WO2022085621A1 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

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WO2022085621A1
WO2022085621A1 PCT/JP2021/038405 JP2021038405W WO2022085621A1 WO 2022085621 A1 WO2022085621 A1 WO 2022085621A1 JP 2021038405 W JP2021038405 W JP 2021038405W WO 2022085621 A1 WO2022085621 A1 WO 2022085621A1
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WO
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light
optical path
unit
head
display device
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PCT/JP2021/038405
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由莉 濱田
一臣 村上
隆延 豊嶋
英明 山本
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株式会社小糸製作所
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Publication date
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Priority to CN202180070040.1A priority patent/CN116323282A/zh
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K35/00—Instruments specially adapted for vehicles; Arrangement of instruments in or on vehicles
    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • G—PHYSICS
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    • G02B27/0179—Display position adjusting means not related to the information to be displayed
    • G02B2027/0185—Displaying image at variable distance

Definitions

  • the present invention relates to a head-up display device, specifically, a head-up display device capable of displaying a virtual image at a position relatively close to the front and a position relatively far from the front.
  • Patent Document 1 in addition to a virtual image displayed at a relatively close position in front of the windshield as a reference, a head-up display capable of displaying another virtual image farther than this virtual image.
  • the device is known.
  • the head-up display device of Patent Document 1 includes two image forming units (PGUs), in which one image forming unit emits light that becomes a virtual image appearing in the near direction, and the other image forming unit emits light in the distance. Light that becomes a virtual image that appears is emitted.
  • PGUs image forming units
  • an object of the present invention is to provide a head-up display device capable of displaying a near virtual image and a distant virtual image while suppressing the increase in size of the device.
  • the head-up display device of the present invention comprises one image forming unit that emits each of the first light and the second light, and at least the first light and the second light. It is provided with an optical path adjusting section which is arranged on one of the optical paths, has light transmission property, and has almost zero optical power, and the optical path adjusting section is close to the first light when viewed from the driver.
  • the first light and the second light so that the second light becomes a second imaginary image that appears farther than the first imaginary image when viewed from the driver. It is characterized in that the first light and the second light are gradually separated from each other as compared with before at least one of the light is incident on the optical path adjusting portion.
  • the image forming unit so that the light that becomes a distant virtual image and the light that becomes a near virtual image are separated from each other. Need to exit from.
  • the distance is such that the driver can distinguish using one image generation unit. It is difficult to form a virtual image in the vicinity.
  • the first light becomes the first virtual image and the second light becomes the second virtual image through the optical path adjusting unit.
  • the first light and the second light can be gradually separated from each other as compared with before the light and at least one of the second light are incident on the optical path adjusting portion. Therefore, two virtual images that allow the driver to distinguish between perspective can be formed by one image forming unit.
  • the optical path adjusting unit having an optical power of almost cello as described above for example, a prism can be mentioned.
  • one image forming unit is different from the head-up display device of Patent Document 1 in which a distant virtual image and a near virtual image are formed by using two image forming units. Therefore, since a distant virtual image and a near virtual image can be formed, the number of image forming units can be reduced and the size of the device can be suppressed.
  • the head-up display device includes a reflecting unit that reflects each of the first light and the second light to reach the driver's viewpoint.
  • the light path of the first light and the optical path of the second light can be changed in a desired direction by the reflecting unit, and the degree of freedom in design can be improved.
  • the reflection unit includes a first reflection unit and a second reflection unit, and each of the first light and the second light is the first. It may be reflected in the order from the reflecting portion to the second reflecting portion.
  • the reflecting unit includes the first reflecting unit and the second reflecting unit
  • the optical path of the second light up to the first reflecting portion may not intersect.
  • the optical path of the first light from the image forming unit to the first reflecting portion and the optical path of the second light from the image forming unit to the first reflecting portion are non-existent.
  • the optical path of the first light from the image forming unit to the first reflecting portion and the optical path of the second light from the first reflecting portion to the second reflecting portion May have intersections where
  • the optical path adjusting portion is arranged on the optical path of the second light from the image forming unit to the first reflecting portion.
  • the intersection does not exist on the optical path of the second light from the image forming unit to the first reflecting portion. Therefore, by arranging the optical path adjusting section on the optical path of the second light from the image forming unit to the first reflecting section, the optical path adjusting section intersects without separating the image forming unit from the first reflecting section.
  • the optical path adjusting portion may be arranged so as not to overlap the portions. Therefore, it is possible to suppress the increase in size of the device.
  • the first reflecting unit is from a first convex mirror that reflects the first light and a second convex mirror that reflects the second light. Therefore, it is preferable that the second reflecting portion comprises one concave mirror that reflects both the first light and the second light.
  • one concave mirror means a case where the focal point on the first reflecting portion side of the concave mirror is one. Therefore, for example, a reflective member in which two recesses are connected to form one member apparently does not correspond to one concave mirror.
  • each of the first light and the second light can be reflected in a desired direction without increasing the curvature of the concave mirror. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of aberration caused by the increase in the curvature of the concave mirror.
  • the optical path adjusting unit reduces the infrared rays emitted from the optical path adjusting unit as compared with those before the infrared rays are incident on the optical path adjusting unit.
  • the infrared rays can be reduced by the optical path adjusting unit. Therefore, it is possible to suppress the temperature rise of the image forming unit or the like caused by infrared rays.
  • the present invention is a head-up display device that displays a first imaginary image appearing in front of the driver's viewpoint and a second imaginary image appearing farther than the first imaginary image. Therefore, one image forming unit that emits each of the first light that becomes the first imaginary image and the second light that becomes the second imaginary image is arranged on the optical path of the second light.
  • one virtual image and a second virtual image can be formed by one image forming unit. Therefore, it is possible to reduce the number of image forming units and suppress the increase in size of the apparatus.
  • a head-up display device capable of displaying a near virtual image and a distant virtual image while suppressing the increase in size of the device.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing the configuration of the head-up display device shown in FIG. 1 when the head-up display device is viewed from the left-right direction.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a head-up display device 10 according to the present embodiment together with a part of a vehicle 1 on which the head-up display device 10 is mounted, and is a view of the vehicle 1 viewed from the left and right.
  • the traveling direction side of the vehicle 1 is the front, the left side is the left side with respect to the traveling direction, and the right side is the right side with respect to the traveling direction.
  • the head-up display device 10 can be installed in, for example, the instrument panel 1P of the vehicle 1.
  • the head-up display device 10 can emit a first light L1 representing a first virtual image V1 and a second light L2 representing a second virtual image V2.
  • the first virtual image V1 appears in front of the driver's viewpoint VP via the windshield 1F
  • the second virtual image V2 appears farther than the first virtual image V1 via the windshield 1F.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of the head-up display device 10 when viewed from the left-right direction.
  • the head-up display device 10 includes one image forming unit 20, a reflecting unit 30, and an optical path adjusting unit 40 as main configurations.
  • the image forming unit 20 includes a light source 21 and one display 22.
  • the display 22 is arranged on the optical path of the light emitted from the light source 21, and is a single plate-shaped liquid crystal display (LCD) in the present embodiment.
  • the display 22 includes a first region 22A and a second region 22B that are adjacent to each other in the front-rear direction.
  • the first region 22A is located in front of the second region 22B.
  • the display 22 of the present embodiment is configured so that a voltage is applied to each of the first region 22A and the second region 22B independently of each other, and the alignment pattern of the liquid crystal molecules in the first region 22A and the second region 22A.
  • the orientation pattern of the liquid crystal molecules in 22B changes independently.
  • the configuration of the display 22 is not limited to this.
  • the light emitted from the light source 21 and incident on the first region 22A is transmitted through the first region 22A to the first light L1 having a light distribution pattern corresponding to the orientation pattern of the liquid crystal molecules in the first region 22A.
