JPWO2017170702A1

JPWO2017170702A1 - ヘッドアップディスプレイ装置

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Publication number: JPWO2017170702A1
Application number: JP2018509343A
Authority: JP
Inventors: 潤近藤; 彰太中原; 道盛　厚司; 厚司道盛
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2017-03-29
Publication date: 2018-10-04
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Abstract

簡素な構成で表示距離（奥行感）の異なる複数の虚像を重畳して表示させるヘッドアップディスプレイ装置を提供する。ヘッドアップディスプレイ装置（１００）は、合成光学系（２０）及び投写光学系（３０）を備える。合成光学系（２０）は、第１の光路を進んだ第１の画像光と、記第１の光路の光路長と異なる光路長の第２の光路を進んだ第２の画像光とを重畳して出射する。投写光学系（３０）は、合成光学系（２０）で重畳されて出射された第１の画像光及び第２の画像光を虚像として投写する。

Description

本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置に関するものである。

液晶表示パネルを用いた車載用ヘッドアップディスプレイ装置がある。ヘッドアップディスプレイ装置は、運転者の視線方向に、車両の速度情報またはカーナビゲーション情報などを車両の前景に重畳された虚像として表示する。そのため、車両の前方を注視している運転者は、少ない視線移動で虚像として表示された情報を視認することができる。この虚像は、虚像が表示される表示距離によって、奥行感が異なる映像として運転者に認識される。

特許文献１には、奥行感の異なる複数の表示像を表示する複数の表示部を有し、この表示部のうちの少なくとも１つの表示部の表示光の出射部分に、この少なくとも１つの表示部の表示光を他の表示部の表示光と異なる方向に指向させる光フィルタを配設した車両用表示装置が記載されている。

特開平０７−３０４３５２号公報（例えば、段落００１２、段落００１３、図１）

しかしながら、特許文献１に記載の車両用表示装置は、それぞれ表示部の表示を重畳させることが困難である。そして、運転者に対して、視線方向の景色に応じた注意喚起用の情報を表示することができないという問題があった。

本発明は、上記の従来技術の課題を解決するためになされたものであり、簡素な構成で表示距離（奥行感）の異なる複数の虚像を重畳して表示させることの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。

本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、第１の光路を進んだ第１の画像光と、前記第１の光路の光路長と異なる光路長の第２の光路を進んだ第２の画像光とを重畳して出射する合成光学系と、前記合成光学系で重畳されて出射された前記第１の画像光及び前記第２の画像光を虚像として投写する投写光学系とを備えたことを特徴とする。

本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置によれば、簡素な構成で表示距離（奥行感）の異なる複数の虚像を重畳して表示させる効果を得ることができる。

実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の概略的な構成を示す図である。実施の形態における液晶表示パネルの表示エリアの概略的な構成を示す平面図（投射光学系の方向に見た図）である。実施の形態における合成光学系の概略的な構成を示す拡大図である。実施の形態における偏光ビームスプリッタの概略的な構成を示す斜視図である。実施の形態におけるコンバイナと液晶表示パネルとの間の距離である画像光の光路長と、コンバイナと虚像との間の距離である表示距離との関係を示したグラフである。（ａ）は、実施の形態におけるメインエリアの虚像及びサブエリアの虚像の表示距離を示した側面図であり、（ｂ）は、実施の形態におけるメインエリアの虚像及びサブエリアの虚像の表示距離を示した上面図である。実施の形態におけるメインエリアの虚像及びサブエリアの虚像を運転者から見たときの概略的な構成を示す平面図である。変形例１に係るヘッドアップディスプレイ装置の概略的な構成を示す図である。（ａ）は、変形例１におけるメインエリアの虚像及びサブエリアの虚像の表示距離を示した側面図であり、（ｂ）は、変形例１におけるメインエリアの虚像及びサブエリアの虚像の表示距離を示した上面図である。変形例２に係るヘッドアップディスプレイ装置の概略的な構成を示す図である。（ａ）は、変形例２におけるメインエリアの虚像及びサブエリアの虚像の表示距離を示した側面図であり、（ｂ）は、変形例２におけるメインエリアの虚像及びサブエリアの虚像の表示距離を示した上面図である。変形例３に係るヘッドアップディスプレイ装置の概略的な構成を示す図である。（ａ）は、変形例３におけるメインエリアの虚像及びサブエリアの虚像の表示距離を示した側面図であり、（ｂ）は、変形例３におけるメインエリアの虚像及びサブエリアの虚像の表示距離を示した上面図である。

例えば、特開２００９−０１５１２８号公報には、複数個の二次元画像生成装置と、焦点距離調整用光学素子と、画像合成用光学素子と、表示用光学素子とを有することを特徴とする立体画像表示装置が記載されている（例えば、段落００１６）。

この特許文献に記載の立体画像表示装置では、表示できる表示距離が異なる画像の数は２つまでであり、３つ以上の表示距離の異なる画像を表示することは困難である。また、分離用の第１偏光ビームスプリッタと合波用の第２偏光ビームスプリッタとが必要であり、光路が複雑化する。また、加えて、装置全体のサイズが大きくなってしまうという問題があった。

以下の実施の形態の説明において、図の説明を容易にするためにＸＹＺ座標を用いる。Ｘ軸は、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置１００が搭載された車両の前方に対して左右方向である。＋Ｘ方向は、車両の前方を見て左側である。−Ｘ方向は、車両の前方を見て右側である。Ｙ軸は、上下方向である。＋Ｙ方向は上方向である。−Ｙ方向は下方向である。上方向は空の方向で、下方向は地面の方向である。Ｚ軸は、車両の前後方向である。＋Ｚ方向は、車両の前方である。−Ｚ方向は、車両の後方である。なお、図において、同一の構成には同じ符合が付されている。

《１》実施の形態
《１−１》構成
図１は本発明の実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１００の概略的な構成を示す図である。実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１００は、例えば、自動車等の車両に搭載されるものである。図１に示されるように、実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１００は、画像表示装置としての画像表示素子１０と、合成光学系２０と、投写光学系３０とを備える。実施の形態では、一例として、画像表示素子１０を液晶表示パネルとして示している。

なお、運転者が虚像を視認するために必要な運転者の目４１の位置の範囲は、一般的に「アイボックス」と呼ばれている。本明細書においても運転者が虚像を視認できる範囲を「アイボックス４０」として記載する。アイボックス４０の大きさは、液晶表示パネル１０から出射される光の拡散度合いで定まる。また、合成光学系２０の設計によっても定まる。図１において、運転者の目４１と投写光学系３０の中心とを結ぶ直線は１点鎖線５０により示されている。

画像表示素子は、運転者に視認させたい情報を表示するための表示デバイスである。実施の形態では、例えば、液晶表示パネル１０として説明する。ただし、画像表示素子は液晶表示パネル１０に限定されるものではない。画像表示素子１０は、プロジェクションディスプレイなどのような他の表示デバイスであってもよい。

例えば、プロジェクションディスプレイは、レーザー光源から出射されたレーザー光線を走査してスクリーンへ画像を投写するものである。スクリーンは、レーザー光線の偏光方向を維持する。例えば、スクリーンにマイクロレンズアレイを用いることによって、レーザー光線の偏光方向は維持される。液晶表示パネルおよびプロジェクションディスプレイは、画像表示モジュールの一例である。

液晶表示パネル１０は、図示しないバックライトユニットから照射される光を受けて画像光を生成する。「画像光」とは、画像情報を有する光のことである。つまり、画像光は、画像情報に基づいて変調された光である。バックライトユニットは、この液晶表示パネル１０を裏面から照明する照明装置である。

