(57)【要約】【課題】フロントガラスに映像情報を虚像として表示する二重像の発生が少ない小型の情報表示装置を提供する。【解決手段】乗り物のフロントガラスに虚像の映像情報を表示する情報表示装置とそのための情報表示方法であって、前記情報表示装置は、前記映像情報を表示するディスプレイと、前記ディスプレイから出射された光を前記フロントガラスで反射させることで虚像を前記乗り物の前方に表示させる虚像光学系とを備え、前記虚像光学系は、凹面ミラーと光学素子を含み、前記光学素子は、前記ディスプレイと前記凹面ミラーとの間に配置され、前記凹面ミラーの形状と前記光学素子の形状により運転者の視点位置に対応して得られる虚像の歪みを補正するように構成されており、映像光束が前記フロントガラスの表面と裏面で反射することで発生する前記虚像を、運転者の視線の位置の前方において、前記運転者の判別限界範囲を超えまたは前記判別限界範囲の周辺の視界距離領域において形成する手段または工程を含んでいる。【選択図】図９
2020020914.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
乗り物のフロントガラスに虚像の映像情報を表示する情報表示装置であって、
前記映像情報を表示するディスプレイと、
前記ディスプレイから出射された光を前記フロントガラスで反射させることで虚像を前記乗り物の前方に表示させる虚像光学系と、を備え、
前記虚像光学系は、凹面ミラーと光学素子を含み、
前記光学素子は、前記ディスプレイと前記凹面ミラーとの間に配置され、前記凹面ミラーの形状と前記光学素子の形状により運転者の視点位置に対応して得られる虚像の歪みを補正するように構成されており、
映像光束が前記フロントガラスの表面と裏面で反射することで発生する前記虚像を、運転者の視線の位置の前方において、前記運転者の判別限界範囲を超えまたは前記判別限界範囲の周辺の視界距離領域において形成する手段を備えている、情報表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の情報表示装置において、
前記判別限界範囲は、１６ｍ以上である、情報表示装置。
【請求項３】
請求項１に記載の情報表示装置において、
前記フロントガラスは、楔状中間膜を含まないフロントガラス、楔状中間膜を含まない断面楔形状のフロントガラス、または、２枚のガラスの間に断面楔状に中間膜を形成したフロントガラスの何れかである、情報表示装置。
【請求項４】
請求項１に記載の情報表示装置において、
前記フロントガラスは、中間膜を含まない一般的なフロントガラス、または、中間膜を含まない断面楔形状のフロントガラスである、情報表示装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載の情報表示装置において、
前記断面楔形状のフロントガラスは、上端の厚さが下端の厚さより大きいフロントガラスである、情報表示装置。
【請求項６】
請求項１に記載の情報表示装置において、
更に、
前記運転者の視点位置を検出するための手段と、
前記検出手段からの前記運転者の視点位置に基づいて虚像の映像情報を表示する前記判別限界範囲を調整する手段と、を備えている、情報表示装置。
【請求項７】
乗り物のフロントガラスに虚像の映像情報を表示する情報表示装置であって、
前記映像情報を表示するディスプレイと、
前記ディスプレイから出射された光を前記フロントガラスで反射させることで虚像を前記乗り物の前方に表示させる虚像光学系と、を備え、
前記虚像光学系は、凹面ミラーと光学素子を含み、
前記光学素子は、前記ディスプレイと前記凹面ミラーとの間に配置され、前記凹面ミラーの形状と前記光学素子の形状により運転者の視点位置に対応して得られる虚像の歪みを補正するように構成されており、
映像光束が前記フロントガラスの表面で反射する反射角度θ1と裏面で反射後フロントガラスの表面で屈折する屈折角度θ2の角度差が０．０１７度以下となるように前記ディスプレイと前記虚像光学系と前記フロントガラスとを配置した、情報表示装置。
【請求項８】
乗り物のフロントガラスに虚像の映像情報を表示する情報表示装置であって、
前記映像情報を表示するディスプレイと、
前記ディスプレイから出射された光を前記フロントガラスで反射させることで虚像を前記乗り物の前方に表示させる虚像光学系と、を備え、
前記虚像光学系は、凹面ミラーと光学素子を含み、
前記光学素子は、前記ディスプレイと前記凹面ミラーとの間に配置され、前記凹面ミラーの形状と前記光学素子の形状により運転者の視点位置に対応して得られる虚像の歪みを補正するように構成されており、
映像光束が前記フロントガラスの表面で反射する反射角度θ1と裏面で反射後フロントガラスの表面で屈折する屈折角度θ2の角度差が０．００３度以下となるような前記２つの反射面の並行度を有するフロントガラスとを備え、前記ディスプレイと前記虚像光学系と前記フロントガラスを配置した、情報表示装置。
【請求項９】
乗り物のフロントガラスに虚像の映像情報を表示する情報表示装置のための情報表示方法であって、
前記情報表示装置は、前記映像情報を表示するディスプレイと、前記ディスプレイから出射された光を前記フロントガラスで反射させることで虚像を前記乗り物の前方に表示させる虚像光学系とを備え、前記虚像光学系は、凹面ミラーと光学素子を含み、前記光学素子は、前記ディスプレイと前記凹面ミラーとの間に配置され、前記凹面ミラーの形状と前記光学素子の形状により運転者の視点位置に対応して得られる虚像の歪みを補正するように構成されており、
映像光束が前記フロントガラスの表面と裏面で反射することで発生する前記虚像を、運転者の視線の位置の前方において、前記運転者の判別限界範囲を超えまたは前記判別限界範囲の周辺の視界距離領域において形成する工程を含んでいる、情報表示方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の情報表示方法において、
前記判別限界範囲は、１６ｍ〜２００ｍの範囲に設定されている、情報表示方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の情報表示方法において、
前記フロントガラスとして、楔状中間膜を含まないフロントガラス、楔状中間膜を含まない断面楔形状のフロントガラス、または、２枚のガラスの間に断面楔形に中間膜を形成したフロントガラスの何れかを採用している、情報表示方法。
【請求項１２】
請求項９に記載の情報表示方法において、
前記フロントガラスは、中間膜を含まないフロントガラス、または、中間膜を含まない断面楔形状のフロントガラス何れかを採用している、情報表示方法。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載の情報表示方法において、
