JP2016180922A - Head-up display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶表示パネルを用いたヘッドアップディスプレイ装置に関する。 The present invention relates to a head-up display device using a liquid crystal display panel.
近年、液晶表示パネルを用いた車載用ヘッドアップディスプレイ装置の開発が進んでいる。ヘッドアップディスプレイ装置は、車両の速度またはカーナビゲーション情報などの情報を、虚像として、運転者の視線方向に車両の前景と重畳させて表示する。そのため、車両の前方を注視している運転者が、少ない視線移動で情報を視認することができる。運転者が情報を視認できる範囲(領域)をアイボックスと称する。 In recent years, an in-vehicle head-up display device using a liquid crystal display panel has been developed. The head-up display device displays information such as vehicle speed or car navigation information as a virtual image superimposed on the foreground of the vehicle in the direction of the driver's line of sight. Therefore, the driver who is gazing in front of the vehicle can visually recognize the information with a small amount of line-of-sight movement. A range (area) in which the driver can visually recognize information is referred to as an eye box.
一般に、ヘッドアップディスプレイ装置は、車両内の狭いスペースに収める必要があるため、装置全体のサイズを小さくすることが求められる。 In general, since the head-up display device needs to be stored in a narrow space in the vehicle, it is required to reduce the size of the entire device.
ヘッドアップディスプレイ装置は、晴天時など、車外の景色が明るい条件下でも視認性を確保する必要がある。また、車両の走行に関する重要な情報(車両の速度など)を、運転者の眼の位置に関わらず、運転者に視認させる必要もある。そのため、表示画像の高輝度化および輝度分布の均一性の向上、並びに、アイボックスに到達する映像光の照度分布の均一性の向上が求められている。 The head-up display device needs to ensure visibility even when the scenery outside the vehicle is bright, such as in fine weather. In addition, it is necessary for the driver to visually recognize important information (such as the vehicle speed) related to vehicle travel regardless of the position of the driver's eyes. Therefore, it is required to increase the brightness of the display image, improve the uniformity of the brightness distribution, and improve the uniformity of the illuminance distribution of the image light reaching the eye box.
表示画素の高輝度化のためには、液晶表示パネルから出射される光(映像光)のうち、アイボックスからはみ出す光の量を抑えることが必要である。また、映像光を投写する投写光学系に入射する入射光の光軸と、液晶表示パネルを照明する照明光の光軸とを一致させることも必要である。 In order to increase the brightness of the display pixels, it is necessary to suppress the amount of light that protrudes from the eye box out of light (image light) emitted from the liquid crystal display panel. In addition, it is necessary to make the optical axis of incident light incident on a projection optical system that projects image light coincide with the optical axis of illumination light that illuminates the liquid crystal display panel.
また、表示画像の輝度分布の均一化のために、透過型の液晶表示パネルを、背面側(運転者の反対側)からLED光源によって照明する必要がある。このとき、液晶表示パネルの面内の照度分布を均一化し、且つ所望の輝度を得るために、複数のLED光源を用いるのが一般的である。しかしながら、複数のLED光源を用いると、液晶表示パネルの表示面において、隣り合うLED光源から出射された照明光が重なり合う領域と、照明光の重なり合いの少ない領域とが生じるため、輝度分布の均一性が低下し、輝度むらが生じる可能性がある。 In order to make the luminance distribution of the display image uniform, it is necessary to illuminate the transmissive liquid crystal display panel from the back side (opposite the driver) with an LED light source. At this time, in order to make the illuminance distribution in the surface of the liquid crystal display panel uniform and obtain a desired luminance, it is common to use a plurality of LED light sources. However, when a plurality of LED light sources are used, an area where the illumination light emitted from adjacent LED light sources overlaps and an area where the illumination light overlaps little occurs on the display surface of the liquid crystal display panel. May decrease and uneven brightness may occur.
