WO2017138430A1 - 表示装置及びヘッドアップディスプレイ - Google Patents

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WO2017138430A1
WO2017138430A1 PCT/JP2017/003820 JP2017003820W WO2017138430A1 WO 2017138430 A1 WO2017138430 A1 WO 2017138430A1 JP 2017003820 W JP2017003820 W JP 2017003820W WO 2017138430 A1 WO2017138430 A1 WO 2017138430A1
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projection
screen
projection light
light
projector
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PCT/JP2017/003820
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English (en)
French (fr)
Inventor
一夫 諸橋
芽久実 佐藤
Original Assignee
日本精機株式会社
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Publication date
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    • G02B2027/0127—Head-up displays characterised by optical features comprising devices increasing the depth of field

Definitions

  • the present invention relates to a display device capable of displaying images on a plurality of surfaces and a head-up display for visually recognizing an image displayed by the display device as a virtual image.
  • a conventional head-up display is disclosed in Patent Document 1, for example.
  • Such a head-up display projects projection light emitted from one projector (projector) onto each of a first screen and a second screen that are different in distance from the projector, and the first screen and the second screen.
  • Each image displayed on the screen is projected on a transmission / reflection part located in front of the viewer.
  • the virtual image based on the image displayed on the first screen and the virtual image based on the image displayed on the second screen are visually recognized at positions at different distances from the viewer.
  • the projector 610 is on the first screen 620.
  • the first projection light 630 for displaying the first image K1 and the second projection light 650 for displaying the second image K2 on the second screen 640 disposed closer to the projector 610 than the first screen 620 are provided.
  • the light is emitted at substantially the same first projection distance R1, and the projection distance of the first projection light 630 is changed from the first projection distance R1 to the second on the path of the first projection light 630 between the projector 610 and the first screen 620.
  • a projection distance extension 660 that extends to the projection distance R2 is provided.
  • the projection distance extension unit 660 converts the image K11 that should have been displayed at the first projection distance R1 similar to that of the second screen 640 as the first image K1 on the first screen 620 away from the second screen 640. Make an image.
  • the size of the first image K1 displayed on the first screen 620 is as follows.
  • the image becomes larger than the image K11 that should have been displayed at the first projection distance R1.
  • the resolution of the first image K1 displayed on the first screen 620 is lowered.
  • the present invention provides a display device and a head-up display in which a decrease in image resolution is suppressed.
  • a display device includes a projector that emits projection light having a first projection distance, and the first projector from the projector along the projection light.
  • a first screen that receives the first projection light out of the projection light and displays a first image, and a distance along the projection light from the projector is greater than the first screen.
  • a second screen that receives a second projection light different from the first projection light and displays a second image, and has a positive refractive power (positive optical power).
  • a projection distance shortening unit that is disposed on the path of the second projection light between the projector and the second screen and shortens the projection distance of the second projection light. is there.
  • a head-up display includes a projector that emits projection light having a first projection distance, and the first projection distance from the projector along the projection light.
  • a first screen that receives the first projection light out of the projection light and displays a first image, and a distance along the projection light from the projector is shorter than the first screen.
  • a second screen arranged to receive a second projection light different from the first projection light and to display a second image; a positive refractive power; the projector and the second screen.
  • a projection distance shortening unit disposed on a path of the second projection light between the first projection light and the second projection light, and the first image and the second screen displayed on the first screen.
  • the second image displayed on the viewer A projection unit that projects toward the transmission / reflection unit located on the side, and causes the viewer to visually recognize a virtual image based on the first image and the second image via the transmission / reflection unit,
  • the screen is arranged so that an optical path of light based on the first image toward the viewer is shorter than an optical path of light based on the second image.
  • the projection light emitted from one projector can display a plurality of images at different positions in the depth direction while suppressing a decrease in resolution.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a head-up display according to a first embodiment of the present invention.
  • HUD head-up display
  • the HUD 1 is mounted on, for example, an automobile, and as shown in FIG. 1, the display device 10, a plane mirror (projection unit) 30, a concave mirror (projection unit) 40, a housing 50, and a control board (illustrated). Not).
  • the HUD 1 transmits the first display light N1 of the first image M1 and the second display light N2 of the second image M2 displayed on the display device 10 by using the plane mirror 30 and the concave mirror 40.
  • Example) Reflecting toward 2 displays the first virtual image V1 of the first image M1 and the second virtual image V2 of the second image M2 to the viewer E.
  • the display device 10 includes the first image M1 and the first image so that the distance of the first display light N1 until reaching the viewpoint of the viewer E is shorter than the distance of the second display light N2.
  • Two images M2 are displayed. Thereby, the viewer E visually recognizes the first virtual image V1 based on the first image M1 at a position closer to the second virtual image V2 based on the second image M2.
  • the housing 50 is made of, for example, black light-shielding synthetic resin, and houses the display device 10, the plane mirror 30, and the concave mirror 40 inside, and a control board (not shown) is attached to the outside.
  • the housing 50 has an opening 50a that allows the display light N (the first display light N1 and the second display light N2) to pass through the windshield 2.
  • the opening 50a is covered with a translucent cover 50b. Yes.
  • the display device 10 displays a plurality of images at different positions in the depth direction.
  • the display device 10 of the present embodiment displays two images, a first image M1 and a second image M2 that is farther in the depth direction than the first image M1.
  • the display device 10 of the present invention may display images at three or more different positions in the depth direction. The configuration of the display device 10 will be described in detail later.
  • the plane mirror (projection unit) 30 is obtained by forming a reflective film on the surface of a base material made of, for example, a synthetic resin or a glass material by means such as vapor deposition, and the first screen 23 and the second screen 24 of the display device 10 are provided.
  • the first display light N1 based on the first image M1 to be displayed and the second display light N2 based on the second image M2 are reflected toward the concave mirror 40.
  • the concave mirror (projection unit) 40 is obtained by forming a reflective film on the surface of a base material made of, for example, a synthetic resin material by means such as vapor deposition, and the first display light N1 and the second display light N2 reflected by the plane mirror 30. Is a mirror having a concave free-form curved surface that further reflects and exits toward the windshield 2.
  • the first display light N1 and the second display light N2 reflected by the concave mirror 40 pass through the translucent cover 50b provided in the opening 50a of the housing 50 and reach the windshield 2.
  • the first display light N1 and the second display light N2 are reflected by the windshield 2 to the viewer E side, and the first virtual image V1 based on the first display light N1 and the second virtual image V2 based on the second display light N2 are visually recognized. Let the person E visually recognize it.
  • the concave mirror 40 has a function as a magnifying glass, and may enlarge the first image M1 and the second image M2 displayed on the display device 10 and reflect them to the windshield 2 side.
  • the concave mirror 40 may have a function of reducing distortion of the first virtual image V1 and the second virtual image V2 caused by the windshield 2 being a curved surface.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the paths of the first projection light L1 and the second projection light L2 emitted from the projector 20, and in particular, emitted from predetermined pixels 201a and 202a of the display 200 described later. It is a figure explaining the path
  • the display device 10 includes a projector 20 that emits projection light L, a first fold mirror 21 that reflects and reflects the projection light L from the projector 20, and a first fold mirror 21.
  • the second fold mirror 22 that reflects and reflects the projection light L of the first projection light L, and the first projection light L1 of the projection light L is received by the back surface, and the first image M1 in which the first projection light L1 is formed on the front surface is displayed.
  • a projection distance shortening unit 25 that is disposed on the path of the second projection light L2 between the second screen 24 and shortens the projection distance P of the second projection light L2.
  • the projector 20 connects the display 200 that generates the projection light L and the projection light L generated by the display 200 with a screen farther from the projector 20 (first screen 23).
