JPWO2015159523A1 - ヘッドアップディスプレイ、およびヘッドアップディスプレイを搭載した移動体 - Google Patents

ヘッドアップディスプレイ、およびヘッドアップディスプレイを搭載した移動体 Download PDF

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Abstract

本開示に係るヘッドアップディスプレイは、ウインドシールドを有する移動体に搭載され、観察者に虚像を視認させるヘッドアップディスプレイであって、画像を表示する表示素子と、表示素子に表示される画像を反射してウインドシールドに投射する反射光学系と、反射光学系とウインドシールドとの間に配置され、パワーを有する屈折光学系とを備える。表示素子から出射されて反射光学系により反射される画像の中心光路が屈折光学系に入射する位置は、屈折光学系の中心軸に対して、移動体のウインドシールド側に存在するように構成した。

Description

本開示は、反射手段に投射した表示画像を虚像として観察者に視認させるヘッドアップディスプレイ、およびヘッドアップディスプレイを搭載した移動体に関する。
特許文献１は、表示像に遠近感を付与し、視覚的演出効果のある表示装置を開示する。この表示装置は、プロジェクタと、第１の画像を表示する第１のスクリーンと、第２の画像を表示する第２のスクリーンと、プリズムシートと、反射部材とを備える。これにより、遠近感のある２つの表示像を運転者に視認させることができる。
特開２０１３−８３６７５号公報
本開示に係るヘッドアップディスプレイは、ウインドシールドを有する移動体に搭載され、観察者に虚像を視認させるヘッドアップディスプレイであって、画像を表示する表示素子と、表示素子に表示される画像を反射してウインドシールドに投射する反射光学系と、反射光学系とウインドシールドとの間に配置され、パワーを有する屈折光学系とを備える。表示素子から出射されて反射光学系により反射される画像の中心光路が屈折光学系に入射する位置は、屈折光学系の中心軸に対して、移動体のウインドシールド側に存在するように構成した。
図１は、本開示のヘッドアップディスプレイを搭載した車両の概略構成図である。 図２は、本開示のヘッドアップディスプレイの構成を説明する模式図である。 図３は、本開示のヘッドアップディスプレイを動作させた際の観察者から見たウインドシールドを示す図である。 図４は、実施の形態１におけるヘッドアップディスプレイの構成を示す模式図である。 図５は、実施の形態２におけるヘッドアップディスプレイの構成を示す模式図である。 図６は、実施の形態３におけるヘッドアップディスプレイの構成を示す模式図である。 図７は、実施の形態４におけるヘッドアップディスプレイの構成を示す模式図である。 図８は、実施の形態５におけるヘッドアップディスプレイの構成を示す模式図である。 図９は、実施の形態６におけるヘッドアップディスプレイの構成を示す模式図である。 図１０は、実施の形態７におけるヘッドアップディスプレイの構成を示す模式図である。
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、図１〜４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、本開示のヘッドアップディスプレイ１００を搭載した車両２００（移動体の一例）の構成を示す図である。ヘッドアップディスプレイ１００は、図１に示されるように、車両２００のダッシュボード２１０内部に配置される。観察者Ｄは、ヘッドアップディスプレイ１００の内部に配置されている表示素子および光学系により生成され、ウインドシールド２２０を介して反射する虚像Ｉ１およびＩ２を視認する。ヘッドアップディスプレイ１００は、車両２００のウインドシールド２２０に画像を投影し、これによりウインドシールド２２０に対して観察者Ｄ側とは反対側に虚像Ｉ１およびＩ２を形成し、観察者Ｄは、虚像Ｉ１およびＩ２を視認する。図１に示す点線もしくは鎖線は、投影される画像の中心光路Ｌ１およびＬ２を示しており、以下の説明においても、中心光路Ｌ１およびＬ２は、点線もしくは鎖線で図示している。
図２は、本開示のヘッドアップディスプレイ１００の構成を示す概略構成図である。なお、図２は、ヘッドアップディスプレイ１００の一部を切り欠いて示している。
図２に示すように、本開示によるヘッドアップディスプレイ１００は、開口２１１を有する筐体１４０内に、画像を表示する第１表示素子１１１と、第１表示素子１１１が表示する画像をウインドシールド２２０に投影する投射光学系を収容することにより構成される。これにより、観察者Ｄは、ウインドシールド２２０を通して表示画像の虚像Ｉを視認できる。ウインドシールド２２０に投影される画像は、所定の視認領域であるアイボックス（Ｅｙｅ Ｂｏｘ）４００において、虚像Ｉ１、Ｉ２を欠けることなく視認可能となる。
筐体１４０の開口２１１は、投射光学系の投射光を出射する出射口を形成している。筐体１４０の開口２１１は、その開口２１１を塞ぐように透明な樹脂板などの透光性の反射防止カバー２１３を配置してもよい。
第１表示素子１１１は、液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置、プラズマディスプレイなどが用いられ、図示しない表示制御部から入力される画像信号により、第１表示素子１１１の表示領域に所定の画像が表示される。
また、投射光学系は、第１表示素子１１１からウインドシールド２２０までの光路に、第１表示素子１１１側に配置される第１反射部材としての第１ミラー１１２と、開口２１１側に配置される第２反射部材としての第２ミラー１１３とを有する。
図３は、観察者Ｄから見た場合の、虚像Ｉ１が表示される第１領域２２１と、虚像Ｉ２が表示される第２領域２２２との位置関係を示す図である。
観察者Ｄから見て、虚像Ｉ１は、虚像Ｉ２より下方に位置する。虚像Ｉ１を表示する第１領域２２１には、常時表示するスピードメーターなどが表示され、虚像Ｉ２を表示する第２領域２２２には、警告等の観察者Ｄに注意を喚起する表示内容や、走行状況に応じた表示内容が表示される。
［１−１−２．表示装置の配置構成］
図４は、実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイ１００の構成を模式的に示している。ヘッドアップディスプレイ１００は、その内部に、第１表示装置１１０と、第１表示装置１１０の上部に配置される第２表示装置１２０とを有している。
第１表示装置１１０は、第１表示素子１１１と、第１光学系１１９とを備える。第１光学系１１９は、第１ミラー１１２と第２ミラー１１３とを備える。第１光学系１１９の第１ミラー１１２の反射面は凸面、第２ミラー１１３の反射面は凹面である。
第２表示装置１２０は、第２表示素子１２１と、第２光学系１２９とを備える。第２表示素子１２１は、第１表示装置の第１ミラー１１２の鉛直下方に配置される。第２光学系１２９は、第１ミラー１２２と、第２ミラー１２３とを備える。第２光学系１２９の第１ミラー１２２および第２ミラー１２３の反射面は、凹面である。
第２光学系１２９の第２ミラー１２３は、車両２００の前方にある第１ミラー１２２で反射される表示画像の光束をウインドシールド２２０に向けて反射する。また、第２ミラー１２３の反射面において、表示された画像の中央付近の接平面の法線ベクトルは、車両２００の前方側の成分を有している。このような構成とすることにより、ウインドシールド２２０を通して外光が入射した際に、第２ミラー１２３で反射した外光が直接、観察者Ｄに導かれることがない。また、ウインドシールド２２０を通して入射した外光が、第２ミラー１２３で反射した後、さらに、ウインドシールド２２０などの反射部材で少なくとも１回反射した場合でも、観察者Ｄに導かれることが抑制される。
第１表示装置１１０の第１ミラー１１２および第２ミラー１１３、ならびに、第２表示装置１２０の第１ミラー１２２および第２ミラー１２３は、入射した光束を一部反射する半透過型ミラーであっても、全光束を反射するミラーであってもよい。
第２表示装置１２０の第１ミラー１２２は、ダッシュボード２１０の前方部分を構成する前面パネル（装飾部材）２１０ａの一部により構成されていてもよい。また、第２表示装置１２０の第２ミラー１２３は、ダッシュボード２１０の内部に設けられている。また第２ミラー１２３は、第１光学系１１９を覆うように配置される反射防止カバー２１３の一部により構成されていてもよいし、反射防止カバー２１３と連続的に配置してもよい。
第１表示素子１１１および第２表示素子１２１には、液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）や有機発光ダイオード（エレクトロルミネッセンス）、プラズマディスプレイ、プロジェクタを用いて像を生成するスクリーンなどを用いることが可能である。
[１−２．動作]
図４に示すように、実施の形態１においては、第１表示装置１１０は、虚像Ｉ１を表示する。第１表示装置１１０は、第１表示素子１１１が表示する画像を、第１ミラー１１２を介して反射させ、次いで第２ミラー１１３を介して反射させ、さらにウインドシールド２２０を介して反射させ、観察者Ｄの視点領域４００に導いて観察者Ｄに虚像Ｉ１として視認させる。また、第２表示装置１２０は、虚像Ｉ２を表示する。第２表示装置１２０は、第２表示素子１２１が表示する画像を、第１ミラー１２２を介して反射させ、次いで第２ミラー１２３を介して反射させ、さらにウインドシールド２２０を介して反射させ、観察者Ｄの視点領域４００に導いて観察者Ｄに虚像Ｉ２として視認させる。第１表示装置１１０の画像の中心光路Ｌ１は、第２表示装置１２０の画像の中心光路Ｌ２よりもウインドシールド２２０の下方の位置に反射する。
ここで、第１表示装置１１０と第２表示装置１２０との位置関係を説明する。図４に示すように、第２表示素子１２１から出射される画像の中心光路Ｌ２で示す光束は、第１表示素子１１１と、第１表示装置１１０の第１ミラー１１２との間を通過する。次に、第１表示装置１１０の第１ミラー１１２と第１表示装置１１０の第２ミラー１１３との間を通り、さらに第１表示装置１１０の第２ミラー１１３とウインドシールド２２０との間を通り、第２表示装置１２０の第１ミラー１２２に入射する。第２表示装置１２０の第１ミラー１２２で反射する光束は、第１表示装置１１０の第２ミラー１１３とウインドシールド２２０との間を通って第２表示装置１２０の第２ミラー１２３に入射する。第２表示装置１２０の第２ミラー１２３で反射する光束は、ウインドシールド２２０に入射し、反射された後、観察者Ｄの視点領域４００に導かれて虚像Ｉ２として視認される。
以上のように、実施の形態１においては、第２表示素子１２１から出射された画像の光束は、ウインドシールド２２０に入射するまでに、第１表示素子１１１から出射された光束と５回交差し、観察者Ｄに導かれて虚像Ｉ２として視認される。また、第１表示素子１１１から出射された画像の光束は、ウインドシールド２２０に入射するまでに、第２表示素子１２１から出射された光束と４回交差し、ウインドシールド２２０で反射された後、１回交差し、観察者Ｄに導かれて虚像Ｉ１として視認される。つまり、第１表示素子１１１から出射された光束と第２表示素子１２１から出射された光束とは、観察者Ｄに導かれてそれぞれ虚像Ｉ１および虚像Ｉ２として視認されるまでに、ダッシュボード２１０の内部で４回交差し、ダッシュボード２１０の外部で１回交差する。
［１−３．効果］
表示装置を第１表示装置１１０と第２表示装置１２０に分けることによって、ヘッドアップディスプレイ１００全体の深さ方向（図４における上下方向）および車両２００の前後方向（図４における左右方向）の寸法を短くし、ヘッドアップディスプレイ１００を小型化しつつ、二つの虚像Ｉ１、Ｉ２によって大画面の虚像の表示が可能となる。一般に、ヘッドアップディスプレイ１００が搭載される車両２００のダッシュボード内には、リーンホースメントやエアコンダクトなどの車両構造物が設けられるが、実施の形態１のヘッドアップディスプレイ１００は、その深さ方向および車両２００の前後方向の寸法を小さくできるので、これらの車両構造物と干渉することを抑制できる。
また、第１表示装置１１０と第２表示装置１２０とが表示する虚像毎に、表示距離や表示サイズを設定することが可能となる。
また、実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイ１００は、前面パネル２１２の一部および反射防止カバー２１３の一部を、それぞれ、第２表示装置１２０の第１ミラー１２２および第２ミラー１２３として使用している。この場合、自動車特有の構造物を、第２表示装置１２０の第２光学系１２９として利用しているため、第２表示装置１２０を更に小型化することができる。したがって、ヘッドアップディスプレイ１００全体の更なる小型化を実現できる。
（実施の形態２）
以下、図５を用いて、実施の形態２に係るヘッドアップディスプレイ１００を説明する。実施の形態２は、第２表示装置１２０の第２表示素子１２１の配置位置が、第１表示装置１１０の鉛直上方に配置されている点において、実施の形態１と異なる。