輝度むらを抑えるため、特許文献1には、複数のLED光源と、コリメータレンズと、両凸形状のレンズアレイと、一対のフィールドレンズとを有する照明光学系を用いて、液晶表示パネルを照明する構成が開示されている。一対のフィールドレンズによってレンズアレイの入射面と液晶表示パネルの表示面とを互いに共役な関係にすることで、液晶表示パネルを均一に照明し、輝度むらを抑えている。
In order to suppress uneven brightness,
しかしながら、上記の技術では、高価な両凸形状のレンズアレイを用いるため製造コストが上昇し、一対のフィールドレンズを用いるため光学素子の数が増加する。また、上記の技術では、輝度分布の均一性および光利用効率がレンズアレイへの入射光の平行性(コリメート性)に大きく依存するため、光学部品の高い寸法精度および位置決め精度が要求される。 However, in the above technique, an expensive biconvex lens array is used, so that the manufacturing cost increases, and a pair of field lenses is used, so that the number of optical elements increases. Further, in the above technique, since the uniformity of the luminance distribution and the light use efficiency greatly depend on the parallelism (collimating property) of the incident light to the lens array, high dimensional accuracy and positioning accuracy of the optical component are required.
また、レンズアレイの性質上、レンズアレイに含まれるレンズ要素の数が多いほど液晶表示パネル上の照明光の均一性を高める効果が大きくなり、レンズ要素の数が少ないほどその効果が小さくなる。レンズアレイのレンズ要素の数は、液晶表示パネルとレンズアレイの出射面との距離(すなわち光学倍率)によって一意に決まり、距離が長いほどレンズ要素の数が多くなる。そのため、照明光の均一性を高める(すなわちレンズ要素の数を多くする)ためには、液晶表示パネルとレンズアレイの出射面との距離を長くする必要があり、照明光学系の大型化を招く。 Further, due to the nature of the lens array, the effect of increasing the uniformity of illumination light on the liquid crystal display panel increases as the number of lens elements included in the lens array increases, and the effect decreases as the number of lens elements decreases. The number of lens elements in the lens array is uniquely determined by the distance (that is, optical magnification) between the liquid crystal display panel and the exit surface of the lens array, and the longer the distance, the larger the number of lens elements. Therefore, in order to improve the uniformity of illumination light (that is, increase the number of lens elements), it is necessary to increase the distance between the liquid crystal display panel and the exit surface of the lens array, resulting in an increase in the size of the illumination optical system. .
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、製造コストの上昇および装置の大型化を伴わずに、表示画像の高輝度化と、輝度の均一性の向上を実現することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and achieves higher brightness of display images and improved brightness uniformity without increasing manufacturing costs and increasing the size of the apparatus. With the goal.
上記の課題を解決するため、本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、映像を表示する液晶表示パネルと、液晶表示パネルに表示された映像を投写する投写光学系と、液晶表示パネルを照明するための照明光を出射する複数のLED光源と、複数のLED光源からの照明光を平行光に変換するコリメータレンズと、コリメータレンズからの照明光を拡散する拡散素子と、拡散素子からの照明光を液晶表示パネルに入射させるフィールドレンズであって、液晶表示パネルに入射する照明光の光軸と、投写光学系に入射する入射光の光軸とを一致させるフィールドレンズとを有する。拡散素子の出射面は、アイボックスの面と共役な位置に配置されている。 In order to solve the above-described problems, a head-up display device according to the present invention includes a liquid crystal display panel that displays an image, a projection optical system that projects an image displayed on the liquid crystal display panel, and an illumination device for illuminating the liquid crystal display panel. A plurality of LED light sources that emit illumination light, a collimator lens that converts illumination light from the plurality of LED light sources into parallel light, a diffusion element that diffuses illumination light from the collimator lens, and liquid crystal that emits illumination light from the diffusion element A field lens that is incident on the display panel and has a field lens that matches the optical axis of illumination light incident on the liquid crystal display panel with the optical axis of incident light incident on the projection optical system. The exit surface of the diffusing element is disposed at a position conjugate with the surface of the eye box.
