WO2019093085A1

WO2019093085A1 - ヘッドアップディスプレイ

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Publication number: WO2019093085A1
Application number: PCT/JP2018/038602
Authority: WO
Inventors: 智明宮本
Original assignee: パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date: 2017-11-07
Filing date: 2018-10-17
Publication date: 2019-05-16
Also published as: US11048080B2; CN110226114A; EP3709071A4; EP3709071A1; JP6893335B2; US20190339520A1; JPWO2019093085A1

Abstract

ウインドシールド（２２）に画像を投影し、観察者が視認可能な虚像を形成するヘッドアップディスプレイ装置であって、画像を表示させる表示素子（１３）と、表示素子の画像を、ウインドシールド（２２）へ導き、前記虚像を形成する投射光学系と、を備える。投射光学系は、反射面が凹面である少なくとも２枚のミラーを有し、ウインドシールド（２２）の左右方向の曲率半径Ｒｘが、０．０５　＜　ＥＢｘ／Ｒｘｍａｘ　＜　０．５０を満足する。ＥＢｘ：観察者が前記虚像を視認できるＸ方向アイボックスサイズ、Ｒｘｍａｘ：ウインドシールド（２２）の光線使用領域でのＲｘの最大値である。

Description

ヘッドアップディスプレイ

　本開示は、表示画像を虚像として観察者に視認させるヘッドアップディスプレイに関する。

　特許文献１は、第１反射部材の反射面が凸面形状で、第２反射部材の反射面が凹面形状である、表示装置を開示する。

国際公開第ＷＯ２０１５／０９８０７８号公報

　反射面が凸面形状の反射部材と凹面形状の反射部材とで構成される、いわゆるテレフォトタイプの表示装置では、ウインドシールド（風防ガラス）のパワー（屈折力）が大きい場合、大画面化を図ると、光線とヘッドアップディスプレイの構成部材との干渉を避けることが困難となる。

　本開示におけるヘッドアップディスプレイは、ウインドシールドに画像を投影し、観察者が視認可能な虚像を形成するヘッドアップディスプレイ装置であって、画像を表示させる表示素子と、表示素子の画像を、ウインドシールドへ導き、前記虚像を形成する投射光学系と、を備える。投射光学系は、反射面が凹面である少なくとも２枚のミラーを有し、ウインドシールドの左右方向の曲率半径Ｒｘが、下記の条件（１）を満足し、
　　０．０５　＜　ＥＢｘ／Ｒｘｍａｘ　＜　０．５０・・・（１）
　ここで、観察者からみた左右方向をＸ軸とした時、
　　ＥＢｘ：観察者が前記虚像を視認できるＸ方向におけるアイボックスサイズ、
　　Ｒｘｍａｘ：ウインドシールドの光線使用領域での曲率半径Ｒｘの最大値、
である。

　本開示によれば、光線とヘッドアップディスプレイの構成部材との干渉を回避したまま、大画面のヘッドアップディスプレイを提供することができる。

実施の形態１におけるヘッドアップディスプレイを搭載した、車両の断面を示す模式図実施の形態１におけるヘッドアップディスプレイを説明するための光学断面を示す模式図実施の形態１におけるヘッドアップディスプレイにおけるウインドシールドのＸ方向の局所曲率Ｒｘを説明するための光学断面を示す模式図実施の形態１におけるヘッドアップディスプレイにおけるウインドシールドのＹ方向の局所曲率Ｒｙを説明するための光学断面を示す模式図実施の形態１におけるヘッドアップディスプレイにおけるウインドシールドの傾斜角θｚの説明図実施の形態１におけるヘッドアップディスプレイにおける第１ミラーの座標系と、第１ミラーのＸｍ１方向局所曲率ＲｘＭ１、第１ミラーのＹｍ１方向局所曲率ＲｙＭ１を示す模式図実施の形態１におけるヘッドアップディスプレイにおける第２ミラーの座標系と、第２ミラーのＸｍ２方向局所曲率ＲｘＭ２、第２ミラーのＹｍ２方向局所曲率ＲｙＭ２を示す模式図実施の形態１～８におけるヘッドアップディスプレイにおける表示素子の座標系を示す概略図実施の形態１～８におけるヘッドアップディスプレイが画像を投影したウインドシールドを示す概略図

　以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

　なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

　（実施の形態１）
　実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイについて、図面を参照して、説明する。

　なお、本実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイに係る具体的な数値に関しては、数値実施例１～８に後述する。

　［１．　構成］
　［１．１　概略構成］
　図１は、実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイを搭載した、車両の断面を示す模式図である。

