JP2007094394A - Optical system for head-up display - Google Patents

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Hiroaki Furuhata
寛明 振旗
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a head up display (HUD) which is miniaturized without using concave mirrors and is capable of varying the magnification of a display image by a simple configuration. <P>SOLUTION: In the HUD which reflects the display image projected from a display device 11, by a combiner 17 as a reflecting means and makes an observer visually recognize a reflection image from the combiner, a condenser lens set 13 for varying the magnification of the display image is provided on an optical path between the display device 11 and the combiner 17. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、自動車等の車両に適用可能なヘッドアップディスプレイ用光学系に関する。   The present invention relates to a head-up display optical system applicable to a vehicle such as an automobile.

ヘッドアップディスプレイ(以下、「HUD」とする)は、自動車等の運転席前方に設けられた表示装置からの表示像を、反射手段、例えば、フロントガラスまたはフロントガラス等に組み込まれたコンバイナに反射させて、前方視野あるいはその近傍の前景と重畳し、運転者等が運転状態からほとんど視点を動かすことなく情報を読み取れるようにしたものである。   A head-up display (hereinafter referred to as “HUD”) reflects a display image from a display device provided in front of a driver's seat of an automobile or the like to a combiner incorporated in a reflecting means such as a windshield or a windshield. Thus, the information is superimposed on the front view or the foreground in the vicinity thereof so that the driver or the like can read information without moving the viewpoint from the driving state.

例えば、HUD100は、図5に示すように、ウィンドシールドWS内面の一部分を利用して構成されハーフミラーとして機能するコンバイナ102と、凹面鏡103、平面鏡104と、画像表示像光を投影する表示器105とから構成されている。
このようなHUD100において、表示器105から画像表示光が投射され、凹面鏡103、平面鏡104とコンバイナ102との組み合わせによる光学系を介して虚像106が視点101位置にてウィンドシールドWSの前方に観察されるようになっている(例えば特許文献1参照)。
For example, as shown in FIG. 5, the HUD 100 is configured using a part of the inner surface of the windshield WS and functions as a half mirror, a concave mirror 103, a plane mirror 104, and a display 105 that projects image display image light. It consists of and.
In such a HUD 100, image display light is projected from the display unit 105, and the virtual image 106 is observed in front of the windshield WS at the position of the viewpoint 101 via the concave mirror 103, the optical system of the combination of the plane mirror 104 and the combiner 102. (For example, refer to Patent Document 1).

特開2000−347127号公報JP 2000-347127 A

一般に、コンバイナ102の前方に結像される虚像106をできるだけ大きくするには、凹面鏡103の拡大率をできるだけ大きくすることが望ましい。しかし、凹面鏡103の拡大率を大きくすることには、自ずから限界があり、当該拡大率を大きくしすぎると、上記虚像106に著しい歪みを生じてしまうという不具合がある。そこで、特許文献1に示すHUD100では、凹面鏡103、反射鏡104およびコンバイナ102の組み合わせによる光学系を用いて、歪みを抑えているが、複数の光学素子を用いなければならず、HUD100が大型化になるという問題がある。   In general, in order to enlarge the virtual image 106 formed in front of the combiner 102 as much as possible, it is desirable to increase the magnification of the concave mirror 103 as much as possible. However, there is a limit to increasing the magnification ratio of the concave mirror 103. If the magnification ratio is too large, there is a problem that the virtual image 106 is significantly distorted. Therefore, in the HUD 100 shown in Patent Document 1, distortion is suppressed by using an optical system that is a combination of the concave mirror 103, the reflecting mirror 104, and the combiner 102. However, a plurality of optical elements must be used, and the HUD 100 increases in size. There is a problem of becoming.

さらに、凹面鏡103、反射鏡104、コンバイナ102の組み合わせによる光学系であるので、虚像106の大きさを簡単に変更することは難しく、また、変更する場合には、改めて光学系を設計しなおさなければならず、コストが上昇するという問題もある。   Furthermore, since the optical system is a combination of the concave mirror 103, the reflecting mirror 104, and the combiner 102, it is difficult to easily change the size of the virtual image 106, and when changing, the optical system must be redesigned. There is also a problem that costs increase.

そこで、本発明は以上のような従来技術の問題点を鑑みて、凹面鏡を用いずに小型化を図るとともに、簡単な構成で表示像の変倍を行うことができるHUD用光学系を提供することにある。   Accordingly, in view of the above-described problems of the prior art, the present invention provides a HUD optical system capable of reducing the size without using a concave mirror and changing the display image with a simple configuration. There is.

