JP2015082019A - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化が可能な構成の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は、フロントガラス２０１に向けて表示光Ｌを出射し、表示像Ｍの虚像Ｖを表示する。ヘッドアップディスプレイ装置は、表示像Ｍを表す表示光Ｌを出射する表示デバイスと、表示デバイスが出射した表示光Ｌが入射し、入射した表示光Ｌの一部を反射させ一部を透過する半透過平面ミラー４１と、半透過平面ミラー４１と平行に配置され、半透過平面ミラー４１で反射した表示光Ｌが入射し、入射した表示光Ｌを半透過平面ミラー４１に向けて反射させる平面ミラー４２と、を備える。虚像Ｖの表示領域は矩形であり、半透過平面ミラー４１と平面ミラー４２との少なくとも一方は、長さの異なる一組の対辺が互いに平行な台形状に形成されている。【選択図】図７

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装置として、特許文献１には、表示デバイスと、コリメートレンズと、平行に配置された一対の平面ミラーとを備えたヘッドアップディスプレイ装置が開示されている。一対の平面ミラーのうち一方は半透過ミラーである。このヘッドアップディスプレイ装置は、表示デバイスの表示像をコンバイナ等の透明板に投影することで、ユーザに表示像を虚像として視認させるものである。具体的には、表示デバイスが表示した像を表す光が一対の平面ミラー間で反射を繰り返し、そのうち半透過ミラーを透過した光が透明板に投影されるという構造になっている。

国際公開第２０１０／０９２４０９号

上記のようなヘッドアップディスプレイ装置は、車両のダッシュボード内などの限られたスペースに設けられることが多いため、小型化が求められている。

本発明は、上記実状を鑑みてなされたものであり、小型化が可能な構成の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、
透明部材に向けて像を表す表示光を出射し、前記透明部材で反射した表示光によって前記像の虚像を表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記像を表す表示光を出射する表示手段と、
前記表示手段が出射した表示光が入射し、入射した表示光の一部を反射させ一部を透過する半透過平面ミラーと、
前記半透過平面ミラーと平行に配置され、前記半透過平面ミラーで反射した表示光が入射し、入射した表示光を前記半透過平面ミラーに向けて反射させる平面ミラーと、を備え、
前記ヘッドアップディスプレイ装置が前記透明部材に向けて出射する表示光は、前記半透過平面ミラーを透過した表示光であり、
前記虚像の表示領域は矩形であり、前記半透過平面ミラーと前記平面ミラーとの少なくとも一方は、長さの異なる一組の対辺が互いに平行な台形状に形成されている、
ことを特徴とする。

本発明によれば、小型化が可能な構成のヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の模式図である。 本発明の一実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の概略断面図である。 本発明の一実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の概略断面図である。 光学シミュレーションを説明するための模式図である。 光学シミュレーションを説明するための模式図である。 本発明の一実施形態に係る一対の平面ミラーにおける表示光の光路を示す模式図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置における表示光の光路を説明するための模式図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置における表示光の光路を説明するための概略斜視図である。 従来例に係る一対の平面ミラーを示す図であり、（ａ）は半透過平面ミラーの平面図であり、（ｂ）は平面ミラーの平面図である。 本発明の一実施形態に係る一対の平面ミラーを示す図であり、（ａ）は半透過平面ミラーの平面図であり、（ｂ）は平面ミラーの平面図である。 各種パラメタを説明するための模式図である。 各種パラメタを説明するための模式図である。 各種パラメタを説明するための模式図である。

本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。

本実施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、表示像Ｍを表す表示光Ｌを車両２００のフロントガラス２０１に向け出射することで、ユーザに表示像Ｍの虚像Ｖを視認させる。虚像Ｖは、フロントガラス２０１で反射した表示光Ｌがユーザの眼１に到達することによりユーザに視認される。これにより、ユーザは、フロントガラス２０１を通して表示像Ｍが遠方にあるように認識する。