本発明によれば、製造コストの上昇および装置の大型化を伴わずに、表示画像を高輝度化し、輝度の均一性を向上することができる。 According to the present invention, it is possible to increase the luminance of a display image and improve the luminance uniformity without increasing the manufacturing cost and enlarging the apparatus.
実施の形態1.
<ヘッドアップディスプレイ装置の構成>
図1は、本発明の実施の形態1のヘッドアップディスプレイ装置10を含むヘッドアップディスプレイシステムの構成を示す図である。図1に示したヘッドアップディスプレイシステムは、例えば、自動車等の車両に搭載されるものである。ヘッドアップディスプレイシステムは、照明光学系1と、液晶表示パネル15と、投写光学系2と、アイボックス3とを有している。このうち、照明光学系1、液晶表示パネル15および投写光学系2によって、ヘッドアップディスプレイ装置10が構成されている。
<Configuration of head-up display device>
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a head-up display system including a head-up
図2は、実施の形態1のヘッドアップディスプレイ装置10の使用例を説明するための模式図である。照明光学系1および液晶表示パネル15は、自動車等の車両8のダッシュボードに配置されている。投写光学系2は、運転者6から視認できる位置、例えば、車両8のウインドシールド(フロントウインドウ)81の手前に配置されている。なお、照明光学系1および投写光学系2の配置は、上述した例に限定されるものではない。
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining an example of use of the head-up
運転者6は、投写光学系2の虚像表示作用によって、液晶表示パネル15に表示された映像(虚像)7を、ウインドシールド81の前景と重なるように視認することができる。すなわち、前景を視認していた運転者6が、少ない視点移動で映像7を視認することができる。アイボックス3は、運転者6(視認者)が情報を視認可能な領域として、運転者6の眼61の位置に設定される。アイボックス3の位置は、車両8内の運転者6の眼61の位置に設定される。
The
図1において、液晶表示パネル15の表示面の法線方向をZ方向とする。Z方向については、液晶表示パネル15から投写光学系2に向かう方向を+Z方向とし、その反対方向を−Z方向とする。また、液晶表示パネル15の表示面内における水平方向をX方向とし、X方向と垂直な方向をY方向とする。他の図においても、X方向、Y方向およびZ方向は、図1と同様の方向を示すものとする。なお、図1では、液晶表示パネル15の表示面の方向を、一点鎖線で示している。
In FIG. 1, the normal direction of the display surface of the liquid
図1を参照して、ヘッドアップディスプレイ装置10の各構成要素について説明する。照明光学系1は、LED(発光ダイオード)光源11と、コリメータレンズ12と、拡散シート13と、フィールドレンズ14とを備えている。
With reference to FIG. 1, each component of the head-up
LED光源11は、ヘッドアップディスプレイ装置10の光源である。ここでは、複数(例えば3個)のLED光源11がX方向に配列されている(後述する図6参照)。LED光源11は、例えば、X方向に3個、Y方向に1個(すなわち1行3列に)配列されている。但し、LED光源11の個数および配列は、この例に限定されるものではなく、液晶表示パネル15の有効エリアの縦横比と、液晶表示パネル15の表示面で所望の輝度を得るために必要な総光量とによって決まる。
The
LED光源11の出射光軸11a(すなわち、LED光源11の出射面の中心を通る法線)の方向は、Z方向である。コリメータレンズ12、拡散シート13およびフィールドレンズ14は、LED光源11の出射光軸11aの方向に配列されている。
The direction of the outgoing
