JP6481785B2 - Head-up display device and lighting unit thereof - Google Patents
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Description
本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置及びその照明ユニットに関する。 The present invention relates to a head-up display device and an illumination unit thereof.
従来、表示器により形成されて拡大光学系により拡大された表示像を移動体の表示部材に投影することにより、当該表示像の虚像を移動体室内のうち視認領域にて視認可能に表示するヘッドアップディスプレイ装置（以下、「ＨＵＤ装置」という）は、広く知られている。 Conventionally, by projecting a display image formed by a display device and enlarged by a magnifying optical system onto a display member of a moving body, a head that displays a virtual image of the display image so as to be visible in a viewing area in the moving body chamber Up-display devices (hereinafter referred to as “HUD devices”) are widely known.
こうしたＨＵＤ装置において、表示器を透過照明して表示像の光を視認領域まで到達させる照明ユニットとしては、例えば特許文献１において開示される如き構造の照明ユニットがある。この照明ユニットには、光源からの放射光を表示器へ向かって集光する複数段の集光レンズとして、初段のコンデンサレンズ、中段のレンチキュラーレンズ及び最後段の集光レンズが設けられている。
In such a HUD device, an illumination unit having a structure as disclosed in, for example,
さて、特許文献１の照明ユニットの如き構造において、複数光源の各々からの光を視認領域に結像させて照明効率を高めるには、拡大光学系を挟んで視認領域と共役な共役位置に、それら各光源を配置する必要がある。ここで、各段の集光レンズとして特許文献１の照明ユニットでは、初段のコンデンサレンズも、中段のレンチキュラーレンズも、それぞれ複数ずつ一体形成されてレンズアレイを構成している。しかし、コンデンサレンズは光源と同数設けられている一方、レンチキュラーレンズは光源よりも多数設けられている。こうした数の違いにより、各光源から表示器での画角中心周辺を通る周辺主光線上には、コンデンサレンズの主点とレンチキュラーレンズの主点とを、共に配置することができない。その結果、視認領域において各光源からの光の結像位置が互いにずれてしまい、当該視認領域において視認される表示像の虚像に輝度ムラを生じるさせることが、判明した。
Now, in the structure such as the illumination unit of
本発明は、以上説明した知見に鑑みてなされたものであって、その目的は、ＨＵＤ装置において表示像の虚像に生じる輝度ムラを低減する照明ユニット、並びにそうした照明ユニットを備えたＨＵＤ装置の提供にある。 The present invention has been made in view of the above-described knowledge, and an object of the present invention is to provide an illumination unit that reduces luminance unevenness generated in a virtual image of a display image in the HUD device, and a HUD device including such an illumination unit. It is in.
まず、開示された第一発明は、表示器（５）により形成されて拡大光学系（６）により拡大された表示像（１０）を移動体（８）の表示部材（８１）に投影することにより、当該表示像の虚像（１０ａ）を移動体の室内のうち視認領域（９１）にて視認可能に表示するヘッドアップディスプレイ装置（１）において、表示器を透過照明して表示像の光を視認領域まで到達させる照明ユニット（２）であって、光を放射する光源（２０）と、光源からの光を表示器へ向かって集光する複数段の集光レンズ（２１，２０２１）とを、一組の照明単位（２６，２０２６）として、所定の基準方向（Ｘ）に並ぶ複数組の当該照明単位を、備え、各組の照明単位は、光源に最も近接して配置される集光レンズとしての初段レンズ（２２）と、光源から最も離間して配置される集光レンズとしての最後段レンズ（２４，２０２４）とを、少なくとも含み、各組の照明単位のうち一組の照明単位である中心照明単位（２６ｃ，２０２６ｃ）において、初段レンズから最後段レンズまでの全段の集光レンズの主点（Ｐｉｃ，Ｐｆｃ）は、表示器の画角中心（Ｏｄ）を通過して視認領域に到達する中心主光線（Ｒｃ）上に配置され且つ光源は、初段レンズの光軸（Ａｉｃ）と位置合わせされることにより、中心主光線上に配置され、各組の照明単位のうち残りの組の照明単位である周辺照明単位（２６ｓ，２０２６ｓ）において、全段の集光レンズの主点（Ｐｉｓ，Ｐｆｓ）は、表示器での画角中心の周辺を通過して視認領域に到達する周辺主光線（Ｒｓ）上に配置され且つ光源は、初段レンズの光軸（Ａｉｓ）から基準方向に偏心することにより、周辺主光線上に配置され、各組の照明単位において、正パワーが最大となる集光レンズは、初段レンズであり、各組の照明単位は、それぞれ二段ずつ設けられる集光レンズとして、最大の正パワーにより光源からの光を集光する初段レンズと、初段レンズを通した光源からの光を集光することにより当該光の結像位置を調整する最後段レンズとを、含み、中心主光線は、表示器の画角中心を通過して視認領域の中心位置（Ｏｖ）に到達するように、定義され、周辺主光線は、表示器での画角中心の周辺を通過して視認領域の中心位置に到達するように、定義され、周辺照明単位において初段レンズの光軸に対して光源が偏心する偏心距離εは、周辺照明単位における初段レンズの焦点距離ｆｉと、周辺照明単位における最後段レンズの焦点距離ｆｆと、周辺照明単位における初段レンズ及び最後段レンズの主平面間距離Ｄと、周辺照明単位において基準方向に並ぶ初段レンズ同士の光軸間距離Δａｉと、周辺照明単位において基準方向に並ぶ最後段レンズ同士の光軸間距離Δａｆと共に、中心照明単位における最後段レンズの主平面及び視認領域間の光学距離Ｌを用いた関係式として、ε＝｛ｆｉ／（Ｄ＋Ｌ−Ｌ・Ｄ／ｆｆ）｝・｛Δａｉ−Ｌ・（Δａｉ−Δａｆ）／ｆｆ｝を成立させることを特徴とする。 First, the disclosed first invention projects the display image (10) formed by the display (5) and enlarged by the magnifying optical system (6) onto the display member (81) of the moving body (8). Thus, in the head-up display device (1) that displays the virtual image (10a) of the display image so as to be visible in the visual recognition area (91) in the room of the moving body, the display image is transmitted and illuminated to emit light of the display image. An illumination unit (2) for reaching a viewing region , comprising: a light source (20) that emits light; and a plurality of condensing lenses (21, 2021) that condense light from the light source toward a display. As a set of illumination units (26, 2026), a plurality of sets of the illumination units arranged in a predetermined reference direction (X) are provided, and each set of illumination units is a condensing element arranged closest to the light source. The first-stage lens (22) as a lens and the light source In the central illumination unit (26c, 2026c) which is at least a last stage lens (24, 2024) as a condensing lens disposed at a distance and is a set of illumination units among the illumination units of each set, the first stage The principal points (Pic, Pfc) of all the condenser lenses from the lens to the last lens are arranged on the central principal ray (Rc) that passes through the center of the field angle (Od) of the display and reaches the viewing area. In addition, the light source is aligned with the optical axis (Aic) of the first-stage lens to be arranged on the central principal ray, and the peripheral illumination unit (26s, 2026s), the principal points (Pis, Pfs) of the condensing lenses in all stages are arranged on the peripheral principal ray (Rs) that passes through the periphery of the center of the angle of view on the display and reaches the viewing area, and the light source Is the optical axis of the first lens By eccentric from ais) in the reference direction, are arranged on the peripheral principal ray in each set of lighting units, condenser lens positive power is maximized is the first stage lens, the illumination unit of each set, respectively As the condensing lens provided in two stages, the first-stage lens that condenses the light from the light source with the maximum positive power and the light image from the light source that has passed through the first-stage lens are adjusted to adjust the imaging position of the light. And the central principal ray is defined to pass through the center of the field of view of the display to reach the center position (Ov) of the viewing area, and the peripheral principal ray is The eccentric distance ε, which is defined so as to pass through the periphery of the center of the angle of view and reach the center position of the viewing area, is decentered with respect to the optical axis of the first-stage lens in the peripheral illumination unit. Focal length fi and The focal length ff of the last lens in the peripheral illumination unit, the distance D between the principal planes of the first lens and the last lens in the peripheral illumination unit, the optical axis distance Δai between the first lenses arranged in the reference direction in the peripheral illumination unit, A relational expression using the optical distance L between the principal plane and the viewing area of the last lens in the central illumination unit as well as the optical axis distance Δaf between the last lenses arranged in the reference direction in the peripheral illumination unit is ε = {fi / (D + L−L · D / ff)} · {Δai−L · (Δai−Δaf) / ff} is satisfied .
