WO2015019578A1

WO2015019578A1 - 車両用ヘッドアップディスプレイ装置

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Publication number: WO2015019578A1
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Inventors: 俊樹石川
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Current assignee: Denso Corp
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Filing date: 2014-07-30
Publication date: 2015-02-12
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Abstract

　ウィンドシールド（２０）またはコンバイナに、防塵カバー（１５０）を透過した表示光を反射させ、車両の運転席から表示情報を虚像として視認可能に表示する車両用ヘッドアップディスプレイ装置（１００）において、防塵カバー（１５０）は、圧延されて製造された透光性を備えており、表示器の長手方向の第１の端部側の第１の点と、第１の端部側とは反対方向の第２の端部側において、第１の点と同じ高さの第２の点とを結ぶ線を長手方向軸（１２１）とし、防塵カバー（１５０）に使用する樹脂性シートの圧延方向と、反射鏡（１３０）で反射した表示器（１２０）の虚像において前記長手方向軸に対応する虚像長手方向軸（１２１ａ）とのなす角度が調整されることによって、虚像の輝度が調整されているようにした。これにより部品点数および体格の増加を招くことなく、表示光の偏光状態を変化させて、虚像の輝度を調整可能とする。

Description

車両用ヘッドアップディスプレイ装置

関連出願の相互参照

　本出願は、当該開示内容が参照によって本出願に組み込まれた、２０１３年８月６日に出願された日本特許出願２０１３－１６３５０３を基にしている。

　本開示は、車両のウィンドシールドまたはコンバイナに、表示器に表示された画像を反射させて、該画像の虚像を、車室内のアイポイントから視認可能に表示する車両用ヘッドアップディスプレイ装置に関するものである。

　従来の車両用ヘッドアップディスプレイ装置として、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１の車両用ヘッドアップディスプレイ装置は、液晶表示パネルと、この液晶表示パネルを照明する発光素子とを有する。そして、直線偏光からなる表示光をウィンドシールドに投影して虚像を表示するようになっている。

　また、特許文献１の車両用ヘッドアップディスプレイ装置は別途用意した位相板によって、表示光の偏光軸を回転させ、サングラス越しに見たときの虚像の視認性を向上させるようにしている。

特開２０１０－１１３１９７号公報

　しかしながら、特許文献１では、位相差板を別途設けるため、装置の体格が大きくなり、車両への搭載性が悪くなるという可能性があった。

　本開示の目的は、上記の点に鑑み、体格の増加を招くことなく、虚像の輝度を調整することが可能な車両用ヘッドアップディスプレイ装置を提供することにある。

　本開示は、以下の技術的手段を採用する。

　第１の態様に係る車両用ヘッドアップディスプレイ装置は、ウィンドシールドまたはウィンドシールドとは別に設けられたコンバイナを備える車両の運転席周辺に配置され、開口部が設けられた筐体と、筐体に収容された発光素子と、同じく筐内体に収容され、発光素子が発する光を受けて表示情報を表す表示光を発する表示器と、筐体内に収容され、表示光を反射する反射鏡と、開口部に取り付けられた防塵カバーとを備え、ウィンドシールドまたはコンバイナに、防塵カバーを透過した表示光を反射させることによって、車両の運転席から表示情報を虚像として視認可能に表示する車両用ヘッドアップディスプレイ装置であって、防塵カバーは、圧延されて製造された透光性を備えており、表示器の長手方向の第１の端部側の第１の点と、第１の端部側とは反対方向の第２の端部側において、第１の点と同じ高さの第２の点とを結ぶ線を長手方向軸とし、防塵カバーに使用する樹脂性シートの圧延方向と、反射鏡で反射した表示器の虚像において前記長手方向軸に対応する虚像長手方向軸とのなす角度を角度αとした場合、角度αが調整されることによって、虚像の輝度が調整されている。

　このようにすると、角度αが調整されることによって、防塵カバーによる旋光作用が期待できる。従って、角度αを適宜変更することで、体格の増加を招くことなく、表示器が照射する表示光の偏光状態を調整可能である。

　第２の態様に係る車両用ヘッドアップディスプレイ装置では、発光素子の輝度をＩ_０、表示器の透過率をＴ_ＴＦＴ、反射鏡の反射率をＲとし、長手方向軸と表示光の偏光方向との角度をθ_ＬＣＤとし、ウィンドシールドまたはコンバイナで表示光が反射する際の入射光と反射光で定義される仮想平面と、反射鏡で反射した表示器の虚像における長手方向軸と垂直に交わる平面とのなす角度を角度Δθとし、ウィンドシールドまたはコンバイナのＳ偏光の反射率をＲｓ、Ｐ偏光の反射率をＲｐ、防塵カバーの特性によって定まる値をＡ_１、Ａ_２、とし、下記数式１で運転席から表示情報を虚像として視認する場合の輝度Ｉを表す場合、輝度Ｉがその最大値の６５％以上かつ９０％以下となるように角度αが選定されている。

　このようにすると、角度αを選定することで、防塵カバーによる旋光作用で、体格の増加を招くことなく、運転手が裸眼で虚像を見た場合のＳ偏光とＰ偏光の輝度の和と、偏光サングラスを通して、虚像を見た場合のＰ偏光の輝度の両方を運転手が許容できるレベルにすることが出来る。

　第３の態様に係る車両用ヘッドアップディスプレイ装置では、輝度Ｉが、上記数式Ｉで表される場合、その最大値かつ最小値とならないように、角度αを選定するようにしてもよい。

　このようにすると、角度αを選定することで、体格の増加を招くことなく、運転手が裸眼で虚像を見た場合のＳ偏光とＰ偏光の輝度の和と、偏光サングラスを通して、虚像を見た場合のＰ偏光の輝度の一方が極端に低くなることを防ぐことが出来る。

