JP6550716B2 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents
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Description
本発明は、実景に虚像を重ねて視認させる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（ＨＵＤ：Ｈｅａｄ Ｕｐ Ｄｉｓｐｌａｙ）として、特許文献１に記載されているものがある。このようなＨＵＤは、図７，８に示すように、投影光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を出射する投影器５０１と、投影光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を透過型スクリーン５０３に結像させる投射レンズ５０２と、投射レンズ５０２からの投影光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を背面で受光して実像を結像し、表面側に実像を示す画像光を拡散出射する透過型スクリーン５０３と、透過型スクリーン５０３で拡散した画像光Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３を車両のウインドシールド（投影反射面）５１０に向ける平面鏡５０４，凹面鏡５０５と、を備える。図７，８に示すＰ１，Ｐ２，Ｐ３は、観察者が虚像を視認するのに寄与する画像光の光路を示した図である。
投射レンズ５０２から透過型スクリーン５０３に向かう投影光Ｌは、透過型スクリーン５０３に向けてコーン状に拡がる。透過型スクリーン５０３に入射した投影光Ｌ１は、透過型スクリーン５０３によって拡散され、投影光Ｌ１と同じ向きの配光軸Ｍ１ａを光軸にして画像光Ｍ１として拡散する。また、透過型スクリーン５０３に入射した投影光Ｌ２，Ｌ３も同様に、透過型スクリーン５０３により拡散され、投影光Ｌ２，Ｌ３と同じ向きの配光軸Ｍ２ａ，Ｍ３ａを光軸にして画像光Ｍ２，Ｍ３として拡散する。
しかしながら、特許文献１のように、投射レンズ５０２からの投影光Ｌをそのまま透過型スクリーン５０３に投影した場合、透過型スクリーン５０３から出射される配光軸Ｍ１ａ，Ｍ２ａ，Ｍ３ａの向きは、投影光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３と概ね同じとなる。そのため、透過型スクリーン５０３の所定の領域から出射される画像光Ｍ１，Ｍ３の光路は、観察者の視点５２０に向かう光路Ｐ１，Ｐ３に沿わなくなってしまう（配光軸Ｍ１ａ，Ｍ３ａが、光路Ｐ１，Ｐ３に一致しない）。これにより、観察者の視点５２０に届く画像光Ｍが弱いため、観察者が視認する虚像の輝度が低下してしまうおそれがあった。また、透過型スクリーン５０３の各領域で拡散される画像光Ｍ１，Ｍ３の配光軸Ｍ１ａ，Ｍ３ａが観察者の視点５２０に向かう光路Ｐ１，Ｐ３に沿わないため、画像光Ｍ１，Ｍ３の光利用効率が低下してしまっていた。
したがって、本発明は、上記実情を鑑みてなされたものであり、効率よく画像光を観察者に向けさせることができる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、第一の発明のヘッドアップディスプレイ装置は、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、画像を示す投影光を出射する投影器と、前記投影光を結像して画像光として拡散するスクリーンと、前記スクリーンから出射された前記画像光を反射する第一反射部と、前記投影光を拡大して前記スクリーン上に結像させる結像光学系と、前記スクリーンと前記結像光学系との間に配設され、前記投影光を屈折させることで前記スクリーンから出射される前記画像光の配光を領域毎に調整する配光調整手段と、を備え、前記配光調整手段は、第二の方向から見た前記スクリーンの各領域から出射され、前記虚像の上下方向を形成する複数の画像光が、収束しながら前記第一反射部に向かい、前記第一反射部より前記スクリーン側では交差させず、かつ、前記第二の方向と直交する第一の方向から見た前記スクリーンの各領域から出射され、前記虚像の左右方向を形成する複数の画像光が、発散しながら前記第一反射部に向かうように、前記画像光の配光を調整する、ものである。
