JP2019164285A - ヘッドアップディスプレイ及び移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】小型かつ簡易な構成で特定色を効率良く高輝度表示するヘッドアップディスプレイを提供する。【解決手段】ヘッドアップディスプレイは、第１の発光色の光を出射する少なくとも１以上の第１の光源素子と、第１の発光色と異なる第２の発光色の光を出射する少なくとも１以上の第２の光源素子とを第１の方向に並べて配置する光源部と、光源部から出射された光を入射面から入射し、出射面から出射する第１レンズと、第１レンズの出射面側に配置される拡散部材と、光源部から出射されて第１レンズ及び拡散部材を透過した光を入射面から入射し、画像情報により変調して出射面から出射する空間光変調素子と、空間光変調素子から出射した光を投影する光学ユニットと、を備え、第１レンズは、第１の光源素子及び第２の光源素子から出射される光のそれぞれが空間光変調素子の入射面における所定の領域で重なるように光源部から出射される光の光路を変化させる。【選択図】図７Ａ

Description

本開示は、観察者のアイボックスから虚像を視認させるための画像を表示するヘッドアップディスプレイに関する。

特許文献１は、液晶パネルの背後の異なる発光色を有する光源の出射光を偏光部材で重ね合わせて液晶パネルを透過照明するヘッドアップディスプレイを開示する。このヘッドアップディスプレイは、第１の色である第１の光を発光する第１の発光素子と、第２の色である第２の光を発光する第２の発光素子と、照明光を反射する偏光部材と、を備える。これにより、表示光が所望の色度になるヘッドアップディスプレイを提供できる。

特開２０１０−２７６８９３号公報

特許文献１のヘッドアップディスプレイでは、第１の色である第１の光と第２の色である第２の光を重ね合わせるために照明光を反射する偏光部材を用いている。このため、第１の光と第２の光の光路を分けて確保する必要があり、照明光学系の大型化を招く複雑な構成となっている。

本開示は、小型かつ簡易な構成で特定色を効率良く高輝度表示するヘッドアップディスプレイを提供する。

本開示の第一の態様においてヘッドアップディスプレイが提供される。ヘッドアップディスプレイは、第１の発光色の光を出射する少なくとも１以上の第１の光源素子と、第１の発光色と異なる第２の発光色の光を出射する少なくとも１以上の第２の光源素子とを第１の方向に並べて配置する光源部と、光源部から出射された光を入射面から入射し、出射面から出射する第１レンズと、第１レンズの出射面側に配置される拡散部材と、光源部から出射されて第１レンズ及び拡散部材を透過した光を入射面から入射し、画像情報により変調して出射面から出射する空間光変調素子と、空間光変調素子から出射した光を投影する光学ユニットと、を備え、第１レンズは、第１の光源素子及び第２の光源素子から出射される光のそれぞれが空間光変調素子の入射面における所定の領域で重なるように光源部から出射される光の光路を変化させる。

本開示の第二の態様において、上記のヘッドアップディスプレイを備えた移動体（自動車車両、鉄道車両、航空機、船舶等）が提供される。

本開示におけるヘッドアップディスプレイは、第１レンズにより、各光源素子において少なくとも２つの互いに異なる発光色を有する複数の光源素子から出射される光が空間変調素子の入射面における所定の領域で重なるように照明する。このため、表示する虚像（画像）において、特定色を効率良く高輝度表示することができる。

