JP2022130961A

JP2022130961A - ヘッドアップディスプレイ

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Publication number: JP2022130961A
Application number: JP2021029650A
Authority: JP
Inventors: 智明宮本; Tomoaki Miyamoto
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2021-02-26
Filing date: 2021-02-26
Publication date: 2022-09-07
Anticipated expiration: 2041-02-26
Also published as: JP7549947B2; WO2022180983A1; US20230384588A1

Abstract

【課題】小型化を容易に図ることができ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１００は、画像を示す光を表示面１０２ａから出射する表示部１０２と、ミラー１０３とを備え、表示部１０２の表示面１０２ａからミラー１０３に向けて出射された光が、ミラー１０３の反射面１０３ａのみに反射されてウインドシールド１１に向かい、さらに、ウインドシールド１１に反射されて観察者２０に向かうことによって、ウインドシールド１１越しに画像が虚像１として観察者２０に視認され、表示部１０２の表示面１０２ａは、表示部１０２からミラー１０３に向かう向きよりも下側に向けられ、表示部１０２の表示面１０２ａの中心Ｏｄは、ミラー１０３の反射面の重心Ｏｍよりも下側に配置されている。
【選択図】図１

Description

本開示は、例えば車両などに搭載されるヘッドアップディスプレイに関する。

従来、例えば車両などに搭載される表示装置が提案されている。（特許文献１参照）。この特許文献１の表示装置は、ヘッドアップディスプレイとして用いられる装置であって、表示デバイスと投射光学系とを備える。表示デバイスは画像を表示する。投射光学系は、２つの反射部材を有し、その２つの反射部材を用いて、表示デバイスに表示された画像を車両のウインドシールドに投影する。ウインドシールドに投影された画像を示す光は、そのウインドシールドによって反射されて、車両のドライバなどの使用者に向かう。その結果、使用者は、ウインドシールドの奥側、すなわち車両の外側に存在する虚像として表示デバイスの画像を視認することができる。

国際公開第２０１５／０９８０７８号

しかしながら、上記特許文献１のヘッドアップディスプレイでは、小型化が難しいという課題がある。

そこで、本開示は、小型化を容易に図ることができるヘッドアップディスプレイを提供する。

本開示の一態様に係るヘッドアップディスプレイは、画像を示す光を表示面から出射する表示部と、反射部材とを備え、前記表示部の表示面から前記反射部材に向けて出射された前記光が、前記反射部材の反射面のみに反射されて表示媒体に向かい、さらに、前記表示媒体に反射されて観察者に向かうことによって、前記表示媒体越しに前記画像が虚像として前記観察者に視認され、前記表示部の表示面は、前記表示部から前記反射部材に向かう向きよりも下側に向けられ、前記表示部の表示面の中心は、前記反射部材の反射面の重心よりも下側に配置されている。

なお、この包括的または具体的な態様は、システムまたは方法などによって実現されてもよく、システムまたは方法などの任意な組み合わせで実現されてもよい。

本開示のヘッドアップディスプレイは、小型化を容易に図ることができる。

本開示の一態様における更なる利点および効果は、明細書および図面から明らかにされる。かかる利点および／または効果は、いくつかの実施の形態並びに明細書および図面に記載された特徴によってそれぞれ提供されるが、１つまたはそれ以上の同一の特徴を得るために必ずしも全てが提供される必要はない。

図１は、実施の形態におけるヘッドアップディスプレイの配置および構成を示す図である。図２は、実施の形態におけるミラーと表示部との配置の一例を詳細に示す図である。図３は、実施の形態における、左右方向から見たときの表示部から観察者への光路を示す図である。図４は、実施の形態のミラー座標系におけるミラーと表示部との位置関係の一例を示す図である。図５は、実施の形態におけるミラーの回転が抑えられていることを示す図である。図６は、数値実施例に用いられるウインドシールド、ミラーおよび表示部のそれぞれの座標系を示す図である。図７は、数値実施例に用いられる表示部の座標系の一例を示す図である。図８は、数値実施例に用いられるミラーの座標系の一例を示す図である。図９は、ミラー座標系における表示部の中心の位置を示す図である。

（本開示の基礎となった知見）
本発明者は、「背景技術」の欄において記載した特許文献１の表示装置に関し、以下の課題が生じることを見出した。

特許文献１の表示装置は、表示デバイスに表示された画像をウインドシールドに投射する投射光学系を備えている。この投射光学系は、自由曲面であって凸面形状の反射面を有する第１ミラーと、自由曲面であって凹面形状の反射面を有する第２ミラーとを含む。

このような表示装置では、投射光学系の光路長を短くすれば画像の高倍率化と小型化とを図ることができる。しかし、光路長を短くすれば使用者のアイボックスが狭くなり易いという課題がある。つまり、画像を表示するために表示デバイスから投射される光が、第１ミラー、第２ミラーおよび表示デバイスの何れかに物理的に干渉し、使用者の瞳に届き難くなる可能性がある。

このような課題を解決するために、本開示の一態様に係るヘッドアップディスプレイは、画像を示す光を表示面から出射する表示部と、反射部材とを備え、前記表示部の表示面から前記反射部材に向けて出射された前記光が、前記反射部材の反射面のみに反射されて表示媒体に向かい、さらに、前記表示媒体に反射されて観察者に向かうことによって、前記表示媒体越しに前記画像が虚像として前記観察者に視認され、前記表示部の表示面は、前記表示部から前記反射部材に向かう向きよりも下側に向けられ、前記表示部の表示面の中心は、前記反射部材の反射面の重心よりも下側に配置されている。なお、反射部材は、例えばミラーであり、表示媒体は、例えばウインドシールドである。

