JP6984619B2 - Virtual image display device - Google Patents

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    • B60K35/00—Arrangement of adaptations of instruments
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    • G02—OPTICS
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    • G—PHYSICS
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    • G02B3/00—Simple or compound lenses

Description

この明細書による開示は、虚像表示装置に関する。 The disclosure by this specification relates to a virtual image display device.

従来、画像の表示光を投影部に投影することにより、虚像を表示する虚像表示装置が知られている。特許文献１に開示の虚像表示装置は、画像を表示する画像表示素子、及び画像表示素子へ光源光を照射するバックライトユニットを備えている。画像表示素子の表示領域は、長方形状に形成されている。 Conventionally, a virtual image display device for displaying a virtual image by projecting the display light of an image onto a projection unit is known. The virtual image display device disclosed in Patent Document 1 includes an image display element for displaying an image and a backlight unit for irradiating the image display element with light from a light source. The display area of the image display element is formed in a rectangular shape.

バックライトユニットは、光源、レンズアレイ、第１のフォーカスレンズ、及び第２のフォーカスレンズ等を有している。光源は、２つのＬＥＤから構成されている。レンズアレイは、両凸レンズを縦横に複数配列してなるレンズ体である。この両凸レンズの配列ピッチは、十分に大きなものとなっている。 The backlight unit includes a light source, a lens array, a first focus lens, a second focus lens, and the like. The light source is composed of two LEDs. The lens array is a lens body in which a plurality of biconvex lenses are arranged vertically and horizontally. The arrangement pitch of this biconvex lens is sufficiently large.

また、バックライトユニットは、第１のフォーカスレンズ及び第２のフォーカスレンズの４面のうち、少なくとも１面をトロイダル面とし、長方形状の表示領域の形状に合わせた光源光の照射を実施している。 Further, the backlight unit has at least one of the four surfaces of the first focus lens and the second focus lens as a toroidal surface, and irradiates the light source light according to the shape of the rectangular display area. There is.

特許第６２４８４７３号公報Japanese Patent No. 6248473

画像表示素子において、例えば長方形状のような、短手方向の寸法に対して長手方向の寸法が大きく設定された照明対象部が設けられた場合では、照明ムラ、延いては輝度ムラを低減し、虚像の視認性を高めるため、寸法の違い、すなわちアスペクト比に対応したバックライトユニットの構成が求められる。 When the image display element is provided with an illumination target portion such as a rectangular shape in which the dimension in the longitudinal direction is set larger than the dimension in the lateral direction, uneven illumination and eventually uneven brightness are reduced. In order to improve the visibility of the virtual image, it is required to configure the backlight unit corresponding to the difference in dimensions, that is, the aspect ratio.

この点、特許文献１では、フォーカスレンズにトロイダル面を設けることで、長手方向に対応する長手対応方向に照明光を大きく広げ、光源光の照射範囲を照明対象部の形状に近づけている。しかしながら、この形態では、フォーカスレンズ部分の光路長が長くなりがちであり、特に、長手対応方向に光源光が好適に拡がるように、長手対応方向に合わせた光路長を設定することになるため、装置の体格が増大してしまう。 In this regard, in Patent Document 1, by providing a toroidal surface on the focus lens, the illumination light is greatly expanded in the longitudinal corresponding direction corresponding to the longitudinal direction, and the irradiation range of the light source light is brought closer to the shape of the illumination target portion. However, in this form, the optical path length of the focus lens portion tends to be long, and in particular, the optical path length is set according to the longitudinal corresponding direction so that the light source light spreads favorably in the longitudinal corresponding direction. The physique of the device will increase.

この明細書の開示による目的のひとつは、虚像の視認性を高めつつ、体格増大を抑制した虚像表示装置を提供することにある。 One of the purposes of the disclosure of this specification is to provide a virtual image display device that suppresses an increase in physique while enhancing the visibility of a virtual image.

ここに開示された態様のひとつは、画像の表示光を投影部（３ａ）に投影することにより、虚像（ＶＲＩ）を表示する虚像表示装置であって、
短手方向（ＳＤ）の寸法に対して長手方向（ＬＤ）の寸法が大きく設定された照明対象部（３２）を有し、照明対象部に照明された光源光を利用して画像を表示する画像表示素子（３１）と、
光源光を照明対象部へ照射するバックライトユニット（４１）と、を備え、
バックライトユニットは、
短手方向に対応する短手対応方向（ＹＤ）及び長手方向に対応する長手対応方向（ＸＤ）のうち少なくとも長手対応方向に所定の間隔（ＩＮＴ）だけずれて、互いに並べられた複数の光源素子（４３）を有し、各光源素子から光源光を発する光源部（４２）と、
光源部と照明対象部との間の光路上に配置され、短手対応方向及び長手対応方向のうち少なくとも短手対応方向に沿って、間隔よりも小さなピッチ（ＰＩＴ）で配列された複数の小光源レンズ素子（５２）を有し、各小光源レンズ素子が光源部からの光源光を分割して新たな小光源を構成するように振る舞う小光源アレイレンズ部（５１）と、を有し、
各小光源レンズ素子において、短手対応方向の焦点距離の絶対値は、長手対応方向の焦点距離の絶対値よりも小さく、
バックライトユニットは、
光路上において、各小光源レンズ素子よりも照明対象部側に、各小光源レンズ素子により分割された各光源光をまとめて短手対応方向に集光するように構成された短手集光部（５３）と、
短手集光部と照明対象部との間の光路上に配置され、小光源アレイレンズ部を経て入射した光源光の指向性を調整する指向性調整部（５７）と、をさらに有し、
指向性調整部は、短手対応方向に光源光を集光すると共に、長手対応方向に光源光を発散させる。
またここに開示された態様のひとつは、
画像の表示光を投影部（３ａ）に投影することにより、虚像（ＶＲＩ）を表示する虚像表示装置であって、
短手方向（ＳＤ）の寸法に対して長手方向（ＬＤ）の寸法が大きく設定された照明対象部（３２）を有し、照明対象部に照明された光源光を利用して画像を表示する画像表示素子（３１）と、
光源光を照明対象部へ照射するバックライトユニット（４１）と、を備え、
バックライトユニットは、
短手方向に対応する短手対応方向（ＹＤ）及び長手方向に対応する長手対応方向（ＸＤ）のうち少なくとも長手対応方向に所定の間隔（ＩＮＴ）だけずれて、互いに並べられた複数の光源素子（４３）を有し、各光源素子から光源光を発する光源部（４２）と、
光源部と照明対象部との間の光路上に配置され、短手対応方向及び長手対応方向のうち少なくとも短手対応方向に沿って、間隔よりも小さなピッチ（ＰＩＴ）で配列された複数の小光源レンズ素子（５２）を有し、各小光源レンズ素子が光源部からの光源光を分割して新たな小光源を構成するように振る舞う小光源アレイレンズ部（５１）と、を有し、
各小光源レンズ素子において、短手対応方向の焦点距離の絶対値は、長手対応方向の焦点距離の絶対値よりも小さく、
バックライトユニットは、
光路上において、各小光源レンズ素子よりも照明対象部側に、各小光源レンズ素子により分割された各光源光をまとめて短手対応方向に集光するように構成された短手集光部（５３）と、
短手集光部と照明対象部との間の光路上に配置され、小光源アレイレンズ部を経て入射した光源光の指向性を調整する指向性調整部（５７）と、をさらに有し、
短手集光部の短手対応方向の焦点距離は、指向性調整部の短手対応方向の焦点距離よりも小さく、かつ、短手集光部と指向性調整部との間の距離よりも大きい。 One of the embodiments disclosed here is a virtual image display device that displays a virtual image (VRI) by projecting the display light of an image onto a projection unit (3a).
It has an illuminated object portion (32) whose longitudinal direction (LD) dimension is set larger than the lateral direction (SD) dimension, and displays an image by using the light source light illuminated by the illuminated object portion. Image display element (31) and
It is equipped with a backlight unit (41) that irradiates the illuminated object with light from a light source.
The backlight unit is
A plurality of light source elements arranged side by side with a predetermined interval (INT) at least in the longitudinal direction (YD) corresponding to the lateral direction and the longitudinal direction (XD) corresponding to the longitudinal direction. A light source unit (42) having (43) and emitting light source light from each light source element,
A plurality of small pieces arranged on the optical path between the light source unit and the illuminated object portion and arranged at a pitch (PIT) smaller than the interval along at least the short side corresponding direction of the short side corresponding direction and the long side corresponding direction. It has a light source lens element (52), and each small light source lens element has a small light source array lens unit (51) that behaves so as to divide the light source light from the light source unit to form a new small light source.
In each of the small light-source lens element, the absolute value of the focal length of the short side corresponding direction is rather smaller than the absolute value of the focal length of the longitudinal direction corresponding,
The backlight unit is
On the optical path, a short light condensing unit configured to collectively condense each light source light divided by each small light source lens element on the illumination target portion side of each small light source lens element in the direction corresponding to the short side. (53) and
It further has a directivity adjusting unit (57) that is arranged on the optical path between the short condensing unit and the illumination target unit and adjusts the directivity of the light source light incident through the small light source array lens unit.
The directivity adjusting unit collects the light source light in the direction corresponding to the short side and radiates the light source light in the direction corresponding to the long side .
Also, one of the embodiments disclosed here is
A virtual image display device that displays a virtual image (VRI) by projecting the display light of an image onto a projection unit (3a).
It has an illuminated object portion (32) whose longitudinal direction (LD) dimension is set larger than the lateral direction (SD) dimension, and displays an image by using the light source light illuminated by the illuminated object portion. Image display element (31) and
It is equipped with a backlight unit (41) that irradiates the illuminated object with light from a light source.
The backlight unit is
A plurality of light source elements arranged side by side with a predetermined interval (INT) at least in the longitudinal direction (YD) corresponding to the lateral direction and the longitudinal direction (XD) corresponding to the longitudinal direction. A light source unit (42) having (43) and emitting light source light from each light source element,
A plurality of small pieces arranged on the optical path between the light source unit and the illuminated object portion and arranged at a pitch (PIT) smaller than the interval along at least the short side corresponding direction of the short side corresponding direction and the long side corresponding direction. It has a light source lens element (52), and each small light source lens element has a small light source array lens unit (51) that behaves so as to divide the light source light from the light source unit to form a new small light source.
In each small light source lens element, the absolute value of the focal length in the direction corresponding to the short side is smaller than the absolute value of the focal length in the direction corresponding to the long side.
The backlight unit is
On the optical path, a short light condensing unit configured to collectively condense each light source light divided by each small light source lens element on the illumination target portion side of each small light source lens element in the direction corresponding to the short side. (53) and
It further has a directivity adjusting unit (57) that is arranged on the optical path between the short condensing unit and the illumination target unit and adjusts the directivity of the light source light incident through the small light source array lens unit.
The focal length of the short-hand condensing unit in the short-hand direction is smaller than the focal length of the directivity adjustment unit in the short-hand direction, and is smaller than the distance between the short-hand condensing unit and the directivity adjustment unit. big.

これらのような態様によると、小光源アレイレンズ部は、複数の小光源レンズ素子を配列して形成されている。こうした小光源レンズ素子は、光源素子の間隔よりも小さなピッチで配列され、光源部からの光源光を分割して小光源を構成するように振る舞う。すなわち、小光源が小さなピッチで短手対応方向に配列されることにより、線状光源ないし面状光源のように小光源アレイレンズ部が機能し、それは、長手対応方向にずれて並べられた複数の光源素子により、長手対応方向に幅をもった光源のように振る舞う。 According to an aspect, such as these, a small light source array lens unit is formed by arranging a plurality of small light sources lens element. Such small light source lens elements are arranged at a pitch smaller than the distance between the light source elements, and behave as if the light source light from the light source unit is divided to form a small light source. That is, by arranging the small light sources at a small pitch in the short corresponding direction, the small light source array lens unit functions like a linear light source or a planar light source, and a plurality of small light sources arranged so as to be offset in the longitudinal corresponding direction. Due to the light source element of, it behaves like a light source having a width in the longitudinal corresponding direction.

