JP2018022102A

JP2018022102A - ヘッドアップディスプレイ装置

Info

Publication number: JP2018022102A
Application number: JP2016154692A
Authority: JP
Inventors: 潤也横江; Junya Yokoe; 孝啓南原; Takahiro Nambara
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-08-05
Filing date: 2016-08-05
Publication date: 2018-02-08
Anticipated expiration: 2036-08-05
Also published as: EP3495869A1; US11002962B2; WO2018025518A1; CN109416471B; EP3495869A4; CN109416471A; JP6604287B2; US20190162961A1

Abstract

【課題】虚像の表示品位を保ちつつ、外光からの耐性をより高めたＨＵＤ装置を提供する。
【解決手段】ＨＵＤ装置１００は、ウインドシールド３へ表示光を投影することにより虚像表示する。ＨＵＤ装置１００は、画像を可視領域の複数の波長を含む表示光として投射する表示光投射部１０と、表示光投射部１０からの表示光をウインドシールド３側へ導光する導光部３０と、を備える。導光部３０は、光学多層膜４４を用いて表示光を透過させると共に、外光を遮光可能な多層膜フィルタ部４０を有する。ＸＹＺ表色系において、等色関数Ｚの値が最大となる波長λｚｍと等色関数Ｙの値が最大となる波長λｙｍとの間の波長領域を第１波長領域ＷＲ１と、等色関数Ｙの値が最大となる波長と等色関数Ｘの値が最大となる波長λｘｍとの間の波長領域を第２波長領域ＷＲ２と定義する。第１波長領域における最小透過率は、第２波長領域における最小透過率よりも小さい。
【選択図】図２

Description

本発明は、移動体に搭載され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、移動体に搭載され、投影窓を通じて投影部材へ表示光を投影することにより、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に開示のＨＵＤ装置は、表示光投射部及び導光部を備えている。表示光投射部は、画像を表示光として投射する。導光部は、表示光投射部からの表示光を投影部材側へ導光する。ここで、導光部は、表示光を透過させると共に、投影窓から入射する太陽光等の外光を遮光可能なホットミラーを有している。

特開２００７−６５０１１号公報

特許文献１に採用されているような一般的なホットミラーでは、可視領域の全域において、高い透過率が実現されている。こうした透過率特性では、表示光の透過という点では、可視領域のうち特定波長領域が減衰する可能性が少なく、虚像の表示品位が低下する懸念は少ない。しかし逆に言えば、可視領域の全域において、外光がホットミラーを透過してしまう。したがって、ホットミラーによる外光の遮光性能は十分とは言えず、当該ホットミラーを透過した光が表示光投射部に到達して熱に変換され、当該熱の影響により表示光投射部が損傷してＨＵＤ装置の寿命が低下することが懸念されている。

そこで、本発明者らは、虚像の表示品位を保ちつつ、外光からの耐性をより高めたＨＵＤ装置について、詳細な検討を行なった。そして、本発明者らは、表示光を透過させると共に、外光を遮光可能なフィルタ部であって、光学多層膜を用いることによりＸＹＺ表色系における等色関数Ｘ，Ｙ，Ｚを考慮して透過率を設定した多層膜フィルタ部を、導光部に設けることを着想した。

具体的に、等色関数Ｚの値が最大となる波長と等色関数Ｙの値が最大となる波長との間の波長領域である第１波長領域と、等色関数Ｙの値が最大となる波長と等色関数Ｘの値が最大となる波長との間の波長領域である第２波長領域とを、比較する。この比較の結果により、第１波長領域における虚像の輝度への影響度及び虚像の色度への影響度は、共に、第２波長領域よりも相対的に小さくなる傾向が存在することが見出された。発明者らは、この傾向を利用して、上述の性能が実現可能であることを見出したのである。

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、虚像の表示品位を保ちつつ、外光からの耐性をより高めたＨＵＤ装置を提供することにある。

開示される発明のひとつは、移動体（１）に搭載され、投影窓（２ａ）を通じて投影部材（３）へ表示光を投影することにより、乗員により視認可能に虚像表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、
画像を可視領域の複数の波長を含む表示光として投射する表示光投射部（１０）と、
表示光投射部からの表示光を投影部材側へ導光する導光部（３０）と、を備え、
導光部は、光学多層膜（４４）を用いて表示光を透過させると共に、投影窓から入射した外光を遮光可能な多層膜フィルタ部（４０）を有し、
ＸＹＺ表色系において、等色関数Ｚの値が最大となる波長（λｚｍ）と等色関数Ｙの値が最大となる波長（λｙｍ）との間の波長領域を第１波長領域（ＷＲ１）と、等色関数Ｙの値が最大となる波長と等色関数Ｘの値が最大となる波長（λｘｍ）との間の波長領域を第２波長領域（ＷＲ２）と定義し、
表示光に対する多層膜フィルタ部の透過率であって、対象となる波長領域の各波長の透過率のうち最小値をとる透過率を最小透過率と定義すると、
第１波長領域における最小透過率は、第２波長領域における最小透過率よりも小さい。

このような発明によると、多層膜フィルタ部の最小透過率は、第１波長領域において第２波長領域よりも小さい。このようにすると、虚像への影響度が相対的に大きい第２波長領域では、最小透過率が大きいため、表示光が多層膜フィルタ部を透過し易いので、投影部材への投影により、第２波長領域の表示光の多くを虚像の表示に寄与させることができる。一方、第１波長領域では、最小透過率が小さいため、表示光が多層膜フィルタ部を透過して投影部材側へ導光され難くなるが、虚像への影響度が相対的に小さくて済む。そして、太陽光等の外光のうち第１波長領域の光が、投影窓を通じてＨＵＤ装置内部に入射しても、多層膜フィルタ部を透過し難いので、当該光が表示光投射部まで到達し、当該表示光投射部が熱により損傷することが抑制される。以上により、ＸＹＺ表色系における等色関数Ｘ，Ｙ，Ｚを考慮した透過率特性の多層膜フィルタ部が採用された結果として、虚像の表示品位を保ちつつ、外光からの耐性をより高めたＨＵＤ装置を提供することができるのである。

