JP6056680B2 - Head-up display device - Google Patents

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本発明は、車両等の移動体の投影面に表示像を投影することにより、当該表示像の虚像を移動体の室内から視認可能に表示するヘッドアップディスプレイ装置(以下、「HUD装置」という)に、関する。   The present invention projects a display image onto a projection surface of a moving body such as a vehicle, thereby displaying a virtual image of the display image so as to be visible from the interior of the moving body (hereinafter referred to as “HUD device”). Related to.

従来、表示像となる表示光を投射器からスクリーン部材へ投射して拡散し、さらに拡散された表示光を光学部材により投影面側へと導光するHUD装置が、知られている。   2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a HUD device in which display light serving as a display image is projected and diffused from a projector onto a screen member, and the diffused display light is guided to a projection surface side by an optical member.

こうした装置の一種として特許文献1に開示されるHUD装置は、複数の光学素子が格子状に配列されるアレイ面を、スクリーン部材としての光学板に有しており、投射器からの表示光の投射により表示像を、当該アレイ面に結像可能となっている。それと共に、特許文献1に開示される装置HUDは、拡散された表示光が光学板から直接入射する入射面を、光学部材としてのミラーに有しており、当該入射面での反射作用により表示光を導光可能となっている。   A HUD device disclosed in Patent Document 1 as a kind of such device has an array surface on which an optical plate as a screen member is arranged with a plurality of optical elements arranged in a lattice shape, and displays the display light from the projector. A display image can be formed on the array surface by projection. At the same time, the apparatus HUD disclosed in Patent Document 1 has an incident surface on which the diffused display light is directly incident from the optical plate, on a mirror as an optical member, and displays by a reflection action on the incident surface. Light can be guided.

特開2009−128659号公報JP 2009-128659 A

しかし、特許文献1に開示されるHUD装置において外光は、HUD装置外から入射面に入射してスクリーン部材側へ導光されると、アレイ面により反射して入射面に戻る場合が懸念される。この場合、入射面から投影面側へは、表示像となる表示光と共に、アレイ面での外光の反射光(以下、「外光反射光」という)も導光される。その結果、外光反射光の重なった表示光により表示像が虚像表示されることになるので、当該表示像について、乱れやコントラスト比の低下に起因する視認性の悪化が生じてしまう。   However, in the HUD device disclosed in Patent Document 1, when external light enters the incident surface from the outside of the HUD device and is guided to the screen member side, there is a concern that it may be reflected by the array surface and return to the incident surface. The In this case, reflected light of outside light on the array surface (hereinafter referred to as “outside light reflected light”) is guided from the incident surface to the projection surface side as well as display light to be a display image. As a result, the display image is displayed as a virtual image by the display light on which the external light reflected light overlaps, and thus the visibility of the display image is deteriorated due to disturbance or a decrease in contrast ratio.

本発明は、以上説明した問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、虚像表示される表示像の視認性を高めたHUD装置を、提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a HUD device with improved visibility of a display image displayed as a virtual image.

そこで、開示された一つの発明は、移動体(2)の投影面(91)に表示像(71)を投影することにより、当該表示像の虚像(70)を移動体の室内の視認領域(60)にて視認可能に表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、表示像を形成する表示光を、投射する投射器(10)と、複数の光学素子(33)が格子状に配列されるアレイ面(32,2032,3032)を、有し、投射器からアレイ面に投射された表示光を拡散するスクリーン部材(31,2031,3031)と、スクリーン部材にて拡散された表示光を投影面側へ導光する光学部材(4051)と、を備え、光学部材は、拡散された表示光がスクリーン部材から直接入射される入射面(4052)を、有し、アレイ面のうち投射器からの表示光の投射により表示像が結像される結像面(34,2034,3034)上の仮想点(101)を、入射面の外周縁(4053)に対して仮想面(102)により接続して、それら仮想点と外周縁と間の仮想面により囲まれる仮想空間(103)を想定したとき、スクリーン部材は、結像面の仮想点における法線(104)が仮想空間の外部に位置する光学位置関係(4100)を、成立させ、スクリーン部材にて拡散された表示光を入射面を通じた透過作用により拡大して導光する光学部材に対し、スクリーン部材は前記光学位置関係を成立させる。 Therefore, one disclosed invention projects the display image (71) onto the projection surface (91) of the moving body (2), thereby converting the virtual image (70) of the display image into the visual recognition area ( 60) a head-up display device that displays in a visible manner, an array in which a projector (10) that projects display light for forming a display image and a plurality of optical elements (33) are arranged in a grid pattern. A screen member (31, 2031, 3031) having a surface (32, 2032, 3032) for diffusing display light projected from the projector onto the array surface; and a display surface for diffusing the display light diffused by the screen member An optical member ( 4051) for guiding light to the side, and the optical member has an incident surface ( 4052) on which the diffused display light is directly incident from the screen member, and is a projector of the array surface Due to the projection of the display light from Virtual point on the image plane of the display image is formed (34,2034,3034) to (101), connected by a virtual plane (102) relative to the outer peripheral edge of the incident surface (4 053), they virtual Assuming a virtual space (103) surrounded by a virtual plane between the point and the outer peripheral edge, the screen member has an optical positional relationship in which the normal (104) at the virtual point on the imaging plane is located outside the virtual space ( 4 100) is established, and the screen member establishes the optical positional relationship with respect to the optical member that expands and guides the display light diffused by the screen member by the transmission action through the incident surface.

この発明によると、スクリーン部材のアレイ面のうち結像面上の仮想点と光学部材の入射面のうち外周縁との間の接続仮想面により囲まれた仮想空間に対して、その外部に、仮想点での法線が位置する。かかる光学位置関係の下、HUD装置外から入射面へと入射した外光は、仮想空間内部にてスクリーン部材側へ導光されて結像面により反射されることで、仮想空間外部にて法線に関する対称方向へと向かう。これによれば、結像面での外光反射光が仮想空間内部を通じて入射面に戻ることを、規制できる。故に、表示像の結像される結像面から入射面へ直接入射する表示光に、外光反射光が重なる事態を抑止して、当該表示光により虚像表示される表示像の視認性を高め得る。   According to the present invention, with respect to a virtual space surrounded by a virtual connection point between a virtual point on the imaging surface of the array surface of the screen member and an outer peripheral edge of the incident surface of the optical member, The normal at the virtual point is located. Under such an optical positional relationship, external light incident on the incident surface from the outside of the HUD device is guided to the screen member side inside the virtual space and reflected by the imaging surface, so that the method is performed outside the virtual space. Head in the direction of symmetry about the line. According to this, it is possible to restrict the external light reflected light on the imaging surface from returning to the incident surface through the inside of the virtual space. Therefore, the situation where the reflected light from the external light is superimposed on the display light that is directly incident on the incident surface from the image formation surface on which the display image is formed is suppressed, and the visibility of the display image displayed by the display light is increased. obtain.

