JP2019144470A - Head-up display device - Google Patents
Head-up display device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019144470A JP2019144470A JP2018030017A JP2018030017A JP2019144470A JP 2019144470 A JP2019144470 A JP 2019144470A JP 2018030017 A JP2018030017 A JP 2018030017A JP 2018030017 A JP2018030017 A JP 2018030017A JP 2019144470 A JP2019144470 A JP 2019144470A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- screen
- display
- image
- angle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 56
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 41
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 11
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 11
- 230000007423 decrease Effects 0.000 abstract description 9
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 45
- 238000000034 method Methods 0.000 description 36
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 17
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 16
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 description 12
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 11
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 11
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 9
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 9
- 238000005323 electroforming Methods 0.000 description 7
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical group [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000002585 base Substances 0.000 description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 6
- 238000011161 development Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 5
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 4
- WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M tetramethylammonium hydroxide Chemical compound [OH-].C[N+](C)(C)C WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 2
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 1
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 238000007429 general method Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000005337 ground glass Substances 0.000 description 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000008267 milk Substances 0.000 description 1
- 210000004080 milk Anatomy 0.000 description 1
- 235000013336 milk Nutrition 0.000 description 1
- 238000009740 moulding (composite fabrication) Methods 0.000 description 1
- 239000011022 opal Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Fittings On The Vehicle Exterior For Carrying Loads, And Devices For Holding Or Mounting Articles (AREA)
- Instrument Panels (AREA)
Abstract
Description
本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置に用いられる透過型スクリーンの配置方法に関する。 The present invention relates to a method for arranging a transmissive screen used in a head-up display device.
従来から、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）やレーザプロジェクタなどに、マイクロレンズアレイ(ＭＬＡ)を用いた拡散板をスクリーンとして適用する技術が提案されている。マイクロレンズアレイを用いた場合、乳半板やすりガラスなどの拡散板を用いる場合と比較して、マイクロレンズの形状を制御することで拡散光を必要な角度に出射して効率的に光を利用することや、スペックルノイズを抑制できるといったメリットがある。 Conventionally, a technique for applying a diffusion plate using a microlens array (MLA) as a screen to a head-up display (HUD) or a laser projector has been proposed. When using a microlens array, the diffused light is emitted at the required angle by controlling the shape of the microlens compared to the case of using a diffuser such as milk half-plate frustration glass, and the light is used efficiently. There is an advantage that the speckle noise can be suppressed.
例えば特許文献１には、レーザ光を光源とし、複数画素の配列で形成される映像を投影するレーザプロジェクタ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を用いた拡散板を有する画像形成装置が提案されている。マイクロレンズアレイを用いた場合、入射された光を適切に拡散させることができると共に、必要な拡散角を自由に設計することができる。 For example, Patent Document 1 discloses an image forming apparatus having a diffusion plate that uses a laser projector as a light source and projects an image formed by an array of a plurality of pixels and a microlens array in which a plurality of microlenses are arrayed. Has been proposed. When a microlens array is used, incident light can be appropriately diffused, and a necessary diffusion angle can be freely designed.
また、ＨＵＤ装置では、フロントガラスの外部から太陽光等の外光が入射する場合がある。この場合には、入射した外光はスクリーンよって反射され、反射外光が表示光と重畳して表示画像の視認性を低下させる、いわゆる「ウォッシュアウト」が生じることがある。 In the HUD device, external light such as sunlight may enter from the outside of the windshield. In this case, the incident external light is reflected by the screen, and so-called “washout” may occur in which the reflected external light is superimposed on the display light to reduce the visibility of the display image.
下記特許文献２には、透過型スクリーンの法線を表示光の光軸に対して一定角度に傾けて配置することで、前記表示光の光軸に沿って前記出射面に到達する外光を、表示光の光軸に沿った方向とは異なる方向に反射させることにより、
外光反射による視認性の低下を抑制し、視認性が良好な表示画像を投影することができるヘッドアップディスプレイ装置が提案されている。
In the following Patent Document 2, external light that reaches the exit surface along the optical axis of the display light is arranged by tilting the normal line of the transmission screen at a constant angle with respect to the optical axis of the display light. By reflecting in a direction different from the direction along the optical axis of the display light,
There has been proposed a head-up display device capable of suppressing a decrease in visibility due to reflection of external light and projecting a display image with good visibility.
特許文献２に記載されているＨＵＤ装置では、請求項１に表示光の光軸に沿ってスクリーンに到達する外光を光軸に沿った方向とは異なる方向に反射することが述べられているが、マイクロレンズの形状やスクリーンの設置方法等について具体的な手法が述べられていない。また特許文献２の請求項２には具体的なスクリーンを設置する角度範囲等が述べられているが、反射外光のピーク強度に対して５０％以下の強度として、そのときの拡散角度の半角をθ’としており、この拡散反射光の５０％以上の強度の角度範囲の光が表示光と重ならないことで表示品位を高めている。しかし表示光の光軸と同じ方向から直接入射した太陽光が透過型スクリーンで拡散反射されて表示光と重なった場合には、外光の強度が非常に強いために半値角５０％よりも強度が小さな光が表示光と重なった場合にも、表示画像の視認性を著しく損なってしまう課題があった。また外光が入射してウオッシュアウトを発生させる原因となる光に関して、それを解決するためのスクリーンの中央付近の条件が記載されているが、最もウオッシュアウトが発生し易いスクリーンの端部に入射する光について考慮されていない。 In the HUD device described in Patent Document 2, it is described in claim 1 that external light reaching the screen along the optical axis of display light is reflected in a direction different from the direction along the optical axis. However, no specific method is described regarding the shape of the microlens, the installation method of the screen, and the like. Further, claim 2 of Patent Document 2 describes a range of angles for installing a specific screen, etc., but the intensity of 50% or less with respect to the peak intensity of reflected external light is a half angle of the diffusion angle at that time. Θ ′, and the light in the angle range of 50% or more of the diffuse reflected light does not overlap the display light, thereby improving the display quality. However, when sunlight directly incident from the same direction as the optical axis of the display light is diffusely reflected by the transmission screen and overlaps with the display light, the intensity of the external light is so strong that the intensity is higher than the half-value angle of 50%. However, even when small light overlaps with the display light, there is a problem that the visibility of the display image is remarkably impaired. In addition, regarding the light that causes external light to enter and generate washout, the conditions near the center of the screen to solve it are described, but it is incident on the edge of the screen where washout is most likely to occur. The light to be considered is not taken into account.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、太陽光が表示光の光軸と同じ方向から直接外光としてヘッドアップディスプレイのスクリーンに入射した場合においても、反射外光が表示光と重なって表示画像の視認性を低下させることを抑制し、視認性が良好な表示画像を投影することができる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。 The present invention has been made to solve the above-described problem. Even when sunlight is directly incident on the screen of the head-up display as external light from the same direction as the optical axis of the display light, the reflected external light is not reflected. It is an object of the present invention to provide a head-up display device that can suppress a reduction in the visibility of a display image by overlapping with display light and can project a display image with good visibility.
上記目的を達成するため、本発明は、
表示画像を構成する表示光を出射する表示光出射手段（ＰＧＵ）と、前記表示光を受光する受光面と、該受光した表示光を拡散光として出射する出射面とを有する透過型スクリーンを備え、前記透過型スクリーンは、受光面に複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイが形成され、出射面に平滑な面を有しており、当該透過型スクリーンの法線と前記表示光の光軸の成す角度はθtであり、前記θtは下記数式（１）を満たすこと特徴とするヘッドアップディスプレイ装置である。
α→透過型スクリーンの垂直方向においてＰＧＵ側から見た時の画角
θv→透過型スクリーンの垂直方向の断面において基材主面とマイクロレンズの斜面が成す最大角度
In order to achieve the above object, the present invention provides:
A transmissive screen having display light emitting means (PGU) for emitting display light constituting a display image, a light receiving surface for receiving the display light, and an emission surface for emitting the received display light as diffused light The transmissive screen has a microlens array composed of a plurality of microlenses on the light receiving surface and a smooth surface on the output surface, and the normal line of the transmissive screen and the optical axis of the display light. The angle formed is θt, and the θt satisfies the following formula (1).
また、別の本発明は、表示画像を構成する表示光を出射する表示光出射手段（ＰＧＵ）と、前記表示光を受光する受光面と、該受光した表示光を拡散光として出射する出射面とを有する透過型スクリーンを備え、前記透過型スクリーンは、前記出射面に複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイが形成され、前記受光面に平滑な面を有しており、当該透過型スクリーンの法線と前記表示光の光軸の成す角度はθtであり、前記θtは下記式（２）または下記式（３）を満たすこと特徴とするヘッドアップディスプレイ装置である。
ｎ→透過型スクリーン材料の基準波長d線(587.56nm)での屈折率
α→透過型スクリーンの垂直方向においてPGU側から見た時の画角
θv→透過型スクリーンの垂直方向の断面において基材主面とマイクロレンズの斜面が成す最大角度
Another aspect of the present invention provides a display light emitting means (PGU) for emitting display light constituting a display image, a light receiving surface for receiving the display light, and an output surface for emitting the received display light as diffused light. The transmissive screen has a microlens array formed of a plurality of microlenses on the exit surface, and a smooth surface on the light receiving surface. The angle formed by the normal and the optical axis of the display light is θt, and the θt satisfies the following formula (2) or the following formula (3).
n → Refractive index α at the reference wavelength d line (587.56 nm) of the transmissive screen material → An angle of view θv when viewed from the PGU side in the vertical direction of the transmissive screen → Substrate in the vertical section of the transmissive screen Maximum angle formed by the main surface and the slope of the microlens
さらに本発明は、前記透過型スクリーンの材料の屈折率ｎが、d線(587.56nm)での屈折率ｎｄおよびｈ線(波長405nm)での屈折率ｎｈの両者について、前記式（１）、（２）または（３）が成り立つものであるのが好ましい。 The present invention has a refractive index n of the material of the transmissive screen, for both refractive index n h of the refractive index n d and h line at d line (587.56 nm) (wavelength 405 nm), the formula (1 ), (2) or (3) is preferable.
