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技術 ヘッドアップディスプレイ装置及び画像投射ユニット

出願人 株式会社デンソー
発明者 南原孝啓
出願日 2016年5月18日 (4年7ヶ月経過) 出願番号 2016-099852
公開日 2017年11月24日 (3年1ヶ月経過) 公開番号 2017-207622
状態 特許登録済
技術分野 その他の光学系・装置、色の干渉・色の制御 計器板 液晶1(応用、原理)
主要キーワード 仮想傾斜面 実質一定 端部座 側方空間 体格増大 配列個数 逆勾配 度程度傾斜
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (19)

課題

動体への搭載性が高いHUD装置を提供する。

解決手段

HUD装置は、画像を乗員により視認可能に虚像表示する。HUD装置は、照明光を発する照明光源部10と、照明光源部10側からの照明光を通過させ、表示光として表示面44から射出することで画像を表示する画像表示パネル40と、照明光源部10と画像表示パネル40との間に配置され、照明光源部10側からの照明光を画像表示パネル40に投射する投射レンズ30と、を備える。画像表示パネル40は、照明光源部10の光軸OAに対して表示面44の法線方向NDが交差するように、傾斜配置される。投射レンズ30は、当該投射レンズ30の径方向DDを表示面44の接線方向TDに合わせるように、傾斜配置されている。

概要

背景

従来、画像を乗員により視認可能に虚像表示するHUD装置が知られている。特許文献1に開示のHUD装置は、照明光源部、画像表示パネル、及び投射レンズを備えている。照明光源部は、照明光を発する。画像表示パネルは、照明光源部側からの照明光を通過させ、表示光として表示面から射出することで画像を表示する。投射レンズは、照明光源部と画像表示パネルとの間に配置され、照明光源部側からの照明光を画像表示パネルに投射する。

特許文献1において画像表示パネルは、照明光源部の光軸と表示面の法線方向とが一致するように、配置されている。また、投射レンズは、光軸と当該投射レンズの径方向とが直交するように、配置されている。

概要

動体への搭載性が高いHUD装置を提供する。HUD装置は、画像を乗員により視認可能に虚像表示する。HUD装置は、照明光を発する照明光源部10と、照明光源部10側からの照明光を通過させ、表示光として表示面44から射出することで画像を表示する画像表示パネル40と、照明光源部10と画像表示パネル40との間に配置され、照明光源部10側からの照明光を画像表示パネル40に投射する投射レンズ30と、を備える。画像表示パネル40は、照明光源部10の光軸OAに対して表示面44の法線方向NDが交差するように、傾斜配置される。投射レンズ30は、当該投射レンズ30の径方向DDを表示面44の接線方向TDに合わせるように、傾斜配置されている。

目的

本発明は、以上説明した問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、移動体への搭載性が高いHUD装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

動体(1)に搭載され、投影部材(3)へ画像の表示光投影することにより、前記画像を乗員により視認可能に虚像表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、照明光を発する照明光源部(10,210)と、前記照明光源部側からの前記照明光を通過させ、前記表示光として表示面(44)から射出することで前記画像を表示する画像表示パネル(40)と、前記照明光源部と前記画像表示パネルとの間に配置され、前記照明光源部側からの前記照明光を前記画像表示パネルに投射する投射レンズ(30,230,330)と、を備え、前記画像表示パネルは、前記照明光源部の光軸OA)に対して前記表示面の法線方向(ND)が交差するように、傾斜配置され、前記投射レンズは、前記投射レンズの径方向DD)を前記表示面の接線方向(TD)に合わせるように、傾斜配置されているヘッドアップディスプレイ装置。

請求項2

前記画像表示パネルと前記投射レンズとは、互いに平行に配置されている請求項1に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

請求項3

前記照明光源部と前記投射レンズの間に配置され、前記照明光源部側からの前記照明光を集光して前記投射レンズへ向けて射出する集光レンズ(20,220)をさらに備え、前記集光レンズは、前記投射レンズ側に突出した凸状に、湾曲する集光面(23,223)を有する請求項1又は2に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

請求項4

前記光軸に対して垂直な垂直方向において、前記集光レンズと前記投射レンズとは、一部重なって配置されている請求項3に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

請求項5

前記投射レンズは、前記径方向に沿って互いに配列され、前記照明光の進行方向を偏向させる複数の偏向素子(30b)を有する請求項1から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。

請求項6

前記投射レンズのうち、前記照明光源部との距離が近距離となる近距離側に配置された各前記偏向素子の偏向量平均値と、前記照明光源部との距離が遠距離となる遠距離側に配置された各前記偏向素子の偏向量の平均値とは、互いに異なる請求項5に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

請求項7

前記照明光源部は、互いに配列された複数の発光素子(12)を有し、前記複数の発光素子における配列方向及び配列個数に対応して、前記投射レンズを仮想的に分割した分割ブロック(30a)を定義すると、各前記分割ブロックを構成する各前記偏向素子の偏向量の平均値は、前記投射レンズのうち前記照明光源部との距離が近距離となる近距離側から前記照明光源部との距離が遠距離となる遠距離側へ向かうに従って、段階的に変化している請求項5又は6に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

請求項8

前記投射レンズにおける仮想のレンズ面として、凸状に湾曲する仮想凸状曲面Sva,Svb)を定義すると、前記投射レンズは、前記偏向素子の構成要素として、前記仮想凸状曲面の部分的な近似により平面状に形成されている近似平面(33a,35a)を複数有する請求項5から7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。

請求項9

前記投射レンズは、前記偏向素子の構成要素として、凸状に湾曲する凸状曲面(333d,335d)を有する請求項5から8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。

請求項10

前記凸状曲面は、複数設けられ、各前記凸状曲面の曲率半径は、前記投射レンズのうち前記照明光源部との距離が近距離となる近距離側から前記照明光源部との距離が遠距離となる遠距離側へ向かうに従って、段階的に変化している請求項9に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

請求項11

移動体(1)に搭載され、投影部材(3)へ画像の表示光を投影することにより、前記画像を乗員により視認可能に虚像表示するヘッドアップディスプレイ装置(100)において、前記表示光を前記投影部材へ導光する導光部(50)へと、前記表示光を投射する画像投射ユニット(19)であって、照明光を発する照明光源部(10,210)と、前記照明光源部側からの前記照明光を通過させ、前記表示光として表示面(44)から射出することで前記画像を表示する画像表示パネル(40)と、前記照明光源部と前記画像表示パネルとの間に配置され、前記照明光源部側からの前記照明光を前記画像表示パネルへ投射する投射レンズ(30,230,330)と、を備え、前記画像表示パネルは、前記照明光源部の光軸(OA)に対して前記表示面の法線方向(ND)が交差するように、傾斜配置され、前記投射レンズは、前記投射レンズの径方向(DD)を前記表示面の接線方向(TD)に合わせるように、傾斜配置されているヘッドアップディスプレイ装置用画像投射ユニット。

技術分野

0001

本発明は、移動体に搭載され、画像を乗員により視認可能に虚像表示するヘッドアップディスプレイ装置(以下、HUD装置略称とする)に関する。

背景技術

0002

従来、画像を乗員により視認可能に虚像表示するHUD装置が知られている。特許文献1に開示のHUD装置は、照明光源部、画像表示パネル、及び投射レンズを備えている。照明光源部は、照明光を発する。画像表示パネルは、照明光源部側からの照明光を通過させ、表示光として表示面から射出することで画像を表示する。投射レンズは、照明光源部と画像表示パネルとの間に配置され、照明光源部側からの照明光を画像表示パネルに投射する。