また、第二の発明におけるヘッドアップディスプレイ装置は、前記配光調整手段が、前記スクリーンの各領域から出射される前記画像光を、前記投影光の光軸側へ調整するものである。
また、第三の発明におけるヘッドアップディスプレイ装置は、前記配光調整手段が、前記投影光の光軸に対して垂直方向に延びる第一の方向と、前記投影光の光軸に対して垂直方向に延び、かつ前記第一の方向と直交する第二の方向のうち、少なくとも前記第一の方向において、前記投影光の光軸から離れるに従い前記投影光の調整量を大きくするものである。
本発明によれば、効率よく画像光を観察者に向けさせることができる。
（第一実施形態）
本発明の第一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤ装置と記載）１の構成を示す概略構成図である。本実施形態に係るＨＵＤ装置１は、車両のダッシュボード内に設置される。ＨＵＤ装置１は、画像光２００を車両のウインドシールド２へ出射する。ウインドシールド２に反射された画像光２００は、アイボックス３に向けられる。ユーザの視点位置がアイボックス３内にある場合、ユーザは、画像光２００により生成される所望の輝度の虚像を視認する。ユーザはウインドシールド２を通して、車両の前方の実景と重畳して、虚像が遠方にあるように認識する。
本発明の第一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤ装置と記載）１の構成を示す概略構成図である。本実施形態に係るＨＵＤ装置１は、車両のダッシュボード内に設置される。ＨＵＤ装置１は、画像光２００を車両のウインドシールド２へ出射する。ウインドシールド２に反射された画像光２００は、アイボックス３に向けられる。ユーザの視点位置がアイボックス３内にある場合、ユーザは、画像光２００により生成される所望の輝度の虚像を視認する。ユーザはウインドシールド２を通して、車両の前方の実景と重畳して、虚像が遠方にあるように認識する。
ＨＵＤ装置１は、図１に示すように、実像Ｓ１を表示し、この実像Ｓ１を示す画像光２００を出射する表示装置１０と、表示装置１０が出射した画像光２００を反射する第一反射部２０と、第一反射部２０が反射した画像光２００を拡大してウインドシールド２に向ける第二反射部３０と、これらを収納する筐体４０と、ＨＵＤ装置１の電気的な制御を行う図示しない制御部と、を備える。
（表示装置１０）
表示装置１０は、図１に示すように、図示しない照明光を出射する光源１１と、光源ミラー１２と、プリズム１３と、反射型表示器１４と、投射レンズ１５と、配光調整手段１６と、透過型スクリーン１７を備え、透過型スクリーン１７上に実像Ｓ１を結像し、実像Ｓ１を示す画像光２００を第一反射部２０に向けて出射するものである。
表示装置１０は、図１に示すように、図示しない照明光を出射する光源１１と、光源ミラー１２と、プリズム１３と、反射型表示器１４と、投射レンズ１５と、配光調整手段１６と、透過型スクリーン１７を備え、透過型スクリーン１７上に実像Ｓ１を結像し、実像Ｓ１を示す画像光２００を第一反射部２０に向けて出射するものである。
光源１１は、例えば、赤色，青色，緑色の光をそれぞれ出力可能な複数のＬＥＤを有し、前記制御部からの制御のもと、所望の色，光強度，タイミングで前記照明光を出射する。また、本実施形態における表示装置１０は、フィールドシーケンシャルカラー（Ｆｉｅｌｄ Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ Ｃｏｌｏｒ）駆動方式を採用しており、各色の光源１１が時分割的に前記照明光を出射する。
