KR101940946B1

KR101940946B1 - 헤드업 디스플레이 장치

Info

Publication number: KR101940946B1
Application number: KR1020177034717A
Authority: KR
Inventors: 다카히로 남바라
Original assignee: 가부시키가이샤 덴소
Priority date: 2015-06-05
Filing date: 2016-05-10
Publication date: 2019-01-21
Also published as: KR20170142196A; WO2016194305A1; DE112016002506T5; JP6354667B2; US20180136463A1; US10606074B2; JP2017003649A; CN107615135A

Abstract

HUD 장치를 제공한다. HUD 장치는, 발광 소자를 갖는 광원부와, 광원부와 대향하고, 광원 광을 집광하는 콘덴서 렌즈와, 콘덴서 렌즈측으로부터의 광원 광을 재차 집광하여, 소정의 각도로 투사하는 필드 렌즈와, 필드 렌즈측으로부터의 광원 광이 입사함으로써 화상을 형성하고, 윈드쉴드측을 향하여 화상의 광을 사출하는 화상 형성 소자를 구비한다. 필드 렌즈는, 콘덴서 렌즈측 및 화상 형성 소자측 중 적어도 한쪽의 면에, 복수의 광학면이 이어지는 복합면을 갖는다. 콘덴서 렌즈는, 광원 광을 확산하는 확산부를 갖는다.

Description

헤드업 디스플레이 장치

<관련 출원의 상호 참조>

본 출원은, 2015년 6월 5일에 출원된 일본 특허 출원 제2015-114904호에 기초하는 것이고, 그 개시를 여기에 참조에 의해 원용한다.

본 개시는, 이동체에 탑재되고, 화상을 탑승원에 의해 시인 가능하게 허상 표시하는 헤드업 디스플레이 장치(이하, HUD 장치를 약칭으로 한다)에 관한 것이다.

이동체에 탑재되고, 화상을 탑승원에 의해 시인 가능하게 허상 표시하는 HUD 장치가 알려져 있다. 특허문헌 1에 기재된 HUD 장치에서는, 광원 광을 발하는 발광 소자를 갖는 광원부와, 광원부와 대향하고, 광원 광을 집광하는 콘덴서 렌즈와, 콘덴서 렌즈측으로부터의 광원 광을 재차 집광하여, 소정의 각도로 투사하는 필드 렌즈를 구비하고 있다. 또한, HUD 장치는, 필드 렌즈측으로부터의 광원 광이 입사함으로써 화상을 형성하고, 투영 부재측을 향하여 화상의 광을 사출하는 화상 형성 소자를 구비하고 있다.

여기서, 필드 렌즈는, 콘덴서 렌즈측 및 화상 형성 소자측의 양쪽의 면에 있어서, 단일의 광학면으로 이루어지는 단일면을 각각 형성하고 있다. 그리고, 콘덴서 렌즈와 필드 렌즈 사이에는, 광원 광을 확산하는 확산부로서, 확산판이 배치되어 있다.

JP2007-108429A

그런데, 이러한 HUD 장치에서는, 광원부의 발광 소자로부터 발해지는 광이 발광 개소 또는 방향에 따라 상이한 색이 되어 버리는 경우가 있고, 이것에 기인한 허상 표시의 색 불균일의 발생이 염려되고 있다. 따라서 본원 발명자는, 필드 렌즈에 있어서, 콘덴서 렌즈측 및 화상 형성 소자측 중 적어도 한쪽의 면에, 복수의 광학면이 이어지는 복합면을 채용함으로써, 복수의 광학면에 의해, 방향에 따라 상이한 색의 광원 광을 서로 혼합하여, 색 불균일을 억제하는 것을 생각했다.

이러한 필드 렌즈에 의해 색 불균일의 억제 효과가 얻어지지만, 한편, 특허문헌 1과 같은 확산판의 배치에서는, 콘덴서 렌즈를 투과한 후의 광원 광이 단위 면적당 광량이 낮아진 상태에서 확산판에 입사한다. 이로 인해, 확산된 광의 밀도가 저하되므로, 투영 부재에 투영되는 허상 표시의 휘도를 충분히 높일 수 없었다.

이상을 감안하여, 본 개시의 목적의 하나는, 색 불균일의 억제와 높은 휘도를 양립하는 것을 갖고, 허상 표시의 시인성이 양호한 HUD 장치를 제공하는 데 있다.

본 개시의 일측면의 헤드업 디스플레이 장치는, 이동체에 탑재되고, 투영 부재에 화상을 투영함으로써, 화상을 탑승원에 의해 시인 가능하게 허상 표시하는 헤드업 디스플레이 장치이며, 광원 광을 발하는 발광 소자를 갖는 광원부와, 광원부와 대향하고, 광원 광을 집광하는 콘덴서 렌즈와, 콘덴서 렌즈측으로부터의 광원 광을 재차 집광하여, 소정의 각도로 투사하는 필드 렌즈와, 필드 렌즈측으로부터의 광원 광이 입사함으로써 화상을 형성하고, 투영 부재측을 향하여 화상의 광을 사출하는 화상 형성 소자를 구비한다. 필드 렌즈는, 콘덴서 렌즈측 및 화상 형성 소자측 중 적어도 한쪽의 면에, 복수의 광학면이 이어지는 복합면을 갖는다. 콘덴서 렌즈는, 광원 광을 확산하는 확산부를 갖는다.

