(57)【要約】【課題】画像を良好に表示することができるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置を提供する。【解決手段】ＨＵＤ装置は、第２レンズ部１１３と、液晶表示パネル１１８とを備える。液晶表示パネル１１８は、光源１１９から発せられ、第２レンズ部１１３を透過した光に照明され、虚像として視認される画像を表す表示光を射出する。第２レンズ部１１３は、第１の方向の一例であるα方向に配列されるとともに、第２の方向の一例であるβ方向に延びる複数のシリンドリカルレンズ１１３ａを有し、入射した光をα方向に拡げて配光して液晶表示パネル１１８へ射出する。複数のシリンドリカルレンズ１１３ａのうち、α方向における中央部に位置するシリンドリカルレンズ１１３ａの曲率半径は、α方向における端部に位置するシリンドリカルレンズ１１３ａの曲率半径よりも大きい。【選択図】図７
2020160293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を虚像として表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、
光源から発せられた光が入射するレンズ部と、
前記レンズ部を透過した光に照明され、前記画像を表す表示光を射出する表示部と、を備え、
前記レンズ部は、第１の方向に配列されるとともに前記第１の方向と直交する第２の方向に延びる複数のシリンドリカルレンズを有し、入射した光を前記第１の方向に拡げて配光して前記表示部へ射出し、
前記複数のシリンドリカルレンズのうち、前記レンズ部の前記第１の方向における中央部に位置するシリンドリカルレンズの曲率半径は、前記レンズ部の前記第１の方向における端部に位置するシリンドリカルレンズの曲率半径よりも大きい、
ヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項２】
前記レンズ部は、平面視で前記第１の方向に長尺の形状をなし、
前記光源側の面が前記複数のシリンドリカルレンズを有した形状に形成され、
前記表示部側の面がトロイダル面形状に形成されている、
請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項３】
前記光源から発せられた光を前記第２の方向に拡げて配光して射出する光学素子を備え、
前記レンズ部には、前記光学素子から射出された光が入射する、
請求項１又は２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項４】
前記レンズ部は、平面視で前記第２の方向に長尺の形状をなし、
前記光源側の面と前記表示部側の面との各々が、前記複数のシリンドリカルレンズを有した形状に形成されている、
請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項５】
前記光源から発せられ、前記レンズ部を透過した光を前記第２の方向に拡げて配光して射出する光学素子を備える、
請求項１又は４に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項６】
前記複数のシリンドリカルレンズの前記第１の方向における配列ピッチは、前記中央部と前記端部とで同じである、
請求項１乃至５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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ヘッドアップディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像を表す表示光を車両のフロントガラス等に向けて射出することにより当該画像を虚像として表示するヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ：Head-Up Display）装置が知られている。従来のＨＵＤ装置として、例えば特許文献１には、複数のシリンドリカルレンズを有するレンズ部（同文献の第２のレンズ１１２や第３のレンズ１１３に相当）を透過した光に照明され、表示部（例えば、液晶表示素子）が画像を表す表示光を射出する構成が開示されている。当該レンズ部は、入射した光を画像の縦方向と横方向との少なくとも一方に相当する方向に拡げて配光し、表示部へ射出する。この種のレンズ部では、複数のシリンドリカルレンズの各々の曲率半径が一様に設定されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−２１８３９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
複数のシリンドリカルレンズの各々の曲率半径を一様に設定すると、レンズ部の中央部を透過する光が必要以上に拡がり、表示部を良好に照明できない場合があることがわかってきた。これを踏まえると、表示部の照明効率を向上させ、良好な表示画像を得る点で改善の余地がある。
【０００５】
本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、画像を良好に表示す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を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本開示に係るヘッドアップディスプレイ装置は、
画像を虚像として表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、
光源から発せられた光が入射するレンズ部と、