0003

特許文献1において画像表示パネルは、照明光源部の光軸と表示面の法線方向とが一致するように、配置されている。また、投射レンズは、光軸と当該投射レンズの径方向とが直交するように、配置されている。

先行技術

0004

特開2015−133304号公報

発明が解決しようとする課題

0005

さて、本発明者は、画像表示パネルを、光軸に対して表示面の法線方向が交差するように、傾斜配置することを考えた。傾斜した画像表示パネルによれば、例えば太陽光等の外光が表示光とは逆行して画像表示パネルに入射したとしても、表示面の法線方向が交差しているので、当該外光が当該表示面に反射されて表示光と一緒に視認されることが抑制される。

0006

その一方で、特に傾斜した画像表示パネルに照明光を投射する投射レンズが、その径方向を光軸と直交させて配置されたHUD装置では、以下の特有の問題が発生することを、本発明者は見出した。具体的に、投射レンズと画像表示パネルとの互いの干渉を避けて光路上に配置すると、投射レンズと画像表示パネルとの間隔が配置の角度差によって一部広くなってしまい、投射レンズと画像表示パネルとの間にデッドスペースが発生し得る。その結果、例えば照明光源部から画像表示パネルの先端までの距離の増大により、HUD装置の体格が増大する。すなわち、HUD装置の移動体への搭載性が低下してしまうのである。

0007

本発明は、以上説明した問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、移動体への搭載性が高いHUD装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0008

開示される発明のひとつは、移動体(1)に搭載され、投影部材(3)へ画像の表示光を投影することにより、画像を乗員により視認可能に虚像表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、
照明光を発する照明光源部(10,210)と、
照明光源部側からの照明光を通過させ、表示光として表示面(44)から射出することで画像を表示する画像表示パネル(40)と、
照明光源部と画像表示パネルとの間に配置され、照明光源部側からの照明光を画像表示パネルに投射する投射レンズ(30,230,330)と、を備え、
画像表示パネルは、照明光源部の光軸(OA)に対して表示面の法線方向(ND)が交差するように、傾斜配置され、
投射レンズは、投射レンズの径方向(DD)を表示面の接線方向(TD)に合わせるように、傾斜配置されている。

0009

このような発明によると、画像表示パネルでは、光軸に対して表示面の法線方向がずれている。加えて、傾斜配置された画像表示パネルに径方向を合わせるように、投射レンズが傾斜配置されている。こうした投射レンズと画像表示パネルとの両方の傾斜によれば、配置の角度差がない又は小さいので、投射レンズと画像表示パネルとの干渉を抑制しつつ、投射レンズと画像表示パネルとの間のデッドスペースの発生を抑制することができる。したがって、HUD装置の体格の増大を抑制することができ、移動体への搭載性が高いHUD装置を提供することができるのである。

0010

開示される発明の他のひとつは、移動体(1)に搭載され、投影部材(3)へ画像の表示光を投影することにより、画像を乗員により視認可能に虚像表示するヘッドアップディスプレイ装置(100)において、表示光を投影部材へ導光する導光部(50)へと、表示光を投射する画像投射ユニット(19)であって、
照明光を発する照明光源部(10,210)と、
照明光源部側からの照明光を通過させ、表示光として表示面(44)から射出することで画像を表示する画像表示パネル(40)と、
照明光源部と画像表示パネルとの間に配置され、照明光源部側からの照明光を画像表示パネルへ投射する投射レンズ(30,230,330)と、を備え、
画像表示パネルは、照明光源部の光軸(OA)に対して表示面の法線方向(ND)が交差するように、傾斜配置され、
投射レンズは、投射レンズの径方向(DD)を表示面の接線方向(TD)に合わせるように、傾斜配置されている。

0011

このような発明によると、光軸に対して表示面の法線方向が交差している画像表示パネルを有する画像投射ユニットが導光部へと表示光を投射する。こうした画像投射ユニットによれば、例えば太陽光等の外光が、導光部を介しつつ表示光とは逆行して画像表示パネルに入射したとしても、当該外光が当該表示面に反射されて表示光と一緒に視認されることが抑制されるので、HUD装置への使用に特に好適である。

0012

加えて、傾斜配置された画像表示パネルに径方向を合わせるように、投射レンズが傾斜配置されている。こうした投射レンズと画像表示パネルとの両方の傾斜によれば、配置の角度差がない又は小さいので、投射レンズと画像表示パネルとの干渉を抑制しつつ、投射レンズと画像表示パネルとの間のデッドスペースの発生を抑制することができる。したがって、画像投射ユニットの体格の増大を抑制することができるので、HUD装置の移動体への搭載性を向上できるのである。

0013

なお、括弧内の符号は、記載内容の理解を容易にすべく、後述する実施形態において対応する構成を例示するものに留まり、発明の内容を限定することを意図したものではない。

図面の簡単な説明

0014

第1実施形態におけるHUD装置の車両への搭載状態を示す模式図である。
第1実施形態における画像投射ユニットを模式的に示す斜視図である。
第1実施形態における画像投射ユニットを示す図であって、yz断面を模式的に示す断面図である。
第1実施形態における画像投射ユニットを示す図であって、xz断面を模式的に示す断面図である。
第1実施形態における投射レンズの部分正面図であって、1つの分割ブロック中の偏向素子を説明するための図である。
第1実施形態における画像表示パネルを表示面の法線方向に沿って見た図である。
図5のVII部を拡大して示す拡大図である。
第1実施形態における投射レンズの入射側表面を説明するための図である。
第1実施形態における投射レンズの射出側表面を説明するための図である。
第2実施形態における画像投射ユニットを示す図であって、yz断面を模式的に示す断面図である。
第2実施形態における画像投射ユニットを示す図であって、xz断面を模式的に示す断面図である。
第2実施形態における投射レンズの入射側表面を説明するための図である。
第2実施形態における投射レンズの射出側表面を説明するための図である。
第3実施形態における投射レンズの入射側表面を説明するための図である。
第3実施形態における投射レンズの射出側表面を説明するための図である。
変形例1における図8に対応する図である。
変形例2における図8に対応する図である。
変形例3,4における図8に対応する図である。

実施例

0015

以下、本発明の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。

0016

(第1実施形態)
図1に示すように、本発明の第1実施形態によるHUD装置100は、移動体の一種である車両1に搭載され、インストルメントパネル2内に収容されている。HUD装置100は、車両1の投影部材としてのウインドシールド3へ画像の表示光を投影する。これにより、HUD装置100は、画像を車両1の乗員により視認可能に虚像表示する。すなわち、ウインドシールド3に反射される表示光が、車両1の室内において乗員のアイポイントEPに到達し、乗員が当該表示光を虚像VIとして知覚する。そして、乗員は、虚像VIとして表示される各種情報を認識することができる。虚像VIとして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状態値、又は道路情報視界補助情報等の車両情報が挙げられる。

