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WO2022085658A1 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

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WO2022085658A1
WO2022085658A1 PCT/JP2021/038518 JP2021038518W WO2022085658A1 WO 2022085658 A1 WO2022085658 A1 WO 2022085658A1 JP 2021038518 W JP2021038518 W JP 2021038518W WO 2022085658 A1 WO2022085658 A1 WO 2022085658A1
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WO
WIPO (PCT)
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light
mirror
display
lenticular lens
lens
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2021/038518
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English (en)
French (fr)
Inventor
太陽 岩屋
千秋 渋谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Seiki Co Ltd
Original Assignee
Nippon Seiki Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Seiki Co Ltd filed Critical Nippon Seiki Co Ltd
Priority to JP2022557543A priority Critical patent/JP7743838B2/ja
Priority to DE112021005530.5T priority patent/DE112021005530T5/de
Priority to US18/248,451 priority patent/US11960080B2/en
Priority to CN202180063121.9A priority patent/CN116490814A/zh
Publication of WO2022085658A1 publication Critical patent/WO2022085658A1/ja
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    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60K35/20—Output arrangements, i.e. from vehicle to user, associated with vehicle functions or specially adapted therefor
    • B60K35/21—Output arrangements, i.e. from vehicle to user, associated with vehicle functions or specially adapted therefor using visual output, e.g. blinking lights or matrix displays
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    • B60K35/231—Head-up displays [HUD] characterised by their arrangement or structure for integration into vehicles
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    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
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    • G02B2027/015—Head-up displays characterised by mechanical features involving arrangement aiming to get less bulky devices

Definitions

  • This disclosure relates to a head-up display device.
  • the head-up display device described in Patent Document 1 includes a display that emits display light, a first mirror that reflects the display light emitted by the display, and a display light reflected by the first mirror.
  • a second mirror that reflects light is provided. The first mirror crosses the reflected display light up and down at the cross point before reaching the second mirror.
  • the present disclosure has been made in view of the above circumstances, and an object of the present disclosure is to provide a head-up display device capable of reducing the divergence angle of the display light that has passed the cross point.
  • the head-up display device is A light source that emits light and A liquid crystal panel that receives light from the light source and emits display light, A first mirror that reflects the display light from the liquid crystal panel and crosses the reflected display light at a cross point in the cross direction. A second mirror that is reflected by the first mirror and reflects the display light that has passed through the cross point.
  • the present invention includes a first optical element that causes the display light to reach the first mirror in a converged state by converging the light from the light source.
  • the divergence angle of the display light that has passed the cross point can be reduced.
  • the head-up display device 100 is mounted on the vehicle 200, and by projecting the display light L onto the windshield 201 which is a projected member, the virtual image V including the vehicle information can be visually recognized by the viewer 1. Display on.
  • the head-up display device 100 includes a first mirror 11, a second mirror 12, a display unit 20, and a case 30.
  • the case 30 is formed in a box shape with a light-shielding resin or metal.
  • the first mirror 11, the second mirror 12, and the display unit 20 are housed in the case 30.
  • the case 30 includes a translucent window material 31 that transmits the display light L reflected by the second mirror 12 toward the windshield 201 (see FIG. 1).
  • the translucent window material 31 is formed in a plate shape by a translucent resin or glass, and is positioned so as to correspond to the windshield 201 in the height direction of the vehicle 200.
  • the display unit 20 emits the display light L as convergent light that converges toward the first mirror 11.
  • the convergence angle ⁇ of the display light L emitted from the display unit 20 is an angle formed by a light ray at a position farthest from the center of the optical axis with respect to the center of the optical axis.
  • the display light L emitted from the display unit 20 converges in the height direction (cross direction) of the vehicle 200 and is parallel in the width direction of the vehicle 200.
  • the specific configuration of the display unit 20 will be described later.
  • the first mirror 11 is a concave mirror that curves along the height direction of the vehicle 200 and extends linearly along the width direction of the vehicle 200.
  • the first mirror 11 reflects the display light L emitted from the display unit 20 toward the second mirror 12.
  • the first mirror 11 reflects the display light L from the display unit 20 toward the second mirror 12 so as to cross at the cross point Cr in the height direction of the vehicle 200.
  • the cross point Cr is located between the first mirror 11 and the second mirror 12 in the optical path of the display light L.
  • the cross point Cr is provided closer to the first mirror 11 than the intermediate position between the first mirror 11 and the second mirror 12.
  • the display light L converges from the first mirror 11 to the cross point Cr and diverges from the cross point Cr to the second mirror 12 at the divergence angle ⁇ .
  • the divergence angle ⁇ is an angle formed by a light ray at a position farthest from the center of the optical axis with respect to the center of the optical axis of the display light L from the cross point Cr to the second mirror 12.
  • the reflective surface 11a of the first mirror 11 faces the front lower side of the vehicle 200.
  • the second mirror 12 is a concave mirror that curves along the height direction of the vehicle 200 and extends linearly along the width direction of the vehicle 200.
  • the second mirror 12 reflects the display light L reflected from the first mirror 11 toward the windshield 201 (see FIG. 1).
  • the second mirror 12 reflects the display light L from the first mirror 11 toward the windshield 201 so as to diverge.
  • the reflective surface 12a of the second mirror 12 faces the rear upper side of the vehicle 200.
  • the display unit 20 includes a light source substrate 21, a plurality of light sources 22, and an illumination optical system 28 for adjusting the illumination light from the light source 22.
  • the illumination optical system 28 adjusts the illumination light from the light source 22.
