(57)【要約】【課題】ＨＵＤ装置の技術に関して、外光入射の影響による虚像の視認性の低下またはＨＵＤ装置内部の部品の温度上昇等を改善できる技術を提供する。【解決手段】ＨＵＤ装置１は、車両のウィンドシールド１１の領域に映像光を投射することによって虚像１８を提供する。ＨＵＤ装置１は、筐体９内に、光源２と、映像光を生成する表示素子３と、映像光を透過するレンズ４と、映像光を反射するミラー５とを備える。ＨＵＤ装置１は、筐体９の映像光の出射部と表示素子３との間の光路上において、外光のＰ波をカットする偏光板２０と、偏光板２０よりも表示素子３に近い側の位置に配置され、四分の一波長板である波長板３１（第１波長板）とを有する。【選択図】図２
2020144306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のウィンドシールドまたはコンバイナの領域に映像光を投射することによって虚像を提供するヘッドアップディスプレイ装置であって、
筐体内に、
光源と、
前記光源からの光に基づいて映像光を生成する表示素子と、
前記表示素子からの映像光を透過する屈折素子と、
前記屈折素子からの映像光を前記領域へ向けて反射する第１反射素子と、
を備え、
前記筐体の前記映像光の出射部と前記表示素子との間の光路上において、
外光のＰ波をカットする偏光板と、
前記偏光板よりも前記表示素子に近い側の位置に配置され、四分の一波長板である第１波長板と、
を有する、ヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項２】
請求項１記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
前記筐体の出射部の位置に、前記偏光板および前記第１波長板が配置されている、
ヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項３】
請求項１記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
前記第１反射素子と前記屈折素子との間の光路上に、前記偏光板および前記第１波長板が配置されている、
ヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項４】
請求項１記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
前記屈折素子と前記表示素子との間の光路上に、前記偏光板および前記第１波長板が配置されている、
ヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項５】
請求項１記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
前記屈折素子と前記表示素子との間の光路上で、前記第１波長板よりも前記表示素子に近い側の位置に、四分の一波長板である第２波長板が配置されている、
ヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項６】
請求項５記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
前記表示素子は、Ｐ波の映像光を出射するタイプの表示素子であり、
前記第２波長板は、前記表示素子の出射面に接して配置されている、
ヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項７】
請求項１記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
前記筐体の出射部の位置に、前記偏光板が配置され、
前記第１反射素子と前記屈折素子との間の光路上に、前記第１波長板が配置されている、
ヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項８】
請求項１記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
前記第１反射素子と前記屈折素子との間の光路上に、前記偏光板が配置され、
前記屈折素子と前記表示素子との間の光路上に、前記第１波長板が配置されている、
ヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項９】
請求項１記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
前記筐体の出射部の位置に、前記偏光板が配置され、
前記屈折素子と前記表示素子との間の光路上に、前記第１波長板が配置されている、
ヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項１０】
請求項６記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
前記第１反射素子と前記屈折素子との間の光路上に配置された、前記映像光を反射し、前記外光の赤外線成分を反射しない第２反射素子を有する、
ヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項１１】
請求項４記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
前記第１反射素子と前記屈折素子との間の光路上に配置された、前記映像光を反射し、前記外光の赤外線成分を反射しない第２反射素子を有する、
ヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項１２】
車両のウィンドシールドまたはコンバイナの領域に映像光を投射することによって虚像を提供するヘッドアップディスプレイ装置であって、
筐体内に、
光源と、
前記光源からの光に基づいて映像光を生成する表示素子と、
前記表示素子からの映像光を透過する屈折素子と、
前記屈折素子からの映像光を前記領域へ向けて反射する第１反射素子と、
を備え、
前記筐体の前記映像光の出射部と前記表示素子との間の光路上において、
外光のＰ波をカットする偏光板と、
前記第１反射素子と前記屈折素子との間の光路上に配置された、前記映像光を反射し、前記外光の赤外線成分を反射しない第２反射素子と、
を有する、ヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項１３】
請求項１記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
前記光源は、バックライトユニットであり、
前記表示素子は、液晶表示素子である、
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】
本発明は、車載のヘッドアップディスプレイ装置（Head up display：ＨＵＤ）等の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
車載のＨＵＤ装置は、自動車のウィンドシールドやコンバイナに対し映像光を投射することで、運転者の視点から見た所定の領域において、実像上に虚像を重ね合わせて表示する。コンバイナは専用の反射板である。虚像は、自動車の運転の支援に係わる画像が挙げられる。車載のＨＵＤ装置は、運転者から見た虚像の視認性が良好であることが求められる。例えば、自動車の外部からの太陽光等の外光がＨＵＤ装置内に入射する場合がある。その外光がＨＵＤ装置内で反射等されて再びＨＵＤ装置から出射され、ウィンドシールド等で反射されて、運転者の目に入射する場合がある。この場合、運転者の目には外光がノイズとなって虚像の視認性が低下する場合がある。そのため、車載のＨＵＤ装置は、このような外光入射に対策する手段を備えることが望ましい。
【０００３】
従来技術例のＨＵＤ装置は、筐体の映像光の出射部に、防眩板（いわゆるグレアトラップ）を備える。この防眩板は、所定の光の透過や反射の特性の設計によって、外光による眩しさ（グレア）等の影響を低減する。
【０００４】