前記レンズ部を透過した光に照明され、前記画像を表す表示光を射出する表示部と、を備え、
前記レンズ部は、第１の方向に配列されるとともに前記第１の方向と直交する第２の方向に延びる複数のシリンドリカルレンズを有し、入射した光を前記第１の方向に拡げて配光して前記表示部へ射出し、
前記複数のシリンドリカルレンズのうち、前記レンズ部の前記第１の方向における中央部に位置するシリンドリカルレンズの曲率半径は、前記レンズ部の前記第１の方向における端部に位置するシリンドリカルレンズの曲率半径よりも大きい。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、画像を良好に表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本開示の一実施形態に係るヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置が搭載された車両の模式図である。
【図２】ＨＵＤ装置の概略断面図である。
【図３】（ａ）は第１レンズ部の平面図、（ｂ）は第１レンズ部の側面図、（ｃ）は第１レンズ部の正面図である。
【図４】（ａ）は第２レンズ部の平面図、（ｂ）は第２レンズ部の側面図、（ｃ）は第２レンズ部の正面図である。
【図５】コンデンサレンズの斜視図である。
【図６】縦方向における光線の経路を示す概略図である。
【図７】横方向における光線の経路を示す概略図である。
【図８】虚像と第２レンズ部との対応関係を示す模式図である。
【図９】（ａ）は比較例に係る表示光の照度分布の測定結果を示し、（ｂ）は本実施例に係る表示光の照度分布の測定結果を示す図である。
【図１０】虚像と第２レンズ部との対応関係を示す模式図である。
【図１１】（ａ）及び（ｂ）は、第２レンズ部の中央部と端部の境界におけるシリンドリカルレンズの形状を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本開示の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００１０】
本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置１００は、図１に示すように、例えば、車両２００のダッシュボード内に設置される。ＨＵＤ装置１００は、車両２００のフロントガラス２０１（投射部材）に向けて画像を表す表示光Ｌｏを射出し、フロントガラス２０１で反射した表示光Ｌｏによって前記画像の虚像Ｖを表示する。このように虚像Ｖが表示されることで、視認者１（主に車両２００の運転者）は、フロントガラス２０１を通して虚像Ｖを表示画像として視認可能となる。
【００１１】
以下では、ＨＵＤ装置１００の構成の理解を容易にするため、図１等に示したＸ、Ｙ、Ｚ直交座標系を用いて説明する。Ｚ方向は車両２００の前後方向に沿い、Ｘ方向は車両２００の幅方向（視認者１にとっての左右方向）に沿い、Ｙ方向は車両２００の高さ方向（視認者１にとっての上下方向）に沿う。こうした場合、虚像Ｖとして視認される画像は、Ｚ方向から見て、Ｙ方向よりもＸ方向に長尺の長方形状をなす。
【００１２】
また、以下では、後述の表示ユニット１１０の光学的関係を説明する際には、図８等に示したα、β、γ直交座標系を用いて説明を行うことがある。γ方向は、表示ユニット１１０を透過する光線の主光線（各光学部材の中心Ｏを通る光線）の進行方向に沿うとともに、Ｚ方向に対応する。また、α方向はＸ方向に対応し、β方向はＹ方向に対応する。虚像Ｖは、後述の液晶表示パネル１１８が表示する画像に対応した形状で表示される。そのため、液晶表示パネル１１８が表示する画像は、γ方向から見て、β方向よりもα方向に長尺の長方形状をなす。なお、Ｘ、Ｙ、Ｚ座標系と、α、β、γ座標系とは対応関係にあれば、座標系の設定は任意であるが、この実施形態では、α方向はＸ方向と、β方向はＹ方向と、γ方向はＺ方向と一致している。
【００１３】
ＨＵＤ装置１００は、図２に示すように、表示ユニット１１０と、凹面鏡１２０と、ハウジング１３０と、放熱部材１４０と、を備える。
【００１４】
ハウジング１３０は、非透光性樹脂材料または金属材料で形成されるとともに、中空の略直方体をなす。ハウジング１３０は、Ｙ方向において互いに対面する上板１３０ａおよび下板１３０ｂを備える。上板１３０ａの車両前側には、その厚さ方向に貫通した開口部１３０ｃが形成されている。この開口部１３０ｃには、表示光Ｌｏが通過するアクリルなどの透光性樹脂材料からなる湾曲板状の窓部（透光部）１３１が嵌め込まれている。
【００１５】
ハウジング１３０は、上板１３０ａおよび下板１３０ｂを車両後側で連結する側板１３０ｄを備える。側板１３０ｄには、Ｚ方向に貫通した開口部１３２が形成されている。
【００１６】
放熱部材１４０は、ハウジング１３０の開口部１３２内に固定されている。放熱部材１４０は、例えばアルミニウムなどの金属材料または熱伝導性樹脂材料で形成されるフィン型の構造体である。放熱部材１４０は、表示ユニット１１０が発する熱を外部に放出可能に構成されている。
【００１７】
ハウジング１３０の上板１３０ａの内面（ハウジング１３０の内部空間に露出する面）には、その面に直交する隔壁１３０ｅが形成され、ハウジング１３０の下板１３０ｂの内面には、その面に直交する隔壁１３０ｆが形成されている。両隔壁１３０ｅ，１３０ｆは互いにＹ方向において対向して位置する。
【００１８】
表示ユニット１１０は、所定の画像を表す表示光Ｌｏを射出するものであり、具体的には、コンデンサレンズ１１１と、第１レンズ部１１２と、第２レンズ部１１３と、光源１１９と、基板１１６と、液晶表示パネル１１８と、光拡散部材１１７と、第１ケース体１１４と、第２ケース体１１５と、を備える。
【００１９】
