JPWO2017146206A1 - スクリーン及びヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、横方向でも２重像の発生を抑制して全体としての画質を向上させることができるスクリーン及びこれを組み込んだヘッドアップディスプレイ装置を提供する。本発明のヘッドアップディスプレイ装置のコンバイナー（２０）は、スクリーンとして機能し、観察側にあって凹の第１の光学面（２１）と反観察側にあって凸の第２の光学面（２２）とに挟まれた本体層（２０ａ）を備える。本体層（２０ａ）の厚さは、横方向（Ｄ２）に関して中央から周辺にかけて薄くなるとともに、本体層（２０ａ）の厚さの縦方向（Ｄ１）に関する変化が、横方向（Ｄ２）に関して中央部と周辺部とで異なる。

Description

本発明は、視線の先に画像を表示するためのスクリーン及びこれを組み込んだヘッドアップディスプレイ装置に関するものである。

ヘッドアップディスプレイ装置は、視線の先の背景に情報を重ねて表示することができる。かかるヘッドアップディスプレイ装置を例えば自動車に組み込むことにより、自動車の運転中に車両内で計器類によって得た速度等の情報を含む画像をフロントガラス等の視線の先に映し出すことができるので、視野を変化させることなく運転でき、事故防止につながる。

ヘッドアップディスプレイ装置として、例えばウインドシールドの内側に貼り付けられるコンバイナーを備え、コンバイナーの縦断面が楔状であり表示装置のある下側で相対的に肉薄として２重像を防止しているものが公知となっている（特許文献１）。

ヘッドアップディスプレイ装置として、例えばウインドシールドの内側にウインドシールドから離間した状態で立設されたコンバイナーを備え、コンバイナーの曲率半径が観察者側で小さくなっているものが公知となっている（特許文献２）。

しかしながら、特許文献１、２に記載のコンバイナーは、横方向の断面の厚みに関して十分な配慮がなされておらず、仮に横方向に関する中央部で縦方向の像の２重像が解消されたとしても、横方向に関する周辺部で２重像が十分に解消されず、全体としての画質が劣化してしまう。特に、視野角が広く、アイボックスが広い場合、画質の劣化が顕著に発生する。

特開２０１２−５８６８８号公報 特開２０１４−１１５４１７号公報

本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、横方向でも２重像の発生を抑制して全体としての画質を向上させることができるスクリーン及びこれを組み込んだ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。

上記課題を解決するため、本発明の一側面を反映したヘッドアップディスプレイ装置用のスクリーンは、観察側にあって凹の第１の光学面と反観察側にあって凸の第２の光学面とに挟まれた本体層を備え、本体層の厚さが、基準面に対して直交する横方向に関して中央から周辺にかけて薄くなるとともに、本体層の厚さの基準面に平行な縦方向に関する変化が、横方向に関して中央部と周辺部とで異なる。なお、基準面は、光軸を含む面であり、表示光を上下方向から入射させる場合、鉛直面となる。また、本体層の厚さは、中央における第１の光学面の法線方向に平行な方向に関するものである。さらに、横方向とは、水平方向に限るものではない。

上記課題を解決するため、本発明の一側面を反映したヘッドアップディスプレイ装置は、上述したスクリーンと、スクリーンに表示光を投影する描画ユニットとを備える。

図１Ａは、第１実施形態のスクリーンであるコンバイナー及びこれを組み込んだヘッドアップディスプレイ装置を車体に搭載した状態を示す側方断面図であり、図１Ｂは、コンバイナー等を説明する車内側からの正面図である。 図１Ａ中のヘッドアップディスプレイ装置を説明する拡大側方断面図である。 図３Ａは、コンバイナーの正面図であり、図３Ｂは、図３Ａに示すコンバイナーのＡＡ矢視断面図であり、図３Ｃは、図３Ａに示すコンバイナーのＢＢ矢視断面図である。 図４Ａは、ヘッドアップディスプレイ装置による結像を説明する断面図であり、図４Ｂは、コンバイナーで反射される表示光を説明する拡大図であり、図４Ｃは、虚像を観察可能なアイボックスを説明する図である。 図５Ａは、第１の実施例におけるコンバイナーの中央横断面に沿った横方向の厚さ分布を説明するチャートであり、図５Ｂは、第１の実施例のコンバイナーの縦方向の厚さ分布を説明するチャートであり、図５Ｃは、第１の比較例のコンバイナーの縦方向の厚さ分布を説明するチャートである。 図６Ａは、第１の実施例のコンバイナーを利用して表示した格子像をアイボックス中央で観察した状態を示し、図６Ｂは、第１の実施例のコンバイナーを利用して表示した格子像をアイボックス斜め上部分で観察した状態を示し、図６Ｃは、第１の比較例の格子像をアイボックス中央で観察した状態を示し、図６Ｄは、第１の比較例の格子像をアイボックス斜め上部分で観察した状態を示す。 図７Ａは、第２の実施例におけるコンバイナーの中央横断面に沿った横方向の厚さ分布を説明するチャートであり、図７Ｂは、第２の実施例のコンバイナーの縦方向の厚さ分布を説明するチャートであり、図７Ｃは、第２の比較例のコンバイナーの縦方向の厚さ分布を説明するチャートである。 図８Ａは、第２の実施例の格子像をアイボックス中央で観察した状態を示し、図８Ｂは、第２の実施例の格子像をアイボックス斜め上部分で観察した状態を示す。 図９Ａは、第２実施形態のスクリーンであるウインドシールド等を説明する車内側からの正面図であり、図９Ｂは、ヘッドアップディスプレイ装置を説明する側方断面図である。 第３実施形態のスクリーンであるウインドシールド等を説明する側方断面図である。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係るスクリーン及びこれを組み込んだヘッドアップディスプレイ装置について説明する。