上記課題を解決するために、本発明では、表示装置に表示された表示像を反射手段に向けて投射し、前記反射手段の反射像を観察者が視認するHUDにおいて、前記表示装置と前記反射手段の間の光路中に、前記表示像を変倍する集光レンズ組を備えたことを特徴とする。   In order to solve the above problems, in the present invention, in the HUD in which a display image displayed on a display device is projected toward a reflection means, and an observer visually recognizes the reflection image of the reflection means, the display device and the reflection In the optical path between the means, a condensing lens group for changing the display image is provided.

本発明によれば、HUDは、前記表示装置と前記反射手段の間の光路中に、前記表示像を変倍する集光レンズ組を備えたので、従来のように凹面鏡を用いることなく反射手段に照射することができる。このため、凹面鏡を省略することで、HUDを小型化することができる。
さらに、前記表示装置と前記反射手段の間の光路中に、前記集光レンズ組を備えたので、挿入する集光レンズ組の焦点距離を変えることで、表示像の倍率を変化させることができる。
According to the present invention, the HUD is provided with the condenser lens group for changing the magnification of the display image in the optical path between the display device and the reflection means, so that the reflection means can be used without using a concave mirror as in the prior art. Can be irradiated. For this reason, HUD can be reduced in size by omitting a concave mirror.
Further, since the condenser lens set is provided in the optical path between the display device and the reflecting means, the magnification of the display image can be changed by changing the focal length of the condenser lens set to be inserted. .

また、挿入する集光レンズ組の位置、すなわち、前記表示装置または前記反射手段との間隔を変えることで、表示像の倍率を変化させることができる。
このため、挿入する集光レンズ組の焦点距離または配置位置を変えることで、簡単に表示像の倍率を変更することができる。
Further, the magnification of the display image can be changed by changing the position of the condenser lens set to be inserted, that is, the distance from the display device or the reflecting means.
For this reason, the magnification of the display image can be easily changed by changing the focal length or the arrangement position of the condenser lens set to be inserted.

また、本発明において、前記集光レンズ組には、光軸方向に移動可能な移動手段が設けられていることが好ましい。
本発明によれば、上記集光レンズ組には移動手段が設けられているので、上記集光レンズ組を光軸方向に移動することが自由にでき、容易に倍率を変更することができる。換言すれば、ズームレンズを用いることなく、ズーム効果を得ることができる。
In the present invention, it is preferable that the condensing lens group is provided with a moving means that can move in the optical axis direction.
According to the present invention, since the condenser lens group is provided with a moving means, the condenser lens group can be freely moved in the optical axis direction, and the magnification can be easily changed. In other words, a zoom effect can be obtained without using a zoom lens.

さらに、本発明において、前記集光レンズ組は、正の屈折力を有するレンズと、色収差を補正するための負の屈折力を有するレンズとを備えてなることが好ましい。
これにより、2枚のレンズを組み合わせるという簡単なレンズ構成で色収差を補正することができる。
In the present invention, it is preferable that the condenser lens group includes a lens having a positive refractive power and a lens having a negative refractive power for correcting chromatic aberration.
Thereby, chromatic aberration can be corrected with a simple lens configuration in which two lenses are combined.

本発明において、屈折力の異なる集光レンズを複数組み合わせてなるビームエキスパンダを備えたことが好ましい。
本発明によれば、ビームエキスパンダを構成する屈折力の異なる前記集光レンズの間隔を調整することで、表示像(虚像)の見える光軸方向の位置を調整することができる。
In the present invention, it is preferable that a beam expander formed by combining a plurality of condensing lenses having different refractive powers is provided.
According to the present invention, the position in the optical axis direction where the display image (virtual image) can be seen can be adjusted by adjusting the interval between the condenser lenses having different refractive powers constituting the beam expander.

さらに本発明において、前記ビームエキスパンダは、前記集光レンズ組の一方は負の屈折力を有するレンズ組であり、他方は正の屈折力を有するレンズ組であることが好ましい。
本発明によれば、負の屈折力を有するレンズ組と、正の屈折力を有するレンズ組とを組み合せるので、結像せず、集光レンズ組間の距離を短くすることができ、ひいてはシステム全長を短くすることができる。
In the present invention, it is preferable that one of the condensing lens sets is a lens set having a negative refractive power and the other is a lens set having a positive refractive power.
According to the present invention, since the lens group having a negative refractive power and the lens group having a positive refractive power are combined, it is possible to shorten the distance between the condenser lens groups without forming an image. The overall system length can be shortened.

