WO2016039297A1 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a head-up display device.
- the head-up display device includes a light source that emits a light beam, a lens array that divides the light beam to generate a plurality of light source images, and a light beam emitted from the image of the light source generated by the lens array is incident on the display member at a predetermined angle.
- a lens array, and the lens array is disposed such that an image plane of a light source generated by the lens array is positioned on the principal point side of the field lens with respect to the object-side focal point of the field lens It is.
- the light irradiation efficiency to the eye box can be improved, the amount of change in luminance of the display image due to the viewpoint movement can be suppressed, and a desirable light distribution angle.
- the characteristics can be realized.
- a head-up display device having a lens array when a light source emits a high-intensity light beam in a high-temperature environment, the condensing points of the light beams passing through the lens array are collected at one point in the lens array. Depending on the material of the lens array, the lens array may be altered and display quality may be deteriorated.
- the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a head-up display device that reduces the possibility that the lens array will be deteriorated by condensing light rays emitted from a light source.
- the head-up display device of the present invention is The display member 113, the light source 111a that emits the light beam L0, the lens array 111c that divides the light beam L0 to generate a plurality of images of the light source 111a, and the image of the light source 111a generated by the lens array 111c.
- the display light L emitted from the display device 110 including the field lens 111d that makes the light beam L0 incident on the display member 113 at a predetermined angle is guided to the viewpoint region B of the observer D through the projection members 120 and 220.
- a head-up display device 100 that displays a virtual image V
- the lens array 111c has a lens shape in which the condensing point P1 in the first direction and the condensing point P2 in the second direction perpendicular to the first direction do not intersect on the lens array 111c.
- the display member 113 of the head-up display device 100 of the present invention has a rectangular display area,
- the first direction corresponds to a short direction of the display area,
- the second direction corresponds to the longitudinal direction of the display area,
- the lens shape is such that the condensing point P2 in the second direction is located closer to the incident-side curved surface side of the lens array 111c than the condensing point P1 in the first direction.
- the lens array 111c of the head-up display 100 of the present invention is made of a resin material.
- the present invention it is possible to provide a head-up display device in which the possibility that the lens array is deteriorated due to the collection of light emitted from the light source is reduced.
- FIG. 1 It is the schematic of the head-up display apparatus which is embodiment of this invention. It is sectional drawing of a head up display apparatus same as the above. It is a figure explaining the optical path in the head up display device. It is a figure explaining the optical path of the lens array in the head up display device. (A) shows the optical path in the vertical direction (first direction), and (b) shows the optical path in the horizontal direction (second direction).
- the head-up display device 100 is disposed inside an instrument panel 210 of a vehicle 200, and displays light L emitted from a liquid crystal display (display) 110 described later via a windshield (projection member) 220. It is reflected and guided to the eye box B of the driver (observer) D of the vehicle 200 to display a virtual image (display image) V. Thereby, the driver D can visually recognize the virtual image V by the display light L superimposed on the landscape.
- the head-up display device 100 is mainly composed of a liquid crystal display 110, a concave mirror 120, a housing 130, and a heat dissipation member 140, as shown in FIG.
- the liquid crystal display 100 includes an illumination optical system 111, a light diffusing member 112, a liquid crystal display panel (display member) 113, a first case body 114, a second case body 115, and a third case body 116. And comprising.
- the illumination optical system 111 is a so-called Koehler illumination optical system, and includes a light source 111a, a condenser lens 111b, a lens array 111c, and a field lens 111d as shown in FIG. Further, the illumination optical system 111 irradiates the light beam L0 emitted from the light source 111a evenly on the horizontally long effective area of the liquid crystal display panel 113, and projects the light beam L0 by the concave mirror 120 and the windshield 220. The angle of the display light L emitted from the surface of the liquid crystal display panel 113 is controlled so as to be guided to the eye box B of the driver D through the system.
- the light source 111a includes a light emitting element such as an LED, and emits a light beam L0.
- the light source 111 a is mounted on a circuit board (light source board) 117.
- the condenser lens 111b is a convex lens made of an optical resin having a refractive index Nd of 1.4 to 1.7 at a wavelength of 587.56 nm.