また、開示された他の一つの発明においてスクリーン部材は、結像面全域の任意の仮想点にて光学位置関係を成立させる。   In another disclosed invention, the screen member establishes an optical positional relationship at an arbitrary virtual point in the entire imaging plane.

この発明によると、結像面の法線が仮想空間外部に位置する光学位置関係は、結像面全域の任意の仮想点にて成立するので、当該全域から入射面の外周縁内へと入射した表示光の全てに対して、外光反射光の重なりを抑止できる。これによれば、入射面の外周縁内から表示光が車両乗員の眼に届くことで虚像表示される表示像について、視認性を確実に高め得る。   According to the present invention, the optical positional relationship in which the normal of the imaging plane is located outside the virtual space is established at an arbitrary virtual point in the entire imaging plane, so that it enters the outer peripheral edge of the incident plane from the entire area. Overlap of external light reflected light can be suppressed with respect to all of the displayed light. According to this, the visibility of the display image that is displayed as a virtual image by the display light reaching the eyes of the vehicle occupant from within the outer periphery of the incident surface can be reliably improved.

第一実施形態によるHUD装置を示す構成図である。It is a lineblock diagram showing the HUD device by a first embodiment. 第一実施形態による表示状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the display state by 1st embodiment. 第一実施形態によるスクリーン部材を部分的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows the screen member by 1st embodiment partially. 第一実施形態によるスクリーン部材の光学部材に対する光学位置関係を説明するための斜視図である。It is a perspective view for demonstrating the optical positional relationship with respect to the optical member of the screen member by 1st embodiment. 第一実施形態によるスクリーン部材の光学部材に対する光学位置関係を説明するための正面図である。It is a front view for demonstrating the optical positional relationship with respect to the optical member of the screen member by 1st embodiment. 第一実施形態によるスクリーン部材の光学部材に対する光学位置関係を説明するための拡大構成図である。It is an enlarged block diagram for demonstrating the optical positional relationship with respect to the optical member of the screen member by 1st embodiment. 第二実施形態によるHUD装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the HUD apparatus by 2nd embodiment. 第二実施形態によるスクリーン部材の光学部材に対する光学位置関係を説明するための拡大構成図である。It is an enlarged block diagram for demonstrating the optical positional relationship with respect to the optical member of the screen member by 2nd embodiment. 第三実施形態によるHUD装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the HUD apparatus by 3rd embodiment. 第三実施形態によるスクリーン部材の光学部材に対する光学位置関係を説明するための拡大構成図である。It is an enlarged block diagram for demonstrating the optical positional relationship with respect to the optical member of the screen member by 3rd embodiment. 第四実施形態によるHUD装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the HUD apparatus by 4th embodiment. 第四実施形態によるスクリーン部材の光学部材に対する光学位置関係を説明するための拡大構成図である。It is an enlarged block diagram for demonstrating the optical positional relationship with respect to the optical member of the screen member by 4th embodiment.

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合せることができる。   Hereinafter, a plurality of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the overlapping description may be abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol to the corresponding component in each embodiment. When only a part of the configuration is described in each embodiment, the configuration of the other embodiment described above can be applied to the other part of the configuration. In addition, not only combinations of configurations explicitly described in the description of each embodiment, but also the configurations of a plurality of embodiments can be partially combined even if they are not explicitly specified unless there is a problem with the combination. .

(第一実施形態)
図1に示すように、本発明の第一実施形態によるHUD装置1は、「移動体」としての車両2に搭載され、インストルメントパネル80内に収容されている。HUD装置1は、車両2の表示部材であるウインドシールド90へ向かって、表示像71を投影する。ここで、車両2においてウインドシールド90の室内側の面は、インストルメントパネル80の上方にて表示像71が投影される投影面91を構成している。また、車両2においてウインドシールド90は、室内側の面と室外側の面とで、光路差を抑制するための角度差を有するものであってもよいし、当該光路差抑制のために蒸着膜乃至はフィルム等を室内側の面に設けたものであってもよい。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the HUD device 1 according to the first embodiment of the present invention is mounted on a vehicle 2 as a “moving body” and is accommodated in an instrument panel 80. The HUD device 1 projects a display image 71 toward a windshield 90 that is a display member of the vehicle 2. Here, the indoor side surface of the windshield 90 in the vehicle 2 constitutes a projection surface 91 on which the display image 71 is projected above the instrument panel 80. Further, in the vehicle 2, the windshield 90 may have an angle difference for suppressing the optical path difference between the indoor side surface and the outdoor side surface, or a vapor deposition film for suppressing the optical path difference. Or what provided the film etc. in the indoor side surface may be used.

投影面91に対して表示像71が投影されると、車両2の室内では、当該投影面91により反射した表示光が乗員のアイポイント61に到達する。乗員は、アイポイント61への到達表示光を知覚することで、ウインドシールド90前方に結像された表示像71の虚像70を、視認可能となる。このとき虚像70の視認は、乗員の視認領域60内に、アイポイント61が位置するときに限られる。換言すれば、アイポイント61が視認領域60から外れている場合には、乗員による虚像70の視認が困難となる。   When the display image 71 is projected onto the projection surface 91, the display light reflected by the projection surface 91 reaches the occupant's eye point 61 in the interior of the vehicle 2. The occupant can perceive the virtual image 70 of the display image 71 formed in front of the windshield 90 by perceiving the display light reaching the eye point 61. At this time, the visual recognition of the virtual image 70 is limited to the case where the eye point 61 is located in the visual recognition area 60 of the occupant. In other words, when the eye point 61 is out of the visual recognition area 60, it is difficult for the occupant to visually recognize the virtual image 70.

