JP2016045385A - Translucent screen and head-up display device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画像周辺部の輝度低下を抑制することができる透過型スクリーン及びそのような透過型スクリーンを用いたヘッドアップディスプレイ装置に関するものである。 The present invention relates to a transmissive screen that can suppress a reduction in luminance at the periphery of an image and a head-up display device using such a transmissive screen.
例えば、車両用ヘッドアップディスプレイ(Head Up Display:HUD)装置は、運転者から見てフロントウインドシールドガラスの向こう側に、すなわち前方視野の前景に重畳して、運転情報(例えば、速度表示やナビゲーション表示など)を虚像として投影する。このようなHUDを用いた車両用の表示システムによれば、運転情報を視認する際に運転者の視線移動を極力少なくすることができる。 For example, a head up display (HUD) device for a vehicle is superimposed on the other side of the front windshield glass as viewed from the driver, that is, superimposed on the foreground of the front field of view, for example, driving information (for example, speed display and navigation). Display as a virtual image. According to such a vehicle display system using HUD, the driver's line-of-sight movement can be reduced as much as possible when visually confirming driving information.
また、上記のようなヘッドアップディスプレイやプロジェクターの分野においては、マイクロレンズアレイ(Micro Lens Array:MLA)を透過型スクリーンとして用いることが提案されている。 In the field of the head-up display and the projector as described above, it has been proposed to use a microlens array (MLA) as a transmissive screen.
マイクロレンズアレイを透過型スクリーンとして用いた装置の例としては、特許文献1(特開2010−145745号公報)に、レーザー光を光源とし、複数画素の配列で形成される映像を投影するレーザープロジェクターと、 複数のマイクロレンズが配列され
たマイクロレンズアレイと、 前記レーザープロジェクターと前記マイクロレンズアレイ
の光路間に配設され、各マイクロレンズに入射するレーザー光の入射角が、当該マイクロレンズの開角に収まるように補正して投影するコンデンサーレンズと、 前記マイクロレ
ンズアレイの放射面に形成される映像を拡大する光学系拡大素子と、を備える画像形成装置が開示されている。
ヘッドアップディスプレイのための画像形成を行う装置としては、レーザープロジェクターが用いられることがあるが、レーザー光の振れ角がマイクロレンズアレイ裏面の周辺部に位置する単位マイクロレンズの開角に収まらないと、特に画像の周辺部において輝度低下が生じる。 A laser projector may be used as an apparatus for image formation for a head-up display, but the deflection angle of the laser beam must be within the opening angle of the unit microlens located at the periphery of the back surface of the microlens array. In particular, a decrease in luminance occurs in the peripheral portion of the image.
そこで、特許文献1に開示されている装置では、レーザープロジェクターとマイクロレンズアレイとの間に、コンデンサーレンズを配置し、マイクロレンズアレイの単位マイクロレンズの開角に収まるようにして、レーザー光を補正して画像周辺部の輝度低下を抑制していた。 Therefore, in the apparatus disclosed in Patent Document 1, a condenser lens is arranged between the laser projector and the microlens array, and the laser light is corrected so as to be within the opening angle of the unit microlens of the microlens array. As a result, a decrease in luminance at the periphery of the image is suppressed.
しかしながら、特許文献1に開示されている装置では、レーザープロジェクターとマイクロレンズアレイの光路間にコンデンサーレンズを配する構成であるので、コンデンサーレンズの分、部品点数が増えることによって、また、各部品間の位置合わせのための調整の必要が生じることで生産性が下がり、装置が高コスト化したり、コンデンサーレンズと空気界面における反射が増大し、光学性能が低下したりする、といった課題が存在していた。 However, since the apparatus disclosed in Patent Document 1 has a configuration in which a condenser lens is disposed between the optical paths of the laser projector and the microlens array, the number of parts increases by the amount of the condenser lens, and between each part. As a result of the necessity of adjustment for alignment, there is a problem that productivity is lowered, the cost of the apparatus is increased, reflection at the condenser lens / air interface is increased, and optical performance is deteriorated. It was.
本発明は以上のような課題を解決するためのものであり、本発明に係る透過型スクリーンは、第1方向と、前記第1方向と直交する第2方向に広がる第1主面と、前記第1主面
と対向すると共に、前記第1方向と、前記第2方向に広がる第2主面と、を有し、前記第1主面には、複数の単位マイクロレンズからなるマイクロレンズアレイが設けられ、前記第2主面には、凸レンズ構造部が設けられることを特徴とする。
The present invention is for solving the above-described problems, and the transmission screen according to the present invention includes a first direction, a first main surface extending in a second direction orthogonal to the first direction, A first main surface and a second main surface extending in the second direction while facing the first main surface, a microlens array comprising a plurality of unit microlenses on the first main surface And a convex lens structure portion is provided on the second main surface.
また、本発明に係る透過型スクリーンは、前記第1方向と平行な面であって前記単位マイクロレンズの光軸を含む面における断面形状が、前記第2方向と平行な面であって前記単位マイクロレンズの光軸を含む面における断面形状と異なることを特徴とする。 In the transmission screen according to the present invention, a cross-sectional shape of a plane parallel to the first direction and including an optical axis of the unit microlens is a plane parallel to the second direction and the unit microlens. It differs from the cross-sectional shape in the surface containing the optical axis of a microlens.
また、本発明に係る透過型スクリーンは、前記単位マイクロレンズの第1主面側の頂点において、前記単位マイクロレンズの前記第1方向の曲率半径が、前記第2方向の曲率半径より大きいことを特徴とする。 In the transmissive screen according to the present invention, the radius of curvature of the unit microlens in the first direction is larger than the radius of curvature of the second direction at the apex on the first main surface side of the unit microlens. Features.