本発明によれば、自動車を運転中に太陽光のような強い外光が透過型スクリーンに表示光の光軸と同じ方向から透過型スクリーンの端部に直接入射した場合においても効果的にウオッシュアウトを抑制して、視認性が良好な表示画像を提供することができる。 According to the present invention, even when a strong external light such as sunlight is directly incident on the end of the transmission screen from the same direction as the optical axis of the display light while driving the automobile, the wash is effectively performed. It is possible to provide a display image with good visibility by suppressing the out.
本発明の一実施形態に係るＨＵＤ装置６の構成、作用及び効果について、以下具体的に説明する。 The configuration, operation, and effect of the HUD device 6 according to an embodiment of the present invention will be specifically described below.
本実施形態に係るＨＵＤ装置６は、図１に示すように、車両のダッシュボード内に設けられ、生成した表示画像を表すそれぞれの表示光８をウインドシールド５（透明板の一例）で反射させることにより、運転者に車両情報を表す表示画像の虚像７を視認させる装置である。運転者は、表示画像を虚像 として視認可能な範囲（視域）であるＥｙｅｂｏｘ９において、表示画像を虚像７として視認する。Ｅｙｅｂｏｘ９とは、虚像７が適正に視認可能な範囲として規定された領域である。 As shown in FIG. 1, the HUD device 6 according to the present embodiment is provided in a dashboard of a vehicle and reflects each display light 8 representing a generated display image by a windshield 5 (an example of a transparent plate). By this, it is an apparatus which makes a driver | operator visually recognize the virtual image 7 of the display image showing vehicle information. The driver visually recognizes the display image as a virtual image 7 in Eyebox 9 which is a range (viewing area) where the display image can be visually recognized as a virtual image. Eyebox 9 is an area defined as a range in which the virtual image 7 can be properly visually recognized.
映像光を投射するＰＧＵ（picture generation unit）１は、ＬＥＤやレーザー光源からの光をマイクロミラーデバイスや反射型液晶に光を反射して透過型スクリーンに映像光を投影する方式、透過型液晶を直接観察する方式が挙げられる。 A PGU (picture generation unit) 1 that projects image light is a method of projecting image light on a transmissive screen by reflecting light from an LED or laser light source to a micromirror device or a reflective liquid crystal. Direct observation method can be mentioned.
制御部は、例えば、マイクロコンピュータから構成され、ＰＧＵ１を制御し、所望の表示画像を生成させる。 The control unit is composed of, for example, a microcomputer, and controls the PGU 1 to generate a desired display image.
ＰＧＵ１で生成された表示光８は透過型スクリーン２に投射され、透過型スクリーン２には、表示画像が投影される。このとき、透過型スクリーン２は表示光８を透過拡散し、拡散光（表示光）として反射器３に向けて出射する。透過型スクリーン２の具体的な特徴、機能および配設方法については後述する。 The display light 8 generated by the PGU 1 is projected onto the transmissive screen 2, and a display image is projected onto the transmissive screen 2. At this time, the transmissive screen 2 diffuses the display light 8 and emits the diffused light (display light) toward the reflector 3. Specific features, functions, and arrangement methods of the transmissive screen 2 will be described later.
拡大ミラー３は凹面鏡等であり、表示装置１から出射された表示光８を凹面状の反射面３で反射させることで、反射光（表示光８）をウインドシールド５に向かって出射する。これにより、結ばれる虚像７の大きさは、表示画像（表示光８）が拡大された大きさのものになる。拡大ミラー３による表示画像の拡大倍率は、拡大ミラー３の焦点距離や、透過型スクリーン２と拡大ミラー３との間の距離で決まる。拡大ミラー３の焦点距離が短い方が光路スペースを低減できるが、拡大ミラー３による拡大倍率は、表示画像の大きさ、虚像７として結像させたい像の大きさ、虚像７の像歪み、ＨＵＤ装置６の許容体積（光路スペース）等を勘案して最適な値となるように決定される。また、拡大ミラー３は１枚とは限らず、２枚以上を組み合わせて用いても良い。 The magnifying mirror 3 is a concave mirror or the like, and the reflected light (display light 8) is emitted toward the windshield 5 by reflecting the display light 8 emitted from the display device 1 with the concave reflecting surface 3. As a result, the size of the virtual image 7 to be connected becomes a size obtained by enlarging the display image (display light 8). The magnification of the display image by the magnifying mirror 3 is determined by the focal length of the magnifying mirror 3 and the distance between the transmission screen 2 and the magnifying mirror 3. Although the optical path space can be reduced when the focal length of the magnifying mirror 3 is short, the magnifying magnification by the magnifying mirror 3 is the size of the display image, the size of the image to be formed as the virtual image 7, the image distortion of the virtual image 7, and the HUD. The optimum value is determined in consideration of the allowable volume (optical path space) of the device 6 and the like. Further, the magnifying mirror 3 is not limited to one, but two or more may be used in combination.
拡大ミラー３は、例えば、ポリカーボネート等の樹脂部材から構成され、その表面には、アルミニウム等の金属を蒸着させ反射面を有する。 The magnifying mirror 3 is made of, for example, a resin member such as polycarbonate, and has a reflective surface on its surface by depositing a metal such as aluminum.
窓部４は、ハウジング７の開口部の形状に合わせて、アクリル等の透光性樹脂から湾曲形状に形成され、ハウジング７の開口部に溶着等により取り付けられる。また、窓部４は、拡大ミラー３で反射された表示光８を透過させる。 The window 4 is formed in a curved shape from a translucent resin such as acrylic in accordance with the shape of the opening of the housing 7, and is attached to the opening of the housing 7 by welding or the like. The window 4 transmits the display light 8 reflected by the magnifying mirror 3.
このようにＨＵＤ装置６では、表示装置１で生成された表示画像を反射器３で反射させて拡大した後、ウインドシールド５ に投影することで、虚像７を車両の運転手に視認させている。運転手は、ウインドシールド５及び反射器３を介して透過型スクリーン２に投影された映像を虚像７として視認することになる。また、ＨＵＤ装置６では、透過型スクリーン２が特徴的な構成を有することで、ウインドシールド５の外部から入射した太陽光等の外光による視認性の低下を抑制している。以下、透過型スクリーン２の具体的な構成等について詳細に説明する。 As described above, in the HUD device 6, the display image generated by the display device 1 is reflected and enlarged by the reflector 3, and then projected onto the windshield 5 so that the driver of the vehicle can visually recognize the virtual image 7. . The driver views the image projected on the transmission screen 2 through the windshield 5 and the reflector 3 as a virtual image 7. Further, in the HUD device 6, since the transmission screen 2 has a characteristic configuration, a reduction in visibility due to external light such as sunlight incident from the outside of the windshield 5 is suppressed. Hereinafter, a specific configuration and the like of the transmission screen 2 will be described in detail.
（透過型スクリーン）
本実施形態の透過型スクリーン２ は、ウインドシールド３の外部から入射した入射外光の影響を低減するとともに、表示光８の光強度を十分確保する構成を有する。すなわち、透過型スクリーン２の特徴は、その取り付け方法と受光面及び出射面の構成とにある。まず、透過型スクリーン２の取り付け方法について説明した後、受光面および出射面の構成について説明する。
(Transparent screen)
The transmissive screen 2 of the present embodiment has a configuration that reduces the influence of incident external light incident from the outside of the windshield 3 and sufficiently secures the light intensity of the display light 8. That is, the transmissive screen 2 is characterized by its mounting method and the configuration of the light receiving surface and the light emitting surface. First, after explaining the attachment method of the transmission type screen 2, the structure of a light-receiving surface and an output surface is demonstrated.
まず、ＨＵＤ装置６における一般的な透過型スクリーン２の取り付け方法について、図２を参照して説明する。図２は、透過型スクリーンから出射された代表的な一画素に相当する表示光８が、当該透過型スクリーンにより拡散されＥｙｅｂｏｘ９を照射した状態を示す模式図である。なお、図示を省略するが、各画素に相当する表示光は、透過型スクリーン２に結像し、Ｅｙｅｂｏｘ９全域を照射するように拡散する。また、図中では省略するが、表示光８は拡大ミラー３において反射・拡大されてウインドシールド５に導かれる。 First, a general method of attaching the transmission screen 2 in the HUD device 6 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic diagram showing a state in which display light 8 corresponding to one representative pixel emitted from the transmissive screen is diffused by the transmissive screen and irradiated with the Eyebox 9. Although not shown, display light corresponding to each pixel forms an image on the transmissive screen 2 and diffuses so as to irradiate the entire Eyebox 9. Although not shown in the drawing, the display light 8 is reflected and enlarged by the magnifying mirror 3 and guided to the windshield 5.
図２に示すように、従来の透過型スクリーン２は、その受光面が表示光の光軸に対して垂直になるように配置される。透過型スクリーン２を透過した表示光は、所定の拡散角度βで拡散され拡大される。拡大された表示光は拡大ミラー及びウインドシールドを介して、運転者が表示画像を虚像として視認可能な範囲であるＥｙｅｂｏｘ９に到達する。 As shown in FIG. 2, the conventional transmissive screen 2 is arranged such that its light receiving surface is perpendicular to the optical axis of the display light. The display light transmitted through the transmissive screen 2 is diffused and enlarged at a predetermined diffusion angle β. The enlarged display light reaches Eyebox 9 which is a range in which the driver can visually recognize the display image as a virtual image via the enlargement mirror and the windshield.
また図３に示すように透過型スクリーン２の垂直方向においてＰＧＵ１側から見た時の画角をαとする。 Further, as shown in FIG. 3, the angle of view when viewed from the PGU 1 side in the vertical direction of the transmissive screen 2 is α.
