JP2012093506A - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】輝度のむらの低減と、外乱光の映り込みの抑制とが実現された表示像を投影することができるヘッドアップディスプレイ装置の提供。
【解決手段】ウィンドシールド９０に表示像１０を投影するヘッドアップディスプレイ装置１００であって、表示像１０の基となる基画像１１を形成する液晶表示部３０と、背面側から当該液晶表示部３０に向けて光を放射する標準光源２０と、基画像１１の光像を反射することでウィンドシールド９０に表示像１０を投影する凹面鏡４０と、ｙ軸方向に沿い且つｘ軸方向おいて凹状に湾曲し凹面鏡４０と対向する凹曲面５１を有し、ｘ軸周りに回転させることにより、標準光源２０から凹面鏡４０に向かう光軸ＯＡに対してｚ軸を傾斜させた姿勢にて、液晶表示部３０と凹面鏡４０との間に位置する凹シリンドリカルレンズ５０と、を備えるヘッドアップディスプレイ装置１００とする。
【選択図】図７

Description

本発明は、ウィンドシールド等の表示部材に表示像を投影するヘッドアップディスプレイ装置に関するものである。

従来、ヘッドアップディスプレイ装置において、ウィンドシールド等の表示部材に投影される表示像の輝度のむらを低減する技術が知られている。例えば特許文献１に開示の照明装置は、表示像の基となる基画像を形成する液晶表示素子と、液晶表示素子に向けて光を放射する発光ダイオードと、表示部に表示像を投影するための凹面鏡とを備えている。この特許文献１には、凹面鏡と液晶表示素子との間に凹レンズを設けることにより、表示像の輝度のむらを低減しつつ、基画像に対する表示像の拡大比率を高めることができる旨の記載がある（特許文献１ 段落００３７参照）。

この液晶表示素子と凹面鏡との間に設けられる凹レンズの作用について以下に説明する。液晶表示素子から出射される光の強度は、発光ダイオードから凹面鏡に向かう光軸に対する角度が大きくなるにつれて、低下する。故に、光軸に沿って液晶表示素子を透過した光を凹レンズの作用によって拡散させることにより、表示部材に投影される表示像の中央部分の輝度が抑制される。一方、表示像の外周部分の輝度は高められる。以上により、輝度むらの低減された表示像の投影が可能になる。

特許第４４３７６７５号公報

さて、凹面鏡と液晶表示素子との間に、凹面鏡と凹レンズの凹曲面とが対向するように当該凹レンズを位置させた場合、以下に説明するような問題が発生することが判明した。その問題とは、表示像への外乱光の映り込みである。詳しく説明すると、特定の方向から入射した外乱光は、凹面鏡によって反射され、当該凹面鏡と対向する凹レンズの凹曲面に到達する。凹曲面に入射した外乱光は、発光ダイオードから凹面鏡に向かう光軸に対して垂直に位置している凹曲面の領域によって、凹面鏡に向けて反射される。するとこの外乱光は、液晶表示素子を透過した基画像の光像と共に表示部に投影され、表示像に映り込んでしまうのである。

本願発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、輝度のむらの低減と、外乱光の映り込みの抑制とが実現された表示像を投影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である。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、表示部材に表示像を投影するヘッドアップディスプレイ装置であって、表示像の基となる基画像を形成する液晶表示部と、液晶表示部の背面側から当該液晶表示部に向けて光を放射する光源部と、液晶表示部を通過した基画像の光像を反射することにより、表示部材に表示像を投影する反射鏡部と、三次元の座標が設定され、ｙ軸方向に沿い且つｘ軸方向おいて凹状に湾曲し反射鏡部と対向する凹曲面を有し、ｘ軸周りに回転させることにより、光源部から反射鏡部に向かう光軸に対してｚ軸を傾斜させた姿勢にて、液晶表示部と反射鏡部との間に位置する凹シリンドリカルレンズと、を備えるヘッドアップディスプレイ装置とする。

この発明によれば、凹シリンドリカルレンズは、設定された三次元の座標においてｘ軸周りに回転されることにより、光源部から反射鏡部に向かう光軸に対してｚ軸を傾斜させた姿勢にて、液晶表示部と反射鏡部との間に位置している。加えて、この凹シリンドリカルレンズの凹曲面は、ｘ軸方向においては凹状に湾曲しているものの、ｙ軸方向に沿っている。故に、光軸に対するｚ軸方向の傾斜によって、光源部から反射鏡部に向かう光軸に対して垂直となる領域が、凹曲面から無くなり得る。以上により、反射鏡部にて反射された外乱光が凹シリンドリカルレンズの凹曲面に到達した場合であっても、この外乱光は、凹曲面にて反射鏡部とは異なる方向に向けて反射され得る。故に、凹曲面にて反射された外乱光が基画像の光像と共に表示部材に投影されてしまう事態は、抑制される。

