JP6663896B2 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置に関する。
車両に搭載され、ウインドシールドに表示画像を投影することにより、当該ウインドシールドの前方に虚像を表示するヘッドアップディスプレイ装置が知られている。このようなヘッドアップディスプレイ装置では、光学系の入射瞳に相当する位置に拡散シート等が配置されたバックライトユニットを用いることで、輝度ムラを抑制している。例えば、特許文献１には、拡散シートの出射面をアイボックスの面と共役な位置に配置して、アイボックスから見た液晶パネルの面内の輝度分布を均一にするヘッドアップディスプレイ装置が開示されている。
特開２０１６−１８０９２２号公報
従来のヘッドアップディスプレイ装置では、ウインドシールド上の異なる反射率を有する面で反射した光がアイボックスに入射するので、運転者の視点の上下移動によりウインドシールドに投影された表示画像の明るさが変化するように認識されることから、改善の余地がある。
本発明は、運転者の視点移動による表示画像の明るさの変化を抑制することができるヘッドアップディスプレイ装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、表示器に表示される表示画像を車両の光学系により表示部材に投影して、前記表示画像に応じて前記表示部材の前方に表示される虚像を、前記車両内の運転者の視認可能領域にて前記運転者に視認可能にするヘッドアップディスプレイ装置であって、前記表示器は、光透過型の液晶表示素子と、前記液晶表示素子を裏面側から照明するバックライトユニットと、を備え、前記バックライトユニットは、一つの光源と、前記光源から出射された光を前記液晶表示素子に向けて集光する集光部材と、前記集光部材と前記液晶表示素子との間の光路上に配置され、前記集光部材により集光された光を拡散する光学部材と、を少なくとも備え、前記光学部材は、前記視認可能領域と光学的な共役関係となる位置に配置され、かつ前記集光部材から入射した光が出射する出射面を有し、前記集光部材は、前記視認可能領域の上下方向の輝度分布が一定になるように、前記出射面の上下方向において、前記出射面から出射する光の照度が調整可能に形成され、凸状の自由曲面であり、かつ上下方向に非対称に形成されたレンズ面を有し、前記視認可能領域の上下方向における上側と共役関係にある側の前記出射面の照度が低くなるように、前記出射面の照度を低くする位置に対応する前記レンズ面の曲率を小さくし、前記光源から前記曲面までの光学的距離が短くなるように形成されることを特徴とする。
上記目的を達成するために、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、表示器に表示される表示画像を車両の光学系により表示部材に投影して、前記表示画像に応じて前記表示部材の前方に表示される虚像を、前記車両内の運転者の視認可能領域にて前記運転者に視認可能にするヘッドアップディスプレイ装置であって、前記表示器は、光透過型の液晶表示素子と、前記液晶表示素子を裏面側から照明するバックライトユニットと、を備え、前記バックライトユニットは、一つの光源と、前記光源から出射された光を前記液晶表示素子に向けて集光する集光部材と、前記集光部材と前記液晶表示素子との間の光路上に配置され、前記集光部材により集光された光を拡散する光学部材と、を少なくとも備え、前記光学部材は、前記視認可能領域と光学的な共役関係となる位置に配置され、かつ前記集光部材から入射した光が出射する出射面を有し、前記集光部材は、前記視認可能領域の上下方向の輝度分布が一定になるように、前記出射面の上下方向において、前記出射面から出射する光の照度が調整可能に形成され、凸状の自由曲面であり、かつ上下方向に非対称に形成されたレンズ面を有し、前記視認可能領域の上下方向における下側と共役関係にある側の前記出射面の照度が高くなるように、前記出射面の照度を高くする位置に対応する前記レンズ面の曲率を大きくし、前記光源から前記曲面までの光学的距離が長くなるように形成されることを特徴とする。