光源ミラー１２は、特定の波長の光を反射し、その他の波長の光を透過するダイクロイックミラーなどであり、複数の光源１１から出射される赤色，青色，緑色の光の進路を揃えてプリズム１３に向けるものであり、光源１１からの前記照明光をプリズム１３へ適正な角度で入射させるものである。
プリズム１３は、光源ミラー１２と反射型表示器１４との間に配置され、光源ミラー１２から入射する前記照明光の光軸に対して所定の角度で傾いた傾斜面を有する。傾斜面に入射した光源ミラー１２からの前記照明光は、傾斜面を透過し、反射型表示器１４に入射し、そして、反射型表示器１４から出射した投影光１００は、再びプリズム１３に入射し、傾斜面により投射レンズ１５の方向へ反射され、投影面１３ａから投影光１００を出射する。
反射型表示器１４は、例えば、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）やＬＣＯＳ（登録商標：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）などの反射型の表示デバイスであり、プリズム１３から入射した前記照明光を、前記制御部の制御のもと、虚像を表示するための投影光１００に変換してプリズム１３に向けて反射する。
投射レンズ１５は、例えば、球面を有する凸レンズなどで形成され、プリズム１３から入射する投影光１００を拡大して、配光調整手段１６の方向へ出射する。投射レンズ１５は、反射型表示器１４からの投影光１００を受光し、後述する透過型スクリーン１７に実像Ｓ１を結像させる結像光学系である。
配光調整手段１６は、図２に示すように、投影光の光軸（１０２）に対して垂直方向に延びる第一の方向Ｘと、この第一の方向Ｘと直交する第二の方向Ｙとで曲率の異なる両面凸の自由曲面を有するレンズであり、投射レンズ１５から透過型スクリーン１７へ向かう投影光１００の光路上に配置される。配光調整手段１６は、投影面１３ａから透過型スクリーン１７に向かう投影光１００を屈折することにより、透過型スクリーン１７の各領域から出射される画像光２００の配光を調整するものである。配光調整手段１６の具体的な作用については、後に詳述する。
透過型スクリーン１７は、例えば、ポリカーボネートなどの樹脂で形成された拡散フィルムであり、投射レンズ１５から出射された投影光１００を実像Ｓ１として結像し、一定の分布で拡散させた画像光２００を出射する。なお、透過型スクリーン１７から出射される画像光２００の配光は、配光調整手段１６の作用により、透過型スクリーン１７の領域毎に調整される。
以上に説明した表示装置１０は、反射型表示器１４が投影光１００を生成し、投影面１３ａから投影光１００を出射し、投射レンズ１５は、透過型スクリーン１７上で投影光１００を実像Ｓ１として結像する。そして、配光調整手段１６が、投射レンズ１５から透過型スクリーン１７に向かう投影光１００を屈折することにより、透過型スクリーン１７の各領域から出射される画像光２００の配光を調整することで、画像光２００を効率よくアイボックス３方向へ向けさせることができる。
第一反射部２０は、平面鏡であり、例えば合成樹脂材料やガラス材料からなる基材の表面に、蒸着等の手段により反射膜を形成したものである。第一反射部２０は、透過型スクリーン１７により拡散・透過された画像光２００を後述する第二反射部３０に向けて反射させる。
第二反射部３０は、凹面鏡であり、例えば合成樹脂材料からなる基材の表面に、蒸着等の手段により反射膜を形成したものである。第二反射部３０は、反射面が凹状の自由曲面を有し、その詳細な表面形状は，透過型スクリーン１７，第一反射部２０，ウインドシールド２（反射透過面），アイボックス３との間の位置関係と、ウインドシールド２の曲率と、要求される虚像の結像距離と、ユーザが視認するＨＵＤ装置１の画角などに基づいて計算される。第二反射部３０は、前記虚像の歪みが最小となるように設計することが可能であり、また、第一反射部２０で反射された画像光２００を拡大してウインドシールド２に向けて反射する。