加えて凹シリンドリカルレンズは、ｘ軸方向において凹状に湾曲する凹曲面の作用によって、液晶表示部を透過した光を屈折により拡散させる。これにより、表示部材に投影される表示像においては、中央部分と外周部分との輝度差が低減される。したがって、ヘッドアップディスプレイ装置は、輝度のむらの低減と、外乱光の映り込みの抑制とが実現された表示像を投影することができる。

請求項２に記載の発明では、基画像に対する表示像の拡大率が複数種類の中から設定されるヘッドアップディスプレイ装置であって、当該設定された拡大率に応じて凹曲面の曲率半径を規定された凹シリンドリカルレンズが液晶表示部と反射鏡部との間に位置し、光軸に対してｘ軸方向及びｙ軸方向に角度を持って出射される光のうち、光軸に沿う方向に出射される光に対して所定の強度比を維持している当該角度の範囲が、視野角として規定され、ｘ軸方向における視野角は、複数種類の拡大率のうちで最も小さい拡大率が想定された場合にｘ軸方向において必要とされる視野角に合わせて規定され、ｙ軸方向における視野角は、複数種類の拡大率のうちで最も大きい拡大率が想定された場合にｙ軸方向において必要とされる視野角に合わせて規定されることを特徴とする。

上述したように、光源部から放射され液晶表示部から出射される光の強度は、光軸に対する角度が大きくなるにつれて、低下する。故に、光軸に対して角度を持って出射される光のうち、光軸に沿う方向に出射される光に対して所定の強度比を維持している当該角度の範囲が視野角として規定されている。基画像に対する表示像の拡大率を大きくしようとすると、液晶表示部から反射鏡部までの距離が短くされると共に、必要とされる視野角も大きくなる。この発明では、拡大率は、複数種類の中から設定される。

まず、複数種類の拡大率のうちで最も大きい拡大率に設定された場合を説明する。液晶表示部及び光源部のｘ軸方向における視野角は、最も小さい拡大率が想定された場合にｘ軸方向において必要とされる視野角に合わせて規定されている。しかし、凹シリンドリカルレンズは、拡大率に応じて曲率半径を規定された凹曲面によって、ｘ軸方向に拡散するよう光を屈折させることにより、視野角を拡大させる作用を発揮する。故に、凹シリンドリカルレンズを通過した後におけるｘ軸方向の視野角は、最も大きい拡大率が想定された場合にｘ軸方向において必要とされる視野角を満たしたものになり得る。

一方、液晶表示部及び光源部のｙ軸方向における視野角は、最も大きい拡大率が想定された場合においてｙ軸方向に必要とされる視野角に合わせて規定されている。故に、凹シリンドリカルレンズがｙ軸方向に光を拡散することできなくても、ｙ軸方向に必要な視野角は、確保され得る。

次に、複数種類の拡大率のうちで最も小さい拡大率に設定された場合を説明する。液晶表示部及び光源部のｘ軸方向における視野角は、最も小さい拡大率が想定された場合においてｘ軸方向に必要とされる視野角に合わせて規定されている。故に、ｘ軸方向において必要な視野角は確保され得る。一方、液晶表示部及び光源部のｙ軸方向における視野角は、上述したように最も大きい拡大率が想定された場合においてｙ軸方向に必要とされる視野角に合わせて規定されている。故に、ｙ軸方向において必要な視野角は当然に確保され得る。

以上のように、液晶表示部及び光源部を共有しても、複数種類の拡大率のそれぞれにおいて、ヘッドアップディスプレイ装置は、輝度むらの低減された表示像を表示することができる。したがって、輝度むらの低減及び外乱光の映り込み抑制を果たしたヘッドアップディスプレイ装置の安価な提供が実現できる。

請求項３に記載の発明では、車両に搭載され、表示部材として湾曲したウィンドシールドに表示像を投影するヘッドアップディスプレイ装置であって、反射鏡部は、ウィンドシールドの湾曲及び凹曲面の湾曲によって生じる表示像の歪みを補正するように形状を規定される反射面、を有することを特徴とする。

一般に、車両のウィンドシールドには、車両毎に異なる湾曲が形成されている。故に、反射鏡部の有する反射面の形状は、ウィンドシールドにて生じる表示像の歪みが補正されるように、車両毎に規定されている。ここで、本発明では、液晶表示部を透過した基画像の光像は、凹シリンドリカルレンズの凹曲面によって屈折される。故に、凹曲面における屈折に起因した歪みが、基画像の光像には生じ得る。そこで、反射鏡部の有する反射面の形状を、ウィンドシールドの湾曲に起因した歪みと共に凹曲面の湾曲に起因した歪みも補正するように規定することにより、ヘッドアップディスプレイ装置の構成を複雑化することなく、表示像の歪みは補正され得る。以上により、ヘッドアップディスプレイ装置は、輝度むらの低減と外乱光の映り込みの抑制とが図られた歪みの無い表示像をウィンドシールドに投影することができる。