上記目的を達成するために、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、表示器に表示される表示画像を車両の光学系により表示部材に投影して、前記表示画像に応じて前記表示部材の前方に表示される虚像を、前記車両内の運転者の視認可能領域にて前記運転者に視認可能にするヘッドアップディスプレイ装置であって、前記表示器は、光透過型の液晶表示素子と、前記液晶表示素子を裏面側から照明するバックライトユニットと、を備え、前記バックライトユニットは、一つの光源と、前記光源から出射された光を前記液晶表示素子に向けて集光する集光部材と、前記集光部材と前記液晶表示素子との間の光路上に配置され、前記集光部材により集光された光を拡散する光学部材と、を少なくとも備え、前記光学部材は、前記視認可能領域と光学的な共役関係となる位置に配置され、かつ前記集光部材から入射した光が出射する出射面を有し、前記集光部材は、前記視認可能領域の上下方向の輝度分布が一定になるように、前記出射面の上下方向において、前記出射面から出射する光の照度が調整可能に形成され、前記光源側に形成された凹状の入射面と、前記光学部材側に形成され、かつ前記入射面から入射した光が光軸方向から離間する方向に拡散して出射する出射面とを有する集光レンズであり、前記入射面が、前記出射面の上下方向における下側に中心軸が位置するように形成されることを特徴とする。
上記ヘッドアップディスプレイ装置において、前記光学部材は、微小レンズが格子状に複数配列され、各前記微小レンズは、凸状または凹状の曲面であるレンズ面を有することが好ましい。
上記目的を達成するために、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、表示器に表示される表示画像を車両の光学系により表示部材に投影して、前記表示画像に応じて前記表示部材の前方に表示される虚像を、前記車両内の運転者の視認可能領域にて前記運転者に視認可能にするヘッドアップディスプレイ装置であって、前記表示器は、光透過型の液晶表示素子と、前記液晶表示素子を裏面側から照明するバックライトユニットと、を備え、前記バックライトユニットは、一つの光源と、前記光源から出射された光を前記液晶表示素子に向けて集光する集光部材と、前記集光部材と前記液晶表示素子との間の光路上に配置され、前記集光部材により集光された光を拡散する拡散板と、を少なくとも備え、前記拡散板は、前記視認可能領域と光学的な共役関係となる位置に配置され、かつ前記集光部材から入射した光が出射する出射面を有し、前記視認可能領域の上下方向の輝度分布が一定になるように、前記出射面の光軸方向に対して傾斜して配置されることを特徴とする。
本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置によれば、運転者の視点移動による表示画像の明るさの変化を抑制することができるという効果を奏する。
図１は、実施形態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。 図２は、実施形態に係るバックライトユニットの概略構成図である。 図３は、実施形態に係る集光部材の概略構成図である。 図４は、実施形態に係るマイクロレンズアレイの出射面とアイボックスとの共役関係を示す模式図である。 図５は、実施形態に係る二次光源面照度分布を説明するための図である。 図６は、実施形態に係るアイボックスの輝度分布を説明するための図である。 図７は、実施形態の変形例１に係る集光部材の概略構成図である。 図８は、実施形態の変形例２に係る拡散板の概略構成図である。
以下に、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。また、下記の実施形態における構成要素は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。
［実施形態］
図１は、実施形態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。図２は、実施形態に係るバックライトユニットの概略構成図である。図３は、実施形態に係る集光部材の概略構成図である。図４は、実施形態に係るマイクロレンズアレイの出射面とアイボックスとの共役関係を示す模式図である。図５は、実施形態に係る二次光源面照度分布を説明するための図である。図６は、実施形態に係るアイボックスの輝度分布を説明するための図である。なお、図２は、バックライトユニットを側方側から視た場合の各要素の位置関係を示す。ここで、図１〜図４（図７、図８も同様）に示す上下方向は、本実施形態におけるヘッドアップディスプレイ装置およびバックライトユニットの上下方向であり、上方向が上側、下方向が下側とする。