また、第二反射部３０は、第二反射部３０の角度を調整することができるアクチュエータ３０ａを有する。アクチュエータ３０ａは、図示しないカメラなどで構成される視点位置検出手段により検出した観察者の視点位置に応じて第二反射部３０を回動させることで画像光２００をアイボックス３に向けさせることができる。また、アクチュエータ３０ａは、図示しない操作部の操作に応じて第二反射部３０を回動させてもよい。
以上が本実施形態におけるＨＵＤ装置１の構成である。これより、図２を用いて、配光調整手段１６の作用を説明する。図２（ａ）は、第二の方向Ｙから配光調整手段１６を見たときの概略構成図であり、図２（ｂ）は、第一の方向Ｘから配光調整手段１６を見たときの概略構成図である。
（配光調整手段１６の作用）
まず、図２（ａ）を参照して、第二の方向Ｙから配光調整手段１６を見たときの配光調整手段１６の作用を説明する。なお、図２（ａ）に図示した投影面１３ａから出射される投影光１００（投影光１０１，投影光１０２，投影光１０３）は、観察者が視認する前記虚像の上下方向を形成する光であり、投影光１０１は前記虚像の下端、投影光１０２は前記虚像の上下中央付近、投影光１０３は前記虚像の上端を形成する。
投影面１３ａの各領域から出射された投影光１００（投影光１０１，投影光１０２，投影光１０３）は、投射レンズ１５を介して配光調整手段１６へ入射する。配光調整手段１６は、透過型スクリーン１７から出射される画像光２０１，画像光２０２，画像光２０３の配光軸２０１ａ，配光軸２０２ａ，配光軸２０３ａを、アイボックス３に向かう光路Ｐ１，光路Ｐ２，光路Ｐ３に概ね沿うように、透過型スクリーン１７に入射する投影光１０１，投影光１０２，投影光１０３を屈折させる。
第一の方向Ｘにおいて、配光調整手段１６は、配光調整手段１６の光軸から離れた位置に入射した投影光１００（投影光１０１，投影光１０３）を、大きく屈折させて透過型スクリーン１７側に出射する。具体的に、配光調整手段１６は、投影光１０１を角度θ１、投影光１０３を角度θ３だけ配光調整手段１６の光軸側に傾けて出射する。なお、配光調整手段１６の光軸に沿った投影光１０２は、配光調整手段１６により屈折されることなく（配光調整手段１６により配光が調整されることなく）、透過型スクリーン１７で結像し、画像光２０２として出射する。配光調整手段１６は、配光調整手段１６の光軸から離れるに従い投影光１００の調整量（傾ける角度）を大きくする。
まず、図２（ａ）を参照して、第二の方向Ｙから配光調整手段１６を見たときの配光調整手段１６の作用を説明する。なお、図２（ａ）に図示した投影面１３ａから出射される投影光１００（投影光１０１，投影光１０２，投影光１０３）は、観察者が視認する前記虚像の上下方向を形成する光であり、投影光１０１は前記虚像の下端、投影光１０２は前記虚像の上下中央付近、投影光１０３は前記虚像の上端を形成する。
投影面１３ａの各領域から出射された投影光１００（投影光１０１，投影光１０２，投影光１０３）は、投射レンズ１５を介して配光調整手段１６へ入射する。配光調整手段１６は、透過型スクリーン１７から出射される画像光２０１，画像光２０２，画像光２０３の配光軸２０１ａ，配光軸２０２ａ，配光軸２０３ａを、アイボックス３に向かう光路Ｐ１，光路Ｐ２，光路Ｐ３に概ね沿うように、透過型スクリーン１７に入射する投影光１０１，投影光１０２，投影光１０３を屈折させる。
第一の方向Ｘにおいて、配光調整手段１６は、配光調整手段１６の光軸から離れた位置に入射した投影光１００（投影光１０１，投影光１０３）を、大きく屈折させて透過型スクリーン１７側に出射する。具体的に、配光調整手段１６は、投影光１０１を角度θ１、投影光１０３を角度θ３だけ配光調整手段１６の光軸側に傾けて出射する。なお、配光調整手段１６の光軸に沿った投影光１０２は、配光調整手段１６により屈折されることなく（配光調整手段１６により配光が調整されることなく）、透過型スクリーン１７で結像し、画像光２０２として出射する。配光調整手段１６は、配光調整手段１６の光軸から離れるに従い投影光１００の調整量（傾ける角度）を大きくする。
