JP2017198800A - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】虚像の視認性が高いＨＵＤ装置を提供する。
【解決手段】ＨＵＤ装置１００は、車両１のインストルメントパネル２に搭載され、インストルメントパネル２の上面部２ａよりも上方に配置された凹面状の結像反射面４２を有するコンバイナ４０に、結像反射面４２にて反射される表示光を投射することにより、乗員に視認可能な虚像ＶＩを表示する。ＨＵＤ装置１００は、表示光を光束状に投射する投射器１０と、投射器１０からの表示光を結像反射面４２に向けて反射する導光反射面３２を有する導光ミラー３０と、を備える。導光反射面３２は、凸面状である。
【選択図】図１

Description

本発明は、乗員に視認可能な虚像を表示するヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤ装置を略称とする）に関する。

従来、乗員に視認可能な虚像を表示するＨＵＤ装置が知られている。特許文献１に記載のＨＵＤ装置は、投射器、導光ミラー、及び結像反射面を有するコンバイナを有している。投射器は、表示光を光束状に投射する。導光ミラーは、投射器からの表示光を結像反射面に向けて反射する平面状の導光反射面を有する。コンバイナの結像反射面は、導光ミラーからの表示光を反射する。

特開２０１４−２１５４５９号公報

さて、こうしたＨＵＤ装置を車両のインストルメントパネルに搭載する場合に、コンバイナのうち結像反射面をインストルメントパネルの上面部よりも上方に配置することが、虚像の視認性（例えば視線移動等）の観点から望まれている。

また、コンバイナの結像反射面における表示光の反射角が大きくなると、例えば上下非対称に虚像が歪んでしまう。このため、結像反射面における表示光の反射角増大を抑制すべきである。

しかしながら、特許文献１のような大きな体格の導光ミラーにおける結像反射面では、配置の自由度が低いため、反射角増大を抑制しつつ、上面部よりも上方に配置された結像反射面に向けて表示光を反射することが困難である。そこで、本発明者は、導光ミラーの体格を小さくすることを検討した。

具体的に、発明者は、コンバイナの結像反射面を、凹面状とし、その曲率半径を小さくすることで、当該結像反射面に入射する表示光の光束をコンパクトにまとめることができるので、導光ミラーの体格を小さくできるものと考えた。しかしながら、特許文献１のような平面状の導光反射面を有する導光ミラーを採用すると、例えば投射器を導光ミラーに近接して設置しなければならなくなる。投射器を導光ミラーに近接して設置すると、例えば導光反射面での反射後の光束が投射器と干渉する問題等が生じてしまい、虚像の視認性に影響してしまう。

本発明は、以上説明した問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、虚像の視認性が高いＨＵＤ装置を提供することにある。

本発明は、車両（１）のインストルメントパネル（２）に搭載され、インストルメントパネルの上面部（２ａ）よりも上方に配置された凹面状の結像反射面（４２）を有するコンバイナ（４０）に、結像反射面にて反射される表示光を投射することにより、乗員に視認可能な虚像（ＶＩ）を表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、
表示光を光束状に投射する投射器（１０）と、
投射器からの表示光を結像反射面に向けて反射する導光反射面（３２）を有する導光ミラー（３０）と、を備え、
導光反射面は、凸面状である。

このような発明によると、投射器から投射された表示光は、凸面状の導光反射面に反射され、凹面状の結像反射面へと向かう。故に、投射器を導光ミラーに近接させなくても、導光反射面から結像反射面へと向かう表示光の光束の拡がり角を大きく設定可能となる。すなわち、結像反射面に入射するまでの表示光の光束をコンパクトにまとめることができる。こうして、導光反射面のサイズを小さくしても、確実に導光ミラーが表示光を導光可能となる。導光ミラーの体格を抑制できるので、当該導光ミラーの配置の自由度が高まる。

したがって、インストルメントパネルに搭載されたＨＵＤ装置において、導光ミラーの導光反射面から、上面部より上方に配置された結像反射面に、表示光が導光される構成であっても、導光ミラーの体格抑制によって結像反射面における表示光の反射角増大を抑制可能な導光ミラーの配置を実現できる。反射角増大の抑制により、例えば上下非対称に発生する虚像の歪みを低減できる。以上により、虚像の視認性が高いＨＵＤ装置を提供することができる。