  • a projection light L having a first projection distance P1 equal to the optical path length of the projection light L from the imaging unit 204 to the first screen 23 is emitted toward the first fold mirror 21.
  • the projection light L emitted from the projector 20 toward the first screen 23 is referred to as the first projection light L1
  • the projection light L toward the second screen 24 is referred to as the second projection light L2.
  • the projection distance P here refers to the distance from the imaging unit 204 to the position where the projection light L is imaged, and may be called a projection distance, an imaging distance, an image plane distance, or the like.
  • the first projection distance P1 included in the first projection light L1 and the second projection light L2 emitted from the projector 20 may not be strictly equal and may be approximately equal. Specifically, the first projection distance P1 of the first projection light L1 and the second projection light L2 only needs to be within the depth of focus Q that can generate a substantially focused image.
  • the focal depth Q is the forward focal depth Qa on the projector 20 (imaging unit 204) side from the first projection distance P1, and the opposite side of the projector 20 (imaging unit 204) from the first projection distance P1.
  • rear focal depth Qb Specifically, the focal depth Q has a range of about 6 mm, for example, the front focal depth Qa is 3 mm and the rear focal depth is 3 mm. Note that the depth of focus may be referred to as an image plane depth.
  • the display 200 has a display area in which a plurality of pixels are arranged in a matrix.
  • a reflective display element such as DMD (Digital MicroMirror Device) or LCOS (registered trademark: Liquid Crystal On Silicon) or a TFT (Thin Film).
  • a transmissive display element such as a liquid crystal panel, and a first projection light L1 for displaying the first image M1 and a second image M2 for displaying the first image M1 based on a control signal from a control board (not shown).
  • the projection light L including the two projection lights L ⁇ b> 2 is emitted toward the first fold mirror 21.
  • the display area of the display device 200 includes a first display area 201 that generates the first projection light L1, a second display area 202 that generates the second projection light L2, a first display area 201, and a second display.
  • the third display area 203 is located between the area 202 and is not displayed.
  • a point 231 emitted from a pixel 201 a at the boundary with the third display region 203 in the first display region 201 and closest to the second screen 24 on the first screen 23.
  • a point 241 on the second screen 24 closest to the first screen 23 is emitted from the pixel 202a at the boundary between the optical path of the imaging light beam 26 to be imaged and the third display region 203 of the second display region 202. Only the optical path of the imaging light beam 27 to be imaged is shown, and the other optical paths of the projection light L are omitted.
  • the imaging unit 204 includes a single lens or a plurality of lenses, and projects the projection light L generated by the display device 200 toward the first screen 23 and the second screen 24 in an enlarged manner.
  • the imaging unit 204 adjusts the projection distance P of the projection light L emitted from the projector 20.
  • the imaging unit 204 performs the first projection in which the projection distance P of the projection light L (the first projection light L1 and the second projection light L2) is equal to the distance from the imaging unit 204 to the first screen 23. Adjust to the distance P1.
  • the imaging unit 204 is focused from the imaging unit 204 toward the point 231 on the first screen 23 and focused toward the point 241 on the second screen 24.
  • the light beam 27 is converged at the position of the first projection distance P1 from the imaging unit 204.
  • the imaging unit 204 may include a single or a plurality of curved mirrors.
  • the first fold mirror (reflecting unit) 21 is disposed on the path of the projection light L between the projector 20 and the second fold mirror 22, and the first projection light L 1 and the second projection emitted from the projector 20. It is composed of a plane mirror that does not have a refractive power (optical power) that reflects the light L2 on the same surface toward the second fold mirror 22. Since the optical path of the projection light L is folded by providing the first fold mirror 21, the package size in the primary direction of the display device 10 becomes more compact.
  • the first fold mirror 21 of the present embodiment includes the imaging light beam 26 emitted from the pixel 201 a at the boundary between the first display area 201 and the third display area 203, and the third display area 202.
  • first fold mirror 21 It is arranged closer to the projector 20 than the branch point 28 where the imaging light beam 27 emitted from the pixel 202a at the boundary with the region 203 branches (the first projection light L1 and the second projection light L2 branch).
  • a plurality of first fold mirrors 21 may be provided between the projector 20 and the second fold mirror 22, and the first fold mirror 21 may be omitted. Further, the first fold mirror 21 may be arranged farther from the projector 20 than the branch point 28. When the first fold mirror 21 is thus arranged farther from the projector 20 than the branch point 28, the first fold mirror 21 receives the first projection light L1 and the second projection light L2. You may divide and provide by the fold mirror which receives light.
  • the second fold mirror 22 is disposed on the path of the projection light L between the first fold mirror 21 and the first screen 23, and receives the first projection light L1 and the second projection light L2 emitted from the projector 20.
  • the first screen 23 and the second screen 24 are configured by a plane mirror that does not have a refractive power (optical power) reflected. Since the optical path of the projection light L is folded by providing the second fold mirror 22, the package size in the primary direction of the display device 10 becomes more compact.
  • the second fold mirror 22 of the present embodiment is disposed closer to the projector 20 than the branch point 28 where the first projection light L1 and the second projection light L2 branch. Thereby, the size of the second fold mirror 22 can be kept small.
  • a plurality of second fold mirrors 22 may be provided between the first fold mirror 21 and the first screen 23, or the second fold mirror 22 may be omitted. Further, the second fold mirror 22 may be arranged farther from the projector 20 than the branch point 28. When the second fold mirror 22 is thus arranged farther from the projector 20 than the branch point 28, the second fold mirror 22 receives the first projection light L1 and the second projection light L2. You may divide and provide by the fold mirror which receives light.
  • the first screen 23 is a transmissive screen having a flat surface or a curved surface, and includes, for example, a holographic diffuser, a microlens array, a diffusion plate, and the like, and enters the optical path of the first projection light L1 from the imaging unit 204 of the projector 20.
  • the first projection light L1 that is disposed along the first projection distance P1 and emitted from the projector 20 is received on the back surface, and the first image M1 is displayed (imaged) on the front surface side.
  • the first screen 23 displays the first image M1
  • the first display light N1 indicating the first image M1 is projected onto the windshield 2 by the projection unit (the plane mirror 30 and the concave mirror 40), and is viewed by the windshield 2.
  • the first screen 23 is not necessarily disposed at the position of the first projection distance P1, but may be in the vicinity of the position of the first projection distance P1. Specifically, the first screen 23 only needs to be provided within the focal depth Q with the first projection distance P1 as the center and can generate the first image M1 that is substantially in focus.
  • the second screen 24 is a transmissive screen having a flat surface or a curved surface.
  • the second screen 24 includes, for example, a holographic diffuser, a microlens array, a diffusing plate, and the like.
  • the second projection light L2 which is disposed along the optical axis of the projection light L2 by a second projection distance P2 that is shorter than the first projection distance P1, is emitted from the projector 20 on the back surface, and is projected on the front side.
  • Two images M2 are displayed.
  • the second display light N2 indicating the second image M2 is projected onto the windshield 2 by a plane mirror 30 and a concave mirror 40, which will be described later, and viewed from the viewer E.
  • the second virtual image V2 is displayed on the other side of 2.
  • the second screen 24 is not necessarily disposed at the position of the second projection distance P2, but may be in the vicinity of the position of the second projection distance P2.
  • the second screen 24 only needs to be provided within the focal depth Q centered on the second projection distance P2, and can generate the second image M2 that is substantially in focus.
