JP6611310B2 - Projection display device for vehicle - Google Patents

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Description

本発明は、車両のウインドシールド(窓ガラス)等の光反射を利用して表示を行う車両用投影表示装置に関する。   The present invention relates to a vehicle projection display device that performs display using light reflection of a windshield (window glass) of a vehicle.

例えば、一般的な車両用のヘッドアップディスプレイ装置(以下「HUD装置」という。)は、表示すべき様々な情報を含む光の像をフロントウインドシールド又はフロントウインドシールドの近傍のコンバイナ(反射板)に投影し、フロントウインドシールド等で反射した光が運転者の視点の方向に向かうように光路を形成するようになっている。これにより、運転者は、車両の前方の風景を視認しながら、フロントウインドシールド等に映るHUD装置から投影された像(以下「表示像」という。)を虚像として視認できる。つまり、運転者は通常の運転状態を維持したまま、視線を移動することなくHUD装置による表示像を視認できる。   For example, a general vehicle head-up display device (hereinafter referred to as a “HUD device”) uses a front windshield or a combiner (reflector) in the vicinity of the front windshield to display a light image including various information to be displayed. The light path is formed so that the light projected onto the light and reflected by the front windshield or the like is directed toward the driver's viewpoint. Thus, the driver can visually recognize an image projected from the HUD device (hereinafter referred to as “display image”) reflected on the front windshield or the like as a virtual image while visually recognizing the scenery in front of the vehicle. That is, the driver can visually recognize the display image by the HUD device without moving the line of sight while maintaining the normal driving state.

ところで、HUD装置のようにウインドシールド等の表面に表示像を投影する装置においては、運転者に視認される虚像に歪みが発生する場合がある。例えば、この歪みの原因として、ウインドシールドの表面に投影された表示像を運転者が斜め方向から見ること、及び、ウインドシールドの表面自体が緩やかな曲面形状であること等が挙げられる。更に、ウインドシールドの場所毎に曲率や水平面(又は鉛直面)に対する傾斜角度が異なるため、虚像には状況に応じて様々な歪みが生じる場合がある。加えて、拡大光学系を用いて表示像を投影する場合、その拡大光学系に含まれるレンズ及びミラー等の曲面形状に起因して歪みが生じる場合がある。これら歪みは、表示像の視認性に悪影響を及ぼす。   By the way, in a device that projects a display image on the surface of a windshield or the like, such as a HUD device, distortion may occur in a virtual image visually recognized by the driver. For example, the cause of this distortion is that the driver views the display image projected on the surface of the windshield from an oblique direction, and that the surface of the windshield itself has a gently curved shape. Furthermore, since the curvature and the inclination angle with respect to the horizontal plane (or vertical plane) are different for each windshield location, various distortions may occur in the virtual image depending on the situation. In addition, when a display image is projected using the magnifying optical system, distortion may occur due to curved surface shapes such as lenses and mirrors included in the magnifying optical system. These distortions adversely affect the visibility of the display image.

従来から、このような歪み(収差)の中でも、「像面湾曲」による表示像(虚像)の三次元的な歪みが表示像の視認性を低下させる大きな要因とされている。   Conventionally, among such distortions (aberrations), a three-dimensional distortion of a display image (virtual image) due to “field curvature” has been a major factor for reducing the visibility of the display image.

このような三次元的な表示像の歪みを低減するため、特許文献1に記載のHUD装置(以下「従来装置」という。)は、レーザモジュールから出射されるレーザ光を、ウインドシールド等に投影する前に、HUD装置の光学系の途中に設けられた所定形状に湾曲したスクリーン上に投影させている。その後、このスクリーンに投影された像(湾曲像)から放たれた(反射した)光は、凹面鏡等を経てウインドシールドに投影される。このように、従来装置は、湾曲したスクリーン上に湾曲像を一旦形成することにより、虚像の像面湾曲を補正している。   In order to reduce such distortion of a three-dimensional display image, the HUD device described in Patent Document 1 (hereinafter referred to as “conventional device”) projects laser light emitted from a laser module onto a windshield or the like. Before the image is projected onto a screen curved in a predetermined shape provided in the middle of the optical system of the HUD device. Thereafter, the light emitted (reflected) from the image projected on the screen (curved image) is projected onto the windshield through a concave mirror or the like. Thus, the conventional apparatus corrects the curvature of field of the virtual image by once forming a curved image on the curved screen.