これに対して、各小光源レンズ素子にて、短手対応方向の焦点距離の絶対値は、長手対応方向の焦点距離の絶対値より小さくされている。この焦点距離の関係により、小光源レンズ素子の各小光源から発せられる短手対応方向の分割光源光の拡がり角が比較的広角になるため、光源光を短い光路長で好適に拡げることが可能となり、照明対象部の短手方向の寸法に合わせた照明を実現できる。短手対応方向に対して長手対応方向では、小光源レンズ素子による各小光源から発せられる長手対応方向の分割光源光の拡がり角が比較的挟角になるものの、既に小光源アレイレンズ部が長手対応方向に幅をもった光源のように振る舞っている。故に、各々の小光源からの分割光源光を、照明対象部の長手方向の寸法まで拡げずとも、照明対象部の長手方向の寸法に合わせた照明を実現することができる。したがって、より幅広の範囲を照明すべき長手対応方向に合わせた長い光路長を設定する必要性を低減できる。 On the other hand, in each small light source lens element, the absolute value of the focal length in the direction corresponding to the short side is smaller than the absolute value of the focal length in the direction corresponding to the long side. Due to this focal length relationship, the spread angle of the split light source light in the direction corresponding to the short side emitted from each small light source of the small light source lens element becomes relatively wide, so that the light source light can be suitably spread with a short light path length. Therefore, it is possible to realize lighting that matches the dimensions of the lighting target portion in the lateral direction. In the longitudinal direction with respect to the short direction, the spread angle of the split light source light in the longitudinal direction emitted from each small light source by the small light source lens element is relatively narrow, but the small light source array lens part is already longitudinal. It behaves like a light source with a width in the corresponding direction. Therefore, it is possible to realize illumination that matches the longitudinal dimension of the illuminated object portion without expanding the divided light source light from each small light source to the longitudinal dimension of the illuminated object portion. Therefore, it is possible to reduce the need to set a long optical path length corresponding to the longitudinal corresponding direction in which a wider range should be illuminated.

以上により、虚像の輝度ムラ発生を低減して虚像の視認性を高めつつ、体格増大を抑制した虚像表示装置を提供することができる。 As described above, it is possible to provide a virtual image display device that suppresses an increase in physique while reducing the occurrence of uneven brightness of the virtual image and improving the visibility of the virtual image.

なお、括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。 It should be noted that the reference numerals in parentheses exemplify the correspondence with the parts of the embodiments described later, and are not intended to limit the technical scope.

第１実施形態のＨＵＤ装置の車両への搭載状態を示す図である。It is a figure which shows the mounting state of the HUD device of 1st Embodiment in a vehicle. 第１実施形態の表示器において、短手方向ないしＹ方向に沿った縦断面を示す図である。It is a figure which shows the vertical cross section along the short side direction or the Y direction in the display | display of 1st Embodiment. 第１実施形態の表示器において、長手方向ないしＸ方向に沿った縦断面を示す図である。It is a figure which shows the vertical cross section along the longitudinal direction or the X direction in the display | display of 1st Embodiment. 第１実施形態の第２レンズ部材及び第３レンズ部材を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the 2nd lens member and the 3rd lens member of 1st Embodiment. 第１実施形態の小光源レンズ素子による小光源の像点を模式的に示す図であって、上段はＸ方向に沿った縦断面を示し、下段はＹ方向に沿った縦断面を示す。It is a figure which shows typically the image point of the small light source by the small light source lens element of 1st Embodiment, the upper part shows the vertical section along the X direction, and the lower part shows the vertical section along the Y direction. 第１実施形態の分割光源光のインテグレータを説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the integrator of the divided light source light of 1st Embodiment. 第１実施形態のバックライトユニットの照明特性を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the lighting characteristic of the backlight unit of 1st Embodiment. 図７のVIII−VIII断面に沿った照明光の強度を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating the intensity of the illumination light along the VIII-VIII cross section of FIG. 第２実施形態の第２レンズ部材を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the 2nd lens member of 2nd Embodiment. 変形例において図２に対応する図である。It is a figure corresponding to FIG. 2 in the modification. 変形例において図３に対応する図である。It is a figure corresponding to FIG. 3 in the modification.

以下、複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、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 will be described with reference to the drawings. By assigning the same reference numerals to the corresponding components in each embodiment, duplicate description may be omitted. 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 parts of the configuration. Further, not only the combination of the configurations specified in the description of each embodiment but also the configurations of a plurality of embodiments can be partially combined even if the combination is not specified. ..

（第１実施形態）
図１に示すように、本開示の第１実施形態による虚像表示装置は、車両１に用いられ、当該車両１のインストルメントパネル２内に収容されるヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤ装置）１０である。ＨＵＤ装置１０は、車両１のウインドシールド３に設けられた投影部３ａへ向けて画像の表示光を投影する。これにより、ＨＵＤ装置１０は、画像を、視認者としての乗員により視認可能な虚像ＶＲＩとして表示する。すなわち、投影部３ａにて反射される画像の表示光が車両１の室内に設定された視認領域ＥＢに到達することにより、視認領域ＥＢにアイポイントＥＰが位置する乗員は、各種情報を認識することができる。 (First Embodiment)
As shown in FIG. 1, the virtual image display device according to the first embodiment of the present disclosure is used in the vehicle 1, and the head-up display device (hereinafter, HUD device) 10 housed in the instrument panel 2 of the vehicle 1 is used. Is. The HUD device 10 projects the display light of the image toward the projection unit 3a provided on the windshield 3 of the vehicle 1. As a result, the HUD device 10 displays the image as a virtual image VRI that can be visually recognized by the occupant as a viewer. That is, when the display light of the image reflected by the projection unit 3a reaches the viewing area EB set in the interior of the vehicle 1, the occupant whose eye point EP is located in the viewing area EB recognizes various information. be able to.

表示される各種情報としては、例えば車速、燃料残量等の車両１の状態を表す情報、又は視界補助情報、道路情報等のナビゲーション情報が挙げられる。 Examples of the various information to be displayed include information indicating the state of the vehicle 1 such as vehicle speed and remaining fuel amount, and navigation information such as visibility assist information and road information.

以下において、特に断り書きがない限り、前、後、上、下、左及び右が示す各方向は、水平面ＨＰ上の車両１を基準として記載される。 In the following, unless otherwise specified, each direction indicated by front, rear, up, down, left and right is described with reference to vehicle 1 on the horizontal plane HP.

車両１のウインドシールド３は、例えばガラスないし合成樹脂により透光性の板状に形成された透過部材であり、インストルメントパネル２よりも上方に配置されている。ウインドシールド３は、前方から後方へ向かう程、インストルメントパネル２とは離間するように傾斜して配置されている。ウインドシールド３は、画像の表示光が投影される投影部３ａを、滑らかな凹面状又は平面状に形成している。なお、投影部３ａは、ウインドシールド３に設けられていなくてもよい。例えば車両１と別体となっているコンバイナを車両１内に設置して、当該コンバイナに投影部３ａが設けられていてもよい。 The windshield 3 of the vehicle 1 is a transmissive member formed in a transparent plate shape by, for example, glass or synthetic resin, and is arranged above the instrument panel 2. The windshield 3 is arranged so as to be inclined so as to be separated from the instrument panel 2 from the front to the rear. The windshield 3 forms a projection portion 3a on which the display light of the image is projected into a smooth concave or planar shape. The projection unit 3a may not be provided on the windshield 3. For example, a combiner that is separate from the vehicle 1 may be installed in the vehicle 1, and the combiner may be provided with a projection unit 3a.

視認領域ＥＢは、ＨＵＤ装置１０により表示される虚像ＶＲＩが所定の規格を満たすように（例えば虚像ＶＲＩ全体が所定の輝度以上となるように）視認可能となる空間領域であって、アイボックスとも称される。視認領域ＥＢは、典型的には、車両１に設定されたアイリプスと重なるように設定される。アイリプスは、両眼それぞれに対して設定され、乗員のアイポイントＥＰの空間分布を統計的に表したアイレンジに基づいて、楕円体状の仮想的な空間として設定されている。 The viewing area EB is a spatial area that can be visually recognized so that the virtual image VRI displayed by the HUD device 10 meets a predetermined standard (for example, the entire virtual image VRI has a predetermined brightness or higher), and is also referred to as an eye box. Is called. The visible area EB is typically set to overlap the irips set in the vehicle 1. The eye lip is set for each of the eyes, and is set as an ellipsoidal virtual space based on the eye range that statistically represents the spatial distribution of the occupant's eye point EP.

このようなＨＵＤ装置１０の具体的構成を、以下に説明する。ＨＵＤ装置１０は、ハウジング１１、表示器３０、及び導光部２１等により構成されている。 A specific configuration of such a HUD device 10 will be described below. The HUD device 10 includes a housing 11, a display 30, a light guide unit 21, and the like.

ハウジング１１は、例えば合成樹脂ないし金属等により、表示器３０及び導光部２１等を収容する中空形状を呈しており、車両１のインストルメントパネル２内に設置されている。ハウジング１１は、投影部３ａと対向する上面部に、光学的に開口する窓部１２を有している。窓部１２は、例えば表示光を透過可能な防塵シート１３で覆われている。 The housing 11 is made of, for example, synthetic resin or metal, and has a hollow shape for accommodating the display 30, the light guide portion 21, and the like, and is installed in the instrument panel 2 of the vehicle 1. The housing 11 has a window portion 12 that is optically opened on the upper surface portion facing the projection portion 3a. The window portion 12 is covered with, for example, a dustproof sheet 13 capable of transmitting display light.

表示器３０は、表示画面３３に画像を表示し、その画像の表示光を導光部２１へ向けて投射する。本実施形態の表示器３０は、透過型の液晶表示器となっている。表示器３０は、画像表示素子３１及びバックライトユニット４１を有し、例えば遮光性を有する箱状のケーシングにこれらを収容しつつ、表示画面３３をケーシングの外部に露出させて構成されている。 The display 30 displays an image on the display screen 33, and projects the display light of the image toward the light guide unit 21. The display 30 of the present embodiment is a transmissive liquid crystal display. The display 30 has an image display element 31 and a backlight unit 41, and is configured by exposing the display screen 33 to the outside of the casing while accommodating them in, for example, a box-shaped casing having a light-shielding property.

導光部２１は、表示器３０の表示画面３３から発せられた表示光を導光する光路を形成している。導光部２１は、例えば平面鏡２２及び凹面鏡２４を有している。導光部２１の合成焦点距離における符号は、正である。 The light guide unit 21 forms an optical path that guides the display light emitted from the display screen 33 of the display device 30. The light guide unit 21 has, for example, a plane mirror 22 and a concave mirror 24. The sign in the combined focal length of the light guide unit 21 is positive.

平面鏡２２は、例えば合成樹脂ないしガラスからなる基材の表面に、アルミニウムを蒸着させること等により、反射面２３を形成している。平面鏡２２の反射面２３は、滑らかな平面状に形成されている。表示器３０から平面鏡２２に入射した表示光は、その反射面２３により凹面鏡２４へ向けて反射される。 The plane mirror 22 forms a reflective surface 23, for example, by depositing aluminum on the surface of a base material made of synthetic resin or glass. The reflecting surface 23 of the plane mirror 22 is formed in a smooth planar shape. The display light incident on the plane mirror 22 from the display 30 is reflected toward the concave mirror 24 by the reflecting surface 23.

凹面鏡２４は、例えば合成樹脂ないしガラスからなる基材の表面に、アルミニウムを蒸着させること等により、反射面２５を形成している。凹面鏡２４の反射面２５は、凹状に湾曲することで、滑らかな凹面状に形成されている。平面鏡２２から凹面鏡２４に入射した表示光は、その反射面２３により投影部３ａへ向けて反射される。ここで、正の光学パワーを有する凹面鏡２４の反射面２５での反射によって、虚像ＶＲＩを表示画面３３上の画像に対して拡大することが可能となっている。 The concave mirror 24 forms a reflective surface 25, for example, by depositing aluminum on the surface of a base material made of synthetic resin or glass. The reflective surface 25 of the concave mirror 24 is curved in a concave shape to form a smooth concave surface. The display light incident on the concave mirror 24 from the plane mirror 22 is reflected toward the projection unit 3a by the reflecting surface 23. Here, the virtual image VRI can be magnified with respect to the image on the display screen 33 by the reflection on the reflecting surface 25 of the concave mirror 24 having positive optical power.