　第４の態様に係る車両用ヘッドアップディスプレイ装置では、輝度Ｉが上記数式１で表される場合、輝度Ｉがその最大値となるように角度αを選定するようにしても良い。

　このようにすると、運転手が裸眼で虚像を見た場合のＳ偏光とＰ偏光の輝度の和が、最大となるように調整することが出来る。

実施形態１における車両用ヘッドアップディスプレイ装置の全体構成図である。実施形態１において車両用ヘッドアップディスプレイ装置の一部を上方から見た図である。実施形態１において、表示光が偏光する様子を説明する図である。実施形態１において、角度θ_ＬＣＤ＝０°における、カバー搭載角αの選定例について説明する図である。実施形態１において、角度θ_ＬＣＤ＝３０°における、カバー搭載角αの選定例について説明する図である。実施形態１において、角度θ_ＬＣＤ＝４５°における、カバー搭載角αの選定例について説明する図である。実施形態１において、角度θ_ＬＣＤ＝１３５°における、カバー搭載角αの選定例について説明する図である。実施形態１において、角度θ_ＬＣＤ＝１５０°における、カバー搭載角αの選定例について説明する図である。実施形態２において、表示光が偏光する様子を説明する図である。実施形態２において、角度θ_ＬＣＤ＝４５°における、カバー搭載角αの選定例について説明する図である。第３実施形態における車両用ヘッドアップディスプレイ装置の概略構成図である。第４実施形態における車両用ヘッドアップディスプレイ装置の概略構成図である。

　以下に、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

　（実施形態１）
　実施形態１における車両用ヘッドアップディスプレイ装置１００を図１～図９に基づいて説明する。図１に示すように、車両用ヘッドアップディスプレイ装置１００は、筐体１０１に表示器１２０が収納されている。表示器１２０からは、表示情報を表す表示光が照射される。照射された表示光は、車両のウィンドシールド２０の投射位置２０ａに投射される。そして、ヘッドアップディスプレイ装置１００は、アイボックス４００ａと投射位置２０ａとを結ぶ線の車両前方延長線上に、表示情報の表示像１６０を結像させる。これにより、表示像１６０が虚像として運転手４００に視認される。ここで、アイボックス４００ａとしては、車室内に予め設定された所定のエリアに設定される。具体的には、アイボックス４００ａは、運転手４００の目が運転中に位置するエリアとして設定されている。この車両用ヘッドアップディスプレイ装置１００によって、運転手４００は、表示像１６０と、車両の前景とを重畳して視認することができる。以下、車両用ヘッドアップディスプレイ装置１００をＨＵＤ１００と呼ぶ。

　尚、ウィンドシールド２０は、車両のフロントウィンドシールドであり、例えば２枚のガラスとその中間に設けられる中間膜とから形成された合わせガラスが使用されている。ウィンドシールド２０は、車両上方から見た場合の左右方向、および車両側方から見た場合のウィンドシールド２０のラインに沿う方向にわずかな曲率を有している。ウィンドシールド２０は、凹面鏡の効果により、表示像１６０を拡大してより遠方に表示できるようになっている。また、ウィンドシールド２０においては、Ｓ偏光に対する反射率はＲｓ（以下、Ｓ偏光反射率Ｒｓ）、Ｐ偏光に対する反射率はＲｐ（以下、Ｐ偏光反射率Ｒｐ）となっている。

　ＨＵＤ１００の筐体１０１は、ウィンドシールド２０の下部から車室内に延出されるインストルメントパネルの内側に配設されている。ＨＵＤ１００は、発光素子１１０、表示器１２０、反射鏡１３０、凹面鏡１４０、防塵カバー１５０、および図示しない制御部等を備えている。以下、ＨＵＤ１００の、各構成の詳細について説明する。

　発光素子１１０は、通電されることで表示器１２０に対して光を照射する。発光素子は、例えば、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ＝ＬＥＤ）が使用されている。なお、以下の説明では、発光素子１１０の発する光の輝度をＩ_０（以下、発光素子輝度Ｉ_０）とする。

　表示器１２０は、表示情報を表す表示光を照射する。表示器１２０は、図示しない制御部の駆動回路によって駆動制御されるようになっている。また、表示器１２０は、例えば、薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ＝ＴＦＴ）が用いられたＴＦＴ液晶パネル、デュアルスキャンタイプのディスプレイ（Ｄｕａｌ　Ｓｃａｎ　Ｓｕｐｅｒ　Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ＝Ｄ－ＳＴＮ）、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ）セグメント液晶等が使用される。そして、表示器１２０は、発光素子１１０から照射される光によって、表面に形成した表示情報を表示光として、発光素子１１０とは反対側の方向に照射する。

　表示器１２０によって形成される表示情報は、例えば、車両走行時における車両情報であり、車速、エンジン回転数、エンジン冷却水温、およびバッテリ電圧、制限速度等の情報である。表示器１２０は、上記のような複数種類の表示情報を１つずつ、あるいは、複数組み合わせて、表示器１２０の表面に形成することができるようになっている。運転手４００は図示しない切り替えスイッチにより、表示情報をいずれにするか選択できるようになっている。

　なお、表示器１２０において、発光素子１１０の光を透過させる透過率をＴ_ＴＦＴ（以下、透過率Ｔ_ＴＦＴ）と表す。また、本実施形態では、表示器１２０を通過した表示光の偏光方向は、例えば、表示器１２０の長手方向軸１２１を０°とした場合、偏光角θ_ＬＣＤ＝０°、３０°、４５°、１３５°、１５０°のものを使用している。偏光角θ_ＬＣＤは、表示器１２０の長手方向軸１２１と、表示器１２０から照射される表示光の偏光方向とのなす左回りの角度である。

　反射鏡１３０は、反射面が平面を成す鏡であり、筐体１０１内に配置されている。そして、反射鏡１３０の反射面は、凹面鏡１４０に向き合うように配置されている。以下では、反射鏡１３０の反射率をＲｆ（以下、反射率Ｒｆ）とする。

　凹面鏡１４０は、反射鏡１３０からの反射像を拡大する鏡であり、ウィンドシールドの投射位置２０ａに向き合うように配置されている。凹面鏡１４０は、表示器１２０から照射されて、反射鏡１３０で反射された表示光を反射する。筐体１０１の上面には、開口部１００ａが形成され、該開口部１００ａに防塵カバー１５０が取り付けられている。凹面鏡１４０で反射された表示光は、開口部１００ａ（防塵カバー１５０）を通して、ウィンドシールド２０の投射位置２０ａに投射される。換言すると、凹面鏡１４０は、表示光（表示情報）を投射位置２０ａとは反対側の位置に反射像（虚像）として形成して、投射位置２０ａに結像させる。なお、以下では、凹面鏡１４０の反射率をＲｃ（以下、反射率Ｒｃ）とする。