前記断面楔形状のフロントガラスは、上端の厚さが下端の厚さより大きいフロントガラスである、情報表示方法。
【請求項１４】
請求項９に記載の情報表示方法において、
更に、
前記運転者の視点位置を検出する工程と、
前記検出手段からの前記運転者の視点位置に基づいて虚像の映像情報を表示する前記判別限界範囲を調整する工程と、を備えている、情報表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車や電車や航空機等（以下では、一般的に「乗り物」とも言う）のフロントガラス（以下では「ウィンドガラス」、または、「ウィンドシールド」とも言う）に画像を投影する情報表示装置および情報表示方法に関し、特に、その画像を当該フロントガラス越しに虚像として観察するようにした投影光学系およびそれを用いた情報表示装置および情報表示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のフロントガラスやコンバイナに映像光を投写して虚像を形成しルート情報や渋滞情報などの交通情報や燃料残量や冷却水温度等の自動車情報を表示するいわゆる、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ：Ｈｅａｄ−Ｕｐ−Ｄｉｓｐｌａｙ）装置が以下の特許文献１により既に知られている。
【０００３】
この種の情報表示装置においては、ドライバが虚像を観視できる領域を拡大することが望まれる一方、虚像が高解像度で視認性が高いことも重要な性能要因である。
【０００４】
ヘッドアップディスプレイ装置はドライバに虚像を提供する最終反射面としてフロントガラスまたはコンバイナが必ず必要であり、発明者らは視認性が高く良好な解像性能を得るためには、最終反射面であるフロントガラスまたはコンバイナで発生する二重反射により生じる虚像の二重像の改善が重要であることに気付いた。
【０００５】
この対策として、従来は、図１７に示すようにフロントウィンドシールドに断面が楔形の中間膜６ｂを形成してウィンドシールド内面（表面）での反射光と外界に接する面（裏面）での反射光を運転者の目に到達する光路が一つになるように設計されている。
【０００６】
一方、例えば、自動車の天井（サンバイザー）付近にコンバイナを含めた本体を取り付ける装置も既に提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１５−１９４７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来技術によるヘッドアップディスプレイ装置を実現する凹面ミラーによる虚像生成の原理は、図１８に示すように、凹面ミラー１’の光軸上の点Ｏに対して焦点Ｆ（焦点距離ｆ）の内側に物点ＡＢを配置することで、凹面ミラー１’による虚像を得ることができると言うものである。この図１８では、説明の都合上、凹面ミラー１’を同じ正の屈折力を持つ凸レンズとみなし、物点と凸レンズ（説明の都合上、図１８では、凹面ミラーで表記）と発生する虚像の関係を示した。
【０００９】
従来技術では、凹面ミラー１’で生成する虚像が見える範囲を広げるためには、物点ＡＢを焦点Ｆに近づけて物寸法ＡＢに対して凹面ミラーを大きくすると良いが、所望の倍率を得るためには、凹面ミラーの曲率半径が小さくなるためこれらを両立することは困難となる。この結果、ミラーサイズが小さくなり、実効的に拡大率は大きいが、観視可能な範囲が小さい虚像しか得られないという結果となる。このため、（１）所望の虚像サイズと、（２）必要な虚像の倍率Ｍ＝ｂ／ａを同時に満足するためには、凹面ミラーの寸法は観視範囲に合わせ、映像表示装置との兼ね合いで虚像の倍率を決める必要がある。
【００１０】
このため、従来技術では、所望の観視範囲において大きな虚像を得るためには、例えば図１８に示すように、凹面ミラー１’から虚像までの距離を大きく、即ち、最終反射面であるフロントガラスまたはコンバイナ（図示せず）と凹面ミラーの距離を大きくし、同時に、凹面ミラーのサイズを大きくする必要があった。しかしながら、フロントガラスまたはコンバイナにおいてガラス表面と裏面で発生する二重反射により生じる虚像の二重像については配慮されていなかった。
【００１１】
また、例えば、従来技術である上記の特許文献１に開示されたヘッドアップディスプレイ装置の例では、画像を表示するデバイスと表示デバイスに表示された画像を投写する投写光学系を備え、投写光学系として表示デバイスから観視者の光路において第一ミラーと第二ミラーを有し、第一ミラーにおける画像長軸方向の入射角と第一ミラーにおける画像短軸方向の入射角、および、表示デバイスの画像表示面と第一ミラーとの間隔と、観視者によって視認される虚像の水平方向の幅の関係を所定の条件を満足させることで、小型化を実現している。しかしながら、上述したフロントガラスの両面（運転者側と外側の二面）の反射により発生する二重像の軽減手段については記載すらなかった。
【００１２】
他方、自動車の天井（サンバイザー）付近に本体を取り付ける装置では、ドライバに面していない反射面に反射防止膜を成膜することで二重像の発生を低減している。しかしながら、衝突事故を起こした時にＨＵＤ装置が外れた場合、運転者に怪我を負わせる可能性があるなど、なお安全上の課題が残る。
【００１３】
このため、今後は、上記の特許文献１に記載されたフロントガラスを反射面とする方式が主流となると考えられることから、フロントガラスの両面で反射する映像光により形成される虚像が重なり二重像となることを投写光学系の工夫で低減する技術手段を考案した。
【００１４】
更に、２枚のガラスの間に断面楔形の中間膜を形成したフロントガラスは、その製造工程から比較的に高価なものとなり、そのため、経済性や一般性にも欠けていた。
【００１５】