ＨＵＤ装置に係わる先行技術例として、特表２０１２−５０１４７２号公報（特許文献１）、特開２０１８−１８５３７４号公報（特許文献２）が挙げられる。特許文献１には、小型ＨＵＤの光リレーとして、ぎらつき防止手段（２１６）であるグレアトラップを備える構成（図２）や以下の旨が記載されている。このグレアトラップは、ぎらつき等を捕捉して反射を防止する手段であり、ガラス板、プラスチック板、または他の透明な材料の板で構成され、平面または曲面を有する（段落００１２等）。このグレアトラップは、入射する光の角度に関して選択的な特性を持つフィルタとして機能するために、光学的な被膜や層（例えば誘電体）を備え得る。このグレアトラップは、光リレーの光学面として複数回利用される。
【０００５】
特許文献２には、ＨＵＤ装置において、凹面ミラーとウィンドシールドとの間の光路に配置される光学フィルタを備える構成（図１、Ｆ５）や以下の旨が記載されている。この光学フィルタは、ウィンドシールド側の任意の方向から反射面に入射する外光を、画像表示領域以外の領域に向けて反射させるように、姿勢変化可能に構成されている。この光学フィルタは、反射型バンドパスフィルタであり、ウィンドシールド側から入射する外光の殆どを反射面で反射する（段落００１９等）。これにより、ＨＵＤ装置内のディフューザでの外光反射を低減でき、凹面ミラーやディフューザでの温度上昇を低減できる（段落００２１等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２０１２−５０１４７２号公報
【特許文献２】特開２０１８−１８５３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
車載のＨＵＤ装置は、外光入射の影響による虚像の視認性または表示品質の低下、ＨＵＤ装置内部の部品の温度上昇、等の課題がある。従来技術例のＨＵＤ装置の防眩板（グレアトラップ）は、上記視認性や温度の観点に関して改善余地がある。
【０００８】
本発明の目的は、ＨＵＤ装置の技術に関して、外光入射の影響による虚像の視認性の低下またはＨＵＤ装置内部の部品の温度上昇等を改善できる技術を提供することである。上記以外の課題や効果等については、発明を実施するための形態において説明される。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のうち代表的な実施の形態は、車載のヘッドアップディスプレイ装置であって、以下に示す構成を有することを特徴とする。一実施の形態の車載のヘッドアップディスプレイ装置は、車両のウィンドシールドまたはコンバイナの領域に映像光を投射することによって虚像を提供するヘッドアップディスプレイ装置であって、筐体内に、光源と、前記光源からの光に基づいて映像光を生成する表示素子と、前記表示素子からの映像光を透過する屈折素子と、前記屈折素子からの映像光を前記領域へ向けて反射する第１反射素子と、を備え、前記筐体の前記映像光の出射部と前記表示素子との間の光路上において、外光のＰ波をカットする偏光板と、前記偏光板よりも前記表示素子に近い側の位置に配置され、四分の一波長板である第１波長板と、を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のうち代表的な実施の形態によれば、ＨＵＤ装置の技術に関して、外光入射の影響による虚像の視認性の低下またはＨＵＤ装置内部の部品の温度上昇等を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１のＨＵＤ装置を含む、車載の表示システムの構成を示す図である。
【図２】実施の形態１のＨＵＤ装置の構成概要を示す図である。
【図３】実施の形態１で、表示システムの制御装置等の構成を示す図である。
【図４】実施の形態１のＨＵＤ装置における車載の実装構成例を示す図である。
【図５】図４のＨＵＤ装置の分解構成を示す図である。
【図６】実施の形態１で、防眩板およびミラーの角度について示す図である。
【図７】実施の形態１のＨＵＤ装置の筐体内の素子配置の構成（第１構成例）を示す図である。
【図８】実施の形態１のＨＵＤ装置で、偏光方向の変化を示す説明図である。
【図９】実施の形態１の場合での映像光の偏光方向について示す説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態２のＨＵＤ装置における、筐体内の素子配置の構成（第２構成例）を示す図である。
【図１１】実施の形態２の変形例のＨＵＤ装置における、筐体内の素子配置の構成を示す図である。
【図１２】実施の形態２のＨＵＤ装置で、偏光方向の変化を示す説明図である。
【図１３】本発明の実施の形態３のＨＵＤ装置における、筐体内の素子配置の構成（第３構成例）を示す図である。
【図１４】実施の形態３の変形例のＨＵＤ装置における、筐体内の素子配置の構成を示す図である。
【図１５】実施の形態１、２および３に関する他の変形例のＨＵＤ装置における、筐体内の素子配置の構成を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態４のＨＵＤ装置における、筐体内の素子配置の構成を示す図である。
【図１７】実施の形態４のＨＵＤ装置で、偏光方向の変化を示す説明図である。
【図１８】実施の形態４のＨＵＤ装置で、映像光の変化を示す説明図である。
【図１９】本発明の実施の形態５のＨＵＤ装置における、筐体内の素子配置の構成を示す図である。
【図２０】実施の形態５のＨＵＤ装置で、偏光方向の変化を示す説明図である。
【図２１】実施の形態５のＨＵＤ装置で、映像光の変化を示す説明図である。
【図２２】実施の形態５の変形例のＨＵＤ装置の構成を示す図である。
【図２３】他の実施の形態のＨＵＤ装置としてコンバイナを有する表示システムの場合の構成を示す図である。
【図２４】本発明の実施の形態６のＨＵＤ装置における、筐体内の素子配置の構成を示す図である。
【図２５】本発明の実施の形態７のＨＵＤ装置における、筐体内の素子配置の構成を示す図である。
【図２６】本発明の実施の形態８のＨＵＤ装置における、筐体内の素子配置の構成を示す図である。
【図２７】実施の形態１に対する比較例１の表示システムの構成を示す図である。
【図２８】実施の形態１に対する比較例２の表示システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において同一部には原則として同一符号を付し、繰り返しの説明を省略する。
【００１３】
［比較例１］
図２７を用いて、実施の形態１に対する比較例１のＨＵＤ装置における課題等として、ＨＵＤ装置内への外光の侵入の影響について説明する。図２７は、比較例１の車載のＨＵＤ装置１００を含む表示システムの構成、および外光の侵入の影響等を示す。図２７は、自動車の運転席付近を横側から見たＹ−Ｚ面での模式的な構成を示す。なお、説明上、座標系として、絶対座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、ＨＵＤ座標系（ｘ，ｙ，ｚ）を有する。絶対座標系は、鉛直方向をＺ軸とし、水平面を構成する２つの方向をＸ軸，Ｙ軸とし、Ｘ軸は車や運転者に対し横、左右方向とし、Ｙ軸は車や運転者に対し前後方向とする。ＨＵＤ座標系は、ＨＵＤ装置から見た座標系とし、虚像が構成される領域を構成する直交する２つの方向をｘ軸、ｙ軸とし、その領域に垂直な方向をｚ軸とする。ｘ軸は領域内の水平方向、横方向に対応し、ｙ軸は領域内の垂直方向、縦方向に対応する。ＨＵＤ座標系のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸は、絶対座標系のＸ軸、Ｚ軸、Ｙ軸と対応する。
【００１４】
自動車は、車体１２の一部において、ボンネットとルーフとの間にフロントガラス等のウィンドシールド１１を有する。ウィンドシールド１１の下側でインストルメントパネル内には、ＨＵＤ装置１００を有する。ＨＵＤ装置１００は、例えば運転者およびステアリングホイールの前方のインストルメントパネル内の位置に配置されている。
【００１５】
ＨＵＤ装置１００は、筐体９０内に、光源９２、表示素子９３、レンズ９４、ミラー９５を備える。光源９２は、例えばバックライトユニット（ＢＬＵ）である。表示素子９３は、例えば液晶表示素子（ＬＣＤ）である。表示素子９３は、映像データおよび光源９２からの光に基づいて映像光を生成する。車載のＨＵＤ装置１００の場合、表示素子９３は、Ｓ波を出射するタイプが用いられる。レンズ９４は、映像光を拡大および調整等するための屈折素子である。ミラー９５は、映像光を反射、拡大、および調整等するための凹面ミラー等の反射素子である。レンズ９４およびミラー９５等は、ウィンドシールド１１の領域１６への投射のための光学系を構成している。
