JP2016180922A - Head-up display device - Google Patents

Head-up display device Download PDF

Info

Publication number
JP2016180922A
JP2016180922A JP2015061944A JP2015061944A JP2016180922A JP 2016180922 A JP2016180922 A JP 2016180922A JP 2015061944 A JP2015061944 A JP 2015061944A JP 2015061944 A JP2015061944 A JP 2015061944A JP 2016180922 A JP2016180922 A JP 2016180922A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
liquid crystal
display panel
crystal display
head
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2015061944A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2016180922A5 (en
Inventor
潤 近藤
Jun Kondo
潤 近藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2015061944A priority Critical patent/JP2016180922A/en
Publication of JP2016180922A publication Critical patent/JP2016180922A/en
Publication of JP2016180922A5 publication Critical patent/JP2016180922A5/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Transforming Electric Information Into Light Information (AREA)
  • Instrument Panels (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To increase the luminance of a display image and improve the uniformity of the luminance without increasing the manufacturing cost and the size of the device.SOLUTION: A head-up display device 10 includes: a liquid crystal display panel 15 to display video; a projection optical system 2 that projects the video displayed in the liquid crystal display panel 15; a plurality of LED light sources 11 to output the illumination light to illuminate the liquid crystal display panel 15; a collimator lens 12 that converts the illumination light from the LED light sources 11 into parallel light; a dispersion element (dispersion sheet) 13 that disperses the illumination light from the collimator lens 12; and a field lens 14 that makes the illumination light from the dispersion element 13 incident into the liquid crystal display panel 15. The field lens 14 makes an optical axis 1a of the illumination light to enter the liquid crystal display panel 15 coincide with an optical axis 2a of the incident light that enters the projection optical system 2. An emission surface 13a of the dispersion element 13 is disposed at the position conjugating with the surface of an eye-box 3.SELECTED DRAWING: Figure 1

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, Patent Document 1 illuminates a liquid crystal display panel using an illumination optical system having a plurality of LED light sources, a collimator lens, a biconvex lens array, and a pair of field lenses. A configuration is disclosed. The pair of field lenses make the incident surface of the lens array and the display surface of the liquid crystal display panel conjugate to each other, thereby uniformly illuminating the liquid crystal display panel and suppressing luminance unevenness.

特開2012−203176号公報(段落0028〜0030および図3参照)JP 2012-203176 A (see paragraphs 0028-0030 and FIG. 3)

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.

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。It is a figure which shows the structure of the head-up display system containing the head-up display apparatus of Embodiment 1 of this invention. 実施の形態1のヘッドアップディスプレイ装置の使用例を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a usage example of the head-up display device according to the first embodiment. 実施の形態1のヘッドアップディスプレイ装置におけるフィールドレンズの作用を説明するための模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the action of a field lens in the head-up display device according to the first embodiment. 実施の形態1のヘッドアップディスプレイ装置の構成要素のYZ面内における配置および主光線を示す図である。It is a figure which shows the arrangement | positioning in the YZ plane of the component of the head-up display apparatus of Embodiment 1, and a chief ray. 実施の形態1のヘッドアップディスプレイ装置における液晶表示パネルからの光の出射状態を説明するための模式図である。6 is a schematic diagram for explaining a light emission state from a liquid crystal display panel in the head-up display device of Embodiment 1. FIG. 実施の形態1のヘッドアップディスプレイ装置の構成要素のXZ面内における配置および主光線を示す図である。It is a figure which shows arrangement | positioning in the XZ plane of the component of the head-up display apparatus of Embodiment 1, and a chief ray. 実施の形態1のヘッドアップディスプレイ装置の構成要素のYZ面内における配置および側光線を示す図である。It is a figure which shows the arrangement | positioning in the YZ plane of the component of the head-up display apparatus of Embodiment 1, and a side beam. 実施の形態1の変形例のヘッドアップディスプレイ装置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。It is a figure which shows the structure of the head-up display system containing the head-up display apparatus of the modification of Embodiment 1. FIG. 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。It is a figure which shows the structure of the head up display system containing the head up display apparatus of Embodiment 2 of this invention.