基板１１６は、放熱部材１４０の内面（ハウジング１３０の内部空間に露出する面）に設置され、基板１１６の上面（放熱部材１４０に接する面と反対側の面）には各種配線がプリントされている。図６および図７に示すように、基板１１６の上面には、複数（本例では１２個）の光源１１９が実装されている。
【００２０】
光源１１９は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）からなる。光源１１９は、基板１１６上に、マトリックス状に配置されている。具体的には、Ｙ方向が行方向であって、Ｘ方向が列方向である場合、ＬＥＤは２行×６列のマトリックス状に配置される。
【００２１】
第１ケース体１１４は、光源１１９からの光線を外部に漏らさず、その光線を第１ケース体１１４の内部に保持されるコンデンサレンズ１１１、第１レンズ部１１２及び第２レンズ部１１３に通過させるものである。詳しくは、第１ケース体１１４は、図２に示すように、例えば、非透光性樹脂材料にて長方形の筒状に形成され、放熱部材１４０の内面とハウジング１３０の両隔壁１３０ｅ，１３０ｆとの間に設置されている。
【００２２】
第１ケース体１１４は、第１筒部１１４ａと、第２筒部１１４ｂと、つば部１１４ｃとを備える。第１筒部１１４ａは、その一端が基板１１６の周囲を囲みつつ放熱部材１４０の内面に接触し、その他端が第２筒部１１４ｂに連結されている。第２筒部１１４ｂは、Ｙ方向において第１筒部１１４ａより小さく形成されている。また、第２筒部１１４ｂの他端が第１筒部１１４ａの他端に段差を持って連結されている。つば部１１４ｃは、第１筒部１１４ａの一端から外側に延出するとともに、放熱部材１４０の内面に面接触する。なお、第１ケース体１１４は、複数の部材の組み合わせにより構成されてもよい。
【００２３】
また、第２筒部１１４ｂの内面には、図２に示すように、第１レンズ部１１２を保持するためのＸ方向に延びる一対の凹部１１４ｄが形成されている。一対の凹部１１４ｄは、Ｙ方向において互いに対向して位置する。同様に、第２筒部１１４ｂの内面には、第２レンズ部１１３を保持するためのＸ方向に延びる一対の凹部１１４ｅが形成されている。一対の凹部１１４ｅは、上記一対の凹部１１４ｄよりも隔壁１３０ｅ，１３０ｆに近い位置において、Ｙ方向に互いに対向して位置する。
【００２４】
コンデンサレンズ１１１、第１レンズ部１１２及び第２レンズ部１１３は、第１ケース体１１４の内部に保持されている。第１ケース体１１４には、光源１１９に近い方からコンデンサレンズ１１１、第１レンズ部１１２及び第２レンズ部１１３の順で配置され、この順で光源１１９からの光線が各レンズを透過する。なお、この実施形態では、第１ケース体１１４に保持されたコンデンサレンズ１１１、第１レンズ部１１２及び第２レンズ部１１３の各々は、その縦方向（短手方向）がＹ方向に沿い、その横方向（長手方向）がＸ方向に沿う格好となる。
【００２５】
コンデンサレンズ１１１は、透明光学樹脂または光学ガラスにより長方形板状に形成されている。コンデンサレンズ１１１は、図２に示すように、複数配置された凸レンズ部１１１ａと、第１筒部１１４ａの内部に嵌め込まれる脚部１１１ｂとを備える。
【００２６】
脚部１１１ｂは、コンデンサレンズ１１１の縦方向におけるコンデンサレンズ１１１の両側部においてＬ字の柱状に形成される。脚部１１１ｂは、凸レンズ部１１１ａの側部から縦方向に沿って延出し、その先端がコンデンサレンズ１１１の厚さ方向（本例ではＺ方向）に沿って屈曲して形成されている。コンデンサレンズ１１１は、その脚部１１１ｂの先端面が基板１１６の上面に接触して配置される。これにより、コンデンサレンズ１１１は、脚部１１１ｂを通じて第１筒部１１４ａ内に保持されている。このとき、第１筒部１１４ａと第２筒部１１４ｂとの段差によっても、コンデンサレンズ１１１は、脚部１１１ｂにおける基板１１６と離間する方向への移動が規制されている。
【００２７】
コンデンサレンズ１１１の凸レンズ部１１１ａは、図５に示すように、両凸レンズ状に形成されるとともに、上述した光源１１９と同様に２行×６列のマトリックス状に配置されている。なお、図５では、脚部１１１ｂの図示は省略した。各凸レンズ部１１１ａは、図２に示すように、各光源１１９からの光線を受けるように、Ｚ方向において各光源１１９に対向して位置する。コンデンサレンズ１１１の各凸レンズ部１１１ａは、光源１１９から射出される複数の光線を集光するとともに、複数の光線をγ方向に沿うように略平行化する機能を有する。
【００２８】
第１レンズ部１１２は、図３（ａ）及び（ｂ）等に示すように、複数のシリンドリカルレンズ１１２ａ，１１２ｂを有するレンチキュラレンズから構成されている。なお、光学的には、図３（ａ）は第１レンズ部１１２をγ方向から見た図であり、図３（ｂ）はα方向から見た図であり、図３（ｃ）はβ方向から見た図である。第１レンズ部１１２は、γ方向から見た場合、α方向（横方向）に長尺な長方形状に形成されている。第１レンズ部１１２は、入射した光線をβ方向（縦方向）において液晶表示パネル１１８に集光する機能を有する。
【００２９】
第１レンズ部１１２は、透明光学樹脂または光学ガラスにより形成される。詳しくは、第１レンズ部１１２は、複数の光線が入射する入射面１１２ｉと、第１レンズ部１１２をその厚さ方向に透過した複数の光線が射出する射出面１１２ｏと、第１ケース体１１４に保持される保持部１１２ｃとを備える。
【００３０】
第１レンズ部１１２の入射面１１２ｉには、複数のシリンドリカルレンズ１１２ａが形成され、第１レンズ部１１２の射出面１１２ｏには、複数のシリンドリカルレンズ１１２ｂが形成されている。図１０に示すように、シリンドリカルレンズ１１２ａ，１１２ｂの各々は、第１レンズ部１１２の長手方向（α方向）に延びるとともに、第１レンズ部１１２の短手方向（β方向）に沿って連続して配列されている。
