JP2010256867A - Head-up display and image display method - Google Patents

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JP2010256867A JP2010049215A JP2010049215A JP2010256867A JP 2010256867 A JP2010256867 A JP 2010256867A JP 2010049215 A JP2010049215 A JP 2010049215A JP 2010049215 A JP2010049215 A JP 2010049215A JP 2010256867 A JP2010256867 A JP 2010256867A
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▲鉄▼二 鈴木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a head-up display which excels in visibility to a virtual image even under a condition that external light is bright, and also to provide an image display method. <P>SOLUTION: The head-up display is equipped with: an image display 17 which generates a primary image from light emitted from an illuminating light source 12 based on an image signal from the outside, and emits the primary image as primary image light; a relay lens 18 which magnifies the primary image light; a reflection mirror 20 which generates a secondary image by imaging of the incident primary image light, and reflects the secondary image as secondary image light; and a concave mirror 21 which generates the virtual image of the secondary image, based on the incident secondary image light, and reflects the virtual image as virtual image light, to magnify and project the virtual image light. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、視認性が良いヘッドアップディスプレイ及び画像表示方法に関するものである。   The present invention relates to a head-up display and an image display method with good visibility.

従来、自動車などの車両においては、運転席の前方に運転情報を表示するための各種の表示装置が取り付けられているが、この他に、最近、例えば自動車内でフロントガラス越しに速度情報などの運転情報や、ナビ情報とか、無線を介して送信された道路混雑情報などを虚像で表示できるヘッドアップディスプレイが提案されている。   Conventionally, in vehicles such as automobiles, various display devices for displaying driving information in front of the driver's seat are attached, but in addition to this, recently, for example, speed information etc. A head-up display capable of displaying driving information, navigation information, road congestion information transmitted via radio, and the like as virtual images has been proposed.

この種のヘッドアップディスプレイは各種の構造形態があるが、従来例の一例として、運転者の好みに応じて虚像の表示サイズを調節することができるヘッドアップディスプレイがある(例えば、特許文献1参照)。   This type of head-up display has various structural forms. As an example of a conventional example, there is a head-up display that can adjust the display size of a virtual image according to the driver's preference (see, for example, Patent Document 1). ).

図14は従来のヘッドアップディスプレイを示した構成図である。   FIG. 14 is a block diagram showing a conventional head-up display.

図14に示した従来のヘッドアップディスプレイ100は、特許文献1に開示されているものであり、ここでは特許文献1を参照して簡略に説明する。   The conventional head-up display 100 shown in FIG. 14 is disclosed in Patent Document 1, and will be described briefly with reference to Patent Document 1.

図14に示した如く、従来のヘッドアップディスプレイ100は、ケーシング101内に、移動自在な液晶パネル102と、反射鏡103と、凹面鏡104とを備えている。   As shown in FIG. 14, the conventional head-up display 100 includes a movable liquid crystal panel 102, a reflecting mirror 103, and a concave mirror 104 in a casing 101.

この際、運転者がスイッチ105を縮小(A)する方向又は拡大(B)する方向に操作すると、コントローラ106からの指令により液晶パネル102が反射鏡103に対して前後に移動可能になっている。   At this time, when the driver operates the switch 105 in the direction of reducing (A) or expanding (B), the liquid crystal panel 102 can be moved back and forth with respect to the reflecting mirror 103 by a command from the controller 106. .

また、画像処理回路107からの画像信号によって液晶パネル102に表示された画像は、反射鏡103で反射されて光路の方向を変えて凹面鏡104に入射され、この後、凹面鏡104で反射された画像が光路の方向を更に変えて不図示のフロントウインドシールの視界領域部の裏面に入射されるので、運転者はフロントウインドシールの前方に表示情報を虚像108として視認でき、且つ、液晶パネル102を前後に移動させることにより、運転者の好みに応じて虚像108の表示サイズを調節することができる旨が記載されている。   Further, the image displayed on the liquid crystal panel 102 by the image signal from the image processing circuit 107 is reflected by the reflecting mirror 103, changes the direction of the optical path, enters the concave mirror 104, and then the image reflected by the concave mirror 104. Is further changed in the direction of the optical path and is incident on the rear surface of the field-of-view area of the front wind seal (not shown), so that the driver can visually recognize the display information as a virtual image 108 in front of the front wind seal, and the liquid crystal panel 102 It is described that the display size of the virtual image 108 can be adjusted according to the driver's preference by moving it back and forth.

特開2003−175744号公報JP 2003-175744 A

ところで、従来のヘッドアップディスプレイ100によれば、液晶パネル102の移動位置に応じてフロントウインドシールの前方に表示された虚像108の表示サイズを調節することができるが、液晶パネル102を移動させるための移動機構及びこの移動機構を駆動するための駆動源が必要となり、ヘッドアップディスプレイ100が高価になるという問題がある。   By the way, according to the conventional head-up display 100, the display size of the virtual image 108 displayed in front of the front window seal can be adjusted according to the moving position of the liquid crystal panel 102. And a drive source for driving the movement mechanism are required, and there is a problem that the head-up display 100 becomes expensive.

また、従来のヘッドアップディスプレイ100では、フロントウインドシール上での虚像108の表示位置が反射鏡103及び凹面鏡104の配置関係により固定されているために、運転者の目Eの高さ位置のバラツキに対して対応することが困難であるという問題がある。   Further, in the conventional head-up display 100, since the display position of the virtual image 108 on the front wind seal is fixed by the arrangement relationship of the reflecting mirror 103 and the concave mirror 104, the height position of the driver's eyes E varies. There is a problem that it is difficult to deal with.

更に、従来のヘッドアップディスプレイ100において、フロントウインドシールから運転者の目Eの高さ位置までに十分な距離と視野角を確保するためには、凹面鏡104の曲率半径を大きくし、倍率を低く抑える必要がある。   Further, in the conventional head-up display 100, in order to secure a sufficient distance and viewing angle from the front wind seal to the height position of the driver's eye E, the curvature radius of the concave mirror 104 is increased and the magnification is decreased. It is necessary to suppress.

一方、フロントウインドシール越しに見える虚像108の視認性を良くし、且つ、虚像108を大きく表示するには、凹面鏡104の曲率半径を小さくして拡大倍率を高くしなければならず、このときに凹面鏡104の曲率半径が小さくなると、視点を少し動かすだけで急激に画像の歪が増大すると共に、視野が狭いので虚像108が見えにくくなるという問題が生じるので、凹面鏡104としては相反するこれらの要求を同時に満足できない。   On the other hand, in order to improve the visibility of the virtual image 108 seen through the front window seal and display the virtual image 108 in a large size, it is necessary to reduce the radius of curvature of the concave mirror 104 and increase the magnification. If the radius of curvature of the concave mirror 104 becomes small, the distortion of the image increases abruptly by moving the viewpoint a little, and the problem that the virtual image 108 becomes difficult to see because the field of view is narrow arises. Can not be satisfied at the same time.

従って、従来のヘッドアップディスプレイ100では、虚像108の表示サイズを大きくする場合に、液晶パネル102を拡大(B)する方向に移動させることで解決できるが、前述したように、コストアップを招いている。また、虚像108を大きく拡大表示すると暗くなるため、晴天時などでは虚像108の視認性に問題が生じる。   Therefore, in the conventional head-up display 100, when the display size of the virtual image 108 is increased, it can be solved by moving the liquid crystal panel 102 in the direction of enlarging (B). However, as described above, the cost increases. Yes. Further, since the virtual image 108 becomes dark when enlarged and displayed, a problem arises in the visibility of the virtual image 108 when the weather is fine.

そこで、画像を表示する画像表示素子(例えば、液晶パネル)を移動させずに、例えば自動車のフロントガラスに形成した投射面上に虚像を大きく表示でき、且つ、観察者(運転者)の目の高さ位置のバラツキに対しても虚像108を視認することができると共に、外光が明るい条件下でも虚像に対して視認性が良いヘッドアップディスプレイ及び画像表示方法を提供することを目的とする。   Therefore, without moving an image display element (for example, a liquid crystal panel) that displays an image, a virtual image can be displayed on a projection surface formed on a windshield of an automobile, for example, and the eyes of an observer (driver) can be displayed. An object of the present invention is to provide a head-up display and an image display method capable of visually recognizing a virtual image 108 even with respect to variations in height position and having good visibility with respect to a virtual image even under bright light conditions.

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、第1の発明は、光源(12)と、
前記光源(12)から射出した光(Lw)が画素領域(17a)に入射した際に、外部からの画像信号(22a)に基づいて1次像(G1)を生成し、生成された前記1次像(G1)を含む1次画像光(Lg1)として射出する画像表示素子(17)と、
前記画像表示素子(17)から射出した前記1次画像光(Lg1)を拡大する変倍光学系(18)と、
前記変倍光学系(18)で拡大された前記1次画像光(Lg1)の結像位置に配設され、入射した前記1次画像光(Lg1)が結像することにより2次像(G2)を生成し、前記2次像(G2)を含む2次画像光(Lg2)として反射する反射ミラー(20)と、
前記反射ミラー(20)で反射した前記2次画像光(Lg2)の光路上に配設され、入射した前記2次画像光(Lg2)に基づいて前記2次像(G2)の虚像を生成し、前記虚像を含む虚像光(Lvi)として反射して拡大投影する凹面鏡(21)と、
を備えることを特徴とするヘッドアップディスプレイ(10A又は10B)である。
This invention is made | formed in view of the said subject, 1st invention is a light source (12),
When the light (Lw) emitted from the light source (12) enters the pixel region (17a), a primary image (G1) is generated based on the image signal (22a) from the outside, and the generated 1 An image display element (17) that emits as primary image light (Lg1) including the next image (G1);
A zoom optical system (18) for enlarging the primary image light (Lg1) emitted from the image display element (17);
The primary image light (Lg1) enlarged by the variable magnification optical system (18) is disposed at the imaging position, and the incident primary image light (Lg1) forms an image to form a secondary image (G2). ) And reflecting the secondary image light (Lg2) including the secondary image (G2) as a reflection mirror (20);
A virtual image of the secondary image (G2) is generated on the optical path of the secondary image light (Lg2) reflected by the reflection mirror (20) and based on the incident secondary image light (Lg2). A concave mirror (21) for reflecting and enlarging and projecting as virtual image light (Lvi) including the virtual image;
A head-up display (10A or 10B).