  • the adjustment of the illumination light means the parallelization of the illumination light, the diffusion, the scattering or the convergence of the illumination light.
  • the illumination optical system 28 includes a condenser lens 23, a first lenticular lens 24, a second lenticular lens 25, a diffuser 26, and a liquid crystal panel 27.
  • the direction along the optical axis of the illumination light emitted from the light source 22 is defined as the Z direction, and the directions orthogonal to the Z direction are defined as the X direction and the Y direction.
  • the X and Y directions are orthogonal to each other.
  • the X direction is along the lateral direction of the first lenticular lens 24 or the like
  • the Y direction is along the longitudinal direction of the first lenticular lens 24 or the like.
  • the light source substrate 21, the condenser lens 23, the first lenticular lens 24, the second lenticular lens 25, the diffuser 26, and the liquid crystal panel 27 are arranged along the Z direction along the Z direction, and are made of a light-shielding resin. It is housed in a housing tube (not shown) formed.
  • the light source 22 emits illumination light under the control of a control unit (not shown).
  • the light source 22 is, for example, an LED (Light Emitting Diode).
  • the plurality of light sources 22 are mounted on the main surface of the light source substrate 21.
  • the main surface of the light source substrate 21 is a surface of the light source substrate 21 facing the condenser lens 23.
  • the plurality of light sources 22 are arranged in a matrix of 2 rows ⁇ 6 columns on the main surface of the light source substrate 21.
  • the condenser lens 23 is formed in a plate shape by a translucent resin or glass.
  • the condenser lens 23 has a function of substantially parallelizing each ray of illumination light emitted from each light source 22 along the Z direction.
  • the condenser lens 23 includes a plurality of convex lens portions 23a arranged in the X direction and the Y direction. Each convex lens portion 23a is formed in the shape of a biconvex lens.
  • the plurality of convex lens portions 23a are arranged in a matrix of 2 rows ⁇ 6 columns corresponding to each of the plurality of light sources 22.
  • the first lenticular lens 24 is formed in a plate shape by a translucent resin or glass. Specifically, the first lenticular lens 24 includes an incident surface 24i on which light is incident and an ejection surface 24o on which light that has passed through the first lenticular lens 24 in the thickness direction is emitted.
  • the incident surface 24i of the first lenticular lens 24 is a surface facing the condenser lens 23.
  • the injection surface 24o of the first lenticular lens 24 is a surface facing the second lenticular lens 25.
  • a plurality of (11 in this example) cylindrical lens portions 24a are formed on the incident surface 24i of the first lenticular lens 24.
  • Each of the plurality of cylindrical lens portions 24a extends in a semi-cylindrical shape extending in the Y direction and forms a cylindrical lens array shape arranged along the X direction.
  • the incident surface 24i of the second lens 24 has a function of emitting light in the X direction in order to suppress the occurrence of unevenness in the light intensity in the X direction by the cylindrical lens portion 24a.
  • a plurality of (16 in this example) cylindrical lens portions 24b are formed on the ejection surface 24o of the first lenticular lens 24.
  • Each of the plurality of cylindrical lens portions 24b extends in a semi-cylindrical shape extending in the X direction and forms a cylindrical lens array shape arranged along the Y direction.
  • the ejection surface 24o of the second lens 24 has a function of emitting light in the Y direction in order to suppress the occurrence of unevenness in the light intensity in the Y direction by the cylindrical lens portion 24b.
  • the cylindrical lens portions 24a and 24b are arranged in a direction intersecting each other. The divergence angle of light can be adjusted based on the pitch and radius of curvature of the cylindrical lens portions 24a and 24b.
  • the second lenticular lens 25 is formed in a plate shape by a translucent resin or glass. Specifically, the second lenticular lens 25 includes an incident surface 25i on which light is incident, and an ejection surface 25o on which light that has passed through the inside of the second lenticular lens 25 in the thickness direction is emitted.
  • the incident surface 25i of the second lenticular lens 25 is a surface facing the first lenticular lens 24.
  • the ejection surface 25o of the second lenticular lens 25 is a surface facing the diffuser 26.
  • the incident surface 25i of the second lenticular lens 25 is formed as a curved surface (cylindrical surface) that is convexly curved along the X direction.
  • the incident surface 25i of the second lenticular lens 25 has a function of converging the illumination light as convergent light in the X direction.
  • the radius of curvature of the ejection surface 25o determines the convergence angle ⁇ of the illumination light and the display light L.
  • the convergence angle ⁇ of the emission surface 25o is set to an angle at which the illumination light from the emission surface 25o can reach the first mirror 11 (see FIG. 2) as the display light L as the convergent light as it is through the liquid crystal panel 27.
  • the ejection surface 25o of the second lenticular lens 25 is formed as a curved surface (cylindrical surface) curved in a concave shape along the Y direction.
  • the injection surface 25o of the second lenticular lens 25 has a function of diverging the illumination light as divergent light in the Y direction.
  • the diffuser 26 is a diverging plate or a diffusing plate that suppresses the occurrence of unevenness in light intensity, and scatters the illumination light that has passed through the second lenticular lens 25 and then radiates it toward the liquid crystal panel 27.
  • the liquid crystal panel 27 is a TFT (Thin Film Transistor) type liquid crystal display panel.
  • the liquid crystal panel 27 receives the illumination light that has passed through the diffuser 26 and emits the display light L under the control of a control unit (not shown).
  • the illumination light emitted from each light source 22 is substantially parallelized so that the light rays extend in the Z direction in the X direction and the Y direction by passing through the condenser lens 23.
