JP2015232943A - ヘッドアップディスプレイ装置及びその照明ユニット - Google Patents
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Abstract
【解決手段】照明ユニット2は、拡大光学系を挟んだ視認領域との共役位置Plに配置されて光を放射する光源20と、光源20からの光を表示器へ向かって集光する複数段の集光レンズ21とを一組の照明単位26として、所定の基準方向Xに並ぶ複数組の当該照明単位26を、備える。各組の照明単位26は、光源20に最近接の集光レンズ21としての初段レンズ22と、光源20から最離間の集光レンズ21としての最後段レンズ24とを含む。各組の照明単位26のうち周辺照明単位26sにおいて、全段の集光レンズ21の主点Pis,Pfsは、表示器での画角中心の周辺を通過して視認領域に到達する周辺主光線Rs上に配置され、光源20は、初段レンズ22の光軸Aisから基準方向Xに偏心することにより、周辺主光線Rs上に配置される。
【選択図】図3
Description
図1に示すように、本発明の第一実施形態によるHUD装置1は、「移動体」としての車両8に搭載されて、インストルメントパネル80内に収容されている。HUD装置1は、車両8の「表示部材」であるウインドシールド81へ表示像10を投影する。その結果、車両8の室内では、ウインドシールド81により反射した表示像10の光が視認者9のアイポイント90に到達する。視認者9は、アイポイント90への到達光を知覚することにより、ウインドシールド81の前方に表示像10の虚像10aを視認する。このとき虚像10aの視認は、アイポイント90が車両8の室内のうち視認領域91に位置する場合に、限られる。換言すれば、アイポイント90が視認領域91から外れている場合には、視認者9による虚像10aの視認が困難となる。
次に、第一実施形態による各組照明単位26の構造を、さらに詳細に説明する。
各組照明単位26の最後段レンズ面240は、本実施形態では、シリンドリカル型(図2参照)の凸レンズ面状に形成されている。これにより各組照明単位26の最後段レンズ面240は、互いに同一のレンズプロファイルとして、それぞれの定める光軸Afc又はAfsを基準方向Xに挟んで線対称形となるプロファイルを、有している。それと共に各組照明単位26の最後段レンズ面240は、基準方向Xに沿う縦断面では、それぞれの定める光軸Afc又はAfsを挟んだ両側にて少なくとも一階微分且つ二階微分が可能となるように、所定の有効径φf及び曲率Cfを有している。尚、最後段レンズ面240については、二階微分まで可能であってもよいし、三階以上の階数での微分まで可能であってもよい。
Gc=(ff−D)/{1+(ff−D)/fi} …(式1)
ff−D>0 …(式2)
Gl≦Gc …(式3)
ε={fi/(D+L−L・D/ff)}・{Δai−L・(Δai−Δaf)/ff} …(式4)
ここまで説明した第一実施形態の作用効果を、以下に説明する。
図5〜7に示すように本発明の第二実施形態は、第一実施形態の変形例である。第二実施形態による各組照明単位2026の二段の集光レンズ2021のうち、初段レンズ22よりも後段側の最後段レンズ2024は、第一レンズ面部2240と第二レンズ面部2241とを交互に複数ずつ配列してなる最後段レンズ面2242を、有している。
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は、それらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。
Claims (9)
- 表示器(5)により形成されて拡大光学系(6)により拡大された表示像(10)を移動体(8)の表示部材(81)に投影することにより、当該表示像の虚像(10a)を前記移動体の室内のうち視認領域(91)にて視認可能に表示するヘッドアップディスプレイ装置(1)において、前記表示器を透過照明して前記表示像の光を前記視認領域まで到達させる照明ユニット(2)であって、
前記拡大光学系を挟んで前記視認領域と共役な共役位置(Pl)に配置されて光を放射する光源(20)と、前記光源からの光を前記表示器へ向かって集光する複数段の集光レンズ(21,2021)とを、一組の照明単位(26,2026)として、所定の基準方向(X)に並ぶ複数組の当該照明単位を、備え、
各組の前記照明単位は、前記光源に最も近接して配置される前記集光レンズとしての初段レンズ(22)と、前記光源から最も離間して配置される前記集光レンズとしての最後段レンズ(24,2024)とを、少なくとも含み、
各組の前記照明単位のうち一組の前記照明単位である中心照明単位(26c,2026c)において、前記初段レンズから前記最後段レンズまでの全段の前記集光レンズの主点(Pic,Pfc)は、前記表示器の画角中心(Od)を通過して前記視認領域に到達する中心主光線(Rc)上に配置され且つ前記光源は、前記初段レンズの光軸(Aic)と位置合わせされることにより、前記中心主光線上に配置され、
各組の前記照明単位のうち残りの組の前記照明単位である周辺照明単位(26s,2026s)において、全段の前記集光レンズの主点(Pis,Pfs)は、前記表示器での前記画角中心の周辺を通過して前記視認領域に到達する周辺主光線(Rs)上に配置され且つ前記光源は、前記初段レンズの光軸(Ais)から前記基準方向に偏心することにより、前記周辺主光線上に配置されることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置の照明ユニット。 - 前記中心主光線は、前記表示器の前記画角中心を通過して前記視認領域の中心位置(Ov)に到達するように、定義され、
前記周辺主光線は、前記表示器での前記画角中心の周辺を通過して前記視認領域の前記中心位置に到達するように、定義され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の照明ユニット。 - 各組の前記照明単位において、前記初段レンズから前記最後段レンズまで全段の前記集光レンズを合成した合成レンズの合成焦点(Pc)を、想定すると、前記初段レンズの主平面(224)は、前記光源との間にあける間隔(Gl)を、前記合成焦点との間にあける間隔(Gc)以下に設定されることを特徴とする請求項1又は2に記載のヘッドアップディスプレイ装置の照明ユニット。
- 各組の前記照明単位において、正パワーが最大となる前記集光レンズは、前記初段レンズであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ装置の照明ユニット。
- 各組の前記照明単位は、それぞれ二段ずつ設けられる前記集光レンズとして、最大の正パワーにより前記光源からの光を集光する前記初段レンズと、前記初段レンズを通した前記光源からの光を集光することにより当該光の結像位置を調整する前記最後段レンズとを、含むことを特徴とする請求項4に記載のヘッドアップディスプレイ装置の照明ユニット。
- 前記中心主光線は、前記表示器の前記画角中心を通過して前記視認領域の中心位置(Ov)に到達するように、定義され、
前記周辺主光線は、前記表示器での前記画角中心の周辺を通過して前記視認領域の前記中心位置に到達するように、定義され、
前記周辺照明単位において前記初段レンズの前記光軸に対して前記光源が偏心する偏心距離εは、
前記周辺照明単位における前記初段レンズの焦点距離fiと、前記周辺照明単位における前記最後段レンズの焦点距離ffと、前記周辺照明単位における前記初段レンズ及び前記最後段レンズの主平面間距離Dと、前記周辺照明単位において前記基準方向に並ぶ前記初段レンズ同士の光軸間距離Δaiと、前記周辺照明単位において前記基準方向に並ぶ前記最後段レンズ同士の光軸間距離Δafと共に、前記中心照明単位における前記最後段レンズの主平面及び前記視認領域間の光学距離Lを用いた関係式として、
ε={fi/(D+L−L・D/ff)}・{Δai−L・(Δai−Δaf)/ff}
を成立させることを特徴とする請求項5に記載のヘッドアップディスプレイ装置の照明ユニット。 - 各組の前記照明単位(2026)において、前記最後段レンズ(2024)は、
第一光軸(Af1)を第二光軸(Af2)から前記基準方向に偏心させて定める仮想レンズ面として、前記基準方向に並ぶ前記第一光軸と前記第二光軸との間にて少なくとも二階微分が可能な第一仮想レンズ面(2240a)から、一部分ずつ抽出した形状に形成される複数の第一レンズ面部(2240)と、
前記第二光軸を定める仮想レンズ面として、前記基準方向に並ぶ前記第一光軸と前記第二光軸との間にて少なくとも一階微分が可能な第二仮想レンズ面(2241a)から、一部分ずつ抽出した形状に形成され、前記基準方向において前記第一レンズ面部と交互に配列される複数の第二レンズ面部(2241)とを、有し、
各組の前記照明単位のうち前記中心照明単位(2026c)では、前記光源及び前記第一光軸が前記初段レンズの光軸(Aic)と位置合わせされ、
各組の前記照明単位のうち前記中心照明単位(2026s)では、前記光源及び前記第一光軸が前記初段レンズの光軸(Ais)から相反方向に偏心することを特徴とする請求項5又は6に記載のヘッドアップディスプレイ装置の照明ユニット。 - 各組の前記照明単位をなす前記初段レンズ同士は、初段レンズアレイ(22a)を構成すると共に、各組の前記照明単位をなす前記最後段レンズ同士は、前記初段レンズアレイに組み合わされる最後段レンズアレイ(24a)を構成することを特徴とする請求項5〜7のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ装置の照明ユニット。
- 表示器(5)により形成されて拡大光学系(6)により拡大された表示像(10)を移動体(8)の表示部材(81)に投影することにより、当該表示像の虚像(10a)を前記移動体の室内のうち視認領域(91)にて視認可能に表示するヘッドアップディスプレイ装置(1)であって、
請求項1〜8のいずれか一項に記載の照明ユニット(2)と共に、前記表示器及び前記拡大光学系が設けられることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
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