こうして凹面鏡２４に反射された表示光は、防塵シート１３を透過することでＨＵＤ装置１０の外部へ射出され、ウインドシールド３の投影部３ａに入射する。投影部３ａに反射された表示光が乗員のアイポイントＥＰに到達すると、当該乗員は虚像ＶＲＩを視認可能となるのである。ここで、投影部３ａは、透過部材としてのウインドシールド３に設けられているので、虚像ＶＲＩは、ウインドシールド３を通して視認される車外の景色と重畳して表示される。 The display light reflected by the concave mirror 24 in this way is transmitted to the outside of the HUD device 10 by passing through the dustproof sheet 13, and is incident on the projection portion 3a of the windshield 3. When the display light reflected by the projection unit 3a reaches the occupant's eye point EP, the occupant can visually recognize the virtual image VRI. Here, since the projection unit 3a is provided on the windshield 3 as a transmissive member, the virtual image VRI is displayed superimposed on the scenery outside the vehicle that is visually recognized through the windshield 3.

また、凹面鏡２４は、ステッピングモータの駆動に応じて、左右方向に伸びる回転軸２４ａのまわりに回動可能となっている。こうした回動によって、虚像ＶＲＩの表示位置を上下方向に変位するように調整することができる。 Further, the concave mirror 24 is rotatable around a rotation shaft 24a extending in the left-right direction according to the drive of the stepping motor. By such rotation, the display position of the virtual image VRI can be adjusted so as to be displaced in the vertical direction.

以下では、本実施形態の表示器３０について詳細に説明する。図２，３に示すように、表示器３０の画像表示素子３１は、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor；ＴＦＴ）を用いたＴＦＴ液晶パネルであって、例えば２次元配列にて配列された複数の液晶画素を形成しているアクティブマトリクス型の液晶パネルである。 Hereinafter, the display 30 of the present embodiment will be described in detail. As shown in FIGS. 2 and 3, the image display element 31 of the display 30 is a TFT liquid crystal panel using a thin film transistor (TFT), for example, a plurality of liquid crystal pixels arranged in a two-dimensional arrangement. It is an active matrix type liquid crystal panel forming the above.

画像表示素子３１は、長手方向ＬＤ及び短手方向ＳＤを有する矩形状、すなわち長方形状を呈している。液晶画素が長手方向ＬＤ及び短手方向ＳＤに配列されることで、導光部２１側を向き、画像の表示光を射出する表示画面３３もまた短手方向ＳＤの寸法に対して長手方向ＬＤの寸法が大きく設定された長方形状を呈している。 The image display element 31 has a rectangular shape having a longitudinal LD and a lateral SD, that is, a rectangular shape. By arranging the liquid crystal pixels in the longitudinal direction LD and the lateral direction SD, the display screen 33 that faces the light guide portion 21 side and emits the display light of the image is also the longitudinal direction LD with respect to the dimension of the lateral direction SD. It has a rectangular shape with large dimensions.

表示画面３３の長手方向ＬＤは、視認される虚像ＶＲＩの左右方向に対応し、表示画面３３の短手方向ＳＤは、視認される虚像ＶＲＩの上下方向に対応している。こうして虚像ＶＲＩは、左右方向に長い横長に表示されることが可能となる。 The longitudinal LD of the display screen 33 corresponds to the left-right direction of the visually recognized virtual image VRI, and the lateral SD of the display screen 33 corresponds to the vertical direction of the visually recognized virtual image VRI. In this way, the virtual image VRI can be displayed horizontally long in the left-right direction.

画像表示素子３１の本体を挟んで表示画面３３とは反対側の面は、バックライトユニット４１の光源光により照明される照明対象面３２となっている。照明対象面３２も、表示画面３３の形状に合わせた形状、詳細に、短手方向ＳＤの寸法に対して長手方向ＬＤの寸法が大きく設定された長方形状を呈している。 The surface of the image display element 31 on the opposite side of the main body of the image display element 31 from the display screen 33 is an illumination target surface 32 illuminated by the light source of the backlight unit 41. The illuminated surface 32 also has a shape that matches the shape of the display screen 33, and in detail, has a rectangular shape in which the dimension of the longitudinal LD is set larger than the dimension of the SD in the lateral direction.

画像表示素子３１は、一対の偏光板及び一対の偏光板に挟まれた液晶層等が積層されて形成されていることで、平板状を呈している。各偏光板は、互いに直交する透過軸及び吸収軸を有し、透過軸方向に偏光した光を透過させ、吸収軸方向に偏光した光を吸収する性質を有する。一対の偏光板は、透過軸を互いに直交させて配置されている。液晶層は、液晶画素毎の電圧の印加により、印加電圧に応じて液晶層に入射する光の偏光方向を回転させることが可能となっている。こうして画像表示素子３１は、偏光方向の回転により、導光部２１側の偏光板を透過する光の割合、すなわち透過率を、液晶画素毎に変えることができる。 The image display element 31 has a flat plate shape because it is formed by laminating a pair of polarizing plates and a liquid crystal layer sandwiched between the pair of polarizing plates. Each polarizing plate has a transmission axis and an absorption axis orthogonal to each other, and has a property of transmitting light polarized in the transmission axis direction and absorbing light polarized in the absorption axis direction. The pair of polarizing plates are arranged so that their transmission axes are orthogonal to each other. By applying a voltage for each liquid crystal pixel, the liquid crystal layer can rotate the polarization direction of the light incident on the liquid crystal layer according to the applied voltage. In this way, the image display element 31 can change the ratio of light transmitted through the polarizing plate on the light guide unit 21 side, that is, the transmittance, for each liquid crystal pixel by rotating in the polarization direction.

したがって、画像表示素子３１は、照明対象面３２を介した光源光の入射に対応して、液晶画素毎の透過率が制御されることで、当該光源光を利用して表示画面３３に画像を表示する。隣り合う液晶画素には、互いに異なる色（例えば赤、緑及び青）のカラーフィルタが設けられており、これらの組み合わせにより、様々な色が再現されるようになっている。 Therefore, the image display element 31 uses the light source light to display an image on the display screen 33 by controlling the transmittance of each liquid crystal pixel in response to the incident of the light source light through the illumination target surface 32. indicate. Adjacent liquid crystal pixels are provided with color filters having different colors (for example, red, green, and blue), and various colors can be reproduced by combining these.

各液晶画素では、表示画面３３及び照明対象面３２間を貫通するように、面３２，３３の法線方向に光学的に開口して設けられる透過部と、当該透過部を囲んで形成された配線部とが設けられている。したがって、各透過部が光学的な小開口部を構成している。さらに、表示画面３３及び照明対象面３２の外周が遮光部材に囲まれていることで、表示画面３３と照明対象面３２とに挟まれた部位が光学的な大開口部として機能している。 Each liquid crystal pixel is formed by surrounding a transmissive portion provided by optically opening in the normal direction of the surfaces 32 and 33 so as to penetrate between the display screen 33 and the illuminated surface 32, and the transmissive portion. A wiring unit is provided. Therefore, each transmission portion constitutes an optical small opening. Further, since the outer periphery of the display screen 33 and the illumination target surface 32 is surrounded by the light-shielding member, the portion sandwiched between the display screen 33 and the illumination target surface 32 functions as a large optical opening.

バックライトユニット４１は、光源光を照明対象面３２へ照射する。具体的に、バックライトユニット４１は、光源部４２、第１レンズ部材４６、第２レンズ部材５０、第３レンズ部材５６、及び拡散板６１等により構成されている。第１レンズ部材４６、第２レンズ部材５０、第３レンズ部材５６、及び拡散板６１は、光源部４２と画像表示素子３１の照明対象面３２との間の光路上に配置されている。 The backlight unit 41 irradiates the light source to the illuminated surface 32. Specifically, the backlight unit 41 is composed of a light source unit 42, a first lens member 46, a second lens member 50, a third lens member 56, a diffuser plate 61, and the like. The first lens member 46, the second lens member 50, the third lens member 56, and the diffuser plate 61 are arranged on the optical path between the light source unit 42 and the illumination target surface 32 of the image display element 31.

光源部４２は、複数の光源素子４３を光源用回路基板４４上に配列して形成されている。本実施形態の光源素子４３には、例えば点状光源としての発光ダイオード素子が採用されている。各光源素子４３は、光源用回路基板４４上の配線パターンを通じて、電源と電気的に接続されている。より詳細に、各光源素子４３は、チップ状の青色発光ダイオードを、透光性を有する合成樹脂に黄色蛍光剤を混合した黄色蛍光体により封止することにより形成されていれる。青色発光ダイオードから電流量に応じて発せられる青色光により、黄色蛍光体が励起されて黄色光が発光され、青色光と黄色光との混合により、結果的に、各光源素子４３から白色（より詳細には疑似白色）の光源光が発光される。 The light source unit 42 is formed by arranging a plurality of light source elements 43 on a light source circuit board 44. For the light source element 43 of the present embodiment, for example, a light emitting diode element as a point light source is adopted. Each light source element 43 is electrically connected to a power source through a wiring pattern on the light source circuit board 44. More specifically, each light source element 43 is formed by sealing a chip-shaped blue light emitting diode with a yellow phosphor in which a yellow fluorescent agent is mixed with a translucent synthetic resin. The blue light emitted from the blue light emitting diode according to the amount of current excites the yellow phosphor to emit yellow light, and the mixture of the blue light and the yellow light results in white (more) from each light source element 43. In detail, the light source (pseudo-white) is emitted.

ここで各光源素子４３は、発光強度が最大となる強度ピーク方向ＰＤから乖離するに従って発光強度が相対的に低下する放射角度分布にて、光源光を発光する。各光源素子４３の強度ピーク方向ＰＤは、互いに実質同一の方向であり、光源用回路基板４４の表面（これを光源配置面４４ａと称する）に対して実質垂直な方向となっている。 Here, each light source element 43 emits light source light in a radiation angle distribution in which the light emission intensity is relatively reduced as the light emission intensity deviates from the intensity peak direction PD that maximizes the light emission intensity. The intensity peak directions PD of each light source element 43 are substantially the same direction as each other, and are in a direction substantially perpendicular to the surface of the light source circuit board 44 (this is referred to as a light source arrangement surface 44a).

光源配置面４４ａ上において、複数の光源素子４３は、短手対応方向及び長手対応方向のうち、少なくとも長手対応方向に所定の間隔ＩＮＴだけずれて配置されるように、互いに並べられている。 On the light source arranging surface 44a, the plurality of light source elements 43 are arranged so as to be arranged with a predetermined interval INT in the longitudinal corresponding direction at least in the lateral corresponding direction and the longitudinal corresponding direction.

ここで、短手対応方向とは、表示画面３３又は照明対象面３２を、強度ピーク方向ＰＤの逆方向に沿って射影対象に射影した場合に、表示画面３３又は照明対象面３２上の短手方向ＳＤを示すベクトルが射影対象上に射影されたベクトルによって示される方向を意味する。同様に、長手対応方向とは、表示画面３３又は照明対象面３２を、強度ピーク方向ＰＤの逆方向に沿って射影対象に射影した場合に、表示画面３３又は照明対象面３２上の長手方向ＬＤを示すベクトルが射影対象上に射影されたベクトルによって示される方向を意味する。ここでは、光源配置面４４ａが射影対象である。以下、短手対応方向をＹ方向ＹＤ、長手対応方向をＸ方向ＸＤと称する。 Here, the short-handed direction is the short-handed direction on the display screen 33 or the illuminated target surface 32 when the display screen 33 or the illuminated object surface 32 is projected onto the projected object along the opposite direction of the intensity peak direction PD. Direction The vector indicating the SD means the direction indicated by the vector projected on the projective object. Similarly, the longitudinal direction means the longitudinal LD on the display screen 33 or the illumination target surface 32 when the display screen 33 or the illumination target surface 32 is projected onto the projection target along the opposite direction of the intensity peak direction PD. The vector indicating is the direction indicated by the vector projected on the projection target. Here, the light source arrangement surface 44a is a projective object. Hereinafter, the short side corresponding direction is referred to as Y direction YD, and the long side corresponding direction is referred to as X direction XD.