そこで、本発明は、画像をフロントガラス越しに虚像として観察する情報表示装置であって、特に、通常のフロントガラスを反射面とした場合に生じる虚像の二重像化による視認性の低下を実用上問題のないレベルまで軽減して形成することを可能とする情報表示装置とそのための画像表示方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するためになされた本発明としては、その一例として、乗り物のフロントガラスに虚像の映像情報を表示する情報表示装置またはそのための画像表示方法であって、前記情報表示装置は、前記映像情報を表示するディスプレイと、前記ディスプレイから出射された光を前記フロントガラスで反射させることで虚像を前記乗り物の前方に表示させる虚像光学系とを備え、前記虚像光学系は、凹面ミラーと光学素子を含んでおり、前記光学素子は、前記ディスプレイと前記凹面ミラーとの間に配置され、前記凹面ミラーの形状と前記光学素子の形状により運転者の視点位置に対応して得られる虚像の歪みを補正するように構成されており、映像光束が前記フロントガラスの表面と裏面で反射することで発生する前記虚像を、運転者の視線の位置の前方において、前記運転者の判別限界範囲を超えまたはその周辺の視界距離領域において形成する手段または工程を含んでいる情報表示装置および情報表示方法が提供される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の情報表示装置によれば、前記ディスプレイと前記凹面ミラーとの間で分離される各虚像を成立させる映像光束に対応して前記光学素子の形状と配置を最適化すると共に、一般的なフロントガラスを採用しながらも、映像光束が前記一般的なフロントガラスの表面と裏面で反射することで発生する虚像の二重像化を、実用上問題のないレベルまで軽減して形成することを可能とすることで、小型でありながら運転者の視点位置に対応して複数の位置に前記複数の虚像を形成する経済的および一般性にも優れた情報表示装置を提供することが可能となるという実用的にも優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例に係る情報表示装置とその周辺機器構成を示す概略構成図である。
【図２】情報表示装置を搭載した自動車の上面図である。
【図３】フロントガラスの曲率半径の違いを説明する図である。
【図４】情報表示装置の遠方表示虚像光学系の一実施例を示す概略構成図である。
【図５】情報表示装置の近距離表示虚像光学系の一実施例を示す概略構成図である。
【図６】二重像発生の原理を説明する概略図である。
【図７】二重像により運転者が視認する虚像を説明する概略図である。
【図８】情報表示装置とフロントガラスと運転者の視点位置を示し二重像の発生を示す概略構成図である。
【図９】虚像距離と二重像のずれ量をシミュレーションした結果を示す特性図である。
【図１０】映像表示装置と光源装置の配置を示す構成図である。
【図１１】光源装置の構成を示す概略構成図である。
【図１２】映像表示装置と光源装置からの光束の出射状況を説明する概略図である。
【図１３】光源装置からの光束の出射光分布を説明する特性図である
【図１４】液晶パネルのバックライトを構成する導光体の構造図である。
【図１５】液晶パネルのバックライトを構成する導光体の構造を示す詳細図である。
【図１６】Ｓ偏光とＰ偏光による入射角度によるガラスの反射率変化を説明するための概略図である。
【図１７】虚像で発生する二重像を軽減する従来技術を説明するための説明図である。
【図１８】従来技術による虚像光学系の原理を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面等を用いて、本発明の実施例について詳細に説明する。なお、本発明は以下の説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、本発明を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
【００２０】
＜情報表示装置の実施形態＞
図１は、本発明の一実施例に係る情報表示装置の周辺機器構成を示す概略構成図であり、ここでは、その一例として、特に、自動車のフロントガラスに画像を投影する情報表示装置１００について説明する。
【００２１】
この情報表示装置１００は、運転者の視線８において自車両の前方に虚像Ｖ１を形成するため、被投影部材６（本実施例では、フロントガラスの内面）にて反射された各種情報を虚像ＶＩ（Ｖｉｒｔｕａｌ  Ｉｍａｇｅ）として表示する装置（いわゆる、ＨＵＤ（Ｈｅａｄｕｐ  Ｄｉｓｐｌａｙ））である。なお、被投影部材６は、情報が投影される部材であれば良く、最も好適な一例としては、前述した２枚のガラスの間に断面楔形の中間膜を形成したウィンドシールドとは異なり、車両において一般的に採用されている構造のフロントガラスが挙げられる。なお、その他、コンバイナであっても良い。即ち、本実施例の情報表示装置１００では、運転者の視線８において自車両の前方に虚像を形成して運転者に視認させるものであれば良く、虚像として表示する情報としては、例えば、車両情報や監視カメラやアラウンドビュアーなどのカメラ（図示せず）で撮影した前景情報をも含むことは当然であろう。
【００２２】
また、情報表示装置１００では、情報を表示する映像光を投射する映像表示装置４と、当該映像表示装置４に表示された映像を凹面ミラー１で虚像を形成する際に発生する歪や収差を補正するために補正用のレンズ群２が、映像表示装置４と凹面ミラー１の間に設けられている。
【００２３】
そして、情報表示装置１００は、上記映像表示装置４とバックライト５を制御する制御装置４０とを備えている。なお、上記映像表示装置４とバックライト５などを含む光学部品は、以下に述べる虚像光学系であり、光を反射させる凹面ミラー１を含んでいる。また、この光学部品において反射した光は、被投影部材６にて反射されて運転者の視線８（ＥｙｅＢｏｘ：後に詳述する）へと向かう。
【００２４】
上記の映像表示装置４としては、例えば、バックライトを有するＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）の他に自発光のＶＦＤ（Ｖａｃｕｕｍ  Ｆｌｏｕｒｅｓｃｅｎｔ  Ｄｉｓｐｌａｙ）などがある。
【００２５】
一方、上述した映像表示装置４の代わりに、投写装置によりスクリーンに映像を表示して、前述の凹面ミラー１で虚像とし被投影部材であるフロントガラス６で反射して運転者の視点８と向かわせても良い。
【００２６】
このようなスクリーンとしては、例えば、マイクロレンズを２次元状に配置したマイクロレンズアレイにより構成しても良い。
【００２７】
ここで、虚像の歪みを低減するために凹面ミラー１の形状は、図１に示す一般的なフロントガラス６の上部（相対的に運転者の視点との距離が短いフロントガラス６の下方で光線が反射する領域）では、拡大率が大きくなるように相対的に曲率半径が小さく、他方、下部（相対的に運転者の視点との距離が長いフロントガラス６の上方で光線が反射する領域）では、拡大率が小さくなるように相対的に曲率半径が大きくなる形状とすると良い。また、映像表示装置４を凹面ミラーの光軸に対して傾斜させることで上述した虚像倍率の違いを補正して発生する歪みそのものを低減することによっても、更に良好な補正が実現できる。
【００２８】