図１Ａ及び１Ｂは、本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置１００及びその使用状態を説明する概念的な側方断面図及び正面図である。このヘッドアップディスプレイ装置１００は、車体２内に搭載されるものであり、描画ユニット１０とコンバイナー２０とを備える。

描画ユニット１０は、車体２のダッシュボード４内に埋め込むように設置されており、運転関連情報を含む画像に対応する表示光ＨＫをコンバイナー２０に向けて射出する。コンバイナー２０は、半透過性を有する凹面鏡として機能するスクリーンであり、下端の支持によってダッシュボード４上に立設され、描画ユニット１０からの表示光ＨＫを車体２の後方に向けて反射する。つまり、コンバイナー２０は、ウインドシールド８とは別体で設置される独立型のものとなっている。コンバイナー（スクリーン）２０で反射された表示光ＨＫは、ドライバーＵＮの瞳ＨＴ及びその周辺位置に対応するアイボックスに導かれる。ドライバーＵＮは、コンバイナー２０で反射された表示光ＨＫ、つまり車体２の前方にある虚像としての表示像ＩＭを観察することができる。一方、ドライバーＵＮは、コンバイナー２０を透過した外界光、つまり前方景色等の実像を観察することができる。結果的に、ドライバーＵＮは、コンバイナー２０の背後の外界像に重ねて、コンバイナー２０での表示光ＨＫの反射によって形成される運転関連情報を含む表示像（虚像）ＩＭを観察することができる。

図２は、ヘッドアップディスプレイ装置１００を拡大した断面図である。ヘッドアップディスプレイ装置１００のうち、描画ユニット１０は、液晶表示パネル１１を備えた描画デバイス１２と、ミラー１３と、ハウジング１４とを備える。描画デバイス１２は、詳細な説明は省略するが、液晶表示パネル１１のほかに、液晶表示パネル１１に表示動作を行わせる表示駆動回路、液晶表示パネル１１を照明するための光を射出するＬＥＤその他の光源、かかる光源からの光を均一化する均一化光学系等を備える。ミラー１３は、凸面、凹面、又は平面とでき、曲面の場合、球面に限らず、非球面、自由曲面等とすることができる。ハウジング１４は、表示光ＨＫを通過させる開口１４ａを有し、この開口１４ａには、フィルム又は薄板状の光透過部材１５を配置することができる。

コンバイナー２０は、板状の部材であり、観察者であるドライバーＵＮのいる観察側又は座席６（図１Ａ参照）側に設けた第１の光学面２１と、反観察側又はウインドシールド８側に設けた第２の光学面２２とを有する。第１の光学面２１は、凹の曲面であり、非球面又は自由曲面となっている。第２の光学面２２は、凸の曲面（観察者側から見た場合には凹の曲面）であり、非球面又は自由曲面となっている。第１の光学面２１は、基材である本体層２０ａ上に例えば２０〜３０％の反射率を有するハーフミラーコート２０ｂを形成することによって得たものであり、表示光ＨＫを適度に反射しつつ外界光ＧＫを所望の程度に透過させることができる。第２の光学面２２は、反射防止膜（又は反射防止コート）を形成せず本体層２０ａを露出させたものとなっている。この場合、反射防止コートを省略してコストを下げつつも、２重像の発生を抑制することができる。ただし、第２の光学面２２において反射防止膜を形成することができ或いは保護コートで覆ったものとすることができる。