이러한 헤드업 디스플레이 장치에 의하면, 광원부의 발광 소자가, 예를 들어 발광 개소 또는 방향에 따라 상이한 색의 광원 광을 발하면, 광원 광은, 먼저 처음에, 광원부와 대향하는 콘덴서 렌즈에 입사하게 된다. 여기서, 확산부를 갖는 콘덴서 렌즈는, 단위 면적당 광량이 높은 상태의 광원 광을 확산하면서, 집광한다. 이렇게 하여 확산된 광원 광에 대하여, 상이한 색을 혼합할 수 있으면서, 광의 밀도의 저하가 억제된다.

콘덴서 렌즈 투과 후, 필드 렌즈에 있어서의 복수의 광학면이 이어지는 복합면에 의해, 상이한 색의 광원 광이 재차 혼합된다. 이러한 광원 광에 의해 형성된 화상이 투영 부재에 투영되므로, 색 불균일의 억제와 높은 휘도가 양립되어, 허상 표시의 시인성이 양호한 HUD 장치를 제공할 수 있다.

본 개시에 관한 상기 및 다른 목적, 특징이나 이점은, 첨부 도면을 참조한 하기 상세한 설명으로부터, 보다 명확해진다. 첨부 도면에 있어서,
도 1은 제1 실시 형태에 있어서의 HUD 장치의 차량에 대한 탑재 상태를 도시하는 모식도이다.
도 2는 제1 실시 형태에 있어서의 광원부, 콘덴서 렌즈, 필드 렌즈 및 액정 패널의 개략 구성을 도시하는 모식도이다.
도 3은 제1 실시 형태에 있어서의 발광 소자를 콘덴서 렌즈측으로부터 본 도면이다.
도 4는 제1 실시 형태에 있어서의 발광 소자가 발하는 광원 광의 색에 대하여 설명하기 위한 색도도이다.
도 5는 제1 실시 형태에 있어서의 필드 렌즈를 일부 확대하여 도시하는 도면이며, 광원부 및 콘덴서 렌즈와의 위치 관계를 설명하기 위한 모식도이다.
도 6은 비교예에 있어서의 아이박스 상단부로부터 관찰된 허상 표시를 나타내는 실험 화상이다.
도 7은 제1 실시 형태에 있어서의 도 6에 대응하는 도면이다.
도 8은 제2 실시 형태에 있어서의 도 2에 대응하는 도면이다.
도 9는 비교예에 있어서의 아이박스 우측 단부로부터 관찰된 허상 표시를 나타내는 시뮬레이션 화상이다.
도 10은 제2 실시 형태에 있어서의 도 9에 대응하는 도면이다.
도 11은 변형예 3에 있어서의 도 5에 대응하는 도면이다.
도 12는 변형예 4에 있어서의 필드 렌즈를 도시하는 모식도이다.

이하, 본 발명의 복수의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다. 또한, 각 실시 형태에 있어서 대응하는 구성 요소에는 동일한 부호를 부여함으로써, 중복되는 설명을 생략하는 경우가 있다. 각 실시 형태에 있어서 구성의 일부분만을 설명하고 있는 경우, 당해 구성의 다른 부분에 대해서는, 선행하여 설명한 다른 실시 형태의 구성을 적용할 수 있다. 또한, 각 실시 형태의 설명에 있어서 명시하고 있는 구성의 조합뿐만 아니라, 특별히 조합에 지장이 발생하지 않으면, 명시하지 않아도 복수의 실시 형태의 구성끼리를 부분적으로 조합할 수 있다.

(제1 실시 형태)

도 1에 도시한 바와 같이, 제1 실시 형태에 의한 HUD 장치(100)는, 이동체의 일종인 차량(1)에 탑재되고, 인스트루먼트 패널(2) 내에 수용되어 있다. HUD 장치(100)는, 차량(1)의 투영 부재로서의 윈드쉴드(3)에 화상을 투영한다. 화상의 광이 윈드쉴드(3)에 반사됨으로써, HUD 장치(100)는, 화상을 차량(1)의 탑승원에 의해 시인 가능하게 허상 표시한다. 즉, 윈드쉴드(3)에 반사되는 화상의 광이, 차량(1)의 실내에 있어서 탑승원의 눈에 도달하여, 당해 탑승원이 화상의 광을 허상 VI로서 지각한다. 그리고, 탑승원은, 허상 VI에 의해 각종 정보를 인식할 수 있다. 화상으로서 허상 표시되는 각종 정보로서는, 예를 들어 차속, 연료 잔량 등의 차량 상태값, 또는 도로 정보, 시계 보조 정보 등의 내비게이션 정보를 들 수 있다.