なお、括弧内の符号は、記載内容の理解を容易にすべく、後述する実施形態において対応する構成を例示するものに留まり、発明の内容を限定することを意図したものではない。

一実施形態におけるＨＵＤ装置の車両への搭載状態を示す模式図である。 一実施形態における投射器の構成を示す模式図である。 一実施形態における光学的開口部を、当該光学的開口部の法線方向に沿って見た模式図である。 図３のIV部を拡大して示す図である。 一実施形態のＨＵＤ装置による光学系を模式的に示す図である。 比較例のＨＵＤ装置による光学系を模式的に示す図である。 参考例のＨＵＤ装置による光学系を模式的に示す図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１に示すように、本発明の一実施形態によるＨＵＤ装置１００は、移動体の一種である車両１のインストルメントパネル２に搭載されている。ＨＵＤ装置１００は、投影部材としてのコンバイナ４０に表示光を投射し、当該表示光をコンバイナ４０の結像反射面４２にて反射させつつ車両１の室内に設けられた視認領域ＥＢに到達させる。これにより、ＨＵＤ装置１００は、乗員に視認可能な虚像ＶＩを表示する。すなわち、表示光が、車両１の室内において視認領域ＥＢ内に眼が位置する車両１の乗員により虚像ＶＩとして知覚される。そして、乗員は、虚像ＶＩとして表示される各種情報を認識することができる。虚像ＶＩとして表示される各種情報としては、例えば、車速、燃料残量等の車両状態値、又は道路情報、視界補助情報等の車両情報が挙げられる。

視認領域ＥＢは、ＨＵＤ装置１００により表示される虚像ＶＩが視認可能となる空間領域である。すなわち、乗員の眼が視認領域ＥＢ内であれば虚像ＶＩを視認することができ、乗員の眼が視認領域ＥＢから外れると、前者に比べて虚像ＶＩの視認が困難となる。

なお、本実施形態の以下の説明において、位置関係を示す上方又は下方の意義は、車両１が水平面ＨＰ上に位置する場合の当該水平面ＨＰからの高さの比較によって定められている。

このようなＨＵＤ装置１００の具体的構成を、以下に説明する。ＨＵＤ装置１００は、投射器１０、導光ミラー３０、及びコンバイナ４０を備えている。このうち投射器１０及び導光ミラー３０は、ＨＵＤ装置１００のハウジング５０内に収容されている。

投射器１０は、図２に示すように、光源部１２、集光部１４、及び光学的開口部２０を有し、例えば箱状のケーシング１０ａ（図１参照）にこれらを収容して形成されている。

光源部１２は、例えば発光ダイオード素子等の、複数の発光素子１２ａ（例えば３つ）を有している。複数の発光素子１２ａは、光源用回路基板１２ｂ上に配置され、当該光源用回路基板１２ｂ上の配線パターンを通じて、電源と接続されている。各発光素子１２ａは、通電により電流量に応じた発光量にて光を発する。より詳細には、各発光素子１２ａでは、例えば青色ダイオードを蛍光体で覆うことにより、疑似白色での発光が実現されている。

集光部１４は、光源部１２と光学的開口部２０との間に配置され、コンデンサレンズ１５及びフィールドレンズ１６を有している。コンデンサレンズ１５は、光源部１２とフィールドレンズ１６との間に配置され、合成樹脂ないしはガラス等により、透光性を有して形成されている。特に本実施形態のコンデンサレンズ１５は、複数の凸レンズ素子１５ａが発光素子１２ａの数及び配置に合わせて配列されたレンズアレイとなっている。コンデンサレンズ１５は、光源部１２側から入射した光を集光してフィールドレンズ１６側へ射出する。

フィールドレンズ１６は、コンデンサレンズ１５と光学的開口部２０との間に配置され、合成樹脂ないしはガラス等により、透光性を有して形成されている。特に本実施形態のフィールドレンズ１６は、平板状に形成されたフレネルレンズとなっている。フィールドレンズ１６は、コンデンサレンズ１５側から入射した光をさらに集光して光学的開口部２０側へ向けて射出する。