また、本発明に係る透過型スクリーンは、前記第1方向と平行な面であって前記凸レンズ構造部の光軸を含む面における断面形状が、前記第2方向と平行な面であって前記凸レンズ構造部の光軸を含む面における断面形状と異なることを特徴とする。 In the transmission screen according to the present invention, a cross-sectional shape of a surface parallel to the first direction and including the optical axis of the convex lens structure portion is a surface parallel to the second direction and the convex lens. It differs from the cross-sectional shape in the surface containing the optical axis of a structure part.
また、本発明に係る透過型スクリーンは、前記凸レンズ構造部の第2主面側の頂点において、前記凸レンズ構造部の前記第1方向の曲率半径が、前記第2方向の曲率半径より大きいことを特徴とする。 In the transmissive screen according to the present invention, the curvature radius in the first direction of the convex lens structure portion is larger than the curvature radius in the second direction at the vertex of the second main surface side of the convex lens structure portion. Features.
また、本発明に係る透過型スクリーンは、前記凸レンズ構造部の前記第1方向の曲率半径が無限大であることを特徴とする。 In the transmissive screen according to the present invention, the radius of curvature of the convex lens structure in the first direction is infinite.
また、本発明に係る透過型スクリーンは、前記凸レンズ構造部が回転対称軸を持たない非球面レンズであることを特徴とする。 In the transmissive screen according to the present invention, the convex lens structure is an aspherical lens having no rotational symmetry axis.
また、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、前記のいずれかに記載の透過型スクリーンが用いられることを特徴とする。 A head-up display device according to the present invention is characterized in that any one of the above-described transmission screens is used.
また、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、レーザー光を発生するレーザー光源と、前記レーザー光を前記透過型スクリーンに走査する走査部と、を有し、前記透過型スクリーンの前記凸レンズ構造は、前記レーザー光の前記マイクロレンズアレイへの入射角が、単位マイクロレンズの開角より小さくなるように、前記レーザー光を屈折させることを特徴とする。 The head-up display device according to the present invention includes a laser light source that generates laser light, and a scanning unit that scans the laser light onto the transmissive screen, and the convex lens structure of the transmissive screen includes: The laser light is refracted so that an incident angle of the laser light to the microlens array is smaller than an opening angle of a unit microlens.
また、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、光を発生するLEDと、前記光を前記透過型スクリーンに反射するLCOS素子と、を有し、前記透過型スクリーンの前記凸レンズ構造は、前記光の前記マイクロレンズアレイへの入射角が、単位マイクロレンズの開角より小さくなるように、前記光を屈折させることを特徴とする。 The head-up display device according to the present invention includes an LED that generates light and an LCOS element that reflects the light to the transmissive screen, and the convex lens structure of the transmissive screen includes the light The light is refracted so that an incident angle to the microlens array is smaller than an opening angle of a unit microlens.
また、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、光を発生するLEDと、前記光を前記透過型スクリーンに反射するDMD素子と、を有し、前記透過型スクリーンの前記凸レンズ構造は、前記光の前記マイクロレンズアレイへの入射角が、単位マイクロレンズの開角より小さくなるように、前記光を屈折させることを特徴とする。 The head-up display device according to the present invention includes an LED that generates light and a DMD element that reflects the light to the transmissive screen, and the convex lens structure of the transmissive screen includes the light The light is refracted so that an incident angle to the microlens array is smaller than an opening angle of a unit microlens.
本発明に係る透過型スクリーンは、第1主面に、複数の単位マイクロレンズからなるマイクロレンズアレイが設けられ、第2主面に、凸レンズ構造部が設けられているので、このような本発明に係る透過型スクリーンによれば、画像周辺部の輝度低下を抑制することが可能となると共に、部品点数を減らせるので、当該透過型スクリーンが組み込まれる装
置のコストを抑制することができ、装置の光学特性の低下も防止できる。
The transmissive screen according to the present invention is provided with a microlens array including a plurality of unit microlenses on the first main surface and a convex lens structure on the second main surface. According to the transmissive screen according to the present invention, it is possible to suppress a decrease in luminance at the peripheral portion of the image and reduce the number of parts, so that the cost of the device in which the transmissive screen is incorporated can be suppressed. It is possible to prevent the deterioration of the optical characteristics.
また、上記のような透過型スクリーンが用いられた本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置によれば、装置のコストを抑制することができると共に、装置の光学特性の低下も防止できる。 In addition, according to the head-up display device according to the present invention using the transmission screen as described above, the cost of the device can be suppressed and the optical characteristics of the device can be prevented from being lowered.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図1は本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置100が搭載された車両5を示す図である。また、図2は本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置100の構成を示す図である。なお、以下に説明する図面は、模式的に示した図であって、実際の形状、寸法、配置とは異なる場合もある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a vehicle 5 equipped with a head-up display device 100 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the head-up display device 100 according to the embodiment of the present invention. Note that the drawings described below are schematic views and may differ from actual shapes, dimensions, and arrangements.