請求項４に記載の発明では、車両に搭載され、車両の鉛直方向よりも水平方向に長い横長の表示像を表示部材に投影するヘッドアップディスプレイ装置であって、凹シリンドリカルレンズのｘ軸方向は、車両の水平方向に沿っていることを特徴とする。

この発明によれば、車両の水平方向に沿って凹シリンドリカルレンズのｘ軸方向を向けることにより、当該凹シリンドリカルレンズを通過した基画像の光像は、水平方向に拡散するように屈折される。これにより表示像においては、水平方向の輝度のむらが低減される。鉛直方向よりも水平方向に長い横長の表示像を表示部材に投影する形態では、当該水平方向の輝度のむらが顕著になり易い。故に、横長の表示像を投影する形態のヘッドアップディスプレイ装置では、凹シリンドリカルレンズのｘ軸方向を車両の水平方向に沿わせることが好適なのである。

請求項５に記載の発明では、凹シリンドリカルレンズは、液晶表示部の表示面に当接し、当該液晶表示部を透過した基画像の光像を当該凹シリンドリカルレンズ内に入射させる、ｘｙ平面に沿う平坦な入射面、を有することを特徴とする。

この発明によれば、ｘｙ平面に沿って平坦な入射面を液晶表示部の表示面に当接させることにより、凹シリンドリカルレンズのｘ軸周り及びｙ軸周りの回転を抑制したうえで、液晶表示部に対する凹シリンドリカルレンズのｘｙ平面方向の相対位置が調整され得る。これにより、液晶表示部に対する凹シリンドリカルレンズの位置決めが正確になされる。故に、液晶表示部に対する凹シリンドリカルレンズの相対位置のずれに起因する表示像の歪み及び輝度むらは、低減される。

本発明の一実施形態によるヘッドアップディスプレイ装置の車両における配置を説明するための図である。 ヘッドアップディスプレイ装置によって投影される表示像を詳しく説明するための図である。 ヘッドアップディスプレイ装置が表示像を投影する仕組みを詳しく説明するための図である。 ヘッドアップディスプレイ装置の特徴部分である凹シリンドリカルレンズの屈折作用を詳しく説明するための図である。 液晶表示部の特性を説明するための図であって、（ａ）は、液晶表示部から出射する光の光軸に対する角度を図示し、（ｂ）は、（ａ）にて図示した角度と透過率との相関を示す図である。 凹シリンドリカルレンズの形状を詳しく説明するための図であって、（ａ）は、凹シリンドリカルレンズの斜視図であり、（ｂ）は、凹シリンドリカルレンズの側面図であり、（ｃ）は、凹シリンドリカルレンズの平面図である。 本発明の一実施形態によるヘッドアップディスプレイ装置において、反射面に入射した外乱光が当該反射面によって反射されて凹曲面に到達した場合を、詳しく説明するための図である。 本発明の一実施形態によるヘッドアップディスプレイ装置において、八倍の拡大率が設定された場合の凹シリンドリカルレンズ及び凹面鏡の構成を示す図である。 本発明の一実施形態によるヘッドアップディスプレイ装置において、六倍の拡大率が設定された場合の凹シリンドリカルレンズ及び凹面鏡の構成を示す図である。 本発明の一実施形態によるヘッドアップディスプレイ装置において、四倍の拡大率が設定された場合の凹面鏡の構成を示す図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

本発明の一実施形態によるヘッドアップディスプレイ装置１００は、図１に示されるような車両のインスツルメントパネル９１内に収容されている。ヘッドアップディスプレイ装置１００は、例えば車両の湾曲したウィンドシールド９０等の表示部材に、表示像１０を投影する。表示像１０は、図２に示されるように、車両の鉛直方向よりも水平方向に長い横長である。表示像１０は、例えばヘッドアップディスプレイ装置１００の搭載されている車両の走行速度、ナビゲーションシステムによる車両の進行方向の指示、方向指示器の作動を示すインジケータ、及び図示しない複数のウォーニング等を表示すことができる。表示像１０は、図３に示されるように、ウィンドシールド９０の前方にて結像され、虚像として運転者等の視認者に視認される。

まず、ヘッドアップディスプレイ装置１００の構成を、図３及び図４に基づいて説明する。ヘッドアップディスプレイ装置１００は、液晶表示部３０、標準光源２０、及び凹面鏡４０を備えている。

液晶表示部３０は、ドットマトリクス方式の液晶表示パネルを有している。液晶表示部３０は、液晶表示パネルに配列された複数の画素を制御することにより、カラー表示を行うことができる。液晶表示部３０は、表示像１０の基となる基画像１１を液晶表示パネルによって形成する。液晶表示部３０は、凹面鏡４０と対向する平坦な表示面３１を有している。液晶表示部３０は、標準光源２０によって背面側から透過照明される。