以下では、ヘッドアップディスプレイ装置１００の構成の理解を容易にするため、図１等に示したＸ、Ｙ、Ｚ座標系を用いて適宜説明する。ここでは、虚像Ｖを視認するユーザから見ての左右方向に沿った軸をＸ軸、上下方向に沿った軸をＹ軸とし、Ｘ軸及びＹ軸と直交し、虚像Ｖを視認するユーザの視線方向に沿った軸をＺ軸としている。また、図中、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の各軸を示す矢印の向く方向を、矢印が示す軸の＋（プラス）方向、その反対側を−（マイナス）方向として、適宜、説明する。

図２は、ヘッドアップディスプレイ装置１００の筐体６０をＺＸ平面に沿って切った概略断面図である。
図３は、ヘッドアップディスプレイ装置１００の筐体６０をＹＺ平面に沿って切った概略断面図である。

ヘッドアップディスプレイ装置１００は、図２、図３に示すように、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３０と、一対の平面ミラー４０と、曲面ミラー５０と、これらを収容する筐体６０と、制御部７０と、を備える。

（表示デバイス、折り返しミラー、コリメートレンズ）
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、を有する。
光源１１は、複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）から構成されている。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、ポリカーボネート等の樹脂から白色に形成されている。拡散板１２は、光源１１と液晶表示パネル１３との間に設けられ、光源１１からの光を拡散して液晶表示パネル１３を均一に照明する。液晶表示パネル１３は、制御部７０の制御のもとで、画素を適宜、透過／不透過状態に切り替えることで、光源１１からの光を照明光として、所定の像（以下、表示像Ｍ）を表示する。これにより、液晶表示パネル１３からは、表示像Ｍを表す光（以下、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の液晶表示パネル１３とは反対面側に配置されている。

折り返しミラー２０は、例えば、アルミ蒸着により形成された反射面を有する平面鏡である。折り返しミラー２０は、その反射面が液晶表示パネル１３の表示面に対して傾斜するように配置され、液晶表示パネル１３からの表示光Ｌを、コリメートレンズ３０に向けて反射させる。

コリメートレンズ３０は、折り返しミラー２０で反射した表示光Ｌの光路上に配置されている。コリメートレンズ３０は、入射した表示光Ｌを平行光として出射する。ここで、平行光となった表示光Ｌは、後述する半透過平面ミラー４１に向かう。

（一対の平面ミラー）
一対の平面ミラー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なる。平面ミラー４２は、例えば、アルミ蒸着により形成された反射面を有する平面鏡である。本実施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、例えば、透過光：反射光＝１：９である。

図２等に示すように、半透過平面ミラー４１と平面ミラー４２とは、互いに対向し、且つ、各々の対向面がコリメートレンズ３０のレンズ光軸Ｐに対して傾いて配置されている。また、平面ミラー４２は、半透過平面ミラー４１よりも表示デバイス１０側に位置する。本実施形態では、一対の平面ミラー４０の対向面は、コリメートレンズ３０のレンズ光軸Ｐに対して６０°傾斜している。

コリメートレンズ３０により平行光となった表示光Ｌは、半透過平面ミラー４１に入射する。半透過平面ミラー４１の外形は、表示光Ｌの光路を確保するため、平面ミラー４２の外形よりも大きくなっている。また、半透過平面ミラー４１と平面ミラー４２とは、各々、本実施形態に特有の台形状に形成されている。これについては、後に詳述する。

ここで、図６を参照して、一対の平面ミラー４０の作用について説明する。なお、以下では、各構成の理解を容易にするため、適宜、表示光ＬをＹＺ平面に平行な光として扱って説明する（後述の曲面ミラー５０の説明も同様）。

一対の平面ミラー４０の対向面（互いに対向する平面）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ているので、半透過平面ミラー４１に入射した表示光Ｌは、一対の平面ミラー４０の間で反射を繰り返す。前述したように、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、一対の平面ミラー４０からの最初の出射光（半透過平面ミラー４１を最初に透過した光）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Ｌと同様に、表示像Ｍ（以下、表示像Ｍ１）を表す（ただし、表示デバイス１０と一対の平面ミラー４０との間に折り返しミラー２０が設けられているので、表示像Ｍ１は、表示像Ｍの左右が反転した像となる）。また、コリメートレンズ３０からのＹＺ平面に平行な表示光Ｌに着目すれば、表示光Ｌの一部は、半透過平面ミラー４１を透過して、ＹＺ平面に平行な表示光Ｌ１として一対の平面ミラー４０から出射される。