光源配置面４４ａと表示画面３３及び照明対象面３２とが平行に配置されていれば、図２，３のように、短手方向ＳＤとＹ方向ＹＤとは一致し、長手方向ＬＤと方向とＸ方向ＸＤとは、一致する。光源配置面４４ａに対して表示画面３３及び照明対象面３２が傾斜して配置されていれば、その傾斜に対応して、短手方向ＳＤとＹ方向ＹＤとはずれる場合があり、長手方向ＬＤとＸ方向ＸＤとがずれる場合がある。 If the light source arrangement surface 44a, the display screen 33, and the illumination target surface 32 are arranged in parallel, the SD in the lateral direction and the YD in the Y direction coincide with each other as shown in FIGS. It coincides with the X direction XD. If the display screen 33 and the illumination target surface 32 are tilted with respect to the light source arrangement surface 44a, the SD in the lateral direction and the YD in the Y direction may deviate from each other in accordance with the tilt, and the LD in the longitudinal direction and the LD in the longitudinal direction. It may be out of alignment with the X direction XD.

特に本実施形態では、複数の光源素子４３は、Ｘ方向ＸＤに沿って、１列に配列されている。各光源素子４３間の間隔ＩＮＴは、互いに実質等しく設定されている。各光源素子４３から発光された光源光は、第１レンズ部材４６へと入射する。 In particular, in the present embodiment, the plurality of light source elements 43 are arranged in a row along the X direction XD. The spacing INTs between the light source elements 43 are set substantially equal to each other. The light source light emitted from each light source element 43 is incident on the first lens member 46.

図２，３に示す第１レンズ部材４６は、例えば合成樹脂ないしガラスにより、透光性に形成され、光源光を屈折可能な光学面４６ａ，４６ｂを有している。第１レンズ部材４６は、各光源素子４３に１対１で個別に対応するように設けられた平行化レンズ素子４８を、光源配置面４４ａ上の光源素子４３の配置に合わせて並べた平行化部４７を有している。各平行化レンズ素子４８は、対応する光源素子４３と対向して配置され、各光源素子４３から発せられる光源光を集光して平行化する。ここでいう平行化とは、光源光を光源素子４３から射出された直後の状態よりも平行光束に近づけていればよく、光源光を完全な平行光束にするものに限られない。 The first lens member 46 shown in FIGS. 2 and 3 is transparently formed of, for example, synthetic resin or glass, and has optical surfaces 46a and 46b capable of refracting the light source light. The first lens member 46 is a parallelization in which parallelizing lens elements 48 provided so as to correspond individually to each light source element 43 on a one-to-one basis are arranged according to the arrangement of the light source element 43 on the light source arrangement surface 44a. It has a part 47. Each parallelizing lens element 48 is arranged to face the corresponding light source element 43, and collects and parallelizes the light source light emitted from each light source element 43. The term "parallelization" as used herein is not limited to the case where the light source light is made closer to the parallel light flux than the state immediately after being emitted from the light source element 43, and the light source light is not limited to a completely parallel light source.

また、本実施形態では、各平行化レンズ素子４８の光軸に対して、当該平行化レンズ素子４８に個別に対応する光源素子４３を、Ｘ方向ＸＤでの光源部４２中心側に僅かに偏心させた配置が採用されている。換言すると、Ｘ方向ＸＤにて、平行化レンズ素子４８間の間隔は、光源素子４３間の間隔ＩＮＴよりも僅かに大きく設定されている。 Further, in the present embodiment, the light source element 43 individually corresponding to the parallelizing lens element 48 is slightly eccentric to the center side of the light source portion 42 in the X direction XD with respect to the optical axis of each parallelizing lens element 48. The arrangement is adopted. In other words, in the X direction XD, the distance between the parallelizing lens elements 48 is set to be slightly larger than the distance INT between the light source elements 43.

本実施形態の第１レンズ部材４６は、光源部４２側に平面状の光学面４６ａを形成している。また第１レンズ部材４６は、光源部４２とは反対側、すなわち照明対象面３２側に、滑らかな凸面状の面が複数並んだ光学面４６ｂを、平行化部４７として形成している。平行化レンズ素子４８の焦点距離における符号は、正であり、その値は平行化レンズ素子４８と光源素子４３との間の距離に近くなるように設定される。こうして第１レンズ部材４６により平行化された光源光は、第２レンズ部材５０へと入射する。 The first lens member 46 of the present embodiment forms a planar optical surface 46a on the light source portion 42 side. Further, the first lens member 46 forms an optical surface 46b in which a plurality of smooth convex surfaces are arranged as a parallelization portion 47 on the side opposite to the light source portion 42, that is, on the illumination target surface 32 side. The sign at the focal length of the parallelizing lens element 48 is positive, and its value is set to be close to the distance between the parallelizing lens element 48 and the light source element 43. The light source light parallelized by the first lens member 46 is incident on the second lens member 50.

図２〜４に示す第２レンズ部材５０は、例えば合成樹脂ないしガラスにより、透光性に形成され、光源光を屈折可能な光学面５０ａ，５０ｂを有している。第２レンズ部材５０は、第１レンズ部材４６側（換言すると光源部４２側）の光学面５０ａに、小光源アレイレンズ部５１を有すると共に、第３レンズ部材５６側（換言すると照明対象面３２側）の光学面５０ｂに、短手集光部５３を有している。 The second lens member 50 shown in FIGS. 2 to 4 is transparently formed of, for example, synthetic resin or glass, and has optical surfaces 50a and 50b capable of refracting the light source light. The second lens member 50 has a small light source array lens unit 51 on the optical surface 50a on the first lens member 46 side (in other words, the light source unit 42 side), and also has the third lens member 56 side (in other words, the illumination target surface 32). The optical surface 50b on the side) has a short light source 53.

小光源アレイレンズ部５１は、複数の小光源レンズ素子５２を配列して形成されている。各小光源レンズ素子５２は、光源素子４３が並べられた間隔ＩＮＴよりも十分に小さな微小ピッチＰＩＴ（例えば３ｍｍ以下）にて配列され、互いに隙間なく敷き詰められている。特に本実施形態の小光源レンズ素子５２は、Ｙ方向ＹＤ及びＸ方向ＸＤの２方向に、矩形格子状に配列されている。 The small light source array lens unit 51 is formed by arranging a plurality of small light source lens elements 52. The small light source lens elements 52 are arranged with a minute pitch PIT (for example, 3 mm or less) sufficiently smaller than the interval INT in which the light source elements 43 are arranged, and are spread over each other without gaps. In particular, the small light source lens elements 52 of the present embodiment are arranged in a rectangular grid pattern in two directions, the Y direction YD and the X direction XD.

各小光源レンズ素子５２は、互いに共通の焦点距離ｆａｘ，ｆａｙを有している。各小光源レンズ素子５２の焦点距離ｆａｘ，ｆａｙの絶対値は、他の焦点距離ｆｂｘ，ｆｂｙ，ｆｃｘ，ｆｃｙ，ｆｄｘ，ｆｄｙの絶対値よりも十分に小さく設定されている。 Each small light source lens element 52 has a focal length fax and a common focal length. The absolute values of the focal lengths fax and fail of each small light source lens element 52 are set to be sufficiently smaller than the absolute values of the other focal lengths fbx, fby, fcx, fcy, fdx and fdy.

こうした形態により、各小光源レンズ素子５２は、光源部４２から平行化部４７を経て平行化された光源光を分割して、新たな点状の小光源を構成するように振る舞っている。すなわち、図５に示すように、各小光源レンズ素子５２が入射する光源光を収束又は発散されることによって、各小光源レンズ素子５２の近傍に小光源の像点ＩＰｘ，ＩＰｙが構成される。こうした仮想的ともいえる小光源の像点ＩＰｘ，ＩＰｙが小さなピッチＰＩＴで配列されているので、小光源アレイレンズ部５１は、全体として、仮想的な面状光源をつくり出すように機能している。 In such a form, each small light source lens element 52 behaves so as to divide the light source light parallelized from the light source unit 42 through the parallelization unit 47 to form a new point-shaped small light source. That is, as shown in FIG. 5, the image points IPx and IPy of the small light source are configured in the vicinity of each small light source lens element 52 by converging or diverging the light source light incident on each small light source lens element 52. .. Since the image points IPx and IPy of the small light source, which can be said to be virtual, are arranged with a small pitch PIT, the small light source array lens unit 51 functions as a whole to create a virtual planar light source.

特に本実施形態では、各小光源レンズ素子５２は、第１レンズ部材４６側（換言すると光源部４２側）に凸となるトロイダル面状に形成されている。こうした面形状によって、各小光源レンズ素子５２において、Ｙ方向ＹＤの焦点距離ｆａｙの絶対値は、Ｘ方向ＸＤの焦点距離ｆａｘの絶対値よりも小さく設定されている。したがって、各小光源において、Ｙ方向ＹＤにおける像点ＩＰｙの位置（より詳細に、錯乱円のＹ方向ＹＤの寸法を最小とする位置）は、Ｘ方向ＸＤにおける像点ＩＰｘの位置（より詳細に、錯乱円のＸ方向ＸＤの寸法を最小とする位置）と、光源光の進行方向に前後するようにずれている。そして、各小光源から発せられる分割光源光において、Ｙ方向ＹＤの拡がり角βは、Ｘ方向ＸＤの拡がり角αに対して大きな状態となる。換言すると、各小光源レンズ素子５２において、Ｙ方向ＹＤのＦ値は、Ｘ方向ＸＤのＦ値よりも小さい。 In particular, in the present embodiment, each small light source lens element 52 is formed in a toroidal surface shape that is convex toward the first lens member 46 side (in other words, the light source portion 42 side). Due to such a surface shape, the absolute value of the focal length fair in the Y direction YD is set smaller than the absolute value of the focal length fax in the X direction XD in each small light source lens element 52. Therefore, in each small light source, the position of the image point IPy in the Y direction YD (more specifically, the position that minimizes the dimension of the Y direction YD of the circle of confusion) is the position of the image point IPx in the X direction XD (more specifically). , The position where the dimension of the X direction XD of the circle of confusion is minimized) and the position where the light source light travels back and forth. Then, in the divided light source light emitted from each small light source, the spread angle β in the Y direction YD becomes a large state with respect to the spread angle α in the X direction XD. In other words, in each small light source lens element 52, the F value in the Y direction YD is smaller than the F value in the X direction XD.

なお、上記像点ＩＰｘ，ＩＰｙの位置は、小光源アレイレンズ部５１よりも照明対象面３２側に配置された光学要素の影響を考慮しない小光源アレイレンズ部５１単独の機能として定まる位置である。すなわち、画像表示素子３１側から第３レンズ部材５６等を通してみた像点ＩＰｘ，ＩＰｙの位置は、前述の光学要素の倍率の影響を受ける。 The positions of the image points IPx and IPy are determined as a function of the small light source array lens unit 51 alone without considering the influence of the optical element arranged on the illumination target surface 32 side of the small light source array lens unit 51. .. That is, the positions of the image points IPx and IPy as seen from the image display element 31 side through the third lens member 56 and the like are affected by the magnification of the above-mentioned optical element.

なお、図２〜４では、小光源レンズ素子５２の一部にのみ符号が付されている。図２〜４の小光源レンズ素子５２は、模式的に図示されており、現実にはより微小なサイズとなっている。 In FIGS. 2 to 4, only a part of the small light source lens element 52 is designated with a reference numeral. The small light source lens element 52 of FIGS. 2 to 4 is schematically shown, and in reality, it has a smaller size.

短手集光部５３は、小光源の各方向ＸＤ，ＹＤでの像点ＩＰｘ，ＩＰｙの位置よりも照明対象面３２側に配置された光学面５０ｂとして構成されている。短手集光部５３は、各小光源からの分割光源光をまとめて屈折可能な単一の面状に形成されている。短手集光部５３は、各分割光源光を、Ｙ方向ＹＤ及びＸ方向ＸＤのうち、少なくともＹ方向ＹＤに集光するように構成されている。 The short light collecting unit 53 is configured as an optical surface 50b arranged on the illumination target surface 32 side with respect to the positions of the image points IPx and IPy in each direction XD and YD of the small light source. The short light collecting unit 53 is formed in a single plane shape capable of refracting the divided light sources from each small light source. The short condensing unit 53 is configured to condense each divided light source light in at least the Y direction YD of the Y direction YD and the X direction XD.

