、反射光や回折光がアイボックス７に届かない関係となっていれば良く、その関係を満たすように後方開口端９１ａの位置を設計するのも同意である。 In the head-up display device 100, depending on the positional relationship between the opening 91a on the rear side of the vehicle (hereinafter referred to as the rear opening end) 91a of the opening 91 of the housing 9, and the upper end 42 of the effective display area of the display 4, sunlight is emitted. Whether or not the reflected light or the diffracted light reaches the eye box 7 is determined. Therefore, in the present embodiment, the installation state of the display 4, that is, the installation position of the display 4 and the normal vector of the display surface 4a are determined based on the position of the rear opening end 91a. This will be described with reference to FIGS. 2 and 3. Here, the installation state of the display 4 will be described as being set according to the rear opening end 91a, but it is sufficient that these relationships are such that the reflected light and the diffracted light do not reach the eye box 7. It is also agreed to design the position of the rear opening end 91a to satisfy that relationship.

図２中に示したように、太陽光の入射光Ｌｉが表示面４ａに対し、表示面４ａの法線方向に対する入射角αで入射された場合、反射光Ｌｒと回折光Ｌｄが生じる。反射光Ｌｒは、表示面４ａの法線方向に対する反射角が入射角αと等しくなるように出射される。一方、回折光Ｌｄは、回折次数に応じた回折角度βで出射される。この回折光Ｌｄの回折角度βは、グレーティング方程式より、入射角α、回折次数Ｎ、光の波長λ［μｍ］、鉛直方向に沿う方向での周期構造の周波数ｖ［１／μｍ］を用いて、次の数式１で表される。また、ｐ［μｍ］は、ピクセル密度、つまり鉛直方向に沿う方向におけるピクセルピッチであり、ｖ＝１／ｐの関係が成り立つ。 As shown in FIG. 2, when the incident light Li of sunlight is incident on the display surface 4a at an incident angle α with respect to the normal direction of the display surface 4a, reflected light Lr and diffracted light Ld are generated. The reflected light Lr is emitted so that the reflection angle of the display surface 4a with respect to the normal direction is equal to the incident angle α. On the other hand, the diffracted light Ld is emitted at a diffraction angle β according to the diffraction order. From the grating equation, the diffraction angle β of this diffracted light Ld uses the incident angle α, the diffraction order N, the wavelength λ [μm] of the light, and the frequency v [1 / μm] of the periodic structure in the direction along the vertical direction. , It is expressed by the following equation 1. Further, p [μm] is the pixel density, that is, the pixel pitch in the direction along the vertical direction, and the relationship of v = 1 / p is established.

この式で表される回折角度βは、回折次数Ｎに応じて変化し、負の値の回折次数Ｎの絶対値が大きくなるほど、入射光Ｌｉに近づき、開口部９１から外に出易くなる。また、入射角αが小さくなるほど、回折次数Ｎが同じであっても回折角度βが大きくなり、開口部９１から外に出易くなる。これらを考慮して、回折光Ｌｄが開口部９１から外に出ないようにディスプレイ４の設置状態を決めることが必要である。 The diffraction angle β represented by this equation changes according to the diffraction order N, and the larger the absolute value of the negative value diffraction order N, the closer to the incident light Li and the easier it is to go out from the opening 91. Further, as the incident angle α becomes smaller, the diffraction angle β becomes larger even if the diffraction order N is the same, and it becomes easier to go out from the opening 91. In consideration of these, it is necessary to determine the installation state of the display 4 so that the diffracted light Ld does not go out from the opening 91.

ただし、回折光Ｌｄは、回折次数Ｎの絶対値が大きくなるほど、強度が小さくなる。このため、どの回折次数の回折光まで開口部９１の外に出したくないかによって、ディスプレイ４の設置状態を決めれば良い。少なくとも、回折次数Ｎ＝±１の回折光については開口部９１から外に出ないようにする必要があり、回折次数Ｎ＝±３の回折光について開口部９１から外に出ないようにするのが好ましい。さらに、回折次数Ｎ＝±５の回折光について開口部９１から外に出ないようにすると、より好ましい。 However, the intensity of the diffracted light Ld decreases as the absolute value of the diffraction order N increases. Therefore, the installation state of the display 4 may be determined depending on which diffraction order of the diffracted light is not desired to be emitted outside the opening 91. At least, it is necessary to prevent the diffracted light having a diffraction order N = ± 1 from going out from the opening 91, and to prevent the diffracted light having a diffraction order N = ± 3 from going out from the opening 91. Is preferable. Further, it is more preferable that the diffracted light having the diffraction order N = ± 5 does not go out from the opening 91.