拡散角度βとは、透過型スクリーン２によって拡散された表示光のなす角度であり、表示光８が透過型スクリーン２を透過するときの、表示光が拡大する割合を示すものである。この拡散角度βは、透過型スクリーン２の構成や入射する表示光の特性により決定される。透過型スクリーン２の構成とは、例えば、それぞれ後述するマイクロレンズアレイのレンズピッチやマイクロレンズの曲率半径等である。 The diffusion angle β is an angle formed by the display light diffused by the transmissive screen 2, and indicates a rate at which the display light is expanded when the display light 8 is transmitted through the transmissive screen 2. This diffusion angle β is determined by the configuration of the transmissive screen 2 and the characteristics of the incident display light. The configuration of the transmissive screen 2 is, for example, a lens pitch of a microlens array, a radius of curvature of the microlens, and the like described later.
従来の透過型スクリーンによって拡散された表示光（拡散光）の強度分布はガウス分布となる。すなわち、照射範囲の中心付近で光強度が最大となり、照射範囲の端部では光強度が低下する。また、表示光（拡散光）の強度分布は、拡散角度により変化する。例えば、拡散角度が異なる（β１＞β２）表示光が照射された場合、拡散角度β1の表示光は照射範囲が広がり、光強度の最大値が小さくなる。一方、拡散角度β2の表示光は照射範囲が狭まり、光強度の最大値が大きくなる。なお、照射範囲全体での光量は、拡散角度β１の場合と拡散角度β２の場合とで同じになる。 The intensity distribution of display light (diffused light) diffused by a conventional transmissive screen is a Gaussian distribution. That is, the light intensity becomes maximum near the center of the irradiation range, and the light intensity decreases at the end of the irradiation range. Further, the intensity distribution of the display light (diffused light) changes depending on the diffusion angle. For example, when display lights having different diffusion angles (β1> β2) are irradiated, the display light of the diffusion angle β1 has a wider irradiation range and the maximum value of light intensity becomes smaller. On the other hand, the irradiation range of the display light having the diffusion angle β2 is narrowed, and the maximum value of the light intensity is increased. The amount of light in the entire irradiation range is the same for the diffusion angle β1 and the diffusion angle β2.
そのため、拡散光でＥｙｅｂｏｘ９の全域を照明する場合、すなわち、表示均斉度（照射範囲における光強度の均一性）を高める場合には、拡散角度を大きくする必要がある。ところが、拡散角度を大きくしていくと、ガウス分布の裾野が広がり、Ｅｙｅｂｏｘ９の範囲外にはみ出す光量が増加することから、光量損失が大きくなり、表示画像の輝度も低下する。一方、拡散角度を小さくしていくと、Ｅｙｅｂｏｘ９の範囲外にはみ出す光量が減少し、光利用効率が高まるものの、Ｅｙｅｂｏｘ９の端部では光量が低下するため表示均斉度が低下する。すなわち、拡散角度は、光利用効率と表示均斉度とを両立する角度である必要がある。この拡散角度に応じて変化する光利用効率や表示均斉度等の光学特性を拡散特性という。 Therefore, when illuminating the whole area of Eyebox 9 with diffused light, that is, when increasing the display uniformity (uniformity of light intensity in the irradiation range), it is necessary to increase the diffusion angle. However, when the diffusion angle is increased, the base of the Gaussian distribution is widened, and the amount of light that protrudes outside the range of Eyebox 9 increases, so that the loss of light amount increases and the brightness of the display image also decreases. On the other hand, as the diffusion angle is decreased, the amount of light that protrudes outside the range of Eyebox 9 decreases and the light utilization efficiency increases, but the amount of light at the end of Eyebox 9 decreases, so the display uniformity decreases. That is, the diffusion angle needs to be an angle that achieves both light utilization efficiency and display uniformity. Optical characteristics such as light utilization efficiency and display uniformity that change according to the diffusion angle are called diffusion characteristics.
そこで、本実施形態では、映像光が入射した時に透過型スクリーン２により拡散される拡散光と映像光の光軸との成す角度が垂直方向で最大となる角度を最大拡散角度βとする。βの角度で拡散された光がＥｙｅｂｏｘ９の垂直方向の端部に到達する光となる。拡散角度βは透過型スクリーン２として微小なレンズが２次元的に配列したマイクロレンズアレイによって任意の拡散特性を調整することが可能となる。透過型スクリーン２の垂直方向の拡散角度βは、透過型スクリーン２の垂直方向の断面において基材主面とマイクロレンズの斜面が成す最大角度θvによって決定される。 Therefore, in the present embodiment, the angle at which the angle formed by the diffused light diffused by the transmissive screen 2 when the image light is incident and the optical axis of the image light is maximum in the vertical direction is defined as the maximum diffusion angle β. The light diffused at the angle of β becomes the light that reaches the end of the Eyebox 9 in the vertical direction. The diffusion angle β can be adjusted to an arbitrary diffusion characteristic by a microlens array in which minute lenses are two-dimensionally arranged as the transmission screen 2. The vertical diffusion angle β of the transmissive screen 2 is determined by the maximum angle θv formed by the base surface of the substrate and the slope of the microlens in the vertical cross section of the transmissive screen 2.
一方、図２（ｂ）に示すように、上述のＨＵＤ装置では、ウインドシールド５の外部から太陽光等の外光が入射すると、入射外光はウインドシールド５と拡大ミラーを介して透過型スクリーン２を照射する。透過型スクリーン２は、約９０％の透過率を有し、入射外光のうち数％の光は透過型スクリーン２によって拡散反射される。この反射外光は、透過型スクリーン２を透過した表示光８と同様に、拡大ミラー３とウインドシールド５を介して車両の運転手の視域に到達する。そのため、入射外光の光量が大きくなると、透過型スクリーン２によって反射された反射外光も反射外光が表示光と重畳して表示画像の視認性を低下させるため無視できなくなる。 On the other hand, as shown in FIG. 2B, in the HUD device described above, when external light such as sunlight enters from the outside of the windshield 5, the incident external light is transmitted through the windshield 5 and the magnifying mirror. 2 is irradiated. The transmissive screen 2 has a transmittance of about 90%, and several percent of the incident outside light is diffusely reflected by the transmissive screen 2. This reflected external light reaches the viewing area of the driver of the vehicle through the magnifying mirror 3 and the windshield 5 in the same manner as the display light 8 transmitted through the transmissive screen 2. For this reason, when the amount of incident outside light increases, the reflected outside light reflected by the transmissive screen 2 cannot be ignored because the reflected outside light is superimposed on the display light to reduce the visibility of the display image.
反射外光は、上述した表示光８と同様に、透過型スクリーン２に応じた拡散特性を有する。 Similar to the display light 8 described above, the reflected external light has a diffusion characteristic corresponding to the transmissive screen 2.
次に、本実施形態に係るＨＵＤ装置６における透過型スクリーン２の取り付け方法について、図３を参照して説明する。図３は、透過型スクリーン２から出射された代表的な一画素に相当する表示光が、当該透過型スクリーン２により拡散されＥｙｅｂｏｘ９を照射した状態を示す模式図である。
なお、図示を省略するが、各画素に相当する表示光は、透過型スクリーン２に結像し、Ｅｙｅｂｏｘ９全域を照射するように拡散する。
また、表示光は、図３に示すように、拡散前の表示光Ｌ’と同じ光軸に沿って出射される。すなわち、表示光の光軸は、透過型スクリーン２によって拡散されることで変化しないとみなされる。
また、図中では省略するが、表示光は拡大ミラー３において屈折・拡大されてウインドシールド５に導かれる。
Next, a method of attaching the transmission screen 2 in the HUD device 6 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic diagram showing a state in which display light corresponding to one representative pixel emitted from the transmissive screen 2 is diffused by the transmissive screen 2 and irradiated with the Eyebox 9.
Although not shown, display light corresponding to each pixel forms an image on the transmissive screen 2 and diffuses so as to irradiate the entire Eyebox 9.
Further, as shown in FIG. 3, the display light is emitted along the same optical axis as the display light L ′ before diffusion. That is, it is considered that the optical axis of the display light is not changed by being diffused by the transmissive screen 2.
Although not shown in the drawing, the display light is refracted and enlarged by the magnifying mirror 3 and guided to the windshield 5.
図３に示すように、ＨＵＤ装置では、透過型スクリーン２は、当該透過型スクリーン２の法線が表示光の光軸ＡＸに対して垂直方向に傾倒して配置される。すなわち、透過型スクリーン２の受光面は、光軸ＡＸと直交する方向に対して垂直方向の傾斜角度θtを有する。これにより、入射外光と反射外光のなす角は２θtとなる。
上述のとおり、透過型スクリーン２は光軸ＡＸに対して傾倒して配置されているが、透過型スクリーン２を透過した表示光８（拡散光）は光軸ＡＸに沿って出射される。従来の透過型スクリーンでは、照射範囲の光強度が中心部と端部とで大きく異なるため、透過型スクリーンを傾倒させたときにＥｙｅｂｏｘ９に実際に照射される光の光強度は均一性が著しく低下する。本実施形態における透過型スクリーンはマイクロレンズアレイの形状をコントロールすることにより、表示光がＥｙｅｂｏｘ９の範囲内を効率良く照射するように設計しておくのがよい。
As shown in FIG. 3, in the HUD device, the transmissive screen 2 is arranged such that the normal line of the transmissive screen 2 is tilted in the direction perpendicular to the optical axis AX of the display light. That is, the light receiving surface of the transmissive screen 2 has an inclination angle θt perpendicular to the direction orthogonal to the optical axis AX. As a result, the angle formed between the incident outside light and the reflected outside light is 2θt.
As described above, the transmissive screen 2 is disposed so as to be inclined with respect to the optical axis AX, but the display light 8 (diffused light) transmitted through the transmissive screen 2 is emitted along the optical axis AX. In the conventional transmissive screen, the light intensity in the irradiation range is greatly different between the center and the end, so that the uniformity of the light intensity of the light actually irradiated on the Eyebox 9 when the transmissive screen is tilted is significantly reduced. To do. The transmissive screen in the present embodiment is preferably designed so that the display light efficiently irradiates within the range of Eyebox 9 by controlling the shape of the microlens array.
