JP2015060015A - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示品位を向上することが可能なヘッドアップディスプレイ装置を提供する。【解決手段】ヘッドアップディスプレイ装置１００は、表示手段５が出射した表示光Ｌを平行化するコリメートレンズ３０と、コリメートレンズ３０で平行化した表示光Ｌが入射し、表示光Ｌの一部を反射し一部を透過する半透過平面ミラー４１と、表示光Ｌを半透過平面ミラー４１へ反射する平面ミラー４２とが互いに対向するように配置される一対の平行平面ミラー４０と、コリメートレンズ３０を保持するホルダ部材７０とを備える。ホルダ部材７０は、コリメートレンズ３０の出射面３１を露出させる開口部７１を有し、開口部７１は、その外周に傾斜７２ａ，７３ａが設けられ、開口部７１の一対の平行平面ミラー４０での表示光Ｌの進行方向に対して垂直方向の長さが一対の平行平面ミラー４０での表示光Ｌの進行方向に向かって徐々に小さくなるように設けられる。【選択図】図８

Description

本発明はヘッドアップディスプレイ装置に関する。

従来のヘッドアップディスプレイとして、特許文献１に開示されたヘッドアップディスプレイが知られている。このヘッドアップディスプレイは、表示デバイスと、コリメートレンズと、一対の平行に配置された平面ミラーとから構成されている。一対の平面ミラーのうち、一方の平面ミラーは、入射した光の一部を反射し一部を透過する半透過ミラーである。表示デバイスから出射した光（表示光）は、コリメートレンズによって平行な光となり、一対の平行に配置された平面ミラーに入射する。一対の平行に配置された平面ミラーに入射した平行な光は、平面ミラーの間で反射を繰り返す。一対の平行に配置された平面ミラーのうちの一方の平面ミラーは、半透過ミラーであるので、半透過ミラーに入射した平行な光の一部が、半透過ミラーから出射する。この半透過ミラーから出射した平行な光が平面透明板（いわゆるコンバイナ）で反射され、その平行な光が観察者の眼に達する。観察者の眼には平行な光が入射するので、観察者がコンバイナに投影された虚像を見ることによって、観察者は遠方に表示像があるように認識する。

国際公開第２０１０／０９２４０９号

特許文献１に記載のヘッドアップディスプレイでは、表示光により、表示像の周辺にコリメートレンズの外周が見えることがあり、これは特に夜間など周囲が暗い場合に顕著である。また、かかるヘッドアップディスプレイは、一対の平面ミラーの間で繰り返し反射する表示光を観察するものであり、表示像は反射回数毎に短冊状に観察されるが、コリメートレンズの外周の像も一対の平面ミラーの間で繰り返し反射され複数の反射像が視認されることとなる。また、コリメートレンズの外周の像は、反射回数が多いほど一対の平面ミラー間での光路長が伸長するため、観察者からみて遠方に位置するように視認され像の大きさは小さく見える。そのため、コリメートレンズの外周の像は、全体として見ると反射回数が増える毎に徐々に小さく見え、段差のある状態で観察される。このように、段差のあるコリメートレンズの外周の像（複数の像）は、表示像の周囲近傍に位置するため、観察者にとって煩わしく、結果としてヘッドアップディスプレイ装置の表示品位が低下するという問題点があった。

本発明は上記を鑑みてなされたものであり、表示品位を向上させることが可能な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、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、コンバイナに表示光を出射し、前記表示光が前記コンバイナで反射することによって、前記表示光が表す像を虚像として前記コンバイナに投影するヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記表示光を出射する表示手段と、
前記表示手段が出射した前記表示光を平行化するコリメート部材と、
前記コリメート部材で平行化した前記表示光が入射し、前記表示光の一部を反射し一部を透過する半透過ミラーと、前記表示光を前記半透過ミラーへ反射するミラーとが互いに対向して配置される一対のミラーと、前記コリメート部材を保持するホルダ部材と、を備え、
前記ホルダ部材は、前記コリメート部材の出射面を露出させる開口部を有し、
前記開口部は、その外周に傾斜が設けられ、前記開口部の前記一対のミラーでの前記表示光の進行方向に対して垂直方向の長さが前記一対のミラーでの前記表示光の進行方向に向かって徐々に小さくなるように設けられることを特徴とする。