図３Ａ〜３Ｃは、コンバイナー（スクリーン）２０の正面図、ＡＡ矢視断面、及びＢＢ矢視断面である。コンバイナー２０は、中心Ｃ１を通る光軸ＡＸを含む仮想的な基準面ＳＨ１によって左右に分割され、左右対称な形状を有する。コンバイナー２０は、中心Ｃ１を通って水平に延びる仮想的な交差面ＳＨ２によって上下に分割されるが、上下対称な形状となっていない。ここで、交差面ＳＨ２は、基準面ＳＨ１に対して直交し中心Ｃ１を通るとともにαγ面に平行な面である。なお、本明細書では、コンバイナー２０の中心Ｃ１を通ってアイボックスＳＹ（図４Ｃ参照）の中央に導かれる表示光ＨＫを基準として光軸ＡＸを考える。また、図示のコンバイナー２０は、光学的な有効領域のみを示しており、有効領域の周囲に枠部２０ｚを有していてもよい。つまり、コンバイナー２０の中心Ｃ１は、光学的な中心であって、輪郭の中心とは必ずしも一致しない。

コンバイナー２０のうち、横方向Ｄ２に関する中央部である中央縦断帯域２０ｉは、コンバイナー２０が基準面ＳＨ１或いは中心Ｃ１を通る鉛直面と交わる部分である。中央縦断帯域２０ｉは、その長手方向に全体として湾曲し、鉛直のβ軸方向に対して傾いた縦方向Ｄ１に延びる。また、横方向Ｄ２に関する一対の周辺部２０ｊ，２０ｋは、±α軸方向の両端に離間して中央縦断帯域２０ｉと略平行に延び、ともに長手方向に全体として湾曲している。

コンバイナー２０のうち、縦方向Ｄ１に関する中央部である中央横断帯域２０ｐは、コンバイナー２０が交差面ＳＨ２と交わる部分であり、その長手方向に全体として湾曲している。中央横断帯域２０ｐを挟む上下一対の端部２０ｑ，２０ｒは、中央横断帯域２０ｐと平行に横方向Ｄ２に延び、ともに長手方向に全体として湾曲している。

コンバイナー２０は、第１の光学面２１での反射によって虚像を表示するが第２の光学面２２での反射によっても副次的に虚像が形成され、このような副次的虚像によって２重像が形成されることを防止するため、副次的虚像が本来の虚像とサイズ及び位置に関して重なるようにしている。つまり、第１の光学面２１で反射された一方の表示光ＨＫによる虚像のサイズ及び位置と、第１の光学面２１を透過して第２の光学面２２で反射された他方の表示光ＨＫ２による虚像のサイズ及び位置とを一致させる。換言すれば、同一の表示点から射出され、第１の光学面２１で反射された表示光ＨＫと、第１の光学面２１を透過して第２の光学面２２で反射された表示光ＨＫ２とを、表示点に対応する同一の虚像点から射出されるようにアイボックスＳＹ側に導くことになる。つまり、描画ユニット１０からの異なる方向に射出された表示光ＨＫ，ＨＫ２が同一の虚像点から射出されるように導くことになる。この結果、コンバイナー２０の断面形状は以下のような特徴を有する。

まず、コンバイナー２０において、本体層２０ａの厚さは、横方向Ｄ２に関して中央から周辺にかけて薄くなっている。具体的には、例えば縦方向Ｄ１の中央において横方向Ｄ２に延びる中央横断帯域２０ｐにおいて、本体層２０ａの厚さは、中心Ｃ１で最も厚く、横端領域ＳＨ２１に向かって徐々に薄くなり、横端領域ＳＨ２１で最も薄くなっている。上下の端部２０ｑ，２０ｒも中央横断帯域２０ｐと同様であり、中央下部ＳＨ１０及び中央上部ＳＨ１２で最も厚く、四隅の横端下領域ＳＨ２０又は横端上領域ＳＨ２２に向かって徐々に薄くなり、横端下領域ＳＨ２０又は横端上領域ＳＨ２２で最も薄くなっている。以上において、本体層２０ａの厚さは、中心Ｃ１における第１の光学面２１の法線ＮＬ方向（図３Ｂ参照）に平行な方向で考える。

また、コンバイナー２０において、本体層２０ａの厚さは、縦方向Ｄ１に関して表示光ＨＫが斜入射する方向に対応する下の一端から上の他端にかけて薄くなっている。これにより、縦方向Ｄ１の各部での２重像の発生を抑制することができる。具体的には、例えば横方向Ｄ２の中央で縦方向Ｄ１に延びる中央縦断帯域２０ｉにおいて、本体層２０ａの厚さは、中央下部ＳＨ１０で最も厚く、中心Ｃ１及び中央上部ＳＨ１２に向かって徐々に薄くなり、中央上部ＳＨ１２で最も薄くなっている。周辺部２０ｊ，２０ｋも中央縦断帯域２０ｉと同様であり、横端下領域ＳＨ２０で最も厚く、横端領域ＳＨ２１及び横端上領域ＳＨ２２に向かって徐々に薄くなり、横端上領域ＳＨ２２で最も薄くなっている。