これにより、表示部の表示面から反射部材に向けて出射された光は、その反射部材の反射面のみに反射されて表示媒体に向かう。つまり、本開示の一態様に係るヘッドアップディスプレイでは、表示部の光を表示媒体に導くために用いられる反射部材は１つだけである。したがって、複数の反射部材を備える他のヘッドアップディスプレイと比べて、ヘッドアップディスプレイの小型化を容易に図ることができる。さらに、表示部の表示面は、表示部から反射部材に向かう向きよりも下側に向けられているため、太陽光の迷光を抑えることができる。つまり、太陽光が反射部材に反射されて表示部に向い、その表示部の表示面にさらに反射されても、その反射された太陽光が反射部材に戻ってしまうことを抑えることができる。その結果、表示面に反射された太陽光が反射部材および表示媒体を介して観察者に向かうことを抑制することができ、迷光を抑えることができる。表示部の表示面を下側に向けただけでは、表示面における上端および下端のそれぞれから観察者までの光路長が異なることによって、虚像として視認される画像における歪曲収差などの収差が大きくなる。しかし、本開示の一態様に係るヘッドアップディスプレイでは、表示部の表示面の中心は、反射部材の反射面の重心よりも下側に配置されている。これにより、表示面における上端および下端のそれぞれから観察者までの光路長を略等しくすることができ、収差を抑えることができる。なお、収差は、例えば像面湾曲、歪曲収差などである。

なお、逆に、表示部の表示面を上側に向けて、迷光を抑制し、さらに、その表示部の表示面の中心を上側に配置することによって収差を抑制することもできる。しかし、この場合には、反射部材によって表示媒体に向けて反射された光が表示部に物理的に干渉し易くなり、その結果、観察者のアイボックスが狭くなる可能性がある。したがって、本開示の一態様に係るヘッドアップディスプレイでは、収差の発生、迷光の発生およびアイボックスの狭小化のそれぞれを抑えながら、小型化を図ることができる。

また、前記表示部の表示面の中心は、前記反射部材の反射面の重心よりも左側または右側に配置されていてもよい。

例えば、反射部材によって反射された光は、表示媒体における照射範囲に当たり、その照射範囲によって反射されて観察者に向かう。ここで、その表示媒体における照射範囲の左端よりも右端の方が反射部材側に近い場合があり、逆に、表示媒体における照射範囲の右端よりも左端の方が反射部材側に近い場合がある。このような場合には、表示部から反射部材の反射面の左端と照射範囲の左端とを介して観察者に向かう光路長と、表示部から反射部材の反射面の右端と照射範囲の右端とを介して観察者に向かう光路長とが異なることがある。その結果、虚像として視認される画像における歪曲収差などの収差が大きくなる。そこで、例えば、反射部材の左端および右端のうちの一方が他方よりも表示媒体側に近づくように、その反射部材を回転させれば、その収差を抑えることができる。しかし、その反射部材を回転させることによって、反射部材から表示媒体に向かう方向に沿ってヘッドアップディスプレイの幅が厚くなってしまう可能性がある。つまり、ヘッドアップディスプレイが大型化してしまう可能性がある。しかし、本開示の一態様に係るヘッドアップディスプレイでは、表示部の表示面の中心が反射部材の反射面の重心よりも左側または右側に配置されているため、反射部材を回転させずに、上述の２つの光路長を略等しくすることができる。その結果、収差の発生をさらに抑えながらヘッドアップディスプレイの小型化を図ることができる。

また、前記ヘッドアップディスプレイは車両に搭載され、前記表示媒体は前記反射部材よりも上方にあるウインドシールドであって、前記車両のステアリングホイールが前記車両の左側に取り付けられている左ステアリングホイールの場合には、前記表示部の表示面の中心は、前記反射部材の反射面の重心よりも右側に配置され、前記車両のステアリングホイールが前記車両の右側に取り付けられている右ステアリングホイールの場合には、前記表示部の表示面の中心は、前記反射部材の反射面の重心よりも左側に配置されていてもよい。具体的には、前記反射部材の反射面の重心における接平面上の座標系であって、前記反射面の重心が原点であり、前記原点で互いに直交するＸ軸およびＹ軸のうち、前記Ｘ軸が左右方向に沿う前記座標系において、前記接平面に垂直な方向の前記表示部側から前記反射面を見たときに、前記ステアリングホイールが前記左ステアリングホイールの場合には、前記表示部の表示面の中心は、前記座標系の第四象限に配置され、前記ステアリングホイールが前記右ステアリングホイールの場合には、前記表示部の表示面の中心は、前記座標系の第三象限に配置されていてもよい。