本発明によれば、ヘッドアップディスプレイ装置において、表示品位を向上させることが可能となる。

本発明の実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の概略を示す模式図である。 本発明の実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の構成を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の構成を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態に係る一対の平行平面ミラーにおける表示光の光路を示す模式図である。 本発明の実施の形態に係る光学シミュレーションを説明するための模式図である。 本発明の実施の形態に係る光学シミュレーションを説明するための模式図である。 本発明の実施の形態に係る制御部の構成を示す構成図である。 本発明の実施の形態に係るホルダ部材を示す正面図である。 本発明の実施の形態に係るコリメートレンズの外周の像を示す図である。 本発明の実施の形態に係るコリメートレンズの外周の像の位置関係を示す模式図である。 本発明の実施の形態に係るコリメートレンズの外周の像の視線方向の位置関係を示す模式図である。 本発明の実施の形態に係る傾斜の設計を説明するための図である。 本発明の実施の形態に係るホルダ部材の別例を示す正面図である。

（実施の形態）
本発明の実施の形態について、図１〜図１２を参照して説明する。

図１に本実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の概略を示す。ここで、車両２００の左右方向（観察者の眼１の左右方向）をＸ軸、車両２００の上下方向（観察者の眼１の上下方向）をＹ軸、Ｘ軸およびＹ軸に垂直で観察者の視線方向をＺ軸とする（図１）。
本実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１００は、図１に示すように、車両２００のダッシュボード内に設置される。ヘッドアップディスプレイ装置１００は、出射部１０１から表示画像Ｍを表す表示光Ｌを車両２００のフロントガラス２０１へ出射する。フロントガラス２０１に反射された表示光Ｌは、観察者の眼１に達する。観察者はフロントガラス２０１に反射された表示光Ｌが表す表示画像Ｍの虚像（フロントガラス２０１に投影された虚像）Ｖを視認する。観察者はフロントガラス２０１を通して、表示画像Ｍが遠方にあるように認識する。

図２は、ヘッドアップディスプレイ装置１００の車両２００（図１）における左右方向の断面の概略、図３は、ヘッドアップディスプレイ装置１００の車両２００（図１）における上下方向の断面の概略を示す。ここで、図１と同様に、車両２００の左右方向（観察者の眼１の左右方向）をＸ軸、車両２００の上下方向（観察者の眼１の上下方向）をＹ軸、Ｘ軸およびＹ軸に垂直で観察者の視線方向をＺ軸とする（図２、３）。

ヘッドアップディスプレイ装置１００は、図２に示すように、筐体１０２内に配置された表示手段５と、一対の平行平面ミラー４０と、曲面ミラー５０とを備える。また、ヘッドアップディスプレイ装置１００は制御部６０（図示せず）を備える。

また、表示手段５は、表示デバイス１０と、折り返しミラー２０と、コリメートレンズ（コリメート部材）３０とを備える。

表示デバイス１０から出射した表示光Ｌは、折り返しミラー２０によって反射され、コリメートレンズ３０に入射する。表示光Ｌはコリメートレンズ３０によって、平行化される。コリメートレンズ３０から出射した表示光Ｌは、一対の平行平面ミラー４０に入射する。一対の平行平面ミラーのうち、表示光Ｌが入射する一方の平面ミラーは、入射した光の一部を反射し一部を透過する半透過平面ミラー４１で構成されており、一対の平行平面ミラー４０に入射した表示光Ｌは、一対の平行平面ミラー４０の間で反射を繰り返しつつ、一部の表示光Ｌは一対の平行平面ミラー４０から出射する（半透過平面ミラー４１を透過する）。

半透過平面ミラー４１を透過した表示光Ｌは、曲面ミラー５０によって反射され、出射部１０１から出射する（図３）。出射部１０１から出射した表示光Ｌはフロントガラス２０１に入射する。フロントガラス２０１は入射した表示光Ｌを反射し、反射された表示光Ｌは観察者の眼１に達する。
本実施の形態において、フロントガラス２０１は所定の曲面（車両２００の車外方向に凸）を有するガラスである（図１）。曲面ミラー５０は、入射した半透過平面ミラー４１を透過した表示光Ｌのうち、ＹＺ平面に平行な表示光Ｌが、曲面ミラー５０、フロントガラス２０１の順に反射され、ＹＺ平面に平行な表示光Ｌ（図１、３）となるよう、入射した半透過平面ミラー４１を透過した表示光Ｌをフロントガラス２０１へ反射する。すなわち、曲面ミラー５０は、入射した半透過平面ミラー４１を透過した表示光Ｌのうち、ＹＺ平面に平行な表示光Ｌが、曲面ミラー５０、フロントガラス２０１の順に反射され、ＹＺ平面に平行な表示光Ｌとなる、曲面形状を有する。フロントガラス２０１によって反射された、ＹＺ平面に平行な表示光Ｌは、観察者の眼１の左右方向で平行な光であるので、観察者はフロントガラス２０１を通して、表示画像Ｍが遠方にあるように認識する。