なお、集光部１４は、光源部１２が発した光を集光するものであれば、他の構成を採用することができる。例えば、集光部１４は、１つのレンズ又はミラーにより構成されていてもよく、上述の構成にレンズ、ミラー、拡散板、又はその他の光学素子を追加して構成されていてもよい。

光学的開口部２０は、光学的に開口することにより、光源部１２が発した光のうち一部を透過させて画像を形成し、当該画像を表示光として、光源部１２及び集光部１４とは反対側の導光ミラー３０へ向けて投射する。

具体的に、本実施形態の光学的開口部２０は、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor、ＴＦＴ）を用いたアクティブマトリクス方式の透過型液晶パネル１９によって形成されている。こうした光学的開口部２０では、図３，４に示すように、複数の液晶画素２２が２次元方向に配列されている。液晶画素２２の配列が全体として矩形状をなすことで、光学的開口部２０は、外輪郭を矩形状として、光学的に開口している。

また図４に詳細を示すように、各液晶画素２２では、光学的開口部２０の法線方向に貫通して設けられる開口領域２２ａと、開口領域２２ａを囲んで形成された配線領域２２ｂとが設けられている。

光学的開口部２０において、開口領域２２ａを含む部分では、一対の偏光板及び一対の偏光板に挟まれた液晶層等が積層されている。各偏光板は、所定方向に偏光した光を透過させ、所定方向と実質垂直な方向に偏光した光を吸収する性質を有している。一対の偏光板は、それぞれの所定方向を互いに実質直交して配置されている。液晶層は、液晶画素毎の電圧印加により、印加電圧に応じて液晶層に入射する光の偏光方向を回転させることが可能となっている。偏光方向の回転により後の偏光板を透過する光の割合、すなわち透過率を変えることができる。

集光部１４側から光学的開口部２０の液晶画素２２の配列に入射した光が液晶画素２２毎の光の透過率が制御される結果、画像が形成される。隣り合う液晶画素２２には、互いに異なる色（例えば赤、緑、及び青）のカラーフィルタが設けられており、これらの組み合わせにより、様々な色が再現されるようになっている。

このようにして投射器１０は、光学的開口部２０を通じて、表示光を光束状に投射するようになっている。投射器１０により投射された表示光は、導光ミラー３０に入射するようになっている。

導光ミラー３０は、図１に示すように、光学的開口部２０側からの表示光をコンバイナ４０へ導光するミラーであり、光学的開口部２０とコンバイナ４０との間の光路上に配置されている。特に本実施形態の導光ミラー３０は、インストルメントパネル２の上面部２ａよりも下方であって、当該上面部２ａに隣接する箇所に配置されている。導光ミラー３０は、合成樹脂ないしはガラス等からなる基材の表面に、導光反射面３２としてアルミニウムを蒸着させること等により形成されている。導光ミラー３０の導光反射面３２は、凸状に湾曲することで、滑らかな凸面状を呈している。光学的開口部２０側から入射した表示光は、導光反射面３２により反射される。反射された表示光は、上面部２ａよりも下方となる下方領域２ｃと、当該上面部２ａよりも上方となる上方領域２ｂとを連通するように開口する開口窓２ｄを通過して、コンバイナ４０の結像反射面４２に入射する。

コンバイナ４０は、合成樹脂ないしはガラス等により、例えばハウジング５０内から上方に向かって延伸する透光性の板状に形成されている。コンバイナ４０は、上面部２ａよりも上方であって、導光ミラー３０及び視認領域ＥＢと対向する側の表面に、結像反射面４２を配置形成している。結像反射面４２は、凹状に湾曲することで、滑らかな凹面状を呈している。導光反射面３２から入射した表示光は、結像反射面４２により、視認領域ＥＢへ向けて反射される。こうして視認領域ＥＢに到達した画像の表示光によって、乗員が虚像ＶＩを視認可能となるのである。