特開2013−25205号公報JP2013-25205A

従来装置は、上述したように、HUD装置の光学系の途中(光路上)に特定の形状を有するスクリーンを採用することにより、ウインドシールド等の特性に起因して生じる「像面湾曲」による表示像(虚像)の三次元的な歪みを低減している。   As described above, the conventional apparatus employs a screen having a specific shape in the middle of the optical system of the HUD apparatus (on the optical path), thereby displaying “field curvature” caused by the characteristics of the windshield and the like. Three-dimensional distortion of the image (virtual image) is reduced.

しかしながら、従来装置においては、スクリーンの表面にて光が反射する際に光が散乱して光路下流側に伝達される光量が減少するため、光の利用効率が悪い。更に、太陽光などの外光がスクリーンに入射した場合、この外光に起因して表示像の視認性が低下する可能性がある。   However, in the conventional apparatus, when light is reflected on the surface of the screen, the amount of light scattered and transmitted to the downstream side of the optical path is reduced, so that the light utilization efficiency is poor. Furthermore, when external light such as sunlight is incident on the screen, the visibility of the display image may be reduced due to the external light.

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ウインドシールド等の形状およびHUD装置の光学系に起因して生じる像面湾曲を従来装置のスクリーンを用いることなく低減し、表示像の視認性を改善することが可能な車両用投影表示装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and its object is to reduce the curvature of field caused by the shape of the windshield and the like and the optical system of the HUD device without using the screen of the conventional device. Another object of the present invention is to provide a vehicle projection display device capable of improving the visibility of a display image.

上述した目的を達成するために、本発明に係る車両用投影表示装置は、下記(1)〜()の特徴を有している。
(1)
車両のウインドシールド又は前記ウインドシールドの近傍の光反射部材が形成する表示面上に表示像として結像されることになる光を投射する投射部と、前記投射部から投射された光を前記表示面に導く光学系と、を備え、所定のアイポイントから前記表示像の虚像を視認可能とする車両用投影表示装置であって、
前記投射部から投射された光を用いて少なくとも一部が湾曲した形状を有する中間像を形成すると共に、前記中間像から放たれる光を前記光学系に導入させる中間像形成光学部材を備え、
前記光学系は、凹面鏡を含み、
前記中間像形成光学部材は、前記凹面鏡の焦点と前記凹面鏡の凹面との間に前記中間像が位置するように、前記投射部と前記凹面鏡との間に配置され
前記中間像形成光学部材が、マイクロレンズアレイを含む、
車両用投影表示装置であること。
(2)
上記(1)に記載の車両用投影表示装置において、
前記中間像形成光学部材が、
前記光学系及び前記表示面の少なくとも一方の特性に起因して前記虚像に生じる像面湾曲に関する収差を補正する形状を有する前記中間像を形成する、
車両用投影表示装置であること
In order to achieve the above-described object, the vehicle projection display apparatus according to the present invention has the following features (1) to ( 2 ).
(1)
A projection unit that projects light to be formed as a display image on a display surface formed by a windshield of a vehicle or a light reflecting member in the vicinity of the windshield, and the light projected from the projection unit is displayed. An optical system that leads to a surface, and a vehicular projection display device that makes it possible to visually recognize a virtual image of the display image from a predetermined eye point,
An intermediate image forming optical member that forms an intermediate image having a shape that is at least partially curved using the light projected from the projection unit, and that introduces light emitted from the intermediate image into the optical system;
The optical system includes a concave mirror,
The intermediate image forming optical member is disposed between the projection unit and the concave mirror so that the intermediate image is positioned between the focal point of the concave mirror and the concave surface of the concave mirror ,
The intermediate imaging optical member includes a microlens array;
It is a vehicle projection display device.
(2)
In the vehicle projection display device described in (1) above,
The intermediate image forming optical member is
Forming the intermediate image having a shape for correcting an aberration related to field curvature generated in the virtual image due to the characteristics of at least one of the optical system and the display surface;
It is a vehicle projection display device .

