(57)【要約】【課題】視認性及び搭載性を両立できるヘッドアップディスプレイを提供する。【解決手段】本実施形態のヘッドアップディスプレイ１は、表示光を出力する表示器２１と、表示器２１から出力される表示光を反射及び透過し、表示光を出射させる出射面１２を含む６面の四角形の面からなる直方体形状のプリズム１１と、を備える。出射面１２は、出射面１２から出射される表示光の光軸６２に対する直交面６３に対して傾きを有する。また、プリズム１１は、出射面１２に対向する入射面１３を有し、入射面１３は、出射面１２から出射される表示光の光軸６２に対する直交面６４に対して傾きを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示光を出力する表示器と、
前記表示器から出力される前記表示光を反射及び透過し、前記表示光を出射させる出射面を含む６面の四角形の面からなる直方体形状のプリズムと、を備え、
前記出射面は、前記出射面から出射される前記表示光の光軸に対する直交面に対して傾きを有する、ヘッドアップディスプレイ。
【請求項２】
前記プリズムは、前記出射面に対向する入射面を有し、
前記入射面は、前記出射面から出射される前記表示光の光軸に対する前記直交面に対して傾きを有する、請求項１記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項３】
前記出射面及び前記入射面は、略同一角度の傾きを有する、請求項２記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項４】
前記プリズムは、前記出射面及び前記入射面に交わり互いに対向する一対の側面を有し、
前記表示器は、前記一対の側面の少なくとも一方に面して配置される側面側表示器を有し、
前記側面は、前記側面側表示器から出力される表示光の光軸に対する直交面に対して傾きを有する、請求項２記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項５】
前記プリズムは、前記出射面に対向する入射面と、前記出射面及び前記入射面に交わり互いに対向する一対の側面と、を有し、
前記表示器は、前記入射面に面して配置される入射面側表示器と、前記一対の側面に面して配置される２つの側面側表示器と、を有し、
前記入射面は、前記出射面から出射される前記表示光の光軸に対する前記直交面に対して前記出射面の傾きと略同一角度の傾きを有し、
前記一対の側面は、前記側面側表示器から出力される表示光の光軸に対する直交面に対し傾きを有し、前記一対の側面の対向方向に関して対称となるように前記出射面の傾きと略同一角度の傾きを有する、請求項１記載のヘッドアップディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、車両等に搭載されるヘッドアップディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘッドアップディスプレイは、表示光を車両のウインドシールド等の透過反射部に投影し、虚像を表示する。ヘッドアップディスプレイは、透光性カバーを有するケースと、このケースに収容される表示装置及び反射鏡と、を主に有する。表示装置は、例えば表示素子や、光源等の複数の部材を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１３１６８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ヘッドアップディスプレイにおいては、装置の小型化や、視認性が求められる。装置の小型化は、例えば装置内部の光路長や部品点数等に依存し、これらを削減することが求められる。また、視認性の向上には、装置外部から意図せず侵入する外光が、装置内部で反射して表示光の光軸と一致してしまう結果、視認者に視認されることを抑制することが求められる。
【０００５】
このため、ヘッドアップディスプレイにおいては、装置内の空間をなるべく削減し、かつ装置内部での反射により外光が視認されることを抑制することが好ましい。
【０００６】
本開示はこのような事情を考慮してなされたもので、視認性及び搭載性を両立できるヘッドアップディスプレイ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】
【０００７】
本開示に係るヘッドアップディスプレイは、上述した課題を解決するために、表示光を出力する表示器と、前記表示器から出力される前記表示光を反射及び透過し、前記表示光を出射させる出射面を含む６面の四角形の面からなる直方体形状のプリズムと、を備え、前記出射面は、前記出射面から出射される表示光の光軸に対する直交面に対して傾きを有する。
