JP2014115408A - Head-up display device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a head-up display device that facilitates easy viewing of a virtual image even when external light such as solar light and the like is incident.SOLUTION: A projector 10 projects display light L onto a screen 26. A polarization member 28 is disposed on a front side of the screen 26. The projector 10 has: a light source that emits illumination light; and a display element 14 that generates the display light L from the illumination light. An angle of a transmission axis of the polarization member 28 is an angle of 5 to 40 degrees from a horizon.

Description

本発明は、虚像を表示するヘッドアップディスプレイ装置に関するものである。   The present invention relates to a head-up display device that displays a virtual image.

従来より、車両用ヘッドアップディスプレイ装置が種々提案されており、例えば特許文献１に開示されている。斯かる車両用ヘッドアップディスプレイ装置は、液晶表示器及び透明反射部材を備えており、透明反射部材によって反射された液晶表示器の表示光を虚像として表示するものである。また、スクリーンに投射された表示光を透明反射部材で反射させて虚像を表示する車両用ヘッドアップディスプレイ装置が特許文献２に開示されている。   Conventionally, various head-up display devices for vehicles have been proposed, and for example, disclosed in Patent Document 1. Such a vehicle head-up display device includes a liquid crystal display and a transparent reflecting member, and displays the display light of the liquid crystal display reflected by the transparent reflecting member as a virtual image. Further, Patent Document 2 discloses a vehicle head-up display device that displays a virtual image by reflecting display light projected on a screen with a transparent reflecting member.

特開２００６−９１４８９号公報JP 2006-91489 A 特開２００４−１２６２２６号公報JP 2004-126226 A

しかしながら、太陽光等の外光がスクリーンに入射して、スクリーンで外光が乱反射するため、虚像が視認し難くなるという問題を有していた。また、上述した車両用ヘッドアップディスプレイ装置は、ウィンドシールドやコンバイナのような透明反射部材を用いており、透明反射部材での反射率を高めるために、表示器の偏光方向が水平に近い角度に設定されているため、車両運転者が偏光サングラスを着用していた場合、虚像が視認し難くなるという問題を有していた。
本発明は、太陽光等の外光がスクリーンに入射したときであっても、虚像を視認しやすいヘッドアップディスプレイ装置を提供するものである。 However, since external light such as sunlight is incident on the screen and the external light is irregularly reflected on the screen, the virtual image is difficult to visually recognize. Further, the above-described vehicle head-up display device uses a transparent reflecting member such as a windshield or a combiner, and the polarization direction of the display device is set at an angle close to horizontal in order to increase the reflectance of the transparent reflecting member. Therefore, when the vehicle driver is wearing polarized sunglasses, the virtual image is difficult to visually recognize.
The present invention provides a head-up display device that makes it easy to visually recognize a virtual image even when external light such as sunlight is incident on a screen.

本発明は、スクリーン２６と、前記スクリーン２６に表示光Ｌを投射するプロジェクタ１０と、前記スクリーンの２６前側に配設された偏光部材２８と、を備えたものである。   The present invention includes a screen 26, a projector 10 that projects display light L onto the screen 26, and a polarizing member 28 disposed on the front side 26 of the screen.

また、本発明は、前記プロジェクタ１０は、照明光を発する光源１１と、前記照明光から前記表示光Ｌを生成する表示素子１４と、を有するものである。   In the present invention, the projector 10 includes a light source 11 that emits illumination light and a display element 14 that generates the display light L from the illumination light.

また、本発明は、前記偏光部材２８の透過軸が水平から５度〜４０度の角度であるものである。   In the present invention, the transmission axis of the polarizing member 28 is an angle of 5 to 40 degrees from the horizontal.

また、本発明は、前記偏光部材２８は、直線偏光板であるものである。   In the present invention, the polarizing member 28 is a linearly polarizing plate.

太陽光等の外光がスクリーンに入射したときであっても、虚像を視認しやすい。   Even when external light such as sunlight is incident on the screen, it is easy to visually recognize a virtual image.

本発明の実施形態を示す概観図。1 is an overview diagram showing an embodiment of the present invention. 同上実施形態を示す断面図。Sectional drawing which shows embodiment same as the above. 同上実施形態を示す断面図。Sectional drawing which shows embodiment same as the above. 同上実施形態を示す光源部の断面図。Sectional drawing of the light source part which shows embodiment same as the above. 同上実施形態を示す偏光板の正面図。The front view of the polarizing plate which shows embodiment same as the above.