　防塵カバー１５０は、筐体１０１の開口部１００ａを閉塞するカバーである。防塵カバー１５０は、樹脂製の板状部材をなしている。防塵カバー１５０は、表示器１２０から照射される表示光を透過させる透過性と、防塵カバー１５０を通過する表示光の偏光方向を変える旋光性とを備える。本実施形態における、防塵カバー１５０は、透明なポリカーボネートもしくはアクリルから形成されている。防塵カバー１５０は、下側に向けて湾曲するように形成されて、開口部１００ａを塞いでいる。よって、防塵カバー１５０は、運転席に着座した運転手４００からは、直接見えにくい位置に配置されている。

　防塵カバー１５０を形成する板状部材は、製造過程において圧延加工が加えられて形成されている。よって、防塵カバー１５０は、圧延方向に沿う屈折率ｎ_ｏと、圧延方向に直交する方向に沿う屈折率ｎ_ｅとが異なる値を持つものとなっている。これにより、防塵カバー１５０は、上記旋光性を備えるものとなっている。なお、以下では、防塵カバー１５０のＳ偏光を透過させる透過率をＴｓ（以下、Ｓ偏光透過率Ｔｓ）とし、また、Ｐ偏光を透過させる透過率をＴｐ（以下、Ｐ偏光透過率Ｔｐ）とする。

　図示しない制御部は、表示器１２０の表示情報を制御する。制御部は、車両のイグニッションスイッチがオンされると、バッテリから電力供給されて作動するようになっている。制御部は、操作スイッチ、マイクロコンピュータ、各種センサ群、および駆動回路等を備えている。

　このように構成されるＨＵＤ１００は、運転手４００によって操作スイッチをオンにされる等入力によって作動される。制御部のマイクロコンピュータは、運転手４００が他の車載ＥＣＵの指示に基づいて表示すべき表示情報を決定すると共に、駆動回路を介して表示器１２０に表示情報を形成させるようになっている。

　そして、図１に示すように、表示器１２０は、発光素子１１０から照射される光によって、表示情報を表示光として反射鏡１３０に照射する。そして、反射鏡１３０によって、反射された表示光は、凹面鏡１４０に照射される。凹面鏡１４０は、表示器１２０から照射された表示光を、開口部１００ａと防塵カバー１５０とを通して、ウィンドシールド２０の投射位置２０ａに照射する。投射位置２０ａに反射された表示光（表示情報）は、運転手４００と投射位置２０ａとを結ぶ線の車両前方延長線上（運転手４００の視野前方）に表示像１６０（虚像）として結像されて、運転手４００に視認されるようになっている。

　次に、運転手４００が虚像を視認する様子を説明する。

　反射鏡１３０によって反射された表示光は、凹面鏡１４０によってウィンドシールド２０へと反射される。そのため、開口部１００ａを覗き込んだ場合、表示器１２０の虚像である表示器虚像１２０ａが凹面鏡１４０に映って見える。ここで、凹面鏡１４０に映る表示器虚像１２０ａに対応する、発光素子１１０を発光素子虚像１１０ａと呼ぶことにする。また、表示器虚像１２０ａは、表示器１２０が反射鏡１３０に反射され、反射鏡１３０によって映された表示器１２０の虚像が更に凹面鏡１４０に映されたものである。

　ここで、表示器虚像１２０ａの長手方向の第１の端部側の第１の点と、第１の端部側とは反対方向の第２の端部側において、上記第１の点と同じ高さの第２の点とを結ぶ線を、表示器虚像１２０ａにおける虚像長手方向軸１２１ａとする。すると、表示器虚像１２０ａが照射する表示光の偏光方向と、虚像長手方向軸１２１ａとのなす角は、上述したθ_ＬＣＤとなる。そして、θ_ＬＣＤは、実際の表示器１２０の長手方向軸と表示器１２０が照射する表示光の偏光方向とのなす角と等しいものである。

　次に、凹面鏡１４０で反射した表示光は、開口部１００ａと防塵カバー１５０とを通過する。この時、虚像長手方向軸１２１ａと防塵カバー１５０の圧延方向とのなす角をカバー搭載角αとする。

　防塵カバー１５０を通過した表示光はウィンドシールド２０によって反射される。そして、反射された反射光は、運転手４００に向かう。ここで、投射位置２０ａに入射する入射光（図２中に示すＸ０１）と、投射位置２０ａから運転手４００に反射する反射光（図２中に示すＸ０２）とのそれぞれの光のラインを含む仮想平面Ｐ及び虚像長手方向軸１２１ａと直交する仮想平面Ｑを想定する。すると、図２のように、ウィンドシールド２０が、左右方向の曲率を有していることから、仮想平面Ｐは、仮想平面Ｑに対して傾いたものとなる。仮想平面Ｐと表示器虚像１２０ａとの交線Ｐ１と、表示器虚像１２０ａの短手方向軸１２２ａとのなす角、つまり仮想平面Ｐと仮想平面Ｑとのなす角を、搭載角Δθの値とする。ここで、ＨＵＤ１００が右ハンドル車に搭載される場合のΔθをマイナスの値とし、ＨＵＤ１００が左ハンドル車に搭載される場合、Δθの値をプラスの値とする。この搭載角Δθは、車両によって異なり、その絶対値は３～１０°程度の角度となる。

　なお、このなす角Δθは仮想平面Ｐと仮想平面Ｑとの水平方向断面おいて、車両前後方向に面した角度である。

　最終的に、運転手４００近傍のアイボックス４００ａと投射位置２０ａとを結ぶ線の車両前方延長線上に、表示情報の表示像１６０を結像させて、表示像１６０を虚像として運転手４００に視認させる。

