JP2021131497A

JP2021131497A - Head-up display device

Info

Publication number: JP2021131497A
Application number: JP2020027586A
Authority: JP
Inventors: 健太郎中村; Kentaro Nakamura; 俊之小嶋; Toshiyuki Kojima
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2020-02-20
Filing date: 2020-02-20
Publication date: 2021-09-09

Abstract

To provide a head-up display device capable of simultaneously displaying virtual images with different virtual image distances without lowering luminance.SOLUTION: Disclosed is a head-up display device which includes a screen disk 40 rotating at a high speed, in which an intermediate screen 4 to which an intermediate image is projected from an image display device is provided on a transparent substrate 5. The intermediate screen 4 is divided into a first region 41 on the inner peripheral side consisting of the plane whose normal axis is the axis of rotation and a second region 42 on the outer peripheral side having the spiral surface. The intermediate image projected into the first region 41 forms a virtual image in a close range, and the intermediate image projected into the second region 42 forms the virtual image of near to far distance.SELECTED DRAWING: Figure 3A

Description

本発明は、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.

画像を、ハーフミラーからなるスクリーン（コンバイナ）の後面に投射してスクリーンの前方の所定距離に虚像として表示するヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ：Head Up Display）装置が知られている。自動車に搭載されたヘッドアップディスプレイ装置は、従来はインストルメントパネル（インパネ）に表示していた速度や走行距離等の情報を、フロントウインドウ（フロントガラス）の前方にも表示し、さらに近年は、フロントウインドウをスクリーンとして広範囲に虚像を表示する。このようなヘッドアップディスプレイ装置は、運転者の視線移動を減らしてより安全な運転を支援する。例えば、図２に示すように、搭載したカメラと連携して、前方の歩行者や対向車等に赤色の図形（Ｉｖｎ）等を重ね合わせてマーキングしたり、カーナビゲーションシステムと連携して、進路を示す矢印（Ｉｖｍ，Ｉｖｆ）等を道路上に表示したり目的地までの距離を表示したりする拡張現実（ＡＲ：Augmented Reality）ヘッドアップディスプレイ装置が開発されている。 A head-up display (HUD) device is known that projects an image onto the rear surface of a screen (combiner) made of a half mirror and displays it as a virtual image at a predetermined distance in front of the screen. Head-up display devices installed in automobiles display information such as speed and mileage, which was conventionally displayed on the instrument panel (instrument panel), also in front of the front window (windshield), and in recent years, A virtual image is displayed over a wide area using the windshield as a screen. Such a head-up display device reduces the movement of the driver's line of sight and supports safer driving. For example, as shown in FIG. 2, in cooperation with the mounted camera, a red figure (Ivn) or the like is superimposed and marked on a pedestrian or an oncoming vehicle in front, or in cooperation with a car navigation system, a course is taken. Augmented Reality (AR) head-up display devices have been developed that display arrows (Ivm, Ivf) and the like indicating the above on the road and the distance to the destination.

一般に、ヘッドアップディスプレイ装置は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＬＤ（Laser Diode）等の光源を備える画像投射機から反射鏡やレンズ等の光学素子を経由して、画像をスクリーンに所定の寸法および入射角で投射する。ヘッドアップディスプレイ装置は、例えば、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）により、拡散スクリーン上に画像を結像させて中間像とするＤＬＰ（登録商標）方式や、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーにより、拡散スクリーン上に縦横にレーザー光を走査して中間像を描画するレーザー走査方式が知られている。また、画像投射機や拡散スクリーン（中間スクリーン）からスクリーンまでの光路長によって、虚像の奥行方向における位置（観察者の目からの距離（虚像距離：ＶＩＤ））が決定される。 In general, a head-up display device displays an image on a screen from an image projector equipped with a light source such as an LED (Light Emitting Diode) or LD (Laser Diode) via an optical element such as a reflector or a lens. Project at the angle of incidence. The head-up display device is, for example, a DLP (registered trademark) method in which an image is formed on a diffusion screen by a DMD (Digital Micromirror Device) to form an intermediate image, or a diffusion screen by a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirror. A laser scanning method is known in which a laser beam is scanned vertically and horizontally to draw an intermediate image. Further, the position of the virtual image in the depth direction (distance from the observer's eyes (virtual image distance: VID)) is determined by the optical path length from the image projector or the diffusion screen (intermediate screen) to the screen.

自動車用のＡＲヘッドアップディスプレイ装置においては、前記したような進路を示す矢印は、運転手の視線上にある路面等に合わせて長い虚像距離で表示されることが好ましく、一方、アラートは、手前すなわち短い虚像距離で表示されることが好ましい。そこで、光路方向に沿った軸で高速回転するディスク上に中間スクリーンを設けて、中間スクリーンの回転の軸方向における位置が周上で変化するように、ディスクの径に沿った段差を挟んだ高低（軸方向における位置）差のある複数の面やディスクの周に沿って傾斜した螺旋面に、中間スクリーンを形成された装置が開示されている（特許文献１）。中間スクリーンにおける、中間像の１フレーム（１コマ）が投影される領域の高さが所定範囲内で繰り返し高速で変化することにより、見かけ上、虚像距離の異なる複数の虚像を同時に表示することができる。 In an AR head-up display device for automobiles, it is preferable that the arrow indicating the course as described above is displayed at a long virtual image distance according to the road surface or the like in the driver's line of sight, while the alert is in front. That is, it is preferable that the image is displayed with a short virtual image distance. Therefore, an intermediate screen is provided on a disk that rotates at high speed along the axis along the optical path direction, and the height of the intermediate screen is set with a step along the diameter of the disk so that the position of the intermediate screen in the axial direction changes on the circumference. A device in which an intermediate screen is formed on a plurality of surfaces having a difference (position in the axial direction) or a spiral surface inclined along the circumference of a disk is disclosed (Patent Document 1). By repeatedly changing the height of the area where one frame (one frame) of the intermediate image is projected on the intermediate screen at high speed within a predetermined range, it is possible to display a plurality of virtual images having different virtual image distances at the same time. can.

国際公開第２０１９／０７００８０号International Publication No. 2019/070080

特許文献１に記載されているようなヘッドアップディスプレイ装置においては、ｎ通りの虚像距離の虚像が１フレーム内で交替で表示されるため（ｎ≧２）、虚像距離の段階の数（ｎ）が増加するにしたがい、１フレームあたりの各虚像が表示される時間が短くなって、虚像の輝度が１／ｎに低下して暗くなる。さらに、中間スクリーンの高さの異なる領域間の境界（段差）が画像投射機からの投影領域内を通過する期間は中間像を投影することができないので、ｎが多くなるにしたがい虚像の輝度がさらに低下する。その結果、逆光時や晴天時の雪道のような特に明るい周辺環境下では、虚像を視認することが困難になる。そこで、特許文献１によれば、中間スクリーンを高さが連続的に変化する螺旋面とすることによって、輝度の低下を抑制している。ここで、１フレーム内で複数の中間像を投影するためには、応答速度の高速なＤＬＰ方式が好適とされ、ＤＬＰ方式においては、フルカラー表示のために、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色の光源を１フレーム内で切り替えて照射して、見かけ上でフルカラーの画像とする（時分割方式）。表示される虚像距離の範囲が大きいと、中間スクリーンの螺旋面の勾配が大きくなるので、１つのフルカラーの中間像を構成する各色の像を投影された時の高低差が大きくなり、虚像に色ずれを生じることになる。また、レーザー走査方式においては、フレーム内でレーザー光が照射されたタイミングにより中間スクリーンの高低差が大きくなり、虚像に歪みを生じる場合がある。 In a head-up display device as described in Patent Document 1, since virtual images of n virtual image distances are alternately displayed within one frame (n ≧ 2), the number of stages of virtual image distances (n). As the number increases, the time for displaying each virtual image per frame becomes shorter, and the brightness of the virtual image decreases to 1 / n and becomes darker. Further, since the intermediate image cannot be projected during the period when the boundary (step) between the regions having different heights of the intermediate screen passes through the projection region from the image projector, the brightness of the virtual image increases as n increases. Further decrease. As a result, it becomes difficult to visually recognize the virtual image in a particularly bright surrounding environment such as a snowy road in backlight or in fine weather. Therefore, according to Patent Document 1, the decrease in brightness is suppressed by forming the intermediate screen as a helicoid whose height changes continuously. Here, in order to project a plurality of intermediate images in one frame, a DLP method having a high response speed is preferable, and in the DLP method, R (red) and G (green) are used for full-color display. , B (blue) three-color light sources are switched within one frame and irradiated to obtain an apparently full-color image (time division method). When the range of the displayed virtual image distance is large, the gradient of the helicoid surface of the intermediate screen becomes large, so that the height difference when the images of each color constituting one full-color intermediate image are projected becomes large, and the virtual image is colored. There will be a gap. Further, in the laser scanning method, the height difference of the intermediate screen becomes large depending on the timing when the laser beam is irradiated in the frame, and the virtual image may be distorted.

本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、虚像の輝度を確保することができ、虚像距離の異なる虚像を同時に表示可能なヘッドアップディスプレイ装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a head-up display device capable of ensuring the brightness of a virtual image and simultaneously displaying virtual images having different virtual image distances.

本発明の上記課題は、下記の構成により解決される。 The above problem of the present invention is solved by the following configuration.

（１）回転駆動する基板と、前記基板上に設けられた中間スクリーンと、前記中間スクリーンに中間像を結像するための光を投影する画像投影手段と、を備えて、前記中間像をスクリーンの一面に投射して前記スクリーンの他面側に虚像距離の異なる複数の虚像を同時に表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記中間スクリーンは、前記基板の回転の軸を中心とした円を境界として２以上の領域に区画され、前記境界に段差を有して隣り合う前記領域同士で前記軸方向における位置が異なり、前記領域の少なくとも一つは、当該領域内で前記円の円周方向における位置によって前記軸方向における位置が異なることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。 (1) The intermediate image is screened with a rotation-driven substrate, an intermediate screen provided on the substrate, and an image projection means for projecting light for forming an intermediate image on the intermediate screen. A head-up display device that projects onto one surface and simultaneously displays a plurality of virtual images having different virtual image distances on the other surface side of the screen.
The intermediate screen is divided into two or more regions with a circle centered on the axis of rotation of the substrate as a boundary, and the adjacent regions having a step at the boundary have different positions in the axial direction. At least one of the regions is a head-up display device, wherein the position in the axial direction differs depending on the position in the circumferential direction of the circle in the region.

（２）前記中間スクリーンの前記領域の少なくとも一つは、前記軸方向における位置が一定な平面からなることを特徴とする（１）に記載のヘッドアップディスプレイ装置。 (2) The head-up display device according to (1), wherein at least one of the regions of the intermediate screen is formed of a plane whose position in the axial direction is constant.

（３）前記中間スクリーンの最内周の領域が前記平面からなり、前記中間像の前記最内周の領域に結像した部分が、最短の虚像距離の虚像を形成することを特徴とする（２）に記載のヘッドアップディスプレイ装置。 (3) The innermost region of the intermediate screen is composed of the plane, and the portion of the intermediate image formed in the innermost region forms a virtual image having the shortest virtual image distance (3). The head-up display device according to 2).