また、開示される発明の他のひとつは、移動体（１）に搭載され、投影窓（２ａ）を通じて投影部材（３）へ表示光を投影することにより、乗員により視認可能に虚像表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、
画像を可視領域の複数の波長を含む表示光として投射する表示光投射部（１０）と、
表示光投射部からの表示光を投影部材側へ導光する導光部（３０）と、を備え、
導光部は、光学多層膜（４４）を用いて表示光を透過させると共に、投影窓から入射した外光を遮光可能な多層膜フィルタ部（４０）を有し、
ＸＹＺ表色系において、等色関数Ｚの値が最大となる波長（λｚｍ）と等色関数Ｙの値が最大となる波長（λｙｍ）とのちょうど中間となる波長を第１中間波長（λｍ１）と、等色関数Ｙの値が最大となる波長と等色関数Ｘの値が最大となる波長（λｚｍ）とのちょうど中間となる波長を第２中間波長（λｍ２）と定義すると、
表示光に対する多層膜フィルタ部の透過率について、第１中間波長における透過率は、第２中間波長における透過率よりも小さい。

このような発明によると、多層膜フィルタ部の透過率は、第１中間波長において第２中間波長よりも小さい。このようにすると、虚像への影響度が相対的に大きい第２中間波長の近傍では、透過率が大きいため、表示光が多層膜フィルタ部を透過しやすいので、投影部材への投影により、第２中間波長の近傍波長の表示光の多くを虚像の表示に寄与させることができる。一方、第１中間波長の近傍では、透過率が小さいため、表示光が多層膜フィルタ部を透過して投影部材へ導光され難くなるが、虚像への影響度が相対的に小さくて済む。そして、太陽光等の外光のうち第１中間波長の近傍波長の光が、投影窓を通じてＨＵＤ装置内部に入射しても、多層膜フィルタ部を透過し難いので、当該光が表示光投射部まで到達し、当該表示光投射部が熱により損傷することが抑制される。以上により、ＸＹＺ表色系における等色関数Ｘ，Ｙ，Ｚを考慮した透過率特性の多層膜フィルタ部が採用された結果として、虚像の表示品位を保ちつつ、外光からの耐性をより高めたＨＵＤ装置を提供することができるのである。

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図である。一実施形態におけるＨＵＤ装置の概略構成を示す図である。一実施形態における表示光投射部を示す図である。一実施形態における表示光投射部を導光部側から見た図である。図４のV部を拡大して示す図である。図５のVI−VI線断面図である。一実施形態における表示光投射部から投射された直後の表示光のスペクトルを示すグラフである。太陽光のスペクトルを示すグラフである。ＸＹＺ表色系における等色関数Ｙを示すグラフである。ＸＹＺ表色系における等色関数Ｘ、等色関数Ｙ及び等色関数Ｚを示すグラフである。一実施形態における表示光について、輝度への影響度の波長依存性を示すグラフである。一実施形態における表示光について、色度への影響度の波長依存性を示すグラフである。一実施形態における傾斜配置フィルタを説明するための図である。一実施形態における多層膜フィルタ部の透過率特性を示すグラフである。変形例３のうち一例における図１４に対応するグラフである。変形例３のうち他の一例における図１４に対応するグラフである。変形例３のうち他の一例における図１４に対応するグラフである。変形例４のうち他の一例における図１４に対応するグラフである。

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に搭載され、インストルメントパネル２内に収容されている。ＨＵＤ装置１００は、インストルメントパネル２の上面部に設けられた投影窓２ａを通じて、車両１の投影部材としてのウインドシールド３へ表示光を投影する。表示光がウインドシールド３に反射されることで、ＨＵＤ装置１００は、画像を車両１の乗員により視認可能に虚像表示する。すなわち、ウインドシールド３に反射される表示光が車両１の室内において設定された視認領域ＥＢに到達し、当該視認領域ＥＢにアイポイントＥＰが位置する乗員が当該表示光を虚像ＶＩとして知覚する。そして、乗員は、虚像ＶＩにより各種情報を認識することができる。画像として虚像表示される各種情報としては、車速、燃料残量等の車両１の状態、又は、道路情報、視界補助情報等のナビゲーション情報が挙げられる。

車両１のウインドシールド３は、透光性のガラスないしは合成樹脂により板状に形成されている。ウインドシールド３は、表示光が投影される投影面３ａを滑らかな凹面状又は平面状に形成している。なお、投影部材として、ウインドシールド３の代わりに、車両１と別体となっているコンバイナを車両１内に設置して、当該コンバイナに画像を投影するものであってもよい。また、ＨＵＤ装置１００自体が投影部材としてのコンバイナを備えていてもよい。

視認領域ＥＢは、ＨＵＤ装置１００により表示される虚像ＶＩが明瞭に視認可能となる領域である。通常、視認領域ＥＢは、車両１に設定されたアイリプスと重なるように設けられる。アイリプスは、乗員としての運転者のアイポイントの分布を統計的に表したアイレンジに基づいて、設定されている（詳細は、ＪＩＳＤ００２１：１９９８参照）。

このようなＨＵＤ装置１００の具体的構成を、図２に基づいて、以下に説明する。ＨＵＤ装置１００は、表示光投射部１０及び導光部３０を備えている。表示光投射部１０及び導光部３０は、ＨＵＤ装置１００のハウジング５０内に収容されている。

表示光投射部１０は、図２，３に示すように、光源１２、コンデンサレンズ１４、フィールドレンズ１６及び液晶パネル２０を有し、例えば箱状のケーシング１０ａにこれらを収容して形成されている。