  • the illumination light transmitted through the condenser lens 23 is incident on the incident surface 24i of the first lenticular lens 24 and is emitted from the exit surface 24o.
  • the first lenticular lens 24 emits illumination light passing through the condenser lens 23 in the X direction and the Y direction by the cylindrical lens portions 24a and 24b. This reduces unevenness in light intensity in the X and Y directions.
  • the illumination light transmitted through the first lenticular lens 24 is incident on the incident surface 25i of the second lenticular lens 25 and is emitted from the exit surface 25o.
  • the second lenticular lens 25 is oriented by the convex lens-shaped incident surface 25i so that the illumination light is converged in the X direction, that is, toward the center of the optical axis as the illumination light advances.
  • the second lenticular lens 25 is oriented so as to diverge the illumination light in the Y direction by the concave lens-shaped emission surface 25o, that is, to move away from the center of the optical axis as the illumination light advances.
  • the illumination light transmitted through the second lenticular lens 25 is scattered by the diffuser 26 and then illuminates the liquid crystal panel 27.
  • the liquid crystal panel 27 receives the illumination light that has passed through the diffuser 26 and emits the display light L.
  • the display light L emitted from the liquid crystal panel 27 is in a state of being converged in the X direction by the incident surface 25i of the second lenticular lens 25, and is in a state of being radiated in the Y direction by the exit surface 25o of the second lenticular lens 25.
  • the display light L converging in the X direction is reflected by the first mirror 11, heads toward the second mirror 12 while maintaining the converged state, and diverges after crossing at the cross point Cr.
  • the display light L diverging in the Y direction is reflected by the first mirror 11 and reaches the second mirror 12 while maintaining the diverging state. Then, the display light L is reflected by the second mirror 12 toward the windshield 201 (see FIG. 1). The display light L reflected by the windshield 201 reaches the viewer 1, whereby the virtual image V becomes visible to the viewer 1.
  • the head-up display device 100 reflects and reflects the light source 22 that emits light, the liquid crystal panel 27 that receives the light from the light source 22 and emits the display light L, and the display light L from the liquid crystal panel 27.
  • the first mirror 11 that crosses the displayed display light L in the cross direction (the height direction of the vehicle 200) at the cross point Cr, and the display light L that is reflected by the first mirror 11 and passes through the cross point Cr are reflected. It includes two mirrors 12 and a second wrenchular lens 25, which is an example of a first optical element that causes the display light L to reach the first mirror 11 in a converged state by converging the light from the light source 22.
  • the display light L emitted from the liquid crystal panel 27 reaches the first mirror 11 in a converged state. Therefore, the divergence angle ⁇ of the display light L that has passed the cross point Cr can be reduced. As a result, the size of the second mirror 12 can be reduced.
  • the light path Lq located at the outer edge of the vertical plane of the optical axis of the display light shown by the broken line in FIG. 2 is larger than the display light L having the above configuration. Located on the outside.
  • the divergence angle ⁇ of the display light that has passed the cross point Cr in the comparative example is larger than the divergence angle ⁇ of the display light L having the above configuration. Therefore, in the comparative example, it is necessary to increase the sizes of the first mirror and the second mirror in order to make the display light reflective. In this respect, in the above configuration, since the divergence angle ⁇ of the display light L that has passed the cross point Cr becomes small, the size of the first mirror 11 and the second mirror 12, and eventually the size of the head-up display device 100 should be reduced. Can be done.
  • the second lenticular lens 25 has an incident surface 25i, which has a positive power and is an example of a convex lens surface that converges the light from the light source 22. According to this configuration, the light from the light source 22 can be converged by the convex lens surface of the second lenticular lens 25.
  • the head-up display device 100 has a condenser lens 23, which is an example of a second optical element that substantially parallelizes the light emitted from the light source 22, and the light that is substantially parallelized by the condenser lens 23.
  • the first wrenchular lens 24, which is an example of the third optical element emitted from the second wrenchular lens 25, is provided. According to this configuration, the light emitted from the light source 22 by the condenser lens 23 is substantially parallelized, and the light is radiated by the first lenticular lens 24. In this way, the light is adjusted by the time it reaches the second lenticular lens 25.
  • the incident surface 24i and the exit surface 24o of the first lenticular lens 24 are formed in a cylindrical lens array shape having cylindrical lens portions 24a and 24b extending in directions intersecting each other, respectively. According to this configuration, the light is diffused by one first lenticular lens 24 so as to suppress unevenness of light intensity in two directions (for example, the X direction and the Y direction).
  • the exit surface 25o of the second lenticular lens 25 is formed as a curved surface curved in a concave shape along the Y direction.
  • both ends of the incident surface 25i of the second lenticular lens 25 in the Y direction are the first lenticular lenses.
  • the distance between the first lenticular lens and the second lenticular lens may increase in order to prevent contact with the lens.
  • the exit surface 25o of the second lenticular lens 25 is formed as a curved surface curved in a concave shape along the Y direction, the distance between the first lenticular lens 24 and the second lenticular lens 25 is set. It can be made smaller.
  • the indicator light L is crossed in the height direction of the vehicle 200, but instead of or in addition to this, the indicator light L may be crossed in the width direction of the vehicle 200.
  • the reflective surface 11a of the first mirror 11 is formed in a concave shape curved along the width direction of the vehicle 200.