【００３１】
入射面１１２ｉのシリンドリカルレンズ１１２ａは、α方向に延びる半円柱状をなし、γ方向において射出面１１２ｏと離間する方向に凸となる曲面状に突出する。射出面１１２ｏのシリンドリカルレンズ１１２ｂは、α方向に延びる半円柱状をなし、γ方向において入射面１１２ｉと離間する方向に向かって凸となる曲面状に突出する。入射面１１２ｉのシリンドリカルレンズ１１２ａ及び射出面１１２ｏのシリンドリカルレンズ１１２ｂは、第１レンズ部１１２の厚さ方向に対向する位置に設けられる。また、第１レンズ部１１２の保持部１１２ｃは、第１レンズ部１１２の短手方向の両端から突出するとともに、第１レンズ部１１２の長手方向に延びる四角柱状に形成される。図２に示すように、この第１レンズ部１１２の保持部１１２ｃが第２筒部１１４ｂの凹部１１４ｄに嵌合することで、第１レンズ部１１２は、第２筒部１１４ｂ内に保持される。
【００３２】
第１レンズ部１１２の入射面１１２ｉは、そのシリンドリカルレンズ１１２ａによって、光線を短手方向（β方向）に拡げて配光する（拡散する）機能を有する。また、第１レンズ部１１２の射出面１１２ｏは、そのシリンドリカルレンズ１１２ｂによって、完全に平行化されていない光線の配光角度を調整する機能を有する。この実施形態では、第１レンズ部１１２のシリンドリカルレンズ１１２ａ，１１２ｂの配列ピッチ（隣り合うシリンドリカルレンズの光軸間の距離）や、曲率半径は、一様に設定されている。
【００３３】
第２レンズ部１１３は、図４（ｃ）等に示すように、複数のシリンドリカルレンズ１１３ａを有するレンチキュラレンズから構成されている。なお、光学的には、図４（ａ）は第２レンズ部１１３をγ方向から見た図であり、図４（ｂ）はα方向から見た図であり、図４（ｃ）はβ方向から見た図である。第２レンズ部１１３は、γ方向から見た場合、α方向（横方向）に長尺な長方形状に形成されている。第２レンズ部１１３は、主に、入射した光線をα方向（横方向）において液晶表示パネル１１８に集光する機能を有する。
【００３４】
第２レンズ部１１３は、透明光学樹脂または光学ガラスにより形成される。詳しくは、第２レンズ部１１３は、複数の光線が入射する入射面１１３ｉと、第２レンズ部１１３をその厚さ方向に透過した複数の光線が射出する射出面１１３ｏと、第１ケース体１１４に保持される保持部１１３ｂとを備える。
【００３５】
第２レンズ部１１３の入射面１１３ｉには、複数のシリンドリカルレンズ１１３ａが形成されている。図８に示すように、シリンドリカルレンズ１１３ａは、第２レンズ部１１３の短手方向（β方向）に延びるとともに、第２レンズ部１１３の長手方向（α方向）に沿って連続して配列されている。
【００３６】
シリンドリカルレンズ１１３ａは、β方向に延びる半円柱状をなし、γ方向において射出面１１３ｏと離間する方向に凸となる曲面状に突出する。第２レンズ部１１３の入射面１１３ｉは、そのシリンドリカルレンズ１１３ａによって光線を長手方向（α方向）に拡げて配光する（拡散する）機能を有する。この実施形態では、第２レンズ部１１３のシリンドリカルレンズ１１３ａの配列ピッチ（隣り合うシリンドリカルレンズの光軸間の距離）は、一様に設定されている。
【００３７】
この実施形態に係る第２レンズ部１１３においては、図８に示すように、複数のシリンドリカルレンズ１１３ａのうち、これにより第２レンズ部１１３のα方向における中央部Ｃ１に位置するシリンドリカルレンズ１１３ａの曲率半径が、同じくα方向における端部Ｅ１に位置するシリンドリカルレンズ１１３ａの曲率半径よりも大きく設定されている。第２レンズ部１１３の中央部Ｃ１の配光角度（入射面１１３ｉに入射する光線をα方向に拡げて配光して射出する際の配光角度）を、端部Ｅ１の配光角度よりも小さく制御することができる。中央部Ｃ１は、光源１１９から発せられ、コンデンサレンズ１１１でγ方向に沿って平行化された光の主光線が通る中心Ｏを含む部分である。端部Ｅ１は、α方向において中央部Ｃ１を挟んで両端に位置する部分である。
【００３８】
この実施形態では、例えば、第２レンズ部１１３には、計１７８個のシリンドリカルレンズ１１３ａがα方向に沿って連続して設けられている。具体的に、第２レンズ部１１３の中央部Ｃ１には、１１８個のシリンドリカルレンズ１１３ａが位置し、図８において中央部Ｃ１の左側と右側の端部Ｅ１の各々には、３０個のシリンドリカルレンズ１１３ａが位置している。そして、中央部Ｃ１に位置するシリンドリカルレンズ１１３ａの曲率半径Ｒは、Ｒ＝０．２７ｍｍに設定されており、左右の各端部Ｅ１に位置するシリンドリカルレンズ１１３ａの曲率半径Ｒは、Ｒ＝０．２２ｍｍに設定されている。なお、図８等に図示したシリンドリカルレンズの個数は、模式的なものである（第１レンズ部１１２の図示についても同様）。また、例えば、中央部Ｃ１のα方向における長さは３５．４ｍｍに設定され、左右の各端部Ｅ１のα方向における長さは９ｍｍに設定されている。したがって、一例として、α方向における長さの比は、（左端部Ｅ１：中央部Ｃ１：右端部Ｅ１≒１：４：１）となる。
【００３９】
