JPWO2019102775A1 - Head-up display device - Google Patents
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Abstract
偏光サングラスを着用しても視認者が表示光を視認することができるヘッドアップディスプレイ装置を提供する。ヘッドアップディスプレイ装置10は、表示器20が出射した画像を表す表示光Lを反射部30で反射させ、反射部30で反射した表示光Lを出射部41より出射して視認者Mの前方の虚像Vにより視認させるヘッドアップディスプレイ装置10であって、出射部41は、透光性を有する合成樹脂シート50を備え、合成樹脂シート50には、表示器20が出射した表示光Lとしての直線偏光が入射し、合成樹脂シート50は、入射した直線偏光を円偏光又はランダム偏光として出射する位相差機能を有し、出射部41から、円偏光又はランダム偏光としての表示光Lを出射する。Provided is a head-up display device capable of allowing a viewer to visually recognize the display light even when wearing polarized sunglasses. The head-up display device 10 reflects the display light L representing the image emitted by the display 20 by the reflecting unit 30, emits the display light L reflected by the reflecting unit 30 from the emitting unit 41, and is in front of the viewer M. A head-up display device 10 that is visually recognized by a phantom image V. The emitting unit 41 includes a translucent synthetic resin sheet 50, and the synthetic resin sheet 50 has a straight line as the display light L emitted by the display 20. Polarized light is incident, and the synthetic resin sheet 50 has a phase difference function of emitting the incident linearly polarized light as circularly polarized light or randomly polarized light, and emits display light L as circularly polarized light or randomly polarized light from the emitting unit 41.
Description
本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置に関する。 The present invention relates to a head-up display device.
従来のヘッドアップディスプレイ装置は、例えば、特許文献1に開示されるように、表示器から発せられる画像を表す表示光を凹面鏡で拡大し、この拡大した表示光をフロントガラスに照射する。視認者(運転者)は、フロントガラスに反射した表示光を受けることで、フロントガラスを通じて見える背景に、その表示光による虚像を重ねて視認することができる。
In a conventional head-up display device, for example, as disclosed in
特許文献1に記載のヘッドアップディスプレイ装置は、表示器として液晶表示素子を2枚の偏光板で挟みこんだ液晶表示器を備える。この液晶表示器からの表示光は、通常、偏光板によって直線偏光のS偏光成分として出射されるように設定されている。
一方、偏光サングラスは、その機能から一般的に、直線偏光のP偏光成分を視認し、S偏光成分はカットするように構成されている。
そのため、視認者が偏光サングラスを着用した場合には、ヘッドアップディスプレイ装置における表示光が偏光サングラスを透過せず、その表示光による虚像を視認することができなくなってしまう。The head-up display device described in
On the other hand, polarized sunglasses are generally configured to visually recognize the P-polarized component of linearly polarized light and cut the S-polarized component due to its function.
Therefore, when the viewer wears polarized sunglasses, the display light in the head-up display device does not pass through the polarized sunglasses, and the virtual image due to the display light cannot be visually recognized.
本発明は、上記実状を鑑みてなされたものであり、偏光サングラスを着用しても視認者が表示光を視認することができるヘッドアップディスプレイ装置を提供することを目的とする。 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 capable of allowing a viewer to visually recognize the display light even when wearing polarized sunglasses.
上記目的を達成するため、本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、
表示器が出射した画像を表す表示光を反射部で反射させ、前記反射部で反射した前記表示光を出射部より出射して視認者の前方の虚像により視認させるヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記出射部は、透光性を有する合成樹脂シートを備え、
前記合成樹脂シートには、前記表示器が出射した前記表示光としての直線偏光が入射し、
前記合成樹脂シートは、入射した前記直線偏光を円偏光又はランダム偏光として出射する位相差機能を有し、
前記出射部から、前記円偏光又は前記ランダム偏光としての前記表示光を出射する、
ことを特徴とする。In order to achieve the above object, the head-up display device of the present invention
A head-up display device that reflects display light representing an image emitted by a display unit at a reflecting unit, and emits the display light reflected by the reflecting unit from an emitting unit to visually recognize it by a virtual image in front of the viewer.
The exit portion includes a translucent synthetic resin sheet.