本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置100は、車両5などに搭載されるものであり、ウインドシールド6、または、運転者とウインドシールド6の間に設けられたコンバイナー(不図示)に、投影ユニット85から速度情報表示やナビゲーション情報表示などを虚像として投影することによって、前記虚像を前方視野の前景に重畳表示するものである。
A head-up display device 100 according to an embodiment of the present invention is mounted on a vehicle 5 or the like, and is attached to a
図3は本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置100で情報の重畳画像表示を行った様子を示す図である。図3は、車両5の運転者からの視点Eで視覚されるウ
インドシールド6の像の一例である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a state in which a superimposed image display of information is performed by the head-up display device 100 according to the embodiment of the present invention. FIG. 3 is an example of an image of the
次に、ヘッドアップディスプレイ装置100を構成する投影ユニット85の詳細について説明する。図2は、主として、本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置100の投影ユニット85の構造の一例を示している。なお、投影ユニット85内の座標を、図2に示すxyzの3次元直交座標により定義する。例えば、第1光源11から出射される光はx方向と平行な方向に向けて出射される光である。また、透過型スクリーン50の光軸はz方向と平行な方向にあるものとする。透過型スクリーン50の光軸は、マイクロレンズアレイ57の重心を通る第1主面の法線と定義する。
Next, details of the
なお、特許請求の範囲においては、x軸に平行な軸の方向を第1方向、及び、y軸に平行な軸の方向を第2方向(前記第1方向とは直交関係)と称している。 In the claims, the direction of the axis parallel to the x axis is referred to as a first direction, and the direction of the axis parallel to the y axis is referred to as a second direction (orthogonal relationship with the first direction). .
投影部10からは表示される画像の光が出射される。投影部10は、第1光源11、第2光源12、第3光源13、第1ダイクロイックプリズム21、第1ダイクロイックプリズム21、コリメータレンズ26等を有している。
The light of the image to be displayed is emitted from the
第1光源11、第2光源12及び第3光源13は相互に異なる波長の光を出射するものであって、第1光源11からは第1の波長の光、第2光源12からは第2の波長の光、第3光源13からは第3の波長の光が出射される。本実施の形態においては、例えば、第1光源11から出射される第1の波長の光を青色の光、第2光源12から出射される第2の波長の光を緑色の光、第3光源13から出射される第3の波長の光を赤色の光とすることができる。
The
第1光源11、第2光源12及び第3光源13は、コヒーレント光としてのレーザー光を出射する半導体レーザー装置(レーザー光源)など各種レーザー装置を用いることができる。
As the
本実施の形態においては、第1光源11より出射された第1の波長の光と第2光源12より出射された第2の波長の光は、第1ダイクロイックプリズム21の異なる面に各々入射し、第3光源13より出射された第3の波長の光は、第2ダイクロイックプリズム22に入射するように配置されている。
In the present embodiment, the first wavelength light emitted from the
第1ダイクロイックプリズム21においては、第1光源11より出射された第1の波長の光は透過し、第2光源12より出射された第2の波長の光は反射される。これにより、第1の波長の光と第2の波長の光が合波される。
In the first
このように合波された第1の波長の光と第2の波長の光は、第2ダイクロイックプリズム22に入射する。
The light having the first wavelength and the light having the second wavelength thus combined are incident on the second
第2ダイクロイックプリズム22においては、第1光源11より出射された第1の波長の光及び第2光源12より出射された第2の波長の光は透過し、第3光源13より出射された第3の波長の光は反射される。これにより、第1の波長の光、第2の波長の光、第3の波長の光が合波される。
In the second
このように、第2ダイクロイックプリズム22において合波された第1の波長の光、第2の波長の光及び第3の波長のレーザー光は、コリメータレンズ26を介し、投影ミラー30において反射され、透過型スクリーン50に入射する。投影ミラー30は、2次元的に角度を変えることのできる機能を有しており、これにより、入射した光を2次元的にスキャンニングすることができ、所望のレーザー光による投影像が形成される。
In this way, the first wavelength light, the second wavelength light, and the third wavelength laser light combined by the second
なお、投影ミラー30は、y軸と平行な第1軸(不図示)を中心として回動する(a)方向の動き得るように、さらに、前記第1軸と直交する第2軸(不図示)を中心として回動する(b)方向の動きえるようになっている。
The
なお、投影ミラー30としては、入射した光を2次元的にスキャンニングすることができるものであれば、適宜他の光学部材に置換することが可能であり、このような光学部材としては、ガルバノメータミラー、ガルバノメータスキャナー、ポリゴンミラー、プリズム、音響光学素子、MEMS(Micro Electro Mechanical System)技術を用いた光学素子等を適宜利用することができる。
The
また、本実施形態においては、投影ミラー30においてレーザー光が入射し、これを反射する点と、透過型スクリーン50の光軸と投影ミラー30とが交わる点とは一致しており、投影ミラー30におけるレーザー光の反射点r0と透過型スクリーン50の最上端部
で走査点s1と間の光路長と、投影ミラー30におけるレーザー光の反射点r0と透過型スクリーン50の最下端部で走査点s2と間の光路長と、は等しい。
In the present embodiment, the point at which the laser light is incident on the
投影ミラー30から出射されるレーザー光は、透過型スクリーン50に走査される。ここで、透過型スクリーン50は、所定以上の透過度を有する透明基材からなる光学部材である。
Laser light emitted from the
透過型スクリーン50は、透明な有機樹脂材料を用いて成型することによって構成することもできるし、透明なガラスなどの無機材料を用いることで構成することもできる。
The
図4は本発明の実施形態に係る透過型スクリーン50の斜視図であり、点線によって囲まれている箇所は単位マイクロレンズ55の拡大図である。なお、点線によって囲まれている箇所は、図4のA方向から透過型スクリーン50を見た図であり、この単位マイクロレンズ55の拡大図は、点線によって囲まれている箇所内のxyz直交座標系によって方向関係が定められるものである。
FIG. 4 is a perspective view of the
x軸に平行な軸の方向を第1方向、及び、y軸に平行な軸の方向を第2方向(第1方向とは直交関係)として定義する。 The direction of the axis parallel to the x-axis is defined as the first direction, and the direction of the axis parallel to the y-axis is defined as the second direction (orthogonal relationship with the first direction).