ここでコンバイナ４０は、ウインドシールド３よりも視認領域ＥＢ側に配置されている。したがって、乗員は、透光性のコンバイナ４０及びウインドシールド３を通して、道路、道路標識等を含む車外の景色を視認することができる。換言すると、視認される虚像ＶＩは、車外の景色と重畳表示されるのである。

このような重畳表示を可能とするＨＵＤ装置１００により構成される光学系について、図５を用いて以下に詳細に検討する。

以下では、図５に示す光学系の光路において、虚像ＶＩから視認領域ＥＢまでの間隔をＩｄ（ただし、虚像のためＩｄ＜０）とし、視認領域ＥＢから結像反射面４２までの間隔をＥｄ（ただし、Ｅｄ＞０）とし、結像反射面４２から導光反射面３２までの間隔をＬ３（ただし、Ｌ３＞０）とし、導光反射面３２から光学的開口部２０までの間隔をＬ４とする。

さらに、導光反射面３２の光学パワーをφ１（ただし、φ１＜０）とし、結像反射面４２の光学パワーをφ２（ただし、φ２＞０）とする。導光反射面３２の焦点距離はｆ１＝１／φ１であり、結像反射面４２の焦点距離はｆ２＝１／φ２である。結像反射面４２と導光反射面３２との合成焦点距離は正であるものとする。

加えて、虚像ＶＩのサイズの半値をＩｓとし、視認領域ＥＢのサイズの半値をＥｓとし、光学的開口部２０のサイズの半値をＯｓ（ただし、光学的開口部２０にて形成される画像が実像のためＯｓ＜０）とする。

本実施形態では、実質的に、光源部１２と視認領域ＥＢとが光学的に共役な関係となっている。各パラメータについて、視認領域ＥＢを、光源部１２と光学的に共役となる共役点ＣＰに置換した上で理解することが可能である。例えば、間隔Ｉｄは、共役点ＣＰと虚像ＶＩとの間隔として理解することが可能であり、視認領域ＥＢのサイズの半値Ｅｓは、共役点ＣＰにおける表示光（具体的に、投射器１０から投射された表示光全体）の光束半径として理解することが可能である。

こうした光学系について、視認領域ＥＢから光学的開口部２０側への逆光線追跡により、像近軸光線ＩＭＲの角度及び像近軸光線ＩＭＲの高さを順次求める。ここで像近軸光線ＩＭＲの角度とは、視認領域ＥＢの中心（例えば共役点ＣＰ）及び光学的開口部２０の中心を通る光線（以下、主光線ＰＲＲとする）に対して、視認領域ＥＢと結像反射面４２との間で視認領域ＥＢの端部と虚像ＶＩの中心とを結ぶ方向に沿う光線（以下、これを像近軸光線ＩＭＲ）が張る角度である。以下の説明では、像近軸光線ＩＭＲの角度は、ラジアンを単位として記載するものとする。像近軸光線ＩＭＲの高さとは、主光線ＰＲＲと垂直な方向に沿った、主光線ＰＲＲと像近軸光線ＩＭＲとの間隔である。

視認領域ＥＢと結像反射面４２との間では、像近軸光線ＩＭＲの角度は、−Ｅｓ／Ｉｄであり、これをＨＵＤ定数Ａと置く。結像反射面４２において、像近軸光線ＩＭＲの高さは、Ｅｓ＋Ｅｄ・（Ｅｓ／Ｉｄ）であり、これをＨＵＤ定数Ｂと置く。結像反射面４２と導光反射面３２との間では、像近軸光線ＩＭＲの角度は、Ａ＋Ｂ・φ２である。導光反射面３２において、像近軸光線ＩＭＲの高さは、Ｂ−Ｌ３・（Ａ＋Ｂ・φ２）である。導光反射面３２と光学的開口部２０との間では、像近軸光線ＩＭＲの角度は、（Ａ＋Ｂ・φ２）＋（Ｂ−Ｌ３・（Ａ＋Ｂ・φ２））・φ１である。

光学的開口部２０において、像近軸光線ＩＭＲの高さは、０であるので、間隔Ｌ４は、以下の数１に示される数式で表現できる。

光学的開口部２０を、光路上において、導光反射面３２と結像反射面４２との間に配置すべきではないので、Ｌ４＞０の条件を満たす必要がある。したがって、以下の数２に示される条件が導出される。