【００１６】
ＨＵＤ装置１００は、筐体９０内から映像光を筐体９０外へ出射する部分（出射部と記載する場合がある）に、防眩板（グレアトラップ）９６を有する。ＨＵＤ装置１００から防眩板９６を通じてＺ方向で概略上側に出射された映像光は、ウィンドシールド１１の一部の領域１６（破線で示す）で反射されて運転者の視点１３の方へ向かう。領域１６の中心点（すなわち映像光の光軸が通る点）を点Ｐ１で示す。視点１３の目に入射された映像光は網膜に結像する。これにより、運転者は、領域１６越しの前方に虚像を視認する。視点１３は、運転者の目の位置に対応付けられた、虚像を観察する視点である。視点１３から前方へ一点鎖線で示す視線１５を有する。視線１５の先の領域１６越しに虚像が構成される。
【００１７】
図２７では、外光Ｌ１がウィンドシールド１１の領域１６を通じてＨＵＤ装置１００内に入射し、筐体９０内での反射を通じて再びＨＵＤ装置１００外に出射され反射されて視点１３へ向かう場合についても示している。外光Ｌ１は、自動車の外部から入射する強い太陽光等を含む外光である。外光Ｌ１は、二点鎖線の矢印で示すように、ウィンドシールド１１の領域１６（例えば点Ｐ１）に入射する。領域１６の点Ｐ１に対する外光Ｌ１の入射の角度を角度θ１で示す。角度θ１は、領域１６の面に対し垂直な方向と外光Ｌ１の光線とが成す角度である。
【００１８】
外光Ｌ１の一部（特にＳ波）は、ウィンドシールド１１の面によって、外光Ｌ２として反射される。例えば、外光Ｌ１の入射の角度θ１が５０度以上である場合、外光Ｌ１のＳ波の多くが、ウィンドシールド１１の面で反射される。外光Ｌ１がウィンドシールド１１の面で反射される率である反射率は、入射の角度θ１に応じて異なる。詳しくは、例えば角度θ１が５０度を超える領域では、Ｓ波とＰ波とで反射率が異なる。具体的には、Ｓ波の方がＰ波よりも反射率が大きい。すなわち、ウィンドシールド１１の領域１６を透過後の外光Ｌ３は、成分としてＰ波が多くＳ波が少ない状態の光である。
【００１９】
外光Ｌ３は、ＨＵＤ装置１００の筐体９０の出射部に配置されている防眩板９６に入射し、防眩板９６を通じて筐体９０内に侵入する。従来の防眩板９６は、材料の透過率や反射率の設計、曲率や傾きの設計によって、外光の入射や反射による眩しさをある程度低減する機能を実現している。なお、図２７では、防眩板９６の断面を平面として図示しているが、防眩板９６の断面が曲面を持つ場合もある。
【００２０】
防眩板９６を透過して筐体９０内に侵入した外光Ｌ４は、ミラー９５やレンズ９４等の部品、筐体９０の内壁面や他の構造物によって、反射される。外光Ｌ４は、ミラー９５で反射され、レンズ９４へ向かう。その外光の一部は、レンズ９４で反射され、ミラー９５へ戻る。また、その外光の他の一部は、レンズ９４を透過し、表示素子９３へ向かう。レンズ９４を透過した外光は、表示素子９３の面で反射されてレンズ９４の方へ戻り、再びレンズ９４を透過して、ミラー９５に向かう。ミラー９５に戻って反射された外光Ｌ５は、迷光として、防眩板９６に戻る。外光Ｌ５は、防眩板９６を透過し、ＨＵＤ装置１００外に出射する外光Ｌ６となる。外光Ｌ６は、ウィンドシールド１１の領域１６で反射され、外光Ｌ７として、視点１３に入射する場合がある。この場合、運転者の視点１３からは、虚像に外光がノイズとして重畳されることで、虚像の視認性が低下する場合がある。
【００２１】
なお、外光Ｌ４や外光Ｌ５のように、ＨＵＤ装置１００内に入射し筐体９０内で散乱や乱反射する場合の外光を、迷光と呼ぶ場合がある。上記のように、従来のＨＵＤ装置１００は、外光入射に基づいた迷光による虚像の視認性（言い換えると表示品質）の低下の課題がある。
【００２２】
また、上記のようにＨＵＤ装置１００内に外光が入射する場合、ＨＵＤ装置１００内の表示素子９３等の部品が外光によって熱を蓄積し、温度が上昇する場合がある。例えば、外光Ｌ４がミラー９５によって反射され、レンズ９４または表示素子９３へ集光される可能性がある。表示素子９３等の部品には、決められた耐熱温度がある。外光入射による温度上昇によって部品の耐熱温度を超えてしまう可能性がある。このことを防止する必要がある。外光入射が無い通常利用の場合の部品温度と、外光入射が有る場合の上昇した部品温度との温度差をΔＴとする。各部品の温度差ΔＴについては、決められた値以下に抑える必要がある。表示素子９３は、安価等の理由から例えば小型の液晶表示パネルが用いられる。しかし、その液晶表示パネルの耐熱温度はあまり高くない。よって、その液晶表示パネルは、外光の熱によって劣化や損傷する恐れがある。上記のように、外光入射によるＨＵＤ装置内の部品（特にＬＣＤ）の温度の課題もある。
【００２３】
（実施の形態１）
図１〜図９を用いて、本発明の実施の形態１のＨＵＤ装置について説明する。実施の形態１のＨＵＤ装置は、車載のＨＵＤ装置であり、車両のウィンドシールドの領域に対し映像光を投射することで、拡張現実（ＡＲ）や混合現実（ＭＲ）等に対応する虚像を表示する機能を持つ。そして、実施の形態１のＨＵＤ装置は、上記課題等を踏まえ、外光入射の影響に対策するための外光対策機能として、特有の防眩板を備える。これにより、実施の形態１のＨＵＤ装置は、虚像の視認性の確保、およびＨＵＤ装置内の部品の温度の抑制等の効果を得る。
【００２４】
［（１）車載の表示システム］
図１は、実施の形態１のＨＵＤ装置１を含む、車載の表示システムの構成を示す。図１は、自動車の運転席前部および運転者を横側から見たＹ−Ｚ面での模式的な構成を示す。自動車は、車体１２のうちボンネットとルーフとの間に、フロントガラス等のウィンドシールド１１を有する。ウィンドシールド１１の下側で、インストルメントパネル内に、ＨＵＤ装置１を有する。運転席の運転者の視点１３から概略的に前方（Ｙ方向）への視線１５において、ウィンドシールド１１の面の領域１６があり、さらにその領域１６の前方に、虚像１８が構成される領域１７がある。領域１６は、ウィンドシールド１１の透過領域（実像が視認できる領域）のうちの一部の領域であり、ＨＵＤ装置１からの映像光が投射および反射される領域である。領域１６をＨＵＤ領域、ＨＵＤ表示範囲と記載する場合がある。この領域１６は、視点１３からの視野（ＦＯＶ）の範囲内にある。運転者の視点１３からは、虚像１８は、ウィンドシールド１１越しの領域１７の位置に構成されているように見える。領域１７を虚像領域と記載する場合がある。
【００２５】
ＨＵＤ装置１から出射される映像光は、領域１６で反射され、視点１３の目に入射し、網膜に結像することにより、運転者が虚像１８として視認する。アイボックス１４は、視点１３の位置を含む、所定の大きさの３次元領域である。運転者の視点１３の位置は変動するが、視点１３の位置がアイボックス１４の範囲内にある場合には、虚像１８を十分な品質で見ることができる。
【００２６】
ＨＵＤ装置１は、基本的な機能として、視点１３から見た領域１６，１７において、実像（例えば自車の前方の道路、車、人等）に虚像１８を重ね合わせるようにして表示する機能を有する。この機能は、言い換えると、ＡＲやＭＲ等に対応する虚像１８を表示する機能である。この機能により、ウィンドシールド１１の前方の位置に、例えば運転のナビゲーションやアラート等に係わる画像を表示して、運転を支援することができる。
【００２７】
自動車の外部からは、強い太陽光等の外光Ｌ１が、ウィンドシールド１１の例えば領域１６へ入射する。比較例１での説明と同様に、外光Ｌ１の一部（特にＳ波）は、ウィンドシールド１１の領域１６で反射される。外光Ｌ１の残りの一部は、領域１６を透過し、ＨＵＤ装置１の筐体９の出射部の位置に配置されている防眩板６に入射する。
【００２８】
ＨＵＤ装置１は、外光入射による迷光や熱等の悪影響に対策するための外光対策機能として、防眩板（グレアトラップ）６等を備える。この機能は、防眩板６を用いて、外光入射に基づいた迷光を低減し、視点１３へ入射する外光成分を低減し、運転者から見た虚像１８の視認性（言い換えると表示品質）を確保または向上する機能である。また、この機能は、防眩板６を用いて、筐体９内への外光入射を低減し、ＨＵＤ装置１内の部品（特に表示素子３）等の熱の蓄積および温度上昇を抑制する機能である。
【００２９】