また、第2の発明は、上記した第1の発明のヘッドアップディスプレイ(10A又は10B)において、
前記反射ミラー(20)に入射した前記1次画像光(Lg1)が前記2次画像光(Lg2)として反射する際に、前記2次画像光(Lg2)が所定の指向性を有して拡散することを特徴とするヘッドアップディスプレイ(10A又は10B)である。
The second invention is the above-described head-up display (10A or 10B) of the first invention.
When the primary image light (Lg1) incident on the reflection mirror (20) is reflected as the secondary image light (Lg2), the secondary image light (Lg2) is diffused with a predetermined directivity. A head-up display (10A or 10B).

また、第3の発明は、上記した第1又は第2の発明のヘッドアップディスプレイ(10A又は10B)において、
前記反射ミラー(20)は、前記1次画像光(Lg1)の入射面側に、基板(20a)上に形成された反射層(20b)と、前記反射層(20b)上に積層された拡散層(20c)とを備えることを特徴とするヘッドアップディスプレイ(10A又は10B)である。
The third invention is the head-up display (10A or 10B) of the first or second invention described above,
The reflection mirror (20) includes a reflection layer (20b) formed on the substrate (20a) on the incident surface side of the primary image light (Lg1) and a diffusion layer laminated on the reflection layer (20b). A head-up display (10A or 10B) comprising a layer (20c).

また、第4の発明は、上記した第2又は第3の発明のヘッドアップディスプレイ(10A又は10B)において、
前記反射ミラー(20)から反射した光の反射強度が最大値となる位置を0度とし、前記反射強度が前記最大値(e)の半分となる角度を半値角(α)とした際に、前記半値角(α)の絶対値が5°以上10°以下であることを特徴とするヘッドアップディスプレイ(10A又は10B)である。
The fourth invention is the head-up display (10A or 10B) of the second or third invention described above,
When the position where the reflection intensity of the light reflected from the reflection mirror (20) has a maximum value is 0 degree, and the angle at which the reflection intensity is half of the maximum value (e) is a half-value angle (α), The head-up display (10A or 10B) is characterized in that the absolute value of the half-value angle (α) is 5 ° or more and 10 ° or less.

また、第5の発明は、上記した第1〜第4のいずれかの発明のヘッドアップディスプレイ(10C)において、
前記変倍光学系(18)と前記反射ミラー(20)との間に前記反射ミラー(20)の前方に密着又は接近してフィールドレンズ(30)を設置したことを特徴とするヘッドアップディスプレイである。
The fifth invention is the head-up display (10C) of any one of the first to fourth inventions described above,
A head-up display characterized in that a field lens (30) is disposed in close contact or close to the front of the reflection mirror (20) between the variable magnification optical system (18) and the reflection mirror (20). is there.

また、第6の発明は、上記した第1〜第4のいずれかの発明のヘッドアップディスプレイ(10D)において、
前記変倍光学系(18)と前記反射ミラー(20)との間に前記反射ミラー(20)の前方に密着又は接近してフィールドレンズ(30)を設置すると共に、前記フィールドレンズ(30)をこのフールドレンズ(30)の中心軸(J)と直交した方向に移動可能に構成したことを特徴とするヘッドアップディスプレイである。
The sixth invention is the head-up display (10D) of any one of the first to fourth inventions described above,
A field lens (30) is installed in close contact with or close to the front of the reflection mirror (20) between the variable magnification optical system (18) and the reflection mirror (20), and the field lens (30) is mounted. A head-up display configured to be movable in a direction orthogonal to the central axis (J) of the field lens (30).

更に、第7の発明は、画素領域(17a)に光が入射した際に、外部からの画像信号(22a)に基づいて1次像(G1)を生成し、生成された前記1次像(G1)を含む1次画像光(Lg1)として射出する1次画像光射出ステップと、
前記1次画像光射出ステップで射出した前記1次画像光(Lg1)を拡大する1次画像光拡大ステップと、
前記1次画像光拡大ステップで拡大した前記1次画像光(Lg1)が結像することにより2次像(G2)を生成し、生成した前記2次像(G2)を含む2次画像光(Lg2)として指向性を有して拡散反射する拡散反射ステップと、
前記拡散反射ステップで反射した前記2次画像光(Lg2)を凹状反射面(21a)で更に反射させて、前記2次像の虚像を含む虚像光(Lvi)を投影面(1a)上に投影する虚像投影ステップと、
を有することを特徴とする画像表示方法である。
Further, the seventh invention generates a primary image (G1) based on an image signal (22a) from the outside when light enters the pixel region (17a), and generates the primary image ( A primary image light emitting step of emitting as primary image light (Lg1) including G1);
A primary image light enlarging step for enlarging the primary image light (Lg1) emitted in the primary image light emitting step;
The primary image light (Lg1) magnified in the primary image light magnification step forms an image to generate a secondary image (G2), and a secondary image light including the generated secondary image (G2) ( Lg2) is a diffuse reflection step that diffusely reflects with directivity,
The secondary image light (Lg2) reflected in the diffuse reflection step is further reflected by the concave reflection surface (21a), and virtual image light (Lvi) including a virtual image of the secondary image is projected onto the projection surface (1a). A virtual image projection step,
It is the image display method characterized by having.

本発明によれば、小さな画像表示素子を用いても観察者に対し大きな虚像を表示することができると共に、観察者は投影された虚像を歪みなく良好に視認できる。   According to the present invention, even if a small image display element is used, a large virtual image can be displayed to an observer, and the observer can visually recognize the projected virtual image without distortion.

また、視点をずらしても観察者は虚像を良好に視認することができ、且つ、外光が明るい条件下でも虚像を良好に視認できる。   Further, even if the viewpoint is shifted, the observer can see the virtual image well, and the virtual image can be seen well even under a condition where the outside light is bright.

また、体格の異なる別の観察者が投影された虚像を観察する場合にも、投影された虚像を良好に視認できる。   In addition, when another observer with a different physique observes the projected virtual image, the projected virtual image can be viewed well.

本発明に係る実施例のヘッドアップディスプレイ及び画像表示方法を説明するために模式的に示した図である。It is the figure typically shown in order to demonstrate the head-up display and image display method of the Example which concerns on this invention. 図1に示した2次像結像用の反射ミラーを拡大して示した図である。It is the figure which expanded and showed the reflective mirror for secondary image image formation shown in FIG. (a),(b)は図2に示した2次像結像用の反射ミラーに形成した拡散層の反射指向性を説明するために模式的に示した図である。(A), (b) is the figure typically shown in order to demonstrate the reflective directivity of the diffused layer formed in the reflective mirror for secondary image image formation shown in FIG. 本発明に係る実施例のヘッドアップディスプレイにおいて、2次像結像用の反射ミラーに反射指向性を持たせた場合に、観察者が目を動かしても虚像をフロントガラス越しに見ることができる様子を模式的に示した光線図である。In the head-up display according to the embodiment of the present invention, when the reflecting mirror for forming the secondary image has a reflection directivity, the virtual image can be seen through the windshield even if the observer moves his eyes. It is a light ray diagram which showed a mode typically. 本発明に係る実施例のヘッドアップディスプレイを例えば自動車に適用したときの具体的な設計例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the specific design example when the head-up display of the Example which concerns on this invention is applied, for example to a motor vehicle. 本発明に係る実施例のヘッドアップディスプレイにおいて、2次像結像用の反射ミラーに形成した拡散層の半値角に対する明るさと視野半径との関係をシミュレーションしたときの結果を説明するための図である。In the head-up display of the Example which concerns on this invention, it is a figure for demonstrating the result when simulating the relationship between the brightness with respect to the half value angle of the diffused layer formed in the reflective mirror for secondary image formation, and a viewing radius. is there. 実施例を一部変形させた変形例1のヘッドアップディスプレイ及び画像表示方法を説明するために模式的に示した図である。It is the figure typically shown in order to demonstrate the head-up display and image display method of the modification 1 which deform | transformed the Example partially. 実施例を一部変形させた変形例2のヘッドアップディスプレイ及び画像表示方法を説明するために模式的に示した図である。It is the figure typically shown in order to demonstrate the head-up display and image display method of the modification 2 which changed the Example partially. 実施例を一部変形させた変形例2のヘッドアップディスプレイ及び画像表示方法に対する比較例を説明するために模式的に示した図である。It is the figure typically shown in order to demonstrate the comparative example with respect to the head-up display and image display method of the modification 2 which changed the Example partially. (a),(b)は実施例を一部変形させた変形例2のヘッドアップディスプレイにおいて、2次像結像用の反射ミラーの前方に密着又は接近してフィールドレンズを設置した場合に、観察者が目を動かしても虚像をフロントガラス越しに見ることができる様子を模式的に示した光線図である。(A), (b) is a head-up display of Modification 2 in which the embodiment is partially modified, and when a field lens is installed in close contact or close to the front of the reflecting mirror for secondary image formation, It is the light ray figure which showed typically a mode that a virtual image can be seen through a windshield even if an observer moves eyes. (a),(b)は実施例及び変形例2を一部変形させた変形例3のヘッドアップディスプレイにおいて、2次像結像用の反射ミラー及びフィールドレンズをフィールドレンズの中心軸と直交させて移動可能に構成した場合に、観察者が目を動かしても虚像をフロントガラス越しに見ることができる様子を模式的に示した光線図である。(A), (b) is a head-up display of a modification 3 in which the embodiment and the modification 2 are partially deformed, and a reflecting mirror and a field lens for forming a secondary image are orthogonal to the central axis of the field lens. FIG. 6 is a ray diagram schematically showing how a virtual image can be seen through the windshield even if the observer moves his eyes when configured to be movable. (a),(b)は実施例及び変形例2を一部変形させた変形例3のヘッドアップディスプレイにおいて、図10に示した状態と図11に示した状態とを合わせて観察者が目を動かしても虚像をフロントガラス越しに見ることができる様子を模式的に示した光線図である。(A), (b) is a head-up display of a third modification obtained by partially modifying the embodiment and the second modification, and the observer looks at the state shown in FIG. 10 together with the state shown in FIG. It is the light ray figure which showed typically a mode that a virtual image can be seen through a windshield even if it moves. (a),(b)は変形例2及び変形例3に用いられるフィールドレンズ及び反射ミラーを拡大して示した断面図である。(A), (b) is sectional drawing which expanded and showed the field lens and reflection mirror which are used for the modification 2 and the modification 3. FIG. 従来のヘッドアップディスプレイを示した構成図である。It is the block diagram which showed the conventional head-up display.