ここで、図４に示すように、ディスプレイ４の有効表示領域の上端４２と後方開口端９１ａとを結ぶ直線をＬＡとする。また、表示面４ａの法線ベクトルをＺ１とし、法線ベクトルＺ１と直線ＬＡの成す角度をθとする。 Here, as shown in FIG. 4, the straight line connecting the upper end 42 of the effective display area of the display 4 and the rear opening end 91a is defined as LA. Further, the normal vector of the display surface 4a is Z1, and the angle formed by the normal vector Z1 and the straight line LA is θ.

入射角αが最も小さくなると想定されるのが、入射光Ｌｉの入射方向が直線ＬＡと一致するときであり、このときの入射角αは角度θとなる。このため、数式１のαにθを代入し、それをβの式に改めると、数式２が導出される。 The incident angle α is assumed to be the smallest when the incident direction of the incident light Li coincides with the straight line LA, and the incident angle α at this time is the angle θ. Therefore, by substituting θ for α in Equation 1 and changing it to the equation in β, Equation 2 is derived.

そして、回折角度βが角度θよりも小さければ、回折光Ｌｄは開口部９１の外に出てこないことから、ｓｉｎβ＜ｓｉｎθを満たすような設計とすれば良い。ｓｉｎθが数式２のように表されることから、数式３のように、数式２の右辺がｓｉｎθよりも小さくなるという関係を満たせば良い。この式は数式４に変形することができることから、この数式４を満たす角度θの直線ＬＡとなるように、ディスプレイ４の設置状態を決めれば良い。

If the diffraction angle β is smaller than the angle θ, the diffracted light Ld does not come out of the opening 91, so that the design may satisfy sin β <sin θ. Since sinθ is expressed as in Equation 2, it is sufficient to satisfy the relationship that the right side of Equation 2 is smaller than sinθ as in Equation 3. Since this formula can be transformed into the formula 4, the installation state of the display 4 may be determined so as to be a straight line LA with an angle θ that satisfies the formula 4.

そして、上記したように、回折次数Ｎ＝±１次の回折光Ｌｄについては少なくとも開口部９１から外に出さないようにするのであれば、数式４にＮ＝１を代入した数式５を満たすように、ディスプレイ４の設置状態を決めれば良い。

Then, as described above, if the diffracted light Ld having a diffraction order N = ± 1st order is to be kept at least from the opening 91, the equation 5 in which N = 1 is substituted into the equation 4 is satisfied. In addition, the installation state of the display 4 may be determined.

なお、上記したように、λは光の波長である。可視光の波長は、紫光から赤色光の４００〜７００ｎｍ程度であり、数式５を満たすべき角度θとして最も大きな角度となるのは、波長が７００ｎｍのときである。このため、λに７００ｎｍを代入した場合の角度θを満たすようにディスプレイ４の設置状態を決めている。

As described above, λ is the wavelength of light. The wavelength of visible light is about 400 to 700 nm from purple light to red light, and the largest angle θ for satisfying Equation 5 is when the wavelength is 700 nm. Therefore, the installation state of the display 4 is determined so as to satisfy the angle θ when 700 nm is substituted for λ.

また、回折光Ｌｄについて開口部９１から外に出ないようにする回折光Ｌｄの回折次数Ｎが±３であれば数式４に対してＮ＝３を代入し、回折次数Ｎが±５であれば数式４に対してＮ＝５を代入すれば良い。 Further, if the diffraction order N of the diffracted light Ld that prevents the diffracted light Ld from coming out from the opening 91 is ± 3, N = 3 is substituted for the equation 4, and the diffraction order N is ± 5. For example, N = 5 may be substituted for the equation 4.