コリメータレンズ12は、LED光源11の出射側に配置されている。コリメータレンズ12は、LED光源11から出射された発散状態の光(照明光)を平行光に変換して出射する。なお、「平行光」とは、平行に進行する光を示すが、厳密な平行光に限らず、実質的に平行光とみなすことができる光も含む。
The
コリメータレンズ12の数は、LED光源11と同じ(例えば3個)である。コリメータレンズ12は、当該コリメータレンズ12の光軸が、LED光源11の出射光軸11aと一致するように設置されている。
The number of
なお、コリメータレンズ12は、製造コストを低減する上では、複数個が一体成形されていることが望ましいが、これに限定されるものではない。例えば、個別に成形した複数のコリメータレンズ12を一体的に保持するようにしてもよい。
In order to reduce the manufacturing cost, it is desirable that a plurality of
拡散シート13(拡散素子)は、コリメータレンズ12の出射側に配置されている。拡散シート13には、コリメータレンズ12から出射された光(照明光)が入射する。拡散シート13は、入射した照明光を拡散し、アイボックス3のサイズに合った角度で出射面13aから出射する。拡散シート13は、例えばアクリル樹脂で形成されているが、これに限定されるものではなく、例えばポリカーボネート樹脂またはガラスであってもよい。
The diffusion sheet 13 (diffusion element) is disposed on the emission side of the
ここでは1枚の拡散シート13を用いているが、拡散シート13の数は1枚に限定されるものではない。例えば、拡散の少ない拡散シート13を複数枚重ねて使用するなど、所望の拡散特性に合わせて拡散シート13の枚数を増減することができる。拡散シート13は、シート状に限らず、例えば板状であってもよい。
Here, one
拡散シート13が光を拡散する構成としては、種々の構成を採用することができる。例えば、拡散シート13の表面(出射面13a)を粗面にすることによって光を拡散させてもよいし、拡散シート13の内部に光拡散粒子を配合してもよい。あるいは、ホログラフィック拡散シートのように、拡散シート13の表面にホログラムを形成してもよいし、マイクロレンズなどの光学形状を設けてもよい。
Various configurations can be adopted as the configuration in which the
フィールドレンズ14は、拡散シート13の出射側に配置されている。フィールドレンズ14には、拡散シート13から出射された所望の拡散特性を持った光(照明光)が入射する。フィールドレンズ14は、液晶表示パネル15上に形成された像を虚像として結像させる結像作用には寄与しないが、拡散シート13とアイボックス3とを共役(すなわち結像関係)にするように機能し、且つ、被照明体(液晶表示パネル15)よりも外側に向かおうとする光線を内側へ屈折させて液晶表示パネル15に入射させる。
The
また、フィールドレンズ14は、投写光学系2の設計に合わせて液晶表示パネル15の面内の各位置に応じた出射方向で光を出射し、これにより、投写光学系2の入射光の光軸2aと、照明光学系1から出射される照明光(すなわち液晶表示パネル15を照明する照明光)の光軸1aとを一致させる役割を有する。
Further, the
図3は、フィールドレンズ14の役割を説明するための模式図である。投写光学系2の入射光の光軸2aは、フィールドレンズ14の入射光の光軸(LED光源11の出射光軸11aと平行)に対して傾斜している。そこで、フィールドレンズ14を、その入射光の光軸に対して例えば偏心させて配置することにより、フィールドレンズ14の出射光の光軸を投写光学系2の入射光の光軸2aと一致させる。フィールドレンズ14の出射光の光軸は、照明光学系1が液晶表示パネル15を照明する照明光の光軸1aとなる。
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the role of the
なお、図3では、フィールドレンズ14の役割を分かり易く示すため、照明光の光軸1aとLED光源11の出射光軸11aとの傾きを誇張して図示している。フィールドレンズ14は、例えば両凸形状を有し、入射面のパワーが出射面のパワーよりも大きいが、このような形状に限定されるものではない。