以下、添付の図面に基づいて、本発明を車両用ヘッドアップディスプレイ装置に適用した一実施形態を説明する。   Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to a vehicle head-up display device will be described with reference to the accompanying drawings.

車両用ヘッドアップディスプレイ装置は、車両のダッシュボード１に設けられた表示装置２が投射する表示光Ｌをフロントガラス３によって車両運転者４側に反射させ、虚像Ｖを表示するものである。車両運転者４は、虚像Ｖを風景と重畳させて視認することができる。表示装置２は、第１ユニットＡ及び第２ユニットＢを備えている。   The vehicle head-up display device displays the virtual image V by reflecting the display light L projected by the display device 2 provided on the dashboard 1 of the vehicle to the vehicle driver 4 side by the windshield 3. The vehicle driver 4 can visually recognize the virtual image V superimposed on the landscape. The display device 2 includes a first unit A and a second unit B.

第１ユニットＡは、プロジェクタ１０，平面鏡２１，透過型スクリーン２６，偏光板２８，ヒートシンク３１，ハウジング４１等から構成されている。第２ユニットＢは、反射器５０，６０，ハウジング７１等から構成されている。   The first unit A includes a projector 10, a plane mirror 21, a transmission screen 26, a polarizing plate 28, a heat sink 31, a housing 41, and the like. The second unit B includes reflectors 50 and 60, a housing 71, and the like.

プロジェクタ１０は、フィールドシーケンシャル方式によって、透過型スクリーン２６に画像を表示させるものである。プロジェクタ１０は、光源部１１，ミラー部１２，プリズム１３，表示素子１４，投射レンズ部材１５を有しており、ヒートシンク３１に固定されている。   The projector 10 displays an image on the transmissive screen 26 by a field sequential method. The projector 10 includes a light source unit 11, a mirror unit 12, a prism 13, a display element 14, and a projection lens member 15, and is fixed to a heat sink 31.

プロジェクタ１０の光源部１１は、青色発光ダイオード１１ａ，赤色発光ダイオード１１ｂ，緑色発光ダイオード１１ｃ，レンズ部材１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，反射ミラー１１ｇ，ダイクロイックミラー１１ｈ，１１ｉ，回路基板１１ｋを有するものである。レンズ部材１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，反射ミラー１１ｇ，ダイクロイックミラー１１ｈ，１１ｉは、フレーム部材１１ｍの保持部１１ｖで保持されている。   The light source unit 11 of the projector 10 includes a blue light emitting diode 11a, a red light emitting diode 11b, a green light emitting diode 11c, lens members 11d, 11e, 11f, a reflecting mirror 11g, dichroic mirrors 11h, 11i, and a circuit board 11k. The lens members 11d, 11e, 11f, the reflection mirror 11g, and the dichroic mirrors 11h, 11i are held by the holding portion 11v of the frame member 11m.

青色発光ダイオード１１ａ，赤色発光ダイオード１１ｂ，緑色発光ダイオード１１ｃは、トップビュー型ＬＥＤからなるものであり、夫々、青色光Ｂ，赤色光Ｒ，緑色光Ｇを発するものである。青色発光ダイオード１１ａ，赤色発光ダイオード１１ｂ，緑色発光ダイオード１１ｃは回路基板１１ｋに搭載されている。青色発光ダイオード１１ａ，赤色発光ダイオード１１ｂ，緑色発光ダイオード１１ｃが搭載された回路基板１１ｋは、図示しないボルトによってヒートシンク３１に固定されている。回路基板１１ｋはヒートシンク３１に当接しており、青色発光ダイオード１１ａ，赤色発光ダイオード１１ｂ，緑色発光ダイオード１１ｃが発した熱は、回路基板１１ｋを介して、ヒートシンク３１によって放散される。   The blue light-emitting diode 11a, the red light-emitting diode 11b, and the green light-emitting diode 11c are made of top-view LEDs, and emit blue light B, red light R, and green light G, respectively. The blue light emitting diode 11a, the red light emitting diode 11b, and the green light emitting diode 11c are mounted on the circuit board 11k. The circuit board 11k on which the blue light emitting diode 11a, the red light emitting diode 11b, and the green light emitting diode 11c are mounted is fixed to the heat sink 31 with bolts (not shown). The circuit board 11k is in contact with the heat sink 31, and heat generated by the blue light emitting diode 11a, the red light emitting diode 11b, and the green light emitting diode 11c is dissipated by the heat sink 31 through the circuit board 11k.