［２−１．構成］
図５は、実施の形態２に係るヘッドアップディスプレイ１００の構成を示す模式図である。ヘッドアップディスプレイ１００は、第１表示装置１１０と、第１表示装置１１０の鉛直方向の上部に配置される第２表示装置１２０とを有している。
第１表示装置１１０は、第１表示素子１１１と、第１光学系１１９とを備える。第１光学系１１９は、第１ミラー１１２と、第２ミラー１１３とを備える。第１光学系１１９の第１ミラー１１２の反射面は凸面、第２ミラー１１３の反射面は凹面であることが望ましい。
第２表示装置１２０は、第２表示素子１２１と、第２光学系１２９とを備える。第２光学系１２９は、第１ミラー１２２と、第２ミラー１２３とを備える。第２表示素子１２１は、第２ミラー１２３の鉛直下方であって、第１表示装置１１０の第１ミラー１１２の鉛直上方に配置される。第２光学系１２９の第１ミラー１２２の反射面は凹面、第２ミラー１２３の反射面は凹面とすることが望ましい。第２光学系１２９の第２ミラー１２３は、車両２００の前方にある第１ミラー１２２から入射した光束をウインドシールド２２０に向けて反射する。また、第２ミラー１２３の反射面は凹面であって、第２表示素子１２１の画像中心（Ｌ２）を反射する位置の接平面の法線が、車両２００の前方方向のベクトル成分を有している。このような構成とすることにより、ウインドシールド２２０を通過して入射した外光が、第２ミラー１２３で反射した場合でも直接観察者Ｄに導かれることがない。また、ウインドシールド２２０を通過して入射した外光が、第２ミラー１２３で反射した後、さらに、ウインドシールド２２０などの反射部材で反射した場合でも、観察者Ｄに導かれることが抑制される。
第１表示装置１１０の第１ミラー１１２および第２ミラー１１３、ならびに、第２表示装置１２０の第１ミラー１２２および第２ミラー１２３は、入射した光束を一部反射する半透過型ミラーであっても、全光束を反射するミラーであってもよい。
第２表示装置１２０の第１ミラー１２２は、ダッシュボード２１０の前方部分を構成する前面パネル（装飾部材）２１０ａの一部により構成されていてもよい。また、第２表示装置１２０の第２ミラー１２３は、ダッシュボード２１０の内部に設けられる。第２ミラー１２３は、第１光学系１１９を覆うように配置される反射防止カバー２１３の一部により構成されていてもよいし、反射防止カバー２１３と連続的に配置してもよい。
第１表示素子１１１および第２表示素子１２１には、液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）や有機発光ダイオード（エレクトロルミネッセンス）、プラズマディスプレイ、プロジェクタを用いて像を生成するスクリーンなどを用いることが可能である。
[２−２．動作]
図５に示されるように、実施の形態２においては、第１表示装置１１０は、虚像Ｉ１を表示する。第１表示装置１１０は、第１表示素子１１１が表示する画像を、第１ミラー１１２を介して反射させ、次いで第２ミラー１１３を介して反射させ、さらにウインドシールド２２０を介して反射させ、観察者Ｄの視点領域４００に導いて観察者Ｄに虚像Ｉ１として視認させる。第２表示装置１２０は、虚像Ｉ２を表示する。第２表示装置１２０は、第２表示素子１２１が表示する画像を、第１ミラー１２２を介して反射させ、次いで第２ミラー１２３を介して反射させ、さらにウインドシールド２２０を介して反射させ、観察者Ｄの視点領域４００に導いて観察者Ｄに虚像Ｉ２として視認させる。第１表示装置１１０の画像の中心光路Ｌ１は、第２表示装置１２０の画像の中心光路Ｌ２よりもウインドシールド２２０の下方を反射する。
実施の形態２においては、実施の形態１とは異なり、第２表示素子１２１から出射された光束は、第１表示装置１１０の第１表示素子１１１と第１ミラー１１２との間、および、第１ミラー１１２と第２ミラー１１３との間のいずれも通らない。第２表示装置１２０の第２表示素子１２１から出射された光束は、第１表示装置１１０の第２ミラー１１３とウインドシールド２２０との間を通り、第２表示装置１２０の第１ミラー１２２に入射する。第２表示装置１２０の第１ミラー１２２に入射した光束は、反射され、第１表示装置１１０の第２ミラー１１３とウインドシールド２２０との間を通り、第２表示装置１２０の第２ミラー１２３に入射する。第２表示装置１２０の第２ミラー１２３に入射した光束は反射され、ウインドシールド２２０に反射された後、観察者Ｄの視点領域４００に導かれて観察者Ｄに虚像Ｉ２を視認させる。
［２−３．効果］
表示装置を第１表示装置１１０および第２表示装置１２０に分けることにより、ヘッドアップディスプレイ１００の深さ方向（図５における上下方向）および車両２００の前後方向（図５における左右方向）の寸法を短くし、ヘッドアップディスプレイ１００を小型化しつつ、二つの虚像Ｉ１、Ｉ２によって大画面の虚像の表示が可能となる。また、第１表示装置１１０と第２表示装置１２０とが表示する虚像毎に、表示位置や表示サイズを設定することが可能となる。
また、実施の形態１と同様に、前面パネル２１２の一部および反射防止カバー２１３の一部を、それぞれ、第２表示装置１２０の第１ミラー１２２および第２ミラー１２３として使用することにより、ヘッドアップディスプレイ１００全体の更なる小型化を実現できる。
さらに、本実施の形態では、第２表示装置１２０の第２表示素子１２１を第２ミラー１２３の鉛直下方であって、第１表示装置１１０の第１ミラー１１２の鉛直上方に配置している。これにより、第１表示装置１１０と第２表示装置１２０とをそれぞれモジュール化することができ、組立性の向上を図ることができる。
（実施の形態３）
以下、図６を用いて、実施の形態３に係るヘッドアップディスプレイ１００を説明する。
［３−１．構成］
図６は、実施の形態３に係るヘッドアップディスプレイ１００の構成を説明する模式図である。ヘッドアップディスプレイ１００は、その内部に、第１光学系１１９と、第２光学系１２９と、第１表示素子１１１と、光束を分割する光学デバイス１３１とを備える。
第１光学系１１９は、第１ミラー１１２と、第２ミラー１１３とを備える。第１光学系１１９の第１ミラー１１２の反射面は凸面、第２ミラー１１３の反射面は凹面であることが望ましい。
第２光学系１２９は、第１ミラー１２２と、第２ミラー１２３とを備える。第２光学系１２９の第２ミラー１２３の反射面は、凹面であることが望ましい。第２光学系１２９は、第１光学系１１９の鉛直方向の上方に配置される。
光学デバイス１３１は、第１表示素子１１１から出射される光束を、時間ごとに分割する機能を有する。あるいは、光学デバイス１３１は、第１表示素子１１１から出射される光束を、波長帯域ごとに分割する機能を有するものであってもよい。あるいは、光学デバイス１３１は、第１表示素子１１１から出射される光束を、偏光方向により分割する機能を有するものであってもよい。
第２光学系１２９の第２ミラー１２３は、車両２００の前方にある第１ミラー１２２から入射した光束をウインドシールド２２０に向けて反射する。また、第２ミラー１２３の反射面は凹面であって、第１表示素子１１１の画像中心（Ｌ２）を反射する位置の接平面の法線が、車両２００の前方方向のベクトル成分を有している。このような構成とすることにより、ウインドシールド２２０を通過して入射した外光が、第２ミラー１２３で反射した場合でも直接観察者Ｄに導かれることがない。また、ウインドシールド２２０を通過して入射した外光が、第２ミラー１２３で反射した後、さらに、ウインドシールド２２０などの反射部材で反射した場合でも、観察者Ｄに導かれることが抑制される。
第１光学系１１９の第１ミラー１１２および第２ミラー１１３、ならびに、第２光学系１２９の第１ミラー１２２および第２ミラー１２３は、入射した光束を一部反射する半透過型ミラーであっても、全光束を反射するミラーであってもよい。
第２光学系１２９の第１ミラー１２２は、ダッシュボード２１０の前方部分を構成する前面パネル（装飾部材）２１０ａの一部により構成されていてもよい。また、第２光学系１２９の第２ミラー１２３は、ダッシュボード２１０の内部に設けられ、第１光学系１１９を覆うように配置される反射防止カバー２１３の一部により構成されていてもよい。
第１表示素子１１１には、液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）や有機発光ダイオード（エレクトロルミネッセンス）、プラズマディスプレイ、プロジェクタを用いて像を生成するスクリーンなどを用いることが可能である。
［３−２．動作］
図６に示されるように、実施の形態３においては、虚像Ｉ１は、第１光学系１１９によって生成される。すなわち、第１表示素子１１１が表示する画像は、光学デバイス１３１で反射され、次いで第１ミラー１１２で反射され、次いで第２ミラー１１３で反射され、さらにウインドシールド２２０で反射され、観察者Ｄの視点領域４００に導いて観察者Ｄに虚像Ｉ１として視認される。
また、虚像Ｉ２は、第２光学系１２９によって生成される。すなわち、第１表示素子１１１が表示する画像は、光学デバイス１３１を透過し、次いで第１ミラー１２２で反射され、次いで第２ミラー１２３で反射され、さらにウインドシールド２２０で反射され、観察者Ｄの視点領域４００に導いて観察者Ｄに虚像Ｉ２として視認される。
ここで、光学デバイス１３１は、反射と透過とを切り替えることができる光学素子である。すなわち、一定の時間で反射と透過とを切り替えることで、第１表示素子１１１から出射された光束を、第１光学系１１９と第２光学系１２９とに交互に導くことができる。光学デバイス１３１の反射と透過とを、虚像Ｉ１に係る画像の光束と虚像Ｉ２に係る画像の光束とに関連付けて切り替えることにより、第１領域２２１に表示される虚像Ｉ１と第２領域２２２に表示される虚像Ｉ２とを同時に表示しているように見せることも可能である。この場合、光学デバイス１３１において反射と透過との切り替えを毎秒４８フレーム以上の速さで行うことにより、観察者Ｄはちらつきを感じることが少なくなる。その結果、観察者Ｄは、常時虚像Ｉ１と虚像Ｉ２とが同時に表示されているように視認することが可能となる。また、光学デバイス１３１において、第１表示素子１１１から出射された光束を反射させる時間と透過させる時間との比率を変えることで、表示させる虚像の明るさを調整することができる。
また、一方の虚像を表示させずに、もう一方の虚像のみを表示させることも可能である。この場合、光学デバイス１３１は、例えば、液晶シャッタや電圧の印加に応じて透過と反射とを切り替える調光フィルムなどを用いることができる。
また、光学デバイス１３１として、波長帯域に応じて透過と反射の特性が異なるデバイスを用いることにより、２つの虚像を同時に表示させることができる。この特性を有するデバイスは、例えば、ダイクロイックミラーなどである。
また、光学デバイス１３１は、偏光方向により透過と反射の特性が変わる光学素子であってもよい。例えば、第１表示素子１１１から出射された光束のうち、一方の偏光を透過させて、第２光学系１２９に導き、他方の偏光を反射させて、第１光学系１１９に導き表示させることも可能である。この特性を有する光学素子は、例えば、偏光ビームスプリッタである。
［３−３．効果］
表示装置が、第１表示素子１１１と、光束を分割する光学デバイス１３１と、第１光学系１１９と、第２光学系１２９と、を備えることにより、ヘッドアップディスプレイ１００の深さ方向（図６における上下方向）および車両２００の前後方向（図６における左右方向）の寸法を短くし、ヘッドアップディスプレイ１００を小型化しつつ、二つの虚像Ｉ１、Ｉ２によって大画面の虚像の表示が可能となる。また、表示する虚像毎に、表示位置や表示サイズを設定することが可能となる。
また、実施の形態１と同様に、前面パネル２１２の一部および反射防止カバー２１３の一部を、それぞれ、第２光学系１２９の第１ミラー１２２および第２ミラー１２３として使用することにより、ヘッドアップディスプレイ１００全体の更なる小型化を実現できる。さらに、第１表示素子１１１を第１光学系１１９および第２光学系１２９で共用させることで、低コストのヘッドアップディスプレイ１００を提供することができる。
また、実施の形態１と同様に、前面パネル２１２の一部および反射防止カバー２１３の一部を、それぞれ、第２光学系１２９の第１ミラー１２２および第２ミラー１２３として使用することにより、ヘッドアップディスプレイ１００全体の更なる小型化を実現できる。
（実施の形態４）
以下、図７を用いて、実施の形態４を説明する。
［４−１．構成］
図７は、車両２００に搭載された、実施の形態４に係るヘッドアップディスプレイ１００を模式的に示す図である。ヘッドアップディスプレイ１００は、第１表示装置１１０と第２表示装置１２０を有している。第１表示装置１１０は、第１表示素子１１１と、コンバイナ１１３Ａとを有している。コンバイナ１１３Ａの反射面は、凹面であることが望ましい。第１表示素子１１１は、開口２１１に対して車両２００の後方に配置されており、表示面をコンバイナ１１３Ａに向けて設けられている。