実施の形態１におけるヘッドアップディスプレイを搭載した車両を示す模式図 実施の形態１におけるヘッドアップディスプレイの表示ユニットの構成を説明するための図 実施の形態１におけるヘッドアップディスプレイの光路（Ｙ軸方向から見た光路）を説明した図 実施の形態１におけるヘッドアップディスプレイの光路（Ｘ軸方向から見た光路）を説明した図 実施の形態１におけるＹ軸方向から見た光路を示す図 光源部から出射された光の光路（Ｙ軸方向から見た光路）の重畳を説明するための図 実施の形態１におけるＸ軸方向から見た光路を示す図 実施の形態１における第１の光源素子が発光したときの拡散板の入射光の角度分布を示すグラフ（Ｘ軸方向中央部） 実施の形態１における第２の光源素子が発光したときの拡散板の入射光の角度分布を示すグラフ（Ｘ軸方向中央部） 実施の形態１における拡散板の入射光の角度分布を示すグラフ（Ｙ軸方向中央部） 実施の形態１における表示ユニット（液晶パネル）の出射光の角度分布を示すグラフ（Ｘ軸方向中央部） 実施の形態１における表示ユニット（液晶パネル）の出射光の角度分布を示すグラフ（Ｘ軸方向端部） 実施の形態１における表示ユニット（液晶パネル）の出射光の角度分布を示すグラフ（Ｙ軸方向中央部） 実施の形態１における白の発光色を有する光源を発光したときのＹ軸方向から見た光路を示す図 実施の形態１における赤の発光色を有する光源を発光したときのＹ軸方向から見た光路を示す図 実施の形態２におけるヘッドアップディスプレイの表示ユニットの構成を説明するための図 実施の形態２における第１の光源素子が発光したときの拡散板の入射光の角度分布を示すグラフ（Ｘ軸方向中央部） 実施の形態２における第２の光源素子が発光したときの拡散板の入射光の角度分布を示すグラフ（Ｘ軸方向中央部）

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

（実施の形態１）
以下、添付の図面を用いて実施の形態１を説明する。

［１−１。構成］
［１−１−１。全体構成］
図１は、実施の形態１における、車両に搭載されたヘッドアップディスプレイの構成を示した図である。ヘッドアップディスプレイ１００は、ウインドシールド２３０を備える車両２００（移動体の一例）に搭載されている。ヘッドアップディスプレイ１００は、表示ユニット１２０と、反射光学ユニット１３０と、筐体１４０とから構成される。表示ユニット１２０は、照明装置１１０と液晶パネル１１５とを含む。

ヘッドアップディスプレイ１００は、観察者３００に虚像４００を視認させるための画像をウインドシールド２３０に投影する装置である。

照明装置１１０は表示素子である液晶パネル１１５を照明する。液晶パネル１１５は例えばスピードメータまたはスピードを示す数値を示す画像を表示する。液晶パネル１１５は空間光変調素子として機能し、照明装置１１０からの光を、表示した画像で変調する。変調された光は透過光として液晶パネル１１５から出射される。透過光は反射光学ユニット１３０、ウインドシールド２３０を介して、観察者３００のアイボックス６００内に導かれ、観察者３００に虚像４００として視認させる。例えば、観察者３００は、スピードメータ等の画像を虚像４００として視認することができる。ここで、アイボックスとは、観察者３００が虚像を欠けることなく視認できる領域のことである。

反射光学ユニット１３０（光学素子の一例）は、第１ミラー１３１および第２ミラー１３２を備え、液晶パネル１１５から出射された光をウインドシールド２３０に投影する。第１ミラー１３１は、液晶パネル１１５から出射された光を第２ミラー１３２に向けて反射する。第２ミラー１３２は、第１ミラー１３１からの光をウインドシールド２３０に向けて反射する。第２ミラー１３２の反射面は、凹面形状を有している。反射光学ユニット１３０は、必ずしもミラー２枚で構成される必要はなく、１枚のミラーまたは３枚以上のミラーで構成されても良い。また、反射光学ユニット１３０の光路上に、レンズなどの屈折光学系をさらに配置しても良い。

筐体１４０は、表示ユニット１２０と反射光学ユニット１３０を収納し、反射光学ユニット１３０からの光が出射する開口１４１を有している。開口１４１には、透明のカバーを設けてもよい。

［１−１−２。表示ユニットの構成］
図２は、表示ユニット１２０の詳細な構成を示す図である。表示ユニット１２０は、照明装置１１０と、液晶パネル１１５とを含む。液晶パネル１１５は光を入射する入射面１１５ａと、光を出射する出射面１１５ｂとを有する。入射面１１５ａと出射面１１５ｂは同じ長方形形状である。

なお、以下の説明において、図面中に３次元直交座標系を設定している。すなわち、液晶パネル１１５における入射面１１５ａ及び出射面１１５ｂの長手方向に平行な方向にＸ軸を設定し、入射面１１５ａ及び出射面１１５ｂの幅方向に平行な方向にＹ軸を設定し、入射面１１５ａ及び出射面１１５ｂの法線方向にＺ軸を設定している。なお、Ｘ軸方向（長手方向）は第１の方向の一例であり、Ｙ軸方向（幅方向）は第２の方向の一例である。