例えば、観察者が運転者であり、車両のダッシュボードにヘッドアップディスプレイが設けられる場合には、ステアリングホイールの位置に応じて、そのヘッドアップディスプレイは左側または右側に寄せられる。つまり、ステアリングホイールが車両の左側に取り付けられている左ステアリングホイールである場合には、ヘッドアップディスプレイも左側に寄せられる。逆に、ステアリングホイールが車両の右側に取り付けられている右ステアリングホイールである場合には、ヘッドアップディスプレイも右側に寄せられる。ここで、車両のウインドシールドでは、そのウインドシールドの左右方向における中央部よりも端の方が、ダッシュボードに近い。したがって、左ステアリングホイールの場合には、ウインドシールドにおける照射範囲の右端よりも左端の方が反射部材に近い。このような場合には、本開示の一態様に係るヘッドアップディスプレイでは、表示部の表示面の中心は、反射部材の反射面の重心よりも右側に配置される。これにより、上述の２つの光路長を略等しくすることができる。一方、右ステアリングホイールの場合には、ウインドシールドにおける照射範囲の左端よりも右端の方が反射部材に近い。このような場合には、本開示の一態様に係るヘッドアップディスプレイでは、表示部の表示面の中心は、反射部材の反射面の重心よりも左側に配置される。これにより、上述の２つの光路長を略等しくすることができる。その結果、ステアリングホイールが左ステアリングホイールであっても右ステアリングホイールであっても、収差の発生をさらに抑えながらヘッドアップディスプレイの小型化を図ることができる。

また、本開示の一態様に係るヘッドアップディスプレイは、画像を示す光を表示面から出射する表示部と、反射部材とを備え、前記表示部の表示面から前記反射部材に向けて出射された前記光が、前記反射部材の反射面のみに反射されて表示媒体に向かい、さらに、前記表示媒体に反射されて観察者に向かうことによって、前記表示媒体越しに前記画像が虚像として前記観察者に視認され、前記表示部の表示面の中心は、前記反射部材の反射面の重心よりも左側または右側に配置されている。

これにより、表示部の表示面から反射部材に向けて出射された光は、その反射部材の反射面のみに反射されて表示媒体に向かう。つまり、本開示の一態様に係るヘッドアップディスプレイでは、表示部の光を表示媒体に導くために用いられる反射部材は１つだけである。したがって、複数の反射部材を備える他のヘッドアップディスプレイと比べて、ヘッドアップディスプレイの小型化を容易に図ることができる。さらに、反射部材を回転させずに、上述の２つの光路長を略等しくすることができる。その結果、収差の発生を抑えながらヘッドアップディスプレイの小型化を図ることができる。

以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。

なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、同じ構成部材については同じ符号を付している。さらに、以下の実施の形態における、平行などの用語は、厳密な平行を意味しているだけでなく、実質的な平行も意味し、数パーセントの誤差を有していてもよい。つまり、平行は、以下の実施の形態における効果を奏し得る範囲において平行である。平行以外の垂直または直交などの用語についても同様である。

（実施の形態）
図１は、本実施の形態におけるヘッドアップディスプレイの配置および構成を示す図である。なお、本実施の形態では、鉛直方向をＺ軸方向と称し、車両１０の前後方向をＹ軸方向と称し、車両１０の左右方向をＸ軸方向と称する。Ｚ軸方向の正側は、上、上方、上向きまたは上側であって、Ｚ軸方向の負側は、下、下方、下向きまたは下側である。Ｙ軸方向は、水平方向に平行であって、Ｙ軸方向の正側は、前、前方、前向きまたは前側であって、Ｙ軸方向の負側は、後、後方、後向きまたは後側である。Ｘ軸方向は、水平方向に平行であって、Ｘ軸方向の正側は、右、右向きまたは右側であり、Ｘ軸方向の負側は、左、左向きまたは左側である。

本実施の形態におけるヘッドアップディスプレイ１００は、例えば車両１０に搭載されて虚像１を形成する。この虚像１は、例えば車両１０の前方外側に存在するように、車両１０の運転者である観察者２０に視認される。このようなヘッドアップディスプレイ１００は、筐体１０１と、表示部１０２と、ミラー１０３とを備える。

筐体１０１は、例えば樹脂成型品であって、車両１０のダッシュボードの内部に配置される。また、筐体１０１は、表示部１０２およびミラー１０３を収納する。

表示部１０２は、画像を示す光を表示面から出射する。つまり、表示部１０２は、観察者２０に虚像１として視認される画像を表示する。表示部１０２は、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）を有するＰＧＵ（Picture Generation Unit）である。なお、表示部１０２は、ＬＣＤ以外のデバイス、例えば有機発光ダイオード（エレクトロルミネッセンス）、蛍光表示装置（セブンセグメント）、またはプラズマディスプレイなどを備えていてもよい。また、表示部１０２は、プロジェクタまたは走査型レーザであってもよい。なお、表示部１０２から出射される画像を示す光は、以下、画像光とも呼ばれる。

ミラー１０３は、反射部材の一例である。このミラー１０３は、表示部１０２から出射された画像光をウインドシールド１１に導くことによって、そのウインドシールド１１に対して観察者２０と反対側に虚像１を形成する。つまり、ミラー１０３は、表示部１０２の表示面から出射された画像光を受けると、その画像光をウインドシールド１１に向けて反射する。例えば、ミラー１０３は、車両１０の上側に光を反射する。その結果、ウインドシールド１１は、ミラー１０３から画像光を受けると、その画像光を観察者２０の瞳に向けて反射する。これにより、観察者２０は、ウインドシールド１１を介して、車両１０の前方外側にある道路、歩行者または構造物などのオブジェクトと共に、そのオブジェクトに重畳される虚像１を視認することができる。なお、ミラー１０３は、表示部１０２に表示される画像をウインドシールド１１に投影する投射光学系に含まれる構成要素である。また、投射光学系には、ウインドシールド１１などの他の構成要素が含まれていてもよい。