図１１（ａ）及び（ｂ）を参照して、第２レンズ部１１３の中央部Ｃ１と端部Ｅ１の境界に位置するシリンドリカルレンズ１１３ａの形状について説明する。ここで、説明の理解を容易にするため、中央部Ｃ１と端部Ｅ１の境界線ＢＬを挟んで隣り合うシリンドリカルレンズ１１３ａのうち、中央部Ｃ１側に位置するものをシリンドリカルレンズ１１３Ｃとし、端部Ｅ１側に位置するものをシリンドリカルレンズ１１３Ｅとする。この実施形態では、前述の通り、シリンドリカルレンズ１１３ａは、第２レンズ部１１３の中央部Ｃ１に位置するもののほうが端部Ｅ１に位置するものよりも曲率半径が大きいため、何の対策も施さなければ、シリンドリカルレンズ１１３Ｃとシリンドリカルレンズ１１３Ｅとの間に、図１１（ａ）に示すような段差が生じることになる。このように段差を有する第２レンズ部１１３を射出成形などにより成形しようとすると、加工が困難となる虞がある。これを考慮し、この実施形態に係る第２レンズ部１１３は、図１１（ｂ）に示すように、シリンドリカルレンズ１１３Ｃの曲面が境界線ＢＬを跨いで端部Ｅ１側に延長され、シリンドリカルレンズ１１３Ｃとシリンドリカルレンズ１１３Ｅとの間に、図１１（ａ）に示すような段差が生じない形状となっている。この形状により、第２レンズ部１１３の成形不良を抑制している。なお、ここでは、中央部Ｃ１を挟む両端部Ｅ１のうち一方の端部Ｅ１と中央部Ｃ１との関係について説明したが、他方の端部Ｅ１と中央部Ｃ１との関係についても同様である。また、成形不良の虞がなければ、図１１（ａ）に示すように、段差を有した形状の第２レンズ部１１３を採用してもよい。
【００４０】
第２レンズ部１１３の射出面１１３ｏは、後述する液晶表示パネル１１８の表示領域に合わせて光線を配光（拡散）する凹トロイダル面で形成されている。すなわち、第２レンズ部１１３の射出面１１３ｏには、第２レンズ部１１３の長手方向および短手方向に沿って凹状の曲面が形成されている。例えば、射出面１１３ｏの短手方向に沿う曲面の曲率半径は、射出面１１３ｏの長手方向に沿う曲面の曲率半径より大きく設定されている。γ方向から見て、第２レンズ部１１３は、後述する液晶表示パネル１１８を含むように、液晶表示パネル１１８より大きい面積で形成されている。なお、第２レンズ部１１３だけではなく、コンデンサレンズ１１１及び第１レンズ部１１２も、γ方向から見て、液晶表示パネル１１８を含むように、液晶表示パネル１１８より大きい面積で形成されている。
【００４１】
第２レンズ部１１３の保持部１１３ｂは、第２レンズ部１１３の短手方向の両端から突出するとともに、第２レンズ部１１３の長手方向に延びる四角柱状に形成される。図２に示すように、第２レンズ部１１３の保持部１１３ｂが第２筒部１１４ｂの凹部１１４ｅに嵌合することで、第２レンズ部１１３は第２筒部１１４ｂに保持される。
【００４２】
第２ケース体１１５は、図２に断面で示すように、非透光性樹脂材料にて長方形の枠状に形成されている。第２ケース体１１５は、両隔壁１３０ｅ，１３０ｆにおける第１ケース体１１４と反対側の面に固定される。
【００４３】
光拡散部材１１７及び液晶表示パネル１１８は、γ方向において互いに対面した状態で、第２ケース体１１５の内部に保持されている。光拡散部材１１７は、液晶表示パネル１１８と第２レンズ部１１３との間に位置し、第２レンズ部１１３を介して入射した光線を、液晶表示パネル１１８に向けて拡散して射出する。
【００４４】
表示部の一例である液晶表示パネル１１８は、例えば、透明電極膜が形成された一対の透光性基板に液晶層を封入した液晶セルの両面に偏光板を貼着して形成される。そして、液晶表示パネル１１８の各画素が画像に応じて透過状態および不透過状態の間で切り替えられる。液晶表示パネル１１８は、第２レンズ部１１３の射出面１１３ｏからの光を受けて、画像に応じた表示光Ｌｏを射出する。液晶表示パネル１１８は、例えば、γ方向から見て、β方向（縦方向）よりもα方向（横方向）が長尺の長方形状をなしており、その長手方向（α方向）と平行な直線偏光の表示光Ｌｏを射出する。つまり、液晶表示パネル１１８が有する一対の偏光板のうち、表示光Ｌｏの射出側（凹面鏡１２０側）に位置する偏光板の透過軸がα方向と平行に設定されている。
【００４５】
凹面鏡１２０は、例えばポリカーボネートなどの樹脂材料からなるホルダと、そのホルダに例えばアルミニウムなどの金属を蒸着させてなる鏡面とを備える。凹面鏡１２０は、表示ユニット１１０からの表示光Ｌｏの進行方向に対して傾斜した姿勢でハウジング１３０内に設けられている。凹面鏡１２０は、表示ユニット１１０からの表示光Ｌｏを反射させつつ表示光Ｌｏが表す像を拡大し、その拡大した像をフロントガラス２０１に照射する。ＨＵＤ装置１００の構成の説明は以上である。
【００４６】
次に、図６および図７を参照しつつ、各光源１１９から発せられる光線がコンデンサレンズ１１１、第１レンズ部１１２及び第２レンズ部１１３を通過する際の光線の作用について説明する。図６は、α方向（横方向）から見たβ方向（縦方向）における光線の作用について模式的に示し、図７は、β方向（縦方向）から見たα方向（横方向）における光線の作用について模式的に示している。
【００４７】
まず、β方向（縦方向）における光線の作用について説明する。図６に示すように、各光源１１９からコンデンサレンズ１１１の各凸レンズ部１１１ａに向けて複数の光線Ｌａが放射状に照射される。コンデンサレンズ１１１の凸レンズ部１１１ａは、その入射面および射出面において光線Ｌａを屈折させることで、光線Ｌａはγ方向に沿うように平行化され、凸レンズ部１１１ａの前記射出面から光線Ｌｂが出てくる。
【００４８】
光線Ｌｂが入射される第１レンズ部１１２の入射面１１２ｉ側の各シリンドリカルレンズ１１２ａは、β方向（縦方向）において、当該光線Ｌｂを所定の配光角度で拡げて配光（拡散）する。ここで、第１レンズ部１１２内に導かれる光線Ｌｂは、第１レンズ部１１２の厚み方向に対して平行化された光線（以下、平行光と呼ぶ。）と、第１レンズ部１１２の厚み方向に対して平行化されていない光線（以下、非平行光と呼ぶ。）とで構成されている。第１レンズ部１１２の射出面１１２ｏ側の各シリンドリカルレンズ１１２ｂは、非平行光を、平行光が第１レンズ部１１２を通過した場合と同様の拡散角度になるように角度調整して射出する。
【００４９】