第２表示装置１２０は、第２表示素子１２１と、第２光学系１２９とを有している。第２光学系１２９は第１ミラー１２２と、第１ミラー１２２に対して反射面の大きい第２ミラー１２３とを備える。第１ミラー１２２は、開口２１１に対して車両２００の後方に配置される。他方、第２ミラーは、開口２１１に対して車両２００の前方に配置される。第２光学系１２９の第１ミラー１２２の反射面は凸面、第２ミラー１２３の反射面は凹面であることが望ましい。こうすることで、収差を抑えつつ、虚像Ｉ２の大型化が可能となる。
第１表示装置１１０のコンバイナ１１３Ａは入射した光束の一部を反射する半透過型ミラーである。コンバイナ１１３Ａを半透過型ミラーとすることで、観察者Ｄの前方風景を遮ることなく、虚像Ｉ１を前方の風景に重畳して表示することが可能となる。
なお、第２表示装置１２０の第１ミラー１２２、第２ミラー１２３は、入射した光束の一部を反射する半透過型ミラーであっても、全光束を反射するミラーであっても良い。
第１表示素子１１１は、その表示面の法線ベクトルが車両２００の前方の成分を有するように配置している。第２表示素子１２１は、その表示面の法線ベクトルが車両２００の後方の成分を有するように配置している。また、第１表示素子１１１および第２表示素子１２１には、バックライトを有する液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）や有機発光ダイオード（エレクトロルミネッセンス）、プラズマディスプレイ、プロジェクタを用いて像を生成するスクリーンなどを用いることが可能である。
図７に示すように、第１表示装置１１０は、第２表示装置１２０の鉛直方向の上方に配置される。換言すると、第１表示素子１１１は、ダッシュボード２１０の内部であって、第２表示装置１２０よりも開口２１１側に配置される。また、コンバイナ１１３Ａは、ダッシュボード２１０の上に配置される。
第２光学系１２９は、第２表示素子１２１の上部であって、第１表示素子１１１の下方に配置している。このように配置することで、第１表示装置１１０と第２表示装置１２０をそれぞれモジュールとして組み立てることも可能となる。
[４−２．動作]
実施の形態４において、第１表示装置１１０は、虚像Ｉ１を表示する。第１表示素子１１１が表示する画像は、コンバイナ１１３Ａを介して反射され、観察者Ｄの視点領域４００に導かれ、観察者Ｄに虚像Ｉ１として視認される。また、第２表示装置１２０は、虚像Ｉ２を表示する。第２表示素子１２１が表示する画像は、第１ミラー１２２、第２ミラー１２３およびウインドシールド２２０によって反射され、観察者Ｄの視点領域４００に導かれ、観察者Ｄに虚像Ｉ２として視認される。
ここで、第１表示装置１１０と第２表示装置１２０との位置関係およびそれぞれの表示画像の中心光路Ｌ１、Ｌ２の光路を説明する。
第１表示素子１１１から出射された画像の中心光路Ｌ１は、ダッシュボードの開口２１１を通過して、コンバイナ１１３Ａに入射する。コンバイナ１１３Ａに入射し、反射した中心光路Ｌ１は、観察者Ｄに導かれ、観察者Ｄに虚像Ｉ１を視認させる。
第２表示素子１２１から出射された中心光路Ｌ２は、第２表示装置１２０の第１ミラー１２２に入射する。中心光路Ｌ２は、第１ミラー１２２で反射されて第２表示装置１２０の第２ミラー１２３に入射する。そして、第２ミラー１２３で反射した中心光路Ｌ２は、開口２１１を通過し、ウインドシールド２２０に入射する。ウインドシールド２２０に入射した中心光路Ｌ２は、反射されて、視点領域４００に導かれ観察者Ｄに虚像Ｉ２を視認させる。
第１表示素子１１１から出射された後にコンバイナ１１３Ａに入射する中心光路Ｌ１のベクトルは、車両２００の前方の成分を有している。一方、第２表示素子１２１から出射された後にウインドシールド２２０に入射する中心光路Ｌ２のベクトルは、車両２００の後方の成分を有している。
［４−３．効果］
ヘッドアップディスプレイ１００における表示装置を第１表示装置１１０と第２表示装置１２０とに分けたことにより、ヘッドアップディスプレイ１００の深さ方向と奥行き方向の寸法を短くすることが可能となる。また、小スペースでかつ、大画面の虚像を表示できるヘッドアップディスプレイ１００を提供することができる。
また、実施の形態４に係るヘッドアップディスプレイ１００では、中心光路Ｌ１上の部材で、コンバイナ１１３Ａの直前に位置する第１表示素子１１１を、開口２１１に対して後方に配置し、中心光路Ｌ２上の部材で、ウインドシールド２２０の直前に位置する第２ミラー１２３を、開口２１１に対して前方に配置している。このように、第１表示装置１１０を構成する主要部材である第１表示素子１１１と、第２表示装置１２０を構成する主要部材である第２ミラー１２３を、それぞれ開口２１１に対して車両２００の前後に配置することにより、筐体１４０内のスペースを有効活用でき、ヘッドアップディスプレイ１００を小型化できる。
また、ヘッドアップディスプレイ１００は、中心光路Ｌ１、Ｌ２が開口２１１の近傍の位置で交わる。これにより、開口２１１を小さくすることができ、ダッシュボード２１０内への外光の進入を抑制することができる。
また、第１表示装置１１０と第２表示装置１２０とを別個に設けているため、表示領域毎に虚像の表示距離や表示サイズを設定することが可能である。
さらに、第１表示装置１１０と第２表示装置１２０をそれぞれモジュール化することで、組立性の向上を図ることができる。
（実施の形態５）
以下、図８を用いて、実施の形態５に係るヘッドアップディスプレイ１００を説明する。
［５−１．構成］
図８は、車両２００に搭載された、実施の形態５に係るヘッドアップディスプレイ１００の構成を示す模式図である。ヘッドアップディスプレイ１００は、第１表示装置１１０と第２表示装置１２０を有している。第１表示装置１１０は、第１表示素子１１１と、第１光学系１１９とを有している。第１光学系１１９は、第１ミラー１１２と、コンバイナ１１３Ａとを備える。コンバイナ１１３Ａの反射面は凹面である。開口２１１に対して、第１表示素子１１１は、車両２００の前方に、第１ミラー１１２は車両２００の後方に配置されている。
第２表示装置１２０は、第２表示素子１２１と、第２光学系１２９とを有している。第２光学系１２９は第１ミラー１２２と、第１ミラーよりも反射面の大きい第２ミラー１２３とを備える。第２光学系１２９の第１ミラー１２２の反射面は凸面、第２ミラー１２３の反射面は凹面である。第１ミラー１２２は、開口２１１に対して車両２００の後方に配置される。他方、第２ミラー１２３は、開口２１１に対して車両２００の前方に配置される。
第１表示装置１１０のコンバイナ１１３Ａは入射した光束の一部を反射する半透過型ミラーである。コンバイナ１１３Ａを半透過型ミラーとすることで、観察者Ｄの前方風景を遮ることなく、虚像Ｉ１を前方風景に重畳して表示することが可能である。
第２表示装置１２０の第１ミラー１２２、第２ミラー１２３は、入射した光束の一部を反射する半透過型ミラーであっても、全光束を反射するミラーであっても良い。
第１表示素子１１１は、その表示面の法線ベクトルが車両２００の後方および鉛直方向下方の成分を有するように配置している。第２表示素子１２１は、その表示面を車両２００の後方に向けて配置している。第１表示素子１１１および第２表示素子１２１には、液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）や有機発光ダイオード（エレクトロルミネッセンス）、プラズマディスプレイ、プロジェクタを用いて像を生成するスクリーンなどを用いることが可能である。
第１表示装置１１０は、第２表示装置１２０の鉛直方向の上方に配置される。第１表示素子１１１と、第１光学系１１９の第１ミラー１１２は、第２表示素子１２１と同様に、ダッシュボード２１０の内部に配置される。コンバイナ１１３Ａは、ダッシュボード２１０の上に配置される。また、第２表示装置１２０の第２光学系１２９は、第１表示素子１１１よりも下方に配置し、第２光学系１２９の下方に第２表示素子１２１を配置している。このように、第１表示装置１１０と第２表示装置１２０とを領域に分けて配置することで、第１表示装置１１０と第２表示装置１２０をそれぞれモジュールとして組み立てることも可能となる。
[５−２．動作]
図８に示すように、実施の形態５においては、第１表示装置１１０は、虚像Ｉ１を表示する。第１表示素子１１１が表示する画像は、第１ミラー１１２を介して反射し、次いでコンバイナ１１３Ａを介して反射し、視点領域４００に導かれて虚像Ｉ１として観察者Ｄに視認される。
また、第２表示装置１２０は、虚像Ｉ２を表示する。第２表示素子１２１が表示する画像は、第１ミラー１２２を介して反射し、次いで第２ミラー１２３を介して反射し、さらにウインドシールド２２０を介して反射し、視点領域４００に導かれ、観察者Ｄに虚像Ｉ２として視認される。
ここで、第１表示装置１１０と第２表示装置１２０との位置関係と、それぞれの中心光路Ｌ１、Ｌ２の光路を説明する。
第１表示素子１１１から出射された画像の中心光路Ｌ１は、第１ミラー１１２で反射されて、ダッシュボードの開口２１１を通過し、コンバイナ１１３Ａに入射する。中心光路Ｌ１はコンバイナ１１３Ａによって反射されて、観察者Ｄに導かれ、観察者Ｄに虚像Ｉ１を視認させる。第２表示素子１２１から出射された中心光路Ｌ２は、第２表示装置１２０の第１ミラー１２２に入射する。中心光路Ｌ２は、第１ミラー１２２で反射されて第２表示装置１２０の第２ミラー１２３に入射する。そして、中心光路Ｌ２は、第１表示装置１１０の第１表示素子１１１と第１ミラー１１２の間を通過し、次いで第１表示装置１１０の第１ミラー１１２とコンバイナ１１３Ａの間を通過し、ウインドシールド２２０に入射し、反射された後、視点領域４００に導かれて観察者Ｄに虚像Ｉ２を視認させる。
第１表示素子１１１から出射された後にコンバイナ１１３Ａに入射する中心光路Ｌ１のベクトルは、車両２００の前方の成分を有している。一方、第２表示素子１２１から出射された後にウインドシールド２２０に入射する中心光路Ｌ２のベクトルは、車両２００の後方の成分を有している。
［５−３．効果］
表示装置を第１表示装置１１０と第２表示装置１２０とに分けたことにより、ヘッドアップディスプレイ１００の深さ方向と奥行き方向の寸法を短くすることが可能となる。また、小スペースでかつ、大画面の虚像を表示できるヘッドアップディスプレイ１００を提供することができる。
また、実施の形態５に係るヘッドアップディスプレイ１００では、中心光路Ｌ１上の部材で、コンバイナ１１３Ａの直前に位置する第１ミラー１１２を、開口２１１に対して後方に配置し、中心光路Ｌ２上の部材で、ウインドシールド２２０の直前に位置する第２ミラー１２３を、開口２１１に対して前方に配置している。このように、第１表示装置１１０を構成する主要部材である第１ミラー１１２と、第２表示装置１２０を構成する主要部材である第２ミラー１２３を、それぞれ開口２１１に対して車両２００の前後に配置することにより、筐体１４０内のスペースを有効活用でき、ヘッドアップディスプレイ１００を小型化できる。
また、ヘッドアップディスプレイ１００は、中心光路Ｌ１、Ｌ２が開口２１１の近傍の位置で交わる。これにより、開口２１１を小さくすることができ、ダッシュボード２１０内への外光の進入を抑制することができる。
また、第１表示装置１１０と第２表示装置１２０とを別個に設けているため、表示領域毎に虚像の表示距離や表示サイズを設定することが可能である。
さらに、第１表示装置１１０と第２表示装置１２０をそれぞれモジュール化することで、組立性の向上を図ることができる。
（実施の形態６）
以下、図９を用いて、実施の形態６に係るヘッドアップディスプレイ１００を説明する。
［６−１．構成］
図９は、車両２００に搭載された、実施の形態６に係るヘッドアップディスプレイ１００の構成を模式的に示す図である。ヘッドアップディスプレイ１００は、第１表示装置１１０と第２表示装置１２０を有している。第１表示装置１１０は、第１表示素子１１１と、コンバイナ１１３Ａとを有している。コンバイナ１１３Ａの反射面は、凹面であることが望ましい。第１表示素子１１１は、開口２１１に対して車両２００後方に配置される。第２表示装置１２０は、第２表示素子１２１と、第２光学系１２９とを有している。第２光学系１２９は第１ミラー１２２と、第１ミラー１２２よりも反射面の大きい第２ミラー１２３とを備える。第２光学系１２９の第１ミラー１２２の反射面は凸面、第２ミラー１２３の反射面は凹面であることが望ましい。また、第１ミラー１２２は、開口２１１に対して車両２００の後方に配置される。他方、第２ミラー１２３は、開口２１１に対して車両２００の前方に配置される。
第２表示装置１２０は、第２表示素子１２１と、第２光学系１２９とを有している。第２光学系１２９は第１ミラー１２２と、第２ミラー１２３とを備える。第２光学系１２９の第１ミラー１２２の反射面は凸面、第２ミラー１２３の反射面は凹面であることが望ましい。
第１表示装置１１０のコンバイナ１１３Ａは、入射した光束の一部を反射する半透過型ミラーであることが望ましい。コンバイナ１１３Ａを半透過型ミラーで構成することで、観察者Ｄの前方風景を遮ることなく、虚像Ｉ１を前方風景に重畳して表示することが可能である。第２表示装置１２０の第１ミラー１２２、第２ミラー１２３は、入射した光束の一部を反射する半透過型ミラーであっても、全光束を反射するミラーであっても良い。