また、最初に半透過平面ミラー４１に入射した表示光Ｌのうち、半透過平面ミラー４１で反射した光は、平面ミラー４１でさらに反射し、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、一対の平面ミラー４０から、表示像Ｍ（以下、表示像Ｍ２）を表す表示光Ｌ２が出射される。

表示光Ｌは、一対の平面ミラー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、表示像Ｍ１〜Ｍｎを表す表示光Ｌ１〜Ｌｎが一対の平面ミラー４０から出射される。すなわち、一対の平面ミラー４０からは、Ｘ軸方向（ユーザの眼１の左右方向）に沿って、ｎ個の表示像Ｍ（表示像Ｍ１〜Ｍｎ）を表す表示光Ｌ（表示光Ｌ１〜Ｌｎ）が出射されることになる。

半透過平面ミラー４１を透過した表示光Ｌが、曲面ミラー５０を経て、フロントガラス２０１で反射することで、表示像Ｍの虚像Ｖが表示される。一対の平面ミラー４０から出射された表示光Ｌは、ユーザの眼１の左右方向に沿ったｎ個の表示像Ｍを表すので、フロントガラス２０１にはユーザの眼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、ユーザ（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。

（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、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に向けて反射させる。曲面ミラー５０で反射した表示光Ｌは、筐体６０に設けられた開口部６１を通過して、フロントガラス２０１に到達する。曲面ミラー５０にはＸ軸に沿った軸回りに回転する軸部５１が設けられており、これにより、曲面ミラー５０は、筐体６０に対して回転可能に支持されている。曲面ミラー５０は、ユーザの操作に応じて、ステッピングモータ（図示せず）の動力で回転するようになっており、回転角が調整可能に構成されている。これにより、フロントガラス２０１における虚像ＶのＹ軸方向の投影位置を調整することができる。

曲面ミラー５０は、一対の平面ミラー４０から出射された表示光Ｌを反射させる。ここで反射した表示光Ｌは、さらにフロントガラス２０１で反射する。ここで、ＹＺ平面に平行な表示光Ｌに着目すれば、曲面ミラー５０は、自身で反射したＹＺ平面に平行な表示光Ｌが、さらにフロントガラス２０１で反射した後も、ＹＺ平面に平行な表示光Ｌとなる曲面を有している。フロントガラス２０１で反射してユーザの眼１に到達する表示光Ｌは、ＹＺ平面に平行な光、つまり、ユーザの眼１の左右方向で平行な光である。
この曲面ミラー５０と前述した一対の平面ミラー４０との機能により、ユーザは、フロントガラス２０１を通して遠方にある虚像Ｖを視認でき、且つ、左右方向の広い範囲に渡った虚像Ｖを視認できある。

ここで、図４、図５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。曲面ミラー５０が有する曲面形状は、フロントガラス２０１の曲面形状を考慮したシミュレーションにより得ることができる。この種のシミュレーションには、Ｓｙｎｏｐｓｙｓ社製ＣＯＤＥＶ、Ｌａｍｂｄａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ社製ＯＳＬＯ等の光学シミュレーションソフトを用いることができる。
ここでの光学シミュレーションでは、曲面ミラー５０は任意の基準点Ｓ１を原点として、フロントガラス２０１は任意の基準点Ｓ２を原点として、各々が、凸面に垂直なγ軸と、Ｘ軸と平行なα軸と、α軸及びγ軸と直交するβ軸と、を有すると仮定した。なお、ここでのβγ平面は、前述したＹＺ平面に相当する。曲面ミラー５０は一対の平面ミラー４０に向かった凸面を有すると仮定し、図５に示すように、曲面ミラー５０のγ軸とＺ軸とのなす角を３０°に設定した。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に設定した。フロントガラス２０１の曲面形状は、車両２００の外部に向かった凸面であり、α軸方向の曲率半径Ｒαを３０００ｍｍ、β軸方向の曲率半径Ｒβを１５０００ｍｍとした。また、フロントガラス２０１のγ軸とＺ軸とのなす角を６０°に設定した。また、基準点Ｓ２と基準点Ｓ１との距離を２５０ｍｍに設定した。また、ユーザの眼１と基準点Ｓ２との距離を５００ｍｍに設定した。
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で求めた。この結果、α軸方向の曲率半径Ｒαが５０００ｍｍ、β軸方向の曲率半径Ｒβが１００００ｍｍと導出された。以上により、一例として、このような曲率半径の曲面形状を有する曲面ミラー５０を採用すればよいことがわかる。