このような本実施の形態におけるヘッドアップディスプレイ１００では、表示部１０２の表示面からミラー１０３に向けて出射された画像光は、ミラー１０３の反射面のみに反射されて、ウインドシールド１１に向かう。画像光は、さらに、そのウインドシールド１１に反射されて観察者２０に向かう。これによって、表示部１０２の画像がウインドシールド１１越しに虚像１として観察者２０に視認される。なお、ウインドシールド１１は、表示媒体の一例であって、ミラー１０３よりも上方にある。

したがって、本実施の形態におけるヘッドアップディスプレイ１００では、表示部１０２の画像光をウインドシールド１１に導くために用いられるミラーは１つだけである。その結果、複数のミラーを備える他のヘッドアップディスプレイと比べて、ヘッドアップディスプレイ１００の小型化を容易に図ることができる。

図２は、本実施の形態におけるミラー１０３と表示部１０２との配置の一例を詳細に示す図である。なお、図２の（ａ）は、本実施の形態におけるヘッドアップディスプレイ１００と比較される他のヘッドアップディスプレイ９００の構成例を示し、図２の（ｂ）は、ヘッドアップディスプレイ１００の構成例を示す。

例えば、ヘッドアップディスプレイ９００は、表示部９０２と、２つのミラー９０３および９０４とを備える。このようなヘッドアップディスプレイ９００では、表示部９０２が画像を表示する。その画像を示す光である画像光は、表示部９０２から出射されてミラー９０４に向かい、そのミラー９０４によって反射される。ミラー９０４によって反射された画像光は、ミラー９０３に向かい、そのミラー９０３によってさらに反射される。ミラー９０３によって反射された画像光は、ウインドシールドへ向かう。

ここで、このようなヘッドアップディスプレイ９００の小型化を図るため、さらには、虚像として視認される画像の高倍率化を図るためには、ミラー９０３とミラー９０４との間などの光路を短くすることが考えられる。しかし、光路を短くすると、太陽光が迷光として現れやすくなる。つまり、図２の（ａ）に示すように、ウインドシールドから車内に入射した太陽光は、ミラー９０３およびミラー９０４によって反射され、表示部９０２の表示面に向かう。この太陽光は、表示部９０２の表示面によって反射され、さらに、ミラー９０４およびミラー９０３によって反射されて、再びウインドシールドに向かう。その結果、太陽光が迷光として虚像に映り込んでしまう。

そこで、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２の（ｂ）に示すように、複数のミラーを備えることなく、１つのミラー１０３を備える。つまり、表示部１０２から出射された画像光をウインドシールド１１に導くための投射光学系に含まれるミラーの数は、１つだけである。これにより、ヘッドアップディスプレイ１００のＺ軸方向の厚さを薄くすることができる。すなわち、ヘッドアップディスプレイ１００の小型化を容易に図ることができる。さらに、表示部１０２からウインドシールド１１までの光路長を短くすることによって、虚像１として視認される画像の高倍率化を図ることができる。すなわち、観察者２０に視認される虚像１を大きくすることができる。また、上述の光路長を短くしながら、ミラー１０３から表示部１０２を離すことがでる。その結果、上述の迷光を抑制し易くすることができる。

つまり、本実施の形態における表示部１０２の表示面１０２ａは、図２の（ｂ）に示すように、表示部１０２からミラー１０３に向かう向きよりも下側に向けられている。つまり、表示面１０２ａが下側に傾けられている。これにより、ウインドシールド１１から車両１０の内部に入射した太陽光が、ミラー１０３によって反射されて表示部１０２に向かっても、その表示部１０２の表示面１０２ａによって、その太陽光をミラー１０３よりも下側に反射させることができる。つまり、表示部１０２からミラー１０３に向かって再び太陽光が反射されることを抑えることができる。これにより、太陽光の迷光を抑制することができる。

また、本実施の形態における表示部１０２の表示面１０２ａの中心Ｏｄは、ミラー１０３の反射面１０３ａの重心Ｏｍよりも下側に配置されている。これにより、虚像１として視認される画像に現れる歪曲収差や像面湾曲などの収差を抑えることができる。以下、その収差の抑制について、図３を用いて説明する。

図３は、左右方向から見たときの表示部１０２から観察者２０への光路を示す図である。具体的には、図３の（ａ）は、表示部１０２の表示面１０２ａをミラー１０３に向けた場合の光路を示し、図３の（ｂ）は、表示部１０２の表示面１０２ａを下側に向けた場合の光路を示す。図３の（ｃ）は、表示面１０２ａを下側に向けて、かつ、表示部１０２を下側に移動させた場合の光路であって、本実施の形態におけるヘッドアップディスプレイ１００での光路を示す。つまり、図３の（ａ）および（ｂ）は、本実施の形態におけるヘッドアップディスプレイ１００と比較される他の光路の例を示す。なお、図３には、ミラー座標系におけるＹｍ軸が示されている。ミラー座標系は、ミラー１０３の反射面１０３ａの重心Ｏｍにおける接平面上の座標系であって、ミラー座標系の原点はその重心Ｏｍであり、Ｙｍ軸は、左右方向に対して垂直なその原点を通過する軸である。なお、Ｙｍ軸方向正側は、その原点よりも上側であって、Ｙ軸方向負側は、その原点よりも下側である。