  • the first screen 23 is arranged farther from the projector 20 than the second screen 24. That is, the optical path length of the first display light N1 traveling from the first screen 23 toward the viewer E is shorter than the optical path length of the second display light N2 traveling from the second screen 24 toward the viewer E. . Therefore, the distance (display distance) from the viewer E to the position where the first virtual image V1 is displayed is shorter than the distance (display distance) from the viewer E to the position where the second virtual image V2 is displayed.
  • the HUD 1 in the present embodiment can be displayed so that the first virtual image V1 is at a position closer to the second virtual image V2. In the present embodiment, the display distance of the first virtual image V1 is 2 m, and the display distance of the second virtual image V2 is 5 m.
  • the first screen 23 has a normal direction with respect to the optical axis of the first display light N1 directed toward the eye box 3 via the projection unit (plane mirror 30, concave mirror 40) and the transmission reflection unit (front glass 2).
  • the second screen 24 is also arranged so that the normal direction of the second screen 24 is the second direction toward the eye box 3 through the projection part (plane mirror 30, concave mirror 40) and the transmission / reflection part (windshield 2). It arrange
  • the first screen 23 and / or the second screen 24 may be arranged such that the normal direction has a predetermined angle with respect to the optical axis of the first display light N1 and / or the second display light N2. Good. In such a case, the 1st virtual image V1 and / or the 2nd virtual image V2 which HUD1 produces
  • the projection distance shortening unit 25 is composed of a single single-convex lens or biconvex lens having a positive refractive power, and is disposed on the path of the second projection light L2 between the first projection distance P1 and the branch point 28.
  • the projection distance P of the two projection light L2 is adjusted to the second projection distance P2 shortened from the first projection distance P1.
  • the second projection light L2 displays (forms) an in-focus second image M2 on the second screen 24 disposed closer to the projector 20 than the first screen 23.
  • the first projection light L1 having the first projection distance P1 causes the first image M1 focused on the first screen 23 located far from the projector 20 without reducing the resolution.
  • the second projection light L2 which was initially displayed and had the first projection distance P1, is a second screen positioned closer to the projector 20 than the first screen 23 by the action of the projection distance shortening unit 25. 24, it is possible to display the focused second image M2 with high resolution.
  • the projection distance shortening unit 25 may be configured by a lens group having negative refractive power as a whole by combining one or a plurality of single-convex lenses, biconvex lenses, single-concave lenses, and biconcave lenses.
  • the light distribution adjustment unit 29 is an optical system having a negative refractive power, and includes, for example, a single concave lens or a lens group including a single or a plurality of concave lenses, and includes a projection distance shortening unit 25 to a second screen 24. It is arranged on the path of the second projection light L2 between.
  • the light distribution adjusting unit 29 refracts the optical axis of each imaging light beam 27 emitted from each pixel of the second display region 202 on the display device 200 and emits it to the second screen 24.
  • the imaging light beam 27 (second projection light L2) emitted from each pixel of the display device 200 is adjusted in the convergence direction by the projection distance shortening unit 25, it is emitted from each pixel of the second screen 24.
  • the second display light N2 can be corrected in the direction of divergence, and even when the projection distance shortening unit 25 is used, the second display light N2 emitted from the second screen 24 is appropriately applied to the eye box 3 of the viewer E. Can be directed.
  • FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of the HUD 1a in the second embodiment
  • FIG. 5 shows the arrangement of optical members and the first projection light L1 (imaging light beam 26) in the display device 10a of the second embodiment
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an optical path of the second projection light L2 (imaging light beam 27).
  • the display device 10a of the second embodiment is different from the first embodiment in that the projection distance shortening unit 25a is configured by a reflection curved surface 222 on the second fold mirror 22a.
  • the second fold mirror 22a of the second embodiment is disposed farther from the projector 20 than the branch point 28 where the first projection light L1 and the second projection light L2 diverge, and refracts to reflect the first projection light L1. It includes at least a reflection plane 221 having no force and a concave reflection curved surface 222 having a positive refractive power for reflecting the second projection light L2 and functioning as the projection distance shortening portion 25a.
  • the reflection curved surface 222 (projection distance shortening unit 25a) is formed of a convex free-form surface having a positive refractive power, and the first projection in which the projection distance P of the second projection light L2 is adjusted by the imaging unit 204.
  • the distance P1 is adjusted to the shortened second projection distance P2.
  • the second projection light L2 displays (forms an image) the second image M2 in a focused state on the second screen 24 disposed near the projector 20 from the first screen 23.
  • a plurality of second fold mirrors 22a may be provided between the first fold mirror 21 and the second screen 24, and the negative refractive power required to extend the projection distance P of the second projection light L2. May be constituted by the refractive power of the plurality of second fold mirrors 22a. Further, the second fold mirror 22 may be provided by being divided into a fold mirror that receives the first projection light L1 and a fold mirror that receives the second projection light L2.
  • the projection distance shortening unit 25 may be configured by combining the refractive optical system as shown in the first embodiment and the reflective optical system as shown in the second embodiment.
  • the display device 10 includes the projector 20 that emits the projection light L having the first projection distance P1, and the first projection distance from the projector 20 along the projection light L.
  • a first screen 23 arranged to be spaced apart from P1 and receiving the first projection light L1 of the projection light L and displaying the first image M1, and the distance along the projection light L from the projector 20 is the first screen.
  • a second screen 24 that receives the second projection light L2 that is different from the first projection light L1 out of the projection light L and displays the second image M2, and has a positive refraction.
  • the second projection light L2 is disposed on the path of the second projection light L2 between the projector 20 and the second screen 24, and the projection distance P of the second projection light L2 is shorter than the initial first projection distance P1. 2 is provided with a projection distance shortening unit 25 that shortens the projection distance P2.
  • the optical path of the first projection light L1 from the first screen 23 to the first screen 23 is emitted from one projector 20 because no optical member having a negative refractive power is disposed on the projector 20 side of the second screen 24. With the projection light L, it is possible to display a plurality of images at different positions in the depth direction while suppressing a decrease in resolution.
  • the display device 10 of the present embodiment sends the first projection light L1 and the second projection light L2 to the first screen 23 and the first projection on the path of the projection light L between the projector 20 and the first screen 23.
  • a reflection part (second fold mirror 22 a) that reflects toward each of the two screens 24 is further provided, and the second fold mirror 22 a reflects the first projection light L 1 toward the first screen 23. 1 reflection surface) and a reflection curved surface 222 (second reflection surface) that reflects the second projection light L2 toward the second screen 24, and the projection distance shortening portion 25a is formed as the reflection curved surface 222.
  • the projection distance P of a part of the projection light L (second projection light L2) can be shortened by the second fold mirror 22a, the projection light L is turned back and the optical path of the projection light L is made compact.
  • the first image M1 and the second image M2 can be formed on the first screen 23 and the second screen 24 having different projection distances P, respectively.
  • the second fold mirror 22a of the second embodiment since the second fold mirror 22a of the second embodiment is provided so that the first projection light L1 and the second projection light L2 can be reflected on the same plane, the second fold mirror 22a receives the first projection light L1 and receives the projection distance P. Relative to the first reflection surface 221 that reflects toward the first screen 23 having a long projection length and the second reflection surface 222 that receives the second projection light L2 and reflects toward the second screen 24 having a short projection distance P. Thus, the positional accuracy of the image is improved, and it is possible to reduce the focus shift of the image displayed on each screen due to an assembling error and the variation of the projection position.
  • the light distribution adjustment unit 29 having a negative refractive power is disposed on the optical path of the second projection light L2 from the projection distance shortening unit 25 to the second screen 24.
  • the present invention can be used, for example, as a display device or a head-up display mounted on a vehicle.

