JP3210705U - Narrow-angle diffuser head-up display device - Google Patents

Abstract

【課題】最適な視覚効果が得られ、走行の安全性を高めることができる狭隅角拡散片ヘッドアップディスプレイデバイスを提供する。【解決手段】狭隅角拡散片ヘッドアップディスプレイデバイスはプロジェクションモジュール３、狭隅角拡散片４、反射鏡５を有し、直角錐型、円球形、又は弧状形のマイクロ凹面鏡の横長アレイ配列を利用し、最も理想的な狭隅角拡散片４を提供し、最適な視覚効果を得ることができる。プロジェクションモジュール３は反射鏡５付近に位置し、狭隅角拡散片４はプロジェクションモジュール３と反射鏡５に対面する。これによりヘッドアップディスプレイデバイスの使用制限と輝度問題を克服し、走行の安全性を高めることができる。【選択図】図３An object of the present invention is to provide a narrow-angle diffusing piece head-up display device capable of obtaining an optimal visual effect and improving driving safety. A narrow-angle diffuser head-up display device includes a projection module, a narrow-angle diffuser, and a reflector. The most ideal narrow-angle diffusing piece 4 can be used to obtain the optimum visual effect. The projection module 3 is located in the vicinity of the reflecting mirror 5, and the narrow-angle diffuser 4 faces the projection module 3 and the reflecting mirror 5. As a result, it is possible to overcome the limitation of use of the head-up display device and the luminance problem, and improve the safety of traveling. [Selection] Figure 3

Description

本考案は狭隅角拡散片ヘッドアップディスプレイデバイスに関し、特に最適化された視覚効果を提供可能なヘッドアップディスプレイデバイスで、マイクロ凹面鏡の配列構成を利用し理想の狭隅角拡散片に近づけ、これによりＨＵＤヘッドアップディスプレイデバイスの使用制限及び輝度問題を克服でき、最適な視覚効果を獲得し、こうして走行の安全性を高める狭隅角拡散片ヘッドアップディスプレイデバイスに関する。   The present invention relates to a narrow-angle diffuser head-up display device, and more particularly to a head-up display device capable of providing an optimized visual effect, which uses an array configuration of micro concave mirrors to approach an ideal narrow-angle diffuser piece. The present invention relates to a narrow-angle diffusing piece head-up display device that can overcome the limitation of use and the luminance problem of the HUD head-up display device, obtain an optimal visual effect, and thus improve driving safety.

現在、自動車に使用されているヘッドアップディスプレイ技術は、光学システムである。
それは通常、プロジェクター、コンバイナーにより組成される。
プロジェクターは、信号光源、投影レンズ、他の光学パーツにより組成される。
プロジェクターの信号光源は、ＬＣＤ液晶ディスプレイ、或いはプロジェクターと撮影画面或いは拡散片等デバイスにより構成される。
信号光源が発した光線は、プロジェクターによりダッシュボード或いはフロントガラス上のコンバイナー（ｃｏｍｂｉｎｅｒ、特製の半透明凹面鏡）に投射される。
さらに、コンバイナーにより文字或いは画像を表示し、眼前の実景と重ねる。
この種の組合せのヘッドアップディスプレイをＣＨＵＤ（ｃｏｍｂｉｎｅｒ ｔｙｐｅ、ＨＵＤ）と呼ぶ。
別の形式にはＨＵＤがある。
これは、信号光源が光線を発し、プロジェクターを経てダッシュボード下方の凹面鏡に投射し、拡大し、フロントガラスに反射する。
さらに、フロントガラスに表示する文字或いは画像と眼前の実景とを重ねる。
この種の組合せのヘッドアップディスプレイをＷＨＵＤ （ｗｉｎｄｓｈｉｅｌｄ ｔｙｐｅ ＨＵＤ）と呼ぶ。 Currently, the head-up display technology used in automobiles is an optical system.
It is usually composed by projectors and combiners.
The projector is composed of a signal light source, a projection lens, and other optical parts.
The signal light source of the projector is constituted by an LCD liquid crystal display, or a device such as a projector and a photographing screen or a diffusion piece.
The light beam emitted by the signal light source is projected by a projector onto a dashboard or a combiner (special translucent concave mirror) on the windshield.
Furthermore, a character or an image is displayed by the combiner, and is superimposed on the actual scene in front of you.
This type of combination head-up display is called CHUD (combiner type, HUD).
Another form is HUD.
This is because the signal light source emits a light beam, passes through the projector, is projected onto the concave mirror below the dashboard, is magnified, and is reflected on the windshield.
Furthermore, the character or image displayed on the windshield and the actual scene in front of the eyes are superimposed.
This type of combination head-up display is called WHUD (windshield type HUD).

従来のＷＨＵＤ（ｗｉｎｄｓｈｉｅｌｄ ｔｙｐｅ ＨＵＤ）は、空間の制限を受け、一般に虚像結像距離は通常、運転者の目から２．５ｍ以上離れた位置にはならないが、実際の必要ではこれでは不十分である。
このため、業界と自動車メーカーは、７ｍを目標に掲げている。
従来のＷＨＵＤは体積が非常に大きいため、すべての車両ダッシュボード下方に十分な空間があるわけではない。
よって現在では、大型車両にのみ適用され、小型車両に設置されているＨＵＤは、ＣＨＵＤ（ｃｏｍｂｉｎｅｒ ｔｙｐｅ ＨＵＤ）を採用しているが、その虚像結像距離は、さらに短い。 Conventional WHUD (windshield type HUD) is limited in space, and generally the virtual image formation distance is usually not more than 2.5m away from the driver's eyes, but this is not sufficient for actual needs. is there.
For this reason, the industry and automakers have set a goal of 7 meters.
Conventional WHUDs are so large in volume that there is not enough space below all vehicle dashboards.
Therefore, at present, the HUD that is applied only to a large vehicle and is installed in a small vehicle employs a CHUD (combiner type HUD), but the virtual image formation distance is even shorter.