さらに、中央縦断帯域２０ｉにおける本体層２０ａの厚さの縦方向Ｄ１に関する変化は、周辺部２０ｊ，２０ｋにおける本体層２０ａの厚さの縦方向Ｄ１に関する変化と異なっている。

図４Ａは、ヘッドアップディスプレイ装置１００の光学的構成及びこれによる結像を説明する断面図であり、図４Ｂは、コンバイナー２０で反射される表示光ＨＫを説明する断面図である。図示のように、コンバイナー２０で反射された表示光ＨＫは、ドライバーＵＮの瞳ＨＴに導かれる。ここで、表示光ＨＫをコンバイナー２０の背後に延長した虚像光線ＫＫは、ドライバーＵＮの瞳ＨＴに対して前方の所定位置に表示像ＩＭを形成する。なお、瞳ＨＴからコンバイナー２０までの距離ｄ１は、車体２の仕様によるが例えば０．５〜１ｍ程度としてあり、コンバイナー２０から表示像ＩＭまでの距離ｄ２は、例えば１ｍ程度以上としてあり、表示像ＩＭを見下ろす俯角θは、１０°〜１５°程度としている。また、図４Ｃに示すアイボックスＳＹは、標準的なドライバーＵＮの瞳ＨＴの位置をカバーするように設定され、例えば横１０〜１５ｃｍ、縦５〜８ｃｍと言ったサイズに設定される。

コンバイナー２０の瞳ＨＴ側に配置されている第１の光学面２１は、ミラー１３を介して液晶表示パネル１１に形成された像を瞳ＨＴに対して表示像ＩＭとして少ない歪みで投影する。この際、第１の光学面２１は、その光学面形状によって歪みのない表示像ＩＭを形成することができる。一方で、コンバイナー２０の瞳ＨＴの反対側に配置されている第２の光学面２２は、第１の光学面２１を通過して分岐された表示光ＨＫを部分的に反射する。分岐後に背後の第２の光学面２２での反射された表示光（以下便宜上、副表示光ＨＫ２と呼ぶ）は、第１の光学面２１を通過して瞳ＨＴに入射するので、表示像ＩＭと重畳して２重像を形成する可能性がある。しかしながら、第２の光学面２２で反射された副表示光ＨＫ２が、元の表示光ＨＫとの関連で表示像ＩＭ上の同一点から射出されるよう進行するならば、表示光ＨＫによる虚像と副表示光ＨＫ２による虚像とが重なって２重像の形成を回避できる。つまり、図４Ｂに概念的に示すように、元の虚像光線ＫＫの延長上に表示光ＨＫが延び、元の虚像光線ＫＫに対して微小角を成す別の虚像光線ＫＫ２の延長上に副表示光ＨＫ２が延びるようにすればよい。この際、表示光ＨＫと副表示光ＨＫ２との関係は、ドライバーＵＮの瞳ＨＴに同時に入射する範囲で考えればよい。このように副表示光ＨＫ２の進行方向を制御するため、第２の光学面２２の曲率又は傾斜角や本体層２０ａの厚さを第１の光学面２１を基準として調整する。結果的に、第２の光学面２２と第１の光学面２１との間隔に相当する本体層２０ａの厚さは、図３Ａ〜３Ｃを参照して説明したように、横方向Ｄ２に関して中央から周辺にかけて薄くなるとともに、本体層２０ａの厚さの縦方向Ｄ１に関する変化は、横方向Ｄ２に関しての中央部と周辺部とで異なるものとなっている。さらに、本体層２０ａの厚さは、横方向Ｄ２に関する各位置において、縦方向Ｄ１における下端から上端にかけて薄くなっている。

以上で説明した第１実施形態のスクリーン又はコンバイナー２０によれば、本体層２０ａの厚さが、基準面ＳＨ１に対して直交する横方向Ｄ２又はα方向に関して中央から周辺にかけて薄くなるとともに、本体層２０ａの厚さの基準面ＳＨ１に平行な縦方向Ｄ１又はβ方向に関する変化が、横方向Ｄ２に関して中央部と周辺部とで異なるので、中央及び周辺の各部での２重像の発生をより抑制でき、アイボックスＳＹ全域で画質を向上させることができる。