なお、ウィンドシールド１１の傾きの角度は、車種によって異なる。ＨＵＤ装置１の映像光の投射の角度は、ウィンドシールド１１の傾きの角度に応じて設定される。また、ウィンドシールド１１の領域１６を含む透過領域は、曲面を持つ。ＨＵＤ装置１の映像光は、その曲面の曲率に応じて好適な虚像１８を構成できるように、ＨＵＤ装置１内の光学系等によって調整される。また、ウィンドシールド１１の面、例えば領域１６を含む一部の領域には、例えば透明拡散シート等の所定の光学素子が追加で配置されてもよい。また、後述するが、他の実施の形態として、ウィンドシールド１１とＨＵＤ装置１の出射部との間の所定の位置には、コンバイナ（専用の反射板）が設けられてもよい。このコンバイナを持つ表示システムの形態の場合、ＨＵＤ装置１の出射部からの映像光は、コンバイナの領域に投射および反射され、コンバイナ越しに虚像が構成される。
【００３０】
［（２）ＨＵＤ装置］
図２は、ＨＵＤ装置１の筐体９内の素子配置等の構成概要をｙ−ｚ面で示す。ＨＵＤ装置１の筐体９の形状は一例であって特に限定しない。ＨＵＤ装置１は、筐体９の上面の一部に、インストルメントパネルの開口部（後述の図４等）と対応付けられる出射部を有し、この出射部の位置に防眩板６が配置されている。
【００３１】
ＨＵＤ装置１は、筐体９内に収容および保持されている、基板１０、光源２、表示素子３、レンズ４、ミラー５等の部品を有する。基板１０と光源２等の各部品とは、破線で示すように、駆動用の信号線等によって電気的に接続されてもよい。筐体９内の光源２、表示素子３、レンズ４、およびミラー５によって、所定の光学系１１が構成されている。光学系１１は、表示素子３からの映像光の拡大や調整をしながらウィンドシールド１１の領域１６への投射を行うための光学系である。この調整は、収差やひずみの補正を含む。
【００３２】
光源２であるＢＬＵは、詳細については限定しないが、例えばＬＥＤ素子を用いて構成されている（後述の図５等）。光源２は、面での均一性が高い光を、ｚ方向で前側の表示素子３の方へ出射する。光源２から表示素子３への光の光軸を光軸Ｊ１で示す。光軸の両側の実線は、光線の範囲を概略的に示す。
【００３３】
表示素子３は、実施の形態１での実装例として、液晶表示素子（ＬＣＤ）であるが、これに限らず、他の映像表示装置、例えば有機ＥＬディスプレイや投射型表示装置としてもよい。表示素子３は、ｚ方向で前側の面である出射面において映像を表示し、これにより、この出射面から映像光がレンズ４へ向けて出射される。表示素子３からレンズ４への映像光の光軸を光軸Ｊ２で示す。
【００３４】
レンズ４は、表示素子３からの映像光を透過し拡大してミラー５へ導く屈折素子である。また、レンズ４は、ミラー５等で像を形成する際に発生する収差やひずみを補正するための形状を持つ（後述の図５等）。レンズ４からミラー５への映像光の光軸を光軸Ｊ３で示す。
【００３５】
ミラー５は、第１反射素子であり、概略的にｚ方向でのレンズ４からの映像光を、概略的にｙ方向での映像光として防眩板６の方へ反射させる。その反射光は、防眩板６を透過し、領域１６へ向かい、反射されて、視点１３へ向かう。ミラー５から防眩板６への映像光の光軸を光軸Ｊ４で示す。ミラー５は、実装例として凹面ミラーであり、その凹面である反射面は、自由曲面を持つ。ミラー５の凹面は、虚像１８のひずみ等を低減するための形状を持つ（後述の図５等）。この凹面の形状は、例えばウィンドシールド１１の領域１６の形状に合わせて自由曲面の曲率が設計されている形状である。
【００３６】
なお、図２の構成では、表示素子３およびレンズ４の光軸の配置は、ミラー５の光軸またはＹ方向（ｚ方向）に対し、所定の角度でやや斜めの傾きを持つ配置としている。これにより、ひずみ等の補正や、外光反射に関して、より好適な効果が得られる。これに限らず、例えば、光源２と表示素子３との間に、光軸方向を斜めに変換するための変換パネル等の素子が設けられてもよい。
【００３７】
実施の形態１のＨＵＤ装置１は、映像光の光路の範囲において、表示素子３と筐体９の出射部との間の所定の位置に、偏光板２０と波長板３１との組が配置されている構成を有する。
【００３８】
防眩板６は、偏光板２０と波長板３１とを有する。防眩板６は、この偏光板２０と波長板３１との２つの光学素子の組によって構成されている。これらの２つの素子は、順序関係を有する。Ｚ方向で上側（言い換えると映像光の光路において後段側）に偏光板２０が配置され、下側（言い換えると映像光の光路において前段側）に波長板３１が配置されている。波長板３１は、詳しくは、λ／４波長板（四分の一波長板）であり、第１波長板と記載する場合がある。
【００３９】
実装例として、偏光板２０および波長板３１の２枚の素子は、例えば外周が筐体９の一部によって挟まれて固定され、それらの２枚の素子が密着し重ね合わせられるようにして保持されている。なお、図２の構成では、防眩板６の断面の形状が平面であるが、これに限らず、後述（図６）の例のように、防眩板６の断面の形状が曲面でもよい。なお、他の実装例として、防眩板６は、偏光板２０および波長板３１以外の他の部材を含んでもよい。例えば、偏光板２０と波長板３１との間に他の部材が挟まれて配置されてもよいし、偏光板２０の上側や波長板３１の下側に他の部材が配置されてもよい。他の部材は、透明基材や接着材等でもよいし、既存の光学フィルタ等でもよい。また、防眩板６は、可撓性を持たない板で構成されてもよいし、可撓性を持つシートやフィルムで構成されてもよい。後者の場合、防眩板６は、防眩シート等と言い換え可能である。
【００４０】
偏光板２０は、外光のうちのＰ波を吸収等によってカットし、Ｓ波を透過させる特性を持つ光学素子である。偏光板２０によってＰ波をカットできるので、ＨＵＤ装置１内に侵入する外光成分の熱エネルギーを低減できる。例えば、昼間の条件において、図２７のウィンドシールド１１を透過した外光Ｌ３のうちのＰ波を、ミラー５よりも前段のＺ方向で上側にある偏光板２０によってカットできる。これにより、比較例１のようにＨＵＤ装置１００内に外光Ｌ３のＰ波が入射し外光Ｌ４のＰ波がミラー９５で反射されて表示素子９３へ照射されることや、防眩板９６から再び外部へ出射すること等が、低減できる。すなわち、外光による虚像の視認性の低下を低減でき、筐体内の部品の蓄熱や温度上昇を低減できる。
【００４１】
波長板３１は、偏光板２０によってＰ波がカットされた後の外光に残っているＳ波をカットするための光学素子である。波長板３１であるλ／４波長板は、入射光の高速軸と低速軸との間で９０度の位相差を生じさせることで、偏光面内での光の偏光方向を４５度回転させる素子である。詳細は後述（図７等）するが、外光が波長板３１を入射時と出射時とで合計２回透過することで、外光の偏光方向が合計で９０度回転され、すなわち外光のＳ波がＰ波に変換される。よって、出射時にその外光のＰ波が偏光板２０によってカットされる。これにより、ＨＵＤ装置１外に外光が戻って視点１３に向かうことが低減でき、外光による虚像の視認性の低下を低減できる。
【００４２】
［（３）制御装置］
図３は、図１の表示システムの制御装置等の機能ブロック構成を示す。基板１０は、ＨＵＤ装置１の制御装置を構成するＩＣ基板等であり、各部の駆動を制御する。基板１０による制御装置は、ナビゲーションシステム２０１および運転支援ＥＣＵ２０２等と通信を介して接続される。通信は例えばＣＡＮ（Car Area Network）等を介する通信である。ナビゲーションシステム２０１は、例えば車載のカーナビゲーションシステムである。運転支援ＥＣＵ２０２は、車の運転の制御や支援を行う車載のエンジン制御ユニット等の制御装置である。運転支援ＥＣＵ２０２は、周辺監視装置２０３と接続されている。周辺監視装置２０３は、自車の周辺状況を監視する装置であり、一例としてカメラや探査装置を含む。カメラは、自車の周辺を撮影した画像に基づいて、自車の周辺に存在する物体を検出する。探査装置は、探査波を送受信した結果に基づいて、自車の周辺に存在する物体を検出する。運転支援ＥＣＵ２０２は、例えば周辺監視装置２０３での監視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。
【００４３】
基板１０による制御装置は、ナビゲーションシステム２０１から、各種の情報を、前景情報として取得する。各種の情報は、自車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２０１に設定されている自車の移動予定経路等が挙げられる。また、制御装置は、運転支援ＥＣＵ２０２から、各種の情報を、前景情報として取得する。各種の情報は、例えば先行車両までの距離、先行車両の方位、障害物や標識が存在する位置等の情報が挙げられる。前景情報は、自車の前景として表示する虚像１８を構成するための映像情報として使用される。