- the condenser lens 111b collects the light beam L0 emitted from the light source 111a, and the head-up display device. It has a function of collimating with respect to 100 optical axes A.
- the condenser lens 111b corresponds to one light source 111a, and when a plurality of light sources 111a are used as in the present embodiment, the condenser lens 111b takes the form of a collective lens in which a plurality of convex lens portions are arranged.
- the effective focal length of the condenser lens 111b is 5 to 9 mm. Depending on the specifications, it may be composed of two lenses, for example, when the distance between the lens curved surfaces (lens thickness) is to be kept below a certain level for the convenience of manufacturing the lens. Also good.
- the emission surface of the light source 111a is located at the focal point of the condenser lens 111b, and the paraxial light beam emitted from the light source 111a becomes parallel light parallel to the optical axis A after passing through the condenser lens 111b.
- the distance between the incident side curved surface vertex of the condenser lens 111b and the exit surface of the light source 111a is defined on the condition of the amount of light taken in from the light source 111a and the size constraint.
- the exit side curved surface shape of the condenser lens 111b is basically spherical, but may be an aspherical toroidal shape according to the light distribution characteristics of the light source 111a.
- a biconvex lens made of an optical resin having a refractive index Nd of 1.4 to 1.7 at a wavelength of 587.56 nm is regularly arranged on a plane perpendicular to the optical axis A of the head-up display device 100.
- the lens array 111c has a function of dividing the light beam L0 collimated by the condenser lens 111b according to the number of arrays and connecting intermediate images. This intermediate image is an image obtained by dividing the enlarged image of the light source 111a generated by the condenser lens 111b by the number of arrays.
- Each lens of the lens array 111c corresponds to the vertical direction and the horizontal direction of the liquid crystal display panel 113 in the vertical direction and the horizontal direction of the lens, and is optimal for illuminating the effective area of the horizontally long rectangle of the liquid crystal display panel 113 uniformly. It becomes.
- the light distribution angle (numerical aperture) of the light beam L0 emitted from the intermediate image plane can be adjusted by the pitch interval between the lenses in the vertical and horizontal directions of each lens of the lens array 111c and the shape of each lens.
- the pitch interval and shape of each lens are adjusted, if the pitch interval of each lens is increased, the boundary portion of the intermediate image generated by the lens array 11c may be visually recognized by the driver D and the display quality may be deteriorated. Unfavorable increase.
- the position where the light beam L0 incident on the lens array 111c is condensed is outside the lens array 111c so that the lens array 111c is not deteriorated by the collection of the light beam L0.
- the incident light enters the lens array 111c from the light distribution angle of the light beam L0 emitted from the intermediate image plane necessary for properly illuminating the liquid crystal display panel 113 and the thickness necessary for maintaining the rigidity of the lens array 111c. It is difficult to place the position where the light beam L0 is collected outside the lens array 111c.
- each lens of the lens array 111c is such that the condensing position P1 in the vertical direction and the condensing position P2 in the horizontal direction of the condensing point P that condenses on the lens array 111c are 1.
- the condensing position P2 is set to a lens rather than the condensing position P1 so that the light distribution angle of the lateral light beam L0 emitted from the intermediate image plane is wider than the light distribution angle of the vertical light beam L0.
- the aspherical toroidal shape is defined so as to be positioned on the side where the paraxial parallel light is incident on the array 111c.
- the field lens 111d is composed of a convex lens made of an optical resin having a refractive index Nd of 1.4 to 1.7 at a wavelength of 587.56 nm.
- the field lens 111d is composed of at least two convex lenses.
- the field lens 111d has a function of guiding the light beam L0 emitted from the intermediate image generated by the lens array 111c to the liquid crystal display panel 113 at a predetermined light distribution angle. That is, the illumination optical system 111 divides the collimated light beam L0 from the light source 111a by the lens array 111c to generate each intermediate image, and the light beam L0 emitted from each generated intermediate image by the field lens 111d.
- the entire surface of the liquid crystal panel 113 (a plane passing through the center line in the thickness direction of the liquid crystal layer) is enlarged so as to irradiate, and individual object points are superimposed on the surface of the liquid crystal display panel 113 which is one surface.