In FIG. 3, the tilt of the
図1に戻り、液晶表示パネル15は、照明光学系1(LED光源11、コリメータレンズ12、拡散シート13およびフィールドレンズ14)の照明光によって照明される被照明体である。液晶表示パネル15は透過型であり、フィールドレンズ14から出射された照明光が入射し、入力信号に応じた光(映像光)を出射する。液晶表示パネル15は、X方向の長さがY方向の長さよりも長い(すなわち横長の)有効エリアを有し、映像情報を表示する。有効エリアのアスペクト比は、例えば、16:9、4:3、2:1等である。
Returning to FIG. 1, the liquid
投写光学系2は、液晶表示パネル15からの映像光を、運転者6(図2)の眼61に対して虚像(図2の映像7)として表示する。投写光学系2の入射光の光軸2aは、上述したように照明光学系1が液晶表示パネル15を照明する照明光の光軸1aと一致している。また、投写光学系2の出射光の光軸2bは、アイボックス3の中心31に向かう。
The projection
投写光学系2は、虚像を表示するためのコンバイナ21で構成されている。コンバイナ21は、ここでは一つの凹面ミラーで構成されている。但し、このような構成に限定されるものではなく、複数の凹面ミラーを用いてもよく、また平面ミラーを組み合わせて用いてもよい。コンバイナ21は、例えば、アクリルまたはポリカーボネートなどの樹脂で構成されている。コンバイナ21の表面に、液晶表示パネル15からの映像光の反射率を高めるための表面処理を施してもよい。
The projection
コンバイナ21は、ハーフミラーのように光を透過する作用も有する。運転者6は、コンバイナ21の虚像表示作用および光透過作用によって、液晶表示パネル15に表示された映像を、ウインドシールド81(図2)の前景上に浮き出ているように視認することができる。
The
<拡散シートの配置>
次に、照明光学系1における拡散シート13の配置について説明する。図4は、実施の形態1のヘッドアップディスプレイ装置10の構成要素のYZ面内における配置および主光線を示す図である。本明細書では、「主光線」とは、液晶表示パネル15の面内の各点を通り、アイボックス3の中心31に集光する光線を示す。図4では、投写光学系2から出射された主光線を符号41で示し、照明光学系1内の主光線を符号51で示す。主光線は、液晶表示パネル15の面内の輝度分布の均一性を考える上で重要である。
<Arrangement of diffusion sheet>
Next, the arrangement of the
投写光学系2の主光線41および照明光学系1内の主光線51は、図4では液晶表示パネル15の表示面(XY面)に対して垂直に示されているが、実際には、液晶表示パネル15の表示面に対して傾斜している(図3参照)。
Although the
図4に示すように、アイボックス3の中心31に集光する主光線41は、拡散シート13の中心から出射され、フィールドレンズ14を介して液晶表示パネル15の面内の各点を通った光線である。なお、フィールドレンズ14を透過した光線は、図4では平行光として示しているが、実際には図5に符号43で示すように角度を持って液晶表示パネル15から出射される。
As shown in FIG. 4, the
本実施の形態では、フィールドレンズ14の偏心量(図3参照)および曲率、並びに投写光学系2の光学特性(例えばコンバイナ21である凹面ミラーの曲率)の設定によって、図4に示すYZ面内において、アイボックス3と共役な位置に拡散シート13を配置している。より具体的には、アイボックス3の面と共役な位置に、拡散シート13の出射面13aを配置している。
In the present embodiment, the YZ plane shown in FIG. 4 is set by setting the amount of eccentricity (see FIG. 3) and curvature of the
なお、「共役な位置」とは、厳密に共役な位置だけでなく、実質的に共役な位置とみなすことができる位置も含む。 The “conjugate position” includes not only a strictly conjugate position but also a position that can be regarded as a substantially conjugate position.