遠距離の虚像結像を得るには、理論的には、凹面鏡の拡大倍数を大きくすれば達成されるが、実際には、観賞者に目眩を感じさせる。
目眩の発生を回避するため、凹面鏡と実像スクリーン（プロジェクターの拡散片或いはＴＦＴ）が構成する物体距離を長くするのは、一つの解決方法である。
しかし、従来の一体式のＨＵＤは、ダッシュボード下方の空間の制限を受けるため、物体距離を長くするのは、実際には困難である。
しかも、同様のサイズの実像スクリーンにおいて、凹面鏡との距離を伸ばせば、虚像距離は遠くなるが、虚像サイズは大きくならないため、相対視覚識別度は距離に比例して低下する。 Theoretically, virtual image formation at a long distance can be achieved by increasing the magnification of the concave mirror, but in reality, it makes the viewer feel dizzy.
In order to avoid the occurrence of dizziness, increasing the object distance formed by the concave mirror and the real image screen (projection diffuser or TFT) is one solution.
However, since the conventional integrated HUD is limited by the space below the dashboard, it is actually difficult to increase the object distance.
Moreover, in a real image screen of the same size, if the distance from the concave mirror is increased, the virtual image distance increases, but the virtual image size does not increase, and therefore the relative visual discrimination decreases in proportion to the distance.

実像スクリーン（プロジェクター拡散片或いはＴＦＴ）を、自動車天井とフロントガラスの境界位置に設置し、反射凹面鏡をダッシュボード下方に設置すれば、従来の一体式ＷＨＵＤの３倍の左右物体距離に近い距離（１８ｃｍが５０〜７０ｃｍに変わる）を得ることができる。
しかも、ダッシュボード下方を占拠する体積は、従来のＨＵＤより小さいため、多くの車種に適用することができる。
しかし、もともとの視覚識別度を維持するためには、少なくとも等比例で実像スクリーンを拡大する必要がある。
けれども、ＴＦＴを拡大するのは、非常に困難な事で、高輝度バックライトの必要がある。
ＴＦＴの背後には、ライトカップがなければ、十分な輝度を提供することはできない。
これでは、ＴＦＴを１．８インチから５．４インチに拡大すると、ＴＦＴ全体の体積は、運転者前方の天井に超大型ＴＦＴの怪物が出現するに等しく、しかもコストと美観の上からも受け入れられる者ではない。 If a real image screen (projector diffuser or TFT) is installed at the boundary between the car ceiling and the windshield, and a reflective concave mirror is installed below the dashboard, the distance close to the left and right object distance is three times that of the conventional integrated WHUD ( 18 cm changes to 50-70 cm).
And since the volume which occupies the dashboard downward direction is smaller than the conventional HUD, it can apply to many vehicle types.
However, in order to maintain the original visual discrimination, it is necessary to enlarge the real image screen at least in proportion.
However, it is very difficult to enlarge the TFT, and a high brightness backlight is required.
If there is no light cup behind the TFT, sufficient brightness cannot be provided.
Now, when the TFT is enlarged from 1.8 inches to 5.4 inches, the total volume of the TFT is equivalent to the appearance of a super large TFT monster on the ceiling in front of the driver, and it is also accepted from the viewpoint of cost and aesthetics. Not a person.

図１に示す通り、プロジェクター１（ＤＬＰプロジェクター或いはレーザープロジェクターなど）は、イメージスクリーン或いは拡散片を結像平面として結像する必要がある。
リアプロジェクションを採用するプロジェクターは、拡散片の背面に設置し、半透明貫通式拡散片を使用する。
プロジェクター１の原理は、１個の画面を、スキャンの方式を利用し、被投射平面の各１個の点に対して、異なる色と輝度光点を投射し、これら光点を通して１個の画面を組成する。
仮に、結像平面がスクリーン或いは拡散片でなく、鏡面反射鏡２の反射平面２１であるなら、反射鏡入射角は反射角に等しいため、プロジェクター１は鏡面反射鏡２の反射平面２１の画面に投射し、一点の光のみが特定観賞者の目Ｅ内に反射される。
よって、観賞者は、どの角度であろうと、１個の点光源しか見られず、完全な画面を見ることはできない。 As shown in FIG. 1, a projector 1 (DLP projector, laser projector, or the like) needs to form an image using an image screen or a diffusion piece as an imaging plane.
Projectors that employ rear projection are installed on the back of the diffuser and use a translucent penetrating diffuser.
The principle of the projector 1 is that a single screen is scanned and a different color and luminance light spot is projected to each point on the projection plane, and one screen is passed through these light spots. Composition.
If the imaging plane is not a screen or a diffusing piece but the reflecting plane 21 of the specular reflecting mirror 2, the incident angle of the reflecting mirror is equal to the reflecting angle, so that the projector 1 appears on the screen of the reflecting plane 21 of the specular reflecting mirror 2. Projection is performed, and only one point of light is reflected in the eyes E of the specific viewer.
Therefore, the viewer can only see one point light source at any angle and cannot see the complete screen.

図２に示す通り、完全な画面が見られるようにするため、プロジェクター１使用時に投射する反射平面を、鏡面反射平面とせず、マット平面２２とする。
マット平面２２に投射することで、反射された光線を散乱させ、反射光は各反射角度に分散する。
このマット平面２２を、拡散片と呼び、光線は一平面に届き、一部の光線は吸収され、残った光線だけが反射する。
もしさらに、反射光線が各角度に反射するなら、各角度で画面全体を見ることができるが、単一の角度で得られる光量は非常に小さくなるため、プロジェクター１の再生時には、通常は比較的暗い環境が好ましい。
良い投影スクリーンは、反射を拡大する粉末を含み、光線の吸収を減らし反射光の強度を拡大するが、コストが大きく拡大する反面、効果には限界がある。
この種の方式は、実は吸収される光線の割合を減らすだけであり、各角度に分散することで生じる損失を解決するものではない。 As shown in FIG. 2, the reflection plane projected when the projector 1 is used is not a specular reflection plane but a mat plane 22 so that a complete screen can be seen.
By projecting onto the mat plane 22, the reflected light rays are scattered, and the reflected light is dispersed at each reflection angle.
This mat plane 22 is called a diffusion piece, and the light rays reach one plane, a part of the light rays are absorbed, and only the remaining light rays are reflected.
Furthermore, if the reflected light beam is reflected at each angle, the entire screen can be seen at each angle, but the amount of light obtained at a single angle is very small, so that when the projector 1 is reproduced, it is usually relatively A dark environment is preferred.
A good projection screen contains powder that expands the reflection and reduces the absorption of light and increases the intensity of the reflected light, but the cost is greatly increased, but the effect is limited.
This type of system actually only reduces the proportion of light that is absorbed, and does not solve the loss caused by dispersion at each angle.