図２に示すように、照明装置１１０は、例えば３個の第１の光源素子１１１ａと２個の第２の光源素子１１１ｂと一列に配置した光源部１１１と、光源部１１１の出射方向に配置された第１レンズ１１２と、第１レンズ１１２の出射方向に配置された第２レンズ１１３と、第２レンズ１１３の出射方向に配置された拡散板１１４（拡散部材の一例）とによって構成される。

第１の光源素子１１１ａ及び第２の光源素子１１１ｂは、例えばチップ型発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、液晶パネル１１５に照明光を供給する発光体である。第１の光源素子は第１の発光色の光を出射し、第２の光源素子は第１の発光色とは異なる第２の発光色の光を出射する。光源部１１１は長手方向（図３ＡのＸ方向）において第１の光源素子１１１ａ及び第２の光源素子１１１ｂを一列に配置している。

光源部１１１は、一列に配置される第１の光源素子１１１ａ及び第２の光源素子１１１ｂにおいて、少なくとも１つずつ有する。本実施の形態では、第１の光源素子は白色の光を出射し、第２の光源素子は赤色の光を出射する。図２のように、光源部１１１はＸ方向に向かって第１の光源素子１１１ａ、第２の光源素子１１１ｂとを交互に配置している。

第１レンズ１１２は、光源部１１１の出射光が漏れない程度に光源部１１１に近接させて配置されている。第１レンズ１１２は、光源部１１１の出射光を入射面１１２ａから取り込む。また、第１レンズ１１２は、Ｙ方向において、発散する光源部１１１の光を略平行光に偏向して出射する機能を有している。

第１レンズ１１２の入射面１１２ａまたは出射面１１２ｂの少なくともいずれかは、第１レンズ１１２が正の屈折力を有するように凸形状を有している。なお、第１レンズ１１２の入射面１１２ａおよび出射面１１２ｂの凸形状は光軸に対して回転対称である必要はなく、Ｘ方向とＹ方向で曲率の異なるトロイダル形状であってもよい。本実施の形態では、第１レンズ１１２は、出射面１１２ｂのみが凸形状を有している平凸レンズである。

出射面１１２ｂは、Ｘ軸方向とＹ軸方向とで曲率が異なる、非球面形状を有する凸面である。出射面１１２ｂのＸ軸方向の形状は、光源部１１１からの出射光が拡散板１１４上の所定の領域で重なるような非球面形状を有する。また、出射面１１２ｂのＹ軸方向の形状は、拡散板１１４上で照度分布が均一となるような非球面形状を有する。

第２レンズ１１３は、第１レンズ１１２の出射光を所望の方向に偏向する機能を有している。本実施の形態では、第２レンズ１１３の入射面１１３ａはＸ軸方向のみ凸形状を有している。また、第２レンズ１１３の出射面１１３ｂの形状は、Ｘ軸方向とＹ軸方向とで曲率の異なる凸面形状を有する。なお、第２レンズ１１３の入射面１１３ａは、Ｘ軸方向とＹ軸方向とで曲率の異なる凸面形状を有してもよい。また、第２レンズ１１３の出射面１１３ｂは、Ｘ軸およびＹ軸方向のどちらか一方にのみ凸形状を有する形状を有してもよい。第２レンズ１１３の屈折力は、表示ユニット１２０の端部における出射光の出射角（または拡散板１１４への入射光の入射角）に応じて設定される。なお、第２レンズ１１３は必ずしも必要ではない。第２レンズ１１３を用いずに、第１レンズ１１２と拡散板１１４までの距離を長くすることにより、第１レンズ１１２のみで表示ユニット１２０の端部における所望の出射角を実現することも可能である。

第１レンズ１１２および第２レンズ１１３は、所定の屈折率を有する透明材料で構成される。透明材料の屈折率は、例えば１．４以上１．６以下である。このような透明材料としては、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネイト等の樹脂を用いることができる。本実施の形態では、耐熱性を考慮してポリカーボネイトを用いている。

拡散板１１４は、第１レンズ１１２および第２レンズ１１３で偏向した指向性の高い光を拡散させて液晶パネル１１５に出射する。これにより、アイボックス６００で視認される光源部１１１により生成される表示虚像における輝度ムラを低減できる。拡散板１１４は、光を拡散させる機能がある光学部材であれば良く、例えばその表面がビーズ部材や微細な凹凸構造、粗面で構成される。また、ドットシートや透過性の乳白色のシートでも良い。