また、第１実施形態のヘッドアップディスプレイ装置１００によれば、上述したスクリーン又はコンバイナー２０を備えており、中央及び周辺の各部での２重像の発生を抑制でき、アイボックスＳＹ全域において画質を向上させることができる。

〔実施例〕
以下、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置の具体的な実施例を示す。
以下に示す実施例のデータにおいて、Ｓｉ（ｉ＝０，１，２，３，…）は、表示像ＩＭを形成する虚像面側から数えてｉ番目の面（表示像ＩＭの虚像面を第０番目の面とする）を示している。虚像面に対応する第０面Ｓ０に続く第１及び第２面Ｓ１，Ｓ２は、仮想的な面であり、第３面Ｓ３は、瞳ＨＴに相当する。

各面Ｓｉの配置は、面頂点座標（ｘ，ｙ，ｚ）と回転角度（ＡＤＥ）とでそれぞれ特定される。各面Ｓｉの面頂点座標は、その面頂点をローカルな直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の原点として、グローバルな直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）におけるローカルな直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の原点の座標（ｘ，ｙ，ｚ）で表されている（単位はｍｍ）。また、各面Ｓｉの傾きは、その面頂点を中心とするＸ軸回りのＡＤＥ又は回転角度（Ｘ回転）で表されている。なお、回転角度の単位は、°であり、Ｘ軸の正方向から見て反時計回りの方向がＸ回転の回転角度の正方向とする。また、グローバルな直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）は、瞳ＨＴ又は瞳面（第３面Ｓ３）のローカルな直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と一致した絶対座標系になっている。すなわち、各面Ｓｉの配置データは、瞳面中心を原点としたグローバル座標系で表現される。なお、瞳面（第３面Ｓ３）では、瞳ＨＴからコンバイナー２０に向かう方向が＋Ｚ方向又は＋ｚ方向であり、瞳ＨＴに対して上方向が＋Ｙ方向又は＋ｙ方向であり、瞳ＨＴに対して右方向が＋Ｘ方向又は＋ｘ方向である。つまり、Ｘ方向は、図４Ａに示すα方向と平行になっており、Ｙ方向は、図４Ａに示すβ方向と平行になっている。

各実施例において、コンバイナー２０に対応する第４面Ｓ４と、ミラー１３に対応する第５面Ｓ５とは、自由曲面であり、その自由曲面形状は、面の頂点を原点とし、光軸方向にＺ軸をとり、光軸と垂直方向の高さをＸ，Ｙとして以下の「数１」で表す。
〔数１〕

ただし、
ｃ ：頂点曲率（ｃ＝１／Ｒ）
ｋ ：円錐定数又はコーニック定数
Ｃｊ：Ｘ^ｍＹ^ｎの係数
Ｒ ：Ｙ曲率半径

以下、本発明のヘッドアップディスプレイ装置の具体的な実施例を説明する。
〔実施例１〕
実施例１のヘッドアップディスプレイ装置の基本的な仕様を以下の表１に示す。
〔表１〕

実施例１の光学面等のデータを以下の表２に示す。
〔表２〕

実施例１のコンバイナー部分の面データを以下の表３に示す。表中の「＊」は積を表し、「＾」はべき乗条を表すものとする（以降の実施例も同様）。なお、コンバイナーを構成する一対の面間隔は、３．０ｍｍであり、コンバイナーの材料は、ポリカーボネイト（ｎｄ＝１．５８６９、ｖｄ＝３０．０）であり、光学面サイズは、Ｘ方向に１４８ｍｍとしＹ方向に６８ｍｍとした。
〔表３〕