この発明によると、基準方向に並ぶ複数組の照明単位は、拡大光学系を挟んで視認領域と共役な共役位置に配置された光源からの光を、それぞれ複数段の集光レンズにより表示器へと向かって集光する。こうした集光構造を実現する各組の照明単位では、光源に最近接の初段レンズ及び同光源から最離間の最後段レンズを少なくとも含んだいずれの段の集光レンズも、複数光源に同数ずつ対応して設けられることになる。 According to the present invention, the plurality of sets of illumination units arranged in the reference direction are arranged such that light from a light source disposed at a conjugate position conjugate with the viewing region with the magnifying optical system interposed therebetween is respectively displayed to the display by a plurality of stages of condensing lenses. Condensed toward. In each set of illumination units that realizes such a condensing structure, the same number of condensing lenses in any stage, including at least the first lens closest to the light source and the last lens farthest from the light source, corresponds to multiple light sources. Will be provided.
ここで第一発明によると、各組の照明単位のうち一組である中心照明単位において、全段の集光レンズの主点が配置される中心主光線上にはさらに、初段レンズの光軸と位置合わせされた光源も、配置される。故に、表示器の画角中心を通過して視認領域に到達する中心主光線上では、中心照明単位の光源からの光が当該視認領域にて結像される。また一方で第一発明によると、各組照明単位のうち残りの組である周辺照明単位において、全段の集光レンズの主点が配置される周辺主光線上にはさらに、初段レンズの光軸から基準方向に偏心した光源も、配置される。故に、表示器での画角中心の周辺を通過して視認領域に到達する周辺主光線上では、周辺照明単位の光源からの光が当該視認領域にて結像される。このとき、周辺照明単位による周辺主光線上での結像位置は、中心照明単位による中心主光線上での上記結像位置に対して、ずれの抑制された位置となる。これによれば、中心主光線上及び周辺主光線上以外においても、各組照明単位による結像位置のずれを抑制できる。したがって、以上の如き特徴を有した照明ユニットによりＨＵＤ装置の視認領域では、表示像の虚像に生じる輝度ムラを、低減し得る。 Here, according to the first invention, in the central illumination unit that is one set of the illumination units of each set, the optical axis of the first-stage lens is further disposed on the central principal ray on which the principal points of all the condenser lenses are arranged. A light source aligned with is also arranged. Therefore, on the central principal ray that passes through the center of the field angle of the display and reaches the viewing area, light from the light source of the central illumination unit is imaged in the viewing area. On the other hand, according to the first invention, in the peripheral illumination unit that is the remaining group among the respective illumination units, the light of the first lens is further provided on the peripheral principal ray on which the principal points of all the condenser lenses are arranged. A light source eccentric from the axis in the reference direction is also arranged. Therefore, on the peripheral principal ray that passes through the periphery of the center of the field of view on the display and reaches the visual recognition area, light from the light source of the peripheral illumination unit is imaged in the visual recognition area. At this time, the image formation position on the peripheral chief ray by the peripheral illumination unit is a position in which a shift is suppressed with respect to the image formation position on the central chief ray by the central illumination unit. According to this, it is possible to suppress the shift of the imaging position by each group illumination unit other than on the central principal ray and the peripheral principal ray. Therefore, the luminance unevenness generated in the virtual image of the display image can be reduced in the viewing area of the HUD device by the illumination unit having the above-described characteristics.
次に、開示された第二発明は、表示器（５）により形成されて拡大光学系（６）により拡大された表示像（１０）を移動体（８）の表示部材（８１）に投影することにより、当該表示像の虚像（１０ａ）を移動体の室内のうち視認領域（９１）にて視認可能に表示するＨＵＤ装置（１）であって、第一発明の照明ユニット（２）と共に、表示器及び拡大光学系が設けられることを特徴とする。 Next, the disclosed second invention projects the display image (10) formed by the display (5) and enlarged by the magnifying optical system (6) onto the display member (81) of the moving body (8). By this, it is a HUD device (1) which displays the virtual image (10a) of the display image so that it can be visually recognized in the visual recognition area (91) in the room of the moving object, together with the illumination unit (2) of the first invention, A display and a magnifying optical system are provided.