上記(1)の構成の車両用投影表示装置によれば、少なくとも一部が湾曲した中間像から放たれる光(換言すると、少なくとも一部が湾曲した像に由来する光)が光学系に導入されるため、この中間像(湾曲像)の形状をウインドシールドの形状等に起因して生じる像面湾曲を考慮して調整することにより、像面湾曲を補正できる。更に、従来装置のようなスクリーンを用いる必要がないため、光の利用効率の低下もなく、外光に起因する表示像の視認性の低下も避けられる。
更に、上記(1)の構成の車両用投影表示装置によれば、光伝達効率を低下させることなく、中間像から放たれた光を光学系に受け渡すことができる。よって、光の利用効率を高めることができる。
上記(2)の構成の車両用投影表示装置によれば、車両のウインドシールドの形状等に起因する像面湾曲を考慮して中間像の形状が定められるため、像面湾曲を効率よく低減し、表示像の視認性を高められる。
According to the vehicle projection display device having the configuration (1), light emitted from an intermediate image that is at least partially curved (in other words, light derived from an image that is at least partially curved) is introduced into the optical system. Therefore, the curvature of field can be corrected by adjusting the shape of the intermediate image (curved image) in consideration of the curvature of field caused by the shape of the windshield and the like. Furthermore, since it is not necessary to use a screen as in the conventional device, there is no decrease in light utilization efficiency, and a decrease in visibility of a display image due to external light can be avoided.
Furthermore, according to the projection display apparatus for a vehicle having the configuration (1), it is possible to pass light emitted from the intermediate image to the optical system without reducing light transmission efficiency. Therefore, the light use efficiency can be increased.
According to the vehicular projection display device having the configuration (2), the shape of the intermediate image is determined in consideration of the curvature of field caused by the shape of the windshield of the vehicle. The visibility of the display image can be improved.

本発明の車両用投影表示装置によれば、従来装置のような特別なスクリーンを用いなくても、ウインドシールドの形状等およびHUD装置の光学系に起因して生じる像面湾曲を低減し、表示像の視認性を改善することが可能である。   According to the vehicle projection display device of the present invention, the curvature of field caused by the shape of the windshield and the optical system of the HUD device can be reduced and displayed without using a special screen as in the conventional device. It is possible to improve the visibility of the image.

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態(以下、「実施形態」という。)を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。   The present invention has been briefly described above. Further, the details of the present invention will be further clarified by reading through a mode for carrying out the invention described below (hereinafter referred to as “embodiment”) with reference to the accompanying drawings. .

図1は、HUD装置を搭載した車両を側方側から視た場合の各要素の位置関係を表す縦断面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing the positional relationship of each element when a vehicle equipped with a HUD device is viewed from the side. 図2は、図1に示した車両用投影表示装置において中間像形成光学部材が存在しない場合の光路を示す光路図である。FIG. 2 is an optical path diagram showing an optical path when no intermediate image forming optical member is present in the vehicle projection display apparatus shown in FIG. 図3は、図1に示した車両用投影表示装置において中間像形成光学部材が存在する場合の光路を示す光路図である。FIG. 3 is an optical path diagram showing an optical path when an intermediate image forming optical member is present in the vehicle projection display apparatus shown in FIG. 図4は、実施形態の車両用投影表示装置の構成及び光路を示す光路図である。FIG. 4 is an optical path diagram illustrating a configuration and an optical path of the vehicle projection display apparatus according to the embodiment.

本発明の車両用投影表示装置に関する具体的な実施の形態について、各図を参照しながら以下に説明する。   Specific embodiments relating to the vehicle projection display apparatus of the present invention will be described below with reference to the drawings.

<車両用投影表示装置の基本的な構成例>
本実施形態に係る車両用投影表示装置(以下「HUD装置100」という。)を搭載した車両を側方側から視た場合の各要素の位置関係を図1に示す。
<Basic configuration example of a vehicle projection display device>
FIG. 1 shows the positional relationship of each element when a vehicle equipped with a vehicle projection display device (hereinafter referred to as “HUD device 100”) according to this embodiment is viewed from the side.