液晶パネル１１５は、拡散板１１４を出射した光を空間変調する透過型空間変調素子である。液晶パネル１１５は、面分割方式であり、１画素を赤、緑、青の３つのサブ画素で構成される。液晶パネル１１５は、入射面１１５ａが照明装置１１０の出射面に対して平行となるように配置されている。

［１−１−３。ヘッドアップディスプレイにおける光路］
以下、本実施形態のヘッドアップディスプレイ１００における光源部１１１から出射された光の光路について説明する。

図３Ａおよび図３Ｂは、ヘッドアップディスプレイ１００における液晶パネル１１５からアイボックス６００までの光路を示した図である。観察者３００は液晶パネル１１５の透過光を、虚像光学系５００を介して視認する。虚像光学系５００は、図１で示す反射光学ユニット１３０とウインドシールド２３０を合わせたものである。図３ＡはＹ軸方向から見たときの光路を示し、図３ＢはＸ軸方向から見たときの光路を示している。

液晶パネル１１５の入射面１１５ａが照明装置１１０の出射面に対して平行となるように配置される場合、液晶パネル１１５からアイボックス６００の中央に向かう出射光は、液晶パネル１１５の中央部と端部とで異なる出射角で出射される。具体的には、液晶パネル１１５の中央部での出射角に対して、液晶パネル１１５の端部は出射角α１を有する。すなわち、液晶パネル１１５の中央部の出射光は、出射面１１５ｂの法線方向に出射され、他方、端部の出射光は、出射面１１５ｂの外側に向かって出射される。液晶パネル１１５が照明装置１１０に対して平行に配置されない場合はこの限りではなく、中央部の出射光は、出射面１１５ｂの法線方向に対して傾きを持つ。また、アイボックス６００は、一般的にＸ方向の長さがＹ方向の長さよりも大きいため、Ｘ軸方向の配光角β１（図３Ａ参照）がＹ軸方向の配光角β２（図３Ｂ参照）よりも大きくなる。

図４Ａは、Ｙ軸方向から見た、光源部１１１からアイボックス６００までの光路を示す図である。第１レンズ１１２は、第１の光源素子１１１ａ及び第２の光源素子１１１ｂからの出射光のそれぞれが拡散板１１４の所定の位置で重なるように、光源部１１１からの出射光を偏向する。

すなわち、第１レンズ１１２は、Ｙ軸方向から見たとき、第１の光源素子１１１ａ及び第２の光源素子１１１ｂのそれぞれが液晶パネル１１５の全面を照明するように、その屈折力が設定されている。例えば、図４Ｂに示すように、左端の第１の光源素子１１１ａからの出射光と、中央の第２の光源素子１１１ｂからの出射光とは、双方とも、液晶パネル１１５全体の領域を照明する。その他の位置の第１の光源素子１１１ａ及び第２の光源素子１１１ｂも同様である。

このように、第１の光源素子１１１ａ及び第２の光源素子１１１ｂそれぞれからの光線が液晶パネル１１５全体（同じ領域）を重畳して照射する。よって、アイボックス６００内で視認できる虚像４００の輝度が均一になる。

図４Ｃは、Ｘ軸方向から見た、光源部１１１からアイボックス６００までの光路を示す図である。第１レンズ１１２は、光源部１１１からの出射光のそれぞれが拡散板１１４を均一に照明するように偏向する。すなわち、第１レンズ１１２は、液晶パネル１１５の全面を均一照明するように、その屈折力が設定される。このようにすることで、液晶パネル１１５を効率良く均一に照明することができる。

第１レンズ１１２のＸ軸方向の焦点距離は、第１の光源素子１１１ａ及び第２の光源素子１１１ｂそれぞれからの出射光が液晶パネル１１５の同じ領域を重畳して照射されるように設定される。具体的には、第１レンズ１１２のＸ軸方向の焦点距離が、第１レンズ１１２の光学中心から液晶パネル１１５までの距離と同じ値になるように、第１レンズ１１２は設計される。

なお、第１の光源素子１１１ａ及び第２の光源素子１１１ｂそれぞれからの出射光が液晶パネル１１５のほぼ同じ領域を重畳して照射することができるのであれば、第１レンズ１１２のＸ軸方向の焦点距離を、第１レンズ１１２の光学中心から液晶パネル１１５までの距離よりも大きい値に設定してもよい。