かかる第二発明のＨＵＤ装置によれば、第一発明の上記特徴を少なくとも有した照明ユニットにより、視認領域において表示像の虚像に生じる輝度ムラを、低減し得るのである。 According to the HUD device of the second invention, it is possible to reduce the luminance unevenness generated in the virtual image of the display image in the visual recognition area by the illumination unit having at least the above-mentioned features of the first invention.
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合せることができる。 Hereinafter, a plurality of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the overlapping description may be abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol to the corresponding component in each embodiment. When only a part of the configuration is described in each embodiment, the configuration of the other embodiment described above can be applied to the other part of the configuration. In addition, not only combinations of configurations explicitly described in the description of each embodiment, but also the configurations of a plurality of embodiments can be partially combined even if they are not explicitly specified unless there is a problem with the combination. .
（第一実施形態）
図１に示すように、本発明の第一実施形態によるＨＵＤ装置１は、「移動体」としての車両８に搭載されて、インストルメントパネル８０内に収容されている。ＨＵＤ装置１は、車両８の「表示部材」であるウインドシールド８１へ表示像１０を投影する。その結果、車両８の室内では、ウインドシールド８１により反射した表示像１０の光が視認者９のアイポイント９０に到達する。視認者９は、アイポイント９０への到達光を知覚することにより、ウインドシールド８１の前方に表示像１０の虚像１０ａを視認する。このとき虚像１０ａの視認は、アイポイント９０が車両８の室内のうち視認領域９１に位置する場合に、限られる。換言すれば、アイポイント９０が視認領域９１から外れている場合には、視認者９による虚像１０ａの視認が困難となる。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the
ＨＵＤ装置１には、照明ユニット２と共に、表示器５、拡大光学系６及び表示制御ユニット７が設けられている。
In addition to the
照明ユニット２は、一つの光源２０及び複数段の集光レンズ２１を一組の照明単位２６として、図２，３に示すように、複数組の照明単位２６を備えている。ここで、本実施形態において三組の照明単位２６は、それぞれ二段ずつ設けられる集光レンズ２１として、同一組の光源２０に最も近接して配置の初段レンズ２２と、同一組の光源２０から最も離間して配置の最後段レンズ２４とを、含んでいる。したがって、照明ユニット２において光源２０と初段レンズ２２と最後段レンズ２４とは、互いに同数となる三つずつ、それぞれ設けられている。
The
各組の照明単位（以下、「各組照明単位」と略記する）２６をなす光源２０はそれぞれ、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）等の点状発光源からなり、拡大光学系６を挟んで視認領域９１と共役な共役位置Ｐｌ（図１参照）に配置される。各組照明単位２６において光源２０は、通電に従って発光することにより、例えば白色等の光を放射する。
Each of the
各組照明単位２６をなす初段レンズ２２同士は、例えば樹脂又はガラス等の透光性材料により一体形成されることにより、全体として長方形板状の初段レンズアレイ２２ａを構成している。各組照明単位２６において初段レンズ２２は、同一組の集光レンズ２１の中で最大の正パワーを与えられた初段レンズ面２２０を有することにより、同一組の光源２０から放射された光の一部を集光する。
The first-
各組照明単位２６をなす最後段レンズ２４同士は、例えば樹脂又はガラス等の透光性材料により一体形成されることにより、全体として長方形板状の最後段レンズアレイ２４ａを構成している。各組照明単位２６において最後段レンズ２４は、同一組の初段レンズ２２よりも小さな正パワーを与えられた最後段レンズ面２４０を有することにより、当該初段レンズ２２を通した光源２０からの光を集光する。かかる集光機能により、各組照明単位２６の光源２０からの光は、図１に示す表示器５及び拡大光学系６を経て、視認領域９１に結像される。このとき各組照明単位２６の最後段レンズ２４は、同一組の光源２０からの光に対して、視認領域９１での結像位置を調整することになる。
The last-stage lenses 24 constituting each
表示器５は、例えばドットマトリクス型ＴＦＴ液晶パネル等の画像表示パネルであり、最後段レンズアレイ２４ａ（図２参照）に対応した長方形の画面５０を有している。表示器５は、画面５０を構成する複数画素の駆動により、表示像１０としてのモノクロ画像又はカラー画像を当該画面５０上に形成する。表示器５において画面５０は、最後段レンズ２４により集光した光を各組照明単位２６から受けることにより、透過照明される。ここで画面５０では、各組照明単位２６からの光による照明対象エリアが互いにずらされることにより、当該画面５０の全域という広い面積に対しての照明が可能となっている。こうした照明を受けて表示器５は、画面５０上の表示像１０を発光表示させる。尚、表示像１０は、例えば車両８の走行速度や進行方向、ウォーニング等の車両関連情報を表示する光像として、発光表示される。
The
拡大光学系６は、単一の凹面鏡６０を主体として、構成されている。凹面鏡６０は、例えば樹脂又はガラス等の基材にアルミニウム等の金属反射膜を蒸着させてなり、反射面６０ａを形成している。凹面鏡６０は、表示器５の画面５０から入射する光を反射面６０ａにより反射する反射機能を有しており、当該機能により反射させた光をウインドシールド８１側へと導光する。かかる導光によりウインドシールド８１には、画面５０上の表示像１０が拡大して投影されることにより、車両８の室内のうち視認領域９１では、視認者９により視認可能に当該表示像１０の虚像１０ａが表示される。したがって、視認領域９１は、凹面鏡６０の仕様及び姿勢によって決まる領域となる。尚、凹面鏡６０の姿勢については、可変とすることにより視認領域９１の移動を許容してもよいし、固定とすることにより視認領域９１の位置を不変としてもよい。また、拡大光学系６としては、複数の凹面鏡６０を有するものであってもよいし、凹面鏡６０以外の反射鏡又はレンズを有するものであってもよい。
The magnifying optical system 6 is mainly composed of a single
表示制御ユニット７は、例えばマイクロコンピュータ等の電子回路であり、各組照明単位２６の光源２０と表示器５とに電気接続されている。さらに表示制御ユニット７は、車両８のうち例えば他の制御ユニット及び各種センサ等と通信可能に接続されている。表示制御ユニット７は、各組照明単位２６の光源２０に対する通電を車両関連情報に応じて制御することにより、それらの光源２０を発光させる。それと共に表示制御ユニット７は、画面５０の構成画素の駆動を車両関連情報に応じて制御することにより、画面５０上での表示像１０の表示、ひいては視認者９への虚像１０ａの表示を実現する。
The display control unit 7 is an electronic circuit such as a microcomputer, for example, and is electrically connected to the
（照明ユニットの詳細構成）
次に、第一実施形態による各組照明単位２６の構造を、さらに詳細に説明する。
(Detailed configuration of lighting unit)
Next, the structure of each
図２，３に示すように各組照明単位２６は、所定の基準方向Ｘに並んでいる。ここで基準方向Ｘは、画面５０（図１参照）の長手方向に対応した各レンズアレイ２２ａ，２４ａの長手方向と実質一致している。また、基準方向Ｘに対する直交方向Ｙは、画面５０の短手方向に対応した各レンズアレイ２２ａ，２４ａの短手方向と実質一致している。
As shown in FIGS. 2 and 3, each