HUD装置100は、車両のダッシュボード(図示省略)の内側に収容されており、ダッシュボードの上面の一部分に形成した開口部OPを通じ、表示面(本例においてはウインドシールドWS)上に表示像として結像されることになる光を投射するように構成されている。   The HUD device 100 is housed inside a dashboard (not shown) of a vehicle, and a display image is displayed on a display surface (in this example, a windshield WS) through an opening OP formed in a part of the upper surface of the dashboard. Is configured to project light to be imaged.

HUD装置100は、表示デバイス10、中間像形成光学部材20、凹面鏡30、及び、図示されない表示制御部を備えている。表示デバイス10は、任意の二次元画像を表示可能な表示面(湾曲していない平面状の形状)を有している。中間像形成光学部材20は、表示デバイス10から投射された光を用いて少なくとも一部が湾曲した形状を有する中間像(湾曲像)を形成可能な部材であり、その詳細は後述される。凹面鏡30は、中間像形成光学部材20が形成した中間像から放たれる光を受けると共に、表示面(ウインドシールドWS)に向けて反射する。   The HUD device 100 includes a display device 10, an intermediate image forming optical member 20, a concave mirror 30, and a display control unit (not shown). The display device 10 has a display surface (a flat shape that is not curved) that can display an arbitrary two-dimensional image. The intermediate image forming optical member 20 is a member capable of forming an intermediate image (curved image) having a shape that is at least partially curved using light projected from the display device 10, and details thereof will be described later. The concave mirror 30 receives light emitted from the intermediate image formed by the intermediate image forming optical member 20 and reflects it toward the display surface (wind shield WS).

表示デバイス10の表示面には、車両に運転に役立つ情報(例えば、車速の数値やkm/hのような文字情報)が必要に応じて表示される。表示デバイス10の表示面に表示された二次元の表示像を含む光は、表示デバイス10から出射され、中間像形成光学部材20を経た後、凹面鏡30にて反射して開口部OPから出射される。開口部OPから出射された光は、ウインドシールドWSの表面で反射して、アイポイントEPに向かう。したがって、運転者はアイポイントEPの位置で、HUD装置100が投射する表示像を視認できる。実際には、運転者は、ウインドシールドWSよりも遠方の所定の位置に表示された虚像IMGを視認することになる。凹面鏡30は光学的に倍率を有するので、運転者が視認する表示像を拡大した状態で投射できる。   On the display surface of the display device 10, information useful for driving the vehicle (for example, character information such as a numerical value of the vehicle speed or km / h) is displayed as necessary. Light including a two-dimensional display image displayed on the display surface of the display device 10 is emitted from the display device 10, passes through the intermediate image forming optical member 20, is reflected by the concave mirror 30, and is emitted from the opening OP. The The light emitted from the opening OP is reflected by the surface of the windshield WS and travels toward the eye point EP. Therefore, the driver can visually recognize the display image projected by the HUD device 100 at the position of the eye point EP. Actually, the driver visually recognizes the virtual image IMG displayed at a predetermined position farther than the windshield WS. Since the concave mirror 30 has optical magnification, it can be projected in an enlarged state of the display image visually recognized by the driver.

なお、図1の例ではHUD装置100が出射した光をウインドシールドWSの面で反射しているが、ウインドシールドWSの代わりに、コンバイナあるいはハーフミラーと呼ばれる光学反射部材を用いても良い。   In the example of FIG. 1, the light emitted from the HUD device 100 is reflected by the surface of the windshield WS, but an optical reflecting member called a combiner or a half mirror may be used instead of the windshield WS.