液晶表示パネル１０は、一般的な液晶表示パネルである。一般的な液晶表示パネルは、例えば、アクティブマトリックス方式を採用したＴＦＴ液晶モニタである。ＴＦＴ液晶モニタには、例えば、ＴＮ型、ＶＡ型およびＩＰＳ型などがある。

液晶表示パネル１０は、一方方向の偏光を吸収する偏光フィルタ及び偏光方向を回転させるための液晶層を備えている。液晶表示パネル１０から出射される光は、偏光方向が揃っている。このために、液晶表示パネル１０は、本実施の形態における画像表示素子として適している。また、液晶表示パネル１０のタイプとして、カラーフィルタを搭載していない白黒タイプと、ＲＧＢピクセルをもつカラータイプが存在する。しかし、本発明の液晶表示パネル１０はこれらのタイプに限定されない。

図２は、実施の形態における液晶表示パネル１０の表示エリアの概略的な構成を示す図（投写光学系３０の方向に見た図）である。図２は、液晶表示パネル１０を＋Ｚ軸方向側から見た図である。

図２に示されるように、実施の形態において、液晶表示パネル１０の表示エリアは、例えば、３つの表示エリアに区分されている。３つの表示エリアとは、メインエリア１０ａと、サブエリア１０ｂと、サブエリア１０ｃとである。メインエリア１０ａは、第１の表示エリアである。サブエリア１０ｂは、第２の表示エリアである。サブエリア１０ｃは、第３の表示エリアである。メインエリア１０ａおよびサブエリア１０ｂ，１０ｃは、液晶表示パネル１０の表示領域である。

図２に示されるように、メインエリア１０ａは、液晶表示パネル１０の表示エリアのおよそ下半分の範囲を占めている。下側は、−Ｙ軸方向側である。図２に示されるように、サブエリア１０ｂは、液晶表示パネル１０の上部の左側の範囲を占めている。図２に示されるように、サブエリア１０ｃは、液晶表示パネル１０の上部の右側の範囲を占めている。上側は、＋Ｙ軸方向側である。図２で左側は、−Ｘ軸方向側である。図２で右側は、＋Ｘ軸方向側である。

メインエリア１０ａは、例えば、主に車両の速度または車両の状態に関する情報を表示するために使用される。サブエリア１０ｂ，１０ｃは、例えば、主に注意喚起に関する情報を表示するために使用される。また、メインエリア１０ａ及びサブエリア１０ｂ，１０ｃは、表示距離が異なる虚像を表示するために使用される。

本明細書において「表示距離」とは、投写光学系３０の位置と、表示された虚像との間の距離をいう。換言すれば、「表示距離」は、虚像の奥行感を示す。「表示距離が異なる」とは、投写光学系３０の位置と、表示された虚像との間の距離とが異なることをいう。換言すれば、「表示距離が異なる」とは、運転手から見た場合に、表示された虚像の奥行感が異なることをいう。表示距離が長いほど、虚像は運転者にとって遠くに表示されているように視認される。表示距離が短いほど、虚像は運転者にとって近くに表示されているように視認される。

図２に示されるように、実施の形態における液晶表示パネル１０の表示エリアは、３つに区分された表示エリアとしている。しかし、これに限定されるものではなく２つ以上に区分された表示エリアであればよい。例えば、液晶表示パネル１０の表示エリアは、メインエリア１０ａ及びサブエリア１０ｂのみであってもよい。

また、図２では、メインエリア１０ａが液晶表示パネル１０のおよそ半分の領域を使用するように記載している。しかし、メインエリア１０ａの領域はこれに限定されるものではない。また、メインエリア１０ａは複数の表示エリアに分割されていてもよい。

また、メインエリア１０ａとサブエリア１０ｂ，１０ｃとは、互いに隣接するように記載されている。しかし、これに限定されるものではない。メインエリア１０ａとサブエリア１０ｂ，１０ｃとの間に間隔があってもよい。

また、複数の液晶表示パネルを組み合わせることによって、画像光を生成してもよい。例えば、メインエリア１０ａを含む１つの液晶表示パネルと、サブエリア１０ｂ，１０ｃを含む他の液晶表示パネルとを組み合わせることによって画像光を生成してもよい。

図１に示されるように、投写光学系３０は、コンバイナ３１を備える。コンバイナ３１は、半透明の部材で形成された反射型のスクリーンである。コンバイナ３１は半透明の部材で形成されているため、運転者は、コンバイナ３１を通して前景を視認することができる。つまり、運転者の眼４１の位置から、コンバイナ３１を通して前景を見ることができる。

また、コンバイナ３１の運転者側の表面は、光を反射する所定の反射率を有している。つまり、コンバイナ３１は、運転者側の面で反射特性を有する。投写光学系３０は、コンバイナ３１を備えることによって、運転者の前方の景色と投写された虚像とを重畳させることができる。

図１に示されるように、コンバイナ３１の反射面の形状は凹面形状である。これによって、コンバイナ３１はレンズ効果を発揮することができる。コンバイナ３１は、入射した画像光を虚像として拡大して投写する。そして、コンバイナ３１は、運転者の前方の位置に、映像が浮いているように運転者に視認させることができる。

コンバイナ３１には表面処理がなされている。この表面処理によって、虚像が視認しやすいように、光の透過率及び反射率が調整される。なお、本発明はこの表面処理の有無または仕様によって制限を受けない。

実施の形態では、投写光学系３０にコンバイナ３１を用いた形態について述べている。しかし、実施の形態における投写光学系３０は、コンバイナ３１を用いた投写光学系以外についても採用可能である。例えば、投写光学系３０は、車両のフロントガラス、凹面鏡、またはレンズなどを用いた投写光学系を採用することができる。本発明は、これら投写光学系の方式で限定されるものではない。本発明は、例えば、フロントガラス投影型のヘッドアップディスプレイとコンバイナ投影型のヘッドアップディスプレイとに適用できる。

図３は、実施の形態における合成光学系２０の概略的な構成を示す拡大図である。図４は、実施の形態における偏光ビームスプリッタ２１の概略的な構成を示す斜視図である。

図３に示されるように、実施の形態における合成光学系２０は、偏光ビームスプリッタ２１、反射ミラー２２ｂ，２２ｃ、及び位相シート２３を備える。

図３及び図４に示されるように、偏光ビームスプリッタ２１は、プリズム形状の部材である。偏光ビームスプリッタ２１は、反射面２１ｂ（第１の面）及び反射面２１ｃ（第２の面）を備えている。反射面２１ｂは、画像光１００ｂを反射する。反射面２１ｃは、画像光１００ｃを反射する。反射面２１ｂ，２１ｃは、画像光１００ａを透過する。反射面２１ｂ，２１ｃは、光の偏向方向によって光の反射または透過を選択する偏光選択面である。反射面２１ｂは、例えば、第２の画像光としての画像光１００ｂを反射する第１の偏光選択面であり、反射面２１ｃは、例えば、第３の画像光としての画像光１００ｃを反射する第２の偏光選択面である。画像光１００ａの透過領域と画像光１００ｂ，１００ｃの反射領域とは重なっていてもよい。

反射面２１ｂ（第１の面）及び反射面２１ｃ（第２の面）は、画像光１００ｂ，１００ｃの入射角に応じた異なる角度を有している。画像光１００ｂ，１００ｃは、液晶表示パネル１０のサブエリア１０ｂ，１０ｃから出射された画像光である。