このように、拡散シート13を、YZ面内においてアイボックス3と共役な位置に配置することにより、アイボックス3の中心31から運転者6が見ると、液晶表示パネル15の面内の各点は均一な輝度で視認される。すなわち、液晶表示パネル15の面内の輝度分布を均一化することができる。
In this way, by disposing the
図6は、実施の形態1のヘッドアップディスプレイ装置10の構成要素のXZ面内における配置および主光線を示す図である。図6に示したXZ面では、複数のLED光源11がX方向に並んでいる。そのため、フィールドレンズ14および投写光学系2の光学特性の設定によってアイボックス3と共役な位置を確保して、その位置に拡散シート13を配置したとしても、複数のLED光源11から射出された光を全て取り込むことは難しく、光利用効率の低下を招く。そこで、本実施の形態では、拡散シート13を、YZ面(図4)において、アイボックス3と共役な位置に配置している。
FIG. 6 is a diagram showing the arrangement and principal rays in the XZ plane of the components of the head-up
次に、アイボックス3の面内の照度分布の均一性について説明する。図7は、実施の形態1のヘッドアップディスプレイ装置10の構成要素のYZ面内における配置および側光線を示す図である。本明細書では、「側光線」とは、液晶表示パネル15の中心を通り、アイボックス3の面内の各点に入射する光線を指す。図7には、投写光学系2から出射された側光線を符号42で示し、照明光学系1内の側光線を符号52で示す。側光線は、アイボックス3の面内の各点から見た液晶表示パネル15の中心の輝度(すなわちアイボックス3の面内の照度分布)を考える上で重要である。
Next, the uniformity of the illuminance distribution in the surface of the
液晶表示パネル15の中心を通ってアイボックス3の面内の各点を通る側光線42は、図7に示すようにLED光源11の中心から出射されてコリメータレンズ12によって平行光となり、フィールドレンズ14によって液晶表示パネル15の中心に集光された光に含まれる各光線である。LED光源11は、その出射角の範囲内で均一な光量で光を出射するため、コリメータレンズ12から出射される平行光の光束断面内の光量分布は均一と考えることができる。
Side rays 42 passing through the center of the liquid
図7に示すように、コリメータレンズ12から出射された平行光(すなわち光量分布が均一な平行光)が拡散シート13に入射し、拡散シート13で拡散された光の一部の成分、例えば平行光に近い光が液晶表示パネル15の各点、例えば中心に集光し、この光に含まれる各光線がアイボックス3の面内の各点に到達する。このとき、拡散シート13を透過した光の、拡散シート13上の位置および拡散光の角度に対する光強度分布は均一とみなすことができる。そのため、アイボックス3の面内の照度分布(より具体的には、アイボックス3に到達する映像光の照度分布)は均一となる。このアイボックス3の面内の照度分布の均一化は、主に、拡散シート13およびフィールドレンズ14の構成によって実現される。
As shown in FIG. 7, parallel light emitted from the collimator lens 12 (that is, parallel light with a uniform light amount distribution) enters the
なお、図7では、コリメータレンズ12を透過した光がやや集光しているように図示しているが、このような例に限定されるものではない。コリメータレンズ12を透過した光の集光状態は、ヘッドアップディスプレイ装置10のパッケージサイズ等に応じて決まるLED光源11と液晶表示パネル15との距離を考慮して、コリメータレンズ12およびフィールドレンズ14の曲率および屈折率(パワー)によって調整される。
In FIG. 7, the light transmitted through the
<実施の形態の効果>
以上説明したように、本発明の実施の形態1によれば、照明光学系1の拡散シート13の出射面13aをアイボックス3の面と共役な位置に配置したため、アイボックス3から見た液晶表示パネル15の面内の輝度分布の均一性を向上することができる。
<Effect of Embodiment>
As described above, according to the first embodiment of the present invention, since the
特に、複数のLED光源11を一列に配列し、その配列方向(X方向)に直交する面(YZ面)において、拡散シート13の出射面13aをアイボックス3の面と共役な位置に配置したため、複数のLED光源11の光を取り込んで光利用効率を向上しながら、液晶表示パネル15の面内の輝度分布の均一性を向上することができる。
In particular, a plurality of
加えて、フィールドレンズ14により、アイボックス3からはみ出す光の量を抑え、且つ投写光学系2の入射光の光軸2aと照明光の光軸1aとを一致させているため、アイボックス3から見た液晶表示パネル15の高輝度化を実現することができる。
In addition, the amount of light protruding from the
また、例えば特許文献1に開示されているような両凸形状のレンズアレイおよび一対のフィールドレンズを設ける必要がないため、製造コストを増加させることがなく、また、照明光学系1を大型化することもない。
Further, for example, there is no need to provide a biconvex lens array and a pair of field lenses as disclosed in
さらに、コリメータレンズ12から出射された平行光が、拡散シート13に入射して拡散され、その拡散された光の一部(例えば平行光に近い光)が液晶表示パネル15の各点(例えば中心)に集光し、その光に含まれる各光線がアイボックス3の面内の各点に到達するようにしたため、アイボックス3の面内における照度分布の均一性を向上することができる。
Further, the parallel light emitted from the
変形例.