各組照明単位２６の光源２０は、基準方向Ｘに互いに離間して並んでいる。各組照明単位２６をなす光源２０同士では、基準方向Ｘにおける中心間距離としてのピッチΔｓが一定値に設定されている。
The
図３に示すように、初段レンズアレイ２２ａにおいて入射面２２ｂは、各組照明単位２６の光源２０と所定距離をあけて対向するように、平面状に形成されている。初段レンズアレイ２２ａにおいて出射面２２ｃは、各組照明単位２６の初段レンズ２２を構成するように基準方向Ｘに並んだ初段レンズ面２２０を、それぞれ形成している。このように、各組照明単位２６の初段レンズ面２２０が同一組の光源２０に対して反対側の出射面２２ｃに形成されることにより、当該光源２０からの光に対して収差の低減が可能となっている。
As shown in FIG. 3, in the first
初段レンズ面２２０をそれぞれ有して基準方向Ｘに並ぶ各組照明単位２６の初段レンズ２２同士では、光源２０同士のピッチΔｓよりも、当該方向Ｘにおける光軸間距離Δａｉが大きく設定されている。また、各組照明単位２６において初段レンズ面２２０の主平面２２４は、光軸Ａｉｃ又はＡｉｓ上の頂点に位置する主点Ｐｉｃ又はＰｉｓを含むように、定義される。これにより各組照明単位２６では、初段レンズ２２がその光軸Ａｉｃ又はＡｉｓに沿った一定の間隔Ｇｌを、主平面２２４と光源２０との間に確保している。
In the first-
各組照明単位２６の初段レンズ面２２０は、本実施形態では、シリンドリカル型（図２参照）の凸レンズ面状に形成されている。これにより各組照明単位２６の初段レンズ面２２０は、互いに同一のレンズプロファイルとして、それぞれの定める光軸Ａｉｃ又はＡｉｓを基準方向Ｘに挟んで線対称形となるプロファイルを、有している。それと共に各組照明単位２６の初段レンズ面２２０は、基準方向Ｘに沿う縦断面では、それぞれの定める光軸Ａｉｃ又はＡｉｓを挟んだ両側にて少なくとも一階微分且つ二階微分が可能となるように、所定の有効径φｉ及び曲率Ｃｉを有している。こうした初段レンズ面２２０の有効径φｉ及び曲率Ｃｉに応じて各組照明単位２６では、初段レンズ２２の焦点距離ｆｉが正の値に設定されている。尚、初段レンズ面２２０については、二階微分まで可能であってもよいし、三階以上の階数での微分まで可能であってもよい。
In the present embodiment, the
最後段レンズアレイ２４ａは、レンズフレーム２８を介して初段レンズアレイ２２ａと組み合わされている。最後段レンズアレイ２４ａにおいて入射面２４ｂは、初段レンズアレイ２２ａの出射面２２ｃと所定距離をあけて対向するように、平面状に形成されている。最後段レンズアレイ２４ａにおいて出射面２４ｃは、各組照明単位２６の最後段レンズ２４を構成するように基準方向Ｘに並んだ最後段レンズ面２４０を、それぞれ形成している。
The
最後段レンズ面２４０をそれぞれ有して基準方向Ｘに並ぶ各組照明単位２６の最後段レンズ２４同士では、初段レンズ２２同士の光軸間距離Δａｉ及び光源２０同士のピッチΔｓよりも、当該方向Ｘにおける光軸間距離Δａｆが大きく設定されている。また、各組照明単位２６において最後段レンズ面２４０の主平面２４４は、光軸Ａｆｃ又はＡｆｓ上の頂点に位置する主点Ｐｆｃ又はＰｆｓを含むように、定義される。これにより各組照明単位２６では、最後段レンズ２４がその光軸Ａｆｃ又はＡｆｓに沿った一定の主平面間距離Ｄを、主平面２４４，２２４間に確保している。
In the last-stage lenses 24 of each
各組照明単位２６の最後段レンズ面２４０がそれぞれ主点Ｐｆｃ又はＰｆｓを通るよう
各組照明単位２６の最後段レンズ面２４０は、本実施形態では、シリンドリカル型（図２参照）の凸レンズ面状に形成されている。これにより各組照明単位２６の最後段レンズ面２４０は、互いに同一のレンズプロファイルとして、それぞれの定める光軸Ａｆｃ又はＡｆｓを基準方向Ｘに挟んで線対称形となるプロファイルを、有している。それと共に各組照明単位２６の最後段レンズ面２４０は、基準方向Ｘに沿う縦断面では、それぞれの定める光軸Ａｆｃ又はＡｆｓを挟んだ両側にて少なくとも一階微分且つ二階微分が可能となるように、所定の有効径φｆ及び曲率Ｃｆを有している。尚、最後段レンズ面２４０については、二階微分まで可能であってもよいし、三階以上の階数での微分まで可能であってもよい。
The
ここで、各組照明単位２６において最後段レンズ面２４０の有効径φｆは、初段レンズ面２２０の有効径φｉよりも大きく設定されている。それと共に、各組照明単位２６において最後段レンズ面２４０の曲率Ｃｆは、初段レンズ面２２０の曲率Ｃｉよりも小さく設定されている。こうした最後段レンズ面２４０の有効径φｆ及び曲率Ｃｆにより各組照明単位２６では、初段レンズ２２よりも小さな正パワーが最後段レンズ２４に与えられるため、当該初段レンズ２２の正パワーが最大となっている。また、最後段レンズ面２４０の有効径φｆ及び曲率Ｃｆに応じて各組照明単位２６では、初段レンズ２２の焦点距離ｆｉよりも大きな正の値に、最後段レンズ２４の焦点距離ｆｆが設定されている。
Here, in each
以上の各組照明単位２６において、初段レンズ２２から最後段レンズ２４まで全段の集光レンズ２１を合成した合成レンズの焦点として、合成焦点Ｐｃを想定する。かかる想定下、初段レンズ２２の主平面２２４が光軸Ａｉｃ又はＡｉｓに沿って合成焦点Ｐｃとの間にあける間隔Ｇｃは、式１により表される。ここで各組照明単位２６では、式１の右辺は０より大きい必要があることから、式２が成立している。さらに各組照明単位２６では、先述の拡大光学系６を挟んだ視認領域９１との共役位置Ｐｌに光源２０を位置合わせさせるため、式１により表される間隔Ｇｃを用いた式３が成立している。即ち各組照明単位２６では、初段レンズ２２の主平面２２４が光源２０との間にあける間隔Ｇｌは、同主平面２２４が合成焦点Ｐｃとの間にあける間隔Ｇｃ以下に、設定されているのである。
Ｇｃ＝（ｆｆ−Ｄ）／｛１＋（ｆｆ−Ｄ）／ｆｉ｝ …（式１）
ｆｆ−Ｄ＞０ …（式２）
Ｇｌ≦Ｇｃ …（式３）
In each
Gc = (ff−D) / {1+ (ff−D) / fi} (Expression 1)
ff−D> 0 (Formula 2)
Gl ≦ Gc (Formula 3)
さらに、図３，４に示す各組照明単位２６のうち一組は、全段の集光レンズ２１の主点、即ち初段レンズ２２の主点Ｐｉｃ及び最後段レンズ２４の主点Ｐｆｃがいずれも中心主光線Ｒｃ上に配置されることにより、中心照明単位２６ｃを構成している。ここで、図４に示すように中心主光線Ｒｃは、表示器５の画面５０において画角中心Ｏｄを通過すると共に、当該画角中心Ｏｄから視認領域９１の中心位置Ｏｖへと到達するように、定義される。そこで中心照明単位２６ｃでは、光源２０からの光が中心主光線Ｒｃ上にて視認領域９１の中心位置Ｏｖに結像されるように、当該光源２０が図３の如く初段レンズ２２の光軸Ａｉｃと位置合わせされて中心主光線Ｒｃ上に配置されている。かかる配置状態の中心照明単位２６ｃでは、最後段レンズ２４の光軸Ａｆｃについても、初段レンズ２２の光軸Ａｉｃと位置合わせされることになる。
3 and 4, one set includes the principal points of the
これに対して、図３，４に示す各組照明単位２６のうち残りの組は、全段の集光レンズ２１の主点、即ち初段レンズ２２の主点Ｐｉｓ及び最後段レンズ２４の主点Ｐｆｓがいずれも周辺主光線Ｒｓ上に配置されることにより、周辺照明単位２６ｓを構成している。ここで、図４に示すように周辺主光線Ｒｓは、表示器５の画面５０において画角中心Ｏｄの周辺を通過すると共に、当該周辺から視認領域９１の中心位置Ｏｖへと到達するように、定義される。そこで周辺照明単位２６ｓでは、光源２０からの光が周辺主光線Ｒｓ上にて視認領域９１の中心位置Ｏｖに結像されるように、当該光源２０が図３の如く初段レンズ２２の光軸Ａｉｓから基準方向Ｘに偏心させられて周辺主光線Ｒｓ上に配置されている。
On the other hand, the remaining pairs of the
かかる配置状態の全組の周辺照明単位２６ｓについて、初段レンズ２２の光軸Ａｉｓに対して光源２０が偏心する偏心距離εは、同一組の周辺照明単位２６ｓでの各距離ｆｉ，ｆｆ，Ｄ，Δａｉ，Δａｆと共に、所定の光学距離Ｌを用いた関係式として、近軸光線理論に従う式４を成立させる。ここで、図４に示すように光学距離Ｌは、中心照明単位２６ｃにおける最後段レンズ２４の主平面２４４と視認領域９１との間に、定義される。また、こうして式４を満たす全組の周辺照明単位２６ｓでは、初段レンズ２２の光軸Ａｉｓに対して最後段レンズ２４の光軸Ａｆｓは、基準方向Ｘのうち光源２０とは相反方向に偏心している。
ε＝｛ｆｉ／（Ｄ＋Ｌ−Ｌ・Ｄ／ｆｆ）｝・｛Δａｉ−Ｌ・（Δａｉ−Δａｆ）／ｆｆ｝ …（式４）
The eccentric distance ε at which the
ε = {fi / (D + L−L · D / ff)} · {Δai−L · (Δai−Δaf) / ff} (Expression 4)
（作用効果）
ここまで説明した第一実施形態の作用効果を、以下に説明する。
(Function and effect)
The operational effects of the first embodiment described so far will be described below.