本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１は、例えば自動車等の車両（不図示）のダッシュボード（不図示）の内側に配置される。ヘッドアップディスプレイ装置１は、図１に示すように、表示画像を拡大ミラー２によりウインドシールド１０１に投影することにより、表示画像に応じてウインドシールド１０１の前方に表示される虚像１１０を、ドライバ２００のアイボックス２０２にてドライバ２００に視認可能にする。アイボックス２０２は、視認可能領域であり、車両内のドライバ２００が虚像１１０を視認可能な領域である。アイボックス２０２は、アイポイント２０１が含まれる。アイポイント２０１は、運転席（不図示）に着座したドライバ２００の視点位置である。ドライバ２００は、表示部材であるウインドシールド１０１によって反射された画像を虚像１１０として認識する。虚像１１０は、表示画像に応じてウインドシールド１０１の前方に表示される。ヘッドアップディスプレイ装置１は、拡大ミラー２と、表示ユニット３とを含んで構成される。拡大ミラー２は、車両の光学系であり、表示ユニット３に表示される表示画像をウインドシールド１０１に向けて反射する。拡大ミラー２は、例えば非球面ミラーで構成される。表示ユニット３は、表示器であり、表示画像に対応する表示光を出射する。表示ユニット３は、液晶パネル１０と、バックライトユニット２０とを含んで構成される。
液晶パネル１０は、液晶表示素子である。液晶パネル１０は、例えば光透過型または光半透過型のＴＦＴ液晶（Thin Film Transistor Liquid Crystal Display）等から成る。液晶パネル１０は、裏面側から照明されることで表面側の表示面が発光する。液晶パネル１０は、車両に搭載された制御部（不図示）からの制御指示に応じて数字や文字、図形等を含む表示画像を表示する。液晶パネル１０は、車両側から得られる交流電力により駆動する。
バックライトユニット２０は、液晶パネル１０を裏面側から照明する。バックライトユニット２０は、車両内の電源（不図示）から得られる直流電力により駆動する。バックライトユニット２０は、図２に示すように、光源２１と、集光部材２３と、マイクロレンズアレイ２５と、２つの集光レンズ３０とを含んで構成される。光源２１、集光部材２３、マイクロレンズアレイ２５、および集光レンズ３０は、光源２１から出射される光の光軸方向に沿って配置される。
光源２１は、一つの発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）で構成される。光源２１は、車両内の電源（不図示）から得られる直流電力により駆動する。光源２１は、制御部からのＯＮ／ＯＦＦ信号に応じて、点灯／消灯する。光源２１は、例えば不図示の基板等に固定されている。基板は、裏面側にヒートシンク（不図示）が固定されていてもよい。ヒートシンクは、基板に蓄積された熱をバックライトユニット２０の外部に放出するものである。
集光部材２３は、例えば、光源２１から出射された光を液晶パネル１０に向けて集光する集光レンズである。集光部材２３は、ガラスや透明樹脂等で構成されている。集光部材２３は、図３に示すように、凸状の自由曲面であり、かつ上下方向に非対称に形成されたレンズ面２３ａを有する。集光部材２３は、光源２１側から入射した光のうち、レンズ面２３ａの出射範囲に達する光だけをレンズ面２３ａから出射する。
マイクロレンズアレイ２５は、光学部材である。マイクロレンズアレイ２５は、例えばガラスや透明樹脂等で構成されている。マイクロレンズアレイ２５は、図２に示すように、集光部材２３と液晶パネル１０との間の光路上に配置され、集光部材２３により集光された光を拡散する。マイクロレンズアレイ２５は、図３に示すように、集光部材２３により集光された光１１が入射する入射面２５ａと、入射面２５ａから入射した光１１が出射する出射面２５ｂとを有する。マイクロレンズアレイ２５は、複数の微小レンズ２７で構成される。マイクロレンズアレイ２５は、いわゆるフライアイ状のレンズ面を有する。複数の微小レンズ２７は、格子状に複数配列されている。各微小レンズ２７は、凸状の曲面を有する。本実施形態の微小レンズ２７は、凸状の部分球面を有する。
集光レンズ３０は、マイクロレンズアレイ２５と液晶パネル１０との間の光路上に２つ配置されている。集光レンズ３０は、ガラスまたは透明樹脂等の高屈折率材料で形成され、一対のレンズ面３０ａを有する。レンズ面３０ａは、半球面からなる曲面であり、光軸方向と直交する方向に形成される。レンズ面３０ａは、光１１の入射面と出射面とのそれぞれ一つずつ設けられている。集光レンズ３０は、アイボックス２０２とマイクロレンズアレイ２５の出射面２５ｂとを光学的な共役関係にするように機能すると共に、液晶パネル１０よりも外側に向かおうとする光１１を内側に屈折させて液晶パネル１０に集光するように機能する。