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Abstract

１つの投射器から出射される投影光により、奥行き方向の異なった位置に複数の画像をそれぞれ解像度の低下を抑えて表示する。　投影器２０は、第１の投影距離Ｐ１を有する第１投影光Ｌ１と第１投影光Ｌ１とを出射し、正の屈折力を有する投影距離短縮部２５を、投影器２０と第２スクリーン２４との間の第２投影光Ｌ２の経路上に配置することで、第２投影光Ｌ２の投影距離Ｐを初期の第１投影距離Ｐ１よりも短い第２投影距離Ｐ２に短縮し、投影器２０から第１スクリーン２３までの第１投影光Ｌ１の光路は、第２スクリーン２４よりも投影器２０側において、負の屈折力を有する光学部材を配置しない。

Description

表示装置及びヘッドアップディスプレイ
　本発明は、複数の面に画像を表示可能な表示装置と、この表示装置が表示した画像を虚像として視認させるヘッドアップディスプレイに関するものである。
　従来のヘッドアップディスプレイは、例えば、特許文献１に開示されるものがある。このようなヘッドアップディスプレイは、１つのプロジェクタ（投射器）から出射される投影光を、プロジェクタからの距離が異なる第１スクリーンと第２スクリーンとのそれぞれに投影し、この第１スクリーンと第２スクリーンとに表示されたそれぞれの画像を視認者前方に位置する透過反射部に映す。これにより、視認者から距離が異なる位置に、第１スクリーンに表示された画像に基づく虚像と、第２スクリーンに表示された画像に基づく虚像と、を視認させるものである。
特開２０１５－０１１２１１号公報
　図５に示されるように、異なる距離Ｒ１，Ｒ２に配置される２つのスクリーン６４０，６２０に、１つの投影器６１０でそれぞれ画像を投影するためには、投影器６１０は、第１スクリーン６２０上に第１画像Ｋ１を表示する第１投影光６３０と、第１スクリーン６２０よりも投影器６１０の近傍に配置される第２スクリーン６４０上に第２画像Ｋ２を表示する第２投影光６５０とを概ね同じ第１投影距離Ｒ１で出射し、投影器６１０と第１スクリーン６２０との間の第１投影光６３０の経路上に第１投影光６３０の投影距離を、第１投影距離Ｒ１から第２投影距離Ｒ２に延長する投影距離延長部６６０を設ける。この投影距離延長部６６０は、第２スクリーン６４０と同様の第１投影距離Ｒ１で表示されるはずであった画像Ｋ１１を、第２スクリーン６４０より離れた第１スクリーン６２０上で第１画像Ｋ１として結像させる。
　しかしながら、このように一部の投影光（第１投影光６３０）の第１投影距離Ｒ１を第２投影距離Ｒ２に延長した場合、第１スクリーン６２０に表示される第１画像Ｋ１の大きさは、第１投影距離Ｒ１で表示されるはずであった画像Ｋ１１より大きくなる。これにより、第１スクリーン６２０に表示される第１画像Ｋ１の解像度が低下してしまうという問題があった。
　そこで、本発明は、画像の解像度の低下を抑えた表示装置及びヘッドアップディスプレイを提供するものである。
　上記の課題を解決するため、本発明の第１の観点に係る表示装置は、第１の投影距離を有する投影光を出射する投影器と、前記投影光に沿って前記投影器から前記第１の投影距離を隔てて配置され、前記投影光のうち第１投影光を受光し、第１画像を表示する第１スクリーンと、前記投影器から前記投影光に沿った距離が前記第１スクリーンよりも短くなる位置に配置され、前記投影光のうち前記第１投影光と異なる第２投影光を受光し、第２画像を表示する第２スクリーンと、を備え、正の屈折力（正の光学的パワー）を有し、前記投影器と前記第２スクリーンとの間の前記第２投影光の経路上に配置され、前記第２投影光の投影距離を短くする投影距離短縮部を備えるものである。
　また、本発明の第２の観点に係るヘッドアップディスプレイは、第１の投影距離を有する投影光を出射する投影器と、前記投影光に沿って前記投影器から前記第１の投影距離を隔てて配置され、前記投影光のうち第１投影光を受光し、第１画像を表示する第１スクリーンと、前記投影器から前記投影光に沿った距離が前記第１スクリーンよりも短くなるように配置され、前記投影光のうち前記第１投影光と異なる第２投影光を受光し、第２画像を表示する第２スクリーンと、正の屈折力を有し、前記投影器と前記第２スクリーンとの間の前記第２投影光の経路上に配置され、前記第２投影光の投影距離を短くする投影距離短縮部と、前記第１スクリーンに表示された前記第１画像と前記第２スクリーンに表示された前記第２画像とを視認者前方に位置する透過反射部に向けて投射し、前記視認者に前記透過反射部を介して前記第１画像と前記第２画像とに基づく虚像を視認させる投射部と、を備え、前記第１スクリーンは、前記視認者に向かう前記第１画像に基づく光の光路が、前記第２画像に基づく光の光路よりも短くなるように配置されるものである。
　１つの投射器から出射される投影光により、奥行き方向の異なった位置に複数の画像をそれぞれ解像度の低下を抑えて表示することができる。
本発明の第１実施形態のヘッドアップディスプレイの概略構成図。 同上実施形態における表示装置の構成と投影光の光路を示す図。 本発明の第２実施形態のヘッドアップディスプレイの概略構成図。 同上実施形態における表示装置の構成と投影光の光路を示す図。 従来の表示装置の構成と投影光の光路を示す図。
　以下、添付の図面に基づいて、本発明のヘッドアップディスプレイ（以下、ＨＵＤと記載）１及び表示装置１０の第１実施形態を説明する。
（第１実施形態）
　ＨＵＤ１は、例えば自動車に搭載されるものであり、図１に示すように、表示装置１０と、平面鏡（投射部）３０と、凹面鏡（投射部）４０と、筐体５０と、制御基板（図示しない）と、を備える。ＨＵＤ１は、表示装置１０が表示する第１画像Ｍ１の第１表示光Ｎ１と、第２画像Ｍ２の第２表示光Ｎ２とを、平面鏡３０と凹面鏡４０とで車両のフロントガラス（透過反射部の一例）２に向けて反射することで、視認者Ｅに対して第１画像Ｍ１の第１虚像Ｖ１と、第２画像Ｍ２の第２虚像Ｖ２とを表示する。後に詳述するが、表示装置１０は、視認者Ｅの視点に到達するまでの第１表示光Ｎ１の距離が、第２表示光Ｎ２の距離よりも短くなるように、第１画像Ｍ１及び第２画像Ｍ２を表示する。これにより、視認者Ｅは、第１画像Ｍ１に基づく第１虚像Ｖ１を、第２画像Ｍ２に基づく第２虚像Ｖ２よりも近い位置に視認する。
　筐体５０は、例えば黒色の遮光性合成樹脂から形成され、表示装置１０、平面鏡３０、凹面鏡４０を内部に収納し、外部に制御基板（図示しない）が取り付けられる。
　筐体５０は、表示光Ｎ（第１表示光Ｎ１、第２表示光Ｎ２）をフロントガラス２に通過させる開口部５０ａを有し、この開口部５０ａは、透光性カバー５０ｂに覆われている。
　表示装置１０は、奥行き方向の異なった位置に複数の画像をそれぞれ表示するものである。本実施形態の表示装置１０は、第１画像Ｍ１と、この第１画像Ｍ１より奥行き方向で遠い第２画像Ｍ２との２つの画像を表示する。なお、本発明の表示装置１０は、奥行き方向で異なった３以上の位置に画像をそれぞれ表示するものであってもよい。表示装置１０の構成については、後で詳述する。
　平面鏡（投射部）３０は、例えば合成樹脂やガラス材料からなる基材の表面に、蒸着等の手段により反射膜を形成したものであり、表示装置１０の第１スクリーン２３，第２スクリーン２４が表示する第１画像Ｍ１に基づく第１表示光Ｎ１，第２画像Ｍ２に基づく第２表示光Ｎ２を、凹面鏡４０に向けて反射する。