ヘッドアップディスプレイ装置１００の具体的な構成について説明する。なお、発明の理解を容易にするために、コリメートレンズ３０から出射したＹＺ平面に平行な光（観察者の眼１の左右方向で平行な光）に限定して説明する。

（表示デバイス、折り返しミラー、コリメートレンズ）
本実施の形態において、表示デバイス１０は液晶表示デバイスであり、光源１１と、拡散板１２と、液晶表示パネル１３と、ヒートシンク１４とから構成される。光源１１は複数のＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）から構成される。光源１１は、液晶表示パネル１３を照明する光を出射する。拡散板１２は白色に着色されたポリカーボネート等の樹脂から構成される。拡散板１２は光源が出射した光を拡散し、液晶表示パネルを均一に照明する。液晶表示パネル１３は、後述する制御部６０から送信される映像信号に従って、拡散板１２からの照明光を変調することによって、表示画像Ｍを生成する。液晶表示パネル１３からは、表示画像Ｍを表す表示光Ｌが出射される。
ヒートシンク１４はアルミニウム等の金属で構成され、光源１１で発生する熱を放散する。ヒートシンク１４は、光源１１の光を出射する面の反対面に配置される。

折り返しミラー２０は、例えば、平面アルミ蒸着ミラーであり、液晶表示パネル１３が出射した表示光Ｌを、コリメートレンズ３０へ反射する。折り返しミラー２０は、表示光Ｌを折り返して反射するために、液晶表示パネル１３の表示面に対して傾斜して配置される（図２）。

コリメートレンズ３０は、例えば、凸レンズである。コリメートレンズ３０は、図示しないホルダ部材７０によって保持され、折り返しミラー２０が反射した表示光Ｌの光路上に配置される（図２）。ホルダ部材７０の詳細は後で述べる。コリメートレンズ３０は、入射した表示光Ｌを平行化する。また、コリメートレンズ３０はレンズ光軸Ｐを有する。

（一対の平行平面ミラー）
一対の平行平面ミラー４０は、入射した光の一部を反射し一部を透過する半透過平面ミラー４１と、平面ミラー４２とが平行に配置されることによって、構成される。半透過平面ミラー４１は、例えば、ガラスに誘電体多層膜をコーティングして構成される。平面ミラー４２は、例えば、平面アルミ蒸着ミラーである。本実施の形態の半透過平面ミラー４１における透過光と反射光の光量比は、透過光：反射光＝１：９である。

一対の平行平面ミラー４０は、平面ミラー４２がコリメートレンズ３０側に配置される（図２）。また、一対の平行平面ミラー４０の平行な平面は、コリメートレンズ３０のレンズ光軸Ｐに対して傾いて配置される。本実施の形態においては、一対の平行平面ミラー４０の平行な平面はコリメートレンズ３０のレンズ光軸Ｐに対して６０°傾斜する（図２）。

コリメートレンズ３０から出射したＹＺ平面に平行な表示光Ｌは、半透過平面ミラー４１に入射する。なお、表示光Ｌの光路を確保するため、平面ミラー４２の外形は、半透過平面ミラー４１の外形よりも小さい（図２）。

図４を参照して、一対の平行平面ミラー４０の作用について説明する。
本実施の形態では、一対の平行平面ミラー４０の平行な平面は、コリメートレンズ３０のレンズ光軸Ｐに対して傾いて配置されるので、一対の平行平面ミラー４０に入射した表示光Ｌは、ＹＺ平面に平行な状態で、一対の平行平面ミラー４０の間で反射を繰り返す。また、半透過平面ミラー４１における透過光と反射光の光量比は１：９である。したがって、表示光Ｌが最初に半透過平面ミラー４１に入射した場合、一対の平行平面ミラー４０からの最初の出射光（半透過平面ミラー４１からの最初の透過光）は、光量が最初に半透過平面ミラー４１に入射した表示光Ｌの１／１０の光となる（以下、表示光Ｌ１）。表示光Ｌ１は、表示光Ｌと比較して光量が異なるだけであるので、表示光Ｌ１は、表示光Ｌと同様に、表示画像Ｍ（以下、表示画像Ｍ１）を表す（ただし、本実施の形態では、表示デバイス１０と一対の平行平面ミラー４０との間に折り返しミラー２０が設けられているので、表示画像Ｍ１は、表示画像Ｍの左右が反転した画像となる）。また、表示光ＬはＹＺ平面に平行な光であり、半透過平面ミラー４１と平面ミラー４２とは平行に配置されているので、表示光Ｌ１はＹＺ平面に平行な光として一対の平行平面ミラー４０から出射する。