次に、図２（ｂ）を参照して、第一の方向Ｘから配光調整手段１６を見たときの配光調整手段１６の作用を説明する。なお、図２（ｂ）に図示した投影面１３ａから出射される投影光１００（投影光１０４，投影光１０５，投影光１０６）は、観察者が視認する前記虚像の左右方向を形成する光であり、投影光１０４は前記虚像の右端、投影光１０５は前記虚像の左右中央付近、投影光１０６は前記虚像の左端を形成する。
投影面１３ａの各領域から出射された投影光１００（投影光１０４，投影光１０５，投影光１０６）は、投射レンズ１５を介して配光調整手段１６へ入射する。配光調整手段１６は、透過型スクリーン１７から出射される画像光２０４，画像光２０５，画像光２０６の配光軸２０４ａ、配光軸２０５ａ、配光軸２０６ａを、アイボックス３に向かう光路Ｐ４，光路Ｐ５，光路Ｐ６に概ね沿うように、透過型スクリーン１７に入射する投影光１０４，投影光１０５，投影光１０６を屈折させる。
第二の方向Ｙにおいて、配光調整手段１６は、配光調整手段１６の光軸から離れた位置に入射した投影光１００（投影光１０４，投影光１０６）を、大きく屈折させて透過型スクリーン１７側に出射する。具体的に、配光調整手段１６は、投影光１０４を角度θ４、投影光１０６を角度θ６だけ配光調整手段１６の光軸側に傾けて出射する。なお、配光調整手段１６の光軸に沿った投影光１０５は、配光調整手段１６により屈折されることなく（配光調整手段１６により配光が調整されることなく）、透過型スクリーン１７で結像し、画像光２０５として出射する。配光調整手段１６は、配光調整手段１６の光軸から離れるに従い投影光１００の調整量（傾ける角度）を大きくする。なお、配光調整手段１６がアイボックス３の上下方向に配光される画像光２０１，画像光２０３を屈折させる角度θ１，角度θ３（調整量）は、アイボックス３の左右方向に配光される画像光２０４，画像光２０６を屈折させる角度θ４，角度θ６（調整量）よりも大きくする。
投影面１３ａの各領域から出射された投影光１００（投影光１０４，投影光１０５，投影光１０６）は、投射レンズ１５を介して配光調整手段１６へ入射する。配光調整手段１６は、透過型スクリーン１７から出射される画像光２０４，画像光２０５，画像光２０６の配光軸２０４ａ、配光軸２０５ａ、配光軸２０６ａを、アイボックス３に向かう光路Ｐ４，光路Ｐ５，光路Ｐ６に概ね沿うように、透過型スクリーン１７に入射する投影光１０４，投影光１０５，投影光１０６を屈折させる。
第二の方向Ｙにおいて、配光調整手段１６は、配光調整手段１６の光軸から離れた位置に入射した投影光１００（投影光１０４，投影光１０６）を、大きく屈折させて透過型スクリーン１７側に出射する。具体的に、配光調整手段１６は、投影光１０４を角度θ４、投影光１０６を角度θ６だけ配光調整手段１６の光軸側に傾けて出射する。なお、配光調整手段１６の光軸に沿った投影光１０５は、配光調整手段１６により屈折されることなく（配光調整手段１６により配光が調整されることなく）、透過型スクリーン１７で結像し、画像光２０５として出射する。配光調整手段１６は、配光調整手段１６の光軸から離れるに従い投影光１００の調整量（傾ける角度）を大きくする。なお、配光調整手段１６がアイボックス３の上下方向に配光される画像光２０１，画像光２０３を屈折させる角度θ１，角度θ３（調整量）は、アイボックス３の左右方向に配光される画像光２０４，画像光２０６を屈折させる角度θ４，角度θ６（調整量）よりも大きくする。
以上に説明したように、本実施形態のＨＵＤ装置１によれば、配光調整手段１６により、透過型スクリーン１７の各領域から出射される画像光２００の配光を調整することができるため、効率よく画像光２００をアイボックス３に向けさせることができる。
（第二実施形態）