具体的に本実施形態では、短手集光部５３は、第３レンズ部材５６側（換言すると照明対象面３２側）に凸となり、Ｙ方向ＹＤに湾曲する凸シリンドリカル面状に形成されている。短手集光部５３のＹ方向ＹＤの焦点距離ｆｂｙにおける符号は、正である。 Specifically, in the present embodiment, the short light condensing unit 53 is formed in a convex cylindrical surface shape that is convex toward the third lens member 56 side (in other words, the illumination target surface 32 side) and curves in the Y direction YD. .. The sign of the short light collecting unit 53 at the focal length fby in the Y direction YD is positive.

こうして第２レンズ部材５０にて、小光源に分割され、さらに集光された光源光は、第３レンズ部材５６へと入射する。 In this way, the light source light divided into small light sources by the second lens member 50 and further condensed is incident on the third lens member 56.

図２〜４に示す第３レンズ部材５６は、例えば合成樹脂ないしガラスにより、透光性に形成され、光源光を屈折可能な光学面５６ａ，５６ｂを有している。第３レンズ部材５６は、第２レンズ部材５０側（換言すると光源部４２側）の光学面５６ａに、長手指向性調整部５８を有すると共に、拡散板６１側（換言すると照明対象面３２側）の光学面５６ｂに、短手指向性調整部５９を有している。本実施形態では、長手指向性調整部５８及び短手指向性調整部５９を合わせて、単に指向性調整部５７と称する。 The third lens member 56 shown in FIGS. 2 to 4 is transparently formed of, for example, synthetic resin or glass, and has optical surfaces 56a and 56b capable of refracting the light source light. The third lens member 56 has a longitudinal directionality adjusting portion 58 on the optical surface 56a on the second lens member 50 side (in other words, the light source portion 42 side), and also has a diffuser plate 61 side (in other words, the illumination target surface 32 side). ), The short-side directivity adjusting unit 59 is provided on the optical surface 56b. In the present embodiment, the longitudinal directivity adjusting unit 58 and the short directivity adjusting unit 59 are collectively referred to as a directivity adjusting unit 57.

長手指向性調整部５８は、小光源アレイレンズ部５１を経た光源光について、Ｘ方向ＸＤの指向性を調整する。具体的に、長手指向性調整部５８は、第２レンズ部材５０側（換言すると光源部４２側）から、その反対側へ凹み、Ｘ方向ＸＤに湾曲する凹シリンドリカル面状に形成されている。特に本実施形態の長手指向性調整部５８による光学面５６ａは、フレネルレンズ状にＸ方向ＸＤに分割されることで、Ｙ方向ＹＤに延伸する短冊状の分割光学面の集合体となっている。長手指向性調整部５８のＸ方向ＸＤの焦点距離ｆｃｘにおける符号は、負である。こうして、長手指向性調整部５８は、光源光をＸ方向ＸＤに発散することで、Ｘ方向ＸＤの指向性を調整している。長手指向性調整部５８での発散調整により、視認領域ＥＢを乗員の眼が並ぶ左右方向へ拡大することができる。 The longitudinal directivity adjusting unit 58 adjusts the directivity of the X direction XD with respect to the light source light that has passed through the small light source array lens unit 51. Specifically, the longitudinal directional adjustment portion 58 is formed in a concave cylindrical surface shape that is recessed from the second lens member 50 side (in other words, the light source portion 42 side) to the opposite side and curves in the X direction XD. .. In particular, the optical surface 56a by the longitudinal directional adjustment unit 58 of the present embodiment becomes an aggregate of strip-shaped divided optical surfaces extending in the Y direction YD by being divided in the X direction XD like a Fresnel lens. There is. The sign at the focal length fcx of the X-direction XD of the longitudinal directional adjustment unit 58 is negative. In this way, the longitudinal directivity adjusting unit 58 adjusts the directivity of the X direction XD by diverging the light source light in the X direction XD. By adjusting the divergence in the longitudinal directional adjustment unit 58, the visible area EB can be expanded in the left-right direction in which the eyes of the occupant are lined up.

短手指向性調整部５９は、小光源アレイレンズ部５１を経た光源光について、Ｙ方向ＹＤの指向性を調整する。具体的に、短手指向性調整部５９は、拡散板６１側（換言すると照明対象面３２側）に凸となり、Ｙ方向ＹＤに湾曲する凸シリンドリカル面状に形成されている。短手指向性調整部５９のＹ方向ＹＤの焦点距離ｆｄｙにおける符号は、正である。こうして、短手指向性調整部５９は、光源光をＹ方向ＹＤに集光することで、Ｙ方向ＹＤの指向性を調整している。短手指向性調整部５９での集光調整により、乗員の眼が並んでいない上下方向に視認領域ＥＢを過度に拡大することなくコンパクト化して虚像ＶＲＩの輝度を高めることができる。 The short-hand directivity adjusting unit 59 adjusts the directivity of the Y-direction YD with respect to the light source light that has passed through the small light source array lens unit 51. Specifically, the short-side directional adjustment unit 59 is formed in a convex cylindrical surface shape that is convex toward the diffuser plate 61 side (in other words, the illumination target surface 32 side) and curves in the Y direction YD. The sign at the focal length fdy of the Y-direction YD of the short-hand directional adjustment unit 59 is positive. In this way, the short-hand directivity adjusting unit 59 adjusts the directivity of the Y-direction YD by condensing the light source light in the Y-direction YD. By adjusting the light collection with the hand directional adjustment unit 59, it is possible to increase the brightness of the virtual image VRI by making it compact without excessively expanding the visual recognition area EB in the vertical direction in which the eyes of the occupant are not lined up.

こうして第３レンズ部材５６にて指向性が調整された光源光は、拡散板６１へと入射する。図２，３に示す拡散板６１は、照明対象面３２に近接状態又は接着状態となるように配置され、例えば透光性の合成樹脂からなる基材にマイクロビーズ等の拡散粒子を混合することにより、シート状又は板状に形成されている。拡散板６１は、第３レンズ部材５６側から入射した光源光を拡散して照明対象面３２を照明する。 The light source light whose directivity is adjusted by the third lens member 56 is incident on the diffuser plate 61. The diffuser plate 61 shown in FIGS. It is formed in the shape of a sheet or a plate. The diffuser plate 61 diffuses the light source light incident from the third lens member 56 side to illuminate the illumination target surface 32.

図２，６に示すように、表示器３０の短手方向ＳＤないしＹ方向ＹＤに沿った縦断面上でみると、各小光源からの分割光源光は、照明対象面３２に到達するまでに、当該照明対象面３２の短手方向ＳＤの寸法まで拡張される。照明対象面３２の短手方向ＳＤにおける両端部間に、各小光源からの分割光源光が重ね合される。すなわちＹ方向ＹＤでは各分割光源光がインテグレートされて、全体照明が実施される。 As shown in FIGS. 2 and 6, when viewed on the vertical cross section of the display 30 along the short side SD to the Y direction YD, the divided light source light from each small light source reaches the illumination target surface 32 , It is expanded to the dimension of SD in the lateral direction of the illumination target surface 32. The divided light source light from each small light source is superimposed between both ends of the illumination target surface 32 in the short direction SD. That is, in the Y direction YD, each divided light source is integrated to perform overall illumination.

他方、図３，６に示すように、表示器３０の長手方向ＬＤないしＸ方向ＸＤに沿った縦断面上でみると、各小光源からの分割光源光は、照明対象面３２に到達するまでに、当該照明対象面３２の長手方向ＬＤの寸法まで拡張されない。分割光源光の到達時の拡張幅は、例えば、各光源素子４３間の間隔ＩＮＴ以上であって、当該間隔ＩＮＴの２倍以下の範囲に抑制される。各分割光源光は、照明対象面３２のうち、互いにＸ方向ＸＤにずれた照明範囲を照明する。すなわちＸ方向ＸＤでは各分割光源光のインテグレートが規制されており、部分照明が実施される。 On the other hand, as shown in FIGS. 3 and 6, when viewed on the vertical cross section of the display 30 along the longitudinal direction LD to the X direction XD, the divided light source light from each small light source reaches the illumination target surface 32. In addition, it is not extended to the dimension of the longitudinal LD of the illuminated surface 32. The expansion width at the time of arrival of the divided light source light is, for example, suppressed to a range of not more than the interval INT between the light source elements 43 and not more than twice the interval INT. Each of the divided light sources illuminates the illumination range of the illumination target surface 32 that is deviated from each other in the X direction and XD. That is, in the X direction XD, the integration of each divided light source light is regulated, and partial illumination is carried out.

Ｙ方向ＹＤのインテグレートよりもＸ方向ＸＤのインテグレートが規制されている態様、すなわちＹ方向ＹＤのみインテグレータ光学系となっている態様では、図７に模式的に示すように、各小光源からの分割光源光が短手方向ＳＤに大きく引き伸ばされたように照明される。このため、各分割光源光の重なり部分も短手方向ＳＤに引き延ばされたようになる。故に、短手方向ＳＤでの照明強度の勾配が抑制されることは勿論、長手方向ＬＤにおいても、図８に模式的に示すように照明強度の均一化が図られる。 In the embodiment in which the integration of the X-direction XD is regulated rather than the integration of the Y-direction YD, that is, in the embodiment in which only the Y-direction YD is an integrator optical system, as shown schematically in FIG. 7, the division from each small light source is performed. The light source is illuminated as if it were greatly stretched in the short direction SD. Therefore, the overlapping portion of the light of each divided light source is also stretched in the lateral SD direction. Therefore, not only the gradient of the illumination intensity in the lateral SD is suppressed, but also in the longitudinal direction LD, the illumination intensity can be made uniform as schematically shown in FIG.

ここで図４を参照して、短手集光部５３と短手指向性調整部５９との焦点距離の設定及び関係について、説明する。まず、短手集光部５３におけるＹ方向ＹＤの焦点距離ｆｂｙの絶対値及び短手指向性調整部５９におけるＹ方向ＹＤの焦点距離ｆｄｙの絶対値は、各小光源レンズ素子５２におけるＹ方向ＹＤの焦点距離ｆａｙの絶対値よりも十分に大きく設定される。また、短手集光部５３におけるＹ方向ＹＤの焦点距離ｆｂｙ及び短手指向性調整部５９におけるＹ方向ＹＤの焦点距離ｆｄｙは、短手集光部５３と短手指向性調整部５９との間の距離Ｄよりも大きく設定される。さらには、短手指向性調整部５９におけるＹ方向ＹＤの焦点距離ｆｄｙは、短手集光部５３におけるＹ方向ＹＤの焦点距離ｆｂｙよりも大きく設定される。 Here, with reference to FIG. 4, the setting and relationship of the focal length between the short-hand condensing unit 53 and the short-hand directional adjustment unit 59 will be described. First, the absolute value of the focal length fby of the Y direction YD in the short light condensing unit 53 and the absolute value of the focal length fdy of the Y direction YD in the short direction adjustment unit 59 are determined by the Y direction YD in each small light source lens element 52. It is set sufficiently larger than the absolute value of the focal length of. Further, the focal length fby of the Y-direction YD in the short-hand condensing unit 53 and the focal length fdy of the Y-direction YD in the short-hand directional adjustment unit 59 are determined by the short-hand condensing unit 53 and the short-hand directional adjustment unit 59. It is set larger than the distance D between them. Further, the focal length fdy of the Y-direction YD in the short-hand directional adjustment unit 59 is set to be larger than the focal length fby of the Y-direction YD in the short-hand condensing unit 53.

このようにすることで、各小光源からの分割光源光は、Ｙ方向ＹＤにおいて、短手指向性調整部５９よりも照明対象面３２に近い位置で重ね合わせ状態を構成する。さらには、導光部２１の凹面鏡２４が表示光を集光する構成に適合した指向性を以って、照明を実施することができる。 By doing so, the divided light source light from each small light source constitutes a superposed state at a position closer to the illumination target surface 32 than the short directional adjustment unit 59 in the Y direction YD. Further, the illumination can be performed with the directivity suitable for the configuration in which the concave mirror 24 of the light guide unit 21 collects the display light.