光源１２は、例えば複数の発光素子１２ａの配列により構成されている。本実施形態における発光素子１２ａは、光源用回路基板１２ｂ上に配置され、電源と接続されている発光ダイオード素子である。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、例えば青色発光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。本実施形態では、発光素子１２ａは３つ設けられている。

コンデンサレンズ１４及びフィールドレンズ１６は、光源１２と液晶パネル２０との間に配置されている。コンデンサレンズ１４は、例えば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１４は、複数の凸レンズ素子１４ａ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１４は、光源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１４と液晶パネル２０との間に配置され、例えば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１４側から入射した光をさらに集光して液晶パネル２０側へ向けて射出する。

本実施形態の液晶パネル２０は、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor、ＴＦＴ）を用いた液晶パネルであって、例えば２方向に配列された複数の液晶画素２１から形成されたアクティブマトリクス型の液晶パネルである。

具体的に図４に示すように、液晶パネル２０は、長手方向及び短手方向を有する矩形状を呈している。図５に示すように、液晶画素２１が長手方向及び短手方向に配列されることで、導光部３０側において画像を表示光として射出する表示面２０ａもまた矩形状を呈している。各液晶画素２１では、表示面２０ａの法線方向に貫通して設けられる透過部２２と、当該透過部２２を囲んで形成された配線部２３とが設けられている。

液晶パネル２０は、図６に示すように、一対の偏光板２５ａ，２５ｂ及び一対の偏光板２５ａに挟まれた液晶層２７等が積層されて形成されていることで、平板状を呈している。各偏光板２５ａ，２５ｂは、透過軸２６ａと当該透過軸２６ａと直交する吸収軸２６ｂを有している。各偏光板２５ａ，２５ｂは、透過軸２６ａの方向に偏光した光を透過させ、吸収軸２６ｂの方向に偏光した光を吸収する性質を有しており、一対の偏光板２５ａ，２５ｂは、当該透過軸２６ａの方向を互いに直交させて配置されている。液晶層２７は、液晶画素２１毎の電圧印加により、印加電圧に応じて液晶層２７を透過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、導光部３０側の偏光板２５ｂを透過する光の割合、すなわち透過率を随時変えることができる。

したがって、液晶パネル２０は、光源１２側の表面である照明対象面２０ｂへのフィールドレンズ１６からの光の入射に対して、液晶画素２１毎の透過率を制御する。すなわち、液晶パネル２０は、光源１２側からの照明に応じた画像を形成して、表示光として射出可能となっている。本実施形態において表示光は、導光部３０側の偏光板２５ｂの透過軸２６ａが長手方向に沿っていることにより、液晶パネル２０の長手方向に沿った偏光方向に偏光した直線偏光として投射される。

隣り合う液晶画素２１には、図５に示すように、互いに異なる色（例えば、赤、緑及び青）のカラーフィルタ２４ｒ，２４ｇ，２４ｂが設けられており、これらの組み合わせにより、様々な色が実現されるようになっている。

液晶パネル２０によって、表示光投射部１０は、画像を、光源１２の発光スペクトル及びカラーフィルタ２４ｒ，２４ｇ，２４ｂの透過率特性に応じたスペクトルをもつ表示光として投射可能となっている。図７には、本実施形態において、全ての液晶画素２１の透過率を性能上最大とした場合の表示光投射部１０により投射される表示光のスペクトルが示されている。可視領域（例えば３８０〜７８０ｎｍ）に複数の波長を含む表示光のスペクトルは、各カラーフィルタ２４ｒ，２４ｇ，２４ｂの特性に対応して、約４５０ｎｍ、約３５０ｎｍ及び約６００ｎｍに極大値を有し、約５００ｎｍ及び約５８０ｎｍに極小値を有する。

こうした表示光投射部１０により、液晶パネル２０の表示面２０ａから投射された表示光は、導光部３０に入射するようになっている。

導光部３０は、図２に示すように、表示光投射部１０からの表示光をウインドシールド３側へ導光する光学系であり、表示光が視認領域ＥＢに到達するまでの光路ＯＰの一部を構成している。導光部３０は、多層膜フィルタ部４０及び導光ミラー部３１を有している。

本実施形態の多層膜フィルタ部４０は、表示光の光路ＯＰ上において、導光部３０の各ミラー３２，３３よりも表示光投射部１０側に配置されている。多層膜フィルタ部４０は、光学多層膜４４を用いて表示光を透過させるようになっている。多層膜フィルタ部４０を透過した表示光は、導光ミラー部３１に入射するようになっている。

導光ミラー部３１は、平面ミラー３２及び凹面ミラー３３を有している。平面ミラー３２は、表示光の光路ＯＰ上において、凹面ミラー３３よりも表示光投射部１０側に配置されている。平面ミラー３２は、例えば合成樹脂ないしはガラス等からなる基材の表面に反射面３２ａ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。反射面３２ａは、滑らかな平面状に形成されている。光路ＯＰにおいて表示光投射部１０側から平面ミラー３２に入射した表示光は、反射面３２ａにより、ウインドシールド３側の凹面ミラー３３へ向けて反射される。

凹面ミラー３３は、光路ＯＰ上において、平面ミラー３２よりもウインドシールド３側に配置されている。凹面ミラー３３は、例えば合成樹脂ないしはガラス等からなる基材の表面に反射面３３ａ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。反射面３３ａは、凹面ミラー３３の中心が凹む凹状に湾曲することで、滑らかな凹面状に形成されている。光路ＯＰにおいて表示光投射部１０側の平面ミラー３２から凹面ミラー３３に入射した表示光は、反射面３３ａにより、投影窓２ａを通じてウインドシールド３へ向けて反射される。詳細に、凹面状の反射面３３ａにより、凹面ミラー３３は、表示光投射部１０における表示面２０ａの画像のサイズに対して、乗員により視認される虚像ＶＩのサイズを拡大する機能を有する。