Linearly polarized light emitted from the display as the display light is incident on the synthetic resin sheet.
The synthetic resin sheet has a phase difference function of emitting the incident linearly polarized light as circularly polarized light or randomly polarized light.
The display light as the circularly polarized light or the randomly polarized light is emitted from the emitting unit.
It is characterized by that.
本発明によれば、偏光サングラスを着用しても表示光を視認することができる。 According to the present invention, the display light can be visually recognized even when wearing polarized sunglasses.
以下に、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置の一実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of the head-up display device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置10は、図1に示すように、例えば、車両1のダッシュボード内に設置される。ヘッドアップディスプレイ装置10は、車両1のフロントガラス2に向けて画像を表す表示光Lをケース40の出射部41から出射する。視認者M(主に車両1の運転者)は、フロントガラス2で反射した表示光Lを受けて、フロントガラス2を通して見える背景に重畳した虚像Vを視認する。
As shown in FIG. 1, the head-up
ヘッドアップディスプレイ装置10は、図2に示すように、表示器20と、反射部30と、ケース40とを備え、ケース40は、出射部41を備える。
As shown in FIG. 2, the head-up
表示器20は、液晶表示器で構成され、液晶表示パネル21と、発光素子22と、配線基板23と、を備える。液晶表示パネル21は、透明電極膜が形成された一対の透光性基板に液晶を封入した液晶セル21aと、液晶セル21aの前面に貼着された偏光板21bと、液晶セル21aの後面に貼着された偏光板21cと、からなり、ケース体24に保持される。発光素子22は、液晶表示パネル21の後方に配置され、液晶表示パネル21を透過照明する。発光素子22は、配線基板23に実装されている。ケース体24は、略角筒形状とされ、ケース体24の後端部は、図示しない放熱部材に固定され、放熱できるようにしてある。
The
反射部30は、平面鏡31と、凹面鏡32と、を備える。平面鏡31は、支持部材を介してケース40に固定されている。液晶表示パネル21から出射された画像を表す表示光Lは、平面鏡31で反射され、凹面鏡32に向けて出射される。
The reflecting
凹面鏡32は、樹脂(例えばポリカーボネート)に金属(例えばアルミニウム)を蒸着させて凹面状の反射面を形成したものである。凹面鏡32は、図示しないミラーホルダーに両面粘着テープにより接着される。凹面鏡32によって、平面鏡31で反射された表示光Lが拡大され、拡大された虚像Vを表示することができる。凹面鏡32には、角度調整機構が備えられており、ミラーホルダーを介して歯車とステッピングモータによって駆動され、凹面鏡32の角度を調整できるようにケース40に支持されている。
これにより、視認者Mは、押しボタンスイッチなどの操作で画像を表す表示光Lが目の位置に反射されるように(即ち、虚像Vを視認できるように)凹面鏡32の角度を調整する。The
As a result, the viewer M adjusts the angle of the
ケース40は、樹脂(例えばポリプロピレン)からなり、表示器20及び反射部30などの構成機器が収容される。ケース40は、上面に表示器20が発した表示光Lが出射する、開口された出射部41が形成されており、出射部41を介して表示光Lがフロントガラス2に向けて出射される。この出射部41を構成する開口を塞ぐようにカバーガラスとして機能する合成樹脂シート50が貼着されている。合成樹脂シート50については、後述する。