【発明の効果】
【０００８】
本開示のヘッドアップディスプレイにおいては、視認性及び搭載性を両立できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】自動車に搭載されたヘッドアップディスプレイの説明図。
【図２】表示装置を青入射面側から示す図。
【図３】表示装置を頂面側から示す図。
【図４】表示装置を緑入射面側から示す図。
【図５】比較例としてのヘッドアップディスプレイを示す説明図。
【図６】本実施形態におけるヘッドアップディスプレイのプリズムにおける外光の反射の様子を示す説明図。
【図７】本実施形態におけるヘッドアップディスプレイのプリズムにおける外光の反射の様子を示す他の説明図。
【図８】ダイクロイックミラーを用いた他の比較例としての表示装置を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示のヘッドアップディスプレイの実施形態を添付図面に基づいて説明する。本開示のヘッドアップディスプレイは、例えば自動車や二輪車等の車両や、船舶、農業機械、建設機械に搭載され得る。本実施形態においては、本開示のヘッドアップディスプレイが自動車に搭載される例を用いて説明する。
【００１１】
図１は、自動車に搭載されたヘッドアップディスプレイ１の説明図である。
【００１２】
ヘッドアップディスプレイ１（ＨＵＤ（Head Up Display）１）は、自動車のインストルメントパネル内部に配置さる。ＨＵＤ１は、投影部材である自動車のウインドシールド３で表示光２を自動車の運転者４（視認者）方向に反射させ、虚像５を表示する。これにより、運転者４は、風景と重畳された表示画像の虚像５を視認する。
【００１３】
ＨＵＤ１は、表示装置１０と、平面鏡３０と、凹面鏡４０と、ケース５０と、を主に有する。
【００１４】
表示装置１０は、表示画像の表示光２を生成し、平面鏡３０に向けて出射する。表示装置１０の詳細については、後述する。
【００１５】
平面鏡３０は、表示装置１０が生成し出射した表示光２を反射する。凹面鏡４０は、平面鏡３０が反射した表示光２をウインドシールド３に向けて拡大して反射する。
【００１６】
ケース５０は、表示装置１０、平面鏡３０及び凹面鏡４０を収容する。ケース５０は、例えば黒色の遮光性を有する合成樹脂である。ケース５０は、ウインドシールド３に対向する部分に開口５１を有する。開口５１は、湾曲形状の透光性樹脂（例えばアクリル）からなる透光性カバー５２に覆われる。透光性カバー５２は、凹面鏡４０が反射した表示光２を透過してＨＵＤ１の外に出射させる。
【００１７】
次に、表示装置１０の詳細について説明する。
【００１８】
図２は、表示装置１０を青入射面１４側から示す図である。
【００１９】
図３は、表示装置１０を頂面１６側から示す図である。
【００２０】
図４は、表示装置１０を緑入射面１３側から示す図である。
【００２１】
表示装置１０は、ダイクロイックプリズム１１と、緑表示器２１と、青表示器２２と、赤表示器２３と、を有する。
【００２２】
ダイクロイックプリズム１１（プリズム１１）は、緑表示器２１、青表示器２２、赤表示器２３から出力される表示光を反射又は透過し、これらの表示光を合成して表示光２として出射する。
【００２３】
プリズム１１は、側面で接合された４つの三角形状（三角柱）のプリズムからなり、６面の四角形の面からなる直方体形状を有する。三角形状の各プリズムは、それぞれの内面に赤色光を反射する誘電体多層膜及び青色光を反射する誘電体多層膜を有する。プリズム１１は、赤色光を反射する誘電体多層膜及び青色光を反射する誘電体多層膜が十字状に形成されるように、４つの三角形状のプリズムが接合されることにより形成される。このような構成により、プリズム１１は、これらの誘電体多層膜によって緑表示器２１、青表示器２２、赤表示器２３から出力されるＲＧＢ（Red、Green、Blue）成分の光を合成し、カラー画像からなる表示画像を表す光を表示光２として出射する。
【００２４】
プリズム１１は、出射面１２と、緑入射面１３と、青入射面１４と、赤入射面１５と、頂面１６と、底面１７と、からなる６面を有する。出射面１２は、表示光２を出射させる面である。緑入射面１３（入射面）は、出射面１２と対向する面である。青入射面１４及び赤入射面１５は、出射面１２及び緑入射面１３に交わる一対の側面であり、互いに対向する面である。頂面１６及び底面１７は、出射面１２及び緑入射面１３に交わる一対の面であり、互いに対向する面である。底面１７は、プリズム１１が設置される図示しない支持部材に接する面である。頂面１６は、不要な光が入射したり、反射したりしないよう、遮光される。