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。
Embodiment 1 FIG.
<Configuration of head-up display device>
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a head-up display system including a head-up display device 10 according to the first embodiment of the present invention. The head-up display system shown in FIG. 1 is mounted on a vehicle such as an automobile, for example. The head-up display system includes an illumination optical system 1, a liquid crystal display panel 15, a projection optical system 2, and an eye box 3. Among these, the head-up display device 10 is configured by the illumination optical system 1, the liquid crystal display panel 15, and the projection optical system 2.

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 display device 10 according to the first embodiment. The illumination optical system 1 and the liquid crystal display panel 15 are arranged on a dashboard of a vehicle 8 such as an automobile. The projection optical system 2 is disposed at a position where it can be viewed from the driver 6, for example, in front of a windshield (front window) 81 of the vehicle 8. The arrangement of the illumination optical system 1 and the projection optical system 2 is not limited to the example described above.

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 driver 6 can visually recognize the image (virtual image) 7 displayed on the liquid crystal display panel 15 so as to overlap the foreground of the windshield 81 by the virtual image display action of the projection optical system 2. That is, the driver 6 who has visually recognized the foreground can visually recognize the video 7 with a small viewpoint movement. The eye box 3 is set at the position of the eye 61 of the driver 6 as an area where the driver 6 (viewer) can visually recognize information. The position of the eye box 3 is set to the position of the eye 61 of the driver 6 in the vehicle 8.

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 crystal display panel 15 is the Z direction. Regarding the Z direction, the direction from the liquid crystal display panel 15 toward the projection optical system 2 is the + Z direction, and the opposite direction is the -Z direction. The horizontal direction in the display surface of the liquid crystal display panel 15 is defined as the X direction, and the direction perpendicular to the X direction is defined as the Y direction. In the other drawings, the X direction, the Y direction, and the Z direction indicate the same directions as in FIG. In FIG. 1, the direction of the display surface of the liquid crystal display panel 15 is indicated by a one-dot chain line.

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 display apparatus 10 is demonstrated. The illumination optical system 1 includes an LED (light emitting diode) light source 11, a collimator lens 12, a diffusion sheet 13, and a field lens 14.

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 light source 11 is a light source of the head-up display device 10. Here, a plurality of (for example, three) LED light sources 11 are arranged in the X direction (see FIG. 6 described later). For example, three LED light sources 11 are arranged in the X direction and one in the Y direction (that is, in one row and three columns). However, the number and arrangement of the LED light sources 11 are not limited to this example, and are necessary for obtaining a desired luminance on the aspect ratio of the effective area of the liquid crystal display panel 15 and the display surface of the liquid crystal display panel 15. It depends on the total amount of light.

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 optical axis 11a of the LED light source 11 (that is, the normal passing through the center of the outgoing surface of the LED light source 11) is the Z direction. The collimator lens 12, the diffusion sheet 13, and the field lens 14 are arranged in the direction of the emission optical axis 11 a of the LED light source 11.

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 collimator lens 12 is disposed on the emission side of the LED light source 11. The collimator lens 12 converts divergent light (illumination light) emitted from the LED light source 11 into parallel light and emits it. “Parallel light” refers to light traveling in parallel, but is not limited to strict parallel light, and includes light that can be regarded as substantially parallel light.

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 collimator lenses 12 is the same as that of the LED light source 11 (for example, three). The collimator lens 12 is installed so that the optical axis of the collimator lens 12 coincides with the outgoing optical axis 11 a of the LED light source 11.

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 collimator lenses 12 are integrally formed, but the invention is not limited to this. For example, a plurality of individually formed collimator lenses 12 may be integrally held.

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 collimator lens 12. Light (illumination light) emitted from the collimator lens 12 enters the diffusion sheet 13. The diffusion sheet 13 diffuses the incident illumination light and emits it from the emission surface 13a at an angle that matches the size of the eye box 3. The diffusion sheet 13 is made of, for example, acrylic resin, but is not limited to this, and may be, for example, polycarbonate resin or glass.