  • the first light L1 is generally collimated light, and the width of the first light L1 is wide enough to be visible to the human eye.
  • the first light L1 is emitted upward toward the reflecting portion 30 in a state of being slightly inclined rearward from the emitting surface 22Au of the first region 22A.
  • the light becomes an image representing a meter display such as the speed and the rotation speed of the vehicle 1, a road sign of the road on which the vehicle 1 travels, and the like.
  • the image represented by the first light L1 may be an image representing information other than the meter display and the road sign.
  • the light emitted from the light source 21 and incident on the second region 22B is the second light having a light distribution pattern corresponding to the orientation pattern of the liquid crystal molecules in the second region 22B by passing through the second region 22B. It becomes L2.
  • the second light L2 is approximately collimated light, and the width of the second light L2 is wide enough to be visible to the human eye.
  • the second light L2 is emitted upward from the emission surface 22Bu of the second region 22B toward the reflecting portion 30 along a direction substantially parallel to the first light L1.
  • the exit surface 22Bu is a horizontal plane substantially flush with the exit surface 22Au.
  • the second light L2 is light that becomes an image displayed farther than the image represented by the first light L1 when the predetermined projection surface is irradiated with the second light L2.
  • the image represented by the second light L2 is larger than the image represented by the first light L1 from the driver's point of view.
  • the image represented by the second light L2 for example, an image that can be recognized as augmented reality by being superimposed on the actual scene visually recognized by the driver of the vehicle 1 through the windshield 1F can be mentioned.
  • the image represented by the second light L2 may be smaller than the image represented by the first light L1 as seen by the driver, and may not be an image recognized as augmented reality.
  • the optical path adjusting unit 40 is arranged on the optical path of the second light L2 from the image forming unit 20 to the reflecting unit 30.
  • the optical path adjusting unit 40 is composed of an optical element having light transmittance and optical power of almost zero, and is a so-called prism in the present embodiment.
  • the collimated light incident on the optical element having substantially zero optical power is emitted from the optical element in a state where convergence and divergence are suppressed.
  • the optical path adjusting unit 40 has an incident surface 40i on which the second light L2 is incident and an exit surface 40o on which the second light L2 is emitted.
  • the incident surface 40i and the exit surface 40o are planes and are non-parallel to each other.
  • the incident surface 40i is substantially parallel to the exit surface 22Bu of the display 22, and the exit surface 40o is an inclined surface that gradually rises from the front to the rear.
  • the shape of the prism as the optical path adjusting unit 40 is not limited to this.
  • the optical path adjusting unit 40 of the present embodiment is configured to reduce the infrared rays emitted from the optical path adjusting unit 40 as compared with those before the infrared rays are incident on the optical path adjusting unit 40.
  • Such an optical path adjusting unit 40 can be formed from a predetermined resin mixed with an infrared absorber such as a tungsten oxide-based or phthalocyanine-based material, or the incident surface 40i or the exit surface 40 Mill of the optical path adjusting unit 40. It can be formed by depositing an infrared absorber on the surface.
  • the predetermined resin examples include acrylic resin, polycarbonate (PC) resin, cycloolefin polymer (COP) resin, cyclic olefin copolymer (COC) resin, and silicone.
  • the optical path adjusting unit 40 that reduces the infrared rays emitted from the optical path adjusting unit 40 as compared with before the infrared rays are incident on the optical path adjusting unit 40 can be formed of glass.
  • the second light L2 emitted from the image forming unit 20 along a direction substantially parallel to the first light L1 passes through the optical path adjusting unit 40, so that the second light L2 is incident on the optical path adjusting unit 40.
  • the light is emitted from the emission surface 40o so as to be gradually separated from the first light L1 as compared with the previous case. Therefore, the second light L2 emitted from the emitting surface 40o to the reflecting portion 30 is rearward as compared with the first light L1 emitted from the image forming unit 20 to reach the reflecting portion 30. It is tilted.
  • the section of the second light L2 from the exit surface 40o to the reflecting portion 30 is gradually separated from the first light L1 as it goes upward.
  • the optical power of the optical path adjusting unit 40 is almost zero, the second light L2 incident on the optical path adjusting unit 40 is emitted from the optical path adjusting unit 40 in a state where convergence and divergence are suppressed. Further, even if the second light L2 diverges or converges to some extent before and after the transmission of the optical path adjusting unit 40, it is not perceived by human vision. In this way, the second light L2 is emitted from the exit surface 40o as collimated light.
  • the reflecting unit 30 is arranged on the respective optical paths of the first light L1 emitted from the image forming unit 20 and the second light L2 emitted from the optical path adjusting unit 40, and the first light L1 and the second light L1. Each of the light L2 is reflected to reach the driver's viewpoint VP.
  • the reflecting unit 30 includes a first reflecting unit 31 made of a convex mirror and a second reflecting unit 32 made of one concave mirror.
  • the first reflecting unit 31 is arranged on the respective optical paths of the first light L1 emitted from the image forming unit 20 and the second light L2 emitted from the optical path adjusting unit 40, and the first light L1 and the second light L1 and the second light L1 are arranged. Each of the light L2 is reflected toward the second reflecting unit 32.
  • the first reflecting unit 31 includes a first convex mirror 31A and a second convex mirror 31B arranged apart from each other.
  • the first convex mirror 31A is arranged on the front side and the upper side with respect to the second convex mirror 31B.
  • the first convex mirror 31A and the second convex mirror 31B may be connected to each other.
  • the first convex mirror 31A is arranged substantially directly above the first region 22A, and reflects the first light L1 forward and downward.
  • the first light L1 reflected by the first convex mirror 31A is incident on the region on the upper side with the center in the vertical direction of the second reflecting portion 32 as a reference.
  • the second convex mirror 31B generally faces the exit surface 40o of the optical path adjusting unit 40, and reflects the second light L2 forward and downward.
  • the second light L2 reflected by the second convex mirror 31B is incident on the lower region with respect to the vertical center of the second reflecting portion 32.
  • the optical path of the first light L1 from the image forming unit 20 to the first reflecting unit 31 and the optical path of the second light L2 from the image forming unit 20 to the first reflecting unit 31. Is non-intersecting. Further, in the present embodiment, the optical path of the first light L1 from the image forming unit 20 to the first reflection unit 31 and the second light L2 from the first reflection unit 31 to the second reflection unit 32. It intersects with the optical path, and the intersection Lx is formed.
  • the second reflecting unit 32 is arranged on the respective optical paths of the first light L1 and the second light L2 reflected by the first reflecting unit 31.
  • the second reflecting unit 32 reflects the first light L1 substantially directly above, and reflects the second light L2 backward and upward.
  • each of the first light L1 and the second light L2 is reflected in the order of the first reflecting unit 31 to the second reflecting unit 32.
  • the first light L1 reflected by the second reflecting unit 32 irradiates a predetermined region P1 of the windshield 1F.
  • the second light L2 reflected by the second reflecting unit 32 irradiates the region P2 above the predetermined region P1 of the windshield 1F.
  • Each of the first light L1 and the second light L2 guided to the windshield 1F is reflected to the eyebox E side on the driver side in the regions P1 and P2 and propagates to the eyebox E.
  • the driver of the vehicle 1 is represented by the first light L1 reflected in the region P1 in front of the viewpoint VP through the windshield 1F.
  • the virtual image V1 of 1 can be visually recognized.
  • the driver of the vehicle 1 can see the second light reflected in the region P2 farther than the first virtual image V1 through the windshield 1F.
  • the second virtual image V2 represented by L2 can be visually recognized. Since the second light L2 irradiates the region P2 above the region P1 to which the first light L1 is irradiated, the second virtual image V2 appears above the first virtual image V1.