上記のような定義の下、透過型スクリーン50は、第1方向と、前記第1方向と直交する第2方向に広がる第1主面51と、第1主面51と対向すると共に、前記第1方向と、前記第2方向に広がる第2主面52と、を有している。
Under the definition as described above, the
透過型スクリーン50の第1主面51には、複数の単位マイクロレンズ55が周期的に配列されてなるマイクロレンズアレイ57が設けられている。図5は第1方向と第2方向に広がるマイクロレンズアレイ57をz軸方向から見た図である。図に示すように、本実施形態に係る透過型スクリーン50においては、z軸方向から見たとき、単位マイクロレンズ55が、1辺の長さがdである正方形であるものを用いている。
The first
また、各単位マイクロレンズ55は球面レンズ乃至非球面レンズであり、第1主面51側の頂点において、第1方向に曲率半径R1の曲率を有しており、第2方向に曲率半径R2の曲率を有している。なお、頂点とは、各単位マイクロレンズ55が最もz軸方向に突出している点をいう。
Each unit microlens 55 is a spherical lens or an aspherical lens, and has a curvature with a radius of curvature R 1 in the first direction and a radius of curvature R in the second direction at the apex on the first
そして、各単位マイクロレンズ55の第1方向と平行な面であって単位マイクロレンズ55の光軸を含む面における断面形状を、第2方向と平行な面であって単位マイクロレン
ズ55の光軸を含む面における断面形状と異ならせることが好ましい。より詳しくは、各単位マイクロレンズ55の第1主面51側の頂点における第1方向の曲率半径R1と、第
2方向の曲率半径R2とは等しくすることも可能であるが、異ならせることが好ましい。
The cross-sectional shape of each unit microlens 55 in the plane parallel to the first direction and including the optical axis of the unit microlens 55 is the same as the cross-sectional shape of the unit microlens 55 in the plane including the optical axis of the
これは、一般的に、ヘッドアップディスプレイ装置100で表示する画像情報の縦横比が異なっており、画像周辺部の輝度低下の抑制を、画像の上下端部周辺と、画像の左右端部周辺と同程度とするには、各単位マイクロレンズ55の第1主面51側の頂点における第1方向の曲率半径R1と、第2方向の曲率半径R2とが異なっていた方がよいからである。
In general, the aspect ratio of the image information displayed on the head-up display device 100 is different, and suppression of luminance reduction in the peripheral portion of the image is suppressed between the periphery of the upper and lower end portions of the image and the periphery of the left and right end portions of the image. in order to the same degree, the radius of curvature R 1 in the first direction the first
さらに、一般的には、ヘッドアップディスプレイ装置100で表示する画像情報は横長であることを考慮に入れると、各単位マイクロレンズ55の第1主面51側の頂点における第1方向の曲率半径R1が、第2方向の曲率半径R2より大きいことが好ましい。
Furthermore, in general, taking into account that the image information displayed on the head-up display device 100 is horizontally long, the radius of curvature R in the first direction at the apex of each unit microlens 55 on the first
一方、透過型スクリーン50の第2主面52には、凸レンズ構造部60が設けられている。投影ミラー30から出射されるレーザー光は、この凸レンズ構造部60に入射される。
On the other hand, a
この凸レンズ構造部60は、マイクロレンズアレイ57を構成する単位マイクロレンズ55に入射するレーザー光の入射角が、当該単位マイクロレンズ55の開角αに収まるように補正を行う。図6は透過型スクリーン50の凸レンズ構造部60によるレーザー光の補正の効果を説明する図である。図6に示すように、凸レンズ構造部60の屈折作用により、それぞれの単位マイクロレンズ55に入射するレーザー光は、単位マイクロレンズ55の開角αに収まるようになっている。開角とは、レンズの焦点からレンズの両端を見込んだ角度をいう。
The convex
なお、ヘッドアップディスプレイ装置100の透過型スクリーンとしては、拡散板なども用いることができるが、特に、ヘッドアップディスプレイ装置100の光源として、レーザー光源を用いたヘッドアップディスプレイでは、拡散板に比べてマイクロレンズアレイ57を用いることにより、レーザー光によるスペックルノイズが抑制されるという利点を有している。
Note that a diffusing plate or the like can be used as the transmissive screen of the head-up display device 100. In particular, a head-up display using a laser light source as the light source of the head-up display device 100 is compared with the diffusing plate. By using the
本発明に係る透過型スクリーン50では、このようにマイクロレンズアレイ57にて像を形成するため、スクリーンを使用して像を形成する場合と比較して、視認方向に有効に光を伝達することが可能となり、輝度の増加を図ることが可能となる。また、少ない光量でも十分な輝度を得ることが可能となるため、各レーザー光源などの出力を抑制して小電力化を図ることができる。
In the
ここで、本実施形態に係る透過型スクリーン50の凸レンズ構造部60についてより詳細について説明する。本実施形態に係る透過型スクリーン50の凸レンズ構造部60は球面レンズ乃至非球面レンズであり、第2主面52側の頂点において、第1方向に曲率半径R3の曲率を有しており、第2方向に曲率半径R4の曲率を有している。なお、頂点とは、凸レンズ構造部60が最もz軸方向に突出している点をいう。
Here, the convex
そして、凸レンズ構造部60の第1方向と平行な面であって凸レンズ構造部60の光軸を含む面における断面形状を、第2方向と平行な面であって凸レンズ構造部60の光軸を含む面における断面形状と異ならせることが好ましい。より詳しくは、単位マイクロレンズ55の場合と同様、凸レンズ構造部60の第2主面52側の頂点における第1方向の曲率半径R3と、第2方向の曲率半径R4とは等しくすることも可能であるが、異ならせることが好ましい。
The cross-sectional shape of the surface that is parallel to the first direction of the
これは、一般的に、ヘッドアップディスプレイ装置100で表示する画像情報の縦横比が異なっており、画像周辺部の輝度低下の抑制を、画像の上下端部周辺と、画像の左右端部周辺と同程度とするには、凸レンズ構造部60の第1方向の曲率半径R3と、第2方向
の曲率半径R4とが異なっていた方がよいからである。