  • a plurality of cylindrical lens portions 24a are formed on the injection surface 24o of the first lenticular lens 24, and as shown in FIG. 6, a plurality of cylindrical lens portions 24b are formed on the incident surface 24i of the first lenticular lens 24. May be formed. That is, the modified example 1 is configured by turning the first lenticular lens 24 upside down so that the incident surface 24i and the ejection surface 24o of the first lenticular lens 24 in the above embodiment are opposite to each other. Even in this case, the first lenticular lens 24 can diffuse the illumination light in the X direction and the Y direction as in the above embodiment.
  • the incident surface 25i of the second lenticular lens 25 is formed in a planar shape along the X and Y directions, and the exit surface 25o of the second lenticular lens 25 is curved convexly along the X direction. It may be formed as a curved surface.
  • the exit surface 25o of the second lenticular lens 25 is formed as a toroidal surface that is convexly curved along the X direction and concavely curved along the Y direction.
  • the exit surface 25o of the second lenticular lens 25 converges the illumination light as convergent light in the X direction as in the incident surface 25i of the above embodiment, and also uses the illumination light as divergence light in the Y direction. Make it diverge.
  • a concave mirror 29 which is an example of the first optical element, may be provided.
  • the concave mirror 29 reflects the illumination light toward the liquid crystal panel 27 so as to converge the illumination light as convergent light in the direction corresponding to the X direction. Even with this configuration, the same effects as those of the above embodiment can be obtained.
  • the configurations of the condenser lens 23, the first lenticular lens 24, and the second lenticular lens 25 are not limited to the above modifications 1 to 3, and further changes can be made.
  • the cylindrical lens portions 24a and 24b of the first lenticular lens 24 are arranged so as to intersect each other, but the present invention is not limited to this, and the cylindrical lens portions 24a and 24b may extend in the same direction.
  • a cylindrical lens portion extending in the Y direction and lining up in the X direction is formed on both the incident surface 24i and the exit surface 24o of the first lenticular lens 24 shown in FIG. 7, and the second lenticular lens 25 shown in FIG. 8 is formed. Cylindrical lens portions extending in the X direction and lining up in the Y direction may be formed on the incident surface 25i.
  • two first lenticular lenses 24 may be arranged so as to face each other.
  • the first lenticular lens extends in the Y direction on both the entrance surface and the emission surface, and a cylindrical lens portion arranged in the X direction is formed, and the second lenticular lens is formed on both the entrance surface and the emission surface. Cylindrical lens portions extending in the X direction and lining up in the Y direction may be formed.