一方、最初に半透過平面ミラー４１に入射した表示光Ｌは、半透過平面ミラー４１、平面ミラー４２の順に反射され、再度（２回目）、半透過平面ミラー４１に入射する。表示光Ｌが２回目に半透過平面ミラー４１に入射した場合、最初の場合と同様に、一対の平行平面ミラー４０から、表示画像Ｍ（以下、表示画像Ｍ２）を表す表示光Ｌ２が出射する。

表示光Ｌは一対の平行平面ミラー４０の間で反射を繰り返すので、表示光Ｌが半透過平面ミラー４１にｎ回入射した場合、表示画像Ｍ１〜Ｍｎを表す表示光Ｌ１〜Ｌｎが一対の平行平面ミラー４０から出射される。すなわち、一対の平行平面ミラー４０からは、Ｘ軸方向（観察者の眼１の左右方向）に沿って、ｎ個の表示画像Ｍ（表示画像Ｍ１〜Ｍｎ）を表す表示光Ｌ（表示光Ｌ１〜Ｌｎ）が出射することとなる。

一対の平行平面ミラー４０から出射した（半透過平面ミラー４１を透過した）表示光Ｌは、後述のように、フロントガラス２０１に反射され、観察者はフロントガラス２０１に投影された虚像Ｖを視認する。一対の平行平面ミラー４０から出射した表示光Ｌは、観察者の眼１の左右方向に沿ったｎ個の表示画像Ｍを表すので、フロントガラス２０１には観察者の眼１の左右方向に沿って、ｎ個の虚像Ｖが投影される。したがって、観察者（例えば、車両２００の運転者）は、左右方向の広い範囲で、虚像Ｖを視認できる。すなわち、観察者は、左右方向の広い範囲で、表示画像Ｍが遠方にあるように認識できる。

（曲面ミラー）
曲面ミラー５０は、例えば、アルミ蒸着ミラーであり、半透過平面ミラー４１を透過した表示光Ｌの光路上に配置される。曲面ミラー５０は、出射部１０１を通して、半透過平面ミラー４１を透過した表示光Ｌを、フロントガラス２０１へ反射する。この場合、曲面ミラー５０は、ＹＺ平面に平行な光として入射した表示光Ｌが曲面ミラー５０、フロントガラス２０１の順に反射され、ＹＺ平面に平行な表示光（図１、３）となるように反射する。すなわち、曲面ミラー５０は、半透過平面ミラー４１を透過したＹＺ平面に平行な表示光Ｌが、曲面ミラー５０、フロントガラス２０１の順に反射され、ＹＺ平面に平行な光となる、曲面形状を有する。

曲面ミラー５０が有する曲面形状は、フロントガラス２０１の曲面形状から、市販の光学シミュレーションソフト（例えば、Ｓｙｎｏｐｓｙｓ社製ＣＯＤＥＶ、Ｌａｍｂｄａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ社製ＯＳＬＯ等）を使用して、得ることができる。

図５、６を参照して、光学シミュレーションによって得られる曲面ミラー５０の曲面形状について説明する。
光学シミュレーションにおいては、曲面ミラー５０、フロントガラス２０１は任意の基準点Ｓ１、Ｓ２を原点として、凸面に垂直な方向にγ軸、車両２００の左右方向にα軸、α軸およびγ軸に垂直な方向にβ軸を有すると仮定した（図５、６）。光学シミュレーションにおいては、βγ平面（図５、６）が上述したＹＺ平面（図１、３）に相当する。

曲面ミラー５０は、一対の平行平面ミラー４０に向けて凸面を有するとし、曲面ミラー５０を、曲面ミラー５０のγ軸とＺ軸とのなす角が３０°となるように配置した（図６）。また、Ｚ軸に平行な方向における、曲面ミラー５０の基準点Ｓ１と半透過平面ミラー４１との距離を１８０ｍｍとした（図５）。

フロントガラス２０１の曲面形状は、車両２００の内部に向けて凹面（車外の方向に凸面）であり、α軸方向の曲率半径Ｒα（フロントガラス２０１の横断面に関する曲率半径）が３０００ｍｍ、β軸方向の曲率半径Ｒβ（フロントガラス２０１の縦断面に関する曲率半径）が１５０００ｍｍとした（図５）。また、フロントガラス２０１を、フロントガラス２０１のγ軸とＺ軸とのなす角を６０°、フロントガラス２０１の基準点Ｓ２と曲面ミラー５０の基準点Ｓ１との距離を２５０ｍｍに配置した（図６）。
さらに、観察者の眼１とフロントガラス２０１の基準点Ｓ２との距離を５００ｍｍに設定した（図５）。

以上の条件において、曲面ミラー５０に入射したβγ平面に平行な光がフロントガラス２０１へ反射され、フロントガラス２０１に入射した光がβγ平面に平行な光として反射される、曲面ミラー５０の曲面形状（曲率）を光学シミュレーションによって、決定した。

光学シミュレーションの結果、曲面ミラー５０の曲面形状として、α軸方向の曲率半径Ｒα（曲面ミラー５０の横断面に関する曲率半径）：５０００ｍｍ、β軸方向の曲率半径Ｒβ（曲面ミラー５０の縦断面に関する曲率半径）：１００００ｍｍが得られた。

以上のように、フロントガラス２０１の曲面形状から、光学シミュレーションによって曲面ミラー５０の曲面形状を得ることができる。

なお、曲面ミラー５０はＸ軸を回転軸とする回転部５１を備える。この回転部５１をステッピングモーター５２（図示せず）で回転させることによって、フロントガラス２０１における虚像ＶのＹ軸方向（図１）の投影位置を調整することができる。

ヘッドアップディスプレイ装置１００は上記の曲面ミラー５０を備えるので、曲面ミラー５０によって反射され、ヘッドアップディスプレイ装置１００から出射した表示光Ｌは、フロントガラス２０１に反射されて、図５に示す観察者の眼１の左右方向で平行な光（ＹＺ平面に平行な光）となる。したがって、観察者はフロントガラス２０１に反射された表示光Ｌが表す表示画像Ｍの虚像（フロントガラス２０１に投影された虚像）Ｖを視認し、フロントガラス２０１を通して、表示画像Ｍが遠方にあるように認識する。

（制御部）
制御部６０は、図７に示すように、光源１１、液晶表示パネル１３、ステッピングモーター５２等を制御する。例えば、制御部６０は液晶表示パネル１３に映像信号を送信することにより、液晶表示パネル１３を制御する。制御部６０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）６１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）６２、汎用メモリ６３、ビデオメモリ６４、外部インターフェース６５等から構成される。外部インターフェース６５は、光源１１、液晶表示パネル１３、ステッピングモーター５２、車両２００に関する情報等を送受信するためのＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）バス６７と接続される。また、外部インターフェース６５は、光源１１の明るさや曲面ミラー５０の角度を調整するためのキー入力を受け付ける入力手段６６と接続される。

（ホルダ部材）
ホルダ部材７０は、コリメートレンズ３０を保持し、ネジやボルトなどによって筺体１０２内の所定位置に取り付けられて、コリメートレンズ３０を折り返しミラー２０が反射した表示光Ｌの光路上に配置するための部材である。ホルダ部材７０は、黄銅やアルミニウムなどの金属やポリカーボネート（ＰＣ）などの樹脂からなり、その色調はつや消しの黒である。

ホルダ部材７０は、図８に示すように、一対の平行平面ミラー４０と対向する側にコリメートレンズ３０の出射面３１を露出させる開口部７１を有する。なお、図示しないがホルダ部材７０は折り返しミラー２０と対向する側にもコリメートレンズ３０の入射面を露出させる開口部を有する。開口部７１は、それ自体は矩形状に形成される。開口部７１の外周には、図８の矢印で示す一対の平行平面ミラー４０における表示光Ｌの進行方向（反射を繰り返しながら一対の平行平面ミラー４０間を進む方向）に対して垂直方向の２辺（図８における上辺及び下辺）と重なるように、それぞれ傾斜７２ａ及び７３ａを備えるマスク部材７２及び７３が配置されている。マスク部材７２及び７３の材質は、ホルダ部材７０と同様に黄銅やアルミニウムなどの金属やポリカーボネート（ＰＣ）などの樹脂からなり、その色調はつや消しの黒である。開口部７１の上辺に設けられるマスク部材７２は、その下側に傾斜７２ａを備える。傾斜７２ａは、一対の平行平面ミラー４０の進行方向に向かって徐々に開口部７１の上下中央側に傾く（下向きの）傾斜である。開口部７１の下辺に設けられるマスク部材７３は、その上側に傾斜７３ａを備える。傾斜７３ａは、一対の平行平面ミラー４０の進行方向に向かって徐々に開口部７１の上下中央側に傾く（上向き）の傾斜である。すなわち、傾斜７２ａ及び７３ａを備えるマスク部材７２及び７３を開口部７１の外周上側及び下側に設けることによって、開口部７１は、開口部７１の一対の平行平面ミラー４０での表示光Ｌの進行方向に対して垂直方向の長さ（図８の上下方向の長さ）が一対の平行平面ミラー４０での表示光Ｌの進行方向に向かって徐々に小さくなる、略楔形状に設けられる格好となる。

次に、開口部７１に傾斜７２ａ及び７３ａを設けることによる作用及び効果について図９及び図１０を用いて説明する。

図９（ａ）は、開口部７１に傾斜７２ａ及び７３ａを備えない場合（従来例）における、表示画像Ｍの虚像Ｖと、観察者が虚像Ｖを視認した際に虚像Ｖと同時に視認するコリメートレンズ３０の外周の像Ｅ１〜Ｅ３を示すものである。コリメートレンズ３０の外周の反射像Ｅ１〜Ｅ３は、すなわち開口部７１の外周の像である。なお、ホルダ部材７１自体はつや消しの黒であるためその像は観察されない。コリメートレンズ３０から出射される表示光Ｌが一対の平行平面ミラー４０の間で反射を繰り返すことによって複数個の虚像Ｖがフロントガラス２０１に投影され、反射回数の異なる複数の短冊状の虚像Ｖが視認されるのと同様に、コリメートレンズ３０の外周の反射像Ｅ１〜Ｅ３も反射回数の異なる複数の像が観察者に視認される。図９（ａ）では、３つのコリメートレンズの外周の反射像Ｅ１〜Ｅ３を示しているが、反射像の個数はこれに限定されるものではない。なお、反射像Ｅ１は、一対の平行平面ミラー４０間を１回反射した反射像であり、反射像Ｅ２は、一対の平行平面ミラー４０間を２回反射した反射像であり、反射像Ｅ３は、一対の平行平面ミラー４０間を３回反射した像である。各反射像Ｅ１〜Ｅ３は、図１０に示すように、反射回数が多いほどホルダ部材７０から観察者の眼１までの各光路ＯＰ１〜ＯＰ３の長さが長くなるため（ＯＰ１＜ＯＰ２＜ＯＰ３）、各光路ＯＰ１〜ＯＰ３を展開して得られる観察者の視線方向（図１のＺ軸方向）の位置が遠くなって、図９（ａ）に示すように小さく見える。したがって、コリメートレンズの外周の反射像Ｅ１〜Ｅ３を全体としてみると段差が生じた状態で視認されて観察者にとって煩わしい。なお、図１０においては説明を簡略化するために曲面ミラー５０及びフロントガラス２０１を省略した。

これに対し、図９（ｂ）は、開口部７１に傾斜７２ａ及び７３ａを備えた場合（本実施形態）における、表示画像Ｍの虚像Ｖと、観察者が虚像Ｖを視認した際に虚像Ｖと同時に視認するコリメートレンズ３０の外周の像Ｅ１〜Ｅ３を示すものである。開口部７１に傾斜７２ａ及び７３ａを設けたことによって、コリメートレンズ３０の外周の反射像Ｅ１〜Ｅ３は、反射像Ｅ１〜Ｅ３が連続する方向に対して垂直方向の長さ（図９（ｂ）の上下方向の長さ）が反射像Ｅ１〜Ｅ３が連続する方向に向かって徐々に小さくなる。したがって、見た目の大きさが異なる隣り合う反射像の段差が解消ないし低減され、ヘッドアップディスプレイ装置１００の表示品位を向上させることができる。

ここで、傾斜７２ａ及び７３ａはコリメートレンズ３０の外周の反射像Ｅ１〜Ｅ３が実際にどのように視認されるか確認した上で段差を解消するのに適度であって、かつ、表示画像Ｍの表示を妨げない角度及び線で設計されるものであるが、以下に傾斜７２ａの線の設計方法の一例を示す。

図１１は、コリメートレンズ３０の外周の反射像Ｅ１〜Ｅ３が、ホルダ部材７０の実体の位置においてはどのように観察されるかを示したものである。なお、観察者の眼１はホルダ部材７０の中央に位置するものとする。反射像Ｅ１〜Ｅ３のホルダ部材７０の実体の位置における上側の見た目の高さの差分Ａ，Ｂ，Ｃは、以下の式１で表される。
（式１）
Ａ＝Ｈ×ａ／（ｈ＋ａ）
Ｂ＝Ｈ×（ａ＋ｂ）／（ｈ＋ａ＋ｂ）
Ｃ＝Ｈ×（ａ＋ｂ＋ｃ）／（ｈ＋ａ＋ｂ＋ｃ）
なお、Ｈは観察者の眼１からホルダ部材７０の開口部７１の外周上辺までの長さであり、ｈは観察者の眼１からホルダ部材７０までの視線方向（前後方向）の長さであり、ａはホルダ部材７０の実像から反射像Ｅ１までの視線方向（前後方向）の長さであり、ｂは反射像Ｅ１から反射像Ｅ２までの視線方向（前後方向）の長さであり、ｃは反射像Ｅ２から反射像Ｅ３までの視線方向（前後方向）の長さである。

次に、上述のようにして得られる反射像Ｅ１〜Ｅ３のホルダ部材７０の実体の位置における上側の見た目の高さの差分Ａ，Ｂ，Ｃに基づいて、開口部７１に対し３つの点Ｔ１〜Ｔ３を設定した。具体的には、開口部７１の外周上辺の向かって右側の端部を基準点Ｔ０として、基準点Ｔ０からの上下方向の長さがそれぞれ差分Ａ，Ｂ，Ｃとなる３つの点Ｔ１〜Ｔ３を設定した。なお、Ｔ０〜Ｔ３は左右方向には等間隔となるように設定した。そして、かかるＴ０〜Ｔ４を結ぶ曲線を描き、この曲線を傾斜７２ａの線とした。これによれば、反射像Ｅ１〜Ｅ３の見た目の大きさの変化に概ね応じた角度の傾斜７２ａを得ることができる。また、同様にして傾斜７３ａの線を設計することも可能である。なお、このようにして得た傾斜７２ａ及び傾斜７３ａに基づいて、コリメートレンズの外周の反射像Ｅ１〜Ｅ３が実際にどのように視認されるか確認した上で段差を解消するに適度であって、かつ、表示画像Ｍの表示を妨げない角度及び線となるように適宜調整することができることは勿論である。なお、傾斜７２ａ及び傾斜７３ａの線は直線であってもよいし、曲線であってもよい。

上記実施の形態で説明したヘッドアップディスプレイ装置１００によれば、コリメートレンズ３０の外周の反射像Ｅ１〜Ｅ３の段差を解消あるいは低減して、表示品位を向上させることが可能となる。これは、以下の構成によって実現される。

コンバイナに表示光Ｌを出射し、表示光Ｌがコンバイナで反射することによって、表示光Ｌが表す像Ｍを虚像Ｖとしてコンバイナに投影するヘッドアップディスプレイ装置１００であって、像Ｍを表す表示光Ｌを出射する表示手段５と、表示手段５が出射した表示光Ｌを平行化するコリメートレンズ３０と、コリメートレンズ３０で平行化した表示光Ｌが入射し、表示光Ｌの一部を反射し一部を透過する半透過平面ミラー４１と、表示光Ｌを半透過平面ミラー４１へ反射する平面ミラー４２とが互いに対向するように配置される一対の平行平面ミラー４０と、コリメートレンズ３０を保持するホルダ部材７０とを備え、
ホルダ部材７０は、コリメートレンズ３０の出射面３１を露出させる開口部７１を有し、
開口部７１は、その外周に傾斜７２ａ，７３ａが設けられ、開口部７１の一対の平行平面ミラー４０での表示光Ｌの進行方向に対して垂直方向の長さが一対の平行平面ミラー４０での表示光Ｌの進行方向に向かって徐々に小さくなるように設けられる。

また、開口部７１の外周に、傾斜７２ａ，７３ａを有するマスク部材７２，７３が設けられてなる。これによれば、マスク部材７２，７３を変更することによって傾斜７２ａ，７３ａの調整が容易であり、製造における利便性を向上することができる。

図１３は、本発明のホルダ部材の別例を示すものである。別例であるホルダ部材８０は、ホルダ部材８０の開口部８１自体に傾斜８１ａ及び８１ｂが設けられており、これによって、開口部８１の一対の平行平面ミラー４０での表示光Ｌの進行方向に対して垂直方向の長さが一対の平行平面ミラー４０での表示光Ｌの進行方向に向かって徐々に小さくなるように設けられている。かかる構成によっても前述の実施形態と同様に、コリメートレンズ３０の外周の反射像Ｅ１〜Ｅ３の段差を解消あるいは低減して、表示品位を向上させることが可能となる。

表示手段５は、表示デバイス１０とコリメートレンズ３０とから構成することもできる。さらに、表示手段５は表示デバイス１０から構成されてもよい。

表示デバイス１０としては、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｅｎｃｅ）ディスプレイ、プロジェクション方式のディスプレイ等を用いることができる。また、表示デバイス１０にマイクロレンズアレイ等の集光手段、あるいは表示光Ｌの平行光化手段を設けてもよい。

コリメートレンズ３０は、複数の凸レンズ、凸レンズと凹レンズ等を組み合わせた光学系であってもよい。また、コリメートレンズ３０には、レンチキュラーレンズを使用することもできる。また、表示光Ｌの平行光化手段であるコリメート部材として、ハーフミラーと凹面鏡等を組み合わせた光学系を用いてもよい。

虚像Ｖが投影されるコンバイナは、車両２００のフロントガラス２０１に限定されない。虚像Ｖが投影されるコンバイナは、例えば、専用に設けられるコンバイナ部材、建築物における湾曲したガラス、メガネレンズ等であってもよい。

本発明の一対のミラーは、互いに対向するように配置されるものであれば完全な平行に配置されなくともよく、また、平面ミラーでなく曲面ミラーであってもよい。また、一対のミラー間は中空でなく中実構造であってもよい。例えば樹脂材料からなる基部の対向する両面にそれぞれ半透過面（半透過ミラー）と反射面（ミラー）とを形成して中実構造の一対のミラーを得ることができる。

以上の説明では、本発明の理解を容易にするために、重要でない公知の技術的事項の説明を適宜省略した。

１ 観察者の眼
５ 表示手段
１０ 表示デバイス（液晶表示デバイス）
１１ 光源
１２ 拡散板
１３ 液晶表示パネル
１４ ヒートシンク
２０ 折り返しミラー
３０ コリメートレンズ
４０ 一対の平行平面ミラー
４１ 半透過平面ミラー
４２ 平面ミラー
５０ 曲面ミラー
５１ 回転部
５２ ステッピングモーター
６０ 制御部
６１ ＣＰＵ
６２ ＲＯＭ
６３ 汎用メモリ
６４ ビデオメモリ
６５ 外部インターフェース
６６ 入力手段
６７ ＣＡＮバス
７０ ホルダ部材
７１ 開口部
７２ マスク部材
７２ａ 傾斜
７３ マスク部材
７３ａ 傾斜
８０ ホルダ部材
８１ 開口部
８１ａ 傾斜
８１ｂ 傾斜
１００ ヘッドアップディスプレイ装置
１０１ 出射部
１０２ 筐体
２００ 車両
２０１ フロントガラス
Ｍ 表示画像（像）
Ｌ 表示光
Ｐ コリメートレンズの光軸
Ｖ 虚像

Claims (2)

1. コンバイナに表示光を出射し、前記表示光が前記コンバイナで反射することによって、前記表示光が表す像を虚像として前記コンバイナに投影するヘッドアップディスプレイ装置であって、
   前記表示光を出射する表示手段と、
   前記表示手段が出射した前記表示光を平行化するコリメート部材と、
   前記コリメート部材で平行化した前記表示光が入射し、前記表示光の一部を反射し一部を透過する半透過ミラーと、前記表示光を前記半透過ミラーへ反射するミラーとが互いに対向して配置される一対のミラーと、前記コリメート部材を保持するホルダ部材と、を備え、
   前記ホルダ部材は、前記コリメート部材の出射面を露出させる開口部を有し、
   前記開口部は、その外周に傾斜が設けられ、前記開口部の前記一対のミラーでの前記表示光の進行方向に対して垂直方向の長さが前記一対のミラーでの前記表示光の進行方向に向かって徐々に小さくなるように設けられることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記開口部の外周に、前記傾斜を有するマスク部材が設けられてな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。

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