JP7042586B2 - Head-up display device - 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し、特に迷光対策に関する。 The present invention relates to a head-up display device, and particularly to measures against stray light.
自動車等の車両において、通常は、車速やエンジン回転数等の情報は、ダッシュボード内の計器盤(インパネ)に表示される。また、カーナビゲーション等の画面は、ダッシュボードに組み込まれもしくはダッシュボード上に設置されたディスプレイに表示される。運転手がこれらの情報を視認する場合に視線を大きく移動させることが必要となることから、視線の移動量を低減させる技術として、車速等の情報やカーナビゲーションに係る指示等の情報をウィンドシールド(フロントガラス)等に投射して表示するヘッドアップディスプレイ(Head Up Display、以下では「HUD」と記載する)が知られている。 In a vehicle such as an automobile, information such as vehicle speed and engine speed is usually displayed on the instrument panel in the dashboard. In addition, screens such as car navigation are displayed on a display built into the dashboard or installed on the dashboard. Since it is necessary for the driver to move the line of sight significantly when visually recognizing this information, as a technology for reducing the amount of movement of the line of sight, information such as vehicle speed and information such as instructions related to car navigation are windshielded. A head-up display (Head Up Display, hereinafter referred to as "HUD") that projects and displays on a (windshield) or the like is known.
HUDに関連する技術として、例えば、特許文献1には、HUDに含まれる屈折レンズを基準光線に対して傾けて配置して外光反射の戻りを抑制し、またレンズの前に偏光板を配置することで戻り光の輝度を下げる構成が開示されている。
As a technique related to HUD, for example, in
特許文献1では、屈折レンズに入射した光の一部が、屈折レンズ内部から側面に当たって反射することでレンズ側面が光る。そのため、運転手が虚像を見た際に、この側面で生じる反射光が迷光となり、迷光に起因する意図しない虚像を運転手が視認してしまうという課題がある。
In
その対策として屈折レンズ側面に低反射材を塗布したり、屈折レンズ側面を光吸収素材で覆うことも考えられるが、屈折レンズの入射面及び出射面に低反射材が付着することを防ぎながら低反射材を塗布することは手間がかかる。また、光吸収素材を屈折レンズ側面に貼付すると、接着剤による反射が起きるという新たな問題が生じうる。従って、HUD内に含まれるレンズの迷光対策には、更なる工夫の余地がある。 As a countermeasure, it is conceivable to apply a low-reflecting material to the side surface of the refracting lens or cover the side surface of the refracting lens with a light absorbing material. Applying a reflective material is time-consuming. Further, when the light absorbing material is attached to the side surface of the refracting lens, a new problem that reflection by the adhesive occurs may occur. Therefore, there is room for further ingenuity in measures against stray light of the lens included in the HUD.
本発明は上記実情に鑑みたものであり、レンズの加工作業をより簡易にしつつ、迷光による画質の低下を抑制す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。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a head-up display device that suppresses deterioration of image quality due to stray light while simplifying lens processing work.