<光路の説明>
図2及び図3は、凹面鏡30に導入される表示画像の形状(平面形状または湾曲形状)と、運転者に視認される虚像の形状(湾曲形状または平面形状)と、の関係を説明するための模式図である。図2及び図3において、点fは凹面鏡30の焦点を表し、点cは凹面鏡30の球心を表す。なお、図2及び図3においては、本発明の原理の理解を容易にするため、凹面鏡30が単一の曲率半径を持つと仮定されている。
<Description of optical path>
2 and 3 are for explaining the relationship between the shape of the display image (planar shape or curved shape) introduced into the concave mirror 30 and the shape of the virtual image (curved shape or planar shape) visually recognized by the driver. FIG. 2 and 3, the point f represents the focal point of the concave mirror 30, and the point c represents the spherical center of the concave mirror 30. 2 and 3, it is assumed that the concave mirror 30 has a single radius of curvature in order to facilitate understanding of the principle of the present invention.

図2は、図1に示した車両用投影表示装置において中間像形成光学部材20が「存在しない」場合の光路を示している。図2の場合、表示デバイス10の表示面が平面形状であるため、凹面鏡30に導入される前の表示画像10Aも、平面形状を有することになる。   FIG. 2 shows an optical path when the intermediate image forming optical member 20 does not exist in the vehicle projection display apparatus shown in FIG. In the case of FIG. 2, since the display surface of the display device 10 has a planar shape, the display image 10A before being introduced into the concave mirror 30 also has a planar shape.

この場合、表示画像10Aが凹面鏡30にて反射される際にその反射面の形状(曲面形状)の影響を受けるため、ウインドシールドWSに結像する像が湾曲する。その結果、運転者が視認する虚像IMGは、湾曲した形状を有する(即ち、像面湾曲が生じる)ことになる。例えば、虚像IMGは、光軸の奥行き方向に対する歪みを有することになる。   In this case, when the display image 10A is reflected by the concave mirror 30, it is affected by the shape of the reflecting surface (curved surface shape), so that the image formed on the windshield WS is curved. As a result, the virtual image IMG visually recognized by the driver has a curved shape (that is, field curvature occurs). For example, the virtual image IMG has a distortion in the depth direction of the optical axis.

これに対し、図3は、図1に示した車両用投影表示装置において中間像形成光学部材20が「存在する」場合(即ち、本実施形態の場合)における光路を示している。図3の場合、後述されるように、中間像形成光学部材20が湾曲した中間像(湾曲像)20Aを形成し、その中間像20Aが凹面鏡30に導入されることになる。なお、後述されるように、中間像20Aは、凹面鏡30及びウインドシールドWSの形状等に起因して生じる像面湾曲を低減し得る形状を有するように形成されている。   On the other hand, FIG. 3 shows an optical path when the intermediate image forming optical member 20 “exists” (that is, in the present embodiment) in the vehicle projection display apparatus shown in FIG. In the case of FIG. 3, as will be described later, the intermediate image forming optical member 20 forms a curved intermediate image (curved image) 20 </ b> A, and the intermediate image 20 </ b> A is introduced into the concave mirror 30. As will be described later, the intermediate image 20A is formed to have a shape that can reduce the curvature of field caused by the shape of the concave mirror 30 and the windshield WS.

そのため、この場合、上述した図2の場合とは異なり、ウインドシールドWSに結像する像が湾曲しない。その結果、運転者が視認する虚像IMGは、平面形状を有する(即ち、像面湾曲が生じない)ことになる。これにより、HUD装置100の光学系に凹面鏡30を用い且つウインドシールドWSを表示面として用いる場合であっても、それらの影響を低減し、表示像の視認性を高められる。   Therefore, in this case, unlike the case of FIG. 2 described above, the image formed on the windshield WS is not curved. As a result, the virtual image IMG visually recognized by the driver has a planar shape (that is, no curvature of field occurs). Thereby, even when the concave mirror 30 is used in the optical system of the HUD device 100 and the windshield WS is used as the display surface, the influence thereof is reduced and the visibility of the display image can be improved.

なお、図2及び図3においては、便宜上、凹面鏡30の影響だけを図示しているが、実際にはウインドシールドWSの面も一般的には曲面であるため、ウインドシールドWSの曲面も像面湾曲を生じさせる要因となり得る。   2 and 3, for the sake of convenience, only the influence of the concave mirror 30 is shown. However, since the surface of the windshield WS is also generally a curved surface, the curved surface of the windshield WS is also an image surface. It can be a factor causing curvature.