第１レンズ部１１２を通過した光線は、図６に示すように、第２レンズ部１１３の入射面１１３ｉに光線Ｌｃとして入射する。そして、第２レンズ部１１３内に進む光線Ｌｃは射出面１１３ｏから射出される。この際、第２レンズ部１１３の射出面１１３ｏは、第２レンズ部１１３の内部を通過した光線を所定の拡散角度で拡散し、その拡散した光線を光線Ｌｄとして液晶表示パネル１１８の全域に照射する。
【００５０】
次に、α方向（横方向）の光線の作用について説明する。
【００５１】
コンデンサレンズ１１１は、図７に示すように、上記β方向（縦方向）と同様に、α方向（横方向）においても複数の光線Ｌａを平行化し、平行化された光線Ｌｂを第１レンズ部１１２に向けて照射する。第１レンズ部１１２の各シリンドリカルレンズ１１２ａ，１１２ｂは、入射された光線Ｌｂをα方向（横方向）にそのまま進行させる。第１レンズ部１１２を通過した光線は第２レンズ部１１３に向かって光線Ｌｃとして照射される。第２レンズ部１１３の入射面１１３ｉにおける各シリンドリカルレンズ１１３ａは、α方向（横方向）において、入射された光線Ｌｃを所定の配光角度で拡げて配光（拡散）する。第２レンズ部１１３の射出面１１３ｏは、第２レンズ部１１３の内部を通過した光線Ｌｃを所定の拡散角度で拡散し、その拡散した光線Ｌｄを液晶表示パネル１１８全域に照射する。
【００５２】
この実施形態では、第２レンズ部１１３のα方向における中央部Ｃ１に位置するシリンドリカルレンズ１１３ａの曲率半径が、同じくα方向における端部Ｅ１に位置するシリンドリカルレンズ１１３ａの曲率半径よりも大きく設定されている。この設定により、第２レンズ部１１３の中央部Ｃ１における配光角度（入射面１１３ｉに入射する光線をα方向に拡げて配光して射出する際の配光角度）が、端部Ｅ１の配光角度よりも小さくなる。これにより、中央部Ｃ１の光線が必要以上にα方向に拡散することが抑制され、結果として、虚像Ｖの中央部の表示輝度が低下することが抑制される。
【００５３】
ここで、図９を参照して、この実施形態の実施例に係る第２レンズ部１１３による効果を説明する。
【００５４】
図９（ｂ）は、実施例として、中央部Ｃ１に１１８個（曲率半径Ｒ＝０．２７ｍｍ）、両端部の各々に３０個（曲率半径Ｒ＝０．２２ｍｍ）の計１７８個のシリンドリカルレンズ１１３ａを設けた第２レンズ部１１３を用いたＨＵＤ装置１００のアイボックスＩｂにおける照度分布の測定結果を示している。この実施例に係る第２レンズ部１１３におけるシリンドリカルレンズ１１３ａが形成された部分のα方向における長さは、５３．４ｍｍ（中央部Ｃ１の長さが３５．４ｍｍ、左右の各端部Ｅ１の長さが９ｍｍ）に設定されている。
図９（ａ）は、比較例として、全てが一様の曲率半径（Ｒ＝０．２２）を有するシリンドリカルレンズ１１３ａを、α方向に沿って、計１７８個設けたレンチキュラレンズを用いたＨＵＤ装置のアイボックスＩｂにおける照度分布の測定結果を示している。
つまり、実施例と比較例とでレンズの横幅及びシリンドリカルレンズの個数は同様であり、実施例は、中央部Ｃ１に位置するシリンドリカルレンズ１１３ａの曲率半径が比較例と異なっている。なお、視認者１は、自身の目の位置が仮想的な空間であるアイボックスＩｂ内にあるとき、フロントガラス２０１を反射する表示光Ｌｏを受けて虚像Ｖを視認可能となる。図９（ａ）、（ｂ）に示すアイボックスＩｂは、二次元で表現しているため、これらの照度分布は、そのまま虚像Ｖの照度分布と考えることができる。
【００５５】
また、図９（ａ）、（ｂ）において、照度分布と併せて、アイボックスＩｂの中央位置における表示輝度の測定結果を記した。図から分かるように、実施例の中央輝度は９０９５［ｃｄ／ｍ２］と、比較例の中央輝度７６４５［ｃｄ／ｍ２］よりも高いことがわかる。また、比較例においては、高照度領域ＩＬ＿ｈ（照度が約１００〜８０％の領域）がアイボックスＩｂの横方向（α方向に対応する方向）にはみ出して位置しているのに対して、実施例の高照度領域ＩＬ＿ｈは、概ねアイボックスＩｂの横方向に丁度収まるように位置しているのが分かる。なお、照度は、輝度が最も高い中央輝度を１００％とした場合における割合である。また、図９（ａ）、（ｂ）における中照度領域ＩＬ＿ｍは、照度が約８０％〜４０％に渡る領域である。図９（ａ）と図９（ｂ）とを対比すると分かるように、比較例においては、高照度領域ＩＬ＿ｈ及び中照度領域ＩＬ＿ｍが、アイボックスＩｂの横方向に拡がりすぎており、その結果として、中央輝度が低下してしまっている。一方、実施例においては、高照度領域ＩＬ＿ｈがアイボックスＩｂの横方向に丁度収まるように分布するとともに、中央で高い表示輝度が実現されていることが分かる。
【００５６】
（１−１）以上に説明した、本実施形態に係るＨＵＤ装置１００は、光源１１９から発せられた光が入射する第２レンズ部１１３（レンズ部の一例）と、第２レンズ部１１３を透過した光に照明され、画像（虚像Ｖとして視認される画像）を表す表示光Ｌｏを射出する表示部（液晶表示パネル１１８）と、を備える。第２レンズ部１１３は、α方向（第１の方向の一例）に配列されるとともにβ方向（第２の方向の一例）に延びる複数のシリンドリカルレンズ１１３ａを有し、入射した光をα方向に拡げて配光して表示部へ射出する。そして、複数のシリンドリカルレンズ１１３ａのうち、α方向における中央部Ｃ１に位置するシリンドリカルレンズ１１３ａの曲率半径は、α方向における端部Ｅ１に位置するシリンドリカルレンズ１１３ａの曲率半径よりも大きい。
この構成により、第２レンズ部１１３でα方向に光が必要以上に拡散することが抑制され、表示部の中央部に照射される照明光の輝度の低下と、虚像Ｖの中央部における表示輝度の低下とを抑制することができる。結果として、虚像Ｖとして視認される画像を良好に表示することができる。
【００５７】