（４）前記中間スクリーンは、前記領域のそれぞれが、螺旋面および前記軸を法線とする平面の一方または両方からなることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれか一つに記載のヘッドアップディスプレイ装置。 (4) The intermediate screen according to any one of (1) to (3), wherein each of the regions comprises one or both of a helicoid surface and a plane having the axis as a normal. Head-up display device.

（５）前記中間スクリーンは、前記領域の少なくとも一つが前記円の径方向に沿った段差を有して当該領域内で前記軸方向における位置が異なると共に、全領域における前記段差が、前記円の１本の径に沿って配置されている（４）に記載のヘッドアップディスプレイ装置。 (5) In the intermediate screen, at least one of the regions has a step along the radial direction of the circle, and the position in the axial direction is different in the region, and the step in the entire region is the step of the circle. The head-up display device according to (4), which is arranged along one diameter.

（６）前記中間スクリーンは、前記軸方向における位置の全領域での差が、前記画像投影手段から投影される光の焦点深度以下である（１）乃至（５）のいずれか一つに記載のヘッドアップディスプレイ装置。 (6) The intermediate screen according to any one of (1) to (5), wherein the difference in position in the axial direction in the entire region is equal to or less than the depth of focus of the light projected from the image projection means. Head-up display device.

（７）前記中間スクリーンは透過型の拡散板であり、前記基板は光を透過する（１）乃至（６）のいずれか一つに記載のヘッドアップディスプレイ装置。 (7) The head-up display device according to any one of (1) to (6), wherein the intermediate screen is a transmissive diffuser, and the substrate transmits light.

本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置によれば、虚像距離の異なる虚像を同時に表示しつつ、その一部の虚像距離の虚像の輝度を確保することができる。 According to the head-up display device according to the present invention, it is possible to simultaneously display virtual images having different virtual image distances and secure the brightness of the virtual images having a part of the virtual image distances.

本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the head-up display device which concerns on this invention. 観察者の視野内における、本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置が表示した虚像の一例である。This is an example of a virtual image displayed by the head-up display device according to the embodiment of the present invention in the field of view of the observer. 本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の中間スクリーンを備えたスクリーンディスクの外観図である。It is an external view of the screen disk provided with the intermediate screen of the head-up display device which concerns on embodiment of this invention. 図３Ａの断面図である。FIG. 3A is a cross-sectional view of FIG. 3A. 本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の中間スクリーンの構成を説明する模式図であり、図３Ａの平面図である。It is a schematic diagram explaining the structure of the intermediate screen of the head-up display device which concerns on embodiment of this invention, and is the top view of FIG. 3A. 本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の、中間スクリーンの回転軸方向における位置と虚像距離との周方向での推移、およびタイムチャートを示す図である。It is a figure which shows the transition in the circumferential direction of the position in the rotation axis direction of the intermediate screen and the virtual image distance, and the time chart of the head-up display device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の中間スクリーンの平面図であり、中間像の投影領域についての別の態様を説明する模式図である。It is a top view of the intermediate screen of the head-up display device which concerns on embodiment of this invention, and is the schematic diagram explaining another aspect about the projection area of an intermediate image. 本発明の実施形態の変形例に係るヘッドアップディスプレイ装置の中間スクリーンを備えたスクリーンディスクの断面図である。It is sectional drawing of the screen disk provided with the intermediate screen of the head-up display device which concerns on the modification of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の変形例に係るヘッドアップディスプレイ装置の中間スクリーンの平面図である。It is a top view of the intermediate screen of the head-up display device which concerns on the modification of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の変形例に係るヘッドアップディスプレイ装置の中間スクリーンの平面図である。It is a top view of the intermediate screen of the head-up display device which concerns on the modification of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の変形例に係るヘッドアップディスプレイ装置の、中間スクリーンの回転軸方向における位置と虚像距離との周方向での推移、およびタイムチャートを示す図である。It is a figure which shows the transition in the circumferential direction of the position in the rotation axis direction of the intermediate screen and the virtual image distance, and the time chart of the head-up display device which concerns on the modification of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の変形例に係るヘッドアップディスプレイ装置の中間スクリーンの平面図である。It is a top view of the intermediate screen of the head-up display device which concerns on the modification of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の変形例に係るヘッドアップディスプレイ装置の、中間スクリーンの回転軸方向における位置と虚像距離との周方向での推移、およびタイムチャートを示す図である。It is a figure which shows the transition in the circumferential direction of the position in the rotation axis direction of the intermediate screen and the virtual image distance, and the time chart of the head-up display device which concerns on the modification of embodiment of this invention.

以下に、本発明を実施するための形態（実施形態）におけるヘッドアップディスプレイ装置を、図面を参照して説明する。なお、図面に示す部材は、説明を明確にするために、大きさや位置関係等を誇張していることがあり、また、形状や構造を単純化していることがある。また、以下の説明において、同一のまたは同質の部材については、同一の符号を付し、説明を適宜省略する。 Hereinafter, the head-up display device according to the embodiment (embodiment) for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. The members shown in the drawings may be exaggerated in size, positional relationship, etc., and may have a simplified shape or structure in order to clarify the explanation. Further, in the following description, members of the same or the same quality are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted as appropriate.

〔ヘッドアップディスプレイ装置〕
図１は、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置の概略図であり、自動車に搭載された状態の側方から見た構成図である。ヘッドアップディスプレイ装置１０は、自動車のフロントウインドウをスクリーンＳとする自動車用ＡＲヘッドアップディスプレイ装置であり、運転者（観察者）Ｏ（図中、目のみを示す）に対してフロントウインドウＳの前方に虚像Ｉｖを表示する。そのために、ヘッドアップディスプレイ装置１０は、自動車のインストルメントパネルに収納され、矢印で表すように、インストルメントパネルの天板Ｔに形成された窓からフロントウインドウＳの車内側の面に画像を投射する。フロントウインドウＳは、光を透過しかつ反射するハーフミラーとして機能し、一般に、反射面（車内側の面）が凹面である。 [Head-up display device]
FIG. 1 is a schematic view of a head-up display device according to the present invention, and is a configuration diagram seen from the side of a state mounted on an automobile. The head-up display device 10 is an AR head-up display device for automobiles whose screen S is the front window of the automobile, and is in front of the front window S with respect to the driver (observer) O (only the eyes are shown in the figure). The virtual image Iv is displayed on. Therefore, the head-up display device 10 is housed in the instrument panel of the automobile, and as indicated by an arrow, an image is projected from the window formed on the top plate T of the instrument panel onto the inner surface of the front window S. do. The front window S functions as a half mirror that transmits and reflects light, and the reflecting surface (the surface inside the vehicle) is generally concave.

ヘッドアップディスプレイ装置１０は、透明な基板５とその一面上に設けられた透過型の中間スクリーン４からなるスクリーンディスク４０、中間スクリーン４に中間像を結像するための光を投影する画像表示装置（画像投影手段）２を備え、さらに、画像表示装置２が表示する画像を外部信号に基づいて形成する画像形成モジュール１、画像表示装置２から中間スクリーン４への光路上に配置された投影光学系３、スクリーンディスク４０を収容したカバー６２、スクリーンディスク４０およびカバー６２を回転駆動させるモータ７、スクリーンディスク４０およびカバー６２とモータ７とを接続するシャフト６１、中間スクリーン４に結像した中間像を反射してフロントウインドウＳの車内側の面に投射する拡大反射鏡８、これらを収容して一体のユニットとするケーシング（図示省略）を備える。ヘッドアップディスプレイ装置１０は、虚像距離が異なるｎ通り（ｎ≧２）の虚像を同時に表示し、本実施形態では、虚像距離の短い順から、Ｉｖｃ，Ｉｖｎ，Ｉｖｍ，Ｉｖｆの４通りの虚像を表示する（ｎ＝４）。 The head-up display device 10 is an image display device that projects light for forming an intermediate image on a screen disk 40 composed of a transparent substrate 5 and a transmissive intermediate screen 4 provided on one surface thereof, and an intermediate screen 4. (Image projection means) 2 is provided, and further, an image forming module 1 for forming an image displayed by the image display device 2 based on an external signal, and projection optics arranged on an optical path from the image display device 2 to the intermediate screen 4. System 3, cover 62 accommodating screen disk 40, motor 7 for rotationally driving screen disk 40 and cover 62, shaft 61 connecting screen disk 40 and cover 62 with motor 7, and intermediate image formed on intermediate screen 4. It is provided with a magnifying reflector 8 that reflects the above and projects it onto the inner surface of the vehicle of the front window S, and a casing (not shown) that accommodates these and forms an integral unit. The head-up display device 10 simultaneously displays n virtual images (n ≧ 2) having different virtual image distances, and in the present embodiment, four virtual images of Ivc, Ivn, Ivm, and Ivf are displayed in ascending order of the virtual image distances. Display (n = 4).

図２を参照して、本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置が表示する虚像について説明する。図２は、運転者Ｏの視野内における、フロントウインドウＳ越しの実景とヘッドアップディスプレイ装置が表示した虚像との一例である。ヘッドアップディスプレイ装置１０は、虚像Ｉｖｃ，Ｉｖｎ，Ｉｖｍ，Ｉｖｆ（適宜、まとめて虚像Ｉｖ）を、虚像視野Ｅ内に表示可能である。虚像視野Ｅの形状は特に規定されないが、Ｖ（垂直）方向に対してＨ（水平）方向に広いことが好ましく、図２ではＨ方向に細長い長方形で表す。虚像視野Ｅは、下側の１／４程度の表示領域Ｅ１とそれ以外の表示領域Ｅ２とに楕円弧で区画され、表示領域Ｅ１にはｎ₁通りの虚像距離の虚像が表示され、表示領域Ｅ２にはｎ₂通りの虚像距離の虚像が表示される（１≦ｎ₁＜ｎ、２≦ｎ₂≦ｎ、ｎ₁＋ｎ₂≧ｎ）。ｎ₁，ｎ₂は、それぞれ６以下が好ましく、４以下がさらに好ましく、小さいほど虚像Ｉｖの輝度を高くすることができる。本実施形態では、表示領域Ｅ１には至近距離の虚像Ｉｖｃが表示され、表示領域Ｅ２にはその他の虚像Ｉｖｎ，Ｉｖｍ，Ｉｖｆが表示される（ｎ₁＝１、ｎ₂＝３）。虚像視野Ｅにおける表示領域Ｅ１，Ｅ２の配分は、後記するように、中間スクリーン４の形状およびヘッドアップディスプレイ装置１０における配置によって設計することができる。 A virtual image displayed by the head-up display device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is an example of a real view through the front window S and a virtual image displayed by the head-up display device in the field of view of the driver O. The head-up display device 10 can display virtual images Ivc, Ivn, Ivm, and Ivf (appropriately collectively, virtual image Iv) in the virtual image field of view E. The shape of the virtual image field E is not particularly specified, but it is preferably wider in the H (horizontal) direction with respect to the V (vertical) direction, and is represented by an elongated rectangle in the H direction in FIG. The virtual image field of view E is divided into a display area E1 of about 1/4 on the lower side and a display area E2 other than that by an elliptical arc, and _{a virtual image of n 1} virtual image distance is displayed in the display area E1. Displays virtual images with n ₂ virtual image distances (1 ≦ n ₁ <n, 2 ≦ n ₂ ≦ n, n ₁ + n ₂ ≧ n). Each of n ₁ and n ₂ is preferably 6 or less, more preferably 4 or less, and the smaller the value, the higher the brightness of the virtual image Iv. In the present embodiment, a virtual image Ivc at a close distance is displayed in the display area E1, and other virtual images Ivn, Ivm, and Ivf are displayed in the display area E2 (n ₁ = 1, n ₂ = 3). The allocation of the display areas E1 and E2 in the virtual image field E can be designed by the shape of the intermediate screen 4 and the arrangement in the head-up display device 10, as will be described later.