次に、本実施形態に係るバックライトユニット２０の作用について図２を参照して説明する。まず、光源２１から出射した光１１は、図２に示すように、集光部材２３に入射する。集光部材２３に入射した光１１は、内部を透過してレンズ面２３ａから出射する。レンズ面２３ａから出射する光１１は、マイクロレンズアレイ２５上に集光される。集光部材２３により集光されマイクロレンズアレイ２５に入射する光１１は、平行光であってもよいし、発散光や収束光であってもよい。マイクロレンズアレイ２５の入射面２５ａに入射した光１１は、内部を透過して出射面２５ｂから前段の集光レンズ３０に向けて出射する。微小レンズ２７は、入射した光が集光レンズ３０を照射するように、凸状の曲面の形状が決定されることが好ましい。前段の集光レンズ３０を透過した光は、後段の集光レンズ３０を透過して液晶パネル１０の裏面側の全面に照射される。
次に、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１の作用につい図４〜図６を参照して説明する。図４において、マイクロレンズアレイ２５の出射面２５ｂから出射した光は、バックライトユニット２０内の光学系により液晶パネル１０に集光する。液晶パネル１０に集光した光は、内部を透過して拡大ミラー２に向かう。拡大ミラー２に入射した光は、ウインドシールド１０１に向けて反射する。ウインドシールド１０１で反射した光は、アイボックス２０２に入射する。本実施形態におけるマイクロレンズアレイ２５は、複数の微小レンズ２７で構成されていることから、各微小レンズ２７に入射する光で光源像が形成される。複数の光源像が形成された出射面２５ｂは、バックライトユニット２０における二次光源となる。この出射面２５ｂがアイボックス２０２と光学的な共役関係を有する位置に配置されていることから、出射面２５ｂの照度分布（ここでは「二次光源面照度分布」とも呼ぶ）の変化に応じて、アイボックス２０２の輝度分布が変化する。例えば、二次光源面照度分布が、図５に示すグラフの破線のように、Ｙ座標上で一定であっても、アイボックス２０２の輝度分布が、図６に示すグラフの破線のように、Ｙ座標上で一定ではないことから、アイポイント２０１の上下移動により表示画像の明るさが上下方向で変化するように認識される。本実施形態では、アイボックス２０２の輝度分布が、図６のグラフの実線に示すように、Ｙ座標上で一定となるように、二次光源面照度分布を変更する。本実施形態では、集光部材２３のレンズ面２３ａを上下方向に非対称に形成することで、図５のグラフの実線に示すように、二次光源面照度分布の勾配をアイボックス２０２の輝度分布の勾配と反対にする。例えば、アイボックス２０２の上下方向における上側と共役関係にある側の出射面２５ｂの照度が低くなるように、出射面２５ｂの照度を低くする位置に対応するレンズ面２３ａの曲率を小さくし、光源２１から曲面までの光学的距離が短くなるようにする。これにより、二次光源面照度分布が図５に示す実線の勾配となり、アイボックス２０２の輝度分布が図６に示す実線の勾配となる。なお、アイボックス２０２の上下方向における下側と共役関係にある側の出射面２５ｂの照度が高くなるように、出射面２５ｂの照度を高くする位置に対応するレンズ面２３ａの曲率を大きくし、光源２１から曲面までの光学的距離が長くなるようにしてもよい。
以上説明したように、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１は、表示ユニット３に表示される表示画像を拡大ミラー２によりウインドシールド１０１に投影して、表示画像に応じてウインドシールド１０１の前方に表示される虚像１１０を、ドライバ２００のアイボックス２０２にてドライバ２００に視認可能にする。表示ユニット３は、液晶パネル１０と、バックライトユニット２０とを備える。バックライトユニット２０は、光源２１から出射された光を液晶パネル１０に向けて集光する集光部材２３と、集光部材２３と液晶パネル１０との間の光路上に配置され、集光部材２３により集光された光を拡散するマイクロレンズアレイ２５とを備える。マイクロレンズアレイ２５は、アイボックス２０２と光学的な共役関係となる位置に配置され、かつ集光部材２３から入射した光が出射する出射面２５ｂを有する。集光部材２３は、アイボックス２０２の上下方向の輝度分布が一定になるように、出射面２５ｂの上下方向において、出射面２５ｂから出射する光の照度が調整可能に形成される。
上記構成を有するヘッドアップディスプレイ装置１は、マイクロレンズアレイ２５の出射面２５ｂ（二次光源面）の照度分布を、アイボックス２０２の輝度分布と反対の勾配を持たせることで、アイボックス２０２の輝度分布を一定にすることができ、運転者の視点移動による表示画像の明るさの変化を抑制することができる。また、マイクロレンズアレイ２５の出射面２５ｂの照度分布の変更を、集光部材２３のレンズ面２３ｂの形状変更により行うので、低コスト化を図ることができる。