第一実施形態によると、基準方向Ｘに並ぶ各組照明単位２６は、拡大光学系６を挟んで視認領域９１と共役な共役位置Ｐｌに配置される光源２０からの光を、それぞれ複数段の集光レンズ２１により表示器５へと向かって集光する。こうした集光構造を各組照明単位２６により実現する照明ユニット２では、光源２０に最近接の初段レンズ２２及び同光源２０から最離間の最後段レンズ２４を含んだいずれの段の集光レンズ２１も、複数光源２０に同数ずつ対応して設けられることになる。
According to the first embodiment, each set of
ここで第一実施形態によると、各組照明単位２６のうち一組である中心照明単位２６ｃにおいて、全段の集光レンズ２１の主点Ｐｉｃ，Ｐｆｃが配置される中心主光線Ｒｃ上にはさらに、初段レンズ２２の光軸Ａｉｃと位置合わせされた光源２０も、配置される。故に、表示器５の画角中心Ｏｄを通過して視認領域９１に到達する中心主光線Ｒｃ上では、中心照明単位２６ｃの光源２０からの光が当該視認領域９１にて結像される。また一方で、各組照明単位２６のうち残りの組である周辺照明単位２６ｓにおいて、全段の集光レンズ２１の主点Ｐｉｓ，Ｐｆｓが配置される周辺主光線Ｒｓ上にはさらに、初段レンズ２２の光軸Ａｉｓから基準方向Ｘに偏心した光源２０も、配置される。故に、表示器５での画角中心Ｏｄの周辺を通過して視認領域９１に到達する周辺主光線Ｒｓ上では、周辺照明単位２６ｓの光源２０からの光が当該視認領域９１にて結像される。このとき、周辺照明単位２６ｓによる周辺主光線Ｒｓ上での結像位置は、中心照明単位２６ｃによる中心主光線Ｒｃ上での上記結像位置に対して、ずれの抑制された位置となる。これによれば、中心主光線Ｒｃ上及び周辺主光線Ｒｓ上以外においても、各組照明単位２６による結像位置のずれを抑制できる。
Here, according to the first embodiment, in the central illumination unit 26c, which is one set among the
したがって、第一実施形態のＨＵＤ装置１によれば、以上の如き特徴を有した照明ユニット２により、視認領域９１において表示像１０の虚像１０ａに生じる輝度ムラを、低減し得る。
Therefore, according to the
さて、第一実施形態では特に、表示器５の画角中心Ｏｄを通過して視認領域９１の中心位置Ｏｖに到達する中心主光線Ｒｃ上では、中心照明単位２６ｃの光源２０からの光が当該中心位置Ｏｖに結像され得る。また一方で第一実施形態では、表示器５での画角中心Ｏｄの周辺を通過して視認領域９１の中心位置Ｏｖに到達する周辺主光線Ｒｓ上では、中心照明単位２６ｃの光源２０からの光が当該中心位置Ｏｖに結像され得る。このように、各組照明単位２６による光の結像位置が中心主光線Ｒｃ上及び周辺主光線Ｒｓ上の双方において一致することによれば、それら主光線Ｒｃ，Ｒｓ上以外においても、各組照明単位２６による光の結像位置を一致させることができる。したがって、虚像１０ａに生じる輝度ムラの低減効果が高められ得る。
Now, particularly in the first embodiment, the light from the
また、第一実施形態によると、各組照明単位２６において初段レンズ２２の主平面２２４が光源２０との間にあける間隔Ｇｌは、全段の集光レンズ２１を合成した合成レンズの合成焦点Ｐｃとの間に、同主平面２２４があける間隔Ｇｃ以下となる。ここで各組照明単位２６では、上述の如くいずれの段の集光レンズ２１も、複数光源２０に同数ずつ対応して設けられる。故に、全段の集光レンズ２１の有効径φｉ，φｆ及び焦点距離ｆｉ，ｆｆをそれぞれ小さくして、それら全段の合成焦点Ｐｃと主平面２２４との間隔Ｇｃも小さくできる。これによれば、合成焦点Ｐｃ及び主平面２２４の間隔Ｇｃが小さくなるのに応じて、光源２０及び主平面２２４の間隔Ｇｌも小さくなる。したがって、照明ユニット２の体格を小型化しながらも、各光源２０からの光を視認領域９１に結像させて照明効率を高め得ると共に、当該高い照明効率により輝度増大する虚像１０ａでは特に認識され易くなる輝度ムラを、低減し得る。
Further, according to the first embodiment, in each
さらに、第一実施形態による各組照明単位２６において、正パワーが最大の集光レンズ２１となる初段レンズ２２は、最近接の光源２０から放射された光のうち可及的に多くの光を、後段の集光レンズ２１となる最後段レンズ２４へと確実に集光できる。これによれば、各組照明単位２６により表示器５へ集光される光量が確保されるので、高い照明効率により輝度増大する虚像１０ａでは特に認識され易くなる輝度ムラを、低減し得る。
Furthermore, in each
またさらに、第一実施形態によると、各組照明単位２６に二段ずつ設けられる集光レンズ２１のうち初段レンズ２２は、最近接光源２０からの放射光のうち可及的に多くの光を、最大の正パワーにより確実に集光できる。また、各組照明単位２６に二段ずつ設けられる集光レンズ２１のうち最後段レンズ２４は、初段レンズ２２を通した光源２０からの光に対する集光機能により当該光の結像位置を調整して、当該光の結像位置が視認領域９１からずれる事態を抑制できる。これらによれば、虚像１０ａの輝度を増大させる高い照明効率の達成に大きく貢献しながらも、当該虚像１０ａの輝度増大により認識され易くなる輝度ムラを、低減し得る。
Furthermore, according to the first embodiment, the
加えて、第一実施形態によると、各組照明単位２６のうち周辺照明単位２６ｓでは、特定の距離ｆｉ，ｆｆ，Ｄ，Δａｉ，Δａｆ，Ｌ，εを用いた関係式として、先述の式４が成立する。これによれば、周辺照明単位２６ｓの光源２０を、初段レンズ２２の光軸Ａｉｓから適正距離εだけ偏心させて周辺主光線Ｒｓ上に正確に配置できる。故に視認領域９１では、虚像１０ａに生じる輝度ムラを、確実に低減し得る。
In addition, according to the first embodiment, the peripheral illumination unit 26s of each
また加えて、第一実施形態において各組照明単位２６の初段レンズ２２同士及び最後段レンズ２４同士は、互いに組み合わされる初段レンズアレイ２２ａ及び最後段レンズアレイ２４ａを、それぞれ構成している。このような初段レンズアレイ２２ａ及び最後段レンズアレイ２４ａによれば、各組照明単位２６において初段レンズ２２及び最後段レンズ２４の中心主光線Ｒｃ上又は周辺主光線Ｒｓ上での相対位置は、それらアレイ組み合わせ時にずれ難い。故に、そうした相対位置のずれに起因して、各光源２０からの光の結像位置が視認領域９１において互いにずれる事態を、抑制し得る。
In addition, in the first embodiment, the first-
（第二実施形態）
図５〜７に示すように本発明の第二実施形態は、第一実施形態の変形例である。第二実施形態による各組照明単位２０２６の二段の集光レンズ２０２１のうち、初段レンズ２２よりも後段側の最後段レンズ２０２４は、第一レンズ面部２２４０と第二レンズ面部２２４１とを交互に複数ずつ配列してなる最後段レンズ面２２４２を、有している。
(Second embodiment)
As shown in FIGS. 5-7, 2nd embodiment of this invention is a modification of 1st embodiment. Of the two-
図７に示すように各組照明単位２０２６の第一レンズ面部２２４０は、複数の第一仮想レンズ面２２４０ａの想定下、それぞれ対応する一つの第一仮想レンズ面２２４０ａから一部分ずつを同図の破線の如く断続的に抽出した形状となるように、形成されている。尚、図７では、照明単位２０２６と同数となる三つの第一仮想レンズ面２２４０ａのうち二つを、代表して示している。
As shown in FIG. 7, the first
ここで各第一仮想レンズ面２２４０ａは、主点Ｐｆｃ又はＰｆｓ（図６参照）を通るように光軸間距離Δａｆを互いにあける光軸Ａｆｃ，Ａｆｓのうち、それぞれ個別に対応するいずれかを第一光軸Ａｆ１として定めるように、仮想的に規定されている。また、第二実施形態において各第一仮想レンズ面２２４０ａは、シリンドリカル型の凸レンズ面状に規定されている。これにより各第一仮想レンズ面２２４０ａは、互いに同一のレンズプロファイルとして、それぞれの定める第一光軸Ａｆ１を基準方向Ｘに挟んで線対称形となるプロファイルを、有している。それと共に各第一仮想レンズ面２２４０ａは、基準方向Ｘに沿う縦断面では、互いに並ぶ第一光軸Ａｆ１と第二光軸Ａｆ２（後に詳述）との間にて少なくとも一階微分且つ二階微分が可能となるように、所定の有効径φｆ１及び曲率Ｃｆ１を有している。尚、各第一仮想レンズ面２２４０ａについては、二階微分まで可能であってもよいし、三階以上の階数での微分まで可能であってもよい。
Here, each of the first