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 diffusion sheet 13 is used, but the number of diffusion sheets 13 is not limited to one. For example, the number of diffusion sheets 13 can be increased or decreased in accordance with desired diffusion characteristics, such as using a plurality of diffusion sheets 13 with less diffusion. The diffusion sheet 13 is not limited to a sheet shape, and may be a plate shape, for example.

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 diffusion sheet 13 diffuses light. For example, light may be diffused by making the surface of the diffusion sheet 13 (the exit surface 13 a) rough, or light diffusion particles may be blended inside the diffusion sheet 13. Alternatively, a hologram may be formed on the surface of the diffusion sheet 13 like a holographic diffusion sheet, or an optical shape such as a microlens may be provided.

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 field lens 14 is disposed on the emission side of the diffusion sheet 13. Light having a desired diffusion characteristic (illumination light) emitted from the diffusion sheet 13 is incident on the field lens 14. The field lens 14 does not contribute to the image forming action of forming the image formed on the liquid crystal display panel 15 as a virtual image, but makes the diffusion sheet 13 and the eye box 3 conjugate (that is, image forming relationship). A light beam that functions and is directed to the outside of the object to be illuminated (the liquid crystal display panel 15) is refracted inward to enter the liquid crystal display panel 15.

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 field lens 14 emits light in an emission direction corresponding to each position in the surface of the liquid crystal display panel 15 in accordance with the design of the projection optical system 2, and thereby the optical axis of the incident light of the projection optical system 2. 2a and the optical axis 1a of the illumination light emitted from the illumination optical system 1 (that is, the illumination light that illuminates the liquid crystal display panel 15).

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 field lens 14. The optical axis 2a of the incident light of the projection optical system 2 is inclined with respect to the optical axis of the incident light of the field lens 14 (parallel to the outgoing optical axis 11a of the LED light source 11). Therefore, the field lens 14 is arranged, for example, eccentrically with respect to the optical axis of the incident light, so that the optical axis of the outgoing light of the field lens 14 coincides with the optical axis 2 a of the incident light of the projection optical system 2. The optical axis of the emitted light from the field lens 14 is the optical axis 1 a of the illumination light that the illumination optical system 1 illuminates the liquid crystal display panel 15.

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 optical axis 1 a of the illumination light and the outgoing optical axis 11 a of the LED light source 11 is exaggerated for easy understanding of the role of the field lens 14. The field lens 14 has, for example, a biconvex shape, and the power of the incident surface is larger than the power of the output surface, but is not limited to such a shape.

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 crystal display panel 15 is an object to be illuminated illuminated by illumination light of the illumination optical system 1 (LED light source 11, collimator lens 12, diffusion sheet 13, and field lens 14). The liquid crystal display panel 15 is a transmissive type, and illumination light emitted from the field lens 14 enters and emits light (video light) according to an input signal. The liquid crystal display panel 15 has an effective area whose length in the X direction is longer (that is, horizontally long) than the length in the Y direction, and displays video information. The aspect ratio of the effective area is, for example, 16: 9, 4: 3, 2: 1, or the like.

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 optical system 2 displays the image light from the liquid crystal display panel 15 as a virtual image (image 7 in FIG. 2) on the eyes 61 of the driver 6 (FIG. 2). The optical axis 2a of the incident light of the projection optical system 2 coincides with the optical axis 1a of the illumination light that the illumination optical system 1 illuminates the liquid crystal display panel 15 as described above. Further, the optical axis 2 b of the emitted light from the projection optical system 2 is directed toward the center 31 of the eye box 3.

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 optical system 2 includes a combiner 21 for displaying a virtual image. Here, the combiner 21 is composed of one concave mirror. However, it is not limited to such a configuration, and a plurality of concave mirrors may be used, or a plane mirror may be used in combination. The combiner 21 is made of a resin such as acrylic or polycarbonate, for example. A surface treatment for increasing the reflectance of the image light from the liquid crystal display panel 15 may be performed on the surface of the combiner 21.