  • the second lenticular lens 25 may be provided upside down so that the incident surface 25i and the exit surface 25o of the second lenticular lens 25 are opposite to each other. Further, the diffuser 26 in the above embodiment can be omitted.
  • the second mirror 12 may be configured to be rotatable by a mirror drive unit about a rotation axis along the vehicle width direction. By rotating the second mirror 12 around the rotation axis, it is possible to adjust the irradiation position of the display light L to the viewer 1 in the height direction.
  • the head-up display device 100 is mounted on a vehicle, but the present invention is not limited to this, and the head-up display device 100 may be mounted on a vehicle such as an airplane or a ship. Further, the projected member is not limited to the windshield 201, and may be a dedicated combiner.

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Abstract

クロス点を過ぎた表示光の発散角を小さく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１００は、光を放射する光源と、光源からの光を受けて表示光Ｌを放射する液晶パネルと、液晶パネルからの表示光Ｌを反射し、反射した表示光Ｌをクロス方向にクロス点Ｃｒでクロスさせる第１ミラー１１と、第１ミラー１１にて反射してクロス点Ｃｒを通過した表示光Ｌを反射する第２ミラー１２と、光源からの光を収束させることにより、表示光Ｌを収束した状態で第１ミラー１１に到達させる第２レンチキュラレンズと、を備える。

Description

ヘッドアップディスプレイ装置
　本開示は、ヘッドアップディスプレイ装置に関する。
　例えば、特許文献１に記載のヘッドアップディスプレイ装置は、表示光を放射する表示器と、この表示器で放射された表示光を反射する第１ミラーと、この第１ミラーで反射された表示光を反射する第２ミラーと、を備える。第１ミラーは、反射した表示光を第２ミラーに到達する前のクロス点で上下にクロスさせる。
国際公開第２０１８／１９８８２１号
　上記特許文献１に記載の構成では、表示器から放射された表示光が平行光であるため、クロス点を過ぎた後の表示光が大きい発散角にて発散する。このため、第２ミラーの反射面を大きくする必要がある。
　本開示は、上記実状を鑑みてなされたものであり、クロス点を過ぎた表示光の発散角を小さく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。
　上記目的を達成するため、本開示に係るヘッドアップディスプレイ装置は、
　光を放射する光源と、
　前記光源からの光を受けて表示光を放射する液晶パネルと、
　前記液晶パネルからの前記表示光を反射し、反射した前記表示光をクロス方向にクロス点でクロスさせる第１ミラーと、
　前記第１ミラーにて反射して前記クロス点を通過した前記表示光を反射する第２ミラーと、
　前記光源からの光を収束させることにより、前記表示光を収束した状態で前記第１ミラーに到達させる第１光学素子と、を備える。
　本開示によれば、ヘッドアップディスプレイ装置において、クロス点を過ぎた表示光の発散角を小さくすることができる。
本開示の一実施形態に係る車両の概略図である。 本開示の一実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の概略図である。 本開示の一実施形態に係る光路を示す表示ユニットの側面図である。 本開示の一実施形態に係る光路を示す表示ユニットの平面図である。 本開示の変形例に係る光路を示す表示ユニットの側面図である。 本開示の変形例に係る光路を示す表示ユニットの平面図である。 本開示の変形例に係る光路を示す表示ユニットの側面図である。 本開示の変形例に係る光路を示す表示ユニットの平面図である。 本開示の変形例に係る光路を示す表示ユニットの側面図である。
　本開示に係るヘッドアップディスプレイ装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
　図１に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置１００は、車両２００に搭載され、表示光Ｌを被投射部材であるウインドシールド２０１に投射することにより車両情報を含む虚像Ｖを視認者１により視認可能に表示する。
　図２に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置１００は、第１ミラー１１と、第２ミラー１２と、表示ユニット２０と、ケース３０と、を備える。
　ケース３０は遮光性の樹脂又は金属により箱状に形成されている。ケース３０内には第１ミラー１１、第２ミラー１２及び表示ユニット２０が収容されている。
　ケース３０は、第２ミラー１２にて反射した表示光Ｌをウインドシールド２０１（図１参照）に向けて透過する透光窓材３１を備える。透光窓材３１は、透光性樹脂又はガラスにより板状に形成され、車両２００の高さ方向においてウインドシールド２０１に対応するように位置する。