　次に、図１、図３を用いて、発光素子虚像１１０ａから照射される光が、運転手４００に視認されるまでに、偏光していく様子を説明する。

　まず、図１を用いて説明する。位置Ａは、発光素子虚像１１０ａから照射された直後の表示光の偏光方向を示している。また、位置Ｂは、凹面鏡１４０によって表示光が反射された直後の表示光の偏光方向を示している。また、位置Ｃは、表示光が防塵カバー１５０を通過した直後の表示光の偏光方向を示している。そして、位置Ｄは、表示光がウィンドシールド２０に反射した直後の表示光の偏光方向を示している。

　図３は、表示光が偏光する様子を示している。位置Ａ～位置Ｃにおいては、表示器虚像１１０ａの長手方向軸をｘ軸とし、重力方向とｘ軸との両方に垂直に交わる軸をｙ軸とする。そして、位置Ｄにおいては、運転手４００の顔の幅方向をｘ軸、顔の長さ方向をｙ軸としている。

　まず、位置Ａにについて説明する。位置Ａにおいて、発光素子１１０を出た直後の光は様々な方向の偏光成分を持つ。

　次に、位置Ｂについて説明する。位置Ｂにおける、表示光は、ｘ軸に対してθ_ＬＣＤ角度をなす偏光成分が他の偏光成分より強くなっている。つまり、表示器１２０は、長手方向軸１２１に対して、角度θ_ＬＣＤをなす方向の成分を抽出する。

　次に、位置Ｃについて説明する。防塵カバー１５０を通過後の、表示光の偏光方向は、Ｘ軸に対して角度θ_ＬＣＤ－２αの角度を持つ。そのため、防塵カバー１５０は、虚像長手方向軸１２１ａに対するカバー搭載角αにより、表示光の偏光方向を変えている。

　ここで、表示光が防塵カバー１５０を通過する際に、表示光が偏光する角度の値は、防塵カバー１５０の温度により変化する。そして、車載環境である、温度－３０°～８０°の範囲において、表示光の偏光方向はカバー搭載角αに対しおよそ２α偏光する。

　次に、位置Ｄにおける、表示光について説明する。位置Ｄにおける、表示光の偏光方向は、ｘ軸に対して、θ_ＬＣＤ－２α＋Δθ傾いていることになる。つまり、平面Ｑと平面Ｐとのなす角Δθ分だけ、偏光成分は傾くことなる。

　位置Ｄにおいて、ウィンドシールドで反射した光のＰ偏光成分の向きはｙ軸と平行であり、Ｓ偏光成分の向きはｘ軸と平行である。そのため、位置Ｄにおける、ｘ軸に対してなす角θ_ＬＣＤ－２α＋Δθによって、表示光のＰ偏光成分の大きさ及びＳ偏光成分の大きさは変わる。

　このように、偏光方向は、角度θ_ＬＣＤ、カバー搭載角α及び角度Δθによって、決定される。θ_ＬＣＤとΔθは車種や表示器１２０によって決められた値である。それに対して、カバー搭載角αは、防塵カバー１５０設計時に調整することが出来る。つまり、カバー搭載角αを要求される輝度特性に合わせて設計することで、運転手４００が視認する虚像のＳ偏光とＰ偏光の強度比を、設定することが出来る。

　ここで、一般的に、表示光のウィンドシールド２０への入射角θｉ、反射角θｒは、５０～６８°程度であり、例えば、反射角６５°であると、Ｓ偏光の反射率Ｒｓは３７．３％であり、Ｐ偏光の反射率Ｒｐは２．４％であり、Ｓ偏光の反射率Ｒｓの方が、Ｐ偏光の反射率Ｒｐよりも圧倒的に高い。

　こうしたことから、裸眼の場合、および偏光サングラスを装着した場合に合わせて充分な輝度を確保するために、発光素子１１０に多くの電流を流すと、裸眼で見るＳ偏光成分の輝度とＰ偏光成分の輝度との和が過剰な輝度を持つことがあり、効率が悪くなってしまう。

　そこで、本実施形態のＨＵＤ１００では、防塵カバー１５０の材質選定（ポリカーボネートもしくはアクリル）、防塵カバー１５０固有の定数Ａ_１、Ａ_２の設定、カバー搭載角αを調整することで、表示像輝度ＩのＳ偏光、Ｐ変更の比を調整することが出来る。

　そのために、本発明者は、裸眼における輝度Ｉを以下の数式１によって表示できることを新たに導き出している。

　ただし、
　　Ｉ_０は発光素子１１０の輝度、
　　Ｔ_ＴＦＴは表示器１２０の透過率、
　　Ｒは反射鏡１３０および凹面鏡１４０の反射率（＝反射率Ｒｆ×反射率Ｒｃ）、
　　Ｒｓはウィンドシールド２０におけるＳ偏光の反射率、
　　Ｒｐはウィンドシールド２０におけるＰ偏光の反射率、
　　θ_ＬＣＤは表示光と長手方向軸１２１との偏光角、
　　Δθは仮想平面Ｐと仮想平面Ｑとのなす角、
　　αは防塵カバー１５０の形成時における圧延方向と、虚像長手方向軸１２１ａとの成す角（以下、カバー搭載角α）、
　　Ａ_１、Ａ_２は防塵カバー１５０の材質、および圧延条件に応じて定まる定数、である。

　尚、上記数式１は、以下の下記の数式２から導き出されたものである。

　ただし、
　Ｔｓは防塵カバー１５０のＳ偏光透過率、
　Ｔｐは防塵カバー１５０のＰ偏光透過率である。

　また、Ｐ偏光成分の輝度Ｉ_Ｐは、以下の数式３によって表すことが出来る。

　上記数式１中のＳ偏光反射率Ｒｓ、Ｐ偏光反射率Ｒｐ、および搭載角Δθは、車種毎に定まるものである。そして、ＲｓはＲｐに比べて、大きい値である。そのため、以下の説明では、例えば、Ｓ偏光反射率Ｒｓ＝３７．３％、Ｐ偏光反射率Ｒｐ＝２．４％、搭載各角Δθ＝５°とする。また、定数Ａ_１、Ａ_２は、実験によって求め、定数Ａ_１＝０．５０、定数Ａ_２＝０．５９と設定した。また、定数Ａ_１、Ａ_２の取り得る範囲としては、０．３≦定数Ａ_１≦０．５、０．３９≦定数Ａ_２≦０．５９と設定した。