至近距離の虚像Ｉｖｃは、見かけ上、フロントウインドウＳに表示され、例えば虚像距離が４ｍである。虚像Ｉｖｃは、インパネに一般的に表示される情報や走行中に常時表示される情報等であり、例えば、走行速度、燃料残量警告灯（エンプティマーク）、カーナビゲーションシステム使用時においては目的地までの距離である。さらに本実施形態においては、虚像Ｉｖｃは、高輝度で表示されるのでアラート等に使用されることが好ましい。また、本実施形態においては、表示領域Ｅ１には虚像Ｉｖｎ，Ｉｖｍ，Ｉｖｆが表示されないので、表示領域Ｅ１は、虚像Ｉｖｎ，Ｉｖｍ，Ｉｖｆの表示が不要で、かつ運転の妨げにならない配置に設計される。虚像Ｉｖｎ，Ｉｖｍ，Ｉｖｆは、カーナビゲーションシステム等と連携して、状況に応じて実景に重ね合わせるように表示され、例えばそれぞれの虚像距離が、７ｍ、１５ｍ、２４ｍである。近距離の虚像Ｉｖｎは、例えば、車体前方側の近傍に接近した歩行者や対向車等に重ねて表示される図形や記号である。中距離の虚像Ｉｖｎは、例えば、前方の路面に重ねて表示された右折車線への車線変更を指示する矢印である。遠距離の虚像Ｉｖｆは、例えば、前方の右折予定の交差点上に表示された矢印である。以下、ヘッドアップディスプレイ装置１０の各要素について、詳細に説明する。 The virtual image Ivc at a close distance is apparently displayed on the front window S, and the virtual image distance is, for example, 4 m. The virtual image Ivc is information that is generally displayed on the instrument panel, information that is always displayed during driving, and the like. For example, the traveling speed, the fuel level warning light (empty mark), and the destination when using the car navigation system. Distance to. Further, in the present embodiment, since the virtual image Ivc is displayed with high brightness, it is preferable to use it for an alert or the like. Further, in the present embodiment, since the virtual images Ivn, Ivm, and Ivf are not displayed in the display area E1, the display area E1 is designed so that the display of the virtual images Ivn, Ivm, and Ivf is unnecessary and does not interfere with the operation. Will be done. The virtual images Ivn, Ivm, and Ivf are displayed so as to be superimposed on the actual scene according to the situation in cooperation with a car navigation system or the like, and the virtual image distances are, for example, 7 m, 15 m, and 24 m, respectively. The short-distance virtual image Ivn is, for example, a figure or a symbol that is superimposed and displayed on a pedestrian, an oncoming vehicle, or the like approaching the vicinity of the front side of the vehicle body. The medium-distance virtual image Ivn is, for example, an arrow indicating a lane change to a right turn lane, which is superimposed on the road surface in front of the vehicle. The long-distance virtual image Ivf is, for example, an arrow displayed on an intersection scheduled to turn right ahead. Hereinafter, each element of the head-up display device 10 will be described in detail.

（画像形成モジュール）
画像形成モジュール１は、プリント基板およびその上に搭載された集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）等を備え、外部から入力された信号に基づき、画像データを生成して画像表示装置２に出力する。画像形成モジュール１は、画像表示装置２と一体に設けられていてもよいし、フレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）等で画像表示装置２と接続していてもよい。 (Image formation module)
The image forming module 1 includes a printed circuit board and an integrated circuit (IC) mounted on the printed circuit board, generates image data based on a signal input from the outside, and outputs the image data to the image display device 2. The image forming module 1 may be provided integrally with the image display device 2, or may be connected to the image display device 2 by a flexible flat cable (FFC) or the like.

（画像表示装置）
画像表示装置２は、光源および空間光変調器等で構成され、中間スクリーン４の投影領域ｅ（図４参照）に二次元の中間像を結像するための光を投影する。画像表示装置２は、後記の虚像表示方法で説明するように、同時に表示する虚像距離の異なる２以上の虚像を形成する各中間像を１フレーム内で切り換えて投影するために、応答速度が高速であることが好ましい。なお、フレームレートは、３０ｆｐｓ以上が好ましく、６０ｆｐｓ以上がさらに好ましい。また、時分割方式でフルカラー表示する場合には、各中間像の表示期間をさらに３分割して色毎に切り替えて表示するが、この分割した単位期間δが長く、かつ虚像視野Ｅにおける１領域（表示領域Ｅ２）に表示する虚像の各虚像距離同士の差が大きいと、虚像に色ずれを生じ易い。したがって、各虚像距離同士の差や非表示期間の長さにもよるが、画像表示装置２の応答速度は、フレームレートの１０倍に、さらに、虚像視野Ｅにおける１領域（Ｅ１，Ｅ２）に表示する虚像の虚像距離の段階数ｎ₁，ｎ₂のうちの最大値すなわちｎ₂を乗じた、フレームレートの（ｎ₂×１０）倍以上が好ましい。本実施形態では、ｎ₂＝３であるので、フレームレートを６０ｆｐｓで駆動する場合、画像表示装置２は、応答時間が０．５６ｍｓ以下であることが好ましい。応答速度が高速な画像表示装置２として、ＤＬＰ（登録商標）方式が好適であり、ＬＥＤ光源またはレーザー光源、およびＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）で駆動する微小ミラーを二次元配列したＤＭＤ（Digital Micromirror Device）で構成される。 (Image display device)
The image display device 2 is composed of a light source, a spatial light modulator, and the like, and projects light for forming a two-dimensional intermediate image on a projection area e (see FIG. 4) of the intermediate screen 4. As described in the virtual image display method described later, the image display device 2 has a high response speed because it switches and projects each intermediate image forming two or more virtual images having different virtual image distances to be displayed at the same time within one frame. Is preferable. The frame rate is preferably 30 fps or more, and more preferably 60 fps or more. Further, in the case of full-color display by the time division method, the display period of each intermediate image is further divided into three and displayed by switching for each color, but the divided unit period δ is long and one region in the virtual image field E. If the difference between the virtual image distances of the virtual images displayed in (display area E2) is large, the virtual images are likely to undergo color shift. Therefore, although it depends on the difference between the virtual image distances and the length of the non-display period, the response speed of the image display device 2 is 10 times the frame rate, and further, in one region (E1, E2) in the virtual image field E. _{It is preferably (n 2} × 10) times or more the frame rate, which is multiplied by the maximum value of _{n 1} and n ₂ of the number of steps of the virtual image distance of the virtual image to be displayed, that _{is, n 2.} In the present embodiment, since n ₂ = 3, when the frame rate is driven at 60 fps, the response time of the image display device 2 is preferably 0.56 ms or less. As the image display device 2 having a high response speed, the DLP (registered trademark) method is suitable, and a DMD (Digital Micromirror) in which an LED light source or a laser light source and a micromirror driven by a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) are arranged in two dimensions is suitable. Device).

（中間スクリーン）
中間スクリーン４は、画像表示装置２から照射された光を、投影光学系３を通して中間像として結像する。そのために、ヘッドアップディスプレイ装置１０において、中間スクリーン４は、投影光学系３の焦点深度内に配置されることが好ましい。本実施形態においては、中間スクリーン４は、透過型の拡散板、例えばマイクロレンズアレイであり、一面側から入射した光を所望の配向角に拡散させて他面側へ出射する。このような中間スクリーン４は、ガラスや樹脂等の透明な材料で形成される。また、ヘッドアップディスプレイ装置１０においては、中間スクリーン４は、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、光を透過する基板５の一面に設けられて、スクリーンディスク４０を構成する。基板５は、中間スクリーン４と同様に透明な材料からなり、光を直進させて透過する。中間スクリーン４と基板５とが一体のスクリーンディスク４０とされてもよく、一体に成型、または基板５の一面を凹凸に加工して中間スクリーン４を形成することができる。あるいは、スクリーンディスク４０は、基板５にシート状の中間スクリーン４を貼り付けて構成されていてもよい。スクリーンディスク４０は、基板５を貫通する軸孔５ｈで画像表示装置２からの光の入射方向に平行に配置されたシャフト６１に固定され、フレームレートと同じ回転数（ｒ／ｓ）で一方向に連続回転する。本明細書および図面においては、シャフト６１の中心軸（回転の軸）を円筒座標系のｚ軸（円筒軸）とし、ｚ軸を中心とする円の任意の径方向（ｚ軸と直交する直線方向）をｒ方向（射線）、周方向をθ方向と称する。また、別途記載のない限り、図３Ｂにおける上（＋ｚ側）を上とし、平面視とは＋ｚ側から見ることを指す。さらに、スクリーンディスクおよびこれを構成する中間スクリーン等に関して、ｚ軸を法線とする平面を単に平面と称する。なお、光の入射側を＋ｚ（上）側とし、すなわち−ｚ方向に光が進行する。 (Intermediate screen)
The intermediate screen 4 forms an image of the light emitted from the image display device 2 as an intermediate image through the projection optical system 3. Therefore, in the head-up display device 10, the intermediate screen 4 is preferably arranged within the depth of focus of the projection optical system 3. In the present embodiment, the intermediate screen 4 is a transmissive diffuser plate, for example, a microlens array, which diffuses the light incident from one surface side to a desired orientation angle and emits it to the other surface side. Such an intermediate screen 4 is formed of a transparent material such as glass or resin. Further, in the head-up display device 10, as shown in FIGS. 3A and 3B, the intermediate screen 4 is provided on one surface of the substrate 5 that transmits light to form the screen disk 40. The substrate 5 is made of a transparent material like the intermediate screen 4, and allows light to travel straight through. The intermediate screen 4 and the substrate 5 may be integrally formed as a screen disk 40, and the intermediate screen 4 can be formed by integrally molding or processing one surface of the substrate 5 into irregularities. Alternatively, the screen disk 40 may be configured by attaching a sheet-shaped intermediate screen 4 to the substrate 5. The screen disk 40 is fixed to a shaft 61 arranged parallel to the incident direction of light from the image display device 2 through a shaft hole 5h penetrating the substrate 5, and is unidirectional at the same rotation speed (r / s) as the frame rate. Continuously rotate to. In the present specification and drawings, the central axis (rotation axis) of the shaft 61 is the z-axis (cylindrical axis) of the cylindrical coordinate system, and a straight line orthogonal to the z-axis in an arbitrary radial direction of a circle centered on the z-axis. The direction) is referred to as the r direction (line of sight), and the circumferential direction is referred to as the θ direction. Unless otherwise specified, the upper side (+ z side) in FIG. 3B is the upper side, and the plan view means viewing from the + z side. Further, with respect to the screen disk and the intermediate screens constituting the screen disk, a plane having the z-axis as a normal is simply referred to as a plane. The incident side of the light is the + z (upper) side, that is, the light travels in the −z direction.