また、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１は、集光部材２３が、凸状の自由曲面であり、かつ上下方向に非対称に形成されたレンズ面２３ａを有する。集光部材２３は、アイボックス２０２の上下方向における上側と共役関係にある側の出射面２５ｂの照度が低くなるように、出射面２５ｂの照度を低くする位置に対応するレンズ面２３ａの曲率を小さくし、光源２１から曲面までの光学的距離が短くなるように形成される。また、集光部材２３は、アイボックス２０２の上下方向における下側と共役関係にある側の出射面２５ｂの照度が高くなるように、出射面２５ｂの照度を高くする位置に対応するレンズ面２３ａの曲率を大きくし、光源２１から曲面までの光学的距離が長くなるように形成される。上記構成により、アイボックス２０２の上下方向における輝度分布を容易に変更することができる。
また、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１は、マイクロレンズアレイ２５の微小レンズ２７が格子状に複数配列される。各微小レンズ２７は、凸状の曲面であるレンズ面を有する。このように、マイクロレンズアレイ２５により二次光源として複数の光源像を形成することができ、各光源像により液晶パネル１０の全面を照明することができる。その結果、液晶パネル１０の輝度ムラを抑制することが可能となる。また、複数の光源像を形成するので、複数の光源２１が不要となり、部品点数の削減による低コスト化および消費電力の低減を図ることが可能となる。
［変形例１］
なお、上記実施形態では、集光部材２３は、凸状の自由曲面であり、かつ上下方向に非対称に形成されたレンズ面２３ａを有する集光レンズとしているが、これに限定されるものではない。図７は、実施形態の変形例１に係る集光部材の概略構成図である。集光部材２４は、例えばＬＥＤ用集光レンズである。集光部材２４は、入射面２４ａと、出射面２４ｂと、一対の全反射面２４ｃと、レンズ面２４ｄとを備える。入射面２４ａは、光源２１側に向けて凹状に形成され、光源２１からの光を入射する部分である。入射面２４ａは、凸状曲面のレンズ面２４ｄを有する。出射面２４ｂは、マイクロレンズアレイ２５側に形成され、かつ入射面２４ａから入射した光が光軸方向から離間する方向に拡散して出射する部分である。全反射面２４ｃは、光源２１からマイクロレンズアレイ２５に向けて光軸方向から離間する方向に拡がるように形成され、集光部材２４の内部を透過して入射する光を全反射する部分である。集光部材２４は、入射面２４ａが、出射面２５ｂの上下方向における下側に中心軸が位置するように形成される。なお、図示の破線で示す集光部材２４は、入射面２４ａの上下方向における中心軸と、出射面２５ｂの上下方向における中心軸とが一致するように形成されている。
集光部材２４に入射する光１１は、入射面２４ａから内部に入射すると、一部が全反射面２４ｃを反射して出射面２４ｂから出射される。本実施形態の集光部材２４は、入射面２４ａが、出射面２４ｂの上下方向における下側に中心軸が位置するように形成される。そのため、上下方向の上側の全反射面２４ｃで反射して出射面２４ｂから出射される光の照度と、下側の全反射面２４ｃで反射して出射面２４ｂから出射される光の照度が異なる。これにより、本実施形態の変形例１では、集光部材２４の入射面２４ａを、出射面２５ｂの上下方向における下側に中心軸が位置するように形成するので、上記実施形態と同様の効果を得ることができる共に、低コストで製造することが可能となる。
［変形例２］
また、上記実施形態では、集光部材２３が上下方向に非対称に形成されたレンズ面を有し、集光部材２３とマイクロレンズアレイ２５とを組み合わせた構成であるが、これに限定されるものではない。図８は、実施形態の変形例２に係る拡散板の概略構成図である。集光部材２８は、凸状の自由曲面であり、かつ上下方向に対称に形成されたレンズ面２８ａを有する。集光部材２８は、光源２１から出射された光を液晶パネル１０に向けて集光する。拡散板３１は、集光部材２８と液晶パネル１０との間の光路上に配置され、集光部材２８により集光された光を拡散する。拡散板３１は、集光部材２８から入射した光１１を液晶パネル１０側に向けて拡散させるものである。拡散板３１は、例えばシート状または薄板状に形成されている。本実施形態の拡散板３１は、アイボックス２０２と光学的な共役関係となる位置に配置され、かつ集光部材２８から入射した光が出射する出射面３１ａを有する。拡散板３１は、アイボックス２０２の上下方向の輝度分布が一定になるように、出射面３１ａの光軸方向に対して傾斜して配置される。