（制御部）
図１に模式的に示した制御部７０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）、フラッシュメモリ等からなり、光源１１、液晶表示パネル１３、前述のステッピングモータ（図示せず）等の動作を制御する。制御部７０は、例えば、筐体６０内部の回路基板（図示せず）に実装されている。制御部７０は、車両２００のＥＣＵ（Electronic Control Unit）等から、車両２００に関する各種情報（車両情報）を取得し、液晶表示パネル１３に、所定の車両情報を表す画像（表示像Ｍ）を表示させる。また、制御部７０は、光源１１の明るさ（つまり表示像Ｍの明るさ）や、曲面ミラー５０の角度を調整するための入力操作を受け付ける入力手段（図示せず）と接続されており、受け付けた入力操作に応じて、光源１１やステッピングモータを駆動する。

ここで、ヘッドアップディスプレイ装置１００が虚像Ｖを表示する機構を簡潔に説明する。
表示デバイス１０から出射された表示光Ｌは、折り返しミラー２０で反射してコリメートレンズ３０に入射する。コリメートレンズ３０に入射した表示光Ｌは、平行光として一対の平面ミラー４０に入射する。一対の平面ミラー４０に入射した表示光Ｌのうち、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で反射し、開口部６１を通過して、フロントガラス２０１に入射する。フロントガラス２０１に入射した表示光Ｌは、反射して、ユーザの眼１に達する。これにより、ユーザはフロントガラス２０１の遠方に表示像Ｍの虚像Ｖを視認する。

（半透過平面ミラー、平面ミラーの形状）
ここからは、本実施形態に特有の半透過平面ミラー４１及び平面ミラー４２の形状について、図７〜図１３を参照して、説明する。

図７（ａ）は、ヘッドアップディスプレイ装置１００を＋Ｙ軸方向から見た場合に、表示像Ｍを表す表示光Ｌがどのような経路を辿って虚像Ｖとして視認されるかを模式的に表した図である。図７（ａ）では、見易さのため、フロントガラス２０１及び折り返しミラー２０を省略した。
図７（ｂ）は、ヘッドアップディスプレイ装置１００を−Ｘ軸方向から見た場合に、表示像Ｍを表す表示光Ｌがどのような経路を辿って虚像Ｖとして視認されるかを模式的に表した図である。図７（ｂ）では、見易さのため、折り返しミラー２０を省略した。

ヘッドアップディスプレイ装置１００では、ユーザ（視認者であり、主に車両２００の運転者）の視点位置として想定される範囲がアイボックス２として規定されている。ユーザは、アイボックス２を通して前方（＋Ｚ方向）を見ることで、表示像Ｍの虚像Ｖを視認することができる。
この実施形態では、虚像Ｖの表示領域３（図８（ａ）、（ｂ））が矩形であり、表示デバイス１０がその表示面に表示する表示像Ｍの表示領域４（図７（ａ）、（ｂ））も矩形である。これにより、虚像Ｖの表示領域３に対応するアイボックス２も矩形となる。つまり、ヘッドアップディスプレイ装置１００では、矩形の表示領域４を有する表示像Ｍが、矩形の表示領域３を有する虚像Ｖとしてユーザに視認されるように、一対の平面ミラー４０、曲面ミラー５０等の光学素子が配置されている。