以下、焦点距離及びレンズ配置の具体例を示す。図４の例において、各小光源レンズ素子５２のＸ方向ＸＤの焦点距離ｆａｘは、２．０３ｍｍである。各小光源レンズ素子５２のＹ方向ＹＤの焦点距離ｆａｙは、１．２２ｍｍである。短手集光部５３のＸ方向ＸＤの焦点距離ｆｂｘは、実質無限大である。短手集光部５３のＹ方向ＹＤの焦点距離ｆｂｙは、３７．７４ｍｍである。長手指向性調整部５８のＸ方向ＸＤの焦点距離ｆｃｘは、−１５２ｍｍである。長手指向性調整部５８のＹ方向ＹＤの焦点距離ｆｃｙは、実質無限大である。短手指向性調整部５９のＸ方向ＸＤの焦点距離ｆｄｘは、実質無限大である。短手指向性調整部５９のＹ方向ＹＤの焦点距離ｆｄｙは、４２．０５ｍｍである。また、距離Ｄに近似可能な第２レンズ部材５０と第３レンズ部材５６との距離は、２３ｍｍである。 Hereinafter, specific examples of the focal length and the lens arrangement will be shown. In the example of FIG. 4, the focal length fax in the X direction XD of each small light source lens element 52 is 2.03 mm. The focal length phase of each small light source lens element 52 in the Y direction YD is 1.22 mm. The focal length fbx in the X direction XD of the short light collecting unit 53 is substantially infinite. The focal length fby of the short light collecting unit 53 in the Y direction YD is 37.74 mm. The focal length fcx of the longitudinal directional adjustment unit 58 in the X direction XD is −152 mm. The focal length fcy of the longitudinal directional adjustment unit 58 in the Y direction YD is substantially infinite. The focal length fdx of the X-direction XD of the short-hand directional adjustment unit 59 is substantially infinite. The focal length fdy of the Y-direction YD of the short-hand directional adjustment unit 59 is 42.05 mm. The distance between the second lens member 50 and the third lens member 56, which can be approximated to the distance D, is 23 mm.

（作用効果）
以上説明した第１実施形態の作用効果を以下に改めて説明する。 (Action effect)
The effects of the first embodiment described above will be described again below.

第１実施形態によると、小光源アレイレンズ部５１は、複数の小光源レンズ素子５２を配列して形成されている。こうした小光源レンズ素子５２は、光源素子４３の間隔ＩＮＴよりも小さなピッチＰＩＴで配列され、光源部４２からの光源光を分割して小光源を構成するように振る舞う。すなわち、小光源が小さなピッチＰＩＴでＹ方向ＹＤに配列されることにより、線状光源ないし面状光源のように小光源アレイレンズ部５１が機能し、それは、Ｘ方向ＸＤにずれて並べられた複数の光源素子４３により、Ｘ方向ＸＤに幅をもった光源のように振る舞う。 According to the first embodiment, the small light source array lens unit 51 is formed by arranging a plurality of small light source lens elements 52. Such a small light source lens element 52 is arranged with a pitch PIT smaller than the interval INT of the light source element 43, and behaves as if the light source light from the light source unit 42 is divided to form a small light source. That is, by arranging the small light sources in the Y direction YD with a small pitch PIT, the small light source array lens unit 51 functions like a linear light source or a planar light source, and they are arranged so as to be offset in the X direction XD. The plurality of light source elements 43 behave like a light source having a width in the X direction XD.

これに対して、各小光源レンズ素子５２にて、Ｙ方向ＹＤの焦点距離ｆａｙの絶対値は、Ｘ方向ＸＤの焦点距離ｆａｘの絶対値より小さくされている。この焦点距離ｆａｘ，ｆａｙの関係により、小光源レンズ素子５２の各小光源から発せられるＹ方向ＹＤの分割光源光の拡がり角βが比較的広角になるため、光源光を短い光路長で好適に拡げることが可能となり、照明対象面３２の短手方向ＳＤの寸法に合わせた照明を実現できる。Ｙ方向ＹＤに対してＸ方向ＸＤでは、小光源レンズ素子５２による各小光源から発せられるＸ方向ＸＤの分割光源光の拡がり角αが比較的挟角になるものの、既に小光源アレイレンズ部５１がＸ方向ＸＤに幅をもった光源のように振る舞っている。故に、各々の小光源からの分割光源光を、照明対象面３２の長手方向ＬＤの寸法まで拡げずとも、照明対象面３２の長手方向ＬＤの寸法に合わせた照明を実現することができる。したがって、より幅広の範囲を照明すべきＸ方向ＸＤに合わせた長い光路長を設定する必要性を低減できる。 On the other hand, in each small light source lens element 52, the absolute value of the focal length fail in the Y direction YD is smaller than the absolute value of the focal length fax in the X direction XD. Due to the relationship between the focal lengths fax and fair, the spread angle β of the divided light source light in the Y direction YD emitted from each small light source of the small light source lens element 52 becomes relatively wide, so that the light source light is preferably short in the optical path length. It can be expanded, and it is possible to realize illumination that matches the dimensions of the SD in the lateral direction of the illumination target surface 32. In the X-direction XD with respect to the Y-direction YD, the spread angle α of the split light source light in the X-direction XD emitted from each small light source by the small light source lens element 52 is relatively narrow, but the small light source array lens unit 51 is already present. Behaves like a light source with a width in the X direction and XD. Therefore, it is possible to realize the illumination according to the dimension of the longitudinal LD of the illumination target surface 32 without expanding the divided light source light from each small light source to the dimension of the longitudinal LD of the illumination target surface 32. Therefore, it is possible to reduce the need to set a long optical path length according to the X direction XD to illuminate a wider range.

以上により、虚像ＶＲＩの輝度ムラ発生を低減して虚像ＶＲＩの視認性を高めつつ、体格増大を抑制したＨＵＤ装置１０を提供することができる。 As described above, it is possible to provide the HUD device 10 that suppresses the increase in physique while reducing the occurrence of luminance unevenness of the virtual image VRI and improving the visibility of the virtual image VRI.

また、第１実施形態によると、各小光源レンズ素子５２は、Ｙ方向ＹＤ及びＸ方向ＸＤに配列され、トロイダル面状に形成されている。トロイダル面状の小光源レンズ素子５２が２方向に配列されることにより、２次元的に多数の小光源を構成することが可能となり、小光源アレイレンズ部５１を輝度ムラの少ない面状光源のように機能させることができる。 Further, according to the first embodiment, each small light source lens element 52 is arranged in the Y direction YD and the X direction XD, and is formed in a toroidal surface shape. By arranging the toroidal surface-shaped small light source lens elements 52 in two directions, it is possible to form a large number of small light sources two-dimensionally, and the small light source array lens unit 51 is a planar light source with little brightness unevenness. Can be made to work like this.

また、第１実施形態によると、照明対象面３２に入射する分割光源光は、Ｙ方向ＹＤではインテグレートされ、Ｘ方向ＸＤではＹ方向ＹＤよりもインテグレートを規制される。照明対象面３２の長手方向ＬＤの寸法までＸ方向ＸＤに分割光源光を拡張する必要がないので、Ｙ方向ＹＤでのインテグレートに合わせた光路長を設定可能となる。故に、バックライトユニット４１の光路長が短縮可能となるので、装置１０の体格増大を抑制できる。 Further, according to the first embodiment, the divided light source light incident on the illumination target surface 32 is integrated in the Y direction YD, and the integration is regulated in the X direction XD more than in the Y direction YD. Since it is not necessary to extend the divided light source light in the X direction XD to the dimension of the longitudinal LD of the illumination target surface 32, it is possible to set the optical path length according to the integration in the Y direction YD. Therefore, since the optical path length of the backlight unit 41 can be shortened, it is possible to suppress an increase in the physique of the device 10.

また、第１実施形態によると、短手集光部５３は、光路上において、各小光源レンズ素子５２よりも照明対象面３２側に配置され、分割光源光をまとめてＹ方向ＹＤに集光するように構成されている。こうした短手集光部５３による集光によって、各小光源レンズ素子５２からの分割光源光が照明対象面３２へ向かうようになり、当該照明対象面３２での適切な重ね合わせが実現される。 Further, according to the first embodiment, the short light collecting unit 53 is arranged on the illumination target surface 32 side of each small light source lens element 52 on the optical path, and collects the divided light source light in the Y direction YD. It is configured to do. By the light collection by the short light source 53, the divided light source light from each small light source lens element 52 is directed toward the illumination target surface 32, and appropriate superposition on the illumination target surface 32 is realized.

また、第１実施形態によると、小光源アレイレンズ部５１が光源部４２側に配置された光学面５０ａを構成すると共に、短手集光部５３が照明対象面３２側に配置された光学面５０ｂを構成することにより、小光源アレイレンズ部５１と短手集光部５３とが第２レンズ部材５０として一体的に形成されている。このようにすると、小光源アレイレンズ部５１と短手集光部５３との間の位置合わせの精度、延いては照明の精度を高めることができ、透過率も向上できる。同時に、部品点数を抑制できるので、装置１０の体格拡大を抑制できる。 Further, according to the first embodiment, the small light source array lens unit 51 constitutes an optical surface 50a arranged on the light source unit 42 side, and the short light collecting unit 53 is arranged on the illumination target surface 32 side. By configuring 50b, the small light source array lens unit 51 and the short light collecting unit 53 are integrally formed as the second lens member 50. By doing so, it is possible to improve the accuracy of alignment between the small light source array lens unit 51 and the short light condensing unit 53, and thus the accuracy of illumination, and the transmittance can also be improved. At the same time, since the number of parts can be suppressed, the expansion of the physique of the device 10 can be suppressed.

また、第１実施形態によると、指向性調整部５７は、短手集光部５３と照明対象面３２との間の光路上に配置され、小光源アレイレンズ部５１を経て入射した光源光の指向性を調整する。短手集光部５３によりも照明対象面３２に近い位置、すなわち各分割光源光の重ね合わせ状態が醸成されつつある位置で、視認領域ＥＢを形成するための指向性が調整される。バックライトユニット４１に照明対象面３２への照明ムラ抑制効果を発揮させつつ、視認領域ＥＢを適切な範囲とすることができる。この結果、虚像ＶＲＩの視認性が高まる。 Further, according to the first embodiment, the directivity adjusting unit 57 is arranged on the optical path between the short condensing unit 53 and the illumination target surface 32, and the light source light incident on the small light source array lens unit 51 is provided. Adjust the directivity. The directivity for forming the visual recognition area EB is adjusted by the short condensing unit 53 at a position close to the illuminated object surface 32, that is, at a position where the superposed state of the divided light source lights is being developed. The visible area EB can be set to an appropriate range while the backlight unit 41 exerts the effect of suppressing uneven lighting on the illuminated surface 32. As a result, the visibility of the virtual image VRI is improved.

また、第１実施形態によると、指向性調整部５７は、Ｙ方向ＹＤに光源光を集光すると共に、Ｘ方向ＸＤに光源光を発散させる。発散作用を受けた方向に視認領域ＥＢが拡大されるので、視認領域ＥＢの長手方向と、画像の長手方向ＬＤを一致させることができる。このため、両眼の並び方向を視認領域ＥＢの長手方向を合わせた場合に、両眼視し易く、かつ横長の見易い虚像ＶＲＩを実現することができる。この結果、虚像ＶＲＩの視認性が高まる。 Further, according to the first embodiment, the directivity adjusting unit 57 collects the light source light in the Y direction YD and diverges the light source light in the X direction XD. Since the visual recognition area EB is enlarged in the direction of the divergence, the longitudinal direction of the visual recognition area EB and the longitudinal direction LD of the image can be matched. Therefore, when the alignment direction of both eyes is aligned with the longitudinal direction of the visual recognition area EB, it is possible to realize a virtual image VRI that is easy to see with both eyes and is easy to see horizontally. As a result, the visibility of the virtual image VRI is improved.