차량(1)의 윈드쉴드(3)는, 투광성의 유리 내지는 합성 수지 등에 의해 판상으로 형성되어 있다. 윈드쉴드(3)에 있어서, 실내측의 면은, 화상이 투영되는 투영면(3a)을 만곡하는 오목면상 또는 평탄한 평면상으로 형성하고 있다. 또한, 투영 부재로서, 윈드쉴드(3) 대신에 차량(1)과 별체로 되어 있는 컴바이너를 차량(1) 내에 설치하고, 당해 컴바이너에 화상을 투영하는 것이어도 된다.

이러한 HUD 장치(100)의 구체적 구성을, 도 1, 2에 기초하여, 이하에 설명한다. HUD 장치(100)는, 광원부(10), 콘덴서 렌즈(20), 필드 렌즈(30), 화상 형성 소자(40), 평면경(50) 및 오목경(52)을 구비하고 있고, 이들은 하우징(60)에 수용되고, 보유 지지되어 있다.

광원부(10)는, 광원용 회로 기판(12) 및 복수의 발광 소자(14)를 갖고 있다. 광원용 회로 기판(12)은, 당해 기판(12) 위의 배선 패턴을 통하여, 전원과 각 발광 소자(14)를 전기적으로 접속하고 있다. 각 발광 소자(14)는, 발열이 적은 발광 다이오드 소자이며, 통전에 의해 전류량에 따른 발광량으로 광원 광을 발한다. 특히 본 실시 형태에 있어서의 발광 소자(14)는, 청색 발광 다이오드 소자(14a)와, 당해 청색 발광 다이오드 소자를 덮는 황색 형광체(14b)를 갖는 백색 발광 다이오드 소자이다.

상세하게, 각 발광 소자(14)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 중앙부(15)에 배치된 칩상의 청색 발광 다이오드 소자(14a)를, 투광성을 갖는 합성 수지에 황색 형광제를 혼합한 황색 형광체(14b)에 의해 밀봉함으로써 형성되어 있다. 청색 발광 다이오드 소자(14a)로부터의 청색광에 의해, 황색 형광체(14b)가 여기되어 황색광을 발광하고, 청색광과 황색광의 합성에 의해 의사 백색의 광원 광이 실현된다.

그러나, 본원 발명자들의 발광 분포 실험에 의하면, 각 발광 소자의 중앙부(15)로부터 발해지는 광원 광 L1은, 도 4의 색도도에 있어서, 흑체 궤적 BL 중 색 온도 6500K 이상으로부터의 편차가 작은 청백의 광으로 되어 있다. 한편, 각 발광 소자의 주변부(16)로부터 발해지는 광원 광 L2는, 도 4의 색도도에 있어서, 흑체 궤적 BL로부터의 편차가 큰 황색광으로 되어 있다. 따라서, 발광 개소 또는 방향에 따라 상이한 색의 광원 광이, 각 발광 소자(14)로부터 발해지게 된다.

도 2에 도시한 바와 같이, 광원부(10)에 있어서, 각 발광 소자(14)는, 광원용 회로 기판(12)을 따른 배열 방향 Da로 일렬로 배열되어 있다. 이렇게 하여, 각 발광 소자(14)로부터의 광원 광은, 콘덴서 렌즈(20)에 입사한다.

콘덴서 렌즈(20)는, 투광성의 합성 수지 내지는 유리 등을 포함하고, 광원부(10)와 필드 렌즈(30) 사이에 배치되어 있다. 따라서, 콘덴서 렌즈(20)는, 광원부(10)와 대향하여 배치되어 있다.

상세하게, 콘덴서 렌즈(20)는, 발광 소자(14)와 동일수의 렌즈 소자(21)를 복수 배열하여 형성되어 있는 렌즈 어레이로 되어 있다. 각 렌즈 소자(21)는 배열 방향 Da로 배열되어 있음으로써, 각각 대응하는 각 발광 소자(14)와 대향하고 있다. 각 렌즈 소자(21)는 광원부(10)측에 있어서 제1 굴절면(22)을, 각 렌즈 소자(21)에 걸쳐 공통된 단일 평면상으로 갖고 있으며, 또한, 당해 제1 굴절면(22)에는 확산부(26)가 설치되어 있다. 구체적으로, 제1 굴절면(22)은, 거시적으로는 평면상으로 형성됨과 함께, 각 렌즈 소자(21)에 걸치는 확산부(26)로서 갈은 유리상의 미소하면서 또한 랜덤한 요철을 형성하고 있다. 여기서 확산부(26)의 헤이즈값은, 30％ 이상인 것이 바람직하고, 본 실시 형태에 있어서는 50％로 되어 있다.

또한 각 렌즈 소자(21)는 필드 렌즈(30)측에 있어서 제2 굴절면(24)을 매끄러운 볼록면상으로 형성하고 있다. 각 렌즈 소자(21)에 의한 콘덴서 렌즈(20)의 초점 거리는, 당해 콘덴서 렌즈(20)와 각 발광 소자(14) 사이의 거리보다도 크게 설정되어 있다.