また、凹面ミラー３３は、ステッピングモータと連結された連結軸まわりに回転可能となっており、回転により反射面３３ａの向きが変わることで、虚像ＶＩの位置を上下移動させることができるようになっている。

ここで本実施形態において、導光部３０により構成され得る光軸ＯＡは、表示光投射部１０の表示面２０ａの中心と、各ミラー３２，３３の反射面３２ａ，３３ａにおける中心とを通る光線の経路とする。

ハウジング５０において投影窓２ａに対応する箇所には、導光部３０の一構成部材として、透光性の防塵カバー５２が配置されている。したがって、凹面ミラー３３からの表示光は、防塵カバー５２を透過して、ウインドシールド３へ投影される。こうしてウインドシールド３に反射された表示光が視認領域ＥＢに到達することで、虚像ＶＩを乗員が視認可能となるのである。

このようなＨＵＤ装置１００を搭載した車両１では、例えば太陽光等の外光がウインドシールド３を透過した後、さらに投影窓２ａを通じてＨＵＤ装置１００内部に入射し得る。投影窓２ａからＨＵＤ装置１００内部に入射した光の一部は、表示光の進行とは光路ＯＰを逆行するように、導光部３０において凹面ミラー３３に反射された後、さらに平面ミラー３２に反射され、多層膜フィルタ部４０に入射する。図８には、多層膜フィルタ部４０に入射し得る外光として、太陽光のスペクトルが示されている。太陽光のスペクトルは、図７の表示光のスペクトルに対して、波長依存性は小さく、可視領域（例えば３８０〜７８０ｎｍ）及び赤外領域（例えば７８０〜１０８０ｎｍ）において広くなだらかに分布していると言える。

このような太陽光の多くを、多層膜フィルタ部４０が表示光投射部１０側へ透過するような特性を有していると、太陽光が表示光投射部１０へ到達する光量が増大してしまう。表示光投射部１０へ到達した太陽光は、例えば熱に変換されることで表示光投射部１０にダメージを与え、表示光投射部１０の寿命を縮めることとなる。すなわち、多層膜フィルタ部４０は、太陽光の透過率が小さい特性であることが望まれる。

一方、多層膜フィルタ部４０は、表示光を透過する機能も有しているから、表示品位が高い状態で表示光により虚像ＶＩが表示されることが望まれる。

ここで、図７のスペクトルを有する表示光において、各波長が輝度や色度に及ぼす影響度について説明する。以下の説明におけるＸＹＺ表色系としては、ＣＩＥ１９３１表色系が適用されるものとする。ただし、アイポイントＥＰから虚像ＶＩまでの距離が非常に近くなる場合等、ＣＩＥ１９３１表色系の適用が明らかに不当となる特別の事情がある場合には、ＣＩＥ１９３１表色系の適用に代えて、ＣＩＥ１９６４表色系が適用されるものとする。また、各表色系の詳細は、ＩＳＯ１１６６４−１：２００７を参照することができる。

さらに以下の説明のために、上述のＸＹＺ表色系において、図９，１０に示すように、等色関数Ｚの値が最大となる波長λｚｍと等色関数Ｙの値が最大となる波長λｙｍとの間の波長領域を第１波長領域ＷＲ１と定義し、等色関数Ｙの値が最大となる波長λｙｍと等色関数Ｘの値が最大となる波長λｘｍとの間の波長領域を第２波長領域ＷＲ２と定義する。ＣＩＥ１９３１表色系では、波長λｘｍは５９９ｎｍであり、波長λｙｍは５５５ｎｍであり、波長λｚｍは４４６ｎｍである。したがって、実質的に、第１波長領域ＷＲ１は４４６〜５５５ｎｍの範囲に対応し、第２波長領域ＷＲ２は５５５〜５９９ｎｍの範囲に対応する。

さらに、等色関数Ｚの値が最大となる波長λｚｍと等色関数Ｙの値が最大となる波長λｙｍとのちょうど中間となる波長を第１中間波長λｍ１と定義し、等色関数Ｙの値が最大となる波長λｙｍと等色関数Ｘの値が最大となる波長λｘｍとのちょうど中間となる波長を第２中間波長λｍ２と定義する。ＣＩＥ１９３１表色系では、第１中間波長λｍ１は約５００ｎｍであり、第２中間波長λｍ２は約５８０ｎｍである。

本実施形態の表示光における各波長の輝度への影響度は、図９の等色関数Ｙと、図７の当該表示光のスペクトルとを掛け合わせて、図１１のように表すことができる。ここで表示光は、第１波長領域ＷＲ１及び第２波長領域ＷＲ２の波長を含んでいるので、図１１において各領域ＷＲ１，ＷＲ２における影響度は当然０とはならない。具体的に図１１によれば、影響度が最も高い約５５０ｎｍから第１波長領域ＷＲ１側は、漸次影響度が低下するのに対し、第２波長領域ＷＲ２側は、全域に亘って０．５以上の影響度が維持されている。したがって、第１波長領域ＷＲ１は、第２波長領域ＷＲ２よりも輝度への影響度が小さいと言える。また、第１中間波長λｍ１の影響度は約０．１であり、第２中間波長λｍ２の影響度は約０．７である。したがって、第１中間波長λｍ１は、第２中間波長λｍ２よりも輝度への影響度が小さいと言える。