　画像を投影するヘッドアップディスプレイ１０は、車両２０のダッシュボード２１の内部に配置される。ヘッドアップディスプレイ１０は、車両２０に配置された光透過性の被投影部材であるウインドシールド２２（風防ガラス）に画像を投影し、これによりウインドシールド２２の観察者３０側とは反対側にヘッドアップディスプレイ１０が投影する画像の虚像４０を形成する。観察者３０は、ヘッドアップディスプレイ１０により投影される画像の虚像４０がウインドシールド２２を通して、視認可能となるものである。図１に示す２点鎖線は、投影される画像の中心光路Ｌを示しており、以下の説明においても、中心光路Ｌは、２点鎖線で図示している。

　図２は、実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイ１０の模式図である。

　ヘッドアップディスプレイ１０は、被投影部材であるウインドシールド２２に画像を投影し、ウインドシールド２２に対して、観察者３０と反対側に虚像４０を形成する。ヘッドアップディスプレイ１０は、投影部材である表示素子１３と、表示素子１３に表示された画像をウインドシールド２２に導き虚像４０を形成する投射光学系と、を備える。

　投射光学系は、第１ミラーＭ１と第２ミラーＭ２を備える。第２ミラーＭ２は、ウインドシールド２２に対して略鉛直下方に配置され、表示素子１３からの光を、第１ミラーＭ１を介して、ウインドシールド２２へ導く。第１ミラーＭ１の反射面は凹面形状である。第２ミラーＭ２の反射面は凹面形状である。これにより、観察者３０は、ウインドシールド２２を通して、画像の虚像４０が視認可能となる。ウインドシールド２２に投影される画像は、あらかじめ想定される視認領域であるアイボックス３１（Ｅｙｅ　Ｂｏｘ）から、観察者３０は画像の虚像４０が視認可能となる。なお、表示素子１３からの光を第２ミラーＭ２に至る光路にはレンズ素子や反射部材などの光学素子を複数配置してもよい。

　［１．２　ウインドシールド］
　図３は、ウインドシールドの、Ｘｃ－Ｙｃ断面を示し、実施の形態１～８におけるウインドシールド２２の、運転者からみた左右方向の局所曲率Ｒｘを説明する説明図である。また、図３には、ウインドシールド２２のローカル座標系（ｘｌ、ｙｌ、ｚｌ座標）も図示している。

　図４は、ウインドシールドの、Ｘｃ－Ｚｃ断面を示し、実施の形態１～８におけるウインドシールド２２の、運転者からみた上下方向の局所曲率Ｒｙを説明する説明図である。ウインドシールド２２のローカル座標系（ｘｌ、ｙｌ、ｚｌ座標）も図示している。

　図５は、実施の形態１～８におけるウインドシールド２２の傾斜角θｚを説明する説明図である。ウインドシールドの反射面の形状を定義する定義式の原点Ｏｌ、原点Ｏｌでの反射面の法線ベクトルＮ１、任意の反射面上の点での法線ベクトルＮ２とし、法線ベクトルＮ１と法線ベクトルＮ２の成す角を傾斜角θｚとする。

　［１．３　第１ミラー］
　図６は、第１ミラーＭ１の座標系（Ｘｍ１、Ｙｍ１、Ｚｍ１座標）と、第１ミラー定義式の原点Ｏｍ１を図示している。第１ミラーＭ１の座標系のＺ軸であるＺｍ１は、第１ミラー定義式の原点Ｏｍ１を通る反射面の法線方向で定義され、Ｘｍ１、Ｙｍ１はＺｍ１に垂直な成分である。Ｘｍ１は、図６に示す第１ミラーＭ１の長辺方向、これは一般に運転者などである観察者３０からみて左右方向としている。Ｙｍ１は図６に示す第１ミラーＭ１の短辺方向、これは一般に観察者３０からみて上下方向としている。また、実施の形態１～８における第１ミラーＭ１のＸｍ１－Ｚｍ１平面と平行な平面上に定義されるＸ方向の局所曲率ＲｘＭ１と、Ｙｍ１－Ｚｍ１平面と平行な平面上に定義されるＹ方向の局所曲率ＲｙＭ１を示している。