ケース40には、図示省略したが、回路基板が収容されている。回路基板には、液晶表示パネル21を駆動する駆動回路や発光素子22を駆動する駆動回路が搭載される。回路基板と、液晶表示パネル21の配線基板23と、が配線部材によって電気的に接続されている。The
Although not shown, the
このように構成したヘッドアップディスプレイ装置10では、液晶表示パネル21から出射される画像を表す表示光Lは、液晶セル21aの前面に貼着された偏光板21bによって直線偏光とされ、S偏光成分の表示光Lとなっている。この表示光Lは、反射部30の平面鏡31で反射され、さらに凹面鏡32を介してケース40の開口した出射部41から出射される。
したがって、出射部41から出射される表示光Lは、直線偏光のS偏光成分であることから、視認者Mは、偏光サングラスGを着用している場合には、S偏光成分が遮られるため、虚像Vを視認することができない。
そこで、ケース40の出射部41に、合成樹脂シート50を設け、位相差機能によって直線偏光の表示光Lを円偏光またはランダム偏光に偏光する。In the head-up
Therefore, since the display light L emitted from the
Therefore, a
合成樹脂シート50は、合成樹脂シート自体に直線偏光を円偏光またはランダム偏光に変換する位相差機能を備えており、λ/4板(1/4波長板)と同一の機能を有する高複屈折基材である。合成樹脂シート50は、合成樹脂シート50を透過する光に、直交する2つの偏光成分間に位相差π/2(90°)を与える複屈折シートである。これにより、合成樹脂シート50を透過する光は、透過前後で位相がπ/2ずれることになる。合成樹脂シート50は、進相軸(fast軸)と遅相軸(slow軸)とを有しており、進相軸に対して±45°の角度で入射した直線偏光の光を円偏光(またはランダム偏光)に変換する。
合成樹脂シート50は、液晶表示パネル21の表側(視認側)の偏光板21bの吸収軸(偏光軸とは直角な軸)と合成樹脂シート50の遅相軸とのなす角が略45°となるように出射部41に取り付けられる。この合成樹脂シート50は、ヘッドアップディスプレイ装置10の開口した出射部41を覆うカバーガラスに代えて用いられ、例えば2次曲面の外形に加工されて両面テープなどで出射部41の周囲に貼り付けて取り付けられる。The
In the
合成樹脂シート50は、透明性の高分子シートが用いられ、例えばポリカーボネート(PC:poly carbonate)やポリエチレンテレフタレート(PET:Poly ethylene terephthalate)が好ましく用いられるほか、他の高分子シートを用いることができる。
合成樹脂シート50は、高リタデーションを有し、例えばリタデーションが8000nm程度であり、厚みが300μm以上、さらに好ましくは400μm以上のものが用いられる。ここで、リタデーションとは、高分子シートの複屈折と厚さの積である。
リタデーションが小さく3000nmでは複屈折体として機能しない。厚さが300μmより薄いとカバーガラスとしての剛性を確保することができず、厚さの上限は、厚くなると2重像が生じてしまうため、2重像の生じない範囲の厚さとされる。
合成樹脂シート50は、例えば、ポリカーボネートシートで構成する場合、ポリカーボネートを溶融し、シート状に押し出し成形し、これをガラス転移温度以上の温度で一方向又は二方向に延伸することで、高リタデーションシートとすることができる。リタデーションは、延伸倍率、延伸温度、シート厚さを調整することで設定でき、延伸倍率が高いほど、延伸温度が低いほど、シート厚みが厚いほど大きくなる傾向があることが知られている。As the
The
The retardation is small and does not function as a birefringent at 3000 nm. If the thickness is thinner than 300 μm, the rigidity of the cover glass cannot be ensured, and the upper limit of the thickness is set to a thickness within a range in which a double image is not generated because a double image is generated when the thickness is increased.
When the
このような高複屈折基材としての合成樹脂シート50を出射部41に設けておき、凹面鏡32で反射された表示光Lを、合成樹脂シート50を透過させて出射することで、直線偏光の表示光Lが合成樹脂シート50の位相差機能によって円偏光(またはランダム偏光)の光に変換される。
これにより、合成樹脂シート50を透過した光は、円偏光またはランダム偏光の光となってフロントガラス2で反射されて視認者Mに届くことになり、偏光サングラスGを着用していても虚像Vが遮られることなく視認できる。
また、合成樹脂シート50は、厚さが300μm以上のものが使用されることで、これまでのカバーガラスに代えて用いても必要な剛性を確保することができる。A
As a result, the light transmitted through the
Further, by using a
合成樹脂シート50は、表示光Lの出射側、すなわちケース40の外側に位置する表面に透過性のハードコート層51が設けられている(図3参照)。ハードコート層51は、熱硬化性樹脂や紫外線硬化性樹脂などを合成樹脂シート50に塗布することで形成される。これにより、合成樹脂シート50の表面を傷などの損傷から保護することができる。
なお、ハードコート層51は、透過性の樹脂を塗布して形成する場合に限らず、他の合成樹脂フィルムを貼着して設けるようにしても良い。
合成樹脂シート50は、表示器20側、すなわちケース40の内側に位置する表面に遮光性の印刷層52が設けられ、表示光Lによる画像の可視範囲外の領域を覆うように設けてある(図3参照)。これにより、ケース40内の可視範囲以外を印刷層52で目隠しされた状態にしている。The
The
The
また、出射部41は、合成樹脂シート50の表示器20側に貼り合わされた偏光機能フィルム53を備え、偏光機能フィルム53は、表示器20が出射した表示光Lを直線偏光として、合成樹脂シート50に入射させるようにしてある。つまり、合成樹脂シート50は、表示器20側、すなわちケース40の内側に位置する表面に偏光機能フィルム53が貼り合わされている。偏光機能フィルム53は、表示器20の液晶表示パネル21から直線偏光のS偏光成分のほか迷光が発せられる場合に,迷光を遮ることができ、ゴースト像の発生を防止できる。また、凹面鏡32で反射された表示光Lが、合成樹脂シート50の遅相軸とのなす角が略45°となるように配置する必要があるが、合成樹脂シート50に予め偏光機能フィルム53を設けることで遅相角に対する調整ができ、ヘッドアップディスプレイ装置10の組み立てが容易となる。
さらに、偏光機能フィルム53は、ケース40内部への太陽光の入射をカットする(防ぐ)機能を有する。Further, the emitting
Further, the
また、偏光機能フィルム53を設ける場合には、図4に示すように、印刷層52は、偏光機能フィルム53の可視範囲以外を目隠しするように設ける。この場合には、印刷層52と重ねて偏光機能フィルム53を設ける必要はなく、印刷層52の内側に偏光機能フィルム53を貼着する。これにより、印刷層52の内側に偏光機能フィルム53を貼着することで、合成樹脂シート50の全面に設ける場合に比べ、小さな偏光機能フィルム53とすることができる。
なお、図示省略したが、印刷層52は、合成樹脂シート50と偏光機能フィルム53との間に設けるようにしても良い。When the
Although not shown, the
以上、実施形態とともに、具体的に説明したように本発明のヘッドアップディスプレイ装置10によれば、表示器20が出射した画像を表す表示光Lを反射部30で反射させ、反射部30で反射した表示光Lを出射部41より出射して視認者Mの前方の虚像Vにより視認させるヘッドアップディスプレイ装置10であって、出射部41は、透光性を有する合成樹脂シート50を備え、合成樹脂シート50には、表示器20が出射した表示光Lとしての直線偏光が入射し、合成樹脂シート50は、入射した直線偏光を円偏光又はランダム偏光として出射する位相差機能を有し、出射部41から、円偏光又はランダム偏光としての表示光Lを出射するので、直線偏光の表示光Lが合成樹脂シート50の位相差機能によって円偏光(またはランダム偏光)の光に変換される。これにより、合成樹脂シート50を透過した光は、円偏光またはランダム偏光の光となってフロントガラス2で反射されて視認者Mに届くことになり、偏光サングラスGを着用していても虚像Vが遮られることなく視認することができる。
また、合成樹脂シート50だけで位相差機能を備えているので、これまでの基材シートに位相差板を貼り合わせて構成する場合に比べ、薄くすることができ、各層の光学特性のばらつきによる輝度や透過率のばらつきの影響を抑えて偏光サングラスGの着用による視認性を向上することができる。As described above, as described specifically with the embodiment, according to the head-up
Further, since the
本発明のヘッドアップディスプレイ装置10によれば、出射部41は、合成樹脂シート50の表示器20側に貼り合わされた偏光機能フィルム53を備え、偏光機能フィルム53は、表示器20が出射した表示光Lを直線偏光として、合成樹脂シート50に入射させるので、表示器20から迷光が発せられる場合に,迷光を遮ることができ、ゴースト像の発生を防止でき、偏光サングラスの着用による視認性を向上することができる。
また、表示器20からの表示光Lが、合成樹脂シート50の遅相軸とのなす角が略45°となるように配置する必要があるが、合成樹脂シート50に予め偏光機能フィルム53を設けることで、遅相角に対する調整が予めでき、ヘッドアップディスプレイ装置10の組み立てが容易となる。According to the head-up
Further, it is necessary to arrange the display light L from the
本発明のヘッドアップディスプレイ装置10によれば、合成樹脂シート50は、厚さが300μm以上であるので、薄くても剛性や耐久性が高く、これまでのガラスカバーに代えて用いることで必要な剛性や耐久性を確保することができ、2重像の発生も抑えることができ、偏光サングラスの着用による視認性を向上することができる。
According to the head-up
本発明のヘッドアップディスプレイ装置10によれば、合成樹脂シート50の表示光Lの出射側に、ハードコート層51が設けられているので、合成樹脂シート50の表面を保護することで、傷や損傷を防止でき、視認性や耐久性を高めることができ、偏光サングラスの着用による視認性を向上することができる。
According to the head-up