本実施形態の表示光における各波長の色度への影響度は、図１０の等色関数Ｘ、等色関数Ｙ及び等色関数Ｚと、図８の当該表示光のスペクトルとを掛け合わせて、図１２のように表すことができる。図１２によれば、第１波長領域ＷＲ１には、影響度が０．２以下となる領域があるのに対し、第２波長領域ＷＲ２は、全域に亘って０．３以上の影響度となっている。したがって、第１波長領域ＷＲ１は、第２波長領域ＷＲ２よりも色度への影響度が小さいと言える。また、第１中間波長λｍ１の影響度は約０．１であり、第２中間波長λｍ２の影響度は約０．３である。したがって、第１中間波長λｍ１は、第２中間波長λｍ２よりも色度への影響度が小さいと言える。

太陽光を多層膜フィルタ部４０によって遮光することを優先して、影響度が大きな波長領域の透過率が小さく設定されると、表示光のうち当該波長領域の光も多層膜フィルタ部４０によって遮光されてしまう。表示光のうち影響度が大きな波長領域の光が遮光されると、虚像ＶＩの表示品位への影響は大きい。具体的に、表示光のうち輝度の影響度が大きな波長領域の光が遮光されると虚像ＶＩの輝度は大きく低下し、また、表示光のうち色度の影響度が大きな波長領域の光が遮光されると虚像ＶＩの色度は大きく変質する。

一方、影響度が小さな波長領域の透過率が小さく設定されても、虚像ＶＩの表示品位への影響は小さい。こうした波長領域では、太陽光を遮光することを優先しても問題は少ない。従って、多層膜フィルタ部４０の透過率について、第１波長領域ＷＲ１の透過率を第２波長領域ＷＲ２の透過率よりも小さく設定することが好ましい。同様に、第１中間波長λｍ１の反射率を第２中間波長λｍ２の反射率よりも小さく設定することが好ましい。

こうした輝度への影響度及び色度への影響度を考慮しつつ、本実施形態の多層膜フィルタ部４０は、投影窓２ａから入射した外光のうち少なくとも一部を遮光可能に構成されている。具体的に本実施形態の多層膜フィルタ部４０は、単数の傾斜配置フィルタ４２を有している。

傾斜配置フィルタ４２は、図２に示すように、透光性基板４３及び光学多層膜４４を有している。透光性基板４３は、例えば合成樹脂ないしはガラス等により、透光性を有する平板状に形成されている。透光性基板４３は、実質的に無色透明であり、可視領域の全領域に亘って透過率が大きなものとなっている。

光学多層膜４４は、傾斜配置フィルタ４２の表面４２ａ，４２ｂのうち、例えば表示光投射部１０側の表面４２ａに形成されている。光学多層膜４４は、２種類以上の互いに屈折率の異なる光学材料からなる薄膜を、表面４２ａの法線方向ＮＤに沿って積層して形成されている。薄膜としては、誘電体薄膜ないしは金属薄膜を採用可能である。薄膜の光学材料としては、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）、酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）等を採用することが可能である。本実施形態の光学多層膜４４は、酸化チタンからなる薄膜と、酸化シリコンからなる薄膜とを、交互に積層して形成されている。

各薄膜における各膜厚は、例えば、上述の考慮に基づいた条件設定の下、事前にコンピュータによる最適化計算によって適宜設定される。特に本実施形態の傾斜配置フィルタ４２は、以下に詳述するように、傾斜配置されているので、当該傾斜配置に基づいた表示光の入射角を設定した条件下、最適化計算が実行される。

傾斜配置フィルタ４２は、図１３に示すように、導光部３０における光軸ＯＡに対して、傾斜配置されている。傾斜配置フィルタ４２は、液晶パネル２０の導光部３０側の偏光板２５ａの配置に応じて、傾斜方向が設定されている。具体的に、傾斜配置フィルタ４２は、光軸ＯＡと垂直な仮想の平面に沿った状態から、当該仮想の平面に導光部３０側の偏光板２５ａの吸収軸２６ｂを当該光軸ＯＡに沿って投影した軸を仮想の回転軸ＲＡとして、回転させた姿勢で、傾斜配置されている。

表示光投射部１０は、透過軸２６ａを偏光方向とした直線偏光として表示光を射出するので、当該表示光は、ｐ偏光の成分がｓ偏光の成分よりも大きな状態で、傾斜配置フィルタ４２に入射することとなる。より厳密には、表示光は、ｐ偏光として傾斜配置フィルタ４２に入射することとなる。

さらに傾斜配置フィルタ４２は、光軸ＯＡに対してブリュースター角の関係を成立させるように、傾斜配置されている。すなわち、表示光のうち、光軸ＯＡに沿って進行する光は、傾斜配置フィルタ４２の表面４２ａに、およそブリュースター角を入射角として入射することとなる。換言すると、傾斜配置フィルタ４２は、光軸ＯＡと垂直な仮想の平面に沿った状態から、上述の回転軸ＲＡまわりに、ブリュースター角の角度だけ回転させた姿勢で傾斜配置されている。本実施形態では、傾斜配置フィルタ４２の表面４２ａの法線方向ＮＤが光軸ＯＡに対して３０度以上（例えば５８度）の角度をなすように、傾斜配置されている。

図１４には、多層膜フィルタ部４０における傾斜配置フィルタ４２の透過率特性が示されている。図１４では、実際の表示光に対応するブリュースター角を入射角とした透過率であって、ｐ偏光の成分に対応する透過率Ｔｐと、ｓ偏光の成分に対応する透過率Ｔｓとがそれぞれ示されている。ここで、表示光はｐ偏光として傾斜配置フィルタ４２に入射するので、図１４におけるｐ偏光の透過率Ｔｐが、実質的な表示光に対する多層膜フィルタ部４０の透過率となる。