以下に本発明に係るヘッドアップディスプレイ及び画像表示方法の一実施例について図1〜図13を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, an embodiment of a head-up display and an image display method according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

図1に示した如く、本発明に係る実施例のヘッドアップディスプレイ10Aは、箱状に形成された筐体11A内に、照明用光源12と、コリメータレンズ13と、フィールドレンズ14と、偏光板15と、偏光ビームスプリッタ16と、画像表示素子17と、変倍光学系となるリレーレンズ18と、光路方向を変更する光路転換用のミラー19と、2次像の結像及び結像した2次像を反射する反射ミラー20と、凹面鏡21とを備えている。更に、反射型液晶パネル17に対して画像信号を送る画像信号発生器22を備えている。画像信号発生器22は、筐体11A内に配置してもよい。   As shown in FIG. 1, a head-up display 10A according to an embodiment of the present invention includes an illumination light source 12, a collimator lens 13, a field lens 14, and a polarizing plate in a box-shaped housing 11A. 15, a polarizing beam splitter 16, an image display element 17, a relay lens 18 serving as a variable power optical system, an optical path changing mirror 19 that changes the optical path direction, and a secondary image formed and 2 formed. A reflecting mirror 20 for reflecting the next image and a concave mirror 21 are provided. Further, an image signal generator 22 for sending an image signal to the reflective liquid crystal panel 17 is provided. The image signal generator 22 may be disposed in the housing 11A.

ここで、画像表示素子17として、反射型液晶パネルや、透過型液晶パネルとか、DMD(Digital Micromirror Device)などが適用可能であるが、以下の説明では、画像表示素子17として高精細な画像を表示することが容易な反射型液晶パネルを適用した例について説明する。   Here, as the image display element 17, a reflective liquid crystal panel, a transmissive liquid crystal panel, or a DMD (Digital Micromirror Device) can be applied. In the following description, a high-definition image is used as the image display element 17. An example in which a reflective liquid crystal panel that can be easily displayed is applied will be described.

この際、画像信号発生器22は、自動車内に設けたスピードメータ,各種計器類からの運転情報や、ナビゲーション装置からのナビ情報とか、無線を介して送信された道路混雑情報などを基にして画像信号22aを生成している。この画像信号22aに基づいて反射型液晶パネル(画像表示素子)17が駆動されることにより、入射した光が反射型液晶パネル17で変調され、反射型液晶パネル17の画素領域17aに1次像(1次画像)G1が表示されるようになっている。   At this time, the image signal generator 22 is based on speed information provided in the automobile, driving information from various instruments, navigation information from the navigation device, road congestion information transmitted wirelessly, and the like. An image signal 22a is generated. When the reflective liquid crystal panel (image display element) 17 is driven based on the image signal 22a, the incident light is modulated by the reflective liquid crystal panel 17, and the primary image is displayed on the pixel region 17a of the reflective liquid crystal panel 17. (Primary image) G1 is displayed.

ここで、実施例のヘッドアップディスプレイ10Aについて具体的に説明する。照明用光源12は、メタルハライドランプ,キセノンランプ,ハロゲンランプ,LED(発光ダイオード)などを用いることができ、筐体11Aの右下方に配置されている。この照明用12から射出された無偏光の白色光Lwは、コリメータレンズ13で平行光に変換された後にフィールドレンズ14を介して偏光板15に入射する。入射した無偏光の白色光Lwは、この偏光板15で一方向の偏光成分である直線偏光、例えばS偏光(又はP偏光)のみが分離されて透過する。   Here, the head-up display 10A of the embodiment will be specifically described. The illumination light source 12 can be a metal halide lamp, a xenon lamp, a halogen lamp, an LED (light emitting diode), or the like, and is disposed on the lower right side of the housing 11A. The non-polarized white light Lw emitted from the illumination 12 is converted into parallel light by the collimator lens 13 and then enters the polarizing plate 15 through the field lens 14. The incident non-polarized white light Lw is separated and transmitted by the polarizing plate 15 by separating only linearly polarized light, for example, S-polarized light (or P-polarized light), which is a polarized light component in one direction.

偏光板15を透過したS偏光(又はP偏光)は、偏光ビームスプリッタ16に入射して、この内部に形成された偏光分離膜16aで反射される。反射されたS偏光(又はP偏光)は、光路の向きを反射型液晶パネル17の方向に90°変えられて、フィールドレンズ14を透過することによって反射型液晶パネル17の画素領域17aを照明している。   The S-polarized light (or P-polarized light) transmitted through the polarizing plate 15 enters the polarizing beam splitter 16 and is reflected by the polarization separation film 16a formed therein. The reflected S-polarized light (or P-polarized light) is changed by 90 ° in the direction of the optical path to the direction of the reflective liquid crystal panel 17, and is transmitted through the field lens 14 to illuminate the pixel region 17 a of the reflective liquid crystal panel 17. ing.

尚、偏光板15を設けない構成も可能であり、この場合には偏光ビームスプリッタ16の偏光分離16aによって無偏光の白色光から一方向の直線偏光を分離すれば良い。   A configuration in which the polarizing plate 15 is not provided is also possible. In this case, linear polarization in one direction may be separated from unpolarized white light by the polarization separation 16a of the polarization beam splitter 16.

この後、反射型液晶パネル17では、画像信号発生器22から送られた画像信号22aに基づいて入射した光の偏光状態が変調される。具体的には、入射した光の偏光成分であるS偏光(又はP偏光)は、画像信号22aに基づいて異なる他方向の偏光成分であるP偏光(又はS偏光)に変換され、1次像G1が形成される。形成された1次像G1を含む1次画像光Lg1は、反射型液晶パネル17で反射されて射出される。   Thereafter, in the reflective liquid crystal panel 17, the polarization state of the incident light is modulated based on the image signal 22a sent from the image signal generator 22. Specifically, S-polarized light (or P-polarized light), which is a polarization component of incident light, is converted into P-polarized light (or S-polarized light) that is a polarization component in a different direction based on the image signal 22a, and the primary image. G1 is formed. The primary image light Lg1 including the formed primary image G1 is reflected by the reflective liquid crystal panel 17 and emitted.

そして、反射型液晶パネル17から射出された1次画像光Lg1は、偏光ビームスプリッタ16に再び入射する。偏光ビームスプリッタ16では、1次画像光Lg1のうち反射型液晶パネル17で変調された成分として例えばP偏光(又はS偏光)が、偏光分離16aを透過して射出する。射出したP偏光(又はS偏光)は、リレーレンズ18に入射して、リレーレンズ18によって拡大されて、この拡大された1次画像光Lg1’がミラー19に入射して光路の方向が2次像結像用の反射ミラー20の方向に変更されて反射して射出される。光路転換用のミラー19から射出されて反射ミラー20に入射したP偏光(又はS偏光)であり且つ拡大された1次画像光Lg1’は、反射ミラー20上に結像して2次像(2次画像)G2を生成して反射ミラー20で反射される。   Then, the primary image light Lg1 emitted from the reflective liquid crystal panel 17 is incident on the polarization beam splitter 16 again. In the polarization beam splitter 16, for example, P-polarized light (or S-polarized light) as a component modulated by the reflective liquid crystal panel 17 in the primary image light Lg1 is transmitted through the polarization separation 16a and emitted. The emitted P-polarized light (or S-polarized light) enters the relay lens 18 and is enlarged by the relay lens 18. The enlarged primary image light Lg 1 ′ enters the mirror 19 and the optical path direction is secondary. It is changed in the direction of the image forming reflection mirror 20 to be reflected and emitted. The P-polarized light (or S-polarized light) which is emitted from the optical path changing mirror 19 and incident on the reflecting mirror 20 and enlarged primary image light Lg1 ′ is formed on the reflecting mirror 20 to form a secondary image ( Secondary image) G2 is generated and reflected by the reflection mirror 20.

この際、光路転換用のミラー19は2次像G2を結像する機能は有してなく、リレーレンズ18と2次像結像用の反射ミラー20との配置関係により光路を転換する機能を有しているにすぎないものである。   At this time, the optical path changing mirror 19 does not have a function of forming the secondary image G2, but has a function of changing the optical path by the arrangement relationship between the relay lens 18 and the reflecting mirror 20 for forming the secondary image. It is only what it has.

ここで、上記した2次像結像用の反射ミラー20は、この実施例の要部を構成する光学部材であり、光を単に反射する通常のミラー(図示せず)を用いてリレーレンズ18から射出された光で2次像G2を結像させる構成もあるが、この実施例における2次像結像用の反射ミラー20では、光が入出射する面に反射指向性を有する反射指向性面20bcが形成されている。   Here, the reflection mirror 20 for forming the secondary image described above is an optical member constituting the main part of this embodiment, and the relay lens 18 is used by using a normal mirror (not shown) that simply reflects light. Although there is a configuration in which the secondary image G2 is formed by the light emitted from the light, the reflection mirror 20 for forming the secondary image in this embodiment has a reflection directivity having a reflection directivity on the surface on which light enters and exits. A surface 20bc is formed.

即ち、2次像結像用の反射ミラー20は、図2に拡大して示した如く、光学ガラス基板20a上に鏡面状の反射層20bが例えば金属膜により形成され、更に、反射層20b上に入射した光に対して反射指向性を有して拡散させる拡散層20cが積層されている。   That is, in the reflection mirror 20 for forming a secondary image, as shown in an enlarged view in FIG. 2, a mirror-like reflection layer 20b is formed of, for example, a metal film on the optical glass substrate 20a, and further on the reflection layer 20b. A diffusion layer 20c that diffuses the light incident on the surface with reflection directivity is laminated.

この際、拡散層20cは、光透過性を有しており、入射した光を下方の反射層20bに入射させ、反射層20bで反射させるものであり、表面に微細な凹凸加工を施されたポリマーや、パール素材、微細な粒子を並べたものなどを用いて形成されている。   At this time, the diffusion layer 20c is light transmissive and allows incident light to be incident on the lower reflection layer 20b and reflected by the reflection layer 20b. It is formed using polymers, pearl materials, and fine particles.