例えば、図３の（ａ）に示すように、表示部１０２の表示面１０２ａは、ミラー１０３に正対する、すなわち、表示面１０２ａはミラー１０３に向けられている。この場合、虚像１として視認される画像の収差を抑えるためには、表示面１０２ａの上端側から出射されて観察者２０に向かう画像光の光路Ｌｕと、表示面１０２ａの下端側から出射されて観察者２０に向かう画像光の光路Ｌｄとのそれぞれの長さを同程度にする必要がある。そこで、この場合には、表示面１０２ａの中心Ｏｄは、例えば、ミラー１０３の反射面１０３ａの重心ＯｍよりもＹｍ軸方向正側に配置される。

ここで、上述の迷光を抑制するために、表示部１０２の表示面１０２ａは、図３の（ｂ）に示すように、下側に向けられる。このように、表示面１０２ａが下側に向けられると、光路Ｌｕおよび光路Ｌｄのそれぞれの長さが変化する。つまり、光路Ｌｕが短くなり、光路Ｌｄが長くなる。その結果、収差が大きくなる。

そこで、本実施の形態では、その迷光を抑制しながら収差を小さくするために、表示面１０２ａの中心Ｏｄは、ミラー１０３の反射面１０３ａの重心Ｏｍよりも下側に配置されている。つまり、表示面１０２ａの中心Ｏｄは、例えば、ミラー１０３の反射面１０３ａの重心ＯｍよりもＹｍ軸方向負側に配置される。これにより、光路Ｌｕは、図３の（ｂ）の状態から長くなり、光路Ｌｄは、図３の（ｂ）に示す状態から短くなり、光路Ｌｕおよび光路Ｌｄのそれぞれの長さを略等しくすることができる。その結果、諸収差、特に像面湾曲や歪曲収差を抑えることができる。

このように、本実施の形態では、表示部１０２の表示面１０２ａは、表示部１０２からミラー１０３に向かう向きよりも下側に向けられているため、太陽光の迷光を抑えることができる。つまり、太陽光がミラー１０３に反射されて表示部１０２に向い、その表示部１０２の表示面１０２ａにさらに反射されても、その反射された太陽光がミラー１０３に戻ってしまうことを抑えることができる。その結果、表示面１０２ａに反射された太陽光がミラー１０３およびウインドシールド１１を介して観察者２０に向かうことを抑制することができ、迷光を抑えることができる。さらに、本実施の形態では、表示部１０２の表示面１０２ａの中心Ｏｄは、ミラー１０３の反射面１０３ａの重心Ｏｍよりも下側に配置されている。これにより、表示面１０２ａにおける上端および下端のそれぞれから観察者２０までの光路長を同程度にすることができ、収差を抑えることができる。

なお、逆に、表示部１０２の表示面１０２ａを上側に向けて、迷光を抑制し、さらに、その表示部１０２の表示面１０２ａの中心Ｏｄを上側に配置することによって収差を抑えることもできる。しかし、この場合には、ミラー１０３によってウインドシールド１１に向けて反射された画像光が表示部１０２と物理的に干渉し易くなり、その結果、観察者２０のアイボックスが狭くなる可能性がある。したがって、本実施の形態におけるヘッドアップディスプレイ１００では、収差の発生、迷光の発生およびアイボックスの狭小化のそれぞれを抑えながら、小型化を図ることができる。

図４は、ミラー座標系におけるミラー１０３と表示部１０２との位置関係の一例を示す図である。なお、図４の（ａ）は、車両１０のステアリングホイールが車両１０の左側に取り付けられている左ステアリングホイールの場合における位置関係の一例を示す図である。また、図４の（ｂ）は、車両１０のステアリングホイールが車両１０の右側に取り付けられている右ステアリングホイールの場合における位置関係の一例を示す図である。また、図４の（ａ）および（ｂ）は、ミラー座標系におけるＸｍ軸およびＹｍ軸に垂直な方向に沿って、表示部１０２側からその表示部１０２および反射面１０３ａを見たときの位置関係の一例を示す。なお、Ｘｍ軸は、左右方向に沿う軸であって、原点である重心Ｏｍを通過してＹｍ軸と直交する軸である。

図４の（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施の形態における表示部１０２の表示面１０２ａの中心Ｏｄは、ミラー１０３の反射面１０３ａの重心Ｏｍよりも左側または右側に配置されている。

観察者が運転者であり、ステアリングホイールが左ステアリングホイールの場合には、表示部１０２の表示面１０２ａの中心Ｏｄは、図４の（ａ）に示すように、ミラー１０３の反射面１０３ａの重心Ｏｍよりも右側に配置されている。具体的には、表示部１０２の表示面１０２ａの中心Ｏｄは、ミラー座標系の第四象限に配置されている。

観察者が運転者であり、ステアリングホイールが右ステアリングホイールの場合には、表示部１０２の表示面１０２ａの中心Ｏｄは、図４の（ｂ）に示すように、ミラー１０３の反射面１０３ａの重心Ｏｍよりも左側に配置される。具体的には、表示部１０２の表示面１０２ａの中心Ｏｄは、ミラー座標系の第三象限に配置されている。