【００４４】
また、制御装置には、イグニッション信号２０４や自車状態情報２０５等が入力される。制御装置は、例えばイグニッション信号の入力によって起動される。自車状態情報２０５は、車載の各種センサ等から車両情報として得られる情報であり、例えば、警告表示情報、方向指示器の操作結果情報、車速やシフトポジション等の情報が挙げられる。
【００４５】
制御装置は、マイコン１０１、記憶装置１０２、ＢＬＵ駆動回路１０３、光学系駆動回路１０４等を備える。マイコン１０１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含み、これらによってプロセッサまたはコントローラが構成される。マイコン１０１は、表示素子３の映像表示制御を含むＨＵＤ装置１の制御を行う。マイコン１０１は、入力の各種の情報に基づいて、虚像１８のための映像データや表示制御情報を生成し、表示素子３やＢＬＵ駆動回路１０３へ送信する。記憶装置１０２には、上記虚像１８の生成のための情報や映像データを含む、制御のための各種の情報やデータが記憶される。ＢＬＵ駆動回路１０３は、光源２であるバックライトユニットの発光等を駆動する回路である。
【００４６】
光学系駆動回路１０４は、光学系１１のレンズ４やミラー５や防眩板６等を駆動する回路である。光学系１１の駆動は、レンズ４やミラー５や防眩板６の向きの調節のための駆動を含んでもよい。なお、図３では、レンズ４、ミラー５および防眩板６をすべて駆動可能な構成の場合を示しているが、これに限らず、一部の部品、例えばミラー５のみを駆動可能な構成としてもよい。すなわち、レンズ４、ミラー５または防眩板６の向きが固定である構成でもよい。向きの調節のための駆動は、利用者の所定の操作入力（例えばボタン押下）に応じて実行する構成としてもよいし、制御装置の判断によって自動で実行する構成としてもよい。
【００４７】
［（４）車載実装例］
図４および図５は、図１のＨＵＤ装置１の車載実装例を示す。図４は、車内でウィンドシールド１１の下側にあるインストルメントパネル３０１、計器盤３０２、ステアリングホイール３０３等を示す。この実装例では、ＨＵＤ装置１は、インストルメントパネル３０１内において、特にステアリングホイール３０３および計器盤３０２の前方の位置に配置されている。インストルメントパネル３０１の上面の一部には開口部３０４が設けられており、その開口部３０４の下側にＨＵＤ装置１が収容されている。開口部３０４の位置に合わせて防眩板６が配置されている。一点鎖線の矢印は、ＨＵＤ装置１からの映像光の光軸の概要を示す。図示のように、この実装例のＨＵＤ装置１の筐体９（破線で示す）は、ｚ方向（Ｙ方向）で光源２側からミラー５側へと部品サイズが次第に大きくなる構成を有する。なお、図４では、光源２、表示素子３等が分離された状態を示すが、各部品は相互に接続される。
【００４８】
図５は、図４の実装例における主な部品の分解構成を示す。ＨＵＤ装置１は、筐体９の一部として筐体５０１を含み、この筐体５０１には、光源２と表示素子３とが接続されたユニット５０４と、レンズ４と、ミラー５とを含む各部品が固定される。各部品はねじ等を用いて固定される。ユニット５０４は、光源２のＹ方向（ｚ方向）の前側の光出射面に対し、表示素子３の背面の入射面が重ね合わせられるようにして固定されている。筐体５０１のＹ方向の後側の面では、レンズ４のＸ方向の両端が固定される。筐体５０１のＹ方向の前側の面では、ミラー５のＸ方向の回転軸の両端が固定される。筐体５０１の上側には、ミラー５を収容する状態で、防眩板６が接続されている筐体５０２が固定される。筐体５０１の下側には、駆動制御用の基板５０３（基板１０に対応する）や、モータ５０５（ミラー５の軸に接続される）等の他の部品が配置される。表示素子３のフレキシブル配線は、基板５０３と接続される。なお、この実装例では、光源２と表示素子３との組合せによるユニット５０４を用いているが、これに限らず可能である。例えば、ユニット５０４の代わりに、自発光型の蛍光表示管（ＶＦＤ：Vacuum Fluorescent display）等を適用してもよい。
【００４９】
光源２は、ＬＥＤ光源等の固体光源が適用される。ＬＥＤ光源は、周囲温度変動に対する光出力変動が少ない特性を持つ。この実装例では、光源２であるＬＥＤ光源は、複数のＬＥＤ素子、コリメータ、偏光変換素子、導光体、拡散板、ヒートシンク等によって構成されている。コリメータは、ＬＥＤ素子からの光を集光し平行光に変換する。偏光変換素子は、偏光ビームスプリッタを用いて平行光の偏光方向を変換する。導光体は、平行光の光軸方向を例えば９０度程度曲げて表示素子３への光軸方向にする。このような光源２の構成によって、光源２からの出射光は、光利用効率が高く面均一性が高い平行光として表示素子３へ供給される。表示素子３は、例えばフレームに取り付けられた液晶表示パネルおよびフレキシブルプリント回路基板等から構成される。
【００５０】
レンズ４は、入射面および出射面において入射側に凹型の曲面形状を持つ。この曲面形状は前述の拡大や調整のための形状である。レンズ４は、その形状によって、面内各位置でのミラー５への光線出射方向を制御する。これにより、ミラー５の形状による補正と合わせて、虚像１８の表示に関する歪曲収差補正を含む補正が実現される。また、レンズ４は、ミラー５の形状による補正と合わせて、ウィンドシールド１１の曲面に関する非点収差補正を含む補正を実現する。言い換えると、レンズ４およびミラー５を含む光学系１１は、好適な虚像１８の形成のための光学的な補正機能を実現する。
【００５１】
なお、補正機能の能力を高めるために、レンズ４が複数枚のレンズで構成されてもよい。また、レンズ４の代わりに、１枚以上の自由曲面ミラーが配置されてもよい。この場合、筐体９内で表示素子３からミラー５までの光路として曲げを含む光路が構成され、ミラー５への光線入射方向が制御される。また、レンズ４の形状は、レンズ４の光軸方向での厚さを面内各位置に応じて異ならせた形状としてもよい。この場合、表示素子３とミラー５との間で面内各位置の光線の光学的距離を異ならせることができる。レンズ４の入射面と出射面との一方または両方の面の形状は、ミラー５からの反射光が表示素子３の一部分に集光することを防止する形状が好ましい。その形状は、図５等の実装例に示すように、表示素子３側に凹面を向けた形状が挙げられる。また、レンズ４の入射面等に反射防止膜を設けた構成として、光線の無用な反射を抑制してもよい。
【００５２】
ミラー５は、Ｘ方向の軸を持ち、外形が概略矩形で入射側に凹型の曲面を持つ凹面ミラーであり、軸の周りに回転が可能な機構を有する。制御装置の光学系駆動回路１０４は、モータ５０５を通じて、ミラー５の軸の回転を駆動する。この機構によって、映像光の投射方向が調整可能である。
【００５３】
防眩板６は、外形が概略矩形である曲面を持ち、この曲面は出射側に凹型の曲面である。防眩板６の曲面は、Ｘ軸とＹ軸から成る水平面に対し、運転者側に向いてやや斜めに傾きを持つ状態で配置されている。
【００５４】
上記実装例に限らず可能である。例えば、助手席の同乗者に対し虚像を提供するＨＵＤ装置等も同様に可能である。そのＨＵＤ装置は、例えばインストルメントパネル３０１内の他の位置に配置され、ウィンドシールド１１の他の領域に映像を投射する。また、表示素子３の入射面および出射面には、偏光板（図２の偏光板２０とは異なる）が配置されてもよい。これにより、映像光のコントラスト比を高めることができる。
【００５５】
［（５）ミラー、防眩板］
図６は、ＨＵＤ装置１の実装例における、ミラー５および防眩板６の傾きの角度に関する模式的な構成を示す。（Ａ）は、筐体９の出射部の防眩板６とインストルメントパネル３０１の開口部３０４との関係で、傾きの角度の例を示す。（Ｂ）は、（Ａ）に対し、ミラー５および防眩板６の傾きの角度の変更例を示す。ミラー５および防眩板６には、それぞれ、傾きの角度あるいは配置位置等を可変に調整できる機構を設けてもよい。開口部３０４は、例えば何も無い空間であるが、これに限らず、透過部材を設けてもよいし、蓋を含む開閉機構を設けてもよい。
【００５６】