各組照明単位２０２６の第二レンズ面部２２４１は、複数の第二仮想レンズ面２２４１ａの想定下、それぞれ対応する二つの第二仮想レンズ面２２４１ａから一部分ずつを図７の破線の如く断続的に抽出した形状となるように、形成されている。尚、図７では、照明単位２０２６よりも一つ多い四つの第二仮想レンズ面２２４１ａのうち三つを、代表して示している。
The second
ここで各第二仮想レンズ面２２４１ａは、基準方向Ｘにおける第一光軸Ａｆ１，Ａｆ１間の中央位置に第二光軸Ａｆ２を定めるように、仮想的に規定されている。これより、基準方向Ｘにおいて互いに光軸間距離Δａｆをあけて平行にのびる各第二光軸Ａｆ２は、当該方向Ｘの両側をのびる第一光軸Ａｆ１，Ａｆ１に対して、それぞれ当該距離Δａｆの半値分ずつ離間している。即ち各第二光軸Ａｆ２は、基準方向Ｘにおいて両側の第一光軸Ａｆ１，Ａｆ１から、光軸間距離Δａｆの半値をあけて偏心している。
Here, each second
また、第二実施形態において各第二仮想レンズ面２２４１ａは、シリンドリカル型の凸レンズ面状に規定されている。これにより各第二仮想レンズ面２２４１ａは、互いに同一のレンズプロファイルとして、それぞれの定める第二光軸Ａｆ２を基準方向Ｘに挟んで線対称形となるプロファイルを、有している。それと共に各第二仮想レンズ面２２４１ａは、基準方向Ｘに沿う縦断面では、互いに並ぶ第一光軸Ａｆ１と第二光軸Ａｆ２との間にて少なくとも一階微分且つ二階微分が可能となるように、所定の有効径φｆ２及び曲率Ｃｆ２を有している。尚、各第二仮想レンズ面２２４１ａについても、二階微分まで可能であってもよいし、三階以上の階数での微分まで可能であってもよい。
In the second embodiment, each second
さらに、第二実施形態において各第二仮想レンズ面２２４１ａは、各第一仮想レンズ面２２４０ａと同一のレンズプロファイルを有している。これにより、各第二仮想レンズ面２２４１ａの有効径φｆ２は、初段レンズ面２２０の有効径φｉよりも大きい範囲にて、各第一仮想レンズ面２２４０ａの有効径φｆ１と等しく設定されている。それと共に、各第二仮想レンズ面２２４１ａの曲率Ｃｆ２は、初段レンズ面２２０の曲率Ｃｉよりも大きい範囲にて、各第一仮想レンズ面２２４０ａの曲率Ｃｆ１と等しく設定されている。
Furthermore, in the second embodiment, each second
図５〜７に示すように各組照明単位２０２６では、以上の如き第二仮想レンズ面２２４１ａからの第二レンズ面部２２４１の抽出数は、先述した第一仮想レンズ面２２４０ａからの第一レンズ面部２２４０の抽出数に対して、同数となる六つ又八つに設定されている。また図７に示すように、各組照明単位２０２６の基準方向Ｘにおいて、第一仮想レンズ面２２４０ａからの第一レンズ面部２２４０の抽出幅Ｗ１は、第一光軸Ａｆ１に近い第一レンズ面部２２４０ほど広くなっている。一方、各組照明単位２０２６の基準方向Ｘにおいて、第二仮想レンズ面２２４１ａからの第二レンズ面部２２４１の抽出幅Ｗ２は、第二光軸Ａｆ２に近い第二レンズ面部２２４１ほど広くなっている。
As shown in FIGS. 5 to 7, in each
さらに図６，７に示すように、各組照明単位２０２６の第一光軸Ａｆ１上では、第一レンズ面部２２４０同士が線対称に隣接している。一方、各組照明単位２０２６を両側に分けている第二光軸Ａｆ２上では、第二レンズ面部２２４１同士が線対称に隣接している。
Further, as shown in FIGS. 6 and 7, on the first optical axis Af1 of each
以上の如き最後段レンズ２０２４を備える各組照明単位２０２６では、上述した各仮想レンズ面２２４０ａ，２２４１ａの設定により、初段レンズ２２よりも小さな正パワーが最後段レンズ２０２４に与えられている。故に第二実施形態においても、同一組の集光レンズ２０２１の中で初段レンズ２２の正パワーが最大となっている。また、各仮想レンズ面２２４０ａ，２２４１ａの設定により各組照明単位２０２６では、初段レンズ２２の焦点距離ｆｉより大きな正の値となるよう、第一仮想レンズ面２２４０ａの焦点距離が図６の如き最後段レンズ２０２４の焦点距離ｆｆとして設定されている。
In each
このような各組照明単位２０２６において、初段レンズ２２から最後段レンズ２０２４まで全段の集光レンズ２０２１を合成した合成レンズの合成焦点Ｐｃに対して、初段レンズ２２の主平面２２４があける間隔Ｇｃは、第一実施形態と同様、式１により表される。また、各組照明単位２０２６では、第一実施形態と同様、式２，３が成立していることにより、初段レンズ２２の光軸Ａｉｃ，Ａｉｓに沿う方向にて、主平面２２４及び光源２０の間隔Ｇｃが主平面２２４及び合成焦点Ｐｃの間隔Ｇｃ以下となっている。
In each
さらに図６，７に示すように、各組照明単位２０２６のうち主点Ｐｉｃ，Ｐｆｃが中心主光線Ｒｃ上に配置される中心照明単位２０２６ｃでは、第一光軸Ａｆ１及び光源２０が初段レンズ２２の光軸Ａｉｃと位置合わせされて中心主光線Ｒｃ上に配置されている。それと共に、各組照明単位２０２６のうち主点Ｐｉｓ，Ｐｆｓが周辺主光線Ｒｓ上に配置される周辺照明単位２０２６ｓでは、第一光軸Ａｆ１及び光源２０が初段レンズ２２の光軸Ａｉｓから基準方向Ｘの相反方向に偏心して周辺主光線Ｒｓ上に配置されている。故に、第二実施形態の周辺照明単位２０２６ｓについても、その全組にて式４が成立する。したがって、こうした第二実施形態によると、第一実施形態と同様の作用効果の発揮が可能である。
Further, as shown in FIGS. 6 and 7, in the central illumination unit 2026c in which the principal points Pic and Pfc are arranged on the central principal ray Rc in each
加えて、第二実施形態によると、中心照明単位２０２６ｃ及び周辺照明単位２０２６ｓのいずれかである各組照明単位２０２６の最後段レンズ２０２４は、少なくとも二階微分の可能な第一仮想レンズ面２２４０ａから一部分ずつ抽出した形状の第一レンズ面部２２４０を、複数有する。故に中心照明単位２０２６ｃでは、第一仮想レンズ面２２４０ａの第一光軸Ａｆ１と位置合わせされる初段レンズ２２の光軸Ａｉｃ上に配置の光源２０から、初段レンズ２２を通過した光には、各第一レンズ面部２２４０による集光機能を発揮できる。それと共に周辺照明単位２０２６ｓでは、初段レンズ２２の光軸Ａｉｓに対して第一仮想レンズ面２２４０ａの第一光軸Ａｆ１とは相反方向に偏心する光源２０から、初段レンズ２２を通過した光には、各第一レンズ面部２２４０による集光機能を発揮できる。
In addition, according to the second embodiment, the
また加えて、第二実施形態によると、各組照明単位２０２６の最後段レンズ２０２４は、少なくとも一階微分の可能な第二仮想レンズ面２２４１ａから一部分ずつ抽出した形状の第二レンズ面部２２４１として、基準方向Ｘに第一レンズ面部２２４０と交互に配列されるレンズ面部を、複数有する。故に各組照明単位２０２６では、第一光軸Ａｆ１から基準方向Ｘに偏心して第二仮想レンズ面２２４１ａの定める第二光軸Ａｆ２上と、同方向Ｘに並ぶ光軸Ａｆ１，Ａｆ２間とにて、第二レンズ面部２２４１からの出射光を第一レンズ面部２２４０からの出射光に重畳できる。こうした光の重畳機能によれば、各組照明単位２０２６において第一光軸Ａｆ１上から離間した箇所にあっても、出射光の強度が高められることになる。したがって、表示器５のうち各組照明単位２０２６による照明対象エリアのそれぞれにて生じる照明ムラ、ひいては虚像１０ａに生じる輝度ムラを低減し得る。
In addition, according to the second embodiment, the
さらに加えて、第二実施形態によると、仮想レンズ面２２４０ａ，２２４１ａから部分抽出したレンズ面部２２４０，２２４１を配列してなる各最後段レンズ２０２４の採用により、それらレンズ２０２４を可及的に薄く形成できる。これによれば、初段レンズ２２及び最後段レンズ２０２４の主平面間距離Ｄを小さくして、当該距離Ｄに応じて決まる間隔Ｇｃ以下の間隔Ｇｌも小さく設定し得る。故に、照明ユニット２の小型化においては特に有利となる。
In addition, according to the second embodiment, the
（他の実施形態）
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は、それらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。
(Other embodiments)
Although a plurality of embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not construed as being limited to these embodiments, and various embodiments and combinations can be made without departing from the scope of the present invention. Can be applied.