上記課題を解決するため、本発明は特許請求の範囲に記載の構成を備える。その一例を挙げるならば、乗り物の運転手に対して虚像を表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、光源と、前記光源からの光を透過させて、虚像として表示する映像光を出射する表示素子と、前記映像光を拡大投射する投射光学系と、を含み、前記投射光学系は、前記表示素子に近い位置から順に前記映像光の出射方向に沿って配置されたレンズと自由曲面ミラーと、を含み、前記レンズは、透過性を有する樹脂からなる樹脂成型品であり、当該レンズに前記映像光が入射するレンズ入射面と、当該レンズから前記映像光が出射するレンズ出射面と、前記レンズ入射面及び前記レンズ出射面を連続させるレンズ周面と、を含み、前記レンズ周面の表面粗さは、前記レンズ入射面の表面粗さと同じとなるように表面加工され、又は前記映像光が前記レンズ内で発散して前記レンズ周面に当たり、前記レンズの内部に向かって反射することを抑制する表面粗さとなるように前記レンズ周面が表面加工され、前記レンズ周面には射出成型時に樹脂を注入した位置を示すゲート痕が形成され、前記ゲート痕の表面粗さは、前記レンズ入射面の表面粗さと同じになるように研磨加工され、又は前記映像光が前記レンズ内で発散して前記レンズ周面に当たり、前記レンズの内部に向かって反射することを抑制する表面粗さとなるように研磨加工される、ことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention has the configuration described in the claims. One example is a head-up display device that displays a virtual image to the driver of a vehicle, and is a display element that transmits a light source and light from the light source and emits image light to be displayed as a virtual image. The projection optical system includes a projection optical system that magnifies and projects the image light, and the projection optical system includes a lens and a free curved mirror arranged along the emission direction of the image light in order from a position closest to the display element. The lens is a resin molded product made of a transmissive resin, and has a lens incident surface on which the image light is incident on the lens, a lens exit surface on which the image light is emitted from the lens, and the lens. The surface is processed so that the surface roughness of the lens peripheral surface is the same as the surface roughness of the lens incident surface, including the incident surface and the lens peripheral surface that connects the lens emitting surface , or the image light is emitted. The peripheral surface of the lens is surface-processed so as to have a surface roughness that diverges in the lens, hits the peripheral surface of the lens, and suppresses reflection toward the inside of the lens, and the peripheral surface of the lens is subjected to injection molding. A gate mark indicating the position where the resin is injected is formed, and the surface roughness of the gate mark is polished so as to be the same as the surface roughness of the incident surface of the lens, or the image light is diverged in the lens. It is characterized in that it hits the peripheral surface of the lens and is polished so as to have a surface roughness that suppresses reflection toward the inside of the lens .
本発明によれば、レンズの加工作業をより簡易にしつつ、迷光による画質の低下を抑制するヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。なお、上記した以外の目的、構成、効果については下記実施形態において明らかにされる。 According to the present invention, it is possible to provide a head-up display device that suppresses deterioration of image quality due to stray light while simplifying lens processing work. The purposes, configurations, and effects other than those described above will be clarified in the following embodiments.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。以下に示す各実施形態では、ヘッドアップディスプレイ装置(HUD)が自動車等の車両に設置される場合を例として説明するが、電車や航空機等の他の乗り物にも適用可能である。また、乗り物以外の用途に用いるHUDにも適用可能である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in all the drawings for explaining the embodiment, the same members are designated by the same reference numerals in principle, and the repeated description thereof will be omitted. In each of the following embodiments, the case where the head-up display device (HUD) is installed in a vehicle such as an automobile will be described as an example, but the present invention can also be applied to other vehicles such as trains and aircraft. It can also be applied to HUDs used for applications other than vehicles.
以下、図面等を用いて、本発明の一実施形態について説明する。なお、本発明を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings and the like. In all the drawings for explaining the present invention, those having the same function may be designated by the same reference numerals, and the repeated description thereof may be omitted.
以下に示す各実施形態では、ヘッドアップディスプレイ装置(HUD)が自動車等の車両に設置される場合を例として説明するが、電車や航空機等の他の乗り物にも適用可能である。また、乗り物以外の用途に用いるHUDにも適用可能である。 In each of the following embodiments, the case where the head-up display device (HUD) is installed in a vehicle such as an automobile will be described as an example, but the present invention can also be applied to other vehicles such as trains and aircraft. It can also be applied to HUDs used for applications other than vehicles.