従って、2次像結像用の反射ミラー20は、光学ガラス基板20a上に反射層20bと拡散層20cとが積層されることにより、前述したように、光学ガラス基板20a上に反射指向性を有する反射指向性面20bcが形成されているものとして以下説明する。   Therefore, the reflection mirror 20 for forming a secondary image has a reflection directivity on the optical glass substrate 20a as described above by laminating the reflection layer 20b and the diffusion layer 20c on the optical glass substrate 20a. The following description assumes that the reflection directivity surface 20bc is formed.

尚、光学ガラス基板20a上に形成した反射層20bは、必ずしも金属膜でなくとも入射した光に対して高い反射率を有すれば良いものであり、反射層20b上に拡散層20cを積層しないで通常のミラーとして用いることも可能である。   Note that the reflective layer 20b formed on the optical glass substrate 20a is not necessarily a metal film, but may have a high reflectance with respect to incident light, and the diffusion layer 20c is not laminated on the reflective layer 20b. It can also be used as a normal mirror.

尚また、拡散層20cは、上記した各素材に限ることなく、例えば、Luminit社製の拡散制御フィルム(DCF:Dffusion Contorol Film)などを透明接着剤により反射層20b上に接着しても良い。この拡散制御フィルムは高透過率であり、複数種類の拡散角度が予め用意されているので、所望の拡散角度のものを選択することができ、好適である。   In addition, the diffusion layer 20c is not limited to the above-described materials, and, for example, a diffusion control film (DCF) manufactured by Luminit may be adhered to the reflective layer 20b with a transparent adhesive. Since this diffusion control film has a high transmittance and a plurality of types of diffusion angles are prepared in advance, a film having a desired diffusion angle can be selected.

この際、図3(a),(b)に示した如く、拡散層20cの拡散角度θに対して反射強度eはガウス分布特性を有している。拡散層20cの反射指向性は、半値角±αを用いて評価することができる。   At this time, as shown in FIGS. 3A and 3B, the reflection intensity e has a Gaussian distribution characteristic with respect to the diffusion angle θ of the diffusion layer 20c. The reflection directivity of the diffusion layer 20c can be evaluated using the half-value angle ± α.

この半値角±αは、拡散層20cに垂直入射した光線が反射したときに最大反射強度eとなる角度を0度とし、反射強度が最大反射強度eに対して半分の値e/2に低下するときの角度のことであり、入射した光線を中心としてプラス側とマイナス側とに現れる。   The half-value angle ± α is set to 0 degree when the light ray perpendicularly incident on the diffusion layer 20c is reflected, and the reflection intensity is reduced to half the value e / 2 with respect to the maximum reflection intensity e. This is the angle at which the light is incident and appears on the positive side and the negative side with the incident light beam as the center.

この実施例では拡散層20cの半値角±αとして、その絶対値を5゜以上10°以下に設定しているが、この設定理由については後で詳述する。   In this embodiment, the absolute value is set to 5 ° to 10 ° as the half-value angle ± α of the diffusion layer 20c. The reason for this setting will be described in detail later.

ここで再び図1に戻り、2次像結像用の反射ミラー20上に結像された2次像G2を含む2次画像光Lg2について説明する。反射ミラー20上に結像された2次像(2次画像)G2は、2次画像光Lg2となって反射ミラー20で反射され、この反射ミラー20で反射された2次画像光Lg2の光路上に設置された凹面鏡21に向けて射出する。   Here, referring again to FIG. 1, the secondary image light Lg2 including the secondary image G2 formed on the reflection mirror 20 for forming a secondary image will be described. The secondary image (secondary image) G2 formed on the reflection mirror 20 is converted into secondary image light Lg2, reflected by the reflection mirror 20, and light of the secondary image light Lg2 reflected by the reflection mirror 20. It injects toward the concave mirror 21 installed on the road.

更に、凹面鏡21に入射した2次像G2を含む2次画像光Lg2は、2次像の虚像VIを生成し、凹面鏡21の凹状反射面21aで反射されて、2次像の虚像VIを含む虚像光Lviが筐体11Aの上方に開口した開口部11aを通って例えば自動車に設けられた光透過性を有するフロントガラス1上で観察者(運転者)側に形成した投影面1a上に投影される。   Further, the secondary image light Lg2 including the secondary image G2 incident on the concave mirror 21 generates a virtual image VI of the secondary image, is reflected by the concave reflecting surface 21a of the concave mirror 21, and includes the virtual image VI of the secondary image. The virtual image light Lvi is projected on the projection surface 1a formed on the observer (driver) side through the opening 11a opened above the housing 11A, for example, on the light-transmitting windshield 1 provided in the automobile. Is done.

この際、フロントガラス1に形成した投影面1aの領域は、「コンバイナ」とも呼ばれている。このコンバイナは、例えば、光透過性を有する金属膜や誘電多層膜またはホログラムフィルムより形成され、一部を透過し一部を反射する特性を有する。またコンバイナはフロントガラス1の一部の領域に形成しても良いし、又は、フロントガラス全体に形成しても良い。   At this time, the region of the projection surface 1 a formed on the windshield 1 is also called a “combiner”. This combiner is formed of, for example, a light-transmitting metal film, a dielectric multilayer film, or a hologram film, and has a characteristic of transmitting a part and reflecting a part. Moreover, a combiner may be formed in the one part area | region of the windshield 1, or may be formed in the whole windshield.

この後、フロントガラス1に形成した投影面1a上に投影された2次像の虚像VIを含む虚像光Lviの一部は、投影面1aで観察者(運転者)側に反射されて観察者の目Eに入るので、観察者はフロントガラス越しに2次像の虚像光Lvi、即ち、3次像を観察することができる。   Thereafter, a part of the virtual image light Lvi including the virtual image VI of the secondary image projected on the projection surface 1a formed on the windshield 1 is reflected to the observer (driver) side on the projection surface 1a and observed by the observer. Therefore, the observer can observe the virtual image light Lvi of the secondary image, that is, the tertiary image through the windshield.

従って、本発明に係る画像表示方法では、画素領域17aに表示された1次像G1を含む1次画像光Lg1を射出するステップと、1次像G1を含む1次画像光Lg1を拡大して2次像G2を含む2次画像光Lg2を得るステップと、2次像G2を含む2次画像光Lg2を、反射指向性を有する反射指向性面20bc上に結像して反射させるステップと、反射指向性面20bcで反射した2次像G2を含む2次画像光Lg2を凹状反射面21aで反射させて、2次像の虚像VIを含む虚像光Lviを投影面1a上に投影するステップと、を有している。   Therefore, in the image display method according to the present invention, the step of emitting the primary image light Lg1 including the primary image G1 displayed in the pixel region 17a and the primary image light Lg1 including the primary image G1 are enlarged. Obtaining secondary image light Lg2 including the secondary image G2, imaging the secondary image light Lg2 including the secondary image G2 on the reflection directivity surface 20bc having reflection directivity, and reflecting the image; Reflecting the secondary image light Lg2 including the secondary image G2 reflected by the reflection directivity surface 20bc by the concave reflection surface 21a and projecting the virtual image light Lvi including the virtual image VI of the secondary image onto the projection surface 1a; ,have.

この際、実施例の比較例として2次像結像用に単純なミラー(図示せず)を用いた場合には、2次像G2を含む2次像光Lg2が単純なミラー(図示せず)で反射したときの反射光が直進するために観察者(運転者)の目Eが設計高さ位置にある場合は虚像VIを観察できるが、少しでも目Eの高さ位置がずれると光が届かなくなるために虚像VIを観察できにくくなるという傾向がある。   At this time, when a simple mirror (not shown) for forming a secondary image is used as a comparative example of the embodiment, the secondary image light Lg2 including the secondary image G2 is a simple mirror (not shown). ), The reflected light travels straight, so that the virtual image VI can be observed when the eye E of the observer (driver) is at the design height position. , The virtual image VI tends to be difficult to observe.

そこで、上記に対してこの実施例では、2次像G2を含む2次像光Lg2が2次像結像用の反射ミラー20上に形成した反射指向性面20bcで拡散しながら反射するときの半値角±α(図3)を適宜設定することにより、観察者の目Eの高さ位置の移動に対応して虚像VIを十分に視認することができるように改善されている。   Therefore, in this embodiment, the secondary image light Lg2 including the secondary image G2 is reflected while being diffused by the reflection directivity surface 20bc formed on the reflection mirror 20 for forming the secondary image. By appropriately setting the half-value angle ± α (FIG. 3), the virtual image VI is improved so that it can be sufficiently visually recognized corresponding to the movement of the height position of the eye E of the observer.

尚、反射指向性面20bcを仮に完全拡散面のように拡散性を広く持たせすぎると、実際に反射した光線のうち観察者の目Eに届く光は極わずかとなって、2次像G2の明るさのほとんどを捨てることになり、観察される虚像VIが非常に暗い画像になってしまう。   If the reflection directivity surface 20bc is too diffused like a completely diffusing surface, the amount of light that actually reaches the observer's eye E out of the reflected rays becomes very small. Most of the brightness is discarded, and the observed virtual image VI becomes a very dark image.

即ち、図4は、本発明に係る実施例のヘッドアップディスプレイ10Aにおいて、2次像結像用の反射ミラー20に反射指向性を持たせた場合に、観察者が目Eを動かしても虚像VIをフロントガラス越しに見ることができる様子を光線図で模式的に表したものである。   That is, FIG. 4 shows a virtual image even if the observer moves the eye E when the reflection mirror 20 for forming a secondary image has a reflection directivity in the head-up display 10A of the embodiment according to the present invention. The state in which VI can be seen through the windshield is schematically represented by a light ray diagram.

図4において、観察者の目Eの高さ位置Aが虚像VI−aを観察する本来の設計位置であるが、観察者の目Eの高さを位置Bあるいは位置Cに動かした場合でも、2次像光Lg2の反射光が指向性を有して拡散されているので、観察者は虚像VI−b,VI−cをそれぞれの位置で視認することができる。   In FIG. 4, the height position A of the observer's eye E is the original design position for observing the virtual image VI-a, but even when the height of the observer's eye E is moved to the position B or C, Since the reflected light of the secondary image light Lg2 is diffused with directivity, the observer can visually recognize the virtual images VI-b and VI-c at the respective positions.