反射面２１ｂの画像光１００ａの光軸Ｏａに対する傾斜角（第１の傾斜角）は、反射面２１ｃの画像光１００ａの光軸Ｏａに対する傾斜角（第２の傾斜角）と異なる。反射面２１ｂ，２１ｃによって反射された画像光１００ｂ，１００ｃの光軸Ｏｂ，Ｏｃ（中心光線の光軸）と、偏光ビームスプリッタ２１を透過した画像光１００ａの光軸Ｏａ（中心光線の光軸）とは、Ｘ方向から見て重なるように調整される。

ここで光軸とは、図２における各表示エリア１０ａ，１０ｂ，１０ｃの有効エリア中心点から、アイボックス４０の中心点に至るまで光線を光軸Ｏと呼ぶ。つまり、ここで光軸は、投写光学系３０の光軸Ｏである。

図４に示されるように、実施の形態では、偏光ビームスプリッタ２１の形状をプリズム形状としている。しかし、偏光ビームスプリッタ２１の形状はこれに限定されるものではない。例えば、偏光ビームスプリッタ２１は、プレート形状（板形状）であってもよい。

偏光ビームスプリッタ２１は、液晶表示パネル１０の異なるエリア１０ａ，１０ｂ，１０ｃから出射された異なる光路長の画像光１００ａ，１００ｂ，１００ｃを合波する目的で使用される。

偏光ビームスプリッタ２１は、入射する光の偏光方向によって、光を反射させる特性または透過させる特性を持つ。この特性は、主として誘電体多層膜などの蒸着などによって得られる。しかし、ワイヤーグリッドと呼ばれる波長オーダーの細さの金属ワイヤを貼ることによっても同等の効果が得られる。但し、実施の形態における偏光ビームスプリッタ２１は、これらのタイプに限定されるものではない。

偏光によって画像を合成することで、例えば、ハーフミラー等と比べて光の利用効率の低下を抑えることができる。また、画像を表示する装置として液晶表示パネル１０を用いることで、容易に偏光の画像を得ることができる。

図３に示されるように、合成光学系２０は、反射ミラー２２ｂ及び反射ミラー２２ｃを備える。反射ミラー２２ｂは、第１の反射ミラーである。反射ミラー２２ｃは、第２の反射ミラーである。反射ミラー２２ｂ，２２ｃは、画像光１００ｂ，１００ｃの偏光方向を維持しながら画像光１００ｂ，１００ｃを反射する。反射ミラー２２ｂ，２２ｃは、反射素子の一例である。反射ミラー２２ｂは、画像光１００ｂを反射する第１の反射素子である。反射ミラー２２ｃは、画像光１００ｃを反射する第２の反射素子である。

反射ミラー２２ｂ，２２ｃに、アルミニウムなどの反射用の金属が蒸着された一般的な鏡を用いることができる。反射ミラー２２ｂ，２２ｃは、例えば、滑らかな反射面を備えている。例えば、複数のプリズム等を並べて１つの画像を反射した場合には、画像をプリズムで分割した際の分割線が残ってしまう。

反射ミラー２２ｂは、液晶表示パネル１０のサブエリア１０ｂから出射された画像光１００ｂを反射する。そして、反射ミラー２２ｂは、画像光１００ｂを偏光ビームスプリッタ２１の反射面２１ｂに導く。反射ミラー２２ｃは、液晶表示パネル１０のサブエリア１０ｃから出射された画像光１００ｃを反射する。そして、反射ミラー２２ｃは、画像光１００ｃを偏光ビームスプリッタ２１の反射面２１ｃに導く。

図３に示されるように、反射ミラー２２ｂは、反射ミラー２２ｃに比べて液晶表示パネル１０に近い位置に配置される。

図３に示されるように、合成光学系２０は、液晶表示パネル１０のサブエリア１０ｂ，１０ｃから出射される画像光１００ｂ，１００ｃの光路上に位相シート２３を備える。位相シート２３は、位相シート２３に入射した画像光１００ｂ，１００ｃの偏光方向を、画像光１００ｂ，１００ｃの光軸Ｏｂ，Ｏｃを軸として９０度回転させる効果を持つ。つまり、位相シート２３は、入射した光の偏向方向を９０度回転させる。回転方向は、時計回り又は反時計回りであってもよい。位相シート２３は、光の偏光方向を回転させて透過する。位相シート２３は、偏光回転素子の一例である。

位相シート２３を設けることによって、メインエリア１０ａの画像光１００ａの偏光方向と、サブエリア１０ｂ，１０ｃからの画像光１００ｂ，１００ｃの偏光方向とが直交する。

位相シート２３は、樹脂で形成されたもの及び結晶で形成されたものがある。しかし、位相シート２３は、この材質によっては限定されない。

なお、液晶表示パネル１０のサブエリア１０ｂ，１０ｃから出射される画像光１００ｂ，１００ｃの偏光方向が、メインエリア１０ａから出射される画像光１００ａの偏光方向と、あらかじめ直交している場合には、合成光学系２０は位相シート２３を備えなくてもよい。

図３における実線は、液晶表示パネル１０のメインエリア１０ａから出射された第１の画像光としての画像光１００ａの軌道を示す。また、図３における実線の矢印は、画像光１００ａの進行方向を示す。「画像光１００ａの軌道」とは、画像光１００ａが液晶表示パネル１０から出射されてコンバイナ３１に入射されるまでの軌道（第１の光路）である。そして、画像光１００ａの軌道の長さは、画像光１００ａの光路長を示している。

図３に示されるように、液晶表示パネル１０の下部のメインエリア１０ａから出射された画像光１００ａは、偏光ビームスプリッタ２１を透過し、図１におけるコンバイナ３１の位置まで到達する。液晶表示パネル１０のメインエリア１０ａから出射された画像光１００ａは、偏光ビームスプリッタ２１を透過する。偏光ビームスプリッタ２１を透過した画像光１００ａは、コンバイナ３１に到達する。

図１及び図３に示されるように、画像光１００ａの光路長は、画像光１００ｂ及び画像光１００ｃの光路長よりも短い。

図３における１点鎖線は、液晶表示パネル１０のサブエリア１０ｂから出射された第２の画像光としての画像光１００ｂの軌道を示す。また、図３における１点鎖線の矢印は、画像光１００ｂの進行方向を示す。「画像光１００ｂの軌道」とは、画像光１００ｂが液晶表示パネル１０から出射されてコンバイナ３１に入射されるまでの軌道（第２の光路）である。そして、画像光１００ｂの軌道の長さは、画像光１００ｂの光路長を示している。

図３に示されるように、液晶表示パネル１０のサブエリア１０ｂから出射された画像光１００ｂは、反射ミラー２２ｂによって反射され、偏光ビームスプリッタ２１の反射面２１ｂによって反射され、図１におけるコンバイナ３１の位置まで到達する。液晶表示パネル１０のサブエリア１０ｂから出射された画像光１００ｂは、反射ミラー２２ｂによって反射される。反射ミラー２２ｂによって反射された画像光１００ｂは、偏光ビームスプリッタ２１の反射面２１ｂによって反射される。反射面２１ｂによって反射された画像光１００ｂは、コンバイナ３１に到達する。

図１及び図３に示されるように、画像光１００ｂの光路長は、画像光１００ａの光路長よりも長い。画像光１００ｂの光路長は、画像光１００ｃの光路長よりも短い。

図３における点線は、液晶表示パネル１０のサブエリア１０ｃから出射された第３の画像光としての画像光１００ｃの軌道を示す。また、図３における点線の矢印は、画像光１００ｃの進行方向を示す。「画像光１００ｃの軌道」とは、画像光１００ｃが液晶表示パネル１０から出射されてコンバイナ３１に入射されるまでの軌道（第３の光路）である。そして、画像光１００ｃの軌道の長さは、画像光１００ｃの光路長を示している。