一方、ウインドシールド５の外部から入射した入射外光は、拡大ミラー３を介して透過型スクリーン２を照射する。入射外光の一部は、透過型スクリーン２によって反射される。反射外光は、光軸ＡＸに対して角度２θtの方向に、拡大ミラー３とウインドシールド５を介して出射される。このとき、透過型スクリーン２を後述する構成としたことで、反射外光は拡散角度βで拡散する。そのため、透過型スクリーン２の傾斜角度θtを適宜設定することで、太陽光が映像光の光軸と同じ軸から直接入射するような非常に強い外光が入射した場合においても、ほぼ全ての反射外光の照射範囲をＥｙｅｂｏｘ９の範囲外とすることができる。 On the other hand, incident external light incident from the outside of the windshield 5 irradiates the transmission screen 2 through the magnifying mirror 3. A part of the incident external light is reflected by the transmissive screen 2. The reflected external light is emitted through the magnifying mirror 3 and the windshield 5 in the direction of the angle 2θt with respect to the optical axis AX. At this time, since the transmissive screen 2 is configured as described later, the reflected external light diffuses at the diffusion angle β. Therefore, by setting the inclination angle θt of the transmissive screen 2 as appropriate, almost all reflections can be obtained even when very strong external light is incident such that sunlight enters directly from the same axis as the optical axis of the image light. The irradiation range of external light can be outside the range of Eyebox9.
また、ＨＵＤ装置用の透過型スクリーン２として、すりガラスなどのフロスト型拡散板や微小な粒子を分散させたオパール型拡散板が一般的に用いられる。また、このような透過型スクリーンを用いた場合には、通常、透過光の拡散強度分布はガウシアンとなり、Ｅｙｅｂｏｘ９領域の中心部を照明する光強度が高くなり、Ｅｙｅｂｏｘ９領域の端部では光強度が低くなる。そのため、従来のＨＵＤ装置では、透過光の拡散強度がガウス分布を有することに起因して表示画像の視認性が低下するという問題もあった。そこで本実施形態の透過型スクリーン２では、受光面及び照射面を以下のように構成することで、かかる問題を解決している。 Further, as the transmission type screen 2 for the HUD device, a frost type diffusion plate such as ground glass or an opal type diffusion plate in which minute particles are dispersed is generally used. When such a transmissive screen is used, the diffuse intensity distribution of transmitted light is usually Gaussian, the light intensity that illuminates the center of the Eyebox 9 area is high, and the light intensity is at the end of the Eyebox 9 area. Lower. Therefore, the conventional HUD device has a problem that the visibility of the display image is lowered due to the diffusion intensity of the transmitted light having a Gaussian distribution. Therefore, in the transmissive screen 2 of the present embodiment, such a problem is solved by configuring the light receiving surface and the irradiation surface as follows.
次に、透過型スクリーン２の構成について説明する。透過型スクリーン２では、以下の構成とすることで、当該透過型スクリーン２を傾倒させた状態における拡散特性を保持している。 Next, the configuration of the transmission screen 2 will be described. The transmissive screen 2 has the following configuration to maintain the diffusion characteristics when the transmissive screen 2 is tilted.
透過型スクリーン２は、図６に示すように、その面内方向において、例えばレンズサイズ１０〜１００μｍ程度の複数のマイクロレンズの各々が、周期的に配列するようにして形成されるものである。
ここでのピッチとは、互いに隣接するマイクロレンズの中心間の距離である。
As shown in FIG. 6, the transmissive screen 2 is formed such that each of a plurality of microlenses having a lens size of, for example, about 10 to 100 μm is periodically arranged in the in-plane direction.
Here, the pitch is the distance between the centers of adjacent microlenses.
マイクロレンズの形状を制御することによって出斜光の拡散分布を略均一とする拡散特性を有することとなる。略均一な光強度の分布とは、照射範囲
内を略均一な光強度で照射することができる強度分布であり、例えば、図４に示すＴｏｐ−Ｈａｔ型の光強度分布である。
By controlling the shape of the microlens, it has a diffusion characteristic that makes the diffusive light diffusion distribution substantially uniform. The substantially uniform light intensity distribution is an intensity distribution capable of irradiating within the irradiation range with a substantially uniform light intensity, for example, a Top-Hat type light intensity distribution shown in FIG.
透過型スクリーン２は、以上の構成を有するため、図３に示すように、表示光８は透過型スクリーン２を透過するときに拡散され、拡散された表示光８はＥｙｅｂｏｘ９の範囲内に効率的に照射される。その一方、ウインドシールド５の外部から入射した入射外光は、傾斜角度θtを有する透過型スクリーン２の出射面で反射され、この反射した反射外光はＥｙｅｂｏｘ９の範囲外に到達する。そのため、反射外光がＥｙｅｂｏｘ９に漏れ込むことを抑制することができ、表示画像（ 表示光Ｌ ）の視認性の低下が抑制される。また本実施形態では、傾斜角度
θtを所定の角度とすることで、反射外光がＥｙｅｂｏｘ９の範囲内に漏れ込むことがなくなり、視認性が低下しない。
Since the transmissive screen 2 has the above configuration, as shown in FIG. 3, the display light 8 is diffused when passing through the transmissive screen 2, and the diffused display light 8 is efficiently within the range of Eyebox 9. Is irradiated. On the other hand, the incident outside light incident from the outside of the windshield 5 is reflected by the exit surface of the transmissive screen 2 having the inclination angle θt, and the reflected outside light reaches outside the range of the Eyebox 9. Therefore, it is possible to suppress the reflected external light from leaking into the Eyebox 9, and the deterioration of the visibility of the display image (display light L) is suppressed. Further, in the present embodiment, by setting the inclination angle θt to a predetermined angle, the reflected external light does not leak into the range of Eyebox 9 and the visibility is not lowered.
また傾斜角度θtをより大きくすれば、拡散反射外光はより映像光と重複しない角度に出射されるが、マイクロレンズの上記傾斜角度によっては、マイクロレンズ面を映像光入射面側に配置した場合はマイクロレンズによる太陽光の全反射が発生してＥｙｅｂｏｘ９に戻る光が存在するために、視認性を著しく損ない、マイクロレンズ面を映像光出射面側に配置した場合は映像光が全反射され光量が低下する、マイクロレンズの最大傾斜角度θvに応じて適宜透過型スクリーン２の傾き角度θtを決定する必要がある。 If the inclination angle θt is made larger, diffusely reflected external light is emitted at an angle that does not overlap with the image light. However, depending on the inclination angle of the microlens, the microlens surface may be disposed on the image light incident surface side. Since there is light that returns to the Eyebox 9 due to total reflection of sunlight by the microlens, the visibility is remarkably impaired, and when the microlens surface is arranged on the image light exit surface side, the image light is totally reflected and the amount of light It is necessary to appropriately determine the tilt angle θt of the transmissive screen 2 according to the maximum tilt angle θv of the microlens.
本実施形態におけるマイクロレンズの形状は凸形状でも凹形状のどちらでもよい。 The shape of the microlens in this embodiment may be either a convex shape or a concave shape.
本実施形態における透過型スクリーンの傾き角度θtの決定方法について以下に記載する。
本実施形態に係る透過型スクリーンは、片面にマイクロレンズアレイが形成され片面は平坦面である。
A method for determining the tilt angle θt of the transmission screen in this embodiment will be described below.
The transmissive screen according to the present embodiment has a microlens array formed on one side and a flat surface on one side.
透過型スクリーン２の配置方法として図５,６に示すように映像光の入射面側に平坦面が存在する場合と入射面側にマイクロレンズアレイが存在する場合がある。この２つの状況に応じて透過型スクリーンの傾き角度θtを決定する必要がある。 As shown in FIGS. 5 and 6, there are cases where a flat surface is present on the incident surface side of the image light and a microlens array is present on the incident surface side. It is necessary to determine the tilt angle θt of the transmissive screen according to these two situations.
θtを決定するにあたり本実施例の構成を図５,６に示す。マイクロレンズの斜面で拡散される光について、空気の屈折率をn1透過型スクリーンの屈折率をn2とし、空気層での光の角度をθ1、透過型スクリーン内部での角度をθ２とした場合にマイクロレンズの斜面においてスネルの法則によりn1×sinθ1=n2×sinθ2となるが、n1θ1とn2θ2が５０度以下においては、図７に示すように、n1θ1=n2θ2が成り立つために本実施形態ではこれらの近似を用いている。 In determining θt, the configuration of the present embodiment is shown in FIGS. For light diffused on the slope of the microlens, the refractive index of air is n 1 and the refractive index of the transmissive screen is n 2 , the angle of light in the air layer is θ 1 , and the angle inside the transmissive screen is θ 2. In this case, n 1 × sinθ 1 = n 2 × sinθ 2 on the slope of the microlens according to Snell's law, but when n 1 θ 1 and n 2 θ 2 are 50 degrees or less, as shown in FIG. , N 1 θ 1 = n 2 θ 2 holds, so that these approximations are used in the present embodiment.