そこで、中間像形成光学部材20が形成する中間像(湾曲像)の形状は、例えば、凹面鏡30の影響及びウインドシールドWSの影響の双方を考慮して決定すればよい。これにより、図3に示すように像面湾曲のない虚像IMGが得られる。但し、中間像の形状は必ずしもこれら双方を考慮して決定される必要はなく、凹面鏡30及びウインドシールドWSの少なくとも一方を考慮して中間像の形状が決定されれば、中間像形成光学部材20が存在しない場合に比べて像面湾曲を低減できる。   Therefore, the shape of the intermediate image (curved image) formed by the intermediate image forming optical member 20 may be determined in consideration of both the influence of the concave mirror 30 and the influence of the windshield WS, for example. As a result, a virtual image IMG having no curvature of field is obtained as shown in FIG. However, the shape of the intermediate image does not necessarily have to be determined in consideration of both of them. If the shape of the intermediate image is determined in consideration of at least one of the concave mirror 30 and the windshield WS, the intermediate image forming optical member 20 is used. The curvature of field can be reduced as compared with the case where no exists.

<実施形態の車両用投影表示装置の構成>
HUD装置100の構成及び光路を図4に詳細に示す。図4においては、説明の便宜上、中間像形成光学部材20の光学特性を一つの凸レンズ(図中の20)にて概略的に表現し、凹面鏡30及びウインドシールドWSの光学特性を一つの凸レンズ(図中の30)にて概略的に表現している。この凸レンズ(図中の30)は、その機能から光学系30とも称呼される。なお、図4は、実際の中間像形成光学部材20が図示した単一の凸レンズによって構成されることを意味せず、実際の光学系が単一の凸レンズによって構成されることを意味しない。
<Configuration of Projection Display Device for Vehicle of Embodiment>
The configuration and optical path of the HUD device 100 are shown in detail in FIG. In FIG. 4, for convenience of explanation, the optical characteristics of the intermediate image forming optical member 20 are schematically expressed by one convex lens (20 in the figure), and the optical characteristics of the concave mirror 30 and the windshield WS are expressed by one convex lens ( This is schematically represented by 30) in the figure. This convex lens (30 in the figure) is also referred to as an optical system 30 because of its function. FIG. 4 does not mean that the actual intermediate image forming optical member 20 is configured by the single convex lens illustrated, and does not mean that the actual optical system is configured by the single convex lens.

更に、図4においては、具体的な表示デバイス10としてプロジェクタ11が用いられている。プロジェクタ11は、光源11a、ディスプレイ11b及び投射用レンズ11cを備えている。ディスプレイ11bは透過型液晶表示器である。但し、ディスプレイ11bとして、一般的なプロジェクタと同様に様々な種類の表示デバイスを利用することが可能である。例えば、LCOS(エルコス:Liquid crystal on silicon)、DMD(Digital Micro-mirror Device)のような反射型デバイスを利用してもよく、MEMS(メムス:Micro Electro Mechanical Systems)を用いたスキャナによってプロジェクタを構成してもよい。光源については、LED及びレーザ等が用いられ得る。   Further, in FIG. 4, a projector 11 is used as a specific display device 10. The projector 11 includes a light source 11a, a display 11b, and a projection lens 11c. The display 11b is a transmissive liquid crystal display. However, various types of display devices can be used as the display 11b as in the case of a general projector. For example, reflective devices such as LCOS (Liquid Crystal on Silicon) and DMD (Digital Micro-mirror Device) may be used, and the projector is configured by a scanner using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems). May be. As the light source, an LED, a laser, or the like can be used.

図4の例では、光源11aから出射された照明光は、ディスプレイ11bを透過する際に、ディスプレイ11bに表示された二次元表示画像に応じて濃淡等が変調され、表示画像の情報を含む光として投射用レンズ11cに入射する。   In the example of FIG. 4, when the illumination light emitted from the light source 11a passes through the display 11b, the light or the like is modulated according to the two-dimensional display image displayed on the display 11b, and includes information on the display image. Is incident on the projection lens 11c.