上記した問題を解決するため、これまで様々な技術方案が提出されてきた。
それらは特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８、特許文献９に開示する。 In order to solve the above problems, various technical solutions have been submitted so far.
They are disclosed in Patent Literature 1, Patent Literature 2, Patent Literature 3, Patent Literature 4, Patent Literature 5, Patent Literature 6, Patent Literature 7, Patent Literature 8, and Patent Literature 9.

上記した特許文献に開示するように、ヘッドアップディスプレイデバイスの使用機能は向上しているが、やはり克服が困難な以下のような問題が残っている。
１.上記した特許文献においては、すでに反射鏡配列の技術を運用してはいるが、それが投射する標準距離画像と実際の距離画像との間には、やはり視覚上の落差という問題が存在する。この種の視覚上の落差現象で、視覚上の目眩感を感じやすい運転者も存在するため、走行の安全性に影響を与える。
２.従来の技術においては、光源投射には、より長い空間と距離が必要であるが、この種の制限は、すべての車種に適用できるものではない。そのため、ＨＵＤヘッドアップディスプレイデバイスの使用制限を克服するため、反射の効率と輝度を高めるようと、広視野角のプロジェクションモジュール（或いはプロジェクター）を使用するなど、より高価な配備が必要となってしまう。この種の方式は、設備のコストを無駄にするだけで、投射効率はやはり低い。 As disclosed in the above-mentioned patent documents, the use function of the head-up display device is improved, but the following problems still remain difficult to overcome.
1. In the above-mentioned patent documents, the technology of the mirror arrangement has already been used, but there is still a problem of a visual drop between the standard distance image projected by it and the actual distance image. To do. This type of visual head drop phenomenon affects the safety of driving because some drivers are likely to feel visual dizziness.
2. In the prior art, light source projection requires a longer space and distance, but this type of restriction is not applicable to all vehicle types. Therefore, in order to overcome the limitation of use of the HUD head-up display device, a more expensive deployment such as using a projection module (or projector) with a wide viewing angle is required to increase the efficiency and brightness of reflection. . This type of method only wastes the cost of the equipment, and the projection efficiency is still low.

台湾特許第２０１６３６６８０号明細書Taiwan Patent No. 201616680 Specification 台湾特許第２０１６２４１０１号明細書Taiwan Patent No. 201624101 Specification 台湾特許第Ｉ３６７４０５号明細書Taiwan Patent No. I367405 Specification 台湾特許第Ｉ４４９９５０号明細書Taiwan Patent No. I449950 Specification 台湾特許第Ｉ５０６２９９号明細書Taiwan Patent No. I506299 Specification 台湾特許第Ｉ４７９２３６号明細書Taiwan Patent No. I479236 Specification 台湾特許第Ｉ４８５４３２号明細書Taiwan Patent No. I485432 Specification 台湾特許第Ｍ４５５１８２号明細書Taiwan Patent No. M455182 Specification 台湾特許第Ｍ３２８０１４号明細書Taiwan Patent No. M328014 specification

前記先行技術には、視覚上の落差現象を生じるため、目眩を感じやすい運転者にとっては走行の安全性に影響を与え、また適用車種を増やすために高価な配備を採用しても、投射効率はやはり高くないという欠点がある。   The above-mentioned prior art causes a visual drop phenomenon, which affects driving safety for drivers who are easily dizzy, and even if an expensive deployment is used to increase the number of applicable models, the projection efficiency Has the disadvantage of not being expensive.

本考案は最適な視覚効果を備えるヘッドアップディスプレイデバイスで、マイクロ凹面鏡配列を利用し理想に近い狭隅角拡散片を構成し、拡散された反射光範囲をＨＵＤの凹面鏡上に集中拡散し、これによりＨＵＤヘッドアップディスプレイデバイスの使用制限及び輝度の問題を克服し、最適な視覚効果を獲得し、こうして走行の安全性を高めることができる狭隅角拡散片ヘッドアップディスプレイデバイスに関する。   The present invention is a head-up display device with an optimal visual effect, which uses an array of micro concave mirrors to form a near-ideal narrow-angle diffuser, and the diffused reflected light range is concentrated and diffused onto the HUD concave mirror. The present invention relates to a narrow-angle diffusing piece head-up display device that can overcome the limitation of use and brightness of the HUD head-up display device, obtain an optimal visual effect, and thus improve driving safety.

本考案による狭隅角拡散片ヘッドアップディスプレイデバイスは、プロジェクションモジュール、狭隅角拡散片、反射鏡を有する。
該プロジェクションモジュールは、画像光源Ｌを投射する。
該狭隅角拡散片は、マイクロ凹面鏡の配列で、該画像光源は、該狭隅角拡散片に投射される。
該狭隅角拡散片は、該画像光源を該反射鏡へと反射する。
該プロジェクションモジュールは、該反射鏡の同一側に位置し、該狭隅角拡散片は、該プロジェクションモジュールと該反射鏡に対面する。 A narrow-angle diffuser head-up display device according to the present invention includes a projection module, a narrow-angle diffuser, and a reflector.
The projection module projects an image light source L.
The narrow-angle diffuser is an array of micro concave mirrors, and the image light source is projected onto the narrow-angle diffuser.
The narrow-angle diffuser reflects the image light source to the reflecting mirror.
The projection module is located on the same side of the reflecting mirror, and the narrow-angle diffuser faces the projection module and the reflecting mirror.