図8は、実施の形態1の変形例によるヘッドアップディスプレイ装置10Aを含むヘッドアップディスプレイシステムを示す図である。この変形例では、輝度むらを低減することを目的として、実施の形態1の拡散シート13に代えて、2つの拡散シート18,19を設けている。
Modified example.
FIG. 8 is a diagram showing a head-up display system including a head-up
拡散シート18は、入射光を一方向に拡散するレンチキュラーレンズシートであり、ここではコリメータレンズ12の出射側に配置されている。拡散シート19は、入射光を等方向に拡散する一般的な拡散シートであり、ここではフィールドレンズ14と液晶表示パネル15との間に配置されている。
The
この変形例では、YZ面内において、アイボックス3の面と共役な位置に、拡散シート18(レンチキュラーレンズシート)の出射面が配置されている。
In this modification, the exit surface of the diffusion sheet 18 (lenticular lens sheet) is disposed at a position conjugate with the surface of the
この変形例によれば、実施の形態1で説明した各効果に加えて、拡散シート18,19を設けたことにより、複数のLED光源11をX方向に並べて配置したことに起因する輝度むらを低減することができる。すなわち、アイボックス3から見た液晶表示パネル15の面内の輝度分布の均一性をさらに向上することができる。
According to this modification, in addition to the effects described in the first embodiment, by providing the
実施の形態2.
図9は、本発明の実施の形態2のヘッドアップディスプレイ装置10Bを含むヘッドアップディスプレイシステムを示す図である。実施の形態2のヘッドアップディスプレイ装置10Bは、投写光学系2Bの構成が、実施の形態1のヘッドアップディスプレイ装置10の投写光学系2と異なる。実施の形態1の投写光学系2はコンバイナ21(図1)で構成されていたが、実施の形態2の投写光学系2Bは、凹面ミラー22とウインドシールド23とで構成されている。
FIG. 9 is a diagram showing a head-up display system including the head-up
ウインドシールド23は、図2に示した車両8のウインドシールド(フロントウインドウ)81である。このウインドシールド23は、例えば、硝子と樹脂とを貼り合わせて構成されている。但し、このような材料に限定されるものではない。
The
凹面ミラー22は、例えば、樹脂などで構成された基材の表面にアルミニウムなどのコーティング処理によって反射面を形成したものであるが、このような材料に限定されるものではない。凹面ミラー22は、実施の形態1のコンバイナ21のように光を透過する必要がないため、光を全反射する性質を有する。凹面ミラー22の数量および形状は、上記に限定されるものではない。例えば、凹面ミラーの他に、凸面ミラーまたは平面ミラーを用いてもよく、複数のミラーを用いてもよい。
For example, the
凹面ミラー22は、液晶表示パネル15の映像光をウインドシールド23に向けて拡大投影し、運転者6(図2)は、ウインドシールド23の前方に映像(虚像)を視認する。すなわち、ウインドシールド23は、前景と映像とを重ね合わせるコンバイナとして機能する。これにより、運転者は、少ない視点移動で映像を視認することができる。
The
照明光学系1および液晶表示パネル15は、実施の形態1と同様に構成されている。すなわち、照明光学系1の拡散シート13の出射面13aは、YZ面内において、アイボックス3の面に対して共役な位置に配置されている。
The illumination
本発明の実施の形態2によれば、投写光学系2として凹面ミラー22とウインドシールド23とを用いる構成においても、実施の形態1と同様の効果を達成することができる。
According to the second embodiment of the present invention, even in the configuration using the
なお、実施の形態1の変形例で説明した拡散シート18,19(図8)を、実施の形態2の照明光学系1に適用することも可能である。
Note that the
本発明は、例えば自動車等の車両のヘッドアップディスプレイ装置に利用することができる。また、自動車に限らず、飛行機等の分野でも利用することができる。 The present invention can be used for a head-up display device of a vehicle such as an automobile. Moreover, it can be used not only for automobiles but also for fields such as airplanes.