図1、図2A、図2B、図3を参照して本実施形態に係るHUD1の構成について説明する。図1は、本実施形態に係るHUD1の概略構成図である。図2Aは、HUD1の外装筐体50を中心とした外観の例を示した斜視図である。また、図2Bは、図2Aに示したHUD1を各部品に分解した状態を示した斜視図である。図3は、映像形成ユニットを各部品に分解した状態を示した斜視図である。
The configuration of HUD1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1, 2A, 2B, and 3. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of HUD1 according to the present embodiment. FIG. 2A is a perspective view showing an example of the appearance centering on the
図1に示すように、HUD1は、車両2に備えられたダッシュボード4内に備えられる。ダッシュボード4はHUD1から出射した映像光Lを通過させるためのダッシュボード開口部7を備える。映像光Lは車両2のウィンドシールド3で反射されて運転手5の目に入射する。運転手5は、その映像光Lによる虚像80をウィンドシールド3よりも更に前方に視認する。なお、被投射部材はウィンドシールド3に限られず、映像光が投射される部材であれば、コンバイナなど他の部材とすることができる。
As shown in FIG. 1, the
HUD1は、外装筐体50と、外装筐体50に装着される映像形成ユニットとしてのLCD(Liquid Crystal Display)30と(図2A参照)、LCD30から出射される映像光Lを拡大投射する投射光学系40とを含んで構成される。外装筐体50は、投射光学系40を構成する各要素を収容する。
The
外装筐体50の上面には、映像光Lの出射口となる筐体開口部51a(図2B参照)が形成される。筐体開口部51aは、外装筐体50に塵やほこりが進入することを防ぐための防眩板(グレアトラップ)52で覆われている。防眩板52は、可視光を透過する部材により構成される。
On the upper surface of the
投射光学系40は、LCD30に近い位置から順に、映像光Lの出射方向に沿ってレンズ43と自由曲面ミラー41とが配置される。
In the projection
自由曲面ミラー41は、レンズ43を透過した映像光Lを筐体開口部51aに向けて反射させる部材である。自由曲面ミラー41はミラー駆動部42により回動する。ミラー駆動部42は、自由曲面ミラー41が反射した映像光Lが防眩板52を通過してウィンドシールド3に到達するように、自由曲面ミラー41の角度を調整する。
The free
図2Bに示すように、HUD1は、外装ケース54に光学部品保持部材53が収容され、更に外装蓋部51により上部が覆われる構成を有する。外装ケース54及び外装蓋部51の各部材は外装筐体50を構成する。そして、外装ケース54の側部開口部54aにはLCD30が装着される。
As shown in FIG. 2B, the
光学部品保持部材53は、自由曲面ミラー41及びレンズ43を保持する部材である。
The optical
外装ケース54には、LCD30の動作や、自由曲面ミラー41の傾斜角度を変化させるためのモータ等からなるミラー駆動部42の動作を制御する制御装置が実装されるメイン基板70が取り付けられていてもよい。本実施形態では、更に、LCD30を取り付け/取り外しできるように、ねじ穴等の着脱機構や、映像光Lが入射するための側部開口部54aが形成されている。
A
図3に示すように、LCD30は、液晶表示パネル33がフレキシブルケーブル34を介してメイン基板70から入力された映像信号に基づいてバックライト31からの光を変調することで映像を表示する。表示された映像は、図2における外装ケース54の側部開口部54aを通して投射光学系40に出力され、運転手5が視認可能な虚像80が生成される。
As shown in FIG. 3, the liquid
バックライト31は、主にLED(Light Emitting Diode)光源31a、ライトファネル32a、導光体32b、及び拡散板32cを含んで構成される。
The
LEDの入力電力に対する発光効率は、発光色によっても異なるが、20~30%程度であり、残りはほとんどが熱に変換される。このため、LED光源31aを取り付けるフレーム35には、熱伝導率の高い部材(例えば、アルミニウム等の金属部材)からなる放熱用のフィン(ヒートシンク31b)を設けて熱を外部に放散させる。
The luminous efficiency with respect to the input power of the LED varies depending on the emission color, but is about 20 to 30%, and most of the rest is converted into heat. Therefore, the
LED光源31aからの発散光を効率よく液晶表示パネル33に導くため、図3の例では、導光体32b及び拡散板32cを用いている。この場合、塵などの付着を防止するため、例えば、第1外装部材36a、第2外装部材36bによって導光体32bや拡散板32c、及び液晶表示パネル33等の全体を覆い、LCD30としてモジュール化する。
In the example of FIG. 3, a