第１表示素子１１１および第２表示素子１２１には、液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）や有機発光ダイオード（エレクトロルミネッセンス）、プラズマディスプレイ、プロジェクタを用いて像を生成するスクリーンなどを用いることが可能である。
第１表示素子１１１は、第２表示素子１２１と同様に、ダッシュボード２１０（筐体の一例）の内部に配置され、その表示面の法線ベクトルは、車両２００の前方の成分を有している。また、第１表示素子１１１は第２表示装置１２０の第１ミラー１２２の鉛直下方向であって、第２表示素子１２１の車両２００の後方に隣接して配置される。コンバイナ１１３Ａは、ダッシュボード２１０の上に配置される。
第２表示素子１２１は、第２光学系１２９の鉛直下方に配置され、その表示面の法線ベクトルは、車両２００の後方の成分を有している。第１表示素子１１１と第２表示素子１２１の間に遮光壁を設けて、それぞれの表示面に出射光が入射しないようにしてもよい。
[６−２．動作]
図９に示すように、実施の形態６において、第１表示装置１１０は、虚像Ｉ１を表示する。第１表示素子１１１が表示する画像は、コンバイナ１１３Ａを介して反射され、観察者Ｄの視点領域４００に導かれ、虚像Ｉ１として視認される。
また、図９に示すように、実施の形態６において、第２表示装置１２０は、虚像Ｉ２を表示する。第２表示素子１２１が表示する画像は、第１ミラー１２２、第２ミラー１２３およびウインドシールド２２０によって反射され、観察者Ｄの視点領域４００に導かれ、虚像Ｉ２として視認される。
ここで、第１表示装置１１０と第２表示装置１２０との位置関係および中心光路Ｌ１、Ｌ２の光路を説明する。
第１表示素子１１１から出射された中心光路Ｌ１は、第２表示装置１２０の第２表示素子１２１と第１ミラー１２２の間、第２表示装置１２０の第１ミラー１２２と第２ミラー１２３の間、開口２１１の順に通過し、コンバイナ１１３Ａで反射された後、観察者Ｄに導かれて虚像Ｉ１を視認させる。このような構成とすることで、光路長の確保と、ダッシュボード２１０の小型化を実現できる。
第１表示素子１１１から出射された後にコンバイナ１１３Ａに入射する中心光路Ｌ１のベクトルは、車両２００の前方方向の成分を有している。一方、第２表示素子１２１から出射された後にウインドシールド２２０に入射する中心光路Ｌ２のベクトルは、車両２００の後方方向の成分を有している。このような構成とすることで、開口２１１を通過する中心光路Ｌ１、Ｌ２の光路を、開口２１１付近で交わらすことができ、開口２１１を小さく構成することができる。実施の形態６に係るヘッドアップディスプレイ１００は、中心光路Ｌ１、Ｌ２が開口２１１の近傍の位置で交わる。これにより、開口２１１を小さくすることができ、ダッシュボード２１０内への外光の進入を抑制することができる。
［６−３．効果］
表示装置を第１表示装置１１０と第２表示装置１２０とに分けたことにより、ヘッドアップディスプレイ１００の深さ方向と奥行き方向の寸法を短くすることが可能となる。また、小スペースでかつ、大画面の虚像を表示できるヘッドアップディスプレイ１００を提供することができる。
また、実施の形態６に係るヘッドアップディスプレイ１００では、中心光路Ｌ１上の部材で、コンバイナ１１３Ａの直前に位置する第１表示素子１１１を、開口２１１に対して後方に配置し、中心光路Ｌ２上の部材でウインドシールド２２０の直前に位置する第２ミラー１２３を開口２１１に対して前方に配置している。このように、第１表示装置１１０を構成する主要部材である第１表示素子１１１と、第２表示装置１２０を構成する主要部材である第２ミラー１２３を、それぞれ開口２１１に対して車両２００の前後に配置することにより、筐体１４０のスペースを有効活用でき、ヘッドアップディスプレイ１００を小型化できる。
また、ヘッドアップディスプレイ１００は、中心光路Ｌ１、Ｌ２が開口２１１の近傍の位置で交わる。これにより、開口２１１を小さくすることができ、ダッシュボード２１０内への外光の進入を抑制することができる。
また、第１表示装置１１０と第２表示装置１２０とを別個に設けているため、表示領域に応じた虚像の表示距離や表示サイズを設定することが可能である。
また、実施の形態６では、第１表示素子１１１から出射されてコンバイナ１１３Ａに入射する光線が、第２表示素子１２１と第２表示装置１２０の第１ミラー１２２との間を通過するように、第１表示素子１１１が第１ミラー１２２より下方に配置されている。このような第１表示素子１１１の配置を採用した場合、第１表示素子１１１からコンバイナ１１３Ａまでの距離を長くすることができるので、観察者Ｄから見た虚像Ｉ１の視認距離を長くすることができ、さらに、ヘッドアップディスプレイ１００の深さ方向の寸法を短くすることができる。
（実施の形態７）
以下、図１０を用いて、実施の形態７を説明する。
［７−１．構成］
図１０は、実施の形態７に係るヘッドアップディスプレイ１００の断面を模式的に示す図である。実施の形態７に係るヘッドアップディスプレイ１００は、車両２００のダッシュボード２１０の内部に配置される。また、ヘッドアップディスプレイ１００は、第１表示装置１１０を有している。第１表示装置１１０は、第１表示素子１１１と、第１光学系１１９とを有している。第１光学系１１９は、第１ミラー１１２と、第２ミラー１１３と、フレネルレンズ１１４とを備える。第１ミラー１１２および第２ミラー１１３は、反射光学系を構成する。フレネルレンズ１１４は、入射光を透過する部材で構成される屈折光学系の一例である。第１光学系１１９の第１ミラー１１２の反射面は凸面、第２ミラー１１３の反射面は凹面であることが望ましい。フレネルレンズ１１４は正のパワーを有しており、フレネル面を出射面側に設けている。また、第１表示素子１１１の表示領域から出射された画像の中心光路Ｌ１がフレネルレンズ１１４に入射する位置は、回転中心である中心軸ＡＸに対し、移動体である車両２００のウインドシールド２２０側に存在するように構成されている。フレネルレンズ１１４は、第１表示素子１１１に表示される画像の中心光路Ｌ１が出射する側の面にフレネル面を有する。
このような構成とすることで、第２ミラー１１３で反射される画像の中心光路Ｌ１は、屈折光学系であるフレネルレンズ１１４により偏向されることとなり、ウインドシールド２２０の傾きに対応させて観察者Ｄが視認可能な位置に、画像の中心光路Ｌ１の結像点を形成することができる。また、フレネルレンズ１１４の切欠き溝の角度をフレネルレンズ１１４の出射光と平行に近づけることで虚像Ｉ１のフレアを低減することができる。また、フレネルレンズ１１４のフレネル面を非球面とすることで、単色収差の補正をすることができる。
第１表示素子１１１には、液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）や有機発光ダイオード（エレクトロルミネッセンス）、プラズマディスプレイ、プロジェクタを用いて像を生成するスクリーンなどを用いることが可能である。
図１０に示すように、実施の形態７においては、第１表示装置１１０は、観察者Ｄに虚像Ｉ１を視認させる。第１表示素子１１１が表示する画像は、第１ミラー１１２および第２ミラー１１３によってこの順に反射され、フレネルレンズ１１４で拡大し、ダッシュボード２１０の開口２１１を通過して、さらにウインドシールド２２０によって反射され、観察者Ｄの視点領域４００に導かれる。これにより、観察者Ｄは虚像Ｉ１を視認することができる。
［７−２．効果］
以上のように、第１表示装置１１０でフレネルレンズ１１４を使用することにより、ヘッドアップディスプレイ１００の深さ方向の寸法を短くすることが可能となる。
また、本実施の形態では、フレネルレンズ１１４の回転中心を、第１表示素子１１１の中心から出射された中心光線がフレネルレンズ１１４に入射する位置より車両２００の後方方向に偏心させ、第２ミラー１１３によって反射された光を車両２００の後方側に屈折させている。このように構成した場合、フレネルレンズ１１４を用いない場合と比べて、第２ミラー１１３の位置を車両前方側にずらすことができる。車両２００のダッシュボード２１０内には、通常、メータパネル等の車両構造物が配置されているが、第２ミラー１１３の位置を車両前方側にずらせることによって、第２ミラー１１３とダッシュボード２１０内の車両構造物との干渉を低減できる。したがって、ヘッドアップディスプレイ１００の車両への搭載性を向上できる。
さらに、本実施の形態に係る第１表示装置１１０は、モジュール化することが可能であり、組立性の向上を図ることができる。
（その他の実施の形態）
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１〜７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、適宜、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。
以下、他の実施の形態を例示する。
実施の形態１〜７において、光学系のミラーの枚数は、それぞれ２枚に限定されることはなく、虚像の表示距離や表示素子の大きさなどに応じて、光学系のミラーの枚数を変更することができる。また、車両内部に本開示のヘッドアップディスプレイを搭載する場合、搭載可能な空間の大きさに応じて、表示画像の光束の折り曲げ回数を変更し、これに応じて適宜、ミラーの枚数を変更することができる。
実施の形態１〜６において、第２光学系の第２ミラーの一部を半透過ミラーにして、半透過部は、第１光学系の光束の一部に架かるように設けることもできる。このように構成することで、異なる表示領域を連続的につなぐこともできる。
実施の形態１〜６では、虚像Ｉ１が表示される第１領域２２１と虚像Ｉ２が表示される第２領域２２２とが重ならない例を説明した。しかし、表示内容によっては、第１領域２２１の一部と第２領域２２２の一部とが重なるように、第１の光学系のミラーと第２光学系のミラーとを配置してもよい。
実施の形態７において、ヘッドアップディスプレイ１００は、第１表示装置１１０の１つの表示装置の例で説明した。しかし、実施の形態１〜６と同様に、表示装置を２つ用いて構成することも可能ある。
実施の形態７では、光学系の一部にフレネルレンズ１１４を用いた。しかしながら、フレネルレンズ１１４以外の凸レンズを用いても第２ミラー１１３の小型化が図れる。また、フレネルレンズ１１４を開口２１１のカバーの代わりに配置しても良い。
また、実施の形態７では、フレネルレンズ１１４の入射面を平面とし、出射面をフレネル面とした屈折光学系を用いた例を説明したが、入射面が凸面である屈折光学系を用いても良い。また、屈折光学系として、入射面をフレネル面としたフレネルレンズを用いても良い。
また、実施の形態７では、屈折光学系の中心軸を、中心光線が屈折光学系に入射する入射位置より車両後方側に偏心させた例を説明したが、屈折光学系の中心軸を、画像の中心光線が屈折光学系に入射する入射位置より車両前方側に偏心させても良い。この場合、屈折光学系が反射光学系によって反射された光を車両前方側に屈折させるため、屈折光学系の中心軸を偏心させない場合と比べて、第２ミラーの位置を車両後方側にずらすことができる。このように、屈折光学系の中心軸を車両後方側または車両前方側に偏心させることによって、第２ミラーの車両のダッシュボードに対する前後方向の位置を適宜変更することができる。これにより、第２ミラーの配置の自由度を向上させることができる。
実施の形態１〜７では、ヘッドアップディスプレイ１００は車両２００の内部に搭載される例を説明したが、航空機や電車等の自動車以外の移動体に搭載されても良い。
以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。
したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
本開示は、ウインドシールドを有する移動体などに搭載されるヘッドアップディスプレイに適用可能である。
１００ ヘッドアップディスプレイ
１１０ 第１表示装置
１１１ 第１表示素子
１１２ 第１ミラー
１１３ 第２ミラー
１１３Ａ コンバイナ
１１４ フレネルレンズ
１１９ 第１光学系
１２０ 第２表示装置
１２１ 第２表示素子
１２２ 第１ミラー
１２３ 第２ミラー
１２９ 第２光学系
１３１ 光学デバイス
１４０ 筐体
２００ 車両（移動体の一例）
２１０ ダッシュボード
２１０ａ 前方パネル
２１１ 開口
２１３ 反射防止カバー
２２０ ウインドシールド
２２１ 第１領域
２２２ 第２領域
本開示は、反射手段に投射した表示画像を虚像として観察者に視認させるヘッドアップディスプレイ、およびヘッドアップディスプレイを搭載した移動体に関する。
特許文献１は、表示像に遠近感を付与し、視覚的演出効果のある表示装置を開示する。この表示装置は、プロジェクタと、第１の画像を表示する第１のスクリーンと、第２の画像を表示する第２のスクリーンと、プリズムシートと、反射部材とを備える。これにより、遠近感のある２つの表示像を運転者に視認させることができる。
特開２０１３−８３６７５号公報