実施例１のミラー部分の面データを以下の表４に示す。
〔表４〕

図５Ａは、実施例１のコンバイナー２０の横断面における厚みを示し、図５Ｂは、実施例１のコンバイナー２０の縦断面における厚みを示す。実施例１のコンバイナー２０は、比較的曲率が大きく、拡大率が大きい。図５Ａのチャートにおいて、横軸は横方向座標を示し、縦軸はコンバイナー２０の厚みを示す。また、図５Ｂにおいて、横軸は縦方向座標を示し、縦軸はコンバイナー２０の相対的な厚みを示す。図５Ｂにおいて実線で示す曲線は、コンバイナー２０の横方向Ｄ２に関する中央における縦方向Ｄ１の厚み変化を示し、点線で示す曲線は、コンバイナー２０の横方向Ｄ２に関する周辺での縦方向Ｄ１の厚み変化を示す。具体的には、実線は、図３Ａに示すコンバイナー２０の中央縦断帯域２０ｉにおける厚み変化を示し、点線は、図３Ａに示すコンバイナー２０の周辺部２０ｊにおける厚み変化を示している。図５Ｂから明らかなように、コンバイナー２０の本体層２０ａの厚みに関して、縦方向Ｄ１の厚みの変化率（絶対値）は、一端に対応する−Ｙ又は下側の端部２０ｑ（図３Ａ参照）よりも、他端に対応する＋Ｙ又は上側の端部２０ｒ（図３Ａ参照）で相対的に大きい。また、コンバイナー２０の本体層２０ａの縦方向Ｄ１の厚みに関して、縦方向Ｄ１の厚みの変化率の上下両端における差は、実線で示す横方向Ｄ２に関する中央縦断帯域２０ｉよりも点線で示す周辺部２０ｊ，２０ｋで大きい。これにより、横方向Ｄ２の各部での２重像の発生をより抑制することができる。さらに、縦方向Ｄ１の中央の中心Ｃ１を通って横方向Ｄ２に延びる中央横断帯域２０ｐを基準とする本体層２０ａの一端に対応する下側の端部２０ｑにおける厚さ、つまり厚み増加量は、横方向Ｄ２に関する中央部すなわち中央下部ＳＨ１０よりも、周辺部すなわち横端下領域ＳＨ２０でＲ１だけ小さい。

図５Ｃを参照して、比較例１のコンバイナー２０の縦断面における厚みを説明する。この場合、コンバイナー２０の横方向Ｄ２に関する中央における縦方向Ｄ１に沿った厚み変化（実線）と、コンバイナー２０の横方向Ｄ２に関する周辺における縦方向Ｄ１に沿った厚み変化（点線）とが一致している。

図６Ａは、実施例１のコンバイナー２０を利用して表示した格子像をアイボックスＳＹの中央で観察した状態を示し、図６Ｂは、実施例１のコンバイナー２０を利用して表示した格子像をアイボックスＳＹの斜め上部分で観察した状態を示す。図６Ａに示すように、アイボックスＳＹの中央で観察される画像は、実線で示す主たる表示光ＨＫによる像と、点線で示す副表示光ＨＫ２による像とが略重なっており、２重像の形成が回避されていることが分かる。また、図６Ｂに示すように、アイボックスＳＹの隅で観察される画像も、実線で示す主たる表示光ＨＫによる像と、点線で示す副表示光ＨＫ２による像とが略重なっており、２重像の形成が回避されていることが分かる。

図６Ｃは、比較例１のコンバイナー２０を利用して表示した格子像をアイボックスＳＹの中央で観察した状態を示し、図６Ｄは、比較例１のコンバイナー２０を利用して表示した格子像をアイボックスＳＹの斜め上部分で観察した状態を示す。図６Ｃに示すように、アイボックスＳＹの中央で観察される画像は、実線で示す主たる表示光ＨＫによる像と、点線で示す副表示光ＨＫ２による像とが滲むように全体的にずれており、顕著な２重像が発生していることが分かる。また、図６Ｄに示すように、アイボックスＳＹの隅で観察される画像も、実線で示す主たる表示光ＨＫによる像と、点線で示す副表示光ＨＫ２による像とが滲むように全体的にずれており、顕著な２重像が発生していることが分かる。

〔実施例２〕
実施例２のヘッドアップディスプレイ装置の基本的な仕様を以下の表５に示す。
〔表５〕

実施例２の光学面等のデータを以下の表６に示す。
〔表６〕

実施例２のコンバイナー部分の面データを以下の表７に示す。なお、コンバイナーを構成する一対の面間隔は、３．０ｍｍであり、コンバイナーの材料は、ポリカーボネイト（ｎｄ＝１．５８６９、ｖｄ＝３０．０）であり、光学面サイズは、Ｘ方向に１４８ｍｍとし、Ｙ方向に７３ｍｍとした。
〔表７〕