中間スクリーン４は、図４に示すように、平面視でシャフト６１を中心とする円環形状であり、さらに、シャフト６１を中心とする円（同図中の符号５ｂ）で内周側の第１領域４１と外周側の第２領域４２とに区画され、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、第２領域４２が第１領域４１よりも上にすなわち光の入射側に配置されている。したがって、基板５は、平面視が全円の垂直な（ｚ方向の）段差５ｂを有する。また、第１領域４１は、ｚ軸を法線とする１つの平面からなる。一方、第２領域４２は、主に、高さ（ｚ方向における位置）がθ方向に連続的に変化する傾斜面（螺旋面）４２ｓからなり、さらに傾斜面４２ｓの最も高い側に連続した、ｚ軸を法線とする平面４２ｈを有する。したがって、基板５は、第２領域４２における傾斜面４２ｓの低い側の端と平面４２ｈとのｒ方向の直線状の境界に沿って、垂直な段差５ｇを有する。なお、基板５の下面の形状は特に規定されないが、シャフト６１を中心として重さを偏らせないために、また、中間スクリーン４から基板５を透過する光の光路長を揃えるために、厚さ（ｚ方向長）が一様になるように上面の形状に合わせることが好ましい。なお、図３Ａ、図３Ｂ、および図４では、スクリーンディスク４０は、上面の縁部および中央部に中間スクリーン４がない構成としているが、上面全体に中間スクリーン４が設けられていてもよいし、また、中央部等は光を透過しなくてよいので、基板５が磨りガラス状等に加工されていてもよいし、別の材料が組み合わされていてもよい。中間スクリーン４の面形状の詳細については後記する。 As shown in FIG. 4, the intermediate screen 4 has a ring shape centered on the shaft 61 in a plan view, and is further formed on the inner peripheral side by a circle centered on the shaft 61 (reference numeral 5b in the figure). It is divided into one region 41 and a second region 42 on the outer peripheral side, and as shown in FIGS. 3A and 3B, the second region 42 is arranged above the first region 41, that is, on the incident side of light. Therefore, the substrate 5 has a vertical (z-direction) step 5b in a plan view of the entire circle. Further, the first region 41 is composed of one plane whose normal is the z-axis. On the other hand, the second region 42 is mainly composed of an inclined surface (helicoid surface) 42s whose height (position in the z direction) continuously changes in the θ direction, and is continuous on the highest side of the inclined surface 42s. It has a plane 42h with the z-axis as the normal. Therefore, the substrate 5 has a vertical step 5g along the linear boundary in the r direction between the lower end of the inclined surface 42s and the plane 42h in the second region 42. Although the shape of the lower surface of the substrate 5 is not particularly specified, the thickness is not particularly specified so that the weight is not biased around the shaft 61 and the optical path length of the light transmitted from the intermediate screen 4 through the substrate 5 is made uniform. It is preferable to match the shape of the upper surface so that (length in the z direction) is uniform. In addition, in FIG. 3A, FIG. 3B, and FIG. 4, the screen disk 40 has a configuration in which the intermediate screen 4 is not provided at the edge portion and the central portion of the upper surface, but the intermediate screen 4 may be provided on the entire upper surface. Further, since the central portion and the like do not have to transmit light, the substrate 5 may be processed into a frosted glass shape or the like, or another material may be combined. Details of the surface shape of the intermediate screen 4 will be described later.

図４に示すように、中間スクリーン４は、平面視で、中間像の投影領域ｅを内包すると共に、投影領域ｅが第１領域４１上と第２領域４２上との両方にわたって配置されるように構成される。投影領域ｅの形状および寸法は、アイボックス全体にわたって虚像Ｉｖが表示されるように、投影光学系３、中間スクリーン４、および拡大反射鏡８の配置や光学特性等に応じて設定され、ここでは、虚像視野Ｅとほぼ同等のアスペクト比の長方形に設定されている。また、本実施形態においては、ｒ方向の直線が投影領域ｅを長手方向に二等分するように、画像表示装置２に対してスクリーンディスク４０が配置されている。便宜上、スクリーンディスク４０に対して中間像が動くような図としているが、実際のヘッドアップディスプレイ装置１０においては、画像表示装置２から投影される中間像の投影領域ｅの平面視における位置が固定されていて、スクリーンディスク４０が−θ方向に連続回転していることにより、中間スクリーン４上を投影領域ｅが＋θ方向に周回移動している。周回移動において、投影領域ｅに対して、領域４１，４２の境界５ｂの位置が固定されている。この、投影領域ｅの第１領域４１上の部分（投影領域ｅ１と称する）が虚像視野Ｅの表示領域Ｅ１に、第２領域４２上の部分（投影領域ｅ２と称する）が表示領域Ｅ２に、それぞれ対応する。したがって、中間スクリーン４は、第１領域４１で至近距離の虚像Ｉｖｃを形成する中間像が結像するように構成される。そして、第２領域４２におけるθ方向にシフトした３つの領域４２ｎ，４２ｍ，４２ｆで結像した中間像が、３段階の虚像距離の虚像Ｉｖｎ，Ｉｖｍ，Ｉｖｆを形成するように構成される。また、周回移動において、投影領域ｅ２が段差５ｇを跨いでいる期間が短いことが好ましく、すなわち、投影領域ｅ２のθ方向長、詳しくは第２領域４２の内径（境界５ｂの径）方向の長さ（以下、投影領域ｅのθ方向長）θ_Proが、一周（２π）に対して十分に小さいことが好ましい。投影領域ｅのθ方向長θ_Proが大きいと、虚像Ｉｖ、特に表示領域Ｅ２に表示される虚像Ｉｖｎ，Ｉｖｍ，Ｉｖｆの輝度が低下する。そのために、中間スクリーン４は、投影領域ｅのサイズに対して十分に大きく設計される。 As shown in FIG. 4, the intermediate screen 4 includes the projection region e of the intermediate image in a plan view, and the projection region e is arranged over both the first region 41 and the second region 42. It is composed of. The shape and dimensions of the projection area e are set according to the arrangement and optical characteristics of the projection optical system 3, the intermediate screen 4, and the magnifying reflector 8 so that the virtual image Iv is displayed over the entire eye box. , It is set to a rectangle having an aspect ratio almost equal to that of the virtual image field E. Further, in the present embodiment, the screen disk 40 is arranged with respect to the image display device 2 so that the straight line in the r direction bisects the projection region e in the longitudinal direction. For convenience, the figure is such that the intermediate image moves with respect to the screen disk 40, but in the actual head-up display device 10, the position of the projection area e of the intermediate image projected from the image display device 2 in the plan view is fixed. As the screen disk 40 continuously rotates in the −θ direction, the projection region e orbits in the + θ direction on the intermediate screen 4. In the orbital movement, the position of the boundary 5b of the areas 41 and 42 is fixed with respect to the projection area e. The portion of the projection region e on the first region 41 (referred to as the projection region e1) is in the display region E1 of the virtual image field E, and the portion on the second region 42 (referred to as the projection region e2) is in the display region E2. Corresponds to each. Therefore, the intermediate screen 4 is configured so that an intermediate image forming a virtual image Ivc at a close distance is formed in the first region 41. Then, the intermediate images formed in the three regions 42n, 42m, and 42f shifted in the θ direction in the second region 42 are configured to form virtual images Ivn, Ivm, and Ivf with three stages of virtual image distances. Further, in the orbital movement, it is preferable that the period in which the projection region e2 straddles the step 5g is short, that is, the length of the projection region e2 in the θ direction, specifically, the length of the second region 42 in the inner diameter (diameter of the boundary 5b) direction. _{It is preferable that θ Pro} (hereinafter, the length of the projection region e in the θ direction) is sufficiently small with respect to one circumference (2π). When the θ-direction length θ _Pro of the projection region e is large, the brightness of the virtual images Iv, particularly the virtual images Ivn, Ivm, and Ivf displayed in the display region E2, decreases. Therefore, the intermediate screen 4 is designed to be sufficiently large with respect to the size of the projection area e.

虚像距離は、中間像からフロントウインドウＳまでの光路長が長いほど長くなり、したがって、中間スクリーン４が光の入射側寄りに配置されるほど、すなわちｚ方向における位置（高さ）が上になるほど、虚像距離が長くなる。第１領域４１は、至近距離の虚像Ｉｖｃを形成する中間像のみを結像するために、θ方向における位置にかかわらず高さが一定となるように、ｚ軸を法線とする一平面からなる。一方、第２領域４２は、スクリーンディスク４０の回転によって中間像の光路上の位置が周期的に変化する可変領域とするために、θ方向における位置によって高さが異なるように構成される。ここで、図５に、虚像Ｉｖｃ，Ｉｖｎ，Ｉｖｍ，Ｉｖｆの各虚像距離の目標値ＶＩＤｃ，ＶＩＤｎ，ＶＩＤｍ，ＶＩＤｆを示す。また、第１領域４１に結像した中間像から形成される虚像の虚像距離ＶＩＤ１が目標値ＶＩＤｃとなる（ＶＩＤ１＝ＶＩＤｃ）中間像の位置ｚ_c（第１領域４１の高さ）を基準として、虚像距離ＶＩＤｎ，ＶＩＤｍ，ＶＩＤｆの虚像を形成する各中間像の位置ｚ_n，ｚ_m，ｚ_fを示す。 The virtual image distance becomes longer as the optical path length from the intermediate image to the front window S becomes longer. Therefore, the more the intermediate screen 4 is arranged closer to the incident side of the light, that is, the higher the position (height) in the z direction is. , The virtual image distance becomes longer. The first region 41 is formed from a plane having the z-axis as a normal so that the height is constant regardless of the position in the θ direction in order to image only the intermediate image forming the virtual image Ivc at a close distance. Become. On the other hand, the second region 42 is configured so that the height differs depending on the position in the θ direction in order to make the second region 42 a variable region in which the position of the intermediate image on the optical path changes periodically due to the rotation of the screen disk 40. Here, FIG. 5 shows the target values VIDc, VIDn, VIDm, and VIDf of the virtual image distances of the virtual images Ivc, Ivn, Ivm, and Ivf. Also, the virtual image of the virtual image distance VID1 formed from the intermediate image formed in the first region 41 becomes the target value Vidc the (VID1 = Vidc) position of the intermediate image z _c (height of the first region 41) as a reference _{, The positions z n} , z _m , z _f of each intermediate image forming the virtual image of the virtual image distances VIDn, VIDm, and VIDf are shown.