（Ａ）で、筐体９内に、前述のユニット５０４、レンズ４、ミラー５が配置されている。ここでは、レンズ４からミラー５への光軸をｚ方向としている。ミラー５の傾きの角度βを、光軸のｚ方向とミラー５の反射面中心点の垂直方向（対応する軸ｊ２）とが成す角度として示す。ミラー５のｘ方向の回転軸５ａには図５のモータ５０５が接続されている。基板１０からそのモータ５０５を駆動することで、ミラー５の傾きの角度βが所定の範囲内で調整できる。
【００５７】
防眩板６は、ｙ方向（Ｚ方向）で上側に凹型の曲面形状を持つ。防眩板６は、面の中心点ｐ１を基準として、破線で示すように、傾きの角度αを持って配置されている。角度αは、水平面のうちのｚ方向（Ｙ方向）と、防眩板６の中心点ｐ１の垂直方向（対応する軸ｊ１）とが成す角度として示す。この軸ｊ１は、ｚ方向でやや後側に向いている。
【００５８】
防眩板６の傾きの角度αを調節できる形態とする場合、例えば、中心点ｐ１等に回転軸を設け、その回転軸にモータが接続され、制御装置からそのモータを駆動する構成としてもよい。あるいは、前述の筐体５０２に回転駆動機構を設ける構成でもよい。なお、（Ａ）では、インストルメントパネル３０１の開口部３０４と、筐体９の出射部の防眩板６との間に距離を有するが、これに限らず、開口部３０４と防眩板６の位置を殆ど同じにしてもよい。また、防眩板６の断面を平面としてもよいし、上側に凸型の曲面としてもよい。
【００５９】
インストルメントパネル３０１の開口部３０４、または防眩板６には、所定の保護カバー等が設けられてもよい。この保護カバーは、例えば透明基材と黒膜とを有する。黒膜は、黒色塗料を含み、例えばストライプ形状に配置される。これにより、外光反射が低減できる。保護カバーと防眩板６とが一体で構成されてもよい。
【００６０】
実施の形態１の変形例として、筐体９の出射部の位置ではなく、インストルメントパネル３０１の開口部３０４の位置に、防眩板６に相当する、偏光板２０と波長板３１の組が設けられてもよい。
【００６１】
ＨＵＤ装置１を使用しない時には、ミラー５の傾きを所定の状態にしておくこと、あるいは開口部３０４が開閉機構を持つ場合にはそれを閉じて非透過の状態にすることによって、ＨＵＤ装置１内への外光入射影響を低減できる。
【００６２】
［比較例２］
図２８は、実施の形態１等に対する比較例２のＨＵＤ装置１００の構成を示す。この比較例２は、Ｐ波をカットする偏光板２０のみを設ける構成を示し、実施の形態１での波長板３１を有さない。表示素子９３は、Ｓ波を出射するタイプが用いられる。映像光のＳ波は、偏光板２０を透過して外部へ出射される。図２８の（Ａ）は、比較例２における、偏光板２０の配置の第１構成例を示す。図２８の（Ｂ）は、偏光板２０の配置の第２構成例を示す。図２８の（Ｃ）は、偏光板２０の配置の第３構成例を示す。
【００６３】
（Ａ）で、第１構成例のＨＵＤ装置１００は、筐体９０の出射部の位置に、防眩板９６として、偏光板２０が配置されている。この第１構成例によれば、偏光板２０によって外光Ｌ３（対応する外光Ａ１）のＰ波をカットでき、外光Ａ２等のように、一部のＳ波は入射するものの、ＨＵＤ装置１００内に侵入する外光を低減でき、視点１３へ向かう外光を低減でき、ＨＵＤ装置１００内の熱を低減できる。
【００６４】
（Ｂ）で、第２構成例のＨＵＤ装置１００では、筐体９０の防眩板９６は、公知技術で構成され、偏光板２０等を含まない。第２構成例では、筐体９０内で、ミラー９５とレンズ９４との間の所定の位置に、偏光板２０が配置されている。この第２構成例によれば、偏光板２０によって、ミラー９５で反射後の外光Ａ３のＰ波をカットでき、同様に、外光低減等の効果が得られる。第２構成例の場合、偏光板２０の面積等のサイズは、第１構成例の偏光板２０の場合よりも小さくできる。
【００６５】
（Ｃ）で、第３構成例のＨＵＤ装置１００では、筐体９０の防眩板９６は、公知技術で構成され、偏光板２０等を含まない。第３構成例では、筐体９０内で、レンズ９４と表示素子９３との間の所定の位置に、偏光板２０が配置されている。この第３構成例によれば、偏光板２０によって、レンズ９４を透過後の外光Ａ３のＰ波をカットでき、同様に、外光低減等の効果が得られる。第３構成例の場合、偏光板２０の面積等のサイズは、第２構成例の偏光板２０の場合よりも小さくできる。
【００６６】
図２８の比較例２の構成では、上記のように、偏光板２０を用いて外光Ｌ３のうちの多くの成分であるＰ波をカットできるので、視認性および温度に関する相応の効果が得られる。しかしながら、比較例２では、外光Ｌ３のうちのＳ波の成分については低減できていない。そこで、実施の形態１の図２等の構成では、偏光板２０に加え波長板３１を用いた防眩板６としている。これにより、外光Ｌ３のうちのＳ波についても低減でき、外光対策に関するより高い効果が得られる。
【００６７】
また、外光のカットに伴って映像光に基づいた虚像の表示品質が低下することは望ましくない。そこで、後述の実施の形態４，５では、２枚の波長板（第１波長板と第２波長板）を用いることで、映像光の表示品質についても維持できる機能を実現する。
【００６８】
［（６）第１構成例］
図７は、実施の形態１のＨＵＤ装置１における素子配置構成、および外光入射影響等を示す。図７は、Ｙ−Ｚ面（ｙ−ｚ面）において、筐体９の主要な部品と、ウィンドシールド１１の領域１６と、外光Ｌ１の影響とを示す。図７は、特に、防眩板６を構成する２つの素子である偏光板２０と波長板３１の組の配置に関する第１構成例を示す。この第１構成例では、筐体９の出射部の位置に偏光板２０と波長板３１の組が防眩板６として配置されている。なお、図７では、説明のために、偏光板２０と波長板３１との間に間隔を空けて図示している。防眩板６の実装例は前述の図２等の通りであるが、これに限らず可能である。表示素子３であるＬＣＤは、Ｓ波を出射するタイプが用いられている。
【００６９】
外光Ｌ１に関して、太陽光等の自然光は、紫外線から赤外線までを含む幅広い波長領域の光であり、２種類の偏光方向の光（すなわちＰ波とＳ波）が混ざった状態で存在する光である。Ｐ波（＝Ｐ偏光）は、電界成分が入射面に平行な電磁波であり、光の進行方向に対し垂直な偏光方向を持つＰ偏光成分である。Ｓ波（＝Ｓ偏光）は、電界成分が入射面に垂直な電磁波であり、光の進行方向に対し平行な偏光方向を持つＳ偏光成分である。光が境界面に入射する際には、その光をＰ波とＳ波に分けて考えることができる。図面では、Ｐ波を一方の種類（ドットパターン）の矢印で示し、Ｓ波を他方の種類（白）の矢印で示す。また、直線偏光や円偏光を、図示のように各種類の小さな矢印で示す。
【００７０】
外光Ｌ１のうちの一部の外光Ｌ２（主にＳ波）は、ウィンドシールド１１の例えば領域１６で外光Ｌ２として反射される。外光Ｌ１の他の一部は、領域１６を透過し、外光Ｌ３として、ＨＵＤ装置１の出射部の防眩板６に入射する。この外光Ｌ３（対応する外光Ａ１とする）は、前述の比較例１または比較例２のＨＵＤ装置１００と同様に、Ｐ波とＳ波を含み、Ｐ波が多くＳ波が少ない状態の光である。このことに基づいて、実施の形態１のＨＵＤ装置１における防眩板６は、外光Ｌ３のＰ波およびＳ波の両方をカットまたは低減するための構成を有する。
【００７１】
外光Ａ１は、まず偏光板２０に入射する。偏光板２０は、外光Ａ１のうちのＰ波をカットし、Ｓ波を透過する。偏光板２０を透過した外光Ａ２は、主にＳ波を含む状態の直線偏光を持つ光である。外光Ａ２は次に波長板３１に入射する。
【００７２】
波長板３１は、複屈折素子等で構成され、光の位相を変える光学素子であり、直交する偏光成分の間に位相差を生じさせて入射光の偏光状態を変換する素子であり、位相板とも呼ばれる。特に、この波長板３１は、λ／４波長板（四分の一波長板：Quarter-wavelength plate）である。λ／４波長板は、入射光の高速軸の光成分と低速軸の光成分との間に９０度（λ／４）の位相差を生じさせることで、直線偏光から円偏光への変換や円偏光から直線偏光への変換が可能な素子である。なお、λは、光の一波長（３６０度）を表し、λ／４は四分の一波長（９０度）を表している。λ／４波長板は、入射光の電界振動方向においてλ／４（＝π／２＝９０度）の位相差を与える。光学的に、Ｐ波がλ／４波長板を１回透過すると、偏光面内の偏光方向が４５度回転される。その光がλ／４波長板を２回目に透過すると、さらに４５度回転される。すなわち、２回の透過の合計では、偏光方向が９０度回転されることになり、すなわち、Ｐ波からＳ波への変換（あるいはＳ波からＰ波への変換）が実現される。
【００７３】