こうした投影面91への表示像71の投影によりHUD装置1は、図2に示すような表示像71の虚像70を、車両2の室内から視認可能に表示することとなる。尚、虚像70としては、例えば車両2の走行速度の指示表示70aや、ナビゲーションシステムによる車両2の進行方向の指示表示70b、車両2に関するウォーニング表示70c等が、表示される。   The projection of the display image 71 onto the projection surface 91 causes the HUD device 1 to display a virtual image 70 of the display image 71 as shown in FIG. As the virtual image 70, for example, an instruction display 70a of the traveling speed of the vehicle 2, an instruction display 70b of the traveling direction of the vehicle 2 by the navigation system, a warning display 70c related to the vehicle 2, and the like are displayed.

次に、以上の如き虚像70の表示機能を実現するHUD装置1の具体的構成につき、以下に説明する。図1に示すようにHUD装置1は、投射器10、結像光学系30及び導光光学系50を備えている。   Next, a specific configuration of the HUD device 1 that realizes the display function of the virtual image 70 as described above will be described below. As shown in FIG. 1, the HUD device 1 includes a projector 10, an imaging optical system 30, and a light guide optical system 50.

投射器10は、表示像71を形成する表示光を射出部12から投射する。例えば投射器10は、微小電気機械システム(MEMS)を用いてレーザ光を投射するレーザスキャナであってもよいし、デジタルミラーデバイス(DMD)を用いて可視光乃至はレーザ光を投射する映像表示システムであってもよいし、それら以外であってもよい。   The projector 10 projects display light forming the display image 71 from the emitting unit 12. For example, the projector 10 may be a laser scanner that projects laser light using a micro electro mechanical system (MEMS), or an image display that projects visible light or laser light using a digital mirror device (DMD). It may be a system or any other system.

結像光学系30は、投射器10よりも斜め上方に配置されるスクリーン部材31を有している。板状のスクリーン部材31は、例えば樹脂基材乃至はガラス基材の表面にアルミニウムを蒸着させてなり、射出部12と向き合うアレイ面32を投射器10側の表面に形成している。全体として矩形面状に形成されるアレイ面32には、図3に示すようにマイクロミラーとして凸面状に湾曲する複数の光学素子33が、縦横方向に格子状配列されている。ここで光学素子33は、全て一体物として形成されていてもよいし、あるいは別体に形成されて共通基材に保持されていてもよい。図1,3,6に示すように、こうした光学素子33の複数からなるアレイ面32のうち少なくとも一部の領域34には、投射器10から投射された表示光が直接に入射することで、表示像71が結像される。即ち第一実施形態では、アレイ面32の一部乃至は全体をなす領域34が、結像面34となる。かかる結像面34は、入射した表示光に対して反射作用を発揮することで、当該表示光を導光光学系50へと向かって拡散させる。尚、本実施形態において、各光学素子33の縦横各方向の幅は、例えば10〜500μmであり、また各光学素子33の頂点及び境界間のサグ量(換言ずれば、高さ乃至は深さ)は、例えば0.1〜5μmである。   The imaging optical system 30 has a screen member 31 disposed obliquely above the projector 10. The plate-like screen member 31 is formed by depositing aluminum on the surface of a resin base material or a glass base material, for example, and forms an array surface 32 facing the injection unit 12 on the surface on the projector 10 side. As shown in FIG. 3, a plurality of optical elements 33 curved in a convex shape as micromirrors are arrayed in a grid pattern in the vertical and horizontal directions on the array surface 32 formed in a rectangular shape as a whole. Here, all of the optical elements 33 may be formed as a single body, or may be formed separately and held on a common base material. As shown in FIGS. 1, 3, and 6, display light projected from the projector 10 is directly incident on at least a part of the array surface 32 including a plurality of such optical elements 33. A display image 71 is formed. In other words, in the first embodiment, a region 34 constituting a part or the whole of the array surface 32 is the imaging surface 34. The imaging surface 34 exhibits a reflection effect on the incident display light, thereby diffusing the display light toward the light guide optical system 50. In this embodiment, the width of each optical element 33 in the vertical and horizontal directions is, for example, 10 to 500 μm, and the sag amount between the apex and the boundary of each optical element 33 (in other words, the height or depth). ) Is, for example, 0.1 to 5 μm.

図1に示すように導光光学系50は、投影面91の斜め下方に配置される拡大鏡51を、光学部材51として有している。板状の光学部材51は、例えば樹脂基材乃至はガラス基材の表面にアルミニウムを蒸着させてなる光反射型であり、アレイ面32と向き合う入射面52をスクリーン部材31側の表面に形成している。故に入射面52には、スクリーン部材31にて拡散された表示光が直接に入射する。ここで図4〜6に示すように、入射面52の全体形状としては、外周縁53が縦横の矩形であって、当該縦横の両方向にてスクリーン部材31からの離間側へと滑らかに湾曲する凹面形状が、採用されている。かかる凹面形状により入射面52は、アレイ面32のうち結像面34から入射する表示光に対して反射作用及び拡大作用を発揮することで、当該表示光を投影面91側へと導光する。このときには、入射面52から投影面91へ表示光が直接に導光されることで、当該投影面91に表示像71が投影される。したがって、入射面52により拡大されて投影面91から視認領域60の乗員の眼に届く表示光によれば、虚像70として表示される表示像71も拡大されたものとなる。   As shown in FIG. 1, the light guide optical system 50 includes a magnifying mirror 51 disposed obliquely below the projection surface 91 as the optical member 51. The plate-like optical member 51 is a light reflection type formed by, for example, depositing aluminum on the surface of a resin substrate or a glass substrate, and an incident surface 52 facing the array surface 32 is formed on the surface on the screen member 31 side. ing. Therefore, the display light diffused by the screen member 31 is directly incident on the incident surface 52. As shown in FIGS. 4 to 6, the entire shape of the incident surface 52 is such that the outer peripheral edge 53 is a rectangle in the vertical and horizontal directions, and smoothly curves toward the side away from the screen member 31 in both the vertical and horizontal directions. A concave shape is employed. Due to the concave shape, the incident surface 52 guides the display light to the projection surface 91 side by exhibiting a reflection action and an enlargement action with respect to the display light incident from the imaging surface 34 of the array surface 32. . At this time, the display light is directly guided from the incident surface 52 to the projection surface 91, so that the display image 71 is projected onto the projection surface 91. Therefore, according to the display light that is enlarged by the incident surface 52 and reaches the eyes of the occupant in the viewing area 60 from the projection surface 91, the display image 71 displayed as the virtual image 70 is also enlarged.