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 combiner 21 also has a function of transmitting light like a half mirror. The driver 6 can visually recognize the image displayed on the liquid crystal display panel 15 as if it is floating on the foreground of the windshield 81 (FIG. 2) by the virtual image display action and the light transmission action of the combiner 21.

<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 diffusion sheet 13 in the illumination optical system 1 will be described. FIG. 4 is a diagram showing the arrangement and principal rays in the YZ plane of the components of the head-up display device 10 of the first embodiment. In this specification, the “principal ray” refers to a ray that passes through each point in the plane of the liquid crystal display panel 15 and is collected at the center 31 of the eye box 3. In FIG. 4, the principal ray emitted from the projection optical system 2 is denoted by reference numeral 41, and the principal ray in the illumination optical system 1 is denoted by reference numeral 51. The chief ray is important in considering the uniformity of the luminance distribution in the surface of the liquid crystal display panel 15.

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 principal ray 41 of the projection optical system 2 and the principal ray 51 in the illumination optical system 1 are shown perpendicular to the display surface (XY plane) of the liquid crystal display panel 15 in FIG. It inclines with respect to the display surface of the display panel 15 (refer FIG. 3).

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 principal ray 41 condensed at the center 31 of the eye box 3 is emitted from the center of the diffusion sheet 13 and passes through each point in the plane of the liquid crystal display panel 15 via the field lens 14. Light rays. Although the light rays that have passed through the field lens 14 are shown as parallel light in FIG. 4, they are actually emitted from the liquid crystal display panel 15 at an angle as indicated by reference numeral 43 in FIG.

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 field lens 14 and the optical characteristics of the projection optical system 2 (for example, the curvature of the concave mirror as the combiner 21). The diffusion sheet 13 is disposed at a position conjugate with the eye box 3. More specifically, the exit surface 13 a of the diffusion sheet 13 is disposed at a position conjugate with the surface of the eye box 3.

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 diffusion sheet 13 at a position conjugate with the eye box 3 in the YZ plane, each point in the plane of the liquid crystal display panel 15 is viewed by the driver 6 from the center 31 of the eye box 3. Is visually recognized with uniform brightness. That is, the in-plane luminance distribution of the liquid crystal display panel 15 can be made uniform.

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 display device 10 of the first embodiment. In the XZ plane shown in FIG. 6, a plurality of LED light sources 11 are arranged in the X direction. Therefore, even if a position conjugate with the eye box 3 is secured by setting the optical characteristics of the field lens 14 and the projection optical system 2 and the diffusion sheet 13 is arranged at that position, the light emitted from the plurality of LED light sources 11 It is difficult to capture all of the light, resulting in a decrease in light utilization efficiency. Therefore, in the present embodiment, the diffusion sheet 13 is disposed at a position conjugate with the eye box 3 on the YZ plane (FIG. 4).

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 eye box 3 will be described. FIG. 7 is a diagram showing the arrangement and side rays in the YZ plane of the components of the head-up display device 10 of the first embodiment. In this specification, the “side light beam” refers to a light beam that passes through the center of the liquid crystal display panel 15 and is incident on each point in the plane of the eye box 3. In FIG. 7, the side light emitted from the projection optical system 2 is indicated by reference numeral 42, and the side light in the illumination optical system 1 is indicated by reference numeral 52. The side rays are important in considering the luminance at the center of the liquid crystal display panel 15 viewed from each point in the plane of the eye box 3 (that is, the illuminance distribution in the plane of the eye box 3).

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 crystal display panel 15 and passing through each point in the plane of the eye box 3 are emitted from the center of the LED light source 11 and become parallel light by the collimator lens 12 as shown in FIG. 14, each light beam included in the light condensed at the center of the liquid crystal display panel 15. Since the LED light source 11 emits light with a uniform light amount within the range of the emission angle, it can be considered that the light amount distribution in the cross section of the parallel light emitted from the collimator lens 12 is uniform.