　［１．４　第２ミラー］
　図７は、第２ミラーＭ２の座標系（Ｘｍ２、Ｙｍ２、Ｚｍ２座標）と、第２ミラー定義式の原点Ｏｍ２を図示している。第２ミラーＭ２の座標系のＺ軸であるＺｍ２は、第２ミラー定義式の原点Ｏｍ２を通る反射面の法線方向で定義され、Ｘｍ２、Ｙｍ２はＺｍ２に垂直な成分である。Ｘｍ２は、図７に示す第２ミラーＭ２の長辺方向、これは一般に観察者３０からみて左右方向としている。Ｙｍ２は、図７に示す第２ミラーＭ２の短辺方向、これは一般に観察者３０からみて上下方向としている。また、実施の形態１～８における第２ミラーＭ２のＸｍ２－Ｚｍ２平面と平行な平面上に定義されるＸ方向の局所曲率ＲｘＭ２と、Ｙｍ２－Ｚｍ２平面と平行な平面上に定義されるＹ方向の局所曲率ＲｙＭ２を示している。

　［１．５　表示素子］
　図８は、実施の形態１における表示素子の座標系を示す概略図である。

　実施の形態１では、投影部材である表示素子１３の一例として、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ）について説明した。表示素子は、有機発光ダイオード（エレクトロルミネッセンス）、蛍光表示装置（セブンセグメント）、プラズマディスプレイなどの表示装置でもよい。また、プロジェクタや走査型レーザであってもよい。したがって、表示素子はＬＣＤに限定されない。

　［２．条件および効果など］
　ヘッドアップディスプレイ１０は、被投影部材であるウインドシールド２２に画像を投影し、被投影部材に対して観察者３０と反対側に虚像４０を形成する。ヘッドアップディスプレイ１０は、画像を投影する投影部材である表示素子１３と、被投影部材に画像を導き、虚像４０を形成する投射光学系と、を備える。投射光学系は、少なくとも２つの、反射面が凹面のミラーを有する。ウインドシールド２２の反射面は、下記の条件（１）または、（２）または、（３）を満足する。

　　０．０５　＜　ＥＢｘ／Ｒｘｍａｘ　＜　０．５０・・・（１）
　ここで、観察者３０からみた左右方向をＸ軸とした時、
　　ＥＢｘ：観察者３０が虚像４０を視認できるＸ方向におけるアイボックスサイズ、
　　Ｒｘｍａｘ：ウインドシールド２２の光線使用領域での曲率半径Ｒｘの最大値、
である。

　また、
　　０．０５　＜　ＥＢｙ／Ｒｙｍａｘ　＜　０．５０・・・（２）
　ここで、観察者３０からみた上下方向をＹ軸とした時、
　　ＥＢｙ：観察者３０が虚像４０を視認できるＹ方向におけるアイボックスサイズ、
　　Ｒｙｍａｘ：ウインドシールド２２の光線使用領域での曲率半径Ｒｙの最大値、
である。

　また、
　　１．０°＜｜θｚｍａｘ－θｚｍｉｎ｜＜６．０°・・・（３）
　　θｚ：ウインドシールド２２の形状を定義する定義式の原点を通る接平面に垂直な法線ベクトルと、ウインドシールド２２上の任意の点における接平面の法線ベクトルとの成す角、
　　θｚｍａｘ：θｚの最大値、
　　θｚｍｉｎ：θｚの最小値、
である。

　条件（１）または（２）の下限値を下回ると、ウインドシールド２２のパワー（屈折力）が弱くなり、投射光学系に許される光路長が伸びるため、第１ミラーＭ１の反射面を凸面、第２ミラーＭ２の反射面を凹面として、いわゆるテレフォト構成としたほうが小型化、および大画面化が図れる。条件（１）または（２）の上限値を超えると、ウインドシールド２２のパワーが強くなり、投射光学系に許される光路長が短くなるため、第１ミラーＭ１の反射面を凹面、第２ミラーＭ２の反射面を凸面として、いわゆるレトロフォーカス構成にしないと、光線とミラー等のヘッドアップディスプレイの構成部材が干渉してしまい、十分なアイボックスサイズ（アイボックス３１のサイズ）を確保できなくなってしまう。

　すなわち、小型かつ大画面で光線干渉のない構成が可能である。

　条件（３）の下限値を下回ると、ウインドシールド２２のパワー（屈折力）が弱くなり、投射光学系に許される光路長が伸びるため、第１ミラーＭ１の反射面を凸面、第２ミラーＭ２の反射面を凹面として、いわゆるテレフォト構成としたほうが小型化を図れる。条件（３）の上限値を超えると、ウインドシールド２２のパワーが強くなりすぎてしまい、投射光学系に許される光路長が短くなるため、例えば、第１ミラーＭ１の反射面を凹面、第２ミラーＭ２の反射面を凸面として、いわゆるレトロフォーカス構成にしないと、光線とヘッドアップディスプレイの構成部材が干渉してしまい、十分なアイボックスサイズを確保できなくなってしまう。