次に、スクリーン部材31の光学部材51に対する光学位置関係100を、詳細に説明する。   Next, the optical positional relationship 100 with respect to the optical member 51 of the screen member 31 will be described in detail.

図4〜6に示すように、仮想点101、仮想面102及び仮想空間103を定義する。具体的に仮想点101は、アレイ面32のうち結像面34を構成する各光学素子33の湾曲凸面35(図3,6参照)上の点として、想定される。仮想面102は、光学部材51のうち入射面52の外周縁53をなす四辺53a,53b,53c,53dに対して、仮想点101を接続する面として、想定される。即ち仮想面102は、外周縁53と仮想点101との間を接続する錐面として、想定される。仮想空間103は、そうした外周縁53及び仮想点101間の仮想面102と、外周縁53内の入射面52とにより囲まれることで、錐状の空間として想定される。尚、入射面52とは、光学部材51のうち表面の一部又は全体領域として、結像面34からの入射表示光に対して投影面91側への導光作用(即ち反射作用)を実質的に発揮可能な領域を意味し、外周縁53は、当該領域の最外周の輪郭部を意味する。   As shown in FIGS. 4 to 6, a virtual point 101, a virtual surface 102, and a virtual space 103 are defined. Specifically, the virtual point 101 is assumed as a point on the curved convex surface 35 (see FIGS. 3 and 6) of each optical element 33 constituting the imaging surface 34 in the array surface 32. The virtual surface 102 is assumed as a surface that connects the virtual point 101 to the four sides 53a, 53b, 53c, and 53d that form the outer peripheral edge 53 of the incident surface 52 of the optical member 51. That is, the virtual surface 102 is assumed as a conical surface connecting the outer peripheral edge 53 and the virtual point 101. The virtual space 103 is assumed to be a conical space by being surrounded by the virtual surface 102 between the outer peripheral edge 53 and the virtual point 101 and the incident surface 52 in the outer peripheral edge 53. The incident surface 52 is a part of the entire surface of the optical member 51 or the entire region of the optical member 51 and substantially has a light guide effect (that is, a reflection effect) toward the projection surface 91 with respect to incident display light from the imaging surface 34. The outer peripheral edge 53 means the contour of the outermost periphery of the area.

以上の想定下にて実現される光学位置関係100は、図6に示すように、仮想点101における結像面34の法線104と仮想空間103との関係に特徴がある。具体的に法線104は、結像面34をなす湾曲凸面35に対して仮想点101を接点とする接平面105を、想定した場合に、仮想点101を通って当該接平面105に垂直な直線をいう。光学位置関係100は、そうした法線104を上述の仮想空間103とは重ねない、即ち錘状の仮想空間103の外部に位置させるように、設定されている。ここで、特に第一実施形態の光学位置関係100は、結像面34の全域における任意の仮想点101にて、結像面34の法線104が仮想空間103の外部に位置する関係を、成立させるものとなっている。尚、結像面34の全域とは、アレイ面32のうち投射器10からの投射表示光により表示像71が結像される一部又は全体領域を、意味する。   The optical positional relationship 100 realized under the above assumption is characterized by the relationship between the normal 104 of the imaging plane 34 at the virtual point 101 and the virtual space 103 as shown in FIG. Specifically, the normal line 104 is perpendicular to the tangential plane 105 through the virtual point 101 when assuming a tangential plane 105 having the virtual point 101 as a contact point with respect to the curved convex surface 35 forming the imaging surface 34. A straight line. The optical positional relationship 100 is set so that the normal line 104 does not overlap the above-described virtual space 103, that is, is positioned outside the weight-like virtual space 103. Here, in particular, the optical positional relationship 100 of the first embodiment is a relationship in which the normal 104 of the imaging surface 34 is located outside the virtual space 103 at an arbitrary virtual point 101 in the entire region of the imaging surface 34. It is to be established. Note that the entire area of the imaging surface 34 means a part or the entire region of the array surface 32 where the display image 71 is formed by the projection display light from the projector 10.

以上説明した第一実施形態の作用効果を、以下に説明する。   The effects of the first embodiment described above will be described below.

第一実施形態によると、スクリーン部材31のアレイ面32のうち結像面34上の仮想点101と光学部材51の入射面52のうち外周縁53との間の接続仮想面102により囲まれた仮想空間103に対して、その外部に、仮想点101での法線104が位置する。かかる光学位置関係100の下、図6の如くHUD装置1外から入射面52へと入射した外光Loは、仮想空間103内部にてスクリーン部材31側へ導光されて結像面34により反射されることで、仮想空間103外部にて法線104に関する対称方向へと向かう。これによれば、図6の如く結像面34での外光反射光Lrが仮想空間103内部を通じて入射面52に戻ることを、規制できる。故に、表示像71の結像される結像面34から入射面52へ直接入射する表示光に、外光反射光Lrが重なる事態を抑止して、当該表示光により虚像表示される表示像71の視認性を高め得る。   According to the first embodiment, the virtual point 101 on the imaging surface 34 of the array surface 32 of the screen member 31 and the connection virtual surface 102 between the outer peripheral edge 53 of the incident surface 52 of the optical member 51 are surrounded. A normal line 104 at the virtual point 101 is located outside the virtual space 103. Under this optical positional relationship 100, the external light Lo incident on the incident surface 52 from outside the HUD device 1 as shown in FIG. 6 is guided to the screen member 31 side inside the virtual space 103 and reflected by the imaging surface 34. As a result, the virtual space 103 is directed toward the symmetry direction with respect to the normal 104. According to this, as shown in FIG. 6, it can be regulated that the external light reflected light Lr on the imaging surface 34 returns to the incident surface 52 through the inside of the virtual space 103. Therefore, a situation in which the external light reflected light Lr overlaps the display light directly incident on the incident surface 52 from the imaging surface 34 on which the display image 71 is formed, and the display image 71 is displayed as a virtual image by the display light. The visibility of can be improved.