本開示に係るヘッドアップディスプレイは、ウインドシールドを有する移動体に搭載され、観察者に虚像を視認させるヘッドアップディスプレイであって、画像を表示する表示素子と、表示素子に表示される画像を反射してウインドシールドに投射する反射光学系と、反射光学系とウインドシールドとの間に配置され、パワーを有する屈折光学系とを備える。表示素子から出射されて反射光学系により反射される画像の中心光路が屈折光学系に入射する位置は、屈折光学系の中心軸に対して、移動体のウインドシールド側に存在するように構成した。
図１は、本開示のヘッドアップディスプレイを搭載した車両の概略構成図である。 図２は、本開示のヘッドアップディスプレイの構成を説明する模式図である。 図３は、本開示のヘッドアップディスプレイを動作させた際の観察者から見たウインドシールドを示す図である。 図４は、実施の形態１におけるヘッドアップディスプレイの構成を示す模式図である。 図５は、実施の形態２におけるヘッドアップディスプレイの構成を示す模式図である。 図６は、実施の形態３におけるヘッドアップディスプレイの構成を示す模式図である。 図７は、実施の形態４におけるヘッドアップディスプレイの構成を示す模式図である。 図８は、実施の形態５におけるヘッドアップディスプレイの構成を示す模式図である。 図９は、実施の形態６におけるヘッドアップディスプレイの構成を示す模式図である。 図１０は、実施の形態７におけるヘッドアップディスプレイの構成を示す模式図である。
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、図１〜４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、本開示のヘッドアップディスプレイ１００を搭載した車両２００（移動体の一例）の構成を示す図である。ヘッドアップディスプレイ１００は、図１に示されるように、車両２００のダッシュボード２１０内部に配置される。観察者Ｄは、ヘッドアップディスプレイ１００の内部に配置されている表示素子および光学系により生成され、ウインドシールド２２０を介して反射する虚像Ｉ１およびＩ２を視認する。ヘッドアップディスプレイ１００は、車両２００のウインドシールド２２０に画像を投影し、これによりウインドシールド２２０に対して観察者Ｄ側とは反対側に虚像Ｉ１およびＩ２を形成し、観察者Ｄは、虚像Ｉ１およびＩ２を視認する。図１に示す点線もしくは鎖線は、投影される画像の中心光路Ｌ１およびＬ２を示しており、以下の説明においても、中心光路Ｌ１およびＬ２は、点線もしくは鎖線で図示している。
図２は、本開示のヘッドアップディスプレイ１００の構成を示す概略構成図である。なお、図２は、ヘッドアップディスプレイ１００の一部を切り欠いて示している。
図２に示すように、本開示によるヘッドアップディスプレイ１００は、開口２１１を有する筐体１４０内に、画像を表示する第１表示素子１１１と、第１表示素子１１１が表示する画像をウインドシールド２２０に投影する投射光学系を収容することにより構成される。これにより、観察者Ｄは、ウインドシールド２２０を通して表示画像の虚像Ｉを視認できる。ウインドシールド２２０に投影される画像は、所定の視認領域であるアイボックス（Ｅｙｅ Ｂｏｘ）４００において、虚像Ｉ１、Ｉ２を欠けることなく視認可能となる。
筐体１４０の開口２１１は、投射光学系の投射光を出射する出射口を形成している。筐体１４０の開口２１１は、その開口２１１を塞ぐように透明な樹脂板などの透光性の反射防止カバー２１３を配置してもよい。
第１表示素子１１１は、液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置、プラズマディスプレイなどが用いられ、図示しない表示制御部から入力される画像信号により、第１表示素子１１１の表示領域に所定の画像が表示される。
また、投射光学系は、第１表示素子１１１からウインドシールド２２０までの光路に、第１表示素子１１１側に配置される第１反射部材としての第１ミラー１１２と、開口２１１側に配置される第２反射部材としての第２ミラー１１３とを有する。
図３は、観察者Ｄから見た場合の、虚像Ｉ１が表示される第１領域２２１と、虚像Ｉ２が表示される第２領域２２２との位置関係を示す図である。
観察者Ｄから見て、虚像Ｉ１は、虚像Ｉ２より下方に位置する。虚像Ｉ１を表示する第１領域２２１には、常時表示するスピードメーターなどが表示され、虚像Ｉ２を表示する第２領域２２２には、警告等の観察者Ｄに注意を喚起する表示内容や、走行状況に応じた表示内容が表示される。
［１−１−２．表示装置の配置構成］
図４は、実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイ１００の構成を模式的に示している。ヘッドアップディスプレイ１００は、その内部に、第１表示装置１１０と、第１表示装置１１０の上部に配置される第２表示装置１２０とを有している。
第１表示装置１１０は、第１表示素子１１１と、第１光学系１１９とを備える。第１光学系１１９は、第１ミラー１１２と第２ミラー１１３とを備える。第１光学系１１９の第１ミラー１１２の反射面は凸面、第２ミラー１１３の反射面は凹面である。
第２表示装置１２０は、第２表示素子１２１と、第２光学系１２９とを備える。第２表示素子１２１は、第１表示装置の第１ミラー１１２の鉛直下方に配置される。第２光学系１２９は、第１ミラー１２２と、第２ミラー１２３とを備える。第２光学系１２９の第１ミラー１２２および第２ミラー１２３の反射面は、凹面である。
第２光学系１２９の第２ミラー１２３は、車両２００の前方にある第１ミラー１２２で反射される表示画像の光束をウインドシールド２２０に向けて反射する。また、第２ミラー１２３の反射面において、表示された画像の中央付近の接平面の法線ベクトルは、車両２００の前方側の成分を有している。このような構成とすることにより、ウインドシールド２２０を通して外光が入射した際に、第２ミラー１２３で反射した外光が直接、観察者Ｄに導かれることがない。また、ウインドシールド２２０を通して入射した外光が、第２ミラー１２３で反射した後、さらに、ウインドシールド２２０などの反射部材で少なくとも１回反射した場合でも、観察者Ｄに導かれることが抑制される。
第１表示装置１１０の第１ミラー１１２および第２ミラー１１３、ならびに、第２表示装置１２０の第１ミラー１２２および第２ミラー１２３は、入射した光束を一部反射する半透過型ミラーであっても、全光束を反射するミラーであってもよい。
第２表示装置１２０の第１ミラー１２２は、ダッシュボード２１０の前方部分を構成する前面パネル（装飾部材）２１０ａの一部により構成されていてもよい。また、第２表示装置１２０の第２ミラー１２３は、ダッシュボード２１０の内部に設けられている。また第２ミラー１２３は、第１光学系１１９を覆うように配置される反射防止カバー２１３の一部により構成されていてもよいし、反射防止カバー２１３と連続的に配置してもよい。
第１表示素子１１１および第２表示素子１２１には、液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）や有機発光ダイオード（エレクトロルミネッセンス）、プラズマディスプレイ、プロジェクタを用いて像を生成するスクリーンなどを用いることが可能である。
[１−２．動作]
図４に示すように、実施の形態１においては、第１表示装置１１０は、虚像Ｉ１を表示する。第１表示装置１１０は、第１表示素子１１１が表示する画像を、第１ミラー１１２を介して反射させ、次いで第２ミラー１１３を介して反射させ、さらにウインドシールド２２０を介して反射させ、観察者Ｄの視点領域４００に導いて観察者Ｄに虚像Ｉ１として視認させる。また、第２表示装置１２０は、虚像Ｉ２を表示する。第２表示装置１２０は、第２表示素子１２１が表示する画像を、第１ミラー１２２を介して反射させ、次いで第２ミラー１２３を介して反射させ、さらにウインドシールド２２０を介して反射させ、観察者Ｄの視点領域４００に導いて観察者Ｄに虚像Ｉ２として視認させる。第１表示装置１１０の画像の中心光路Ｌ１は、第２表示装置１２０の画像の中心光路Ｌ２よりもウインドシールド２２０の下方の位置に反射する。
ここで、第１表示装置１１０と第２表示装置１２０との位置関係を説明する。図４に示すように、第２表示素子１２１から出射される画像の中心光路Ｌ２で示す光束は、第１表示素子１１１と、第１表示装置１１０の第１ミラー１１２との間を通過する。次に、第１表示装置１１０の第１ミラー１１２と第１表示装置１１０の第２ミラー１１３との間を通り、さらに第１表示装置１１０の第２ミラー１１３とウインドシールド２２０との間を通り、第２表示装置１２０の第１ミラー１２２に入射する。第２表示装置１２０の第１ミラー１２２で反射する光束は、第１表示装置１１０の第２ミラー１１３とウインドシールド２２０との間を通って第２表示装置１２０の第２ミラー１２３に入射する。第２表示装置１２０の第２ミラー１２３で反射する光束は、ウインドシールド２２０に入射し、反射された後、観察者Ｄの視点領域４００に導かれて虚像Ｉ２として視認される。
以上のように、実施の形態１においては、第２表示素子１２１から出射された画像の光束は、ウインドシールド２２０に入射するまでに、第１表示素子１１１から出射された光束と５回交差し、観察者Ｄに導かれて虚像Ｉ２として視認される。また、第１表示素子１１１から出射された画像の光束は、ウインドシールド２２０に入射するまでに、第２表示素子１２１から出射された光束と４回交差し、ウインドシールド２２０で反射された後、１回交差し、観察者Ｄに導かれて虚像Ｉ１として視認される。つまり、第１表示素子１１１から出射された光束と第２表示素子１２１から出射された光束とは、観察者Ｄに導かれてそれぞれ虚像Ｉ１および虚像Ｉ２として視認されるまでに、ダッシュボード２１０の内部で４回交差し、ダッシュボード２１０の外部で１回交差する。
［１−３．効果］
表示装置を第１表示装置１１０と第２表示装置１２０に分けることによって、ヘッドアップディスプレイ１００全体の深さ方向（図４における上下方向）および車両２００の前後方向（図４における左右方向）の寸法を短くし、ヘッドアップディスプレイ１００を小型化しつつ、二つの虚像Ｉ１、Ｉ２によって大画面の虚像の表示が可能となる。一般に、ヘッドアップディスプレイ１００が搭載される車両２００のダッシュボード内には、リーンホースメントやエアコンダクトなどの車両構造物が設けられるが、実施の形態１のヘッドアップディスプレイ１００は、その深さ方向および車両２００の前後方向の寸法を小さくできるので、これらの車両構造物と干渉することを抑制できる。
また、第１表示装置１１０と第２表示装置１２０とが表示する虚像毎に、表示距離や表示サイズを設定することが可能となる。
また、実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイ１００は、前面パネル２１２の一部および反射防止カバー２１３の一部を、それぞれ、第２表示装置１２０の第１ミラー１２２および第２ミラー１２３として使用している。この場合、自動車特有の構造物を、第２表示装置１２０の第２光学系１２９として利用しているため、第２表示装置１２０を更に小型化することができる。したがって、ヘッドアップディスプレイ１００全体の更なる小型化を実現できる。
（実施の形態２）
以下、図５を用いて、実施の形態２に係るヘッドアップディスプレイ１００を説明する。実施の形態２は、第２表示装置１２０の第２表示素子１２１の配置位置が、第１表示装置１１０の鉛直上方に配置されている点において、実施の形態１と異なる。
［２−１．構成］
図５は、実施の形態２に係るヘッドアップディスプレイ１００の構成を示す模式図である。ヘッドアップディスプレイ１００は、第１表示装置１１０と、第１表示装置１１０の鉛直方向の上部に配置される第２表示装置１２０とを有している。
第１表示装置１１０は、第１表示素子１１１と、第１光学系１１９とを備える。第１光学系１１９は、第１ミラー１１２と、第２ミラー１１３とを備える。第１光学系１１９の第１ミラー１１２の反射面は凸面、第２ミラー１１３の反射面は凹面であることが望ましい。
第２表示装置１２０は、第２表示素子１２１と、第２光学系１２９とを備える。第２光学系１２９は、第１ミラー１２２と、第２ミラー１２３とを備える。第２表示素子１２１は、第２ミラー１２３の鉛直下方であって、第１表示装置１１０の第１ミラー１１２の鉛直上方に配置される。第２光学系１２９の第１ミラー１２２の反射面は凹面、第２ミラー１２３の反射面は凹面とすることが望ましい。第２光学系１２９の第２ミラー１２３は、車両２００の前方にある第１ミラー１２２から入射した光束をウインドシールド２２０に向けて反射する。また、第２ミラー１２３の反射面は凹面であって、第２表示素子１２１の画像中心（Ｌ２）を反射する位置の接平面の法線が、車両２００の前方方向のベクトル成分を有している。このような構成とすることにより、ウインドシールド２２０を通過して入射した外光が、第２ミラー１２３で反射した場合でも直接観察者Ｄに導かれることがない。また、ウインドシールド２２０を通過して入射した外光が、第２ミラー１２３で反射した後、さらに、ウインドシールド２２０などの反射部材で反射した場合でも、観察者Ｄに導かれることが抑制される。