本発明において、表示装置に表示された表示像を反射手段に向けて投射し、前記反射手段からの反射像を観察者が視認するHUDにおいて、前記表示装置と前記フロントガラスの間の光路中に、前記表示像を変倍する集光レンズを備えたことを特徴とする。   In the present invention, in a HUD in which a display image displayed on the display device is projected toward the reflecting means, and an observer visually recognizes the reflected image from the reflecting means, in the optical path between the display device and the windshield. And a condensing lens for scaling the display image.

本発明によれば、HUDは、前記表示装置と前記反射手段の間の光路中に、前記表示像を変倍する集光レンズを備えたので、凹面鏡を用いることなく反射手段に照射することができる。このため、凹面鏡を省略することで、HUDを小型化することができる。
さらに、前記表示装置と前記反射手段の間の光路中に、前記集光レンズを備えたので、挿入する集光レンズの焦点距離を変えることで、表示像の倍率を変化させることができる。
According to the present invention, since the HUD includes the condensing lens for scaling the display image in the optical path between the display device and the reflecting means, the reflecting means can be irradiated without using a concave mirror. it can. For this reason, HUD can be reduced in size by omitting a concave mirror.
Furthermore, since the condenser lens is provided in the optical path between the display device and the reflecting means, the magnification of the display image can be changed by changing the focal length of the condenser lens to be inserted.

また、挿入する集光レンズの位置、すなわち、前記表示装置または前記反射手段との間隔を変えることで、表示像の倍率を変化させることができる。
このため、挿入する集光レンズの焦点距離または配置位置を変えることで、簡単に表示像の倍率を変更することができる。
Further, the magnification of the display image can be changed by changing the position of the condenser lens to be inserted, that is, the distance from the display device or the reflecting means.
For this reason, the magnification of the display image can be easily changed by changing the focal length or the arrangement position of the condenser lens to be inserted.

以下、図面を参照しながら本発明にかかるHUD用光学系の実施の形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of an optical system for HUD according to the present invention will be described with reference to the drawings.

(全体構成)
図1は本発明にかかるHUDを示す概念図である。
HUD用光学系10は、図1に示すように、自動車内のフロントガラス16下方に設けられたダッシュボード内に収納されている。このHUDを構成するHUD用光学系10は、表示装置11と、表示像(虚像18)を拡大または縮小に変倍可能な集光レンズ組13とを備えている。さらに、本実施の形態では、フロントガラス16内側面の所定の箇所には、反射手段としてのコンバイナ17が配置されている。
(overall structure)
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a HUD according to the present invention.
As shown in FIG. 1, the HUD optical system 10 is housed in a dashboard provided below a windshield 16 in an automobile. The HUD optical system 10 constituting the HUD includes a display device 11 and a condensing lens set 13 capable of scaling the display image (virtual image 18) to enlarge or reduce. Further, in the present embodiment, a combiner 17 as a reflecting means is disposed at a predetermined location on the inner side surface of the windshield 16.

表示装置11は、光源と運転に必要な情報を表示する表示体とを少なくとも備えて表示情報を光として発生するものであり、表示装置11内には、図示しないが、表示情報を形成する表示体としての液晶パネル及び投影光源としてのバックライトを備えている。なお、表示体は、液晶パネルに限定されるものではなく、例えば、EL表示器、CRT、熱陰極管、蛍光表示管等でもよい。また、運転に必要な情報としては、走行速度、エンジンの回転数、走行距離、燃料の残量、ワーニング、地図、時間等である。   The display device 11 includes at least a light source and a display body that displays information necessary for operation, and generates display information as light. Although not shown in the drawing, the display device 11 forms display information. A liquid crystal panel as a body and a backlight as a projection light source are provided. The display body is not limited to the liquid crystal panel, and may be, for example, an EL display, a CRT, a hot cathode tube, a fluorescent display tube, or the like. Information necessary for driving includes a traveling speed, an engine speed, a traveling distance, a remaining amount of fuel, a warning, a map, a time, and the like.