以下に図３を用いて、第二実施形態における配光調整手段１６ａの作用を説明する。図３（ａ）は、第二の方向Ｙから配光調整手段１６ａを見たときの概略構成図であり、図３（ｂ）は、第一の方向Ｘから配光調整手段１６ａを見たときの概略構成図である。なお、図３において、上記第一実施形態と同じ構成については、同じ符号を付し、説明は省略する。
以下に図３を用いて、第二実施形態における配光調整手段１６ａの作用を説明する。図３（ａ）は、第二の方向Ｙから配光調整手段１６ａを見たときの概略構成図であり、図３（ｂ）は、第一の方向Ｘから配光調整手段１６ａを見たときの概略構成図である。なお、図３において、上記第一実施形態と同じ構成については、同じ符号を付し、説明は省略する。
第二実施形態におけるＨＵＤ装置１は、上記第一実施形態の配光調整手段１６と特性の違う配光調整手段１６ａを有する点で異なる。第二実施形態における配光調整手段１６ａは、第一の方向Ｘにおいて、投影光１００を屈折させるパワーを有し、第二の方向Ｙ方向において、投影光１００を屈折させるパワーを有さないシリンドリカルレンズで構成される。
図３（ｂ）を参照して、第一の方向Ｘから第二実施形態の配光調整手段１６ａを見たときの配光調整手段１６の作用を説明する。
投影面１３ａの各領域から出射された投影光１００（投影光１０４，投影光１０５，投影光１０６）は、投射レンズ１５を介して配光調整手段１６ａへ入射する。配光調整手段１６ａは、投影光１０４，投影光１０５，投影光１０６の向きを変えることなく、透過型スクリーン１７側へ出射する。透過型スクリーン１７は、背面より入射する投影光１０４，投影光１０５，投影光１０６と概ね同じ向きの配光軸２０４ａ、配光軸２０５ａ、配光軸２０６ａを有する画像光２０４，画像光２０５，画像光２０６を出射する。なお、配光軸２０４ａ、配光軸２０５ａ、配光軸２０６ａが、アイボックス３に向かう光路Ｐ４，光路Ｐ５，光路Ｐ６に沿うように、投射レンズ１５からの投影光１０４，投影光１０５，投影光１０６の投射角度が設定される。
投影面１３ａの各領域から出射された投影光１００（投影光１０４，投影光１０５，投影光１０６）は、投射レンズ１５を介して配光調整手段１６ａへ入射する。配光調整手段１６ａは、投影光１０４，投影光１０５，投影光１０６の向きを変えることなく、透過型スクリーン１７側へ出射する。透過型スクリーン１７は、背面より入射する投影光１０４，投影光１０５，投影光１０６と概ね同じ向きの配光軸２０４ａ、配光軸２０５ａ、配光軸２０６ａを有する画像光２０４，画像光２０５，画像光２０６を出射する。なお、配光軸２０４ａ、配光軸２０５ａ、配光軸２０６ａが、アイボックス３に向かう光路Ｐ４，光路Ｐ５，光路Ｐ６に沿うように、投射レンズ１５からの投影光１０４，投影光１０５，投影光１０６の投射角度が設定される。
このような構成においても、配光調整手段１６ａにより、透過型スクリーン１７の各領域から出射される画像光２００の配光を調整することができるため、効率よく画像光２００をアイボックス３に向けさせることができる。また、配光調整手段１６ａにおいて、一軸方向（第一の方向Ｘ）のみに投影光１００を屈折させるパワーを持たせるため、配光調整手段１６ａの光学設計を容易にすることができる。
（第三実施形態）
第三実施形態におけるＨＵＤ装置１は、透過型スクリーン１７の各領域から出射される画像光２０１，画像光２０２，画像光２０３が交差し、所定の位置で中間像Ｓ２を形成する点で異なる。以下に図４，５を用いて、本発明の第三実施形態について説明する。図４は、第三実施形態におけるＨＵＤ装置１の概略構成図であり、図５（ａ）は、第二の方向Ｙから配光調整手段１６ｂを見たときの概略構成図であり、図５（ｂ）は、第一の方向Ｘから配光調整手段１６ｂを見たときの概略構成図である。
第三実施形態におけるＨＵＤ装置１は、透過型スクリーン１７の各領域から出射される画像光２０１，画像光２０２，画像光２０３が交差し、所定の位置で中間像Ｓ２を形成する点で異なる。以下に図４，５を用いて、本発明の第三実施形態について説明する。図４は、第三実施形態におけるＨＵＤ装置１の概略構成図であり、図５（ａ）は、第二の方向Ｙから配光調整手段１６ｂを見たときの概略構成図であり、図５（ｂ）は、第一の方向Ｘから配光調整手段１６ｂを見たときの概略構成図である。