　表示ユニット２０は、第１ミラー１１に向けて収束する収束光として表示光Ｌを放射する。表示ユニット２０から放射される表示光Ｌの収束角αは、光軸中心に対して光軸中心から最も離れた位置の光線がなす角度である。表示ユニット２０から放射される表示光Ｌは、車両２００の高さ方向（クロス方向）において収束し、車両２００の幅方向において平行である。
　表示ユニット２０の具体的な構成については後述する。
　図２に示すように、第１ミラー１１は、車両２００の高さ方向に沿って湾曲し、車両２００の幅方向に沿って直線状に延びる凹面鏡である。第１ミラー１１は表示ユニット２０から放射された表示光Ｌを第２ミラー１２に向けて反射する。
　第１ミラー１１は、車両２００の高さ方向において表示ユニット２０からの表示光Ｌをクロス点Ｃｒにてクロスさせるように第２ミラー１２に向けて反射する。クロス点Ｃｒは、表示光Ｌの光路において第１ミラー１１と第２ミラー１２の間に位置する。クロス点Ｃｒは、第１ミラー１１と第２ミラー１２の中間位置よりも第１ミラー１１の近くに設けられる。表示光Ｌは、第１ミラー１１からクロス点Ｃｒまで収束し、クロス点Ｃｒから第２ミラー１２まで発散角βにて発散する。発散角βは、クロス点Ｃｒから第２ミラー１２までの表示光Ｌの光軸中心に対して光軸中心から最も離れた位置の光線がなす角度である。
　第１ミラー１１の反射面１１ａは、車両２００の前方下側を向いている。
　第２ミラー１２は、車両２００の高さ方向に沿って湾曲し、車両２００の幅方向に沿って直線状に延びる凹面鏡である。第２ミラー１２は、第１ミラー１１から反射された表示光Ｌをウインドシールド２０１（図１参照）に向けて反射する。第２ミラー１２は、第１ミラー１１からの表示光Ｌを発散するようにウインドシールド２０１に向けて反射する。第２ミラー１２の反射面１２ａは、車両２００の後方上側を向いている。
　次に、表示ユニット２０の具体的な構成について説明する。
　図３及び図４に示すように、表示ユニット２０は、光源基板２１と、複数の光源２２と、光源２２からの照明光を調整する照明光学系２８と、を備える。照明光学系２８は、光源２２からの照明光を調整する。照明光の調整とは、照明光の平行化、照明光の拡散、散乱又は収束を言う。
　照明光学系２８は、コンデンサレンズ２３と、第１レンチキュラレンズ２４と、第２レンチキュラレンズ２５と、ディフューザー２６と、液晶パネル２７と、を備える。
　以下の説明では、光源２２から放射される照明光の光軸に沿う方向をＺ方向と規定し、Ｚ方向に直交する方向をＸ方向及びＹ方向と規定する。Ｘ方向及びＹ方向は互いに直交する。本例では、Ｘ方向は第１レンチキュラレンズ２４等の短手方向に沿い、Ｙ方向は第１レンチキュラレンズ２４等の長手方向に沿う。Ｘ方向及びＺ方向に沿うクロス面において表示光Ｌがクロスするクロス点Ｃｒ（図１参照）が存在する。このクロス面は、車両高さ方向及び車両前後方向に沿う。
　光源基板２１、コンデンサレンズ２３、第１レンチキュラレンズ２４、第２レンチキュラレンズ２５、ディフューザー２６及び液晶パネル２７は、それぞれの厚さ方向がＺ方向に沿いＺ方向に沿って並べられ、遮光性樹脂により形成される収容筒部（図示略）内に収容される。
　光源２２は、図示しない制御部による制御のもと照明光を放射する。光源２２は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）である。複数の光源２２は、光源基板２１の主面に実装されている。光源基板２１の主面は、光源基板２１のコンデンサレンズ２３に対向する面である。複数の光源２２は、光源基板２１の主面に２行×６列のマトリックス状に配置されている。
　コンデンサレンズ２３は、透光性の樹脂又はガラスにより板状に形成されている。コンデンサレンズ２３は、各光源２２から射出された照明光の各光線をＺ方向に沿わせることで略平行化する機能を有する。
　コンデンサレンズ２３は、Ｘ方向及びＹ方向に並べられる複数の凸レンズ部２３ａを備える。各凸レンズ部２３ａは両凸レンズ状に形成される。複数の凸レンズ部２３ａは、それぞれ複数の光源２２に対応して２行×６列のマトリックス状に配置されている。
　第１レンチキュラレンズ２４は、透光性の樹脂又はガラスにより板状に形成されている。詳しくは、第１レンチキュラレンズ２４は、光が入射する入射面２４ｉと、第１レンチキュラレンズ２４をその厚さ方向に通過した光が射出する射出面２４ｏと、を備える。第１レンチキュラレンズ２４の入射面２４ｉは、コンデンサレンズ２３に対向する面である。第１レンチキュラレンズ２４の射出面２４ｏは、第２レンチキュラレンズ２５に対向する面である。
　図３に示すように、第１レンチキュラレンズ２４の入射面２４ｉには、複数（本例では１１個）のシリンドリカルレンズ部２４ａが形成されている。複数のシリンドリカルレンズ部２４ａは、それぞれＹ方向に延びる半円柱状に延出し、Ｘ方向に沿って配列されたシリンドリカルレンズアレイ形状をなす。第２のレンズ２４の入射面２４ｉは、シリンドリカルレンズ部２４ａによって、Ｘ方向における光強度のムラの発生を抑制するために光をＸ方向に発散する機能を有する。
　図４に示すように、第１レンチキュラレンズ２４の射出面２４ｏには、複数（本例では１６個）のシリンドリカルレンズ部２４ｂが形成されている。複数のシリンドリカルレンズ部２４ｂは、それぞれＸ方向に延びる半円柱状に延出し、Ｙ方向に沿って配列されたシリンドリカルレンズアレイ形状をなす。第２のレンズ２４の射出面２４ｏは、シリンドリカルレンズ部２４ｂによって、Ｙ方向における光強度のムラの発生を抑制するために光をＹ方向に発散する機能を有する。
　シリンドリカルレンズ部２４ａ，２４ｂは互いに交差する方向に配置される。シリンドリカルレンズ部２４ａ，２４ｂのピッチ及び曲率半径に基づき、光の発散角を調整することができる。
　第２レンチキュラレンズ２５は透光性の樹脂又はガラスにより板状に形成されている。詳しくは、第２レンチキュラレンズ２５は、光が入射する入射面２５ｉと、第２レンチキュラレンズ２５の内部をその厚さ方向に通過した光が射出する射出面２５ｏと、を備える。第２レンチキュラレンズ２５の入射面２５ｉは第１レンチキュラレンズ２４に対向する面である。第２レンチキュラレンズ２５の射出面２５ｏはディフューザー２６に対向する面である。
　図３に示すように、第２レンチキュラレンズ２５の入射面２５ｉは、Ｘ方向に沿って凸状に湾曲した曲面（シリンドリカル面）として形成されている。第２レンチキュラレンズ２５の入射面２５ｉは、Ｘ方向に照明光を収束光として収束させる機能を有する。射出面２５ｏの曲率半径により照明光、ひいては表示光Ｌの収束角αが決まる。射出面２５ｏの収束角αは、射出面２５ｏからの照明光が液晶パネル２７を経て収束光のまま表示光Ｌとして第１ミラー１１（図２参照）に到達可能な角度に設定されている。