まず映像光の入射面側にマイクロレンズ面が存在する場合について説明する。映像光の主軸が傾斜する場合、図５で示すようにフィルムの端部において入射角度が最も低くなる。図５では下端となる。この時、下端部に入射した映像光がスクリーンにより拡散された光の中でスクリーンの主面と成す角度が最も小さい光と同じ方向から来る太陽光は、スクリーンへの入射角度が最小となるためにスクリーンによって拡散反射された場合に、映像光と重畳する可能性が最も高くなる。そのためこの太陽光が映像光と重畳しないように透過型スクリーンの傾き角度を決定すれば、外光による視認性の低下は起こらない。図３に示すように透過型スクリーン２の傾斜角度θtを大きくすれば外光反射された光の主軸はＥｙｅｂｏｘ９の方向から離れる向きに反射される。また反射光の拡散角度は、マイクロレンズの斜面が基材主面と成す角度θvが大きいほど広がるためＥｙｅｂｏｘ９に戻りやすくなる。 First, a case where a microlens surface is present on the image light incident surface side will be described. When the main axis of the image light is inclined, the incident angle is the lowest at the end of the film as shown in FIG. In FIG. 5, it is the lower end. At this time, sunlight coming from the same direction as the light having the smallest angle with the main surface of the screen among the light diffused by the screen at the lower end part has the smallest incident angle on the screen. When the light is diffusely reflected by the screen, it is most likely to overlap with the image light. Therefore, if the tilt angle of the transmission screen is determined so that the sunlight does not overlap with the image light, the visibility is not deteriorated by the external light. As shown in FIG. 3, when the inclination angle θt of the transmission screen 2 is increased, the principal axis of the light reflected from the outside light is reflected away from the direction of the Eyebox 9. Further, the diffusion angle of the reflected light becomes wider as the angle θv formed by the inclined surface of the microlens with the main surface of the base material is larger, so that the reflected light easily returns to Eyebox 9.
このように、本実施形態に係るＨＵＤ装置によれば、マイクロレンズの形状をと傾斜角度を制御することにより、表示画像を構成する表示光Ｌの光量損失を抑えつつも、入射外光の影響を無くし、視認性の低下を抑制できる。 As described above, according to the HUD device according to the present embodiment, by controlling the shape of the microlens and the inclination angle, it is possible to suppress the light amount loss of the display light L constituting the display image, and to influence the outside incident light. Can be suppressed, and the deterioration of visibility can be suppressed.
すなわち、透過型スクリーン２の受光面に適宜設計されたＭＬＡを形成したので、表示光ＬはＥｙｅｂｏｘ９の全域を略均一に照射することができる。これにより、ウインドシールド５の外部から入射した外光も同様にＥｙｅｂｏｘ９の範囲内に反射されることになるが、透過型スクリーン２を傾斜角度θtで傾倒して配置したので、反射外光のみＥｙｅｂｏｘ９の範囲外に反射させる。従って、表示画像の視認性の低下を抑制することができる。 That is, since the MLA designed appropriately is formed on the light receiving surface of the transmissive screen 2, the display light L can irradiate the entire area of the Eyebox 9 substantially uniformly. As a result, external light incident from the outside of the windshield 5 is similarly reflected within the range of the Eyebox 9, but since the transmissive screen 2 is tilted at an inclination angle θt, only the reflected external light is reflected in the Eyebox 9 Reflect outside the range. Accordingly, it is possible to suppress a decrease in the visibility of the display image.
またθtの角度が大きくなると太陽光の一部がマイクロレンズによって全反射されＥｙｅｂｏｘ９範囲側に戻り、映像光と重複して視認性が低下する問題がある。太陽光が全反射条件となるのは下記式（１）左辺が成り立つ時である。そのためθtは映像光が全反射で反射されず、また太陽光の外光がＥｙｅｂｏｘ９範囲外に反射させる下記式（１）の条件で設置することが好ましい。
次に映像光の入射面側に平滑面が存在する場合について説明する。映像光の主軸が傾斜する場合、図６で示すようにフィルムの端部において入射角度が最も低くなる。図６では下端となる。この時、下端部に入射した映像光がスクリーンにより拡散された光の中でスクリーンの主面と成す角度が最も小さい光と同じ方向から来る太陽光は、スクリーンへの入射角度が最小となるためにスクリーンによって拡散反射された場合に、映像光と重畳する可能性が最も高くなる。そのためこの太陽光が映像光と重畳しないように透過型スクリーン２の傾き角度を決定すれば、外光による視認性の低下は起こらない。図３に示すように透過型スクリーン２の傾斜角度θtを大きくすれば外光反射された光の主軸はＥｙｅｂｏｘ９の方向から離れる向きに反射される。また反射光の拡散角度は、マイクロレンズの斜面が基材主面と成す角度θvが大きいほど広がるためＥｙｅｂｏｘ９に戻りやすくなる。 Next, a case where a smooth surface exists on the image light incident surface side will be described. When the main axis of the image light is inclined, the incident angle is the lowest at the end of the film as shown in FIG. In FIG. 6, it is the lower end. At this time, sunlight coming from the same direction as the light having the smallest angle with the main surface of the screen among the light diffused by the screen at the lower end part has the smallest incident angle on the screen. When the light is diffusely reflected by the screen, it is most likely to overlap with the image light. Therefore, if the tilt angle of the transmissive screen 2 is determined so that the sunlight does not overlap with the image light, the visibility is not deteriorated by the external light. As shown in FIG. 3, when the inclination angle θt of the transmission screen 2 is increased, the principal axis of the light reflected from the outside light is reflected away from the direction of the Eyebox 9. Further, the diffusion angle of the reflected light becomes wider as the angle θv formed by the inclined surface of the microlens with the main surface of the base material is larger, so that the reflected light easily returns to Eyebox 9.
そのため下記式のようにθtの傾ける角度をマイクロレンズの斜面角度θvに合わせて下記式（２）を満たすことで反射外光の照射範囲をＥｙｅｂｏｘ９の範囲外とすることができる。
このように、本実施形態に係るＨＵＤ装置６によれば、マイクロレンズの形状をと傾斜角度を制御することにより、表示画像を構成する表示光Ｌの光量損失を抑えつつも、太陽光による外光の影響を無くし、視認性の低下を抑制できる。 As described above, according to the HUD device 6 according to the present embodiment, by controlling the shape of the microlens and the inclination angle, it is possible to reduce the light amount loss of the display light L constituting the display image and It is possible to eliminate the influence of light and suppress a decrease in visibility.
またθtの角度が大きくなると映像光の一部がマイクロレンズによって全反射され入射光側に戻りＥｙｅｂｏｘ９に到達できない光が存在することから、映像光が暗くなる問題がある。映像光が全反射となるのは、θtが下記式（３）左辺が成り立つ時である。そのためθtは映像光が全反射で反射されずまた太陽光の外光がＥｙｅｂｏｘ９範囲外に反射させる以下の式の条件で設置することがより好ましい。
屈折率は波長分散の大きい材料が使われるときには、紫外線側の屈折率も考慮して決定する必要があり。上記(１)乃至(３)の式がh線でも成り立つことが望ましい。 When a material with large wavelength dispersion is used, the refractive index must be determined in consideration of the refractive index on the ultraviolet side. It is desirable that the above expressions (1) to (3) hold for the h line.
本実施形態に用いる透過型スクリーンで２は、必要な拡散特性を持たせるための設計データを作成する必要がある。設計データは必要な拡散角度を元にマイクロレンズの形状を適宜設計する。設計したデータを元にマイクロレンズアレイを加工する方法は、機械加工、マスクを用いたフォトリソグラフィ、マスクレスリソグラフィ、エッチング、レーザアブレーションなど多くの加工方法を使うことができる。これらの技術を用いて金型を製造し、樹脂を成形してマイクロレンズアレイを有する拡散板部材を製造する。成形方法は、ロールトゥロール成形、熱プレス成形、紫外線硬化性樹脂を用いた成形、射出成形など数多くの成形方法の中から適宜選択すれば良い。 The transmission screen 2 used in the present embodiment needs to create design data for providing necessary diffusion characteristics. The design data appropriately designs the shape of the microlens based on the required diffusion angle. As a method of processing the microlens array based on the designed data, many processing methods such as machining, photolithography using a mask, maskless lithography, etching, and laser ablation can be used. Using these techniques, a mold is manufactured, a resin is molded, and a diffusion plate member having a microlens array is manufactured. The molding method may be appropriately selected from many molding methods such as roll-to-roll molding, hot press molding, molding using an ultraviolet curable resin, and injection molding.
ヘッドアップディスプレイ用の透過型スクリーンでは光の干渉による明るさの不均一を抑制するためにマイクロレンズの高さを個々に変化させて作成する必要がある。このようなマイクロレンズを実現するためには、上述のいくつかの加工方法のうち、マスクレスリソグラフィ法が好適である。 In a transmissive screen for a head-up display, the height of the microlens needs to be individually changed in order to suppress uneven brightness due to light interference. In order to realize such a microlens, the maskless lithography method is preferable among the above-described several processing methods.
（金型製造および成形工程）
以下、レーザ走査型のマスクレスリソグラフィと電鋳により金型を作製し、その金型を用いた熱プレス成形により拡散板を成形する方法についてより詳細に説明する。
(Mold manufacturing and molding process)
Hereinafter, a method of forming a mold by laser scanning maskless lithography and electroforming and forming a diffusion plate by hot press molding using the mold will be described in more detail.
マスクレスリソグラフィは、基板上にフォトレジストを塗布するレジスト塗布工程、微細パターンをフォトレジストに露光する露光工程、露光後のフォトレジストを現像して微細パターンを有する原盤を得る現像工程からなる。レジスト塗布工程では、基板上にポジ型のフォトレジストを塗布する。フォトレジストの塗布膜の膜厚は、微細パターンの高さ以上の厚さであれば良い。塗布膜に対しては７０〜１１０℃のベーキング処理を施すことが好ましい。露光工程では、前記塗布工程で塗布されたフォトレジストに対して、レーザービームを走査しながら照射してフォトレジストを露光する。レーザービームの波長はフォトレジストの種類に応じて選定すればよく、例えば３５１ｎｍ、３６４ｎｍ、４５８ｎｍ、４８８ｎｍ（Ａｒ＋レーザーの発振波長）、３５１ｎｍ、４０６ｎｍ、４１３ｎｍ（Ｋｒ＋レーザーの発振波長）、３５２ｎｍ、４４２ｎｍ（Ｈｅ−Ｃｄレーザーの発振波長）、３５５ｎｍ、４７３ｎｍ（半導体励起固体レーザーのパルス発振波長）、３７５ｎｍ、４０５ｎｍ、４４５ｎｍ、４８８ｎｍ（半導体レーザー）などを選択することができる。 Maskless lithography includes a resist coating process for coating a photoresist on a substrate, an exposure process for exposing a fine pattern to the photoresist, and a development process for developing the exposed photoresist to obtain a master having a fine pattern. In the resist coating process, a positive type photoresist is coated on the substrate. The film thickness of the photoresist coating film only needs to be greater than the height of the fine pattern. The coating film is preferably subjected to a baking treatment at 70 to 110 ° C. In the exposure process, the photoresist applied in the coating process is irradiated with scanning with a laser beam to expose the photoresist. The wavelength of the laser beam may be selected according to the type of the photoresist. For example, 351 nm, 364 nm, 458 nm, 488 nm (Ar + laser oscillation wavelength), 351 nm, 406 nm, 413 nm (Kr + laser oscillation wavelength), 352 nm, 442 nm ( It is possible to select He—Cd laser oscillation wavelength), 355 nm, 473 nm (semiconductor excitation solid laser pulse oscillation wavelength), 375 nm, 405 nm, 445 nm, 488 nm (semiconductor laser), or the like.