集光レンズ組13は、正の屈折力を有するレンズ14と、色収差を補正する、負の屈折力を有するレンズ15とを備えてなり、表示装置11から投影された表示像を形成する投影光束を集束するようにしている。
なお、レンズ14は、両凸レンズでなくてもよく、例えば、平凸レンズまたは凸メニスカスレンズ等のレンズでもよい。
The condenser lens set 13 includes a lens 14 having a positive refractive power and a lens 15 having a negative refractive power that corrects chromatic aberration, and forms a projected light beam that forms a display image projected from the display device 11. To focus.
The lens 14 may not be a biconvex lens, and may be a lens such as a planoconvex lens or a convex meniscus lens.

負の屈折力を有するレンズ15は、正の屈折力を有するレンズ14の表示装置11側に貼り合わせられており、色収差を補正するようになっている。
また、負の屈折力を有するレンズと正の屈折力を有するレンズを組み合わせる向きには特に限定はなく、正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズのレンズ面を適宜組み合わせることが可能である。
また、集光レンズ組13を構成する正の屈折力を有するレンズ14および負の屈折力を有するレンズ15とは、異なる種類の材質を用いている。例えば、正の屈折力を有するレンズ13は、クラウンガラスもしくは波長によって屈折率の変動が小さい透明樹脂材料で成形し、負の屈折力を有するレンズ14はフリントガラスもしくは材料分散の大きな透明樹脂材料で成形するようにしている。なお、これ以外のガラスもしくは透明樹脂材料を用いて貼り合わせてもよい。
The lens 15 having a negative refractive power is bonded to the display device 11 side of the lens 14 having a positive refractive power so as to correct chromatic aberration.
Further, there is no particular limitation on the direction in which the lens having negative refractive power and the lens having positive refractive power are combined, and a lens surface of a lens having positive refractive power and a lens having negative refractive power may be appropriately combined. Is possible.
The lens 14 having positive refractive power and the lens 15 having negative refractive power constituting the condenser lens group 13 are made of different types of materials. For example, the lens 13 having a positive refractive power is molded from crown glass or a transparent resin material having a small refractive index variation depending on the wavelength, and the lens 14 having a negative refractive power is made from flint glass or a transparent resin material having a large material dispersion. I am trying to mold. Note that other glass or transparent resin material may be used for bonding.

さらに、本実施の形態では、正の屈折力を有するレンズ14と負の屈折力を有するレンズ15は貼り合わせているが、これに限定されるものではなく、正の屈折力を有するレンズ14と負の屈折力を有するレンズ15とを一定の間隔をおいて配置してもよい。   Further, in the present embodiment, the lens 14 having a positive refractive power and the lens 15 having a negative refractive power are bonded together, but the present invention is not limited to this, and the lens 14 having a positive refractive power and You may arrange | position the lens 15 which has negative refractive power at fixed intervals.

さらに、本実施の形態では、集光レンズ組13を、その光軸方向に移動可能な移動手段20が設けられている。この移動手段20は、モータ21と、モータ21によって回転駆動される送りねじ22と、この送りねじ22の回転に伴って移動することにより集光レンズ組13を光軸方向に移動させるラック23とを備えている。また、図示していないが、モータ21を制御する制御回路が設けられている。   Furthermore, in the present embodiment, moving means 20 is provided that can move the condenser lens set 13 in the optical axis direction. The moving means 20 includes a motor 21, a feed screw 22 that is rotationally driven by the motor 21, and a rack 23 that moves the condensing lens set 13 in the optical axis direction by moving with the rotation of the feed screw 22. It has. Although not shown, a control circuit for controlling the motor 21 is provided.

反射手段としてのコンバイナ17は、ハーフミラーとして機能するもので、入射した表示像を虚像18としてフロントガラス16の前方に表示するようになっている。すなわち、コンバイナ17は、表示像の反射率を上げるために設けられており、コンバイナ17を設けずに、フロントガラス16に入射するようにしてもよい。この場合には、フロントガラス16が反射手段として機能する。
また、本実施の形態では、コンバイナ17は、ハーフミラーとして機能も有しているが、これに限定されるものではなく、回折機能を有するホログラムを用いてもよい。
The combiner 17 as a reflecting means functions as a half mirror, and displays an incident display image as a virtual image 18 in front of the windshield 16. That is, the combiner 17 is provided in order to increase the reflectance of the display image, and may be incident on the windshield 16 without providing the combiner 17. In this case, the windshield 16 functions as a reflecting means.
Moreover, in this Embodiment, although the combiner 17 also has a function as a half mirror, it is not limited to this, You may use the hologram which has a diffraction function.