　図４に示すように、第２レンチキュラレンズ２５の射出面２５ｏは、Ｙ方向に沿って凹状に湾曲した曲面（シリンドリカル面）として形成されている。第２レンチキュラレンズ２５の射出面２５ｏは、Ｙ方向に照明光を発散光として発散する機能を有する。
　ディフューザー２６は、光強度のムラの発生を抑制する発散板又は拡散板であり、第２レンチキュラレンズ２５を経た照明光を散乱させたうえで液晶パネル２７に向けて放射する。
　液晶パネル２７は、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）型の液晶表示パネルである。液晶パネル２７は、図示しない制御部による制御のもと、ディフューザー２６を経た照明光を受けて表示光Ｌを放射する。
　次に、各光源２２から放射された光の作用について説明する。
　図３及び図４に示すように、各光源２２から放射された照明光は、コンデンサレンズ２３を透過することによりＸ方向及びＹ方向において光線がＺ方向に延びるように略平行化される。コンデンサレンズ２３を透過した照明光は、第１レンチキュラレンズ２４の入射面２４ｉに入射し、出射面２４ｏから出射する。図３及び図４に示すように、第１レンチキュラレンズ２４は、シリンドリカルレンズ部２４ａ，２４ｂにより、Ｘ方向及びＹ方向において、コンデンサレンズ２３を経た照明光を発散する。これにより、Ｘ方向及びＹ方向における光強度のムラが低減する。
　第１レンチキュラレンズ２４を透過した照明光は、第２レンチキュラレンズ２５の入射面２５ｉに入射し、出射面２５ｏから出射する。図３に示すように、第２レンチキュラレンズ２５は、凸レンズ状の入射面２５ｉにより、Ｘ方向において照明光を収束、すなわち、照明光が進むにつれて光軸中心へ向かうように配向する。また、図４に示すように、第２レンチキュラレンズ２５は、凹レンズ状の出射面２５ｏにより、Ｙ方向において、照明光を発散、すなわち、照明光が進むにつれて光軸中心から離れるように配向する。
　第２レンチキュラレンズ２５を透過した照明光は、ディフューザー２６により散らされたうえで液晶パネル２７を照明する。液晶パネル２７は、ディフューザー２６を経た照明光を受けて表示光Ｌを放射する。液晶パネル２７から放射される表示光Ｌは、第２レンチキュラレンズ２５の入射面２５ｉによりＸ方向において収束した状態となり、第２レンチキュラレンズ２５の出射面２５ｏによりＹ方向において発散した状態となる。図２に示すように、Ｘ方向において収束する表示光Ｌは、第１ミラー１１にて反射し、収束した状態を維持したまま第２ミラー１２に向かい、クロス点Ｃｒにて交差した後に発散した状態となって第２ミラー１２に到達する。一方、Ｙ方向において発散する表示光Ｌは、第１ミラー１１にて反射し、発散した状態を維持したまま第２ミラー１２に到達する。そして、表示光Ｌは第２ミラー１２にてウインドシールド２０１（図１参照）に向かうように反射する。ウインドシールド２０１にて反射した表示光Ｌは、視認者１に到達し、これにより、虚像Ｖが視認者１により視認可能となる。
　（効果）
　以上、説明した一実施形態によれば、以下の効果を奏する。
　（１）ヘッドアップディスプレイ装置１００は、光を放射する光源２２と、光源２２からの光を受けて表示光Ｌを放射する液晶パネル２７と、液晶パネル２７からの表示光Ｌを反射し、反射した表示光Ｌをクロス方向（車両２００の高さ方向）にクロス点Ｃｒでクロスさせる第１ミラー１１と、第１ミラー１１にて反射してクロス点Ｃｒを通過した表示光Ｌを反射する第２ミラー１２と、光源２２からの光を収束させることにより、表示光Ｌを収束した状態で第１ミラー１１に到達させる第１光学素子の一例である第２レンチキュラレンズ２５と、を備える。
　この構成によれば、液晶パネル２７から放射された表示光Ｌは収束した状態で第１ミラー１１に到達する。このため、クロス点Ｃｒを過ぎた表示光Ｌの発散角βを小さくすることができる。これにより、第２ミラー１２のサイズを小さくすることができる。以下、具体的に説明する。例えば、液晶パネルから放射された表示光が平行光である比較例では、図２の破線で示す表示光の光軸垂直面の外縁に位置する光線経路Ｌｑは、上記構成の表示光Ｌよりも外側に位置する。また、比較例でのクロス点Ｃｒを過ぎた表示光の発散角θは、上記構成の表示光Ｌの発散角βよりも大きくなる。このため、当該比較例では、表示光を反射可能とするために、第１ミラー及び第２ミラーのサイズを大きくする必要があった。この点、上記構成では、クロス点Ｃｒを過ぎた表示光Ｌの発散角βが小さくなるため、第１ミラー１１及び第２ミラー１２のサイズ、ひいては、ヘッドアップディスプレイ装置１００のサイズを小さくすることができる。
　（２）第２レンチキュラレンズ２５は、正のパワーを持ち、光源２２からの光を収束させる凸レンズ面の一例である入射面２５ｉを備える。
　この構成によれば、第２レンチキュラレンズ２５の凸レンズ面により、光源２２からの光を収束させることができる。
　（３）ヘッドアップディスプレイ装置１００は、光源２２から放射された光を略平行化する第２光学素子の一例であるコンデンサレンズ２３と、コンデンサレンズ２３により略平行化された光を発散させたうえで第２レンチキュラレンズ２５に出射する第３光学素子の一例である第１レンチキュラレンズ２４と、を備える。
　この構成によれば、コンデンサレンズ２３により光源２２から放射された光が略平行化され、第１レンチキュラレンズ２４により光が発散される。このように、第２レンチキュラレンズ２５に到達するまでに光が調整される。
　（４）第１レンチキュラレンズ２４の入射面２４ｉと出射面２４ｏは、それぞれ、互いに交差する方向に延びるシリンドリカルレンズ部２４ａ，２４ｂを有するシリンドリカルレンズアレイ形状に形成されている。
　この構成によれば、１つの第１レンチキュラレンズ２４により２つの方向（例えば、Ｘ方向及びＹ方向）において光強度のムラが抑制されるように光が拡散される。
　（５）第２レンチキュラレンズ２５の出射面２５ｏはＹ方向に沿って凹状に湾曲した曲面として形成されている。この構成と比較して、入射面２５ｉがＹ方向に沿って凹状に湾曲した曲面として形成する比較例の構成では、第２レンチキュラレンズ２５の入射面２５ｉのＹ方向の両端部が第１レンチキュラレンズに接触しないようにするため、第１レンチキュラレンズと第２レンチキュラレンズの間の距離が大きくなるおそれがある。この点、上記構成では、第２レンチキュラレンズ２５の出射面２５ｏはＹ方向に沿って凹状に湾曲した曲面として形成されているため、第１レンチキュラレンズ２４と第２レンチキュラレンズ２５の間の距離を小さくすることができる。