標準光源２０は、液晶表示部３０の背面側に位置しており、液晶表示部３０の背面側から当該液晶表示部３０に向けて光を放射する。これにより標準光源２０は、液晶表示部３０を背面側から照明し、基画像１１の光像を凹面鏡４０に到達させる。標準光源２０は、発光ダイオード２１、インナーレンズ２３、及び拡散板２５を有している。発光ダイオード２１は、電力の印加によって例えば白色光を放射する光源である。発光ダイオード２１は、回路基板２２に等間隔で配列されている。

インナーレンズ２３は、アクリル樹脂又はポリカーボネート樹脂等の透光性の材料によって形成されている。インナーレンズ２３には、入射面２３ａ及び出射面２３ｂが形成されている。入射面２３ａは、各発光ダイオード２１から放射された光をインナーレンズ２３内に入射させる。入射面２３ａは、回路基板２２において各発光ダイオード２１の実装されている実装面に沿う平面である。出射面２３ｂは、液晶表示部３０に向かって凸状に突出する凸曲面である。インナーレンズ２３は、出射面２３ｂによる屈折作用によって、当該出射面２３ｂから出射される光を収束させる。

拡散板２５は、アクリル樹脂又はポリカーボネート樹脂等の透光性の材料によって板状に形成されている。拡散板２５の両表面には、微細な凹凸であるシボが形成されている。拡散板２５は、シボによる拡散作用によって、インナーレンズ２３から出射された光を拡散させる。このような拡散板２５の作用により、液晶表示部３０の全域には、輝度むらの低減された光が到達する。

凹面鏡４０は、液晶表示部３０を通過した基画像１１の光像をウィンドシールド９０に向けて反射する。凹面鏡４０は、湾曲させた例えば透光性の樹脂材料又はガラス等の板材に、アルミニウム等の金属を蒸着させることにより形成されている。凹面鏡４０は、液晶表示部３０の表示面３１と対向する反射面４１を有している。反射面４１は、液晶表示部３０に対して凹状に湾曲している。この反射面４１の形状は、ウィンドシールド９０の湾曲によって生じる表示像１０の歪みを補正するように規定されている。加えて反射面４１の湾曲した形状により、ウィンドシールド９０には、基画像１１から所定の倍率で拡大された表示像１０が投影される。

以上の構成によるヘッドアップディスプレイ装置１００によって、ウィンドシールド９０には、横長の表示像１０が投影される。本実施形態によるヘッドアップディスプレイ装置１００では、運転者等の視認者の視点位置として想定される範囲が、アイボックス１６として規定されている。このアイボックス１６を通して視認されることにより、表示像１０の虚像は、視認者に正しく知覚される。

ここで、図１及び図３に示されるように、表示像１０の長手方向であって静止状態における車両の幅方向に沿う水平方向をＸ軸方向とし、静止状態における車両の鉛直方向をＹ軸方向とし、光軸ＯＡに沿う車両の前後方向をＺ軸方向とする。

次に、液晶表示部３０の視野角特性について、図５（ａ）及び（ｂ）に基づいて詳しく説明する。

液晶表示部３０には、表示面３１に対して垂直な方向に沿って入射する光を透過させ易く、当該垂直方向に対して角度θを持って入射する光を透過させ難いという特性がある。故に、標準光源２０から放射され液晶表示部３０から出射される光の強度は、光軸ＯＡに対する角度θが大きくなるにつれて、低下する。そのため、光軸ＯＡに対して角度を持って出射される光のうち、光軸ＯＡに沿う方向に出射される光に対して所定の強度比を維持している当該角度の範囲が、視野角として規定されている。（例えば、光軸ＯＡに沿う方向に出射される光に対して５０〜８０パーセントの強度を維持している範囲。）

以上のような液晶表示部３０の特性を補うための構成であって、ヘッドアップディスプレイ装置１００の特徴部分である凹シリンドリカルレンズ５０等について、以下図３，図４及び図６〜図１０に基づいて詳しく説明する。

凹シリンドリカルレンズ５０は、アクリル樹脂又はポリカーボネート樹脂等の透光性材料によって形成されている。ここで、凹シリンドリカルレンズ５０の形状を説明するため、三次元の座標を設定する。図７に示されるように、ヘッドアップディスプレイ装置１００に設置された状態において、凹シリンドリカルレンズ５０のｘ軸方向は、上述したＸ軸方向に沿っている。また凹シリンドリカルレンズ５０は、ｘ軸周りに１０〜２０°程度回転されることにより、光軸ＯＡに対してｚ軸を傾斜させた姿勢にて、液晶表示部３０と凹面鏡４０との間に位置している。

