KR20170063647A - 헤드업 디스플레이 장치 - Google Patents

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KR20170063647A
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KR1020177008595A
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가즈야 마츠우라
다케루 가와이
히로테루 하루야마
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닛폰 세이키 가부시키가이샤
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Abstract

집광수단의 수차에 기인하는 표시소자의 표시영역에서의 조명 불균일을 억제하는 것이 가능한 헤드업 디스플레이 장치를 제공한다. 백라이트 유닛(1)과 액정표시소자(2)를 구비하는 표시기(3)로부터 발해지는 표시광(L)을 투사 수단을 통하여 관찰자의 시점영역에 투사하여 표시광(L)이 나타내는 화상을 시인하게 하는 헤드업 디스플레이장치(100)이다. 백라이트 유닛(1)은 액정표시소자(2)를 조명하는 광(I)을 출사하는 광원(10)과, 복수의 렌즈가 배치되고, 광원(10)으로부터 출사되는 광(I)을 분할하여 광원(10)의 상을 복수 생성하는 렌즈 어레이(40)와, 광원(10)의 상으로부터 출사되는 광(I)을 액정표시소자의 표시영역에 대응하도록 집광하는 집광수단(51, 52)을 구비하며, 렌즈 어레이(40)는 주변에서의 렌즈의 배광각도가 중앙에서의 렌즈의 배광각도와 다르도록 구성되어 있다.

Description

헤드업 디스플레이 장치{HEAD-UP DISPLAY DEVICE}
본 발명은 헤드업 디스플레이 장치에 관한 것이다.
소정의 화상을 표시하는 표시기로서, 액정표시소자를 백라이트로 투과 조명하는 구성의 것이 알려져 있다. 특허문헌 1에는 이와 같은 구성의 표시기를 구비한, 소위 헤드업 디스플레이(Head-Up Display; HUD) 장치라고 불리는 표시장치가 개시되어 있다. HUD 장치는 표시기로부터의 표시광을 차량의 프론트 유리에 투사함으로써, 소정의 화상을 표시상(허상)으로서 사용자(주로 운전자)에게 시인시킨다.
특허문헌 1에 관한 표시기에서는 백라이트로 집광형의 조명광학계가 사용되고 있고, 백라이트용 광원으로부터 액정표시소자에 이르는 광로상에, 컨덴서 렌즈(평행광 생성수단)와, 렌즈 어레이와, 필드 렌즈(포커스 렌즈라고도 함. 집광수단)이 배치됨으로써, 액정표시소자의 배후에 백라이트 유닛이 구성되어 있다. 특허문헌 1에 관한 HUD 장치에서는 렌즈 어레이에 의해 생성되는 광원의 다중상으로부터 발해지는 광선이 필드 렌즈에 의해 굴절되고, 소정의 각도로 액정표시소자에 입사된다. 액정표시소자에 입사된 주광선은 입사각도와 거의 동등한 각도로 액정표시소자로부터 표시광으로서 출사되고, 주로 오목거울 및 프론트 유리로 구성되는 투사광학계를 거쳐, 사용자의 시점영역(아이박스) 근방에 집광된다.
일본 공개특허공보 제2012-203176호
특허문헌 1에 관한 HUD 장치는 HUD 장치의 상 확대율, 즉 투사광학계의 초점거리가 표시상의 세로 방향과 가로 방향에서 동등한 것을 전제로 하고 있고, 필드 렌즈의 곡면형상은 광축에 대하여 회전대칭형을 이루고 있다. 그러나, 차량에 탑재되는 HUD 장치는 주로 프론트 유리에서 발생하는 표시상의 변형을 보정하는, 한정된 탑재 공간에 수납되는, 미광(迷光) 방지를 위한 부재를 배치하는 등의 설계상의 제약에 의해, 차종에 따라서는 투사 광학계의 초점 거리가 세로방향과 가로방향에서 다른 경우가 있다. 그 경우, 시점영역에서의 표시광의 집광도가 열화되어, 광 이용효율이 저하될 우려나 소정의 시점으로부터 시인하는 표시상의 휘도 균제도(均齊度)가 저하될 우려가 있었다.
또한, 특허문헌 1에 관한 HUD 장치는 집광수단의 수차(收差)에 의해, 광원의 광축으로부터 멀어질수록 광원의 다중상으로부터 발해지는 광선의 액정표시소자에 대한 조사범위가 좁아진다. 이에 의해, 액정표시소자의 표시영역에 대한 조명 불균일이 발생하여 시점이동에 따른 표시상의 휘도 불균일이 생긴다는 문제가 있다. 이에 대한 대책으로서는 집광수단의 렌즈배치 등의 최적화를 들 수 있지만, 백라이트의 허용용적을 만족하는 범위에서의 최적화에는 한계가 있고, 광축으로부터 먼 위치로부터의 조사범위를 넓히면 그에 따라서 광축부근의 위치로부터의 조사범위도 넓어져 광이용 효율이 저하된다. 또한, 액정표시소자(2)로의 배광제어가 이상(理想)으로부터 벗어나 사용자의 아이박스에서의 집광도가 저하될 우려가 있다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 광이용 효율의 저하나 표시상의 휘도 균제도의 저하를 억제하는 것이 가능한 HUD 장치를 제공하는 것을 제1 목적으로 한다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 집광수단의 수차에 기인하는 표시소자의 표시영역에서의 조명 불균일을 억제하는 것이 가능한 HUD 장치를 제공하는 것을 제2 목적으로 한다.
상기 제1 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 헤드업 디스플레이 장치는 백라이트 유닛과 표시소자를 구비하는 표시기로부터 발해지는 표시광을 투사수단을 통하여 관찰자의 시점영역에 투사하여 상기 표시광이 나타내는 화상을 시인시키는 헤드업 디스플레이 장치로서,
상기 백라이트 유닛은,
상기 표시소자를 조명하는 광을 출사하는 광원,
상기 광원으로부터 출사되는 광을 분할하여 상기 광원의 상을 복수 생성하는 렌즈 어레이, 및
상기 광원의 상으로부터 출사되는 광을 상기 표시소자의 표시영역에 대응하도록 집광하는 집광수단을 구비하고,
상기 집광수단은 상기 투사수단의 세로방향과 가로방향에서의 초점거리의 차이를 보정하도록 세로방향과 가로방향에서의 초점거리가 다르도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 헤드업 디스플레이 장치의 상기 렌즈 어레이는, 복수의 렌즈가 배치되고, 주변에서의 렌즈의 배광각도가 중앙에서의 렌즈의 배광각도와 다르도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 집광수단의 수차에 기인하는 표시소자의 표시영역에서의 조명 불균일을 억제하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관한 HUD 장치의 탑재형태를 설명하기 위한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 관한 HUD 장치의 개략 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시한 HUD 장치의 표시기 근방의 확대도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 관한 백라이트 유닛의 개략 분해사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 관한 백라이트 유닛의 기능을 설명하기 위한 모식도로, (a)는 실시형태 및 비교예의 횡단면도, (b)는 비교예의 종단면도, (c)는 실시형태의 종단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 관한 렌즈 어레이를 도시한 정면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 관한 제2 포커스 렌즈를 도시한 도면이다.