表示装置11から発せられた光は、表示装置11に正対するように配置された集光レンズ組13を通過後にコンバイナ17で反射される。例えば、表示装置11と集光レンズ組13の間にプリズム(図示せず)や反射鏡(図示せず)を配置すれば、表示装置11の向きを代えてもプリズムや反射鏡等の反射手段によって光軸を折り曲げて集光レンズ組13に入射させることができる。また、集光レンズ組13とコンバイナ17との間にプリズムや反射鏡等の反射手段を配置してもよい。この場合、集光レンズ組13を透過してきた光を反射手段によって、適切な方向に折り曲げてコンバイナ17へ入射させることもできる。   The light emitted from the display device 11 is reflected by the combiner 17 after passing through the condenser lens group 13 arranged so as to face the display device 11. For example, if a prism (not shown) or a reflecting mirror (not shown) is arranged between the display device 11 and the condenser lens set 13, a reflecting means such as a prism or a reflecting mirror can be used even if the orientation of the display device 11 is changed. Thus, the optical axis can be bent and incident on the condenser lens set 13. Further, a reflecting means such as a prism or a reflecting mirror may be disposed between the condenser lens set 13 and the combiner 17. In this case, the light transmitted through the condenser lens set 13 can be bent in an appropriate direction by the reflecting means and incident on the combiner 17.

次に、HUD用光学系の動作について説明する。
表示装置11から投影された表示像を形成する投影光束は、集光レンズ組13によって集束され、コンバイナ17に入射する。コンバイナ17で反射した表示像は、運転者の視点12側に投射される。運転者は、投影光束によって、あたかも、フロントガラス16の前方所定位置に表示装置11の表示像が形成されているように見ることができる。
Next, the operation of the HUD optical system will be described.
A projected light beam forming a display image projected from the display device 11 is converged by the condenser lens set 13 and enters the combiner 17. The display image reflected by the combiner 17 is projected on the viewpoint 12 side of the driver. The driver can view the display light beam as if a display image of the display device 11 is formed at a predetermined position in front of the windshield 16 by the projected light flux.

さらに、本実施の形態では、集光レンズ組13を移動手段20を用いて、表示装置11とコンバイナ17(またはフロントガラス16)との間の光路上を移動させることで、表示像の大きさを変更することができる。
具体的には、集光レンズ組13を図1の実線の位置から、点線の位置、すなわち、表示装置11側に近づけた場合には、観察者としての運転者は、小さくした表示像(虚像18)を見ることができる。また、表示像(虚像18)を大きくしたい場合には、集光レンズ組13を観察者側に近づければよい。なお、移動手段20を設けることなく、手動で移動するようにしてもよい。
Further, in the present embodiment, the size of the display image is obtained by moving the condenser lens group 13 on the optical path between the display device 11 and the combiner 17 (or the windshield 16) using the moving unit 20. Can be changed.
Specifically, when the condensing lens set 13 is moved closer to the dotted line position, that is, the display device 11 side from the position of the solid line in FIG. 1, the driver as an observer displays a reduced display image (virtual image). 18) can be seen. Further, when it is desired to enlarge the display image (virtual image 18), the condenser lens set 13 may be brought closer to the observer side. In addition, you may make it move manually, without providing the moving means 20. FIG.

(本実施の形態の主な効果)
HUD用光学系10は、表示装置11と反射手段としてのコンバイナ17との間の光路中に、表示像を変倍する集光レンズ組13を備えたので、従来技術のように凹面鏡を用いることなくコンバイナ17に照射することができる。このため、凹面鏡を省略することで、HUDを小型化することができる。
さらに、表示装置11とコンバイナ17の間の光路中に、集光レンズ組13を備えたので、挿入する集光レンズ組13の焦点距離を変えることで、表示像(虚像18)の倍率を変化させることができる。
(Main effects of this embodiment)
Since the HUD optical system 10 includes the condensing lens set 13 for changing the display image in the optical path between the display device 11 and the combiner 17 as the reflecting means, a concave mirror is used as in the prior art. Irrespectively, the combiner 17 can be irradiated. For this reason, HUD can be reduced in size by omitting a concave mirror.
Furthermore, since the condenser lens set 13 is provided in the optical path between the display device 11 and the combiner 17, the magnification of the display image (virtual image 18) is changed by changing the focal length of the condenser lens set 13 to be inserted. Can be made.