プロジェクタ11の投射用レンズ11cから投射された光は、中間像形成光学部材20に導入される。中間像形成光学部材20は、光学レンズ、凸レンズ、フレネルレンズ、マイクロレンズアレイ及び反射鏡等から構成され、投射用レンズ11cから投射された光を用いて少なくとも一部が湾曲した形状(図3にて説明した湾曲した形状)を有する中間像20Aを形成する。中間像20Aは、上述した各種レンズの形状および光学特性などを調整することにより、光学系30に起因して生じる像面湾曲を低減し得る形状を有するように形成される。そして、中間像20Aから放たれる光が光学系30に導入される。   The light projected from the projection lens 11 c of the projector 11 is introduced into the intermediate image forming optical member 20. The intermediate image forming optical member 20 includes an optical lens, a convex lens, a Fresnel lens, a microlens array, a reflecting mirror, and the like, and is at least partially curved using light projected from the projection lens 11c (see FIG. 3). The intermediate image 20A having the curved shape described above is formed. The intermediate image 20A is formed so as to have a shape that can reduce the curvature of field caused by the optical system 30 by adjusting the shape and optical characteristics of the various lenses described above. Then, light emitted from the intermediate image 20 </ b> A is introduced into the optical system 30.

光学系30は、中間像20Aから放たれた光を結像し、その結像した光がアイポイントEPにおいて虚像IMGとして視認される。   The optical system 30 forms light emitted from the intermediate image 20A, and the formed light is visually recognized as a virtual image IMG at the eye point EP.

以上に説明したように、HUD装置100は、中間像20Aが上述した湾曲形状を有するため、光学系30に含まれる各要素に起因する像の歪みが低減される。その結果、虚像IMGは平面形状を有する(図3も参照。)。即ち、像面湾曲が低減される。   As described above, in the HUD device 100, since the intermediate image 20A has the curved shape described above, image distortion due to each element included in the optical system 30 is reduced. As a result, the virtual image IMG has a planar shape (see also FIG. 3). That is, field curvature is reduced.

更に、HUD装置100は、中間像形成光学部材20が従来装置のスクリーン等を用いることなく中間像20Aの光をそのまま光学系30側に導くため、効率よく光を伝達できる。これにより、例えば、図4に示すプロジェクタ11の光源11aに要求される発光強度を下げることができ、消費電力及び発熱を低減できる。更に、太陽光等の外光の散乱を防止できるため、虚像IMGの視認性が向上する。   Further, the HUD device 100 can transmit light efficiently because the intermediate image forming optical member 20 directly guides the light of the intermediate image 20A to the optical system 30 side without using the screen of the conventional device. Thereby, for example, the light emission intensity required for the light source 11a of the projector 11 shown in FIG. 4 can be lowered, and power consumption and heat generation can be reduced. Furthermore, since the scattering of external light such as sunlight can be prevented, the visibility of the virtual image IMG is improved.