第１表示装置１１０の第１ミラー１１２および第２ミラー１１３、ならびに、第２表示装置１２０の第１ミラー１２２および第２ミラー１２３は、入射した光束を一部反射する半透過型ミラーであっても、全光束を反射するミラーであってもよい。
第２表示装置１２０の第１ミラー１２２は、ダッシュボード２１０の前方部分を構成する前面パネル（装飾部材）２１０ａの一部により構成されていてもよい。また、第２表示装置１２０の第２ミラー１２３は、ダッシュボード２１０の内部に設けられる。第２ミラー１２３は、第１光学系１１９を覆うように配置される反射防止カバー２１３の一部により構成されていてもよいし、反射防止カバー２１３と連続的に配置してもよい。
第１表示素子１１１および第２表示素子１２１には、液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）や有機発光ダイオード（エレクトロルミネッセンス）、プラズマディスプレイ、プロジェクタを用いて像を生成するスクリーンなどを用いることが可能である。
[２−２．動作]
図５に示されるように、実施の形態２においては、第１表示装置１１０は、虚像Ｉ１を表示する。第１表示装置１１０は、第１表示素子１１１が表示する画像を、第１ミラー１１２を介して反射させ、次いで第２ミラー１１３を介して反射させ、さらにウインドシールド２２０を介して反射させ、観察者Ｄの視点領域４００に導いて観察者Ｄに虚像Ｉ１として視認させる。第２表示装置１２０は、虚像Ｉ２を表示する。第２表示装置１２０は、第２表示素子１２１が表示する画像を、第１ミラー１２２を介して反射させ、次いで第２ミラー１２３を介して反射させ、さらにウインドシールド２２０を介して反射させ、観察者Ｄの視点領域４００に導いて観察者Ｄに虚像Ｉ２として視認させる。第１表示装置１１０の画像の中心光路Ｌ１は、第２表示装置１２０の画像の中心光路Ｌ２よりもウインドシールド２２０の下方を反射する。
実施の形態２においては、実施の形態１とは異なり、第２表示素子１２１から出射された光束は、第１表示装置１１０の第１表示素子１１１と第１ミラー１１２との間、および、第１ミラー１１２と第２ミラー１１３との間のいずれも通らない。第２表示装置１２０の第２表示素子１２１から出射された光束は、第１表示装置１１０の第２ミラー１１３とウインドシールド２２０との間を通り、第２表示装置１２０の第１ミラー１２２に入射する。第２表示装置１２０の第１ミラー１２２に入射した光束は、反射され、第１表示装置１１０の第２ミラー１１３とウインドシールド２２０との間を通り、第２表示装置１２０の第２ミラー１２３に入射する。第２表示装置１２０の第２ミラー１２３に入射した光束は反射され、ウインドシールド２２０に反射された後、観察者Ｄの視点領域４００に導かれて観察者Ｄに虚像Ｉ２を視認させる。
［２−３．効果］
表示装置を第１表示装置１１０および第２表示装置１２０に分けることにより、ヘッドアップディスプレイ１００の深さ方向（図５における上下方向）および車両２００の前後方向（図５における左右方向）の寸法を短くし、ヘッドアップディスプレイ１００を小型化しつつ、二つの虚像Ｉ１、Ｉ２によって大画面の虚像の表示が可能となる。また、第１表示装置１１０と第２表示装置１２０とが表示する虚像毎に、表示位置や表示サイズを設定することが可能となる。
また、実施の形態１と同様に、前面パネル２１２の一部および反射防止カバー２１３の一部を、それぞれ、第２表示装置１２０の第１ミラー１２２および第２ミラー１２３として使用することにより、ヘッドアップディスプレイ１００全体の更なる小型化を実現できる。
さらに、本実施の形態では、第２表示装置１２０の第２表示素子１２１を第２ミラー１２３の鉛直下方であって、第１表示装置１１０の第１ミラー１１２の鉛直上方に配置している。これにより、第１表示装置１１０と第２表示装置１２０とをそれぞれモジュール化することができ、組立性の向上を図ることができる。
（実施の形態３）
以下、図６を用いて、実施の形態３に係るヘッドアップディスプレイ１００を説明する。
［３−１．構成］
図６は、実施の形態３に係るヘッドアップディスプレイ１００の構成を説明する模式図である。ヘッドアップディスプレイ１００は、その内部に、第１光学系１１９と、第２光学系１２９と、第１表示素子１１１と、光束を分割する光学デバイス１３１とを備える。
第１光学系１１９は、第１ミラー１１２と、第２ミラー１１３とを備える。第１光学系１１９の第１ミラー１１２の反射面は凸面、第２ミラー１１３の反射面は凹面であることが望ましい。
第２光学系１２９は、第１ミラー１２２と、第２ミラー１２３とを備える。第２光学系１２９の第２ミラー１２３の反射面は、凹面であることが望ましい。第２光学系１２９は、第１光学系１１９の鉛直方向の上方に配置される。
光学デバイス１３１は、第１表示素子１１１から出射される光束を、時間ごとに分割する機能を有する。あるいは、光学デバイス１３１は、第１表示素子１１１から出射される光束を、波長帯域ごとに分割する機能を有するものであってもよい。あるいは、光学デバイス１３１は、第１表示素子１１１から出射される光束を、偏光方向により分割する機能を有するものであってもよい。
第２光学系１２９の第２ミラー１２３は、車両２００の前方にある第１ミラー１２２から入射した光束をウインドシールド２２０に向けて反射する。また、第２ミラー１２３の反射面は凹面であって、第１表示素子１１１の画像中心（Ｌ２）を反射する位置の接平面の法線が、車両２００の前方方向のベクトル成分を有している。このような構成とすることにより、ウインドシールド２２０を通過して入射した外光が、第２ミラー１２３で反射した場合でも直接観察者Ｄに導かれることがない。また、ウインドシールド２２０を通過して入射した外光が、第２ミラー１２３で反射した後、さらに、ウインドシールド２２０などの反射部材で反射した場合でも、観察者Ｄに導かれることが抑制される。
第１光学系１１９の第１ミラー１１２および第２ミラー１１３、ならびに、第２光学系１２９の第１ミラー１２２および第２ミラー１２３は、入射した光束を一部反射する半透過型ミラーであっても、全光束を反射するミラーであってもよい。
第２光学系１２９の第１ミラー１２２は、ダッシュボード２１０の前方部分を構成する前面パネル（装飾部材）２１０ａの一部により構成されていてもよい。また、第２光学系１２９の第２ミラー１２３は、ダッシュボード２１０の内部に設けられ、第１光学系１１９を覆うように配置される反射防止カバー２１３の一部により構成されていてもよい。
第１表示素子１１１には、液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）や有機発光ダイオード（エレクトロルミネッセンス）、プラズマディスプレイ、プロジェクタを用いて像を生成するスクリーンなどを用いることが可能である。
［３−２．動作］
図６に示されるように、実施の形態３においては、虚像Ｉ１は、第１光学系１１９によって生成される。すなわち、第１表示素子１１１が表示する画像は、光学デバイス１３１で反射され、次いで第１ミラー１１２で反射され、次いで第２ミラー１１３で反射され、さらにウインドシールド２２０で反射され、観察者Ｄの視点領域４００に導いて観察者Ｄに虚像Ｉ１として視認される。
また、虚像Ｉ２は、第２光学系１２９によって生成される。すなわち、第１表示素子１１１が表示する画像は、光学デバイス１３１を透過し、次いで第１ミラー１２２で反射され、次いで第２ミラー１２３で反射され、さらにウインドシールド２２０で反射され、観察者Ｄの視点領域４００に導いて観察者Ｄに虚像Ｉ２として視認される。
ここで、光学デバイス１３１は、反射と透過とを切り替えることができる光学素子である。すなわち、一定の時間で反射と透過とを切り替えることで、第１表示素子１１１から出射された光束を、第１光学系１１９と第２光学系１２９とに交互に導くことができる。光学デバイス１３１の反射と透過とを、虚像Ｉ１に係る画像の光束と虚像Ｉ２に係る画像の光束とに関連付けて切り替えることにより、第１領域２２１に表示される虚像Ｉ１と第２領域２２２に表示される虚像Ｉ２とを同時に表示しているように見せることも可能である。この場合、光学デバイス１３１において反射と透過との切り替えを毎秒４８フレーム以上の速さで行うことにより、観察者Ｄはちらつきを感じることが少なくなる。その結果、観察者Ｄは、常時虚像Ｉ１と虚像Ｉ２とが同時に表示されているように視認することが可能となる。また、光学デバイス１３１において、第１表示素子１１１から出射された光束を反射させる時間と透過させる時間との比率を変えることで、表示させる虚像の明るさを調整することができる。
また、一方の虚像を表示させずに、もう一方の虚像のみを表示させることも可能である。この場合、光学デバイス１３１は、例えば、液晶シャッタや電圧の印加に応じて透過と反射とを切り替える調光フィルムなどを用いることができる。
また、光学デバイス１３１として、波長帯域に応じて透過と反射の特性が異なるデバイスを用いることにより、２つの虚像を同時に表示させることができる。この特性を有するデバイスは、例えば、ダイクロイックミラーなどである。
また、光学デバイス１３１は、偏光方向により透過と反射の特性が変わる光学素子であってもよい。例えば、第１表示素子１１１から出射された光束のうち、一方の偏光を透過させて、第２光学系１２９に導き、他方の偏光を反射させて、第１光学系１１９に導き表示させることも可能である。この特性を有する光学素子は、例えば、偏光ビームスプリッタである。
［３−３．効果］
表示装置が、第１表示素子１１１と、光束を分割する光学デバイス１３１と、第１光学系１１９と、第２光学系１２９と、を備えることにより、ヘッドアップディスプレイ１００の深さ方向（図６における上下方向）および車両２００の前後方向（図６における左右方向）の寸法を短くし、ヘッドアップディスプレイ１００を小型化しつつ、二つの虚像Ｉ１、Ｉ２によって大画面の虚像の表示が可能となる。また、表示する虚像毎に、表示位置や表示サイズを設定することが可能となる。
また、実施の形態１と同様に、前面パネル２１２の一部および反射防止カバー２１３の一部を、それぞれ、第２光学系１２９の第１ミラー１２２および第２ミラー１２３として使用することにより、ヘッドアップディスプレイ１００全体の更なる小型化を実現できる。さらに、第１表示素子１１１を第１光学系１１９および第２光学系１２９で共用させることで、低コストのヘッドアップディスプレイ１００を提供することができる。
また、実施の形態１と同様に、前面パネル２１２の一部および反射防止カバー２１３の一部を、それぞれ、第２光学系１２９の第１ミラー１２２および第２ミラー１２３として使用することにより、ヘッドアップディスプレイ１００全体の更なる小型化を実現できる。
（実施の形態４）
以下、図７を用いて、実施の形態４を説明する。
［４−１．構成］
図７は、車両２００に搭載された、実施の形態４に係るヘッドアップディスプレイ１００を模式的に示す図である。ヘッドアップディスプレイ１００は、第１表示装置１１０と第２表示装置１２０を有している。第１表示装置１１０は、第１表示素子１１１と、コンバイナ１１３Ａとを有している。コンバイナ１１３Ａの反射面は、凹面であることが望ましい。第１表示素子１１１は、開口２１１に対して車両２００の後方に配置されており、表示面をコンバイナ１１３Ａに向けて設けられている。
第２表示装置１２０は、第２表示素子１２１と、第２光学系１２９とを有している。第２光学系１２９は第１ミラー１２２と、第１ミラー１２２に対して反射面の大きい第２ミラー１２３とを備える。第１ミラー１２２は、開口２１１に対して車両２００の後方に配置される。他方、第２ミラーは、開口２１１に対して車両２００の前方に配置される。第２光学系１２９の第１ミラー１２２の反射面は凸面、第２ミラー１２３の反射面は凹面であることが望ましい。こうすることで、収差を抑えつつ、虚像Ｉ２の大型化が可能となる。
第１表示装置１１０のコンバイナ１１３Ａは入射した光束の一部を反射する半透過型ミラーである。コンバイナ１１３Ａを半透過型ミラーとすることで、観察者Ｄの前方風景を遮ることなく、虚像Ｉ１を前方の風景に重畳して表示することが可能となる。
なお、第２表示装置１２０の第１ミラー１２２、第２ミラー１２３は、入射した光束の一部を反射する半透過型ミラーであっても、全光束を反射するミラーであっても良い。
第１表示素子１１１は、その表示面の法線ベクトルが車両２００の前方の成分を有するように配置している。第２表示素子１２１は、その表示面の法線ベクトルが車両２００の後方の成分を有するように配置している。また、第１表示素子１１１および第２表示素子１２１には、バックライトを有する液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）や有機発光ダイオード（エレクトロルミネッセンス）、プラズマディスプレイ、プロジェクタを用いて像を生成するスクリーンなどを用いることが可能である。
図７に示すように、第１表示装置１１０は、第２表示装置１２０の鉛直方向の上方に配置される。換言すると、第１表示素子１１１は、ダッシュボード２１０の内部であって、第２表示装置１２０よりも開口２１１側に配置される。また、コンバイナ１１３Ａは、ダッシュボード２１０の上に配置される。