第１レンズ１１２のＹ軸方向の焦点距離は、光源部１１１からの出射光が液晶パネル１１５に集光するように設定される。多くの場合、第１レンズ１１２の外形は液晶パネル１１５の外形より小さい。このため、第１レンズ１１２のＹ軸方向の焦点距離が第１レンズ１１２の光学中心から光源部１１１までの距離より大きい値になるように設定される。

第２レンズ１１３は、第１レンズ１１２からの出射光の液晶パネル１１５への入射角を調整するために使用されている。すなわち、第２レンズ１１３は、第１レンズ１１２からの出射光を、所定の角度に傾けた方向に偏向する。この所定の角度は、図３Ａ、図３Ｂで示すような液晶パネル１１５の中央部の出射角に対して端部においてＸ軸方向は出射角α１、Ｙ軸方向は出射角α２が得られるような角度である。すなわち、虚像光学系５００に応じた出射角となるように、第２レンズ１１３の屈折力が設定される。このとき、図４Ａ、図４Ｃに示すように複数の光源部１１１とアイボックス６００が共役となり、アイボックス６００を効率良く照明できる。前述のように、第２レンズ１１３は必須のものではない。

図５Ａは第１の光源素子１１１ａを発光したときの拡散板１１４の中央部に入射する光線のＸ軸方向の角度特性、図５Ｂは第２の光源素子１１１ｂ、１１１ｄを発光したときの拡散板１１４の中央部に入射する光線のＸ軸方向の角度特性を示す。拡散板１１４は、その出射光が虚像光学系５００を通過し、最終的にアイボックス６００のＸ軸方向の幅に対応する広がりを有するように設定される。図５Ａ、図５Ｂに示すように、拡散板１１４へ入射する光線のＸ軸方向の角度特性は不連続であるため、連続な角度特性を得るために、拡散板１１４の拡散角は入射角の差θ３−θ１、θ５−θ３およびθ４−θ２以上の値を有することが望ましい。このとき、第１の光源素子１１１ａ及び第２の光源素子１１１ｂ由来の角度特性の変曲点がなくなり、アイボックス６００で視認される虚像の輝度変化を小さくすることができる。なお、第１の光源素子１１１ａ及び第２の光源素子１１１ｂそれぞれが同じ間隔で配置されている場合、θ３−θ１、θ５−θ３およびθ４−θ２は等しくなる。

図５Ｃは第１の光源素子１１１ａ及び第２の光源素子１１１ｂを発光させたときの拡散板１１４の中央部に入射する光線のＹ軸方向の角度特性を示す。拡散板１１４は、その出射光が虚像光学系５００を通過した光が最終的にアイボックス６００のＹ軸方向の幅に対応する広がりを有するように設定される。図５Ｃに示すように、拡散板１１４へ入射する光線のＹ軸方向の角度特性はほぼ広がりを持たないため、拡散板１１４の拡散角はアイボックス６００のＹ軸方向の幅に対応する広がり角以上の値を有することが望ましい。

なお、拡散板１１４の拡散角について、Ｘ軸方向とＹ軸方向で望ましい値が異なる場合がある。この場合、拡散板１１４の材料として、Ｘ軸方向とＹ軸方向とでその拡散性（拡散角）が異なる部材を用いてもよい。例えば、拡散板その表面の凹凸が楕円形のものを用いればよい。または、第１の光源素子１１１ａ及び第２の光源素子１１１ｂの間隔を調整して配置してもよい。

図６Ａは、本実施の形態における液晶パネル１１５の長手方向であるＸ軸方向中央部の出射光の角度特性を示すグラフである。図６Ｂは、本実施の形態における液晶パネル１１５の長手方向であるＸ軸方向端部の出射光の配光特性を示すグラフである。図６Ｃは、本実施の形態における液晶パネル１１５の幅方向であるＹ軸方向中央部の出射光の配光特性を示すグラフである。図６Ａ〜図６Ｃにおいて、グラフの縦軸は液晶パネル１１５の光の強度を示し、単位はカンデラである。グラフの横軸は液晶パネル１１５の光の配光角度を示し、単位は度である。