以上説明したように、本実施形態では、数式４を満たす角度θとなるように、有効表示領域の上端４２の設置位置やディスプレイ４の法線ベクトルＺ１を決めて、筐体９内にディスプレイ４を設置している。これにより、ディスプレイ４のピクセル周期構造に基づく回折光が筐体９の外に出ることが抑制され、反射光Ｌｒだけでなく回折光Ｌｄもアイボックス７に届かないようにできるヘッドアップディスプレイ装置１００とすることが可能となる。 As described above, in the present embodiment, the installation position of the upper end 42 of the effective display area and the normal vector Z1 of the display 4 are determined so that the angle θ satisfies the mathematical formula 4, and the display 4 is housed in the housing 9. Is installed. As a result, the diffracted light based on the pixel periodic structure of the display 4 is suppressed from going out of the housing 9, and not only the reflected light Lr but also the diffracted light Ld can be prevented from reaching the eye box 7. It becomes possible to.

ヘッドアップディスプレイ装置１００では、投影面３への表示画像の投影面積を増やすために、ディスプレイの表示面４ａをできるだけ上方に向けたいが、上方に向けるほど回折光が外に出易くなる。このため、本実施形態のようにして、ディスプレイ４の設置状態を決めることで、できるだけディスプレイ４を上方に向けつつ、反射光Ｌｒや回折光Ｌｄがアイボックス７に届かないようにすることが可能となる。 In the head-up display device 100, in order to increase the projected area of the display image on the projection surface 3, it is desired that the display surface 4a of the display be directed upward as much as possible, but the diffracted light is more likely to come out as it is directed upward. Therefore, by determining the installation state of the display 4 as in the present embodiment, it is possible to prevent the reflected light Lr and the diffracted light Ld from reaching the eye box 7 while pointing the display 4 upward as much as possible. It becomes.

（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対してディスプレイ４の構成を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。 (Second Embodiment)
The second embodiment will be described. Since this embodiment is the same as the first embodiment in that the configuration of the display 4 is changed with respect to the first embodiment, only the parts different from the first embodiment will be described.

図５に示すように、本実施形態では、ディスプレイ４が曲面ディスプレイによって構成されている。曲面ディスプレイは、表示面４ａが断面円弧状の凹面とされることから、上方部分を鉛直方向に近づけつつ、下方部分をより上方に向けることが可能となることから、上端４２に太陽光が入射し難い構成にできる。ただし、表示面４ａの下方部分が上方に向けられることから、有効表示領域の下端４３で反射した太陽光が開口部９１から外に出る可能性がある。このため、本実施形態では、ディスプレイ４の曲率半径を規定することで、太陽光の反射光が開口部９１から外に出ることを抑制する。 As shown in FIG. 5, in the present embodiment, the display 4 is composed of a curved display. In the curved display, since the display surface 4a is a concave surface having an arcuate cross section, it is possible to bring the upper portion closer to the vertical direction and to direct the lower portion upward, so that sunlight is incident on the upper end 42. It can be made into a difficult configuration. However, since the lower portion of the display surface 4a is directed upward, the sunlight reflected by the lower end 43 of the effective display area may come out from the opening 91. Therefore, in the present embodiment, by defining the radius of curvature of the display 4, it is possible to prevent the reflected light of sunlight from leaving the opening 91.

なお、ディスプレイ４が曲面状となっている場合でも、ディスプレイ４の有効表示領域の上端４２の設置位置や法線ベクトルＺ１と開口部９１の後方開口端９１ａの位置との関係については第１実施形態と同様である。つまり、上記数式４を満たすようにすれば良く、開口部９１から外に出したくない回折光Ｌｄの回折次数Ｎに応じて、ディスプレイ４の設置状態を決めれば良い。法線ベクトルＺ１については、上端４２での曲面の接線に対して垂直な方向となる。 Even when the display 4 has a curved surface, the relationship between the installation position of the upper end 42 of the effective display area of the display 4 and the position of the normal vector Z1 and the rear opening end 91a of the opening 91 is the first implementation. Similar to form. That is, the above equation 4 may be satisfied, and the installation state of the display 4 may be determined according to the diffraction order N of the diffracted light Ld that is not desired to go out from the opening 91. The normal vector Z1 is in a direction perpendicular to the tangent of the curved surface at the upper end 42.