- the light irradiation efficiency to the eye box B is improved, and the luminance uniformity of the virtual image V is improved compared with the conventional method using the lenticular lens that spreads only in the horizontal direction and the vertical direction after focusing.
- the luminance change amount of the virtual image V accompanying the movement can be suppressed.
- the light diffusing member 112 is a film-like or plate-like member made of a transparent resin material as a base material, and is disposed between the field lens 111d of the illumination optical system 111 and the liquid crystal display panel 113 so as to cover the entire optical path.
- the light diffusing member 112 is fixed in the third case body 116 by being sandwiched or adhered by an exterior part.
- the light diffusing member 112 diffuses external light reflected by the exit-side curved surface of the field lens 111d, and prevents the driver D from seeing the boundary portion of the intermediate image generated by the lens array 11c of the illumination optical system 111. It has a function to make.
- the liquid crystal display panel 113 is a display panel in which polarizing plates are attached to both front and rear surfaces of a liquid crystal cell in which a liquid crystal layer is sealed in a pair of transparent substrates on which a transparent electrode film is formed.
- QVGA Quadrater Video Graphics Graphics Array
- It has a standard horizontally long rectangular effective area and is accommodated in the third case body 116.
- the light beam L0 guided to the surface of the liquid crystal display panel 113 by the field lens 111d at a predetermined light distribution angle is transmitted through the liquid crystal display panel 113 and becomes display light L, which is irradiated onto the concave mirror 120 constituting the projection optical system.
- the first case body 114 is a cylindrical member provided on the rear side of the liquid crystal display 110 and made of a non-permeable resin material and having a substantially rectangular cross section, and accommodates the condenser lens 111b.
- the second case body 115 is a cylindrical member having a rectangular cross section made of a non-permeable resin material.
- the second case body 115 is provided between the first case body 114 and the third case body 116, and includes the illumination optical system 111. Each member to be configured is accommodated and held.
- the third case body 116 is provided on the front side (injection side) of the liquid crystal display 100, is made of a non-transparent resin material, and houses the light diffusion member 112 and the liquid crystal display panel 113.
- the third case body 120 is provided with a window portion 116a that exposes the display surface of the liquid crystal display panel 113, and the display light L is emitted from the window portion 116a.
- the concave mirror 120 is a reflecting mirror in which a concave reflecting surface is formed by evaporating a metal such as aluminum on a resin material such as polycarbonate.
- the concave mirror 120 has a function of magnifying the display light L emitted from the liquid crystal display 110 and irradiating the windshield 220 and a function of correcting distortion of the display light L due to the curved surface of the windshield 2 with a concave curved surface. .
- the housing 130 is made of an impermeable resin material, and houses the liquid crystal display 110 and the concave mirror 120.
- the housing 130 is provided with a window 131 that emits display light.
- the window 131 is made of a translucent resin material such as acrylic, and is curved. Further, the housing 130 is provided with an opening 132 for disposing the heat radiating member 140 on the rear side.
- the heat dissipation member 140 is provided in the opening 132 of the housing 130.
- the heat radiating member 140 is a fin-type structure made of a metal material such as aluminum, and has a role of releasing heat generated by the light source 117 to the outside.
- the first and second case bodies 114 and 115 are fixed to the heat radiating member 140 by screws.
- the heat radiating member 140 is screwed to the housing 130.
- the head-up display device 100 is configured by the above-described units.
- the positions P and P2 in which the paraxial parallel light incident on the lens array 111c is refracted and collected are collected in the vertical direction (first direction) and the horizontal direction (second direction). Since the light beam L0 does not converge on one point of the lens array 111c by defining the lens array 111c so that they do not overlap each other, the lens array is altered by the light beam L0 condensing and the display quality is improved. It is possible to reduce the possibility of a decrease.
- the light collection position P2 in the horizontal direction (second direction) is set to the vertical direction (first direction).
- the pitch in the lateral direction (second direction) of each lens of the lens array 111c is widened to increase the light distribution angle.
- the boundary portion of the intermediate image generated by the lens array 111c of the illumination optical system 111 is less likely to be visually recognized by the driver D, and the possibility that the display quality is deteriorated can be reduced.