【００２５】
緑表示器２１、青表示器２２、及び赤表示器２３は、合成された表示光２の成分である単色の表示光を出力する。緑表示器２１（入射面側表示器）は、表示画像の表示光２に含まれる、緑成分の表示光を出力する。緑表示器２１は、プリズム１１の緑入射面１３に平行に面して、緑入射面１３の近傍に配置される。青表示器２２は、表示画像の表示光２に含まれる、青成分の表示光を出力する。青表示器２２は、プリズム１１の青入射面１４に平行に面して、青入射面１４の近傍に配置される。赤表示器２３は、表示画像の表示光２に含まれる、赤成分の表示光を出力する。赤表示器２３は、プリズム１１の赤入射面１５に平行に面して、赤入射面１５の近傍に配置される。なお、青表示器２２及び赤表示器２３は、一対の側面の少なくとも一方に面して配置される側面側表示器である。
【００２６】
緑表示器２１、青表示器２２、及び赤表示器２３は、例えばＨＴＰＳ（High Temperature Poly-Silicon、高温ポリシリコン）方式の透過型の小型液晶表示装置である。なお、表示装置１０の構成には、３ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）方式（３板式透過型液晶システム）等を適用できるが、緑表示器２１、青表示器２２、及び赤表示器２３の光源や他の光学系等の構成は、図示が省略されている。
【００２７】
ここで、プリズム１１の出射面１２及び各入射面１３、１４、１５は、プリズム１１から出射される表示光２及びプリズム１１へ入射される緑表示器２１、青表示器２２、及び赤表示器２３からの表示光の光軸に対する直交面に対して傾きを有する。
【００２８】
すなわち、図２に示すように、出射面１２は、プリズム１１の出射面１２から出射される表示光２の光軸６２（図２における二点鎖線）の直交面６３（図２における一点鎖線）に対して、傾きを有する。また、緑入射面１３は、表示光２（すなわち緑表示器２１から出力される表示光）の光軸６２に対する直交面６４に対して傾きを有する。このとき、出射面１２及び緑入射面１３は、直交面６３、６４に対して略同一角度の傾きを有するのが好ましい。
【００２９】
さらに、図４に示すように、青入射面１４及び赤入射面１５（側面）は、青表示器２２及び赤表示器２３（側面側表示器）から出力される表示光の光軸６５に対する直交面６６、６７に対して傾きを有する。このとき、青入射面１４及び赤入射面１５は、互いの対向方向に関して対称となるように傾きを有する。また、青入射面１４及び赤入射面１５の傾きの角度は、出射面１２の直交面６３に対する傾きと略同一角度の傾きを有するのが好ましい。すなわち、各直交面６３、６４、６６、６７に対する緑表示器２１、青表示器２２、及び赤表示器２３の傾きの大きさは、同一であるのが好ましい。各表示器２１、２２、２３と、各入射面１３、１４、１５との角度を均一にして光路長を均一にし、適切に表示光を合成するためである。このときの傾きの角度は、例えば１５度から２０度程度である。
【００３０】
次に、ＨＵＤ１内に外光が侵入した際のＨＵＤ１の作用について説明する。ＨＵＤ１の作用を説明するため、まず、比較例としてのＨＵＤに外光が侵入した場合のＨＵＤの作用について説明する。
【００３１】
図５は、ＨＵＤ１の比較例としてのＨＵＤ１００を示す説明図である。ＨＵＤ１００がＨＵＤ１と異なる点は、ダイクロイックプリズム１１１（プリズム１１１）の６面全てが正方形を有する立方体であり、出射面１１２及び各入射面が、プリズム１１１から出射される表示光１０２及びプリズム１１１へ入射される表示器１２０からの表示光の光軸に対する直交面と平行である点である。ＨＵＤ１と対応する構成及び部分については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００３２】
ＨＵＤ１００に、表示光１０２と同一の光軸方向を有する太陽光等の外光１０３が侵入した場合、外光１０３は透光性カバー５２を透過した後に凹面鏡４０及び平面鏡３０で順次反射し、表示装置１１０に向う。すなわち、外光１０３は、表示装置１１０から出射される表示光１０２と反対の経路を通り、表示装置１１０に到達する。表示装置１１０に到達した外光１０３の光軸は、プリズム１１１の出射面１１２に対して直交面となる。このため、外光１０３は、出射面１１２で反射し、表示光２とほぼ同じ経路を進む。すなわち、外光１０３の反射光１０４は、平面鏡３０及び凹面鏡４０を順次反射し、ウインドシールド３で自動車の運転者４方向に反射する。ＨＵＤ１００は、表示光１０２の虚像５と共に、運転者４に反射光１０４を視認させてしまう。これにより、ＨＵＤ１００は、本来視認されるべきである虚像５の視認性を低下させたり、本来表示されるべき表示画像を表示できなかったりする虞がある。