該マイクロ凹面鏡の配列は、横長アレイ配列である。   The array of the micro concave mirrors is a horizontally long array array.

該マイクロ凹面鏡は、直角錐型凹面鏡で、該プロジェクションモジュールは、該反射付近に位置する。   The micro concave mirror is a right-angled pyramid concave mirror, and the projection module is located in the vicinity of the reflection.

該マイクロ凹片鏡は、円球形凹面鏡で、該プロジェクションモジュールは、該反射鏡付近に位置する。   The micro concave mirror is a spherical concave mirror, and the projection module is located in the vicinity of the reflecting mirror.

該マイクロ凹面鏡は、弧状凹面鏡である。   The micro concave mirror is an arc concave mirror.

該マイクロ凹面鏡の配列中のすべてのマイクロ凹面鏡と該狭隅角拡散片は、斜角を形成する。   All micro concave mirrors and the narrow-angle diffuser in the array of micro concave mirrors form an oblique angle.

該マイクロ凹面鏡の配列中のすべてのマイクロ凹面鏡は、それぞれ異なる角度を有する。   All the micro concave mirrors in the array of micro concave mirrors have different angles.

該狭隅角拡散片は、少なくとも１個の屈折を有する平面である。   The narrow-angle diffusion piece is a plane having at least one refraction.

該反射鏡は、凹面鏡である。   The reflecting mirror is a concave mirror.

該狭隅角拡散片は、曲面である。   The narrow-angle diffuser is a curved surface.

本考案は、マイクロ凹面鏡の配列を利用し、最も理想的な狭隅角拡散片を提供し、拡散された反射光範囲がＨＵＤの凹面鏡を覆うことを基礎とし、余分な出費をし、広視野角のプロジェクションモジュール（或いはプロジェクター）を使用する必要はなく、これによりＨＵＤヘッドアップディスプレイデバイスの使用制限を克服することができる。
本考案のこの種の理想の狭隅角拡散片はマイクロ凹面鏡配列により構成される反射式拡散片で、本考案を通して、ＤＬＰの、ＨＵＤ凹面鏡に対する結像の輝度を数十倍、さらには百倍にまで高めることができる。
これにより、プロジェクターＨＵＤの輝度問題を解決し、最適化された視覚効果を提供可能なヘッドアップディスプレイデバイスにより、走行の安全性を高めることができる。 The present invention uses an array of micro concave mirrors to provide the most ideal narrow-angle diffuser, and the diffused reflected light range is based on covering the concave mirror of the HUD, with extra expense, wide field of view There is no need to use a corner projection module (or projector), thereby overcoming the limitations of using a HUD head-up display device.
This kind of ideal narrow-angle diffuser of the present invention is a reflective diffuser composed of a micro concave mirror array. Through the present invention, the luminance of the DLP imaged on the HUD concave mirror is increased by several tens of times and even a hundred times. Can be increased up to.
Thereby, the driving safety can be enhanced by the head-up display device that can solve the luminance problem of the projector HUD and provide an optimized visual effect.

従来のプロジェクションデバイスの実施模式図である。It is the implementation schematic diagram of the conventional projection device. 従来のプロジェクションデバイスの別種の実施模式図である。It is an implementation schematic diagram of another kind of conventional projection device. 本考案の第一実施形態の模式図である。It is a schematic diagram of a first embodiment of the present invention. 本考案の第二実施形態の模式図である。It is a schematic diagram of 2nd embodiment of this invention. 本考案の第二実施形態の局部拡大模式図である。It is a local expansion schematic diagram of 2nd embodiment of this invention. 本考案の第三実施形態の模式図である。It is a schematic diagram of 3rd embodiment of this invention. 本考案の第三実施形態の局部拡大模式図である。It is a local expansion schematic diagram of 3rd embodiment of this invention. 本考案の第四実施形態の模式図である。It is a schematic diagram of 4th embodiment of this invention. 本考案の第四実施形態の局部拡大模式図である。It is a local expansion schematic diagram of 4th embodiment of this invention. 本考案の第五実施形態の模式図である。It is a schematic diagram of 5th embodiment of this invention. 本考案の第六実施形態の模式図である。It is a schematic diagram of 6th embodiment of this invention.

（一実施形態）
図３に示す通り、本考案の狭隅角拡散片ヘッドアップディスプレイデバイスの第一実施形態は、プロジェクションモジュール３、狭隅角拡散片４、反射鏡５を有する。 (One embodiment)
As shown in FIG. 3, the first embodiment of the narrow-angle diffuser head-up display device of the present invention includes a projection module 3, a narrow-angle diffuser 4, and a reflector 5.

プロジェクションモジュール３は、画像光源Ｌを投射する。
プロジェクションモジュール３は、デジタル光処理デバイス（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ、ＤＬＰ）プロジェクターで、プロジェクターとリアプロジェクションテレビに使用されるイメージング技術である。 The projection module 3 projects an image light source L.
The projection module 3 is a digital light processing device (Digital Light Processing, DLP) projector, and is an imaging technique used for a projector and a rear projection television.

狭隅角拡散片４は、マイクロ凹面鏡の配列により構成される狭隅角拡散片で、プロジェクションモジュール３の画像光源Ｌは、狭隅角拡散片４に投射される。   The narrow-angle diffuser 4 is a narrow-angle diffuser configured by an array of micro concave mirrors, and the image light source L of the projection module 3 is projected onto the narrow-angle diffuser 4.

狭隅角拡散片４は、画像光源Ｌを反射鏡５に反射する。
反射鏡５は、凹面鏡である。 The narrow-angle diffuser 4 reflects the image light source L to the reflecting mirror 5.
The reflecting mirror 5 is a concave mirror.

プロジェクションモジュール３は、反射鏡５の同一側に位置する。
狭隅角拡散片４は、プロジェクションモジュール３と反射鏡５に対面する。 The projection module 3 is located on the same side of the reflecting mirror 5.
The narrow-angle diffuser 4 faces the projection module 3 and the reflecting mirror 5.