ここで特に、結像面34の法線104が仮想空間103外部に位置する光学位置関係100は、結像面34全域の任意の仮想点101にて成立するので、当該全域から入射面52の外周縁53内へ入射した表示光の全てに対して、外光反射光の重なりを抑止できる。これによれば、入射面52の外周縁53内から表示光が乗員の眼に届くことで虚像表示される表示像71について、視認性を確実に高め得る。   Here, in particular, the optical positional relationship 100 in which the normal 104 of the imaging plane 34 is located outside the virtual space 103 is established at an arbitrary virtual point 101 in the entire imaging plane 34, so It is possible to suppress the overlap of the external light reflected light with respect to all the display light incident into the outer peripheral edge 53. According to this, the visibility of the display image 71 displayed as a virtual image by the display light reaching the occupant's eyes from within the outer peripheral edge 53 of the incident surface 52 can be reliably improved.

また、第一実施形態によるスクリーン部材31において拡散される表示光は、入射面52での反射作用により拡大されて投影面91側へ導光されるので、当該表示光が乗員の眼に届くことで虚像表示される表示像71も、拡大される。そこで、仮想点101における結像面34の法線104が仮想空間103外部に位置する光学位置関係100を採用することによれば、拡大された表示像71ついて、外光反射光Lrの重なった表示光に起因して視認性の悪化する事態を、抑止できる。   Further, the display light diffused in the screen member 31 according to the first embodiment is magnified by the reflection action on the incident surface 52 and guided to the projection surface 91 side, so that the display light reaches the eyes of the occupant. The display image 71 displayed as a virtual image is also enlarged. Therefore, by adopting the optical positional relationship 100 in which the normal line 104 of the imaging plane 34 at the virtual point 101 is located outside the virtual space 103, the external light reflected light Lr overlaps the enlarged display image 71. A situation in which visibility deteriorates due to display light can be suppressed.

さらに第一実施形態によると、投射器10から投射された表示光を反射作用により拡散する結像面34では、仮想点101での法線104が仮想空間103の外部に位置することになる。かかる結像面34によれば、反射作用を受けて拡散した表示光を、仮想空間103の内部を通じて入射面52に入射させると同時に、入射面52から導かれる外光Loを仮想空間103の外部へと反射できる。故に、入射面52へ入射する表示光に外光反射光Lrが重なるのを抑止して、当該表示光により虚像表示される表示像71の視認性を高め得る。   Furthermore, according to the first embodiment, the normal 104 at the virtual point 101 is located outside the virtual space 103 on the imaging plane 34 that diffuses the display light projected from the projector 10 by reflection. According to the imaging surface 34, display light diffused by reflection is incident on the incident surface 52 through the inside of the virtual space 103, and at the same time, external light Lo guided from the incident surface 52 is external to the virtual space 103. It can be reflected to. Therefore, it is possible to suppress the external light reflected light Lr from overlapping the display light incident on the incident surface 52 and to improve the visibility of the display image 71 displayed as a virtual image by the display light.

(第二実施形態)
図7,8に示すように本発明の第二実施形態は、第一実施形態の変形例である。第二実施形態のスクリーン部材2031は、例えば樹脂板乃至はガラス板からなる光透過型である。スクリーン部材2031は、射出部12と向き合う投射面2036を投射器10側の裏面に形成している。それと共にスクリーン部材2031は、入射面52と向き合うアレイ面2032を光学部材51側の表面に形成している。ここで、全体として矩形面状に形成されるアレイ面2032には、マイクロレンズとして凸面状に湾曲する複数の光学素子33(図8参照)が、縦横方向に格子状配列されている。こうした光学素子33の複数からなるアレイ面2032のうち少なくとも一部の領域2034には、投射器10から投射面2036へ直接に投射された表示光が入射することで、表示像71が結像される。即ち第二実施形態では、アレイ面2032の一部乃至は全体をなす領域2034が、結像面2034となる。かかる結像面2034は、入射した表示光に対して透過作用を発揮することで、当該表示光を入射面52へと向かって拡散させる。尚、こうして入射面52へ直接入射する表示光は、第一実施形態と同様に、拡大されて投影面91側へと導光される。
(Second embodiment)
As shown in FIGS. 7 and 8, the second embodiment of the present invention is a modification of the first embodiment. The screen member 2031 of the second embodiment is a light transmission type made of, for example, a resin plate or a glass plate. The screen member 2031 is formed with a projection surface 2036 facing the emitting portion 12 on the rear surface on the projector 10 side. At the same time, the screen member 2031 forms an array surface 2032 facing the incident surface 52 on the surface on the optical member 51 side. Here, a plurality of optical elements 33 (see FIG. 8) curved in a convex shape as microlenses are arranged in a grid pattern in the vertical and horizontal directions on the array surface 2032 formed in a rectangular shape as a whole. Display light 71 directly projected from the projector 10 onto the projection surface 2036 is incident on at least a part of the array surface 2032 including a plurality of such optical elements 33, thereby forming a display image 71. The That is, in the second embodiment, a region 2034 constituting a part or the whole of the array surface 2032 becomes the imaging surface 2034. The imaging surface 2034 exhibits a transmission effect on the incident display light, thereby diffusing the display light toward the incident surface 52. The display light that is directly incident on the incident surface 52 is enlarged and guided to the projection surface 91 side as in the first embodiment.

このような第二実施形態の光学位置関係2100は、図8に示す如く、第一実施形態の光学位置関係100にて「結像面34」及び「アレイ面32」をそれぞれ「結像面2034」及び「アレイ面2032」と読み替えた関係となる。即ち、結像面2034を構成する各光学素子33の湾曲凸面35上の点として、仮想点101が想定される光学位置関係2100では、結像面2034全域における任意の仮想点101にて、結像面2034の法線104が仮想空間103外部に位置する。   As shown in FIG. 8, the optical positional relationship 2100 of the second embodiment is different from the “imaging surface 34” and the “array surface 32” in the optical positional relationship 100 of the first embodiment. ”And“ array surface 2032 ”. That is, in the optical positional relationship 2100 in which the virtual point 101 is assumed as a point on the curved convex surface 35 of each optical element 33 constituting the imaging surface 2034, a connection is made at an arbitrary virtual point 101 in the entire imaging surface 2034. The normal 104 of the image plane 2034 is located outside the virtual space 103.