　凹面鏡（投射部）４０は、例えば合成樹脂材料からなる基材の表面に、蒸着等の手段により反射膜を形成したものであり、平面鏡３０で反射した第１表示光Ｎ１，第２表示光Ｎ２をさらに反射させ、フロントガラス２に向けて出射する凹状の自由曲面を有するミラーである。凹面鏡４０で反射した第１表示光Ｎ１，第２表示光Ｎ２は、筐体５０の開口部５０ａに設けられた透光性カバー５０ｂを透過して、フロントガラス２に到達する。第１表示光Ｎ１，第２表示光Ｎ２は、フロントガラス２で視認者Ｅ側に反射され、第１表示光Ｎ１に基づく第１虚像Ｖ１及び第２表示光Ｎ２に基づく第２虚像Ｖ２を視認者Ｅに視認させる。なお、凹面鏡４０は拡大鏡としての機能を有し、表示装置１０に表示された第１画像Ｍ１、第２画像Ｍ２を拡大してフロントガラス２側へ反射してもよい。また、凹面鏡４０は、フロントガラス２が曲面であることに起因する第１虚像Ｖ１及び第２虚像Ｖ２の歪みを軽減する機能を有していてもよい。また、本発明のＨＵＤ１は、上述した平面鏡３０、凹面鏡４０などの反射型の光学部材の代わりにレンズなどの屈折型の光学部材やこれら以外の公知となっている光学部材を投射部として適用してもよく、また反射型、屈折型などの異なる機能を有する光学部材を組み合わせたものであってもよい。以下に、図１，図２を用いて表示装置１０の具体的な構成を説明する。図２は、投影器２０から出射された第１投影光Ｌ１、第２投影光Ｌ２の経路を説明するための図であり、特に、後述する表示器２００の所定の画素２０１ａ、２０２ａから出射される第１投影光Ｌ１の一部である結像光束２６の経路と、第２投影光Ｌ２の一部である結像光束２７の経路と、を説明する図である。
（表示装置１０）
　表示装置１０は、図１に示すように、投影光Ｌを出射する投影器２０と、この投影器２０からの投影光Ｌを反射して折り返す第１フォールドミラー２１と、第１フォールドミラー２１からの投影光Ｌを反射して折り返す第２フォールドミラー２２と、投影光Ｌのうち第１投影光Ｌ１を裏面で受光し、表面に第１投影光Ｌ１が結像した第１画像Ｍ１を表示する第１スクリーン２３と、投影光Ｌのうち第２投影光Ｌ２を裏面で受光し、表面に第２投影光Ｌ２が結像した第２画像Ｍ２を表示する第２スクリーン２４と、投影器２０と第２スクリーン２４との間の前記第２投影光Ｌ２の経路上に配置され、第２投影光Ｌ２の投影距離Ｐを短くする投影距離短縮部２５と、を備える。
　投影器２０は、図２に示すように、投影光Ｌを生成する表示器２００と、表示器２００が生成した投影光Ｌを投影器２０から遠い方にあるスクリーン（第１スクリーン２３）で結像させる結像部２０４と、を備え、結像部２０４から第１スクリーン２３までの投影光Ｌの光路長に等しい第１投影距離Ｐ１を有する投影光Ｌを第１フォールドミラー２１に向けて出射する。なお、以下では、投影器２０が出射する投影光Ｌのうち第１スクリーン２３に向かうものを第１投影光Ｌ１、第２スクリーン２４に向かうものを第２投影光Ｌ２と記す。ここでいう投影距離Ｐとは、結像部２０４から投影光Ｌが結像する位置までの距離を示し、投射距離、結像距離、像面距離などと呼ばれてもよい。投影器２０が出射する第１投影光Ｌ１と第２投影光Ｌ２とが有する第１投影距離Ｐ１は、厳密に等しくなくてもよく、概ね等しければよい。具体的には、第１投影光Ｌ１と第２投影光Ｌ２とが有する第１投影距離Ｐ１は、概ねピントの合った画像を生成することができる焦点深度Ｑ内であればよい。なお、焦点深度Ｑは、第１投影距離Ｐ１から投影器２０（結像部２０４）側の前方焦点深度Ｑａと、第１投影距離Ｐ１から投影器２０（結像部２０４）とは反対側の後方焦点深度Ｑｂとからなる。焦点深度Ｑは、具体的に例えば、前方焦点深度Ｑａが３ｍｍ、後方焦点深度が３ｍｍからなる６ｍｍ程の範囲を有する。なお、焦点深度は、像面深度と呼ばれてもよい。
　表示器２００は、複数の画素がマトリクス状に配列した表示領域を有し、例えば、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　ＭｉｃｒｏＭｉｒｒｏｒ　Ｄｅｖｉｃｅ）やＬＣＯＳ（登録商標：Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｏｎ　Ｓｉｌｉｃｏｎ）などの反射型表示素子やＴＦＴ（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）液晶パネルなどの透過型表示素子を有し、図示しない制御基板からの制御信号に基づき、第１画像Ｍ１を表示させるための第１投影光Ｌ１と第２画像Ｍ２を表示させるための第２投影光Ｌ２とを含む投影光Ｌを第１フォールドミラー２１に向けて出射する。
　なお、表示器２００の前記表示領域は、第１投影光Ｌ１を生成する第１表示領域２０１と、第２投影光Ｌ２を生成する第２表示領域２０２と、第１表示領域２０１と第２表示領域２０２との間に位置し、表示を行わない第３表示領域２０３と、から構成される。図２では、図をわかりやすくするため、第１表示領域２０１のうち第３表示領域２０３との境界にある画素２０１ａから出射され、第１スクリーン２３上の最も第２スクリーン２４に近い点２３１で結像する結像光束２６の光路と、第２表示領域２０２のうち第３表示領域２０３との境界にある画素２０２ａから出射され、第２スクリーン２４上の最も第１スクリーン２３に近い点２４１で結像する結像光束２７の光路のみを図示し、それ以外の投影光Ｌの光路を省略している。
　結像部２０４は、単数または複数のレンズからなり、表示器２００が生成した投影光Ｌを第１スクリーン２３、第２スクリーン２４に向けて拡大投射する。また、結像部２０４は、投影器２０から出射される投影光Ｌの投影距離Ｐを調整する。具体的には、結像部２０４は、投影光Ｌ（第１投影光Ｌ１、第２投影光Ｌ２）の投影距離Ｐを、結像部２０４から第１スクリーン２３までの距離に等しい第１投影距離Ｐ１に調整する。言い換えると、結像部２０４は、結像部２０４から第１スクリーン２３上の点２３１に向けて集光する結像光束２６と、第２スクリーン２４上の点２４１に向けて集光する結像光束２７とを、結像部２０４から第１投影距離Ｐ１の位置で収束させる。なお、結像部２０４は、単数または複数の曲面ミラーを含んでいてもよい。
　第１フォールドミラー（反射部）２１は、投影器２０と第２フォールドミラー２２との間の投影光Ｌの経路上に配置され、投影器２０から出射された第１投影光Ｌ１及び第２投影光Ｌ２を同一面で第２フォールドミラー２２に向けて反射する屈折力（光学的パワー）を有さない平面鏡で構成される。第１フォールドミラー２１を設けることで投影光Ｌの光路が折り畳まれるため、表示装置１０の一次方向におけるパッケージサイズはよりコンパクトになる。本実施形態の第１フォールドミラー２１は、第１表示領域２０１のうち第３表示領域２０３との境界にある画素２０１ａから出射される結像光束２６と、第２表示領域２０２のうち第３表示領域２０３との境界にある画素２０２ａから出射される結像光束２７とが分岐する（第１投影光Ｌ１と第２投影光Ｌ２とが分岐する）分岐点２８よりも投影器２０側に配置される。これにより第１フォールドミラー２１のサイズを小さく抑えることが可能である。
　なお、投影器２０から第２フォールドミラー２２までの間に第１フォールドミラー２１を複数設けてもよく、また第１フォールドミラー２１を省略してもよい。また、第１フォールドミラー２１は、分岐点２８よりも投影器２０から離れて配置されてもよい。このように第１フォールドミラー２１が分岐点２８よりも投影器２０から離れて配置される場合、第１フォールドミラー２１は、第１投影光Ｌ１を受光するフォールドミラーと、第２投影光Ｌ２を受光するフォールドミラーとで分割して設けられていてもよい。