図８（ａ）は、表示光Ｌのうち、アイボックス２の四隅の各々に対応する光２ａ〜２ｄの光路を模式的に示した図である。つまり、光２ａ〜２ｄの各々を表す線に囲まれた範囲が表示光Ｌの通過領域となる。
図８（ｂ）は、同図中においてアイボックス２の右側の二本の光２ａ、２ｂが、どのように一対の平面ミラー４０間で反射を繰り返すかを模式的に示した図である。なお、他の二本の光２ｃ、２ｄは、平面ミラー４２で反射せずに半透過平面ミラー４１を透過するだけの光であるため、以下の説明の理解が容易となるように省略した。また、ここからは、以下の説明の理解を容易にするため、光２ａ、２ｂの進行方向を逆に説明する。
また、本実施形態に係る半透過平面ミラー４１と平面ミラー４２の各々は、後に図１０（ａ）、（ｂ）を参照して説明するように台形状に形成されているが、図８（ａ）、（ｂ）では、光２ａ、２ｂの光路を見易くするために矩形状に表している。

図８（ｂ）を参照して、光２ａ、２ｂの光路を逆に辿って説明する。
曲面ミラー５０から一対の平面ミラー４０に入射した光２ａ、２ｂは、半透過平面ミラー４１を透過して、一対の平面ミラー４０の間を進む。一対の平面ミラー４０間では、光２ａ、２ｂは、で反射を繰り返しつつ、概ね−Ｘ方向に進む。この際、図８（ｂ）に示すように、光２ａは＋Ｙ方向に、光２ｂは−Ｙ方向に広がりながら進む。光２ａ、２ｂは、アイボックス２と表示像Ｍとを結んでいるため、アイボックス２に対して表示像Ｍの大きさが大きくなればなるほど、光２ａ、２ｂの広がる量は大きくなる。光２ａ、２ｂが、このように広がりながら進む領域は、一対の平面ミラー４０間における光２ａ〜２ｄの各々を示す線（図８（ａ）参照）に囲まれた領域、つまり表示光Ｌの通過領域に相当する。

以上のように、一対の平行ミラー４０間を広がりながら進む表示光Ｌによって、半透過平面ミラー４１が照らされる領域（以下、第１の被照射領域４１０）の形状と、平面ミラー４２が照らされる領域の形状（以下、第２の被照射領域４２０）を、図９（ａ）、（ｂ）及び図１０（ａ）、（ｂ）に示す。

ここで、図９（ａ）、（ｂ）に示す、平面視で矩形状に形成された、従来例に係る半透過平面ミラー４１Ｐ及び平面ミラー４２Ｐを用いて説明する。第１の被照射領域４１０は、半透過平面ミラー４１Ｐの反射面の法線方向から見て、長さの異なる一組の対辺が互いに平行な台形状となる。また、第２の被照射領域４２０は、半透過平面ミラー４１Ｐの反射面の法線方向から見て、長さの異なる一組の対辺が互いに平行な台形状となる。
従来は、このように一対の平面ミラーを用いた表示デバイスにおいて、一対の平面ミラー間における表示光の通過範囲の詳細が定かになっていなかったため、アイボックス２を確保するのに十分な大きさの矩形の平面ミラーを選定していた。
しかし、本願発明者らがそのメカニズムを明らかにしたように、平面ミラーへの照射範囲は台形状であるため、平面ミラーを矩形にすると、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、アイボックス２を確保するためには、不要の領域５、６が生じてしまう。つまり、従来は、平面ミラーをアイボックス２を確保するための必要最小限の形状に作成していなかったと言える。
そこで、本願発明者らは、半透過平面ミラー４１、平面ミラー４２の各々を、図１０（ａ）、（ｂ）に示すような台形状に形成した。