本考案の狭隅角拡散片４は、プロジェクションモジュール３の画像光源Ｌを反射し、反射鏡５の範囲にのみちょうど投射する。
こうして、最適な投射効率を得ることができる。
なぜなら、投射面積が大きすぎれば、反射鏡５の外に投射される反射光線は無駄になってしまうからである。
一般のヘッドアップディスプレイデバイスは、強い太陽光の下で使用される可能性があるため、それが必要とする輝度は極めて高い。
これは、プロジェクションモジュール３の輝度に沿っては、大きなチャレンジである。
よって、プロジェクションモジュール３が発する光量を十分に使用し、無駄遣いを減らすのは、非常に重要な課題である。
この課題のキーポイントは、狭隅角拡散片４の設計にある。
理想的な狭隅角拡散片４の光線反射率は、１００％に達し、しかも反射の画像光源Ｌは、ちょうどヘッドアップディスプレイデバイスの反射鏡５を覆いながら、はみ出さないことが望ましい。
すなわち、理想の狭隅角拡散片４に近づけば近づくほど、得られる効果は高くなる。 The narrow-angle diffuser 4 of the present invention reflects the image light source L of the projection module 3 and projects it only within the range of the reflecting mirror 5.
Thus, optimum projection efficiency can be obtained.
This is because if the projection area is too large, the reflected light beam projected outside the reflecting mirror 5 is wasted.
Since general head-up display devices may be used under strong sunlight, the brightness they require is extremely high.
This is a big challenge along the brightness of the projection module 3.
Therefore, it is a very important issue to sufficiently use the amount of light emitted by the projection module 3 and reduce wastefulness.
The key point of this problem is the design of the narrow-angle diffuser piece 4.
The ideal light-reflectance of the narrow-angle diffuser 4 reaches 100%, and it is desirable that the reflected image light source L does not protrude while just covering the reflector 5 of the head-up display device.
That is, the closer to the ideal narrow-angle diffuser 4, the higher the effect obtained.

狭隅角拡散片４は、マイクロ凹面鏡の配列であり、多数のマイクロ凹面鏡を利用し横長アレイ配列、つまり矩形の配列を構成する。
各１個のマイクロ凹面鏡は、反射鏡５上に集中反射する。
この種の状況下では反射鏡５にとっては、各１個のマイクロ凹面鏡は、ディスプレイ上の１個の画素（ｐｉ×ｅｌ）を代表する。
よって、マイクロ凹面鏡の数は、スクリーン解析度の上限を表す。
例えば、幅が各４８０×２４０なら合計１１５，２００個のマイクロ凹面鏡により構成される配列ということであり、つまり結像の最高解析度を制限する。
よって、プロジェクションモジュール３のオリジナルの解析度がどんなに高くとも意味がなく、キーポイントはやはり狭隅角拡散片４のマイクロ凹面鏡数量の多寡及びその投射効率である。 The narrow-angle diffuser 4 is an array of micro concave mirrors, and forms a horizontally long array array, that is, a rectangular array, using a large number of micro concave mirrors.
Each one of the micro concave mirrors is concentratedly reflected on the reflecting mirror 5.
Under this kind of situation, for the reflector 5, each one micro concave mirror represents one pixel (pi × el) on the display.
Therefore, the number of micro concave mirrors represents the upper limit of the screen resolution.
For example, if the width is 480 × 240, it means an array composed of a total of 115,200 micro concave mirrors, that is, the maximum resolution of imaging is limited.
Therefore, no matter how high the original analysis level of the projection module 3 is, it is meaningless that the key point is the number of micro concave mirrors of the narrow-angle diffuser 4 and its projection efficiency.

狭隅角拡散片４は、マイクロ凹面鏡の配列により構成される狭隅角拡散片で、プロジェクションモジュール３は、反射鏡５付近に位置する。
その長所は、狭隅角拡散片４は比較的明るく、それほどマットでなくともいいということである。
これにより、光線の吸収率を減らせ、反射率を拡大できる。 The narrow-angle diffuser 4 is a narrow-angle diffuser configured by an array of micro concave mirrors, and the projection module 3 is located near the reflector 5.
The advantage is that the narrow-angle diffuser 4 is relatively bright and does not have to be very matte.
Thereby, the light absorptance can be reduced and the reflectance can be increased.

図４、図４-１に示す通り、本考案の狭隅角拡散片ヘッドアップディスプレイデバイスの第二実施形態による狭隅角拡散片４は、マイクロ凹面鏡の配列により構成される狭隅角拡散片である。
プロジェクションモジュール３は、反射鏡５付近に位置する。
マイクロ凹面鏡は、直角錐型凹面鏡４１で、マイクロ凹面鏡の配列は、直角錐形凹面鏡４１配列である。
直角錐形凹面鏡４１直角特性中入射線と反射線平行の原理を利用し、直角錐型凹面鏡４１が完全に光沢面であるなら、その反射光線はほとんど完全に入射光の光源点上に反射する。
但し、直角錐型凹面鏡４１がいくらかマットなら、その反射光線は、入射光の光源点付近で、１個の特定範囲の反射面を形成する。
反射鏡５は、この反射面の反射範囲Ｄ内においてのみ、反射拡散光を受け取ることができる。 4 and 4-1, the narrow-angle diffuser 4 according to the second embodiment of the narrow-angle diffuser head-up display device of the present invention is a narrow-angle diffuser configured by an array of micro concave mirrors. It is.
The projection module 3 is located near the reflecting mirror 5.
The micro concave mirror is a right-angled pyramid concave mirror 41, and the arrangement of the micro concave mirrors is an array of right-angled pyramid concave mirrors 41.
If the right-angled pyramid concave mirror 41 is a completely glossy surface using the principle of normal incidence and parallel reflection lines, and the right-angled pyramid concave mirror 41 is a completely glossy surface, the reflected light will almost completely reflect on the light source point of the incident light. .
However, if the right-angled pyramidal concave mirror 41 is somewhat matte, the reflected light beam forms one specific range of reflective surface near the light source point of the incident light.
The reflecting mirror 5 can receive the reflected diffused light only within the reflection range D of the reflecting surface.