現像工程では、露光後のフォトレジストを現像する。フォトレジストの現像は公知の方法により実施することができる。現像液としては特に制限なく、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）等のアルカリ現像液を用いることができる。現像工程では露光量に応じてフォトレジストが除去され、フォトレジストの微細パターン形状が形成される。露光工程でポジレジストを用い、凹レンズによるマイクロレンズの形状に応じたレーザパワーで露光した場合、フォトレジストに凹レンズが形成されたマイクロレンズ原盤が得られることになる。 In the development step, the exposed photoresist is developed. Development of the photoresist can be carried out by a known method. The developer is not particularly limited, and an alkali developer such as tetramethylammonium hydroxide (TMAH) can be used. In the development process, the photoresist is removed according to the exposure amount, and a fine pattern shape of the photoresist is formed. When a positive resist is used in the exposure process and exposure is performed with a laser power corresponding to the shape of the microlens by the concave lens, a microlens master having a concave lens formed on the photoresist is obtained.
次に電鋳工程では、露光、現像により形成された前記微細パターンを有するフォトレジスト表面にニッケル金属の蒸着などの方法により導電化処理を施す。さらに、電鋳により前記蒸着膜表面にニッケルを板状に所望の厚みまで堆積させ、このニッケル板をフォトレジスト原盤から剥離すると、フォトレジストの凹レンズ形状が反転転写された凸レンズによるマイクロレンズアレイが形成された金型（スタンパ）が得られる。 Next, in the electroforming process, a conductive process is performed on the photoresist surface having the fine pattern formed by exposure and development by a method such as vapor deposition of nickel metal. Furthermore, by depositing nickel on the surface of the vapor-deposited film to a desired thickness by electroforming and peeling the nickel plate from the photoresist master, a microlens array is formed by a convex lens in which the concave lens shape of the photoresist is inverted and transferred. A finished mold (stamper) is obtained.
成形工程では、前記スタンパを用いてアクリルシートを加熱しつつプレスする熱プレス法により、凸レンズ形状の微細パターンがアクリルシートに転写される。この結果、凹レンズによるマイクロレンズアレイ部材を製造することができる。成形に使用する樹脂はアクリルに限らず、成形条件に応じて、拡散板に使用可能な樹脂を選定すれば良い。 In the molding step, a fine pattern having a convex lens shape is transferred to the acrylic sheet by a hot press method in which the acrylic sheet is pressed while being heated using the stamper. As a result, a microlens array member using a concave lens can be manufactured. The resin used for molding is not limited to acrylic, and a resin that can be used for the diffusion plate may be selected according to molding conditions.
露光工程でポジレジストを用い、凸レンズによるマイクロレンズの形状に応じたレーザパワーで露光した場合、凹形状の凸レンズによるマイクロレンズアレイ部材を製造することができる。 When a positive resist is used in the exposure process and the exposure is performed with a laser power corresponding to the shape of the microlens by the convex lens, a microlens array member by the concave convex lens can be manufactured.
また別の成形方法として紫外線硬化型のモノマーを金型に充填させアクリル樹脂、PET樹脂、PC樹脂等の基材フィルムを紫外線硬化型のモノマーを充填した面に気泡が入らないように貼り合わせ、その後紫外線を照射し、紫外線硬化型のモノマーを硬化させながら基材フィルムに密着させ、その後基材フィルムを金型から剥離することで基材フィルム上にマイクロレンズを形成させる手法がある。 As another molding method, a UV curable monomer is filled in a mold, and a base film such as an acrylic resin, a PET resin, or a PC resin is bonded so that air bubbles do not enter the surface filled with the UV curable monomer. Then, there is a method of forming a microlens on the substrate film by irradiating with ultraviolet rays to make it adhere to the substrate film while curing the ultraviolet curable monomer, and then peeling the substrate film from the mold.
凸レンズによるマイクロレンズアレイ部材を得るには、前記電鋳工程で得たスタンパ（凸レンズ）を型として複製電鋳を行い、凹レンズによるマイクロレンズアレイが形成されたスタンパを作製すればよい。マスクレスリソグラフィの露光工程で、凸レンズに応じた露光パワーの変調によりレジストを露光する方法ももちろん採用可能であるが、電鋳工程でスタンパを複製電鋳する上記方法のほうがより簡便である。 In order to obtain a microlens array member using a convex lens, duplication electroforming may be performed using the stamper (convex lens) obtained in the electroforming process as a mold to produce a stamper on which a microlens array using a concave lens is formed. Of course, a method of exposing the resist by modulating the exposure power according to the convex lens in the exposure process of the maskless lithography can be adopted, but the above-described method of replica electroforming the stamper in the electroforming process is simpler.
なお、本発明はこれまでに記述した実施形態及び図面によってなんら限定されるものではない。本発明の主旨を変更しない範囲において、適宜、実施形態及び図面に変更を加えることが可能である。 The present invention is not limited to the embodiments and drawings described so far. In the range which does not change the main point of this invention, it is possible to add a change to embodiment and drawing suitably.
以下、本発明の実施例に基づいて、本発明をさらに詳細に説明する。
本実施例で使用する透過型スクリーンの屈折率ｎは、ＰＭＭＡ樹脂のをｈ線で測定した値に近い１．５とした。また透過型スクリーンの垂直方向においてＰＧＵ側から見た時の画角は６ｄｅｇとした。
Hereinafter, based on the Example of this invention, this invention is demonstrated further in detail.
The refractive index n of the transmissive screen used in this example was set to 1.5, which is close to the value of the PMMA resin measured by the h-line. The angle of view when viewed from the PGU side in the vertical direction of the transmissive screen was 6 deg.
＜実施例１＞
本実施例について図１０に従って説明する。本実施例では図１０に示すＸ,Ｙ,Ｚ座標の中心に、映像光が入射する面にマイクロレンズを有し、出射面に平滑面を有する透過型スクリーンを配置する。透過型スクリーンは垂直方向の最大斜面角度θv＝１３．８ｄｅｇで、ピッチはＰｘ＝５０μｍ、Ｐｙ＝５０μｍの正方形のマイクロレンズである。透過型スクリーンの傾斜角度θtは３２ｄｅｇとした。映像光は垂直方向のスクリーンの下端にθx＝０ｄｅｇ、θy＝２９ｄｅｇの角度で平行光を入射させた。
外光として透過型スクリーンにより拡散された映像光の中で垂直方向において透過型スクリーン平面との成す角度が最も小さい光と同じ角度から外光が入射したと仮定してθｘ＝０ｄｅｇ、θy＝−２２．１ｄｅｇから平行光を透過型スクリーンに入射させた。
<Example 1>
This embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, a transmissive screen having a microlens on the surface on which the image light is incident and a smooth surface on the exit surface is arranged at the center of the X, Y, and Z coordinates shown in FIG. The transmission type screen is a square microlens having a maximum slope angle θv = 13.8 deg in the vertical direction and a pitch of Px = 50 μm and Py = 50 μm. The tilt angle θt of the transmission screen was 32 deg. As the image light, parallel light was incident on the lower end of the screen in the vertical direction at angles of θx = 0 deg and θy = 29 deg.
Assuming that external light is incident from the same angle as the light having the smallest angle with the transmissive screen plane in the vertical direction among the image light diffused by the transmissive screen as external light, θx = 0 deg, θy = − Parallel light was incident on the transmissive screen from 22.1 deg.
前記条件で映像光と外光の透過型スクリーンにより拡散強度をサイバネット社の幾何学光線追跡ソフトLightToolsを用いて幾何光学計算した結果を図１１に示す。図１１には拡散映像光と拡散反射光がそれぞれの角度に進行する光の分布を示している。下側の明るい部分が映像光の拡散反射光を示し、上側の暗い部分が外光の反射光の拡散反射光を示している。図１１に示すように、映像光の拡散透過光と外光の拡散反射光は重ならず、映像光への外光の映り込みが無い良好な画像が得られることが分かった。 FIG. 11 shows the result of geometrical optics calculation using the light ray tracing software LightTools of Cybernet Corp. for the diffusion intensity using the transmission screen of image light and external light under the above conditions. FIG. 11 shows the distribution of light in which diffuse video light and diffuse reflected light travel at respective angles. The lower bright portion indicates diffuse reflection light of image light, and the upper dark portion indicates diffuse reflection light of external light reflection light. As shown in FIG. 11, it was found that the diffuse transmitted light of the image light and the diffuse reflected light of the external light do not overlap, and a good image without reflection of the external light on the image light can be obtained.