図１０（ａ）に示すように、半透過平面ミラー４１は、第１の被照射領域４１０の領域の形状に概ね合わせた、長さの異なる一組の対辺が互いに平行な第１の台形状に形成されている。具体的には、半透過平面ミラー４１は、平面視で（半透過平面ミラー４１の反射面の法線方向から見て）、第１の被照射領域４１０を全て含むとともに、第１の被照射領域４１０の外縁に沿った第１の台形状に形成されている。半透過平面ミラー４１は、組み付け誤差等があってもアイボックス２を適切に確保するために、例えば、第１の被照射領域４１０を囲む数ｍｍ（例えば、２ｍｍ）のクリアランスを設けて、第１の被照射領域４１０よりも若干大きく形成されている。
図１０（ｂ）に示すように、平面ミラー４２は、第２の被照射領域４２０の領域の形状に概ね合わせた、長さの異なる一組の対辺が互いに平行な第２の台形状に形成されている。具体的には、平面ミラー４２は、平面視で（平面ミラー４２の反射面の法線方向から見て）、第２の被照射領域４２０を全て含むとともに、第２の被照射領域４２０の外縁に沿った第２の台形状に形成されている。平面ミラー４２は、組み付け誤差等があってもアイボックス２を適切に確保するために、例えば、第２の被照射領域４２０を囲む数ｍｍ（例えば、２ｍｍ）のクリアランスを設けて、第２の被照射領域４２０よりも若干大きく形成されている。

また、半透過平面ミラー４１の面積は、平面ミラー４２の面積よりも大きい。つまり、第１の台形の面積は、第２の台形の面積よりも大きい。これは、表示光Ｌの光路を確保するためであり、また、次に説明する算出結果から理解できる。

ここからは、第１の被照射領域４１０と第２の被照射領域４２０が台形状になることを、計算によって説明する。

計算に用いる各種パラメタを、図１１〜図１３に示す。各種パラメタは、以下の通りである。
・Ｗ_Ｅ／Ｂ：アイボックス２の幅（Ｘ軸に沿った長さ）（図１１）
・Ｈ_Ｅ／Ｂ：アイボックス２の高さ（Ｙ軸に沿った長さ）（図１２）
・ｄ_Ｅ／Ｂ：アイボックス２の中心と半透過平面ミラー４１の中心とを結ぶ光軸の距離（図１１）
・θ_Ｈ：水平画角（図１１にθ_Ｈ／２を示した）
・θ_Ｖ：垂直画角（図１２にθ_Ｖ／２を示した）
・ｄ_Ｍ：半透過平面ミラー４１と平面ミラー４２との間の距離（図１１、図１３）
・θ_Ｍ：半透過平面ミラー４１と平面ミラー４２との傾斜角（Ｘ軸とミラー対向面とがなす角）（図１１、図１３）
・Ｗ_Ｆ：半透過平面ミラー４１の幅（反射面とＺＸ平面とが交差する線分の長さ）（図１１）
・Ｈ_ＦＲ：半透過平面ミラー４１のコリメートレンズ３０側の縁の幅（Ｙ軸に沿う幅）（図１２）
・Ｈ_ＦＬ：半透過平面ミラー４１のＨ_ＦＲとは反対側の縁の幅（Ｙ軸に沿う幅）（図１２）
・Ｗ_Ｂ：平面ミラー４２の幅（反射面とＺＸ平面とが交差する線分の長さ）（図１１）
・Ｈ_ＢＲ：平面ミラー４２のコリメートレンズ３０側の縁の幅（Ｙ軸に沿う幅）（図１２）
・Ｈ_ＢＬ：平面ミラー４２のＨ_ＢＲとは反対側の縁の幅（Ｙ軸に沿う幅）（図１２）
・Δｄ_Ｅ／Ｂ：半透過平面ミラー４１の図１１における左右端とアイボックス２の左右端とを結ぶ線分の交差点と、アイボックス２との距離（Ｚ軸に沿う距離）（図１１）

また、図示しないパラメタは以下の通りである。
・Ｗ_ＦＬ：半透過平面ミラー４１の中心から図１１における左端までの距離
・Ｗ_ＦＲ：半透過平面ミラー４１の中心から図１１における右端までの距離
・Ｗ_ＢＬ：平面ミラー４２の中心から図１１における左端までの距離
・Ｗ_ＢＲ：平面ミラー４２の中心から図１１における右端までの距離
・Ｌ_Ｆ：一対の平面ミラー４０の間で反射しながら進む光の最大光路長であって、半透過平面ミラー４１の幅Ｗ_Ｆに依存する長さ
・Ｌ_Ｂ：一対の平面ミラー４０の間で反射しながら進む光の最大光路長であって、平面ミラー４２の幅Ｗ_Ｂに依存する長さ