図４及び図６に示されるように、凹シリンドリカルレンズ５０は、入射面５３及び凹曲面５１を有している。入射面５３は、液晶表示部３０を透過した基画像１１の光像を凹シリンドリカルレンズ５０内に入射させる。入射面５３は、ｘｙ平面に沿う平坦面であって、液晶表示部３０の表示面３１に当接しており、当該表示面３１と密着している。凹シリンドリカルレンズ５０の液晶表示部３０に対する相対位置は、入射面５３を表示面３１に密着させた状態下でｘｙ平面方向に移動させることにより、基画像１１の光像に歪みが生じないように調整される。

凹曲面５１は、ｚ軸方向において入射面５３とは反対側に位置する面である。凹曲面５１は、光軸ＯＡに沿って、凹面鏡４０の反射面４１と対向している（図３参照）。凹曲面５１は、ｙ軸方向に沿い且つｘ軸方向おいて凹状に湾曲している。凹曲面５１による屈折作用によって、凹シリンドリカルレンズ５０は、当該凹曲面５１から出射される光を拡散させる。

また図３に示される凹面鏡４０における反射面４１の形状は、凹曲面５１の形状に基づいて規定されている。詳しく説明すると、基画像１１の光像は、凹曲面５１において屈折される。そのため、表示像１０には、凹曲面５１における屈折に起因した歪みが生じ得る。そこで、凹面鏡４０における反射面４１の形状は、ウィンドシールド９０の湾曲によって生じる表示像１０の歪みと共に、凹曲面５１の湾曲によって生じる表示像１０の歪みを補正するように規定されている。

ここまで説明した凹シリンドリカルレンズ５０の凹曲面５１は、凹シリンドリカルレンズ５０のｘ軸方向においては凹状に湾曲しているものの、ｙ軸方向に沿った形状である。故に、光軸ＯＡに対するｚ軸方向の傾斜によって、標準光源２０から凹面鏡４０に向かう光軸ＯＡに対して垂直となる領域が、凹曲面５１に生じない。このような形態において、ウィンドシールド９０を透過して反射面４１に入射した外乱光ＡＬが当該反射面４１によって反射されて凹曲面５１に到達した場合が、図７に示されている。外乱光ＡＬは、光軸ＯＡに対して垂直な領域を持たない凹曲面５１によって、凹面鏡４０とは異なる方向に向けて反射される。

さらに、本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置１００は、基画像１１に対する表示像１０の拡大率が複数種類の中から設定される。ヘッドアップディスプレイ装置１００における基画像１１に対する表示像１０の拡大率は、四倍、六倍、八倍の中から選択される。そして、ヘッドアップディスプレイ装置１００では、設定される拡大率に応じて凹曲面の曲率半径を規定された凹シリンドリカルレンズ５０，１５０が予め用意されている。さらにヘッドアップディスプレイ装置１００では、設定される拡大率に応じて反射面の大きさ及び反射面の曲率半径を規定された凹面鏡４０，１４０，２４０が予め用意されている（図８〜図１０参照）。

凹シリンドリカルレンズ５０及び凹面鏡４０は、拡大率が八倍に設定された場合に、ヘッドアップディスプレイ装置１００に設置される（図８参照）。凹シリンドリカルレンズ１５０及び凹面鏡１４０は、拡大率が六倍に設定された場合に、ヘッドアップディスプレイ装置１００に設置される（図９参照）。そして、拡大率が四倍に設定された場合には、凹面鏡２４０がヘッドアップディスプレイ装置１００に設置される。拡大率が四倍に設定された場合には、凹シリンドリカルレンズは設置されない（図１０参照）。

図８〜図１０に示されるように、基画像１１に対する表示像１０の拡大率が大きくなるほど、凹シリンドリカルレンズ５０における凹曲面５１の曲率半径は、小さくされている。これにより、凹曲面５１による屈折作用を強めることができるので、凹曲面５１の後段における視野角は拡大する。具体的に、八倍の拡大率が想定されることにより形状を規定される凹シリンドリカルレンズ５０では、凹曲面５１の曲率半径は、３０ミリメートルに設定されている。一方、六倍の拡大率が想定されることにより形状を規定される凹シリンドリカルレンズ１５０では、凹曲面１５１の曲率半径は、５０ミリメートルに設定されている。

一方、標準光源２０及び液晶表示部３０は、上述した拡大率にかかわらず同じ仕様のものが用いられる。ヘッドアップディスプレイ装置１００では、標準光源２０及び液晶表示部３０から、各凹面鏡４０，１４０，２４０までの距離は、拡大率が大きくなるに従い、短くされる。本実施形態では、拡大率が八倍に設定された場合、凹面鏡４０に到達する基画像１１の光像に要求されるｘ軸方向及びｙ軸方向における視野角は、それぞれ（４５°，１２°）となる。また、拡大率が六倍に設定された場合、凹面鏡１４０に到達する基画像１１の光像に要求されるｘ軸方向及びｙ軸方向における視野角は、それぞれ（３５°，１１°）となる。さらに、拡大率が四倍に設定された場合、凹面鏡２４０に到達する基画像１１の光像に要求されるｘ軸方向及びｙ軸方向における視野角は、それぞれ（２０°，１０°）となる。