また、第１実施形態によると、短手集光部５３のＹ方向ＹＤの焦点距離ｆｂｙは、指向性調整部５７のＹ方向ＹＤの焦点距離ｆｄｙよりも小さく、かつ、短手集光部５３と指向性調整部５７との間の距離Ｄよりも大きい。こうした条件を満たすことにより、指向性調整部５７よりも照明対象面３２側で分割光源光の重ね合わせ状態が実現される。 Further, according to the first embodiment, the focal length fby of the Y-direction YD of the short-hand condensing unit 53 is smaller than the focal length fdy of the Y-direction YD of the directional adjustment unit 57, and the short-hand condensing unit 53. It is larger than the distance D between the directional adjustment unit 57 and the directional adjustment unit 57. By satisfying these conditions, the superposition state of the divided light source light is realized on the illumination target surface 32 side of the directivity adjusting unit 57.

（第２実施形態）
図９に示すように、第２実施形態は第１実施形態の変形例である。第２実施形態について、第１実施形態とは異なる点を中心に説明する。 (Second Embodiment)
As shown in FIG. 9, the second embodiment is a modification of the first embodiment. The second embodiment will be described focusing on the differences from the first embodiment.

第２実施形態の第２レンズ部材２５０においても小光源アレイレンズ部２５１は、第１実施形態と同様に、複数の小光源レンズ素子２５２を配列して形成されている。各小光源レンズ素子２５２は、光源素子４３が並べられた間隔ＩＮＴよりも十分に小さなピッチＰＩＴ（例えば３ｍｍ以下）にて配列され、互いに隙間なく敷き詰められている。ただし、第２実施形態の小光源レンズ素子２５２は、Ｙ方向ＹＤの１方向に配列されている。このように、小光源レンズ素子２５２は、Ｙ方向ＹＤ及びＸ方向ＸＤのうち、分割光源光がインテグレートされるＹ方向ＹＤに配列されていればよい。 Also in the second lens member 250 of the second embodiment, the small light source array lens unit 251 is formed by arranging a plurality of small light source lens elements 252 as in the first embodiment. The small light source lens elements 252 are arranged at a pitch PIT (for example, 3 mm or less) sufficiently smaller than the interval INT in which the light source elements 43 are arranged, and are spread over each other without gaps. However, the small light source lens element 252 of the second embodiment is arranged in one direction of Y direction YD. As described above, the small light source lens element 252 may be arranged in the Y direction YD in which the divided light source light is integrated among the Y direction YD and the X direction XD.

各小光源レンズ素子２５２は、Ｘ方向ＸＤに延伸した短冊状を呈しており、第１レンズ部材４６側（換言すると光源部４２側）に凸となる凸シリンドリカル面状に形成されている。こうしたシリンドリカル面の小光源レンズ素子２５２では、Ｘ方向ＸＤの焦点距離ｆａｘは、実質無限大である。故に、第１実施形態と同様に、各小光源レンズ素子２５２において、Ｙ方向ＹＤの焦点距離ｆａｙの絶対値がＸ方向ＸＤの焦点距離ｆａｘの絶対値よりも小さいという関係が成立している。こうした第２実施形態では、各小光源レンズ素子２５２が構成する小光源は、線状光源のようになる。 Each small light source lens element 252 has a strip shape extended in the X direction XD, and is formed in a convex cylindrical surface shape that is convex toward the first lens member 46 side (in other words, the light source portion 42 side). In such a small light source lens element 252 having a cylindrical surface, the focal length fax in the X direction XD is substantially infinite. Therefore, as in the first embodiment, in each small light source lens element 252, the relationship that the absolute value of the focal length bay in the Y direction YD is smaller than the absolute value of the focal length fax in the X direction XD is established. In such a second embodiment, the small light source configured by each small light source lens element 252 becomes like a linear light source.

以上説明した第２実施形態によると、各小光源レンズ素子２５２は、Ｙ方向ＹＤに配列され、シリンドリカル面状に形成されている。シリンドリカル面状の小光源レンズ素子２５２がＹ方向ＹＤに配列されることにより、Ｙ方向ＹＤの焦点距離ｆａｙの絶対値とＸ方向ＸＤの焦点距離ｆａｘの絶対値の差を大きくできる。したがって、Ｙ方向ＹＤに対して最適な光路長と、Ｘ方向ＸＤに対して最適な光路長との差を縮めることが可能となる。故に、バックライトユニット４１の光路長を、両方向ＸＤ，ＹＤ共に適切な光路長に設定することが容易となるので、虚像ＶＲＩの視認性を高めつつ、体格増大を抑制したＨＵＤ装置１０を提供することができる。 According to the second embodiment described above, each small light source lens element 252 is arranged in the Y direction YD and is formed in a cylindrical surface shape. By arranging the cylindrical small light source lens elements 252 in the Y direction YD, the difference between the absolute value of the focal length fair in the Y direction YD and the absolute value of the focal length fax in the X direction XD can be increased. Therefore, it is possible to reduce the difference between the optimum optical path length for YD in the Y direction and the optimum optical path length for XD in the X direction. Therefore, since it is easy to set the optical path length of the backlight unit 41 to an appropriate optical path length in both directions XD and YD, the HUD device 10 that suppresses the increase in physique while improving the visibility of the virtual image VRI is provided. be able to.

（他の実施形態）
以上、複数の実施形態について説明したが、本開示は、それらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示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 the plurality of embodiments have been described above, the present disclosure is not construed as being limited to those embodiments, and is to be applied to various embodiments and combinations without departing from the gist of the present disclosure. Can be done.

具体的に変形例１としては、図１０，１１に示すように、小光源アレイレンズ部５１と、短手集光部５３とは、別体にてそれぞれ形成されていてもよい。 Specifically, as a modification 1, as shown in FIGS. 10 and 11, the small light source array lens unit 51 and the short light collecting unit 53 may be formed separately.

変形例２としては、各小光源レンズ素子５２のＸ方向ＸＤの焦点距離ｆａｘにおける符号及びＹ方向ＹＤの焦点距離ｆａｙにおける符号のうち少なくとも一方は、負であってもよい。 As the second modification, at least one of the sign in the focal length fax in the X direction XD and the sign in the focal length fair in the Y direction YD of each small light source lens element 52 may be negative.

変形例３としては、光源部４２は、少なくともＸ方向ＸＤに所定の間隔だけずれて、互いに並べられた光源素子４３を含むものであればよい。複数の光源素子４３がＸ方向ＸＤに沿って一直線上に並べられていなくてもよい。具体例としては、複数の光源素子４３は、Ｘ方向ＸＤに所定の間隔だけずれると共に、Ｙ方向ＹＤにも光源素子４３毎に異なる値だけオフセットされていることで、曲線状に並べられていてもよい。また、複数の光源素子４３がＸ方向ＸＤに所定の間隔だけずれると共に、Ｙ方向ＹＤにも交互に逆方向にオフセットされていることで、ジグザグに並べられていてもよい。 As a modification 3, the light source unit 42 may include light source elements 43 arranged at least by a predetermined interval in the X direction XD. The plurality of light source elements 43 may not be arranged in a straight line along the X direction XD. As a specific example, the plurality of light source elements 43 are arranged in a curved line by being offset by a predetermined interval in the X direction XD and being offset by a different value for each light source element 43 in the Y direction YD. May be good. Further, the plurality of light source elements 43 may be arranged in a zigzag manner by being offset in the X direction XD by a predetermined interval and being alternately offset in the Y direction YD in the opposite direction.

変形例４としては、光源部４２は、少なくともＸ方向ＸＤに所定の間隔ＩＮＴだけずれて、互いに並べられた光源素子４３を含むものであればよい。複数の光源素子４３が２次元に配列されていれば、Ｘ方向ＸＤに互いにずれる光源素子４３の組み合わせが発生する。具体例としては、複数の光源素子４３がＹ方向ＹＤ及びＸ方向ＸＤの２方向に矩形格子状に配列されていてもよい。また、複数の光源素子４３は、三角格子状、六角格子状等に配列されていてもよい。 As a modification 4, the light source unit 42 may include light source elements 43 arranged side by side with a predetermined interval INT shifted at least in the X direction XD. If a plurality of light source elements 43 are arranged two-dimensionally, a combination of light source elements 43 that are displaced from each other in the X direction XD is generated. As a specific example, a plurality of light source elements 43 may be arranged in a rectangular grid in two directions, Y direction YD and X direction XD. Further, the plurality of light source elements 43 may be arranged in a triangular grid shape, a hexagonal grid shape, or the like.

変形例５としては、光源素子４３がずれる所定の間隔ＩＮＴは、変調していてもよい。この場合、小光源レンズ素子５２が配列されるピッチＰＩＴは、間隔ＩＮＴの平均値である平均間隔よりも小さければよい。ただし、ピッチＰＩＴが各間隔ＩＮＴのうち最小値である最小間隔よりも小さくなっていることがより好適である。 As a modification 5, the predetermined interval INT in which the light source element 43 is displaced may be modulated. In this case, the pitch PIT in which the small light source lens elements 52 are arranged may be smaller than the average interval, which is the average value of the interval INTs. However, it is more preferable that the pitch PIT is smaller than the minimum interval, which is the minimum value of each interval INT.

変形例６としては、光源素子４３には、点状光源に限られず、線状光源又は面状光源が採用されてもよい。光源部４２は、例えばＹ方向ＹＤに延伸する線状光源としての光源素子４３を、Ｘ方向ＸＤに複数並べた構成であってもよい。また、光源部４２は、面状光源としての光源素子４３を、Ｘ方向ＸＤに互いに離間するように複数並べた構成であってもよい。 As the modification 6, the light source element 43 is not limited to the point light source, and a linear light source or a planar light source may be adopted. The light source unit 42 may have a configuration in which a plurality of light source elements 43 as linear light sources extending in the Y direction YD are arranged in the X direction XD, for example. Further, the light source unit 42 may have a configuration in which a plurality of light source elements 43 as a planar light source are arranged so as to be separated from each other in the X direction XD.

変形例７としては、導光部２１は、平面鏡２２の代わりに、又は新たな光学素子の追加によって、凸面鏡を有していてもよい。導光部２１に凸面鏡が含まれる場合であっても、導光部２１の合成焦点距離における符号は、正であることが好ましい。この構成においては、短手集光部５３のＹ方向ＹＤの焦点距離ｆｂｙは、短手指向性調整部５９のＹ方向ＹＤの焦点距離ｆｄｙと実質的に等しい値に設定されてもよい。 As a modification 7, the light guide unit 21 may have a convex mirror instead of the plane mirror 22 or by adding a new optical element. Even when the light guide unit 21 includes a convex mirror, the sign in the combined focal length of the light guide unit 21 is preferably positive. In this configuration, the focal length fby of the Y-direction YD of the short-hand condensing unit 53 may be set to a value substantially equal to the focal length fdy of the Y-direction YD of the short-hand directivity adjusting unit 59.

変形例８としては、拡散板６１は、第２レンズ部材５０と第３レンズ部材５６との間に配置されていてもよい。 As a modification 8, the diffuser plate 61 may be arranged between the second lens member 50 and the third lens member 56.

変形例９としては、長手指向性調整部５８は、フレネルレンズ状ではなく、単一の凹シリンドリカル面状に形成されていてもよい。逆に、短手指向性調整部５９は、フレネルレンズ状に形成されていてもよい。また、図１０，１１に示すように、長手指向性調整部５８及び短手指向性調整部５９の少なくとも一部は、トロイダル面等の１つの光学面により合成状態にて構成されていてもよい。さらには、長手指向性調整部５８及び短手指向性調整部５９のうち少なくとも一方が設けられていなくてもよい。 As a modification 9, the longitudinal tropism adjusting portion 58 may be formed in a single concave cylindrical surface shape instead of a Fresnel lens shape. On the contrary, the short directional adjustment unit 59 may be formed in the shape of a Fresnel lens. Further, as shown in FIGS. 10 and 11, even if at least a part of the longitudinal tropism adjusting unit 58 and the short tropism adjusting unit 59 is configured in a synthetic state by one optical surface such as a toroidal surface. good. Further, at least one of the longitudinal tropism adjusting section 58 and the short tropism adjusting section 59 may not be provided.