　また、ヘッドアップディスプレイ１０は、下記の条件（４）を満足することが望ましい。

　　　０．５　＜　ＬＭ／ＬＤ　＜　８．０・・・（４）
　ここで、
　　ＬＭ：表示素子１３から虚像へ向かう投射光学系の中心光路Ｌにおける、第２ミラーＭ２と、第１ミラーＭ１との間隔、
　　ＬＤ：表示素子１３から、第１ミラーＭ１までの中心光路Ｌにおける間隔、
　である。

　条件（４）の下限値である０．５を下回ると、表示素子１３と第１ミラーＭ１の距離が長くなるため、装置が大型化してしまう。条件（４）の上限値である８．０を超えると、表示素子１３と第１ミラーＭ１の距離が短くなりすぎてしまい、表示素子１３と光線との干渉が発生してしまう。

　すなわち、条件（４）を満足することで、ヘッドアップディスプレイ１０を小型にできる。

　また、ヘッドアップディスプレイ１０は、下記の条件（５）を満足することが望ましい。

　　０．０　＜（ＬＤ＋ＬＭ）／Ｖ　＜　０．２・・・（５）
　ここで、
　　ＬＭ：表示素子１３から虚像へ向かう投射光学系の中心光路Ｌにおける、第２ミラーＭ２と、第１ミラーＭ１との間隔、
　　ＬＤ：表示素子１３から、第１ミラーＭ１までの中心光路Ｌにおける間隔、
　　Ｖ　：観察者３０の視認領域中央から虚像４０の中心までの距離、
である。

　条件（５）の下限値は、ＬＤとＬＭが０でない有限の値のため、０．０である。条件（５）の上限値である０．２を上回ると、表示素子１３と第１ミラー１２の距離および、第１ミラーＭ１と第２ミラーＭ２の距離が長くなるため、装置が大型化してしまう。

　すなわち、条件（５）を満足することで、ヘッドアップディスプレイ１０を小型にできる。

　また、ヘッドアップディスプレイ１０は、ウインドシールド２２、第１ミラーＭ１、および第２ミラーＭ２のそれぞれにおいて、反射面が凹面の時に正の曲率半径、反射面が凸面の時に負の曲率半径とした時、下記の条件（６）を満足することが望ましい。

　　１　＜　ＲｘＷＳ／ＲｘＭ２＋ＲｘＭ２／ＲｘＭ１　＜　７０・・・（６）
　ここで、
　　ＲｘＭ１：図６に示すように、第１ミラーＭ１の略中心Ｃ１から第１ミラーＭ１の４隅に向かう第１線分Ｌ１（図中には１線分を記載）における、第１ミラーＭ１の略中心Ｃ１から８０％の点と、第１ミラーＭ１の４隅とを対角とし、反射面の形状と略相似形の略矩形領域である第１領域Ａ１の内を通る光線の反射点うち少なくとも一点における第１ミラーＭ１の長手方向（Ｘｍ１方向）の曲率半径、
　　ＲｘＭ２：第２ミラーＭ２の略中心から第２ミラーＭ２の４隅に向かう第２線分Ｌ２における、第２ミラーＭ２の略中心Ｃ２から８０％の点と、第２ミラーＭ２の４隅とを対角し、反射面の形状と略相似形の略矩形領域である第２領域Ａ２の内を通る光線の反射点のうち少なくとも一点における第２ミラーＭ２の長手方向（Ｘｍ２方向）の曲率半径、
　　ＲｘＷＳ：図９に示すように、ウインドシールド２２に投影された画像ＧＷＳの略中心から画像の４隅に向かう線分における、画像の略中心から８０％の点と、画像の４隅とを対角とする略矩形領域である第３領域Ａ３内を通る光線の反射点のうち少なくとも一点における水平方向（Ｙｃ方向）の曲率半径、
である。

　条件式（６）の上限値である７０を上回ると、ウインドシールド２２で発生する収差を第１ミラーＭ１と第２ミラーＭ２で補正できなくなり、諸収差、特に像面湾曲や非点収差、歪曲収差が大きくなってしまうため、虚像が鮮鋭に見えない、歪んでしまうなど、表示品位が悪くなる。また、下限値である１を下回ると、第１ミラーＭ１と第２ミラーＭ２のパワーが小さくなり、光路長が長くなってしまうため、装置が大型化してしまう。