このように、本実施の形態では、表示面１０２ａの中心Ｏｄが反射面１０３ａの重心Ｏｍよりも左側または右側に配置されているため、収差の発生をさらに抑えて小型化を図ることができる。以下、その収差の抑制および小型化について、図５を用いて説明する。

図５は、実施の形態におけるミラー１０３の回転が抑えられていることを示す図である。なお、図５の（ａ）は、表示部１０２の表示面１０２ａの中心Ｏｄが、ミラー１０３の反射面１０３ａの重心Ｏｍに配置されている状態を示す。図５の（ｂ）は、表示部１０２の表示面１０２ａの中心Ｏｄが、ミラー１０３の反射面１０３ａの重心Ｏｍよりも左側に配置されている状態であって、本実施の形態におけるヘッドアップディスプレイ１００での配置を示す。つまり、図５の（ａ）は、本実施の形態におけるヘッドアップディスプレイ１００と比較される他の配置例を示す。

ミラー１０３によって反射された画像光は、図５の（ａ）および（ｂ）に示すように、ウインドシールド１１における照射範囲に当たり、その照射範囲によって反射されて観察者２０に向かう。

ここで、車両１０のダッシュボードにヘッドアップディスプレイ１００が設けられる場合には、ステアリングホイールの位置に応じて、そのヘッドアップディスプレイ１００は左側または右側に寄せられる。つまり、ステアリングホイールが右ステアリングホイールである場合には、ヘッドアップディスプレイ１００も右側に寄せられる。また、車両１０のウインドシールド１１では、そのウインドシールド１１の左右方向における中央部よりも端の方が、ダッシュボードに近い。したがって、右ステアリングホイールの場合には、ウインドシールド１１における照射範囲の左端よりも右端の方がミラー１０３に近い。このような場合には、右側の光路Ｌｕｒおよび光路Ｌｄｒの方が、左側の光路Ｌｕｌおよび光路Ｌｄｌよりも短い。その結果、虚像１として視認される画像において、像面湾曲、歪曲収差などの収差が大きくなる。なお、光路Ｌｕｌおよび光路Ｌｄｌのそれぞれは、表示部１０２からミラー１０３の反射面１０３ａの左端と照射範囲の左端とを介して観察者２０に向かう光路である。光路Ｌｕｒおよび光路Ｌｄｒのそれぞれは、表示部１０２からミラー１０３の反射面１０３ａの右端と照射範囲の右端とを介して観察者２０に向かう光路である。

そこで、図５の（ａ）に示すように、ミラー１０３の左端がウインドシールド１１側に近づき、逆に、ミラー１０３の右端がウインドシールド１１から遠ざかるように、そのミラー１０３を回転させれば、その収差を抑えることができる。しかし、そのミラー１０３を回転させることによって、ミラー１０３からウインドシールド１１に向かう方向に沿ってヘッドアップディスプレイ１００の幅が厚くなってしまう可能性がある。つまり、ヘッドアップディスプレイ１００が大型化してしまう可能性がある。

しかし、本実施の形態におけるヘッドアップディスプレイ１００では、図５の（ｂ）に示すように、観察者が運転者であり、ステアリングホイールが右ステアリングホイールである場合には、表示部１０２の表示面１０２ａの中心Ｏｄは、ミラー１０３の反射面１０３ａの左側に配置される。したがって、図５の（ａ）のようにミラー１０３を回転させずに、左側の光路Ｌｕｌおよび光路Ｌｄｌのそれぞれの長さと、右側の光路Ｌｕｒおよび光路Ｌｄｒのそれぞれの長さとを略等しくすることができる。その結果、収差の発生をさらに抑えながらヘッドアップディスプレイ１００の小型化を図ることができる。

なお、図５に示す例では、ステアリングホイールは右ステアリングホイールであるが、左ステアリングホイールの場合には、図４の（ａ）に示すように、表示部１０２の表示面１０２ａの中心Ｏｄは、ミラー１０３の反射面１０３ａの重心Ｏｍよりも右側に配置される。これにより、上述と同様に、ミラー１０３を回転させずに、左側の光路Ｌｕｌおよび光路Ｌｄｌのそれぞれの長さと、右側の光路Ｌｕｒおよび光路Ｌｄｒのそれぞれの長さとを略等しくすることができる。その結果、左ステアリングホイールの場合であっても、右ステアリングホイールの場合と同様、収差の発生をさらに抑えながらヘッドアップディスプレイ１００の小型化を図ることができる。

また、本実施の形態では、ステアリングホイールが右ステアリングホイールであっても、左ステアリングホイールであっても、表示部１０２の表示面１０２ａの中心Ｏｄは、ミラー１０３の反射面１０３ａの重心Ｏｍよりも下側に配置されている。つまり、表示部１０２の表示面１０２ａの中心Ｏｄは、ミラー座標系の第三象限または第四象限に配置されている。したがって、表示部１０２の表示面１０２ａを下側に向けながら、左側の光路Ｌｕｌの長さと光路Ｌｄｌの長さとを略等しくすることができ、かつ、右側の光路Ｌｕｒの長さと光路Ｌｄｒの長さとを略等しくすることができる。なお、光路Ｌｕｌは、表示部１０２からミラー１０３の反射面１０３ａの左上端と照射範囲の左下端とを介して観察者２０に向かう光路である。光路Ｌｄｌは、表示部１０２からミラー１０３の反射面１０３ａの左下端と照射範囲の左上端とを介して観察者２０に向かう光路である。同様に、光路Ｌｕｒは、表示部１０２からミラー１０３の反射面１０３ａの右上端と照射範囲の右下端とを介して観察者２０に向かう光路である。光路Ｌｄｒは、表示部１０２からミラー１０３の反射面１０３ａの右下端と照射範囲の右上端とを介して観察者２０に向かう光路である。