【００３３】
これに対し、本実施形態におけるＨＵＤ１においては、上述の通り、プリズム１１の出射面１２及び各入射面１３、１４、１５は、プリズム１１から出射される表示光２及びプリズム１１へ入射される各表示器２１、２２、２３からの表示光の光軸に対する直交面６３、６４、６６、６７に対して傾きを有する。このため、外光の光軸が表示光２の光軸６２と一致することがない。ここで、図６は、本実施形態におけるＨＵＤ１のプリズム１１における外光８の反射の様子を示す説明図である。図７は、本実施形態におけるＨＵＤ１のプリズム１１における外光８の反射の様子を示す他の説明図である。
【００３４】
ＨＵＤ１に侵入した、表示光２と光軸が一致する外光８は、出射面１２に入射する。このとき、出射面１２は、表示光２の光軸６２に対する直交面６３に対して一定の傾きを有する。すなわち、出射面１２は、外光８の光軸に対する直交面６３に対して一定の傾きを有する。このため、出射面１２に入射した外光８の一部の光８ａは、表示光２の光軸６２の方向とは異なる方向に反射し、表示光２の経路を進むことがない。また、出射面１２に入射した外光８の他部の光８ｂは、プリズム１１内部を進むが、緑入射面１３や、他の側面１９で反射し、プリズム１１から出射した後は表示光２の光軸の方向とは異なる方向に進む。これにより、本実施形態におけるＨＵＤ１は、ＨＵＤ１内に侵入した外光８により、表示画像の視認性を低下させることがない。
【００３５】
また、ＨＵＤ１は、視認性の低下の抑制のみならず、表示装置１０の小型化も実現できる。すなわち、ＨＵＤ１は、各表示器２１、２２、２３から出力される各色成分の表示光を合成するための光学部材として、プリズム１１を用いた。これにより、例えば、ＨＵＤ１が、プリズム１１に代えてダイクロイックミラーを用いて各色成分の表示光を合成した場合に比べて、表示装置１０の小型化を実現できる。
【００３６】
ここで、図８は、ダイクロイックミラー２１１を用いた他の比較例としての表示装置２１０を示す説明図である。図８においては、ＨＵＤ１のプリズム１１の外形に略対応する寸法が、点線で示されている。
【００３７】
ダイクロイックミラー２１１を用いて表示装置１０と同様の作用を得るためには、図８のように表示光２０２の光軸に沿って、二枚のダイクロイックミラー２１１を配置する必要がある。また、各表示器２２１、２２２、２２３から出力される表示光の光路は等しくする必要があるため、各表示器２２１、２２２、２２３の設置位置は図８の通りから変更することができない。このため、プリズム１１を用いた場合と比べると、プリズム１１の３個分を配置した場合に相当する体積が必要になる。
【００３８】
以上の通り、本実施形態におけるＨＵＤ１は、プリズム１１を用いることにより表示装置１０を小型化できるため、ＨＵＤ１の装置全体が小型化できる。その結果、ＨＵＤ１は、自動車に対する搭載性を向上できる。
【００３９】
ゆえに、このような本実施形態におけるＨＵＤ１は、搭載性及び視認性を両立できる。
【００４０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００４１】
例えば、ＨＵＤ１において、表示器２１、２２、２３（表示装置１０）は、マイクロＬＥＤ（Light Emitting Diode）表示器や、蛍光表示管等他の方式を利用したものであってもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１  ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）
２、１０２、２０２  表示光
３  ウインドシールド
４  運転者
５  虚像
８、８ａ、８ｂ、１０３  外光（光）
１０、１１０、２１０  表示装置
１１、１１１  ダイクロイックプリズム
１２、１１２  出射面
１３  緑入射面
１４  青入射面
１５  赤入射面
１６  頂面
１７  底面
１９  側面
２１  緑表示器
２２  青表示器
２３  赤表示器
３０  平面鏡
４０  凹面鏡
５０  ケース
５１  開口
５２  透光性カバー
６２、６５  光軸
６３、６４、６６、６７  直交面
１０４  反射光
２１１  ダイクロイックミラー
１２０、２２１、２２２、２２３  表示器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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