波長板３１は、外光Ａ２のＳ波の偏光方向を４５度回転させる。波長板３１を透過した後の外光Ａ３は、このＳ波の偏光方向が４５度回転した状態の円偏光を持つ光であり、回転矢印付きの実線矢印で示す。外光Ａ３は、ミラー５で反射され、反射後の外光Ａ４となる。外光Ａ４も外光Ａ３と同様の状態の光である。ミラー５からの反射光である外光Ａ４は、レンズ４に向かう。外光Ａ４の一部は、レンズ４で反射され、外光Ａ５としてミラー５へ戻る。あるいは、外光Ａ４の一部は、レンズ４を透過し、表示素子３の出射面で反射され、レンズ４へ戻る。その外光は、再びレンズ４を透過し、外光Ａ５としてミラー５へ戻る。
【００７４】
レンズ４からの外光Ａ５は、ミラー５で反射され、反射光である外光Ａ６となり、防眩板６の方へ向かう。外光Ａ６は、まず波長板３１に入射し、波長板３１の透過によって、偏光方向がさらに４５度回転され、その状態の外光Ａ７として出射される。この際、合計では２回目の変換であり、外光Ａ２のＳ波からは、偏光方向が合計で９０度回転されることで、Ｐ波に変換されている。このＰ波の直線偏光を持つ外光Ａ７は、Ｓ波の直線偏光を持つ外光Ａ２に対し、直交する関係を持つ。２種の直線偏光を異なる種類の小さな矢印で示す。外光Ａ７は、さらに偏光板２０に入射し透過によってＰ波がカットされる。よって、防眩板６から外部へ外光である迷光が戻るようにして出射されることが防止される（×印で示す）。ＨＵＤ装置１内において、ミラー５、レンズ４および表示素子３等のみならず、ミラー５の端部や図示しない保持部材等のすべての部品によって、外光の反射等による迷光が生じ得るが、実施の形態１のＨＵＤ装置１によれば、それらのすべての迷光を防止または低減できる。
【００７５】
［（７）偏光方向］
図８は、図７の第１構成例に対応した、波長板３１を用いた、外光の偏光方向の変化、変換についての説明図を示す。図８は、偏光方向を表す角度として３６０度をとった偏光面を示し、横軸を０度、１８０度とし、縦軸を９０度、２７０度とし、横軸をＰ波、縦軸をＳ波に対応させている。光（例えばＰ波）が波長板３１を１回透過することは、偏光方向の４５度の回転の変換７０１に対応する。さらにその光が波長板３１をもう１回透過することは、偏光方向の４５度の回転の変換７０２に対応し、合計では偏光方向の９０度の回転の変換に対応する。すなわち、光が波長板３１を合計で２回透過することは、Ｐ波からＳ波への変換（あるいはＳ波からＰ波への変換）に対応する。
【００７６】
第１構成例で、最初、外光Ａ１のうちのＰ波が偏光板２０によってカットされ、Ｓ波を含む外光Ａ２となる。図８では、この外光Ａ２のＳ波を、９０度の位置に示している。外光Ａ２は、波長板３１を１回目に透過して筐体９内に入射する。これにより、外光Ａ２は、偏光方向が４５度回転された外光Ａ３となる。変換７０３は、この際のＳ波からの４５度回転を示す。外光Ａ３を１３５度の位置に示す。透過・変換の回数を丸付き数字で示す。その後、外光Ａ４，Ａ５，Ａ６は、偏光方向が変化しないので、１３５度の位置にある。外光Ａ６は、波長板３１の２回目の透過によって、偏光方向がさらに４５度回転される。変換７０４は、この際の１３５度から１８０度への回転を示し、外光Ａ７を１８０度の位置に示す。この外光Ａ７は、Ｐ波に変換されているので、偏光板２０でカットされる。
【００７７】
上記のように、第１構成例によれば、外光Ａ１のＰ波を偏光板２０によってカットし、残りのＳ波を波長板３１によってカットすることができる。外光Ｌ１に基づいた迷光は、防眩板６から外部へ殆ど出ない。よって、このＨＵＤ装置１によれば、領域１６や視点１３に向かう外光を低減でき、虚像１８の視認性を確保または向上できる。また、防眩板６によって、ＨＵＤ装置１内に侵入する外光の熱エネルギーが低減できるので、ＨＵＤ装置１内の表示素子３等の部品の熱を低減でき、温度上昇を抑制でき、部品の耐熱温度以下にすることができる。また、ＨＵＤ装置１内の温度を低くできることから、表示素子３として安価な液晶表示素子等を用いることが容易となり、コスト等の点で有利となる。
【００７８】
なお、第１構成例において、筐体９の出射部の位置に、上記２つの素子の組による防眩板６に加え、従来型の防眩板（対応する素子）を追加で配置した構成としてもよい。また特に、その従来型の防眩板は、吸収型の防眩板（例えば黒膜を備える素子）とすることが望ましい。この場合、その吸収型の防眩板によって、外光反射を抑制することができる。また、防眩板６には、外光Ａ１のうち紫外線領域の光および赤外線領域の光の少なくとも一方の光を反射する反射膜等を追加して設けてもよい。
【００７９】
［（８）映像光］
図９は、実施の形態１の図７の第１構成例の場合に、表示素子３であるＬＣＤからの映像光の偏光方向等について示す。図９の（Ａ）は、上記表示素子３からの映像光の変化の概要を示す。表示素子３は、Ｓ波の映像光を出射するタイプである。表示素子３の出射面から出射された映像光Ｂ１は、主にＳ波であり、このＳ波は、レンズ４を透過して拡大等され、ミラー５で反射され、映像光Ｂ２となる。映像光Ｂ２は、まず波長板３１に入射する。この際、この映像光は、波長板３１の透過によって偏光方向が４５度回転された状態の円偏光を持つ映像光Ｂ３となる。その映像光Ｂ３は、さらに偏光板２０に入射する。この映像光Ｂ３は、偏光板２０の透過によって、Ｐ波の成分がカットされ、Ｓ波の成分のみが透過し、Ｓ波の直線偏光を持つ映像光Ｂ４となる。この映像光Ｂ４は、領域１６へ向かい、反射されて、視点１３へ向かう。
【００８０】
図９の（Ｂ）は、上記映像光の偏光方向の変化について図８と同様に偏光面で示す。映像光Ｂ１，Ｂ２は、Ｓ波であるため、９０度の位置にある。波長板３１を透過後の映像光Ｂ３は、偏光方向の４５度の回転の変換９０１によって、１３５度の位置にある。このように、第１構成例の場合、映像光Ｂ４および視点１３に入射する映像光に関しては、最初の映像光Ｂ１のＳ波の状態から４５度回転された状態の円偏光の映像光のうちのＳ波の成分を持つ直線偏光の光となる。そのため、虚像１８の表示品質に関しては、視点１３へ入射する映像光が、最初のＳ波の状態が維持されている光である場合に比べ、反射率や輝度がやや低下する。この表示品質で許容できる場合には、実施の形態１の構成で外光対策に関する十分な効果が得られる。この表示品質をさらに改善したい場合には、例えば後述の実施の形態４等が有効となる。
【００８１】
（実施の形態２）
図１０を用いて、本発明の実施の形態２のＨＵＤ装置について説明する。実施の形態２等の基本的な構成は実施の形態１と同様であり、以下では、実施の形態２等における実施の形態１とは異なる構成部分について説明する。実施の形態２のＨＵＤ装置１は、図７の第１構成例に対する変形例であり、防眩板６を構成する２つの素子の配置が異なる第２構成例を示す。
【００８２】
図１０は、実施の形態２のＨＵＤ装置１における第２構成例を示す。この第２構成例では、ミラー５とレンズ４との間の所定の位置ｚ１に、偏光板２０および波長板３１の組による防眩素子６２が配置されている。防眩素子６２は筐体９に固定される。この第２構成例では、筐体９の出射部には、従来型の防眩板６０が配置されている。この防眩板６０は偏光板２０および波長板３１を含まない。ｚ方向の位置ｚ１において、映像光の出射側に偏光板２０、入射側に波長板３１が配置されている。外光Ａ１，Ａ２，Ａ３は、多くのＰ波と少しのＳ波とを含む光であり、ミラー５で反射後の外光Ａ３は、防眩素子６２の透過によって、Ｐ波がカットされ、偏光方向が４５度回転された状態の円偏光を持つＳ波の外光Ａ４となる。レンズ４等から反射後の外光Ａ５は、防眩素子６２の２回目の透過によってカットされる。
【００８３】
第２構成例によれば、第１構成例と類似の効果が得られる。第２構成例では、第１構成例に比べ、偏光板２０および波長板３１の面のサイズをより小さくできる。理由は、位置ｚ１は、出射部の位置に比べ、映像光の拡大途中の位置であるためである。ただし、第２構成例では、外光Ａ１のうちのＳ波が、外光Ａ２として、出射部よりも下側のミラー５を含む領域まで入射する。
【００８４】
［（２−１）変形例］
図１１は、実施の形態２の変形例のＨＵＤ装置の構成を示す。この変形例は、上記第２構成例に関する変形例である。この変形例は、筐体９の出射部の位置に偏光板２０が配置され、ミラー５とレンズ４との間の位置ｚ１に波長板３１が配置されている。偏光板２０を透過して入射する外光Ａ２，Ａ３は、Ｓ波の直線偏光の光である。ミラー５で反射後の外光Ａ３は、波長板３１の透過によって、４５度回転された状態の円偏光の外光Ａ４となる。レンズ４等から反射後の外光Ａ５は、波長板３１の２回目の透過によってＰ波の直線偏光の外光Ａ６，Ａ７となる。外光Ａ７は偏光板２０の２回目の透過によってカットされる。この変形例によれば、第２構成例と類似の効果が得られる。