レンズ部材１１ｄ，１１ｅ，１１ｆは、夫々、青色発光ダイオード１１ａ，赤色発光ダイオード１１ｂ，緑色発光ダイオード１１ｃが発した青色光Ｂ，赤色光Ｒ，緑色光Ｇを集光させる。反射ミラー１１ｇは、青色発光ダイオード１１ａが発してレンズ部材１１ｄで集光された青色光Ｂを反射させる。ダイクロイックミラー１１ｈは、赤色発光ダイオード１１ｂが発してレンズ部材１１ｅで集光された赤色光Ｒを反射させると共に、反射ミラー１１ｇで反射された青色光Ｂを透過させる。ダイクロイックミラー１１ｉは、緑色発光ダイオード１１ｃが発してレンズ部材１１ｆで集光された緑色光Ｇを反射させると共に、反射ミラー１１ｈで透過または反射された青色光Ｂ，赤色光Ｒを透過させる。   The lens members 11d, 11e, and 11f collect the blue light B, red light R, and green light G emitted from the blue light emitting diode 11a, the red light emitting diode 11b, and the green light emitting diode 11c, respectively. The reflection mirror 11g reflects the blue light B emitted from the blue light emitting diode 11a and collected by the lens member 11d. The dichroic mirror 11h reflects the red light R emitted from the red light emitting diode 11b and collected by the lens member 11e, and transmits the blue light B reflected by the reflection mirror 11g. The dichroic mirror 11i reflects the green light G emitted from the green light emitting diode 11c and collected by the lens member 11f, and transmits the blue light B and red light R transmitted or reflected by the reflecting mirror 11h.

フレーム部材１１ｍは、突起からなる位置決め部１１ｐを有している。フレーム部材１１の位置決め部１１ｐをヒートシンク３１の凹部に嵌め入れることにより、フレーム部材１１がヒートシンク３１に位置決めされる。また、フレーム部材１１ｍには孔部１１ｔが形成されている。フレーム部材１１ｍの孔部１１ｔにボルト１１ｓが挿通され、ボルト１１ｓがヒートシンク３１に螺着されることにより、フレーム部材１１ｍがヒートシンク３１に固定される。   The frame member 11m has a positioning portion 11p made of a protrusion. The frame member 11 is positioned on the heat sink 31 by fitting the positioning portion 11 p of the frame member 11 into the recess of the heat sink 31. Further, a hole 11t is formed in the frame member 11m. The bolt 11s is inserted into the hole 11t of the frame member 11m, and the bolt 11s is screwed to the heat sink 31, whereby the frame member 11m is fixed to the heat sink 31.

表示ユニット１９は、ミラー部１２，プリズム１３，表示素子１４，投射レンズ部材１５をケース体１８に収容したものである。表示ユニット１９は、光源部１１とは直接的には接触していない。プリズム１３は、ミラー部１２からの光を透過させて表示素子１４に照射させる。表示素子１４によって生成された表示光Ｌは、プリズム１３の傾斜面１３ａによって、投射レンズ部材１５に向けて反射される。表示素子１４は、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等の反射型表示素子からなるものである。投射レンズ部材１５は、表示光Ｌを拡大し、平面鏡２１に投射する。投射レンズ部材１５は、１枚のレンズ部材で構成しても良いし、複数のレンズ部材で構成しても良い。   The display unit 19 is a case in which a mirror unit 12, a prism 13, a display element 14, and a projection lens member 15 are accommodated in a case body 18. The display unit 19 is not in direct contact with the light source unit 11. The prism 13 transmits the light from the mirror unit 12 and irradiates the display element 14 with it. The display light L generated by the display element 14 is reflected toward the projection lens member 15 by the inclined surface 13 a of the prism 13. The display element 14 is made of a reflective display element such as a DMD (Digital Micromirror Device). The projection lens member 15 enlarges the display light L and projects it onto the plane mirror 21. The projection lens member 15 may be composed of a single lens member or a plurality of lens members.