도 8은 종래의 기술에 관한 백라이트 유닛의 기능을 설명하기 위한 모식도의 횡단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시형태에 관한 렌즈 어레이를 도시한 횡단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시형태에 관한 렌즈 어레이의 다른 예를 도시한 횡단면도이다.
본 발명의 일 실시형태에 관한 헤드업 디스플레이(HUD)장치를, 도면을 참조하여 설명한다.
본 실시형태에 관한 HUD 장치(100)는 도 1에 도시한 바와 같이 차량(C)의 대시보드에 매립되도록 하여 설치된다. HUD 장치(100)는 도 2에 도시한 바와 같이 백라이트 유닛(1) 및 액정표시소자(2)(표시소자)로 구성되는 표시기(3), 평면거울(4), 오목거울(5), 하우징체(6) 및 보호부재(7)를 구비한다.
HUD 장치(100)는 표시기(3)로부터 출사되는 표시광(L)을 차량(C)의 윈드실드(S)(프론트 유리)에 투사함으로써, 표시광(L)이 나타내는 화상을 허상(V)(표시상)으로서 사용자 U(주로 운전자)에게 시인시킨다. 표시기(3)로부터 출사되는 표시광(L)은 액정표시소자(2)가 백라이트 유닛(1)으로부터의 광으로 투과조명됨으로써 얻어져 소정의 화상을 나타낸다.
백라이트 유닛(1)은 도 3에 도시한 바와 같이 광원(10)과, 평행광 생성수단(20)과, 조도균일화 수단(30), 렌즈 어레이(40), 제1 포커스 렌즈(51), 제2 포커스 렌즈(52), 반사부(60), 확산판(70), 케이스체(80), 및 커버 부재(90)를 구비한다.
평행광 생성수단(20), 조도 균일화 수단(30), 렌즈 어레이(40), 제1 포커스 렌즈(51), 제2 포커스 렌즈(52), 반사부(60), 및 확산판(70)은 광원(10)이 출사하는 광의 광로상에 배치되어 있다. 이들은 광원(10)으로부터 액정표시소자(2)를 향하여 평행광 생성수단(20), 조도 균일화 수단(30), 렌즈 어레이(40), 제1 포커스 렌즈(51), 반사부(60), 제2 포커스 렌즈(52), 확산판(70)의 순으로 배치되어 있다. 광원(10), 평행광 생성수단(20), 렌즈 어레이(40), 제1 포커스 렌즈(51) 및 제2 포커스 렌즈(52)는 HUD 장치(100)의 조명광학계를 구성한다. 백라이트 유닛(1)은 광원(10)으로부터 발해지는 광을 액정표시소자(2)의 표시영역(A)에 균등하게 조사시키면서, 액정표시소자(2)를 투과한 표시광(L)을 오목거울(5)과 윈드 실드(S)로 구성되는 HUD 장치(100)의 투사수단(투사광학계)를 통하여 사용자(U)의 아이박스(EB)(시점영역)내로 인도하도록, 액정표시소자(2)의 전면(前面)(도 2 및 도 3에서 지면 상방향을 향하는 면)으로부터 출사되는 표시광(L)의 각도를 제어하는 것이다(도 5 참조).
광원(10)은 액정표시소자(2)를 투과 조명하는 광(이하, 조명광(I)라고도 부름)을 발한다. 광원(10)은 예를 들어 2개의 LED(Light　Emitting　Diode)로 구성되어 있다. 또한, 광원(10)은 1 또는 3 이상의 LED로 구성되어 있어도 좋다. 광원(10)은 케이스체(80)에 고정된 회로기판(11)(도 4 참조)에 실장되어 있다. 회로기판(11)은 알루미늄, 수지 등으로 이루어진 기재에 회로 패턴이 형성되어 이루어진 것이고, 후술한 제어부(도시하지 않음)와 공지의 방법으로 도통 접속되어 있다. 또한, 광원(10)은 방열부재(도시하지 않음)와 열적으로 접속된다. 방열부재는 예를 들어 알루미늄 등의 금속재료로 작성된 핀형의 구조체이고, 광원(10)이 발하는 열을 외부에 방출한다.
평행광 생성수단(20)은 광원(10)으로부터의 조명광(I)을 받아 평행광으로서 출사한다. 여기에서 말하는 평행광은 광원(10)의 광축(AX)(도 3 참조)와 거의 평행(완전히 평행도 포함)으로 나아가는 광이다. 평행광 생성수단(20)은 예를 들어 컨덴서 렌즈로 이루어진다. 컨덴서 렌즈는 공학수지재료에 의해 제작되는 볼록렌즈이고 하나의 광원(10)에 대해서 하나의 렌즈가 대응한다. 복수의 광원(10)을 사용하는 경우에는 볼록렌즈부가 복수 배치된 집합렌즈의 형태를 취한다. 평행광 생성수단(20)은 제조상의 여건으로부터 렌즈곡면 정점(頂点)간 거리(렌즈두께)를 소정 두께 이하로 억제하고 싶은 경우에는 조명광(I)의 취입량을 유지 또는 증가시키면서, 평행광 생성수단(20)으로부터 출사되는 광의 평행도를 보다 높이고 싶은 경우 등, 사용에 따라서는 2매 이상의 렌즈로 구성해도 좋다. 또한, 평행광 생성수단(20)은 광원(10)의 근방에 배치되므로, 광원(10)으로부터 발생하는 열의 영향을 고려하여 내열성이 우수한 광학수지재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 평행광 생성수단(20)으로서 콜리미터 렌즈 등의 다른 공지의 광학소자를 채용해도 좋다.