1 照明光学系、 1a 照明光の光軸、 10,10A,10B ヘッドアップディスプレイ装置、 11 LED光源、 12 コリメータレンズ、 13 拡散シート(拡散素子)、 14 フィールドレンズ、 15 液晶表示パネル、 18 拡散シート(第1の拡散素子)、 19 拡散シート(第2の拡散素子)、 2,2B 投写光学系、 2a 投写光学系の入射光の光軸、 2b 投写光学系の出射光の光軸、 21 コンバイナ、 22 凹面ミラー、 23 ウインドシールド、 3 アイボックス、 41 主光線、 42 側光線、 51 主光線、 52 側光線、 6 運転者、 61 運転者の眼、 7 虚像、 8 車両、 81 ウインドシールド。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記液晶表示パネルに表示された映像を投写する投写光学系と、
前記液晶表示パネルを照明するための照明光を出射する複数のLED光源と、
前記複数のLED光源からの照明光を平行光に変換するコリメータレンズと、
前記コリメータレンズからの照明光を拡散する拡散素子と、
前記拡散素子からの照明光を前記液晶表示パネルに入射させるフィールドレンズであって、前記液晶表示パネルに入射する照明光の光軸と、前記投写光学系に入射する入射光の光軸とを一致させるフィールドレンズと
を有し、
前記拡散素子の出射面は、アイボックスの面と共役な位置に配置されていること
を特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。 A liquid crystal display panel for displaying images;
A projection optical system for projecting an image displayed on the liquid crystal display panel;
A plurality of LED light sources for emitting illumination light for illuminating the liquid crystal display panel;
A collimator lens that converts illumination light from the plurality of LED light sources into parallel light;
A diffusing element that diffuses illumination light from the collimator lens;
A field lens that makes illumination light from the diffusing element incident on the liquid crystal display panel, and the optical axis of the illumination light incident on the liquid crystal display panel coincides with the optical axis of the incident light incident on the projection optical system A field lens to be
The head-up display device characterized in that the exit surface of the diffusing element is arranged at a position conjugate with the surface of the eyebox.
前記複数のLED光源の配列方向に直交する面内において、前記拡散素子の出射面が前記アイボックスの面と共役な位置に配置されていること
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 plurality of LED light sources are arranged in one direction,
2. The head-up display according to claim 1, wherein an emission surface of the diffusing element is disposed at a position conjugate with a surface of the eye box in a plane orthogonal to an arrangement direction of the plurality of LED light sources. apparatus.
前記フィールドレンズと前記液晶表示パネルとの間に、第2の拡散素子を備えることを特徴とする請求項1から4までのいずれか1項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。 The diffusion element is a first diffusion element,
5. The head-up display device according to claim 1, further comprising a second diffusing element between the field lens and the liquid crystal display panel. 6.
The head-up display device according to any one of claims 1 to 5, wherein the projection optical system includes a windshield and a concave mirror.
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