ここまで説明した第二実施形態によると、結像面34の反射作用による効果を除いて、第一実施形態と同様の効果を奏することができる。さらに第二実施形態によると、投射器10から投射された表示光を透過作用により拡散する結像面2034では、仮想点101での法線104が仮想空間103の外部に位置することになる。かかる結像面2034によれば、透過作用を受けて拡散した表示光を、仮想空間103の内部を通じて入射面52に入射させると同時に、入射面52から導かれる外光Loを仮想空間103外部へと反射できる。故に、入射面52へ入射する表示光に外光反射光Lrが重なるのを抑止して、当該表示光により虚像表示される表示像71の視認性を高め得る。   According to the second embodiment described so far, the same effects as those of the first embodiment can be obtained except for the effect due to the reflection action of the imaging surface 34. Further, according to the second embodiment, the normal 104 at the virtual point 101 is located outside the virtual space 103 on the imaging plane 2034 that diffuses the display light projected from the projector 10 by transmission. According to the imaging surface 2034, the display light diffused by the transmission action is incident on the incident surface 52 through the inside of the virtual space 103, and at the same time, the external light Lo guided from the incident surface 52 is brought out of the virtual space 103. And can be reflected. Therefore, it is possible to suppress the external light reflected light Lr from overlapping the display light incident on the incident surface 52 and to improve the visibility of the display image 71 displayed as a virtual image by the display light.

(第三実施形態)
図9,10に示すように本発明の第三実施形態は、第一及び第二実施形態の変形例である。第三実施形態のスクリーン部材3031も、例えば樹脂板乃至はガラス板からなる光透過型であるが、当該部材3031は、入射面52と向き合う射出面3037を光学部材51側の表面に形成している。それに応じてスクリーン部材3031は、射出部12と向き合うアレイ面3032を投射器10側の裏面に形成している。ここで、全体として矩形面状に形成されるアレイ面3032に、マイクロレンズとして凸面状に湾曲する複数の光学素子33(図10参照)が、縦横方向に格子状配列されている。こうした光学素子33の複数からなるアレイ面3032のうち少なくとも一部の領域3034には、投射器10から直接に投射された表示光が入射することで、表示像71が結像される。即ち第二実施形態では、アレイ面3032の一部乃至は全体をなす領域3034が、結像面3034となる。かかる結像面3034は、入射した表示光に対して透過作用を発揮することで、当該表示光を射出面3037側へ拡散させる。尚、こうして拡散されることで、射出面3037から入射面52に直接入射する表示光は、第一実施形態と同様に、拡大されて投影面91側へと導光される。
(Third embodiment)
As shown in FIGS. 9 and 10, the third embodiment of the present invention is a modification of the first and second embodiments. The screen member 3031 of the third embodiment is also a light transmission type made of, for example, a resin plate or a glass plate, but the member 3031 has an emission surface 3037 facing the incident surface 52 formed on the surface on the optical member 51 side. Yes. Accordingly, the screen member 3031 forms an array surface 3032 that faces the emitting portion 12 on the rear surface on the projector 10 side. Here, a plurality of optical elements 33 (see FIG. 10) curved in a convex shape as microlenses are arranged in a grid pattern in the vertical and horizontal directions on an array surface 3032 formed in a rectangular shape as a whole. Display light 71 directly projected from the projector 10 is incident on at least a part of the array surface 3032 including a plurality of such optical elements 33, thereby forming a display image 71. In other words, in the second embodiment, a region 3034 constituting a part or the whole of the array surface 3032 becomes the imaging surface 3034. The imaging surface 3034 exhibits a transmission effect on the incident display light, thereby diffusing the display light toward the exit surface 3037 side. By diffusing in this way, the display light that is directly incident on the incident surface 52 from the exit surface 3037 is enlarged and guided to the projection surface 91 side as in the first embodiment.

このような第三実施形態の光学位置関係3100は、図10に示す如く、第一実施形態の光学位置関係100にて「結像面34」及び「アレイ面32」をそれぞれ「結像面3034」及び「アレイ面3032」と読み替えた関係となる。即ち、結像面3034を構成する各光学素子33の湾曲凸面35上の点として、仮想点101が想定される光学位置関係3100では、結像面3034全域における任意の仮想点101にて、結像面3034の法線104が仮想空間103外部に位置する。   As shown in FIG. 10, the optical positional relationship 3100 of the third embodiment is different from the “imaging surface 34” and the “array surface 32” in the optical positional relationship 100 of the first embodiment. And “array surface 3032”. That is, in the optical positional relationship 3100 in which the virtual point 101 is assumed as a point on the curved convex surface 35 of each optical element 33 constituting the imaging surface 3034, the connection is made at an arbitrary virtual point 101 in the entire imaging surface 3034. The normal 104 of the image plane 3034 is located outside the virtual space 103.

ここまで説明した第三実施形態によると、結像面34の反射作用による効果を除いて、第一実施形態と同様の効果を奏することができ、また第二実施形態の結像面2034による効果を、結像面3034によって同様に奏することができる。   According to the third embodiment described so far, the same effect as that of the first embodiment can be obtained except for the effect of the reflection action of the imaging surface 34, and the effect of the imaging surface 2034 of the second embodiment. Can be similarly achieved by the imaging plane 3034.