　第２フォールドミラー２２は、第１フォールドミラー２１と第１スクリーン２３との間の投影光Ｌの経路上に配置され、投影器２０から出射された第１投影光Ｌ１及び第２投影光Ｌ２を第１スクリーン２３、第２スクリーン２４に反射する屈折力（光学的パワー）を有さない平面鏡で構成される。第２フォールドミラー２２を設けることで投影光Ｌの光路が折り畳まれるため、表示装置１０の一次方向におけるパッケージサイズはよりコンパクトになる。本実施形態の第２フォールドミラー２２は、第１投影光Ｌ１と第２投影光Ｌ２とが分岐する分岐点２８よりも投影器２０側に配置される。これにより第２フォールドミラー２２のサイズを小さく抑えることが可能である。
　なお、第１フォールドミラー２１から第１スクリーン２３までの間に第２フォールドミラー２２を複数設けてもよく、また第２フォールドミラー２２を省略してもよい。また、第２フォールドミラー２２は、分岐点２８よりも投影器２０から離れて配置されてもよい。このように第２フォールドミラー２２が分岐点２８よりも投影器２０から離れて配置される場合、第２フォールドミラー２２は、第１投影光Ｌ１を受光するフォールドミラーと、第２投影光Ｌ２を受光するフォールドミラーとで分割して設けられていてもよい。
　第１スクリーン２３は、平面又は曲面を有する透過スクリーンであり、例えば、ホログラフィックディフューザ、マイクロレンズアレイ、拡散板等によって構成され、投影器２０の結像部２０４から第１投影光Ｌ１の光路に沿って第１投影距離Ｐ１だけ離れて配置され、投影器２０から出射された第１投影光Ｌ１を背面で受光し、表面側に第１画像Ｍ１を表示（結像）する。第１スクリーン２３が第１画像Ｍ１を表示すると、この第１画像Ｍ１を示す第１表示光Ｎ１は、投射部（平面鏡３０、凹面鏡４０）によりフロントガラス２に投射され、フロントガラス２により視認者Ｅ側（所定の領域からなるアイボックス３）に反射される。これにより、視認者Ｅは、前記アイボックス内に視点を置くことで、フロントガラス２の向こう側に第１虚像Ｖ１を視認することができる。なお、第１スクリーン２３は、厳密に第１投影距離Ｐ１の位置に配設されずに、概ね第１投影距離Ｐ１の位置の近傍であればよい。具体的には、第１スクリーン２３は、第１投影距離Ｐ１を中心とした焦点深度Ｑ内に設けられ、概ねピントの合った第１画像Ｍ１を生成することができればよい。
　第２スクリーン２４は、第１スクリーン２３と同様、平面又は曲面を有する透過スクリーンであり、例えば、ホログラフィックディフューザ、マイクロレンズアレイ、拡散板等によって構成され投影器２０の結像部２０４から第２投影光Ｌ２の光軸に沿って第１投影距離Ｐ１よりも短い第２投影距離Ｐ２だけ離れて配置され、投影器２０から出射された第２投影光Ｌ２を背面で受光し、表面側に第２画像Ｍ２を表示する。第２スクリーン２４が第２画像Ｍ２を表示すると、この第２画像Ｍ２を示す第２表示光Ｎ２は、後述の平面鏡３０、凹面鏡４０によりフロントガラス２に投射され、視認者Ｅから見たフロントガラス２の向こう側に第２虚像Ｖ２を表示する。なお、第２スクリーン２４は、厳密に第２投影距離Ｐ２の位置に配設されずに、概ね第２投影距離Ｐ２の位置の近傍であればよい。具体的には、第２スクリーン２４は、第２投影距離Ｐ２を中心とした焦点深度Ｑ内に設けられ、概ねピントの合った第２画像Ｍ２を生成することができればよい。
　図１に示すように、第１スクリーン２３は、第２スクリーン２４よりも投影器２０から遠くに配置される。すなわち、第１スクリーン２３から視認者Ｅに向けて進行する第１表示光Ｎ１の光路長は、第２スクリーン２４から視認者Ｅに向けて進行する第２表示光Ｎ２の光路長よりも短くなる。それゆえ、視認者Ｅから第１虚像Ｖ１が表示される位置までの距離（表示距離）は、視認者Ｅから第２虚像Ｖ２が表示される位置までの距離（表示距離）よりも短くなるので、本実施形態におけるＨＵＤ１は、第１虚像Ｖ１が第２虚像Ｖ２よりも近くの位置にあるように表示することができる。なお、本実施形態においては、第１虚像Ｖ１の表示距離は２ｍであり、第２虚像Ｖ２の表示距離は５ｍである。
　また、第１スクリーン２３は、法線方向が、投射部（平面鏡３０、凹面鏡４０）と透過反射部（フロントガラス２）を介してアイボックス３に向かう第１表示光Ｎ１の光軸に対して平行なるように配置され、そして、第２スクリーン２４も同様に、法線方向が、投射部（平面鏡３０、凹面鏡４０）と透過反射部（フロントガラス２）を介してアイボックス３に向かう第２表示光Ｎ２の光軸に対して平行になるように配置されている。なお、第１スクリーン２３または／および第２スクリーン２４は、法線方向が、第１表示光Ｎ１または／および第２表示光Ｎ２の光軸に対して所定の角度を有するように配置してもよい。このような場合、ＨＵＤ１が生成する第１虚像Ｖ１または／および第２虚像Ｖ２は、鉛直方向から傾いて視認される。
　投影距離短縮部２５は、正の屈折力を有する単数の片凸レンズまたは両凸レンズで構成され、第１投影距離Ｐ１と分岐点２８との間の第２投影光Ｌ２の経路上に配置され、第２投影光Ｌ２の投影距離Ｐを、第１投影距離Ｐ１から短縮した第２投影距離Ｐ２に調整する。これにより、第２投影光Ｌ２は、第１スクリーン２３より投影器２０に近い位置に配置された第２スクリーン２４上にピントが合った第２画像Ｍ２を表示する（結像する）。斯かる構成により、第１投影距離Ｐ１を有する第１投影光Ｌ１は、投影器２０を基準に遠方に位置する第１スクリーン２３に、解像度を低下させることなくピントの合った第１画像Ｍ１を表示しつつ、初期に第１投影距離Ｐ１を有していた第２投影光Ｌ２は、この投影距離短縮部２５の作用により、第１スクリーン２３よりも投影器２０の近傍に位置する第２スクリーン２４に、解像度の高いピントの合った第２画像Ｍ２を表示することが可能となる。
　なお、投影距離短縮部２５は、単数または複数の片凸レンズ、両凸レンズ、片凹レンズ、両凹レンズを組み合わせて全体として負の屈折力を有するレンズ群で構成されてもよい。
　配光調整部２９は、負の屈折力を有する光学系であり、例えば、単数の凹レンズ、または単数あるいは複数の凹レンズを含むレンズ群で構成され、投影距離短縮部２５から第２スクリーン２４までの間の第２投影光Ｌ２の経路上に配置される。配光調整部２９は、表示器２００上の第２表示領域２０２の各画素から出射された各結像光束２７の光軸を屈折させて、第２スクリーン２４に出射する。表示器２００の各画素から出射された結像光束２７（第２投影光Ｌ２）が投影距離短縮部２５により収束方向に調整された場合であっても、第２スクリーン２４の各画素から出射される第２表示光Ｎ２を発散方向に補正することができ、投影距離短縮部２５を用いた場合でも第２スクリーン２４から出射される第２表示光Ｎ２を適切に視認者Ｅのアイボックス３に向けることができる。
　以上が、本発明の第１実施形態の表示装置及びヘッドアップディスプレイの構成である。
　以下に、図４，図５を用いて、本発明の表示装置及びヘッドアップディスプレイの第２実施形態を説明する。なお、第１実施形態と同じ構成については、同じ符号を付し、細かい説明は省略する。
　図４は、第２実施形態におけるＨＵＤ１ａの概略的な構成を示す図であり、図５は、第２実施形態の表示装置１０ａにおける光学部材の配置と、第１投影光Ｌ１（結像光束２６）、第２投影光Ｌ２（結像光束２７）の光路を説明する図である。
（第２実施形態）
　第２実施形態の表示装置１０ａは、投影距離短縮部２５ａが第２フォールドミラー２２ａ上の反射曲面２２２で構成されている点で第１実施形態と異なる。