この際、2次像結像用の反射ミラー20に形成した拡散層20cの半値角±αの絶対値は、後述する理由により5°以上10°以下に設定しているが、拡散層20cの半値角±αの絶対値を例えば10°に設定した場合に、観察者の目Eの高さ位置を図中に視野半径で表示した上下(位置Aから位置B方向あるいは位置C方向)にそれぞれ約100mm程度動かしても、明るさがほとんど低下しないようにすることができる。ここで、視野半径は、観察者の目Eの高さ位置を設計位置である位置Aから上(位置B)方向、下(位置C)方向に移動させた際の、目Eの高さ位置の移動範囲の半分の値のことである。   At this time, the absolute value of the half-value angle ± α of the diffusion layer 20c formed on the reflection mirror 20 for forming the secondary image is set to 5 ° or more and 10 ° or less for the reason described later. When the absolute value of the half-value angle ± α is set to 10 °, for example, the height position of the eye E of the observer is displayed in the vertical direction (from the position A to the position B or C direction) indicated by the field radius in the figure. Even if it is moved about 100 mm, it is possible to prevent the brightness from almost decreasing. Here, the visual field radius is the height position of the eye E when the height position of the observer's eye E is moved from the design position A to the up (position B) direction and down (position C) direction. It is half the value of the movement range.

尚、上記した視野半径は、凹面鏡21の曲率を変えることで調整可能であり、曲率を小さく、言い換えると、曲率半径を大きくすれば、視野半径値を大きく設定できるが、ヘッドアップディスプレイ10Aが大型化してしまう。そこで、具体的な設計例を下記する。   Note that the field radius described above can be adjusted by changing the curvature of the concave mirror 21, and if the curvature is small, in other words, if the curvature radius is large, the field radius value can be set large, but the head-up display 10A is large. It will become. Therefore, a specific design example will be described below.

次に、実施例のヘッドアップディスプレイ10Aを例えば自動車に適用したときの具体的な設計例について図5を用いて説明する。   Next, a specific design example when the head-up display 10A of the embodiment is applied to, for example, an automobile will be described with reference to FIG.

図5に示した如く、実施例のヘッドアップディスプレイ10Aにおいて、反射型液晶パネル17は矩形状の画素領域17aの外形サイズが対角18mmであり、この画素領域17aに表示された1次像G1をリレーレンズ18により拡大して2倍の対角36mmの2次像G2を反射ミラー20の反射指向性面20bc上に結像させる。   As shown in FIG. 5, in the head-up display 10A of the embodiment, the reflective liquid crystal panel 17 has a rectangular pixel area 17a having an outer size of 18 mm diagonal, and the primary image G1 displayed in the pixel area 17a. Is enlarged by the relay lens 18 to form a secondary image G2 having a double diagonal of 36 mm on the reflection directivity surface 20bc of the reflection mirror 20.

また、凹面鏡21の凹状反射面21aの曲率半径は500mmである。   Further, the radius of curvature of the concave reflecting surface 21a of the concave mirror 21 is 500 mm.

ここで、観察者の目Eの高さ位置からフロントガラス1の投影面1aの中心位置までの長さをa、フロントガラス1の投影面1aの中心位置から虚像VIの位置までの長さをb、凹面鏡21の凹状反射面21aの中心位置からフロントガラス1の投影面1aの中心位置までの長さをc、2次像結像用の反射ミラー20の反射指向性面20bcから凹面鏡21の凹状反射面21aの中心位置までの長さをdとする。   Here, the length from the height position of the eye E of the observer to the center position of the projection plane 1a of the windshield 1 is a, and the length from the center position of the projection plane 1a of the windshield 1 to the position of the virtual image VI is b, the length from the center position of the concave reflecting surface 21 a of the concave mirror 21 to the center position of the projection surface 1 a of the windshield 1 c, and the reflection directivity surface 20 bc of the reflecting mirror 20 for secondary image formation from the concave mirror 21. The length to the center position of the concave reflecting surface 21a is defined as d.

そして、上記したa,c,dの各寸法を、a=450mm,c=300mm,d=200mmに設定すると、bの寸法はb=1550mmとなる。   When the dimensions a, c and d are set to a = 450 mm, c = 300 mm, and d = 200 mm, the dimension of b is b = 1550 mm.

つまり、フロントガラス1の投影面1aから1550mm先の位置に虚像VIが形成される。即ち、これは観察者の目Eの高さ位置から2メートル先に縦112mm、横140mmの虚像V1が形成されることであり、フロントガラス1から観察者までは450mmと十分な距離を確保することができる。   That is, the virtual image VI is formed at a position 1550 mm away from the projection surface 1a of the windshield 1. That is, this means that a virtual image V1 having a length of 112 mm and a width of 140 mm is formed 2 meters ahead of the height position of the eyes E of the observer, and a sufficient distance of 450 mm is secured from the windshield 1 to the observer. be able to.

また、虚像V1のサイズは、反射型液晶パネル17の画素領域17aに表示された1次像G1に対して約10倍に拡大されて投影されることになる。   Further, the size of the virtual image V1 is projected after being magnified about 10 times with respect to the primary image G1 displayed in the pixel region 17a of the reflective liquid crystal panel 17.

ここで、上記したように実施例のヘッドアップディスプレイ10Aを設計した際に、先に図1及び図2を用いて示した2次像結像用の反射ミラー20に形成した拡散層20cの半値角に対する明るさと視野半径との関係をシミュレーションしたときの結果について図6を用いて説明する。   Here, when the head-up display 10A of the embodiment is designed as described above, the half value of the diffusion layer 20c formed on the reflection mirror 20 for secondary image formation previously shown in FIGS. 1 and 2 is used. The result when simulating the relationship between the brightness with respect to the corner and the field radius will be described with reference to FIG.

図6中において、横軸は拡散層20cの半値角±αの絶対値α[°]を示し、縦軸の左側は明るさ[cd/m:カンデラ/平方メートル]を示し、縦軸の右側は視野半径[mm]を示している。 In FIG. 6, the horizontal axis indicates the absolute value α [°] of the half-value angle ± α of the diffusion layer 20c, the left side of the vertical axis indicates the brightness [cd / m 2 : candela / square meter], and the right side of the vertical axis. Indicates a viewing radius [mm].

この際、光源12(図1)に50ワットのランプを用いている。この図6が示すように、2次像結像用の反射ミラー20に形成した拡散層20cの拡散性を広げることで視野すなわち、虚像VI(図1)を視認できる範囲の半径は広がるが、半値角αが10°で視野半径(■印)が飽和することがわかる。   At this time, a 50-watt lamp is used as the light source 12 (FIG. 1). As shown in FIG. 6, by expanding the diffusibility of the diffusion layer 20 c formed on the reflection mirror 20 for forming the secondary image, the field of view, that is, the radius in the range where the virtual image VI (FIG. 1) can be visually recognized, is expanded. It can be seen that the viewing radius (marked with ■) is saturated when the half-value angle α is 10 °.

一方、明るさ(○印)は、半値角αの二乗で減衰していくので、指向性を広げると急激に明るさが低下することがわかる。昼の明るいときでも虚像VI(図1)を視認できるためには5000cd/m以上、望ましくは10000cd/mの輝度が必要とされる。 On the other hand, the brightness (marked with a circle) is attenuated by the square of the half-value angle α, so that it can be seen that the brightness rapidly decreases when the directivity is increased. Even when daytime bright virtual image VI (FIG. 1) in order to be visually recognized is 5000 cd / m 2 or more, desirably required luminance of 10000 cd / m 2.

また、運転時に頭を動かすことを考えると、視野半径は50mm以上、望ましくは100mm以上を確保することが望ましい。これらを勘案すると半値角±αの絶対値は5°以上10°以下が望ましく、これにより輝度と視野の広さを両立することができる。   In consideration of moving the head during driving, it is desirable to secure a radius of field of view of 50 mm or more, preferably 100 mm or more. Taking these into consideration, the absolute value of the half-value angle ± α is preferably 5 ° or more and 10 ° or less, thereby achieving both brightness and a wide field of view.

これにより、2次像結像用の反射ミラー20に形成した拡散層20cの半値角±αの絶対値を5°以上10°以下に設定することで、虚像VIの視認範囲を広げることが可能となるので、観察者の目Eの高さ位置のバラツキに対応できると共に、当然、観察者の身長の違いなどにも対応できる。   Accordingly, the visual range of the virtual image VI can be expanded by setting the absolute value of the half-value angle ± α of the diffusion layer 20c formed on the reflecting mirror 20 for forming the secondary image to 5 ° or more and 10 ° or less. Therefore, it is possible to deal with variations in the height position of the observer's eyes E, and of course, it is possible to cope with differences in the height of the observer.

この際、明るさは、光源12(図1)のパワーを上げることによっても調整可能であるが、車内での利用や環境対応を考えると省電力化が重要であり、消費電力を低減することが必要である。そのため、実施例では2次像結像用の反射ミラー20上に反射指向性を有する反射指向性面20bcを形成して明るさを確保することで、外光が明るい条件下でも虚像VIに対して視認性が良いヘッドアップディスプレイ10Aを提供可能としている。   At this time, the brightness can also be adjusted by increasing the power of the light source 12 (FIG. 1). However, considering the use in the vehicle and environmental measures, it is important to save power and reduce power consumption. is required. Therefore, in the embodiment, the reflection directivity surface 20bc having the reflection directivity is formed on the reflection mirror 20 for forming the secondary image to ensure the brightness, so that the virtual image VI can be obtained even under a bright external light condition. The head-up display 10A with good visibility can be provided.