　本開示では別途、位相差板を設ける必要がなく、部品点数、および体格の増加を伴うことがない。

　次に、図４～図９を用いて、運転手４００が裸眼の場合と偏光サングラスを装着した場合との両方で、適切な輝度Ｉで、虚像を視認することが出来るような、カバー搭載角αの選定方法の具体例について述べる。

　図４～図９は、定数Ａ_１（＝０．５）、Ａ_２（＝０．３９）、及び特定されている各項を数式１に代入した上で、任意のθ_ＬＣＤにおいて、右ハンドル車と左ハンドル車でのＳ偏光＋Ｐ偏光の輝度Ｉ、Ｐ偏光のみの輝度Ｉ_Ｐをそれぞれグラフにしたものである。

　ここで、Ｓ偏光＋Ｐ偏光の輝度Ｉ及び、Ｐ偏光の輝度Ｉ_Ｐは角度θ_ＬＣＤ、角度Δθ、及びカバー搭載角αに基づいて、周期的に変化する。

　そして、Ｓ偏光＋Ｐ偏光の輝度ＩとＰ偏光の輝度Ｉ_Ｐとは、位相差が９０°生じている。そのため、Ｓ偏光＋Ｐ偏光の輝度Ｉが最大値となるようにカバー搭載角αが選定されると、Ｐ偏光のみの輝度Ｉ_Ｐは最小値となってしまう。

　従って、Ｓ偏光＋Ｐ偏光の輝度Ｉが、上記最大値に対して、任意の割合の輝度Ｉとなるようにカバー搭載角αを選定すると、Ｐ偏光の輝度Ｉ_Ｐは結果的に上記最小値より値が大きくなる。つまり、カバー搭載角αを変更することで、Ｓ偏光＋Ｐ偏光の輝度ＩとＰ偏光の輝度Ｉ_Ｐとの両方が比較的高い値となるように調整することが出来る。

　実施形態１では、最大値に比べて、６５％～９０％の範囲となるように、カバー搭載角αが選定される。このようにすると、運転手４００が裸眼で表示像１６０を見た場合に充分な輝度を視認することが出来ると共に、偏光グラス越しに見た場合においても、運転手４００は表示像１６０を許容できる輝度で視認することが出来る。

　具体的に、図４～図８に示すように、θ_ＬＣＤの値によって、輝度Ｉが６５％～９０％となるαの範囲が異なる。なお、図４～図８において、Ｉ_０＝１２００００ｃｄ／ｍ^２、Ｔ_ＴＦＴ＝０．５、Ｒ＝０．５、Ｒｓ＝０．３７３、Ｒｐ＝０．０２４、Ａ_１＝０．５、Ａ_２＝０．３９、Δθ＝±５、とする。グラフ内において、縦軸と平行に配置される２本実線の間の範囲（αＬＨＤ）は、ＬＨＤにおいて、カバー搭載角度αが選定される範囲の一例を示している。また、グラフ内において、縦軸と平行に配置される２本破線の間の範囲（αＲＨＤ）は、ＲＨＤにおいて、カバー搭載角度αが選定される範囲の一例を示している。なお、ＬＨＤは左ハンドル車両にＨＵＤ１００が搭載された場合を意味し、その時のΔθは５°である。また、ＲＨＤは右ハンドル車両にＨＵＤ１００が搭載された場合を意味し、その時のΔθは－５°である。

　図４のグラフはθ_ＬＣＤ＝０°における、カバー搭載角αと、ＲＨＤのＳ偏光＋Ｐ偏光の輝度Ｉ、ＲＨＤのＰ偏光の輝度Ｉ_Ｐ、ＬＨＤのＳ偏光＋Ｐ偏光の輝度Ｉ、ＬＨＤにおけるＰ偏光の輝度Ｉ_Ｐとの関係を示している。

　図４において、ＬＨＤの場合もＲＨＤの場合も、表示像１６０の輝度Ｉの最大値は約１００００ｃｄ／ｍ^２である。そのため、表示像１６０の輝度Ｉが、最大値１００００ｃｄ／ｍ^２の６５％である６５００ｃｄ／ｍ^２から最大値１００００ｃｄ／ｍ^２の９０％である９０００ｃｄ／ｍ^２までの範囲の値となるように、カバー搭載角αは選定される。ＬＨＤの場合、α＝１６°～３０°±ｎπ/２（ｎ＝０、１…）またはα＝６５°～７９°±ｎπ/２（ｎ＝０、１…）となる。この時、輝度Ｉ_Ｐは約７６ｃｄ／ｍ^２から約２４０ｃｄ／ｍ^２までの範囲の値となる。また、ＲＨＤの場合、α＝１１°～２５°±ｎπ/２（ｎ＝０、１…）またはα＝６０°～７４°±ｎπ/２（ｎ＝０、１…）となる。この時、輝度Ｉ_Ｐは約７６ｃｄ／ｍ^２から約２４０ｃｄ／ｍ^２までの範囲の値となる。

　図５のグラフはθ_ＬＣＤ＝３０°、Δθ＝－５°における、カバー搭載角αと、ＲＨＤのＳ偏光＋Ｐ偏光の輝度Ｉとの関係を示している。また、カバー搭載角αと、ＲＨＤのＰ偏光の輝度Ｉ_Ｐ＝との関係を示している。また、θ_ＬＣＤ＝３０°、Δθ＝５°におけるカバー搭載角αと、ＬＨＤのＳ偏光＋Ｐ偏光の輝度Ｉとの関係を示している。また、ＬＨＤにおけるＰ偏光の輝度Ｉ_Ｐとの関係を示している。

　図５のＬＨＤの場合、表示像１６０の輝度Ｉの最大値は約８６００ｃｄ／ｍ^２である。そのため、表示像１６０の輝度Ｉが、最大値８６００ｃｄ／ｍ^２の６５％である約５６００ｃｄ／ｍ^２から最大値８６００ｃｄ／ｍ^２の９０％である約７７００ｃｄ／ｍ^２までの範囲の値となるように、カバー搭載角αは選定される。この場合、α＝３０°～４２°±ｎπ/２（ｎ＝０、１…）またはα＝８３°～９５°±ｎπ/２（ｎ＝０、１…）となる。この時、輝度Ｉ_Ｐは約１５０ｃｄ／ｍ^２から約３００ｃｄ／ｍ^２までの範囲の値となる。