平面鏡２１は、支持部材２３に保持されており、プロジェクタ１０からの表示光Ｌを透過型スクリーン２６に反射させる。透過型スクリーン２６は支持部材２４に保持されており、プロジェクタ１０からの表示光Ｌが透過型スクリーン２６に結像される。偏光板２８は、直線偏光板からなるものであり、ハウジング４１の窓部４１ａに配設されている。偏光板２８の透過軸は、水平から５度〜４０度の角度であることが望ましく、車両運転者４がサングラスを着用していた場合であっても、虚像Ｖを良好に視認することができる。   The plane mirror 21 is held by the support member 23 and reflects the display light L from the projector 10 to the transmissive screen 26. The transmissive screen 26 is held by the support member 24, and the display light L from the projector 10 is imaged on the transmissive screen 26. The polarizing plate 28 is a linear polarizing plate and is disposed in the window 41 a of the housing 41. The transmission axis of the polarizing plate 28 is desirably an angle of 5 to 40 degrees from the horizontal, and the virtual image V can be viewed well even when the vehicle driver 4 is wearing sunglasses. .

ヒートシンク３１は、アルミニウム（Al）等の金属からなるものであり、複数の放熱フィン３１ａを有している。平面鏡２１及び透過型スクリーン２６は、保持部材２３，２４を介して、ヒートシンク３１に固定されている。ハウジング４１は、不透明な樹脂（例えばポリプロピレン）からなるものであり、プロジェクタ１０，平面鏡２１，透過型スクリーン２６等を収容する。ハウジング４１には、表示光Ｌが出射する窓部４１ａが形成されている。   The heat sink 31 is made of metal such as aluminum (Al) and has a plurality of heat radiation fins 31a. The plane mirror 21 and the transmission screen 26 are fixed to the heat sink 31 via holding members 23 and 24. The housing 41 is made of an opaque resin (for example, polypropylene), and houses the projector 10, the plane mirror 21, the transmission screen 26, and the like. The housing 41 is formed with a window 41a from which the display light L is emitted.

反射器５０は、平面鏡５１及び支持部材５２を有している。平面鏡５１は、第１ユニットＡからの表示光Ｌを凹面鏡６１に反射させる。支持部材５２は、ハウジング７１に固定されており、平面鏡３５を保持する。反射器６０は、凹面鏡６１，ミラーホルダー６２，ステッピングモータ６３，支持部材６４を有している。凹面鏡６１は、樹脂（例えばポリカーボネート）に金属（例えばアルミニウム）を蒸着させ反射面６１ａを形成したものである。反射面６１ａは凹面となっており、平面鏡５１にて反射された表示光Ｌが拡大されて虚像Ｖが表示される。凹面鏡６１はミラーホルダー６２に両面粘着テープにより接着されている。ミラーホルダー６２は樹脂（例えばＡＢＳ）からなるものであり、歯車部６５及び軸部６６が一体に形成されている。   The reflector 50 includes a plane mirror 51 and a support member 52. The plane mirror 51 reflects the display light L from the first unit A to the concave mirror 61. The support member 52 is fixed to the housing 71 and holds the plane mirror 35. The reflector 60 includes a concave mirror 61, a mirror holder 62, a stepping motor 63, and a support member 64. The concave mirror 61 is formed by depositing a metal (for example, aluminum) on a resin (for example, polycarbonate) to form a reflective surface 61a. The reflecting surface 61a is a concave surface, and the display light L reflected by the plane mirror 51 is enlarged to display the virtual image V. The concave mirror 61 is bonded to the mirror holder 62 with a double-sided adhesive tape. The mirror holder 62 is made of resin (for example, ABS), and the gear portion 65 and the shaft portion 66 are integrally formed.

ステッピングモータ６３の回動軸には歯車６７が取付けられており、この歯車６７は、ミラーホルダー６２の歯車部６５と噛合されている。凹面鏡６１はミラーホルダー６２と共に回動可能な状態で支持されており、ステッピングモータ６３により凹面鏡６１を回動させ、表示光Ｌの投射方向を調整することができる。車両運転者４は、押ボタンスイッチ（図示しない）を操作し表示光Ｌが目の位置に反射されるように（即ち、虚像Ｖを視認できるように）凹面鏡６１の角度を調整する。   A gear 67 is attached to the rotation shaft of the stepping motor 63, and this gear 67 is engaged with the gear portion 65 of the mirror holder 62. The concave mirror 61 is supported in a rotatable state together with the mirror holder 62, and the projection direction of the display light L can be adjusted by rotating the concave mirror 61 by the stepping motor 63. The vehicle driver 4 operates a pushbutton switch (not shown) to adjust the angle of the concave mirror 61 so that the display light L is reflected at the eye position (that is, the virtual image V can be visually recognized).