第三実施形態における配光調整手段１６ｂは、例えば、シリンドリカルレンズであり、投影光１００を受けて透過型スクリーン１７に向けて屈折した投影光１００を出射させる光学領域は、透過型スクリーン１７が実像Ｓ１を結像する領域よりも大きくなるように形成される。
（配光調整手段１６ｂの作用）
まず、図５（ａ）を参照して、第二の方向Ｙから配光調整手段１６ｂを見たときの配光調整手段１６ｂの作用を説明する。
投影面１３ａの各領域から出射された投影光１００（投影光１０１，投影光１０２，投影光１０３）は、投射レンズ１５を介して配光調整手段１６ｂへ入射する。配光調整手段１６ｂは、透過型スクリーン１７から出射される画像光２０１，画像光２０２，画像光２０３の配光軸２０１ａ，配光軸２０２ａ，配光軸２０３ａを、アイボックス３に向かう光路Ｐ１，光路Ｐ２，光路Ｐ３に概ね沿うように、投影光１０１，投影光１０２，投影光１０３を屈折させて透過型スクリーン１７に出射する。
第一の方向Ｘにおいて、配光調整手段１６ｂの光軸から離れた位置に入射した投影光１００（投影光１０１，投影光１０３）を、大きく屈折させて透過型スクリーン１７側に出射する。具体的に、配光調整手段１６ｂは、投影光１０１，投影光１０３を配光調整手段１６ｂの光軸側に向くように傾けて出射する。そうすることで、画像光２００全体としては収束しながら第一反射部２０に向かうため、小型の第一反射部２０で画像光２００を受光することができる。配光調整手段１６ｂは、配光調整手段１６ｂの光軸から離れるに従い投影光１００の調整量（傾ける角度）を大きくする。
まず、図５（ａ）を参照して、第二の方向Ｙから配光調整手段１６ｂを見たときの配光調整手段１６ｂの作用を説明する。
投影面１３ａの各領域から出射された投影光１００（投影光１０１，投影光１０２，投影光１０３）は、投射レンズ１５を介して配光調整手段１６ｂへ入射する。配光調整手段１６ｂは、透過型スクリーン１７から出射される画像光２０１，画像光２０２，画像光２０３の配光軸２０１ａ，配光軸２０２ａ，配光軸２０３ａを、アイボックス３に向かう光路Ｐ１，光路Ｐ２，光路Ｐ３に概ね沿うように、投影光１０１，投影光１０２，投影光１０３を屈折させて透過型スクリーン１７に出射する。
第一の方向Ｘにおいて、配光調整手段１６ｂの光軸から離れた位置に入射した投影光１００（投影光１０１，投影光１０３）を、大きく屈折させて透過型スクリーン１７側に出射する。具体的に、配光調整手段１６ｂは、投影光１０１，投影光１０３を配光調整手段１６ｂの光軸側に向くように傾けて出射する。そうすることで、画像光２００全体としては収束しながら第一反射部２０に向かうため、小型の第一反射部２０で画像光２００を受光することができる。配光調整手段１６ｂは、配光調整手段１６ｂの光軸から離れるに従い投影光１００の調整量（傾ける角度）を大きくする。
また、第三実施形態のＨＵＤ装置１は、透過型スクリーン１７から出射した画像光２００を中間像Ｓ２に結像するため、第一反射部２０ｂを凹面鏡で構成する。第一反射部２０は、透過型スクリーン１７で結像した実像Ｓ１の画像光２００を、第一反射部２０と第二反射部３０との間で中間像Ｓ２として結像する。中間像Ｓ２の結像位置は、第二反射部３０の焦点距離よりも第二反射部３０側であり、前記第二反射部３０の焦点距離付近とすることで、観察者に高倍率の虚像を視認させることができる。
以上に説明したように、第三実施形態におけるＨＵＤ装置１は、配光調整手段１６ｂにより透過型スクリーン１７の各領域から出射される画像光２００の配光軸２００ａを配光調整手段１６ｂの光軸側に向けることで、小型の第一反射部２０で効率よく中間像Ｓ２を生成することができる。
本発明は以上の実施形態及び図面によって限定されるものではない。本発明の要旨を変更しない範囲で、適宜、変更（構成要素の削除も含む）を加えることが可能である。以下に変形例の一例を示す。