次に、視認領域ＥＢから光学的開口部２０側への逆光線追跡により、瞳近軸光線ＰＵＲの角度及び瞳近軸光線ＰＵＲの高さを順次求める。ここで瞳近軸光線ＰＵＲの角度とは、主光線ＰＲＲに対して、視認領域ＥＢと結像反射面４２との間で視認領域ＥＢの中心と虚像ＶＩの端部とを結ぶ方向に沿う光線（以下、これを瞳近軸光線ＰＵＲとする）が張る角度である。瞳近軸光線ＰＵＲの高さとは、主光線ＰＲＲと垂直な方向に沿った、主光線ＰＲＲと瞳近軸光線ＰＵＲとの間隔である。

視認領域ＥＢと結像反射面４２との間では、瞳近軸光線ＰＵＲの角度は、虚像ＶＩの半画角θに相当し、θ＝−Ｉｓ／Ｉｄであり、これをＨＵＤ定数Ｃと置く。結像反射面４２において瞳近軸光線ＰＵＲの高さは、−Ｅｄ・θであり、これをＨＵＤ定数Ｄと置く。結像反射面４２と導光反射面３２との間では、瞳近軸光線ＰＵＲの角度は、Ｃ＋Ｄ・φ２である。導光反射面３２において瞳近軸光線ＰＵＲの高さは、Ｄ−（Ｃ＋Ｄ・φ２）・Ｌ３である。導光反射面３２と光学的開口部２０との間では、瞳近軸光線ＰＵＲの高さは、（Ｃ＋Ｄ・φ２）＋｛Ｄ−（Ｃ＋Ｄ・φ２）・Ｌ３｝・φ１である。光学的開口部２０において、瞳近軸光線ＰＵＲの高さは、Ｄ−（Ｃ＋Ｄ・φ２）・Ｌ３−Ｌ４・［（Ｃ＋Ｄ・φ２）＋｛Ｄ−（Ｃ＋Ｄ・φ２）・Ｌ３｝・φ１］であり、これが光学的開口部２０のサイズの半値Ｏｓと一致することとなる。

この光学系において、光学的開口部２０から入射瞳の位置ＥＮＰまでの瞳距離Ｐｄは、瞳近軸光線ＰＵＲの高さが０となる距離を求めればよいので、以下の数３に示される数式で表現できる。

導光反射面３２のサイズを小さくするためには、入射瞳の位置ＥＮＰが光学的開口部２０よりも導光反射面３２側に存在することが好ましい。すなわち、Ｐｄ＜０となるので、以下の数４に示される条件が導出される。

数２に示される条件及び数４に示される条件が成立するように、ＨＵＤ装置１００の光学系を設計した結果を、以下の表１に詳細に示す。なお、前提条件として、虚像ＶＩの表示距離に対応する間隔Ｉｄを−１８００ｍｍとする。間隔Ｌ４は、大きくし過ぎると、ＨＵＤ装置１００の体格が大きくなり搭載し難くなるため、例えば１００〜１１０ｍｍの範囲となるようにしている。

表１の設計に対して、導光反射面３２を平面状に置き換えた導光反射面９３２が採用された比較例のＨＵＤ装置９００（図６を参照）の設計結果を、以下の表２に詳細に示す。

なお、表１，２の「焦点距離」の列において、「平面」とは、焦点距離が無限大とみなせること、又は、対応する「要素」において屈折作用及び反射作用が存在していないとみなせることを意味する。したがって、ＨＵＤ装置１００，９００において、表示される虚像ＶＩの像面湾曲の存在が否定されるものではない。

また、表１，２の「間隔」の列では、同じ行の要素と当該要素の１行下の要素との間隔が示されており、表１，２の「光線角度」の列では、同じ行の要素と当該要素の１行下の要素との間における像近軸光線ＩＭＲの角度が示されている。表１，２の「光線高さ」の列では、同じ行の要素における像近軸光線ＩＭＲの高さが示されている。