虚像距離は、中間像からフロントウインドウＳまでの光路長に非線形で依存し、虚像距離が長くなるほど光路長への依存性が大きくなる。したがって、図５に示すように、虚像距離の差（ＶＩＤｎ−ＶＩＤｃ）の小さい至近距離の虚像Ｉｖｃと近距離の虚像Ｉｖｎをそれぞれ形成する中間像の位置ｚ_c，ｚ_nが大きく異なる一方、中〜遠距離（ＶＩＤｍ，ＶＩＤｆ）の虚像については、中間像の位置ｚ_m，ｚ_fの小さな差で虚像距離が大きく変化する。中間スクリーン４の第２領域４２に結像した中間像から形成される虚像の虚像距離ＶＩＤ２は、急激に変化すると虚像に色ずれを生じるので、図５に示すように、虚像距離ＶＩＤｎから虚像距離ＶＩＤｆへθ方向に対して略線形に変化することが好ましい。そのために、第２領域４２の高さは、近〜中距離ＶＩＤｎ〜ＶＩＤｍの虚像を表示する期間では勾配が大きく、中〜遠距離ＶＩＤｍ〜ＶＩＤｆの虚像を表示する期間では勾配が小さく、さらには勾配が０（ｚ軸を法線とする平面）になる。すなわち、第２領域４２は、＋θ方向に高さが連続的に増加しかつ勾配が漸減する傾斜面（螺旋面）４２ｓと、傾斜面４２ｓの最も高い側に連続した平面４２ｈとからなる。なお、第２領域４２においては、虚像Ｉｖｎを表示するための領域４２ｎと虚像Ｉｖｍを表示するための領域４２ｍ、領域４２ｍと虚像Ｉｖｆを表示するための領域４２ｆが、それぞれ投影領域ｅのθ方向長θ_Pro重なり合う。また、第２領域４２は、傾斜面４２ｓの低い側の端と平面４２ｈとの境界（図３Ａの段差５ｇ）で高さが急激に変化するので、後記の虚像表示方法で説明するように、中間像の投影領域ｅが段差５ｇを通過している期間は非表示として、虚像の色ずれ等を防止する。 The virtual image distance depends non-linearly on the optical path length from the intermediate image to the front window S, and the longer the virtual image distance, the greater the dependence on the optical path length. _{Therefore, as shown in FIG. 5, the positions z c} and z _{n of} the intermediate images forming the short-range virtual image Ivc and the short-range virtual image Ivn with a small difference in virtual image distance (VIDn-VIDc) are significantly different, while being medium. For virtual images of ~ long distance (VIDm, VIDf), the virtual image distance changes greatly with a small difference in _{the positions z m} and z _{f of the intermediate image.} The virtual image distance VID2 of the virtual image formed from the intermediate image formed in the second region 42 of the intermediate screen 4 causes a color shift in the virtual image when it changes suddenly. Therefore, as shown in FIG. 5, the virtual image distance from the virtual image distance VIDn It is preferable that the VIDf changes substantially linearly with respect to the θ direction. Therefore, the height of the second region 42 has a large gradient during the period of displaying the virtual image of the short to medium distance VIDn to VIDm, and the gradient is small during the period of displaying the virtual image of the medium to long distance VIDm to VIDf, and further. The gradient becomes 0 (a plane whose normal is the z-axis). That is, the second region 42 is composed of an inclined surface (helicoid surface) 42s in which the height continuously increases and the gradient gradually decreases in the + θ direction, and a plane 42h continuous on the highest side of the inclined surface 42s. In the second region 42, the region 42n for displaying the virtual image Ivn and the region 42m for displaying the virtual image Ivm, and the region 42m and the region 42f for displaying the virtual image Ivf are in the θ direction of the projection region e, respectively. Length θ _Pro Overlap. Further, since the height of the second region 42 changes abruptly at the boundary between the lower end of the inclined surface 42s and the plane 42h (step 5g in FIG. 3A), as will be described later in the virtual image display method. The period during which the projection region e of the intermediate image passes through the step 5 g is hidden to prevent color shift of the virtual image.

中間スクリーン４のこのような構成により、スクリーンディスク４０が１周する間に、虚像視野Ｅの表示領域Ｅ２には、虚像Ｉｖｎ，Ｉｖｍ，Ｉｖｆが１つずつ連続して表示され、これらが見かけ上同時に表示され、一方、表示領域Ｅ１には至近距離の虚像Ｉｖｃが表示される。なお、前記したように、中間スクリーン４は、画像表示装置２の焦点深度内に配置されることが好ましい。すなわち、第１領域４１と第２領域４２の平面４２ｈとの高低差（ｚ方向における差）｜ｚ_c−ｚ_f｜が、画像表示装置２の焦点深度以下であることが好ましい。中間スクリーン４の高低差は、虚像Ｉｖの虚像距離の範囲に応じて設計されるので、画像表示装置２および投影光学系３は、焦点深度がこの高低差以上となるように構成されることが好ましい。 With such a configuration of the intermediate screen 4, the virtual images Ivn, Ivm, and Ivf are continuously displayed one by one in the display area E2 of the virtual image field E while the screen disk 40 makes one revolution, and these are apparently displayed. It is displayed at the same time, while the virtual image Ivc at a close distance is displayed in the display area E1. As described above, the intermediate screen 4 is preferably arranged within the depth of focus of the image display device 2. _{That is, it is preferable that the height difference (difference in the z direction) | z c −} z _f | between the plane 42h of the first region 41 and the second region 42 is equal to or less than the depth of focus of the image display device 2. Since the height difference of the intermediate screen 4 is designed according to the range of the virtual image distance of the virtual image Iv, the image display device 2 and the projection optical system 3 may be configured so that the depth of focus is equal to or greater than this height difference. preferable.

カバー６２は、スクリーンディスク４０の高速回転による振動や風切音等の騒音を軽減する風防であり、必要に応じて設けられる。カバー６２は、スクリーンディスク４０を収容して密閉する筐体で、少なくとも平面視で中間スクリーン４と重複する部分が透明な材料で形成され、スクリーンディスク４０と共にシャフト６１に固定されて回転駆動する。また、カバー６２は、シャフト６１を軸とする回転体の外形であり、スクリーンディスク４０に対して大き過ぎないことが好ましく、例えば扁平な円柱形とすることができる。 The cover 62 is a windshield that reduces noise such as vibration and wind noise due to high-speed rotation of the screen disk 40, and is provided as needed. The cover 62 is a housing for accommodating and sealing the screen disc 40. At least a portion overlapping the intermediate screen 4 in a plan view is formed of a transparent material, and the cover 62 is fixed to the shaft 61 together with the screen disc 40 and driven to rotate. Further, the cover 62 is the outer shape of a rotating body about the shaft 61, and is preferably not too large with respect to the screen disk 40, and can be, for example, a flat cylindrical shape.

モータ７は、スクリーンディスク４０を、回転数（ｒ／ｓ）をフレームレートとして一方向に連続回転させる。また、必要に応じて、モータ７とシャフト６１との間にギヤ等の動力伝達部品を備える。 The motor 7 continuously rotates the screen disk 40 in one direction with the rotation speed (r / s) as the frame rate. Further, if necessary, a power transmission component such as a gear is provided between the motor 7 and the shaft 61.

（投影光学系、拡大反射鏡）
投影光学系３は、画像表示装置２が出射した光が中間スクリーン４に中間像を結像するように好適に投影されるために、必要に応じて設けられる光学素子であり、例えば、中間スクリーン４の投影領域ｅへの入射光の光径や光強度、拡がり等を調整するフィールドレンズである。投影光学系３は、図１では１枚の凸レンズで表されるが、２枚以上のレンズで構成されたり、画像表示装置２と中間スクリーン４の配置に応じて反射鏡（平面鏡、曲面鏡）をさらに備えたりしてもよい。投影光学系３はさらに、焦点可変光学系を有していてもよい。拡大反射鏡８は、中間スクリーン４に結像した中間像を、所定の寸法に拡大して、フロントウインドウＳの車内側の面に所定の入射角で投射する。拡大反射鏡８は、虚像Ｉｖが虚像視野Ｅ全体に、かつそれぞれの所定の虚像距離に表示可能となるように、フロントウインドウＳの入射面（車内側の面）形状に基づいた面形状（例えば、凹面型の自由曲面）に形成され、さらに向きおよび配置を設定される。さらに必要に応じて、中間スクリーン４と拡大反射鏡８との間に、反射鏡やレンズ等の光学素子を備えていてもよい。 (Projection optics, magnifying reflector)
The projection optical system 3 is an optical element provided as necessary so that the light emitted by the image display device 2 is suitably projected onto the intermediate screen 4 so as to form an intermediate image. For example, the intermediate screen. This is a field lens that adjusts the light diameter, light intensity, spread, and the like of the light incident on the projection area e of 4. The projection optical system 3 is represented by one convex lens in FIG. 1, but is composed of two or more lenses, or a reflector (plane mirror, curved mirror) depending on the arrangement of the image display device 2 and the intermediate screen 4. May be further provided. The projection optical system 3 may further have a variable focus optical system. The magnifying reflector 8 magnifies the intermediate image formed on the intermediate screen 4 to a predetermined dimension and projects it on the inner surface of the vehicle of the front window S at a predetermined incident angle. The magnifying reflector 8 has a surface shape (for example, a surface shape inside the vehicle) based on the incident surface (inside surface of the vehicle) of the front window S so that the virtual image Iv can be displayed over the entire virtual image field of view E and at each predetermined virtual image distance. , Concave free-form surface), and the orientation and arrangement are further set. Further, if necessary, an optical element such as a reflector or a lens may be provided between the intermediate screen 4 and the magnifying reflector 8.

（虚像表示方法）
本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置による虚像表示方法を、図５を参照して説明する。ここでは、図５は横軸を時間とする。 (Virtual image display method)
A virtual image display method using the head-up display device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, in FIG. 5, the horizontal axis is time.

画像表示装置２は、１フレームを均等にＮ分割した単位期間δ毎に中間像の画像パターンを切り換えて投影し、併せて、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の光源を順番に切り替えて１色ずつパルス照射する。本明細書では、この単位期間δ毎の動作をステップと称する。したがって、投影領域ｅが中間スクリーン４を＋θ方向に２π／Ｎ（＝δ）移動する毎に中間像が投影される。ただし、投影領域ｅが中間スクリーン４の段差５ｇ上を通過する（δ×Ｎ_hid）期間（Ｎ_hid×δ＜θ_Pro≦(Ｎ_hid＋１)×δ）は、非表示期間ｔ０に設定し、画像表示装置２は光源をＯＦＦにして画像パターンを投影しない。したがって、画像表示装置２は、１フレームあたり（Ｎ−Ｎ_hid）通りの中間像のパターンを投影する。ここでは一例として、Ｎ＝４８、Ｎ_hid＝９として、δ＝π／２４（＝７．５°）移動する毎に中間像が投影され、１フレームあたり３９通りの中間像のパターンを投影することができる。 The image display device 2 switches and projects the image pattern of the intermediate image for each unit period δ in which one frame is evenly divided into N, and also emits red (R), green (G), and blue (B) light sources. It is switched in order and pulsed one color at a time. In this specification, the operation for each unit period δ is referred to as a step. Therefore, the intermediate image is projected every time the projection region e moves the intermediate screen 4 in the + θ direction by 2π / N (= δ). However, the projection area e passes over the step 5g of intermediate screen 4 (δ × N _hid) period _{_{(N hid × δ <θ Pro}} ≦ (N hid +1) × δ) is set to non-display period t0, The image display device 2 turns off the light source and does not project an image pattern. Therefore, the image display device 2 projects the pattern of the intermediate image as _{(N−N hid) per frame.} Here, as an example, assuming that N = 48 and N _hid = 9, an intermediate image is projected every time δ = π / 24 (= 7.5 °) moves, and 39 intermediate image patterns are projected per frame. be able to.