In general, the aspect ratio of the image information displayed on the head-up display device 100 is different, and suppression of the luminance reduction in the peripheral portion of the image is suppressed between the upper and lower end portions of the image and the peripheral portions of the left and right ends of the image. This is because the curvature radius R 3 in the first direction and the curvature radius R 4 in the second direction of the convex
さらに、一般的には、ヘッドアップディスプレイ装置100で表示する画像情報は横長であることを考慮に入れると、凸レンズ構造部60の第2主面52側の頂点における第1方向の曲率半径R3が、第2方向の曲率半径R4より大きいことが好ましい。
Further, in general, taking into account that the image information displayed on the head-up display device 100 is horizontally long, the radius of curvature R 3 in the first direction at the apex of the
以上のような透過型スクリーン50のマイクロレンズアレイ57に形成されたレーザー光による像は、凹面ミラー80によって反射され、ウインドシールド6に投影される。
The laser beam image formed on the
これにより、運転者は、ウインドシールド6において反射された画像を認識する。なお、投影ユニット85には、車両のウインドシールド6に画像を投影する構造のものと、運転者とウインドシールド6の間に設けられたコンバイナー(不図示)に画像を投影する構造のものとがあり得る。
As a result, the driver recognizes the image reflected by the
なお、透過型スクリーン50とウインドシールド6、または、コンバイナー(不図示)との間に設ける光学部材としては、凹面ミラー80に限らず、透過型スクリーン50とウインドシールド6、または、コンバイナー(不図示)のレイアウトに応じて、その他の適当な光学部材を用いることができる。
The optical member provided between the
以上のように、本発明に係る透過型スクリーン50は、第1主面51に、複数の単位マイクロレンズ55からなるマイクロレンズアレイ57が設けられ、第2主面52に凸レンズ構造部60が設けられているので、このような本発明に係る透過型スクリーン50によれば、画像周辺部の輝度低下を抑制することが可能となると共に、部品点数を減らせるので、当該透過型スクリーン50が組み込まれる装置のコストを抑制することができ、装置の光学特性の低下も防止できる。
As described above, in the
また、上記のような透過型スクリーン50が用いられた本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置100によれば、装置のコストを抑制することができると共に、装置の光学特性の低下も防止できる。
Further, according to the head-up display device 100 according to the present invention in which the
なお、以上の実施形態においては、ヘッドアップディスプレイ装置100の描画方式として、投影部10及び投影ミラー30とからなるレーザープロジェクター方式を採用したものに、透過型スクリーン50を適用した例に基づいて説明したが、本発明に係る透過型スクリーン50は、ヘッドアップディスプレイ装置100の描画方式として、LEDと、LCOS(Liquid crystal on silicon)素子とを用いたLCOS方式を採用したもの、或いは、LEDと、DMD(Digital Mirror Device)素子とを用いたDLP(Digital Light Processing)方式を採用したものなどにも適用することができる。すなわち、LCOS方式やDLP方式であっても、図6に示したように、凸レンズ構造部60の屈折作用により、それぞれの単位マイクロレンズ55に入射する光を単位マイクロレンズ55の開角αに収まるように補正し、画像周辺部の輝度低下を抑制することができる。
In the above embodiment, the drawing method of the head-up display device 100 is described based on an example in which the
なお、LCOS方式の場合には、光源であるLEDからの光を、反射型の液晶素子であるLCOS素子が、前記光を透過型スクリーン50に対して選択的に反射することで、また、DLP方式の場合には、光源であるLEDからの光を、複数のマイクロミラーが配置された反射型の素子であるDMD素子が、前記光を透過型スクリーン50に対して選択的
に反射することで、ヘッドアップディスプレイ装置100を実現することができる。
In the case of the LCOS method, the light from the LED, which is a light source, is selectively reflected by the LCOS element, which is a reflective liquid crystal element, with respect to the
次に、本発明の他の実施形態について説明する。第2実施形態が、先の第1実施形態と異なる点は、透過型スクリーン50の第2主面52に設けられる凸レンズ構造部60の構成のみであるので、以下、この点について説明する。
Next, another embodiment of the present invention will be described. Since the second embodiment is different from the first embodiment only in the configuration of the convex
図7は本発明の他の実施形態に係る透過型スクリーン50の斜視図である。第1実施形態においては、透過型スクリーン50の凸レンズ構造部60として、凸レンズ構造部60の第2主面52側の頂点における第1方向の曲率半径R3が、第2方向の曲率半径R4より大きいことが好ましいことについて述べた。本実施形態では、これをさらに進めて、凸レンズ構造部60の第1方向の曲率半径R3を無限大としている。
FIG. 7 is a perspective view of a
一般的には、ヘッドアップディスプレイ装置100で表示する画像情報は横長であるので、画像周辺部の輝度低下は、画像の上下端部周辺より、画像の左右端部周辺の方が起こりやすい。そこで、凸レンズ構造部60の第1方向の曲率半径R3を無限大とし、特に、
画像の左右端部周辺での輝度低下を抑制するようにしている。
In general, since the image information displayed on the head-up display device 100 is horizontally long, a decrease in luminance at the periphery of the image is more likely to occur at the periphery of the left and right edges of the image than at the periphery of the upper and lower edges of the image. Therefore, the radius of curvature R 3 in the first direction of the
The luminance reduction around the left and right edges of the image is suppressed.