また、図3の例では、LED光源31aからの発散光を取り込んで平行光とするため、コリメートレンズ等からなる複数のライトファネル32aを設けている。各ライトファネル32aにおいてLED光源31aからの発散光を取り込む開口部は、例えば、平面とした上でLED光源31aとの間に媒質を挿入して光学的に接続する、もしくは、凸面形状として集光作用を持たせる。これにより、発散光を可能な限り平行光として、ライトファネル32aの界面に入射する光の入射角を小さくする。その結果、ライトファネル32aを通過後、更に発散角が小さくなるので、導光体32bで反射した後に液晶表示パネル33に向かう光源光の制御が容易となる。
Further, in the example of FIG. 3, in order to take in the divergent light from the LED
液晶表示パネル33において映像光Lが出射する面(以下「素子出射面」という)33aは、素子出射面33のうち、意図した虚像80の映像情報を含む映像光Lが透過する領域である素子有効領域33a1を備える。
The surface (hereinafter referred to as “element emission surface”) 33a on which the image light L is emitted in the liquid
レンズ43は、素子出射面33aと対向させて配置される。レンズ43は、透過性を有する樹脂を射出成型して成型した樹脂成型品でもよいし、ガラスを切削して形成したガラス切削品であってもよい。
The
図4、図5A、図5Bを参照して樹脂成型品からなるレンズ43の表面粗さについて説明する。図4はレンズ43の外観図である。図5Aは、レンズ43の側面に形成されるゲート痕44を示す図である。図5Bは、レンズ43の側面を構成するガラス切削仕上げ面45を示す図である。
The surface roughness of the
図4に示すように、レンズ43は、液晶表示パネル33に対向し、レンズ43に映像光Lが入射するレンズ入射面43a、レンズ43から映像光Lが出射するレンズ出射面43b、レンズ43の第1側面43c、第1側面43cに連続する第2側面43d、第2側面43dに連続する第3側面43e、及び第3側面43eと第1側面43cとに連続する第4側面43fを含む。
As shown in FIG. 4, the
レンズ43の外部に露出する面のうち、第1側面43c、第2側面43d、第3側面43e、第4側面43fを総称してレンズ周面という。
Of the surfaces exposed to the outside of the
図5Aに示すように、射出成型品からなるレンズ43では、レンズ43のいずれかの側面、例えば第1側面43cに樹脂の注入位置を示すゲート痕44が形成される。ゲート痕44の表面粗さは、レンズ周面における他の部位や、レンズ入射面43a、及びレンズ出射面43bよりも粗い。
As shown in FIG. 5A, in the
液晶表示パネル33から照射される映像光Lは、完全なる平行光ではなく、映像光Lの光軸に対して発散角を有する。そのため、レンズ入射面43aから入射した映像光Lは、レンズ43の内部で各側面に向かって広がり、各側面に到達するものもある。各側面に到達した映像光Lの一部は透過し、映像光Lの一部は反射する。側面の表面粗さが大きいほど映像光Lの反射率が上昇する。従って第1側面43cのうちゲート痕44では、他の部位に比べて反射光がより多く発生し、その反射光が迷光となって映像光Lとともにレンズ43から出射され、ウィンドシールド3に到達して運転手5の目に入射する。その結果、運転手5は、迷光により生じる意図しない虚像202,212(図7参照)を視認する。
The image light L emitted from the liquid
そこで、本実施形態のレンズ43では、ゲート痕44を滑らかにするための表面加工、例えば研磨加工を行う。
Therefore, in the
ゲート痕44は迷光を発生させる原因の一つとなるので自由曲面ミラー41に向かって照射される映像光Lの光路上にはないことが望ましい。そこで、本実施形態のように、映像光Lの光路上から退避させ、レンズ周面にゲート痕44を設けることが望ましい。以下では、第1側面43cにゲート痕44が位置する例について説明する。
Since the
第1側面43cは、ゲート痕44の表面粗さがレンズ入射面43aと同一、又は同一と見做せる許容範囲内となるように研磨加工される。
The
表面粗さを表すパラメータとして「算出平均粗さ」(Ra)、「最大高さ」(Rz)、「要素の平均長さ」(Rms)、「反射面精度」(PV値)等各種あるが、本実施形態でいう表面粗さを表すパラメータとしていずれを用いてもよいし、複数のパラメータを組み合わせて表面粗さの評価を行ってもよい。 There are various parameters representing surface roughness such as "arithmetic mean roughness" (Ra), "maximum height" (Rz), "average length of elements" (Rms), "reflection surface accuracy" (PV value), etc. , Any of them may be used as a parameter representing the surface roughness in the present embodiment, or a plurality of parameters may be combined to evaluate the surface roughness.
例えば「算出平均粗さ」(Ra)を用いた場合、表面加工後のゲート痕44があった部位の表面粗さRa1は、レンズ入射面43aの表面粗さRa0に同一と見做せる許容範囲を示すマージン率αを乗算した範囲に含まれる。
For example, when "arithmetic mean roughness" (Ra) is used, the surface roughness Ra1 of the portion where the
また、レンズ43の外周面の内、ゲート痕44を除く他の外周面も、その表面粗さがレンズ入射面43aの表面粗さと同等になるように表面加工される。
Further, among the outer peripheral surfaces of the
その結果、レンズ周面の表面粗さは、レンズ入射面43aの表面粗さと同じ又は同じと見做せる許容範囲内の表面粗さとなり、レンズ43の内部で映像光Lが発散してレンズ周面に当たった場合、反射率が表面加工前に比べて低くなる。その結果、映像光Lの多くが透過し、レンズ43の内部への反射光が減らせ、迷光が生じにくくなる。
As a result, the surface roughness of the peripheral surface of the lens becomes the same as or within the allowable range that can be regarded as the same as the surface roughness of the
レンズ43の他例として、レンズ43をガラス切削品として形成した場合、図5Bに示すように、ガラス切削仕上げ面45は切削加工時の条痕が残る。この条痕がゲート痕44と同様、レンズ43内部からレンズ周面に当たった映像光Lを反射させる原因となる。そこで、ガラス切削仕上げ面45に対して研磨加工を行い、ガラス切削仕上げ面45の表面粗さがレンズ入射面43aと同じ又は同じと見做せる許容範囲内となるように表面を滑らかにする。
As another example of the
図6を参照して、映像光Lの光路について説明する。図6は、映像光Lの光路を示す図である。 The optical path of the image light L will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a diagram showing an optical path of the image light L.
光学部品保持部材53におけるレンズ43に対向する面には、迷光対策として植毛布57が貼付されている。植毛布57に代えて低反射塗装を施してもよい。
A
レンズ43のレンズ入射面43aのうち映像光Lが入射するレンズ有効領域43a1を液晶表示パネル33に映像光Lの光軸方向に沿って投影した際の投影面は、素子有効領域33a1に含まれる。ここでいう含まれるとは、投影面の大きさが素子有効領域33a1と同じか、それよりも小さく、投影面が素子有効領域33a1をはみ出さないことを意味する。そして投影面と素子有効領域33a1とがほぼ重複する位置関係に、液晶表示パネル33及びレンズ43は設置される。
Of the
上記許容範囲は、映像光Lの光束の外縁がレンズ43の内部で発散しても、レンズ周面ではなくレンズ出射面43bから出射する範囲に、レンズ有効領域43a1と素子有効領域33a1との大きさの誤差が収まることを意味する。
The above allowable range is such that even if the outer edge of the light flux of the image light L diverges inside the
素子有効領域33a1から出射した映像光Lは、レンズ有効領域43a1に入射する。映像光Lはレンズ43の内部で発散しつつレンズ出射面43bから出射する。図6の例では、映像光Lはレンズ43内で発散してもレンズ周面に当たるほどには発散しないので、レンズ周面から映像光Lはほとんど漏れない。
The image light L emitted from the element effective region 33a1 is incident on the lens effective region 43a1. The image light L is emitted from the
しかし、万一レンズ周面に映像光Lに到達しても、レンズ周面の表面粗さはレンズ入射面43aと同等の表面粗さに表面加工が施されているので反射率がレンズ入射面43aと同等に抑えられている。従って、レンズ43の内部で迷光がほとんど生じない。
However, even if the image light L reaches the peripheral surface of the lens, the surface roughness of the peripheral surface of the lens is the same as that of the incident surface of the
図7を参照して本実施形態に係るHUDの作用効果を説明する。図7は、レンズ周面への表面加工をしていない場合とした場合との虚像表示例を示す図である。図7の左図は、レンズ周面への表面加工を施さない場合に所望する虚像201,211とその下に迷光による虚像202,212が現れた例を示す。図7の左図において、画像表示例200は、表面加工をしていない場合の実際の表示例を示し、画像表示例210は、画面表示例200を模式的に示す。
The action and effect of the HUD according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 7. FIG. 7 is a diagram showing an example of displaying a virtual image in the case where the surface of the peripheral surface of the lens is not processed. The left figure of FIG. 7 shows an example in which the desired
画像表示例200では、虚像201とその近辺に(図中では下に)迷光による虚像202が現れる。模式的に示すと、虚像211とその近辺に(図中では下に)迷光による虚像212が現れる。
In the image display example 200, the
これに対し、本実施形態のようにレンズ43の周面に表面加工を施した場合は、図7の右図に示すように虚像221,231だけが現れた例を示す。図7の右図において、画像表示例220は、表面加工をした場合の実際の表示例を示し、画像表示例230は、画面表示例220を模式的に示す。
On the other hand, when the peripheral surface of the
このように本実施形態によれば、レンズ周面の表面粗さをレンズ入射面43aの表面粗さと同じ又は同じと見做せる許容範囲になるように表面加工することにより、映像光Lがレンズ内で発散してレンズ周面に当たり、レンズ内部に向かって反射することを抑制することができる。これにより、迷光による虚像が現れることを抑制し、虚像の画質の向上を図ることができる。
As described above, according to the present embodiment, the image light L is the lens by processing the surface so that the surface roughness of the peripheral surface of the lens is the same as or the same as the surface roughness of the
また、レンズ周面の反射を抑えるためにレンズ周面に植毛布を貼付すると接着剤が反射光を生じさせる懸念があるが、本実施形態によればレンズ周面に表面加工を施すので、その懸念が無い。 Further, if a fleece cloth is attached to the peripheral surface of the lens in order to suppress the reflection on the peripheral surface of the lens, there is a concern that the adhesive may generate reflected light. There is no concern.
更に、レンズ入射面43a及びレンズ出射面43bの汚染を避けつつレンズ周面に低反射材を塗布するには慎重な作業を要するので、レンズ加工作業に手間や時間がかかり量産性が期待できない。これに対して、本実施形態では、レンズ周面の表面を滑らかにするための研磨加工のように広く普及した表面加工技術を適用することができるので、量産性が期待できる。
Further, since careful work is required to apply the low reflective material to the peripheral surface of the lens while avoiding contamination of the
また、本実施形態では、液晶表示パネル33の素子有効領域33a1とレンズ入射面43aにおけるレンズ有効領域43a1とを対向させ、かつレンズ有効領域43a1の液晶表示パネル33への投影面が素子有効領域33a1からはみ出さないように配置することで、液晶表示パネル33から出射した映像光Lがレンズ有効領域43a1の外部領域からレンズ43に入射することを抑制する。これにより、レンズ有効領域43a1から入射した映像光Lがレンズ周面に当たって迷光が発生することを更に抑制することができる。
Further, in the present embodiment, the element effective region 33a1 of the liquid
上記実施形態は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲の様々な変更態様は、本発明に含まれる。 The above-described embodiment is not limited to the present invention, and various modifications within the scope of the present invention are included in the present invention.
図8は、他例に係るHUD1aの概略構成図である。図8に示すように、HUD1aは図1に示すHUD1の構成に加え、レンズ43と自由曲面ミラー41との間に平面ミラーからなる折返しミラー49を備えてもよい。またHUD1aは、鏡筒48内に液晶表示パネル33とレンズ43とを収容し、液晶表示パネル33の背面(レンズ43とは反対側)にバックライト31を備える構成が図1のHUD1と異なる。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of HUD1a according to another example. As shown in FIG. 8, in addition to the configuration of HUD1 shown in FIG. 1, the HUD1a may include a folded
HUD1aによれば、レンズ43から出射した映像光Lが一旦折返しミラー49に入射し、ここで反射されて自由曲面ミラー41に入射する。その結果、レンズ43を出射した映像光Lが直接自由曲面ミラー41に入射する図1のHUD1と比べて、図8のHUD1aは映像光Lの光路長を長くすることができる。その結果、虚像80を運転手5からより遠くへ表示することができる。
According to HUD1a, the image light L emitted from the
1、1a…HUD、2…車両、3…ウィンドシールド、4…ダッシュボード、5…運転手、30…LCD、31…バックライト、31a…LED光源、31b…ヒートシンク、32a…ライトファネル、32b…導光体、32c…拡散板、33…表示素子、331…第1偏光板、332…第2偏光板、333…液晶層、34…フレキシブルケーブル、35…フレーム、36a…第1外装部材、36b…第2外装部材、41…自由曲面ミラー、42…ミラー駆動部、43…レンズ、49…折返しミラー、50…外装筐体、51…外装蓋部、52…防眩板、53…光学部品保持部材、54…外装ケース、70…メイン基板、80…虚像 1, 1a ... HUD, 2 ... Vehicle, 3 ... Windshield, 4 ... Dashboard, 5 ... Driver, 30 ... LCD, 31 ... Backlight, 31a ... LED light source, 31b ... Heat sink, 32a ... Light funnel, 32b ... Light guide body, 32c ... Diffusing plate, 33 ... Display element, 331 ... First polarizing plate, 332 ... Second polarizing plate, 333 ... Liquid crystal layer, 34 ... Flexible cable, 35 ... Frame, 36a ... First exterior member, 36b ... Second exterior member, 41 ... Free curved mirror, 42 ... Mirror drive unit, 43 ... Lens, 49 ... Folded mirror, 50 ... Exterior housing, 51 ... Exterior lid, 52 ... Anti-glare plate, 53 ... Optical component holding Member, 54 ... Exterior case, 70 ... Main board, 80 ... Virtual image
Claims (5)
光源と、
前記光源からの光を透過させて、虚像として表示する映像光を出射する表示素子と、
前記映像光を拡大投射する投射光学系と、を含み、
前記投射光学系は、前記表示素子に近い位置から順に前記映像光の出射方向に沿って配
置されたレンズと自由曲面ミラーと、を含み、
前記レンズは、透過性を有する樹脂からなる樹脂成型品であり、当該レンズに前記映像
光が入射するレンズ入射面と、当該レンズから前記映像光が出射するレンズ出射面と、前
記レンズ入射面及び前記レンズ出射面を連続させるレンズ周面と、を含み、
前記レンズ周面の表面粗さは、前記レンズ入射面の表面粗さと同じとなるように表面加
工され、又は前記映像光が前記レンズ内で発散して前記レンズ周面に当たり、前記レンズ
の内部に向かって反射することを抑制する表面粗さとなるように前記レンズ周面が表面加
工され、
前記レンズ周面には射出成型時に樹脂を注入した位置を示すゲート痕が形成され、前記
ゲート痕の表面粗さは、前記レンズ入射面の表面粗さと同じになるように研磨加工され、
又は前記映像光が前記レンズ内で発散して前記レンズ周面に当たり、前記レンズの内部に
向かって反射することを抑制する表面粗さとなるように研磨加工される、
ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。 A head-up display device that displays a virtual image to the driver of a vehicle.
Light source and
A display element that transmits light from the light source and emits image light to be displayed as a virtual image.
Includes a projection optical system that magnifies and projects the image light.
The projection optical system includes a lens and a free-form surface mirror arranged along the emission direction of the image light in order from a position closest to the display element.
The lens is a resin molded product made of a transmissive resin, and has a lens incident surface on which the image light is incident on the lens, a lens emitting surface on which the image light is emitted from the lens, a lens incident surface, and the lens incident surface. Including a lens peripheral surface that makes the lens emission surface continuous,
The surface roughness of the peripheral surface of the lens is surface-processed so as to be the same as the surface roughness of the incident surface of the lens, or the image light is diverged in the lens and hits the peripheral surface of the lens to enter the inside of the lens. The peripheral surface of the lens is surface-processed so as to have a surface roughness that suppresses reflection toward the lens.
A gate mark indicating the position where the resin was injected at the time of injection molding is formed on the peripheral surface of the lens, and the surface roughness of the gate mark is polished so as to be the same as the surface roughness of the incident surface of the lens.
Alternatively, the image light is diverged in the lens, hits the peripheral surface of the lens, and is polished so as to have a surface roughness that suppresses reflection toward the inside of the lens.
A head-up display device characterized by that.