上記したように、実施例のヘッドアップディスプレイ10A及び画像表示方法によれば、反射型液晶パネル17の画素領域17aに表示された1次像G1を含む1次画像光Lg1をリレーレンズ18により拡大して2次像結像用の反射ミラー20上に2次像G2を形成して2次像G2を含む2次画像光Lg2として反射させた後に、2次像G2を含む2次画像光Lg2を凹面鏡21の凹状反射面21aで反射させて2次像の虚像VIを含む虚像光Lviをフロントガラス1の投影面1a上に投影している。   As described above, according to the head-up display 10A and the image display method of the embodiment, the primary image light Lg1 including the primary image G1 displayed in the pixel region 17a of the reflective liquid crystal panel 17 is enlarged by the relay lens 18. Then, after forming a secondary image G2 on the reflecting mirror 20 for forming a secondary image and reflecting it as secondary image light Lg2 including the secondary image G2, the secondary image light Lg2 including the secondary image G2 is reflected. Is reflected by the concave reflecting surface 21a of the concave mirror 21, and the virtual image light Lvi including the virtual image VI of the secondary image is projected onto the projection surface 1a of the windshield 1.

この結果、1次像G1を拡大した2次像G2を形成することによって、小さな反射型液晶パネル(画像表示素子)17を用いても最終的に観察者に対し大きな虚像VIを表示することができると共に、凹面鏡21による拡大倍率を低く抑えることができる。そのため、観察者からフロントガラス1の投影面1aまでの間に十分な距離を取ることができるので、観察者は投影された虚像VIを歪みなく良好に視認できる。   As a result, by forming a secondary image G2 obtained by enlarging the primary image G1, a large virtual image VI can be finally displayed to an observer even when a small reflective liquid crystal panel (image display element) 17 is used. In addition, the magnification by the concave mirror 21 can be kept low. Therefore, since a sufficient distance can be provided between the observer and the projection surface 1a of the windshield 1, the observer can visually recognize the projected virtual image VI satisfactorily without distortion.

この際、2次像結像用の反射ミラー20の反射指向性面20bcは反射指向性を有し、2次像G2を含む2次画像光Lg2を拡散しながら指向性を持って凹面鏡21側に反射させるので、観察者が視点を多少ずらしても凹面鏡21を介して投影された虚像VIを良好に視認することができる。更に、虚像VIを効率的に観察者の目に届けることができるので、外光が明るい条件下でも虚像VIに対して視認性が良いヘッドアップディスプレイ10Aを提供することができる。   At this time, the reflection directivity surface 20bc of the reflection mirror 20 for image formation of the secondary image has reflection directivity, and has a directivity while diffusing the secondary image light Lg2 including the secondary image G2. Therefore, the virtual image VI projected through the concave mirror 21 can be viewed well even if the observer slightly shifts the viewpoint. Furthermore, since the virtual image VI can be efficiently delivered to the observer's eyes, it is possible to provide the head-up display 10A having good visibility with respect to the virtual image VI even under bright external light conditions.

次に、実施例を一部変形させた変形例1のヘッドアップディスプレイ及び画像表示方法について、図7を用いて実施例に対して異なる点についてのみ説明する。   Next, a head-up display and an image display method according to the first modification obtained by partially modifying the embodiment will be described only with respect to differences from the embodiment with reference to FIG.

尚、図7中で実施例と同一構成部材に対しては同一の符号を付して図示し、詳述を省略する。   In FIG. 7, the same components as those in the embodiment are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted.

図7に示した如く、実施例を一部変形させた変形例1のヘッドアップディスプレイ10B及び画像表示方法では、箱状に形成した筐体11B内の図7における右下方に、反射型液晶パネル(画像表示素子)17が配置されており、反射型液晶パネル17の画素領域17aに表示された1次像G1を含む1次画像光Lg1をリレーレンズ18により拡大する。拡大された1次画像光Lg1’は、このリレーレンズ18と対向して筐体11B内の右上方に配置した2次像結像用の反射ミラー20に入射して反射ミラー20上に2次像G2が結像される。   As shown in FIG. 7, in the head-up display 10B and the image display method according to the first modification in which the embodiment is partially modified, a reflection type liquid crystal panel is provided at the lower right in FIG. (Image display element) 17 is disposed, and primary image light Lg1 including the primary image G1 displayed in the pixel region 17a of the reflective liquid crystal panel 17 is expanded by the relay lens 18. The enlarged primary image light Lg1 ′ is incident on the reflection mirror 20 for image formation of the secondary image disposed on the upper right side in the housing 11B so as to face the relay lens 18, and is secondary on the reflection mirror 20. An image G2 is formed.

そのため、実施例で説明した光路転換用のミラー19を設ける必要がないので、変形例1のヘッドアップディスプレイ10Bを簡素化及び小型化できる点が実施例に対して異なっている。   Therefore, since it is not necessary to provide the optical path changing mirror 19 described in the embodiment, the point that the head-up display 10B of the modification 1 can be simplified and downsized is different from the embodiment.

従って、この変形例1でも実施例と同様に、変形例1のヘッドアップディスプレイ10Bを用いてフロントガラス越しに虚像VIを表示する場合には、反射型液晶パネル17の画素領域17aに表示された1次像G1を含む1次画像光Lg1をリレーレンズ18により拡大して反射ミラー20上に2次像G2を形成し、反射ミラー20で反射された2次像G2を含む2次画像光Lg2を凹面鏡21の凹状反射面21aで反射させて2次像の虚像VIを含む虚像光Lviをフロントガラス1の投影面1a上に投影しているので、実施例と同様の効果を得ることができる。   Accordingly, in the first modification, as in the embodiment, when the virtual image VI is displayed through the windshield using the head-up display 10B of the first modification, the virtual image VI is displayed on the pixel region 17a of the reflective liquid crystal panel 17. The primary image light Lg1 including the primary image G1 is enlarged by the relay lens 18 to form the secondary image G2 on the reflection mirror 20, and the secondary image light Lg2 including the secondary image G2 reflected by the reflection mirror 20 is formed. Is reflected on the concave reflecting surface 21a of the concave mirror 21 and the virtual image light Lvi including the virtual image VI of the secondary image is projected onto the projection surface 1a of the windshield 1, so that the same effect as in the embodiment can be obtained. .

次に、実施例を一部変形させた変形例2のヘッドアップディスプレイ及び画像表示方法について、図8〜図10を用いて実施例に対して異なる点についてのみ説明する。   Next, a head-up display and an image display method according to Modification 2 in which the embodiment is partially modified will be described only with respect to differences from the embodiment with reference to FIGS.

尚、図8〜図10中で実施例と同一構成部材に対しては同一の符号を付して図示し、詳述を省略する。   8 to 10, the same components as those of the embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図8に示した如く、実施例を一部変形させた変形例2のヘッドアップディスプレイ10C及び画像表示方法では、反射型液晶パネル(画像表示素子)17の前方に設置した変倍光学系となるリレーレンズ18と、光学ガラス基板20a上に反射層20b及び拡散層20cを積層して2次像の結像及び結像した2次像を反射する反射ミラー20との間に、フィールドレンズ30が反射ミラー20の反射指向性面20bcに密着又は接近して設置されている点が実施例に対して異なっている。   As shown in FIG. 8, in the head-up display 10 </ b> C and the image display method according to the second modification obtained by partially modifying the embodiment, a variable power optical system is provided in front of the reflective liquid crystal panel (image display element) 17. A field lens 30 is disposed between the relay lens 18 and the reflection mirror 20 that laminates the reflection layer 20b and the diffusion layer 20c on the optical glass substrate 20a and reflects the formed secondary image. The point which is installed in close contact with or close to the reflection directivity surface 20bc of the reflection mirror 20 is different from the embodiment.

一方、変形例2の比較例として、図9に示したように光学ガラス基板20a上に反射層20b及び拡散層20cを積層した反射ミラー20の前方にフィールドレンズを設置しない場合には、先の実施例及び実施例を一部変形させた変形例1に相当するものである。   On the other hand, as a comparative example of Modification 2, when a field lens is not installed in front of the reflection mirror 20 in which the reflection layer 20b and the diffusion layer 20c are laminated on the optical glass substrate 20a as shown in FIG. The embodiment corresponds to a first modification in which the embodiment and the embodiment are partially modified.

即ち、図9に示した如く、反射型液晶パネル17の画素領域17aに表示された1次像G1を含む1次画像光Lg1がリレーレンズ18により拡大され、この拡大された1次画像光Lg1’は2次像結像用の反射ミラー20の反射指向性面20bc上に2次像G2として結像される。2次像G2を含む2次画像光Lg2は反射ミラー20の反射指向性面20bcで拡散光として反射された後に、拡散光である2次画像光Lg2が凹面鏡21の凹状反射面21aに入射する。この際、反射ミラー20の前方にフィールドレンズがないと、反射ミラー20の反射指向性面20bcで反射される2次画像光Lg2の反射角が広いため、2次画像光Lg2の光束の周辺の一部が凹面鏡21に到達せず、凹面鏡21での反射光が暗くなってしまうために、輝度むらが生じることがある。   That is, as shown in FIG. 9, the primary image light Lg1 including the primary image G1 displayed in the pixel region 17a of the reflective liquid crystal panel 17 is magnified by the relay lens 18, and this magnified primary image light Lg1. 'Is formed as a secondary image G2 on the reflection directivity surface 20bc of the reflection mirror 20 for secondary image formation. The secondary image light Lg2 including the secondary image G2 is reflected as diffused light by the reflection directivity surface 20bc of the reflection mirror 20, and then the secondary image light Lg2 which is diffused light is incident on the concave reflective surface 21a of the concave mirror 21. . At this time, if there is no field lens in front of the reflection mirror 20, the reflection angle of the secondary image light Lg2 reflected by the reflection directivity surface 20bc of the reflection mirror 20 is wide. Since some of the light does not reach the concave mirror 21 and the reflected light from the concave mirror 21 becomes dark, uneven brightness may occur.