0017

車両1のウインドシールド3は、透光性ガラスないしは合成樹脂により板状に形成されている。ウインドシールド3は、表示光が投影される投影面3aを滑らかな凹面状又は平面状に形成している。なお、投影部材として、ウインドシールド3の代わりに、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、当該コンバイナに画像を投影するものであってもよい。また、HUD装置100自体が、投影部材としてのコンバイナを備えていてもよい。

0018

このようなHUD装置100の具体的構成を、図1〜9に基づいて、以下に説明する。HUD装置100は、照明光源部10、集光レンズ20、投射レンズ30、画像表示パネル40、導光部50を備えており、これらはハウジング60に収容され、保持されている。

0019

ここで、図1,2に示すように、照明光源部10、集光レンズ20、投射レンズ30及び画像表示パネル40により、画像投射ユニット19が構成されている。画像投射ユニット19が備える各要素10,20,30,40は、遮光性を有するケーシング19aに収容されている。

0020

照明光源部10は、図2〜4に示すように、光源用回路基板11及び複数の発光素子12を有している。光源用回路基板11は、平面状の実装面11aを有している。各発光素子12は、例えば発熱の少ない発光ダイオード素子であり、実装面11a上に互いに配列されている。各発光素子12は、実装面11a上の配線パターンを通じて、電源電気的に接続されている。より詳細に、各発光素子12は、チップ状の青色発光ダイオード素子を、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る。青色発光ダイオード素子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発光し、青色光と黄色光との混合により疑似白色の照明光が発せられる。

0021

本実施形態において、各発光素子12は、実装面11a上において互いに直交する2方向を配列方向として格子状に配列されている。各配列方向において、発光素子12の配列個数は、例えば3×5の全15個となっている。

0022

また本実施形態において、光源用回路基板11の平面状の実装面11aの法線方向をz方向と定義する。そして、実装面11aに沿った方向のうち、配列個数が多い方、すなわち5個の配列方向をx方向と定義し、配列個数が少ない方、すなわち3個の配列方向をy方向と定義する。

0023

各発光素子12は、所定の発光強度分布にて発光するが、発光強度が最大となる発光ピーク方向PD1をz方向に合わせて配置されている(図3,4参照)。そこで本実施形態において、照明光源部10の構成に基づいて規定される照明光源部10の光軸OAは、発光ピーク方向PD1であるz方向に沿った軸として規定されるものとする。より詳細に、光軸OAは、照明光源部10の中心に位置する真中の発光素子12を通り、発光ピーク方向PD1であるz方向に沿った軸として規定される。換言すると、照明光源部10は、各発光素子12により、光軸OAに沿った方向に照明光を発する。照明光源部10から発せられた照明光は、集光レンズ20に入射するようになっている。

0024

集光レンズ20は、照明光源部10と投射レンズ30との間に配置されている。集光レンズ20は、照明光源部10側からの照明光を集光して投射レンズ30へ向けて射出するようになっている。

0025

具体的に集光レンズ20は、透光性の合成樹脂ないしはガラス等からなる複数の凸レンズ素子22が互いに配列されて一体的に形成されたレンズアレイとなっている。各凸レンズ素子22は、それぞれ個別に各発光素子12と対をなすように、発光素子12と同数設けられたレンズ素子である。すなわち、各凸レンズ素子22は、3×5の全15個の配列となっている。

0026

集光レンズ20において、照明光源部10と対向する入射側表面20aは、各凸レンズ素子22間で共通の滑らかな平面状を呈した単一平面となっている。一方、集光レンズ20において投射レンズ30と対向する射出側表面20bでは、各凸レンズ素子22毎に個別に設けられた集光面23が配列形成されている。

0027

各凸レンズ素子22間において集光面23は実質同じ形状となっており、各集光面23は、投射レンズ30側に突出した凸状に湾曲することで、滑らかな凸面状に形成されている。本実施形態では、互いに配列された発光素子12の配列間隔と、互いに配列された集光面23の面頂点の配列間隔とは、実質等しくなっている。さらに各発光素子12と、対をなす凸レンズ素子22の集光面23の面頂点23aとの距離は、各対において実質等しくなっている。すなわち、発光素子12の配列方向と、凸レンズ素子22の配列方向とが実質一致することで、集光レンズ20は、その径方向を光軸OA(すなわちz方向)と実質垂直に配置されている。

0028

ここで、各集光面23の詳細形状を説明する。特に本実施形態では、各集光面23は、面頂点23aを基準として回転対称の非球面となっている。具体的に、各集光面23は、xz断面において放物線状に形成され(図4参照)、かつ、yz断面においても放物線状に形成されている(図3参照)ことで、放物面状を呈している。

0029

投射レンズ30は、照明光源部10と画像表示パネル40との間、より厳密には集光レンズ20と画像表示パネル40との間に、配置されている。投射レンズ30は、照明光源部10側から入射した照明光を、画像表示パネル40に投射するようになっている。

0030

具体的に投射レンズ30は、透光性の合成樹脂ないしはガラス等からなる複数の偏向素子30bが互いに配列されて一体的に形成されたレンズアレイとなっており、全体としては略平板状を呈している。各偏向素子30bは、投射レンズ30の径方向DDに沿って互いに配列されている。各偏向素子30bは、照明光の進行方向を後述する分割レンズ面33,35での屈折により偏向させることが可能となっている。本実施形態の投射レンズ30では、複数の発光素子12における配列方向及び配列個数に対応して、投射レンズ30を仮想的に分割した分割ブロック30aが定義可能である。特に本実施形態では、y方向に発光素子12の配列個数に対応して3分割され、x方向に発光素子12の配列個数に対応して5分割された3×5の全15個の分割ブロック30aが定義可能である。図5に示すように、投射レンズ30は、こうした各分割ブロック30a中に、それぞれ配列された複数の偏向素子30bを構成しているのである。本実施形態では、1つの分割ブロック30a中に後述する分割レンズ面33,35の分割数に応じた6×6の全36個の偏向素子30bが配列されている。

0031

図2〜4に示すように、略平板状を呈した本実施形態の投射レンズ30では、その径方向DDは、板厚方向と垂直な延設方向に一致している。こうした投射レンズ30は、板厚方向を光軸OA(すなわちz方向)と交差させるように、傾斜配置されている。

0032

画像表示パネル40は、薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor、TFT)を用いた液晶パネルであって、例えば2方向に配列された複数の液晶画素40aから形成されたアクティブマトリクス型の液晶パネルである。

0033

具体的に図6に示すように、画像表示パネル40は、長手方向LD及び短手方向SDを有する矩形状を呈している。図7に示すように、液晶画素40a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50側において画像を表示する表示面44もまた矩形状を呈している。各液晶画素40aでは、表示面44の法線方向NDに貫通して設けられる透過部40bと、当該透過部40bを囲んで形成された配線部40cとが設けられている。

0034

画像表示パネル40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、所定方向偏光した光を透過させ、当該所定方向に垂直な方向に偏光した光を吸収する性質を有しており、一対の偏光板は、当該所定方向を互いに直交させて配置されている。液晶層は、液晶画素40a毎の電圧印加により、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。偏光方向の回転により後の偏光板を透過する光の割合、すなわち透過率を変えることができる。

0035

したがって、画像表示パネル40は、照明光源部10側表面である照明対象面42への照明光の入射に対して、液晶画素40a毎の当該照明光の透過率を制御する。すなわち、画像表示パネル40は、照明光源部10側からの照明光のうち一部を透過させ、表示光として、導光部50側表面である表示面44から射出することで画像を表示することが可能となっている。隣り合う液晶画素40a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、様々な色が実現されるようになっている。