具体的に、第一及び第二実施形態に関する変形例１では、初段レンズアレイ２２ａの出射面２２ｃに代えて又は加えて、同アレイ２２ａの入射面２２ｂに初段レンズ面２２０を形成してもよい。ここで、出射面２２ｃ及び入射面２２ｂにそれぞれ初段レンズ面２２０を形成する場合、それら各面２２ｃ，２２ｂにて異ならせた基準方向毎に光源２０を複数ずつ並べることにより、二次元配列構造を構築してもよい。
Specifically, in
第一及び第二実施形態に関する変形例２では、最後段レンズアレイ２４ａの出射面２４ｃに代えて又は加えて、同アレイ２４ａの入射面２４ｂに最後段レンズ面２４０，２２４２を形成してもよい。ここで、出射面２４ｃ及び入射面２４ｂにそれぞれ最後段レンズ面２４０，２２４２を形成する場合、それら各面２４ｃ，２４ｂにて異ならせた基準方向毎に光源２０を複数ずつ並べることにより、二次元配列構造を構築してもよい。
In the second modification regarding the first and second embodiments, the last lens surfaces 240 and 2242 may be formed on the
第一及び第二実施形態に関する変形例３では、各組照明単位２６，２０２６の集光レンズ２１，２０２１については、初段レンズ２２及び最後段レンズ２４，２０２４を少なくとも含んでいれば、三段以上設けてもよい。例えば変形例３では、集光レンズ２１としての中段レンズを初段レンズ２２と最後段レンズ２４，２０２４との間に配置し、それら全段の合成焦点と初段レンズ２２の主平面２２４との間隔Ｇｃ以下に、光源２０と同主平面２２４との間隔Ｇｌを設定してもよい。尚、この場合も、各組照明単位２６，２０２６の中段レンズを、中段レンズアレイとして一体形成してもよい。
In the third modification related to the first and second embodiments, the condensing
第一及び第二実施形態に関する変形例４では、同一組の中で初段レンズ２２よりも後段側の集光レンズ２１（例えば最後段レンズ２４，２０２４）に、最大の正パワーを与えてもよい。また、第一及び第二実施形態に関する変形例５では、各組照明単位２６，２０２６において初段レンズ２２及び最後段レンズ２４，２０２４を含む全段の集光レンズ２１のうち、少なくとも一段の集光レンズ２１を、互いに別体に形成してもよい。
In Modification 4 regarding the first and second embodiments, the maximum positive power may be given to the condenser lens 21 (for example, the last-stage lenses 24 and 2024) on the rear stage side of the first-
第一及び第二実施形態に関する変形例６では、各組照明単位２６，２０２６にて初段レンズ２２の主平面２２４が光源２０との間にあける間隔Ｇｌを、全段の集光レンズ２１の合成焦点Ｐｃとの間に同主平面２２４があける間隔Ｇｃよりも大きく、設定してもよい。ここで変形例６の場合には、拡大光学系６を挟んで視認領域９１と共役な共役位置Ｐｌに各組照明単位２６の光源２０が配置されるように、例えば凹面鏡６０に凸レンズを組み合わせる等、当該拡大光学系６の構成を適宜変更する。また、変形例６の場合には、初段レンズ２２同士の光軸間距離Δａｉを光源２０同士のピッチΔｓより小さく設定し、最後段レンズ２４同士の光軸間距離Δａｆを初段レンズ２２同士の光軸間距離Δａｉ及び光源２０同士のピッチΔｓより小さく設定してもよい。
In the sixth modification related to the first and second embodiments, the interval Gl between the
第一及び第二実施形態に関する変形例７では、図８に示すように、中心主光線Ｒｃ及び周辺主光線Ｒｓを、誤差の範囲において視認領域９１のうち中心位置Ｏｖの近傍に到達させるように、定義してもよい。ここで変形例７の場合には、式４により表される偏心距離εを、主光線Ｒｃ，Ｒｓと中心位置Ｏｖの誤差に応じた分、僅かに変更する。
In the modified example 7 related to the first and second embodiments, as shown in FIG. 8, the central principal ray Rc and the peripheral principal ray Rs are made to reach the vicinity of the central position Ov in the
第二実施形態に関する変形例８では、第一仮想レンズ面２２４０ａのレンズプロファイルと第二仮想レンズ面２２４１ａのレンズプロファイルとを、相異ならせてもよい。例えば変形例８では、第一仮想レンズ面２２４０ａの曲率Ｃｆ１と第二仮想レンズ面２２４１ａの曲率Ｃｆ２とを相異ならせてもよい。あるいは、図９に示す変形例８のように、第一仮想レンズ面２２４０ａとは相異なるレンズプロファイルとして、基準方向Ｘに対して山形に傾斜することにより、基準方向Ｘに沿う縦断面の光軸Ａｆ１，Ａｆ２間にて一階微分までが可能なプリズムレンズ面状に、第二仮想レンズ面２２４１ａを形成してもよい。
In the
第一及び第二実施形態に関する変形例９では、車両８の「表示部材」として、ウインドシールド８１以外の要素、例えばウインドシールド８１の室内側の面に貼りつけた又はウインドシールド８１とは別体に形成されたコンバイナ等を、採用してもよい。また、第一及び第二実施形態に関する変形例１０では、車両８以外の船舶乃至は飛行機等の「移動体」に搭載されるＨＵＤ装置１の照明ユニット２に、本発明を適用してもよい。
In the modified example 9 relating to the first and second embodiments, as a “display member” of the
１ ＨＵＤ装置、２ 照明ユニット、５ 表示器、６ 拡大光学系、８ 車両、１０ 表示像、１０ａ 虚像、２０ 光源、２１，２０２１ 集光レンズ、２２ 初段レンズ、２２ａ 初段レンズアレイ、２４，２０２４ 最後段レンズ、２４ａ，２０２４ａ 最後段レンズアレイ、２６，２０２６ 照明単位、２６ｃ，２０２６ｃ 中心照明単位、２６ｓ，２０２６ｓ 周辺照明単位、８１ ウインドシールド、９１ 視認領域、２２４，２４４ 主平面、２２４０ 第一レンズ面部、２２４０ａ 第一仮想レンズ面、２２４１ 第二レンズ面部、２２４１ａ 第二仮想レンズ面、Ａｉｃ，Ａｉｓ、Ａｆｃ，Ａｆｓ 光軸、Ａｆ１ 第一光軸、Ａｆ２ 第二光軸、ｆｆ，ｆｉ 焦点距離、Ｇｃ，Ｇｌ 間隔、Ｏｄ 画角中心、Ｏｖ 中心位置、Ｐｃ 合成焦点、Ｐｌ 共役位置、Ｐｆｃ，Ｐｆｓ，Ｐｉｃ，Ｐｉｓ 主点、Ｒｃ 中心主光線、Ｒｓ 周辺主光線、Ｘ 基準方向
1 HUD device, 2 lighting unit, 5 display, 6 magnification optical system, 8 vehicle, 10 display image, 10a virtual image, 20 light source, 21,2021 condenser lens, 22 first stage lens, 22a first stage lens array, 24, 2024 last Stage lens, 24a, 2024a Last stage lens array, 26, 2026 Illumination unit, 26c, 2026c Central illumination unit, 26s, 2026s Peripheral illumination unit, 81 Windshield, 91 Viewing area, 224, 244 Main plane, 2240
Claims (6)
光を放射する光源（２０）と、前記光源からの光を前記表示器へ向かって集光する複数段の集光レンズ（２１，２０２１）とを、一組の照明単位（２６，２０２６）として、所定の基準方向（Ｘ）に並ぶ複数組の当該照明単位を、備え、
各組の前記照明単位は、前記光源に最も近接して配置される前記集光レンズとしての初段レンズ（２２）と、前記光源から最も離間して配置される前記集光レンズとしての最後段レンズ（２４，２０２４）とを、少なくとも含み、
各組の前記照明単位のうち一組の前記照明単位である中心照明単位（２６ｃ，２０２６ｃ）において、前記初段レンズから前記最後段レンズまでの全段の前記集光レンズの主点（Ｐｉｃ，Ｐｆｃ）は、前記表示器の画角中心（Ｏｄ）を通過して前記視認領域に到達する中心主光線（Ｒｃ）上に配置され且つ前記光源は、前記初段レンズの光軸（Ａｉｃ）と位置合わせされることにより、前記中心主光線上に配置され、
各組の前記照明単位のうち残りの組の前記照明単位である周辺照明単位（２６ｓ，２０２６ｓ）において、全段の前記集光レンズの主点（Ｐｉｓ，Ｐｆｓ）は、前記表示器での前記画角中心の周辺を通過して前記視認領域に到達する周辺主光線（Ｒｓ）上に配置され且つ前記光源は、前記初段レンズの光軸（Ａｉｓ）から前記基準方向に偏心することにより、前記周辺主光線上に配置され、
各組の前記照明単位において、正パワーが最大となる前記集光レンズは、前記初段レンズであり、
各組の前記照明単位は、それぞれ二段ずつ設けられる前記集光レンズとして、最大の正パワーにより前記光源からの光を集光する前記初段レンズと、前記初段レンズを通した前記光源からの光を集光することにより当該光の結像位置を調整する前記最後段レンズとを、含み、
前記中心主光線は、前記表示器の前記画角中心を通過して前記視認領域の中心位置（Ｏｖ）に到達するように、定義され、
前記周辺主光線は、前記表示器での前記画角中心の周辺を通過して前記視認領域の前記中心位置に到達するように、定義され、
前記周辺照明単位において前記初段レンズの光軸に対して前記光源が偏心する偏心距離εは、
前記周辺照明単位における前記初段レンズの焦点距離ｆｉと、前記周辺照明単位における前記最後段レンズの焦点距離ｆｆと、前記周辺照明単位における前記初段レンズ及び前記最後段レンズの主平面間距離Ｄと、前記周辺照明単位において前記基準方向に並ぶ前記初段レンズ同士の光軸間距離Δａｉと、前記周辺照明単位において前記基準方向に並ぶ前記最後段レンズ同士の光軸間距離Δａｆと共に、前記中心照明単位における前記最後段レンズの主平面及び前記視認領域間の光学距離Ｌを用いた関係式として、
ε＝｛ｆｉ／（Ｄ＋Ｌ−Ｌ・Ｄ／ｆｆ）｝・｛Δａｉ−Ｌ・（Δａｉ−Δａｆ）／ｆｆ｝を成立させることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置の照明ユニット。 By projecting the display image (10) formed by the display (5) and enlarged by the magnification optical system (6) onto the display member (81) of the moving body (8), a virtual image (10a) of the display image is displayed. In a head-up display device (1) that displays a visible light in a visual recognition area (91) in the room of the mobile body, the illumination is transmitted through the display to allow the light of the display image to reach the visual recognition area. Unit (2),
A light source (20) for emitting light, and a plurality of stages of the condenser lens (21,2021) for condensing light toward the display from the light source, as a set of lighting units (26,2026) A plurality of sets of the illumination units arranged in a predetermined reference direction (X),
The illumination unit of each set includes a first-stage lens (22) as the condensing lens arranged closest to the light source and a last-stage lens as the condensing lens arranged farthest from the light source. (24, 2024) at least,
In the central illumination unit (26c, 2026c), which is one set of the illumination units in each set of illumination units, the principal points (Pic, Pfc) of the condenser lenses in all stages from the first stage lens to the last stage lens ) Is arranged on a central principal ray (Rc) that passes through the center of view angle (Od) of the display and reaches the viewing area, and the light source is aligned with the optical axis (Aic) of the first stage lens. Is arranged on the central chief ray,
In the surrounding illumination units (26s, 2026s) that are the illumination units of the remaining sets among the illumination units of each set, the principal points (Pis, Pfs) of the condenser lenses in all stages are the same as those in the display. The light source is disposed on a peripheral principal ray (Rs) that passes through the periphery of the center of the angle of view and reaches the viewing region, and the light source is decentered in the reference direction from the optical axis (Ais) of the first-stage lens, thereby Placed on the peripheral chief ray ,
In each set of the illumination units, the condenser lens having the maximum positive power is the first stage lens,
The illumination unit of each set includes the first stage lens that condenses light from the light source with the maximum positive power as the condenser lens provided in two stages, and the light from the light source that passes through the first stage lens. The last stage lens for adjusting the imaging position of the light by condensing
The central principal ray is defined to pass through the center of the angle of view of the display and reach the center position (Ov) of the viewing area,
The peripheral principal ray is defined to pass around the center of the angle of view on the display and reach the center position of the viewing area,
The eccentric distance ε at which the light source is eccentric with respect to the optical axis of the first-stage lens in the ambient illumination unit is:
A focal length fi of the first-stage lens in the peripheral illumination unit, a focal length ff of the last-stage lens in the peripheral illumination unit, a distance D between main planes of the first-stage lens and the last-stage lens in the peripheral illumination unit, In the central illumination unit, the optical axis distance Δai between the first-stage lenses arranged in the reference direction in the peripheral illumination unit and the optical axis distance Δaf between the last-stage lenses arranged in the reference direction in the peripheral illumination unit. As a relational expression using the optical distance L between the main plane of the last lens and the viewing area,
An illumination unit for a head-up display device, wherein ε = {fi / (D + L−L · D / ff)} · {Δai−L · (Δai−Δaf) / ff} .
前記周辺主光線は、前記表示器での前記画角中心の周辺を通過して前記視認領域の前記中心位置に到達するように、定義されることを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置の照明ユニット。 The central principal ray is defined to pass through the center of the angle of view of the display and reach the center position (Ov) of the viewing area,
The head-up according to claim 1, wherein the peripheral principal ray is defined so as to pass through a periphery of the center of the angle of view on the display and reach the center position of the viewing area. Lighting unit for display device.
第一光軸（Ａｆ１）を第二光軸（Ａｆ２）から前記基準方向に偏心させて定める仮想レンズ面として、前記基準方向に並ぶ前記第一光軸と前記第二光軸との間にて少なくとも二階微分が可能な第一仮想レンズ面（２２４０ａ）から、一部分ずつ抽出した形状に形成される複数の第一レンズ面部（２２４０）と、
前記第二光軸を定める仮想レンズ面として、前記基準方向に並ぶ前記第一光軸と前記第二光軸との間にて少なくとも一階微分が可能な第二仮想レンズ面（２２４１ａ）から、一部分ずつ抽出した形状に形成され、前記基準方向において前記第一レンズ面部と交互に配列される複数の第二レンズ面部（２２４１）とを、有し、
各組の前記照明単位のうち前記中心照明単位（２０２６ｃ）では、前記光源及び前記第一光軸が前記初段レンズの光軸（Ａｉｃ）と位置合わせされ、
各組の前記照明単位のうち前記周辺照明単位（２０２６ｓ）では、前記光源及び前記第一光軸が前記初段レンズの光軸（Ａｉｓ）から相反方向に偏心することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ装置の照明ユニット。 In each set of the illumination units (2026), the last lens (2024) is:
As a virtual lens surface determined by decentering the first optical axis (Af1) from the second optical axis (Af2) in the reference direction, between the first optical axis and the second optical axis aligned in the reference direction A plurality of first lens surface portions (2240) formed in a shape extracted from each first virtual lens surface (2240a) capable of at least second order differentiation;
From the second virtual lens surface (2241a) capable of at least first-order differentiation between the first optical axis and the second optical axis arranged in the reference direction as a virtual lens surface defining the second optical axis, A plurality of second lens surface portions (2241) formed in a shape extracted part by part and arranged alternately with the first lens surface portions in the reference direction,
In the central illumination unit (2026c) of the illumination units of each set, the light source and the first optical axis are aligned with the optical axis (Aic) of the first stage lens,
The light source and the first optical axis are decentered in a reciprocal direction from the optical axis (Ais) of the first stage lens in the peripheral illumination unit (2026s) of the illumination units of each set . lighting unit of the head-up display device according to any one of 3.
請求項１〜５のいずれか一項に記載の照明ユニット（２）と共に、前記表示器及び前記拡大光学系が設けられることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。 By projecting the display image (10) formed by the display (5) and enlarged by the magnification optical system (6) onto the display member (81) of the moving body (8), a virtual image (10a) of the display image is displayed. Is a head-up display device (1) that displays in a visual recognition area (91) in the room of the mobile body,
A head-up display device comprising the illumination unit (2) according to any one of claims 1 to 5 and the display and the magnifying optical system.
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