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 diffusion sheet 13, and a part of the light diffused by the diffusion sheet 13, for example, parallel light. Light close to light is condensed at each point, for example, at the center of the liquid crystal display panel 15, and each light ray included in this light reaches each point in the plane of the eye box 3. At this time, the light intensity distribution of the light transmitted through the diffusion sheet 13 with respect to the position on the diffusion sheet 13 and the angle of the diffusion light can be regarded as uniform. Therefore, the illuminance distribution in the surface of the eye box 3 (more specifically, the illuminance distribution of the image light reaching the eye box 3) is uniform. The uniformity of the illuminance distribution in the surface of the eye box 3 is mainly realized by the configuration of the diffusion sheet 13 and the field lens 14.

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 collimator lens 12 is illustrated as being slightly collected, but the present invention is not limited to such an example. The condensing state of the light transmitted through the collimator lens 12 takes into account the distance between the LED light source 11 and the liquid crystal display panel 15 determined according to the package size or the like of the head-up display device 10, and the collimator lens 12 and the field lens 14. It is adjusted by the curvature and refractive index (power).

<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 exit surface 13a of the diffusion sheet 13 of the illumination optical system 1 is disposed at a position conjugate with the surface of the eye box 3, the liquid crystal viewed from the eye box 3 is displayed. The uniformity of the luminance distribution in the surface of the display panel 15 can be improved.

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 LED light sources 11 are arranged in a line, and the emission surface 13a of the diffusion sheet 13 is arranged at a position conjugate with the surface of the eyebox 3 on the surface (YZ surface) orthogonal to the arrangement direction (X direction). The uniformity of the luminance distribution in the surface of the liquid crystal display panel 15 can be improved while taking in the light from the plurality of LED light sources 11 and improving the light utilization efficiency.

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 eye box 3 is suppressed by the field lens 14, and the optical axis 2a of the incident light of the projection optical system 2 and the optical axis 1a of the illumination light are made coincident with each other. It is possible to increase the brightness of the liquid crystal display panel 15 as viewed.

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 Patent Document 1, so that the manufacturing cost is not increased, and the illumination optical system 1 is increased in size. There is nothing.

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 collimator lens 12 enters the diffusion sheet 13 and is diffused, and a part of the diffused light (for example, light close to the parallel light) is each point (for example, the center) of the liquid crystal display panel 15. ), And each light ray included in the light reaches each point in the plane of the eye box 3, so that the uniformity of the illuminance distribution in the plane of the eye box 3 can be improved.

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 display device 10A according to a modification of the first embodiment. In this modification, two diffusion sheets 18 and 19 are provided in place of the diffusion sheet 13 of the first embodiment for the purpose of reducing luminance unevenness.

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 diffusion sheet 18 is a lenticular lens sheet that diffuses incident light in one direction, and is disposed on the output side of the collimator lens 12 here. The diffusion sheet 19 is a general diffusion sheet that diffuses incident light in the same direction. Here, the diffusion sheet 19 is disposed between the field lens 14 and the liquid crystal display panel 15.

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 eyebox 3 in the YZ plane.

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 diffusion sheets 18 and 19, luminance unevenness caused by arranging the plurality of LED light sources 11 in the X direction is arranged. Can be reduced. That is, the uniformity of the luminance distribution in the surface of the liquid crystal display panel 15 viewed from the eye box 3 can be further improved.

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。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 9 is a diagram showing a head-up display system including the head-up display device 10B according to the second embodiment of the present invention. The head-up display device 10B of the second embodiment is different from the projection optical system 2 of the head-up display device 10 of the first embodiment in the configuration of the projection optical system 2B. Although the projection optical system 2 of the first embodiment is configured by the combiner 21 (FIG. 1), the projection optical system 2B of the second embodiment is configured by the concave mirror 22 and the windshield 23.

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 windshield 23 is the windshield (front window) 81 of the vehicle 8 shown in FIG. For example, the windshield 23 is configured by bonding glass and resin. However, it is not limited to such materials.