次に、本発明の他の実施形態について説明する。第3実施形態が、先の第1実施形態と異なる点は、透過型スクリーン50の第1主面51に設けられるマイクロレンズアレイ57の構成のみであるので、以下、この点について説明する。
Next, another embodiment of the present invention will be described. Since the third embodiment is different from the first embodiment only in the configuration of the
図8は本発明の他の実施形態に係る透過型スクリーン50の、第1方向と第2方向に広がるマイクロレンズアレイ57をz軸方向から見た図である。
FIG. 8 is a view of a
第1実施形態に係る透過型スクリーン50の第1主面51に設けられるマイクロレンズアレイ57の単位マイクロレンズ55は、z軸方向から見たとき、正方形であったが、第4実施形態に係る透過型スクリーン50の第1主面51に設けられるマイクロレンズアレイ57の単位マイクロレンズ55は、z軸方向から見たとき、長方形として構成している。
The unit microlenses 55 of the
ここで、単位マイクロレンズ55の、第1方向の長さd1と、第2方向の長さd2とを比較すると、d1<d2であることが好ましい。これは、ヘッドアップディスプレイ装置100で表示する画像情報が、一般的には横長であるからである。
Here, when the length d 1 in the first direction of the
また、本実施形態においても、ヘッドアップディスプレイ装置100で表示する画像情報が横長であることを考慮に入れると、各単位マイクロレンズ55の第1主面51側の頂点における第1方向の曲率半径R1が、第2方向の曲率半径R2より大きいことが好ましい。
Also in this embodiment, taking into account that the image information displayed on the head-up display device 100 is horizontally long, the curvature radius in the first direction at the apex of each unit microlens 55 on the first
以上のような実施形態によっても、先の第1実施形態と同様の効果を享受することができる。 Even in the embodiment as described above, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
次に、本発明の他の実施形態について説明する。第4実施形態が、先の第1実施形態と異なる点は、透過型スクリーン50の第1主面51に設けられるマイクロレンズアレイ57の構成のみであるので、以下、この点について説明する。
Next, another embodiment of the present invention will be described. Since the fourth embodiment is different from the first embodiment only in the configuration of the
図9は本発明の他の実施形態に係る透過型スクリーン50の、第1方向と第2方向に広がるマイクロレンズアレイ57をz軸方向から見た図である。
FIG. 9 is a view of a
第1実施形態に係る透過型スクリーン50の第1主面51に設けられるマイクロレンズ
アレイ57の単位マイクロレンズ55は、z軸方向から見たとき、正方形であったが、第4実施形態に係る透過型スクリーン50の第1主面51に設けられるマイクロレンズアレイ57の単位マイクロレンズ55は、z軸方向から見たとき、正六角形として構成している。
The unit microlenses 55 of the
本実施形態においても、ヘッドアップディスプレイ装置100で表示する画像情報が横長であることを考慮に入れると、各単位マイクロレンズ55の第1主面51側の頂点における第1方向の曲率半径R1が、第2方向の曲率半径R2より大きいことが好ましい。
Also in the present embodiment, taking into account that the image information displayed on the head-up display device 100 is horizontally long, the radius of curvature R 1 in the first direction at the apex of each unit microlens 55 on the first
以上のような実施形態によっても、先の第1実施形態と同様の効果を享受することができる。 Even in the embodiment as described above, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
次に、本発明の他の実施形態について説明する。第5実施形態が、先の第1実施形態と異なる点は、透過型スクリーン50の第1主面51に設けられるマイクロレンズアレイ57の構成のみであるので、以下、この点について説明する。
Next, another embodiment of the present invention will be described. Since the fifth embodiment is different from the first embodiment only in the configuration of the
図10は本発明の他の実施形態に係る透過型スクリーン50の、第1方向と第2方向に広がるマイクロレンズアレイ57をz軸方向から見た図である。
FIG. 10 is a view of a
第1実施形態に係る透過型スクリーン50の第1主面51に設けられるマイクロレンズアレイ57の単位マイクロレンズ55は、z軸方向から見たとき、正方形であったが、第4実施形態に係る透過型スクリーン50の第1主面51に設けられるマイクロレンズアレイ57の単位マイクロレンズ55は、z軸方向から見たとき、正六角形でない六角形として構成している。
The unit microlenses 55 of the
ここで、単位マイクロレンズ55を構成する六角形としては、第2方向に平行な辺ののみが、他の辺の長さより長い、横長の六角形であることが好ましい。これは、ヘッドアップディスプレイ装置100で表示する画像情報が、一般的には横長であるからである。
Here, it is preferable that the hexagon forming the
また、本実施形態においても、ヘッドアップディスプレイ装置100で表示する画像情報が横長であることを考慮に入れると、各単位マイクロレンズ55の第1主面51側の頂点における第1方向の曲率半径R1が、第2方向の曲率半径R2より大きいことが好ましい。
Also in this embodiment, taking into account that the image information displayed on the head-up display device 100 is horizontally long, the curvature radius in the first direction at the apex of each unit microlens 55 on the first
以上のような実施形態によっても、先の第1実施形態と同様の効果を享受することができる。 Even in the embodiment as described above, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