一方、乗用車のフロントガラス６は、図２、図３にも示すように、本体垂直方向の曲率半径Ｒｖと水平方向の曲率半径Ｒｈが異なり、一般には、Ｒｈ＞Ｒｖの関係にある。このため、反射面としてフロントガラス６を捉えると、凹面ミラーのトロイダル面となる。このため、本実施例の情報表示装置１００では、凹面ミラー１の形状はフロントガラス６の形状による虚像倍率を補正するように、即ち、フロントガラス６の垂直方向と水平方向の曲率半径の違いを補正するように水平方向と垂直方向で異なる平均曲率半径とすれば良い。この時、凹面ミラー１の形状は、光軸に対称な球面または非球面形状（後述する数２の式で表される形状）では、光軸からの距離ｒの関数であり、離れた場所の水平断面と垂直断面形状を個別に制御できないことから、後述する数１の式で表される自由曲面としてミラー面の光軸からの面の座標（ｘ，ｙ）の関数として補正することが好ましい。
【００２９】
再び、図１に戻り、更に、映像表示装置４と凹面ミラー１の間に透過型の光学部品として、例えばレンズ素子２を配置し、もって、凹面ミラー１への光線の出射方向を制御することで凹面ミラー１の形状と合わせて歪曲収差の補正を行うと同時に、前述したフロントガラス６の水平方向の曲率半径と垂直方向の曲率半径の違いによって生じる非点収差を含めた虚像の収差補正を実現する。
【００３０】
また、収差補正能力を更に高めるために、上述した光学素子２を複数枚のレンズとしても良い。または、レンズ素子の代わりに曲面ミラーを配置して光路の折り返しと同時に凹面ミラー１への光線の入射位置を制御することで、歪曲収差を低減することもできる。以上にも述べたように、更に、収差補正能力を向上させるたに最適設計された光学素子を凹面ミラー１と映像表示装置４の間に設けても、本発明の技術的思想または範囲を逸脱するものではないことは言うまでもない。更に、上述した光学素子２の光軸方向の厚さを変化させることで、本来の収差補正の他に凹面ミラー１と映像表示装置４の光学的な距離を変えて、虚像の表示位置を遠方から近接位置まで、連続的に変化させることもできる。
【００３１】
また、映像表示装置４を凹面ミラー１の光軸法線に対して傾けて配置することで虚像の上下方向の倍率の違いを補正しても良い。
【００３２】
一方、情報表示装置１００の画質を低下させる要因として、映像表示装置４から凹面ミラー１に向かって出射する映像光線が途中に配置された光学素子２の表面で反射して映像表示装置４に戻り、再度反射して本来の映像光に重畳されて、画質を低下させることが知られている。このため、本実施例では、光学素子２の表面に反射防止膜を成膜して反射を抑えるだけでなく、更に、光学素子２の映像光入射面と出射面のいずれか一方、若しくは、両方のレンズ面形状を上述した反射光が映像表示装置４の一部分に集光しないような形状（例えば、映像表示装置４に凹面を向けた形状）となるよう、その面形状に制約を持たせて設計することが好ましい。
【００３３】
次に、映像表示装置４として、上述した光学素子２からの反射光を吸収させるために液晶パネルに近接して配置された第一の偏光板に加えて、第二の偏光板を液晶パネルと分離して配置すれば、画質の低下を軽減できる。また、液晶パネルのバックライト５は、液晶パネル４に入射する光の入射方向を凹面ミラー１の入射瞳に効率よく入射するように制御される。この時、液晶パネルに入射する光束の発散角を小さくすれば、効率よく運転者のアイポイントに映像光を向けることができる。液晶表示素子を映像源とした場合には映像の発散角に対するコントラスト性能は水平方向の方が顕著で±２０度以内であれば優れた特性が得られる。更にコントラスト性能を向上させるためには、±１０度以内の光束を利用すると良い。
【００３４】
一方、光源としては、製品寿命が長い固体光源を採用することが好ましく、更には、周囲温度の変動に対する光出力変化が少ないＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）として光の発散角を低減する光学手段を設け、更にＰＢＳ（Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ  Ｂｅａｍ  Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）を用いて偏光変換を行うことが好ましい。
【００３５】
液晶パネルのバックライト５側（光入射面）および光学素子２側（光出射面）には、偏光板が配置されており、これにより、映像光のコントラスト比を高めている（特に、虚像の明るさを確保するためにはフロントガラスでの反射の効率向上が重要であり、この点を考慮すれば、映像光として使用するのはｓ偏光が好ましい：図１６を参照）。バックライト５側（光入射面）に設ける偏光板には、偏光度が高いヨウ素系のものを採用すれば、高いコントラスト比が得られる。一方、光学素子２側（光出射面）には染料系の偏光板を用いることによれば、外光が入射した場合や環境温度が高い場合でも、高い信頼性を得ることが可能となる。
【００３６】
映像表示装置４として液晶パネルを用いる場合、特に、運転者が偏光サングラスを着用している場合には、特定の偏波が遮蔽されて映像が見えない不具合が発生する。これを防ぐために、液晶パネルの光学素子２側に配置した偏光板の光学素子側にλ／４板を配置し、もって、特定の偏光方向に揃った映像光を円偏光に変換することが好ましい。
【００３７】
制御装置４０は、このようなナビゲーションシステム６１から、自車両が走行している現在位置に対応する道路の制限速度や車線数、ナビゲーションシステム６１に設定された自車両の移動予定経路などの各種の情報を、前景情報（即ち、上記虚像により自車両の前方に表示する情報）として取得する。
【００３８】
運転支援ＥＣＵ６２は、周辺監視装置６３での監視の結果として検出された障害物に従って駆動系や制御系を制御することで、運転支援制御を実現する制御装置であり、運転支援制御としては、例えば、クルーズコントロール、アダプティブクルーズコントロール、プリクラッシュセーフティ、レーンキーピングアシストなどの周知技術を含む。
【００３９】
周辺監視装置６３は、自車両の周辺の状況を監視する装置であり、一例としては、自車両の周辺を撮影した画像に基づいて自車両の周辺に存在する物体を検出するカメラや、探査波を送受信した結果に基づいて自車両の周辺に存在する物体を検出する探査装置などである。
【００４０】