そこで、先に図8を用いて説明したように、反射ミラー20の前方に密着又は接近してフィールドレンズ30を設置する。この構成とすることで、1次画像光Lg1’はフィールドレンズ30の中心軸Jよりも一方側に入射された後にフィールドレンズ30内を通過することにより、2次画像光Lg2が拡散光とならず反射角が狭まり2次画像光Lg2の光束の全てが2次像結像用の反射ミラー20の反射指向性面20bc上に到達し、凹面鏡21での反射光を明るくし、輝度むらの発生を防ぐことができる。この後、凹面鏡21の凹状反射面21aで2次像の虚像VI(図1)を含む虚像光Lviがフロントガラス1へ向けて反射される。   Therefore, as described above with reference to FIG. 8, the field lens 30 is installed in close contact with or in front of the reflection mirror 20. With this configuration, the primary image light Lg1 ′ is incident on one side of the center axis J of the field lens 30 and then passes through the field lens 30, so that the secondary image light Lg2 becomes diffused light. As a result, the reflection angle is narrowed and all of the luminous flux of the secondary image light Lg2 reaches the reflection directivity surface 20bc of the reflection mirror 20 for forming the secondary image, brightens the reflected light from the concave mirror 21, and causes uneven brightness. Can be prevented. Thereafter, the virtual image light Lvi including the virtual image VI (FIG. 1) of the secondary image is reflected toward the windshield 1 by the concave reflecting surface 21a of the concave mirror 21.

具体的には、図10(a),(b)に示したように、変形例2のヘッドアップディスプレイ10C及び画像表示方法において、反射ミラー20の前方に密着又は接近してフィールドレンズ30を設置した際に、反射型液晶パネル17から射出した1次画像光Lg1がリレーレンズ18により拡大される。この拡大された1次画像光Lg1’はフィールドレンズ30の中心軸Jよりも一方側で且つ中心軸Jとレンズ外周部位との間の中間部位に入射されてフィールドレンズ30内を通過して、2次像結像用の反射ミラー20で反射される。反射された2次画像光Lg2はフィールドレンズ30から射出されるが、このときにフィールドレンズ30の中心軸Jとレンズ外周部位との間の中間部位から射出されて凹面鏡21に向かう反射光の向きは曲がりが小さいので、凹面鏡21に全て入射される。   Specifically, as shown in FIGS. 10A and 10B, in the head-up display 10 </ b> C and the image display method of the second modification, the field lens 30 is installed in close contact with or close to the front of the reflection mirror 20. When this is done, the primary image light Lg1 emitted from the reflective liquid crystal panel 17 is magnified by the relay lens 18. The enlarged primary image light Lg1 ′ is incident on an intermediate portion on one side of the central axis J of the field lens 30 and between the central axis J and the lens outer peripheral portion, passes through the field lens 30, and Reflected by the reflecting mirror 20 for forming a secondary image. The reflected secondary image light Lg2 is emitted from the field lens 30. At this time, the direction of the reflected light that is emitted from an intermediate portion between the central axis J of the field lens 30 and the lens outer peripheral portion and travels toward the concave mirror 21. Since the curve is small, it is all incident on the concave mirror 21.

この後、凹面鏡21の凹状反射面21aで反射された虚像光Lviがフロントガラス1で観察者に向けて反射されるが、このときに観察者の目Eの高さを位置F又は位置Gもしくは位置Hに動かしても虚像VIをフロントガラス越しに見ることができるので、観察者が姿勢を大きく変えて投影された虚像VIを観察する場合や、体格の異なる別の観察者が投影された虚像VIを観察する場合にも、投影された虚像VIを良好に視認できる。   Thereafter, the virtual image light Lvi reflected by the concave reflecting surface 21a of the concave mirror 21 is reflected by the windshield 1 toward the observer. At this time, the height of the eye E of the observer is set to the position F, the position G, or Since the virtual image VI can be seen through the windshield even if it is moved to the position H, when the observer observes the projected virtual image VI with a greatly changed posture, or a virtual image projected by another observer with a different physique Even when observing the VI, the projected virtual image VI can be viewed well.

次に、実施例及び変形例2を一部変形させた変形例3のヘッドアップディスプレイ及び画像表示方法について、図11及び図12を用いて実施例及び変形例2に対して異なる点についてのみ説明する。   Next, a head-up display and an image display method according to the third modification obtained by partially modifying the embodiment and the second modification will be described with reference to FIGS. 11 and 12 only with respect to differences from the first embodiment and the second modification. To do.

尚、図11及び図12中で実施例及び変形例2と同一構成部材に対しては同一の符号を付して図示し、詳述を省略する。   In FIG. 11 and FIG. 12, the same components as those in the embodiment and the modified example 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図11及び図12に示した如く、実施例及び変形例2を一部変形させた変形例3のヘッドアップディスプレイ10D及び画像表示方法では、反射型液晶パネル(画像表示素子)17の前方に設置した変倍光学系となるリレーレンズ18と、2次像の結像及び結像した2次像を反射する反射ミラー20との間に、フィールドレンズ30が反射ミラー20の前方に密着して設置されていると共に、反射ミラー20及びフィールドレンズ30をラック31に固着させて、このラック31に噛合した歯車32の回転により、反射ミラー20及びフィールドレンズ30をフィールドレンズ30の中心軸Jと直交する方向に移動可能に構成している点が実施例及び変形例2に対して異なっている。   As shown in FIGS. 11 and 12, in the head-up display 10D and the image display method of the modification 3 in which the embodiment and the modification 2 are partially modified, they are installed in front of the reflective liquid crystal panel (image display element) 17. The field lens 30 is disposed in close contact with the front of the reflection mirror 20 between the relay lens 18 serving as the variable magnification optical system and the reflection mirror 20 that reflects the formed secondary image and the formed secondary image. In addition, the reflecting mirror 20 and the field lens 30 are fixed to the rack 31, and the reflecting mirror 20 and the field lens 30 are orthogonal to the central axis J of the field lens 30 by the rotation of the gear 32 meshed with the rack 31. The point which is comprised so that a movement to a direction is different from an Example and the modification 2 is.

尚、変形例3では、反射ミラー20の前方に密着してフィールドレンズ30を設置した場合について以下説明するが、反射ミラー20の前方に接近してフィールドレンズ30を設置しても良く、この場合には少なくともフィールドレンズ30をこのフィールドレンズ30の中心軸Jと直交して移動可能となるようにフィールドレンズ30をラック31に取り付ければ良いものである。   In the third modification, the case where the field lens 30 is installed in close contact with the front of the reflection mirror 20 will be described below. However, the field lens 30 may be installed close to the front of the reflection mirror 20, in this case. In this case, the field lens 30 may be attached to the rack 31 so that at least the field lens 30 can be moved perpendicularly to the central axis J of the field lens 30.

即ち、図11(a),(b)に示した如く、ラック31に噛合した歯車32を回転駆動して、反射ミラー20及びフィールドレンズ30をフィールドレンズ30の中心軸Jと直交して矢印方向に移動したときに、1次画像光Lg1’はフィールドレンズ30の中心軸Jよりも一方側で且つ中心軸Jよりも離れたレンズ外周部位に入射する。この入射位置は、変形例2の図10(b)に示すフィールドレンズ30上の入射位置に対して、よりレンズ外周部位である。フィールドレンズ30に入射した1次画像光Lg1は、2次像結像用の反射ミラー20で反射され2次画像光Lg2としてフィールドレンズ30から射出される。この際、フィールドレンズ30から射出されて凹面鏡21に向かう反射光の向きは先に説明した図10(a),(b)の場合よりも曲がりが大きい。   That is, as shown in FIGS. 11A and 11B, the gear 32 meshed with the rack 31 is driven to rotate, and the reflecting mirror 20 and the field lens 30 are orthogonal to the central axis J of the field lens 30 in the direction of the arrow. The primary image light Lg1 ′ is incident on the lens outer peripheral portion on one side of the field lens 30 from the central axis J and away from the central axis J. This incident position is a lens outer peripheral part with respect to the incident position on the field lens 30 shown in FIG. The primary image light Lg1 incident on the field lens 30 is reflected by the reflection mirror 20 for forming a secondary image and is emitted from the field lens 30 as the secondary image light Lg2. At this time, the direction of the reflected light emitted from the field lens 30 and directed toward the concave mirror 21 is bent more than in the case of FIGS. 10A and 10B described above.

この後、凹面鏡21の凹状反射面21aで反射された虚像光Lviがフロントガラス1で観察者に向けて反射されるが、このときに観察者の目Eの高さを位置M又は位置Nもしくは位置Oに動かしても虚像VIをフロントガラス越しに見ることができる。ここで、位置M又は位置Nもしくは位置Oは、先の図10(a)に示した位置F又は位置Gもしくは位置Hよりも矢印方向となる上方の位置である。   Thereafter, the virtual image light Lvi reflected by the concave reflecting surface 21a of the concave mirror 21 is reflected by the windshield 1 toward the observer. At this time, the height of the observer's eye E is set to the position M or the position N or Even if it is moved to the position O, the virtual image VI can be seen through the windshield. Here, the position M, the position N, or the position O is an upper position in the arrow direction with respect to the position F, the position G, or the position H shown in FIG.

更に、図12(a),(b)に示した如く、フィールドレンズ30を図12(b)の実線で示す位置に移動した場合は、図10(b)同様の位置となるため、観察者の目Eの高さ位置をF又は位置Gもしくは位置Hに移動した場合でも投影された虚像VIを良好に視認できる。また、フィールドレンズ30を図12(b)の実線で示す位置に移動した場合は、図11(b)と同様の位置となるため、観察者の目Eの高さ位置をM又は位置Nもしくは位置Oに移動した場合でも投影された虚像VIを良好に視認できる
上記した変形例2及び変形例3から、反射ミラー20の前方に密着又は接近して設置したフィールドレンズ30は、画像光に対して明るさを均一にする機能と、観察者の目Eの高さ位置を大きく変化させた場合でも投影された虚像VIを良好に視認できる機能とを合わせ持つことになる。
Further, as shown in FIGS. 12A and 12B, when the field lens 30 is moved to the position indicated by the solid line in FIG. 12B, the position becomes the same as that in FIG. Even when the height position of the eye E is moved to F, position G, or position H, the projected virtual image VI can be viewed well. Further, when the field lens 30 is moved to the position indicated by the solid line in FIG. 12B, the position is the same as that in FIG. 11B. The projected virtual image VI can be seen well even when moved to the position O. From the above-described Modification 2 and Modification 3, the field lens 30 installed in close contact with or close to the front of the reflection mirror 20 The function of making the brightness uniform and the function of satisfactorily viewing the projected virtual image VI even when the height position of the observer's eye E is greatly changed.