次に、本発明の他の実施形態について説明する。第6実施形態が、先の第1実施形態と異なる点は、透過型スクリーン50の第1主面51に設けられるマイクロレンズアレイ57の構成のみであるので、以下、この点について説明する。
Next, another embodiment of the present invention will be described. Since the sixth embodiment is different from the first embodiment only in the configuration of the
図11は本発明の他の実施形態に係る透過型スクリーン50の、第1方向と第2方向に広がるマイクロレンズアレイ57をz軸方向から見た図である。
FIG. 11 is a view of a
第1実施形態に係る透過型スクリーン50の第1主面51に設けられるマイクロレンズアレイ57の単位マイクロレンズ55は、z軸方向から見たとき、正方形であったが、第4実施形態に係る透過型スクリーン50の第1主面51に設けられるマイクロレンズアレイ57の単位マイクロレンズ55は、z軸方向から見たとき、円形として構成している。
The unit microlenses 55 of the
本実施形態においても、ヘッドアップディスプレイ装置100で表示する画像情報が横
長であることを考慮に入れると、各単位マイクロレンズ55の第1主面51側の頂点における第1方向の曲率半径R1が、第2方向の曲率半径R2より大きいことが好ましい。
Also in the present embodiment, taking into account that the image information displayed on the head-up display device 100 is horizontally long, the radius of curvature R 1 in the first direction at the apex of each unit microlens 55 on the first
以上のような実施形態によっても、先の第1実施形態と同様の効果を享受することができる。 Even in the embodiment as described above, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
次に、本発明の他の実施形態について説明する。第7実施形態が、先の第1実施形態と異なる点は、透過型スクリーン50の第1主面51に設けられるマイクロレンズアレイ57の構成のみであるので、以下、この点について説明する。
Next, another embodiment of the present invention will be described. Since the seventh embodiment is different from the first embodiment only in the configuration of the
図12は本発明の他の実施形態に係る透過型スクリーン50の、第1方向と第2方向に広がるマイクロレンズアレイ57をz軸方向から見た図である。
FIG. 12 is a view of a
第1実施形態に係る透過型スクリーン50の第1主面51に設けられるマイクロレンズアレイ57の単位マイクロレンズ55は、z軸方向から見たとき、正方形であったが、第4実施形態に係る透過型スクリーン50の第1主面51に設けられるマイクロレンズアレイ57の単位マイクロレンズ55は、z軸方向から見たとき、楕円形として構成している。
The unit microlenses 55 of the
ここで、単位マイクロレンズ55を構成する楕円形としては、長軸φ1が第2方向と平
行であり、短軸φ2が第1方向と平行である楕円形である、横長の楕円形であることが好
ましい。これは、ヘッドアップディスプレイ装置100で表示する画像情報が、一般的には横長であるからである。
Here, an elliptical shape constituting the unit microlens 55 is a horizontally long elliptical shape in which the long axis φ 1 is parallel to the second direction and the short axis φ 2 is parallel to the first direction. Preferably there is. This is because the image information displayed on the head-up display device 100 is generally horizontally long.
また、本実施形態においても、ヘッドアップディスプレイ装置100で表示する画像情報が横長であることを考慮に入れると、各単位マイクロレンズ55の第1主面51側の頂点における第1方向の曲率半径R1が、第2方向の曲率半径R2より大きいことが好ましい。
Also in this embodiment, taking into account that the image information displayed on the head-up display device 100 is horizontally long, the curvature radius in the first direction at the apex of each unit microlens 55 on the first
以上のような実施形態によっても、先の第1実施形態と同様の効果を享受することができる。 Even in the embodiment as described above, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
次に、本発明の他の実施形態について説明する。第8実施形態が、先の第1実施形態と異なる点は、透過型スクリーン50の第1主面51に設けられるマイクロレンズアレイ57の構成のみであるので、以下、この点について説明する。
Next, another embodiment of the present invention will be described. Since the eighth embodiment is different from the first embodiment only in the configuration of the
図13は本発明の他の実施形態に係る透過型スクリーン50の、第1方向と第2方向に広がるマイクロレンズアレイ57をz軸方向から見た図である。
FIG. 13 is a diagram of a
第1実施形態に係る透過型スクリーン50の第1主面51に設けられるマイクロレンズアレイ57の単位マイクロレンズ55は、z軸方向から見たとき、正方形であったが、第4実施形態に係る透過型スクリーン50の第1主面51に設けられるマイクロレンズアレイ57の単位マイクロレンズ55は、z軸方向から見たとき、小判形として構成している。
The unit microlenses 55 of the
ここで、単位マイクロレンズ55を構成する小判形としては、小判型の直線部が第2方向と平行である横長の小判形であることが好ましい。これは、ヘッドアップディスプレイ装置100で表示する画像情報が、一般的には横長であるからである。 Here, the oval shape constituting the unit microlens 55 is preferably an oblong oval shape in which the oval linear portion is parallel to the second direction. This is because the image information displayed on the head-up display device 100 is generally horizontally long.