実施例２のミラー部分の面データを以下の表８に示す。
〔表８〕

図７Ａは、実施例２のコンバイナー２０の横断面における厚みを示し、図７Ｂは、実施例２のコンバイナー２０の縦断面における厚みを示す。実施例２のコンバイナー２０は、比較的曲率が小さく、拡大率が小さい。図７Ａのチャートにおいて、横軸は横方向座標を示し、縦軸はコンバイナー２０の厚みを示す。また、図７Ｂにおいて、横軸は縦方向座標を示し、縦軸はコンバイナー２０の相対的な厚みを示す。図７Ｂにおいて、実線で示す曲線は、コンバイナー２０の横方向Ｄ２に関する中央における縦方向Ｄ１の厚み変化を示し、点線で示す曲線は、コンバイナー２０の横方向Ｄ２に関する周辺における縦方向Ｄ１の厚み変化を示す。図７Ｂから明らかなように、コンバイナー２０の本体層２０ａの厚みに関して、縦方向Ｄ１の厚みの変化率（絶対値）は、一端に対応する−Ｙ又は下側の端部２０ｑ（図３Ａ参照）よりも、他端に対応する＋Ｙ又は上側の端部２０ｒ（図３Ａ参照）で相対的に大きい。また、コンバイナー２０の本体層２０ａの縦方向Ｄ１の厚みに関して、縦方向Ｄ１の厚みの変化率の上下両端における差は、実線で示す横方向Ｄ２に関する中央縦断帯域２０ｉよりも点線で示す周辺部２０ｊ，２０ｋで大きい。さらに、中心Ｃ１を通って横方向Ｄ２に延びる中央横断帯域２０ｐを基準とする本体層２０ａの一端に対応する下側の端部２０ｑにおける厚さ、つまり厚み増加量は、横方向Ｄ２に関する中央部すなわち中央下部ＳＨ１０よりも、周辺部すなわち横端下領域ＳＨ２０でＲ１だけ小さい。

図７Ｃを参照して、比較例２のコンバイナー２０の縦断面における厚みを説明する。この場合、コンバイナー２０の横方向Ｄ２に関する中央における縦方向Ｄ１に沿った厚み変化（実線）と、コンバイナー２０の横方向Ｄ２に関する周辺における縦方向Ｄ１に沿った厚み変化（点線）とが一致している。

図８Ａは、実施例２のコンバイナー２０を利用して表示した格子像をアイボックスＳＹの中央で観察した状態を示し、図８Ｂは、実施例２のコンバイナー２０を利用して表示した格子像をアイボックスＳＹの斜め上部分で観察した状態を示す。図８Ａに示すように、アイボックスＳＹの中央で観察される画像は、実線で示す主たる表示光ＨＫによる像と、点線で示す副表示光ＨＫ２による像とが略重なっており、２重像の形成が回避されていることが分かる。また、図８Ｂに示すように、アイボックスＳＹの隅で観察される画像も、実線で示す主たる表示光ＨＫによる像と、点線で示す副表示光ＨＫ２による像とが略重なっており、２重像の形成が回避されていることが分かる。

〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係るスクリーン及びこれを組み込んだヘッドアップディスプレイ装置について説明する。なお、第２実施形態のスクリーン等は第１実施形態のスクリーン等を変形したものであり、特に説明しない事項は第１実施形態と同様である。

図９Ａ及び９Ｂに示すように、第２実施形態に係るスクリーンを組み込んだヘッドアップディスプレイ装置１００の場合、ウインドシールド８が薄い中間層１２０を内蔵しており、ウインドシールド８の運転席正面に設けた矩形の反射領域８ｄがスクリーンとして機能する。つまり、本実施形態のスクリーンは、表示光ＨＫを反射する虚像表示領域である反射領域８ｄを設けたウインドシールド８となっている。

中間層１２０は、楔状に上側で厚みが増している。図示の例では、ウインドシールド８の内側面が第１の光学面２１として機能し、中間層１２０の内側面が第２の光学面２２として機能する。この場合、第１の光学面２１の形状は、ウインドシールド８の内側面の成形や加工によってある程度調整できるが、その調整範囲は狭い。第２の光学面２２の形状は、中間層１２０の配置や厚みを調整することによって調整できる。

第２実施形態では、第１の光学面２１に対する第２の光学面２２の間隔や傾きを適宜調整することにより、第１の光学面２１で反射された表示光ＨＫを延長した虚像光線ＫＫに対して微小角を成すとともに同一の虚像点から発する別の虚像光線ＫＫ２の延長上に副表示光ＨＫ２が延びるようにする。これにより、表示光ＨＫによる虚像と副表示光ＨＫ２による虚像とが少しずれた状態で重なって２重像が形成されることを回避できる。

第２実施形態の場合も、第１の光学面２１と第２の光学面２２との間の本体層２０ａの厚さは、横方向Ｄ２に関して中央から周辺にかけて薄くなっている。また、本体層２０ａの厚さは、縦方向Ｄ１に関して表示光ＨＫが斜入射する方向に対応する下の一端から上の他端にかけて薄くなっている。さらに、横方向Ｄ２の中央における本体層２０ａの厚さの縦方向Ｄ１に関する変化は、横方向Ｄ２の周辺における本体層２０ａの厚さの縦方向Ｄ１に関する変化と異なっている。

〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態に係るスクリーン及びこれを組み込んだヘッドアップディスプレイ装置について説明する。なお、第３実施形態のスクリーン等は第１及び第２実施形態のスクリーン等を変形したものであり、特に説明しない事項は第１実施形態等と同様である。