(第四実施形態)
図11,12に示すように本発明の第四実施形態は、第一実施形態の変形例である。第四実施形態では、上下方向において投影面91及びスクリーン部材31間に配置される拡大レンズ4051を、光学部材4051としている。光学部材4051は、例えば樹脂レンズ乃至はガラスレンズからなる光透過型であり、アレイ面32と向き合う入射面4052をスクリーン部材31側のレンズ面に形成している。故に入射面4052には、スクリーン部材31にて拡散された表示光が直接に入射する。ここで、入射面4052の全体形状としては、図12に示す外周縁4053が縦横の矩形であって、当該縦横の両方向にてスクリーン部材31からの接近側へと滑らかに湾曲する凸面形状が、採用されている。かかる凸面形状により入射面4052は、結像面34から入射する表示光に対して透過作用及び拡大作用を発揮することで、当該表示光を投影面91側へと導光する。
(Fourth embodiment)
As shown in FIGS. 11 and 12, the fourth embodiment of the present invention is a modification of the first embodiment. In the fourth embodiment, the magnifying lens 4051 disposed between the projection surface 91 and the screen member 31 in the vertical direction is the optical member 4051. The optical member 4051 is a light transmission type made of, for example, a resin lens or a glass lens, and an incident surface 4052 facing the array surface 32 is formed on the lens surface on the screen member 31 side. Therefore, the display light diffused by the screen member 31 is directly incident on the incident surface 4052. Here, as the entire shape of the incident surface 4052, the outer peripheral edge 4053 shown in FIG. 12 is a vertical and horizontal rectangle, and a convex shape that smoothly curves toward the approaching side from the screen member 31 in both the vertical and horizontal directions. It has been adopted. Due to the convex shape, the incident surface 4052 guides the display light to the projection surface 91 side by exhibiting a transmission effect and an enlargement effect on the display light incident from the imaging surface 34.

このような第四実施形態の光学位置関係4100は、図12に示す如く、第一実施形態の光学位置関係100にて「光学部材51」、「入射面52」及び「外周縁53」をそれぞれ「光学部材4051」、「入射面4052」及び「外周縁4053」と読み替えた関係となる。即ち、光学位置関係4100では、結像面34全域における任意の仮想点101にて、外周縁4053との間の仮想面102と、外周縁4053内の入射面4052とにより囲まれた仮想空間103の外部に、結像面34の法線104が位置する。   As shown in FIG. 12, the optical positional relationship 4100 of the fourth embodiment is different from that of the optical positional relationship 100 of the first embodiment by “optical member 51”, “incident surface 52”, and “outer peripheral edge 53”. The relationship is read as “optical member 4051”, “incident surface 4052”, and “outer peripheral edge 4053”. That is, in the optical positional relationship 4100, the virtual space 103 surrounded by the virtual surface 102 between the outer peripheral edge 4053 and the incident surface 4052 in the outer peripheral edge 4053 at an arbitrary virtual point 101 in the entire imaging surface 34. The normal line 104 of the image plane 34 is located outside the center.

ここまで説明した第四実施形態によると、入射面52の反射作用による効果を除いて、第一実施形態と同様の効果を奏することができる。さらに第四実施形態によると、スクリーン部材31にて拡散される表示光は、入射面4052を通じた透過作用により拡大されて投影面91側へと導光されるので、当該表示光が乗員の眼に届くことで虚像表示される表示像71も、拡大される。そこで、仮想点101における結像面34の法線104が仮想空間103外部に位置する光学位置関係4100を採用することによれば、拡大された表示像71について、外光反射光Lrの重なった表示光に起因して視認性の悪化する事態を、抑止できる。   According to the fourth embodiment described so far, the same effects as those of the first embodiment can be obtained except for the effects of the reflection action of the incident surface 52. Further, according to the fourth embodiment, the display light diffused by the screen member 31 is magnified by the transmission action through the incident surface 4052 and guided to the projection surface 91 side. The display image 71 that is displayed as a virtual image by arriving at is also enlarged. Therefore, by adopting the optical positional relationship 4100 in which the normal line 104 of the imaging plane 34 at the virtual point 101 is located outside the virtual space 103, the external light reflected light Lr overlaps the enlarged display image 71. A situation in which visibility deteriorates due to display light can be suppressed.

(他の実施形態)
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は、それらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。
(Other embodiments)
Although a plurality of embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not construed as being limited to these embodiments, and various embodiments and combinations can be made without departing from the scope of the present invention. Can be applied.

第一〜第四実施形態に関する変形例1では、法線104が仮想空間103外部に位置する関係100,2100,3100,4100を、結像面34,2034,3034のうち外周縁等を除く一部領域にて想定可能な任意の仮想点101に対し、成立させてもよい。また、第二及び第三実施形態に関する変形例2では、第四実施形態に準じて透過作用を発揮する入射面4052を有した光学部材4051を、反射作用を発揮する入射面52を有した光学部材51に代えて採用してもよい。さらにまた、第一及び第四実施形態に関する変形例3では、スクリーン部材31のうち射出部12及び光学部材51,4051と向き合う表面とは反対側の裏面に、結像面34を含む光反射型のアレイ面32を形成してもよい。   In the first modification regarding the first to fourth embodiments, the relation 100, 2100, 3100, 4100 in which the normal line 104 is located outside the virtual space 103 is removed from the imaging planes 34, 2034, 3034 except for the outer peripheral edge and the like. You may establish with respect to the arbitrary virtual points 101 which can be assumed in a partial area. Moreover, in the modification 2 regarding 2nd and 3rd embodiment, the optical member 4051 which has the entrance surface 4052 which exhibits a transmission effect according to 4th embodiment is optical with the entrance surface 52 which exhibits a reflection effect. It may replace with member 51 and may be adopted. Furthermore, in the modification 3 regarding 1st and 4th embodiment, the light reflection type which contains the imaging surface 34 in the back surface on the opposite side to the surface which faces the injection | emission part 12 and the optical members 51 and 4051 among the screen members 31. FIG. The array surface 32 may be formed.

第一〜第四実施形態に関する変形例4では、導光光学系50において光学部材51,4051と投影面91との間に、例えばミラー乃至はレンズといった他の光学要素の少なくとも一つを、設けてもよい。また、第一〜第四実施形態に関する変形例5では、結像光学系30においてスクリーン部材31,2031,3031よりも投射器10側に、例えばレンズといった他の光学要素の少なくとも一つを、設けてもよい。   In the modification 4 regarding the first to fourth embodiments, at least one of other optical elements such as a mirror or a lens is provided between the optical members 51 and 4051 and the projection surface 91 in the light guide optical system 50. May be. Moreover, in the modified example 5 regarding 1st-4th embodiment, in the imaging optical system 30, at least 1 of other optical elements, such as a lens, is provided in the projector 10 side rather than the screen members 31,2031,3031. May be.