半透過平面ミラー４１の幅Ｗ_Ｆと、平面ミラー４２の幅Ｗ_Ｂは、下記（数１）に示す式によって算出できる。

また、一対の平面ミラー４０間の最大光路長Ｌ_Ｆ、Ｌ_Ｂは、下記（数２）に示す式によって算出できる（ｋ_Ｆ、ｋ_Ｂの定義は式内を参照のこと）。

また、ミラー高Ｈ_ＦＬ、Ｈ_ＢＬ、Ｈ_ＦＲ、Ｈ_ＢＲは、下記（数３）に示す式によって算出できる（ｄ_ＦＬ、ｄ_ＢＬの定義は式内を参照のこと）。

以上の式において、算出例として、下記値を用いて、アイボックス２を確保しつつ大きさが最小となる半透過平面ミラー４１と平面ミラー４２の形状を求めた。つまり、ここで求める形状は、前述した第１の被照射領域４１０と第２の被照射領域４２０の形状と一致する。そのため、図９（ａ）（ｂ）及び図１０（ａ）（ｂ）に示す、第１の被照射領域４１０、第２の被照射領域４２０に、Ｗ_Ｆ、Ｈ_ＦＬ、Ｈ_ＦＲ、Ｗ_Ｂ、Ｈ_ＢＬ、Ｈ_ＢＲを記している。

（算出例）
Ｗ_Ｅ／Ｂ＝１００［ｍｍ］、Ｈ_Ｅ／Ｂ＝５０［ｍｍ］、ｄ_Ｅ／Ｂ＝１０００［ｍｍ］、θ_Ｈ＝５［ｄｅｇ］、θ_Ｖ＝３［ｄｅｇ］、ｄ_Ｍ＝３０［ｍｍ］、θ_Ｍ＝３０［ｄｅｇ］として計算すると、結果は次の通りである。

（１）半透過平面ミラー４１の必要最小限のサイズ（つまり、第１の被照射領域４１０のサイズ）
・Ｗ_Ｆ＝２１６．４４［ｍｍ］
・Ｈ_ＦＬ＝１５９．６９［ｍｍ］
・Ｈ_ＦＲ＝１８２．２４［ｍｍ］

（２）平面ミラー４２の必要最小限のサイズ（つまり、第２の被照射領域４２０のサイズ）
・Ｗ_Ｂ＝１７６．２５［ｍｍ］
・Ｈ_ＢＬ＝１６１．４６［ｍｍ］
・Ｈ_ＢＲ＝１８１．４５［ｍｍ］

以上の算出例より、アイボックス２を適切に確保するには、半透過平面ミラー４１を第１の被照射領域４１０以上の大きさの台形に形成すればよく、平面ミラー４２を第２の被照射領域４２０以上の大きさの台形に形成すればよいことがわかる。

以上に説明したヘッドアップディスプレイ装置１００は、フロントガラス２０１（透明部材の一例）に向けて表示像Ｍ（像の一例）を表す表示光Ｌを出射し、フロントガラス２０１で反射した表示光Ｌによって表示像Ｍの虚像Ｖを表示するヘッドアップディスプレイ装置１００であって、表示像Ｍを表す表示光Ｌを出射する表示デバイス１０（表示手段の一例）と、表示デバイス１０が出射した表示光Ｌが入射し、入射した表示光Ｌの一部を反射させ一部を透過する半透過平面ミラー４１と、半透過平面ミラー４１と平行に配置され、半透過平面ミラー４１で反射した表示光Ｌが入射し、入射した表示光Ｌを半透過平面ミラー４１に向けて反射させる平面ミラー４２と、を備え、ヘッドアップディスプレイ装置１００がフロントガラス２０１に向けて出射する表示光Ｌは、半透過平面ミラー４１を透過した表示光Ｌであり、虚像Ｖの表示領域は矩形であり、半透過平面ミラー４１と平面ミラー４２の各々は、長さの異なる一組の対辺が互いに平行な台形状に形成されている。
このようにしたから、アイボックス２を確保しながらも、一対の平面ミラー４０を小型化にすることが可能であり、結果的に、ヘッドアップディスプレイ装置１００を小型化することが可能である。