また、移動手段20を用いて挿入する集光レンズ組13の位置、すなわち、表示装置11または前記反射手段との間隔を変えることができ、簡単に表示像(虚像18)の倍率を変化させることができる。
このため、挿入する集光レンズ組13の焦点距離または配置位置を変えることで、簡単に表示像(虚像18)の倍率を変更することができる。
Further, the position of the condenser lens set 13 to be inserted using the moving means 20, that is, the distance from the display device 11 or the reflecting means can be changed, and the magnification of the display image (virtual image 18) can be easily changed. Can do.
For this reason, the magnification of the display image (virtual image 18) can be easily changed by changing the focal length or the arrangement position of the condenser lens set 13 to be inserted.

さらに、HUD用光学系10において、集光レンズ組13には移動手段20が設けられているので、集光レンズ組13を光軸方向に移動することが自由にでき、容易に倍率を変更することができる。換言すれば、ズームレンズを用いることなく、ズーム効果を得ることができる。   Further, in the HUD optical system 10, since the condenser lens group 13 is provided with the moving means 20, the condenser lens group 13 can be freely moved in the optical axis direction, and the magnification can be easily changed. be able to. In other words, a zoom effect can be obtained without using a zoom lens.

また、HUD用光学系10において、集光レンズ組13は、正の屈折力を有するレンズ14と、色収差を補正するための負の屈折力を有するレンズ15とが組み合わせられている。これにより、2枚のレンズ14、15を組み合わせるという簡単なレンズ構成で色収差を補正することができる。   In the HUD optical system 10, the condenser lens group 13 is a combination of a lens 14 having a positive refractive power and a lens 15 having a negative refractive power for correcting chromatic aberration. Thereby, chromatic aberration can be corrected with a simple lens configuration in which two lenses 14 and 15 are combined.

(他の実施の形態)
上述した実施の形態は、本発明の好適な形態の一例であるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形可能である。
例えば、図2を参照しつつ第二の実施例を説明する。図2は、ビームエキスパンダの一実施例を説明する概略構成図である。同様に、図3を参照しつつ第三の実施例を説明し、されに図4を参照しつつ第四の実施例を説明する。なお、同じ部材には同じ符号を付して説明する。
(Other embodiments)
The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
For example, a second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic configuration diagram illustrating an embodiment of the beam expander. Similarly, a third embodiment will be described with reference to FIG. 3, and a fourth embodiment will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to the same member.

図2に示す第二の実施例において、ビームエキスパンダ30は、例えば、屈折力の異なる2組の集光レンズ組31、32を組み合わせて形成されている。
構成は、周知であるが、簡単に説明すると、例えば、正の屈折力を有する焦点距離f1の入射レンズ組31と、同じく正の屈折力を有する焦点距離f2の出射レンズ組32を設け、入射レンズ組31の後側焦点位置と出射レンズ組32の前側焦点位置を合致させるよう配置している。この構成により、入射レンズ組31にビーム径φDf1の光を入射すると、出射レンズ組32より、ビーム径φDf2の光が射出されるようになっている。
In the second embodiment shown in FIG. 2, the beam expander 30 is formed by combining, for example, two condensing lens groups 31 and 32 having different refractive powers.
The configuration is well known, but in brief, for example, an incident lens set 31 having a positive refractive power and a focal length f1 and an output lens set 32 having a positive refractive power and a focal length f2 are provided. The rear focal position of the lens group 31 and the front focal position of the outgoing lens group 32 are arranged so as to coincide with each other. With this configuration, when light having a beam diameter φDf1 is incident on the incident lens set 31, light having a beam diameter φDf2 is emitted from the output lens set 32.

なお、入射レンズ組31には、負の屈折力を有するレンズ34と正の屈折力を有するレンズ33を、また、出射レンズ組32には、負の屈折力を有するレンズ36と正の屈折力を有するレンズ35とをそれぞれ貼り付けて構成している。また、入射レンズ組31と出射レンズ組32とはそれぞれ正の屈折力を有するようになっている。この第二の実施例では、入射レンズ組31と出射レンズ組32の凸面が光の進行方向Lに向いている。
このように、図1に示すHUD10において、表示装置11とコンバイナ15との間の光路上に、集光レンズ組13の代わりにビームエキスパンダ30を配置することで、所定の大きさに変倍された表示像(虚像18)を運転者が目視することができるようになっている。
The incident lens group 31 includes a lens 34 having a negative refractive power and a lens 33 having a positive refractive power, and the output lens group 32 includes a lens 36 having a negative refractive power and a positive refractive power. And a lens 35 having the above structure. In addition, the incident lens group 31 and the outgoing lens group 32 have positive refractive power. In the second embodiment, the convex surfaces of the incident lens group 31 and the outgoing lens group 32 are directed in the light traveling direction L.
As described above, in the HUD 10 shown in FIG. 1, the beam expander 30 is arranged instead of the condenser lens set 13 on the optical path between the display device 11 and the combiner 15, thereby changing the magnification to a predetermined size. The driver can view the displayed image (virtual image 18).