  • the windshield 1F can be considered as a projection plane for representing the first virtual image V1 and the second virtual image V2.
  • the projection surface is not limited to the windshield 1F as long as the first virtual image V1 and the second virtual image V2 can be visually recognized, and may be, for example, a combiner provided inside the vehicle 1.
  • the head-up display device 10 of the present embodiment has one image forming unit 20 that emits each of the first light L1 and the second light L2, and the second light L2 on the optical path.
  • the optical path adjusting unit 40 which is arranged, has light transmission property, and has almost zero optical power, is provided.
  • the first light L1 becomes the first virtual image V1 that appears closer to the driver, and the second light L2 appears farther than the first virtual image V1 seen from the driver.
  • the first light L1 and the second light L2 are gradually separated from each other so as to become the second virtual image V2 as compared with before the second light L2 is incident on the optical path adjusting unit 40.
  • the image forming unit so that the light that becomes a distant virtual image and the light that becomes a near virtual image are separated from each other. Need to exit from.
  • the distance is such that the driver can distinguish using one image generation unit. It is difficult to form a virtual image in the vicinity.
  • the first light L1 becomes the first virtual image V1 and the second light L2 becomes the second virtual image V2 via the optical path adjusting unit 40.
  • the first light L1 and the second light L2 can be gradually separated from each other as compared with before the light L2 incident on the optical path adjusting unit 40. Therefore, two virtual images that allow the driver to distinguish between perspective can be formed by one image forming unit.
  • a distant virtual image and a near virtual image are formed by using two image forming units, for example, a distant virtual image and a near virtual image are formed by one image forming unit. Since it is possible to form a virtual image of one side, the number of image forming units can be reduced and the size of the device can be suppressed.
  • the head-up display device 10 of the present embodiment includes a reflecting unit 30 that reflects each of the first light L1 and the second light L2 to reach the viewpoint VP.
  • a reflecting unit 30 that reflects each of the first light L1 and the second light L2 to reach the viewpoint VP.
  • each of the optical paths of the first light L1 and the second light L2 can be changed in a desired direction, and the degree of freedom in design can be increased.
  • the reflecting unit 30 includes a first reflecting unit 31 and a second reflecting unit 32 that sequentially reflect each of the first light L1 and the second light L2. By reflecting the light twice by the reflecting unit 30 in this way, it may be easier to adjust the optical path in a desired direction.
  • the optical path of the second light L2 up to 31 is non-intersecting, and the head-up display device 10 has an optical path of the first light L1 from the image forming unit 20 to the first reflecting unit 31. It has an intersection Lx that intersects with the optical path of the second light L2 from the first reflecting portion 31 to the second reflecting portion 32.
  • the intersection Lx does not exist on the optical path of the second light L2 from the image forming unit 20 to the first reflecting unit 31.
  • the image forming unit 20 is first reflected by arranging the optical path adjusting unit 40 on the optical path of the second light L2 from the image forming unit 20 to the first reflecting unit 31.
  • the optical path adjusting unit 40 may be arranged so that the optical path adjusting unit 40 does not overlap the intersection Lx without being separated from the unit 31. Therefore, it is possible to effectively suppress the increase in size of the device.
  • the first reflecting unit 31 includes a first convex mirror 31A that reflects the first light L1 and a second convex mirror 31B that reflects the second light L2.
  • the reflecting unit 32 is composed of one concave mirror that reflects both the first light L1 and the second light L2. According to such a configuration, each of the first light L1 and the second light L2 can be reflected in a desired direction without increasing the curvature of the concave mirror. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of aberration caused by the increase in the curvature of the concave mirror.
  • the optical path adjusting unit 40 is configured to reduce the infrared rays emitted from the optical path adjusting unit 40 as compared with those before the infrared rays are incident on the optical path adjusting unit 40. According to such a configuration, even if infrared rays are incident on the head-up display device, the infrared rays can be reduced by the optical path adjusting unit. Therefore, it is possible to suppress the temperature rise of the image forming unit or the like due to infrared rays.
  • the reflecting unit 30 As a method of displaying an image farther in the head-up display device 10 as described above, it is conceivable to configure the reflecting unit 30 with a mirror having a large curvature.
  • sunlight may be incident on the head-up display device 10, and in this case, when the sunlight is reflected by the mirror having a large curvature, the sunlight is applied to a narrow range of the display 22 of the image forming unit 20. Can be focused. In this case, the portion of the display 22 exposed to sunlight can be heated by infrared rays.
  • the optical path adjusting unit 40 of the present embodiment is configured to reduce infrared rays, and is arranged on the optical path of the second light L2 which is an image displayed in the distance.
  • the infrared rays irradiating the display 22 are the optical path adjusting unit. It can be reduced via 40 and can suppress the temperature rise of the display 22.
  • the reflecting unit 30 As a method of displaying a larger image in the head-up display device 10 as described above, it is conceivable to configure the reflecting unit 30 with a mirror having a large reflecting surface. However, when the reflective surface is made large, the amount of sunlight reflected by the reflective surface and irradiating the display 22 increases, and the display 22 can be heated by a large amount of infrared rays.
  • the optical path adjusting unit 40 of the present embodiment is configured to reduce infrared rays, and is arranged on the optical path of the second light L2 which becomes a large image.
  • the infrared rays irradiating the display 22 cause the optical path adjusting unit 40. It can be reduced and the temperature rise of the display 22 can be suppressed.
  • the optical path of the first light L1 from the image forming unit 20 to the first reflecting unit 31 and the second light L2 from the image forming unit 20 to the first reflecting unit 31 are non-intersecting with each other.
  • An example in which the optical path of the light L2 intersects with each other has been described.
  • the optical path of the first light L1 from the image forming unit 20 to the first reflecting unit 31 and the optical path of the second light L2 from the image forming unit 20 to the first reflecting unit 31 They may intersect, and the optical path of the first light L1 from the image forming unit 20 to the first reflecting unit 31 and the second light L2 from the first reflecting unit 31 to the second reflecting unit 32. It may not intersect with the optical path of.
  • the reflecting portion 30 includes a first reflecting portion 31 made of a convex mirror and a second reflecting portion 32 made of a concave mirror.
  • the configuration of the reflecting unit 30 is not limited to this.
  • both the first reflecting portion 31 and the second reflecting portion 32 may be a convex mirror or a concave mirror
  • the first reflecting portion 31 may be a concave mirror
  • the second reflecting portion 32 may be a convex mirror.
  • At least one of the reflecting portion 31 and the second reflecting portion 32 may be a plane mirror.
  • the first reflecting unit 31 is composed of the first convex mirror 31A and the second convex mirror 31B has been described, but the first reflecting unit 31 may be one mirror.
  • the second reflecting unit 32 is composed of one concave mirror has been described, but the second reflecting unit 32 is separate for each of the first light L1 and the second light L2. It may be two mirrors provided in.
  • the reflecting unit 30 may be composed of only one reflecting unit, or may be composed of three or more reflecting units that continuously and continuously reflect the first light L1 and the second light L2. ..
  • the reflecting unit 30 may be composed of only one reflecting unit, or may be composed of three or more reflecting units that continuously and continuously reflect the first light L1 and the second light L2. ..
  • the optical path adjusting unit 40 is arranged on the optical path of the second optical L2 from the image forming unit 20 to the reflecting unit 30 , but the present invention is not limited to this.
  • the optical path adjusting unit is on the optical path of the first light L1 from the image forming unit 20 to the reflecting unit 30. May be placed.
  • the first light L1 becomes the first virtual image V1 that appears closer to the driver, and the second light L2 is farther than the first virtual image V1 seen from the driver.