第２光学系１２９は、第２表示素子１２１の上部であって、第１表示素子１１１の下方に配置している。このように配置することで、第１表示装置１１０と第２表示装置１２０をそれぞれモジュールとして組み立てることも可能となる。
[４−２．動作]
実施の形態４において、第１表示装置１１０は、虚像Ｉ１を表示する。第１表示素子１１１が表示する画像は、コンバイナ１１３Ａを介して反射され、観察者Ｄの視点領域４００に導かれ、観察者Ｄに虚像Ｉ１として視認される。また、第２表示装置１２０は、虚像Ｉ２を表示する。第２表示素子１２１が表示する画像は、第１ミラー１２２、第２ミラー１２３およびウインドシールド２２０によって反射され、観察者Ｄの視点領域４００に導かれ、観察者Ｄに虚像Ｉ２として視認される。
ここで、第１表示装置１１０と第２表示装置１２０との位置関係およびそれぞれの表示画像の中心光路Ｌ１、Ｌ２の光路を説明する。
第１表示素子１１１から出射された画像の中心光路Ｌ１は、ダッシュボードの開口２１１を通過して、コンバイナ１１３Ａに入射する。コンバイナ１１３Ａに入射し、反射した中心光路Ｌ１は、観察者Ｄに導かれ、観察者Ｄに虚像Ｉ１を視認させる。
第２表示素子１２１から出射された中心光路Ｌ２は、第２表示装置１２０の第１ミラー１２２に入射する。中心光路Ｌ２は、第１ミラー１２２で反射されて第２表示装置１２０の第２ミラー１２３に入射する。そして、第２ミラー１２３で反射した中心光路Ｌ２は、開口２１１を通過し、ウインドシールド２２０に入射する。ウインドシールド２２０に入射した中心光路Ｌ２は、反射されて、視点領域４００に導かれ観察者Ｄに虚像Ｉ２を視認させる。
第１表示素子１１１から出射された後にコンバイナ１１３Ａに入射する中心光路Ｌ１のベクトルは、車両２００の前方の成分を有している。一方、第２表示素子１２１から出射された後にウインドシールド２２０に入射する中心光路Ｌ２のベクトルは、車両２００の後方の成分を有している。
［４−３．効果］
ヘッドアップディスプレイ１００における表示装置を第１表示装置１１０と第２表示装置１２０とに分けたことにより、ヘッドアップディスプレイ１００の深さ方向と奥行き方向の寸法を短くすることが可能となる。また、小スペースでかつ、大画面の虚像を表示できるヘッドアップディスプレイ１００を提供することができる。
また、実施の形態４に係るヘッドアップディスプレイ１００では、中心光路Ｌ１上の部材で、コンバイナ１１３Ａの直前に位置する第１表示素子１１１を、開口２１１に対して後方に配置し、中心光路Ｌ２上の部材で、ウインドシールド２２０の直前に位置する第２ミラー１２３を、開口２１１に対して前方に配置している。このように、第１表示装置１１０を構成する主要部材である第１表示素子１１１と、第２表示装置１２０を構成する主要部材である第２ミラー１２３を、それぞれ開口２１１に対して車両２００の前後に配置することにより、筐体１４０内のスペースを有効活用でき、ヘッドアップディスプレイ１００を小型化できる。
また、ヘッドアップディスプレイ１００は、中心光路Ｌ１、Ｌ２が開口２１１の近傍の位置で交わる。これにより、開口２１１を小さくすることができ、ダッシュボード２１０内への外光の進入を抑制することができる。
また、第１表示装置１１０と第２表示装置１２０とを別個に設けているため、表示領域毎に虚像の表示距離や表示サイズを設定することが可能である。
さらに、第１表示装置１１０と第２表示装置１２０をそれぞれモジュール化することで、組立性の向上を図ることができる。
（実施の形態５）
以下、図８を用いて、実施の形態５に係るヘッドアップディスプレイ１００を説明する。
［５−１．構成］
図８は、車両２００に搭載された、実施の形態５に係るヘッドアップディスプレイ１００の構成を示す模式図である。ヘッドアップディスプレイ１００は、第１表示装置１１０と第２表示装置１２０を有している。第１表示装置１１０は、第１表示素子１１１と、第１光学系１１９とを有している。第１光学系１１９は、第１ミラー１１２と、コンバイナ１１３Ａとを備える。コンバイナ１１３Ａの反射面は凹面である。開口２１１に対して、第１表示素子１１１は、車両２００の前方に、第１ミラー１１２は車両２００の後方に配置されている。
第２表示装置１２０は、第２表示素子１２１と、第２光学系１２９とを有している。第２光学系１２９は第１ミラー１２２と、第１ミラーよりも反射面の大きい第２ミラー１２３とを備える。第２光学系１２９の第１ミラー１２２の反射面は凸面、第２ミラー１２３の反射面は凹面である。第１ミラー１２２は、開口２１１に対して車両２００の後方に配置される。他方、第２ミラー１２３は、開口２１１に対して車両２００の前方に配置される。
第１表示装置１１０のコンバイナ１１３Ａは入射した光束の一部を反射する半透過型ミラーである。コンバイナ１１３Ａを半透過型ミラーとすることで、観察者Ｄの前方風景を遮ることなく、虚像Ｉ１を前方風景に重畳して表示することが可能である。
第２表示装置１２０の第１ミラー１２２、第２ミラー１２３は、入射した光束の一部を反射する半透過型ミラーであっても、全光束を反射するミラーであっても良い。
第１表示素子１１１は、その表示面の法線ベクトルが車両２００の後方および鉛直方向下方の成分を有するように配置している。第２表示素子１２１は、その表示面を車両２００の後方に向けて配置している。第１表示素子１１１および第２表示素子１２１には、液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）や有機発光ダイオード（エレクトロルミネッセンス）、プラズマディスプレイ、プロジェクタを用いて像を生成するスクリーンなどを用いることが可能である。
第１表示装置１１０は、第２表示装置１２０の鉛直方向の上方に配置される。第１表示素子１１１と、第１光学系１１９の第１ミラー１１２は、第２表示素子１２１と同様に、ダッシュボード２１０の内部に配置される。コンバイナ１１３Ａは、ダッシュボード２１０の上に配置される。また、第２表示装置１２０の第２光学系１２９は、第１表示素子１１１よりも下方に配置し、第２光学系１２９の下方に第２表示素子１２１を配置している。このように、第１表示装置１１０と第２表示装置１２０とを領域に分けて配置することで、第１表示装置１１０と第２表示装置１２０をそれぞれモジュールとして組み立てることも可能となる。
[５−２．動作]
図８に示すように、実施の形態５においては、第１表示装置１１０は、虚像Ｉ１を表示する。第１表示素子１１１が表示する画像は、第１ミラー１１２を介して反射し、次いでコンバイナ１１３Ａを介して反射し、視点領域４００に導かれて虚像Ｉ１として観察者Ｄに視認される。
また、第２表示装置１２０は、虚像Ｉ２を表示する。第２表示素子１２１が表示する画像は、第１ミラー１２２を介して反射し、次いで第２ミラー１２３を介して反射し、さらにウインドシールド２２０を介して反射し、視点領域４００に導かれ、観察者Ｄに虚像Ｉ２として視認される。
ここで、第１表示装置１１０と第２表示装置１２０との位置関係と、それぞれの中心光路Ｌ１、Ｌ２の光路を説明する。
第１表示素子１１１から出射された画像の中心光路Ｌ１は、第１ミラー１１２で反射されて、ダッシュボードの開口２１１を通過し、コンバイナ１１３Ａに入射する。中心光路Ｌ１はコンバイナ１１３Ａによって反射されて、観察者Ｄに導かれ、観察者Ｄに虚像Ｉ１を視認させる。第２表示素子１２１から出射された中心光路Ｌ２は、第２表示装置１２０の第１ミラー１２２に入射する。中心光路Ｌ２は、第１ミラー１２２で反射されて第２表示装置１２０の第２ミラー１２３に入射する。そして、中心光路Ｌ２は、第１表示装置１１０の第１表示素子１１１と第１ミラー１１２の間を通過し、次いで第１表示装置１１０の第１ミラー１１２とコンバイナ１１３Ａの間を通過し、ウインドシールド２２０に入射し、反射された後、視点領域４００に導かれて観察者Ｄに虚像Ｉ２を視認させる。
第１表示素子１１１から出射された後にコンバイナ１１３Ａに入射する中心光路Ｌ１のベクトルは、車両２００の前方の成分を有している。一方、第２表示素子１２１から出射された後にウインドシールド２２０に入射する中心光路Ｌ２のベクトルは、車両２００の後方の成分を有している。
［５−３．効果］
表示装置を第１表示装置１１０と第２表示装置１２０とに分けたことにより、ヘッドアップディスプレイ１００の深さ方向と奥行き方向の寸法を短くすることが可能となる。また、小スペースでかつ、大画面の虚像を表示できるヘッドアップディスプレイ１００を提供することができる。
また、実施の形態５に係るヘッドアップディスプレイ１００では、中心光路Ｌ１上の部材で、コンバイナ１１３Ａの直前に位置する第１ミラー１１２を、開口２１１に対して後方に配置し、中心光路Ｌ２上の部材で、ウインドシールド２２０の直前に位置する第２ミラー１２３を、開口２１１に対して前方に配置している。このように、第１表示装置１１０を構成する主要部材である第１ミラー１１２と、第２表示装置１２０を構成する主要部材である第２ミラー１２３を、それぞれ開口２１１に対して車両２００の前後に配置することにより、筐体１４０内のスペースを有効活用でき、ヘッドアップディスプレイ１００を小型化できる。
また、ヘッドアップディスプレイ１００は、中心光路Ｌ１、Ｌ２が開口２１１の近傍の位置で交わる。これにより、開口２１１を小さくすることができ、ダッシュボード２１０内への外光の進入を抑制することができる。
また、第１表示装置１１０と第２表示装置１２０とを別個に設けているため、表示領域毎に虚像の表示距離や表示サイズを設定することが可能である。
さらに、第１表示装置１１０と第２表示装置１２０をそれぞれモジュール化することで、組立性の向上を図ることができる。
（実施の形態６）
以下、図９を用いて、実施の形態６に係るヘッドアップディスプレイ１００を説明する。
［６−１．構成］
図９は、車両２００に搭載された、実施の形態６に係るヘッドアップディスプレイ１００の構成を模式的に示す図である。ヘッドアップディスプレイ１００は、第１表示装置１１０と第２表示装置１２０を有している。第１表示装置１１０は、第１表示素子１１１と、コンバイナ１１３Ａとを有している。コンバイナ１１３Ａの反射面は、凹面であることが望ましい。第１表示素子１１１は、開口２１１に対して車両２００後方に配置される。第２表示装置１２０は、第２表示素子１２１と、第２光学系１２９とを有している。第２光学系１２９は第１ミラー１２２と、第１ミラー１２２よりも反射面の大きい第２ミラー１２３とを備える。第２光学系１２９の第１ミラー１２２の反射面は凸面、第２ミラー１２３の反射面は凹面であることが望ましい。また、第１ミラー１２２は、開口２１１に対して車両２００の後方に配置される。他方、第２ミラー１２３は、開口２１１に対して車両２００の前方に配置される。
第２表示装置１２０は、第２表示素子１２１と、第２光学系１２９とを有している。第２光学系１２９は第１ミラー１２２と、第２ミラー１２３とを備える。第２光学系１２９の第１ミラー１２２の反射面は凸面、第２ミラー１２３の反射面は凹面であることが望ましい。
第１表示装置１１０のコンバイナ１１３Ａは、入射した光束の一部を反射する半透過型ミラーであることが望ましい。コンバイナ１１３Ａを半透過型ミラーで構成することで、観察者Ｄの前方風景を遮ることなく、虚像Ｉ１を前方風景に重畳して表示することが可能である。第２表示装置１２０の第１ミラー１２２、第２ミラー１２３は、入射した光束の一部を反射する半透過型ミラーであっても、全光束を反射するミラーであっても良い。
第１表示素子１１１および第２表示素子１２１には、液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）や有機発光ダイオード（エレクトロルミネッセンス）、プラズマディスプレイ、プロジェクタを用いて像を生成するスクリーンなどを用いることが可能である。
第１表示素子１１１は、第２表示素子１２１と同様に、ダッシュボード２１０（筐体の一例）の内部に配置され、その表示面の法線ベクトルは、車両２００の前方の成分を有している。また、第１表示素子１１１は第２表示装置１２０の第１ミラー１２２の鉛直下方向であって、第２表示素子１２１の車両２００の後方に隣接して配置される。コンバイナ１１３Ａは、ダッシュボード２１０の上に配置される。
第２表示素子１２１は、第２光学系１２９の鉛直下方に配置され、その表示面の法線ベクトルは、車両２００の後方の成分を有している。第１表示素子１１１と第２表示素子１２１の間に遮光壁を設けて、それぞれの表示面に出射光が入射しないようにしてもよい。
[６−２．動作]
図９に示すように、実施の形態６において、第１表示装置１１０は、虚像Ｉ１を表示する。第１表示素子１１１が表示する画像は、コンバイナ１１３Ａを介して反射され、観察者Ｄの視点領域４００に導かれ、虚像Ｉ１として視認される。
また、図９に示すように、実施の形態６において、第２表示装置１２０は、虚像Ｉ２を表示する。第２表示素子１２１が表示する画像は、第１ミラー１２２、第２ミラー１２３およびウインドシールド２２０によって反射され、観察者Ｄの視点領域４００に導かれ、虚像Ｉ２として視認される。