運転者監視システム６４は運転席の前方等に設置されたカメラ７７で運転中の運転者の表情を監視し健康状態や精神状態など運転に支障がないかを判断し結果を運転支援ＥＣＵにより自動車の運転制御を行うことで安全運転の支援を行う。また運転者の健康状態を検知するために運転席（図示せず）に脈拍や呼吸数、体温を感知するセンサを設けても良く、前述したカメラ７７でも同様の感知機能をソフト処理で得ることもできる。更に、眠気なども併せて検知することでより高精度な安全運転の支援が実現ばかりではなくＨＵＤの映像を最適位置に表示するために、運転者の視線の位置を検出するための手段としても用いることができる。
【００４１】
制御装置４０は、このような運転支援ＥＣＵ６２からの情報（例えば、先行車両までの距離および先行車両の方位、障害物や標識が存在する位置など）を前景情報として取得する。更に、制御装置４０には、イグニッション（ＩＧ）信号、および、自車状態情報が入力される。これらの情報の内、自車状態情報とは、車両情報として取得される情報であり、例えば、内燃機関の燃料の残量や冷却水の温度など、予め規定された異常状態となったことを表す警告情報を含んでいる。また、方向指示器の操作結果や自車両の走行速度、更には、シフトポジション情報なども含まれている。以上述べた制御装置４０は、イグニッション信号が入力されると起動する。以上が、本願実施例の情報表示装置全体システムの説明である。
【００４２】
＜虚像光学系の第一の実施形態＞
次に、本実施例に係る虚像光学系、および、映像表示装置の更なる詳細について、以下に説明する。
【００４３】
図２は、既述のように、本実施例における情報表示装置１００を搭載した自動車の上面図であり、自動車本体１０１の運転席前部には、被投影部材６としてのフロントガラスが存在する。なお、このフロントガラスは、自動車のタイプによって、車体に対する傾斜角度が異なる。更に、発明者らは、最適な虚像光学系を実現するため、この曲率半径についても調査した。その結果、フロントガラスは、図３に示すように、自動車の接地面に対して平行な水平方向の曲率半径Ｒｈと、水平軸に対して直交する垂直方向の曲率半径Ｒｖとで異なり、ＲｈとＲｖの間には、一般的に、下記の関係があることが判った。
Ｒｈ＞Ｒｖ
【００４４】
また、この曲率半径の違い、即ち、Ｒｖに対するＲｈは、１．５倍から２．５倍の範囲にあるものが多いことも判明した。
【００４５】
次に、発明者らは、フロントガラスの傾斜角度についても市販品を調査した。その結果、車体タイプによっても異なるが、軽自動車や１Ｂｏｘタイプでは２０度〜３０度、セダンタイプでは３０度〜４０度、スポーツタイプでは４０度以上であった。そこで、本実施例では、フロントガラスの自動車の接地面に対して平行な水平方向の曲率半径Ｒｈと水平軸に対して直交する垂直方向の曲率半径Ｒｖの違いとフロントガラスの傾斜角について考慮し、虚像光学系の設計を行った。
【００４６】
より詳細には、被投影部材であるフロントガラスの水平曲率半径Ｒｈと垂直曲率半径Ｒｖとは、これらは大きく異なるため、光軸（Ｚ軸）に対してフロントガラスの水平軸およびこの軸に垂直な軸に対して軸非対称な光学素子２を虚像光学系内に設けることにより、良好な収差補正を実現した。
【００４７】
＜虚像二重像化発生のメカニズム＞
発明者らは、種々の検討の結果、下記に述べる知見に基づいて、以下に詳述する虚像の二重像化を軽減する技術を開発した。
【００４８】
図４は虚像の結像位置を運転者から遠方にした場合の状態を示す図で、運転者が虚像を観視する視線が遠方に向かうためフロントガラスに対して映像光が反射する角度θ1が小さくなる。
【００４９】
一方、虚像の結像位置を運転者に近い近距離とした場合の状態は図５に示すように運転者が虚像を観視する視線が手前に向かうためフロントガラスに対して映像光が反射する角度θ2が前述のθ1に比べて大きくなる。発明者らは運転者の視線の位置（虚像の結像位置）により発生する二重像の程度が変化することから虚像の二重像化を軽減する技術を開発した。
【００５０】
二重像の発生メカニズムを以下に説明する。フロントガラスの上部で反射して運転者が視認する虚像は、図６に示すように、フロントガラスの傾斜と前述の虚像を生成する光線がフロントガラスに斜めから入射するため、フロントガラスの厚さをｔとすると、運転者に近い反射面（以降、反射面１と記載）で反射する正規光の反射位置Ｐ0と、ドライバから遠い反射面（以降、反射面２と記載）で反射する裏面反射光の反射位置Ｐ1が垂直方向に距離Ｌだけ上方にずれてしまい、二つの虚像が形成される。
【００５１】
この結果、運転者が観る映像は図７に示すように正規光での虚像と裏面反射光により生じる虚像とが上下に二つ重なりあって見える。この原因について以下詳細に述べる。
【００５２】
ここでは説明の都合上、映像光をＰ波とＳ波の混在した自然光とした場合について述べる。正規光による正規虚像と裏面反射光による第二の虚像は、空気からフロントガラスに入射する入射光の反射率４％とフロントガラスと空気界面での反射率４％が等しいため、これら正規虚像と裏面反射光による虚像の明るさはほぼ等しい。このため、裏面反射光による虚像の明るさの低減が、虚像による映像の良好な解像性能を得るためには不可欠となる。
【００５３】
虚像を形成する映像光のうちでフロントガラス下部においては反射して運転者が視認する虚像は、運転者の視線が下を向くため、フロントガラスの傾斜と前述の虚像を生成する光線が、フロントガラス上部に比べフロントガラスにより斜めから入射するために裏面反射光と正規反射光の上下のすれ量が大きくなる。
【００５４】
更に、画面左右方向においては、正規反射光に対して凹面ミラーの光軸がフロントガラスと交差する点から離れる方向に裏面反射光がずれて、二つの虚像が形成される。
【００５５】
前述したようにフロントガラスの屈折率を１．５とすると、映像光線のフロントガラスへの入射角度と反射率の関係は、垂直入射の場合反射率はＳ偏光とＰ偏光、共に、４％程度であるが、入射角度が２５度を超えるとＳ偏波の反射率が大きくなる。
【００５６】
このため、映像表示装置としてＬＣＤを用いる場合は映像出力光をどちら側の偏波を使用するかでフロントガラスの反射率が異なるため、ドライバが視認できる虚像の明るさが、反射面への入射角度で変化する可能性が生じる。
【００５７】
更に、フロントガラスと凹面ミラーの距離を変えずにドライバが虚像を視認できる領域を拡大すると、映像光線がフロントガラスに入射する角度が大きくなり画面の上下左右に二重像が発生し虚像のフォーカス感を阻害する。
【００５８】
このため、発明者らは、映像表示装置４を凹面ミラー１の光軸に対して傾けることで、虚像上端部の像倍率Ｍ’＝ｂ’／ａ’と、虚像下端部の像倍率Ｍ＝ｂ／ａとを略一致させ、このことによって発生する歪曲収差の低減をすると更に良いことを見つけ出した。
【００５９】