表１に示される設計結果と表２に示される設計結果とを比較すると、比較例における導光反射面９３２における「光線高さ」は１１．９３５２ｍｍであるのに対し、本実施形態における導光反射面３２の「光線高さ」は８．２６８９４ｍｍである。すなわち、比較例に対して本実施形態では、虚像ＶＩの結像に寄与する光束状の表示光の拡がりが小さくなっている。したがって、導光反射面３２のサイズを小さくすることが可能となる。

また、結像反射面４２の「焦点距離」は、比較例では２３５ｍｍであるのに対し、本実施形態では１６６ｍｍである。一方、表１，２に示されていないが、虚像倍率は、比較例では５．３６１７０２であるのに対し、本実施形態では３．５２６６３６である。したがって、本実施形態では、結像反射面４２の焦点距離が比較例よりも短く設定されているにも関わらず、虚像倍率が比較例よりも小さくなっているので、虚像ＶＩの解像度を高めることに成功している。

なお、図５，６は、光学系を模式的に示すものであって、各要素２０，３２，９３２，４２の形状、寸法関係、各光線ＰＲＲ，ＩＭＲ，ＰＵＲの方向、反射の角度、入射瞳の位置ＥＮＰの位置等は、必ずしも正確ではない。また、図５では、瞳距離Ｐｄを図示するため、便宜的に、光学的開口部２０からの主光線ＰＲＲの延長線上に入射瞳の位置ＥＮＰを示している。

（作用効果）
以上説明した本実施形態の作用効果を以下に説明する。

本実施形態によると、投射器１０から投射された表示光は、凸面状の導光反射面３２に反射され、凹面状の結像反射面４２へと向かう。故に、投射器１０を導光ミラー３０に近接させなくても、導光反射面３２から結像反射面４２へと向かう表示光の光束の拡がり角を大きく設定可能となる。すなわち、結像反射面４２に入射するまでの表示光の光束をコンパクトにまとめることができる。こうして、導光反射面３２のサイズを小さくしても、確実に導光ミラー３０が表示光を導光可能となる。導光ミラー３０の体格を抑制できるので、当該導光ミラー３０の配置の自由度が高まる。

したがって、インストルメントパネル２に搭載されたＨＵＤ装置１００において、導光ミラー３０の導光反射面３２から、上面部２ａより上方に配置された結像反射面４２に、表示光が導光される構成であっても、導光ミラー３０の体格抑制によって結像反射面４２における表示光の反射角増大を抑制可能な導光ミラー３０の配置を実現できる。反射角増大の抑制により、例えば上下非対称に発生する虚像ＶＩの歪みを低減できる。以上により、虚像ＶＩの視認性が高いＨＵＤ装置１００を提供することができる。

本実施形態によると、結像反射面４２と導光反射面３２との合成焦点距離は、正である。したがって、凸面状の導光反射面３２と凹面状の結像反射面４２との組み合わせにより、像面湾曲を抑制しつつ、虚像ＶＩの拡大を実現することができる。

本実施形態によると、凸面状の導光反射面３２を有する導光ミラー３０が体格を抑制可能な状態で、上面部２ａよりも下方に配置されることで、結像反射面４２における表示光の反射角増大を抑制しつつも、車両１の乗員が導光ミラー３０の存在を認識し難くなるため、車両１の見栄えを高めることができる。

本実施形態によると、数２に示される条件が成立するので、投射器１０を導光反射面３２と結像反射面４２との間の光路上から外れた箇所に配置することができる。

本実施形態によると、数４に示される条件が成立するので、ＨＵＤ装置１００の光学系における入射瞳の位置ＥＮＰを投射器１０よりも導光反射面３２側に配置させることができる。したがって、虚像ＶＩの視認に有効な光線を導光反射面３２の狭い範囲に集めることができるので、導光ミラー３０の体格抑制効果を高めることができる。

（参考例）
数２に示される条件及び数４に示される条件を成立させつつ、表１の設計に対して、導光反射面３２を凹面状に置き換えた導光反射面８３２が採用された参考例のＨＵＤ装置８００（図７を参照）の設計結果を、以下の表３に詳細に示す。