図３に示されるように、液晶表示パネル１０のサブエリア１０ｃから出射された画像光１００ｃは、反射ミラー２２ｃによって反射され、偏光ビームスプリッタ２１の反射面２１ｃによって反射され、図１におけるコンバイナ３１の位置まで到達する。液晶表示パネル１０のサブエリア１０ｃから出射された画像光１００ｃは、反射ミラー２２ｃによって反射される。反射ミラー２２ｃによって反射された画像光１００ｃは、偏光ビームスプリッタ２１の反射面２１ｃによって反射される。反射面２１ｃによって反射された画像光１００ｃは、コンバイナ３１に到達する。

なお、図３において、画像光１００ｃは、反射ミラー２２ｂよりも手前側（＋Ｘ軸側）を通過している。つまり、画像光１００ｃは、反射ミラー２２ｂを透過している訳ではない。

図１及び図３に示されるように、画像光１００ｃの光路長は、画像光１００ａ及び画像光１００ｂの光路長よりも長い。

以下、本発明に係る実施の形態における原理について説明する。

実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１００は、コンバイナ３１によるレンズ効果によって、液晶表示パネル１０の上に表示された画像を虚像として運転者の前方に投写する。このとき、表示距離は、液晶表示パネル１０とコンバイナ３１との間の距離よりも長い。表示距離は、コンバイナ３１と虚像との間の距離である。このため、液晶表示パネル１０の上に表示された画像よりも、運転者の前方に投写された虚像の方が大きい。言い換えれば、コンバイナ３１によって、液晶表示パネル１０の上に表示された画像は、虚像として拡大して投写される。

この虚像の拡大倍率及び表示距離は、コンバイナ３１の持つ焦点距離及び、液晶表示パネル１０からコンバイナ３１までの距離に依存する。すわなち、虚像の拡大倍率及び表示距離は、画像光１００ａ，１００ｂ，１００ｃの光路長に依存する。

実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１００では、コンバイナ３１の形状は固定である。このことから、コンバイナ３１の焦点距離は変化しない。つまり、コンバイナ３１の焦点距離は一定である。そのため、運転者の前方に投写された虚像の拡大倍率及び表示距離は、画像光１００ａ，１００ｂ，１００ｃの光路長に依存する。

図５は、画像光の光路長と、表示距離との関係を示したグラフである。画像光の光路長は、液晶表示パネル１０からコンバイナ３１までの距離である。つまり、画像光の光路長は、コンバイナ３１と液晶表示パネル１０との間の距離である。表示距離は、コンバイナ３１から虚像までの距離である。

図５の横軸は、画像光の光路長を示している。つまり、横軸は、液晶表示パネル１０からコンバイナ３１までの距離である。この光路長は、表示距離が１．５ｍとなる画像光の光路長を基準となる光路長（以下、基準の光路長という）としている。横軸の光路長は、基準の光路長との差によって示されている。このため、横軸がゼロの場合の表示距離は、１．５ｍとなっている。

図５の縦軸は、表示距離を対数で示している。表示距離は、コンバイナ３１から虚像の投写位置までの距離である。つまり、表示距離は、コンバイナ３１と虚像の投写位置との間の距離である。

例えば、次の条件を仮定する。コンバイナ３１から１．５ｍ先にメインエリア１０ａの虚像６０ａを表示する。コンバイナ３１から８ｍ先にサブエリア１０ｂの画像を表示する。コンバイナ３１から３２ｍ先にサブエリア１０ｃの画像を表示する。この条件においては、サブエリア１０ｃから出射された画像光１００ｃの光路長と基準の光路長との差は、４７．６ｍｍとなるように設定される。サブエリア１０ｂから出射された画像光１００ｂの光路長と基準の光路長との差は、４２．２ｍｍとなるように設定される。これらの設定によって、上記の条件の状態は達成される。

図６（ａ）は、メインエリア１０ａの虚像６０ａ及びサブエリア１０ｂ，１０ｃの虚像６０ｂ，６０ｃの表示距離７０ａ，７０ｂ，７０ｃを示した側面図である。図６（ｂ）は、メインエリア１０ａの虚像６０ａ及びサブエリア１０ｂ，１０ｃの虚像６０ｂ，６０ｃの表示距離７０ａ，７０ｂ，７０ｃを示した上面図である。

図６（ａ）及び（ｂ）に示されるように、３つの虚像６０ａ，６０ｂ，６０ｃのうち、サブエリア１０ｃの虚像６０ｃの表示距離７０ｃが一番長い。サブエリア１０ｂの虚像６０ｂの表示距離７０ｂが、虚像６０ｃの表示距離７０ｃの次に長い。メインエリア１０ａの虚像６０ａの表示距離７０ａが一番短い。

また、図６（ａ）に示されるように、側面から見て、サブエリア１０ｂ，１０ｃの虚像６０ｂ，６０ｃは同位置に位置している。つまり、虚像６０ｂ，６０ｃは、同じ高さの位置に表示されている。

図６（ｂ）に示されるように、上面図において、サブエリア１０ｂの虚像６０ｂは−Ｘ方向側（運転者の目４１から見て右側）に位置している。サブエリア１０ｃの虚像６０ｃは＋Ｘ方向側（運転者の目４１から見て左側）に位置している。

図６（ａ）及び（ｂ）に示されるように、運転者の目４１から見て、虚像６０ａと虚像６０ｂとは重畳されて表示されている。また、虚像６０ａと虚像６０ｃとは重畳されて表示されている。

図７は、メインエリア１０ａの虚像６０ａ及びサブエリア１０ｂ，１０ｃの虚像６０ｂ，６０ｃを運転者から見たときの概略的な構成を示す図である。図７に示されるように、虚像６０ａと虚像６０ｂとは重畳されて表示されている。また、虚像６０ａと虚像６０ｃとは重畳されて表示されている。

なお、上記の実施の形態では、メインエリア１０ａの画像光１００ａの光路上に偏光ビームスプリッタ２１を設置している。また、サブエリア１０ｂ，１０ｃの画像光１００ｂ，１００ｃの光路上に反射ミラー２２ｂ，２２ｃを設置している。しかし、これに限定されるものではない。例えば、メインエリア１０ａの画像光１００ａの光路上に反射ミラーを設置する。画像光１００ａは、この反射ミラーによって反射される。この反射ミラーによって反射された画像光１００ａは、偏光ビームスプリッタ２１の反射面で反射される。一方、サブエリア１０ｂ，１０ｃの画像光１００ｂ，１００ｃは偏光ビームスプリッタを透過する。合成光学系２０をこのような構成としてもよい。

《１−２》効果
実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１００によれば、メインエリア１０ａの画像光１００ａの光路長と、サブエリア１０ｂの画像光１００ｂの光路長と、サブエリア１０ｃの画像光１００ｃの光路長とを互いに異なる光路長としてコンバイナ３１に入射させている。これによって、画像光１００ａによって表示された虚像６０ａの表示距離７０ａと、画像光１００ｂによって表示された虚像６０ｂの表示距離７０ｂと、画像光１００ｃによって表示された虚像６０ｃの表示距離７０ｃとを互いに異なる表示距離とすることができる。そして、虚像６０ａと虚像６０ｂとを重畳することができる。また、虚像６０ａと虚像６０ｃとを重畳することができる。言い換えれば、奥行感の異なる３つの虚像を重畳して運転者に対して表示することが可能となる。