第一〜第四実施形態に関する変形例6では、車両2の投影面91を形成する表示部材として、ウインドシールド90以外の要素、例えばウインドシールド90の室内側の面に貼り付けたコンバイナ、又はウインドシールド90とは別体に形成されたコンバイナ等を、採用してもよい。また、第一〜第四実施形態に関する変形例7では、車両2以外の船舶乃至は飛行機等の各種移動体(輸送機器)に、本発明を適用してもよい。   In the modification 6 regarding the first to fourth embodiments, as a display member that forms the projection surface 91 of the vehicle 2, an element other than the windshield 90, for example, a combiner attached to the indoor side surface of the windshield 90, or the wind A combiner or the like formed separately from the shield 90 may be employed. Moreover, in the modification 7 regarding 1st-4th embodiment, you may apply this invention to various moving bodies (transportation equipment), such as ships other than the vehicle 2, or an airplane.

1 HUD装置、2 車両、10 投射器、31,2031,3031 スクリーン部材、32,2032,3032 アレイ面、33 光学素子、34,2034,3034 領域・結像面、35 湾曲凸面、51 拡大鏡・光学部材、52,4052 入射面、53,4053 外周縁、53a,53b,53c,53d 四辺、60 視認領域、70 虚像、71 表示像、90 ウインドシールド、91 投影面、100,2100,3100,4100 光学位置関係、101 仮想点、102 仮想面、103 仮想空間、104 法線、105 接平面、2036 投射面、3037 射出面、4051 拡大レンズ・光学部材、Lo 外光、Lr外光反射光 1 HUD device, 2 vehicle, 10 projector, 31, 2031, 3031 screen member, 32, 2032, 3032 array surface, 33 optical element, 34, 2034, 3034 region / imaging surface, 35 curved convex surface, 51 magnifier Optical member, 52, 4052 incident surface, 53, 4053 outer periphery, 53a, 53b, 53c, 53d, four sides, 60 viewing area, 70 virtual image, 71 display image, 90 windshield, 91 projection surface, 100, 2100, 3100, 4100 Optical positional relationship, 101 virtual point, 102 virtual surface, 103 virtual space, 104 normal, 105 tangential plane, 2036 projection surface, 3037 exit surface, 4051 magnifying lens / optical member, Lo external light, Lr external light reflected light

Claims (4)

移動体(2)の投影面(91)に表示像(71)を投影することにより、当該表示像の虚像(70)を前記移動体の室内の視認領域(60)にて視認可能に表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記表示像を形成する表示光を、投射する投射器(10)と、
複数の光学素子(33)が格子状に配列されるアレイ面(32,2032,3032)を、有し、前記投射器から前記アレイ面に投射された前記表示光を拡散するスクリーン部材(31,2031,3031)と、
前記スクリーン部材にて拡散された前記表示光を前記投影面側へ導光する光学部材(4051)と、を備え、
前記光学部材は、拡散された前記表示光が前記スクリーン部材から直接入射される入射面(4052)を、有し、
前記アレイ面のうち前記投射器からの前記表示光の投射により前記表示像が結像される結像面(34,2034,3034)上の仮想点(101)を、前記入射面の外周縁(4053)に対して仮想面(102)により接続して、それら仮想点と外周縁と間の前記仮想面により囲まれる仮想空間(103)を想定したとき、
前記スクリーン部材は、前記結像面の前記仮想点における法線(104)が前記仮想空間の外部に位置する光学位置関係(4100)を、成立させ
前記スクリーン部材にて拡散された前記表示光を前記入射面を通じた透過作用により拡大して導光する前記光学部材に対し、前記スクリーン部材は前記光学位置関係を成立させることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
By projecting the display image (71) onto the projection surface (91) of the moving body (2), the virtual image (70) of the display image is displayed in a visible area (60) in the room of the moving body. A head-up display device,
A projector (10) for projecting display light for forming the display image;
A screen member (31, 31) having an array surface (32, 2032, 3032) in which a plurality of optical elements (33) are arranged in a lattice pattern and diffusing the display light projected from the projector onto the array surface. 2031, 3031),
An optical member ( 4051) for guiding the display light diffused by the screen member to the projection surface side,
The optical member has an incident surface ( 4052) on which the diffused display light is directly incident from the screen member;
A virtual point (101) on an imaging plane (34, 2034, 3034) on which the display image is formed by projection of the display light from the projector on the array plane is defined as an outer peripheral edge ( 4 053) is connected to the virtual plane (102), and a virtual space (103) surrounded by the virtual plane between the virtual points and the outer periphery is assumed.
The screen member establishes an optical positional relationship ( 4100) in which a normal line (104) at the virtual point of the imaging plane is located outside the virtual space ;
A head-up characterized in that the screen member establishes the optical positional relationship with respect to the optical member that guides the display light diffused by the screen member by enlarging and guiding the display light through the incident surface. Display device.
前記スクリーン部材は、前記結像面全域の任意の前記仮想点にて前記光学位置関係を成立させることを特徴とする請求項1に記載のヘッドアップディスプレイ装置。   The head-up display device according to claim 1, wherein the screen member establishes the optical positional relationship at an arbitrary virtual point in the entire imaging plane. 前記スクリーン部材(31)は、前記投射器から投射された前記表示光を、前記結像面(34)での反射作用により拡散することを特徴とする請求項1又は2に記載のヘッドアップディスプレイ装置。 The head-up display according to claim 1 or 2 , wherein the screen member (31) diffuses the display light projected from the projector by a reflection action on the imaging plane (34). apparatus. 前記スクリーン部材(2031,3031)は、前記投射器から投射された前記表示光を、前記結像面(2034,3034)を通じた透過作用により拡散することを特徴とする請求項1又は2に記載のヘッドアップディスプレイ装置。 The said screen member (2031, 3031) diffuses the said display light projected from the said projector by the permeation | transmission effect | action through the said image formation surface (2034, 3034), The Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned. Head up display device.
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