図６に示すように、ディスプレイ４の表示面４ａの曲率半径をＲ_{３ｄｄｉｓｐ}とし、上端４２と後方開口端９１ａとの間の距離をＬ１とすると、曲率半径Ｒ_{３ｄｄｉｓｐ}が距離Ｌ１よりも大きくなるＲ_{３ｄｄｉｓｐ}＞Ｌ１の関係を満たすようにしている。 As shown in FIG. 6, if the radius of curvature of the display surface 4a of the display 4 is R _3ddisp and the distance between the upper end 42 and the rear opening end 91a is L1, the radius of curvature R _3ddisp is larger than the distance L1. The relationship of _3ddis > L1 is satisfied.

上記したように、ディスプレイ４の有効表示領域の上端４２の法線ベクトルＺ１が数式４を満たす関係となるようにする場合、法線ベクトルＺ１は、直線ＬＡよりも下方を向くことになる。つまり、法線ベクトルＺ１の先端は筐体９の内部に収まることになる。このため、上端４２を基点として、ディスプレイ４の表示面４ａの曲率半径Ｒ_{３ｄｄｉｓｐ}を変化させた場合に、少なくともＲ_{３ｄｄｉｓｐ}＞Ｌ１の関係を満たすようにすれば、有効表示領域の下端４３の法線ベクトルＺ２の先端も筐体９の内部に収まるようにできる。すなわち、有効表示領域の下端４３で反射した太陽光が開口部９１から外に出ないようにできる。 As described above, when the normal vector Z1 at the upper end 42 of the effective display area of the display 4 satisfies the equation 4, the normal vector Z1 faces downward from the straight line LA. That is, the tip of the normal vector Z1 fits inside the housing 9. Therefore, when the radius of curvature R _3ddisp of the display surface 4a of the display 4 is changed with the upper end 42 as the base point, if at least the relationship of _R3ddisp > L1 is satisfied, the normal of the lower end 43 of the effective display area is satisfied. The tip of the vector Z2 can also be fitted inside the housing 9. That is, the sunlight reflected by the lower end 43 of the effective display area can be prevented from going out through the opening 91.

このように、ディスプレイ４を曲面ディスプレイで構成する場合には、ディスプレイ４の有効表示領域の上端４２の設置位置や法線ベクトルＺ１と開口部９１の後方開口端９１ａの位置との関係が第１実施形態の関係を満たすようにする。さらに、曲率半径Ｒ_{３ｄｄｉｓｐ}が距離Ｌ１よりも大きくなるＲ_{３ｄｄｉｓｐ}＞Ｌ１の関係を満たすようにする。これにより、上端４２での反射光に加えて回折光がアイボックス７に届くことを抑制できると共に、下端４３での反射光についてもアイボックス７に届くことを抑制することが可能となる。 In this way, when the display 4 is composed of a curved display, the relationship between the installation position of the upper end 42 of the effective display area of the display 4 and the position of the normal vector Z1 and the rear opening end 91a of the opening 91 is first. Try to meet the relationships of the embodiments. Further, the relationship of R _3ddisp > L1 in which the radius of curvature R _3ddisp becomes larger than the distance L1 is satisfied. As a result, it is possible to suppress the diffracted light from reaching the eyebox 7 in addition to the reflected light at the upper end 42, and it is also possible to suppress the reflected light from reaching the eyebox 7 at the lower end 43.

（他の実施形態）
本開示は、上記した実施形態に準拠して記述されたが、当該実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。 (Other embodiments)
Although the present disclosure has been described in accordance with the above-described embodiment, the present disclosure is not limited to the embodiment, and includes various modifications and modifications within an equal range. In addition, various combinations and forms, as well as other combinations and forms that include only one element, more, or less, are also within the scope of the present disclosure.

例えば、上記実施形態ではディスプレイ４を３Ｄディスプレイで構成し、かつ、サブピクセル４１ａ〜４１ｃの配列方向が水平方向、長手方向が鉛直方向に沿う方向となるようにする場合について説明した。しかしながら、これは一例を示したに過ぎず、サブピクセル４１ａ〜４１ｃの配列方向が鉛直方向に沿う方向、長手方向が水平方向となるようにしても良い。 For example, in the above embodiment, the case where the display 4 is composed of a 3D display and the arrangement directions of the subpixels 41a to 41c are in the horizontal direction and the longitudinal direction is in the vertical direction has been described. However, this is only an example, and the arrangement direction of the sub-pixels 41a to 41c may be the direction along the vertical direction and the longitudinal direction may be the horizontal direction.