　より望ましくは、ヘッドアップディスプレイ１０は、下記の条件（６）‘を満足することがより望ましい。

　　１　＜　ＲｘＷＳ／ＲｘＭ２＋ＲｘＭ２／ＲｘＭ１　＜　５５・・・（６）‘

　さらに望ましくは、前述の条件（６）または条件（６）‘を、第１領域Ａ１から第３領域Ａ３内を通る光線の反射点のうち少なくとも一点だけでなく、第１領域Ａ１から第３領域内の全領域で満足することで前述の効果をさらに奏功させることがでる。

　また望ましくは、第１領域Ａ１から第３領域Ａ３を中心から８０％の点と、４隅とを対角とする略矩形領域としたが、第１領域Ａ１から第３領域Ａ３を中心から６０％の点と、４隅とを対角とする略矩形領域としてもよい。これにより、第１領域Ａ１から第３領域Ａ３内を通る光線の反射点のうち少なくとも一点において、前述の条件（６）または条件（６）‘を満足することで、前述の効果を奏功させることがでる。

　より望ましくは、第３領域Ａ３をウインドシールド２２のうち画像が投影される全領域、第１領域Ａ１を第１ミラーＭ１の光線が通過する全域、第２領域Ａ２を第２ミラーＭ２の光線が通過する全域で、前述の条件（６）または条件（６）‘を満足することでより奏功させることができる。

　また、ヘッドアップディスプレイ１０は、ウインドシールド２２、第１ミラーＭ１、および第２ミラーＭ２のそれぞれにおいて、反射面が凹面の時に正の曲率半径、反射面が凸面の時に負の曲率半径とした時、下記の条件（７）を満足することが望ましい。

　－５０　＜　ＲｙＷＳ／ＲｙＭ２＋ＲｙＭ２／ＲｙＭ１　＜　１００・・・（７）
　ここで、
　　ＲｙＭ１：第１ミラーＭ１の略中心から第１ミラーＭ１の４隅に向かう線分における、第１ミラーＭ１の略中心から８０％の点と、第１ミラーＭ１の４隅と、を結ぶ線分を対角とする略矩形領域である第１領域Ａ１内を通る光線の反射点うち少なくとも一点における第１ミラーＭ１の短手方向（Ｙｍ１方向）の曲率半径、
　　ＲｙＭ２：第２ミラーＭ１の略中心から第２ミラーＭ２の４隅に向かう線分における、第２ミラーＭ２の略中心から８０％の点と、第２ミラーＭ２の４隅とを対角とする略矩形領域である第２領域Ａ２内を通る光線の反射点のうち少なくとも一点における第２ミラーＭ２の短手方向（Ｙｍ２方向）の曲率半径、
　　ＲｙＷＳ：ウインドシールド２２に投影された画像の略中心から画像の４隅に向かう線分における、画像の略中心から８０％の点と、画像の４隅とを対角とする略矩形領域である第３領域Ａ３内を通る光線の反射点のうち少なくとも一点における垂直方向（Ｚｃ方向）の曲率半径、
である。

　条件式（７）の上限値である１００を上回ると、ウインドシールド２２で発生する収差を第１ミラーＭ１と第２ミラーＭ２で補正できなくなり、諸収差、特に像面湾曲や非点収差、歪曲収差が大きくなってしまうため、虚像が鮮鋭に見えない、歪んでしまうなど、表示品位が悪くなる。また、下限値である－４０を下回ると、ウインドシールド２２で発生する収差を第１ミラーＭ１と第２ミラーＭ２で補正できなくなり、像面湾曲をはじめとする諸収差が大きくなってしまうため、虚像が鮮鋭に見えない、歪んでしまうなど、表示品位が悪くなる。

　より望ましくは、ヘッドアップディスプレイ１０は、下記の条件（７）‘を満足することがより望ましい。

　－３０　＜　ＲｙＷＳ／ＲｙＭ２＋ＲｙＭ２／ＲｙＭ１　＜　９０・・・（７）‘

　また望ましくは、前述の条件（７）または条件（７）‘を、第１領域Ａ１から第３領域Ａ３内を通る光線の反射点のうち少なくとも一点だけでなく、第１領域Ａ１から第３領域Ａ３内のそれぞれにおける全領域で満足することで前述の効果をさらに奏功させることがでる。

　また望ましくは、第１領域Ａ１から第３領域Ａ３を中心から８０％の点と、４隅と、を結ぶ線分を対角とする略矩形領域としたが、第１領域Ａ１から第３領域Ａ３を中心から６０％の点と、４隅と、を結ぶ線分を対角とする略矩形領域とし、第１領域Ａ１から第３領域Ａ３内を通る光線の反射点のうち少なくとも一点において、前述の条件（７）または条件（７）‘を満足することで、前述の効果を奏功させることがでる。