（１−２）また、第２レンズ部１１３は、平面視で（γ方向から見て）α方向に長尺の形状をなし、光源１１９側の面（入射面１１３ｉ）が複数のシリンドリカルレンズ１１３ａを有した形状に形成され、表示部側の面（射出面１１３ｏ）がトロイダル面形状に形成されている。
この構成により、虚像Ｖの横方向に対応するα方向において照明光の配光を制御することができるため、虚像Ｖの横方向における表示見栄えを良好に保つことができる。また、トロイダル面によって表示部（液晶表示パネル１１８）を良好に照明することができる。
【００５８】
（１−３）また、ＨＵＤ装置１００は、光源１１９から発せられた光をβ方向に拡げて配光して射出する第１レンズ部１１２（光学素子の一例）を備え、第２レンズ部１１３には、第１レンズ部１１２から射出された光が入射する。
この構成により、虚像Ｖの縦方向に対応するβ方向においても照明光の配光を制御することができるため、虚像Ｖの縦方向における表示見栄えも良好に保つことができる。
【００５９】
（１−４）また、複数のシリンドリカルレンズ１１３ａのα方向における配列ピッチは、中央部Ｃ１と端部Ｅ１とで同じであることが好ましい。
こうすれば、各シリンドリカルレンズ１１３ａを透過して表示部を照明する光のα方向におけるバラツキを抑制しつつも、第２レンズ部１１３でα方向に光が必要以上に拡散することを抑制することができる。
【００６０】
（変形例）
以上の実施形態では、第１レンズ部１１２のシリンドリカルレンズ１１２ａ，１１２ｂの曲率半径を一様に設定した例を説明したが、これに限られない。第１レンズ部１１２について、第２レンズ部１１３と同じ考え方により、図１０に示すように、複数のシリンドリカルレンズ１１２ａ，１１２ｂのうち、第１レンズ部１１２のβ方向における中央部Ｃ２に位置するシリンドリカルレンズ１１２ａ，１１２ｂの曲率半径を、同じくβ方向における端部Ｅ２に位置するシリンドリカルレンズ１１２ａ，１１２ｂの曲率半径よりも大きく設定してもよい。これにより、第１レンズ部１１２の中央部Ｃ２の配光角度（入射面１１２ｉに入射する光線をα方向に拡げて配光して射出する際の配光角度）を、端部Ｅ２の配光角度よりも小さく制御することができる。中央部Ｃ２は、光源１１９から発せられ、コンデンサレンズ１１１でγ方向に沿って平行化された光の主光線が通る中心Ｏを含む部分である。端部Ｅ２は、β方向において中央部Ｃ１を挟んで両端に位置する部分である。なお、第１レンズ部１１２のβ方向における長さの比は限定されるものではないが、一例として、第２レンズ部１１３と同様な考え方で、（左端部Ｅ２：中央部Ｃ２：右端部Ｅ２≒１：４：１）とすることができる。また、図示しないが、第１レンズ部１１２は、図１１（ｂ）を参照して説明した第２レンズ部１１３と同様に、中央部Ｃ２と端部Ｅ２の境界を挟んで隣り合うシリンドリカルレンズ１１２ａの間に、段差が生じない形状となっている。中央部Ｃ２と端部Ｅ２の境界を挟んで隣り合うシリンドリカルレンズ１１２ｂの形状についても同様である。
【００６１】
（２−１）以上の変形例に係るＨＵＤ装置１００は、光源１１９から発せられた光が入射する第１レンズ部１１２（上記実施形態とは異なるレンズ部の例）と、第１レンズ部１１２を透過した光に照明され、画像（虚像Ｖとして視認される画像）を表す表示光を射出する表示部（液晶表示パネル１１８）と、を備える。第１レンズ部１１２は、β方向（上記実施形態とは異なる第１の方向の例）に配列されるとともにα方向（上記実施形態とは異なる第２の方向の例）に延びる複数のシリンドリカルレンズ１１２ａ，１１２ｂを有し、入射した光をβ方向に拡げて配光して表示部へ射出する。そして、複数のシリンドリカルレンズ１１２ａ，１１２ｂのうち、β方向における中央部Ｃ２に位置するシリンドリカルレンズ１１２ａ，１１２ｂの曲率半径は、β方向における端部Ｅ２に位置するシリンドリカルレンズ１１２ａ，１１２ｂの曲率半径よりも大きい。
この構成により、第１レンズ部１１２でβ方向に光が必要以上に拡散することが抑制され、表示部の中央部に照射される照明光の輝度の低下と、虚像Ｖの中央部における表示輝度の低下とを抑制することができる。結果として、虚像Ｖとして視認される画像を良好に表示することができる。
【００６２】
（２−２）また、変形例に係る第１レンズ部１１２は、平面視で（γ方向から見て）α方向に長尺の形状をなし、光源１１９側の面（入射面１１２ｉ）が複数のシリンドリカルレンズ１１２ａを有し、表示部側の面（射出面１１２ｏ）が複数のシリンドリカルレンズ１１２ｂを有した形状に形成されている。
この構成により、虚像Ｖの縦方向に対応するβ方向において照明光の配光を制御することができるため、虚像Ｖの縦方向における表示見栄えを良好に保つことができる。
【００６３】
（２−３）また、変形例に係るＨＵＤ装置１００は、光源１１９から発せられ、第１レンズ部１１２を透過した光をα方向に拡げて配光して射出する第２レンズ部１１３（上記実施形態とは異なる光学素子の例）を備える。
この構成により、虚像Ｖの横方向に対応するα方向においても照明光の配光を制御することができるため、虚像Ｖの横方向における表示見栄えも良好に保つことができる。
【００６４】
（２−４）また、複数のシリンドリカルレンズ１１２ａ，１１２ｂのβ方向における配列ピッチは、中央部Ｃ２と端部Ｅ２とで同じであることが好ましい。
こうすれば、各シリンドリカルレンズ１１２ａ，１１２ｂを透過して表示部を照明する光のβ方向におけるバラツキを抑制しつつも、第１レンズ部１１２でβ方向に光が必要以上に拡散することを抑制することができる。
【００６５】
なお、本開示は以上の実施形態、変形例、及び図面によって限定されるものではない。本開示の要旨を変更しない範囲で、適宜、変更（構成要素の削除も含む）を加えることが可能である。
【００６６】