＜実施例２＞
本実施例について図１０に従って説明する。本実施例では図１０に示すＸ,Ｙ,Ｚ座標の中心に、映像光が入射する面に平滑面を有し、出射面にマイクロレンズ面を有する透過型スクリーンを配置する。透過型スクリーンは垂直方向の最大斜面角度θv＝１３．８ｄｅｇで、ピッチはPx＝５０μｍ、Py＝５０μｍの正方形のマイクロレンズである。透過型スクリーンの傾斜角度θtは２５ｄｅｇとした。映像光は垂直方向のスクリーンの下端にθx＝０ｄｅｇ、θy＝２２ｄｅｇの角度で平行光を入射させた。
外光として透過型スクリーンにより拡散された映像光の中で垂直方向において透過型スクリーン平面との成す角度が最も小さい光と同じ角度から外光が入射したと仮定してθｘ＝０ｄｅｇ、θy＝−１５．１ｄｅｇから平行光を透過型スクリーンに入射させた。
<Example 2>
This embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, a transmission screen having a smooth surface on the surface on which the image light is incident and a microlens surface on the exit surface is disposed at the center of the X, Y, and Z coordinates shown in FIG. The transmission type screen is a square microlens having a maximum slope angle θv = 13.8 deg in the vertical direction and a pitch Px = 50 μm and Py = 50 μm. The tilt angle θt of the transmissive screen was 25 deg. As the image light, parallel light was incident on the lower end of the screen in the vertical direction at angles of θx = 0 deg and θy = 22 deg.
Assuming that external light is incident from the same angle as the light having the smallest angle with the transmissive screen plane in the vertical direction among the image light diffused by the transmissive screen as external light, θx = 0 deg, θy = − Parallel light was incident on the transmissive screen from 15.1 deg.
前記条件で映像光と外光の透過型スクリーンにより拡散強度をサイバネット社の幾何学光線追跡ソフトLightToolsを用いて幾何光学計算した結果を図１２に示す。図１２には拡散映像光と拡散反射光がそれぞれの角度に進行する光の分布を示している。下側の明るい部分が映像光の拡散反射光を示し、上側の暗い部分が外光の反射光の拡散反射光を示している。図１２に示すように、映像光の拡散透過光と外光の拡散反射光は重ならず、映像光への外光の映り込みが無い良好な画像が得られることが分かった。 FIG. 12 shows the result of geometrical optics calculation using the light ray tracing software LightTools of Cybernet Inc. for the diffusion intensity using the transmission screen of image light and external light under the above conditions. FIG. 12 shows the distribution of light in which diffuse video light and diffuse reflected light travel at respective angles. The lower bright portion indicates diffuse reflection light of image light, and the upper dark portion indicates diffuse reflection light of external light reflection light. As shown in FIG. 12, it was found that the diffuse transmitted light of the image light and the diffuse reflected light of the outside light do not overlap each other, and a good image without reflection of the outside light on the image light can be obtained.
＜実施例３＞
本実施例について図１０に従って説明する。本実施例では図１０に示すＸ,Ｙ,Ｚ座標の中心に、映像光が入射する面に平滑面を有し、出射面にマイクロレンズ面を有する透過型スクリーンを配置する。透過型スクリーンは垂直方向の最大斜面角度θv＝１３．８ｄｅｇで、ピッチはPx＝５０μｍ、Py＝５０μｍの正方形のマイクロレンズである。透過型スクリーンの傾斜角度θtは７０ｄｅｇとした。映像光は垂直方向のスクリーンの上端にθx＝０ｄｅｇ、θy＝７３ｄｅｇの角度で入射させた。
外光として透過型スクリーンにより拡散された映像光の中で垂直方向において透過型スクリーン平面との成す角度が最も大きい光と同じ角度から外光が入射したと仮定してθｘ＝０ｄｅｇ、θy＝−７９．９ｄｅｇから平行光を透過型スクリーンに入射させた。
<Example 3>
This embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, a transmission screen having a smooth surface on the surface on which the image light is incident and a microlens surface on the exit surface is disposed at the center of the X, Y, and Z coordinates shown in FIG. The transmission type screen is a square microlens having a maximum slope angle θv = 13.8 deg in the vertical direction and a pitch Px = 50 μm and Py = 50 μm. The tilt angle θt of the transmissive screen was 70 deg. The image light was incident on the upper end of the screen in the vertical direction at angles of θx = 0 deg and θy = 73 deg.
Assuming that external light is incident from the same angle as the light having the largest angle with the transmissive screen plane in the vertical direction among the image light diffused by the transmissive screen as external light, θx = 0 deg, θy = − Parallel light was incident on the transmission screen from 79.9 deg.
前記条件で映像光と外光の透過型スクリーンにより拡散強度をサイバネット社の幾何学光線追跡ソフトLightToolsを用いて幾何光学計算した結果を図１３に示す。図１３には拡散映像光と拡散反射光がそれぞれの角度に進行する光の分布を示している。下側の暗い部分の範囲が映像光の拡散反射光を示し、上側の明るい部分の範囲が外光の反射光の拡散反射光を示している。図１３に示すように、映像光の拡散透過光と外光の拡散反射光は重ならず、映像光への外光の映り込みが無い良好な画像が得られることが分かった。 FIG. 13 shows the result of geometrical optics calculation using the light ray tracing software LightTools of Cybernet Corp. for the diffusion intensity using the transmission screen of image light and external light under the above conditions. FIG. 13 shows the distribution of light in which diffused image light and diffusely reflected light travel at respective angles. The range of the dark part on the lower side shows diffuse reflection light of the image light, and the range of the bright part on the upper side shows diffuse reflection light of the reflected light of outside light. As shown in FIG. 13, it was found that the diffuse transmitted light of the image light and the diffuse reflected light of the outside light do not overlap each other, and a good image without reflection of the outside light on the image light can be obtained.
＜比較例１＞
透過型スクリーンの傾斜角度θt＝３０ｄｅｇとして、映像光を垂直方向のスクリーンの下端にθx＝０ｄｅｇ、θy＝２７ｄｅｇ、外光をθｘ＝０ｄｅｇ、θy＝−２０．１ｄｅｇから平行光を透過型スクリーンに入射させた以外は、実施例１と同じ条件で幾何光学計算した結果を図１４に示す。明るい部分が映像光の拡散反射光を示し、暗い部分が外光の反射光の拡散反射光を示している。図１４に示すように、映像光の拡散透過光と外光の拡散反射光が重なり映像光への外光の映り込みが発生していることがわかった。
<Comparative Example 1>
With the tilt angle θt = 30 deg of the transmissive screen, image light is transmitted to the transmissive screen from θx = 0 deg, θy = 27 deg at the lower end of the vertical screen, external light is θx = 0 deg, and θy = −20.1 deg. FIG. 14 shows the result of geometric optical calculation under the same conditions as in Example 1 except that the incidence was made. A bright part indicates diffuse reflection light of image light, and a dark part indicates diffuse reflection light of external light reflection light. As shown in FIG. 14, it was found that the diffused light of the image light and the diffuse reflected light of the external light overlap, and the external light is reflected in the image light.
＜比較例２＞
透過型スクリーン垂直方向の最大斜面角度θv＝３０．４ｄｅｇ、透過型スクリーンの傾斜角度θt=４５ｄｅｇとして、映像光を垂直方向のスクリーンにθx＝０ｄｅｇ、θy＝４２ｄｅｇ、外光をθｘ＝０ｄｅｇ、θy＝−２６．８ｄｅｇから平行光を透過型スクリーンに入射させた以外は実施例１と同じ条件で幾何光学計算した結果を図１５に示す。明るい部分が映像光の拡散反射光を示し、暗い部分が外光の反射光の拡散反射光を示している。図１５に示すように、映像光の拡散透過光と外光の拡散反射光が重なり映像光への外光の映り込みが発生していることがわかった。
<Comparative Example 2>
Assuming that the maximum tilt angle θv = 30.4 deg in the vertical direction of the transmissive screen and the tilt angle θt = 45 deg of the transmissive screen, image light is directed to the vertical screen θx = 0 deg, θy = 42 deg, external light is θx = 0 deg, θy FIG. 15 shows the result of geometrical optical calculation under the same conditions as in Example 1 except that parallel light is incident on the transmission screen from = 26.8 deg. A bright part indicates diffuse reflection light of image light, and a dark part indicates diffuse reflection light of external light reflection light. As shown in FIG. 15, it was found that the diffused light of the image light and the diffuse reflected light of the external light are overlapped, and external light is reflected in the image light.
＜比較例３＞
透過型スクリーン垂直方向の最大斜面角度θv＝４１．１ｄｅｇ、透過型スクリーンの傾斜角度θt＝２０ｄｅｇとして、映像光を垂直方向のスクリーンの上端にθx＝０ｄｅｇ、θy＝２３ｄｅｇ、外光をθｘ＝０ｄｅｇ、θy＝−４３．６ｄｅｇから平行光を透過型スクリーンに入射させた以外は実施例１と同じ条件で幾何光学計算した結果を図１６に示す。図１６に示すように、計算結果の下側の部分の明るい部分が映像光の拡散透過光で上側の少し暗い部分が外光の拡散反射光を示す。また外光の拡散反射光の中でマイクロレンズにより全反射した光が左右対称に細長く分布していることがわかる。この光は映像光の拡散反射部分と重なっているため、映像光への外光の映り込みが発生していることがわかった。
<Comparative Example 3>
Assuming that the maximum tilt angle θv = 41.1 deg in the vertical direction of the transmissive screen and the tilt angle θt = 20 deg of the transmissive screen, the image light is directed to the upper end of the vertical screen, θx = 0 deg, θy = 23 deg, and external light is θx = 0 deg. FIG. 16 shows the result of geometric optical calculation under the same conditions as in Example 1 except that parallel light is incident on the transmission screen from θy = −43.6 deg. As shown in FIG. 16, the lower bright portion of the calculation result is the diffuse transmission light of the image light, and the slightly darker upper portion shows the diffuse reflection light of the external light. Further, it can be seen that the light totally reflected by the microlens among the diffusely reflected light of the external light is distributed in an elongated shape symmetrically. Since this light overlaps the diffuse reflection portion of the image light, it was found that external light was reflected in the image light.