　より望ましくは、第３領域Ａ３をウインドシールド２２のうち画像が投影される全領域、第１領域Ａ１を第１ミラーＭ１の光線が通過する全域、第２領域Ａ２を第２ミラーＭ２の光線が通過する全域で、前述の条件（７）または条件（７）‘を満足することでより奏功させることができる。

　（他の実施の形態）
　実施の形態１では、第１ミラーＭ１または第２ミラーＭ２の反射面の一例として、反射面が凹面形状として説明した。第１ミラーＭ１または第２ミラーＭ２の反射面は、中心近傍が概ね凹面形状のものであれば良い。したがって、第１ミラーＭ１または第２ミラーＭ２の反射面は、全域にわたって凹面形状のものに限定されない。ただし、第１ミラーＭ１または第２ミラーＭ２の反射面が凹面形状であれば、投射光学系に許される光路長を伸ばすことができる。このため、光線とヘッドアップディスプレイの構成部材との干渉を回避でき、十分なアイボックスサイズを確保することができる。

　また、第１ミラーＭ１または第２ミラーＭ２の反射面は、端部の反射面が局所的に凸面形状であっても良い。第１ミラーＭ１または第２ミラーＭ２の反射面として、端部の反射面が局所的に凸面形状であれば、ウインドシールド２２のアイボックス周辺で発生する諸収差、特に像面湾曲や非点収差、歪曲収差を補正することができる。

　（数値実施例）
　以下、本開示におけるヘッドアップディスプレイについて、具体的な数値実施例を説明する。なお、以下で説明する数値実施例において、表中の長さの単位は（ｍｍ）であり、角度の単位は（度）である。また、自由曲面は、次の数式で定義されるものである

　ここで、ｚは面を定義する軸から（ｘ，ｙ）の位置におけるサグ量、ｒは面を定義する軸の原点における曲率半径、ｃは面を定義する軸の原点における曲率、ｋはコーニック定数、ｍおよびｎは、数２を満たす整数、Ｃｊは単項式ｘｍｙｎの係数である。

　また、各数値実施例において、基準となる座標原点は表示素子１３の表示画像５０の中心であり、図８で示すようにＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を定義している。

　さらに、各数値実施例中の偏心データにおいて、ＡＤＥとはＸ軸を中心にＺ軸方向からＹ軸方向に回転した量、ＢＤＥとはＹ軸を中心にＸ軸方向からＺ軸方向に回転した量、ＣＤＥとはＺ軸を中心にＸ軸方向からＹ軸方向に回転した量を意味する。

　（数値実施例１）
　数値実施例１の投射光学系は、投影光学系の一例である。数値実施例１の投射光学系の構成データを表１に、多項式自由曲面の係数を表２に、示す

　（数値実施例２）
　数値実施例２の投射光学系は、投影光学系の一例である。数値実施例２の投射光学系の構成データを表３に、多項式自由曲面の係数を表４に、示す

　（数値実施例３）
　数値実施例３の投射光学系は、投影光学系の一例である。数値実施例３の投射光学系の構成データを表５に、多項式自由曲面の係数を表６に、示す

　（数値実施例４）
　数値実施例４の投射光学系は、投影光学系の一例である。数値実施例４の投射光学系の構成データを表７に、多項式自由曲面の係数を表８に、示す

　（数値実施例５）
　数値実施例５の投射光学系は、投影光学系の一例である。数値実施例５の投射光学系の構成データを表９に、多項式自由曲面の係数を表１０に、示す

　（数値実施例６）
　数値実施例６の投射光学系は、投影光学系の一例である。数値実施例６の投射光学系の構成データを表１１に、多項式自由曲面の係数を表１２に、示す

　（数値実施例７）
　数値実施例７の投射光学系は、投影光学系の一例である。数値実施例７の投射光学系の構成データを表１３に、多項式自由曲面の係数を表１４に、示す

（数値実施例８）
　数値実施例８の投射光学系は、投影光学系の一例である。数値実施例８の投射光学系の構成データを表１５に、多項式自由曲面の係数を表１６に、示す

　（数値実施例のまとめ）
　表１７は、画像の表示サイズ、虚像サイズ、観察者の視認領域中央から虚像中央までの距離である虚像距離Ｖ、アイボックスサイズ（ＥＢｘおよびＥＢｙ）の一例を示す。また、表１８は、条件（１）～（７）の値を示す。