なお、本明細書で言う水平方向とは、車両が水平な路面上にあるときの状態を意味しているが、水平方向と完全に一致しているという意味ではなく、水平方向に沿う方向を意味している。例えば、ヘッドアップディスプレイ装置１００での画像表示がドライバに視認し易いように、ディスプレイ４のピクセル４１の配列方向が水平面に対して傾けられるが、傾いていても水平方向に沿う方向に該当する。また、第２実施形態のように、ディスプレイ４が曲面ディスプレイとされる場合、複数のピクセル４１の配列方向として説明した一方向およびそれに交差する方向は、曲面状の表示面４ａ内での方向という意味であり、必ずしも直線状の方向を意味している訳では無い。 The horizontal direction referred to in the present specification means a state when the vehicle is on a horizontal road surface, but does not mean that the vehicle is completely in agreement with the horizontal direction, but a direction along the horizontal direction. Means. For example, the arrangement direction of the pixels 41 of the display 4 is tilted with respect to the horizontal plane so that the image display on the head-up display device 100 can be easily seen by the driver, but even if it is tilted, it corresponds to the direction along the horizontal direction. Further, when the display 4 is a curved display as in the second embodiment, one direction described as the arrangement direction of the plurality of pixels 41 and the direction intersecting the directions are referred to as directions in the curved display surface 4a. It means, and does not necessarily mean a linear direction.

また、ディスプレイ４は３Ｄディスプレイに限るものでもない。例えば、ディスプレイ４を２Ｄディスプレイで構成しても良い。２Ｄディスプレイの場合、例えば、図７に示すように、１つ１つのピクセル４１が４つのサブピクセル４１ｄ〜４１ｇによって構成され、それぞれ、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）、白色（Ｗ）で発光する。このような構成の場合、４つのサブピクセル４１ｄ〜４１ｇが四角形状に、それぞれが各角部に位置するように配置され、四角形状の各辺の長さがピクセル周期構造の周期となる。 Further, the display 4 is not limited to the 3D display. For example, the display 4 may be configured as a 2D display. In the case of a 2D display, for example, as shown in FIG. 7, each pixel 41 is composed of four sub-pixels 41d to 41 g, which are red (R), green (G), blue (B), and white, respectively. It emits light at (W). In the case of such a configuration, the four subpixels 41d to 41g are arranged in a quadrangular shape so that each is located at each corner, and the length of each side of the quadrangular shape is the period of the pixel periodic structure.

さらに、筐体９の開口部９１の形状についても任意である。特に、後方開口端９１ａは、必ずしも開口部９１を構成している壁面のうちの最も上方に位置する部分である必要はない。つまり、光を通過させる領域の中で有効表示領域の上端４２から引いた直線の傾き、換言すれば当該直線と水平面との成す角度が最も小さくなる位置が後方開口端９１ａに相当する。 Further, the shape of the opening 91 of the housing 9 is also arbitrary. In particular, the rear opening end 91a does not necessarily have to be the uppermost portion of the wall surface forming the opening 91. That is, the inclination of the straight line drawn from the upper end 42 of the effective display area in the region through which light passes, in other words, the position where the angle formed by the straight line and the horizontal plane is the smallest corresponds to the rear opening end 91a.

また、筐体９の形状についても任意である。また、筐体９は、図４に示したような箱形のように、ディスプレイ４などを収容する部材として独立した部材で構成されていても良いし、インストルメントパネル１を構成する部材を用いて構成されていても良い。また、インストルメントパネル１とディスプレイ４を収容する部材とが一体となって筐体９を構成していてもよい。筐体９の少なくとも一部がインストルメントパネル１を構成する部材とされる場合、インストルメントパネル１が開口部９１の後方開口端９１ａを構成する部分となり得る。 Further, the shape of the housing 9 is also arbitrary. Further, the housing 9 may be composed of an independent member as a member for accommodating the display 4 or the like, as in the box shape as shown in FIG. 4, or a member constituting the instrument panel 1 is used. It may be configured. Further, the instrument panel 1 and the member accommodating the display 4 may be integrated to form the housing 9. When at least a part of the housing 9 is a member constituting the instrument panel 1, the instrument panel 1 can be a portion constituting the rear opening end 91a of the opening 91.