- the positions P where the paraxial parallel light incident on the lens array 111c is refracted and condensed are the condensing positions P1 and P2 in the vertical direction (first direction) and the horizontal direction (second direction). Is defined so that they do not overlap with each other on the lens array 111c, the light beam L0 does not converge on one point of the lens array 111c, and the lens array 111c can reduce the possibility of alteration due to the collection of the light beam L0.
- the lens array 111c made of an optical resin that has low heat resistance but is inexpensive and easy to mold can be employed.
- the light beam L0 emitted from the light source 111a of the point light source composed of a light emitting element such as an LED is condensed by the condenser lens 111b and is made parallel to the optical axis A of the head-up display device 100, although the light is emitted to the lens array 111c, the condenser lens 111b may be eliminated if the light source 111a is a surface light source that emits parallel light.
- the present invention is suitable for a head-up display device.
- Head-up display device 110 Liquid crystal display (display) 111: Illumination optical system 111a: Light source 111b: Condenser lens 111c: Lens array 111d: Field lens 112: Light diffusion member 113: Liquid crystal display panel (display member) 114: 1st case body 115: 2nd case body 116: 3rd case body 117: Circuit board (light source board) 120: concave mirror 130: housing 140: heat dissipation member
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Abstract
光源が発する光線の集光によってレンズアレイが変質する虞を低減したヘッドアップディスプレイ装置を提供する。 本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、表示部材１１３と、光線Ｌ０を放出する光源１１１ａと、前記光線Ｌ０を分割し前記光源１１１ａの像を複数生成するレンズアレイ１１１ｃと、前記レンズアレイ１１１ｃにより生成される前記光源１１１ａの像から発せられる前記光線Ｌ０を所定の角度で前記表示部材１１３に入射させるフィールドレンズ１１１ｄと、を備え、前記レンズアレイ１１１ｃは、第１方向における集光点Ｐ１と、前記第１方向と垂直な第２方向における集光点Ｐ２とが、前記レンズアレイ１１１ｃ上で交わらないレンズ形状を有する。
Description
本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置に関する。