　条件（６）と（７）については、ウインドシールド２２、第１ミラーＭ１、および第２ミラーＭ２の各光学素子において、それぞれの中心から４隅に向かう線分のうち、中心から８０％の点と４隅とを対角とする略矩形領域を四隅近傍とした時に満足するだけでではなく、各光学素子の全領域で満足する

　本開示にかかるヘッドアップディスプレイは、車載用途に好適である。

　１０　ヘッドアップディスプレイ
　１３　表示素子
　２０　車両
　２１　ダッシュボード
　２２　ウインドシールド
　３０　観察者
　３１　アイボックス
　４０　虚像
　５０　表示画像
　Ｌ　　中心光路
　Ｖ　虚像距離
　Ｎ１　ウインドシールドの原点における法線ベクトル
　Ｎ２　ウインドシールドの任意の点における法線ベクトル
　Ｍ１　第１ミラー
　Ｍ２　第２ミラー

Claims

　ウインドシールドに画像を投影し、観察者が視認可能な虚像を形成するヘッドアップディスプレイ装置であって、
　前記画像を表示させる表示素子と、
　前記表示素子の画像を、前記ウインドシールドへ導き、前記虚像を形成する投射光学系と、
を備え、
　前記投射光学系は、反射面が凹面である少なくとも２枚のミラーを有し、
　前記ウインドシールドの左右方向の曲率半径Ｒｘが、下記の条件（１）を満足し、
　　０．０５　＜　ＥＢｘ／Ｒｘｍａｘ　＜　０．５０・・・（１）
　ここで、前記観察者からみた左右方向をＸ軸とした時、
　　ＥＢｘ：前記観察者が前記虚像を視認できるＸ方向におけるアイボックスサイズ、
　　Ｒｘｍａｘ：前記ウインドシールドの光線使用領域での曲率半径Ｒｘの最大値、
である、
ヘッドアップディスプレイ。
　ウインドシールドに画像を投影し、観察者が視認可能な虚像を形成するヘッドアップディスプレイ装置であって、
　前記画像を表示させる表示素子と、
　前記表示素子の画像を、前記ウインドシールドへ導き、前記虚像を形成する投射光学系と、を備え、
　前記投射光学系は、反射面が凹面である少なくとも２枚のミラーを有し、
　前記ウインドシールドの鉛直方向の曲率半径Ｒｙが、下記の条件（２）を満足し、
　　０．０５　＜　ＥＢｙ／Ｒｙｍａｘ　＜　０．５０・・・（２）
　ここで、前記観察者からみた上下方向をＹ軸とした時、
　　ＥＢｙ：前記観察者が前記虚像を視認できるＹ方向におけるアイボックスサイズ、
　　Ｒｙｍａｘ：前記ウインドシールドの光線使用領域での曲率半径Ｒｙの最大値、
である、
ヘッドアップディスプレイ。
　ウインドシールドに画像を投影し、観察者が視認可能な虚像を形成するヘッドアップディスプレイ装置であって、
　前記画像を表示させる表示素子と、
　前記表示素子の画像を、前記ウインドシールドへ導き、前記虚像を形成する投射光学系と、
を備え、
　前記投射光学系は、反射面が凹面である少なくとも２枚のミラーを有し、
　前記ウインドシールドが、下記の条件（３）を満足し、
　　１．０°＜｜θｚｍａｘ－θｚｍｉｎ｜＜６．０°・・・（３）
　ここで、
　　θｚ：前記ウインドシールドの形状を定義する定義式の原点を通る接平面に垂直な法線ベクトルと、前記ウインドシールド上の任意の点における接平面の法線ベクトルとの成す角、
　　　θｚｍａｘ：θｚの最大値、
　　　θｚｍｉｎ：θｚの最小値、
である、
ヘッドアップディスプレイ。
　前記表示素子から前記ウインドシールドへ向かう光路において、前記表示素子に最も近い側に位置するミラーを第１ミラーとし、前記ウインドシールドに最も近い側のミラーを第２ミラーとした時、
　下記の条件（４）を満足し、
　　０．５　＜　ＬＭ／ＬＤ　＜　８．０・・・（４）
　ここで、
　　ＬＭ：前記表示素子から前記ウインドシールドへ向かう前記投射光学系の中心光路Ｌにおける、前記第１ミラーと、前記第２ミラーとの間隔、
　　ＬＤ：前記表示素子から前記ウインドシールドへ向かう前記投射光学系の中心光路における、前記表示素子から前記第１ミラーまでの中心光路Ｌにおける間隔、
　である、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ。
　前記表示素子から前記ウインドシールドへ向かう光路において、前記表示素子に最も近い側に位置するミラーを第１ミラーとし、前記ウインドシールドに最も近い側のミラーを第２ミラーとした時、
下記の条件（５）を満足し、