以上のように、本実施の形態では、収差の発生、迷光の発生およびアイボックスの狭小化のそれぞれを抑えながら、ヘッドアップディスプレイ１００の小型化を図ることができる。

なお、上記実施の形態では、表示部１０２の表示面１０２ａが下側に向けられ、かつ、表示部１０２の表示面１０２ａの中心Ｏｄが、ミラー１０３の反射面１０３ａの重心Ｏｍよりも下側に配置されている。しかし、表示面１０２ａの向き、および表示面１０２ａの中心Ｏｄの配置は、このような状態に限定されなくてもよい。つまり、表示部１０２の表示面１０２ａが上述の状態にない場合において、表示部１０２の表示面１０２ａの中心Ｏｄが、ミラー１０３の反射面１０３ａの重心Ｏｍよりも左側または右側に配置されていてもよい。このような場合でも、収差の発生を抑えてヘッドアップディスプレイ１００の小型化を図ることができる。

（数値実施例）
以下、本実施の形態におけるヘッドアップディスプレイ１００について、具体的な数値実施例を説明する。

図６は、数値実施例に用いられるウインドシールド１１、ミラー１０３および表示部１０２のそれぞれの座標系を示す図である。

例えば、ウインドシールド１１の座標系は、観察者２０と虚像１を結んだ線分とウインドシールド１１との交点近傍に原点を有する。また、ウインドシールド１１の座標系は、左右方向に沿うＸｗ軸と、鉛直方向に沿うＹｗ軸と、Ｘｗ軸およびＹｗ軸に垂直なＺｗ軸とを有する。ウインドシールド１１およびミラー１０３のそれぞれの座標系は、表示部１０２の座標系によって定義される。

図７は、表示部１０２の座標系の一例を示す図である。

表示部１０２の座標系は、表示面１０２ａの中心Ｏｄを原点として有する座標系であって、その表示面１０２ａに平行であって原点で互いに直交するＸｄ軸およびＹｄ軸と、その表示面１０２ａに垂直なＺｄ軸とを有する。Ｘｄ軸は左右方向に沿った軸である。

図８は、ミラー１０３の座標系の一例を示す図である。

ミラー１０３の座標系は、上述のミラー座標系であって、原点Ｏｍで互いに交わるＸｍ軸、Ｙｍ軸およびＺｍ軸を有する。なお、Ｚｍ軸は、Ｘｍ軸およびＹｍ軸のそれぞれに垂直な軸であって、原点Ｏｍにおける接平面の法線方向に沿う軸である。

なお、以下で説明する数値実施例において、表中の長さの単位は（ｍｍ）であり、角度の単位は（度）である。また、自由曲面は、次の（式１）で定義されるものである。

ここで、ｚは面を定義する軸から（ｘ，ｙ）の位置におけるサグ量、ｒは面を定義する軸の原点における曲率半径、ｃは面を定義する軸の原点における曲率、ｋはコーニック定数、ｍおよびｎは（式２）を満たす整数、ｃ_ｊは単項式ｘ^ｍｙ^ｎの係数である。なお、ｒ^２は、ｘ^２＋ｙ^２と等しい。

また、各数値実施例において、基準となる座標原点は、表示部１０２の表示面１０２ａの中心Ｏｄであり、図７で示すようにＸｄ軸、Ｙｄ軸、およびＺｄ軸が定義されている。

さらに、各数値実施例中の偏心データは、表示部１０２の座標系（Ｘｄ軸、Ｙｄ軸およびＺｄ軸を有する座標系）を基準として示されている。さらに、その偏心データにおいて、ＡＤＥとはＸｄ軸を中心にＺｄ軸方向からＹｄ軸方向に回転した量、ＢＤＥとはＹｄ軸を中心にＸｄ軸方向からＺｄ軸方向に回転した量、ＣＤＥとはＺｄ軸を中心にＸｄ軸方向からＹｄ軸方向に回転した量を意味する。例えば、ＡＤＥ、ＢＤＥ、およびＣＤＥは、ＡＤＥ、ＢＤＥ、ＣＤＥの順に回転させたオイラー角を示す。

（数値実施例１）
数値実施例１の投射光学系は、上記実施の形態の投射光学系の一例である。数値実施例１の投射光学系の構成データを表１に示し、多項式自由曲面の係数を表２に示す。なお、表２では、ミラー１０３の座標系（Ｘｍ軸、Ｙｍ軸、およびＺｍ軸を有する座標系）及びウインドシールド１１の座標系（Ｘｗ軸、Ｙｗ軸、およびＺｗ軸を有する座標系）において、ＸＹ多項式を考えたときのｃおよびｃ_ｊの値を示す。

（数値実施例２）
数値実施例２の投射光学系は、上記実施の形態の投射光学系の一例である。数値実施例２の投射光学系の構成データを表３に示し、多項式自由曲面の係数を表４に示す。

（数値実施例３）
数値実施例３の投射光学系は、上記実施の形態の投射光学系の一例である。数値実施例３の投射光学系の構成データを表５に示し、多項式自由曲面の係数を表６に示す。