従来より種々提案されているヘッドアップディスプレイ装置として、特許文献１に開示されるものがある。このヘッドアップディスプレイ装置は、光線を放出する光源と、光線を分割し光源の像を複数生成するレンズアレイと、レンズアレイにより生成される光源の像から発せられる光線を所定角度で表示部材に入射させるフィールドレンズと、を有し、レンズアレイは、レンズアレイにより生成される光源の像面が、フィールドレンズの物体側焦点に対してフィールドレンズの主点側に位置するように配設されるものである。
上述のようなヘッドアップディスプレイ装置によれば、アイボックスへの光照射効率を向上することができ、視点移動に伴う表示像の輝度変化量を抑制するこ
とが可能であり、また望ましい配光角度特性を実現可能とされる。
とが可能であり、また望ましい配光角度特性を実現可能とされる。
しかしながら、レンズアレイを備えたヘッドアップディスプレイ装置においては、高温環境下で高輝度の光線を光源が発した場合に、レンズアレイを通過する光線の集光点がレンズアレイ内で１点に集まると、レンズアレイの材質によってはレンズアレイが変質して表示品位が低下してしまう虞があった。
本発明は、上述した課題を鑑みてなされたものであり、光源が発する光線の集光によってレンズアレイが変質する虞を低減したヘッドアップディスプレイ装置を提供することを目的とする。
本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、
表示部材１１３と、光線Ｌ０を放出する光源１１１ａと、前記光線Ｌ０を分割し前記光源１１１ａの像を複数生成するレンズアレイ１１１ｃと、前記レンズアレイ１１１ｃにより生成される前記光源１１１ａの像から発せられる前記光線Ｌ０を所定の角度で前記表示部材１１３に入射させるフィールドレンズ１１１ｄと、を備える表示器１１０から発せられる表示光Ｌを投射部材１２０，２２０を介して観察者Ｄの視点領域Ｂに導いて虚像Ｖを表示させるヘッドアップディスプレイ装置１００であって、
前記レンズアレイ１１１ｃは、第１方向における集光点Ｐ１と、前記第１方向と垂直な第２方向における集光点Ｐ２とが、前記レンズアレイ１１１ｃ上で交わらないレンズ形状を有する。
表示部材１１３と、光線Ｌ０を放出する光源１１１ａと、前記光線Ｌ０を分割し前記光源１１１ａの像を複数生成するレンズアレイ１１１ｃと、前記レンズアレイ１１１ｃにより生成される前記光源１１１ａの像から発せられる前記光線Ｌ０を所定の角度で前記表示部材１１３に入射させるフィールドレンズ１１１ｄと、を備える表示器１１０から発せられる表示光Ｌを投射部材１２０，２２０を介して観察者Ｄの視点領域Ｂに導いて虚像Ｖを表示させるヘッドアップディスプレイ装置１００であって、
前記レンズアレイ１１１ｃは、第１方向における集光点Ｐ１と、前記第１方向と垂直な第２方向における集光点Ｐ２とが、前記レンズアレイ１１１ｃ上で交わらないレンズ形状を有する。
また、好ましくは、本発明のヘッドアップディスプレイ装置１００の
前記表示部材１１３は矩形の表示領域を有し、
前記第１方向は、前記表示領域の短手方向に対応し、
前記第２方向は、前記表示領域の長手方向に対応し、
前記レンズ形状は、前記第２方向における集光点Ｐ２が、前記第１方向における集光点Ｐ１よりも前記レンズアレイ１１１ｃの入射側曲面側に位置する形状である。
前記表示部材１１３は矩形の表示領域を有し、
前記第１方向は、前記表示領域の短手方向に対応し、
前記第２方向は、前記表示領域の長手方向に対応し、
前記レンズ形状は、前記第２方向における集光点Ｐ２が、前記第１方向における集光点Ｐ１よりも前記レンズアレイ１１１ｃの入射側曲面側に位置する形状である。
また、好ましくは、本発明のヘッドアップディスプレイ１００の
前記レンズアレイ１１１ｃは、樹脂材料からなる。
前記レンズアレイ１１１ｃは、樹脂材料からなる。
本発明によれば、光源が発する光線の集光によってレンズアレイが変質する虞を低減したヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。
以下、図１から図４に基づいて、本発明を車両用のヘッドアップディスプレイ装置に適用した一実施形態を説明する。
ヘッドアップディスプレイ装置１００は、図１に示すように車両２００のインパネ２１０内部に配設され、後述する液晶表示器（表示器）１１０が発する表示光Ｌをフロントガラス（投射部材）２２０を介して反射させ、車両２００の運転者（観察者）ＤのアイボックスＢに導いて、虚像（表示像）Ｖを表示する。これにより、運転者Ｄは表示光Ｌによる虚像Ｖを風景に重畳させて視認できる。