図５、図５-１に示す通り、本考案の狭隅角拡散片ヘッドアップディスプレイデバイスの第三実施形態において、狭隅角拡散片４は、マイクロ凹面鏡の配列により構成される狭隅角拡散片である。
プロジェクションモジュール３は、反射鏡５付近に位置する。
マイクロ凹面鏡は、円球形凹面鏡４２で、即ちマイクロ凹面鏡の配列は、円球形凹面鏡４２配列である。
円球形凹面鏡４２がややマットな凹面鏡である時、透明の円球形凹面鏡４２の反射特性中入射線と反射線平行の原理を利用する。
円球形凹面鏡４２が完全に光沢面であるなら、その反射光線はほとんど完全に入射光の光源点上に反射する。
但し、円球形凹面鏡４２がいくらかマットなら、その反射光線は、入射光の光源点付近で、１個の特定範囲の反射面を形成し、反射鏡５は、この反射面の反射範囲Ｄ内においてのみ、反射拡散光を受け取ることができる。 As shown in FIGS. 5 and 5-1, in the third embodiment of the narrow-angle diffuser head-up display device of the present invention, the narrow-angle diffuser 4 is a narrow-angle diffuser configured by an array of micro concave mirrors. It is a piece.
The projection module 3 is located near the reflecting mirror 5.
The micro concave mirror is a spherical concave mirror 42, that is, the arrangement of the micro concave mirror is a circular concave mirror 42 arrangement.
When the spherical concave mirror 42 is a somewhat matte concave mirror, the principle of parallel incidence of the incident line and the reflection line is used in the reflection characteristic of the transparent spherical concave mirror 42.
If the spherical concave mirror 42 is a perfectly glossy surface, its reflected light will almost completely reflect on the source point of the incident light.
However, if the spherical concave mirror 42 is somewhat matte, the reflected light forms one specific range of reflective surface near the light source point of the incident light, and the reflective mirror 5 is within the reflective range D of this reflective surface. Only the reflected diffuse light can be received.

図６、図６-１に示す通り、本考案の狭隅角拡散片ヘッドアップディスプレイデバイスの第四実施形態において、狭隅角拡散片４は、マイクロ凹面鏡の配列により構成される狭隅角拡散片である。
マイクロ凹面鏡は、弧状凹面鏡４３で、即ちマイクロ凹面鏡配列は、弧状凹面鏡４３配列である。
弧状凹面鏡４３配列は、弧状凹面鏡４３集光原理を利用し、各弧状凹面鏡４３をそれぞれ異なる角度に設計する。
投射距離が弧状凹面鏡４３を超える集光点であれば、光線は反対に分散する。
プロジェクションモジュール３の光源、狭隅角拡散片４と反射鏡５の位置がすでに確定しているなら、狭隅角拡散片４上の各弧状凹面鏡４３の設置角度と弧状半径を精密に計算することで、各弧状凹面鏡４３が反射する光線は、ほとんど反射鏡５を覆うことができ、最も有効な光源利用を達成できる。
弧状凹面鏡配列の各弧状凹面鏡４３は、１００％に近い反射率の状態まで研磨でき、よってプロジェクションモジュール３全体の光線利用率は、ほとんど９０％を超過し、広角拡散片の光線利用率が一桁しかないのに比べ、数十倍を超える性能を達成できる。
よって、本考案の狭隅角拡散片ヘッドアップディスプレイデバイスは、最高性能のプロジェクター拡散片である。 As shown in FIGS. 6 and 6-1, in the fourth embodiment of the narrow-angle diffuser head-up display device of the present invention, the narrow-angle diffuser 4 is a narrow-angle diffuser configured by an array of micro concave mirrors. It is a piece.
The micro concave mirror is an arc concave mirror 43, that is, the micro concave mirror array is an arc concave mirror 43 array.
The arc-shaped concave mirror 43 array utilizes the arc-shaped concave mirror 43 condensing principle and designs each arc-shaped concave mirror 43 at a different angle.
If the projection distance is a condensing point exceeding the arc-shaped concave mirror 43, the light beam is dispersed in the opposite direction.
If the positions of the light source, the narrow-angle diffuser 4 and the reflector 5 of the projection module 3 have already been determined, the installation angle and arc-shaped radius of each arc-shaped concave mirror 43 on the narrow-angle diffuser 4 are accurately calculated. Thus, most of the light rays reflected by the arc-shaped concave mirrors 43 can cover the reflecting mirror 5, and the most effective use of the light source can be achieved.
Each arc-shaped concave mirror 43 in the arc-shaped concave mirror array can be polished to a state of reflectivity close to 100%. Therefore, the light utilization rate of the projection module 3 as a whole exceeds 90%, and the light utilization rate of the wide-angle diffuser is an order of magnitude. Compared to the only one, it is possible to achieve a performance more than tens of times.
Therefore, the narrow-angle diffuser head-up display device of the present invention is the highest performance projector diffuser.

マイクロ凹面鏡は、弧状凹面鏡４３で、弧状凹面鏡４３により構成される配列の長所は、鏡面反射時の光線吸収率を最低にまで低下させられる。
もう一つの長所は、反射光線拡散された範囲を制限することで、反射光線は反射鏡５上に、充分に集中して投射される。
特にマイクロ凹面鏡は、弧状凹面鏡４３で、弧状凹面鏡４３により構成される配列であるため、その拡散範囲は、反射鏡５の範囲にほぼ等しく、プロジェクションモジュール３が出力する画像光源Ｌは、充分に利用される。 The micro concave mirror is an arc-shaped concave mirror 43, and the advantage of the arrangement formed by the arc-shaped concave mirror 43 is that the light absorptance at the time of specular reflection is reduced to the minimum.
Another advantage is that the range in which the reflected light is diffused is limited so that the reflected light is projected onto the reflecting mirror 5 in a sufficiently concentrated manner.
In particular, since the micro concave mirror is an arc concave mirror 43 and is an array constituted by the arc concave mirror 43, its diffusion range is substantially equal to the range of the reflective mirror 5, and the image light source L output from the projection module 3 is sufficiently utilized. Is done.