　なお、本開示は以上の実施形態及び図面によって限定されるものではない。本開示の要旨を変更しない範囲で、適宜、変更（構成要素の削除も含む）を加えることが可能である。以下に、変形の一例を説明する。
　（変形例）
　上記実施形態においては、表示光Ｌは、車両２００の高さ方向においてクロスしていたが、これに代えて、又はこれに加えて、車両２００の幅方向においてクロスしていてもよい。この場合、第１ミラー１１の反射面１１ａは、車両２００の幅方向に沿って湾曲した凹状に形成されている。
　上記実施形態におけるコンデンサレンズ２３、第１レンチキュラレンズ２４及び第２レンチキュラレンズ２５の構成は適宜変更可能である。以下に変形例１～３について説明する。以下、上記実施形態との相違点を中心に説明する。
　（変形例１）
　まず、変形例１について説明する。図５に示すように、第１レンチキュラレンズ２４の射出面２４ｏに複数のシリンドリカルレンズ部２４ａが形成され、図６に示すように、第１レンチキュラレンズ２４の入射面２４ｉに複数のシリンドリカルレンズ部２４ｂが形成されてもよい。すなわち、上記実施形態における第１レンチキュラレンズ２４の入射面２４ｉと射出面２４ｏとが反対となるように第１レンチキュラレンズ２４が表裏逆とされることにより変形例１が構成される。この場合でも、第１レンチキュラレンズ２４は、上記実施形態と同様に、照明光をＸ方向及びＹ方向に拡散することができる。
　（変形例２）
　次に、変形例２について説明する。図７に示すように、第２レンチキュラレンズ２５の入射面２５ｉはＸ方向及びＹ方向に沿う平面状に形成され、第２レンチキュラレンズ２５の出射面２５ｏはＸ方向に沿って凸状に湾曲した曲面として形成されてもよい。この場合、第２レンチキュラレンズ２５の出射面２５ｏはＸ方向に沿って凸状に湾曲し、Ｙ方向に沿って凹状に湾曲したトロイダル面として形成されている。この構成では、第２レンチキュラレンズ２５の出射面２５ｏは、上記実施形態の入射面２５ｉと同様にＸ方向に照明光を収束光として収束させるのに加えて、Ｙ方向に照明光を発散光として発散させる。
　（変形例３）
　次に、変形例３について説明する。上記実施形態における第２レンチキュラレンズ２５に代えて、図９に示すように、第１光学素子の一例である凹面鏡２９が設けられてもよい。凹面鏡２９は、Ｘ方向に対応する方向に照明光を収束光として収束させるように液晶パネル２７に向けて反射する。この構成でも、上記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
　コンデンサレンズ２３、第１レンチキュラレンズ２４及び第２レンチキュラレンズ２５の構成は、上記変形例１～３に限らず、さらなる変更が可能である。
　例えば、上記実施形態では、第１レンチキュラレンズ２４のシリンドリカルレンズ部２４ａ，２４ｂは互いに交差するように配置されていたが、これに限らず、互いに同じ方向に延びていてもよい。
　また、例えば、図７に示す第１レンチキュラレンズ２４の入射面２４ｉと出射面２４ｏの両面にＹ方向に延び、Ｘ方向に並ぶシリンドリカルレンズ部が形成され、図８に示す第２レンチキュラレンズ２５の入射面２５ｉにＸ方向に延び、Ｙ方向に並ぶシリンドリカルレンズ部が形成されてもよい。
　また、例えば、第１レンチキュラレンズ２４は２枚対面するように並べられてもよい。１枚目のレンチキュラレンズは、その入射面と出射面の両面にＹ方向に延び、Ｘ方向に並ぶシリンドリカルレンズ部が形成され、２枚目のレンチキュラレンズは、その入射面と出射面の両面にＸ方向に延び、Ｙ方向に並ぶシリンドリカルレンズ部が形成されてもよい。
　また、上記実施形態及び上記変形例１において、第２レンチキュラレンズ２５の入射面２５ｉと出射面２５ｏが反対となるように第２レンチキュラレンズ２５が表裏逆に設けられてもよい。
　また、上記実施形態におけるディフューザー２６は省略可能である。
　上記実施形態において、第２ミラー１２は車幅方向に沿う回転軸を中心にミラー駆動部により回転可能に構成されてもよい。第２ミラー１２が回転軸を中心に回転することにより、視認者１への表示光Ｌの照射位置を高さ方向に調整することが可能となる。
　上記実施形態では、ヘッドアップディスプレイ装置１００が車載されていたが、これに限らず、飛行機、船等の乗り物に搭載されてもよい。また、被投射部材はウインドシールド２０１に限られず、専用のコンバイナであってもよい。
１　視認者
１１　第１ミラー
１１ａ，１２ａ　反射面
１２　第２ミラー
２０　表示ユニット
２１　光源基板
２２　光源
２３　コンデンサレンズ
２３ａ　凸レンズ部
２４　第１レンチキュラレンズ，第２のレンズ
２４ａ，２４ｂ　シリンドリカルレンズ部
２４ｉ，２５ｉ　入射面
２４ｏ，２５ｏ　射出面
２５　第２レンチキュラレンズ
２６　ディフューザー
２７　液晶パネル
２８　照明光学系
２９　凹面鏡
３０　ケース
３１　透光窓材
１００　ヘッドアップディスプレイ装置
２００　車両
２０１　ウインドシールド
α　収束角
β，θ　発散角
Ｌ　表示光
Ｖ　虚像
Ｃｒ　クロス点
Ｌｑ　光線経路

Claims (4)

  1. 　光を放射する光源と、
    　前記光源からの光を受けて表示光を放射する液晶パネルと、
    　前記液晶パネルからの前記表示光を反射し、反射した前記表示光をクロス方向にクロス点でクロスさせる第１ミラーと、
    　前記第１ミラーにて反射して前記クロス点を通過した前記表示光を反射する第２ミラーと、
    　前記光源からの光を収束させることにより、前記表示光を収束した状態で前記第１ミラーに到達させる第１光学素子と、を備える、
    　ヘッドアップディスプレイ装置。
  2. 　前記第１光学素子は、正のパワーを持ち、前記光源からの光を収束させる凸レンズ面を備える、
    　請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  3. 　前記光源から放射された光を略平行化する第２光学素子と、
    　前記第２光学素子により略平行化された光を発散させたうえで前記第１光学素子に出射する第３光学素子と、を備える、
    　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。
  4. 　前記第３光学素子の入射面と出射面は、それぞれ、互いに交差する方向に延びるシリンドリカルレンズアレイ形状に形成されている、
    　請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
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