本実施形態では、標準光源２０及び液晶表示部３０におけるｘ軸方向における視野角は、複数種類の拡大率のうちで最も小さい拡大率が想定された場合にｘ軸方向において必要とされる視野角に合わせて規定されている。一方、標準光源２０及び液晶表示部３０におけるｙ軸方向における視野角は、複数種類の拡大率のうちで最も大きい拡大率が想定された場合にｙ軸方向において必要とされる視野角に合わせて規定されている。これらにより、標準光源２０及び液晶表示部３０のｘ軸方向及びｙ軸方向の視野角は、それぞれ（２０°，１２°）となる。

以上の構成において、ヘッドアップディスプレイ装置１００の拡大率が、複数種類の拡大率のうちで最も大きい八倍に設定された場合を説明する。図８に示されるように、標準光源２０及び液晶表示部３０のｘ軸方向における視野角は、最も小さい四倍の拡大率が想定された場合にｘ軸方向において必要とされる２０°の視野角に合わせて規定されている。しかし、八倍の拡大率に合わせて凹曲面５１の形状が規定された凹シリンドリカルレンズ５０は、ｘ軸方向に拡散するよう光を屈折させることにより、視野角を４５°にまで拡大させる。これにより、凹シリンドリカルレンズ５０を通過した後におけるｘ軸方向の視野角は、八倍の拡大率が想定された場合にｘ軸方向において必要とされる４５°の視野角を満たしたものになる。

一方、標準光源２０及び液晶表示部３０のｙ軸方向における視野角は、最も大きい八倍の拡大率が想定された場合においてｙ軸方向に必要とされる１２°の視野角に合わせて規定されている。故に、凹シリンドリカルレンズ５０がｙ軸方向に光を拡散することできなくても、ｙ軸方向において必要とされる１２°の視野角は、確保され得る。

次に、ヘッドアップディスプレイ装置１００の拡大率が、複数種類の拡大率のうちの中間である六倍に設定された場合を説明する。図９に示されるように、六倍の拡大率に合わせて凹曲面１５１の形状が規定される凹シリンドリカルレンズ１５０は、ｘ軸方向に拡散するよう光を屈折させることにより、視野角を３５°にまで拡大させる。これにより、凹シリンドリカルレンズ１５０を通過した後におけるｘ軸方向の視野角は、六倍の拡大率が想定された場合にｘ軸方向において必要とされる３５°の視野角を満たしたものになる。一方、標準光源２０及び液晶表示部３０は、ｙ軸方向において１２°の視野角を備える。故に、凹シリンドリカルレンズ１５０がｙ軸方向に光を拡散することできなくても、ｙ軸方向において必要とされる１１°の視野角は、当然に確保され得る。

さらに、ヘッドアップディスプレイ装置１００の拡大率が、複数種類の拡大率のうちで最も小さい四倍に設定された場合を説明する。標準光源２０及び液晶表示部３０のｘ軸方向における視野角は、最も小さい四倍の拡大率が想定された場合においてｘ軸方向に必要とされる２０°の視野角に合わせて規定されている。故に、図１０に示されるように、凹シリンドリカルレンズによる拡散作用を得ることなく、ｘ軸方向において必要な視野角は確保され得る。一方、標準光源２０及び液晶表示部３０は、ｙ軸方向において１２°の視野角を備える。故に、ｙ軸方向において必要とされる１０°の視野角は、当然に確保され得る。

ここまで説明した本実施形態によれば、凹曲面５１の形状及び凹シリンドリカルレンズ５０の姿勢によって、凹曲面５１にて反射された外乱光ＡＬが基画像１１の光像と共にウィンドシールド９０に投影されてしまう事態は、抑制される。加えて、光を屈折により拡散させる凹曲面５１の作用によって、ウィンドシールド９０に投影される表示像１０の中央部分と外周部分との輝度差が低減される。これらにより、ヘッドアップディスプレイ装置１００は、輝度のむらの低減と、外乱光の映り込みの抑制とが実現された表示像を投影することができる。

加えて本実施形態によれば、凹面鏡４０の有する反射面４１の形状は、ウィンドシールド９０の湾曲に起因した歪みと共に、凹曲面５１の湾曲に起因した歪みも補正するように規定されている。故に、ヘッドアップディスプレイ装置１００の構成を複雑化することなく、表示像１０の歪みは補正され得る。したがって、ヘッドアップディスプレイ装置１００は、輝度むらの低減と外乱光の映り込みの抑制とが図られた歪みの無い表示像１０をウィンドシールド９０に投影することができる。