図６Ａと図６Ｂを参照すると、液晶パネル１１５の中央部においては液晶パネル１１５の出射面１１５ｂの法線方向において出射光の強度のピークを有するのに対して、液晶パネル１１５の端部においては、出射光の強度は、法線方向を基準として液晶パネル１１５の外側に傾く方向にピークを有することが分かる。また、図６Ａと図６Ｃに示すとおり、本実施の形態の液晶パネル１１５では、Ｘ軸方向の配光角が、Ｙ軸方向の配光角より大きくなっている。これにより、液晶パネル１１５の面積よりも大きな虚像４００を表示するヘッドアップディスプレイ１００において、アイボックス６００内で輝度分布の均一な虚像を視認させることができる。

［１−１−４。光源素子の制御］
図７Ａ、図７Ｂは、本実施の形態におけるヘッドアップディスプレイ１００の光源部１１１の制御方法を模式的に示した図である。本実施の形態では、第１の光源素子１１１ａ及び第２の光源素子１１１ｂそれぞれの発光状態を制御することで特定色を高輝度表示する。

図７Ａは、３つの第１の光源素子１１１ａが発光しているときの光線を示した図である。第１の光源素子１１１ａは液晶パネル１１５の全面を照明している。また、第１の光源素子１１１ａは拡散板１１４によりアイボックス６００の全面も照明している。このため、白の発光色を有する第１の光源素子１１１ａを発光することでヘッドアップディスプレイ１００は虚像を視認できる。

図７Ｂは、２つの第２の光源素子１１１ｂが発光しているときの光線を示した図である。第２の光源素子１１１ｂは液晶パネル１１５の全面を照明している。また、第２の光源素子１１１ｂは拡散板１１４によりアイボックス６００の全面も照明している。このため、赤の発光色を有する第２の光源素子１１１ｂを発光することでヘッドアップディスプレイ１００は赤表示の虚像を視認できる。

したがって、ヘッドアップディスプレイ１００は、通常表示は第１の光源素子１１１ａを発光する。また、ヘッドアップディスプレイ１００は、警告表示などのために赤を高輝度表示する際に第２の光源素子１１１ｂを発光することで液晶パネル１１５による吸収を減らすことができる。このため、効率よく赤の高輝度表示を実現できる。

また、ヘッドアップディスプレイ１００は、通常表示は第１の光源素子１１１ａを発光し、警告表示などのために赤を高輝度表示する際に第１の光源素子１１１ａと第２の光源素子１１１ｂの全てを発光することで更に赤の高輝度表示を実現できる。

［１−２。効果等］
以上のように、本実施の形態において、ヘッドアップディスプレイ１００は、第１の発光色の光を出射する少なくとも１以上の第１の光源素子１１１ａと、第１の発光色と異なる第２の発光色の光を出射する少なくとも１以上の第２の光源素子１１１ｂとを第１の方向に並べて配置する光源部１１１と、光源部１１１から出射された光を入射面から入射し、出射面から出射する第１レンズ１１２と、第１レンズ１１２の出射面側に配置される拡散部板１１４（拡散部材の一例）と、光源部１１１から出射されて第１レンズ１１２及び拡散板１１４を透過した光を入射面から入射し、画像情報により変調して出射面から出射する液晶パネル１１５（空間光変調素子の一例）と、液晶パネル１１５から出射した光を投影する反射光学ユニット１３０と、を備え、第１レンズ１１２は、第１の光源素子１１１ａ及び第２の光源素子１１１ｂから出射される光のそれぞれが液晶パネル１１５の入射面における所定の領域で重なるように光源部１１１から出射される光の光路を変化させる。

この構成により、複数の発光色を有し、それぞれの発光色が液晶パネル１１５およびアイボックス６００の全面を照明できる。すなわち、白の発光色を有する第１の光源素子１１１ａの発光と、赤の発光色を有する第２の光源素子１１１ｂの発光と、をＯＮ／ＯＦＦ制御することで特定色を効率良く高輝度表示することが可能である。

（実施の形態２）
［２−１。構成］
本実施の形態におけるヘッドアップディスプレイ１００は、図８のように発光部１１１の第１の光源素子１１１ａ、第２の光源素子１１１ｂの配置および拡散板１１４の拡散角が実施の形態１と異なり、それ以外の構成は実施の形態１と同様である。