そこで、画像表示装置２は、１〜３９ステップをｎ₂期間すなわち３つの期間に分割し、投影領域ｅ２に、１〜１３ステップ（第１表示期間ｔ１）においては近距離の虚像Ｉｖｎの、１４〜２６ステップ（第２表示期間ｔ２）においては中距離の虚像Ｉｖｍの、２７〜３９ステップ（第３表示期間ｔ３）においては遠距離の虚像Ｉｖｆの、それぞれのパターンを投影する。投影領域ｅ１には、１〜３９ステップ（表示期間ｔ１〜ｔ３）を通して、至近距離の虚像Ｉｖｃのパターンを投影する。さらに、１ステップ毎に光源の色を切り替えるので、ステップ毎の色および領域別のパターンは、表１に示す通りである。ステップ毎に表示される虚像の虚像距離が異なっていても、１期間内でＲ，Ｇ，Ｂの各色のパターンを２回以上繰り返して投影することにより、同色かつ同パターンの虚像同士が見かけ上平均化される。その結果、第１表示期間ｔ１においては虚像Ｉｖｎが虚像距離ＶＩＤｎに、第２表示期間ｔ２においては虚像Ｉｖｍが虚像距離ＶＩＤｍに、第３表示期間ｔ３においては虚像Ｉｖｆが虚像距離ＶＩＤｆに、それぞれフルカラーで表示され、さらに、これらの虚像Ｉｖｎ，Ｉｖｍ，Ｉｖｆが見かけ上同時に表示される。１期間内、特に第２表示期間ｔ２のように期間中に中間スクリーン４の高さが変化している表示期間では、Ｒ，Ｇ，Ｂの繰り返し回数を２回以上とし、３回以上が好ましい。１期間内での中間スクリーン４の高低差による虚像距離の変化量に対して繰り返し回数が多いほど虚像Ｉｖの色ずれが低減し、さらには見かけ上で色ずれのない虚像Ｉｖとなる。 Therefore, the image display device 2 divides the steps 1 to 39 into n ₂ periods, that is, three periods, and in the projection region e2, 14 of the short-distance virtual image Ivn in the steps 1 to 13 (first display period t1). In steps ~ 26 (second display period t2), a pattern of a medium-distance virtual image Ivm is projected, and in steps 27 to 39 (third display period t3), a pattern of a long-distance virtual image Ivf is projected. A pattern of a virtual image Ivc at a close range is projected onto the projection area e1 through steps 1 to 39 (display periods t1 to t3). Further, since the color of the light source is switched for each step, the color for each step and the pattern for each area are as shown in Table 1. Even if the virtual image distance of the virtual image displayed for each step is different, the virtual images of the same color and the same pattern appear to be projected by repeatedly projecting the patterns of each color of R, G, and B twice or more within one period. To be averaged. As a result, the virtual image Ivn becomes the virtual image distance VIDn in the first display period t1, the virtual image Ivm becomes the virtual image distance VIDm in the second display period t2, and the virtual image Ivf becomes the virtual image distance VIDf in the third display period t3. In addition, these virtual images Ivn, Ivm, and Ivf are apparently displayed at the same time. Within one period, especially in the display period in which the height of the intermediate screen 4 changes during the period such as the second display period t2, the number of repetitions of R, G, and B is set to 2 times or more, preferably 3 times or more. .. As the number of repetitions increases with respect to the amount of change in the virtual image distance due to the height difference of the intermediate screen 4 within one period, the color shift of the virtual image Iv decreases, and the virtual image Iv becomes apparently free of color shift.

なお、投影領域ｅ１に投影される中間像は一定の高さであるので、周期全体を通して投影してもよく、すなわち４０〜４８ステップにおいて、至近距離の虚像Ｉｖｃを形成する中間像のみを投影してもよい。これにより、投影領域ｅのθ方向長θ_Proにかかわらず、虚像Ｉｖｃの輝度をいっそう高く表示することができる。また、表示期間ｔ１，ｔ２，ｔ３は均等な時間に分割しなくてもよく、期間が長い、すなわちステップ数が多いほどその虚像距離の虚像の輝度を相対的に高くすることができる。さらに、表示期間を４以上に分割して、虚像距離ＶＩＤｎ〜ＶＩＤｆの範囲で４段階以上の虚像を表示することもできる。また、１期間のステップ数が十分に多い場合には、Ｒ，Ｇ，Ｇ，ＢまたはＲ，Ｇ，Ｂ，Ｇの繰り返しとして、視感度の高い緑色を高輝度で表示することもできる。あるいは、画像表示装置２に黄色（Ｙ）の光源をさらに備えて、Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｙの４色によるフルカラー表示とすることもできる。 Since the intermediate image projected on the projection area e1 has a constant height, it may be projected throughout the period, that is, only the intermediate image forming the virtual image Ivc at a close distance is projected in the 40 to 48 steps. You may. As a result, the brightness of the virtual image Ivc can be displayed even higher regardless of the _{length θ Pro} in the θ direction of the projection region e. Further, the display periods t1, t2, and t3 do not have to be divided into equal times, and the longer the period, that is, the larger the number of steps, the higher the brightness of the virtual image at the virtual image distance can be relatively increased. Further, the display period can be divided into 4 or more, and a virtual image of 4 or more stages can be displayed in the range of the virtual image distances VIDn to VIDf. Further, when the number of steps in one period is sufficiently large, green with high luminosity factor can be displayed with high brightness by repeating R, G, G, B or R, G, B, G. Alternatively, the image display device 2 may be further provided with a yellow (Y) light source to provide full-color display in four colors of R, G, B, and Y.

本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置は、中間スクリーンが、複数段階の虚像距離のうちの１つの虚像距離の虚像を形成する中間像を投影する領域を独立して設けていることで、この虚像を高輝度で表示することができる。特に３段階以上の虚像距離のうちの最短距離の虚像を形成する中間像を投影する領域（第１領域）を独立させて、別の領域（第２領域）にその他の２段階以上の虚像距離の虚像を形成する各中間像を１フレーム内において交替で投影することで、第２領域の高低差を小さくすることができ、スクリーンディスクを高い寸法精度で成形し易い。なお、例えば、中間スクリーンの第１領域で最短距離の虚像の中間像のみを投影し、第２領域で最短距離の虚像を含むすべての虚像距離の虚像の中間像を交替で投影する構成としてもよい。 In the head-up display device according to the present embodiment, the intermediate screen independently provides a region for projecting an intermediate image forming a virtual image of one of the virtual image distances in a plurality of stages. Can be displayed with high brightness. In particular, the region (first region) for projecting the intermediate image that forms the shortest virtual image of the three or more stages of virtual image distance is made independent, and the other two or more stages of virtual image distance is set in another region (second region). By alternately projecting the intermediate images forming the virtual image of the above in one frame, the height difference in the second region can be reduced, and the screen disk can be easily formed with high dimensional accuracy. In addition, for example, in the first region of the intermediate screen, only the intermediate image of the virtual image of the shortest distance is projected, and in the second region, the intermediate images of the virtual images of all the virtual image distances including the virtual image of the shortest distance are alternately projected. good.

中間スクリーンにおいて、１つの虚像距離の虚像を表示するための一平面からなる中間像の固定領域は、内周、外周のどちらの側に設けることもできるが、内周側に設けることが好ましい。高低差を有する中間像の可変領域が周の長さの長い外周側に設けられることにより、周の長さあたりの勾配が抑えられ、寸法精度を高く形成し易い。また、内周の領域にｒ方向に沿った段差がないので、投影領域ｅ１，ｅ２の配分にもよるが、中間スクリーン４を投影領域ｅのサイズに対して大きくしなくても、非表示期間ｔ０（＝δ×Ｎ_hid）を短くすることができる。また、虚像視野Ｅにおける表示領域Ｅ１，Ｅ２の配置および配分は任意であり、例えば虚像視野Ｅにおける上部に至近距離の虚像の表示領域Ｅ１を配置することもできる。あるいは、虚像視野Ｅにおける右下に表示領域Ｅ１を配置することもでき、この場合には、図６に示すように中間スクリーン４に対して投影領域ｅが配置されるように、画像表示装置２およびスクリーンディスク４０を配置する。また、例えば、虚像視野Ｅにおける上部と下部のそれぞれに至近距離の虚像のみを表示することもでき、この場合には、第２領域の外周側に第１領域と同じ高さの一平面からなる領域を追加、すなわち中間スクリーン４を３つの領域に区画する。 In the intermediate screen, the fixed region of the intermediate image composed of one plane for displaying the virtual image of one virtual image distance can be provided on either the inner peripheral side or the outer peripheral side, but it is preferably provided on the inner peripheral side. By providing the variable region of the intermediate image having a height difference on the outer peripheral side having a long circumference, the gradient per circumference is suppressed, and it is easy to form with high dimensional accuracy. Further, since there is no step along the r direction in the inner peripheral region, the non-display period does not need to increase the size of the intermediate screen 4 with respect to the size of the projection region e, although it depends on the distribution of the projection regions e1 and e2. t0 (= δ × N _hid ) can be shortened. Further, the arrangement and distribution of the display areas E1 and E2 in the virtual image field of view E are arbitrary. For example, the display area E1 of the virtual image at a close distance can be arranged in the upper part of the virtual image field of view E. Alternatively, the display area E1 can be arranged at the lower right of the virtual image field E. In this case, the image display device 2 is arranged so that the projection area e is arranged with respect to the intermediate screen 4 as shown in FIG. And the screen disk 40 is placed. Further, for example, it is possible to display only a virtual image at a close distance in each of the upper part and the lower part in the virtual image field E, and in this case, the outer peripheral side of the second region is composed of a plane having the same height as the first region. Add areas, i.e. divide the intermediate screen 4 into three areas.