ヘッドアップディスプレイ装置１００は、図２に示すように液晶表示器１１０と、凹面鏡１２０と、ハウジング１３０と、放熱部材１４０と、から主に構成される。
液晶表示器１００は、照明光学系１１１と、光拡散部材１１２と、液晶表示パネル（表示部材）１１３と、第１のケース体１１４と、第２のケース体１１５と、第３のケース体１１６と、を備える。
照明光学系１１１は、いわゆるケーラー照明光学系であり、図３に示すように、光源１１１ａと、コンデンサレンズ１１１ｂと、レンズアレイ１１１ｃと、フィールドレンズ１１１ｄと、で構成される。また、照明光学系１１１は、光源１１１ａから発せられる光線Ｌ０を液晶表示パネル１１３の横長矩形の有効領域に均等に照射させつつ、同光線Ｌ０を凹面鏡１２０とフロントガラス２２０とで構成される投射光学系を介して、運転者ＤのアイボックスＢへ導くように液晶表示パネル１１３面から出射される表示光Ｌの角度を制御する。
光源１１１ａは、ＬＥＤなどの発光素子からなり、光線Ｌ０を発する。光源１１１ａは、回路基板（光源基板）１１７に実装されている。
コンデンサレンズ１１１ｂは、波長５８７．５６ｎｍにおける屈折率Ｎｄが１．４～１．７である光学樹脂により作製される凸レンズからなり、光源１１１ａから出射される光線Ｌ０を集光し、ヘッドアップディスプレイ装置１００の光軸Ａに対して平行化する機能を有する。コンデンサレンズ１１１ｂは、１個の光源１１１ａに対して１つのレンズが対応し、本実施形態のように光源１１１ａが複数使用される場合は、凸レンズ部が複数配置された集合レンズの形態を取る。コンデンサレンズ１１１ｂの有効焦点距離は５～９ｍｍであり、レンズ製造上の都合からレンズ曲面頂点間距離（レンズ厚さ）を一定以下に抑えたい場合など、仕様によっては２枚のレンズで構成してもよい。光源１１１ａはその射出面がコンデンサレンズ１１１ｂの焦点に位置し、光源１１１ａから射出される近軸光線がコンデンサレンズ１１１ｂを透過後に光軸Ａと平行な平行光となる。なお、コンデンサレンズ１１１ｂの入射側曲面頂点と光源１１１ａの射出面との間隔は光源１１１ａからの光取り込み量及び寸法制約などを条件として規定される。光源１１１ａがランバシアン配光に近い特性を持つ場合、コンデンサレンズ１１１ｂの射出側曲面形状は球面を基本とするが、光源１１１ａの配光特性に応じて非球面のトロイダル形状としてもよい。
レンズアレイ１１１ｃは、波長５８７．５６ｎｍにおける屈折率Ｎｄが１．４～１．７である光学樹脂により作製される両凸レンズがヘッドアップディスプレイ装置１００の光軸Ａに対して垂直な平面に規則的に複数配置された光学部材である。レンズアレイ１１１ｃは、コンデンサレンズ１１１ｂによって平行化された光線Ｌ０をアレイ数に応じて分割して中間像を結ぶ機能を有する。この中間像は、コンデンサレンズ１１１ｂによって生成される光源１１１ａの拡大像をアレイ数で分割した像である。レンズアレイ１１１ｃの各レンズは、レンズの縦方向と横方向が液晶表示パネル１１３の縦方向と横方向に対応しており、液晶表示パネル１１３の横長矩形の有効領域を均一に照明するように最適化される。
レンズアレイ１１１ｃの各レンズの縦横におけるレンズ同士のピッチ間隔と、各レンズの形状によって、中間像面から出射される光線Ｌ０の配光角度（開口数）を調整できる。しかしながら、各レンズのピッチ間隔や形状を調整するが、各レンズのピッチ間隔を広げると、レンズアレイ１１ｃにより生成される中間像の境界部分を運転者Ｄに視認されて表示品位が低下する虞が高まり好ましくない。
また、レンズアレイ１１１ｃが光線Ｌ０の集光によって変質しないようにレンズアレイ１１１ｃに入射した光線Ｌ０が集光する位置をレンズアレイ１１１ｃ外とすることが好ましい。しかしながら、液晶表示パネル１１３を適切に照明するために必要な中間像面から出射される光線Ｌ０の配光角度と、レンズアレイ１１１ｃの剛性を保つために必要な厚さから、レンズアレイ１１１ｃに入射した光線Ｌ０が集光する位置をレンズアレイ１１１ｃ外とすることは難しい。
よって、レンズアレイ１１１ｃの各レンズの形状を、図４に示すように、レンズアレイ１１１ｃ上で集光する集光点Ｐの縦方向における集光位置Ｐ１と横方向における集光位置Ｐ２同士が１点で交わらず、中間像面から出射される横方向の光線Ｌ０の配光角度を縦方向の光線Ｌ０の配光角度に比べ広くなるように、集光位置Ｐ１よりも集光位置Ｐ２をレンズアレイ１１１ｃの近軸平行光が入射した側に位置するように規定した非球面のトロイダル形状とする。