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 concave mirror 22 is formed by forming a reflective surface on the surface of a base material made of resin or the like by a coating treatment of aluminum or the like, but is not limited to such a material. The concave mirror 22 does not need to transmit light unlike the combiner 21 of the first embodiment, and thus has a property of totally reflecting light. The quantity and shape of the concave mirror 22 are not limited to the above. For example, in addition to the concave mirror, a convex mirror or a plane mirror may be used, or a plurality of mirrors may be used.

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 concave mirror 22 magnifies and projects the image light of the liquid crystal display panel 15 toward the windshield 23, and the driver 6 (FIG. 2) visually recognizes the image (virtual image) in front of the windshield 23. That is, the windshield 23 functions as a combiner that superimposes the foreground and the video. As a result, the driver can view the video with a small amount of viewpoint movement.

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 optical system 1 and the liquid crystal display panel 15 are configured in the same manner as in the first embodiment. That is, the exit surface 13a of the diffusion sheet 13 of the illumination optical system 1 is disposed at a conjugate position with respect to the surface of the eye box 3 in the YZ plane.

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 concave mirror 22 and the windshield 23 as the projection optical system 2, the same effect as in the first embodiment can be achieved.

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 diffusion sheets 18 and 19 (FIG. 8) described in the modification of the first embodiment can be applied to the illumination optical system 1 of the second embodiment.

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 SYMBOLS 1 Illumination optical system, 1a Optical axis of illumination light, 10, 10A, 10B Head-up display device, 11 LED light source, 12 Collimator lens, 13 Diffusing sheet (diffusing element), 14 Field lens, 15 Liquid crystal display panel, 18 Diffusing sheet (First diffusing element), 19 diffusing sheet (second diffusing element), 2, 2B projection optical system, 2a optical axis of incident light of the projection optical system, 2b optical axis of outgoing light of the projection optical system, 21 combiner , 22 concave mirror, 23 windshield, 3 eyebox, 41 principal ray, 42 side ray, 51 principal ray, 52 side ray, 6 driver, 61 driver's eye, 7 virtual image, 8 vehicle, 81 windshield.

Claims (8)

映像を表示する液晶表示パネルと、
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光源は、一方向に配列され、
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.
前記複数のLED光源の配列方向は、水平方向または垂直方向であることを特徴とする請求項2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 2, wherein an arrangement direction of the plurality of LED light sources is a horizontal direction or a vertical direction. 前記コリメータレンズによって平行光に変換された照明光が、前記拡散素子に入射して拡散され、拡散された光の一部が前記液晶表示パネルの各点に集光し、その集光した光に含まれる各光線が前記アイボックスの面内の各点に到達するようにしたことを特徴とする請求項1から3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。   Illumination light converted into parallel light by the collimator lens is incident on the diffusing element and diffused, and part of the diffused light is condensed at each point of the liquid crystal display panel, and the condensed light is converted into the condensed light. 4. The head-up display device according to claim 1, wherein each light ray included reaches each point in the plane of the eye box. 5. 前記拡散素子は、第1の拡散素子であって、
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.
前記投写光学系は、コンバイナを有することを特徴する請求項1から5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 head-up display device according to claim 1, wherein the projection optical system includes a combiner. 前記コンバイナは、樹脂で形成されていることを特徴とする請求項6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 6, wherein the combiner is made of resin. 前記投写光学系は、ウインドシールドと凹面ミラーとを有することを特徴する請求項1から5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 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.