上記実施形態では、投射レンズ１５からの投影光１００を屈折させる配光調整手段１６を、自由曲面レンズ、シリンドリカルレンズとしたが、これに限定されず、適宜、球面または非球面の回転対称レンズやトロイダルレンズとしてもよい。
また、上記実施形態では、配光調整手段１６をレンズで構成したが、凹面を有するミラーで構成してもよい。
また、上記実施形態では、透過型スクリーン１７を拡散フィルムとしたが、透過型スクリーン１７をマイクロレンズアレイで構成してもよい。透過型スクリーン１７をマイクロレンズアレイで構成することで透過型スクリーン１７の各領域から出射される画像光２００の配光角の大きさや配光方向を、透過型スクリーン１７の領域毎に調整することができるため、より効率よく画像光２００を観察者に向けることができる。
また、上記実施形態では、透過型スクリーン１７を配光調整手段１６の光軸に対して垂直に配置していたが、図６に示すように、第一の方向Ｘまたは／および第二の方向Ｙにおいて、透過型スクリーン１７を配光調整手段１６の光軸に対して傾けても良い。斯かる構成により、ＨＵＤ装置１の外部から侵入した太陽光が透過型スクリーン１７を透過して光源ミラー１２や光源１１に伝達されることを防止することができる。
また、画像光２００が投影される反射透過面は、車両のウインドシールド２に限定されない。画像光２００が投影される反射透過面は、例えば、専用に設けられるコンバイナ部材であってもよい。
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。
１ ＨＵＤ装置（ヘッドアップディスプレイ装置）
２ ウインドシールド（反射透過面）
３ アイボックス
１０ 表示装置
１１ 光源
１２ 光源ミラー
１３ プリズム
１４ 反射型表示器（投影器）
１５ 投射レンズ（結像光学系）
１６ 配光調整手段
１７ 透過型スクリーン（スクリーン）
２０ 第一反射部
３０ 第二反射部
４０ 筐体
１００ 投影光
２００ 画像光
２ ウインドシールド（反射透過面）
３ アイボックス
１０ 表示装置
１１ 光源
１２ 光源ミラー
１３ プリズム
１４ 反射型表示器（投影器）
１５ 投射レンズ（結像光学系）
１６ 配光調整手段
１７ 透過型スクリーン（スクリーン）
２０ 第一反射部
３０ 第二反射部
４０ 筐体
１００ 投影光
２００ 画像光
Claims (2)
- 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、
画像を示す投影光を出射する投影器と、
前記投影光を結像して画像光として拡散するスクリーンと、
前記スクリーンから出射された前記画像光を反射する第一反射部と、
前記投影光を拡大して前記スクリーン上に結像させる結像光学系と、
前記スクリーンと前記結像光学系との間に配設され、前記投影光を屈折させることで前記スクリーンから出射される前記画像光の配光を領域毎に調整する配光調整手段と、を備え、
前記配光調整手段は、第二の方向から見た前記スクリーンの各領域から出射され、前記虚像の上下方向を形成する複数の画像光が、収束しながら前記第一反射部に向かい、前記第一反射部より前記スクリーン側では交差させず、かつ、
前記第二の方向と直交する第一の方向から見た前記スクリーンの各領域から出射され、前記虚像の左右方向を形成する複数の画像光が、発散しながら前記第一反射部に向かうように、前記画像光の配光を調整する、
ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。 - 前記第一反射部は、前記虚像の上下方向を形成する複数の画像光が交差し、中間像を形成するように凹状の反射面を有する、
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。
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