本実施の形態におけるヘッドアップディスプレイ１００の表示ユニット１２０は、光源部１１１の中心のみに第２の光源素子１１１ｂを配置する。すなわち、４つの第１の光源素子１１１ａの中心に１つの第２の光源素子１１１ｂを配置する。

図９Ａは第１の光源素子１１１ａが発光したときの拡散板１１４の中央部に入射する光線のＸ軸方向の角度特性、図９Ｂは第２の光源素子１１１ｂを発光したときの拡散板１１４の中央部に入射する光線のＸ軸方向の角度特性を示す。拡散板１１４は、その出射光が虚像光学系５００を通過し、最終的にアイボックス６００のＸ軸方向の幅に対応する広がりを有するように設定される。図９Ａに示すように、拡散板１１４へ入射する光線のＸ軸方向の角度特性は不連続であるため、連続な角度特性を得るために、拡散板１１４の拡散角は入射角の差θ２−θ１とθ４−θ２とθ５−θ４以上の値を有することが望ましい。また、図９Ｂに示すように、拡散板１１４へ入射する光線のＸ軸方向の角度特性はほぼ広がりを持たないため、拡散板１１４の拡散角はアイボックス６００のＸ軸方向の幅に対応する広がり角以上の値を有することが望ましい。

このようにすることで、白（第１の発光色）と赤（第２の発光色）の発光色について、それぞれ液晶パネル１１５とアイボックス６００の全面を照明することができ、４つの第１の光源素子１１１ａの発光と、第２の光源素子１１１ｂの発光と、をＯＮ／ＯＦＦ制御することで特定色を効率良く高輝度表示することが可能である。

（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１と実施の形態２を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。そこで、以下、他の実施の形態を例示する。

上記の実施の形態では、空間光変調素子として液晶パネル１１５を用いたが、透過型の表示装置であれば他の表示素子を用いることもできる。例えば、ＭＥＭＳシャッターディスプレイがある。

また、液晶パネル１１５は複数の光源素子１１１の主光線に対して直交するように配置した例を示したが、直交でなく、傾いて配置することもできる。

第１レンズ１１２、第２レンズ１１３の出射面および入射面には、フレネルレンズを用いることも可能である。これにより、レンズの薄型化が達成できる。

第１レンズ１１２は、凸レンズを用いたが、ＴＩＲ（Ｔｏｔａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）レンズを用いることもできる。これにより、複数の光源素子１１１からの光を効率良く第２レンズ１１３に出射することができ、光利用効率が向上する。

上記の実施形態では、照明装置１１０において、Ｙ軸方向（液晶パネル１１５の幅方向）には複数の光源素子１１１は一列しか配置されていないが、Ｙ軸方向において、光源素子１１１を複数列配置してもよい。

上記の実施形態では、拡散板１１４を第２レンズ１１３と液晶パネル１１５の間に配置したが、拡散板１１４は第１レンズ１１２と第２レンズ１１３の間に配置してもよい。効率の点では劣るが、この位置であっても輝度ムラを低減することはできる。

ヘッドアップディスプレイ１００の出射光を反射させる部材として、ウインドシールド２３０を例示したが、これに限られず、コンバイナを用いることもできる。

光源として、ＬＥＤを例示したが、レーザーダイオードや有機発光ダイオードなどを用いることもできる。

光源の発光色として、第１の発光色と第２の発光色を白と赤の２種類について例示したが、第２の発光色を青色や緑色など他の色を用いることができる。特に、空間光変調素子である液晶パネル１５のカラーフィルタの発光色と同じであると高輝度を得ることができる。ヘッドアップディスプレイが高輝度表示したい色を第２の発光色とすればよい。また、第１及び第２の発光色と異なる第３の発光色を出射する発光素子を備え、第２の発光色及び第３の発光色を高輝度表示したり、第２の発光色と第３の発光色とを混ぜた発光色を高輝度表示したりするとしてもよい、同様に４種類以上の発光色を発光する発光素子を有するとしてもよい。

本実施形態のヘッドアップディスプレイ１００が搭載される移動体は、自動車の車両に限られず、鉄道車両、バイク、航空機、ヘリコプター、船舶、及びその他の人を搬送する各種の装置を含む。