表３に示される設計結果によれば、導光反射面８３２の焦点距離は、ｆ１＝１４ｍｍと極めて小さくなっている。これは、ＨＵＤ装置８００の光学系における入射瞳の位置ＥＮＰの位置が導光反射面８３２の近傍に位置するからである。すなわち、表３の光学系は、表示光が導光反射面８３２の近傍で実像として結像した後、結像反射面４２での反射を用いて虚像ＶＩとして所定位置（例えば間隔Ｉｄ＝−１８００ｍｍとなる位置）に表示する光学系となる。結像反射面４２よりも遠くに表示される虚像ＶＩを成立させるためには、Ｌ３＞ｆ１の条件が必要であり、導光反射面８３２の焦点距離を小さくせざるを得ないのである。

こうした導光反射面８３２では、製造誤差による焦点距離のばらつきが大きいため、虚像ＶＩの質が安定しなくなる。したがって、表１のように、凸面状の導光反射面３２を採用することがより好適である。

なお、図７は、光学系を模式的に示すものであって、各要素２０，８３２，４２の形状、寸法関係、光線の方向、反射の角度、入射瞳の位置ＥＮＰ等は、必ずしも正確ではない。

（他の実施形態）
本発明は、当該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に適用することができる。

具体的に変形例１としては、導光ミラー３０は、全体が上面部２ａよりも下方に配置されていなくてもよい。例えば、導光ミラー３０の一部が上面部２ａから上方へはみ出して配置されていてもよい。

変形例２としては、結像反射面４２を有するコンバイナ４０は、着色等により、半透光性を有するものであってもよく、透光性を有しないものであってもよい。

変形例３としては、結像反射面４２を有するコンバイナ４０は、ＨＵＤ装置１００とは別体に設けられていてもよい。

変形例４としては、光学的開口部２０は、主光線ＰＲＲに対して法線方向を傾斜させた状態で配置されていてもよい。

１００ ＨＵＤ装置、１ 車両、２ インストルメントパネル、１０ 投射器、１２ 光源部、２０ 光学的開口部、３０ 導光ミラー、３２ 導光反射面、４０ コンバイナ、４２ 結像反射面、ＶＩ 虚像、ＣＰ 共役点

Claims (5)

1. 車両（１）のインストルメントパネル（２）に搭載され、前記インストルメントパネルの上面部（２ａ）よりも上方に配置された凹面状の結像反射面（４２）を有するコンバイナ（４０）に、前記結像反射面にて反射される表示光を投射することにより、乗員に視認可能な虚像（ＶＩ）を表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、
   前記表示光を光束状に投射する投射器（１０）と、
   前記投射器からの前記表示光を前記結像反射面に向けて反射する導光反射面（３２）を有する導光ミラー（３０）と、を備え、
   前記導光反射面は、凸面状であるヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記結像反射面と前記導光反射面との合成焦点距離は、正である請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
3. 前記導光ミラーは、前記上面部よりも下方に配置されている請求項１又は２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
4. 前記投射器は、
   光を発する光源部（１２）と、
   光学的に開口することにより、前記光源部が発した光を通過させて画像を形成し、前記画像を前記表示光として投射する光学的開口部（２０）と、を有し、
   前記導光反射面の光学パワーをφ１と、前記結像反射面の光学パワーをφ２と、それぞれ定義し、
   前記結像反射面と前記導光反射面との間隔をＬ３と定義し、
   前記光源部と光学的に共役となる共役点（ＣＰ）と、前記共役点から視認される前記虚像との間隔を、０より小さい値としてＩｄと定義し、
   前記共役点における前記表示光の光束半径をＥｓと定義し、
   −Ｅｓ／ＩｄをＡとおき、Ｅｓ＋Ｅｄ・（Ｅｓ／Ｉｄ）をＢとおくと、
   

   

   が成立する請求項１から３のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
5. 前記導光反射面と前記光学的開口部との間隔をＬ４と定義し、
   前記虚像の半画角をθと定義し、
   θをＣとおき、−Ｅｄ・θをＤとおくと、
   

   

   が成立する請求項４に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

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