集光部材２８から出射した光は、拡散板３１に照射される。拡散板３１は、出射面３１ａが光軸方向に傾斜して配置されるので、光源２１から拡散板３１までの光学的距離が上下方向において非対称となり、出射面３１ａの照度分布が図５に示す実線の勾配となる。その結果、出射面３１ａと光学的な共役関係にあるアイボックス２０２の輝度分布が図６に示す実線の勾配となるので、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、拡散板３１を傾斜されることで出射面３１ａの照度分布の勾配を変更できるので、部品加工代や金型代等がかからず、製造コスト、部品コストを低く抑えることが可能となる。
なお、上記実施形態では、マイクロレンズアレイ２５は、ガラスや透明樹脂で構成されているがこれに限定されるものではなく、液晶レンズ方式や液体レンズ方式、膜レンズ方式、エレクトロウェッティングレンズ方式といった種々の可変レンズ方式で構成されていてもよい。
上記実施形態および変形例では、光源２１は、一つの発光ダイオードで構成されるが、これに限定されるものではない。例えば、光源２１が、複数の発光ダイオードをまとめて１つの光源を構成してもよい。
また、上記実施形態および変形例では、微小レンズ２７は、長方形状をしているが、これに限定されず、正方形状、円形状、六角形状であってもよい。また、微小レンズ２７は、凸状の曲面であるが、これに限定されるものではなく、微小レンズ２７が凹状の曲面であってもよい。
また、上記実施形態および変形例では、液晶パネル１０の入射側の直前に拡散板が配置されていないが、拡散板が液晶パネル１０の平面と平行に配置されていてもよい。
また、上記実施形態および変形例では、拡大ミラー２が、表示ユニット３に表示される表示画像をウインドシールド１０１に向けて投影しているが、これに限定されるもので、複数の拡大ミラーや平面ミラーを組み合わせた光学系により表示画像を投影するものであってもよい。
また、上記実施形態および変形例では、拡散板３１は、光を拡散する構成として、例えば出射面３１ａを粗面にすることによって光を拡散させてもよいし、拡散板３１の内部に光拡散粒子を配合してもよい。
また、上記実施形態および変形例では、表示画像の投影対象がウインドシールド１０１であったが、これに限定されず、例えばコンバイナ等であってもよい。
また、上記実施形態および変形例では、ヘッドアップディスプレイ装置１を車両に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、車両以外の乗り物、例えば船舶や航空機等に適用してもよい。
１ ヘッドアップディスプレイ装置
２ 拡大ミラー
３ 表示ユニット
１０ 液晶パネル
１１ 光
２０ バックライトユニット
２１ 光源
２３，２４，２８ 集光部材
２３ａ，２８ａ レンズ面
２４ａ，２５ａ 入射面
２４ｂ，２５ｂ，３１ａ 出射面
２４ｃ 全反射面
２４ｄ，３０ａ レンズ面
２５ マイクロレンズアレイ
２７ 微小レンズ
３０ 集光レンズ
３１ 拡散板
１０１ ウインドシールド
１１０ 虚像
２００ ドライバ
２０１ アイポイント
２０２ アイボックス

Claims (5)

  1. 表示器に表示される表示画像を車両の光学系により表示部材に投影して、前記表示画像に応じて前記表示部材の前方に表示される虚像を、前記車両内の運転者の視認可能領域にて前記運転者に視認可能にするヘッドアップディスプレイ装置であって、
    前記表示器は、
    光透過型の液晶表示素子と、
    前記液晶表示素子を裏面側から照明するバックライトユニットと、を備え、
    前記バックライトユニットは、
    一つの光源と、
    前記光源から出射された光を前記液晶表示素子に向けて集光する集光部材と、
    前記集光部材と前記液晶表示素子との間の光路上に配置され、前記集光部材により集光された光を拡散する光学部材と、を少なくとも備え、
    前記光学部材は、
    前記視認可能領域と光学的な共役関係となる位置に配置され、かつ前記集光部材から入射した光が出射する出射面を有し、
    前記集光部材は、
    前記視認可能領域の上下方向の輝度分布が一定になるように、前記出射面の上下方向において、前記出射面から出射する光の照度が調整可能に形成され、
    凸状の自由曲面であり、かつ上下方向に非対称に形成されたレンズ面を有し、
    前記視認可能領域の上下方向における上側と共役関係にある側の前記出射面の照度が低くなるように、前記出射面の照度を低くする位置に対応する前記レンズ面の曲率を小さくし、前記光源から前記曲面までの光学的距離が短くなるように形成される、
    ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