　第２実施形態の第２フォールドミラー２２ａは、第１投影光Ｌ１と第２投影光Ｌ２とが分岐する分岐点２８よりも投影器２０から離れて配置され、第１投影光Ｌ１を反射する屈折力を有さない反射平面２２１と、第２投影光Ｌ２を反射する正の屈折力を有し、投影距離短縮部２５ａとして機能する凹面の反射曲面２２２と、を少なくとも含む。反射曲面２２２（投影距離短縮部２５ａ）は、正の屈折力を有する凸状の自由曲面などで形成され、第２投影光Ｌ２の投影距離Ｐを、結像部２０４により調整された第１投影距離Ｐ１を短縮した第２投影距離Ｐ２に調整する。これにより、第２投影光Ｌ２は、第１スクリーン２３より投影器２０の近傍に配置された第２スクリーン２４上にピントが合った状態で第２画像Ｍ２を表示する（結像する）。
　なお、第１フォールドミラー２１から第２スクリーン２４までの間に第２フォールドミラー２２ａを複数設けてもよく、第２投影光Ｌ２の投影距離Ｐを延長させるのに必要とされる負の屈折力を複数の第２フォールドミラー２２ａの屈折力で構成してもよい。また、第２フォールドミラー２２は、第１投影光Ｌ１を受光するフォールドミラーと、第２投影光Ｌ２を受光するフォールドミラーとで分割して設けられていてもよい。
　また、投影距離短縮部２５は、第１実施形態で示したような屈折光学系と、第２実施形態で示したような反射光学系を組み合わせたもので構成されてもよい。
　以上に説明したように、本実施形態の表示装置１０は、第１の投影距離Ｐ１を有する投影光Ｌを出射する投影器２０と、投影光Ｌに沿って投影器２０から第１の投影距離Ｐ１を隔てて配置され、投影光Ｌのうち第１投影光Ｌ１を受光し、第１画像Ｍ１を表示する第１スクリーン２３と、投影器２０からの投影光Ｌに沿った距離が第１スクリーン２３よりも短くなる位置に配置され、投影光Ｌのうち第１投影光Ｌ１と異なる第２投影光Ｌ２を受光し、第２画像Ｍ２を表示する第２スクリーン２４と、を備え、正の屈折力を有し、投影器２０と第２スクリーン２４との間の第２投影光Ｌ２の経路上に配置され、第２投影光Ｌ２の投影距離Ｐを初期の第１投影距離Ｐ１よりも短い第２投影距離Ｐ２に短縮する投影距離短縮部２５を備え、投影器２０から第１スクリーン２３までの第１投影光Ｌ１の光路は、第２スクリーン２４よりも投影器２０側において、負の屈折力を有する光学部材を配置しないので、１つの投影器２０から出射される投影光Ｌにより、奥行き方向の異なった位置に複数の画像をそれぞれ解像度の低下を抑えて表示することができる。
　また、本実施形態の表示装置１０は、投影器２０と第１スクリーン２３との間の投影光Ｌの経路上に、第１投影光Ｌ１と第２投影光Ｌ２とを第１スクリーン２３と第２スクリーン２４とにそれぞれ向けて反射する反射部（第２フォールドミラー２２ａ）をさらに備え、第２フォールドミラー２２ａは、第１投影光Ｌ１を第１スクリーン２３に向けて反射する反射平面２２１（第１反射面）と、第２投影光Ｌ２を第２スクリーン２４に向けて反射する反射曲面２２２（第２反射面）と、を備え、投影距離短縮部２５ａは、反射曲面２２２として形成される。このように、第２フォールドミラー２２ａで１一部の投影光Ｌ（第２投影光Ｌ２）の投影距離Ｐを短くすることができるため、投影光Ｌを折り返し、投影光Ｌの光路をコンパクトにさせつつ、投影距離Ｐの異なる第１スクリーン２３、第２スクリーン２４にそれぞれ第１画像Ｍ１、第２画像Ｍ２を結像させることができる。
　また、第２実施形態の第２フォールドミラー２２ａは、第１投影光Ｌ１と第２投影光Ｌ２とを同一面上で反射可能に設けられるため、第１投影光Ｌ１を受光して投影距離Ｐが長い第１スクリーン２３に向けて反射する第１反射面２２１と、第２投影光Ｌ２を受光して投影距離Ｐが短い第２スクリーン２４に向けて反射する第２反射面２２２と、の相対的な位置精度が向上し、組み付け誤差などによる各スクリーン上で表示される画像のピントズレや投影位置のばらつきを低減することができる。
　また、本実施形態の表示装置１０は、投影距離短縮部２５から第２スクリーン２４までの第２投影光Ｌ２の光路上に、負の屈折力を有する配光調整部２９を配置するものであり、斯かる構成により、第２スクリーン２４に向けた表示器２００の各画素から出射された結像光束２７（第２投影光Ｌ２）が収束方向に調整された場合であっても、第２スクリーン２４の各画素から出射される第２表示光Ｎ２を発散方向に補正することができ、投影距離短縮部２５を用いた場合でも第２スクリーン２４から出射される第２表示光Ｎ２を適切に視認者Ｅのアイボックスに向けることができる。
　以上の説明では、本発明の理解を容易にするために、重要でない公知の技術的事項の説明を適宜省略した。
　本発明は、例えば、車両に搭載される表示装置やヘッドアップディスプレイとして利用することができる。
　　１、１ａ　　ＨＵＤ（ヘッドアップディスプレイ）
　　２　　　　　フロントガラス（透過反射部）
　１０、１０ａ　表示装置
　２０　　　　　投影器
　２１　　　　　第１フォールドミラー（反射部）
　２２、２２ａ　第２フォールドミラー（反射部）
　２３　　　　　第１スクリーン
　２４　　　　　第２スクリーン
　２５、２５ａ　投影距離延長部
　２６　　　　　結像光束
　２７　　　　　結像光束
　２８　　　　　分岐部
　２９　　　　　配光調整部
　３０　　　　　平面鏡（投射部）
　４０　　　　　凹面鏡（投射部）
２００　　　　　表示器
２０１　　　　　第１表示領域
２０１ａ　　　　画素
２０２　　　　　第２表示領域
２０２ａ　　　　画素
２０３　　　　　第３表示領域
２０４　　　　　結像部
２２１　　　　　反射平面（第１反射面）
２２２　　　　　反射曲面（第２反射面）
Ｅ　　　　　　　視認者
Ｌ　　　　　　　投影光
Ｌ１　　　　　　第１投影光
Ｌ２　　　　　　第２投影光
Ｍ　　　　　　　画像
Ｍ１　　　　　　第１画像
Ｍ２　　　　　　第２画像
Ｎ　　　　　　　表示光
Ｎ１　　　　　　第１表示光
Ｎ２　　　　　　第２表示光
Ｐ　　　　　　　投影距離
Ｐ１　　　　　　第１投影距離
Ｐ２　　　　　　第２投影距離
Ｖ１　　　　　　第１虚像
Ｖ２　　　　　　第２虚像

Claims (8)

  1. 　第１の投影距離を有する投影光を出射する投影器と、
    　前記投影光に沿って前記投影器から前記第１の投影距離を隔てて配置され、前記投影光のうち第１投影光を受光し、第１画像を表示する第１スクリーンと、
    　前記投影器からの前記投影光に沿った距離が前記第１スクリーンよりも短くなる位置に配置され、前記投影光のうち前記第１投影光と異なる第２投影光を受光し、第２画像を表示する第２スクリーンと、を備え、
    　正の屈折力を有し、前記投影器と前記第２スクリーンとの間の前記第２投影光の経路上に配置され、前記第２投影光の投影距離を短くする投影距離短縮部を備える、
    ことを特徴とする表示装置。
  2. 　前記投影器と前記第１スクリーンとの間の前記投影光の経路上に、前記第１投影光と前記第２投影光とを前記第１スクリーンと前記第２スクリーンとにそれぞれ向けて反射する反射部をさらに備え、
    　前記反射部は、前記第１投影光を前記第１スクリーンに向けて反射する第１反射面と、前記第２投影光を前記第２スクリーンに向けて反射する第２反射面と、を備え、
    　前記投影距離短縮部は、前記第２反射面に形成される、
    ことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
  3. 　前記反射部は、前記第１投影光と前記第２投影光とを同一面上で反射可能に設けられる、
    ことを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
  4. 　前記投影距離短縮部から前記第２スクリーンまでの前記第２投影光の光路上に、負の屈折力を有する配光調整部を配置する、
    ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の表示装置。