また、本実施形態においても、ヘッドアップディスプレイ装置100で表示する画像情
報が横長であることを考慮に入れると、各単位マイクロレンズ55の第1主面51側の頂点における第1方向の曲率半径R1が、第2方向の曲率半径R2より大きいことが好ましい。
Also in this embodiment, taking into account that the image information displayed on the head-up display device 100 is horizontally long, the curvature radius in the first direction at the apex of each unit microlens 55 on the first
以上のような実施形態によっても、先の第1実施形態と同様の効果を享受することができる。 Even in the embodiment as described above, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
次に、本発明の他の実施形態について説明する。第9実施形態が、先の第1実施形態と異なる点は、(1)投影ミラー30においてレーザー光が入射し、これを反射する点と、凸レンズ構造部60の光軸と投影ミラー30とが交わる点とは一致しておらず、投影ミラー30におけるレーザー光の反射点r0と透過型スクリーン50の最上端部で走査点s1と間の光路長と、投影ミラー30におけるレーザー光の反射点r0と透過型スクリーン50
の最下端部で走査点s2と間の光路長とが異なる点、及び、(2)透過型スクリーン50
の第2主面52に設けられる凸レンズ構造部60の構成、の2点であるので、以下、これらの点について説明する。
Next, another embodiment of the present invention will be described. The ninth embodiment is different from the previous first embodiment in that (1) the laser light is incident on the
A difference in the optical path length between the scanning point s 2 at the lowermost end of the screen and (2) the
Since these are the two points of the configuration of the convex
図14は本発明の他の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置100の構成を示す図である。 FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a head-up display device 100 according to another embodiment of the present invention.
ヘッドアップディスプレイ装置100の投影ユニット85は、車両5における収納スペースの観点から、先の第1実施形態のように、投影ミラー30においてレーザー光が入射し、これを反射する点と、透過型スクリーン50の光軸と投影ミラー30とが交わる点とを一致させることができない場合があり、図14に示す、上記(1)のようなレイアウトを取らざるを得ないことがある。
The
このような場合、投影ミラー30から透過型スクリーン50に入射するレーザー光が、透過型スクリーン50の最上端部の走査点s1で入射する際の入射角と、透過型スクリー
ン50の最下端部の走査点s2で入射する際の入射角と、が大きく異なることとなる。
In such a case, the incident angle when the laser light incident on the
このため、本実施形態においては、凸レンズ構造部60としては、凸レンズ構造部60の第1方向の曲率半径R3が、第1方向の位置に応じて変化する、回転対称軸を持たない
非球面レンズを用いるようにしている。
Therefore, in the present embodiment, the
上記のような第9実施形態によれば、透過型スクリーン50の光軸と投影ミラー30とが交わる点が、投影ミラー30においてレーザー光が入射し、これを反射する点とが一致しないような場合でも、画像周辺部の輝度低下を抑制することが可能となると共に、部品点数を減らせるので、当該透過型スクリーン50が組み込まれる装置のコストを抑制することができ、装置の光学特性の低下も防止できる。
According to the ninth embodiment as described above, the point where the optical axis of the
なお、本発明は第1乃至第9の実施形態のみに限られるものではなく、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。 The present invention is not limited to the first to ninth embodiments, and embodiments configured by appropriately combining the configurations of the respective embodiments also fall within the scope of the present invention.
5・・・車両
6・・・ウインドシールド
10・・・投影部
11・・・第1光源
12・・・第2光源
13・・・第3光源
21・・・第1ダイクロイックプリズム
22・・・第2ダイクロイックプリズム
26・・・コリメータレンズ
30・・・投影ミラー(走査部)
50・・・透過型スクリーン
51・・・第1主面
52・・・第2主面
55・・・単位マイクロレンズ
57・・・マイクロレンズアレイ
60・・・凸レンズ構造部
80・・・凹面ミラー
85・・・投影ユニット
100・・・ヘッドアップディスプレイ装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 ...
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記第1主面と対向すると共に、前記第1方向と、前記第2方向に広がる第2主面と、を有し、
前記第1主面には、複数の単位マイクロレンズからなるマイクロレンズアレイが設けられ、
前記第2主面には、凸レンズ構造部が設けられることを特徴とする透過型スクリーン。 A first main surface extending in a first direction and a second direction orthogonal to the first direction;
The first main surface is opposed to the first main surface, and the second main surface extends in the second direction.
The first main surface is provided with a microlens array composed of a plurality of unit microlenses,
A transmissive screen, wherein a convex lens structure is provided on the second main surface.
前記レーザー光を前記透過型スクリーンに走査する走査部と、を有し、
前記透過型スクリーンの前記凸レンズ構造は、前記レーザー光の前記マイクロレンズアレイへの入射角が、単位マイクロレンズの開角より小さくなるように、前記レーザー光を屈折させることを特徴とする請求項8に記載のヘッドアップディスプレイ装置。 A laser light source for generating laser light;
A scanning section that scans the transmissive screen with the laser light, and
9. The convex lens structure of the transmissive screen refracts the laser light so that an incident angle of the laser light to the microlens array is smaller than an opening angle of a unit microlens. The head-up display device described in 1.
前記光を前記透過型スクリーンに反射するLCOS素子と、を有し、
前記透過型スクリーンの前記凸レンズ構造は、前記光の前記マイクロレンズアレイへの入射角が、単位マイクロレンズの開角より小さくなるように、前記光を屈折させることを特徴とする請求項8に記載のヘッドアップディスプレイ装置。 An LED that generates light;
An LCOS element that reflects the light to the transmissive screen;
The convex lens structure of the transmissive screen refracts the light so that an incident angle of the light to the microlens array is smaller than an opening angle of a unit microlens. Head up display device.
前記光を前記透過型スクリーンに反射するDMD素子と、を有し、
前記透過型スクリーンの前記凸レンズ構造は、前記光の前記マイクロレンズアレイへの入射角が、単位マイクロレンズの開角より小さくなるように、前記光を屈折させることを特徴とする請求項8に記載のヘッドアップディスプレイ装置。 An LED that generates light;
A DMD element that reflects the light to the transmissive screen;
The convex lens structure of the transmissive screen refracts the light so that an incident angle of the light to the microlens array is smaller than an opening angle of a unit microlens. Head up display device.
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