《２》変形例１
図８は、本発明の変形例１に係るヘッドアップディスプレイ装置２００の構成を概略的に示す図である。図８において、図１（実施の形態）に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図１における符号と同じ符号が付されている。また、それらの構成要素の説明を省略する。

図８に示されるように、変形例１に係るヘッドアップディスプレイ装置２００は、液晶表示パネル１１が画像光１００ａの光軸Ｏａに対して傾斜して設置されている点において、実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１００と異なる。

同一の構成要素は、合成光学系２０および投写光学系３０である。液晶表示パネル１１は、実施の形態の液晶表示パネル１０と異なる符号を付しているが、液晶表示パネル自体には違いは無い。なお、変形例１では、液晶表示パネルが傾斜しているので、視野角を適正に制御することがある。また、メインエリア１１ａ及びサブエリア１１ｂ，１１ｃの説明も実施の形態の説明で代用する。

図８では、図１に示された液晶表示パネル１０に対して、＋Ｘ軸方向から見て時計回りに回転するように傾斜している。これによって、例えば、虚像６１ａは、虚像６１ａの上側（＋Ｙ軸側）が遠くに見えるように傾斜する。同様に、虚像６１ｂ，６１ｃは、虚像６１ｂ，６１ｃの上側（＋Ｙ軸側）が遠くに見えるように傾斜するなお、液晶表示パネル１１の傾斜は、反射ミラー２２ｂ，２２ｃの傾斜（傾斜角度）と、反射面２１ｂ，２１ｃの傾斜（傾斜角度）とによって調整される。

図９（ａ）は、変形例１におけるメインエリア１１ａの虚像６１ａ及びサブエリア１１ｂ，１１ｃの虚像６１ｂ，６１ｃの表示距離７１ａ，７１ｂ，７１ｃを示した側面図である。図９（ｂ）は、変形例１におけるメインエリア１１ａの虚像６１ａ及びサブエリア１１ｂ，１１ｃの虚像６１ｂ，６１ｃの表示距離７１ａ，７１ｂ，７１ｃを示した上面図である。

図９（ａ）に示されるように、液晶表示パネル１１を傾斜させる事によって、メインエリア１１ａの虚像６１ａを傾斜させながら運転者に視認させることができる。これによって、表示された虚像６１ａに立体感を持たせることができる。そして、運転者に虚像によって示された情報を認識させやすくすることができる。また同様に、サブエリア１１ｂ，１１ｃの虚像６１ｂ，６１ｃを傾斜させることができる。これによって、表示された虚像６１ｂ，６１ｃに立体感を持たせることができる。

上記の変形例１では、メインエリア１１ａ及びサブエリア１１ｂ，１１ｃの全てを傾斜させることとしている。しかし、これに限定されるものではない。反射ミラー２２ｂ，２２ｃの傾斜（傾斜角度）と反射面２１ｂ，２１ｃの傾斜（傾斜角度）とを調整して、サブエリア１１ｂ，１１ｃは運転者の視線方向、表示画像に対して垂直になるように設置してもよい。これによって、メインエリア１１ａのみを傾斜した画像として表示することが可能となる。そして、サブエリア１１ｂ，１１ｃを垂直画像として表示することが可能となる。

《３》変形例２
図１０は、変形例２に係るヘッドアップディスプレイ装置３００の構成を概略的に示す構成図である。図１１（ａ）は、変形例２におけるメインエリア１０ａの虚像６０ａ及びサブエリア１０ｂ，１０ｃの虚像６２ｂ，６０ｃの表示距離７０ａ，７０ｂ，７０ｃを示す側面図である。図１１（ｂ）は、変形例２におけるメインエリア１０ａの虚像６０ａ及びサブエリア１０ｂ，１０ｃの虚像６２ｂ，６０ｃの表示距離７０ａ，７０ｂ，７０ｃを示す上面図である。

図１０に示されるように、変形例２に係るヘッドアップディスプレイ装置３００は、合成光学系２０ａの構成において、実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１００と異なる。具体的には、反射ミラー２２ｂの代わりに反射ミラー２２０ｂが配置されている点において異なる。変形例２に係るヘッドアップディスプレイ装置３００の他の構成は、実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１００と同様である。

実施の形態においては、ヘッドアップディスプレイ装置１００は、メインエリア１０ａおよびサブエリア１０ｂ，１０ｃを正面から見た画像を投写している。つまり、ヘッドアップディスプレイ装置１００は、液晶表示パネル１０の表示面に対して垂直な方向から見た画像を虚像として表示している。

また、変形例１においては、ヘッドアップディスプレイ装置２００は、メインエリア１１ａおよびサブエリア１１ｂ，１１ｃを斜めから見た画像を投写している。つまり、ヘッドアップディスプレイ装置２００は、液晶表示パネル１１の表示面に対して斜めの方向から見た画像を虚像として表示している。

これに対して、変形例２では、ヘッドアップディスプレイ装置３００は、例えば、メインエリア１０ａおよびサブエリア１０ｃを正面から見た画像を投写している。一方で、ヘッドアップディスプレイ装置３００は、例えば、サブエリア１０ｂを斜めから見た画像を投写している。

図１０に示されるように、反射ミラー２２０ｂは、サブエリア１０ｃから出射された画像光１００ｃの光軸Ｏｃに対して＋Ｙ軸側に配置されている。また、図１０に示されるように、＋Ｘ軸方向から見て、変形例２における反射ミラー２２０ｂは、図１に示される実施の形態における反射ミラー２２ｂよりも時計回りに回転するように傾いている。

図１０に示されるように、サブエリア１０ｂから出射された画像光１００ｂは、サブエリア１０ｃから出射された画像光１００ｃよりも＋Ｙ軸側を通り、反射ミラー２２０ｂに入射する。反射ミラー２２０ｂで反射された画像光１００ｂは、その後、偏光ビームスプリッタ２１に入射する。これによって、偏光ビームスプリッタ２１において、サブエリア１０ｂに表示された画像をメインエリア１０ａに表示された画像に重ね合わせている。

図１１（ａ）に示されるように、メインエリア１０ａの虚像６０ａは、運転者から垂直に表示された画像として見えている。また、サブエリア１０ｃの虚像６０ｃは、運転者から垂直に表示された画像として見えている。一方、サブエリア１０ｂの虚像６２ｂは、運転者から傾斜して表示された画像として見えている。また、図１１（ａ）及び（ｂ）に示されるように、液晶表示パネル１０ａの虚像６０ａは表示距離７０ａの位置に表示され、液晶表示パネル１０ｂの虚像６２ｂは、表示距離７０ｂの位置に表示され、液晶表示パネル１０ｃの虚像６０ｃは表示距離７０ｃの位置に表示されている。

このように、変形例２に係るヘッドアップディスプレイ装置３００によれば、サブエリア１０ｂの虚像６２ｂが傾いて見えることによって、サブエリア１０ｂに表示された画像を前方の風景に合わせて立体的に表示することができる。そして、ドライバーへ情報を認識しやすいように表示することができる。

本変形例２では、メインエリア１０ａの虚像６０ａが垂直に表示された画像として表示される。また、サブエリア１０ｃの虚像６０ｃが垂直に表示された画像として表示される。そして、サブエリア１０ｂの虚像６２ｂが傾斜して表示された画像として表示される。しかし、これは一例であって、これに限定されるものではない。傾斜して表示された画像は、任意に決めることができる。
《４》変形例３