ＡＲ ＨＵＤ （ａｕｇｍｅｎｔｅｄ ｒｅａｌｉｔｙ ＨＵＤ） では、虚像は地面とできるだけ平行に密着することが必要で、これにより、ナビゲーション矢印虚像は前方道路上に貼り付く。
ＴＦＴ或いは従来のプロジェクター拡散片などの一般の実像平面は、平面に垂直な輝度が最大で、垂直線との角度が大きくなればなるほど輝度は低くなり、虚像と運転視線は垂直でなく、画像輝度を犠牲にしてしまう。
図７に示す通り、本考案の狭隅角拡散片ヘッドアップディスプレイデバイスの第五実施形態において、マイクロ凹面鏡４４の配列中のすべてのマイクロ凹面鏡４４と狭隅角拡散片４とは、斜角θを形成する。
これにより、拡散片とＨＵＤの光軸とはθ＋ａの角度（ａは角度の設定差値を表す）を形成する。
これにより、ＨＵＤの虚像と運転視角とはθ＋ａの角度を形成し、地面とさらに平行に密着し、虚像と実像のフィット効果を達成できる。 In AR HUD (augmented reality HUD), the virtual image needs to be in close contact with the ground as much as possible, and the navigation arrow virtual image sticks on the road ahead.
A general real image plane such as a TFT or a conventional projector diffuser has a maximum brightness perpendicular to the plane, and the brightness becomes lower as the angle with the vertical line increases, and the virtual image and the driving line of sight are not vertical. Will be sacrificed.
As shown in FIG. 7, in the fifth embodiment of the narrow-angle diffuser head-up display device of the present invention, all the micro-concave mirrors 44 and the narrow-angle diffusers 4 in the array of micro-concave mirrors 44 have an oblique angle θ. Form.
Thereby, the diffusion piece and the optical axis of the HUD form an angle of θ + a (a represents a set difference value of the angle).
As a result, the virtual image of the HUD and the driving viewing angle form an angle of θ + a, and are further in close contact with the ground, thereby achieving a fitting effect between the virtual image and the real image.

ＡＲ ＨＵＤ （ａｕｇｍｅｎｔｅｄ ｒｅａｌｉｔｙ ＨＵＤ）では、虚像は地面とできるだけ平行に密着することが必要で、これによりナビゲーション矢印虚像は前方道路上に貼り付くが、一般のインフォメーションは、やはりできるだけ運転視角に垂直なエリアが、比較読み易いエリアである。
理想のＨＵＤは、好ましくは異なる応用に基づき、異なる表示角度の虚像を有する。
図８に示す通り、本考案の狭隅角拡散片ヘッドアップディスプレイデバイスの第六実施形態において、狭隅角拡散片４は、曲面或いは屈折を有する平面で、画像を屈折させることができる。
これにより、虚像６は立体を結像し、狭隅角拡散片ヘッドアップディスプレイデバイスの表示内容は、符号矢印６１と文字６２を含む。
符号矢印６１は、地面とできるだけ水平に平行である必要があり、画像は比較的水平に近くなければならないが、文字６２は、やはり垂直が読みやすいため、文字部分はできるだけ垂直とする。 In AR HUD (Augmented Reality HUD), the virtual image needs to be in close contact with the ground as much as possible, so that the navigation arrow virtual image sticks on the road ahead, but general information is still as perpendicular to the driving viewing angle as possible. However, this is an area that is easy to compare and read.
An ideal HUD has virtual images with different display angles, preferably based on different applications.
As shown in FIG. 8, in the sixth embodiment of the narrow-angle diffuser head-up display device of the present invention, the narrow-angle diffuser 4 is a curved surface or a plane having refraction, and can refract an image.
Thereby, the virtual image 6 forms a solid, and the display content of the narrow-angle diffusion piece head-up display device includes a sign arrow 61 and a character 62.
The sign arrow 61 needs to be as parallel as possible to the ground as much as possible, and the image should be relatively close to the horizontal, but since the character 62 is still easy to read, the character portion is as vertical as possible.

本考案の狭隅角拡散片ヘッドアップディスプレイデバイスは、以上の各実施形態の実施により、狭隅角拡散片４のマイクロ凹面鏡の配列を利用し、最も理想的な狭隅角拡散片４を提供する。
拡散された反射光範囲は、ＨＵＤの凹面鏡をだいたい覆うことができればそれでよく、余分な無駄遣いをして、広視野角のプロジェクションモジュール（或いはプロジェクター）を使用する必要はなく、これにより、ＨＵＤヘッドアップディスプレイデバイスの使用制限を克服する。
本考案によるこの種の理想の狭隅角拡散片４は、マイクロ凹面鏡の配列により構成される反射式拡散片を利用し、本考案を用いることで、プロジェクターがＨＵＤ凹面鏡に結像する輝度を数十倍、さらには百倍にまで高めることができる。
即ち本考案は、プロジェクターＨＵＤの輝度問題を効果的に解決でき、最適化された視覚効果を提供可能なヘッドアップディスプレイデバイスで、これにより走行の安全性を高めることができる。 The narrow-angle diffuser head-up display device of the present invention provides the most ideal narrow-angle diffuser 4 by utilizing the arrangement of the micro concave mirrors of the narrow-angle diffuser 4 by implementing the above embodiments. To do.
The diffuse reflected light range need only be able to cover the concave mirror of the HUD, and there is no need to use a projection module (or projector) with a wide viewing angle, which is an extra waste, and thus the HUD head up Overcome display device usage limitations.
The ideal narrow-angle diffusing piece 4 of this type according to the present invention uses a reflective diffusing piece constituted by an array of micro concave mirrors. By using the present invention, the projector forms a number of luminances that are imaged on the HUD concave mirror. It can be increased to 10 times or even 100 times.
In other words, the present invention is a head-up display device that can effectively solve the luminance problem of the projector HUD and can provide an optimized visual effect, thereby improving driving safety.