ハウジング７１は、不透明な樹脂（例えばポリプロピレン）からなり、反射器５０，６０が収容される。ハウジング７１には遮光壁７１ａが設けられており、太陽光等の外光が透過型スクリーン２６に入射し虚像Ｖが見えにくくなる現象（ウォッシュアウト）を防止している。遮光壁７１ａは平板形状になっており、ハウジング７１の上部から斜めに垂下するように形成されている。ハウジング７１の上面には、表示光Ｌが出射する開口部７１ｂが形成されており、この開口部７１ｂには、透光性カバー７２が貼着されている。透光性カバー７２は、ポリカーボネート等の透明樹脂からなるものであり、湾曲形状になっている。   The housing 71 is made of an opaque resin (for example, polypropylene) and accommodates the reflectors 50 and 60. The housing 71 is provided with a light shielding wall 71a to prevent a phenomenon (washout) in which external light such as sunlight enters the transmission screen 26 and the virtual image V becomes difficult to see. The light shielding wall 71 a has a flat plate shape and is formed so as to hang obliquely from the top of the housing 71. An opening 71b through which the display light L is emitted is formed on the upper surface of the housing 71, and a translucent cover 72 is attached to the opening 71b. The translucent cover 72 is made of a transparent resin such as polycarbonate and has a curved shape.

本実施形態によれば、太陽光等の外光が透過型スクリーン２６に入射したときであっても、透過型スクリーン２６で反射された前記外光の一部が偏光板２８で遮られ、表示コントラストが低下しないため、車両運転者４は虚像Ｖを視認しやすい。且つ、偏光板２８の透過軸が、水平方向になっていないため、車両運転者４が偏光サングラスを着用していた場合であっても、虚像Ｖを視認できる。   According to the present embodiment, even when external light such as sunlight is incident on the transmissive screen 26, a part of the external light reflected by the transmissive screen 26 is blocked by the polarizing plate 28 and displayed. Since the contrast does not decrease, the vehicle driver 4 can easily visually recognize the virtual image V. Moreover, since the transmission axis of the polarizing plate 28 is not in the horizontal direction, the virtual image V can be visually recognized even when the vehicle driver 4 is wearing polarized sunglasses.

なお、本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本実施形態の表示素子は反射型表示素子であったが、液晶表示素子等の透過型表示素子であっても良い。また、本実施形態は、偏光板２８をハウジング４１に配設したものであるが、偏光板２８は、光路上における透過型スクリーン２６の前側に配置されていれば良く、例えば、平面鏡５１と凹面鏡６１の間に配置しても良い。また、本実施形態の偏光部材は、偏光板２８であったが、例えば円偏光板であっても良い。   In addition, this invention is not limited to this embodiment, A various deformation | transformation is possible. For example, the display element of the present embodiment is a reflective display element, but may be a transmissive display element such as a liquid crystal display element. In this embodiment, the polarizing plate 28 is disposed in the housing 41. However, the polarizing plate 28 may be disposed on the front side of the transmission screen 26 on the optical path. For example, the flat mirror 51 and the concave mirror are used. You may arrange | position between 61. Moreover, although the polarizing member of this embodiment was the polarizing plate 28, for example, a circularly polarizing plate may be used.

１０ プロジェクタ
１１ 光源部（光源）
１４ 表示素子
２６ 透過型スクリーン（スクリーン）
２８ 偏光板（偏光部材）
Ｌ 表示光 10 Projector 11 Light source (light source)
14 display element 26 transmissive screen (screen)
28 Polarizing plate (polarizing member)
L Display light

Claims (4)

スクリーンと、前記スクリーンに表示光を投射するプロジェクタと、前記スクリーンの前側に配設された偏光部材と、を備えたことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。   A head-up display device comprising: a screen; a projector that projects display light on the screen; and a polarizing member disposed on a front side of the screen. 前記プロジェクタは、照明光を発する光源と、前記照明光から前記表示光を生成する表示素子と、を有することを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。   The head-up display device according to claim 1, wherein the projector includes a light source that emits illumination light and a display element that generates the display light from the illumination light. 前記偏光部材の透過軸が水平から５度〜４０度の角度であることを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。   The head-up display device according to claim 1, wherein a transmission axis of the polarizing member is an angle of 5 degrees to 40 degrees from the horizontal. 前記偏光部材は、直線偏光板であることを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。   The head-up display device according to claim 1, wherein the polarizing member is a linear polarizing plate.
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