フィールドレンズ１１１ｄは、波長５８７．５６ｎｍにおける屈折率Ｎｄが１．４～１．７である光学樹脂により作製される凸レンズからなり、本実施形態においては少なくとも２つの凸レンズからなる。フィールドレンズ１１１ｄは、レンズアレイ１１１ｃが生成した中間像から発せられる光線Ｌ０を、所定の配光角度で液晶表示パネル１１３へ導く機能を有する。すなわち、照明光学系１１１は、レンズアレイ１１１ｃによって光源１１１ａからの平行化された光線Ｌ０を分割して各中間像を生成し、生成される各中間像から発せられる光線Ｌ０をフィールドレンズ１１１ｄによってそれぞれ液晶パネル１１３面（液晶層の厚さ方向の中心線を通る平面）全体を照射するように拡大し、また、個々の物点を１つの面である液晶表示パネル１１３面に重ねる。これにより、アイボックスＢへの光照射効率が向上し、また、集光後に横方向及び縦方向にのみ広げるレンチキュラレンズを用いた従来の方法に比べて虚像Ｖの輝度均斉度を改善して視点移動に伴う虚像Ｖの輝度変化量を抑制できる。
光拡散部材１１２は、透明樹脂材料を基材としてフィルム状あるいは板状の部材であり、照明光学系１１１のフィールドレンズ１１１ｄと液晶表示パネル１１３との間に、全光路を覆う大きさで配置される。光拡散部材１１２は、第３のケース体１１６内に外装部品での挟み込みや接着等によって固定される。光拡散部材１１２は、フィールドレンズ１１１ｄの射出側曲面で反射される外光を拡散し、また、照明光学系１１１のレンズアレイ１１ｃにより生成される中間像の境界部分を運転者Ｄに視認されないようにする機能を有する。
液晶表示パネル１１３は、透明電極膜が形成された一対の透光性基板に液晶層を封入した液晶セルの前後両面に偏光板を貼着した表示パネルであり、例えばＱＶＧＡ（Quarter Video Graphics Array）規格の横長矩形の有効領域を有し、第３のケース体１１６内に収納される。フィールドレンズ１１１ｄによって所定の配光角度で液晶表示パネル１１３面へ導かれた光線Ｌ０は液晶表示パネル１１３を透過して表示光Ｌとなって投射光学系を構成する凹面鏡１２０に照射される。
第１のケース体１１４は、液晶表示器１１０の後方側に設けられ、非透過性樹脂材料からなる断面略矩形状の筒状部材であり、コンデンサレンズ１１１ｂを収容する。
第２のケース体１１５は、非透過性樹脂材料からなる断面矩形状の筒状部材であり、第１のケース体１１４と第３のケース体１１６との間に設けられ、照明光学系１１１を構成する各部材を収容、保持する。
第３のケース体１１６は、液晶表示器１００の前方側（射出側）に設けられ、非透過性樹脂材料からなり、光拡散部材１１２及び液晶表示パネル１１３を収納する。また、第３のケース体１２０には液晶表示パネル１１３の表示面を露出する窓部１１６ａが設けられており、窓部１１６ａから表示光Ｌが射出される。
凹面鏡１２０は、例えばポリカーボネートなどの樹脂材料に例えばアルミニウムなどの金属を蒸着させて凹面状の反射面を形成した反射鏡である。凹面鏡１２０は、液晶表示器１１０が発した表示光Ｌを拡大してフロントガラス２２０に照射する機能と、フロントガラス２の曲面による表示光Ｌの歪みを凹面状の曲面にて補正する機能を有する。
ハウジング１３０は、非透過性樹脂材料からなり、液晶表示器１１０及び凹面鏡１２０を収納する。ハウジング１３０には、表示光を出射する窓部１３１が設けられている。この窓部１３１は例えばアクリルなどの透光性樹脂材料からなり、湾曲形成されている。また、ハウジング１３０には、後方側に放熱部材１４０を配設するための開口部１３２が設けられている。
放熱部材１４０は、ハウジング１３０の開口部１３２に設けられる。放熱部材１４０は、例えばアルミニウムなどの金属材料で作成されるフィン型の構造体であり、光源１１７が発する熱を外部に放出する役割を有する。放熱部材１４０には、螺子止めにより第１，第２のケース体１１４，１１５が固定される。また、放熱部材１４０はハウジング１３０に螺子止めされる。
以上の各部によってヘッドアップディスプレイ装置１００が構成される。
本実施形態によれば、レンズアレイ１１１ｃに入射した近軸平行光が屈折して集光する位置Ｐを、縦方向（第１方向）と横方向（第２方向）における集光位置Ｐ１，Ｐ２が互いにレンズアレイ１１１ｃ上で重ならないように規定することで、光線Ｌ０がレンズアレイ１１１ｃの１点に集光しないため、レンズアレイ１１１ｃが光線Ｌ０の集光によってレンズアレイが変質して表示品位が低下してしまう虞を低減できる。