図3は、第3の実施例を示すビームエキスパンダ30Aを説明する概略構成図である。
図3に示す第三の実施例において、第二の実施例に示した入射レンズ組31の正の屈折力を有するレンズ34と貼り付けられた負の屈折力を有するレンズ35との位置を光の進行方向Lにおいて入れ替えている。なお、出射レンズ組32のレンズの配置は第二の実施例と同じである。
さらに、入射レンズ組31と出射レンズ組32とはそれぞれ正の屈折力を有するようになっている。
この構成によれば、第二の実施例に比べて、入射レンズ組31の各々の光学面が有効に作用するため、球面収差が少なくなり,像がシャープになる。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram illustrating a beam expander 30A according to the third embodiment.
In the third embodiment shown in FIG. 3, the positions of the lens 34 having a positive refractive power and the lens 35 having a negative refractive power attached to the incident lens set 31 shown in the second embodiment are light-transmitted. In the traveling direction L. The arrangement of the lenses of the exit lens set 32 is the same as in the second embodiment.
Further, the entrance lens group 31 and the exit lens group 32 have positive refractive power, respectively.
According to this configuration, since each optical surface of the incident lens set 31 acts effectively compared to the second embodiment, the spherical aberration is reduced and the image is sharpened.

次に、図4は、第4の実施例を示すビームエキスパンダ30Bを説明する概略構成図である。図4に示す第四の実施例において、ビームエキスパンダ30Bは、屈折力の異なる集光レンズ組31B、32を組み合わせて形成されている。
構成は、例えば負の屈折力を有する焦点距離f1の入射レンズ組31Bと、正の屈折力を有する焦点距離f2の出射レンズ組32を設け、入射レンズ組31Bの後側焦点位置と出射レンズ組32の前側焦点位置を合致させるよう配置している。この構成により、入射レンズ組31Bにビーム径φDf1の光を入射すると、出射レンズ組32より、ビーム径φDf2の光が出射されるようになっている。
なお、入射レンズ組31Bには正の屈折力を有するレンズ34Bに対し、負の屈折力を有するレンズ33Bが貼り付けられており、全体として負の屈折力を有するようになっている。また、出射レンズ組32には正の屈折力を有するレンズ35に、負の屈折力を有するレンズ36が貼り付けられており、全体として正の屈折力を有するようになっている。
また、第4の実施例において、入射レンズ組31Bの正の屈折力を有するレンズ34B、出射レンズ組32の正の屈折力を有するレンズ35は、それぞれ光の進行方向Lに配置されている。
このような第4の実施例に示す構成によれば、入射レンズ組31Bを全体として負の屈折力を有するようにしたことにより、出射レンズ組32と、出射レンズ組32の前側焦点位置との間に配置することができるため、図2、3、4に示すように、第二、第三の実施例に比べてビームエキスパンダ30Bの全長を短くすることができる。
Next, FIG. 4 is a schematic configuration diagram for explaining a beam expander 30B according to the fourth embodiment. In the fourth embodiment shown in FIG. 4, the beam expander 30B is formed by combining condensing lens groups 31B and 32 having different refractive powers.
For example, an incident lens set 31B having a negative refractive power and a focal length f1 and an output lens set 32 having a positive refractive power f2 are provided, and the rear focal position and the outgoing lens set of the incident lens set 31B are provided. It arrange | positions so that 32 front side focus positions may correspond. With this configuration, when light having a beam diameter φDf1 is incident on the incident lens set 31B, light having a beam diameter φDf2 is emitted from the output lens set 32.
In addition, the lens 33B having a negative refractive power is attached to the incident lens set 31B with respect to the lens 34B having a positive refractive power, and has a negative refractive power as a whole. In addition, a lens 36 having a negative refractive power is attached to the lens 35 having a positive refractive power in the outgoing lens group 32, so that the lens 35 has a positive refractive power as a whole.
In the fourth embodiment, the lens 34B having the positive refractive power of the incident lens set 31B and the lens 35 having the positive refractive power of the outgoing lens set 32 are respectively arranged in the light traveling direction L.
According to the configuration shown in the fourth embodiment, the incident lens set 31B as a whole has a negative refractive power, so that the exit lens set 32 and the front focal position of the exit lens set 32 can be reduced. Since it can arrange | position in between, as shown to FIG.2,3,4, the full length of the beam expander 30B can be shortened compared with the 2nd, 3rd Example.