　図５のＲＨＤの場合、表示像１６０の輝度Ｉの最大値は約９２００ｃｄ／ｍ^２である。そのため、表示像１６０の輝度Ｉが、最大値９２００ｃｄ／ｍ^２の６５％である約６０００ｃｄ／ｍ^２から最大値９２００ｃｄ／ｍ^２の９０％である約８３００ｃｄ／ｍ^２までの範囲の値となるように、カバー搭載角αは選定される。この場合、α＝２５°～３８°±ｎπ/２（ｎ＝０、１…）またはα＝７７°～９０°±ｎπ/２（ｎ＝０、１…）となる。この時、輝度Ｉ_Ｐは約１１０ｃｄ／ｍ^２から約２７０ｃｄ／ｍ^２までの範囲の値となる。

　図６のグラフはθ_ＬＣＤ＝４５°における、カバー搭載角αと、ＲＨＤのＳ偏光＋Ｐ偏光の輝度Ｉ、ＲＨＤのＰ偏光の輝度Ｉ_Ｐ、ＬＨＤのＳ偏光＋Ｐ偏光の輝度Ｉ、ＬＨＤにおけるＰ偏光の輝度Ｉ_Ｐとの関係を示している。

　図６のＬＨＤの場合、表示像１６０の輝度Ｉの最大値は約７６００ｃｄ／ｍ^２である。そのため、表示像１６０の輝度Ｉが、最大値７６００ｃｄ／ｍ^２の６５％である約５０００ｃｄ／ｍ^２から最大値７６００ｃｄ／ｍ^２の９０％である約６８００ｃｄ／ｍ^２までの範囲の値となるように、カバー搭載角αは選定される。この場合、α＝３°～１４°±ｎπ/２（ｎ＝０、１…）またはα＝３６°～４７°±ｎπ/２（ｎ＝０、１…）となる。この時、輝度Ｉ_Ｐは約２１０ｃｄ／ｍ^２から約３４０ｃｄ／ｍ^２までの範囲の値となる。

　図６のＲＨＤの場合、表示像１６０の輝度Ｉの最大値は約８３００ｃｄ／ｍ^２である。そのため、表示像１６０の輝度Ｉが、最大値８３００ｃｄ／ｍ^２の６５％である約５４００ｃｄ／ｍ^２から最大値８３００ｃｄ／ｍ^２の９０％である約７５００ｃｄ／ｍ^２までの範囲の値となるように、カバー搭載角αは選定される。この場合、α＝３２°～４４°±ｎπ/２（ｎ＝０、１…）またはα＝８６°～９８°±ｎπ/２（ｎ＝０、１…）となる。この時、輝度Ｉ_Ｐは約１７５ｃｄ／ｍ^２から約３１０ｃｄ／ｍ^２までの範囲の値となる。

　図７のグラフはθ_ＬＣＤ＝１３５°における、カバー搭載角αと、ＲＨＤのＳ偏光＋Ｐ偏光の輝度Ｉ、ＲＨＤのＰ偏光の輝度Ｉ_Ｐ、ＬＨＤのＳ偏光＋Ｐ偏光の輝度Ｉ、ＬＨＤにおけるＰ偏光の輝度Ｉ_Ｐとの関係を示している。

　図７のＬＨＤの場合、表示像１６０の輝度Ｉの最大値は約８３００ｃｄ／ｍ^２である。そのため、表示像１６０の輝度Ｉが、最大値８３００ｃｄ／ｍ^２の６５％である約５４００ｃｄ／ｍ^２から最大値８３００ｃｄ／ｍ^２の９０％である約７５００ｃｄ／ｍ^２までの範囲の値となるように、カバー搭載角αは選定される。この場合、α＝４６°～５８°±ｎπ/２（ｎ＝０、１…）またはα＝８２°～９４°±ｎπ/２（ｎ＝０、１…）となる。この時、輝度Ｉ_Ｐは約１７５ｃｄ／ｍ^２から約３１５ｃｄ／ｍ^２までの範囲の値となる。

　図７のＲＨＤの場合、表示像１６０の輝度Ｉの最大値は約７６００ｃｄ／ｍ^２である。そのため、表示像１６０の輝度Ｉが、最大値７６００ｃｄ／ｍ^２の６５％である約５０００ｃｄ／ｍ^２から最大値７６００ｃｄ／ｍ^２の９０％である約６８００ｃｄ／ｍ^２までの範囲の値となるように、カバー搭載角αは選定される。この場合、α＝４３°～５４°±ｎπ/２（ｎ＝０、１…）またはα＝７６°～８７°±ｎπ/２（ｎ＝０、１…）となる。この時、輝度Ｉ_Ｐは約２１０ｃｄ／ｍ^２から約３４０ｃｄ／ｍ^２までの範囲の値となる。

　図８のグラフはθ_ＬＣＤ＝１５０°、カバー搭載角αと、ＲＨＤのＳ偏光＋Ｐ偏光の輝度Ｉ、ＲＨＤのＰ偏光の輝度Ｉ_Ｐ、ＬＨＤのＳ偏光＋Ｐ偏光の輝度Ｉ、ＬＨＤにおけるＰ偏光の輝度Ｉ_Ｐとの関係を示している。

　図８のＬＨＤの場合、表示像１６０の輝度Ｉの最大値は約９２００ｃｄ／ｍ^２である。そのため、表示像１６０の輝度Ｉが、最大値９２００ｃｄ／ｍ^２の６５％である約６０００ｃｄ／ｍ^２から最大値９２００ｃｄ／ｍ^２の９０％である約８３００ｃｄ／ｍ^２までの範囲の値となるように、カバー搭載角αは選定される。この場合、α＝０°～１３°±ｎπ/２（ｎ＝０、１…）またはα＝５２°～６５°±ｎπ/２（ｎ＝０、１…）となる。この時、輝度Ｉ_Ｐは約１１５ｃｄ／ｍ^２から約２７０ｃｄ／ｍ^２までの範囲の値となる。