0036

また表示面44は、例えば画像表示パネル40中のガラス基板における鏡面状の表面を利用して、導光部50側から画像表示パネル40に入射する光を反射可能に形成されている。

0037

図2〜4に示すように、照明光は光軸OAに沿って画像表示パネル40の照明対象面42に入射するようになっている。これに対して、画像表示パネル40は、光軸OAに対して照明対象面42及び表示面44の法線方向NDが交差するように、傾斜配置されている。具体的に、画像表示パネル40は、表示面44の接線方向TDのうち、長手方向LDを光軸OAと直交させ、短手方向SDが光軸OAに対して傾斜するように傾斜配置されている。なお、長手方向LDはx方向に沿っている。換言すると、画像表示パネル40は、表示面44の法線方向を光軸OAと直交させた姿勢から長手方向LD(すなわちx方向)を回転軸として回転した姿勢をとっている。光軸OAに対する表示面44の法線方向NDの交差角θは、例えば10〜25度程度の角度をなしている。

0038

本実施形態の画像表示パネル40には、光を偏向させる要素が基本的にないので、表示光のうち最も射出強度が大きくなる射出ピーク方向PD2は、当該画像表示パネル40にて変わることなく光軸OAに大凡沿ったものとなる。すなわち、表示光の射出ピーク方向PD2は表示面44の法線方向NDと異なっている。このようにして画像投射ユニット19は、導光部50へと、表示光を投射するようになっている。

0039

導光部50は、図1に示すように、画像投射ユニット19の画像表示パネル40からの表示光を、ウインドシールド3へ導光する。本実施形態の導光部50は、平面鏡51及び凹面鏡53を有している。本実施形態において画像表示パネル40からの表示光は、最初に平面鏡51に入射する。

0040

平面鏡51は、合成樹脂ないしはガラス等からなる基材の表面に、反射面52としてアルミニウム蒸着させること等により形成されている。反射面52は、滑らかな平面状に形成されている。平面鏡51に入射した表示光は、反射面52により凹面鏡53へ向けて反射される。

0041

凹面鏡53は、合成樹脂ないしはガラス等からなる基材の表面に反射面54としてアルミニウムを蒸着させること等により形成されている。反射面54は、凹面鏡53の中心が凹む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。凹面鏡53に入射した表示光は、反射面54によりウインドシールド3へ向けて反射される。

0042

凹面鏡53とウインドシールド3の間において、ハウジング60に窓部61が設けられている。窓部61を、透光性の防塵カバー62が塞いでいる。したがって、凹面鏡53からの表示光は、当該防塵カバー62を透過して、ウインドシールド3に入射する。こうしてウインドシールド3に反射された表示光を、虚像VIとして乗員が視認可能となるのである。

0043

こうしたHUD装置100では、例えば太陽光等の外光がウインドシールド3を透過して、窓部61に入射し得る。窓部61に入射した外光のうち一部は、表示光とは逆行して、すなわち導光部50の凹面鏡53と平面鏡51とに順番に反射されて、画像表示パネル40の表示面44に入射し得る。ここで、画像表示パネル40において表示面44の法線方向NDは光軸OAと交差しているので、表示面44に入射した外光は、表示光とは異なる方向に反射され得る。

0044

こうした画像表示パネル40の傾斜方向又は角度は、平面鏡51、凹面鏡53、及びウインドシールド3の配置角度を考慮して、シャインプルーフの条件を満足するように、又は当該条件に近くなるように、設定されることが好ましい。こうした傾斜方向及び角度によれば、アイポイントEPから見た虚像VIが傾斜して視認されることを抑制することができる。

0045

図2〜4に示すように、画像表示パネル40に対応して、投射レンズ30も傾斜配置されている。具体的に、投射レンズ30は、その径方向DDを表示面44の接線方向TDに合わせるように傾斜配置されている。その結果、上述のように、投射レンズ30の板厚方向が光軸OA(すなわちz方向)と交差しているのである。

0046

本実施形態の画像表示パネル40と投射レンズ30とは、互いに干渉を避けて配置されている。ここでの干渉とは、画像表示パネル40と投射レンズ30とが衝突してしまうという空間的な干渉の他、光学的な干渉を含む。仮に、画像表示パネル40と投射レンズ30との間隔が配置の角度差によって一部狭小となると、画像の一部にのみモアレ縞観測され得る。かかるモアレ縞において、上述の投射レンズ30における偏向素子30b同士の境界が強調されてしまうことが懸念される。

0047

こうした問題を考慮すると、画像表示パネル40と投射レンズ30との間隔は一定であることが好ましい。特に本実施形態では、画像表示パネル40と投射レンズ30との間隔を一定とすることで、画像表示パネル40と投射レンズ30とは、互いに平行に配置されている。

0048

投射レンズ30の形状は、こうした傾斜配置に合わせたものとなっている。以下、図8,9を用いて、投射レンズ30の形状について、詳細に説明する。

0049

図8に示すように、投射レンズ30において集光レンズ20と対向する入射側表面32では、複数の分割レンズ面33が、偏向素子30bの構成要素として、隣り合う偏向素子30b同士の境界に合わせてストライプ状に分割された状態で形成されている。入射側表面32における分割レンズ面33の分割方向は、y方向から例えば10〜25度程度傾斜した短手方向SDに沿っている。したがって、xz断面においては、1つの分割レンズ面33が偏向素子30b及び分割ブロック30aを跨いで形成されている。各分割レンズ面33は、その法線方向のxz断面における成分が光軸OAに沿うように、かつ、その法線方向のyz断面における成分が光軸OAと交差するように配置されている。したがって、入射側表面32は、主として、照明光の進行方向をyz断面において偏向するように構成されている。

0050

一方、図9に示すように、投射レンズ30において画像表示パネル40と対向する射出側表面34では、複数の分割レンズ面35が、偏向素子30bの構成要素として、隣り合う偏向素子30b同士の境界に合わせてストライプ状に分割された状態で形成されている。射出側表面34における分割レンズ面35の分割方向は、長手方向LD(すなわちx方向)に沿っている。したがって、yz断面においては、1つの分割レンズ面35が偏向素子30b及び分割ブロック30aを跨いで形成されている。各分割レンズ面35は、その法線方向のyz断面における成分が光軸OAに沿うように、かつ、その法線方向のxz断面における成分が光軸OAと交差するように配置されている。したがって、射出側表面34は、主として、照明光の進行方向をxz断面において偏向するように構成されている。

0051

先に射出側表面34における各分割レンズ面35について説明する。射出側表面34は、x方向に対応する発光素子12の配列個数に合わせて5分割された分割ブロック30a毎に、実質同形状に構成されている。

0052

ここで1つの分割ブロック30aに着目すると、分割レンズ面35として、複数の近似平面35a及び複数の異方偏向平面35bが設けられている。各近似平面35a及び各異方偏向平面35bは、所定の分割幅Waで領域分割した一分割領域として形成されている。本実施形態では、所定の分割幅Waは実質一定に設定されている。