조도 균일화 수단(30)은 평행광 생성수단(20)에 의해 평행광으로 된 조명광(I)이 입사되고, 출사측의 광의 조도분포의 균일화를 도모하는 것이다. 조도 균일화 수단(30)은 예를 들어 라이트박스로 이루어진다. 이 라이트박스는 광축(AX)를 둘러싸는 각통 형상의 부재이고, 내면(광축(AX)측의 면)이 거울면으로 되어 있는 것이다. 조도 균일화 수단(30)은 광확산판, 광반사판 등을 구비한 다른 공지의 라이트박스 등이어도 좋다.
렌즈 어레이(40)는 도 6의 정면도(액정표시소자(2)측을 나타냄)에 도시한 바와 같이, 미소한 렌즈(41)를 가로세로로 복수 배열하여 이루어진 렌즈 집합체이고, 소위 플라이 아이 렌즈로 불리는 것이다. 렌즈(41)는 예를 들어 광원(10)측과 액정표시소자(2)측의 양면이 동일한 볼록형상이 되는, 소위 양 볼록렌즈이다. 또한, 렌즈(41)의 각각의 광축은 평행광 생성수단(20)의 광축과 평행이다. 또한, 렌즈(41)의 곡면은 비곡면 또는 자유곡면이어도 좋다.
렌즈 어레이(40)에는, 평행광 생성수단(20)에 의해 거의 평행화되고, 조도 균일화 수단(30)에 의해 조도가 거의 균일화된 조명광(I)이 입사된다. 렌즈 어레이(40)는 자신을 구성하는 렌즈(41)의 수만큼 다중상(중간상)을 발생시키므로, 평행광 생성수단(20)에 의해 생성된 하나의 광원(10)의 확대상(광원(10)으로부터 출사되는 조명광(I))이 렌즈 어레이(40)의 렌즈(41)의 수만큼 분할되어 다중상이 된다. 이에 의해, 적은 광원(10)으로도 균질한 광강도 분포로 액정표시소자(2)를 조명할 수 있다.
렌즈 어레이(40)의 렌즈(41)가 배치되는 영역은 액정표시소자(2)의 표시영역(A)에 따라서 장방형상이 되어 있고, 그 장방형상의 길이방향(도 6에서의 좌우방향)에 대하여 중앙에 위치하는 중앙부(40A), 중앙부(40A)보다 좌측에 위치하는 좌측 주변부(40B), 중앙부(40A)보다 우측에 위치하는 우측 주변부(40C)의 3개의 영역으로 나누었을 때, 좌우 주변부(40B, 40C)에서의 렌즈(41)의 피치 어레이(인접하는 2개의 렌즈(41)의 정점간의 거리)가 중앙부(40A)에서의 렌즈(41)의 어레이 피치와 다르도록 각 렌즈(41)가 형성되어 있다. 구체적으로는 좌우 주변부(40B, 40C)에서의 렌즈(41)의 어레이 피치가 중앙부(40A)에서의 렌즈(41)의 어레이 피치보다도 커지도록 각 렌즈(41)가 형성되어 있다. 이와 같이, 주변의 렌즈(41)의 어레이 피치가 중앙의 렌즈(41)의 어레이 피치와 다르도록 한 작용에 대해서는 뒤에서 상술한다.
제1 포커스 렌즈(51) 및 제2 포커스 렌즈(52)는, 예를 들어 광학수지재료로 제작되는 볼록렌즈로 이루어지고, 렌즈 어레이(40)가 생성된 광원(10)의 다중상으로부터 출사되는 조명광(I)을, 액정표시소자(2)의 표시영역A(도 5 참조)에 대응하도록 집광하는 집광수단으로서 기능한다. 구체적으로는 제1 포커스 렌즈(51)와 제2 포커스 렌즈(52)는 협동하여, 액정표시소자(2)의 전면에 표시되는 화상의 표시가능범위(표시영역A)에 대응하는 배면의 전면(全面)에 걸쳐, 렌즈 어레이(40)로부터의 조명광(I)을 조사시킨다. 이에 의해, 렌즈 어레이(40)에서 생성된 다중상을 나타내는 조명광(I)을 액정표시소자(2)의 배면의 필요한 범위에 효율 좋게 조사할 수 있다. 또한, 이 때, 다중상에 대한 제1, 제2 포커스 렌즈(51, 52)의 초점거리 및 광학배치를 최적화함으로써, 액정표시소자(2)의 배면에 조사되는 조명광(I)의 각도를 소정값에 근사시킨다. 이에 의해, 액정표시소자(2)의 전면(前面)으로부터 출사되는 표시광(L)의 배광각도를 제어하고 아이박스(EB)로의 표시광(L)의 조사효율을 향상시킬 수 있다.
제1, 제2 포커스 렌즈(51, 52)로 구성되는 상기 집광수단은 오목거울(5)과 윈드실드(S)로 구성되는 상기 투사수단의 세로방향과 가로방향에서의 초점거리의 차이를 보정하도록 세로방향과 가로방향에서의 초점거리가 다르도록 구성되어 있다. 구체적으로는 제1 포커스 렌즈(51) 및 제2 포커스 렌즈(52)는 양자 중 적어도 한쪽을, 토로이달 렌즈로서 구성한다. 즉, 제1 포커스 렌즈(51)의 양면과 제2 포커스 렌즈(52)의 양면의 4면 중, 적어도 1면을, 직교하는 세로방향과 가로방향에서의 곡률이 다른 비구면인 토로이달면으로서 구성한다. 이 실시형태에서는 도 7에 도시한 바와 같이, 제2 포커스 렌즈(52)의 양면을 토로이달면으로 하고, 직교하는 세로방향(수직방향)의 초점거리와 가로방향(수평방향)의 초점거리가 다르도록 했다. 또한, 도 7(a)는 제2 포커스 렌즈(52)의 정면도(액정표시소자(2)측을 도시함)이고, 도 7(b)는 제2 포커스 렌즈(52)의 종단면도이며, 도 7(c)는 제2 포커스 렌즈(52)의 횡단면도이다. 이와 같이, 상기 집광수단의 세로방향과 가로방향에서의 초점거리를 다르게 함에 의한 작용은 후에 상술한다. 또한, 상기 집광수단의 세로방향과 가로방향에서의 초점거리를 다르게 하는 방법으로서 상기 집광수단을 구성하는 광학부재에 적어도 하나의 곡면을 자유곡면으로 해도 좋다.