変形例１０としては、バックライトユニット４１の照明対象として機能する照明対象部としての照明対象面３２は、長方形状に限られず、楕円形状、平行四辺形状等に形成されていてもよい。また、照明対象部は、単一の面状に形成されていなくてもよく、３次元的な構造を含んでいてもよい。 As a modification 10, the illumination target surface 32 as the illumination target portion of the backlight unit 41 that functions as the illumination target is not limited to a rectangular shape, but may be formed into an elliptical shape, a parallel quadrilateral shape, or the like. Further, the illuminated object portion does not have to be formed in a single surface shape, and may include a three-dimensional structure.

変形例１１としては、虚像表示装置は、航空機、船舶、あるいはゲーム筐体等の移動しない筐体等の各種の乗り物に適用することができる。また、虚像表示装置は、ヘッドマウントディスプレイ等の携帯情報端末に適用することができる。 As a modification 11, the virtual image display device can be applied to various vehicles such as an aircraft, a ship, or a non-moving housing such as a game housing. Further, the virtual image display device can be applied to a portable information terminal such as a head-mounted display.

３ａ：投影部、１０：ＨＵＤ装置（虚像表示装置）、３１：画像表示素子、３２：照明対象面（照明対象部）、４１：バックライトユニット、４２：光源部、４３：光源素子、５１：小光源アレイレンズ部、５２：小光源レンズ素子、ＳＤ：短手方向、ＬＤ：長手方向、ＹＤ：Ｙ方向（短手対応方向）、ＸＤ：Ｘ方向（長手対応方向）、ＩＮＴ：間隔、ＰＩＴ：ピッチ 3a: Projection unit, 10: HUD device (imaginary image display device), 31: Image display element, 32: Illumination target surface (illumination target unit), 41: Backlight unit, 42: Light source unit, 43: Light source element, 51: Small light source array lens unit, 52: Small light source lens element, SD: Short direction, LD: Longitudinal direction, YD: Y direction (short corresponding direction), XD: X direction (longitudinal correspondence direction), INT: Spacing, PIT :pitch

Claims (7)

画像の表示光を投影部（３ａ）に投影することにより、虚像（ＶＲＩ）を表示する虚像表示装置であって、
短手方向（ＳＤ）の寸法に対して長手方向（ＬＤ）の寸法が大きく設定された照明対象部（３２）を有し、前記照明対象部に照明された光源光を利用して前記画像を表示する画像表示素子（３１）と、
前記光源光を前記照明対象部へ照射するバックライトユニット（４１）と、を備え、
前記バックライトユニットは、
前記短手方向に対応する短手対応方向（ＹＤ）及び前記長手方向に対応する長手対応方向（ＸＤ）のうち少なくとも前記長手対応方向に所定の間隔（ＩＮＴ）だけずれて、互いに並べられた複数の光源素子（４３）を有し、各前記光源素子から前記光源光を発する光源部（４２）と、
前記光源部と前記照明対象部との間の光路上に配置され、前記短手対応方向及び前記長手対応方向のうち少なくとも前記短手対応方向に沿って、前記間隔よりも小さなピッチ（ＰＩＴ）で配列された複数の小光源レンズ素子（５２）を有し、各前記小光源レンズ素子が前記光源部からの前記光源光を分割して新たな小光源を構成するように振る舞う小光源アレイレンズ部（５１）と、を有し、
各前記小光源レンズ素子において、前記短手対応方向の焦点距離の絶対値は、前記長手対応方向の焦点距離の絶対値よりも小さく、
前記バックライトユニットは、
前記光路上において、各前記小光源レンズ素子よりも前記照明対象部側に、各前記小光源レンズ素子により分割された各前記光源光をまとめて前記短手対応方向に集光するように構成された短手集光部（５３）と、
前記短手集光部と前記照明対象部との間の前記光路上に配置され、前記小光源アレイレンズ部を経て入射した前記光源光の指向性を調整する指向性調整部（５７）と、をさらに有し、
前記指向性調整部は、前記短手対応方向に前記光源光を集光すると共に、前記長手対応方向に前記光源光を発散させる虚像表示装置。 A virtual image display device that displays a virtual image (VRI) by projecting the display light of an image onto a projection unit (3a).
It has an illuminated object portion (32) in which the dimension in the longitudinal direction (LD) is set larger than the dimension in the lateral direction (SD), and the image is obtained by using the light source light illuminated on the illuminated object portion. The image display element (31) to be displayed and
A backlight unit (41) that irradiates the illumination target portion with the light source light is provided.
The backlight unit is
A plurality of the short-side corresponding directions (YD) corresponding to the short-side direction and the longitudinal-corresponding direction (XD) corresponding to the longitudinal direction, which are arranged with each other at least by a predetermined interval (INT) in the longitudinal-corresponding direction. A light source unit (42) having a light source element (43) and emitting the light source light from each light source element.
It is arranged on the optical path between the light source unit and the illumination target unit, and has a pitch (PIT) smaller than the interval along at least the short-side corresponding direction of the short-side corresponding direction and the long-distance corresponding direction. A small light source array lens unit having a plurality of arranged small light source lens elements (52), and each small light source lens element behaves as if the light source light from the light source unit is divided to form a new small light source. (51) and
In each the small light-source lens element, it said absolute value of the focal length of the short side corresponding direction is rather smaller than the absolute value of the focal length of the longitudinal direction corresponding,
The backlight unit is
On the optical path, the light source light divided by the small light source lens element is collectively focused on the illumination target portion side of the small light source lens element in the direction corresponding to the short side. The short light source (53) and
A directivity adjusting unit (57) arranged on the optical path between the short condensing unit and the illuminated target unit and adjusting the directivity of the light source light incident through the small light source array lens unit. Has more,
The directivity adjusting unit is a virtual image display device that collects the light source light in the direction corresponding to the short side and radiates the light source light in the direction corresponding to the longitudinal direction. 前記短手集光部の前記短手対応方向の焦点距離は、前記指向性調整部の前記短手対応方向の焦点距離よりも小さく、かつ、前記短手集光部と前記指向性調整部との間の距離よりも大きい請求項１に記載の虚像表示装置。 The focal length of the short-hand condensing unit in the short-hand direction is smaller than the focal length of the directional adjustment unit in the short-hand direction, and the short-hand condensing unit and the directional adjustment unit The virtual image display device according to claim 1, which is larger than the distance between the two. 画像の表示光を投影部（３ａ）に投影することにより、虚像（ＶＲＩ）を表示する虚像表示装置であって、
短手方向（ＳＤ）の寸法に対して長手方向（ＬＤ）の寸法が大きく設定された照明対象部（３２）を有し、前記照明対象部に照明された光源光を利用して前記画像を表示する画像表示素子（３１）と、
前記光源光を前記照明対象部へ照射するバックライトユニット（４１）と、を備え、
前記バックライトユニットは、
前記短手方向に対応する短手対応方向（ＹＤ）及び前記長手方向に対応する長手対応方向（ＸＤ）のうち少なくとも前記長手対応方向に所定の間隔（ＩＮＴ）だけずれて、互いに並べられた複数の光源素子（４３）を有し、各前記光源素子から前記光源光を発する光源部（４２）と、
前記光源部と前記照明対象部との間の光路上に配置され、前記短手対応方向及び前記長手対応方向のうち少なくとも前記短手対応方向に沿って、前記間隔よりも小さなピッチ（ＰＩＴ）で配列された複数の小光源レンズ素子（５２）を有し、各前記小光源レンズ素子が前記光源部からの前記光源光を分割して新たな小光源を構成するように振る舞う小光源アレイレンズ部（５１）と、を有し、
各前記小光源レンズ素子において、前記短手対応方向の焦点距離の絶対値は、前記長手対応方向の焦点距離の絶対値よりも小さく、
前記バックライトユニットは、
前記光路上において、各前記小光源レンズ素子よりも前記照明対象部側に、各前記小光源レンズ素子により分割された各前記光源光をまとめて前記短手対応方向に集光するように構成された短手集光部（５３）と、
前記短手集光部と前記照明対象部との間の前記光路上に配置され、前記小光源アレイレンズ部を経て入射した前記光源光の指向性を調整する指向性調整部（５７）と、をさらに有し、
前記短手集光部の前記短手対応方向の焦点距離は、前記指向性調整部の前記短手対応方向の焦点距離よりも小さく、かつ、前記短手集光部と前記指向性調整部との間の距離よりも大きい虚像表示装置。 A virtual image display device that displays a virtual image (VRI) by projecting the display light of an image onto a projection unit (3a).
It has an illuminated object portion (32) in which the dimension in the longitudinal direction (LD) is set larger than the dimension in the lateral direction (SD), and the image is obtained by using the light source light illuminated on the illuminated object portion. The image display element (31) to be displayed and
A backlight unit (41) that irradiates the illumination target portion with the light source light is provided.
The backlight unit is
A plurality of the short-side corresponding directions (YD) corresponding to the short-side direction and the longitudinal-corresponding direction (XD) corresponding to the longitudinal direction, which are arranged with each other at least by a predetermined interval (INT) in the longitudinal-corresponding direction. A light source unit (42) having a light source element (43) and emitting the light source light from each light source element.
It is arranged on the optical path between the light source unit and the illumination target unit, and has a pitch (PIT) smaller than the interval along at least the short-side corresponding direction of the short-side corresponding direction and the long-distance corresponding direction. A small light source array lens unit having a plurality of arranged small light source lens elements (52), and each small light source lens element behaves as if the light source light from the light source unit is divided to form a new small light source. (51) and
In each the small light-source lens element, it said absolute value of the focal length of the short side corresponding direction is rather smaller than the absolute value of the focal length of the longitudinal direction corresponding,
The backlight unit is
On the optical path, the light source light divided by the small light source lens element is collectively focused on the illumination target portion side of the small light source lens element in the direction corresponding to the short side. The short light source (53) and
A directivity adjusting unit (57) arranged on the optical path between the short condensing unit and the illuminated target unit and adjusting the directivity of the light source light incident through the small light source array lens unit. Has more,
The focal length of the short-hand condensing unit in the short-hand direction is smaller than the focal length of the directional adjustment unit in the short-hand direction, and the short-hand condensing unit and the directional adjustment unit A virtual image display device that is greater than the distance between. 各前記小光源レンズ素子は、前記短手対応方向に配列され、シリンドリカル面状に形成されている請求項１から３のいずれか１項に記載の虚像表示装置。 The virtual image display device according to any one of claims 1 to 3, wherein the small light source lens elements are arranged in the direction corresponding to the short side and formed in a cylindrical surface shape. 各前記小光源レンズ素子は、前記短手対応方向及び前記長手対応方向に配列され、トロイダル面状に形成されている請求項１から３のいずれか１項に記載の虚像表示装置。 The virtual image display device according to any one of claims 1 to 3 , wherein each of the small light source lens elements is arranged in the direction corresponding to the short side and the direction corresponding to the length, and is formed in a toroidal surface shape. 前記バックライトユニットは、各前記小光源レンズ素子により分割された各前記光源光を、前記照明対象部に対して、前記短手対応方向ではインテグレートをして入射させると共に、前記長手対応方向では前記短手対応方向よりもインテグレートが規制された状態で入射させる請求項１から５のいずれか１項に記載の虚像表示装置。 The backlight unit integrates the light source light divided by each small light source lens element into the illuminated object portion in the direction corresponding to the short side and causes the light to be incident on the lighting target portion. The virtual image display device according to any one of claims 1 to 5 , wherein the light source is incident in a state where the integration is restricted from the direction corresponding to the short side. 前記小光源アレイレンズ部が前記光路上の前記光源部側に配置された光学面（５０ａ）を構成すると共に、前記短手集光部が前記光路上の前記照明対象部側に配置された光学面（５０ｂ）を構成することにより、前記小光源アレイレンズ部と前記短手集光部とがレンズ部材（５０）として一体的に形成されている請求項１から６のいずれか１項に記載の虚像表示装置。 The small light source array lens unit constitutes an optical surface (50a) arranged on the light source side on the optical path, and the short condensing unit constitutes an optical surface arranged on the illumination target portion side on the optical path. The aspect according to any one of claims 1 to 6, wherein the small light source array lens portion and the short light collecting portion are integrally formed as a lens member (50) by forming the surface (50b). Virtual image display device.
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