以上の実施形態では、第２レンズ部１１３の中央部Ｃ１におけるシリンドリカルレンズ１１３ａの曲率半径が一定であり、端部Ｅ１におけるシリンドリカルレンズ１１３ａの曲率半径が一定である例を示したが、これに限られない。第２レンズ部１１３の中央部Ｃ１における任意の位置（例えば、中心）から、第２レンズ部１１３のα方向における端に向かうに従って、シリンドリカルレンズ１１３ａの曲率半径が徐々に小さくなる（相対的に端部Ｅ１よりも中央部Ｃ１に位置するシリンドリカルレンズ１１３ａの曲率半径が大きくなる）ように設定することもできる。変形例に係る第１レンズ部１１２の曲率半径についても同様に変更することができる。
【００６７】
また、第２レンズ部１１３の中央部Ｃ１と端部Ｅ１とに渡って形成される複数のシリンドリカルレンズ１１３ａの全てが同じ配列ピッチでα方向に配列されていなくともよい。第２レンズ部１１３は、中央部Ｃ１と端部Ｅ１とで同じ配列ピッチで配列されるシリンドリカルレンズ１１３ａを含んでいればよく、当該同じ配列ピッチと異なる配列ピッチで配列されたシリンドリカルレンズ１１３ａを一部に含んでいてもよい。変形例に係る第１レンズ部１１２の配列ピッチについても同様に変更することができる。
【００６８】
また、以上では、Ｘがα、Ｙがβ、Ｚがγの各方向と一致してＨＵＤ装置１００を構成した例を示したが、ＸＹＺ座標系とαβγ座標系とが対応していれば、座標系の設定は任意である。つまり、視認者１から見た虚像Ｖの縦横方向と、表示ユニット１１０の液晶表示パネル１１８が表示する画像におけるγ方向から見た縦横方向とが光学的に対応していれば、車両２００内における表示ユニット１１０の位置や、向き（表示光Ｌｏを射出する方向）は目的に応じて変更可能である。
【００６９】
また、以上では、第２レンズ部１１３のα方向における長さの比として、（左端部Ｅ１：中央部Ｃ１：右端部Ｅ１≒１：４：１）を例示したが、この比も任意である。例えば、中央部Ｃ１のα方向における長さは、一方の端部Ｅ１のα方向における長さの２倍以上であればよい。また、α方向において中央部Ｃ１を挟む左端部Ｅ１と右端部Ｅ１の長さを異ならせることも可能である。変形例に係る第１レンズ部１１２のβ方向における長さの比についても、第２レンズ部１１３と同様の考え方で適宜変更可能である。
【００７０】
以上の説明では、第２レンズ部１１３の入射面１１３ｉに、複数の凸状のシリンドリカルレンズ１１３ａを形成する例を示したが、凸状のシリンドリカルレンズ１１３ａに替えて、凹状のシリンドリカルレンズ１１３ａを第２レンズ部１１３の入射面１１３ｉに設けることもできる。この場合においても、第２レンズ部１１３のα方向における中央部Ｃ１に位置するシリンドリカルレンズ１１３ａの曲率半径が、同じくα方向における端部Ｅ１に位置するシリンドリカルレンズ１１３ａの曲率半径よりも大きく設定すればよい。
【００７１】
また、第１レンズ部１１２の射出面１１２ｏに形成されるシリンドリカルレンズ１１２ｂを省略し、その射出面１１２ｏを平面状に形成してもよい。
【００７２】
また、第２レンズ部１１３の射出面１１３ｏは、凹トロイダル面形状を有していたが、第２レンズ部１１３の射出面は凸レンズ形状、自由曲面形状、単純球面形状、シリンドリカル面形状または非球面形状であってもよい。
【００７３】
また、光源１１９はＬＥＤに限られず、その他白熱電球等の光源であってもよい。
【００７４】
第１レンズ部１１２のシリンドリカルレンズ１１２ａ，１１２ｂのピッチおよび大きさ（曲率半径）や、第２レンズ部１１３のシリンドリカルレンズ１１３ａのピッチおよび大きさは、以上の例に限定されず、適宜変更可能である。
【００７５】
以上では、コンデンサレンズ１１１の凸レンズ部１１１ａを両凸レンズ状に形成した例を示したが、平凸レンズ状、フレネルレンズ状で形成してもよい。また、コンデンサレンズ１１１に替えて光線を略平行化するリフレクタを設けてもよい。
【００７６】
また、ＨＵＤ装置１００において、凹面鏡１２０を省略し、表示ユニット１１０からの表示光Ｌｏを、凹面鏡１２０を介さずに投射部材（例えば、フロントガラス）に照射する構成を採用することも可能である。
【００７７】
以上では、ＨＵＤ装置１００が車両に搭載される例を説明したが、これに限られず、船舶、飛行機等の車両以外の乗り物に搭載されてもよい。また、投射部材はフロントガラス２０１に限られず、専用のコンバイナであってもよい。
【００７８】
以上の説明では、本開示の理解を容易にするために、公知の技術的事項の説明を適宜省略した。
【符号の説明】
【００７９】
１…視認者
１００…ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置
１１０…表示ユニット
１１１…コンデンサレンズ
１１２…第１レンズ部、Ｃ２…中央部、Ｅ２…端部
１１２ａ，１１２ｂ…シリンドリカルレンズ
１１２ｉ…入射面
１１２ｏ…射出面
１１３…第２レンズ部、Ｃ１…中央部、Ｅ１…端部、ＢＬ…境界線
１１３ａ…シリンドリカルレンズ
１１３ｉ…入射面、１１３ｏ…射出面
１１８…液晶表示パネル
１１９…光源
１２０…凹面鏡
２００…車両
２０１…フロントガラス
Ｌｏ…表示光
Ｖ…虚像
【図１】
2020160293.tif 000003
【図２】
2020160293.tif 000004
【図３】
2020160293.tif 000005
【図４】
2020160293.tif 000006
【図５】
2020160293.tif 000007
【図６】
2020160293.tif 000008
【図７】
2020160293.tif 000009
【図８】
2020160293.tif 000010
【図９】
2020160293.tif 000011
【図１０】
2020160293.tif 000012
【図１１】
2020160293.tif 000013