一方、外光としての太陽光は、各ミラー３２，３３に反射されながら多層膜フィルタ部４０に到達するので、基本的には、光軸ＯＡに沿って表示光とは反対側から傾斜配置フィルタ４２に入射することとなる。したがって、太陽光も傾斜配置フィルタ４２の表面４２ｂに、およそブリュースター角を入射角として入射することとなる。したがって、太陽光に対する多層膜フィルタ部４０の透過率についても、図１４の透過率を参照して差し支えないが、太陽光は基本的にランダム偏光であることに注意すべきである。すなわち、図１４におけるｐ偏光の透過率Ｔｐとｓ偏光の透過率Ｔｓとの平均値が、実質的な太陽光に対する多層膜フィルタ部４０の透過率となる。なお、図１４に示す透過率は、エネルギー透過率である。

上述の傾斜配置により、傾斜配置フィルタ４２を透過せずに反射された太陽光等の外光は、ハウジング５０の内壁へ向けて反射されるようになっている。

多層膜フィルタ部４０の透過率特性は、光学多層膜４４における光の干渉の結果によって特徴づけられている。このため、多層膜フィルタ部４０の透過率Ｔｐ，Ｔｓは、例えば薄膜の膜数が常識的な膜数を超えた場合、薄膜の光学材料固有の吸収線の影響を顕著に受けた場合等を除いて、波長に対して離散的な値を取り難い。すなわち、以下において２つの特定波長間の透過率Ｔｐ，Ｔｓを比較した場合であっても、実施的に、当該特定波長近傍の波長にも当該比較が当てはまる蓋然性が高い。

ここで、表示光に対する多層膜フィルタ部４０の透過率であって、対象となる波長領域内の各波長の透過率のうち最小値をとる透過率を最小透過率と定義する。こうした定義下、図１４を参照すると、第１波長領域ＷＲ１における最小透過率は、第２波長領域ＷＲ２における最小透過率よりも小さいことがわかる。

同様に図１４を参照すると、第１中間波長λｍ１における透過率は、第２中間波長λｍ２における透過率よりも小さいことがわかる。

より詳細に、表示光に対する透過率として、第２波長領域ＷＲ２における最小反射率及び第２中間波長λｍ２におけるｐ偏光の透過率Ｔｐが８０％以上となっている一方、第１波長領域ＷＲ１における最小反射率及び第１中間波長λｍ１におけるｐ偏光の透過率Ｔｐが８０％以下となっている。

また可視領域において、多層膜フィルタ部４０の透過率特性は、図１０の等色関数Ｘ、等色関数Ｙ及び等色関数Ｚと、あるいは、図８の輝度への影響度の波長依存性と、またあるいは、図９の色度への影響度の波長依存性と、およそ負の相関があることがわかる。

また図１４を参照すると、表示光又は太陽光に対する透過率について、赤外領域における平均透過率は、可視領域における平均透過率よりも小さいことがわかる。表示光又は太陽光に対する赤外領域における平均透過率は、２０％以下となっている。

より具体的に、可視領域のうち４２０〜６４０ｎｍの範囲の波長領域において、ｐ偏光の平均透過率は、９１％であり、ｓ偏光の平均透過率は、４８％である。ｐ偏光の平均透過率とｓ偏光の平均透過率との差は、約４０％である。太陽光に対する透過率として、さらにｐ偏光とｓ偏光とを平均した場合、当該透過率は、約７０％である。赤外領域におけるｐ偏光とｓ偏光とを平均した場合の透過率は、約１４％である。

（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、多層膜フィルタ部４０の最小透過率は、第１波長領域ＷＲ１において第２波長領域ＷＲ２よりも小さい。このようにすると、虚像ＶＩへの影響度が相対的に大きい第２波長領域ＷＲ２では、最小透過率が大きいため、表示光が多層膜フィルタ部４０を透過し易いので、ウインドシールド３への投影により第２波長領域ＷＲ２の表示光の多くを虚像ＶＩの表示に寄与させることができる。一方、第１波長領域ＷＲ１では、最小透過率が小さいため、表示光が多層膜フィルタ部４０を透過してウインドシールド３側へ導光され難くなるが、虚像ＶＩへの影響度が相対的に小さくて済む。そして、太陽光等の外光のうち第１波長領域ＷＲ１の光が、投影窓２ａを通じてＨＵＤ装置１００内部に入射しても、多層膜フィルタ部４０を透過し難いので、当該光が表示光投射部１０まで到達し、当該表示光投射部１０が熱により損傷することが抑制される。以上により、ＸＹＺ表色系における等色関数Ｘ，Ｙ，Ｚを考慮した透過率特性の多層膜フィルタ部４０が採用された結果として、虚像ＶＩの表示品位を保ちつつ、外光からの耐性をより高めたＨＵＤ装置１００を提供することができるのである。

また、本実施形態によると、多層膜フィルタ部４０の透過率は、第１中間波長λｍ１において第２中間波長λｍ２よりも小さい。このようにすると、虚像ＶＩへの影響度が相対的に大きい第２中間波長λｍ２の近傍では、透過率が大きいため、表示光が多層膜フィルタ部４０を透過しやすいので、ウインドシールド３への投影により第２中間波長λｍ２の近傍波長の表示光の多くを虚像ＶＩの表示に寄与させることができる。一方、第１中間波長λｍ１の近傍では、透過率が小さいため、表示光が多層膜フィルタ部４０を透過してウインドシールド３へ導光され難くなるが、虚像ＶＩへの影響度が相対的に小さくて済む。そして、太陽光等の外光のうち第１中間波長λｍ１の近傍波長の光が、投影窓２ａを通じてＨＵＤ装置１００内部に入射しても、多層膜フィルタ部４０を透過し難いので、当該光が表示光投射部１０まで到達し、当該表示光投射部１０が熱により損傷することが抑制される。以上により、ＸＹＺ表色系における等色関数Ｘ，Ｙ，Ｚを考慮した透過率特性の多層膜フィルタ部４０が採用された結果として、虚像ＶＩの表示品位を保ちつつ、外光からの耐性をより高めたＨＵＤ装置１００を提供することができるのである。