図１０に示すように、第３実施形態に係るスクリーンを組み込んだヘッドアップディスプレイ装置１００の場合、ウインドシールド８の運転席正面に設けた矩形の反射領域８ｄの内側にスクリーンとしてのコンバイナー部分２２０が貼り付けられている。つまり、本実施形態のスクリーンは、表示光ＨＫを反射する虚像表示領域である反射領域８ｄを設けたウインドシールド８となっている。

図示の例では、コンバイナー部分２２０の内側面が第１の光学面２１として機能し、ウインドシールド８の外側面が第２の光学面２２として機能する。

第３実施形態では、第１の光学面２１に対する第２の光学面２２の間隔や傾きを適宜調整することにより、第１の光学面２１で反射された表示光ＨＫを延長した虚像光線ＫＫに対して微小角を成すとともに同一の虚像点から発する別の虚像光線ＫＫ２の延長上に副表示光ＨＫ２が延びるようにする。これにより、表示光ＨＫによる虚像と副表示光ＨＫ２による虚像とが少しずれた状態で重なって２重像が形成されることを回避できる。

第３実施形態の場合も、第１の光学面２１と第２の光学面２２との間の合成した本体層２２０ａの厚さは、横方向Ｄ２に関して中央から周辺にかけて薄くなっている。また、本体層２２０ａの厚さは、縦方向Ｄ１に関して表示光ＨＫが斜入射する方向に対応する下の一端から上の他端にかけて薄くなっている。さらに、横方向Ｄ２の中央における本体層２２０ａの厚さの縦方向Ｄ１に関する変化は、横方向Ｄ２の周辺における本体層２２０ａの厚さの縦方向Ｄ１に関する変化と異なっている。

以上では実施形態に係るスクリーン等について説明したが、本発明に係るスクリーン等は、上記のものには限られない。例えば、第１実施形態において、ヘッドアップディスプレイ装置１００の配置を上下反転させて、ウインドシールド８の上部又はサンバイザー位置にコンバイナー２０を配置することものとでき、この場合、描画ユニット１０の斜め下方前方にコンバイナー２０が配置される。

コンバイナー２０の輪郭や、反射領域８ｄの輪郭は、矩形に限らず、様々な形状とすることができる。

図２に示す描画ユニット１０は、単なる例示であり、ミラー１３を省略したり、液晶表示パネル１１を他の種類の表示素子に置き換えたりすることができる。

Claims (12)

1. ヘッドアップディスプレイ装置用のスクリーンであって、
   観察側にあって凹の第１の光学面と反観察側にあって凸の第２の光学面とに挟まれた本体層を備え、
   前記本体層の厚さが、基準面に対して直交する横方向に関して中央から周辺にかけて薄くなるとともに、前記本体層の厚さの前記基準面に平行な縦方向に関する変化が、横方向に関して中央部と周辺部とで異なるスクリーン。
2. 前記本体層の厚さが、前記縦方向における一端から他端にかけて薄くなっている、請求項１に記載のスクリーン。
3. 前記本体層の厚さの前記縦方向に関する変化率が、前記一端よりも前記他端で大きい、請求項２に記載のスクリーン。
4. 前記本体層の厚さの前記縦方向に関する変化率の両端における差が、前記横方向に関する中央部よりも周辺部で大きい、請求項３に記載のスクリーン。
5. 前記縦方向の中央を通って前記横方向に延びる中央横断帯域を基準とする前記本体層の前記一端における厚み増加量が、前記横方向に関する中央部よりも周辺部で小さい、請求項４に記載のスクリーン。
6. 前記縦方向の前記一端は、表示光の斜入射の方向に対応し、前記縦方向の前記他端は、表示光の斜入射の反対方向に対応する、請求項２〜５のいずれか一項に記載のスクリーン。
7. 描画ユニットからの異なる方向に射出された表示光を同一の虚像点から射出されるように導く、請求項１〜６のいずれか一項に記載のスクリーン。
8. 独立して設置されて表示光を反射する独立型のコンバイナーである、請求項１〜７のいずれか一項に記載のスクリーン。
9. 前記第２の光学面は、反射防止コートが施されていない、請求項８に記載のスクリーン。
10. 表示光を反射する虚像表示領域を設けたウインドシールドである、請求項１〜７のいずれか一項に記載のスクリーン。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載のスクリーンと、
    前記スクリーンに表示光を投影する描画ユニットと、
    を備えるヘッドアップディスプレイ装置。
12. 前記第１の光学面で反射された表示光による虚像と、前記第１の光学面を透過して前記第２の光学面で反射された表示光による虚像とについて、サイズと位置とを一致させる、請求項１１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

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