ここで、上述した本発明に係る車両用投影表示装置の実施形態の特徴を、下記(1)〜(3)に簡潔に纏めて列記する。
(1)
車両のウインドシールド(WS)又は前記ウインドシールドの近傍の光反射部材が形成する表示面上に表示像として結像されることになる光を投射する投射部(表示デバイス10又はプロジェクタ11)と、前記投射部から投射された光を前記表示面に導く光学系(凹面鏡30)と、を備え、所定のアイポイント(EP)から前記表示像の虚像を視認可能とする車両用投影表示装置(HUD装置100)であって、
前記投射部(10又は20)から投射された光を用いて少なくとも一部が湾曲した形状を有する中間像(20A)を形成すると共に、前記中間像から放たれる光を前記光学系(30)に導入させる中間像形成光学部材(20)を備えた、
車両用投影表示装置(100)。
(2)
上記(1)に記載の車両用投影表示装置において、
前記中間像形成光学部材(20)が、
前記光学系(50又は40)及び前記表示面(WS)の少なくとも一方の特性に起因して前記虚像(60A〜60C)に生じる像面湾曲に関する収差を補正する形状を有する前記中間像を形成する、
車両用投影表示装置。
(3)
上記(1)に記載の車両用投影表示装置であって、
前記中間像形成光学部材(20)が、
光学レンズ、フレネルレンズ及びマイクロレンズアレイの少なくとも1つを含む、
車両用投影表示装置。
Here, the features of the above-described embodiment of the vehicle projection display apparatus according to the present invention are briefly summarized in the following (1) to (3).
(1)
A projection unit (display device 10 or projector 11) that projects light to be formed as a display image on a display surface formed by a windshield (WS) of a vehicle or a light reflecting member in the vicinity of the windshield; An optical system (concave mirror 30) that guides the light projected from the projection unit to the display surface, and makes it possible to visually recognize a virtual image of the display image from a predetermined eye point (EP) (HUD) Device 100),
The light projected from the projection unit (10 or 20) is used to form an intermediate image (20A) having at least a partially curved shape, and light emitted from the intermediate image is emitted from the optical system (30). An intermediate image forming optical member (20) to be introduced into
Projection display device for vehicle (100).
(2)
In the vehicle projection display device described in (1) above,
The intermediate image forming optical member (20)
The intermediate image having a shape for correcting an aberration related to field curvature generated in the virtual images (60A to 60C) due to at least one characteristic of the optical system (50 or 40) and the display surface (WS) is formed. ,
Projection display device for a vehicle.
(3)
The vehicle projection display device according to (1) above,
The intermediate image forming optical member (20)
Including at least one of an optical lens, a Fresnel lens, and a microlens array,
Projection display device for a vehicle.

100 HUD装置
10 表示デバイス
10A 表示画像
11 プロジェクタ
20 中間像形成光学部材
20A 中間像
30 凹面鏡(光学系)
IMG 虚像
OP 開口部
WS ウインドシールド
EP アイポイント
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 HUD apparatus 10 Display device 10A Display image 11 Projector 20 Intermediate image formation optical member 20A Intermediate image 30 Concave mirror (optical system)
IMG Virtual Image OP Opening WS Windshield EP Eyepoint

Claims (2)

車両のウインドシールド又は前記ウインドシールドの近傍の光反射部材が形成する表示面上に表示像として結像されることになる光を投射する投射部と、前記投射部から投射された光を前記表示面に導く光学系と、を備え、所定のアイポイントから前記表示像の虚像を視認可能とする車両用投影表示装置であって、
前記投射部から投射された光を用いて少なくとも一部が湾曲した形状を有する中間像を形成すると共に、前記中間像から放たれる光を前記光学系に導入させる中間像形成光学部材を備え、
前記光学系は、凹面鏡を含み、
前記中間像形成光学部材は、前記凹面鏡の焦点と前記凹面鏡の凹面との間に前記中間像が位置するように、前記投射部と前記凹面鏡との間に配置され
前記中間像形成光学部材が、マイクロレンズアレイを含む、
車両用投影表示装置。
A projection unit that projects light to be formed as a display image on a display surface formed by a windshield of a vehicle or a light reflecting member in the vicinity of the windshield, and the light projected from the projection unit is displayed. An optical system that leads to a surface, and a vehicular projection display device that makes it possible to visually recognize a virtual image of the display image from a predetermined eye point,
An intermediate image forming optical member that forms an intermediate image having a shape that is at least partially curved using the light projected from the projection unit, and that introduces light emitted from the intermediate image into the optical system;
The optical system includes a concave mirror,
The intermediate image forming optical member is disposed between the projection unit and the concave mirror so that the intermediate image is positioned between the focal point of the concave mirror and the concave surface of the concave mirror ,
The intermediate imaging optical member includes a microlens array;
Projection display device for a vehicle.
請求項1に記載の車両用投影表示装置において、
前記中間像形成光学部材が、
前記光学系及び前記表示面の少なくとも一方の特性に起因して前記虚像に生じる像面湾曲に関する収差を補正する形状を有する前記中間像を形成する、
車両用投影表示装置。
The vehicle projection display device according to claim 1,
The intermediate image forming optical member is
Forming the intermediate image having a shape for correcting an aberration related to field curvature generated in the virtual image due to the characteristics of at least one of the optical system and the display surface;
Projection display device for a vehicle.
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