  2. 表示器に表示される表示画像を車両の光学系により表示部材に投影して、前記表示画像に応じて前記表示部材の前方に表示される虚像を、前記車両内の運転者の視認可能領域にて前記運転者に視認可能にするヘッドアップディスプレイ装置であって、
    前記表示器は、
    光透過型の液晶表示素子と、
    前記液晶表示素子を裏面側から照明するバックライトユニットと、を備え、
    前記バックライトユニットは、
    一つの光源と、
    前記光源から出射された光を前記液晶表示素子に向けて集光する集光部材と、
    前記集光部材と前記液晶表示素子との間の光路上に配置され、前記集光部材により集光された光を拡散する光学部材と、を少なくとも備え、
    前記光学部材は、
    前記視認可能領域と光学的な共役関係となる位置に配置され、かつ前記集光部材から入射した光が出射する出射面を有し、
    前記集光部材は、
    前記視認可能領域の上下方向の輝度分布が一定になるように、前記出射面の上下方向において、前記出射面から出射する光の照度が調整可能に形成され、
    凸状の自由曲面であり、かつ上下方向に非対称に形成されたレンズ面を有し、
    前記視認可能領域の上下方向における下側と共役関係にある側の前記出射面の照度が高くなるように、前記出射面の照度を高くする位置に対応する前記レンズ面の曲率を大きくし、前記光源から前記曲面までの光学的距離が長くなるように形成される、
    ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
  3. 表示器に表示される表示画像を車両の光学系により表示部材に投影して、前記表示画像に応じて前記表示部材の前方に表示される虚像を、前記車両内の運転者の視認可能領域にて前記運転者に視認可能にするヘッドアップディスプレイ装置であって、
    前記表示器は、
    光透過型の液晶表示素子と、
    前記液晶表示素子を裏面側から照明するバックライトユニットと、を備え、
    前記バックライトユニットは、
    一つの光源と、
    前記光源から出射された光を前記液晶表示素子に向けて集光する集光部材と、
    前記集光部材と前記液晶表示素子との間の光路上に配置され、前記集光部材により集光された光を拡散する光学部材と、を少なくとも備え、
    前記光学部材は、
    前記視認可能領域と光学的な共役関係となる位置に配置され、かつ前記集光部材から入射した光が出射する出射面を有し、
    前記集光部材は、
    前記視認可能領域の上下方向の輝度分布が一定になるように、前記出射面の上下方向において、前記出射面から出射する光の照度が調整可能に形成され、
    前記光源側に形成された凹状の入射面と、前記光学部材側に形成され、かつ前記入射面から入射した光が光軸方向から離間する方向に拡散して出射する出射面とを有する集光レンズであり、
    前記入射面が、前記出射面の上下方向における下側に中心軸が位置するように形成される、
    ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
  4. 前記光学部材は、
    微小レンズが格子状に複数配列され、
    各前記微小レンズは、
    凸状または凹状の曲面であるレンズ面を有する、
    請求項１〜３のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  5. 表示器に表示される表示画像を車両の光学系により表示部材に投影して、前記表示画像に応じて前記表示部材の前方に表示される虚像を、前記車両内の運転者の視認可能領域にて前記運転者に視認可能にするヘッドアップディスプレイ装置であって、
    前記表示器は、
    光透過型の液晶表示素子と、
    前記液晶表示素子を裏面側から照明するバックライトユニットと、を備え、
    前記バックライトユニットは、
    一つの光源と、
    前記光源から出射された光を前記液晶表示素子に向けて集光する集光部材と、
    前記集光部材と前記液晶表示素子との間の光路上に配置され、前記集光部材により集光された光を拡散する拡散板と、を少なくとも備え、
    前記拡散板は、
    前記視認可能領域と光学的な共役関係となる位置に配置され、かつ前記集光部材から入射した光が出射する出射面を有し、
    前記視認可能領域の上下方向の輝度分布が一定になるように、前記出射面の光軸方向に対して傾斜して配置される、
    ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
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