更に、光学素子２の垂直方向の断面形状の平均曲率半径と水平方向の断面形状の平均曲率半径とを異なる値として、前述したフロントガラスの垂直方向曲率半径Ｒｖと水平方向曲率半径Ｒｈの違いにより発生する光路差によって発生する、歪曲収差と虚像の結像性能を低下させる収差を補正する。
【００６０】
上記に述べたように、フロントガラス６に直接映像光を反射させて虚像を得る情報表示装置１００においては、フロントガラス６の垂直方向曲率半径Ｒｖと水平方向曲率半径Ｒｈの違いにより生じる光路差によって発生する収差の補正が、虚像の結像性能確保において最も重要になる。
【００６１】
このため、発明者らは、従来の光学設計に用いられてきた、光軸からの距離ｒの関数としてレンズ面やミラー面の形状を定義する非球面形状（下記の数２の式を参照）に対して、光軸からの絶対座標（ｘ，ｙ）の関数として面の形状を定義することが可能な自由曲面形状（以下の数１の式を参照）を用いることにより、上述したフロントガラスの曲率半径の違いによる虚像の結像性能低下を軽減した。
【００６２】
【数１】
2020020914.tif 000003
【００６３】
なお、光軸からの距離ｒの関数としてレンズ面やミラー面の形状を定義する非球面形状は、以下の数２の式ように表される。
【００６４】
【数２】
2020020914.tif 000004
【００６５】
自動車用のフロントガラスの屈折率は通常ｎ＝１．５であり、一面当たりの反射率は５％である。上述したように、情報表示装置は、フロントガラスで虚像を反射させて運転者のアイボックス内に映像を結ばせるものである。このため、映像光線はフロントガラスの車内側の反射面１で反射した正規反射光と、外気に接した反射面２で反射した裏面反射光とに分離され、運転者の目には二重像として認識される。この二重像はフロントガラスの垂直方向と水平方向により発生する方向が異なり、情報表示装置１００がフロントガラスの下方に配置された場合には、裏面反射光により発生する二重像は、図７にも示すように、正規反射光による映像の上部に発生する。同様に、情報表示装置１００がフロントガラスの上方に配置された場合においても、裏面反射光により発生する二重像は、正規反射光による映像の上部に発生する。
【００６６】
図８には上述した関係が示されており、即ち、水平線Ｌ1,Ｌ0に対して虚像が表示される位置の角度を伏角とすると、一般的な構造のフロントガラス６の表面反射光による虚像１は運転者の目Ｐ10（視点）からの光線角度θ0の位置に、裏面反射光による虚像２は光線角度θ1の位置にそれぞれ形成される。
【００６７】
なお、これらの光線角度θ0、θ1は、虚像１、２が形成される位置である運転者の目Ｐ10（視線）からの虚像距離によって変化する。即ち、図９にも示すように、表面反射光の光線角度θ0を一定とした場合（図に●で示す直線を参照）、裏面反射光の光線角度θ1は、図に▲で示す曲線のように、運転者の目Ｐ10（視点）からの虚像距離が小さい場合には表面反射光の光線角度θ0から大きく離れ（二重像化が大きい）、虚像距離が大きくなるに従って徐々に光線角度θ0に近づく（二重像化が小さい）。その結果、これらの光線角度の差分である表面反射点と裏面反射点のズレ角度は、図に■で示す曲線のように、視線Ｐ10からの虚像距離が小さい（近い）場合には表面反射光による虚像１と裏面反射光による虚像２による二重像のズレ（二重像化）が大きいが、虚像距離が大きく（遠く）なるに従って二重像のズレ（二重像化）が小さくなる。特に、虚像距離が１６ｍを超えると表面反射点と裏面反射点のズレ角度＝０．０１７ｄｅｇとなり、虚像距離が２０ｍでは表面反射点と裏面反射点のズレ角度＝０．０１２ｄｅｇとなる。なお、虚像距離が１６ｍ場合の表面反射点と裏面反射点のズレ角度＝０．０１７ｄｅｇでは、１．０の視力の人間が表面反射光と裏面反射光による二重像を判別することができる限界である（通常人間（運転者）の判別限界範囲）。
【００６８】
そこで、本発明では、一般的なフロントガラスで虚像を反射させて運転者のアイボックス内に映像を結ばせる映像を、上述した二重像を判別することができる限界（通常人間（運転者）の判別限界範囲）を利用することによって、一般的なフロントガラスを採用しながらも、映像光束が前記フロントガラスの表面と裏面で反射することで発生する虚像の二重像化を実用上問題のないレベルまで軽減して形成することが可能であることを見出し、それにより、小型で運転者の視点位置に対応して複数の位置に虚像を形成する情報表示装置を達成した。
【００６９】
即ち、上述した情報表示装置１００の映像表示装置４から凹面ミラー１を介して一般的なフロントガラス６に向かって出射／反射して運転者の目（視線）Ｐ10に入射するＨＵＤの映像光線を運転者の目（視点）Ｐ10から通常人間の判別限界範囲を超えて、例えば、視点Ｐ10から１６ｍまたは２０ｍを超える、または、その周辺の視界距離領域において虚像を形成するように設定する。このことにより、上述した虚像の二重像化を実用上問題のないレベルまで軽減して解消することができる。なお、発明者による種々の実験によれば、この通常人間の判別限界範囲は、より具体的な一例として、運転者の目（視点）Ｐ10から１６ｍ以上が、より好適には、３０ｍ〜２００ｍの範囲とすることが好ましいことが明らかとなった。
【００７０】
なお、光線角度θを設定するために重要な運転者の目（視点）Ｐ10の位置については、上記図１にも示した情報表示装置全体システムを構成する運転者監視システム６４に入力されるカメラ７７からの運転者の画像を利用することによって容易に検出することができる。また、運転者の目（視点）Ｐ10の位置の変動による調整は、上述した制御装置４０等によれば、検出した運転者の目（視点）Ｐ10の位置に基づいて映像表示装置４を凹面ミラー１の光軸に対する傾斜角度や映像表示装置４上のＨＵＤ情報画像の位置を変更するなど、容易かつ自動的に実現可能であることは当業者であれば明らかであろう。加えて、運転者の視力を予めまたは随時に入力することによって、ＨＵＤ情報画像の表示位置を運転者の視力に対応して変更可能とするような構成も可能であろう。また、フロントガラスの厚みは、一般的に、中心５ｍｍ±１ｍｍ程度であり、その厚さが大きくなると二重像のずれ量も大きくなる。また、発明者らはフロントガラスの厚さのばらつきにも注目し、特に、その上端と下端の厚さがばらつき、かつ、上端の厚さTuに対して下端の厚さTdが小さい場合には二重像のずれ量が小さくなるので、フロントガラスの厚さの管理は平均厚さだけでなく上下・左右端部の厚さのばらつきが二重像のずれ量の絶対値に大きく影響することを実験により確認すると共に、フロントガラスとして上端の厚さTuが下端の厚さTdより大きい（Tu＞Td）を採用することがより好適であることが分かった。
【００７１】