また、本実施形態によると、赤外領域における各波長の平均透過率は、可視領域における各波長の平均透過率よりも小さい。このような多層膜フィルタ部４０の透過率特性では、太陽光等の外光のうち赤外領域の光が投影窓２ａを通じてＨＵＤ装置１００内部に入射しても、多層膜フィルタ部４０に透過され難いので、当該光が表示光投射部１０まで到達することが抑制される。その一方で、可視領域の波長を含む表示光を相対的に多くウインドシールド３側へ導光することができる。したがって、表示光の多くを虚像ＶＩの表示に寄与させることができる。

また、本実施形態によると、赤外領域としての７８０ｎｍ以上１０８０ｎｍ以下の波長領域における各波長の平均透過率は、２０％以下である。このようにすると、多層膜フィルタ部４０により赤外領域の外光を確実に遮光することができ、外光のうち赤外領域の光が表示光投射部１０により到達し難くなる。

また、本実施形態によると、傾斜配置フィルタ４２は、光軸ＯＡに対して傾斜配置されている。こうした傾斜配置により、表示光は、ｐ偏光の成分がｓ偏光の成分よりも大きな状態で傾斜配置フィルタ４２に入射する。フレネルの式によれば、ｐ偏光の透過率Ｔｐは、ｓ偏光の透過率Ｔｓよりも大きい傾向があるので、傾斜配置フィルタ４２は、各偏光成分の透過率Ｔｐ，Ｔｓ差を利用して表示光を効率的に透過可能となる。一方、太陽光等の外光は、実質的にランダム偏光の状態で傾斜配置フィルタ４２に入射することとなるので、各偏光の平均透過率で遮光される。すなわち、ｓ偏光の透過率Ｔｓ低下の影響を受けて、より遮光される割合が多くなり得る。この結果、虚像ＶＩの表示品位を高めつつ、外光からの耐性をさらに高めることができる。

また、本実施形態によると、表示光投射部１０により投射され、直線偏光に偏光した表示光は、ｐ偏光として傾斜配置フィルタ４２に入射する。フレネルの式によれば、ｐ偏光の透過率Ｔｐは、ｓ偏光の透過率Ｔｓよりも大きい傾向があるので、傾斜配置フィルタ４２は、各偏光成分の透過率Ｔｐ，Ｔｓ差を確実に利用して表示光を効率的に透過可能となる。

また、本実施形態によると、傾斜配置フィルタ４２は、光軸ＯＡに対してブリュースター角の関係を成立させるように傾斜配置されている。このようにすると、表示光の多くがブリュースター角に近い角度で傾斜配置フィルタ４２に入射することとなる。フレネルの式によれば、ブリュースター角において、ｐ偏光の透過率Ｔｐが最大となるので、傾斜配置フィルタ４２は、効率を最大限に高めて、表示光を透過可能となる。

また、本実施形態によると、傾斜配置フィルタ４２は、表面４２ａにおける法線方向ＮＤが光軸ＯＡに対して３０度以上の角度を成すように、傾斜配置されている。こうした構成では、ｓ偏光に対して、ｐ偏光の透過率Ｔｐを確実に大きいものとすることができるので、傾斜配置フィルタ４２は、各偏光成分の透過率Ｔｐ，Ｔｓ差を確実に利用して表示光を効率的に透過可能となる。

（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、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、光学多層膜４４は、傾斜配置フィルタ４２の表面４２ａ，４２ｂのうち、表示光投射部１０とは反対側の表面４２ｂに形成されていてもよい。

変形例２としては、光学多層膜４４は、傾斜配置フィルタ４２の表面４２ａ，４２ｂのうち、表示光投射部１０側の表面４２ａ及び表示光投射部１０とは反対側の表面４２ｂの両方に形成されていてもよい。

変形例３としては、傾斜配置フィルタ４２は、光軸ＯＡに対してブリュースター角の関係を成立させていなくてもよく、その法線方向ＮＤを光軸ＯＡに対して３０度以上の角度を成すように傾斜配置されていてもよい。

ここで、法線方向ＮＤの光軸ＯＡに対する角度を変えた場合の透過率特性のグラフについて、図１５〜１７に示す。法線方向ＮＤの光軸ＯＡに対する角度がブリュースター角よりも小さい図１５の場合では、ｓ偏光の透過率Ｔｓがｐ偏光の透過率Ｔｐよりもおよそ２０％小さいが、その差はブリュースター角の関係が成立している場合よりも小さい。このため、外光を遮光する効果はブリュースター角の関係が成立する場合よりも小さい。なお、図１５は、法線方向ＮＤの光軸ＯＡに対する角度が４８度の場合を示している。

法線方向ＮＤの光軸ＯＡに対する角度がブリュースター角よりも大きい図１６，１７の場合では、ｓ偏光の透過率Ｔｓが小さいことにより、外光を遮光する効果は高まるものの、ｐ偏光の透過率も小さくなるため、虚像ＶＩの輝度が低下してしまう。なお、図１６は、法線方向ＮＤの光軸ＯＡに対する角度が６８度の場合を示し、図１７は、法線方向ＮＤの光軸ＯＡに対する角度が７８度の場合を示している。

変形例４としては、図１８に示すように、傾斜配置フィルタ４２は、その法線方向ＮＤを光軸ＯＡに対して０度よりも大きく３０度よりも小さい角度を成すように傾斜配置されていてもよい。なお、図１８は、法線方向ＮＤの光軸ＯＡに対する角度が１５度の場合を示している。

変形例５としては、多層膜フィルタ部４０は、光軸ＯＡに対して傾斜していないフィルタにより、構成されていてもよい。

変形例６としては、多層膜フィルタ部４０は、導光部３０の各ミラー３２，３３よりも表示光投射部１０側に配置されていなくてもよい。この例として、多層膜フィルタ部４０は、平面ミラー３２と凹面ミラー３３との間に配置されていてもよい。また、多層膜フィルタ部４０は、各ミラー３２，３３よりもウインドシールド３側に、例えば投影窓２ａを塞ぐ防塵カバー５２として設けられてもよい。