  • the first light L1 and the second light L2 are gradually separated from each other as compared with before the first light L1 is incident on the optical path adjusting portion so as to be the second virtual image V2 appearing in.
  • the optical path adjusting unit is on the optical path of the first light L1 from the image forming unit 20 to the reflecting unit 30. May be placed.
  • the first light L1 becomes the first virtual image V1 that appears closer to the driver, and the second light L2 is farther than the first virtual image V1 seen from the driver.
  • the first light L1 and the second light L2 are gradually separated from each other as compared with before the first light L1 and the second light L2 are incident on the optical path adjusting portion so as to be the second virtual image V2 appearing in.
  • the optical path of the first light L1 from the image forming unit 20 to the first reflection unit 31 and the second light L2 from the first reflection unit 31 to the second reflection unit 32 When there is an intersection Lx that intersects with the optical path, the optical path adjusting unit 40 is not arranged on the optical path of the first light L1 from the image forming unit 20 to the reflecting unit 30, and the light is reflected from the image forming unit 20. It is preferable to arrange the optical path adjusting unit 40 on the optical path of the second optical L2 up to the unit 30. This makes it easy to arrange the optical path adjusting unit 40 so as not to overlap with the intersection Lx.
  • the optical path adjusting unit when the optical path adjusting unit is arranged on the optical path of the first light L1, the optical path adjusting unit reduces the infrared rays emitted from the optical path adjusting unit as compared with those before the infrared rays are incident on the optical path adjusting unit. It is preferably configured.
  • the head-up display device 10 includes the reflection unit 30 .
  • the optical path adjusting unit 40 on at least one optical path of the first optical L1 and the second optical L2, the first virtual image V1 in which the first optical L1 appears closer to the driver. Therefore, at least one of the first light L1 and the second light L2 adjusts the optical path so that the second light L2 becomes the second virtual image V2 that appears farther than the first virtual image V1 when viewed from the driver. It is not essential to provide the reflecting unit 30 if the first light L1 and the second light L2 can be gradually separated from each other as compared with before incident on the unit 40.
  • the example in which the optical path adjusting unit 40 is a prism has been described, but by arranging the optical path adjusting unit 40 on at least one optical path of the first optical L1 and the second optical L2, the first The light L1 of 1 becomes the first imaginary image V1 appearing closer to the driver, and the second light L2 becomes the second imaginary image V2 appearing farther than the first imaginary image V1 seen from the driver.
  • the optical path adjusting unit 40 has almost the optical power other than the prism. It may be a zero optical element.
  • the emission surface 22Au and the emission surface 22Bu of the image forming unit 20 are horizontal planes, and the first light L1 and the second light L2 are emitted substantially upward from the emission surface 22Au and the emission surface 22Bu.
  • the head-up display device may be configured such that the emission surface of the image forming unit 20 is a vertical surface and the first light L1 and the second light L2 are emitted substantially forward or backward from the emission surface. ..
  • a head-up display device capable of displaying a near virtual image and a distant virtual image while suppressing an increase in size of the device, and can be used, for example, in the field of automobiles.

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Abstract

ヘッドアップディスプレイ装置（１０）は、第１の光（Ｌ１）及び第２の光（Ｌ２）のそれぞれを出射する１つの画像形成ユニット（２０）と、第１の光（Ｌ１）及び第２の光（Ｌ２）の少なくとも一方の光路上に配置され、光透過性を有しかつ光学的なパワーがほぼゼロの光路調整部（４０）と、を備える。光路調整部（４０）は、第１の光（Ｌ１）が運転者から見て近方に現れる第１の虚像（Ｖ１）となり、第２の光（Ｌ２）が運転者から見て第１の虚像（Ｖ１）よりも遠方に現れる第２の虚像（Ｖ２）となるように、第１の光（Ｌ１）及び第２の光（Ｌ２）の少なくとも一方が光路調整部（４０）に入射する前に比べて第１の光（Ｌ１）及び第２の光（Ｌ２）を次第に離間させる。

Description

ヘッドアップディスプレイ装置
　本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置に関し、具体的には、前方の相対的に近い位置及び前方の相対的に遠い位置のそれぞれに虚像を表示可能なヘッドアップディスプレイ装置に関する。
　近年、例えば下記特許文献１に記載されるように、ウインドシールドを基準として前方の比較的近い位置に表示される虚像に加えて、この虚像よりも遠方に別の虚像を表示可能なヘッドアップディスプレイ装置が知られている。この特許文献１のヘッドアップディスプレイ装置は、２つの画像形成ユニット（ＰＧＵ）を備えており、一方の画像形成ユニットによって近方に現れる虚像となる光が出射され、他方の画像形成ユニットによって遠方に現れる虚像となる光が出射される。
国際公開２０１５－１５９５２１号公報
　しかし、上記特許文献１に記載のヘッドアップディスプレイ装置では、遠方の虚像と近方の虚像とを表示するために２つの画像形成ユニットが必要とされるため、装置が大型化する傾向がある。
　そこで、本発明は、装置の大型化を抑制しつつ近方の虚像と遠方の虚像とを表示することが可能なヘッドアップディスプレイ装置を提供することを目的とする。
　上記目的の達成のため、本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、第１の光及び第２の光のそれぞれを出射する１つの画像形成ユニットと、前記第１の光及び前記第２の光の少なくとも一方の光路上に配置され、光透過性を有しかつ光学的なパワーがほぼゼロの光路調整部と、を備え、前記光路調整部は、前記第１の光が運転者から見て近方に現れる第１の虚像となり、前記第２の光が前記運転者から見て前記第１の虚像よりも遠方に現れる第２の虚像となるように、前記第１の光及び前記第２の光の少なくとも一方が前記光路調整部に入射する前に比べて前記第１の光及び前記第２の光を次第に離間させることを特徴とするものである。
　運転者が遠近を区別できる程度に２つの虚像の表示位置が離れるためには、一般的に、遠方の虚像となる光と、近方の虚像となる光とが、互いに離れるように画像形成ユニットから出射する必要がある。しかし、１つの画像生成ユニットから出射する複数の光は、一般的に、互いに平行に近い状態で出射する傾向にあるため、１つの画像生成ユニットを用いて、運転者が区別可能な程度の遠方と近方とに虚像を形成することが難しい。これに対し、このヘッドアップディスプレイ装置では、上記光路調整部を介して、第１の光が上記第１の虚像となり、第２の光が上記第２の虚像となるように、前記第１の光及び前記第２の光の少なくとも一方が光路調整部に入射する前に比べて第１の光及び第２の光を次第に離間させることができる。このため、運転者が遠近を区別可能な２つの虚像を１つの画像形成ユニットによって形成し得る。なお、上記のような光学的なパワーがほぼセロの光路調整部としては、例えばプリズムを挙げることができる。
　このように、このヘッドアップディスプレイ装置によれば、遠方の虚像と近方の虚像とを２つの画像形成ユニットを用いて形成する上記特許文献１のヘッドアップディスプレイ装置と異なり、１つの画像形成ユニットよって遠方の虚像と近方の虚像とを形成することができるため、画像形成ユニットの数を減らして装置の大型化を抑制することができる。
　また、上記ヘッドアップディスプレイ装置は、前記第１の光及び前記第２の光のそれぞれを反射して前記運転者の視点に至らせる反射部を備えることが好ましい。
　この場合、反射部によって第１の光の光路と第２の光の光路とのそれぞれを所望の方向に変えることができ、設計の自由度が向上し得る。
　また、上記ヘッドアップディスプレイ装置が上記反射部を備える場合、前記反射部は、第１反射部及び第２反射部を含み、前記第１の光及び前記第２の光のそれぞれは、前記第１反射部から前記第２反射部の順に反射されてもよい。
　このように、反射部によって光を２回反射させることで、光路を所望の方向に調整することがより容易になり得る。
　また、上記反射部が上記第１反射部と上記第２反射部とを含む場合、前記画像形成ユニットから前記第１反射部に至るまでの前記第１の光の光路と、前記画像形成ユニットから前記第１反射部に至るまでの前記第２の光の光路とが非交差であってもよい。
　また、このヘッドアップディスプレイ装置は、画像形成ユニットから第１反射部に至るまでの第１の光の光路と、画像形成ユニットから第１反射部に至るまでの第２の光の光路とが非交差である場合、前記画像形成ユニットから前記第１反射部に至るまでの前記第１の光の光路と前記第１反射部から前記第２反射部に至るまでの前記第２の光の光路とが交差する交差部を有してもよい。
　また、上記交差部を有する場合、前記光路調整部は、前記画像形成ユニットから前記第１反射部に至るまでの前記第２の光の光路上に配置されることが好ましい。
　上述のように、画像形成ユニットから第１反射部に至るまでの第２の光の光路上には上記交差部が存在しない。そのため、画像形成ユニットから第１反射部に至るまでの第２の光の光路上に光路調整部を配置することによって、画像形成ユニットを第１反射部から離さなくても、光路調整部が交差部に重ならないように光路調整部を配置し得る。したがって、装置の大型化を抑制することができる。
　また、上記反射部が第１反射部及び第２反射部を含む場合、前記第１反射部は、前記第１の光を反射する第１凸面鏡及び前記第２の光を反射する第２凸面鏡からなり、前記第２反射部は、前記第１の光及び前記第２の光の双方を反射する１つの凹面鏡からなることが好ましい。
　ここで、１つの凹面鏡とは、凹面鏡の第１反射部側の焦点が１つである場合をいう。このため、例えば２つの凹部が連結されて見かけ上１つの部材となっているような反射部材は１つの凹面鏡に該当しない。
　このような構成によれば、凹面鏡の曲率を大きくしなくても、第１の光及び第２の光のそれぞれを所望の方向に反射させ得る。このため、凹面鏡の曲率が増大することに起因する収差の発生を抑制することができる。
　また、前記光路調整部は、前記光路調整部から出射する赤外線を当該赤外線が前記光路調整部に入射する前に比べて減少させることが好ましい。
　このような構成によれば、ヘッドアップディスプレイ装置内に赤外線が入射しても、当該赤外線を光路調整部により減少させることができる。このため、赤外線に起因する画像形成ユニットなどの昇温を抑制し得る。
　また、上記目的達成のために、本発明は、運転者の視点の前方に現れる第１の虚像と、当該第１の虚像よりも遠方に現れる第２の虚像とを表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、前記第１の虚像となる第１の光及び前記第２の虚像となる第２の光のそれぞれを出射する１つの画像形成ユニットと、前記第２の光の光路上に配置されるプリズムと、前記第１の光を反射する第１凸面鏡と、前記第２の光を反射する第２凸面鏡と、前記第１凸面鏡で反射した前記第１の光と前記第２凸面鏡で反射した前記第２の光とをウインドシールドに向けて反射する１つの凹面鏡と、を備えることを特徴とするものである。
　このような構成によれば、１つの画像形成ユニットによって第１の虚像及び第２の虚像を形成し得る。このため、画像形成ユニットの数を減らして装置の大型化を抑制することができる。
　以上のように、本発明によれば、装置の大型化を抑制しつつ近方の虚像と遠方の虚像とを表示することが可能なヘッドアップディスプレイ装置が提供される。
本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置を当該ヘッドアップディスプレイ装置が搭載される車両の一部と共に概略的に示す図である。 図１に示すヘッドアップディスプレイ装置の構成を、当該ヘッドアップディスプレイ装置を左右方向から見て概略的に示す図である。
　以下、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置を実施するための形態が添付図面とともに例示される。以下に例示する実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、以下の実施形態から変更、改良することができる。また、本明細書では、理解を容易にするために、各部材の寸法が誇張して示されている場合がある。
　図１は、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１０を当該ヘッドアップディスプレイ装置１０が搭載される車両１の一部と共に概略的に示す図であり、車両１を左右方向から見る図である。なお、車両１の進行方向側を前、進行方向に対して左側を左、進行方向に対して右側を右とする。
　図１に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置１０は、車両１の例えばインストルメントパネル１Ｐ内に設置することができる。このヘッドアップディスプレイ装置１０は、第１の虚像Ｖ１を表す第１の光Ｌ１と、第２の虚像Ｖ２を表す第２の光Ｌ２とを出射することができる。後述するように、第１の虚像Ｖ１はウインドシールド１Ｆを介して運転者の視点ＶＰの前方に現れ、第２の虚像Ｖ２はウインドシールド１Ｆを介して第１の虚像Ｖ１よりも遠方に現れる。
　図２は、ヘッドアップディスプレイ装置１０の構成を左右方向から見て概略的に示す図である。図２に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置１０は、１つの画像形成ユニット２０と、反射部３０と、光路調整部４０と、を主な構成として備える。
　画像形成ユニット２０は、光源２１と、１枚のディスプレイ２２と、を含んでいる。
　ディスプレイ２２は、光源２１から出射する光の光路上に配置されており、本実施形態では１枚の板状の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）である。ディスプレイ２２は、前後方向において互いに隣り合う第１領域２２Ａ及び第２領域２２Ｂを含んでいる。第１領域２２Ａは第２領域２２Ｂの前方に位置している。本実施形態のディスプレイ２２は、第１領域２２Ａ及び第２領域２２Ｂのそれぞれに互いに独立して電圧が印加されるように構成されており、第１領域２２Ａにおける液晶分子の配向パターン及び第２領域２２Ｂにおける液晶分子の配向パターンがそれぞれ独立して変化する。なお、ディスプレイ２２の構成はこれに限定されるものではない。
　光源２１から出射して第１領域２２Ａに入射する光は、第１領域２２Ａを透過することにより、第１領域２２Ａにおける液晶分子の配向パターンに応じた配光パターンを有する第１の光Ｌ１となる。本実施形態において、例えば、この第１の光Ｌ１は概ねコリメート光であり、第１の光Ｌ１の幅は人間の眼に視認できる程度の幅である。本実施形態では、第１の光Ｌ１は、第１領域２２Ａの出射面２２Ａｕから後方側にやや傾斜した状態で、反射部３０に向かって上方に出射する。この第１の光Ｌ１は、所定の投影面に照射された際に、例えば、車両１の速度や回転数などのメーター表示や、車両１が走行する道路の道路標識等を表す像となる光である。ただし、第１の光Ｌ１により表される像は、メーター表示や道路標識以外の他の情報を表す像であってもよい。
　また、光源２１から出射して第２領域２２Ｂに入射する光は、第２領域２２Ｂを透過することにより、第２領域２２Ｂにおける液晶分子の配向パターンに応じた配光パターンを有する第２の光Ｌ２となる。本実施形態において、例えば、この第２の光Ｌ２は概ねコリメート光であり、第２の光Ｌ２の幅は人間の眼に視認できる程度の幅である。本実施形態では、第２の光Ｌ２は、第２領域２２Ｂの出射面２２Ｂｕから、第１の光Ｌ１とほぼ平行な方向に沿って反射部３０に向かって上方に出射する。出射面２２Ｂｕは、出射面２２Ａｕと概ね面一の水平面とされる。第２の光Ｌ２は、所定の投影面に照射された際に、第１の光Ｌ１により表される像よりも遠方に表示される像となる光である。本実施形態では、第２の光Ｌ２により表される像は、運転者から見て第１の光Ｌ１により表される像よりも大きい。第２の光Ｌ２により表される像としては、例えば、車両１の運転者がウインドシールド１Ｆを介して視認する実景に重畳されることにより拡張現実として認識し得る像を挙げることができる。ただし、第２の光Ｌ２により表される像は、運転者から見て第１の光Ｌ１により表される像よりも小さくてもよく、拡張現実として認識される像でなくてもよい。
　光路調整部４０は、画像形成ユニット２０から反射部３０に至るまでの第２の光Ｌ２の光路上に配置される。この光路調整部４０は、光透過性を有しかつ光学的なパワーがほぼゼロの光学素子からなり、本実施形態ではいわゆるプリズムである。なお、光学的なパワーがほぼゼロの光学素子に入射するコリメート光は、収束及び発散が抑制された状態で当該光学素子から出射する。光路調整部４０は、第２の光Ｌ２が入射する入射面４０ｉと、第２の光Ｌ２が出射する出射面４０ｏとを有している。入射面４０ｉと出射面４０ｏとはそれぞれ平面であり、互いに非平行である。入射面４０ｉは、ディスプレイ２２の出射面２２Ｂｕと概ね平行であり、出射面４０ｏは、前方から後方に向かって次第に上昇する傾斜面である。なお、光路調整部４０としてのプリズムの形状はこれに限定されるものではない。
　また、本実施形態の光路調整部４０は、光路調整部４０から出射する赤外線を当該赤外線が光路調整部４０に入射する前に比べて減少させるように構成される。このような光路調整部４０は、例えば、酸化タングステン系やフタロシアニン系などの赤外線吸収材が混合された所定の樹脂から形成することができ、あるいは、光路調整部４０の入射面４０ｉや出射面４０оに赤外線吸収材を蒸着することにより形成することができる。なお、上記所定の樹脂としては、例えばアクリル樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）樹脂、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）樹脂、あるいはシリコーンなどを挙げることができる。また、光路調整部４０から出射する赤外線を当該赤外線が光路調整部４０に入射する前に比べて減少させる光路調整部４０は、ガラスから形成することも可能である。
　画像形成ユニット２０から第１の光Ｌ１とほぼ平行な方向に沿って出射した第２の光Ｌ２は、光路調整部４０を透過することによって、第２の光Ｌ２が光路調整部４０に入射する前に比べて第１の光Ｌ１から次第に離間するように、出射面４０ｏから出射する。このため、出射面４０ｏから出射して反射部３０に至るまでの第２の光Ｌ２は、画像形成ユニット２０から出射して反射部３０に至るまでの第１の光Ｌ１に比べて後方側に傾いている。このように、出射面４０ｏから反射部３０に至るまでの第２の光Ｌ２の区間は、上方に行くに従って第１の光Ｌ１から次第に離れている。また、光路調整部４０の光学的なパワーはほぼゼロであるため、光路調整部４０に入射した第２の光Ｌ２は、収束及び発散が抑制された状態で光路調整部４０から出射する。また、光路調整部４０の透過前後において第２の光Ｌ２が多少発散又は収束しているとしても、人間の視覚に認識されない程度のものである。こうして、第２の光Ｌ２は、概ねコリメート光として出射面４０ｏから出射する。
　反射部３０は、画像形成ユニット２０から出射する第１の光Ｌ１及び光路調整部４０から出射する第２の光Ｌ２のそれぞれの光路上に配置されており、第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２のそれぞれを反射して運転者の視点ＶＰに至らせる。本実施形態において、反射部３０は、凸面鏡からなる第１反射部３１と、１つの凹面鏡からなる第２反射部３２とを含む。
　第１反射部３１は、画像形成ユニット２０から出射する第１の光Ｌ１及び光路調整部４０から出射する第２の光Ｌ２のそれぞれの光路上に配置され、第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２のそれぞれを第２反射部３２に向かって反射する。本実施形態では、第１反射部３１は、互いに離間して配置される第１凸面鏡３１Ａ及び第２凸面鏡３１Ｂを含む。第１凸面鏡３１Ａは、第２凸面鏡３１Ｂに対して前方側かつ上方側に配置される。なお、第１凸面鏡３１Ａと第２凸面鏡３１Ｂとが連結されていてもよい。第１凸面鏡３１Ａは、第１領域２２Ａの概ね直上に配置されており、第１の光Ｌ１を前方側かつ下方側に反射する。第１凸面鏡３１Ａで反射した第１の光Ｌ１は、第２反射部３２の鉛直方向の中心を基準として上方側の領域に入射する。また、第２凸面鏡３１Ｂは、光路調整部４０の出射面４０ｏと概ね対向しており、第２の光Ｌ２を前方側かつ下方側に反射する。第２凸面鏡３１Ｂで反射した第２の光Ｌ２は、第２反射部３２の鉛直方向の中心を基準として下方側の領域に入射する。
　本実施形態では、画像形成ユニット２０から第１反射部３１に至るまでの第１の光Ｌ１の光路と、画像形成ユニット２０から第１反射部３１に至るまでの第２の光Ｌ２の光路とは非交差である。また、本実施形態では、画像形成ユニット２０から第１反射部３１に至るまでの第１の光Ｌ１の光路と第１反射部３１から第２反射部３２に至るまでの第２の光Ｌ２の光路とが交差し、交差部Ｌｘが形成される。
　第２反射部３２は、第１反射部３１で反射した第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２のそれぞれの光路上に配置されている。第２反射部３２は、第１の光Ｌ１を概ね直上に反射し、第２の光Ｌ２を後方かつ上方に反射する。
　このように、反射部３０において、第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２のそれぞれは、第１反射部３１から第２反射部３２の順に反射される。
　こうして、図１に示すように、第２反射部３２で反射した第１の光Ｌ１はウインドシールド１Ｆの所定の領域Ｐ１に照射される。また、第２反射部３２で反射した第２の光Ｌ２は、ウインドシールド１Ｆの上記所定の領域Ｐ１よりも上側の領域Ｐ２に照射される。ウインドシールド１Ｆに導光された第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２のそれぞれは、領域Ｐ１，Ｐ２において運転者側のアイボックスＥ側に反射され、アイボックスＥまで伝搬する。運転者の視点ＶＰがアイボックスＥ内に置かれることによって、車両１の運転者は、ウインドシールド１Ｆを介して視点ＶＰの前方に、領域Ｐ１で反射した第１の光Ｌ１によって表される第１の虚像Ｖ１を視認することができる。また、運転者の視点ＶＰがアイボックスＥ内に置かれることによって、車両１の運転者は、ウインドシールド１Ｆを介して第１の虚像Ｖ１よりも遠方に、領域Ｐ２で反射した第２の光Ｌ２によって表される第２の虚像Ｖ２を視認することができる。なお、第２の光Ｌ２は第１の光Ｌ１が照射される領域Ｐ１よりも上側の領域Ｐ２に照射されるため、第２の虚像Ｖ２は第１の虚像Ｖ１よりも上側に現れる。このように、本実施形態において、ウインドシールド１Ｆは、第１の虚像Ｖ１及び第２の虚像Ｖ２を表すための投影面と考えることができる。なお、第１の虚像Ｖ１及び第２の虚像Ｖ２を視認できるのであれば、投影面はウインドシールド１Ｆに限定されず、例えば、車両１の内部に設けられたコンバイナであってもよい。
　以上説明したように、本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置１０は、第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２のそれぞれを出射する１つの画像形成ユニット２０と、第２の光Ｌ２の光路上に配置され、光透過性を有しかつ光学的なパワーがほぼゼロの光路調整部４０と、を備える。この光路調整部４０は、第１の光Ｌ１が運転者から見て近方に現れる第１の虚像Ｖ１となり、第２の光Ｌ２が運転者から見て第１の虚像Ｖ１よりも遠方に現れる第２の虚像Ｖ２となるように、第２の光Ｌ２が光路調整部４０に入射する前に比べて第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２を次第に離間させる。
　また、本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置１０は、第１の虚像Ｖ１となる第１の光Ｌ１及び第１の虚像Ｖ１よりも遠方に現れる第２の虚像Ｖ２となる第２の光Ｌ２のそれぞれを出射する１つの画像形成ユニット２０と、第２の光Ｌ２の光路上に配置される光路調整部４０としてのプリズムと、第１の光Ｌ１を反射する第１凸面鏡３１Ａと、第２の光Ｌ２を反射する第２凸面鏡３１Ｂと、第１凸面鏡３１Ａで反射した第１の光Ｌ１と第２凸面鏡３１Ｂで反射した第２の光Ｌ２とをウインドシールド１Ｆに向けて反射する１つの凹面鏡からなる第２反射部３２と、を備える
　運転者が遠近を区別できる程度に２つの虚像の表示位置が離れるためには、一般的に、遠方の虚像となる光と、近方の虚像となる光とが、互いに離れるように画像形成ユニットから出射する必要がある。しかし、１つの画像生成ユニットから出射する複数の光は、一般的に、互いに平行に近い状態で出射する傾向にあるため、１つの画像生成ユニットを用いて、運転者が区別可能な程度の遠方と近方とに虚像を形成することが難しい。これに対し、このヘッドアップディスプレイ装置では、光路調整部４０を介して、第１の光Ｌ１が第１の虚像Ｖ１となり、第２の光Ｌ２が第２の虚像Ｖ２となるように、第２の光Ｌ２が光路調整部４０に入射する前に比べて第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２を次第に離間させることができる。このため、運転者が遠近を区別可能な２つの虚像を１つの画像形成ユニットによって形成し得る。
　このように、このヘッドアップディスプレイ装置１０によれば、例えば遠方の虚像と近方の虚像とを２つの画像形成ユニットを用いて形成する場合と異なり、１つの画像形成ユニットよって遠方の虚像と近方の虚像とを形成することができるため、画像形成ユニットの数を減らして装置の大型化を抑制することができる。
　また、本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置１０は、上記のように、第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２のそれぞれを反射して視点ＶＰに至らせる反射部３０を備えるため、この反射部３０によって第１の光Ｌ１と第２の光Ｌ２との光路のそれぞれを所望の方向に変えることができ、設計の自由度が高まり得る。さらに、この反射部３０は、第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２のそれぞれを順に反射する第１反射部３１及び第２反射部３２を含んでいる。このように、反射部３０によって光を２回反射させることで、光路を所望の方向に調整することがより容易になり得る。
　また、本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置１０では、上記のように、画像形成ユニット２０から第１反射部３１に至るまでの第１の光Ｌ１の光路と、画像形成ユニット２０から第１反射部３１に至るまでの第２の光Ｌ２の光路とが非交差であり、かつ、このヘッドアップディスプレイ装置１０は、画像形成ユニット２０から第１反射部３１に至るまでの第１の光Ｌ１の光路と第１反射部３１から第２反射部３２に至るまでの第２の光Ｌ２の光路とが交差する交差部Ｌｘを有している。このような構成により、本実施形態では、画像形成ユニット２０から第１反射部３１に至るまでの第２の光Ｌ２の光路上には交差部Ｌｘが存在しない。そこで、本実施形態のように、画像形成ユニット２０から第１反射部３１に至るまでの第２の光Ｌ２の光路上に光路調整部４０を配置することによって、画像形成ユニット２０を第１反射部３１から離さなくても、光路調整部４０が交差部Ｌｘに重ならないように光路調整部４０を配置し得る。したがって、装置の大型化を効果的に抑制することができる。
　また、本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置１０では、第１反射部３１は、第１の光Ｌ１を反射する第１凸面鏡３１Ａ及び第２の光Ｌ２を反射する第２凸面鏡３１Ｂからなり、第２反射部３２は、第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２の双方を反射する１つの凹面鏡からなる。このような構成によれば、凹面鏡の曲率を大きくしなくても、第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２のそれぞれを所望の方向に反射させ得る。このため、凹面鏡の曲率が増大することに起因する収差の発生を抑制することができる。
　また、本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置１０において、光路調整部４０は、光路調整部４０から出射する赤外線を当該赤外線が光路調整部４０に入射する前に比べて減少させるように構成される。このような構成によれば、ヘッドアップディスプレイ装置内に赤外線が入射しても、当該赤外線を光路調整部により減少させることができる。このため、赤外線に起因する画像形成ユニットなどの昇温を抑制することができる。
　ところで、上記のようなヘッドアップディスプレイ装置１０において像をより遠方に表示する方法として、曲率の大きなミラーで反射部３０を構成することが考えられる。しかし、ヘッドアップディスプレイ装置１０内には太陽光が入射する場合があり、この場合において、太陽光が曲率の大きな上記ミラーで反射すると、当該太陽光は画像形成ユニット２０のディスプレイ２２の狭い範囲に集光し得る。この場合、ディスプレイ２２の太陽光に照射される部位が赤外線によって昇温し得る。しかし、上記のように、本実施形態の光路調整部４０は、赤外線を減少させるように構成されており、遠方に表示される像となる第２の光Ｌ２の光路上に配置される。したがって、第２の光Ｌ２の像を遠方に表示するために、反射部３０における第１反射部３１や第２反射部３２の曲率を大きくする場合でも、ディスプレイ２２を照射する赤外線が光路調整部４０を介して低減され得、ディスプレイ２２の昇温を抑制し得る。
　また、上記のようなヘッドアップディスプレイ装置１０においてより大きな像を表示する方法として、大きな反射面を有するミラーで反射部３０を構成することが考えられる。しかし、反射面を大きくすると、当該反射面で反射してディスプレイ２２を照射する太陽光の量が増大し、多量の赤外線によってディスプレイ２２が昇温し得る。しかし、上記のように、本実施形態の光路調整部４０は、赤外線を減少させるように構成されており、大きな像となる第２の光Ｌ２の光路上に配置される。したがって、第２の光Ｌ２の像を大きくするために反射部３０における第１反射部３１や第２反射部３２の反射面を大きくする場合でも、ディスプレイ２２を照射する赤外線が光路調整部４０を介して低減され得、ディスプレイ２２の昇温を抑制し得る。
　以上、本発明について上記実施形態を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
　例えば、上記実施形態では、画像形成ユニット２０から第１反射部３１に至るまでの第１の光Ｌ１の光路と、画像形成ユニット２０から第１反射部３１に至るまでの第２の光Ｌ２の光路とが非交差であり、かつ、画像形成ユニット２０から第１反射部３１に至るまでの第１の光Ｌ１の光路と、第１反射部３１から第２反射部３２に至るまでの第２の光Ｌ２の光路とが交差する例を説明した。しかし、例えば、画像形成ユニット２０から第１反射部３１に至るまでの第１の光Ｌ１の光路と、画像形成ユニット２０から第１反射部３１に至るまでの第２の光Ｌ２の光路とが交差してもよいし、画像形成ユニット２０から第１反射部３１に至るまでの第１の光Ｌ１の光路と、第１反射部３１から第２反射部３２に至るまでの第２の光Ｌ２の光路とが非交差であってもよい。
　また、上記実施形態では、反射部３０が凸面鏡からなる第１反射部３１と凹面鏡からなる第２反射部３２とを含む例を説明した。しかし、反射部３０の構成はこれに限られない。例えば、第１反射部３１及び第２反射部３２の両方が凸面鏡又は凹面鏡であってもよいし、第１反射部３１が凹面鏡で第２反射部３２が凸面鏡であってもよいし、第１反射部３１及び第２反射部３２の少なくとも一方が平面鏡であってもよい。また、上記実施形態では、第１反射部３１が第１凸面鏡３１Ａ及び第２凸面鏡３１Ｂから構成される例を説明したが、第１反射部３１は１つのミラーであってもよい。また、上記実施形態では、第２反射部３２が１つの凹面鏡から構成される例を説明したが、第２反射部３２は第１の光Ｌ１と第２の光Ｌ２とのそれぞれに対して別個に設けられる２つのミラーであってもよい。
　また、反射部３０は、１つの反射部のみから構成されてもよいし、第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２を順に連続して反射する３つ以上の反射部から構成されてもよい。なお、反射部で順に反射する回数を増やすことによって、第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２の光路を細かく変更することができ、設計の自由度が向上し得る。
　また、上記実施形態では、画像形成ユニット２０から反射部３０に至るまでの第２の光Ｌ２の光路上に光路調整部４０が配置される例を説明したが、これに限られない。例えば、画像形成ユニット２０から反射部３０に至るまでの第２の光Ｌ２の光路上に代えて、画像形成ユニット２０から反射部３０に至るまでの第１の光Ｌ１の光路上に光路調整部を配置してもよい。この場合、この光路調整部は、第１の光Ｌ１が運転者から見て近方に現れる第１の虚像Ｖ１となり、第２の光Ｌ２が運転者から見て第１の虚像Ｖ１よりも遠方に現れる第２の虚像Ｖ２となるように、第１の光Ｌ１が光路調整部に入射する前に比べて第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２を次第に離間させる。あるいは、画像形成ユニット２０から反射部３０に至るまでの第２の光Ｌ２の光路上に加えて、画像形成ユニット２０から反射部３０に至るまでの第１の光Ｌ１の光路上に光路調整部を配置してもよい。この場合、この光路調整部は、第１の光Ｌ１が運転者から見て近方に現れる第１の虚像Ｖ１となり、第２の光Ｌ２が運転者から見て第１の虚像Ｖ１よりも遠方に現れる第２の虚像Ｖ２となるように、第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２が光路調整部に入射する前に比べて第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２を次第に離間させる。ただし、上記のように、画像形成ユニット２０から第１反射部３１に至るまでの第１の光Ｌ１の光路と第１反射部３１から第２反射部３２に至るまでの第２の光Ｌ２の光路とが交差する交差部Ｌｘを有する場合、画像形成ユニット２０から反射部３０に至るまでの第１の光Ｌ１の光路上に光路調整部４０を配置せず、かつ、画像形成ユニット２０から反射部３０に至るまでの第２の光Ｌ２の光路上に光路調整部４０を配置することが好ましい。これにより、交差部Ｌｘと重ならないように光路調整部４０を配置することが容易になり得る。
　また、第１の光Ｌ１の光路上に光路調整部を配置する場合、この光路調整部は、光路調整部から出射する赤外線を当該赤外線が光路調整部に入射する前に比べて減少させるように構成されることが好ましい。
　また、上記実施形態では、ヘッドアップディスプレイ装置１０が反射部３０を備える例を説明した。しかし、光路調整部４０を第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２の少なくとも一方の光路上に配置することによって、第１の光Ｌ１が運転者から見て近方に現れる第１の虚像Ｖ１となり、第２の光Ｌ２が運転者から見て第１の虚像Ｖ１よりも遠方に現れる第２の虚像Ｖ２となるように、第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２の少なくとも一方が光路調整部４０に入射する前に比べて第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２を次第に離間させることができるのであれば、反射部３０を設けることは必須ではない。
　また、上記実施形態では、光路調整部４０がプリズムである例を説明したが、光路調整部４０を第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２の少なくとも一方の光路上に配置することによって、第１の光Ｌ１が運転者から見て近方に現れる第１の虚像Ｖ１となり、第２の光Ｌ２が運転者から見て第１の虚像Ｖ１よりも遠方に現れる第２の虚像Ｖ２となるように、第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２を光路調整部４０に入射する前に比べて次第に離間させることができるのであれば、光路調整部４０は、プリズム以外の光学的なパワーがほぼゼロの光学素子であってもよい。
　また、上記実施形態では、画像形成ユニット２０の出射面２２Ａｕ及び出射面２２Ｂｕが水平面であり、第１の光Ｌ１と第２の光Ｌ２とが出射面２２Ａｕ及び出射面２２Ｂｕから概ね上方に出射する例を説明した。しかし、これに限定されない。例えば、画像形成ユニット２０の出射面が鉛直面であり、第１の光Ｌ１と第２の光Ｌ２とが出射面から概ね前方又は後方に出射するようにヘッドアップディスプレイ装置を構成してもよい。
　本発明によれば、装置の大型化を抑制しつつ近方の虚像と遠方の虚像とを表示することが可能なヘッドアップディスプレイ装置が提供され、例えば自動車分野において利用可能である。

 

Claims (9)

  1. 　第１の光及び第２の光のそれぞれを出射する１つの画像形成ユニットと、
    　前記第１の光及び前記第２の光の少なくとも一方の光路上に配置され、光透過性を有しかつ光学的なパワーがほぼゼロの光路調整部と、
    を備え、
    　前記光路調整部は、前記第１の光が運転者から見て近方に現れる第１の虚像となり、前記第２の光が前記運転者から見て前記第１の虚像よりも遠方に現れる第２の虚像となるように、前記第１の光及び前記第２の光の少なくとも一方が前記光路調整部に入射する前に比べて前記第１の光及び前記第２の光を次第に離間させる
    ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
  2. 　前記第１の光及び前記第２の光のそれぞれを反射して前記運転者の視点に至らせる反射部を備える
    ことを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  3. 　前記反射部は、第１反射部及び第２反射部を含み、
    　前記第１の光及び前記第２の光のそれぞれは、前記第１反射部から前記第２反射部の順に反射される
    ことを特徴とする請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  4. 　前記画像形成ユニットから前記第１反射部に至るまでの前記第１の光の光路と、前記画像形成ユニットから前記第１反射部に至るまでの前記第２の光の光路とが非交差である
    ことを特徴とする請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  5. 　前記画像形成ユニットから前記第１反射部に至るまでの前記第１の光の光路と前記第１反射部から前記第２反射部に至るまでの前記第２の光の光路とが交差する交差部を有する
    ことを特徴とする請求項４に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  6. 　前記光路調整部は、前記画像形成ユニットから前記第１反射部に至るまでの前記第２の光の光路上に配置される
    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装置。
  7. 　前記第１反射部は、前記第１の光を反射する第１凸面鏡及び前記第２の光を反射する第２凸面鏡からなり、
    　前記第２反射部は、前記第１の光及び前記第２の光の双方を反射する１つの凹面鏡からなる
    ことを特徴とする請求項３から６のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  8. 　前記光路調整部は、前記光路調整部から出射する赤外線を前記光路調整部に入射する前に比べて減少させる
    ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  9. 　運転者の視点の前方に現れる第１の虚像と、当該第１の虚像よりも遠方に現れる第２の虚像とを表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、
    　前記第１の虚像となる第１の光及び前記第２の虚像となる第２の光のそれぞれを出射する１つの画像形成ユニットと、
    　前記第２の光の光路上に配置されるプリズムと、
    　前記第１の光を反射する第１凸面鏡と、
    　前記第２の光を反射する第２凸面鏡と、
    　前記第１凸面鏡で反射した前記第１の光と前記第２凸面鏡で反射した前記第２の光とをウインドシールドに向けて反射する１枚の凹面鏡と、
    を備える
    ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。

     
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