이러한 콘덴서 렌즈(20)에 있어서, 각 발광 소자(14)로부터의 광원 광은, 대응하는 각 렌즈 소자(21)에 각각 입사하고, 확산부(26)에서 확산되면서, 굴절 작용에 의해 집광된다. 그리고, 광원 광은, 필드 렌즈(30)에 입사한다.

필드 렌즈(30)는, 투광성의 합성 수지 내지는 유리 등을 포함하고, 콘덴서 렌즈(20)와 화상 형성 소자(40) 사이에 배치되어 있다. 따라서, 필드 렌즈(30)는, 화상 형성 소자(40)와 대향하여 배치되어 있다. 필드 렌즈(30)는, 콘덴서 렌즈(20)측으로부터의 광원 광을 재차 집광하여, 화상 형성 소자(40)를 향하여 소정의 각도로 투사하는 렌즈이다.

본 실시 형태의 필드 렌즈(30)는, 복합형 프레넬 렌즈로 되어 있다. 구체적으로, 필드 렌즈(30)는 콘덴서 렌즈(20)측에 있어서 매끄러운 단일 평면상의 입사 광학면(32)을 형성하고 있다. 또한, 필드 렌즈(30)는, 화상 형성 소자(40)측에 있어서 복수의 광학면(35, 36)이 이어지는 복합면(34)을 형성하고 있다.

여기서, 도 5를 사용하면서, 복합면(34)에 대하여 보다 상세하게 설명한다. 복합면(34)은, 필드 렌즈(30) 중 각 발광 소자(14) 및 각 렌즈 소자(21)에 대응한 전체면에 걸쳐 형성되어 있다. 환언하면, 각 발광 소자(14) 및 각 렌즈 소자(21)로부터의 광원 광은, 반드시 복합면(34)을 통과하도록 되어 있다.

본 실시 형태의 복합면(34)은, 발광 소자(14)의 배열 방향 Da에 있어서, 집광 광학면(35)과 편향 광학면(36)이 교대로 이어지는 교대 배열 구조를 형성하고 있다.

집광 광학면(35)은, 가상 집광면 Sic를 배열 방향 Da로 소정 폭 Ws로 영역 분할한 1분할 영역으로서 형성되어 있다. 여기서, 가상 집광면 Sic는, 각 발광 소자(14) 및 각 렌즈 소자(21)와 동일수의 가상 렌즈 소자면 Sie를 배열한 가상 렌즈 어레이면이다. 가상 집광면 Sic의 각 가상 렌즈 소자면 Sie는, 화상 형성 소자(40)측으로 볼록해지는 볼록면상으로 되어 있고, 또한 그 배열 피치 Paf는, 콘덴서 렌즈(20)의 각 렌즈 소자(21)의 배열 피치 Pac와 실질적으로 동일하게 되어 있다.

편향 광학면(36)은, 가상 편향면 Sid를 발광 소자(14)의 배열 방향 Da로 소정 폭 Ws로 영역 분할한 일부 분할 영역으로서 형성되어 있다. 가상 편향면 Sid는, 가상 렌즈 소자면 Sie의 배열 피치 Paf의 반값마다, 역구배로 바뀌는 복수의 경사면 Sis에 의해 구성되어 있고, 각 경사면 Sis는 평면상으로 되어 있다. 여기서, 발광 소자(14)의 배열 방향 Da에 있어서, 각 경사면 Sis의 구배는, 대응하는 위치의 가상 집광면 Sic의 구배와는 역구배가 되도록 설정되어 있다.

여기서, 집광 광학면(35) 및 편향 광학면(36)의 영역 분할에 있어서의 소정 폭 Ws는, 다양하게 설정되어 있지만, 각 광학면(35, 36) 사이에서 새그양이 대략 일정해지도록 설정됨으로써, 필드 렌즈(30) 전체의 두께를 일정화하고 있다. 또한, 각 소정 폭 Ws는, 인접하는 발광 소자 사이의 피치 Ps보다도 작게 설정되어 있다. 이들 집광 광학면(35)과 편향 광학면(36)이 교대로 배열됨으로써, 가상 집광면 Sic 중 일부의 형상 및 가상 편향면 Sid 중 일부의 형상이 추출되어, 복합면(34) 상에 재현되어 있다. 또한, 도 5에서는 소정 폭 Ws 중 일부에만 그 치수가 나타나 있다.

집광 광학면(35) 중 각 가상 렌즈 소자면 Sie에 기초한 면 정점(35a)을 포함하는 각 집광 광학면(35)은, 각 발광 소자(14)의 중앙부(15)와 각 렌즈 소자(21)의 제2 굴절면(24)에 있어서의 면 정점(21a)을 연결하는 직선 Lt 상에 배치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 직선 Lt는, 발광 소자(14)의 배열 방향 Da와는 실질적으로 직교하고 있다.

이렇게 하여, 복합면(34) 중 집광 광학면(35)을 통과하는 광원 광은 집광된다. 상세하게는, 집광 광학면(35) 통과 후의 광원 광의 진행 방향이, 통과 전보다도 직선 Lt의 방향에 가까워지도록 집광된다.