なお、本実施の形態に示す入射レンズ組31、31B及び出射レンズ組32を構成するレンズの形状は限定されるものではない。   In addition, the shape of the lens which comprises the incident lens group 31 and 31B shown in this Embodiment, and the output lens group 32 is not limited.

本発明にかかるHUDを示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows HUD concerning this invention. 本発明にかかるHUD光学系に適用するビームエキスパンダの一実施例(第2の実施例)を説明する概略構成図である。It is a schematic block diagram explaining one Example (2nd Example) of the beam expander applied to the HUD optical system concerning this invention. 本発明にかかるHUD光学系に適用するビームエキスパンダの他の実施例(第3の実施例)を説明する概略構成図である。It is a schematic block diagram explaining the other Example (3rd Example) of the beam expander applied to the HUD optical system concerning this invention. 本発明にかかるHUD光学系に適用するビームエキスパンダの別の他の実施例(第4の実施例)を説明する概略構成図である。It is a schematic block diagram explaining the other Example (4th Example) of the beam expander applied to the HUD optical system concerning this invention. 従来のHUDを示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the conventional HUD.

10 ヘッドアップディスプレイ(HUD)
11 表示装置
12 観察者(運転者)視点
13 集光レンズ組
14 正の屈折力を有するレンズ
15 負の屈折力を有するレンズ
16 フロントガラス
17 コンバイナ
18 虚像(表示像)
20 移動手段
30 ビームエキスパンダ
31、31B 入射レンズ組
32 出射レンズ組
10 Head-up display (HUD)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Display apparatus 12 Observer (driver | operator) viewpoint 13 Condensing lens group 14 Lens with positive refractive power 15 Lens with negative refractive power 16 Windshield 17 Combiner 18 Virtual image (display image)
20 Moving means 30 Beam expander 31, 31B Incident lens set 32 Exit lens set

Claims (5)

表示装置から投射された表示像を反射手段によって反射させ、前記反射手段からの反射像を観察者が視認するヘッドアップディスプレイにおいて、前記表示装置と前記反射手段の間の光路上に、前記表示像を変倍する集光レンズ組を備えたことを特徴とするヘッドアップディスプレイ用光学系。   In a head-up display in which a display image projected from a display device is reflected by a reflection unit, and an observer visually recognizes the reflection image from the reflection unit, the display image is on an optical path between the display device and the reflection unit. An optical system for a head-up display, comprising a condensing lens group for changing the magnification of the lens. 前記集光レンズ組には、光軸方向に移動可能な移動手段が設けられていることを特徴とする請求項1記載のヘッドアップディスプレイ用光学系。   2. The head-up display optical system according to claim 1, wherein the condensing lens group is provided with a moving means movable in an optical axis direction. 前記集光レンズ組は、正の屈折力を有するレンズと、色収差を補正するための負の屈折力を有するレンズとを備えてなることを特徴とする請求項1または2記載のヘッドアップディスプレイ用光学系。   3. The head-up display according to claim 1, wherein the condenser lens set includes a lens having a positive refractive power and a lens having a negative refractive power for correcting chromatic aberration. Optical system. 屈折力の異なる前記集光レンズ組を複数組み合わせてなるビームエキスパンダを備えたことを特徴する請求項1から3のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ用光学系。   The optical system for a head-up display according to any one of claims 1 to 3, further comprising a beam expander formed by combining a plurality of condensing lens groups having different refractive powers. 前記ビームエキスパンダは、前記集光レンズ組の一方は負の屈折力を有するレンズ組であり、他方は正の屈折力を有するレンズ組であることを特徴とする請求項4記載のヘッドアップディスプレイ用光学系。

5. The head-up display according to claim 4, wherein in the beam expander, one of the condensing lens groups is a lens group having a negative refractive power, and the other is a lens group having a positive refractive power. Optical system.

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