0053

近似平面35aは、投射レンズ30における仮想のレンズ面として定義される仮想凸状曲面Svbに基づいて形成されている。ここで、仮想凸状曲面Svbは、画像表示パネル40側に凸となる凸状に、xz断面において湾曲することで、滑らかなシリンドリカル面状を呈している。近似平面35aは、この仮想凸状曲面Svbから抽出された複数の座標線形補間により得られた近似的な平面として、平面状に形成されている。特に本実施形態では、かかる複数の座標として、分割領域の端部における仮想凸状曲面Svbの端部座標Ceが採用されており、当該端部座標Ce同士の線形補間により近似平面35aの勾配が規定されている。仮想凸状曲面Svbが、部分的な近似により平面状とされた状態で、射出側表面34上に現出しているのである。

0054

異方偏向平面35bは、近似平面35a間に介挿された状態で配置されている。異方偏向平面35bは、投射レンズ30における仮想のレンズ面として定義される仮想傾斜面Ssbに基づいて形成されている。仮想傾斜面Ssbは、xz断面において、仮想凸状曲面Svbの面頂点に対応する箇所で逆勾配に変わる複数の平面状斜面Sspにより構成されており、各平面状斜面Sspの勾配は、仮想凸状曲面Svbの対応する箇所の勾配とは逆向きの勾配となるように設定されている。仮想傾斜面Ssbのうち一部が抽出されることで、異方偏向平面35bが射出側表面34上に現出しているのである。

0055

特に本実施形態では、1つの分割ブロック30aについて6つの分割レンズ面35が設けられている。そして、6つの分割レンズ面35は、近似平面35a、異方偏向平面35b、近似平面35a、近似平面35a、異方偏向平面35b、近似平面35aの順に配列され、隣り合う近似平面35a同士の境界が仮想凸状曲面Svbの面頂点に対応する箇所である。したがって、分割レンズ面35毎に勾配が逆勾配に切り替わるようになっているため、分割レンズ面35同士の境界を段差なく接続しても、投射レンズ30が略平板状に保たれる。

0056

次に入射側表面32における各分割レンズ面33について説明する。図8に示すように、入射側表面32は、x方向に対応する発光素子12の配列個数に合わせて3分割された分割ブロック30a毎に、異なる形状に構成されている。

0057

ここで1つの分割ブロック30aに着目すると、射出側表面34と同様に、分割レンズ面33として、複数の近似平面33a及び複数の異方偏向平面33bが設けられている。各近似平面33a及び各異方偏向平面33bは、所定の分割幅Waで領域分割した一分割領域として形成されている。本実施形態では、所定の分割幅Waは実質一定に設定されている。

0058

近似平面33aは、投射レンズ30における仮想のレンズ面として定義される仮想凸状曲面Svaに基づいて形成されている。ここで、仮想凸状曲面Svaは、集光レンズ20側に凸となる凸状に、yz断面において湾曲することで、滑らかなシリンドリカル面状を呈している。近似平面33aは、この仮想凸状曲面Svaから抽出された複数の座標の線形補間により得られた近似的な平面として、平面状に形成されている。特に本実施形態では、かかる複数の座標として、分割領域の端部における仮想凸状曲面Svaの端部座標Ceが採用されており、当該端部座標Ce同士の線形補間により近似平面33aの勾配が規定されている。仮想凸状曲面Svaが、部分的な近似により平面状とされた状態で、入射側表面32上に現出しているのである。なお、端部座標Ceは、図9の一部に図示し、図8では同様のため省略されている。

0059

異方偏向平面33bは、近似平面33a間に介挿された状態で配置されている。異方偏向平面33bは、投射レンズ30における仮想のレンズ面として定義される仮想傾斜面Ssaに基づいて形成されている。仮想傾斜面Ssaは、yz断面において、仮想凸状曲面Svaの面頂点に対応する箇所で逆勾配に変わる複数の平面状斜面Sspにより構成されており、各平面状斜面Sspの勾配は、仮想凸状曲面Svaの対応する箇所の勾配とは逆向きの勾配となるように設定されている。仮想傾斜面Ssaのうち一部が抽出されることで射出側表面34上に現出しているのである。

0060

特に本実施形態では、1つの分割ブロック30aについて6つの分割レンズ面33が設けられている。そして、6つの分割レンズ面33は、近似平面33a、異方偏向平面33b、近似平面33a、近似平面33a、異方偏向平面33b、近似平面33aの順に配列され、隣り合う近似平面33a同士の境界が仮想凸状曲面Svaの面頂点に対応する箇所である。したがって、分割レンズ面33毎に勾配が逆勾配に切り替わるようになっているため、分割レンズ面33同士の境界を段差なく接続しても、投射レンズ30が略平板状に保たれる。

0061

ここで入射側表面20aでは、射出側表面20bとは異なり、分割ブロック30a毎に近似平面33aの勾配が異なっている。詳細に、各分割ブロック30aにおいて、基となる仮想凸状曲面Svaの曲率半径Rvが異なっているのである。したがって、分割ブロック30a毎に近似平面33aの勾配が異なっている。

0062

特に本実施形態では、傾斜配置された投射レンズ30のうち、照明光源部10との距離が近距離となる近距離側から、照明光源部10との距離が遠距離となる遠距離側へ向かうに従って、各分割ブロック30aの仮想凸状曲面Svaの曲率半径Rvは、小さくなるように変化している。具体的に、近距離側の分割ブロック30aから順に曲率半径をRv1,Rv2,Rv3とすると、Rv1<Rv2<Rv3となっている。したがって、遠距離側の分割ブロック30aにおける近似平面33aの勾配は、近距離側と比較して、相対的に大きくなっている。

0063

なお、異方偏向平面33bの勾配は、各分割ブロック30aで実質等しく設定されている。

0064

yz断面における各分割ブロック30aについて、仮想凸状曲面Svaの面頂点に対応する近似平面33a上の箇所が、集光レンズ20のうち対応する集光面23の面頂点23aから光軸OAに沿って投射レンズ30側に延長した直線SL上に、大凡合わせて配置されている。こうした対応関係により、互いに対応する1つの発光素子12、1つの凸レンズ素子22及び1つの分割ブロック30aにより1つの照明ユニットIUが構成されている(図3,4も参照)。本実施形態における照明光源部10、集光レンズ20、及び投射レンズ30は、こうした照明ユニットIUの配列として、理解することも可能である。

0065

投射レンズ30よりも照明光源部10側に配置された集光面23からの照明光は、各分割レンズ面33に入射することとなる。このうち近似平面33aに入射する照明光は、対応する直線SLに近づくように、進行方向を偏向される。ここで、照明光が偏向される偏向量は、各近似平面33aの径方向DDに対する勾配に応じたものとなる。

0066

本実施形態では、集光レンズ20の集光面23の曲率半径と投射レンズ30の近似平面33a,35aの基となっている仮想凸状曲面Sva,Svbの曲率半径Rvとから、集光レンズ20及び投射レンズ30の合成焦点が規定され得る。この合成焦点の位置と照明光源部10の位置とが近くなるように設定されていることで、異なる近似平面33aにより屈折される照明光同士は、互いにyz断面における進行方向の成分が近づくように偏向される。また、異なる近似平面35aにより屈折される照明光同士は、互いにxz断面における進行方向の成分が近づくように偏向される。したがって、異なる偏向素子30bにより屈折される照明光同士が投射レンズ30入射前よりも平行光束化される。