반사부(60)는 제1 포커스 렌즈(51)와 제2 포커스 렌즈(52) 사이에 배치되어 있다. 반사부(60)는 예를 들어 수지, 유리 등으로 이루어진 기재에 알루미늄 등의 금속을 증착시켜 반사면(61)을 형성한 평면거울로 구성되어 있다. 반사부(60)는 광원(10)의 광축(AX)에 대하여 반사면(61)이 경사지도록 배치되어 있다. 제1 포커스 렌즈(51)로부터의 조명광(I)은 이 반사면(61)에서 반사되어, 제2 포커스 렌즈(52)에 입사된다.
이 실시형태에서는 도 3에 도시한 바와 같이, 반사부(60)로부터 액정표시소자(2)에 이르는 조명광(I)의 광로가, 광원(10)의 광축(AX)에 대하여 거의 직교가 되도록 반사부(60)가 배치되어 있다. 이와 같이 하여, 반사부(60)는 조명광(I)의 광로를 변경한다.
확산판(70)은 예를 들어 적어도 한쪽의 면에 요철 가공이 이루어진 합성수지재로 이루어지고, 투광성을 갖는다. 제2 포커스 렌즈(52)로부터의 조명광(I)은 확산판(70)을 통과시킴으로써, 확산되어 액정표시소자(2)의 배면에 도달한다. 이와 같이, 확산판(70)이 설치됨으로써 액정표시소자(2)의 조명 불균일이 감소된다.
케이스체(80)는 수지 등으로 상자형상으로 형성되고, 내부에 광원(10), 평행광 생성수단(20), 조도 균일화 수단(30), 렌즈 어레이(40), 제1 포커스 렌즈(51), 및 반사부(60)를 수용한다. 케이스체(80)는 도 4에 도시한 바와 같이 상부 개구부(81)와 측부 개구부(82)를 갖고 있다. 상부 개구부(81)는 액정표시소자(2)측을 향하여 개구하고 있다. 측부 개구부(82)는 광원(10)측을 향하여 개구하고 있다. 상부 개구부(81)와 측부 개구부(82)는 연통하고 있다. 측부 개구부(82)를 막도록, 회로기판(11)이 설치되어 있다. 회로기판(11)은 비스 등의 고정수단(도시하지 않음)으로 케이스체(80)에 고정되어 있다. 이에 의해, 광원(10)은 케이스체(80) 내부를 향하여 광을 출사하도록 배치된다. 상부 개구부(81) 속, 광원(10)과는 반대측의 단부를 덮도록 하여, 제2 포커스 렌즈(52)가 설치되어 있다. 상부 개구부(81)를 막도록 하여 커버부재(90)가 설치되어 있다.
커버부재(90)는 도 4에 도시한 바와 같이, 수지 등으로 판형상으로 형성되고, 케이스체(80)의 상부 개구부(81)를 덮는다. 커버부재(90)는 비스(90b) 등의 고정수단으로 케이스체(80)에 고정되어 있다. 커버부재(90)에는 제2 포커스 렌즈(52)를 들여다 보이게 하는 개구부(91)가 형성되어 있다. 개구부(91)는 제2 포커스 렌즈(52)의 렌즈면 형상에 대응하는 형상으로 되어 있다.
케이스체(80)와 커버부재(90)로서 백라이트 유닛(1)의 하우징이 구성되어 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 하나의 케이스체(80) 내에 조도 균일화 수단(30), 제1 포커스 렌즈(51), 반사부(60) 등의 광학부품을 설치하는 구성으로 하고 있으므로, 백라이트 유닛(1)의 조립도 용이하게 되어 있다. 또한, 커버부재(90)가 필요한 부분 이외(즉, 제2 포커스 렌즈(52)를 들여다 보이게 하는 개구부(91) 이외)의 부분을 덮고 있으므로, 백라이트 유닛(1) 외부에 조명광(I)이 불필요하게 새어나오는 것을 방지할 수 있다.
액정표시소자(2)는 예를 들어 TFT(Thin　Film　Transistor)형의 액정패널의 전면 및 배면에 편광판을 설치함으로써 구성되어 있다. 또한, 액정표시소자(2)를 구성하는 액정패널은 패시브 구동형의 것이어도 좋다. 또한, 액정패널로서 TN(Twisted　Nematic)형, VA(Vertical　Alignment)형, STN(Super　Twisted　Nematic)형, 강유전성형 등의 여러 형태의 것이 적용 가능하다.
액정표시소자(2)는 제어부(도시하지 않음)의 제어하에, 표시영역(A)를 구성하는 각 화소를, 투과, 불투과 중 어느 상태로 전환함으로써 표시영역(A)에 소정의 화상을 표시한다. 표시영역(A)는 횡방향으로 신장된 장방형상으로 이루어져 있다. 예를 들어, 제어부는 차량(C)의 ECU(Electronic　Control　Unit)으로부터 통신라인에 의해 전송되는 각종의 차량정보를 취득하고, 차량속도나 연비 등을 나타내는 화상을 액정표시소자(2)에 표시하게 한다. 동시에, 제어부는 광원(10)을 발광시킨다. 이에 의해, 액정표시소자(2)는 백라이트유닛(1)에서 생성된 조명광(I)에 의해 투과 조명되어, 표시화상을 나타내는 표시광(L)이 액정표시소자(2)로부터 출사된다.
이와 같이 하여, 백라이트유닛(1)과 액정표시소자(2)로 구성되는 표시기(3)로부터 표시광(L)이 출사된다.
도 2로 돌아가 평면거울(4)은 수지, 유리 등으로 이루어진 기재에 알루미늄 등의 금속을 증착시켜 반사면을 형성하여 이루어진다. 평면거울(4)은 표시기(3)가 발한 표시광(L)을 오목거울(5)을 향하여 반사시킨다.
오목거울(5)은 수지, 유리 등으로 이루어진 기재에 알루미늄 등의 금속을 증착시켜 반사면을 형성하여 이루어진다. 오목거울(5)의 반사면은 오목면이 되어 있다. 표시기(3)로부터의 표시광(L)은 오목거울(5)에서 확대되어 윈드실드(S)에 입사되고, 윈드실드(S)에서 반사되어 사용자(U)의 아이박스(EB)에 투사된다. 이에 의해, 사용자(U)에게 시인되는 허상(V)은 표시기(3)에 표시되어 있는 화상이 확대된 크기가 된다.
이와 같이 하여, 표시기(3)로부터 발해지는 표시광(L)을 오목거울(5)과 윈드실드(5)로 구성되는 상기 투사수단을 통하여, 사용자(U)의 아이박스(EB)에 투사하여 허상(V)을 시인시킨다.
하우징(6)은 수지 등으로 상자형상으로 형성되고, 내부에 평면거울(4) 및 오목거울(5)을 수용한다. 평면거울(4) 및 오목거울(5)은 하우징(6)의 내부에 공지의 방법에 의해 고정되어 있다.
하우징(6)은 도 2에 도시한 바와 같이, 상부 개구부(6a)와 하부 개구부(6b)를 갖고 있다. 상부 개구부(6a)는 윈드실드(S)를 향하여 개구하고 있고, 표시광(L)을 HUD 장치(100) 외부에 통과시키는 출사구로서 기능한다. 하부 개구부(6b)는 하우징(6)의 상부 개구부(6a)와는 반대측에 위치하고, 그 하단부(도 2의 지면 하방향의 단부)에 액정표시소자(2)가 배치되어 있다. 이와 같이 하여, 하부 개구부(6b)는 액정표시소자(2)의 표시면을 하우징체(6) 내부를 향하여 들여다 보이도록 형성되어 있다.
이와 같이, 하우징(6)은 액정표시소자(2)로부터 출사구로서 기능하는 상부 개구부(6a)까지의 표시광(L)의 광로를 둘러싸도록 형성되어 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 백라이트 유닛(1)은 하우징(6)의 외측에 하부 개구부(6b)측으로부터 하우징(6)에 부착되어 있다. 예를 들어, 비스(8) 등의 고정수단으로 케이스체(80)가 하우징(6)에 고정됨으로써, 백라이트 유닛(1)은 하우징(6)에 부착되어 있다. 이때, 케이스체(80)를 덮는 커버부재(90)의 개구부(91)(도 4 참조)가 하우징(6)의 하부 개구부(6b)(도 2 참조)와 통하도록 하여, 백라이트 유닛(1)은 부착되어 있다.
보호부재(7)는, 수지 등으로 이루어지고, 하우징(6)에 부착된 백라이트 유닛(1)을 하측(도 2의 지면 하측)으로부터 덮도록 하여, 하우징(6)에 소정의 방법으로 고정되어 있다. 이와 같이 설치된 보호부재(7)는 백라이트 유닛(1)을 먼지, 진동 등으로부터 보호한다.
HUD 장치(100)가 사용자(U)에게 소정의 화상을 허상(V)으로서 시인 가능하게 하는 기구를 간결하게 설명하면, 다음의 (1), (2)와 같이 된다.
(1) 표시기(3)가 화상을 표시함으로써 표시광(L)이 출사된다. 표시기(3)로부터의 표시광(L)은 평면거울(4) 및 오목거울(5)에서 반사되고, 윈드실드(S)를 향한다. 이와 같이 하여, HUD 장치(100)는 표시광(L)을 윈드실드(S)를 향하여 출사한다.
(2) HUD 장치(100)로부터의 표시광(L)이 윈드실드(S)에서 반사됨으로써, 사용자(U)로부터 보아 윈드실드(S)의 전방에 표시화상의 허상(V)이 맺힌다.
다음에, 상기 투사수단(오목거울(5) 및 윈드실드(S))의 세로방향과 가로방향에서의 초점거리의 차이를 보정하도록, 상기 집광수단(제1, 제2 포커스 렌즈(51, 52))의 세로방향과 가로방향에서의 초점거리가 다르도록 상기 집광수단을 구성하는 작용에 대해서, 도 5를 사용하여 설명한다. 이하, 상기 투사수단의 세로방향과 가로방향에서의 초점거리가 동등한, 즉 상기 집광수단을 구성하는 제1, 제2 포커스 렌즈(51, 52) 전체의 곡면이 축회전 대칭인 곡면인 경우를 비교예로서 설명한다. 도 5(a)는 이 실시형태 및 비교예에서의 백라이트 유닛(1)(조명광학계)의 기능을 설명하기 위한 모식도의 횡단면도이고, 도 5(b)는 비교예에서의 백라이트 유닛(1)의 기능을 설명하기 위한 모식도의 종단면도이며, 도 5(c)는 이 실시형태에서의 백라이트 유닛(1)의 기능을 설명하기 위한 모식도의 종단면도이다. 또한, 도 5(a)~(c)에서는 도면을 보기 쉽게 하기 위해 제1, 제2 포커스 렌즈(51, 52)를 하나의 볼록렌즈로 나타내고, 오목거울(5) 및 윈드 실드(S)를 하나의 볼록 렌즈로 나타냈다. 또한, 백라이트(1)의 기능을 이해하기 쉽게 하기 위해, 도 5(a)의 횡단면도와 도 5의 (b) 및 (c)의 종단면도에서는 각부의 실제의 형상에 관계없이, 각 부의 가로방향(도 5(a)의 지면 상하방향)의 길이와 세로방향(도 5의 (b) 및 (c)의 지면 상하방향)의 길이를 동등하게 하여 도시하고 있다(실제로는 광원(10)을 제외한 각부는 가로방향으로 신장된 형상이다).
상술한 바와 같이 차량(C)에 탑재되는 HUD 장치(100)에서는 여러 가지 설계상의 약에 의해, 차종에 따라서는 상기 투사수단의 초점거리가 세로방향과 가로방향에서 다른 경우가 있다. 그 경우, 어떤 대책을 세우지 않으면 아이박스(EB)에서의 표시광(L)의 집광도가 세로방향 또는 가로방향에서 열화된다. 구체적으로는, 예를 들어 상기 집광수단의 초점거리를 상기 투사수단의 가로방향에 따라서 설계하는 경우, 도 5(a)에 도시한 바와 같이 아이박스(EB)의 가로방향에 대해서는 표시광(L)이 아이박스(EB)상의 임의의 점에 결상되므로 표시광(L)의 결상도, 즉 집광도가 높지만, 도 5(b)에 도시한 바와 같이 아이박스(EB)의 세로방향에 대해서는 표시광(L)이 아이박스(EB)로부터 벗어난 위치에 결상(結像)되므로 표시광(L)의 집광도가 열화된다. 표시광(L)의 집광도가 열화되면, 아이박스(EB) 밖으로 인도되는 표시광(L)이 증가하여 광 이용효율이 저하되고, 또한 임의의 시점에서 본 허상(V)에 휘도편차가 발생하여 휘도 균제도가 저하될 우려가 있다. 또한, 도 5(b)는 상기 투사수단의 세로방향의 초점거리가 가로방향의 초점거리보다 긴 경우를 나타내고 있다.
이에 대하여, 이 실시형태에서는 상기 투사수단의 세로방향과 가로방향에서의 초점거리의 차이를 보정하도록, 상기 집광수단의 초점거리를 세로방향과 가로방향에서 다르게 한다. 이와 같이 하면, 도 5(a)에 도시한 바와 같이 아이박스(EB)의 가로방향에서는 종래와 동일하게 높은 집광도를 유지하면서, 도 5(c)에 도시한 바와 같이 아이박스(EB)의 세로방향에 대해서도, 상기 집광수단의 초점거리의 변경에 의해 HUD 장치(100) 전체의 초점거리를 가로방향과 세로방향에서 일치시킴으로써, 표시광(L)이 아이박스(EB)상의 임의의 점에 결상되도록 하고, 표시광(L)의 집광도를 높게 유지할 수 있다. 또한, 도 5(c)는 상기 투사수단의 세로방향의 초점거리가 가로방향의 초점거리보다 긴 상황에 따라서, 상기 집광수단의 제2 포커스 렌즈(52)의 세로방향의 초점거리가 가로방향의 초점거리보다 짧아지도록 구성한(세로방향의 곡면의 곡률을 변경한) 경우를 도시하고 있다. 또한, 상기 투사수단의 세로방향과 가로방향에서의 초점거리의 차이에 의해, 허상(V)의 상 확대율이 세로방향과 가로방향에서 달라지지만 액정표시소자(2)에 표시하는 화상의 크기를 세로방향과 가로방향에서 다르게 함으로써 상 확대율의 차이를 보정할 수 있다.
이하, 추가로 상기 집광수단의 초점거리의 구체적인 설계방법에 대해서 설명한다.
HUD 장치(100)의 상기 조명광학계(광원(10), 평행광 생성수단(20), 렌즈 어레이(40), 제1, 제2 포커스 렌스(51, 52))의 초점거리를 fa로 하고, HUD 장치(100)의 상기 투사수단(오목거울(5), 윈드실드(S))의 초점거리를 fb로 하고, 상기 조명광학계와 상기 투사수단을 합친 HUD 장치(100) 전체의 초점거리를 f(a+b)로 하면, HUD 장치 전체의 초점거리[f(a+b)]는 이하의 수학식 1로 표시할 수 있다.
Figure pct00001
또한, d는 상기 조명광학계의 중심점과 상기 투사수단의 중심점 사이의 거리이다.
우선, 아이박스(EB)의 위치 및 허상(V)의 상 확대율, 또한 허상(V)의 변형이나 탑재성 등의 설계상의 제약을 고려하여, 상기 투사수단의 세로방향 및 가로방향의 초점거리(fb)가 정해진다. 다음에, 상기 조명광학계의 세로방향 및 가로방향의 초점거리(fa)의 한쪽을 계산이나 임의의 값의 설정 등에 의해 산출하고, 상기의 수학식 1에 기초하여 HUD 장치(100) 전체의 세로방향 및 가로방향의 초점거리[f(a+b)]의 한쪽을 산출한다. 또한, HUD 장치(100) 전체의 세로방향 및 가로방향의 초점거리[f(a+b)]의 다른쪽이, 먼저 산출한 한쪽과 동등한 값이 되도록 수학식 1에 기초하여 상기 조명광학계의 세로방향 및 가로방향의 초점거리(fa)의 다른쪽을 산출한다. 또한, 조명 시뮬레이션에 의해, 산출한 상기 조명광학계의 세로방향 및 가로방향의 초점거리(fa)를 조정한다. 이와 같이 하여 얻어진 상기 조명광학계의 세로방향 및 가로방향의 초점거리(fa)에 기초하여, 상기 집광수단(이 실시형태에서는 제2 포커스 렌즈(52))의 세로방향 및 가로방향의 초점거리를 설계한다. 이와 같이 하여, 상기 투사수단의 세로방향과 가로방향에서의 초점거리를 보정하도록, 상기 집광수단의 초점거리를 세로방향과 가로방향에서 다르게 할 수 있다.
다음에, 렌즈 어레이(40)의 좌우 주변부(40B, 40C)와 중앙부(40A)에서 렌즈(41)의 어레이 피치를 다르게 하는 작용에 대해서, 도 8 및 도 9를 사용하여 설명한다. 또한, 도 8은 렌즈 어레이(40)의 기능을 설명하는 모식도의 횡단면도이고, 도 9는 렌즈 어레이(40)의 렌즈(41)를 도시한 횡단면도이다.
전술한 바와 같이, 렌즈 어레이(40)는 미소한 렌즈(41)의 집합체이고, 평행광 생성수단(20)에서 거의 평행화된 조명광(I)이 렌즈 어레이(40)에 입사되면, 개개의 렌즈(41)의 입사측(광원(10)측) 곡면에 의해 굴절되고, 출사측(액정표시소자(2)측) 곡면의 근방에 집광하여 다중상을 결상한다. 이 때, 어떤 대책을 세우지 않는 경우에는 각 렌즈(41)의 배광각도는 렌즈(41)의 위치에 관계없이 동등하고, 도 8에 도시한 바와 같이, 제1, 제2 포커스 렌즈(51, 52)의 수차에 의해 광축(AX)으로부터 멀어짐에 따라서 다중상으로부터 액정표시소자(2)를 향하게 되는 조명광(I)의 조사범위가 좁아진다. 도 8에서는 광축(AX)과 겹치는 렌즈(41)에서 결상되는 광원(10)의 상으로부터 출사되는 조명광(I)은 제1, 제2 포커스 렌즈(51, 52)를 통하여 액정표시소자(2)의 표시영역(A) 전체에 조사되고 있지만, 광축(AX)로부터 렌즈 어레이(40)의 좌우방향(도 8에서의 지면 상하 방향)으로 떨어진 렌즈(41)에서 결상되는 광원(10)의 상으로부터 출사되는 조명광(I)은 제1, 제2 포커스 렌즈(51, 52)를 통해서도 액정표시소자(2)의 표시영역(A)의 일부(단부)에 조사되지 않고, 조명 불균일이 발생한다. HUD 장치(100)는 최종적으로 표시광(L)이 투사되는 부재가 광확산성이 낮은 윈드실드(S)이므로 지향성이 높고, 액정표시소자(2)에서의 조명 불균일이 표시상(허상 V)의 휘도 불균일에 반영되기 쉽다.