　図８のＲＨＤの場合、表示像１６０の輝度Ｉの最大値は約８６００ｃｄ／ｍ^２である。そのため、表示像１６０の輝度Ｉが、最大値８６００ｃｄ／ｍ^２の６５％である約５６００ｃｄ／ｍ^２から最大値８６００ｃｄ／ｍ^２の９０％である約７７００ｃｄ／ｍ^２までの範囲の値となるように、カバー搭載角αは選定される。この場合、α＝４８°～６０°±ｎπ/２（ｎ＝０、１…）またはα＝８５°～９７°±ｎπ/２（ｎ＝０、１…）となる。この時、輝度Ｉ_Ｐは約１５０ｃｄ／ｍ^２から約３００ｃｄ／ｍ^２までの範囲の値となる。

　このように、θ_ＬＣＤに応じて、カバー搭載角αを選定することにより、運転手４００が視認する表示像１６０の輝度Ｉを調整することが出来る。

　（実施形態２）
　次に、実施形態２における、カバー搭載角αの選定方法について述べる。実施形態２において、カバー搭載角αは、表示像１６０のＳ＋Ｐ偏光の輝度Ｉが最大値となるように選定される。図９は、実施形態２における、表示光の偏光方向を示している。

　実施形態２では、位置Ｄにおける、表示光の偏光方向が、ｘ軸（反射鏡で反射した表示器の虚像における長手方向軸）と平行になるように、カバー搭載角αが選定される。つまり、Ｓ偏光成分が最も大きくなるように、カバー搭載角αが選定される。そして、上述したように、Ｓ偏光の反射率ＲｓはＰ偏光の反射率Ｒｐに比べて大きい。そのため、裸眼における虚像の輝度Ｉは最大値となる。

　次に図１０は、実施形態２における、カバー搭載角αの例を示している。なお、Ｉ_０＝１２００００ｃｄ／ｍ^２、Ｔ_ＴＦＴ＝０．５、Ｒ＝０．５、Ｒｓ＝０．３７３、Ｒｐ＝０．０２４、Ａ_１＝０．５、Ａ_２＝０．３９、Δθ＝±５、である。

　図１０のグラフはθ_ＬＣＤ＝４５°、カバー搭載角αと、ＲＨＤのＳ偏光＋Ｐ偏光の輝度Ｉ、ＲＨＤのＰ偏光の輝度Ｉ_Ｐ、ＬＨＤのＳ偏光＋Ｐ偏光の輝度Ｉ、ＬＨＤにおけるＰ偏光の輝度Ｉ_Ｐとの関係を示している。

　ＬＨＤの場合、表示像１６０の輝度Ｉの最大値は約７６００ｃｄ／ｍ^２である。そのため、表示像１６０の輝度Ｉが、最大値７６００ｃｄ／ｍ^２となるように、カバー搭載角αは選定される。輝度Ｉが最大となるαをα_{ｍａｘ（ＬＨＤ）}とすると、α_{ｍａｘ（ＬＨＤ）}＝２５°±ｎπ/２（ｎ＝０、１…）が選定される。

　ＲＨＤの場合、表示像１６０の輝度Ｉの最大値は約８３００ｃｄ／ｍ^２である。そのため、表示像１６０の輝度Ｉが、最大値８３００ｃｄ／ｍ^２となるように、カバー搭載角αは選定される。この場合、α_{ｍａｘ（ＲＨＤ）}＝２０°±ｎπ/２（ｎ＝０、１…）が選
定される。

　なお、同様に、θ_ＬＣＤ＝０°においては、α_{ｍａｘ（ＬＨＤ）}＝９３°±ｎπ/２（ｎ＝０、１…）α_{ｍａｘ（ＲＨＤ）}＝８８°±ｎπ/２（ｎ＝０、１…）となる。

　また、θ_ＬＣＤ＝３０°においては、α_{ｍａｘ（ＬＨＤ）}＝１０８°±ｎπ/２（ｎ＝０、１…）、α_{ｍａｘ（ＲＨＤ）}＝１０３°±ｎπ/２（ｎ＝０、１…）が選定される。

　また、θ_ＬＣＤ＝１３５°においては、α_{ｍａｘ（ＬＨＤ）}＝７０°±ｎπ/２（ｎ＝０、１…）、α_{ｍａｘ（ＲＨＤ）}＝６５°±ｎπ/２（ｎ＝０、１…）が選定される。

　また、θ_ＬＣＤ＝１５０°においては、α_{ｍａｘ（ＬＨＤ）}＝７８°±ｎπ/２（ｎ＝０、１…）、α_{ｍａｘ（ＲＨＤ）}＝７３°±ｎπ/２（ｎ＝０、１…）が選定される。

　このように、θ_ＬＣＤに応じてαを選定することで、表示像１６０の輝度Ｉを最大値とすることが出来る。

　（実施形態３）
　実施形態３では、図１１のように、筐体内にモータ３００が更に設けられている。そして、モータ３００は、防塵カバー１５０と接続されている。また、モータ３００はカバー操作リモコン３１０と接続されている。

　このようにすると、モータ３００の回動に応じて、防塵カバー１５０が回転する。そのため、防塵カバー１５０の圧延方向と虚像長手方向軸１２１ａとのなす角が変化するため、カバー搭載角度αが変化する。従って、運転手４００は、自分の好みに応じて表示像１６０の輝度Ｉや表示像１６０のＰ偏光成分の輝度Ｉ_Ｐを増減させることが出来る。

　操作リモコン３１０は、上スイッチ３１１と下スイッチ３１２が設けられている。上スイッチ３１１が押されると、防塵カバー１５０が右回転するように、モータ３００は回動される。

　一方で、下スイッチ３１２が押されると、防塵カバー１５０が左回転するように、モータ３００は回動される。

　（その他の実施形態）
　なお、上記実施形態では、筐体１０１を車両のインストルメントパネル内部に設置するようにしたが、本開示はこれに限定されるものではなく、図１２のように、発光素子１１０、表示器１２０、凹面鏡１４０、及び防塵カバー１５０を車両の上方部に設けて、コンバイナ５００と反射させることで、虚像を結像するようにしても良い。

　また、上記実施形態では、ウィンドシールドに表示光を反射させるようにしたが、本開示はこれに限定されるものではなく、ウィンドシールドと別に設けられたコンバイナに表示光を反射させるようにしてもよい。