0067

より詳細には、各照明ユニットIUにおける集光面23の曲率半径と分割ブロック30a内の近似平面33a,35aの基となっている仮想凸状曲面Sva,Svbの曲率半径Rvとから、凸レンズ素子22及び分割ブロック30aの合成焦点が規定され得る。この合成焦点の位置は、照明ユニットIU毎に規定され得る。この合成焦点の位置と対応する発光素子12の位置とが近くなるように設定されていることで、同じ分割ブロック30a内において、異なる近似平面33aにより屈折される照明光同士は、互いにyz断面における進行方向の成分が近づくように偏向される。また、同じ分割ブロック30a内において、異なる近似平面35aにより屈折される照明光同士は、互いにxz断面における進行方向の成分が近づくように偏向される。

0068

投射レンズ30の傾斜配置により、yz断面上において、各照明ユニットIUにおいて、分割ブロック30aと発光素子12との距離が異なっている。かかる距離に対応して、近似平面33aの基となっている仮想凸状曲面Svaの曲率半径Rvを、分割ブロック30a毎に異なるものとすることで、合成焦点の位置と対応する発光素子12の位置とが近くなるように設定することが可能となるのである。

0069

一方で、近似平面33a,35aに隣接して配置された異方偏向平面35bは、屈折により、離接する当該近似平面33a,35aとは異方向に照明光を偏向させる。これにより、照明光のうち一部は、投射レンズ30に入射する照明光の一部が異方偏向平面33b,35bでの屈折により近似平面33a,35aで屈折した照明光と混ぜ合わされる。したがって、画像表示パネル40の表示面44から射出される表示光が射出ピーク方向PD2に集中して射出されることが抑制される。

0070

投射レンズ30の両表面32,34において、互いに実質直交して延伸するストライプ状の分割レンズ面33,35の組み合わせにより、各偏向素子30bの機能が発揮される。具体的に、入射側表面32における分割レンズ面33のyz断面での勾配と、射出側表面34における分割レンズ面35のxz断面での勾配とにより、各偏向素子30bの照明光の偏向における基底方向及び偏向量が決定され得る。偏向量は、例えば一偏向素子30bへの照明光の入射角射出角との角度差により表すことができる。

0071

こうした投射レンズ30では、各分割ブロック30aを構成する各偏向素子30bの偏向量の平均値は、近距離側から遠距離側へ向かうに従って、段階的に変化している。特に本実施形態では、分割ブロック30aを構成する各偏向素子30bの偏向量の平均値は、より遠距離側で大きいものとなっている。

0072

また換言すると、投射レンズ30のうち、近距離側に配置された各偏向素子30bの偏向量の平均値と、遠距離側に配置された各偏向素子30bの偏向量の平均値とは、互いに異なっている。特に本実施形態では、遠距離側に配置された各偏向素子30bの偏向量の平均値は、近距離側に配置された各偏向素子30bの偏向量の平均値よりも大きいものとなっている。

0073

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説明する。

0074

第1実施形態によると、画像表示パネル40では、光軸OAに対して表示面44の法線方向NDがずれている。加えて、傾斜配置された画像表示パネル40に径方向DDを合わせるように、投射レンズ30が傾斜配置されている。こうした投射レンズ30と画像表示パネル40との両方の傾斜によれば、配置の角度差がない又は小さいので、投射レンズ30と画像表示パネル40との干渉を抑制しつつ、投射レンズ30と画像表示パネル40との間のデッドスペースの発生を抑制することができる。したがって、HUD装置100の体格の増大を抑制することができ、移動体としての車両1への搭載性が高いHUD装置100を提供することができるのである。

0075

また、第1実施形態によると、画像表示パネル40と投射レンズ30とは、互いに平行に配置されている。このようにすると、投射レンズ30と画像表示パネル40との干渉を抑制しつつ、投射レンズ30と画像表示パネル40との間隔を最小限に配置することができる。

0076

また、第1実施形態によると、照明光源部10と投射レンズ30との間に配置された集光レンズ20は、当該投射レンズ30側に突出した凸状に、湾曲する集光面23を有する。したがって、投射レンズ30が画像表示パネル40に合わせて傾斜する際に、投射レンズ30のうち集光レンズ20側に近づいた端部は、集光面23の湾曲に沿って集光面23の側方空間に回り込む配置となる。このため、集光レンズ20による集光作用を得ながらにして、投射レンズ30と集光レンズ20との干渉を回避しつつ、照明光源部10から画像表示パネル40の先端までの距離の増大を抑制することができる。したがって、HUD装置100の体格の増大を抑制することができ、車両1への搭載性が高いHUD装置100を提供することができるのである。

0077

また、第1実施形態によると、投射レンズ30は、径方向DDに沿って互いに配列され、照明光の進行方向を偏向させる複数の偏向素子30bを有する。こうした偏向素子30bの配列により投射レンズ30を板状に形成することで、HUD装置100の体格増大が抑制できるだけでなく、各偏向素子30bの偏向作用により傾斜した画像表示パネル40の各箇所に対して好適な照明を実現できるのである。

0078

また、第1実施形態によると、投射レンズ30のうち、近距離側に配置された各偏向素子30bの偏向量の平均値と、遠距離側に配置された各偏向素子30bの偏向量の平均値とは、互いに異なる。異なる偏向量が設定されることにより、投射レンズ30の各箇所で照明光源部10との距離が異なっていても、傾斜した画像表示パネル40の各箇所に対して、照明光源部10との距離に応じた好適な照明を実現することができる。

0079

また、第1実施形態によると、各分割ブロック30aを構成する偏向素子30bの偏向量の平均値は、近距離側から遠距離側へ向かうに従って、段階的に変化している。このようにすると、各発光素子12に対応する各照明光は、照明光源部10との距離に応じて程度が異なる偏向作用を受けることとなる。したがって、投射レンズ30の各箇所で照明光源部10との距離が異なっていても、傾斜した画像表示パネル40への好適な照明を実現することができる。

0080

また、第1実施形態によると、投射レンズ30は、偏向素子30bの構成要素として、仮想凸状曲面Sva又はSvbの部分的な近似により平面状に形成されている近似平面33a又は35aを複数有する。各近似平面33a又は35aは平面状であるものの共通の仮想凸状曲面Sva又はSvbに基づいているため、異なる近似平面33a又は35aに入射する各照明光は、当該仮想凸状曲面Sva又はSvbに応じた偏向量にて進行方向を偏向されることとなるので、当該各照明光間にて集光作用と実質的に同様の作用が生じ得る。したがって、HUD装置100の体格増大抑制と、傾斜した画像表示パネル40への好適な照明とを、投射レンズ30の形成を容易にして実現することができる。

0081

また、第1実施形態によると、光軸OAに対して表示面44の法線方向NDが交差している画像表示パネル40を有する画像投射ユニット19が導光部50へと表示光を投射する。こうした画像投射ユニット19によれば、例えば太陽光等の外光が、導光部50を介しつつ表示光とは逆行して画像表示パネル40に入射したとしても、当該外光が当該表示面44に反射されて表示光と一緒に視認されることが抑制されるので、HUD装置100への使用に特に好適である。

0082

加えて、傾斜配置された画像表示パネル40に径方向DDを合わせるように、投射レンズ30が傾斜配置されている。こうした投射レンズ30と画像表示パネル40との両方の傾斜によれば、配置の角度差がない又は小さいので、投射レンズ30と画像表示パネル40との干渉を抑制しつつ、投射レンズ30と画像表示パネル40との間のデッドスペースの発生を抑制することができる。したがって、画像投射ユニット19の体格の増大を抑制することができるので、HUD装置100の車両1への搭載性を向上できるのである。