ここで、第１表示装置１１０と第２表示装置１２０との位置関係および中心光路Ｌ１、Ｌ２の光路を説明する。
第１表示素子１１１から出射された中心光路Ｌ１は、第２表示装置１２０の第２表示素子１２１と第１ミラー１２２の間、第２表示装置１２０の第１ミラー１２２と第２ミラー１２３の間、開口２１１の順に通過し、コンバイナ１１３Ａで反射された後、観察者Ｄに導かれて虚像Ｉ１を視認させる。このような構成とすることで、光路長の確保と、ダッシュボード２１０の小型化を実現できる。
第１表示素子１１１から出射された後にコンバイナ１１３Ａに入射する中心光路Ｌ１のベクトルは、車両２００の前方方向の成分を有している。一方、第２表示素子１２１から出射された後にウインドシールド２２０に入射する中心光路Ｌ２のベクトルは、車両２００の後方方向の成分を有している。このような構成とすることで、開口２１１を通過する中心光路Ｌ１、Ｌ２の光路を、開口２１１付近で交わらすことができ、開口２１１を小さく構成することができる。実施の形態６に係るヘッドアップディスプレイ１００は、中心光路Ｌ１、Ｌ２が開口２１１の近傍の位置で交わる。これにより、開口２１１を小さくすることができ、ダッシュボード２１０内への外光の進入を抑制することができる。
［６−３．効果］
表示装置を第１表示装置１１０と第２表示装置１２０とに分けたことにより、ヘッドアップディスプレイ１００の深さ方向と奥行き方向の寸法を短くすることが可能となる。また、小スペースでかつ、大画面の虚像を表示できるヘッドアップディスプレイ１００を提供することができる。
また、実施の形態６に係るヘッドアップディスプレイ１００では、中心光路Ｌ１上の部材で、コンバイナ１１３Ａの直前に位置する第１表示素子１１１を、開口２１１に対して後方に配置し、中心光路Ｌ２上の部材でウインドシールド２２０の直前に位置する第２ミラー１２３を開口２１１に対して前方に配置している。このように、第１表示装置１１０を構成する主要部材である第１表示素子１１１と、第２表示装置１２０を構成する主要部材である第２ミラー１２３を、それぞれ開口２１１に対して車両２００の前後に配置することにより、筐体１４０のスペースを有効活用でき、ヘッドアップディスプレイ１００を小型化できる。
また、ヘッドアップディスプレイ１００は、中心光路Ｌ１、Ｌ２が開口２１１の近傍の位置で交わる。これにより、開口２１１を小さくすることができ、ダッシュボード２１０内への外光の進入を抑制することができる。
また、第１表示装置１１０と第２表示装置１２０とを別個に設けているため、表示領域に応じた虚像の表示距離や表示サイズを設定することが可能である。
また、実施の形態６では、第１表示素子１１１から出射されてコンバイナ１１３Ａに入射する光線が、第２表示素子１２１と第２表示装置１２０の第１ミラー１２２との間を通過するように、第１表示素子１１１が第１ミラー１２２より下方に配置されている。このような第１表示素子１１１の配置を採用した場合、第１表示素子１１１からコンバイナ１１３Ａまでの距離を長くすることができるので、観察者Ｄから見た虚像Ｉ１の視認距離を長くすることができ、さらに、ヘッドアップディスプレイ１００の深さ方向の寸法を短くすることができる。
（実施の形態７）
以下、図１０を用いて、実施の形態７を説明する。
［７−１．構成］
図１０は、実施の形態７に係るヘッドアップディスプレイ１００の断面を模式的に示す図である。実施の形態７に係るヘッドアップディスプレイ１００は、車両２００のダッシュボード２１０の内部に配置される。また、ヘッドアップディスプレイ１００は、第１表示装置１１０を有している。第１表示装置１１０は、第１表示素子１１１と、第１光学系１１９とを有している。第１光学系１１９は、第１ミラー１１２と、第２ミラー１１３と、フレネルレンズ１１４とを備える。第１ミラー１１２および第２ミラー１１３は、反射光学系を構成する。フレネルレンズ１１４は、入射光を透過する部材で構成される屈折光学系の一例である。第１光学系１１９の第１ミラー１１２の反射面は凸面、第２ミラー１１３の反射面は凹面であることが望ましい。フレネルレンズ１１４は正のパワーを有しており、フレネル面を出射面側に設けている。また、第１表示素子１１１の表示領域から出射された画像の中心光路Ｌ１がフレネルレンズ１１４に入射する位置は、回転中心である中心軸ＡＸに対し、移動体である車両２００のウインドシールド２２０側に存在するように構成されている。フレネルレンズ１１４は、第１表示素子１１１に表示される画像の中心光路Ｌ１が出射する側の面にフレネル面を有する。
このような構成とすることで、第２ミラー１１３で反射される画像の中心光路Ｌ１は、屈折光学系であるフレネルレンズ１１４により偏向されることとなり、ウインドシールド２２０の傾きに対応させて観察者Ｄが視認可能な位置に、画像の中心光路Ｌ１の結像点を形成することができる。また、フレネルレンズ１１４の切欠き溝の角度をフレネルレンズ１１４の出射光と平行に近づけることで虚像Ｉ１のフレアを低減することができる。また、フレネルレンズ１１４のフレネル面を非球面とすることで、単色収差の補正をすることができる。
第１表示素子１１１には、液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）や有機発光ダイオード（エレクトロルミネッセンス）、プラズマディスプレイ、プロジェクタを用いて像を生成するスクリーンなどを用いることが可能である。
図１０に示すように、実施の形態７においては、第１表示装置１１０は、観察者Ｄに虚像Ｉ１を視認させる。第１表示素子１１１が表示する画像は、第１ミラー１１２および第２ミラー１１３によってこの順に反射され、フレネルレンズ１１４で拡大し、ダッシュボード２１０の開口２１１を通過して、さらにウインドシールド２２０によって反射され、観察者Ｄの視点領域４００に導かれる。これにより、観察者Ｄは虚像Ｉ１を視認することができる。
［７−２．効果］
以上のように、第１表示装置１１０でフレネルレンズ１１４を使用することにより、ヘッドアップディスプレイ１００の深さ方向の寸法を短くすることが可能となる。
また、本実施の形態では、フレネルレンズ１１４の回転中心を、第１表示素子１１１の中心から出射された中心光線がフレネルレンズ１１４に入射する位置より車両２００の後方方向に偏心させ、第２ミラー１１３によって反射された光を車両２００の後方側に屈折させている。このように構成した場合、フレネルレンズ１１４を用いない場合と比べて、第２ミラー１１３の位置を車両前方側にずらすことができる。車両２００のダッシュボード２１０内には、通常、メータパネル等の車両構造物が配置されているが、第２ミラー１１３の位置を車両前方側にずらせることによって、第２ミラー１１３とダッシュボード２１０内の車両構造物との干渉を低減できる。したがって、ヘッドアップディスプレイ１００の車両への搭載性を向上できる。
さらに、本実施の形態に係る第１表示装置１１０は、モジュール化することが可能であり、組立性の向上を図ることができる。
（その他の実施の形態）
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１〜７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、適宜、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。
以下、他の実施の形態を例示する。
実施の形態１〜７において、光学系のミラーの枚数は、それぞれ２枚に限定されることはなく、虚像の表示距離や表示素子の大きさなどに応じて、光学系のミラーの枚数を変更することができる。また、車両内部に本開示のヘッドアップディスプレイを搭載する場合、搭載可能な空間の大きさに応じて、表示画像の光束の折り曲げ回数を変更し、これに応じて適宜、ミラーの枚数を変更することができる。
実施の形態１〜６において、第２光学系の第２ミラーの一部を半透過ミラーにして、半透過部は、第１光学系の光束の一部に架かるように設けることもできる。このように構成することで、異なる表示領域を連続的につなぐこともできる。
実施の形態１〜６では、虚像Ｉ１が表示される第１領域２２１と虚像Ｉ２が表示される第２領域２２２とが重ならない例を説明した。しかし、表示内容によっては、第１領域２２１の一部と第２領域２２２の一部とが重なるように、第１の光学系のミラーと第２光学系のミラーとを配置してもよい。
実施の形態７において、ヘッドアップディスプレイ１００は、第１表示装置１１０の１つの表示装置の例で説明した。しかし、実施の形態１〜６と同様に、表示装置を２つ用いて構成することも可能ある。
実施の形態７では、光学系の一部にフレネルレンズ１１４を用いた。しかしながら、フレネルレンズ１１４以外の凸レンズを用いても第２ミラー１１３の小型化が図れる。また、フレネルレンズ１１４を開口２１１のカバーの代わりに配置しても良い。
また、実施の形態７では、フレネルレンズ１１４の入射面を平面とし、出射面をフレネル面とした屈折光学系を用いた例を説明したが、入射面が凸面である屈折光学系を用いても良い。また、屈折光学系として、入射面をフレネル面としたフレネルレンズを用いても良い。
また、実施の形態７では、屈折光学系の中心軸を、中心光線が屈折光学系に入射する入射位置より車両後方側に偏心させた例を説明したが、屈折光学系の中心軸を、画像の中心光線が屈折光学系に入射する入射位置より車両前方側に偏心させても良い。この場合、屈折光学系が反射光学系によって反射された光を車両前方側に屈折させるため、屈折光学系の中心軸を偏心させない場合と比べて、第２ミラーの位置を車両後方側にずらすことができる。このように、屈折光学系の中心軸を車両後方側または車両前方側に偏心させることによって、第２ミラーの車両のダッシュボードに対する前後方向の位置を適宜変更することができる。これにより、第２ミラーの配置の自由度を向上させることができる。
実施の形態１〜７では、ヘッドアップディスプレイ１００は車両２００の内部に搭載される例を説明したが、航空機や電車等の自動車以外の移動体に搭載されても良い。
以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。
したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
本開示は、ウインドシールドを有する移動体などに搭載されるヘッドアップディスプレイに適用可能である。
１００ ヘッドアップディスプレイ
１１０ 第１表示装置
１１１ 第１表示素子
１１２ 第１ミラー
１１３ 第２ミラー
１１３Ａ コンバイナ
１１４ フレネルレンズ
１１９ 第１光学系
１２０ 第２表示装置
１２１ 第２表示素子
１２２ 第１ミラー
１２３ 第２ミラー
１２９ 第２光学系
１３１ 光学デバイス
１４０ 筐体
２００ 車両（移動体の一例）
２１０ ダッシュボード
２１０ａ 前方パネル
２１１ 開口
２１３ 反射防止カバー
２２０ ウインドシールド
２２１ 第１領域
２２２ 第２領域

Claims (6)

  1. ウインドシールドを有する移動体に搭載され、観察者に虚像を視認させるヘッドアップディスプレイであって、
    画像を表示する表示素子と、
    前記表示素子に表示される画像を反射して前記ウインドシールドに投射する反射光学系と、
    前記反射光学系と前記ウインドシールドとの間に配置され、パワーを有する屈折光学系と、を備え、
    前記表示素子から出射されて前記反射光学系により反射される画像の中心光路が前記屈折光学系に入射する位置は、屈折光学系の中心軸に対して、移動体のウインドシールド側に存在するように構成した、ヘッドアップディスプレイ。
  2. 前記屈折光学系は、正のパワーを有する、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
  3. 前記屈折光学系は、フレネルレンズである、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
  4. 前記フレネルレンズは、前記表示素子に表示される画像の中心光路が出射する面にフレネル面を有する、請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ。
  5. 前記フレネル面における切欠き溝は、前記フレネルレンズの出射光と平行である、請求項４に記載のヘッドアップディスプレイ。
  6. ウインドシールドを有し、観察者に虚像を視認させるヘッドアップディスプレイを搭載した移動体であって、
    画像を表示する表示素子と、
    前記表示素子に表示される画像を反射して前記ウインドシールドに投射する反射光学系と、
    前記反射光学系と前記ウインドシールドとの間に配置され、パワーを有する屈折光学系と、を備え、
    前記表示素子から出射されて前記反射光学系により反射される画像の中心光路が前記屈折光学系に入射する位置は、屈折光学系の中心軸に対して、移動体のウインドシールド側に存在するように構成した、ヘッドアップディスプレイを搭載した移動体。
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