＜比較例４＞
透過型スクリーンの傾斜角度θt＝２０ｄｅｇとして、映像光を垂直方向のスクリーンにθx＝０ｄｅｇ、θy＝１７ｄｅｇ、外光をθｘ＝０ｄｅｇ、θy＝−１０．１ｄｅｇから平行光を透過型スクリーンに入射させた以外は実施例２と同じ条件で幾何光学計算した結果を図１７に示す。明るい部分が映像光の拡散反射光を示し、暗い部分が外光の反射光の拡散反射光を示している。図１７に示すように、映像光の拡散透過光と外光の拡散反射光が重なり映像光への外光の映り込みが発生していることがわかった。
<Comparative Example 4>
With the tilt angle θt = 20 deg of the transmissive screen, image light is incident on the screen in the vertical direction, and parallel light is incident on the transmissive screen from θx = 0 deg, θy = 17 deg, external light is θx = 0 deg, θy = −10.1 deg. FIG. 17 shows the result of geometric optical calculation under the same conditions as in Example 2 except for the above. A bright part indicates diffuse reflection light of image light, and a dark part indicates diffuse reflection light of external light reflection light. As shown in FIG. 17, it was found that the diffused light of the image light and the diffuse reflected light of the external light overlap, and the external light is reflected in the image light.
＜比較例５＞
透過型スクリーンは垂直方向の最大斜面角度θv＝３０．４ｄｅｇ、透過型スクリーンの傾斜角度θt=４５ｄｅｇとして、映像光を垂直方向のスクリーンにθx＝０ｄｅｇ、θy＝４２ｄｅｇ、外光をθｘ＝０ｄｅｇ、θy＝−２６．８ｄｅｇから平行光を透過型スクリーンに入射させた以外は実施例２と同じ条件で幾何光学計算した結果を図１８に示す。明るい部分が映像光の拡散反射光を示し、暗い部分が外光の反射光の拡散反射光を示している。図１８に示すように、映像光の拡散透過光と外光の拡散反射光が重なり映像光への外光の映り込みが発生していることがわかった。
<Comparative Example 5>
The transmission type screen has a vertical maximum inclination angle θv = 30.4 deg, the transmission type inclination angle θt = 45 deg, image light is applied to the vertical screen θx = 0 deg, θy = 42 deg, external light is θx = 0 deg, FIG. 18 shows the result of geometric optical calculation under the same conditions as in Example 2 except that parallel light is incident on the transmission screen from θy = −26.8 deg. A bright part indicates diffuse reflection light of image light, and a dark part indicates diffuse reflection light of external light reflection light. As shown in FIG. 18, it was found that the diffused and transmitted light of the image light and the diffuse reflected light of the external light overlap and the external light is reflected in the image light.
１：PGU ２：透過型スクリーン ３：拡大ミラー ４：出射窓
５：ウインドシールド ６：筐体 ７：虚像 ８：表示光 ９：Ｅｙｅｂｏｘ
１０：透過拡散光
１１：表示光と同じ光軸で垂直方向に最も浅い角度で透過型スクリーンに入射する太陽光
１２：透過型スクリーン入射した太陽光の拡散反射光
1: PGU 2: Transmission screen 3: Magnifying mirror 4: Exit window 5: Windshield 6: Housing 7: Virtual image 8: Display light 9: Eyebox
10: Transmitted diffused light 11: Sunlight incident on the transmissive screen at the shallowest angle in the vertical direction with the same optical axis as the display light 12: Diffuse reflected light of sunlight incident on the transmissive screen
Claims (4)
前記表示光を受光する受光面と、該受光した表示光を拡散光として出射する出射面とを有する透過型スクリーンとを備え、
前記透過型スクリーンは、受光面に複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイが形成され、出射面に平滑な面を有しており、
当該透過型スクリーンの法線と前記表示光の光軸の成す角度はθtであり、前記θtは下記式（１）を満たすこと特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
ｎ→透過型スクリーン材料の基準波長d線(587.56nm)での屈折率
α→透過型スクリーンの垂直方向においてＰＧＵ側から見た時の画角
θv→透過型スクリーンの垂直方向の断面において基材主面とマイクロレンズの斜面が成す最大角度 Display light emitting means (PGU) for emitting display light constituting a display image;
A transmissive screen having a light receiving surface that receives the display light and an output surface that emits the received display light as diffused light;
The transmission screen has a microlens array composed of a plurality of microlenses on the light receiving surface, and has a smooth surface on the exit surface,
An angle formed between the normal line of the transmission screen and the optical axis of the display light is θt, and the θt satisfies the following formula (1).
n → Refractive index α at the reference wavelength d line (587.56 nm) of the transmission type screen material → An angle of view θv when viewed from the PGU side in the vertical direction of the transmission type screen → Substrate in the vertical section of the transmission type screen Maximum angle formed by the main surface and the slope of the microlens
前記表示光を受光する受光面と、該受光した表示光を拡散光として出射する出射面とを有する透過型スクリーンを備え、
前記透過型スクリーンは、前記出射面に複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイが形成され、前記受光面に平滑な面を有しており、
当該透過型スクリーンの法線と前記表示光の光軸の成す角度はθtであり、前記θtは下記式（２）を満たすここと特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
ｎ→透過型スクリーン材料の基準波長d線(587.56nm)での屈折率
α→透過型スクリーンの垂直方向においてＰＧＵ側から見た時の画角
θv→透過型スクリーンの垂直方向の断面において基材主面とマイクロレンズの斜面が成す最大角度 Display light emitting means (PGU) for emitting display light constituting a display image;
A transmissive screen having a light receiving surface for receiving the display light and an output surface for emitting the received display light as diffused light;
The transmissive screen has a microlens array formed of a plurality of microlenses on the emission surface, and has a smooth surface on the light receiving surface,
An angle formed between the normal line of the transmission screen and the optical axis of the display light is θt, and the θt satisfies the following formula (2).
n → Refractive index α at the reference wavelength d line (587.56 nm) of the transmission type screen material → An angle of view θv when viewed from the PGU side in the vertical direction of the transmission type screen → Substrate in the vertical section of the transmission type screen Maximum angle formed by the main surface and the slope of the microlens
ｎ→透過型スクリーン材料の基準波長d線(587.56nm)での屈折率
α→透過型スクリーンの垂直方向においてＰＧＵ側から見た時の画角
θv→透過型スクリーンの垂直方向の断面において基材主面とマイクロレンズの斜面が成す最大角度 The head-up display device according to claim 2, wherein the θt satisfies the following formula (3).
n → Refractive index α at the reference wavelength d line (587.56 nm) of the transmission type screen material → An angle of view θv when viewed from the PGU side in the vertical direction of the transmission type screen → Substrate in the vertical section of the transmission type screen Maximum angle formed by the main surface and the slope of the microlens
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018030017A JP2019144470A (en) | 2018-02-22 | 2018-02-22 | Head-up display device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018030017A JP2019144470A (en) | 2018-02-22 | 2018-02-22 | Head-up display device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2019144470A true JP2019144470A (en) | 2019-08-29 |
Family
ID=67773754
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2018030017A Pending JP2019144470A (en) | 2018-02-22 | 2018-02-22 | Head-up display device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2019144470A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021135472A (en) * | 2020-02-28 | 2021-09-13 | 株式会社リコー | Display device and movable body |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014149405A (en) * | 2013-01-31 | 2014-08-21 | Nippon Seiki Co Ltd | Head-up display device |
| JP2015146011A (en) * | 2014-01-06 | 2015-08-13 | 株式会社Ｊｖｃケンウッド | transmission type screen and image display device using the same |
| JP2017122773A (en) * | 2016-01-05 | 2017-07-13 | パイオニア株式会社 | Lens array and head-up display |
| WO2018003589A1 (en) * | 2016-06-27 | 2018-01-04 | 日本精機株式会社 | Head-up display apparatus |
-
2018
- 2018-02-22 JP JP2018030017A patent/JP2019144470A/en active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014149405A (en) * | 2013-01-31 | 2014-08-21 | Nippon Seiki Co Ltd | Head-up display device |
| JP2015146011A (en) * | 2014-01-06 | 2015-08-13 | 株式会社Ｊｖｃケンウッド | transmission type screen and image display device using the same |
| JP2017122773A (en) * | 2016-01-05 | 2017-07-13 | パイオニア株式会社 | Lens array and head-up display |
| WO2018003589A1 (en) * | 2016-06-27 | 2018-01-04 | 日本精機株式会社 | Head-up display apparatus |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021135472A (en) * | 2020-02-28 | 2021-09-13 | 株式会社リコー | Display device and movable body |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI283327B (en) | Light guided panel and method for fabricating thereof and liquid crystal display device using the same | |
| TWI383192B (en) | Light collimating device | |
| US10921609B2 (en) | Transmissive diffuser plate having a microlens angle modulation distribution group | |
| US20230141255A1 (en) | Image display device | |
| US7972009B2 (en) | Projector and projection unit | |
| JP4274766B2 (en) | LIGHTING DEVICE AND IMAGE PROJECTION DEVICE USING THE LIGHTING DEVICE | |
| US7591580B2 (en) | Lighting device | |
| WO2014119407A1 (en) | Head-up display device | |
| US20170322414A1 (en) | Optical waveguide using fresnel lenses | |
| WO1996007953A1 (en) | Rear projection screen | |
| US11372250B2 (en) | Head-mounted display having reflective elements | |
| US7703972B2 (en) | Back light unit | |
| CN111033357A (en) | Head-up display | |
| WO2017188008A1 (en) | Display device | |
| US20220128742A1 (en) | Diffuser plate | |
| JP2019144470A (en) | Head-up display device | |
| CN112334830A (en) | Image display apparatus | |
| JP2005071928A (en) | Backlight and manufacturing method of light guide body | |
| JP2021173932A (en) | Head-up display device | |
| US20060028954A1 (en) | Illuminator device, non-spherical lens design method, non-spherical lens and projector | |
| TWI388890B (en) | Light guide plate and backlight module | |
| JP5228171B2 (en) | Optical element | |
| JP7357233B2 (en) | heads up display | |
| WO2023153510A1 (en) | Optical member, light source device, and head-up display | |
| JP5081704B2 (en) | Method for producing optical element |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20201210 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210824 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20210825 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20220301 |