0083

(第2実施形態)
図10〜13に示すように、本発明の第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。

0084

第2実施形態の照明光源部210において複数の発光素子12は、図10,11に示すように、実装面11a上における1方向を配列方向として格子状に配列されている。配列方向において、発光素子12の配列個数は、例えば1×3の全3個となっている。

0085

また本実施形態において、光源用回路基板11の平面状の実装面11aの法線方向をz方向と定義する。そして、実装面11aに沿った方向のうち、配列個数が多い方、すなわち3個の配列方向をx方向と定義し、配列個数が少ない方、すなわち1個の配列方向(本実施形態では、実質的に配列されていない方向)をy方向と定義する。

0086

各発光素子12は、第1実施形態と同様に、発光ピーク方向PD1をz方向に合わせて配置されている。照明光源部210の光軸OAは、第1実施形態と同様に、照明光源部210の中心に位置する真中の発光素子12を通り、発光ピーク方向PD1であるz方向に沿った軸として規定される。

0087

集光レンズ220において各凸レンズ素子22は、第1実施形態と同様に、発光素子12と同数設けられている。すなわち、各凸レンズ素子22は、1×3の全3個の配列となっている。

0088

集光レンズ220において入射側表面20aは、第1実施形態と同様の単一平面となっている。一方、集光レンズ220において射出側表面20bでは、各凸レンズ素子22毎に個別に設けられた集光面223が配列形成されている。

0089

各集光面223は、第1実施形態と同様の配列及び配置となっているが、その詳細形状は第1実施形態と異なっている。具体的に、各集光面223は、x方向の曲率半径とy方向の曲率半径とが互いに異なるアナモルフィック面となっている。本実施形態では、各集光面223の面頂点23a及びその近傍において、x方向の曲率半径がy方向の曲率半径よりも小さくなっている。ここで本実施形態における面頂点23aの近傍とは、例えば集光面223の径に対して面頂点23aからの距離が半値程度の範囲をいうこととする。

0090

より詳細に、xz断面において、各集光面223は、放物線状に形成されている(図11参照)。一方、yz断面において、各集光面223は、円弧状に(特に本実施形態では半円状に)形成されている(図10参照)。

0091

投射レンズ230は、第1実施形態と同様に、透光性の合成樹脂ないしはガラス等からなる複数の偏向素子30bが互いに配列されて一体的に形成されたレンズアレイとなっており、全体としては略平板状を呈している。また、投射レンズ230では、第1実施形態と同様の分割ブロック30aが定義可能である。特に本実施形態では、発光素子12が配列されたx方向に、発光素子12の配列個数に対応して3分割された1×3の全3個の分割ブロック30aが定義可能である。

0092

画像表示パネル40は、第1実施形態と同様に、表示面44の接線方向TDのうち、x方向に沿った長手方向LDを光軸OAと直交させ、短手方向SDが光軸OAに対して傾斜するように傾斜配置されている。こうした画像表示パネル40に対応して、投射レンズ230も傾斜配置されている。画像表示パネル40と投射レンズ230との間隔を一定とすることで、画像表示パネル40と投射レンズ230とは、互いに平行に配置されている。さらに第2実施形態では、光軸OAに対して垂直な垂直方向(本実施形態ではyz断面上のy方向)において、集光レンズ220と投射レンズ230とは、一部重なって配置されている。投射レンズ230の傾斜配置により、当該投射レンズ230のうち一端部が集光面223の側方空間に配置されているためである。

0093

第2実施形態において、投射レンズ230の形状は、こうした傾斜配置に特に合わせたものとはなっていない。以下、投射レンズ230の形状について、詳細説明する。

0094

図12に示すように、投射レンズ230において入射側表面32では、複数の分割レンズ面33が、偏向素子30bの構成要素として、隣り合う偏向素子30b同士の境界に合わせてストライプ状に分割された状態で形成されている。入射側表面32における分割レンズ面33の分割方向は、y方向から例えば10〜25度程度傾斜した短手方向SDに沿っている。したがって、xz断面においては、1つの分割レンズ面33が偏向素子30b及び分割ブロック30aを跨いで形成されている。

0095

本実施形態において、各分割レンズ面33は、凸フレネルレンズ状に分割された分割凸面233cとなっている。分割凸面233cは、投射レンズ230における仮想のレンズ面として定義される1つの仮想凸状曲面Svcに基づいて形成されている。ここで、仮想凸状曲面Svcは、集光レンズ220側に凸となる凸状に、yz断面において湾曲することで、滑らかなシリンドリカル面状を呈している。したがって、入射側表面32は、主として、照明光の進行方向をyz断面において偏向するように構成されている。分割凸面233c間の境界において段差を設けることで、投射レンズ230が略平板状に保たれるのである。

0096

また、図13に示すように、投射レンズ230において射出側表面34は、発光素子12の配列個数に対応して、分割ブロック30aの個数が減少しているものの、各分割ブロック30a内の構成は第1実施形態と同様となっている。

0097

各分割ブロック30aについて、仮想凸状曲面Svc,Svbの面頂点に対応する分割凸面233c上の箇所及び近似平面35a上の箇所が、集光レンズ220のうち対応する集光面223の面頂点23aから光軸OAに沿って投射レンズ230側に延長した直線SL上に、大凡合わせて配置されている。

0098

こうした第2実施形態においても、投射レンズ230は、径方向DDを表示面44の接線方向TDに合わせるように、傾斜配置されているので、第1実施形態に準じた作用効果を奏することが可能となる。

0099

また、第2実施形態によると、光軸OAに対して垂直な垂直方向において、集光レンズ220と投射レンズ230とは、一部重なって配置されているので、集光レンズ220と投射レンズ230との間のデッドスペースを減少させることができる。

0100

(第3実施形態)
図14,15に示すように、本発明の第3実施形態は第1実施形態の変形例である。第3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。

0101

第3実施形態の投射レンズ330も、第1実施形態と同様に、傾斜配置に合わせたものとなっている。以下投射レンズ330の形状について、詳細に説明する。

0102

投射レンズ330において集光レンズ20と対向する入射側表面32では、複数の分割レンズ面33が、偏向素子30bの構成要素として、隣り合う偏向素子30bの境界に合わせてストライプ状に分割された状態で形成されている。入射側表面32における分割レンズ面33の分割方向は、第1実施形態と同様に、y方向から例えば10〜25度程度傾斜した短手方向SDに沿っている。各分割レンズ面33は、その法線方向のyz断面における成分が光軸OAに沿うように配置されている。入射側表面32は、主として、照明光の進行方向をyz断面において偏向するように構成されている。

0103

一方、投射レンズ330において画像表示パネル40と対向する射出側表面34では、複数の分割レンズ面35が、偏向素子30bの構成要素として、偏向素子30bの境界に合わせてストライプ状に分割された状態で形成されている。射出側表面34における分割レンズ面35の分割方向は、第1実施形態と同様に、長手方向LD(すなわちx方向)に沿っている。各分割レンズ面35は、その法線方向のxz断面における成分が光軸OAに沿うように配置されている。射出側表面34は、主として、照明光の進行方向をxz断面において偏向するように構成されている。