以上、フロントガラスの運転者側のガラス面と外界に接する面の曲率半径が虚像を形成する光束が反射する部分では同じ（平行板）として述べたが、実際にはそれぞれの曲率が異なりフロントガラス上部と下部で厚みが異なると結果として二重像が発生する。運転者の目（視点）Ｐ10から３０ｍ〜５０ｍの範囲ではこの厚みの違いによって生じる角度差は０．００３度以下が望ましく、５０ｍ〜２００ｍでは角度差は０．００５以下であることが望ましいことが明らかになった。
【００７２】
更に、上述した例では、上述した被投影部材６の好適な一例として厚さ（断面）が一様な一般的なフロントガラスについて述べた。しかしながら、本発明はこれにのみ限定されることなく、断面が楔状（上下の高さ方向で厚さが変化する）のフロントガラス、更には、その効果は限定的となるが、上述した従来技術になる２枚のガラスの間に断面楔形に中間膜を形成したフロントガラスについても容易に適用することが可能である。なお、その場合には、特に断面が楔状のフロントガラスについては、運転者の目（視点）Ｐ10の位置（高さ方向）によって重要な光線角度θが変動する。このことからも、制御装置４０等により、上述した運転者監視システム６４のカメラからの運転者の画像を利用することによって（視点）Ｐ10の位置を確認してＨＵＤ映像光が虚像を形成する距離領域を調整することが好ましいであろう。なお、より具体的には、（視点）Ｐ10の位置に基づいて、映像表示装置４上のＨＵＤ情報の表示位置を調整することが好ましい。
【００７３】
次に、上述した二重像を軽減すると共に、視認性の高い虚像を形成することを可能とするための本発明の実施例に係る他の構成について、図１０〜図１５により説明する。図１０は、上述した実施例に係る虚像光学系の映像表示装置４としての液晶パネルとバックライト５の要部拡大図である。液晶パネルのフレキシブル基板１０から入力された映像信号によりバックライトからの光を変調することで映像を液晶パネル表示面１１に表示し、表示された映像を虚像光学系（実施例では、自由曲面凹面ミラーと自由曲面光学素子）で虚像を生成して、運転者に映像情報を伝える。
【００７４】
上記の構成では、バックライト光源５の光源素子には、固体光源として比較的安価で信頼性の高いＬＥＤ光源を用いる。ＬＥＤは、高出力化するために面発光タイプを使用するので、後述する技術的な工夫を用いて光利用効率を向上させる。ＬＥＤの入力電力に対する発光効率は、発光色によっても異なるが、２０〜３０％程度であり、残りの殆どは熱に変換される。このため、ＬＥＤを取り付けるフレームとしては、熱伝導率の高い部材（例えば、アルミニュウム等の金属部材）からなる放熱用のフィン１３を設けて熱を外部に放散させることにより、ＬＥＤの発光効率そのものを向上させる効果が得られる。
【００７５】
特に、現在市場に出回っている赤色を発光色とするＬＥＤは、ジャンクション温度が高くなると発光効率が大幅に低下し、同時に映像の色度も変化するので、ＬＥＤの温度低減の優先度を上げ、対応する放熱フィンの面積を大きくして冷却効率を高めた構成とすることが好ましい。ＬＥＤからの拡散光を効率よく液晶パネル４に導くため、図１４や図１５に示した例では、導光体１８を用いるが、塵などの付着が無い様に、例えば、外装部材１６によって全体を覆ったバックライト光源としてまとめることが好ましい。
【００７６】
また、この図１１には、光源であるＬＥＤと導光体および拡散板を含めた光源ユニットの要部拡大図が示されており、図１１からも明らかなように、ライトファネル２１、２２、２３、２４のＬＥＤからの発散光線を取り込む開口部２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａを平面とし、ＬＥＤとの間に媒質を挿入して光学的に接続するか、若しくは、凸面形状として集光作用を持たすことで、発散する光源光を可能な限り平行光として、ライトファネルの界面に入射する光の入射角を小さくする。その結果、ライトファネルの通過後、更に、発散角を小さくできるので、導光体１８で反射後に液晶パネルに向かう光源光の制御が容易になる。
【００７７】
更に、ＬＥＤからの発散光の利用効率を向上させるために、ライトファネル２１〜２４と導光体１８の接合部分２５においてＰＢＳ（Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ  Ｂｅａｍ  Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）を用いて偏光変換を行い、所望の偏光方向に変換することで、ＬＣＤへの入射光の効率を向上させることができる。
【００７８】
上述したように、光源光の偏光方向を揃えた場合には、導光体１８の素材としては、複屈折が少ない材料を用い、もって偏波の方向が回転して液晶パネルを通過する際に、例えば黒表示時に色付きなどの問題が発生しないようにすると更に良い。
【００７９】
以上に述べたように、発散角を低減したＬＥＤからの光束は導光体により制御され、導光体１８の斜面に設けた全反射面にて反射し、対向する面と液晶パネルの間に配置された拡散部材１４により拡散された後、映像表示装置４として液晶パネルに入射する。本実施例では、前述したように、導光体１８と液晶パネル４の間に拡散部材１４を配置したが、導光体１８の端面に拡散効果を持たせた、例えば、微細な凹凸形状を設けても同様な効果が得られる。
【００８０】
次に、上述した導光体１８の構成とそれにより得られる効果について、本実施例の情報表示装置１００において、上記のバックライトからの出射光が液晶パネルを通過した状態をシミュレーションした結果を、図１２に示す。図１２（ａ）は液晶パネルの長手方向から見た光の出射状態を示す図であり、図１２（ｂ）は液晶パネルの短手方向から見た光の出射状態を示す図である。本実施例ではＦＯＶの水平角度を設計以上に広げるため、水平方向の拡散角度を垂直方向に対して大きくして、運転者が首を振ったりして眼の位置が動いた場合においても、左右の眼によって視認される虚像の明るさが極端に変化しないように設計している。
【００８１】
また、バックライトの垂直方向の発散角を小さくすることで液晶パネルに表示した映像の画面垂直方向の発散角を小さくして、二重像の発生を抑えている。本実施例のように、導光体１８を用いて光の出射方向と強度を制御したバックライトを用いた場合における液晶パネル４の出射面の輝度分布を、図１３に示す。図１３からも明らかなように、画面垂直方向（短辺方向）の輝度分布に加え、画面垂直方向（長辺方向）の有効範囲以外での輝度低下の傾斜を小さくできる。
【００８２】