JP2015061944A 2015-03-25 2015-03-25 Head-up display device Pending JP2016180922A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015061944A JP2016180922A (en) 2015-03-25 2015-03-25 Head-up display device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015061944A JP2016180922A (en) 2015-03-25 2015-03-25 Head-up display device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016180922A true JP2016180922A (en) 2016-10-13
JP2016180922A5 JP2016180922A5 (en) 2017-03-09

Family

ID=57132555

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015061944A Pending JP2016180922A (en) 2015-03-25 2015-03-25 Head-up display device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2016180922A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017169375A1 (en) * 2016-03-29 2017-10-05 株式会社デンソー Head-up display device
US20190129171A1 (en) * 2017-11-02 2019-05-02 Yazaki Corporation Head-up display device
WO2020105306A1 (en) 2018-11-20 2020-05-28 セントラル硝子株式会社 Head-up display device
CN113557158A (en) * 2019-03-25 2021-10-26 大众汽车股份公司 Apparatus and method for outputting parameter values in a vehicle
JP2022533160A (en) * 2019-05-17 2022-07-21 フューチュラス テクノロジー カンパニー リミテッド Optical control device, passive light emitting image source and head-up display system

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002055304A (en) * 2000-08-09 2002-02-20 Mixed Reality Systems Laboratory Inc Picture display device
JP2007108429A (en) * 2005-10-13 2007-04-26 Denso Corp Display device and headup display device for vehicle equipped therewith
US7397606B1 (en) * 2005-08-04 2008-07-08 Rockwell Collins, Inc. Meniscus head up display combiner
JP2012203176A (en) * 2011-03-25 2012-10-22 Nippon Seiki Co Ltd Head-up display device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002055304A (en) * 2000-08-09 2002-02-20 Mixed Reality Systems Laboratory Inc Picture display device
US7397606B1 (en) * 2005-08-04 2008-07-08 Rockwell Collins, Inc. Meniscus head up display combiner
JP2007108429A (en) * 2005-10-13 2007-04-26 Denso Corp Display device and headup display device for vehicle equipped therewith
JP2012203176A (en) * 2011-03-25 2012-10-22 Nippon Seiki Co Ltd Head-up display device

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017169375A1 (en) * 2016-03-29 2017-10-05 株式会社デンソー Head-up display device
JP2017181645A (en) * 2016-03-29 2017-10-05 株式会社デンソー Head-up display device
US10793003B2 (en) 2016-03-29 2020-10-06 Denso Corporation Head-up display device
US20190129171A1 (en) * 2017-11-02 2019-05-02 Yazaki Corporation Head-up display device
JP2019086560A (en) * 2017-11-02 2019-06-06 矢崎総業株式会社 Head-up display device
US10768418B2 (en) 2017-11-02 2020-09-08 Yazaki Corporation Head-up display device
WO2020105306A1 (en) 2018-11-20 2020-05-28 セントラル硝子株式会社 Head-up display device
CN113557158A (en) * 2019-03-25 2021-10-26 大众汽车股份公司 Apparatus and method for outputting parameter values in a vehicle
JP2022533160A (en) * 2019-05-17 2022-07-21 フューチュラス テクノロジー カンパニー リミテッド Optical control device, passive light emitting image source and head-up display system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5287828B2 (en) Head-up display device
US20180284341A1 (en) Segmented imaging directional backlights
EP3200006B1 (en) Head-up display device
JP6579212B2 (en) Head-up display device
US10768418B2 (en) Head-up display device
US20190162960A1 (en) Display device and head-up display device
EP3447561B1 (en) Head-up display device
JP4720694B2 (en) Vehicle display device
WO2015012138A1 (en) Scanning-type projection device
KR20160010558A (en) Head-up display device, and illuminating device employed in head-up display device
JP2015045735A (en) Backlight unit, and display device
JP6481649B2 (en) Head-up display device
JP2016180922A (en) Head-up display device
JP7195454B2 (en) Light source device, information display system and head-up display device using the same
JP2018124508A (en) Head-up display device
JP2015045808A (en) Head-up display device
JP7282174B2 (en) Information display system
JP6593462B2 (en) Virtual image display device
JP6593461B2 (en) Virtual image display device
JP6579180B2 (en) Virtual image display device
JP6593464B2 (en) Virtual image display device
JP2014215481A (en) Head-up display device
JP6593465B2 (en) Virtual image display device
KR20180006694A (en) Backlight unit for head up display apparatus
WO2018173955A1 (en) Image display device, virtual-image display device, and moving body

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170201

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170201

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20171124

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20171205

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20180529