（数値実施例４）
数値実施例４の投射光学系は、上記実施の形態の投射光学系の一例である。数値実施例４の投射光学系の構成データを表７に示し、多項式自由曲面の係数を表８に示す。

（数値実施例５）
数値実施例５の投射光学系は、上記実施の形態の投射光学系の一例である。数値実施例５の投射光学系の構成データを表９に示し、多項式自由曲面の係数を表１０に示す。

（数値実施例の諸元）
表１１は、上述の数値実施例１～５のそれぞれの諸元を示す。なお、表１１中におけるＦＯＶ（Field Of View）は視野角を示し、表示部指標範囲は、表示面１０２ａの横幅（Ｘｄ軸方向の幅）および縦幅（Ｙｄ軸方向の幅）を示す。瞳～虚像距離は、観察者２０の瞳から虚像１までの距離を示す。アイボックスサイズは、観察者２０のアイボックスの横幅（Ｘ軸方向の幅）および縦幅（Ｙ軸方向の幅）を示す。ミラー座標系から見た表示中心位置は、ミラー座標系のＺｍ軸方向からそのミラー座標系を見たときの表示面１０２ａの中心Ｏｄの位置を示す。

図９は、ミラー座標系における表示部１０２の中心Ｏｄの位置を示す図である。

図９に示すように、右ステアリングホイールの場合には、表示部１０２の表示面１０２ａの中心Ｏｄは、ミラー座標系における第三象限にある。また、左ステアリングホイールの場合には、表示部１０２の表示面１０２ａの中心Ｏｄは、ミラー座標系における第四象限にある。

（変形例）
本開示のヘッドアップディスプレイについて、上記実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、上記実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を上記実施の形態に施したものも、本開示の範囲内に含まれてもよい。

例えば、上記実施の形態では、ミラー１０３は、表示部１０２からの画像光をウインドシールド１１に向けて反射するが、車両１０がコンバイナを備えている場合には、そのコンバイナに向けて反射してもよい。

また、上記実施の形態におけるヘッドアップディスプレイ１００は、ＩＲ（infrared）カットガラスまたは偏向フィルタ（反波長板とも言う）などを備えていてもよい。例えば、ＩＲカットガラスなどは、表示面１０２ａを覆うように表示部１０２に取り付けられる。つまり、ヘッドアップディスプレイ１００は、表示部１０２から観察者２０までの中心光路において０．００１以上のパワーを持った光学素子がウインドシールド１１およびミラー１０３のみであれば、そのパワー未満の１以上の光学素子を備えていてもよい。なお、パワーは焦点距離の逆数によって表現される数値である。

本開示は、例えば車両などに搭載されるヘッドアップディスプレイに利用可能である。

１虚像
１０車両
２０観察者
１００ヘッドアップディスプレイ
１０１筐体
１０２表示部
１０２ａ表示面
１０３ミラー（反射部材）
１０３ａ反射面

Claims

画像を示す光を表示面から出射する表示部と、
反射部材とを備え、
前記表示部の表示面から前記反射部材に向けて出射された前記光が、前記反射部材の反射面のみに反射されて表示媒体に向かい、さらに、前記表示媒体に反射されて観察者に向かうことによって、前記表示媒体越しに前記画像が虚像として前記観察者に視認され、
前記表示部の表示面は、前記表示部から前記反射部材に向かう向きよりも下側に向けられ、前記表示部の表示面の中心は、前記反射部材の反射面の重心よりも下側に配置されている、
ヘッドアップディスプレイ。
前記表示部の表示面の中心は、前記反射部材の反射面の重心よりも左側または右側に配置されている、
請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
前記ヘッドアップディスプレイは車両に搭載され、
前記表示媒体は前記反射部材よりも上方にあるウインドシールドであって、
前記車両のステアリングホイールが前記車両の左側に取り付けられている左ステアリングホイールの場合には、前記表示部の表示面の中心は、前記反射部材の反射面の重心よりも右側に配置され、
前記車両のステアリングホイールが前記車両の右側に取り付けられている右ステアリングホイールの場合には、前記表示部の表示面の中心は、前記反射部材の反射面の重心よりも左側に配置されている、
請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ。
前記反射部材の反射面の重心における接平面上の座標系であって、前記反射面の重心が原点であり、前記原点で互いに直交するＸ軸およびＹ軸のうち、前記Ｘ軸が左右方向に沿う前記座標系において、前記接平面に垂直な方向の前記表示部側から前記反射面を見たときに、
前記ステアリングホイールが前記左ステアリングホイールの場合には、
前記表示部の表示面の中心は、前記座標系の第四象限に配置され、
前記ステアリングホイールが前記右ステアリングホイールの場合には、
前記表示部の表示面の中心は、前記座標系の第三象限に配置されている、
請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ。
画像を示す光を表示面から出射する表示部と、
反射部材とを備え、
前記表示部の表示面から前記反射部材に向けて出射された前記光が、前記反射部材の反射面のみに反射されて表示媒体に向かい、さらに、前記表示媒体に反射されて観察者に向かうことによって、前記表示媒体越しに前記画像が虚像として前記観察者に視認され、
前記表示部の表示面の中心は、前記反射部材の反射面の重心よりも左側または右側に配置されている、
ヘッドアップディスプレイ。