本開示は、虚像を視認させる投映装置に適用可能である。具体的には、ヘッドアップディスプレイ、などに、本開示は適用可能である。

１００ ヘッドアップディスプレイ
１１０ 照明装置
１１１ 光源部
１１１ａ 第１の光源素子
１１１ｂ 第２の光源素子
１１２ 第１レンズ
１１２ａ 入射面
１１２ｂ 出射面
１１３ 第２レンズ
１１３ａ 入射面
１１３ｂ 出射面
１１４ 拡散板（拡散部材）
１１５ 液晶パネル（空間光変調素子）
１１５ａ 入射面
１１５ｂ 出射面
１２０ 表示ユニット
１３０ 反射光学ユニット
１３１ 第１ミラー
１３２ 第２ミラー
１４０ 筐体
１４１ 開口
２００ 車両
２３０ ウインドシールド
３００ 観察者
４００ 虚像
５００ 虚像光学系
６００ アイボックス

Claims (18)

1. 第１の発光色の光を出射する少なくとも１以上の第１の光源素子と、前記第１の発光色と異なる第２の発光色の光を出射する少なくとも１以上の第２の光源素子とを第１の方向に並べて配置する光源部と、
   前記光源部から出射された光を入射面から入射し、出射面から出射する第１レンズと、
   前記第１レンズの出射面側に配置される拡散部材と、
   前記光源部から出射されて前記第１レンズ及び前記拡散部材を透過した光を入射面から入射し、画像情報により変調して出射面から出射する空間光変調素子と、
   前記空間光変調素子から出射した光を投影する光学ユニットと、を備え、
   前記第１レンズは、前記第１の光源素子及び前記第２の光源素子から出射される光のそれぞれが前記空間光変調素子の入射面における所定の領域で重なるように前記光源部から出射される光の光路を変化させる、
   ヘッドアップディスプレイ。
2. 前記第１の光源素子と前記第２の光源素子の発光状態の組合せが異なる表示状態を少なくとも２つ有する、
   請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
3. 前記第１の光源素子のみ発光する第１の表示状態を有する、
   請求項１または２に記載のヘッドアップディスプレイ。
4. 前記第２の光源素子のみ発光する第２の表示状態を有する、
   請求項１から３のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ。
5. 前記第１の光源素子と前記第２の光源素子を共に発光する第３の表示状態を有する、
   請求項１から４のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ。
6. 前記複数の第１の光源素子の出射光が前記拡散部材に入射する入射角度において、隣接する前記第１の光源素子の前記入射角度の差が前記拡散部材の拡散角以下である、
   請求項１から５のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ。
7. 前記複数の第２の光源素子の出射光が前記拡散部材に入射する入射角度において、隣接する前記第１の光源素子の前記入射角度の差が前記拡散部材の拡散角以下である、
   請求項１から６のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ。
8. 前記光源部は、前記第１の方向について前記第１の光源素子と前記第２の光源素子を交互に配置する、
   請求項１から７のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ。
9. 前記第１レンズの前記第１の方向の焦点距離は、前記第１レンズの光学中心から前記空間光変調素子までの距離以上の値に設定される、
   請求項１から８のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ。
10. 前記第１レンズの焦点距離は、前記第１の方向と、前記第１の方向に直交する第２の方向との間で異なる、
    請求項１から９のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ。
11. 前記第１レンズの出射面側に配置され、入射面および出射面のうち少なくとも一方が凸面である第２レンズをさらに備える、
    請求項１から１０のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ。
12. 前記第２レンズの焦点距離は、前記第１の方向と、前記第１の方向に直交する第２の方向との間で異なる、
    請求項１１に記載のヘッドアップディスプレイ。
13. 前記第１レンズは、前記第１の光源素子及び前記第２の光源素子から出射される光のそれぞれが前記空間光変調素子の入射面の全面を照射するように前記光源部から出射される光の光路を変化させる、
    請求項１から１２のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ。
14. 前記光源部は、第１の方向にの中央のみに前記第２の光源素子を配置する、
    請求項１から６のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ。
15. 前記拡散部材は、虚像を視認されるアイボックスの上下方向に対応した広がり角以上の拡散角である、請求項１４のヘッドアップディスプレイ。
16. 前記第２の発光色は、前記空間光変調素子のカラーフィルタの発光色と同じである、
    請求項１から１５のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ。
17. ウインドシールドを有する移動体に搭載される、
    請求項１から１６のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ。
18. 請求項１から１７のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイを備えた移動体。

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