光源と、
前記光源からの光を透過させて、虚像として表示する映像光を出射する表示素子と、
前記映像光を拡大投射する投射光学系と、を含み、
前記投射光学系は、前記表示素子に近い位置から順に前記映像光の出射方向に沿って配
置されたレンズと自由曲面ミラーと、を含み、
前記レンズは、ガラス切削品であり、当該レンズに前記映像光が入射するレンズ入射面
と、当該レンズから前記映像光が出射するレンズ出射面と、前記レンズ入射面及び前記レ
ンズ出射面を連続させるレンズ周面と、を含み、
前記レンズ周面の表面粗さは、前記レンズ入射面の表面粗さと同じとなるように表面加
工され、又は前記映像光が前記レンズ内で発散して前記レンズ周面に当たり、前記レンズ
の内部に向かって反射することを抑制する表面粗さとなるように前記レンズ周面が表面加
工され、
前記レンズ周面はガラスを切削加工したガラス切削仕上げ面を含み、前記ガラス切削仕
上げ面の表面粗さは、前記レンズ入射面の表面粗さと同じになるように研磨加工され、又
は前記映像光が前記レンズ内で発散して前記レンズ周面に当たり、前記レンズの内部に向
かって反射することを抑制する表面粗さとなるように研磨加工される、
ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。 A head-up display device that displays a virtual image to the driver of a vehicle.
Light source and
A display element that transmits light from the light source and emits image light to be displayed as a virtual image.
Includes a projection optical system that magnifies and projects the image light.
The projection optical system includes a lens and a free-form surface mirror arranged along the emission direction of the image light in order from a position closest to the display element.
The lens is a cut glass product, and the lens incident surface on which the image light is incident on the lens, the lens emitting surface on which the image light is emitted from the lens, the lens incident surface, and the lens emitting surface are continuous. Including the lens peripheral surface,
The surface roughness of the peripheral surface of the lens is surface-processed so as to be the same as the surface roughness of the incident surface of the lens, or the image light is diverged in the lens and hits the peripheral surface of the lens to enter the inside of the lens. The peripheral surface of the lens is surface-processed so as to have a surface roughness that suppresses reflection toward the lens.
The peripheral surface of the lens includes a glass-cut finished surface obtained by cutting glass, and the surface roughness of the glass-cut finished surface is polished so as to be the same as the surface roughness of the lens incident surface, or the image light is emitted. It is polished so as to have a surface roughness that diverges in the lens, hits the peripheral surface of the lens, and suppresses reflection toward the inside of the lens.
A head-up display device characterized by that.
前記レンズ及び前記自由曲面ミラーを保持する光学部品保持部材を含み、前記光学部品保持部材における前記レンズに対向する面に植毛布を貼り付け、または低反射塗料による塗装を施す、
ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。 The head-up display device according to claim 2.
An optical component holding member that holds the lens and the free-form surface mirror is included, and a blanket is attached to or painted with a low-reflection paint on the surface of the optical component holding member that faces the lens .
A head-up display device characterized by that.
前記表示素子は、前記映像光を出射する素子出射面を含む液晶表示パネルであり、
前記レンズ入射面は、前記液晶表示パネルに対向して、
前記レンズ入射面を前記映像光の光軸に沿って前記液晶表示パネルに投影した際に形成
される投影面は、前記素子出射面において前記映像光を出射する素子有効領域に含まれ、
前記投影面の大きさが前記素子有効領域と同じであり、または前記素子有効領域より小さ
い、
ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。 The head-up display device according to claim 1 or 2.
The display element is a liquid crystal display panel including an element emission surface that emits the image light.
The lens incident surface faces the liquid crystal display panel,
The projection surface formed when the lens incident surface is projected onto the liquid crystal display panel along the optical axis of the image light is included in the element effective region that emits the image light on the element emission surface.
The size of the projection surface is the same as the effective area of the element, or smaller than the effective area of the element.
A head-up display device characterized by that.
前記投射光学系は、前記レンズと前記自由曲面ミラーとの間に、前記レンズ出射面から
出射された前記映像光を前記自由曲面ミラーに向けて反射する折返しミラーを更に含む、
ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。 The head-up display device according to claim 1 or 2.
The projection optical system further includes a folded mirror between the lens and the free curved mirror, which reflects the image light emitted from the lens emitting surface toward the free curved mirror.
A head-up display device characterized by that.
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