画像表示装置２は、レーザー走査方式を適用することもでき、レーザー光源およびＭＥＭＳ駆動のミラーで構成される。レーザー走査方式の画像表示装置２は、Ｒ，Ｇ，Ｂのレーザー光を色毎に出力を制御しながら同時に照射して、ミラーで中間スクリーン４の投影領域ｅ内を走査させる。期間中に中間スクリーンの高さが変化している表示期間については、投影領域ｅ内を２回以上繰り返し走査し、３回以上繰り返すことが好ましい。また、一般的に、レーザー走査方式においては、レーザー光が投影領域ｅ内をＨ方向（長手方向）全長にわたって往復しながらＶ方向に移動するので、照射のタイミングが投影領域ｅ内でＶ方向にずれる。したがって、虚像視野Ｅの表示領域Ｅ１，Ｅ２は、図２に示すようにＶ方向に区画されることが好ましい。画像表示装置２は、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）による反射型液晶パネルを適用することもでき、ＬＥＤ光源、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色の画像パターンを表示する計３枚の液晶パネル、およびダイクロイックプリズム等の色合成光学系で構成される。液晶パネルは、フレームレートの（ｎ₂／(１−θ_Pro／２π)）倍以上の応答速度とし、表示期間毎に画像パターンを切り換えて中間スクリーン４に中間像を投影する。 The image display device 2 can also apply a laser scanning method, and is composed of a laser light source and a MEMS-driven mirror. The laser scanning type image display device 2 simultaneously irradiates laser light of R, G, and B while controlling the output for each color, and scans the inside of the projection area e of the intermediate screen 4 with a mirror. For the display period in which the height of the intermediate screen changes during the period, it is preferable to repeatedly scan the projection area e twice or more and repeat it three times or more. Further, in general, in the laser scanning method, since the laser light moves in the V direction while reciprocating in the projection region e over the entire length in the H direction (longitudinal direction), the irradiation timing is in the V direction in the projection region e. It shifts. Therefore, the display areas E1 and E2 of the virtual image field E are preferably partitioned in the V direction as shown in FIG. A reflective liquid crystal panel made of LCOS (Liquid Crystal On Silicon) can be applied to the image display device 2, and an LED light source, a total of three liquid crystal panels for displaying image patterns of R, G, and B colors, and a dichroic prism. It is composed of a color synthesis optical system such as. The liquid crystal panel has _{a response speed of (n 2} / (1-θ _Pro / 2π)) or more of the frame rate, and the image pattern is switched for each display period to project an intermediate image on the intermediate screen 4.

〔変形例〕
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更実施が可能であり、例えば以下の態様が挙げられる。 [Modification example]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified without departing from the spirit of the present invention. For example, the following aspects can be mentioned.

スクリーンディスクは、中間スクリーンを領域毎に異なる側の面に設けていてもよい。具体的には、図７に示すように、スクリーンディスク４０Ａは、基板５Ａの上面に中間スクリーン４の第２領域４２の部分が設けられ、基板５Ａの下面に第１領域４１の部分が設けられている。スクリーンディスク４０Ａは、図４に示す前記実施形態のスクリーンディスク４０と同様の平面視である。第１領域４１と第２領域４２との高低差が大きい場合には、スクリーンディスク４０Ａは、このような構成により、基板５Ａの厚さを抑えることができ、軽量化される。 The screen disk may be provided with an intermediate screen on a different side surface for each area. Specifically, as shown in FIG. 7, in the screen disk 40A, the portion of the second region 42 of the intermediate screen 4 is provided on the upper surface of the substrate 5A, and the portion of the first region 41 is provided on the lower surface of the substrate 5A. ing. The screen disk 40A has the same plan view as the screen disk 40 of the embodiment shown in FIG. When the height difference between the first region 41 and the second region 42 is large, the thickness of the substrate 5A can be suppressed and the weight of the screen disk 40A can be reduced by such a configuration.

ヘッドアップディスプレイ装置は、スクリーンディスクを２以上の整数周期で１回転させてもよい。例えば、図８に示すスクリーンディスク４０Ｂは、１／２周（π）で１周期、すなわち２周期で１回転させる。このような構成により、スクリーンディスク４０Ｂは、シャフト６１（ｚ軸）で回転対称性を有する形状となり、また、回転数がフレームレートの１／２となるので、回転による振動や騒音が低減する。なお、この場合、非表示期間ｔ０（＝δ×Ｎ_hid）が周期πあたりで長いと虚像Ｉｖの輝度が低下するので、投影領域ｅのθ方向長θ_Pro（図４参照）が周期（π）に対して小さくなるように、中間スクリーン４Ｂは投影領域ｅに対して十分に大きく設計されることが好ましい。 The head-up display device may rotate the screen disk once in an integer cycle of 2 or more. For example, the screen disk 40B shown in FIG. 8 is rotated once in one cycle (π), that is, in two cycles. With such a configuration, the screen disk 40B has a shape having rotational symmetry on the shaft 61 (z axis), and the number of rotations is halved of the frame rate, so that vibration and noise due to rotation are reduced. In this case, if the non-display period t0 (= δ × N _hid ) is long around the period π, the brightness of the virtual image Iv decreases, so that the θ-direction length θ _Pro (see FIG. 4) of the projection region e is the period (π). ), The intermediate screen 4B is preferably designed to be sufficiently large with respect to the projection area e.

ヘッドアップディスプレイ装置は、スクリーンディスク４０（４０Ａ，４０Ｂ）に直動機構を接続して備えて、その全体をｚ方向に往復移動可能として、虚像Ｉｖの虚像距離を可変としてもよい。スクリーンディスク４０すなわち中間スクリーン４全体を移動させると、至近距離の虚像Ｉｖｃはほとんど虚像距離が変化しなくても、実景に重ね合わせる中〜遠距離の虚像Ｉｖｍ，Ｉｖｆの虚像距離は大きく変化する。したがって、例えば自動車の速度に対応してスクリーンディスク４０を移動させることができる。あるいは、スクリーンディスク４０に加えて投影光学系３や、スクリーンディスク４０と拡大反射鏡８との間に配置した光学系（図示せず）を移動させてもよい。 The head-up display device may include a linear motion mechanism connected to the screen disk 40 (40A, 40B) so that the entire head-up display device can reciprocate in the z direction and the virtual image distance of the virtual image Iv can be made variable. When the screen disk 40, that is, the entire intermediate screen 4 is moved, the virtual image distances of the medium to long distance virtual images Ivm and Ivf superposed on the actual scene change greatly even if the virtual image distance of the virtual image Ivc at a close distance hardly changes. Therefore, for example, the screen disk 40 can be moved according to the speed of the automobile. Alternatively, in addition to the screen disk 40, the projection optical system 3 or an optical system (not shown) arranged between the screen disk 40 and the magnifying reflector 8 may be moved.

前記実施形態の中間スクリーン４は、第２領域４２に、領域４２ｆ−４２ｎ間の段差５ｇ以外にも段差を有していてもよい。例えば、領域４２ｎを平面として、領域４２ｎ−４２ｍ間にも段差を有していてもよい（図示せず）。この場合、周期（２π）あたりの非表示期間（δ×Ｎ_hid）が２回あるので、虚像Ｉｖの輝度の低下を抑制するために、中間スクリーン４は投影領域ｅに対して十分に大きく設計されることが好ましい。本変形例においては、領域４２ｎの高さが変化せず、また、領域４２ｍ−４２ｆ間の高低差が小さく勾配を小さくすることができるので、表示期間ｔ１，ｔ２，ｔ３の各ステップ数が少なくても、虚像Ｉｖｎ，Ｉｖｍ，Ｉｖｆに色ずれが生じ難い。 The intermediate screen 4 of the above embodiment may have a step in the second region 42 other than the step 5 g between the regions 42f-42n. For example, with the region 42n as a plane, a step may be provided between the regions 42n-42m (not shown). In this case, since there are two non-display periods (δ × N _hid ) per period (2π), the intermediate screen 4 is designed to be sufficiently large with respect to the projection area e in order to suppress a decrease in the brightness of the virtual image Iv. It is preferable to be done. In this modification, the height of the region 42n does not change, and the height difference between the regions 42m-42f is small and the gradient can be reduced, so that the number of steps in each of the display periods t1, t2, and t3 is small. However, color shift is unlikely to occur in the virtual images Ivn, Ivm, and Ivf.

中間スクリーンは、区画された領域の２以上がそれぞれ高さの変化する構成とすることもできる。例えば、図９に示すように、本発明の実施形態の変形例に係るヘッドアップディスプレイ装置のスクリーンディスク４０Ｃの中間スクリーン４Ｃは、内周側から順に、第１領域４１、第３領域４３、第２領域４２の３つに区画され、基板５Ｃは、領域４１−４３間に段差５ｂ１を、領域４３−４２間に段差５ｂ２を、それぞれ有する。最内周の第１領域４１および最外周の第２領域４２は、図４および図５に示す前記実施形態の中間スクリーン４と同様の構成である。すなわち、第１領域４１は、高さｚ_cの一平面からなり、至近距離の虚像Ｉｖｃを形成する中間像を投影される。第２領域４２は、傾斜面４２ｓと平面４２ｈとからなり、３段階の虚像距離の虚像Ｉｖｎ，Ｉｖｍ，Ｉｖｆを形成する中間像を投影される。一方、第３領域４３は、２段階の虚像距離の虚像Ｉｖｎ，Ｉｖｍを形成する中間像を投影される２つの領域４３ｎ，４３ｍを有するように構成される。なお、投影領域ｅの第１領域４１上の部分を投影領域ｅ１、第２領域４２上の部分を投影領域ｅ２、第３領域４３上の部分を投影領域ｅ３と称する。 The intermediate screen may be configured such that two or more of the partitioned areas have varying heights. For example, as shown in FIG. 9, the intermediate screen 4C of the screen disk 40C of the head-up display device according to the modified example of the embodiment of the present invention has the first region 41, the third region 43, and the third region 43 in this order from the inner peripheral side. The substrate 5C is divided into three regions 42, and the substrate 5C has a step 5b1 between the regions 41-43 and a step 5b2 between the regions 43-42. The first region 41 on the innermost circumference and the second region 42 on the outermost circumference have the same configuration as the intermediate screen 4 of the embodiment shown in FIGS. 4 and 5. That is, the first region 41 is composed _{of a plane having a height z c} , and an intermediate image forming a virtual image Ivc at a close distance is projected. The second region 42 is composed of an inclined surface 42s and a plane 42h, and an intermediate image forming a virtual image Ivn, Ivm, Ivf of three stages of virtual image distance is projected. On the other hand, the third region 43 is configured to have two regions 43n, 43m on which an intermediate image forming a virtual image Ivn, Ivm of two stages of virtual image distance is projected. The portion of the projection region e on the first region 41 is referred to as the projection region e1, the portion on the second region 42 is referred to as the projection region e2, and the portion on the third region 43 is referred to as the projection region e3.