変形例７としては、多層膜フィルタ部４０は、複数のフィルタにより構成されていてもよい。

変形例８としては、表示光投射部１０として、他の構成を採用することができる。例えば、液晶パネル２０のカラーフィルタに、赤、緑及び青に加えて、黄色等のカラーフィルタを加えてもよい。この場合、黄色のカラーフィルタによって、表示光のうち５８０ｎｍ近傍の波長の影響度が相対的に高まるため、本多層膜フィルタ部４０の適用効果が相乗的に高まる。また例えば、液晶パネル２０にカラーフィルタが設けられておらず、表示光投射部１０が白色光を投射するものであってもよい。

さらには、液晶パネル２０を用いない表示光投射部１０が採用されてもよい、この例として、レーザ光束が入射する走査ミラーの向きを走査することでスクリーン上に画像を形成して表示光として投射するレーザスキャナ方式が採用されてもよい。表示光投射部１０から投射される表示光は、偏光していないものであってもよい。表示光投射部１０にて偏光していない表示光であっても、多層膜フィルタ部４０に入射するまでに偏極状態が変わることで、ｐ偏光の成分がｓ偏光の成分よりも大きな状態で、当該多層膜フィルタ部４０に入射させることが可能である。

変形例９としては、車両１以外の船舶ないしは飛行機等の各種移動体（輸送機器）に本発明を適用してもよい。

１００ＨＵＤ装置、１車両、２ａ投影窓、３ウインドシールド、１０表示光投射部、３０導光部、４０多層膜フィルタ部、４２傾斜配置フィルタ、４２ａ表面、４３透光性基板、４４光学多層膜、ＯＡ光軸、ＮＤ法線方向、λｘｍ，λｙｍ，λｚｍ波長、ＷＲ１第１波長領域、ＷＲ２第２波長領域、λｍ１第１中間波長、λｍ２第２中間波長

Claims

移動体（１）に搭載され、投影窓（２ａ）を通じて投影部材（３）へ表示光を投影することにより、乗員により視認可能に虚像表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、
画像を可視領域の複数の波長を含む前記表示光として投射する表示光投射部（１０）と、
前記表示光投射部からの前記表示光を前記投影部材側へ導光する導光部（３０）と、を備え、
前記導光部は、光学多層膜（４４）を用いて前記表示光を透過させると共に、前記投影窓から入射した外光を遮光可能な多層膜フィルタ部（４０）を有し、
ＸＹＺ表色系において、等色関数Ｚの値が最大となる波長（λｚｍ）と等色関数Ｙの値が最大となる波長（λｙｍ）との間の波長領域を第１波長領域（ＷＲ１）と、前記等色関数Ｙの値が最大となる波長と等色関数Ｘの値が最大となる波長（λｘｍ）との間の波長領域を第２波長領域（ＷＲ２）と定義し、
前記表示光に対する前記多層膜フィルタ部の透過率であって、対象となる波長領域の各波長の透過率のうち最小値をとる透過率を最小透過率と定義すると、
前記第１波長領域における前記最小透過率は、前記第２波長領域における前記最小透過率よりも小さいヘッドアップディスプレイ装置。
移動体（１）に搭載され、投影窓（２ａ）を通じて投影部材（３）へ表示光を投影することにより、乗員により視認可能に虚像表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、
画像を可視領域の複数の波長を含む前記表示光として投射する表示光投射部（１０）と、
前記表示光投射部からの前記表示光を前記投影部材側へ導光する導光部（３０）と、を備え、
前記導光部は、光学多層膜（４４）を用いて表示光を透過させると共に、前記投影窓から入射した外光を遮光可能な多層膜フィルタ部（４０）を有し、
ＸＹＺ表色系において、等色関数Ｚの値が最大となる波長（λｚｍ）と等色関数Ｙの値が最大となる波長（λｙｍ）とのちょうど中間となる波長を第１中間波長（λｍ１）と、前記等色関数Ｙの値が最大となる波長と等色関数Ｘの値が最大となる波長（λｚｍ）とのちょうど中間となる波長を第２中間波長（λｍ２）と定義すると、
前記表示光に対する前記多層膜フィルタ部の透過率について、第１中間波長における透過率は、第２中間波長における透過率よりも小さいヘッドアップディスプレイ装置。
前記表示光に対する前記多層膜フィルタ部の透過率について、赤外領域における各波長の平均透過率は、可視領域における各波長の平均透過率よりも小さい請求項１又は２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
前記外光に対する前記多層膜フィルタ部の透過率について、赤外領域としての７８０ｎｍ以上１０８０ｎｍ以下の波長領域における各波長の平均透過率は、２０％以下である請求項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。
前記多層膜フィルタ部は、透光性基板（４３）及び表面（４２ａ）に積層されている前記光学多層膜が設けられた傾斜配置フィルタ（４２）を有し、
前記傾斜配置フィルタは、ｐ偏光の成分がｓ偏光の成分よりも大きい状態で前記表示光が入射するように、前記導光部における光軸（ＯＡ）に対して傾斜配置されている請求項１から４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。
前記表示光投射部は、直線偏光に偏光した前記表示光を投射し、
前記傾斜配置フィルタは、ｐ偏光として前記表示光が入射するように、前記光軸に対して傾斜配置されている請求項５に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
前記傾斜配置フィルタは、前記光軸に対してブリュースター角の関係を成立させるように傾斜配置されている請求項５又は６に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
前記傾斜配置フィルタは、前記表面における法線方向（ＮＤ）が前記光軸に対して３０度以上の角度を成すように、傾斜配置されている請求項５又は６に記載のヘッドアップディスプレイ装置。