　また、反射鏡として、反射鏡１３０と凹面鏡１４０とを使用するものとして説明したが、例えば凹面鏡１４０を廃止して、反射鏡１３０のみとして、反射鏡１３０から反射した表示光を投射位置２０ａの照射するようにしたものとしても良い。この場合、数式１において、反射率Ｒは、反射率Ｒｆのみによって表現されるものとなる。あるいは、反射鏡を用いずに表示器１２０からの表示光を直接投射位置２０ａに照射するようにしたものとしても良い。この場合、数式１において、反射率Ｒは１となる。

　また、表示器１２０は、ＴＦＴ液晶パネル、デュアルスキャンタイプのディスプレイ、ＴＮセグメント液晶等が使用されるものとして説明したが、これに限定されることなく、エレクトロルミネセンス等の自発光式の表示器としても良い。更に、レーザをスキャンするレーザプロジェクターとしても良い。

　なお、輝度Ｉがその最大値の６５％～９０％となるようにカバー搭載角αを選定したが、これに限定されるこのではなく、輝度Ｉがその最大値ではない、及び最小値でもないように、カバー搭載角αを選定しても良い。このようにすると、輝度Ｉ、輝度Ｉ_Ｐのうち、極端が一方に低くなってしまうことを低減することが出来る。

Claims

　ウィンドシールド（２０）または前記ウィンドシールドとは別に設けられたコンバイナ（５００）を備える車両の運転席周辺に配置され、開口部（１００ａ）が設けられた筐体（１０１）と、
　前記筐体に収容された発光素子（１１０）と、
　前記筐内体に収容され、前記発光素子が発する光を受けて表示情報を表す表示光を発する表示器（１２０）と、
　前記筐体内に収容され、前記表示光を反射する反射鏡（１３０）と、
　前記開口部に取り付けられた防塵カバー（１５０）とを備え、
　前記ウィンドシールドまたは前記コンバイナに、前記防塵カバーを透過した前記表示光を反射させることによって、前記車両の運転席から前記表示情報を虚像として視認可能に表示する車両用ヘッドアップディスプレイ装置であって、
　前記防塵カバーは、圧延されて製造された透光性を備えており、
　　前記表示器の長手方向の第１の端部側の第１の点と、前記第１の端部側とは反対方向の第２の端部側において、前記第１の点と同じ高さの第２の点とを結ぶ線を長手方向軸（１２１）とし、
　　前記防塵カバーに使用する樹脂性シートの圧延方向と、前記反射鏡で反射した前記表示器の虚像において前記長手方向軸に対応する虚像長手方向軸（１２１ａ）とのなす角度を角度αとした場合、前記角度αが調整されることによって、前記虚像の輝度が調整されているヘッドアップディスプレイ装置。
　前記発光素子の輝度をＩ_０、
　前記表示器の透過率をＴ_ＴＦＴ、
　前記反射鏡の反射率をＲとし、
　前記長手方向軸と前記表示光の偏光方向との角度をθ_ＬＣＤとし、
　前記ウィンドシールドまたは前記コンバイナで前記表示光が反射する際の入射光と反射光で定義される仮想平面（Ｐ）と、前記反射鏡で反射した前記表示器の虚像における前記虚像長手方向軸と垂直に交わる平面（Ｑ）とのなす角度を角度Δθとし、
　前記ウィンドシールドまたは前記コンバイナのｓ偏光の反射率をＲｓ、ｐ偏光の反射率をＲｐ、
　前記防塵カバーの特性によって定まる値をＡ_１、Ａ_２、
　とし、
　下記数式１で前記運転席から前記表示情報を虚像として視認する場合の輝度Ｉを表す場合、

　前記輝度Ｉがその最大値の６５％以上かつ９０％以下となるように前記角度αが選定されている請求項１に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
　前記発光素子の輝度をＩ_０、
　前記表示器の透過率をＴ_ＴＦＴ
　前記反射鏡の反射率をＲとし、
　前記長手方向軸と前記表示光の偏光方向との角度をθ_ＬＣＤとし、
　前記ウィンドシールドまたは前記コンバイナで前記表示光が反射する際の入射光と反射光で定義される仮想平面と、前記反射鏡で反射した前記表示器の虚像における前記虚像長手方向軸と垂直に交わる平面とのなす角度を角度Δθとし、
　前記ウィンドシールドまたは前記コンバイナのｓ偏光の反射率をＲｓ、ｐ偏光の反射率をＲｐ、
　前記防塵カバーの特性によって定まる値をＡ_１、Ａ_２、
　とし、
　下記数式１で前記運転席から前記表示情報を虚像として視認する場合の輝度Ｉを表す場合、

　前記輝度Ｉがその最大値ではなく、かつ最小値とはならないように、前記角度αが選定されている請求項１に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
　前記発光素子の輝度をＩ_０、
　前記表示器の透過率をＴ_ＴＦＴ、
　前記反射鏡の反射率をＲとし、
　前記長手方向軸と前記表示光の偏光方向との角度をθ_ＬＣＤとし、
　前記ウィンドシールドまたは前記コンバイナで前記表示光が反射する際の入射光と反射光で定義される仮想平面と、前記反射鏡で反射した前記表示器の虚像における前記虚像長手方向軸と垂直に交わる平面とのなす角度を角度Δθとし、
　前記ウィンドシールドまたは前記コンバイナのｓ偏光の反射率をＲｓ、ｐ偏光の反射率をＲｐ、
　前記防塵カバーの特性によって定まる値をＡ_１、Ａ_２、
　とし、
　下記数式１で前記運転席から前記表示情報を虚像として視認する場合の輝度Ｉを表す場合、

　前記輝度Ｉがその最大値となるように前記角度αが選定されている請求項１に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
　前記定数Ａ_１、Ａ_２は、
　０．３＜Ａ_１＜０．５、
　０．３９＜Ａ_２＜０．５９、と設定されている請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
　前記防塵カバーは、ポリカーボネートから形成されている請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
　前記防塵カバーは、アクリルから形成されている請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
　前記防塵カバーは、圧延工法により成形された樹脂シートから形成されている請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。