図１２は、変形例３に係るヘッドアップディスプレイ装置４００の構成を概略的に示す構成図である。図１３（ａ）は、変形例３におけるメインエリア１３ａの虚像６３及びサブエリア１４ａの虚像６４の表示距離７３，７４を示した側面図である。図１３（ｂ）は、変形例３におけるメインエリア１３ａの虚像６３及びサブエリア１４ａの虚像６４の表示距離７３，７４を示した上面図である。

図１２に示されるように、変形例３に係るヘッドアップディスプレイ装置４００は、液晶表示パネル１３，１４の構成及び合成光学系２０ｂの構成において、実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１００及び変形例１，２に係るヘッドアップディスプレイ装置２００，３００と異なる。変形例３に係るヘッドアップディスプレイ装置４００の他の構成は、実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１００及び変形例１，２に係るヘッドアップディスプレイ装置２００，３００と同様である。

上記実施の形態および変形例１，２では、１つの液晶表示パネル１０，１１のエリアを分割して虚像を表示していた。これに対して、変形例３に係るヘッドアップディスプレイ装置４００では、１つの液晶表示パネルのエリアを分割するのではなく、複数の液晶表示パネル１３，１４を用いて虚像６３，６４を表示する点で上記実施の形態及び変形例１，２と相違する。また、液晶表示パネル１３，１４の構成の変更に従い、合成光学系２０ｂについても合成光学系２０，２０ａと異なる構成となっている。

図１２に示されるように、変形例３に係るヘッドアップディスプレイ装置４００は、画像表示装置として、例えば、液晶表示パネル１３と液晶表示パネル１４とを備えている。

上記の変形例１及び変形例２では、１つの液晶表示パネル１０の表示エリアをメインエリア１０ａとサブエリア１０ｂ，１０ｃとに分割していた。これに対して、変形例３においては、液晶表示パネル１３を用いて、メインエリア１３ａの画像を表示している。また、液晶表示パネル１４を用いて、サブエリア１４ａの画像を表示している。なお、液晶表示パネル１４を用いて、他のサブエリアの画像を表示することもできる。

図１２に示されるように、２つの液晶表示パネル１３，１４は、設置角度が異なるように設置されている。液晶表示パネル１３は、光軸Ｏａに対して垂直に配置されている。一方、液晶表示パネル１４は、光軸Ｏｂに対して傾斜して配置されている。

また、図１２に示されるように、変形例３に係るヘッドアップディスプレイ装置４００の合成光学系２０ｂは、反射ミラー２４を備えている。反射ミラー２４は、液晶表示パネル１４のサブエリア１４ａから出射された画像光１００ｂを反射して偏光ビームスプリッタ２１の反射面に導き、画像光１００ａと重畳している。

これによって、図１３（ａ）に示されるように、液晶表示パネル１３の虚像６３は、ドライバーに対して垂直に表示される。一方、液晶表示パネル１４の虚像６４は、ドライバーに対して傾斜して表示される。また、図１３（ａ）及び（ｂ）に示されるように、液晶表示パネル１３の虚像６３は表示距離７３の位置に表示され、液晶表示パネル１４の虚像６４は、表示距離７４の位置に表示されている。

このように、変形例３に係るヘッドアップディスプレイ装置４００によれば、前方の風景に合わせて、虚像６３，６４を立体的に表示することができる。これにより、情報をドライバーに対して認識しやすいように表示することができる。

なお、上述の各実施の形態においては、「平行」または「垂直」などの部品間の位置関係もしくは部品の形状を示す用語を用いている場合がある。これらは、製造上の公差又は組立て上のばらつきなどを考慮した範囲を含むことを表している。このため、請求の範囲に部品間の位置関係もしくは部品の形状を示す記載をした場合には、製造上の公差又は組立て上のばらつき等を考慮した範囲を含むことを示している。

また、以上のように本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限るものではない。

以上の各実施の形態を基にして、以下に発明の内容を付記（１）及び付記（２）として記載する。付記（１）と付記（２）とは、各々独立して符号を付している。そのため、例えば、付記（１）と付記（２）との両方に、「付記１」が存在する。なお、以下の付記は、発明の全てを記載したものではない。

また、付記（１）の特徴と付記（２）の特徴とを組み合わせることができる。

＜付記（１）＞
＜付記１＞
第１の画像光を生成する第１の表示エリアと、
第２の画像光を生成する第２の表示エリアと、
互いに異なる光路長を持つ第１の光路と第２の光路とを有し、前記第１の画像光及び前記第２の画像光が入射され、前記第１の光路を経由して進んだ前記第１の画像光と前記第２の光路を経由して進んだ前記第２の画像光とを重畳して出射する合成光学系と、
前記合成光学系で重畳して出射された前記第１の画像光及び前記第２の画像光を虚像として投写する投写光学系と、
を備えた
ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。

＜付記２＞
前記合成光学系は、
前記第２の画像光を反射させる第１の反射ミラーと、
偏光ビームスプリッタと、
を有し、
前記偏光ビームスプリッタは、
前記第１の画像光を透過させ、前記第１の反射ミラーで反射した前記第２の画像光を反射させて、前記第１の画像光と前記第２の画像光とを重畳して出射する第１の面を有する
ことを特徴とする付記１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

＜付記３＞
前記第２の光路を経由して進んだ前記第２の画像光の全体が、前記第１の光路を経由して進んだ前記第１の画像光に重畳して出射する
ことを特徴とする付記２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

＜付記４＞
前記第１の表示エリアと前記第２の表示エリアとは、１つの画像表示装置の異なる表示エリアであることを特徴とする付記３に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

＜付記５＞
第３の画像光を生成する第３の表示エリアをさらに有し、
前記合成光学系は、前記第１の光路及び前記第２の光路と異なる光路長を持つ第３の光路をさらに有し、前記第１の光路を経由して進んだ前記第１の画像光と前記第３の光路を経由して進んだ前記第３の画像光とを重畳して出射する
ことを特徴とする付記４に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

＜付記６＞
前記合成光学系は、
前記第３の画像光を反射させる第２の反射ミラーをさらに備え、
前記偏光ビームスプリッタは、
前記第１の画像光を透過させ、前記第２の反射ミラーで反射した前記第３の画像光を反射させて、前記第１の画像光と前記第３の画像光とを重畳して出射する第２の面をさらに有する
ことを特徴とする付記５に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

＜付記７＞
前記第１の面の前記第１の画像光の出射方向に対する第１の傾斜角は、前記第２の面の前記第１の画像光の前記出射方向に対する第２の傾斜角と異なる
ことを特徴とする付記６に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

＜付記８＞
前記合成光学系は、前記第２の画像光及び前記第３の画像光の偏光方向を９０度回転させる位相シートを更に有する
ことを特徴とする付記５から７のいずれか１つに記載のヘッドアップディスプレイ装置。

＜付記９＞
前記第１の表示エリアと、前記第２の表示エリアと、前記第３の表示エリアとは、１つの画像表示装置の異なる表示エリアであることを特徴とする付記５から８のいずれか１つに記載のヘッドアップディスプレイ装置。

＜付記１０＞
前記第１の表示エリアには、車両の速度及び車両の状態に関する情報が表示され、
前記第２の表示エリア及び前記第３の表示エリアには、注意喚起に関する情報が表示される
ことを特徴とする付記５から９のいずれか１つに記載のヘッドアップディスプレイ装置。

＜付記１１＞
前記画像表示装置は、液晶表示パネルであることを特徴とする付記４又は９に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

＜付記１２＞
前記画像表示装置は、レーザー光源を用いたプロジェクションディスプレイであること特徴とする付記４又は９に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

＜付記１３＞
前記画像表示装置の画像光の出射面は、前記第１の画像光の出射方向に対して直交することを特徴とする付記１１又は１２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