이에 대하여, 이 실시형태에서는 렌즈 어레이(40)의 좌우 주변부(40B, 40C)와 중앙부(40A)에서 렌즈(41)의 어레이 피치를 다르게 함으로써, 좌우 주변부(40B, 40C)와 중앙부(40A)에서 렌즈(41)의 배광각도를 다르게 했다. 구체적으로는 좌우 주변부(40B, 40C)의 배광각도가 중앙부(40A)보다 커지도록, 좌우 주변부(40B, 40C)의 렌즈(41)의 어레이 피치를 중앙부(40A)의 렌즈(41)의 어레이 피치보다 커지도록 각 렌즈(41)를 형성했다. 어레이 피치가 커지면, 곡면의 크기가 커지고, 그 결과 배광각도가 커진다. 도 9(a)는 중앙부(40A)에서의 렌즈(41)를 도시하고, 도 9(b)는 좌우 주변부(40B, 40C)에서의 렌즈(41)를 도시한다. 또한, 도 9의 (a) 및 (b)는 모두 횡단면도이다. 좌우 주변부(40B, 40C)에서의 액정표시소자(2)의 길이방향에 대응하는 렌즈 어레이(40)의 좌우방향(도 9의 지면 상하 방향)의 렌즈(41)의 어레이 피치(W2)가 중앙부(40A)에서의 렌즈(41)의 좌우방향의 어레이 피치(W1)보다 크게 형성되는 결과(W2＞W1), 좌우 주변부(40B, 40C)에서의 렌즈(41)의 배광각도(θ2)가, 중앙부(40A)에서의 렌즈(41)의 배광각도(θ1)보다 커진다. 따라서, 좌우 주변부(40B, 40C)에서도, 렌즈(41)에서 결상되는 광원(10)의 상으로부터 출사되는 조명광(I)의 조사범위를 넓혀 액정표시소자(2)의 표시영역(A) 전체에 조사할 수 있다. 또한, 렌즈 어레이(40) 전체의 세로방향 및 가로방향의 길이는 액정표시소자(2)의 전면에서의 표시광(L)의 배광각도에 따라서 정해진다. 예를 들어, 제1, 제2 포커스 렌즈(51, 52)의 초점거리가 고정되는 경우, 렌즈 어레이(40) 전체의 길이가 커짐에 따라서 액정표시소자(2)에서의 표시광(L)의 배광각도가 커진다.
또한, 렌즈 어레이(40)의 좌우 주변부(40B, 40C)와 중앙부(40A)에서 렌즈(41)의 배광각도를 다르게 하는 방법으로서는 상술한 어레이 피치 외에, 렌즈(41)의 곡면 형상 및/또는 두께를 다르게 하여 렌즈(41)의 초점거리를 다르게 해도 좋다. 이 경우, 구체적으로는 도 10에 도시한 바와 같이, 좌우 주변부(40B, 40C)에서의 렌즈(41)의 초점거리를 중앙부(40A)에서의 렌즈(41)의 초점거리보다 짧게 함으로써, 좌우 주변부(40B, 40C)에서의 렌즈(41)의 배광각도(θ2)(도 10(b))를 중앙부(40A)에서의 렌즈(41)의 배광각도(θ1)(도 10(a))보다 크게 할 수 있다.
이상 설명한 HUD 장치(100)는 제1 관점에서 백라이트 유닛(1)과 액정표시소자(2)를 구비하는 표시기(3)로부터 발해지는 표시광(L)을 출사수단(오목거울(5) 및 윈드실드(S))를 통하여 관찰자(사용자 U)의 시점영역(아이박스(EB))에 출사하여 허상(V)를 시인시키는 헤드업 디스플레이 장치(100)이고, 백라이트 유닛(1)은 액정표시소자(2)를 조명하는 광(조명광(I))을 출사하는 광원(10)과, 광원(10)으로부터 출사되는 광을 분할하여 광원(10)의 상을 복수 생성하는 렌즈 어레이(40)와, 광원(10)의 상으로부터 출사되는 광을 액정표시소자(2)의 표시영역(A)에 대응하도록 집광하는 집광수단(제1, 제2 포커스 렌즈(51, 52))을 구비하고, 상기 집광수단은 상기 투사수단의 세로방향과 가로방향에서의 초점거리의 차이를 보정하도록 세로방향과 가로방향에서의 초점거리가 다르도록 구성되어 있다.
이 구성에 의해, HUD 장치(100) 전체의 초점거리를 가로방향과 세로방향에서 일치시킴으로써, 표시광(L)이 아이박스(EB) 상의 임의의 점에 결상되도록 하고, 표시광(L)의 집광도를 높게 유지할 수 있다. 그 때문에, 광 이용 효율의 저하나 허상(V)의 휘도 균제도의 저하를 억제할 수 있다.
또한, HUD 장치(100)에서, 상기 집광수단은 하나 이상의 포커스 렌즈로 구성되고, 상기 포커스 렌즈 중 적어도 하나의 표면이, 토로이달 면 또는 자유곡면이다.
이에 따르면, 용이하게 상기 집광수단의 초점거리를 세로방향과 가로방향에서 다르게 할 수 있다.
또한, HUD 장치(100)는 탈것(차량(C))에 탑재되고, 상기 투사수단은 적어도 상기 탈것의 프론트 유리(S)를 포함하여 구성된다.
이에 따르면, 프론트 유리(S)에 의해 상기 투사수단의 세로방향과 가로방향에서 초점거리의 차이가 발생하는 경우에도, 표시광(L)의 집광도를 높게 유지할 수 있고, 광 이용효율의 저하나 허상(V)의 휘도 균제도의 저하를 억제할 수 있다.
또한, HUD 장치(100)는 제2 관점에서 백라이트 유닛(1)과 액정표시소자(2)를 구비하는 표시기(3)로부터 발해지는 표시광(L)을 투사 수단(오목거울(5) 및 윈드실드(S))를 통하여 관찰자(사용자(U))의 시점영역(아이박스(EB))에 투사하여 표시광(L)이 나타내는 화상을 시인시키는 헤드업 디스플레이 장치(100)로, 백라이트 유닛(1)은 액정표시소자(2)를 조명하는 광(조명광(I))을 출사하는 광원(10)과, 복수의 렌즈(41)가 배치되고 광원(10)으로부터 출사되는 광을 분할하여 광원(10)의 상을 복수 생성하는 렌즈 어레이(40)와, 광원(10)의 상으로부터 출사되는 광을 액정표시소자(2)의 표시영역(A)에 대응하도록 집광하는 집광수단(제1, 제2 포커스 렌즈(51, 52))를 구비하고, 렌즈 어레이(40)는 주변에서의 렌즈(41)의 배광각도(θ2)가 중앙에서의 렌즈(41)의 배광각도(θ1)와 다르도록 구성되어 있다.