また本実施形態によれば、表示像１０の長手方向であるＸ軸方向に沿って、凹シリンドリカルレンズ５０のｘ軸方向を向けることにより、当該凹シリンドリカルレンズ５０を通過した基画像１１の光像は、当該表示像１０の長手方向に拡散するよう屈折される。これにより表示像１０においては、長手方向であるＸ軸方向の輝度のむらが低減される。Ｙ軸方向よりもＸ軸方向に長い横長の表示像１０をウィンドシールド９０に投影する本実施形態では、当該Ｘ軸方向の輝度のむらが顕著になり易い。故に、横長の表示像１０を投影するヘッドアップディスプレイ装置１００では、凹シリンドリカルレンズ５０のｘ軸方向を、Ｘ軸方向に沿わせることが好適なのである。

さらに本実施形態のように横長の表示像１０を表示する形態では、拡大率が大きくなっても、ｙ軸方向に必要とされる視野角は、ｘ軸方向に必要とされる視野角に比べて小さいままである。故に、ｙ軸方向における視野角の確保は、ｘ軸方向における視野角の確保よりも容易である。そのため、主にｘ軸方向において光を拡散させる作用を発揮する凹シリンドリカルレンズ５０，１５０を用いる形態であっても、表示像１０におけるＹ軸方向（図１等参照）の輝度のむらは、生じ難い。

また加えて本実施形態では、標準光源２０及び液晶表示部３０を共有しても、複数種類の拡大率のそれぞれにおいて、ヘッドアップディスプレイ装置１００は、輝度むらの低減された表示像１０を表示することができる。したがって、輝度むらの低減及び外乱光ＡＬの映り込み抑制を果たしたヘッドアップディスプレイ装置１００の安価な提供が実現できる。

さらに加えて本実施形態では、ｘｙ平面に沿って平坦な入射面５３を液晶表示部３０の表示面３１に当接させることにより、凹シリンドリカルレンズ５０のｘ軸周り及びｙ軸周りの回転が抑制される。そのうえで、ｘｙ平面に沿って液晶表示部３０に対する凹シリンドリカルレンズのｘｙ平面方向の相対位置が調整される。以上により、液晶表示部３０に対する凹シリンドリカルレンズ５０の位置決めは、正確になされる。故に、液晶表示部３０に対する凹シリンドリカルレンズ５０の相対位置のずれに起因した表示像１０の歪み及び輝度むらは、低減される。

尚、本実施形態において、標準光源２０が特許請求の範囲に記載の「光源部」に相当し、凹面鏡４０が特許請求の範囲に記載の「反射鏡部」に相当し、ウィンドシールド９０が特許請求の範囲に記載の「表示部材」に相当する。

（他の実施形態）
以上、本発明による一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定して解釈されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。

上記実施形態では、凹シリンドリカルレンズ５０の入射面５３は、当該凹シリンドリカルレンズ５０の位置調整のために、ｘｙ方向に沿う平坦面とされていた。しかし、凹曲面において光を拡散させる作用を発揮できる凹シリンドリカルレンズであれば、例えば表示面３１と対向する入射面は、表示面３１に対して凹状に湾曲する曲面であってもよい。又は、入射面は、表示面３１に対して凸状に湾曲する曲面であってもよい。さらに、凹シリンドリカルレンズの入射面は、液晶表示部３０の表示面３１から離間した位置で、例えばヘッドアップディスプレイ装置の筐体（図示しない）に固定されていてもよい。

上記実施形態では、一枚の各凹面鏡４０，１４０，２４０が、特許請求の範囲に記載の「反射鏡部」に相当する構成であった。しかし、複数の凹面鏡群及びレンズ群を組み合わせることによって、「反射鏡部」が構成されていてもよい。また、平坦な反射面を有する反射鏡が、「反射鏡部」に用いられていてもよい。

上記実施形態では、ヘッドアップディスプレイ装置の拡大率が四倍に設定された場合、凹シリンドリカルレンズは、省略されていた。しかし、標準光源２０から凹面鏡４０までの距離が上記実施形態よりも短く、大きな視野角が必要とされる形態においては、四倍の拡大率であっても、凹シリンドリカルレンズは設置されてもよい。さらに、ヘッドアップディスプレイ装置に設定される拡大率は、例示した四倍、六倍、八倍に限定されることなく、例えばさらに大きな１０倍等であってもよい。さらに、各拡大率において必要とされる視野角は、上記実施形態のものに限定されるものではなく、光源部から反射鏡部までの距離等によって、適宜変更されてよい。

上記実施形態では、拡大率が変更された場合であっても、標準光源２０及び液晶表示部３０は共用されていた。しかし、ヘッドアップディスプレイ装置１００に設定される各拡大率において、最適な視野角を備える標準光源及び液晶表示部が、それぞれ用意されていてもよい。

上記実施形態では、凹シリンドリカルレンズ５０の凹曲面５１は、ｙ軸方向に沿っており、ｙ軸方向において無限大の曲率半径を有していた。しかし、凹シリンドリカルレンズを１０°から２０°程度の傾斜によって、光軸ＯＡに対して垂直となる領域を凹曲面から無くすことができるのであれば、ｙ軸方向における僅かな湾曲が凹曲面に形成されていてもよい。

上記実施形態では、ウィンドシールド９０には横長の表示像１０が投影されていた。しかし、縦長の表示像がウィンドシールド９０に投影される形態のヘッドアップディスプレイ装置であってもよい。この場合、凹シリンドリカルレンズのｘ軸方向は、車両の鉛直方向であるＹ軸方向に沿うように配置されることが望ましい。そして、凹シリンドリカルレンズは、ｘ軸周りに回転されることにより、光軸ＯＡに対してｚ軸を傾斜させた姿勢にて配置されるのがよい。

上記実施形態では、ヘッドアップディスプレイ装置１００は、表示像１０をウィンドシールド９０に投影していた。しかし、例えばインスツルメントパネル９１の上面に設置されたコンバイナ等の透光性の板材に、表示像１０を投影するヘッドアップディスプレイ装置であってもよい。このような形態では、凹面鏡４０の反射面４１の曲率は、車種毎に変更されなくてもよくなる。

上記実施形態では、車両のウィンドシールド９０に虚像である表示像１０を投影するヘッドアップディスプレイ装置１００に本発明を適用した例を示したが、本発明は、各種の輸送機器に搭載され、視認者の前方に表示像１０を投影するヘッドアップディスプレイ装置に適用することができる。

１０ 表示像、１１ 基画像、１６ アイボックス、２０ 標準光源（光源部）、２１ 発光ダイオード、２２ 回路基板、２３ インナーレンズ、２３ａ 入射面、２３ｂ 出射面、２５ 拡散板、３０ 液晶表示部、３１ 表示面、４０，１４０，２４０ 凹面鏡（反射鏡部）、４１， 反射面、５０，１５０ 凹シリンドリカルレンズ、５１，１５１ 凹曲面、５３ 入射面、９０ ウィンドシールド（表示部材）、９１ インスツルメントパネル、１００ ヘッドアップディスプレイ装置、ＯＡ 光軸、ＡＬ 外乱光

Claims (5)

1. 表示部材に表示像を投影するヘッドアップディスプレイ装置であって、
   前記表示像の基となる基画像を形成する液晶表示部と、
   前記液晶表示部の背面側から当該液晶表示部に向けて光を放射する光源部と、
   前記液晶表示部を通過した前記基画像の光像を反射することにより、前記表示部材に前記表示像を投影する反射鏡部と、
   三次元の座標が設定され、ｙ軸方向に沿い且つｘ軸方向おいて凹状に湾曲し前記反射鏡部と対向する凹曲面を有し、ｘ軸周りに回転させることにより、前記光源部から前記反射鏡部に向かう光軸に対してｚ軸を傾斜させた姿勢にて、前記液晶表示部と前記反射鏡部との間に位置する凹シリンドリカルレンズと、
   を備えることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記基画像に対する前記表示像の拡大率が複数種類の中から設定されるヘッドアップディスプレイ装置であって、
   当該設定された拡大率に応じて前記凹曲面の曲率半径を規定された前記凹シリンドリカルレンズが前記液晶表示部と前記反射鏡部との間に位置し、
   光軸に対してｘ軸方向及びｙ軸方向に角度を持って出射される光のうち、光軸に沿う方向に出射される光に対して所定の強度比を維持している当該角度の範囲が、視野角として規定され、
   前記ｘ軸方向における視野角は、複数種類の拡大率のうちで最も小さい拡大率が想定された場合にｘ軸方向において必要とされる視野角に合わせて規定され、
   前記ｙ軸方向における視野角は、複数種類の拡大率のうちで最も大きい拡大率が想定された場合にｙ軸方向において必要とされる視野角に合わせて規定されることを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
3. 車両に搭載され、前記表示部材として湾曲したウィンドシールドに前記表示像を投影するヘッドアップディスプレイ装置であって、
   前記反射鏡部は、前記ウィンドシールドの湾曲及び前記凹曲面の湾曲によって生じる前記表示像の歪みを補正するように形状を規定される反射面、を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
4. 車両に搭載され、前記車両の鉛直方向よりも水平方向に長い横長の前記表示像を前記表示部材に投影するヘッドアップディスプレイ装置であって、
   前記凹シリンドリカルレンズのｘ軸方向は、前記車両の水平方向に沿っていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
5. 前記凹シリンドリカルレンズは、
   前記液晶表示部の表示面に当接し、当該液晶表示部を透過した前記基画像の光像を当該凹シリンドリカルレンズ内に入射させる、ｘｙ平面に沿う平坦な入射面、を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

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