この際、フィールドレンズ30は、図13(a)に示したように、中心軸Jを中心に円形に形成されており、凸曲面30aが画像光の入出射面となる一方、凸曲面30aと反対側の平坦面30bが反射ミラー20の反射指向性面20bcに密着又は接近した面となっている。   At this time, as shown in FIG. 13A, the field lens 30 is formed in a circle around the central axis J, and the convex curved surface 30a serves as an image light entrance / exit surface, while the convex curved surface 30a The opposite flat surface 30 b is a surface that is in close contact with or close to the reflection directivity surface 20 bc of the reflection mirror 20.

また、フィールドレンズ30は、前述したように、画像光の入出射が中心軸Jよりも
一方側であるので、必ずしも円形である必要がなく、図13(a)に示したフィールドレンズ30に代えて図13(b)に示したような半円形のフィールドレンズ30’でも良く、このフィールドレンズ30’の形状に合わせて反射ミラー20’を形成しても良いものである。
Further, as described above, the field lens 30 does not necessarily have a circular shape because the incident / exit of the image light is on one side of the central axis J, and instead of the field lens 30 shown in FIG. Thus, a semicircular field lens 30 ′ as shown in FIG. 13B may be used, and the reflection mirror 20 ′ may be formed in accordance with the shape of the field lens 30 ′.

以上詳述した実施例及び変形例1〜3では、画像表示素子に反射型液晶パネル17を用いた場合を説明したが、画像表示素子に不図示の透過型液晶パネルを用いた場合には、この透過型液晶パネルの画素領域に表示された1次像をリレーレンズにより拡大して2次像を得れば良く、また、画像表示素子に不図示のDMDを用いた場合には多数のミラーによって表示された1次像をリレーレンズにより拡大して2次像を得れば良いものである。   In the embodiment and the modifications 1 to 3 described in detail above, the case where the reflective liquid crystal panel 17 is used as the image display element has been described. However, when the transmissive liquid crystal panel (not shown) is used as the image display element, The primary image displayed in the pixel area of the transmissive liquid crystal panel may be enlarged by a relay lens to obtain a secondary image. When a DMD (not shown) is used as the image display element, a large number of mirrors are used. The primary image displayed by the above can be enlarged by a relay lens to obtain a secondary image.

本発明に係るヘッドアップディスプレイ及び画像表示方法は、自動車,航空機,電車,工事用車両,その他遊戯装置などにおいて、利用可能性がある。   The head-up display and the image display method according to the present invention can be used in automobiles, airplanes, trains, construction vehicles, and other game machines.

1…フロントガラス、1a…投影面(コンバイナ)、
10A…実施例のヘッドアップディスプレイ、
10B…変形例1のヘッドアップディスプレイ、
10C…変形例2のヘッドアップディスプレイ、
10D…変形例3のヘッドアップディスプレイ、
11A,11B…筐体、11a…開口部、
12…照明用光源、13…コリメータレンズ、14…フィールドレンズ、
15…偏光板、16…偏光ビームスプリッタ、
17…画像表示素子(反射型液晶パネル)、17a…画素領域、
18…変倍光学系(リレーレンズ)、19…光路転換用のミラー、
20…2次像結像用の反射ミラー、20a…光学ガラス基板、20b…反射層、
20c…拡散層、20bc…反射指向性面、
21…凹面鏡、21a…凹状反射面、22…画像信号発生器、22a…画像信号、
30,30’…フィールドレンズ、30a…凸曲面、30b…平坦面、
31…ラック、32…歯車、
E…目、G1…1次像(1次画像)、G2…2次像(2次画像)、VI…2次像の虚像、
Lw…白色光、Lg1…1次画像光、Lg1’…変倍光学系で拡大された1次画像光、
Lg2…2次画像光、Lvi…虚像光、
e…2次像結像用の反射ミラーの拡散層に垂直入射した光線が反射したときの最大反
射強度、θ…拡散角度、±α…半値角、
J…フィールドレンズ30又は30’の中心軸。
1 ... windshield, 1a ... projection surface (combiner),
10A: Head-up display of the embodiment,
10B: Head-up display of Modification 1
10C: Head-up display of Modification 2
10D: Head-up display of Modification 3
11A, 11B ... casing, 11a ... opening,
12 ... Light source for illumination, 13 ... Collimator lens, 14 ... Field lens,
15 ... Polarizing plate, 16 ... Polarizing beam splitter,
17 ... Image display element (reflection type liquid crystal panel), 17a ... Pixel region,
18 ... Variable magnification optical system (relay lens), 19 ... Mirror for optical path change,
20 ... a reflection mirror for forming a secondary image, 20a ... an optical glass substrate, 20b ... a reflection layer,
20c ... diffusion layer, 20bc ... reflection directivity surface,
21 ... concave mirror, 21a ... concave reflecting surface, 22 ... image signal generator, 22a ... image signal,
30, 30 '... field lens, 30a ... convex curved surface, 30b ... flat surface,
31 ... rack, 32 ... gear,
E ... Eye, G1 ... Primary image (primary image), G2 ... Secondary image (secondary image), VI ... Virtual image of secondary image,
Lw ... white light, Lg1 ... primary image light, Lg1 '... primary image light magnified by a variable magnification optical system,
Lg2 ... secondary image light, Lvi ... virtual image light,
e: Maximum reflection intensity when a light beam perpendicularly incident on the diffusion layer of the reflecting mirror for secondary image formation is reflected, θ: Diffusion angle, ± α: Half-value angle,
J: central axis of the field lens 30 or 30 ′.

Claims (7)

光源と、
前記光源から射出した光が画素領域に入射した際に、外部からの画像信号に基づいて1次像を生成し、生成された前記1次像を含む1次画像光として射出する画像表示素子と、
前記画像表示素子から射出した前記1次画像光を拡大する変倍光学系と、
前記変倍光学系で拡大された前記1次画像光の結像位置に配設され、入射した前記1次画像光が結像することにより2次像を生成し、前記2次像を含む2次画像光として反射する反射ミラーと、
前記反射ミラーで反射した前記2次画像光の光路上に配設され、入射した前記2次画像光に基づいて前記2次像の虚像を生成し、前記虚像を含む虚像光として反射して拡大投影する凹面鏡と、
を備えることを特徴とするヘッドアップディスプレイ。
A light source;
An image display element that generates a primary image based on an external image signal when the light emitted from the light source enters the pixel region, and emits the primary image light including the generated primary image; ,
A variable magnification optical system for enlarging the primary image light emitted from the image display element;
A secondary image is generated by forming an image of the incident primary image light, which is disposed at an imaging position of the primary image light magnified by the zoom optical system, and includes the secondary image. A reflection mirror that reflects as the next image light,
A virtual image of the secondary image is generated based on the incident secondary image light, arranged on the optical path of the secondary image light reflected by the reflection mirror, and reflected and magnified as virtual image light including the virtual image A concave mirror to project,
A head-up display comprising:
前記反射ミラーに入射した前記1次画像光が前記2次画像光として反射する際に、前記2次画像光が所定の指向性を有して拡散することを特徴とする請求項1記載のヘッドアップディスプレイ。   2. The head according to claim 1, wherein the secondary image light diffuses with a predetermined directivity when the primary image light incident on the reflection mirror is reflected as the secondary image light. Up display. 前記反射ミラーは、前記1次画像光の入射面側に、基板上に形成された反射層と、前記反射層上に積層された拡散層とを備えることを特徴とする請求項1又は請求項2記載のヘッドアップディスプレイ。   The said reflection mirror is provided with the reflective layer formed on the board | substrate on the incident surface side of the said primary image light, and the diffused layer laminated | stacked on the said reflective layer, The Claim 1 or Claim characterized by the above-mentioned. 2. The head-up display according to 2. 前記反射ミラーから反射した光の反射強度が最大値となる位置を0度とし、前記反射強度が前記最大値の半分となる角度を半値角とした際に、前記半値角の絶対値が5°以上10°以下であることを特徴とする請求項2又は請求項3記載のヘッドアップディスプレイ。   The absolute value of the half-value angle is 5 ° when the position where the reflection intensity of the light reflected from the reflection mirror is the maximum value is 0 degree and the angle at which the reflection intensity is half the maximum value is the half-value angle. The head-up display according to claim 2 or 3, wherein the angle is 10 ° or less. 前記変倍光学系と前記反射ミラーとの間に前記反射ミラーの前方に密着又は接近してフィールドレンズを設置したことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項記載のヘッドアップディスプレイ。   5. The head-up according to claim 1, wherein a field lens is disposed in close contact with or close to the front of the reflection mirror between the variable magnification optical system and the reflection mirror. display. 前記変倍光学系と前記反射ミラーとの間に前記反射ミラーの前方に密着又は接近してフィールドレンズを設置すると共に、前記フィールドレンズをこのフールドレンズの中心軸と直交した方向に移動可能に構成したことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項記載のヘッドアップディスプレイ。   A field lens is installed in close contact with or close to the front of the reflecting mirror between the variable magnification optical system and the reflecting mirror, and the field lens can be moved in a direction perpendicular to the center axis of the field lens. The head-up display according to any one of claims 1 to 4, wherein the head-up display is provided. 画素領域に光が入射した際に、外部からの画像信号に基づいて1次像を生成し、生成された前記1次像を含む1次画像光として射出する1次画像光射出ステップと、
前記1次画像光射出ステップで射出した前記1次画像光を拡大する1次画像光拡大ステップと、
前記1次画像光拡大ステップで拡大した前記1次画像光が結像することにより2次像を生成し、生成した前記2次像を含む2次画像光として指向性を有して拡散反射する拡散反射ステップと、
前記拡散反射ステップで反射した前記2次画像光を凹状反射面で更に反射させて、前記2次像の虚像を含む虚像光を投影面上に投影する虚像投影ステップと、
を有することを特徴とする画像表示方法。
A primary image light emission step of generating a primary image based on an image signal from the outside when light is incident on the pixel region, and emitting the primary image light including the generated primary image;
A primary image light expanding step for expanding the primary image light emitted in the primary image light emitting step;
The primary image light magnified in the primary image light enlarging step forms an image to generate a secondary image, and diffusely reflects with directivity as the secondary image light including the generated secondary image. A diffuse reflection step;
A virtual image projecting step of projecting virtual image light including a virtual image of the secondary image onto a projection surface by further reflecting the secondary image light reflected in the diffuse reflection step on a concave reflecting surface;
An image display method characterized by comprising:
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