0104

第3実施形態の投射レンズ330では、分割レンズ面33,35のうち、第1実施形態の近似平面33a,35aを、凸状に湾曲する凸状曲面333d,335dに置き換えた形態となっている。

0105

凸状曲面333d,335dは、投射レンズ330における仮想のレンズ面として定義される仮想凸状曲面Sva,Svbに基づいて形成されている。ここで、仮想凸状曲面Sva,Svbは、第1実施形態と同様である。凸状曲面333d,335dは、仮想凸状曲面Sva,Svbを近似せずに、そのまま仮想凸状曲面Sva,Svbのうち一部が抽出されることで入射側表面32及び射出側表面34に現出している。

0106

なお、仮想凸状曲面Sva,Svbの面頂点に対応する箇所では、第1実施形態における2つの近似平面33a又は35aが1つの凸状曲面333d又は335dに置き換わるため、分割幅Waが他の分割領域の2倍となっている。

0107

射出側表面34において仮想凸状曲面Svbの曲率半径Rvは、各分割ブロック30a間で実質等しく設定されている。したがって、射出側表面34は、x方向に対応する発光素子12の配列個数に合わせて5分割された分割ブロック30a毎に、実質同形状に構成されている。

0108

一方、入射側表面32は、x方向に対応する発光素子12の配列個数に合わせて3分割された分割ブロック30a毎に、異なる形状に構成されている。具体的に、入射側表面32において、仮想凸状曲面Svaの曲率半径Rvは、各分割ブロック30a間で異なっている。特に本実施形態では、傾斜配置された投射レンズ330のうち、照明光源部10との距離が近距離となる近距離側から、照明光源部10との距離が遠距離となる遠距離側へ向かうに従って、各分割ブロック30aの仮想凸状曲面Svaの曲率半径Rvは、段階的に小さくなるように変化している。すなわち、近距離側から遠距離側へ向かうに従って、各凸状曲面333dの曲率半径は、段階的に小さくなるように変化している。したがって、分割ブロック30a毎に凸状曲面333dの勾配が異なっており、遠距離側の分割ブロック30aにおける凸状曲面333dの勾配は、近距離側と比較して、相対的に大きくなっている。

0109

なお、異方偏向平面33bの勾配は、第1実施形態と同様に、各分割ブロック30aで実質等しく設定されている。

0110

こうした第3実施形態においても、投射レンズ330は、径方向DDを表示面44の接線方向TDに合わせるように、傾斜配置されているので、第1実施形態に準じた作用効果を奏することが可能となる。

0111

また、第3実施形態によると、投射レンズ30は、偏向素子30bの構成要素として、凸状に湾曲する凸状曲面333d,335dを有する。こうした凸状曲面333d,335dに入射する照明光は、集光作用を受けることとなるので、HUD装置100の体格増大抑制と、傾斜した画像表示パネル40への好適な照明とを、実現することができる。

0112

また、第3実施形態によると、各凸状曲面333dの曲率半径Rv1〜3は、投射レンズ330のうち近距離側から遠距離側へ向かうに従って、段階的に変化している。このようにすると、各凸状曲面333dを経た各照明光は、照明光源部10との距離に応じて程度が異なる集光作用を受けることとなる。したがって、投射レンズ330の各箇所で照明光源部10との距離が異なっていても、傾斜した画像表示パネル40への好適な照明を実現することができる。

0113

(他の実施形態)
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は、それらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、本発明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。

0114

具体的に変形例1としては、図16に示すように、凸レンズ素子22の配列ピッチに対して、発光素子12を照明光源部10の中心側に偏心してもよい。この場合、各発光素子12の偏心量は、中心の発光素子12を挟んで非対称に設定されていてもよい。

0115

変形例2としては、投射レンズ30のうち、近距離側に配置された偏向素子30bの偏向量の平均値と遠距離側に配置された偏向素子30bの偏向量の平均値とを異ならせる代わりに、又は異ならせることと組み合わせて、図17に示すように、発光素子12は、一直線上に配置されずに、凸レンズ素子22及び分割ブロック30aの合成焦点の位置に合わせるように配置されていてもよい。図17の例では、光源用回路基板11は、実装面11aがえび反り曲面状のフレキシブル基板となっており、複数の発光素子12がえび反り状に配列されている。したがって、発光素子12は、中心を挟んで、非対称に配置されていてもよい。

0116

変形例3としては、図18に示すように、集光レンズ20が設けられていなくてもよい。

0117

第1,3実施形態に関する変形例4としては、図18に示すように、近距離側から遠距離側へ向かうに従って、各分割ブロック30aの仮想凸状曲面Svaの曲率半径Rvは、段階的に大きくなるように変化していてもよい。図18の例では、近距離側の分割ブロック30aから順に曲率半径をRv1,Rv2,Rv3とすると、Rv1>Rv2>Rv3となっている。近距離側と遠距離側の曲率半径Rvの大小関係は、例えば集光レンズ20の有無、集光レンズ20の焦点距離及び配置等、設計の諸条件によって変わり得る。

0118

変形例5としては、各分割レンズ面33,35のサグ量が実質一定となるように分割幅が設定されていてもよい。また、各表面32,34における分割レンズ面33,35の分割数、又は偏向素子30bの配列個数は、任意に設定することができる。

0119

変形例6としては、投射レンズ30のうち、近距離側に配置された偏向素子30bの偏向量の平均値と遠距離側に配置された偏向素子30bの偏向量の平均値とを異ならせる代わりに、又は異ならせることと組み合わせて、仮想凸状曲面Svaの面頂点から曲率中心に向かう方向を、近距離側と遠距離側とで異なるものとしてもよい。

0120

第1実施形態に関する変形例7としては、近似平面33aは、仮想凸状曲面Svaの部分的な近似により平面状に形成されていれば、例えば分割領域の中点における仮想凸状曲面Svaの接平面が抽出されることによって形成されたものであってもよい。

0121

変形例8としては、集光面23は、球面状に形成されていてもよい。

0122

変形例9としては、投射レンズ30は、入射側表面32と射出側表面34との形状を入れ替えた形状であってもよい。

0123

変形例10としては、投射レンズ30は、径方向DDを表示面44の接線方向TDに合わせるように傾斜配置されていれば、画像表示パネル40と多少の角度差を有していてもよい。

0124

変形例11としては、投射レンズ30は、径方向DDに沿って配列された複数の偏向素子30bを有していなくてもよい。具体的に、入射側表面32及び射出側表面34にそれぞれ単一のレンズ面を有する凸レンズであっても、当該レンズ面の曲率半径が大きめに設定されていれば、本発明を適用することができる。

0125

変形例12としては、車両1以外の船舶ないしは飛行機等の各種移動体(輸送機器)に、本発明を適用してもよい。

0126

100HUD装置、1 車両(移動体)、3ウインドシールド(投影部材)、10,210照明光源部、12発光素子、19画像投射ユニット、20,220集光レンズ、23,223集光面、30,230,330投射レンズ、30a分割ブロック、30b偏向素子、30a 分割ブロック、30b 偏向素子、33a,35a近似平面、40画像表示パネル、44 表示面、50導光部、333d,335d凸状曲面、OA光軸、DD径方向、ND 表示面の法線方向、TD 表示面の接線方向

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