이 구성에 의해, 렌즈 어레이(40)의 주변에서도 제1, 제2 포커스 렌즈(51, 52)의 수차에 관계없이, 렌즈(41)에서 생성되는 광원(10)의 상으로부터의 조명광(I)을 액정표시소자(2)의 표시영역(A) 전체에 조사할 수 있고, 액정표시소자(2)의 표시영역(A)에서의 조명 불균일을 억제할 수 있다.
또한, 렌즈 어레이(40)는 주변의 렌즈(41)의 어레이 피치(W2)가 중앙의 렌즈(41)의 어레이 피치(W1)보다 커지도록 구성되어 있다.
이에 의해, 용이하게 주변의 렌즈(41)의 배광각도(θ2)를 중앙의 렌즈(41)의 배광각도(θ1)와 다르게 할 수 있다.
또한, 렌즈 어레이(40)는 주변의 렌즈(41)의 초점거리가 중앙의 렌즈(41)의 초점거리보다 짧아지도록 구성되어도 좋다.
이에 의해, 용이하게 주변의 렌즈(41)의 배광각도(θ2)를 중앙의 렌즈(41)의 배광각도(θ1)와 다르게 할 수 있다.
또한, 렌즈 어레이(40)는 장방형상으로 렌즈(41)가 배치되어 있고, 상기 장방형상의 길이방향에 대해서, 주변에서의 렌즈(41)의 배광각도(θ2)가 중앙에서의 렌즈(41)의 배광각도(θ1)와 다르도록 구성되어 있다.
이에 따르면, 광축(AX)으로부터의 거리가 멀어 보다 조명 불균일이 발생하기 쉬운 영역에 대해서, 액정표시소자(2)의 표시영역(A)에서의 조명 불균일을 억제할 수 있다. 또한, 렌즈 어레이(40)가 장방형상으로 렌즈(41)가 배치되는 경우에도, 전체의 크기가 큰 경우에는 장방형상의 단변 방향에 대해서도, 주변에서의 렌즈(41)의 배광각도가 중앙에서의 렌즈(41)의 배광각도와 다르도록 구성해도 좋다.
또한, 본 발명은 상기의 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 여러가지의 변형이 가능하다.
이상에서는 집광수단이 2매의 포커스 렌즈로 구성되는 예를 설명했지만, 집광수단은 1매 또는 3매 이상의 포커스 렌즈로 구성되어 있어도 좋다. 또한, 집광수단은 오목거울을 포함해도 좋다.
또한, 액정표시소자(2)의 조명성능을 만족하는 한, 백라이트 유닛(1)에서 렌즈, 반사부(60) 이외의 리플렉터 등의 광학부품을 적절하게 추가, 삭제할 수도 있다.
또한, HUD 장치(100)를 평면거울(4)과 오목거울(5) 중 어느 한쪽을 사용하지 않고 구성하는 것도 가능하고, 모두 사용하지 않고 구성하는 것도 가능하다.
또한, 이상의 설명에서는 표시광(L)을 차량(C)의 윈드실드(S)에서 반사시킴으로써 표시화상을 사용자(U)에게 시인시키는 예를 나타냈지만, 이에 한정되지 않는다. HUD 장치(100)가 전용의 컴바이너를 구비하고, 컴바이너에서 표시광(L)을 반사시킴으로써 표시화상을 시인시켜도 좋다.
또한, 이상의 설명에서는 HUD 장치(100)가 탑재되는 탈것의 일례를 차량(C)으로 했지만, 이에 한정되지 않는다. HUD 장치(100)는 오토바이 등의 다른 차량, 건설기계, 농경기계, 선박, 항공기 등에 탑재되는 것이어도 좋다.
또한, 본 발명은 이상의 실시형태 및 도면에 의해 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위에서, 적절하게 실시형태 및 도면에 변경(구성요소의 삭제도 포함)을 가하는 것이 가능하다.
(산업상의 이용 가능성)
본 발명은 헤드업 디스플레이 장치에 적합하다.
100: HUD 장치 1: 백라이트 유닛
10: 광원 20: 평행광 생성수단
30: 조도 균일화 수단 40: 렌즈 어레이
40A: 중앙부 40B: 좌측 주변부
40C: 우측 주변부 41: 렌즈
51: 제1 포커스 렌즈 52: 제2 포커스 렌즈
60: 반사부 70: 확산판
80: 케이스체 90: 커버 부재
I: 조명광 2: 액정표시소자
3: 표시기 6: 하우징
6a; 상부 개구부(출사구) L: 표시광
V: 허상 U: 사용자

Claims (7)

  1. 백라이트 유닛과 표시소자를 구비하는 표시기로부터 발해지는 표시광을 투사수단을 통하여 관찰자의 시점영역에 투사하여 상기 표시광이 나타내는 화상을 시인하게 하는 헤드업 디스플레이 장치로서,
    상기 백라이트 유닛은
    상기 표시소자를 조명하는 광을 출사하는 광원,
    상기 광원으로부터 출사되는 광을 분할하여 상기 광원의 상을 복수 생성하는 렌즈 어레이, 및
    상기 광원의 상으로부터 출사되는 광을 상기 표시소자의 표시영역에 대응하도록 집광하는 집광수단을 구비하고,
    상기 집광수단은 상기 투사수단의 세로방향과 가로방향에서의 초점거리의 차이를 보정하도록 세로방향과 가로방향에서의 초점거리가 다른, 헤드업 디스플레이 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 집광수단은 하나 이상의 포커스 렌즈를 구비하고,
    상기 포커스 렌즈 중 적어도 하나의 표면이, 토로이달면 또는 자유곡면인, 헤드업 디스플레이 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    탈것에 탑재되고,
    상기 투사수단은 적어도 상기 탈것의 프론트 유리를 포함하는, 헤드업 디스플레이 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌즈 어레이는 복수의 렌즈가 배치되고, 주변에서의 렌즈의 배광각도가 중앙에서의 렌즈의 배광각도와 다른, 헤드업 디스플레이 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 렌즈 어레이는 주변 렌즈의 어레이 피치가 중앙 렌즈의 어레이 피치보다 큰, 헤드업 디스플레이 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 렌즈 어레이는 주변 렌즈의 초점거리가 중앙 렌즈의 초점거리보다 짧은, 헤드업 디스플레이 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 렌즈 어레이는 장방형상으로 상기 렌즈가 배치되어 있고, 상기 장방형상의 길이방향에 대해서 주변에서의 렌즈의 배광각도가 중앙에서의 렌즈의 배광각도와 다른, 헤드업 디스플레이 장치.
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