また、本実施形態は、液晶表示パネル（表示部材）１１３の横長矩形の有効領域に均等に光線Ｌ０を照射するにあたって、横方向（第２方向）における集光位置Ｐ２を縦方向（第１方向）における集光位置Ｐ１よりもレンズアレイ１１１ｃの入射側曲面側に配置することで、レンズアレイ１１１ｃの各レンズの横方向（第２方向）のピッチを広げて配光角度を広げるのに比べて、照明光学系１１１のレンズアレイ１１１ｃにより生成される中間像の境界部分を運転者Ｄに視認されにくくなり、表示品位が低下する虞を低減できる。
また、本実施形態は、レンズアレイ１１１ｃに入射した近軸平行光が屈折して集光する位置Ｐを、縦方向（第１方向）と横方向（第２方向）における集光位置Ｐ１，Ｐ２が互いにレンズアレイ１１１ｃ上で重ならないように規定することで、光線Ｌ０がレンズアレイ１１１ｃの１点に集光せず、レンズアレイ１１１ｃが光線Ｌ０の集光による変質の虞を低減できるため、例えば無機ガラスからなるレンズアレイ１１１ｃに比べ、耐熱性は低いが安価で成形が容易な光学樹脂からなるレンズアレイ１１１ｃを採用できた。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態で実施ができる。
例えば、本実施形態においては、ＬＥＤなどの発光素子からなる点光源の光源１１１ａが発する光線Ｌ０を、コンデンサレンズ１１１ｂによって集光し、ヘッドアップディスプレイ装置１００の光軸Ａに対して平行化して、レンズアレイ１１１ｃに出射したが、光源１１１ａが平行光を発する面光源であれば、コンデンサレンズ１１１ｂを廃してもよい。
本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置に好適である。
１００ ：ヘッドアップディスプレイ装置
１１０ ：液晶表示器（表示器）
１１１ ：照明光学系
１１１ａ ：光源
１１１ｂ ：コンデンサレンズ
１１１ｃ ：レンズアレイ
１１１ｄ ：フィールドレンズ
１１２ ：光拡散部材
１１３ ：液晶表示パネル（表示部材）
１１４ ：第１のケース体
１１５ ：第２のケース体
１１６ ：第３のケース体
１１７ ：回路基板（光源基板）
１２０ ：凹面鏡
１３０ ：ハウジング
１４０ ：放熱部材
１１０ ：液晶表示器（表示器）
１１１ ：照明光学系
１１１ａ ：光源
１１１ｂ ：コンデンサレンズ
１１１ｃ ：レンズアレイ
１１１ｄ ：フィールドレンズ
１１２ ：光拡散部材
１１３ ：液晶表示パネル（表示部材）
１１４ ：第１のケース体
１１５ ：第２のケース体
１１６ ：第３のケース体
１１７ ：回路基板（光源基板）
１２０ ：凹面鏡
１３０ ：ハウジング
１４０ ：放熱部材
Claims (3)
- 表示部材と、光線を放出する光源と、前記光線を分割し前記光源の像を複数生成するレンズアレイと、前記レンズアレイにより生成される前記光源の像から発せられる前記光線を所定の角度で前記表示部材に入射させるフィールドレンズと、を備える表示器から発せられる表示光を投射部材を介して観察者の視点領域に導いて虚像を表示させるヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記レンズアレイは、第１方向における集光点と、前記第１方向と垂直な第２方向における集光点とが、前記レンズアレイ上で交わらないレンズ形状を有する
ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。 - 前記表示部材は矩形の表示領域を有し、
前記第１方向は、前記表示領域の短手方向に対応し、
前記第２方向は、前記表示領域の長手方向に対応し、
前記レンズ形状は、前記第２方向における集光点が、前記第１方向における集光点よりも前記レンズアレイの入射側曲面側に位置する形状である
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。 - 前記レンズアレイは、樹脂材料からなる
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
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2015
- 2015-09-07 WO PCT/JP2015/075360 patent/WO2016039297A1/ja active Application Filing
Patent Citations (2)
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