＜付記１４＞
前記画像表示装置の画像光の出射面は、前記第１の画像光の出射方向に対して傾斜していることを特徴とする付記１１又は１２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

＜付記１５＞
前記投写光学系は、コンバイナを有することを特徴とする付記１から１４のいずれか１つに記載のヘッドアップディスプレイ装置。

＜付記（２）＞
＜付記１＞
第１の光路を進んだ第１の画像光と、前記第１の光路の光路長と異なる光路長の第２の光路を進んだ第２の画像光とを重畳して出射する合成光学系と、
前記合成光学系で重畳されて出射された前記第１の画像光及び前記第２の画像光を虚像として投写する投写光学系と
を備えたヘッドアップディスプレイ装置。

＜付記２＞
前記合成光学系は、光の偏向方向によって前記光の反射または透過を選択する偏光選択面を含み、
前記偏光選択面は、前記第１の画像光を偏光によって透過し、
前記偏光選択面は、前記第２の画像光を偏光によって反射し、
前記第１の画像光の透過領域と前記第２の画像光の反射領域とは重なっている付記１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

＜付記３＞
前記合成光学系は、前記第２の画像光の偏光方向を維持しながら反射する第１の反射素子を更に備え、
前記第１の反射素子で反射された前記第２の画像光は、前記偏光選択面で反射される付記２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

＜付記４＞
前記偏光選択面は、第１の偏光選択面と第２の偏光選択面とを含み、
前記第１の偏光選択面は、前記第２の画像光を偏光によって反射し、
前記第２の偏光選択面は、前記第２の光路の光路長と異なる光路長の第３の光路を進んだ第３の画像光を偏光によって反射する付記２または３に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

＜付記５＞
前記第１の偏光選択面および前記第２の偏光選択面の内の少なくとも１つは、前記第１の画像光を偏光によって透過する付記４に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

＜付記６＞
前記合成光学系は、前記第３の画像光の偏光方向を維持しながら反射する第２の反射素子を更に備え、
前記第２の反射素子で反射された前記第３の画像光は、前記第２の偏光選択面で反射される付記４または５に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

＜付記７＞
前記第１の画像光、前記第２の画像光、及び前記第３の画像光を出射する画像表示モジュールと、
前記画像表示モジュールから出射された光の偏光方向を回転させて透過する偏光回転素子と、を更に備え、
前記第１の画像光、前記第２の画像光および前記第３の画像光は、１つの前記画像表示モジュールから出射され、
前記偏光回転素子は、前記第１の画像光の偏光方向を回転させるか、または、前記第２の画像光および前記第３の画像光の偏光方向を回転させる付記４から６のいずれか１つに記載のヘッドアップディスプレイ装置。

＜付記８＞
前記画像表示モジュールは、
前記第１の画像光を出射する第１の表示領域と、
前記第２の画像光を出射する第２の表示領域と、
前記第３の画像光を出射する第３の表示領域と
を備える付記７に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

＜付記９＞
前記画像表示モジュールの表示面は、前記第１から第３の画像光の光軸の内のいずれか１つ以上に対して傾斜して設置される
付記８に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

＜付記１０＞
前記合成光学系は、前記第２の画像光の偏光方向を維持しながら反射する第１の反射素子と、前記第３の画像光の偏光方向を維持しながら反射する第２の反射素子を更に備え、
前記傾斜は、前記第１又は第２の反射素子の傾斜と、前記偏光選択面の傾斜とによって調整される
付記９に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

＜付記１１＞
前記第１の画像光及び前記第２の画像光を出射する画像表示モジュールと、
前記画像表示モジュールから出射された光の偏光方向を回転させて透過する偏光回転素子と、を更に備え、
前記第１の画像光及び前記第２の画像光は、１つの前記画像表示モジュールから出射され、
前記偏光回転素子は、前記第１の画像光または前記第２の画像光の一方の偏光方向を回転させる付記１から３のいずれか１つに記載のヘッドアップディスプレイ装置。

＜付記１２＞
前記画像表示モジュールは、
前記第１の画像光を出射する第１の表示領域と、
前記第２の画像光を出射する第２の表示領域と
を備える付記１１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

＜付記１３＞
前記画像表示モジュールの表示面は、前記第１又は第２の画像光の光軸の内のいずれか１つ以上に対して傾斜して設置される
付記１１又は１２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

＜付記１４＞
前記画像表示モジュールは、液晶表示パネルである付記７から１３のいずれか１つに記載のヘッドアップディスプレイ装置。

＜付記１５＞
前記画像表示モジュールは、レーザー光線を走査してスクリーン上に画像を表示し、
前記スクリーンは、前記レーザー光線の偏光方向を維持する付記７から１３のいずれか１つに記載のヘッドアップディスプレイ装置。

＜付記１６＞
前記第１の画像光を出射する第１の画像表示モジュールと、
前記第２の画像光を出射する第２の画像表示モジュールと
を更に備える付記１から３のいずれか１つに記載のヘッドアップディスプレイ装置。

＜付記１７＞
前記第１の画像表示モジュールまたは前記第２の画像表示モジュールから出射された光の偏光方向を回転させて透過する偏光回転素子を備える付記１６に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

＜付記１８＞
前記第１の画像表示モジュールは前記第１の画像光を出射する第１の表示領域を備え、
前記第２の画像表示モジュールは前記第２の画像光を出射する第２の表示領域を備える
付記１６又は１７に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

＜付記１９＞
前記第１の画像表示モジュールは、前記第１の画像光の光軸に対して傾斜して設置される、又は、前記第２の画像表示モジュールは、前記第２の画像光の光軸に対して傾斜して設置される
付記１８に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

＜付記２０＞
前記第１及び第２の画像表示モジュールは、液晶表示パネルである付記１６から１９のいずれか１つに記載のヘッドアップディスプレイ装置。

＜付記２１＞
前記第１及び第２の画像表示モジュールは、レーザー光線を走査してスクリーン上に画像を表示し、
前記スクリーンは、前記レーザー光線の偏光方向を維持する付記１６から１９のいずれか１つに記載のヘッドアップディスプレイ装置。

＜付記２２＞
前記第１の画像光を出射する第１の画像表示モジュールと、
前記第２の画像光を出射する第２の画像表示モジュールと、
前記第３の画像光を出射する第３の画像表示モジュールと
を備える更に付記４から６のいずれか１つに記載のヘッドアップディスプレイ装置。

＜付記２３＞
前記第１の画像表示モジュール、前記第２の画像表示モジュール、及び前記第３の画像表示モジュールの内の少なくとも１つから出射された光の偏光方向を回転させて透過する偏光回転素子を備える付記２２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

＜付記２４＞
前記第１の画像表示モジュールは前記第１の画像光を出射する第１の表示領域を備え、
前記第２の画像表示モジュールは前記第２の画像光を出射する第２の表示領域を備え、
前記第３の画像表示モジュールは前記第３の画像光を出射する第３の表示領域を備える
付記２２又は２３に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

＜付記２５＞
前記第１の画像表示モジュールの表示面は、前記第１の画像光の光軸に対して傾斜して設置される、前記第２の画像表示モジュールの表示面は、前記第２の画像光の光軸に対して傾斜して設置される、及び、前記第３の画像表示モジュールの表示面は、前記第３の画像光の光軸に対して傾斜して設置される、の内のいずれか１つ以上を満たす
付記２２から２４のいずれか１つに記載のヘッドアップディスプレイ装置。