　０．０　＜（ＬＤ＋ＬＭ）／Ｖ　＜　０．２・・・（５）
ここで、
　　ＬＭ：前記表示素子から前記ウインドシールドへ向かう前記投射光学系の中心光路における、前記第１ミラーと、前記第２ミラーとの間隔、
　　ＬＤ：前記表示素子から前記ウインドシールドへ向かう前記投射光学系の中心光路における、前記表示素子から前記第１ミラーまでの中心光路における間隔、
　　Ｖ　：観察者の視認領域中央から前記虚像の中心までの中心光路に沿った距離、
である、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ。
　前記表示素子から前記ウインドシールドへ向かう光路において、前記表示素子に最も近い側に位置するミラーを第１ミラーとし、前記ウインドシールドに最も近い側のミラーを第２ミラーとし、
　前記ウインドシールド、前記第１ミラー、および前記第２ミラーのそれぞれにおいて、反射面が凹面の時に正の曲率半径、反射面が凸面の時に負の曲率半径とした時、
　下記の条件（６）を満足し、
　ここで、
　　１　＜　ＲｘＷＳ／ＲｘＭ２＋ＲｘＭ２／ＲｘＭ１　＜　７０・・・（６）
　　ＲｘＭ１：前記第１ミラーの略中心から前記第１ミラーの４隅に向かう線分における、前記第１ミラーの略中心から８０％の点と、前記第１ミラーの４隅と、を結ぶ線分を対角とする略矩形領域である第１領域内を通る光線の反射点うち少なくとも一点における前記第１ミラーの長手方向の曲率半径、
　　ＲｘＭ２：前記第２ミラーの略中心から前記第２ミラーの４隅に向かう線分における、前記第２ミラーの略中心から８０％の点と、前記第２ミラーの４隅と、を結ぶ線分を対角とする略矩形領域である第２領域内を通る光線の反射点のうち少なくとも一点における前記第２ミラーの長手方向の曲率半径、
　　ＲｘＷＳ：前記ウインドシールドに投影された前記画像の略中心から前記画像の４隅に向かう線分における、前記画像の略中心から８０％の点と、前記画像の４隅と、を結ぶ線分を対角とする略矩形領域である第３領域内を通る光線の反射点のうち少なくとも一点における水平方向の曲率半径、
　である、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ。
　前記表示素子から前記ウインドシールドへ向かう光路において、前記表示素子に最も近い側に位置するミラーを第１ミラーとし、前記ウインドシールドに最も近い側のミラーを第２ミラーとし、
　前記ウインドシールド、前記第１ミラー、および前記第２ミラーのそれぞれにおいて、反射面が凹面の時に正の曲率半径、反射面が凸面の時に負の曲率半径とした時、
　下記の条件（７）を満足し、
　　－５０　＜　ＲｙＷＳ／ＲｙＭ２＋ＲｙＭ２／ＲｙＭ１　＜　１００・・・（７）
　ここで、
　　ＲｙＭ１：前記第１ミラーの略中心から前記第１ミラーの４隅に向かう線分における、前記第１ミラーの略中心から８０％の点と、前記第１ミラーの４隅と、を結ぶ線分を対角とする略矩形領域である第１領域内を通る光線の反射点うち少なくとも一点における前記第１ミラーの短手方向の曲率半径、
　　ＲｙＭ２：前記第２ミラーの略中心から前記第２ミラーの４隅に向かう線分における、前記第２ミラーの略中心から８０％の点と、前記第２ミラーの４隅と、を結ぶ線分を対角とする略矩形領域である第２領域内を通る光線の反射点のうち少なくとも一点における前記第２ミラーの短手方向の曲率半径、
　　ＲｙＷＳ：前記ウインドシールドに投影された前記画像の略中心から前記画像の４隅に向かう線分における、前記画像の略中心から８０％の点と、前記画像の４隅を結ぶ線分と、を対角とする略矩形領域である第３領域内を通る光線の反射点のうち少なくとも一点における垂直方向の曲率半径、
　である、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ。
　前記第１ミラーは、回転非対称であり、反射面が凹面形状である、
請求項４から請求項７のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ。
　前記第２ミラーは、回転非対称であり、反射面が凹面形状である、
請求項４から請求項７のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ。