WO2017018198A1 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

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WO2017018198A1
WO2017018198A1 PCT/JP2016/070503 JP2016070503W WO2017018198A1 WO 2017018198 A1 WO2017018198 A1 WO 2017018198A1 JP 2016070503 W JP2016070503 W JP 2016070503W WO 2017018198 A1 WO2017018198 A1 WO 2017018198A1
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light
head
reflecting
display device
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宗也 松浦
一夫 諸橋
芽久実 佐藤
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Nippon Seiki Co Ltd
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Nippon Seiki Co Ltd
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Definitions

  • the present invention relates to an improved head-up display device.
  • a vehicle such as a vehicle may be equipped with a head-up display device capable of projecting information in front of an occupant.
  • An occupant can obtain information by visually recognizing a virtual image projected forward.
  • a conventional technique related to a head-up display device there is a technique disclosed in Patent Document 1.
  • a head-up display device has a first display that displays a first image, a second display that displays a second image, and light from the first display is transmitted.
  • a half mirror that reflects the light from the second display, and a windshield (projection surface portion) on which the light that passes through the half mirror or is reflected by the half mirror is projected.
  • the length of the optical path through which light passes is set so that the optical path length from the first display to the windshield is longer than the optical path length from the second display to the windshield. Accordingly, the occupant recognizes that the first image is projected in the back and the second image is projected in front. That is, by projecting images with different optical path lengths onto the windshield, it is possible to create a sense of depth in the virtual image.
  • An object of the present invention is to provide a head-up display device capable of generating a sense of depth in a virtual image while being inexpensive and compact.
  • the emission device capable of emitting an image projected on the projection surface portion, the reflection mirror that reflects the light emitted from the emission device, and the light reflected by the reflection mirror is imaged.
  • a head-up display device comprising: The reflecting mirror has at least two reflecting surfaces of a first reflecting surface and a second reflecting surface on which light emitted from the emitting device is incident, One of the first reflecting surface and the second reflecting surface is a plane and the other is a curved surface, or each is a curved surface and has a different shape,
  • the screen comprises a first screen through which light reflected by the first reflecting surface is transmitted, and a second screen through which light reflected by the second reflecting surface is transmitted, The length of the first optical path until the light transmitted through the first screen reaches the projection surface portion is different from the length of the second optical path until the light transmitted through the second screen reaches the projection surface portion.
  • the first screen and the second screen are arranged;
  • a head-up display device is provided in which a lens capable of converging light is provided between the screen through which the curved surface reflected light is transmitted and the emitting device.
  • the lens is a convex lens, a toroidal lens, or a free-form surface lens.
  • the optical axis of the lens is offset with respect to the optical axis of the screen through which the curved surface reflected light passes.
  • the first screen and the second screen are arranged so that the length of the first optical path is different from the length of the second optical path.
  • the operator of the head-up display device recognizes that the image formed on the first screen and the image formed on the second screen are projected as one on the front and the other on the back. That is, a sense of depth can be generated.
  • the distance from the reflecting mirror to the first screen and the distance from the reflecting mirror to the second screen. Will be different distances.
  • one of the first reflecting surface and the second reflecting surface of the reflecting mirror is a flat surface and the other is a curved surface, or each is a curved surface and has a different shape. That is, the first reflection surface and the second reflection surface have different shapes so that images can be formed on the first screen and the second screen having different distances from the reflecting mirror. Thereby, it can adjust to the image formation distance suitable for each.
  • the number of necessary reflecting mirrors is one. For this reason, the number of emission devices that emit light toward the reflecting mirror is only one. Since only one emitting device is required, the head-up display device can be made inexpensive and compact.
  • a lens capable of converging the light is provided between the screen through which the curved surface reflected light is transmitted and the emission device.
  • the curved surface reflected light is reflected in various directions. Since the lens capable of converging light is disposed between the screen and the light emitting device, the curved surface reflected light can be transmitted through the screen without increasing the size of the screen. The light emitted from the emission device can be efficiently used while suppressing the increase in size of the head-up display device.
  • the light transmitted through the screen through which the curved surface reflected light is transmitted can be directed to a predetermined position of the eye box, and the uniformity of the light in the eye box can be improved.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a head-up display device according to an embodiment of the present invention. It is the figure which expanded the principal part of the head-up display apparatus shown by FIG.
  • left and right refer to the left and right based on the vehicle occupant
  • front and rear refer to the front and rear based on the traveling direction of the vehicle.
  • the head-up display device 10 is mounted on a vehicle, for example.
  • the occupant (operator) Mn recognizes the virtual images V1 and V2 from the image projected on the windshield 17 (projection surface portion 17).
  • the head-up display device 10 includes a case 20, an emission device 12 provided at the bottom of the case 20 and capable of emitting an image, a first plane mirror 13 that reflects light emitted from the emission device 12, and the first A reflecting mirror 30 on which the light reflected by one plane mirror 13 is incident, a screen 40 through which the light reflected by the reflecting mirror 30 is transmitted, and a second plane mirror at which the light transmitted through the screen 40 is reflected. 15, a concave mirror 16 into which the light reflected by the second plane mirror 15 is incident, a windshield 17 onto which the light reflected by the concave mirror 16 is projected, a control capable of controlling the emission device 12 and the screen 40. Part 18.
  • the case 20 includes an upper case 22 covered with a lower case 21 that opens upward, and an inner lid 23 disposed inside the lower case 21.
  • the lower case 21, the upper case 22, and the inner lid 23 are made of, for example, a black synthetic resin having a light shielding property.
  • An opening 22 a is formed on the upper surface of the upper case 22.
  • a cover 24 made of transparent resin is provided in the opening 22a.
  • the inner lid 23 is provided to block outside light such as sunlight.
  • an opening 23 a is formed in part so as to allow passage of light emitted from the emission device 12.
  • the emitting device 12 is supported by a stay 51 fixed to the bottom of the lower case 21.
  • the emitting device 12 can employ a reflective display element such as DMD (Digital Micromirror Device) or LCOS (registered trademark: Liquid Crystal On On Silicon) or a transmissive display element such as a TFT (Thin Film Transistor) liquid crystal panel. .
  • the first plane mirror 13 is supported by a stay 52 fixed to the side wall of the lower case 21.
  • the first flat mirror 13 is obtained by forming a reflective film on the surface of a base material made of synthetic resin or glass material by means such as vapor deposition.
  • the reflecting mirror 30 is supported by a stay 53 fixed to the side wall of the lower case 21.
  • the reflecting mirror 30 is formed, for example, by forming a reflecting film on the surface of a base material made of synthetic resin or glass material by means such as vapor deposition.
  • the surface of the reflecting mirror 30 is composed of two reflecting surfaces 31 and 32 having different shapes. One is a first reflecting surface 31 formed in a plane mirror shape, and the other is a second reflecting surface 32 formed in a convex mirror shape. The first reflecting surface 31 and the second reflecting surface 32 are formed on one base material.
  • the first reflecting surface 31 may be a curved surface that is not a flat surface but a curved surface.
  • the second reflecting surface 32 may be a flat surface instead of a curved surface.
  • both the first reflecting surface 31 and the second reflecting surface 32 may be curved surfaces.
  • the screen 40 is supported by a screen holder 60.
  • the screen 40 includes a first screen 41 that transmits light reflected by the first reflecting surface 31 and a second screen 42 that transmits light reflected by the second reflecting surface 32.
  • the first screen 41 is a transmission screen that receives light emitted from the emission device 12 on the back surface and displays a display image on the front surface side.
  • a holographic diffuser, a microlens array, and a diffusion plate can be employed.
  • the length of the first optical path L1 from the first screen 41 to the windshield 17 is determined from the second screen 42 to the windshield 17 when the optical path length of the light transmitted through the screens 41 and 42 is used as a reference. It is set longer than the length of the second optical path L2. That is, the length of the first optical path L1 until the light transmitted through the first screen 41 reaches the windshield 17 and the length of the second optical path L2 until the light transmitted through the second screen 42 reaches the windshield 17.
  • the first screen 41 and the second screen 42 are disposed so as to be different from each other.
  • the screen holder 60 is fixed to stays 55 and 55 attached to the side wall of the lower case 21.
  • the screen holder 60 includes a first tube portion 61 that supports the first screen 41 and a second tube portion 62 that supports the second screen 42.
  • the optical axis of the first screen 41 and the optical axis of the second screen 42 are arranged along the optical axis of the transmitted light.
  • the first screen 41 and / or the second screen 42 may be disposed so as to be inclined with respect to the optical axis of the transmitted light.
  • the image projected on the windshield 17 can be tilted.
  • the second plane mirror 15 is supported by a stay 54 fixed to the side wall of the upper case 22.
  • the second plane mirror 15 is formed, for example, by forming a reflective film on the surface of a base material made of synthetic resin or glass material by means such as vapor deposition.
  • the concave mirror 16 is rotatably supported on the side wall of the upper case 22.
  • the concave mirror 16 is formed, for example, by forming a reflective film on the surface of a base material made of a synthetic resin material by means such as vapor deposition.
  • the concave mirror 16 is a mirror having a free curved surface, and further reflects the light reflected by the second plane mirror 15 toward the windshield 17.
  • the emission device 12 emits light toward the first plane mirror 13 based on a control signal from the control unit 18.
  • the emitted light is reflected toward the reflecting mirror 30 by the first plane mirror 13.
  • the reflected light is incident on the first reflecting surface 31 or the second reflecting surface 32. Whether the light is incident on the first reflecting surface 31 or the second reflecting surface 32 depends on which position in the first plane mirror 13 is incident.
  • the light incident on the first reflecting surface 31 is reflected toward the first screen 41.
  • the reflected light passes through the opening 23 a and passes through the first screen 41.
  • an image projected on the windshield 17 is formed.
  • the light incident on the second reflecting surface 32 is reflected toward the second screen 42.
  • the reflected light passes through the opening 23a and passes through the second screen 42 in general.
  • an image projected on the windshield 17 is formed.
  • the light reflected on the first reflecting surface 31 or the second reflecting surface 32 is reflected in the order of the second plane mirror 15 and the concave mirror 16 and passes through the cover portion 24.
  • the light transmitted through the cover part 24 is projected onto the windshield 17.
  • the occupant Mn recognizes the image projected on the windshield 17 as virtual images V1, V2 appearing in front of the windshield 17.
  • the range in which the light on the windshield 17 is projected is said to be an eye box that can be seen by the occupant Mn.
  • Such a head-up display device 10 has the following effects.
  • the first screen 41 and the second screen 42 are arranged so that the length of the first optical path L1 and the length of the second optical path L2 are different.
  • the occupant Mn recognizes that the image formed on the first screen 41 and the image formed on the second screen 42 are projected as one on the front and the other on the back (see virtual images V1 and V2). That is, a sense of depth can be generated.
  • the first screen 41 and the second screen 42 are arranged so that the length of the first optical path L1 and the length of the second optical path L2 are different, the distance from the reflecting mirror 30 to the first screen 41 and the reflection thereof.
  • the distance from the mirror 30 to the second screen 42 will be different.
  • one of the first reflecting surface 31 and the second reflecting surface 32 of the reflecting mirror 30 (the first reflecting surface 31) is a flat surface and the other (the second reflecting surface 32) is a curved surface.
  • the first reflecting surface 31 and the second reflecting surface 32 have different shapes so that images can be formed on the first screen 41 and the second screen 42 having different distances from the reflecting mirror 30. Thereby, it can adjust to the image formation distance suitable for each.
  • the required number of reflecting mirrors 30 is one. Therefore, only one emission device 12 that emits light toward the reflecting mirror 30 is sufficient. Since only one emitting device 12 is required, the head-up display device 10 can be made inexpensive and compact.
  • the head-up display device 10 that can produce a sense of depth in the virtual images V1, V2 while being inexpensive and compact.
  • the head-up display device 10 shown in FIG. 1 has the following problems.
  • the second reflecting surface 32 is constituted by a convex mirror. For this reason, the light reflected by the second reflecting surface 32 spreads toward the second screen 42. For this reason, a part of the light (curved surface reflected light) reflected by the second reflecting surface 32 does not pass through the second screen 42. There is a problem from the viewpoint of efficiently using the light emitted from the emission device 12.
  • the second screen 42 needs to be enlarged.
  • the head-up display device 10 is increased in size, and there is a problem also in this respect.
  • FIG. 4 shows a cross-sectional configuration of the head-up display device 70 of the embodiment, which is shown corresponding to FIG.
  • the head-up display device 70 according to the present invention is obtained by further improving the problems of the head-up display device 10 (see FIG. 1) according to the reference example. More specifically, a lens 80 is provided below the second screen 42.
  • Other basic configurations are the same as those of the head-up display device according to the reference example. Details will be described below.
  • the second screen 42 and the lens 80 are supported by the second cylindrical portion 62 of the screen holder 60.
  • the lens 80 is disposed closer to the emission device 12 than the second screen 42 with respect to the optical path.
  • the first screen 41, the second screen 42, and the lens 80 are supported by the screen holder 60.
  • the screen holder 60 is formed by integrally forming a first tube portion 61 that supports the first screen 41, a second screen 42, and a second tube portion 62 that supports the lens 80.
  • By supporting by the individual cylinder portions 61 and 62 it is possible to suppress the light that should originally be transmitted through the second screen 42 from being transmitted through the first screen 41.
  • the cylindrical portions 61 and 62 are integrally formed, the screens 41 and 42 and the lens 80 can be disposed at relatively accurate positions.
  • a convex lens is employed as the lens 80 (specifically, a convex lens in which a portion indicated by a two-dot chain line is removed from a normal convex lens).
  • the lens 80 can be a toroidal lens having a toroidal curved surface or a free curved surface lens having a free curved surface.
  • the relationship between the radius of curvature of the first cross section in the longitudinal direction of the lens 80 with respect to the second screen 42 (screen through which the curved surface reflected light is transmitted) and the radius of curvature of the second cross section orthogonal to the first cross section is as follows. It is desirable that the radius of curvature of the cross section is set larger.
  • the optical axis C1 of the lens 80 is offset with respect to the optical axis C2 of the second screen 42 through which the light reflected by the second reflecting surface 32 (curved surface reflected light) passes. Further, the optical axis C1 of the lens 80 coincides with the optical axis of the emitting device 12. For this reason, the optical axis C1 can also be referred to as the optical axis C1 of the emitting device 12. When a free-form surface lens is used as the lens 80, the optical axis C1 of the lens 80 may not be offset with respect to the optical axis C2 of the second screen 42.
  • the head-up display device 70 of the present invention As described above, according to the head-up display device 70 of the present invention, the following effects are further achieved.
  • a lens 80 capable of converging light is provided between the second screen 42 (screen through which curved surface reflected light is transmitted) and the emission device 12.
  • the light reflected by the second reflecting surface 32 is reflected in various directions. Since the lens 80 capable of converging the light is disposed between the second screen 42 and the emitting device 12, the light reflected on the second reflecting surface 32 is secondly enlarged without increasing the size of the second screen 42. The light can be transmitted through the screen 42. The light emitted from the emission device 12 can be efficiently used while suppressing an increase in the size of the head-up display device 70.
  • the projection optical system of the head-up display device 70 composed of the concave mirror 16 and the windshield 17 may have different focal lengths in the vertical direction and the horizontal direction. Can do. Thereby, illumination light distribution to the eye box of the head-up display device 70 can be performed efficiently.
  • the light transmitted through the second screen 42 through which the light reflected by the second reflecting surface 32 is transmitted can be directed to a predetermined position of the eye box, and the uniformity of the light within the eye box is improved. Can do.
  • the head-up display device according to the present invention has been described based on an example mounted on a vehicle, the head-up display device can also be applied to vehicles, work machines, construction machines, and the like other than vehicles. Furthermore, the head-up display device according to the present invention is not limited to the one using the windshield as the projection surface portion, but can be applied to a so-called combiner-integrated head-up display device in which the projection surface portion is integrated.
  • the present invention is not limited to the examples as long as the operations and effects of the present invention are exhibited.
  • the head-up display device of the present invention is suitable for a vehicle.

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Abstract

安価且つコンパクトでありながら虚像に奥行き感を生じさせることができるヘッドアップディスプレイ装置を提供すること。　ヘッドアップディスプレイ装置（７０）は、出射装置（１２）と、反射鏡（３０）と、スクリーン（４０）と、を有する。反射鏡（３０）は、平面状の第１反射面（３１）及び湾曲面状の第２反射面（３２）の２つの反射面を有している。スクリーン（４０）は、第１反射面（３１）において反射された光が透過する第１スクリーン（４１）と、第２反射面（３２）において反射された光が透過する第２スクリーン（４２）と、からなる。出射装置（１２）から出射された光が第１スクリーン（４１）に到達するまでの第１光路（Ｌ１）の長さと、出射装置（１２）から出射された光が第２スクリーン（４２）に到達するまでの第２光路（Ｌ２）の長さとが異なるよう、第１スクリーン（４１）及び第２スクリーン（４２）は配置されている。

Description

ヘッドアップディスプレイ装置
　本発明は、改良されたヘッドアップディスプレイ装置に関する。
　車両等の乗り物には、乗員の前方に情報を投射可能なヘッドアップディスプレイ装置が搭載されることがある。乗員は、前方に投射された虚像を視認することにより、情報を得ることができる。ヘッドアップディスプレイ装置に関する従来技術として、特許文献１に開示される技術がある。
　特許文献１に示されるような、ヘッドアップディスプレイ装置は、第１画像を表示する第１表示器と、第２画像を表示する第２表示器と、第１表示器からの光が透過されると共に第２表示器からの光を反射するハーフミラーと、このハーフミラーを透過し又はハーフミラーによって反射された光が投射されるフロントガラス（投射面部）と、を有している。
　光が通過する光路の長さは、第１表示器からフロントガラスまでの光路長さの方が、第２表示器からフロントガラスまでの光路長さよりも長く設定されている。これにより、乗員は、第１画像が奥に第２画像が手前に投射されているように認識する。即ち、異なる光路長さの画像がフロントガラスに投射されることにより、虚像に奥行き感を生じさせることができる。
　しかし、このようなヘッドアップディスプレイ装置によれば、２種類の異なる画像を出射するために２つの表示器が必要である。このため、部品代が嵩むと共に、装置が大型化する。
特開２００３－２３７４１２号公報
　本発明は、安価且つコンパクトでありながら虚像に奥行き感を生じさせることができるヘッドアップディスプレイ装置の提供を課題とする。
　請求項１による発明によれば、投射面部に投射される画像を出射可能な出射装置と、この出射装置から出射された光を反射させる反射鏡と、この反射鏡によって反射された光が結像されると共に透過するスクリーンと、を有するヘッドアップディスプレイ装置において、
　前記反射鏡は、前記出射装置から出射された光が入射される第１反射面及び第２反射面の少なくとも２つの反射面を有し、
　前記第１反射面と、前記第２反射面とは、一方が平面で他方が湾曲面であり、又は、それぞれが湾曲面であって且つそれぞれの形状が異なり、
　前記スクリーンは、前記第１反射面において反射された光が透過する第１スクリーンと、前記第２反射面において反射された光が透過する第２スクリーンと、からなり、
　前記第１スクリーンを透過した光が前記投射面部に到達するまでの第１光路の長さと、前記第２スクリーンを透過した光が前記投射面部に到達するまでの第２光路の長さとが異なるよう、前記第１スクリーン及び前記第２スクリーンは配置され、
　湾曲面である前記第１反射面、及び／又は、湾曲面である前記第２反射面において反射される光を湾曲面反射光とした場合に、
　この湾曲面反射光が透過されるスクリーンと、前記出射装置との間には、光を収束可能なレンズが設けられていることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置が提供される。
　請求項２に記載のごとく、好ましくは、前記レンズは、凸レンズ、トロイダルレンズ、又は、自由曲面レンズである。
　請求項３に記載のごとく、好ましくは、前記レンズの光軸は、前記湾曲面反射光が通過するスクリーンの光軸に対してオフセットされている。
　請求項１に係る発明では、第１光路の長さと第２光路の長さとが異なるよう、第１スクリーン及び第２スクリーンは配置されている。ヘッドアップディスプレイ装置の操作者は、第１スクリーンにおいて結像した画像と第２スクリーンにおいて結像した画像とが、一方が手前、他方が奥に投射されているように認識する。即ち、奥行き感を生じさせることができる。
　一方、第１光路の長さと第２光路の長さとが異なるよう、第１スクリーン及び第２スクリーンが配置されていることにより、反射鏡から第１スクリーンまでの距離及び反射鏡から第２スクリーンまでの距離がそれぞれ異なることとなる。このとき、反射鏡の第１反射面と、第２反射面とは、一方が平面で他方が湾曲面であり、又は、それぞれが湾曲面であって且つそれぞれの形状が異なる。即ち、反射鏡からの距離が異なる第１スクリーン及び第２スクリーンにおいて結像させることができるよう、第１反射面及び第２反射面の形状を異なる形状とした。これにより、それぞれに適した結像距離に調節することができる。このとき、必要な反射鏡の数は１枚である。このため、反射鏡に向かって光を出射する出射装置の数も１つで済む。出射装置が１つで済むため、ヘッドアップディスプレイ装置を安価且つコンパクトにすることができる。
　以上を纏めると、安価且つコンパクトでありながら虚像に奥行き感を生じさせることができるヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。
　加えて、湾曲面反射光が透過されるスクリーンと、出射装置との間には、光を収束可能なレンズが設けられている。湾曲面反射光は、様々な方向に向かって反射する。光を収束可能なレンズがスクリーンと出射装置との間に配置されているため、スクリーンを大型化させることなく湾曲面反射光をスクリーンに透過させることができる。ヘッドアップディスプレイ装置の大型化を抑制しつつ、出射装置から出射された光を効率よく利用することができる。
　請求項２に係る発明では、ヘッドアップディスプレイ装置の投射光学系における焦点距離に対して、配光を適合させる照明配光を制御することができる。これにより、ヘッドアップディスプレイ装置のアイボックスへの照明配光を効率的に行うことができる。
　請求項３に係る発明では、湾曲面反射光が透過されるスクリーンを透過する光をアイボックスの所定の位置に向けることができ、アイボックス内での光の均斉度を向上させることができる。
本発明のヘッドアップディスプレイ装置の前提となる参考例によるヘッドアップディスプレイ装置の断面図である。 図１に示されたヘッドアップディスプレイ装置の作用を説明する図である。 図１に示されたヘッドアップディスプレイ装置の問題点を説明する図である。 本発明の実施例によるヘッドアップディスプレイ装置の断面図である。 図４に示されたヘッドアップディスプレイ装置の要部を拡大した図である。
　本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、説明中、左右とは車両の乗員を基準として左右、前後とは車両の進行方向を基準として前後を指す。
＜参考例＞
　まず、本発明の前提となる参考例によるヘッドアップディスプレイ装置について説明する。
　図１及び図２を参照する。ヘッドアップディスプレイ装置１０は、例えば、車両に搭載される。乗員（操作者）Ｍｎは、フロントガラス１７（投射面部１７）に投射された画像から、虚像Ｖ１，Ｖ２を認識する。
　ヘッドアップディスプレイ装置１０は、ケース２０と、このケース２０の底部に設けられ画像を出射可能な出射装置１２と、この出射装置１２から出射された光を反射させる第１の平面鏡１３と、この第１の平面鏡１３に反射された光が入射される反射鏡３０と、この反射鏡３０によって反射された光が透過されるスクリーン４０と、このスクリーン４０を透過した光が反射される第２の平面鏡１５と、この第２の平面鏡１５において反射された光が入射される凹面鏡１６と、この凹面鏡１６によって反射された光が投射されるフロントガラス１７と、出射装置１２及びスクリーン４０を制御可能な制御部１８と、からなる。
　図１を参照する。ケース２０は、上方に向かって開口した下ケース２１に、上ケース２２が被されていると共に、下ケース２１の内部に中蓋２３が配置されてなる。下ケース２１、上ケース２２及び中蓋２３は、例えば、黒色の遮光性を有する合成樹脂によって形成されている。
　上ケース２２の上面には、開口部２２ａが形成されている。この開口部２２ａには、透明樹脂製のカバー部２４が設けられている。
　中蓋２３は、太陽光等の外部からの光を遮るために設けられている。一方、出射装置１２から出射された光の通過を許容するよう、一部に開口部２３ａが形成されている。
　出射装置１２は、下ケース２１の底部に固定されたステー５１によって支持されている。出射装置１２には、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採用することができる。
　第１の平面鏡１３は、下ケース２１の側壁に固定されたステー５２によって支持されている。第１の平面鏡１３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る。
　反射鏡３０は、下ケース２１の側壁に固定されたステー５３によって支持されている。反射鏡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る。
　反射鏡３０の表面は、それぞれ形状の異なる２つの反射面３１，３２によって構成されている。一方は平面鏡状に形成された第１反射面３１であり、他方は凸面鏡状に形成された第２反射面３２である。これらの第１反射面３１及び第２反射面３２が１つの基材上に形成されている。
　なお、第１反射面３１は、平面ではなく湾曲した面である湾曲面であっても良い。また、第２反射面３２は、湾曲面でなく平面であっても良い。さらに、第１反射面３１及び第２反射面３２の両方が湾曲面であっても良い。第１反射面３１及び第２反射面３２が共に湾曲面である場合には、それぞれの形状が異なっている必要がある。理由については後述する。
　スクリーン４０は、スクリーンホルダ６０によって支持されている。スクリーン４０は、第１反射面３１において反射された光が透過する第１スクリーン４１と、第２反射面３２において反射された光が透過する第２スクリーン４２と、からなる。
　第１スクリーン４１は、出射装置１２から出射された光を背面で受光し、表面側に表示画像を表示する透過スクリーンである。第１スクリーン４１には、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、拡散板を採用することができる。第２スクリーン４２も同様である。
　それぞれのスクリーン４１，４２を透過した光の光路長さを基準とした場合に、第１スクリーン４１からフロントガラス１７までの第１光路Ｌ１の長さは、第２スクリーン４２からフロントガラス１７までの第２光路Ｌ２の長さに比べて長く設定されている。即ち、第１スクリーン４１を透過した光がフロントガラス１７に到達するまでの第１光路Ｌ１の長さと、第２スクリーン４２を透過した光がフロントガラス１７に到達するまでの第２光路Ｌ２の長さとが異なるよう、第１スクリーン４１及び第２スクリーン４２は配置されている。
　スクリーンホルダ６０は、下ケース２１の側壁に取り付けられたステー５５，５５に固定されている。スクリーンホルダ６０は、第１スクリーン４１を支持している第１筒部６１と、第２スクリーン４２を支持している第２筒部６２と、からなる。
　なお、第１スクリーン４１の光軸、及び、第２スクリーン４２の光軸は、それぞれ、透過する光の光軸に沿うよう配置されている。この点、適宜、透過する光の光軸に対して、第１スクリーン４１、及び／又は、第２スクリーン４２を傾けて配置することもできる。スクリーンを傾けた場合には、フロントガラス１７に投射された像を傾けることができる。
　第２の平面鏡１５は、上ケース２２の側壁に固定されたステー５４によって支持されている。第２の平面鏡１５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てなる。
　凹面鏡１６は、上ケース２２の側壁に回転可能に支持されている。凹面鏡１６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てなる。凹面鏡１６は、自由曲面を有するミラーであり、第２の平面鏡１５によって反射した光をフロントガラス１７に向けてさらに反射させる。
　出射装置１２は、制御部１８からの制御信号に基づき、光を第１の平面鏡１３に向かって出射する。出射された光は、第１の平面鏡１３において反射鏡３０に向かって反射される。反射された光は、第１反射面３１又は第２反射面３２に入射される。第１反射面３１に入射されるのか第２反射面３２に入射されるのかは、第１の平面鏡１３のなかのどの位置に入射したかによって決まる。
　第１反射面３１に入射した光は、第１スクリーン４１に向かって反射される。反射された光は、開口部２３ａを通過して、第１スクリーン４１を透過する。第１スクリーン４１を透過することにより、フロントガラス１７に投射される画像が結像される。
　第２反射面３２に入射した光は、第２スクリーン４２に向かって反射される。反射された光は、開口部２３ａを通過して、概ね第２スクリーン４２を透過する。第２スクリーン４２を透過することにより、フロントガラス１７に投射される画像が結像される。
　第１反射面３１、又は、第２反射面３２において反射された光は、第２の平面鏡１５、凹面鏡１６の順に反射されて、カバー部２４を透過する。カバー部２４を透過した光は、フロントガラス１７に投射される。乗員Ｍｎは、フロントガラス１７に投射された画像を、フロントガラス１７の前方に現された虚像Ｖ１，Ｖ２として認識する。フロントガラス１７のなかの光が投射される範囲は、乗員Ｍｎが視認可能なアイボックスといわれる。
　なお、凹面鏡１６やフロントガラス１７が湾曲していることにより、スクリーン４０において結像した画像が歪む。このため、乗員が認識する虚像に歪みが生じないよう、出射装置１２からは、予め歪められた画像が出射される。
　このようなヘッドアップディスプレイ装置１０によれば、以下の効果を奏する。
　図２を参照する。第１光路Ｌ１の長さと第２光路Ｌ２の長さとが異なるよう、第１スクリーン４１及び第２スクリーン４２は配置されている。乗員Ｍｎは、第１スクリーン４１において結像した画像と第２スクリーン４２において結像した画像とが、一方が手前、他方が奥に投射されているように認識する（虚像Ｖ１，Ｖ２参照）。即ち、奥行き感を生じさせることができる。
　一方、第１光路Ｌ１の長さと第２光路Ｌ２の長さとが異なるよう、第１スクリーン４１及び第２スクリーン４２が配置されていることにより、反射鏡３０から第１スクリーン４１までの距離及び反射鏡３０から第２スクリーン４２までの距離がそれぞれ異なることとなる。このとき、反射鏡３０の第１反射面３１と、第２反射面３２とは、一方（第１反射面３１）が平面で他方（第２反射面３２）が湾曲面であり、それぞれの形状が異なる。即ち、反射鏡３０からの距離が異なる第１スクリーン４１及び第２スクリーン４２において結像させることができるよう、第１反射面３１及び第２反射面３２の形状を異なる形状とした。これにより、それぞれに適した結像距離に調節することができる。このとき、必要な反射鏡３０の数は１枚である。このため、反射鏡３０に向かって光を出射する出射装置１２の数も１つで済む。出射装置１２が１つで済むため、ヘッドアップディスプレイ装置１０を安価且つコンパクトにすることができる。
　以上を纏めると、安価且つコンパクトでありながら虚像Ｖ１，Ｖ２に奥行き感を生じさせることができるヘッドアップディスプレイ装置１０を提供することができる。
　図３を参照する。本発明者らが研究を重ねたところ、図１に示したヘッドアップディスプレイ装置１０には、以下の問題点があることが分かった。
　図３を参照する。第２反射面３２は、凸面鏡によって構成されている。このため、第２反射面３２に反射された光は、第２スクリーン４２に向かって広がる。このため、第２反射面３２に反射された光（湾曲面反射光）の一部は、第２スクリーン４２を透過しない。出射装置１２から出射された光を効率よく利用する観点から、問題がある。
　一方、第２スクリーン４２によって、第２反射面３２に反射された光の全てを透過させようとすると、第２スクリーン４２を大型化させる必要がある。この場合には、ヘッドアップディスプレイ装置１０の大型化を招くこととなり、この点においても問題がある。
　なお、第２反射面３２が凹面鏡によって構成されている場合であっても、鏡の焦点距離よりも遠い位置に第２スクリーン４２が配置されていれば、同様の問題が生じ得る。即ち、このような問題は、凸面鏡の場合に限って生じるものではない。
＜実施例＞
　次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
　図４を参照する。図４は実施例のヘッドアップディスプレイ装置７０の断面構成を示し、上記図１に対応させて表している。本発明によるヘッドアップディスプレイ装置７０は、参考例によるヘッドアップディスプレイ装置１０（図１参照）の問題点についてさらに改良を加えたものである。より具体的には、第２スクリーン４２の下部にレンズ８０を設けたものである。その他の基本的な構成については、参考例によるヘッドアップディスプレイ装置と共通する。以下、詳細に説明する。
　なお、参考例によるヘッドアップディスプレイ装置と共通する部分については、符号を流用すると共に、詳細な説明を省略する。
　スクリーンホルダ６０の第２筒部６２によって、第２スクリーン４２及びレンズ８０が支持されている。光路を基準として、レンズ８０は、第２スクリーン４２よりも出射装置１２側に配置されている。
　第１スクリーン４１、第２スクリーン４２、及び、レンズ８０は、スクリーンホルダ６０によって支持されている。このスクリーンホルダ６０は、第１スクリーン４１を支持する第１筒部６１と、第２スクリーン４２、及び、レンズ８０を支持する第２筒部６２とが一体的に形成されてなる。個別の筒部６１，６２によって支持することにより、本来第２スクリーン４２に透過させるべき光が、第１スクリーン４１に透過することを抑制することができる。加えて、それぞれの筒部６１，６２が一体的に形成されているため、それぞれのスクリーン４１，４２、及びレンズ８０を相対的に正確な位置に配置することができる。
　図５を参照する。レンズ８０には、凸レンズが採用されている（詳細には、通常の凸レンズのうち、二点鎖線によって示される部位が除去された凸レンズである。）。この他に、レンズ８０には、トロイダル曲面を有するトロイダルレンズや自由曲面を有する自由曲面レンズを採用することができる。レンズ８０の、第２スクリーン４２（湾曲面反射光が透過されるスクリーン）に対する長手方向の第一断面の曲率半径と、第一断面と直交する第二断面の曲率半径との関係は、第一断面の曲率半径の方が大きく設定されていることが望ましい。
　レンズ８０の光軸Ｃ１は、第２反射面３２において反射された光（湾曲面反射光）が通過する第２スクリーン４２の光軸Ｃ２に対してオフセットされている。さらに、レンズ８０の光軸Ｃ１は、出射装置１２の光軸と一致している。このため、光軸Ｃ１は、出射装置１２の光軸Ｃ１ということもできる。なお、レンズ８０に自由曲面レンズを採用する場合は、レンズ８０の光軸Ｃ１を第２スクリーン４２の光軸Ｃ２に対してオフセットしなくてもよい。
　以上により、本発明のヘッドアップディスプレイ装置７０によれば、さらに、以下の効果を奏する。
　第２スクリーン４２（湾曲面反射光が透過されるスクリーン）と、出射装置１２との間には、光を収束可能なレンズ８０が設けられている。第２反射面３２において反射された光は、様々な方向に向かって反射する。光を収束可能なレンズ８０が第２スクリーン４２と出射装置１２との間に配置されているため、第２スクリーン４２を大型化させることなく、第２反射面３２において反射された光を第２スクリーン４２に透過させることができる。ヘッドアップディスプレイ装置７０の大型化を抑制しつつ、出射装置１２から出射された光を効率よく利用することができる。
　さらに、ヘッドアップディスプレイ装置７０の投射光学系における焦点距離に対して、配光を適合させる照明配光を制御することができる。凹面鏡１６と、フロントガラス１７とからなるヘッドアップディスプレイ装置７０の投射光学系は縦方向と横方向とで焦点距離が異なる場合があるが、レンズ８０の形状によりこの焦点距離の違いを補正することができる。これにより、ヘッドアップディスプレイ装置７０のアイボックスへの照明配光を効率的に行うことができる。
　さらに、第２反射面３２において反射された光が透過される第２スクリーン４２を透過する光をアイボックスの所定の位置に向けることができ、アイボックス内での光の均斉度を向上させることができる。
　尚、本発明によるヘッドアップディスプレイ装置は、車両に搭載された例を基に説明を行ったが、車両以外の乗り物、作業機、建機等にも適用可能である。さらに、本発明によるヘッドアップディスプレイ装置は、フロントガラスを投射面部として用いるものに限らず、投射面部が一体化された、いわゆるコンバイナ一体型のヘッドアップディスプレイ装置にも適用可能である。
　即ち、本発明の作用及び効果を奏する限りにおいて、本発明は、実施例に限定されるものではない。
　本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、車両に好適である。
　１２…出射装置
　１７…フロントガラス（投射面部）
　３０…反射鏡
　３１…第１反射面
　３２…第２反射面
　４０…スクリーン
　４１…第１スクリーン
　４２…第２スクリーン（湾曲面反射光が透過されるスクリーン）
　７０…ヘッドアップディスプレイ装置
　８０…レンズ
　Ｃ１…レンズの光軸
　Ｃ２…（第２スクリーン）の光軸（湾曲面反射光が通過するスクリーンの光軸）
　Ｌ１…第１光路
　Ｌ２…第２光路

Claims (3)

  1. 　投射面部に投射される画像を出射可能な出射装置と、この出射装置から出射された光を反射させる反射鏡と、この反射鏡によって反射された光が結像されると共に透過するスクリーンと、を有するヘッドアップディスプレイ装置において、
    　前記反射鏡は、前記出射装置から出射された光が入射される第１反射面及び第２反射面の少なくとも２つの反射面を有し、
    　前記第１反射面と、前記第２反射面とは、一方が平面で他方が湾曲面であり、又は、それぞれが湾曲面であって且つそれぞれの形状が異なり、
    　前記スクリーンは、前記第１反射面において反射された光が透過する第１スクリーンと、前記第２反射面において反射された光が透過する第２スクリーンと、からなり、
    　前記第１スクリーンを透過した光が前記投射面部に到達するまでの第１光路の長さと、前記第２スクリーンを透過した光が前記投射面部に到達するまでの第２光路の長さとが異なるよう、前記第１スクリーン及び前記第２スクリーンは配置され、
    　湾曲面である前記第１反射面、及び／又は、湾曲面である前記第２反射面において反射される光を湾曲面反射光とした場合に、
    　この湾曲面反射光が透過されるスクリーンと、前記出射装置との間には、光を収束可能なレンズが設けられていることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
  2. 　前記レンズは、凸レンズ、トロイダルレンズ、又は、自由曲面レンズであることを特徴とする請求項１記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  3. 　前記レンズの光軸は、前記湾曲面反射光が通過するスクリーンの光軸に対してオフセットされていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のヘッドアップディスプレイ装置。
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