한편, 복합면(34) 중 편향 광학면(36)을 통과하는 광원 광은, 프리즘 작용에 의해 집광 광학면(35)에 의한 집광과는 반대측에 편향된다. 여기서 당해 반대측에 대한 편향이란, 광원 광이 화상 형성 소자(40)측으로 나아갈수록, 가장 근접하고 있던 직선 Lt(즉, 그 광원 광을 발한 발광 소자(14)의 직선 Lt)로부터 이격됨을 의미한다.

도 2에 도시하는 화상 형성 소자(40)는, 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT)를 사용한 액정 패널이며, 예를 들어 2차원 방향으로 배열된 복수의 액정 화소로 형성되는 액티브 매트릭스형의 액정 패널이다. 화상 형성 소자(40)에서는, 1쌍의 편광판 및 당해 1쌍의 편광판에 끼워진 액정층 등이 적층되어 있다. 편광판은, 전기장 벡터가 소정 방향의 광을 투과시켜, 전기장 벡터가 소정 방향과 실질적으로 수직인 방향의 광을 차광하는 성질을 갖고, 1쌍의 편광판은 당해 소정 방향을 실질적으로 직교하여 배치된다. 액정층은, 액정 화소마다의 전압 인가에 의해, 인가 전압에 따라 액정층에 입사하는 광의 편광 방향을 회전시키는 것이 가능하게 되어 있다.

따라서, 광원 광의 입사에 의해 화상 형성 소자(40)는, 필드 렌즈(30)측으로부터의 광원 광의 입사에 의해, 액정 화소마다의 당해 광원 광의 투과율을 제어하여, 화상을 형성하는 것이 가능하게 되어 있다. 인접하는 액정 화소에는, 서로 상이한 색(예를 들어, 적, 녹 및 청)의 컬러 필터가 설치되어 있고, 이들 조합에 의해, 다양한 색을 실현하도록 되어 있다. 그리고, 화상 형성 소자(40)는, 도 1에 도시하는 광로 OP에 있어서 윈드쉴드(3)측의 평면경(50)을 향하여 화상의 광을 사출한다.

평면경(50)은, 합성 수지 내지는 유리 등을 포함하는 기재의 표면에, 반사면(51)으로서 알루미늄을 증착시키거나 하여 형성되어 있다. 반사면(51)은, 매끄러운 평면상으로 형성되어 있다. 그리고, 평면경(50)은, 화상 형성 소자(40)로부터의 화상의 광을, 오목경(52)을 향하여 반사한다.

오목경(52)은, 합성 수지 내지는 유리 등을 포함하는 기재의 표면에, 반사면(53)으로서 알루미늄을 증착시키거나 하여 형성되어 있다. 반사면(53)은, 오목경(52)의 중심이 오목해지는 오목면으로서, 매끄러운 곡면상으로 형성되어 있다. 그리고, 오목경(52)은, 평면경(50)으로부터의 화상의 광을, 윈드쉴드(3)를 향하여 반사한다.

이와 같이 하여, 광원부(10)의 각 발광 소자(14)로부터 발해진 광원 광은, 콘덴서 렌즈(20)의 확산부(26) 및 필드 렌즈(30)의 복합면(34)을 통과하여, 화상 형성 소자(40)에 입사한다. 그리고 광원 광은, 화상 형성 소자(40)로부터의 화상의 광으로서, 윈드쉴드(3)에 반사되어, 아이박스 EB까지 도달한다. 여기서 아이박스 EB는, 탑승원이 화상의 허상 표시를 시인 가능한 영역으로서, 좌석(4)에 착좌한 탑승원의 아이 포인트 EP가 존재 가능한 공간 영역인 아이립스에 기초하여 설정된다.

여기서, 본원 발명자들의 실험에 기초하여, 화상의 허상 표시가 어떻게 보일지를 설명한다. 도 6, 7은, 아이박스 EB 상단부로부터 허상 표시를 관찰한 촬영 화상이며, 특히, 도 6은 비교예로서 콘덴서 렌즈에 확산부를 설치하지 않고 제1 굴절면을 경면으로 한 경우(그 외는 본 실시 형태와 동일), 도 7은 본 실시 형태의 경우를 나타내고 있다. 또한, 각 발광 소자(14)부터 제1 굴절면(22)까지의 거리는, 0.5㎜로 설정되어 있다.

도 6에 도시한 바와 같이, 비교예에서는, 허상 표시의 상하단부가 백색으로 되지 않고, 황변되어 있음을 알 수 있다(파선의 포위로 나타내는 황변 부분 YP 참조). 즉, 광원 광의 이용 효율을 높이기 위하여, 발광 소자와 아이박스를 서로 공액으로 하는 것을 목표로 하여 설계한 결과, 아이박스 위치에 있어서의 색 분포가 발광 소자에 있어서의 발광 분포를 반영한 것으로 되어 있는 것이다. 한편 도 7에 도시하는 본 실시 형태에서는, 상하단부의 황변이 억제되어 있다. 또한, 도 6, 7에 있어서의 직사각형틀은, 양쪽 화상을 비교할 때의 기준 위치를 나타내고 있다.