＜付記２６＞
前記第１から第３の画像表示モジュールは、液晶表示パネルである付記２２から２５のいずれか１つに記載のヘッドアップディスプレイ装置。

＜付記２７＞
前記第１から第３の画像表示モジュールは、レーザー光線を走査してスクリーン上に画像を表示し、
前記スクリーンは、前記レーザー光線の偏光方向を維持する付記２２から２５のいずれか１つに記載のヘッドアップディスプレイ装置。

１０液晶表示パネル、１０ａメインエリア、１０ｂ，１０ｃサブエリア、２０，２０ａ，２０ｂ合成光学系、２１偏光ビームスプリッタ、２１ｂ，２１ｃ反射面、２２ｂ，２２ｃ，２４，２２０ｂ反射ミラー、２３位相シート、３０投写光学系、３１コンバイナ、４０アイボックス、４１運転者の目、６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６２ｂ，６３，６４虚像、７０ａ，７０ｂ，７０ｃ表示距離、１００，２００，３００，４００ヘッドアップディスプレイ装置、１００ａ，１００ｂ，１００ｃ画像光、Ｏａ，Ｏｂ，Ｏｃ光軸。

本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、第１の光路を進んだ第１の画像光と、前記第１の光路の光路長と異なる光路長の第２の光路を進んだ第２の画像光とを重畳して出射する合成光学系と、前記合成光学系で重畳されて出射された前記第１の画像光及び前記第２の画像光を虚像として投写する投写光学系とを備え、前記合成光学系は、光の偏光方向によって前記光の反射または透過を選択する偏光選択面を含み、前記偏光選択面は、第１の偏光選択面と第２の偏光選択面とを含み、前記第１の画像光を偏光によって透過し、前記第２の画像光を偏光によって反射し、前記第１の画像光の透過領域と前記第２の画像光の反射領域とは重なっており、前記第１の偏光選択面は、前記第２の画像光を偏光によって反射し、前記第２の偏光選択面は、前記第２の光路の光路長と異なる光路長の第３の光路を進んだ第３の画像光を偏光によって反射することを特徴とする。

図３及び図４に示されるように、偏光ビームスプリッタ２１は、プリズム形状の部材である。偏光ビームスプリッタ２１は、反射面２１ｂ（第１の面）及び反射面２１ｃ（第２の面）を備えている。反射面２１ｂは、画像光１００ｂを反射する。反射面２１ｃは、画像光１００ｃを反射する。反射面２１ｂ，２１ｃは、画像光１００ａを透過する。反射面２１ｂ，２１ｃは、光の偏光方向によって光の反射または透過を選択する偏光選択面である。反射面２１ｂは、例えば、第２の画像光としての画像光１００ｂを反射する第１の偏光選択面であり、反射面２１ｃは、例えば、第３の画像光としての画像光１００ｃを反射する第２の偏光選択面である。画像光１００ａの透過領域と画像光１００ｂ，１００ｃの反射領域とは重なっていてもよい。

図３に示されるように、合成光学系２０は、液晶表示パネル１０のサブエリア１０ｂ，１０ｃから出射される画像光１００ｂ，１００ｃの光路上に位相シート２３を備える。位相シート２３は、位相シート２３に入射した画像光１００ｂ，１００ｃの偏光方向を、画像光１００ｂ，１００ｃの光軸Ｏｂ，Ｏｃを軸として９０度回転させる効果を持つ。つまり、位相シート２３は、入射した光の偏光方向を９０度回転させる。回転方向は、時計回り又は反時計回りであってもよい。位相シート２３は、光の偏光方向を回転させて透過する。位相シート２３は、偏光回転素子の一例である。

＜付記２＞
前記合成光学系は、光の偏光方向によって前記光の反射または透過を選択する偏光選択面を含み、
前記偏光選択面は、前記第１の画像光を偏光によって透過し、
前記偏光選択面は、前記第２の画像光を偏光によって反射し、
前記第１の画像光の透過領域と前記第２の画像光の反射領域とは重なっている付記１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

Claims

第１の光路を進んだ第１の画像光と、前記第１の光路の光路長と異なる光路長の第２の光路を進んだ第２の画像光とを重畳して出射する合成光学系と、
前記合成光学系で重畳されて出射された前記第１の画像光及び前記第２の画像光を虚像として投写する投写光学系と
を備えたヘッドアップディスプレイ装置。
前記合成光学系は、光の偏向方向によって前記光の反射または透過を選択する偏光選択面を含み、
前記偏光選択面は、前記第１の画像光を偏光によって透過し、
前記偏光選択面は、前記第２の画像光を偏光によって反射し、
前記第１の画像光の透過領域と前記第２の画像光の反射領域とは重なっている請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
前記偏光選択面は、第１の偏光選択面と第２の偏光選択面とを含み、
前記第１の偏光選択面は、前記第２の画像光を偏光によって反射し、
前記第２の偏光選択面は、前記第２の光路の光路長と異なる光路長の第３の光路を進んだ第３の画像光を偏光によって反射する請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
前記第１の画像光、前記第２の画像光、及び前記第３の画像光を出射する画像表示モジュールと、
前記画像表示モジュールから出射された光の偏光方向を回転させて透過する偏光回転素子と、を更に備え、
前記第１の画像光、前記第２の画像光および前記第３の画像光は、１つの前記画像表示モジュールから出射され、
前記偏光回転素子は、前記第１の画像光の偏光方向を回転させるか、または、前記第２の画像光および前記第３の画像光の偏光方向を回転させる請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
前記画像表示モジュールは、
前記第１の画像光を出射する第１の表示領域と、
前記第２の画像光を出射する第２の表示領域と、
前記第３の画像光を出射する第３の表示領域と
を備える請求項４に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
前記合成光学系は、前記第２の画像光の偏光方向を維持しながら反射する第１の反射素子と、前記第３の画像光の偏光方向を維持しながら反射する第２の反射素子を更に備え、
前記画像表示モジュールの表示面は、前記第１から第３の画像光の光軸の内のいずれか１つ以上に対して傾斜して設置され、
前記表示面の前記傾斜は、前記第１又は第２の反射素子の傾斜と、前記偏光選択面の傾斜とによって調整される
請求項５に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
前記第１の画像光を出射する第１の画像表示モジュールと、
前記第２の画像光を出射する第２の画像表示モジュールと、
前記第３の画像光を出射する第３の画像表示モジュールと
を備える更に請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
前記第１の画像表示モジュールの表示面は、前記第１の画像光の光軸に対して傾斜して設置される、前記第２の画像表示モジュールの表示面は、前記第２の画像光の光軸に対して傾斜して設置される、及び、前記第３の画像表示モジュールの表示面は、前記第３の画像光の光軸に対して傾斜して設置される、の内のいずれか１つ以上を満たす
請求項７に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
前記第１から第３の画像表示モジュールは、液晶表示パネルである請求項７または８に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
前記第１の画像光及び前記第２の画像光を出射する画像表示モジュールと、
前記画像表示モジュールから出射された光の偏光方向を回転させて透過する偏光回転素子と、を更に備え、
前記第１の画像光及び前記第２の画像光は、１つの前記画像表示モジュールから出射され、
前記偏光回転素子は、前記第１の画像光または前記第２の画像光の一方の偏光方向を回転させる請求項１または２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
前記画像表示モジュールの表示面は、前記第１又は第２の画像光の光軸の内のいずれか１つ以上に対して傾斜して設置される
請求項１０に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
前記第１の画像光を出射する第１の画像表示モジュールと、
前記第２の画像光を出射する第２の画像表示モジュールと
を更に備える請求項１または２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
前記第１及び第２の画像表示モジュールは、液晶表示パネルである請求項１２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。