２ウィンドシールド
３投影面
４ディスプレイ
４ａ表示面
４１ピクセル
４２上端
９筐体
９１開口部
９１ａ後方開口端 2 Windshield 3 Projection surface 4 Display 4a Display surface 41 Pixel 42 Top 9 Housing 91 Opening 91a Rear opening

Claims

車両のウィンドシールド（２）に備えられる投影面（３）に表示画像を投影するヘッドアップディスプレイ装置であって、
表示面（４ａ）に、１つ１つが複数のサブピクセル（４１ａ〜４１ｇ）を有して構成された複数のピクセル（４１）が一方向および該一方向に対して交差する方向それぞれにおいて所定のピッチで配置され、前記表示面のうち前記複数のピクセルが配置された領域を有効表示領域として画像表示を行うディスプレイ（４）と、
開口部（９１）が備えられ、前記表示面が上方に向くようにしつつ、前記複数のピクセルの配列方向の一方が水平方向に沿う方向、前記交差する方向が鉛直方向に沿う方向となるように前記ディスプレイを収容すると共に、前記開口部を通じて前記ディスプレイでの画像表示が前記投影面に投影されるようにする筐体（９）と、を備え、
前記ディスプレイは、
前記有効表示領域のうちの上方側の端部となる上端（４２）と、前記開口部のうちの前記車両の後方側の開口端である後方開口端（９１ａ）とを結ぶ直線をＬＡ、前記上端での前記表示面の法線ベクトルをＺ１、前記法線ベクトルと前記直線ＬＡとの成す角度をθ、前記複数のピクセルのうち前記鉛直方向に沿う方向でのセルピッチをｐ［μｍ］、光の波長をλ［μｍ］として、

が成り立つ設置状態で前記筐体に配置されている、ヘッドアップディスプレイ装置。 A head-up display device that projects a display image onto a projection surface (3) provided on the windshield (2) of a vehicle.
A plurality of pixels (41) configured on the display surface (4a) each having a plurality of sub-pixels (41a to 41 g) are predetermined in one direction and in a direction in which the plurality of pixels (41) intersect with the one direction. A display (4) arranged at a pitch and displaying an image using an area of the display surface on which the plurality of pixels are arranged as an effective display area.
An opening (91) is provided so that one of the arrangement directions of the plurality of pixels is along the horizontal direction and the intersecting direction is along the vertical direction while the display surface is directed upward. A housing (9) for accommodating the display and allowing the image display on the display to be projected onto the projection surface through the opening.
The display is
LA is a straight line connecting the upper end (42), which is the upper end of the effective display area, and the rear opening end (91a), which is the rear opening end of the vehicle, in the opening. The normal vector of the display surface at the upper end is Z1, the angle formed by the normal vector and the straight line LA is θ, the cell pitch of the plurality of pixels in the direction along the vertical direction is p [μm], and light. Let the wavelength of λ [μm] be

A head-up display device that is arranged in the housing in an installed state in which

前記ディスプレイは、
前記複数のピクセルのうち前記鉛直方向に沿う方向での周期構造での回折における回折次数をＮとして、

が成り立つ設置状態で前記筐体に配置されている、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。 The display is
Let N be the diffraction order in the diffraction in the periodic structure in the direction along the vertical direction among the plurality of pixels.

The head-up display device according to claim 1, which is arranged in the housing in an installed state in which

前記ディスプレイは、前記表示面が平面状とされている請求項１または２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。 The head-up display device according to claim 1 or 2, wherein the display has a flat display surface.

前記ディスプレイは、前記表示面が断面円弧状の凹面とされ、
前記表示面における前記有効表示領域の下端（４３）が上方に向けられており、前記表示面の曲率半径（Ｒ_{３ｄｄｉｓｐ}）が、前記上端から前記後方開口端までの距離（Ｌ１）よりも大きくなっている、請求項１または２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。 In the display, the display surface is a concave surface having an arc-shaped cross section.
The lower end (43) of the effective display area on the display surface is directed upward, and the radius of curvature ( _R3ddisp ) of the display surface is larger than the distance (L1) from the upper end to the rear opening end. The head-up display device according to claim 1 or 2.