(작용 효과)

이상 설명한 제1 실시 형태의 작용 효과를 이하에 설명한다.

제1 실시 형태에 의하면, 광원부(10)의 발광 소자(14)가, 예를 들어 발광 개소 또는 방향에 따라 상이한 색의 광원 광을 발하면, 광원 광은, 먼저 처음에, 광원부(10)와 대향하는 콘덴서 렌즈(20)에 입사하게 된다. 여기서, 확산부(26)를 갖는 콘덴서 렌즈(20)는, 단위 면적당 광량이 높은 상태의 광원 광을 확산하면서, 집광한다. 이렇게 하여 확산된 광원 광에 대하여, 상이한 색이 혼합되면서, 광의 밀도의 저하가 억제된다.

콘덴서 렌즈(20) 투과 후, 필드 렌즈(30)에 있어서의 복수의 광학면(35, 36)이 이어지는 복합면(34)에 의해, 상이한 색의 광원 광이 재차 혼합된다. 이러한 광원 광에 의해 형성된 화상이 투영 부재로서의 윈드쉴드(3)에 투영되므로, 색 불균일의 억제와 높은 휘도가 양립되어, 허상 표시의 시인성이 양호한 HUD 장치(100)를 제공할 수 있다.

또한, 제1 실시 형태에 의하면, 콘덴서 렌즈(20)는, 광원부(10)측에 있어서, 확산부(26)가 설치되는 제1 굴절면(22)과, 필드 렌즈(30)측에 있어서, 볼록면상의 제2 굴절면(24)을 갖는다. 이와 같이 함으로써, 단위 면적당 광량이 높은 상태의 광원 광을 확산부(26)가 확산함과 함께, 필드 렌즈(30) 외에도, 제2 굴절면(24)을 이용하여, 확산부(26)의 확대 효과가 얻어진다. 따라서, 색 불균일을 억제하면서, 허상 표시에 있어서의 휘도를 높일 수 있다.

또한, 제1 실시 형태에 의하면, 광원부(10)의 각 발광 소자(14)가, 예를 들어 발광 개소 또는 방향에 따라 상이한 색의 광원 광을 발하면, 광원 광은, 먼저 처음에, 각 발광 소자(14)와 대향하는 렌즈 소자(21)에 입사하게 된다. 확산부(26)는 각 렌즈 소자(21)에 걸쳐 형성되어 있기 때문에, 각 렌즈 소자(21)는 대응하는 각 발광 소자(14)로부터의 단위 면적당 광량이 높은 상태의 광원 광을 확산하면서, 집광한다. 이렇게 하여 확산된 광원 광에 대하여, 상이한 색이 혼합되면서, 광의 밀도의 저하가 억제된다.

또한, 필드 렌즈(30)에 있어서의 복수의 광학면(35, 36)이 이어지는 복합면(34)이 각 렌즈 소자(21)에 대응한 전체면에 걸쳐 형성됨으로써, 일 발광 소자(14) 내의 상이한 색의 광원 광이 서로 혼합될 뿐만 아니라, 각 발광 소자(14) 사이의 광원 광이 서로 혼합된다. 이러한 광원 광에 의해 형성된 화상이 윈드쉴드(3)에 투영되므로, 복수 배열한 발광 소자(14)를 사용해도 색 불균일을 확실하게 억제하면서, 허상 표시에 있어서의 휘도를 높일 수 있다.

또한, 제1 실시 형태에 의하면, 복합면(34)은, 적어도 발광 소자(14)의 배열 방향 Da에 있어서, 복수의 광학면(35, 36)이 이어지는 것이며, 배열 방향 Da에 있어서, 각 광학면(35, 36)의 폭 Ws는, 인접하는 발광 소자(14) 사이의 피치 Ps보다도 작다. 이렇게 설정함으로써, 배열 방향 Da로 배열한 각 발광 소자(14) 사이의 광원 광은, 복합면(34)에 의해 확실하게 혼합되므로, 색 불균일의 억제 효과는 더욱 높아진다.

또한, 제1 실시 형태에 의하면, 필드 렌즈(30)에 입사하는 광원 광에 대하여, 일부는 집광 광학면(35)에 의해 집광되고, 타부는 편향 광학면(36)에 의해 당해 집광과는 반대측으로 편향된다. 따라서, 상이한 색의 광원 광이 서로 혼합되므로, 색 불균일의 억제 효과는 더욱 높아진다.

또한, 제1 실시 형태에 의하면, 발광 소자(14)는, 청색 발광 다이오드 소자(14a)와, 당해 청색 발광 다이오드 소자(14a)를 둘러싸는 황색 형광체(14b)를 갖는다. 이러한 발광 소자(14)에서는, 중앙부(15)에서는 백색의 광원 광이, 주변부(16)에서는 황색빛이 도는 광원 광이 각각 발해지지만, 확산부(26) 및 복합면(34)에 의해 색 불균일을 억제할 수 있다. 또한, 발광 소자(14)의 발열이 적으므로, 확산부(26)를 발광 소자(14)에 보다 접근시킬 수 있어, 단위 면적당 광량이 높은 상태의 광원 광을 확산부(26)가 확산할 수 있다. 따라서, 허상 표시에 있어서의 휘도를 높일 수 있다.