本発明のヘッドアップディスプレイ装置10によれば、合成樹脂シート50の表示器20側に位置する遮光性の印刷層52を備え、印刷層52は、表示光Lが表す画像の可視範囲外に相当する領域に設けられているので、合成樹脂シート50の視認に必要のない領域を印刷層52で目隠しすることができ、ヘッドアップディスプレイ装置10として必要な可視範囲を明確にすることができ、偏光サングラスの着用による視認性を向上することができる。
According to the head-up
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものでなく、種々の変形が可能であり、例えば、合成樹脂シート50は2次曲面で形成する場合に限らず、平面状であっても良い。
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible. For example, the
上記の実施形態では、ヘッドアップディスプレイ装置10は車載する場合を例に説明したが、車載用に限らず、飛行機、船等の乗り物に搭載されるものであっても良い。
In the above embodiment, the case where the head-up
1 車両
2 フロントガラス
10 ヘッドアップディスプレイ装置
20 表示器
21 液晶表示パネル
21a 液晶セル
21b 偏光板
21c 偏光板
22 発光素子
23 配線基板
24 ケース体
30 反射部
31 平面鏡
32 凹面鏡
40 ケース
41 出射部
50 合成樹脂シート
51 ハードコート層
52 印刷層
53 偏光機能フィルム
G 偏光サングラス
L 表示光
M 視認者
V 虚像1
Claims (5)
前記出射部は、透光性を有する合成樹脂シートを備え、
前記合成樹脂シートには、前記表示器が出射した前記表示光としての直線偏光が入射し、
前記合成樹脂シートは、入射した前記直線偏光を円偏光又はランダム偏光として出射する位相差機能を有し、
前記出射部から、前記円偏光又は前記ランダム偏光としての前記表示光を出射する、
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 reflects display light representing an image emitted by a display unit at a reflecting unit, and emits the display light reflected by the reflecting unit from an emitting unit to visually recognize it by a virtual image in front of the viewer.
The exit portion includes a translucent synthetic resin sheet.
Linearly polarized light emitted from the display as the display light is incident on the synthetic resin sheet.
The synthetic resin sheet has a phase difference function of emitting the incident linearly polarized light as circularly polarized light or randomly polarized light.
The display light as the circularly polarized light or the randomly polarized light is emitted from the emitting unit.
A head-up display device characterized by this.
前記偏光機能フィルムは、前記表示器が出射した前記表示光を前記直線偏光として、前記合成樹脂シートに入射させる、
ことを特徴とする請求項1に記載のヘッドアップディスプレイ装置。The emitting portion includes a polarizing functional film attached to the display side of the synthetic resin sheet.
In the polarizing function film, the display light emitted by the display is used as the linearly polarized light and is incident on the synthetic resin sheet.
The head-up display device according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のヘッドアップディスプレイ装置。The synthetic resin sheet has a thickness of 300 μm or more.
The head-up display device according to claim 1 or 2.
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。A hard coat layer is provided on the emission side of the display light of the synthetic resin sheet.
The head-up display device according to any one of claims 1 to 3.
前記印刷層は、前記表示光が表す画像の可視範囲外に相当する領域に設けられている、
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。A light-shielding printing layer located on the display side of the synthetic resin sheet is provided.
The print layer is provided in a region corresponding to a region outside the visible range of the image represented by the display light.
The head-up display device according to any one of claims 1 to 4.
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