  5. 　第１の投影距離を有する投影光を出射する投影器と、
    　前記投影光に沿って前記投影器から前記第１の投影距離を隔てて配置され、前記投影光のうち第１投影光を受光し、第１画像を表示する第１スクリーンと、
    　前記投影器からの前記投影光に沿った距離が前記第１スクリーンよりも短くなるように配置され、前記投影光のうち前記第１投影光と異なる第２投影光を受光し、第２画像を表示する第２スクリーンと、
    　正の屈折力を有し、前記投影器と前記第２スクリーンとの間の前記第２投影光の経路上に配置され、前記第２投影光の投影距離を短くする投影距離短縮部と、
    　前記第１スクリーンに表示された前記第１画像と前記第２スクリーンに表示された前記第２画像とを視認者の前方に位置する透過反射部に向けて投射し、前記視認者に前記透過反射部を介して前記第１画像と前記第２画像とに基づく虚像を視認させる投射部と、を備え、
    　前記第１スクリーンは、前記視認者に向かう前記第１画像に基づく光の光路が、前記第２画像に基づく光の光路よりも短くなるように配置される、
    ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ。
  6. 　前記投影器と前記第１スクリーンとの間の前記投影光の経路上に、前記第１投影光と前記第２投影光とを前記第１スクリーンと前記第２スクリーンとにそれぞれ向けて反射する反射部をさらに備え、
    　前記反射部は、前記第１投影光を前記第１スクリーンに向けて反射する第１反射面と、前記第２投影光を前記第２スクリーンに向けて反射する第２反射面と、を備え、
    　前記投影距離短縮部は、前記第２反射面に形成される、
    ことを特徴とする請求項５に記載のヘッドアップディスプレイ。
  7. 　前記反射部は、前記第１投影光と前記第２投影光とを同一面上で反射可能に設けられる、
    ことを特徴とする請求項６に記載のヘッドアップディスプレイ。
  8. 　前記投影距離短縮部から前記第２スクリーンまでの前記第２投影光の光路上に、負の屈折力を有する配光調整部を配置する、
    ことを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111164493A (zh) * 2018-08-29 2020-05-15 法国圣戈班玻璃厂 用于平视显示器（hud）的检测装置

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109031676B (zh) * 2017-06-08 2020-05-26 京东方科技集团股份有限公司 投影装置、平视显示设备及车载视觉辅助系统
JP7042443B2 (ja) * 2018-06-21 2022-03-28 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 映像表示システム、映像表示方法、プログラム、及び移動体
CN111227782B (zh) * 2019-03-13 2023-07-28 株式会社拓普康 视标呈现装置和眼科装置
JP7332448B2 (ja) * 2019-11-27 2023-08-23 京セラ株式会社 ヘッドアップディスプレイシステム及び移動体
US11994678B2 (en) 2021-10-08 2024-05-28 Coretronic Corporation Image generation unit comprising a reflecting mirror disposed between a first and a second illumination system and head-up display

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005153811A (ja) * 2003-11-28 2005-06-16 Nippon Seiki Co Ltd 車両用表示装置
US20140036374A1 (en) * 2012-08-01 2014-02-06 Microvision Inc. Bifocal Head-up Display System
JP2015011211A (ja) 2013-06-28 2015-01-19 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 ヘッドアップディスプレイ装置
JP2015034919A (ja) * 2013-08-09 2015-02-19 株式会社デンソー 情報表示装置
WO2016027706A1 (ja) * 2014-08-20 2016-02-25 日本精機株式会社 投影装置及びヘッドアップディスプレイ装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006106254A (ja) * 2004-10-04 2006-04-20 Denso Corp 車両用ヘッドアップディスプレイ
JP2010164941A (ja) * 2008-10-30 2010-07-29 Honda Motor Co Ltd 車両用表示装置
JP6031741B2 (ja) * 2011-10-06 2016-11-24 日本精機株式会社 表示装置
JP6213323B2 (ja) * 2014-03-19 2017-10-18 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 ヘッドアップディスプレイ装置
JP6448472B2 (ja) * 2015-05-29 2019-01-09 アルプス電気株式会社 表示装置
US10690911B2 (en) * 2015-10-09 2020-06-23 Maxell, Ltd. Projection optical system and head-up display device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005153811A (ja) * 2003-11-28 2005-06-16 Nippon Seiki Co Ltd 車両用表示装置
US20140036374A1 (en) * 2012-08-01 2014-02-06 Microvision Inc. Bifocal Head-up Display System
JP2015011211A (ja) 2013-06-28 2015-01-19 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 ヘッドアップディスプレイ装置
JP2015034919A (ja) * 2013-08-09 2015-02-19 株式会社デンソー 情報表示装置
WO2016027706A1 (ja) * 2014-08-20 2016-02-25 日本精機株式会社 投影装置及びヘッドアップディスプレイ装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3415973A4

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111164493A (zh) * 2018-08-29 2020-05-15 法国圣戈班玻璃厂 用于平视显示器（hud）的检测装置

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