또한, 제1 실시 형태에 의하면, 확산부(26)의 헤이즈값은 30％ 이상이다. 이렇게 헤이즈값을 설정함으로써, 확산에 의한 색 불균일 억제 효과를 충분히 얻을 수 있다.

(제2 실시 형태)

도 8에 도시한 바와 같이, 제2 실시 형태는 제1 실시 형태의 변형예이다. 제2 실시 형태에 대하여, 제1 실시 형태와는 상이한 점을 중심으로 설명한다.

제2 실시 형태의 콘덴서 렌즈(220)는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 투광성의 합성 수지 내지는 유리 등을 포함하고, 광원부(10)와 필드 렌즈(30) 사이에 배치되어 있다. 따라서, 콘덴서 렌즈(220)는, 광원부(10)와 대향하여 배치되어 있다. 또한, 콘덴서 렌즈(220)는, 발광 소자(14)와 동일수의 렌즈 소자(221)를 복수 배열하여 형성되어 있는 렌즈 어레이로 되어 있다.

여기서, 제2 실시 형태의 각 렌즈 소자(221)는 광원부(10)측에 있어서 제1 굴절면(222)을, 각 렌즈 소자(221)에 걸쳐 공통된 매끄러운 단일 평면상으로 갖고 있다. 또한, 각 렌즈 소자(221)는 필드 렌즈(30)측에 있어서 제2 굴절면(224)을 볼록면상으로 갖고 있으며, 또한, 당해 제2 굴절면(224)에는 확산부(226)가 설치되어 있다. 구체적으로, 제2 굴절면(224)은, 거시적으로는 볼록면상으로 형성됨과 함께, 각 렌즈 소자(221)에 걸치는 확산부(226)로서 갈은 유리상의 미소하면서 또한 랜덤한 요철을 형성하고 있다. 확산부(226)의 헤이즈값은 30％ 이상인 것이 바람직하고, 본 실시 형태에 있어서는 30％로 되어 있다.

여기서, 본원 발명자들의 시뮬레이션에 기초하여, 화상의 허상 표시가 어떻게 보일지를 설명한다. 도 9, 10은, 아이박스 EB 우측 단부로부터 허상 표시를 관찰하는 조건에서의 시뮬레이션 화상이며, 특히, 도 9는 비교예로서 제2 굴절면을 매끄러운 볼록면상으로 한 경우(그 외는 본 실시 형태와 동일), 도 10은 본 실시 형태의 경우를 나타내고 있다. 또한, 각 발광 소자(14)부터 제1 굴절면(22)까지의 거리는 0.5㎜로 설정되어 있다.

도 9에 도시한 바와 같이, 비교예에서는, 허상 표시의 중앙 부분에도 백색으로 되지 않고, 황변되어 있는 부분이 있음을 알 수 있다(파선의 포위로 나타내는 황변 부분 YP 참조). 즉, 광원 광의 이용 효율을 높이기 위하여, 발광 소자와 아이박스를 서로 공액으로 하는 것을 목표로 하여 설계한 결과, 아이박스 위치에 있어서의 색 분포가 발광 소자에 있어서의 발광 분포를 반영한 것으로 되어 있는 것이다. 한편 도 10에 도시하는 본 실시 형태에서는, 허상 표시 전체에 걸쳐 황변이 억제되어 있다.

이러한 제2 실시 형태에 의하면, 콘덴서 렌즈(220)는, 광원부(10)측에 있어서의 제1 굴절면(222)과, 필드 렌즈(30)측에 있어서, 볼록면상이며, 확산부(226)가 설치되는 제2 굴절면(224)을 갖는다. 이와 같이 함으로써, 단위 면적당 광량이 높은 상태의 광원 광을 확산부(226)가 확산할 수 있다. 따라서, 색 불균일을 억제하면서, 허상 표시에 있어서의 휘도를 높일 수 있다.

(다른 실시 형태)

이상, 복수의 실시 형태를 예시했지만, 실시 형태는, 이들 실시 형태에 한정되지 않는다.

구체적으로 제1 실시 형태에 관한 변형예 1로서는, 판상 또는 필름상의 확산판을 콘덴서 렌즈(20)의 광원부(10)측에 부착함으로써, 제1 굴절면(22)에 확산부(26)를 설치한 것이어도 된다.

변형예 2로서는, 확산부(26)는 제1 굴절면(22) 및 제2 굴절면(24)의 양쪽에 설치되어도 된다.

변형예 3으로서는, 복합면(34)의 편향 광학면(36)은, 경사면 Sis를 평면상 이외의 볼록면상, 또는 오목면상 등으로 형성해도 된다. 도 11에는 볼록면상인 경우의 예를 나타낸다.