本変形例においては、虚像視野ＥのＶ方向における中央の領域に、２段階の虚像距離の虚像Ｉｖｎ，Ｉｖｍを限定して表示することにより、この領域に表示される虚像Ｉｖの輝度をある程度高くすることができる。ここでは、近距離の虚像Ｉｖｎの輝度を高くするために、図１０に示すように、投影領域ｅ３に、表示期間ｔ１，ｔ３で虚像Ｉｖｎを形成する中間像を投影する。詳しくは、表示期間ｔ１で、投影領域ｅ２，ｅ３に虚像Ｉｖｎを形成する中間像を投影し、表示期間ｔ２で、投影領域ｅ２，ｅ３に虚像Ｉｖｍを形成する中間像を投影し、表示期間ｔ３で、投影領域ｅ２に虚像Ｉｖｆを、投影領域ｅ３に虚像Ｉｖｎを、それぞれ形成する中間像を投影する。そのために、第３領域４３は、高さｚ_nの平面４３ｈ₁、高さｚ_mよりも少し高い平面４３ｈ₂、平面４３ｈ₁，４３ｈ₂間の＋θ方向に連続的に高さが増加する傾斜面４３ｓ₁および高さが減少する傾斜面４３ｓ₂からなる。なお、第３領域４３の傾斜面４３ｓ₁と第２領域４２の傾斜面４２ｓとで一部の領域において高さが揃っているため、この部分（図９に点線で表す）には段差５ｂ２がない。本変形例において、第３領域４３は、投影される中間像から形成される虚像の虚像距離の範囲が広くないので、また、領域４３ｎ，４３ｍ間に段差を設けると第２領域４２の段差５ｇとθ方向における位置がずれるので、段差を設けない構成とすることが好ましい。このような構成により、２つの領域４２，４３でそれぞれ異なる高さに変化しても、周期あたりの非表示期間ｔ０は１回でよい。 In this modification, the brightness of the virtual image Iv displayed in this region is increased to some extent by displaying the virtual images Ivn and Ivm of the two-step virtual image distance in a limited manner in the central region of the virtual image field E in the V direction. can do. Here, in order to increase the brightness of the virtual image Ivn at a short distance, as shown in FIG. 10, an intermediate image forming the virtual image Ivn is projected on the projection region e3 in the display periods t1 and t3. Specifically, in the display period t1, an intermediate image forming a virtual image Ivn is projected on the projection areas e2 and e3, and in the display period t2, an intermediate image forming a virtual image Ivm is projected on the projection areas e2 and e3. Then, an intermediate image forming a virtual image Ivf is projected on the projection area e2 and a virtual image Ivn is projected on the projection area e3. Therefore, the third region 43 has an inclination in which the height continuously increases in the + θ direction between the plane 43h _{1 having} _{a height z n} _{, the plane 43h 2} slightly higher than the height z _m , and the planes 43h ₁ , 43h _2. It consists of a surface 43s ₁ and an inclined surface 43s ₂ whose height is reduced. Since the heights of the inclined surface 43s ₁ of the third region 43 and the inclined surface 42s of the second region 42 are the same in a part of the regions, a step 5b2 is formed in this portion (indicated by a dotted line in FIG. 9). No. In this modification, since the range of the virtual image distance of the virtual image formed from the projected intermediate image is not wide in the third region 43, and if a step is provided between the regions 43n and 43m, the step 5g of the second region 42 Since the positions in the θ direction deviate from each other, it is preferable to have a configuration in which no step is provided. With such a configuration, even if the heights of the two regions 42 and 43 change to different heights, the non-display period t0 per cycle may be one time.

別の変形例として、中間スクリーンは、区画された領域のすべてを中間像の可変領域とすることもできる。例えば、図１１に示すように、本発明の実施形態の変形例に係るヘッドアップディスプレイ装置のスクリーンディスク４０Ｄの中間スクリーン４Ｄは、内周側の第１領域４１Ａと外周側の第２領域４２とに区画される。第２領域４２は、図４および図５に示す前記実施形態の中間スクリーン４と同様の構成である。一方、第１領域４１Ａは、２段階の虚像距離の虚像Ｉｖｃ，Ｉｖｎを形成する中間像を投影される２つの領域４１ｃ，４１ｎを有するように構成される。したがって、虚像視野Ｅの表示領域Ｅ１には虚像Ｉｖｃ，Ｉｖｎが表示され、表示領域Ｅ２には虚像Ｉｖｎ，Ｉｖｍ，Ｉｖｆが表示される。すなわち、近距離の虚像Ｉｖｎが虚像視野Ｅ全体に表示可能である。 As another variant, the intermediate screen can also have all of the partitioned areas as variable areas of the intermediate image. For example, as shown in FIG. 11, the intermediate screen 4D of the screen disk 40D of the head-up display device according to the modified example of the embodiment of the present invention includes a first region 41A on the inner peripheral side and a second region 42 on the outer peripheral side. It is partitioned into. The second region 42 has the same configuration as the intermediate screen 4 of the embodiment shown in FIGS. 4 and 5. On the other hand, the first region 41A is configured to have two regions 41c, 41n on which an intermediate image forming a virtual image Ivc, Ivn of two stages of virtual image distance is projected. Therefore, the virtual images Ivc and Ivn are displayed in the display area E1 of the virtual image field of view E, and the virtual images Ivn, Ivm, and Ivf are displayed in the display area E2. That is, the short-distance virtual image Ivn can be displayed in the entire virtual image field of view E.

本変形例においては、表示領域Ｅ１に表示される至近距離の虚像Ｉｖｃを高輝度で表示するために、図１２に示すように、表示期間ｔ２〜ｔ３で虚像Ｉｖｃを形成する中間像を投影する。詳しくは、表示期間ｔ１で、投影領域ｅ１，ｅ２、すなわち投影領域ｅ全体に虚像Ｉｖｎを形成する中間像を投影する。そして、表示期間ｔ２で、投影領域ｅ１に虚像Ｉｖｃを、投影領域ｅ２に虚像Ｉｖｍを、それぞれ形成する中間像を投影し、表示期間ｔ３で、投影領域ｅ１に虚像Ｉｖｃを、投影領域ｅ２に虚像Ｉｖｆを、それぞれ形成する中間像を投影する。そのために、第１領域４１Ａは、高さｚ_cの平面４１ｈ₂と高さｚ_nの平面４１ｈ₁、および平面４１ｈ₁，４１ｈ₂間の＋θ方向に連続的に高さが減少する傾斜面４１ｓからなり、平面４１ｈ₂−４１ｈ₁間の境界に基板５Ｄの段差５ｇ１が設けられる。中間スクリーン４Ｄは、領域４１Ａ，４２のそれぞれで高さが急激に変化する箇所のθ方向における位置を揃えることにより、基板５Ｄの第１領域４１Ａにおける段差５ｇ１と第２領域４２における段差５ｇ２とを１本のｒ方向の直線上に揃えている。このような構成により、２つの領域４１Ａ，４２でそれぞれ異なる高さに変化しても、周期あたりの非表示期間ｔ０は１回でよい。また、中間スクリーン４Ｄにおける内周側の第１領域４１Ａも高さが変化するので、基板５Ｄは、第１領域４１Ａよりも内側の平面からなる中央部との間に段差５ｓを有する。基板５Ｄの中央部の高さが第１領域４１Ａの平面４１ｈ₂と同じ（高さｚ_c）であるので、段差５ｓは平面視で半円弧となる。 In this modification, in order to display the virtual image Ivc at a close distance displayed in the display area E1 with high brightness, an intermediate image forming the virtual image Ivc is projected in the display period t2 to t3 as shown in FIG. .. Specifically, in the display period t1, an intermediate image forming a virtual image Ivn is projected on the projection areas e1 and e2, that is, the entire projection area e. Then, in the display period t2, an intermediate image forming a virtual image Ivc in the projection area e1 and a virtual image Ivm in the projection area e2 is projected. Ivf is projected with the intermediate images that form each. Therefore, the first region 41A is the inclined surface 41s of the plane 41h ₂ and the plane 41h _1, and plane 41h _1, 41h + theta direction continuously height between _second height z _n of the height z _c is reduced A step 5g1 of the substrate 5D is provided at the boundary between the planes 41h _{2 to} _{41h 1.} The intermediate screen 4D aligns the positions of the portions of the regions 41A and 42 where the height changes abruptly in the θ direction so that the step 5g1 in the first region 41A and the step 5g2 in the second region 42 of the substrate 5D are aligned. They are aligned on one straight line in the r direction. With such a configuration, even if the heights of the two regions 41A and 42 change to different heights, the non-display period t0 per cycle may be one time. Further, since the height of the first region 41A on the inner peripheral side of the intermediate screen 4D also changes, the substrate 5D has a step 5s between the intermediate screen 4D and the central portion formed of a plane inside the first region 41A. Since the height of the central portion of the substrate 5D is the _{same as the plane 41h 2} of the first region 41A (height z _c ), the step 5s becomes a semicircle in a plan view.

本変形例においては、虚像視野Ｅの表示領域Ｅ１に、２段階の虚像距離の虚像Ｉｖｃ，Ｉｖｎに限定して表示することにより、全段階の虚像距離の虚像を１領域に表示するよりも高輝度で表示することができ、さらに、そのうちの１つの虚像Ｉｖｃについて表示期間を長く配分することにより、いっそう高輝度で表示することができる。 In this modification, by displaying only the virtual images Ivc and Ivn of the two stages of virtual image distance in the display area E1 of the virtual image field E, the virtual image of the virtual image distance of all stages is displayed in one area. It can be displayed with brightness, and further, by allocating a long display period for one of the virtual images Ivc, it can be displayed with higher brightness.

以上のように、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、同時に表示される複数の虚像距離の虚像のうちの一部の虚像距離の虚像を、表示領域を限定して高輝度で表示することができる。 As described above, the head-up display device according to the present invention can display a virtual image of a part of the virtual images of a plurality of virtual image distances displayed at the same time with high brightness by limiting the display area. can.

１０ヘッドアップディスプレイ装置
１画像形成モジュール
２画像表示装置（画像投影手段）
３投影光学系
４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄスクリーンディスク
４，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ中間スクリーン
４１，４１Ａ第１領域
４２第２領域
４３第３領域
５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ基板
５ｂ，５ｂ１，５ｂ２段差、境界
５ｇ，５ｇ１，５ｇ２段差、境界
６１シャフト
６２カバー
７モータ
８拡大反射鏡
Ｓフロントウインドウ（スクリーン）
Ｉｖ，Ｉｖｃ，Ｉｖｎ，Ｉｖｍ，Ｉｖｆ虚像 10 Head-up display device 1 Image formation module 2 Image display device (image projection means)
3 Projection optics 40, 40A, 40B, 40C, 40D Screen disk 4, 4B, 4C, 4D Intermediate screen 41, 41A 1st area 42 2nd area 43 3rd area 5,5A, 5B, 5C, 5D substrate 5b, 5b1,5b2 Step, Boundary 5g, 5g1,5g2 Step, Boundary 61 Shaft 62 Cover 7 Motor 8 Magnifying Reflector S Front Window (Screen)
Iv, Ivc, Ivn, Ivm, Ivf virtual image

Claims

A substrate that is rotationally driven, an intermediate screen provided on the substrate, and an image projection means that projects light for forming an intermediate image on the intermediate screen are provided, and the intermediate image is placed on one surface of the screen. A head-up display device that projects and simultaneously displays a plurality of virtual images having different virtual image distances on the other surface side of the screen.
The intermediate screen is divided into two or more regions with a circle centered on the axis of rotation of the substrate as a boundary, and the adjacent regions having a step at the boundary have different positions in the axial direction. At least one of the regions is a head-up display device, wherein the position in the axial direction differs depending on the position in the circumferential direction of the circle in the region.

The head-up display device according to claim 1, wherein at least one of the regions of the intermediate screen is formed of a plane whose position in the axial direction is constant.

2. The head-up display device described.

The head-up according to any one of claims 1 to 3, wherein each of the regions comprises one or both of a helicoid surface and a plane having the axis as a normal. Display device.

In the intermediate screen, at least one of the regions has a step along the radial direction of the circle, and the position in the axial direction is different in the region, and the step in the entire region is one of the circles. The head-up display device according to claim 4, which is arranged along a diameter.

The head-up according to any one of claims 1 to 5, wherein the difference in the positions of the intermediate screen in the entire region in the axial direction is equal to or less than the depth of focus of the light projected from the image projection means. Display device.

The head-up display device according to any one of claims 1 to 6, wherein the intermediate screen is a transmissive diffuser, and the substrate transmits light.