上記を総合すると、本考案の狭隅角拡散片ヘッドアップディスプレイデバイスは、マイクロ凹面鏡の配列により構成される狭隅角拡散片を利用し、従来の構造に存在する視覚問題を解決し、しかもそれが用いる技術手段は、従来の技術には見られないため、本考案は実用新案の新規性及び進歩性の要件を有する。   In summary, the narrow-angle diffusing piece head-up display device of the present invention uses a narrow-angle diffusing piece constituted by an array of micro concave mirrors, and solves the visual problem existing in the conventional structure. Since the technical means used by is not found in the prior art, the present invention has requirements for novelty and inventive step of utility models.

１ プロジェクター
２ 鏡面反射鏡
２１ 反射平面
２２ マット平面
Ｅ 目
３ プロジェクションモジュール
４ 狭隅角拡散片
４１ 直角錐型凹面鏡
４２ 円球形凹面鏡
４３ 弧状凹面鏡
４４ マイクロ凹面鏡
５ 反射鏡
６ 虚像
６１ 符号矢印
６２ 文字
Ｄ 反射範囲
Ｌ 画像光源
θ 斜角 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Projector 2 Mirror reflection mirror 21 Reflection plane 22 Matte plane E Eye 3 Projection module 4 Narrow-angle diffuser piece 41 Right-angled pyramid concave mirror 42 Circular concave mirror 43 Arc concave mirror 44 Micro concave mirror 5 Reflective mirror 6 Virtual image 61 Sign arrow 62 Character D Reflection Range L Image light source θ Oblique angle

Claims (10)

狭隅角拡散片ヘッドアップディスプレイデバイスであって、プロジェクションモジュール、狭隅角拡散片、反射鏡を有し、
前記プロジェクションモジュールは、画像光源を投射し、
前記狭隅角拡散片は、マイクロ凹面鏡の配列で、前記画像光源は、前記狭隅角拡散片に投射され、
前記狭隅角拡散片は、前記画像光源を前記反射鏡へと反射し、
前記プロジェクションモジュールは、前記反射鏡の同一側に位置し、前記狭隅角拡散片は、前記プロジェクションモジュールと前記反射鏡に対面することを特徴とする狭隅角拡散片ヘッドアップディスプレイデバイス。 Narrow-angle diffuser head-up display device, having a projection module, narrow-angle diffuser, reflector
The projection module projects an image light source,
The narrow-angle diffuser is an array of micro concave mirrors, and the image light source is projected onto the narrow-angle diffuser,
The narrow-angle diffuser reflects the image light source to the reflecting mirror,
The narrow-angle diffuser head-up display device, wherein the projection module is located on the same side of the reflector, and the narrow-angle diffuser faces the projection module and the reflector. 前記マイクロ凹面鏡の配列は、横長アレイ配列であることを特徴とする請求項１に記載の狭隅角拡散片ヘッドアップディスプレイデバイス。   The narrow-angle diffusing piece head-up display device according to claim 1, wherein the array of the micro concave mirrors is a horizontally long array array. 前記マイクロ凹面鏡は、直角錐型凹面鏡で、
前記プロジェクションモジュールは、前記反射鏡付近に位置することを特徴とする請求項１に記載の狭隅角拡散片ヘッドアップディスプレイデバイス。 The micro concave mirror is a right pyramid concave mirror,
The narrow-angle diffusing piece head-up display device according to claim 1, wherein the projection module is located in the vicinity of the reflecting mirror. 前記マイクロ凹片鏡は、円球形凹面鏡で、
前記プロジェクションモジュールは、前記反射鏡付近に位置することを特徴とする請求項１に記載の狭隅角拡散片ヘッドアップディスプレイデバイス。 The micro concave mirror is a spherical concave mirror,
The narrow-angle diffusing piece head-up display device according to claim 1, wherein the projection module is located in the vicinity of the reflecting mirror. 前記マイクロ凹面鏡は、弧状凹面鏡であることを特徴とする請求項１に記載の狭隅角拡散片ヘッドアップディスプレイデバイス。   The narrow-angle diffuser head-up display device according to claim 1, wherein the micro concave mirror is an arc concave mirror. 前記マイクロ凹面鏡の配列中のすべてのマイクロ凹面鏡と前記狭隅角拡散片は、斜角を形成することを特徴とする請求項１に記載の狭隅角拡散片ヘッドアップディスプレイデバイス。   The narrow-angle diffuser head-up display device according to claim 1, wherein all the micro-concave mirrors and the narrow-angle diffuser in the array of micro-concave mirrors form an oblique angle. 前記マイクロ凹面鏡の配列中のすべてのマイクロ凹面鏡は、それぞれ異なる角度を有することを特徴とする請求項１に記載の狭隅角拡散片ヘッドアップディスプレイデバイス。   The narrow-angle diffuser head-up display device according to claim 1, wherein all the micro concave mirrors in the array of micro concave mirrors have different angles. 前記狭隅角拡散片は、少なくとも１個の屈折を有する平面であることを特徴とする請求項１に記載の狭隅角拡散片ヘッドアップディスプレイデバイス。   The narrow-angle diffuser head-up display device according to claim 1, wherein the narrow-angle diffuser is a plane having at least one refraction. 前記反射鏡は、凹面鏡であることを特徴とする請求項１に記載の狭隅角拡散片ヘッドアップディスプレイデバイス。   The narrow-angle diffusing piece head-up display device according to claim 1, wherein the reflecting mirror is a concave mirror. 前記狭隅角拡散片は、曲面であることを特徴とする請求項１に記載の狭隅角拡散片ヘッドアップディスプレイデバイス。   The narrow-angle diffuser head-up display device according to claim 1, wherein the narrow-angle diffuser is a curved surface.

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