변형예 4로서는, 필드 렌즈(30)는 프레넬 렌즈여도 된다. 도 12에 도시하는 예에서는, 복합면(934)은, 집광 광학면(935)과 분할면(936)이 교대로 이어져 있다. 여기서 집광 광학면(935)은, 단일 가상 집광면 Sic를, 배열 방향 Da로 소정 폭 Ws로 영역 분할한 1분할 영역으로서, 형성되어 있다. 또한, 분할면(936)은, 가상 집광면 Sic의 분할 부분을 보완하는 평면상으로 형성되어 있고, 형 성형에 있어서의 다이 코팅을 고려하여, 인접하는 집광 광학면(935)과는 역구배로 약간 경사져 있다.

변형예 5로서는, 복합면(34)은, 콘덴서 렌즈(20)측 및 화상 형성 소자(40)측 중 적어도 한쪽의 면에 설치되어 있으면, 콘덴서 렌즈(20)측의 면에만 설치되어 있어도 되고, 또한 양쪽의 면에 설치되어 있어도 된다.

변형예 6으로서는, 각 발광 소자(14)는, 복수의 배열 방향 Da로, 2차원으로 배열된 것이어도 된다.

변형예 7로서는, 발광 소자(14)는 하나여도 된다. 이 경우, 필드 렌즈(30)로서, 변형예 4에 나타내는 프레넬 렌즈를 사용하는 것이 보다 바람직하다.

변형예 8로서는, 차량(1) 이외의 선박 내지는 비행기 등의 각종 이동체(수송 기기)에, 헤드업 디스플레이 장치를 적용해도 된다.

또한, 도 11, 12에 대해서도, 도 5와 마찬가지로, 소정 폭 Ws 중 일부에만 그 치수가 나타나 있다.

Claims

이동체(1)에 탑재되고, 투영 부재(3)에 화상을 투영함으로써, 상기 화상을 탑승원에 의해 시인 가능하게 허상 표시하는 헤드업 디스플레이 장치이며,
광원 광을 발하는 발광 소자(14)를 갖는 광원부(10)와,
상기 광원부와 대향하고, 상기 광원 광을 집광하는 콘덴서 렌즈(20, 220)와,
상기 콘덴서 렌즈측으로부터의 상기 광원 광을 재차 집광하여, 소정의 각도로 투사하는 필드 렌즈(30)와,
상기 필드 렌즈측으로부터의 상기 광원 광이 입사함으로써 화상을 형성하고, 상기 투영 부재측을 향하여 상기 화상의 광을 사출하는 화상 형성 소자(40)를 구비하고,
상기 필드 렌즈는, 상기 콘덴서 렌즈측 및 상기 화상 형성 소자측 중 적어도 한쪽의 면에, 복수의 광학면(35, 36)이 이어지는 복합면(34)을 갖고,
상기 콘덴서 렌즈는, 상기 광원 광을 확산하는 확산부(26, 226)를 갖는, 헤드업 디스플레이 장치.
제1항에 있어서, 상기 콘덴서 렌즈(20)는,
상기 광원부측에 있어서, 상기 확산부(26)가 설치되는 제1 굴절면(22)과,
상기 필드 렌즈측에 있어서, 볼록면상의 제2 굴절면(24)을 갖는, 헤드업 디스플레이 장치.
제1항에 있어서, 상기 콘덴서 렌즈(220)는,
상기 광원부측에 있어서의 제1 굴절면(222)과,
상기 필드 렌즈측에 있어서, 볼록면상이며, 상기 확산부(226)가 설치되는 제2 굴절면(224)을 갖는, 헤드업 디스플레이 장치.
제1항에 있어서, 상기 광원부는, 상기 발광 소자를 복수 배열하여 이루어지고,
상기 콘덴서 렌즈는, 각각 대응하는 각 상기 발광 소자와 대향하고, 대향하는 상기 발광 소자로부터의 상기 광원 광을 집광하는 렌즈 소자(21, 221)를 복수 배열하여 이루어지고,
상기 확산부는, 각 상기 렌즈 소자에 걸쳐 형성되고,
상기 복합면은, 각 상기 렌즈 소자에 대응한 전체면에 걸쳐 형성되는, 헤드업 디스플레이 장치.
제4항에 있어서, 상기 복합면은, 상기 발광 소자의 배열 방향(Da)에 있어서, 상기 복수의 광학면이 이어지는 것이며,
상기 배열 방향에 있어서, 각 상기 광학면의 폭(Ws)은, 인접하는 상기 발광 소자 사이의 피치(Ps)보다도 작은, 헤드업 디스플레이 장치.
제1항에 있어서, 상기 복합면은, 상기 광학면으로서, 상기 광원 광을 집광하는 집광 광학면(35)과, 인접하는 상기 집광 광학면의 집광과는 반대측으로 상기 광원 광을 편향하는 편향 광학면(36)이, 교대로 이어지는 교대 배열 구조를 형성하고 있는, 헤드업 디스플레이 장치.
제1항에 있어서, 상기 발광 소자는,
청색 발광 다이오드 소자(14a)와,
상기 청색 발광 다이오드 소자를 덮는 황색 형광체(14b)를 갖는, 헤드업 디스플레이 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 확산부의 헤이즈값은 30％ 이상인, 헤드업 디스플레이 장치.