本実施例の情報表示装置１００において映像表示装置として使用した液晶パネルからの出射光（映像光）は、左右，上下方向の視角をパラメータとした場合±５０°の範囲で所定の透過率を示す。視角の範囲を±４０°以内とすれば、より良好な透過率特性を得ることができる。この結果、図１２や図１３に示すように、表示画面の左右方向と上下方向において、画面を観視する方向（視角）により画面の輝度が大きく異なる。これはバックライト輝度の角度特性による。
【００８３】
このため、発明者らは、虚像光学系に取り込む液晶パネル４からの出射光をできる限り画面に垂直な光として得られるように、導光体１８の全反射面の角度とライトファネル２１〜２４によるＬＥＤからの光源光の発散角の制御を行ってバックライトの視角特性を少ない範囲に絞り込むことで、高い輝度を得た。具体的には、高輝度な映像を得るためには、左右の視野角で±３０°の範囲の光を使用し、コントラスト性能も考慮すると、±２０°以下に絞ることで、同時に良好な画質の源画像を用いた虚像を得ることができた。
【００８４】
以上にも述べたように、映像表示装置の画質を左右するコントラスト性能は、画質を決める基となる黒表示した場合の輝度をどこまで下げられるかで決まる。このため、液晶パネル４とバックライトの間には、偏光度が高いヨウ素系の偏光板を用いることが好ましい。
【００８５】
一方、光学素子２側（光出射面）に設ける偏光板としては、染料系偏光板を用いることで、外光が入射した場合や環境温度が高い場合においても高い信頼性を得ることができる。
【００８６】
液晶パネル４でカラー表示を行う場合には、それぞれの画素に対応したカラーフィルターを設ける。このため、バックライトの光源色が白色の場合には、カラーフィルターでの光吸収が大きく、損失が大きくなる。そこで、発明者らは、複数のＬＥＤを使用して：
（１）白色ＬＥＤを複数使用する場合に比べ、明るさへの寄与が大きい緑色ＬＥＤを追加する。
（２）白色ＬＥＤに赤色または青色ＬＥＤを追加して、画像の艶色性を高める。
（３）赤色、青色、緑色のＬＥＤ個別に配置し、明るさへの寄与が大きい緑色ＬＥＤを追加して個別にＬＥＤを駆動することで、色再現範囲を拡大して艶色性を高めると同時に明るさも向上する。
（４）上記の（３）を実施することで赤色、青色、緑色ＬＥＤのピーク輝度に対するそれぞれのカラーフィルターの透過率を上げて、全体としての明るさを向上する。
（５）更に、バックライトの第二の実施例として、ライトファネルと導光体の間にＰＢＳを配置して特定の偏波に揃えることで、液晶パネル入射側の偏光板へのダメージを軽減する。
【００８７】
なお、液晶パネル入射側の配置する偏光板の偏光方向は、ＰＢＳ通過後に特定方向に揃えた偏波が通過する方向とすれば良いことは言うまでもない。
【００８８】
以上にも述べたように、本発明の実施形態における映像表示装置４として、液晶表示パネル出射面にはλ／４板を設けて出射光を円偏光とすることも可能である。その結果、運転者は、偏光サングラスを装着していても、良好な虚像を監視することができる。
【００８９】
更に、虚像光学系で使用する反射ミラーの反射膜を金属多層膜で成膜することによっても、反射率の角度依存性が少なく、偏光方向（Ｐ波またはＳ波）によって反射率が変わることがないため、画面の色度や明るさを均一に保つことが可能となる。
【００９０】
更に、虚像光学系とフロントガラスの間に、紫外線反射膜や紫外線反射膜と赤外線反射膜を合わせた光学部材を設けることによれば、外光（太陽光）が入射しても、液晶表示パネルおよび偏光板をその温度上昇やダメージから軽減できるので、情報表示装置の信頼性を損なうことがないという効果が得られる。
【００９１】
また、虚像光学系は、従来技術において被投影部材とされていたフロントガラスの車両水平方向の曲率半径と垂直方向の曲率半径の差も含めて最適設計を行い、フロントガラスと映像表示装置または中間像表示部との間には、フロントガラス６側に凹面を向けた凹面ミラー１を配置しており、これにより、映像表示装置４の映像を拡大し、フロントガラス６において反射する。この時、前述の凹面ミラー１と映像表示装置４の間には、光学素子が配置されており、他方、運転者の視点位置に対応して結像する前記映像の拡大像（虚像）を形成する映像光束は、映像表示装置間に配置された前記光学素子を通過し、凹面ミラー１で発生する歪みや収差を補正する。そのため、従来の凹面ミラーのみの虚像光学系に比べて、歪みと収差が大幅に低減された虚像を得ることができる。
【００９２】
以上にも述べたように、本発明によれば、ディスプレイと前記凹面ミラーとの間で分離される各虚像を成立させる映像光束に対応して光学素子の形状と位置を最適化すると共に、一般的なフロントガラスを採用しながらも、映像光束が前記フロントガラスの表面と裏面で反射することで発生する虚像の二重像化を、実用上問題のないレベルまで軽減して形成することを可能とすることで、小型でありながら運転者の視点位置に対応して複数の位置に前記複数の虚像を形成する情報表示装置を提供することが可能となる。
【００９３】
以上、本発明の種々の実施例に係る画像表示デバイスを備えた電子装置に用いるのに適した面状の光源装置について述べた。しかしながら、本発明は、上述した実施例のみに限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するためにシステム全体を詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００９４】
１００…情報表示装置、１０１…自動車、１…凹面ミラー、２…光学素子、４…映像表示装置、５…バックライト、６…被投影部材（フロントガラス）、７…筐体、Ｖ１…虚像、８…アイボックス（観察者の眼）。
【図１】
2020020914.tif 000005
【図２】
2020020914.tif 000006
【図３】
2020020914.tif 000007
【図４】
2020020914.tif 000008
【図５】
2020020914.tif 000009
【図６】
2020020914.tif 000010
【図７】
2020020914.tif 000011
【図８】
2020020914.tif 000012
【図９】
2020020914.tif 000013
【図１０】
2020020914.tif 000014
【図１１】
2020020914.tif 000015
【図１２】
2020020914.tif 000016
【図１３】
2020020914.tif 000017
【図１４】
2020020914.tif 000018
【図１５】
2020020914.tif 000019
【図１６】
2020020914.tif 000020
【図１７】
2020020914.tif 000021
【図１８】
2020020914.tif 000022