また、半透過平面ミラー４１は、入射する表示光Ｌによって照らされる領域（第１の被照射領域４１０）の形状に概ね合わせた、長さの異なる一組の対辺が互いに平行な第１の台形状に形成されており、平面ミラー４２は、入射する表示光Ｌによって照らされる領域（第２の被照射領域４２０）の形状に概ね合わせた、長さの異なる一組の対辺が互いに平行な第２の台形状に形成されており、第１の台形の面積は、第２の台形の面積よりも大きい。

なお、半透過平面ミラー４１と平面ミラー４２との双方を台形状に形成せずとも、半透過平面ミラー４１と平面ミラー４２との一方を、長さの異なる一組の対辺が互いに平行な台形状に形成しても、従来に比べてヘッドアップディスプレイ装置１００の小型化が可能である。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。以下に変形の一例を示す。

表示デバイス１０は、液晶表示ディスプレイでなく、有機ＥＬ（Electroluminescence
）ディスプレイ、プロジェクション方式のディスプレイ等の他の方式のディスプレイであってもよい。

以上の説明では、フロントガラス２０１に虚像Ｖを投影する例を示したが、ヘッドアップディスプレイ装置１００専用のコンバイナ（透明部材の一例）に虚像Ｖを投影する構成としてもよい。

以上の説明では、ヘッドアップディスプレイ装置１００を車両２００に搭載する例を示したが、航空機、船舶、工作機械等の他の乗り物に搭載することもできる。

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。

１００… ヘッドアップディスプレイ装置
１０… 表示デバイス
１１… 光源
１２… 拡散板
１３… 液晶表示パネル
２０… 折り返しミラー
３０… コリメートレンズ
４０… 一対の平面ミラー
４１… 半透過平面ミラー
４２… 平面ミラー
５０… 曲面ミラー
６０… 筐体
７０… 制御部
２００… 車両
２０１… フロントガラス
４１０… 第１の被照射領域
４２０… 第２の被照射領域
１… ユーザの眼
２… アイボックス
３… 虚像の表示領域
４… 表示像の表示領域
５、６… 従来生じていた不要の領域
Ｍ… 表示像
Ｌ… 表示光
Ｖ… 虚像

Claims (3)

1. 透明部材に向けて像を表す表示光を出射し、前記透明部材で反射した表示光によって前記像の虚像を表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、
   前記像を表す表示光を出射する表示手段と、
   前記表示手段が出射した表示光が入射し、入射した表示光の一部を反射させ一部を透過する半透過平面ミラーと、
   前記半透過平面ミラーと平行に配置され、前記半透過平面ミラーで反射した表示光が入射し、入射した表示光を前記半透過平面ミラーに向けて反射させる平面ミラーと、を備え、
   前記ヘッドアップディスプレイ装置が前記透明部材に向けて出射する表示光は、前記半透過平面ミラーを透過した表示光であり、
   前記虚像の表示領域は矩形であり、前記半透過平面ミラーと前記平面ミラーとの少なくとも一方は、長さの異なる一組の対辺が互いに平行な台形状に形成されている、
   ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記半透過平面ミラーと前記平面ミラーとの少なくとも一方は、入射する表示光によって照らされる領域の形状に概ね合わせた、長さの異なる一組の対辺が互いに平行な台形状に形成されている、
   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. 前記半透過平面ミラーは、長さの異なる一組の対辺が互いに平行な第１の台形状に形成されており、
   前記平面ミラーは、長さの異なる一組の対辺が互いに平行な第２の台形状に形成されており、
   前記第１の台形の面積は、前記第２の台形の面積よりも大きい、
   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。