【００８５】
［（２−２）偏光方向］
図１２は、図１０の実施の形態２に関する、偏光方向の変化について、図８と同様に示す。外光Ａ１，Ａ２，Ａ３のＳ波は、９０度の位置にあり、変換１２０１によって４５度回転し、外光Ａ４，Ａ５は、１３５度の位置になる。なお、表示素子３からの映像光のＳ波は、防眩素子６２の透過後、図９の映像光Ｂ４と同様の状態の光となる。図１１の変形例の場合にも図１２と類似の変化となる。
【００８６】
（実施の形態３）
図１３を用いて、本発明の実施の形態３のＨＵＤ装置について説明する。実施の形態３のＨＵＤ装置１は、図７の第１構成例に対する変形例であり、防眩板６を構成する２つの素子の配置が異なる第３構成例を示す。図１３は、実施の形態２のＨＵＤ装置１における第３構成例を示す。この第３構成例では、レンズ４と表示素子３との間の所定の位置ｚ２に、偏光板２０および波長板３１の組による防眩素子６３が配置されている。防眩素子６３は筐体９に固定される。この第３構成例では、筐体９の出射部には、従来型の防眩板６０が配置されている。ｚ方向の位置ｚ２において、映像光の出射側に偏光板２０、入射側に波長板３１が配置されている。
【００８７】
図１３の実施の形態３における偏光方向の変化については以下の通りである。外光Ａ１，Ａ２，Ａ３は、Ｐ波およびＳ波を含む光であり、図示しないが図１２にならうと、ミラー５で反射後の外光Ａ３は、レンズ４を透過後に防眩素子６３を透過することで、Ｐ波がカットされ、偏光方向が４５度回転された円偏光を持つ外光Ａ４となる。外光Ａ４は、表示素子３の面で反射し、再び防眩素子６３を透過することで、カットされ、レンズ４には入射しない。なお、表示素子３からの映像光のＳ波は、防眩素子６３の透過後、図９の映像光Ｂ４と同様の状態の光となる。
【００８８】
第３構成例によれば、第１構成例や第２構成例と類似の効果が得られる。第３構成例では、第２構成例に比べ、偏光板２０および波長板３１の面のサイズをさらに小さくできる。理由は、位置ｚ２は、位置ｚ１に比べ、レンズ４による映像光の拡大前の位置であるためである。ただし、第３構成例では、外光Ａ１のうちのＳ波が、外光Ａ２，Ａ３として、ミラー５およびレンズ４を含む領域まで入射する。
【００８９】
［（３−１）変形例］
図１４は、実施の形態３の変形例のＨＵＤ装置の構成を示す。この変形例は、第３構成例に関する変形例である。この変形例は、ミラー５とレンズ４との間の位置ｚ１に偏光板２０が配置され、レンズ４と表示素子３との間の位置ｚ２に波長板３１が配置されている。この変形例によれば、第３構成例と類似の効果が得られる。
【００９０】
変形例における偏光方向の変化については以下の通りである。ミラー５で反射後の外光Ａ３は、偏光板２０の透過によってＰ波がカットされ、Ｓ波の外光Ａ４となる。外光Ａ４は、レンズ４を透過し、波長板３１の１回目の透過によって、偏光方向が４５度回転された円偏光を持つ外光Ａ５となる。その外光Ａ５は、表示素子３の出射面で反射し、レンズ４の方に戻る外光Ａ６となる。その外光Ａ６は、波長板３１の２回目の透過によってさらに４５度回転され、すなわちＰ波に変換される。そのＰ波の外光Ａ７は、レンズ４を透過後、偏光板２０でカットされる。
【００９１】
なお、第２構成例または第３構成例またはそれらの変形例において、筐体９の出射部の位置に、従来型の防眩板を追加で配置した構成としてもよい。特に、第２構成例または第３構成例では、その従来型の防眩板は、反射型の防眩板とすることが望ましい。その場合、その反射型の防眩板で熱を蓄積しにくいので、ＨＵＤ装置１内の熱をより低減できる。
【００９２】
［変形例］
図１５は、上記実施の形態１、２および３に関する２つの素子の配置に関する他の変形例を示す。この変形例は、ＨＵＤ装置１の出射部の位置に偏光板２０が配置され、レンズ４と表示素子３との間の位置ｚ２に波長板３１が配置されている。偏光板２０を透過して入射したＳ波の外光Ａ２，Ａ３は、レンズ４を透過後、波長板３１の透過によって、４５度回転された状態の円偏光の外光Ａ４となる。その外光Ａ４が表示素子３で反射された後の外光Ａ５は、波長板３１の透過によって、Ｐ波に変換される。そのＰ波の外光Ａ６，Ａ７は、偏光板２０によってカットされる。この変形例によれば、上記各構成例と類似の効果が得られる。
【００９３】
（実施の形態４）
図１６〜図１８を用いて、本発明の実施の形態４のＨＵＤ装置について説明する。実施の形態４のＨＵＤ装置は、前述（図９）の映像光の品質をさらに改善するための構成例を示す。図１６は、実施の形態４のＨＵＤ装置１の構成を示す。この構成は、実施の形態１の構成（図７）に比べて異なる構成として、防眩板６に加え、レンズ４と表示素子３との間の所定の位置ｚ２に、波長板３２が配置されている。この波長板３２は、λ／４波長板であり、波長板３１との区別のため、第２波長板と記載する場合がある。また、この構成は、表示素子３として、前述の表示素子３とは異なり、Ｐ波を出射するタイプを用いている。
【００９４】
筐体９内では、ｚ方向において、所定の位置ｚ３に表示素子３が配置され、所定の位置ｚ４にレンズ４が配置されている。そして、位置ｚ４のレンズ４と位置ｚ３の表示素子３との間の所定の位置ｚ２に波長板３２が配置されている。この波長板３２の映像光入射側の面は、表示素子３の出射面との間に所定の距離Ｋ１を持って離間して配置されている。また、この波長板３２の映像光出射側の面は、レンズ４の映像光入射面との間に所定の距離Ｋ２を持って離間して配置されている。
【００９５】
外光Ａ１は、筐体９の出射部の位置の防眩板６に入射する。外光Ａ１は、偏光板２０によってＰ波がカットされ、Ｓ波の直線偏光を持つ外光Ａ２となる。外光Ａ２は、波長板３１を透過し、偏光方向が４５度回転された円偏光を持つ外光Ａ３となる。外光Ａ３は、ミラー５で反射され、反射後の外光Ａ４は、レンズ４を透過し、位置ｚ２の波長板３２に入射する。この外光Ａ４は、波長板３２の透過によって２回目の変換として偏光方向がさらに４５度回転される。すなわち、この外光Ａ４は、外光Ａ２からは合計で９０度回転されて、Ｐ波に変換された直線偏光を持つ外光Ａ５となる。このＰ波の外光Ａ５は、表示素子３の出射面で反射され、外光Ａ６として戻る。このＰ波の外光Ａ６は、波長板３２に入射し、３回目の透過による変換によって、偏光方向がさらに４５度回転され、円偏光を持つ外光Ａ７となる。この外光Ａ７は、合計では偏光方向が４５度×３＝１３５度回転した状態の光である。この外光Ａ７は、レンズ４を透過し、ミラー５で反射され、外光Ａ８となる。外光Ａ８は、波長板３１に入射し、４回目の透過による変換によって、偏光方向がさらに４５度回転され、外光Ａ９となる。この外光Ａ９は、合計では偏光方向が４５度×４＝１８０度回転した状態の光であり、すなわちＳ波に変換された直線偏光を持つ外光Ａ９となる。このＳ波の外光Ａ９は、偏光板２０を透過し、外光Ａ１０となる。
【００９６】
図１７は、実施の形態４の場合の外光および映像光の偏光方向の変化について同様に示す。外光Ａ２のＳ波は、９０度の位置にある。外光Ａ２は、波長板３１による１回目の変換１６０１によって４５度回転され、外光Ａ３，Ａ４は、１３５度の位置にある。外光Ａ４は、波長板３２による２回目の変換１６０２によってさらに４５度回転され、外光Ａ５，Ａ６は、１８０度の位置になり、すなわちＰ波になる。外光Ａ６は、波長板３２による３回目の変換１６０３によって、さらに４５度回転され、外光Ａ７，Ａ８は、２２５度の位置になる。外光Ａ８は、波長板３１による４回目の変換１６０４によって、さらに４５度回転され、外光Ａ９は、２７０度の位置になり、すなわちＳ波になる。このＳ波の外光Ａ９は、偏光板２０を透過して、Ｓ波の外光Ａ１０としてＨＵＤ装置１外へ出射される。
【００９７】
図１８は、実施の形態４の場合の映像光の変化について示す。表示素子３の出射面から出射されたＰ波の映像光Ｂ１は、まず波長板３２を透過することで、偏光方向が４５度回転した状態の円偏光の映像光Ｂ２となる。図１７では、最初、映像光Ｂ１のＰ波が０度の位置にあり、１回目の変換１６１１によって、４５度の位置になることを示す。映像光Ｂ２は、レンズ４を透過し、ミラー５で反射される。この映像光Ｂ３は、波長板３１を透過することで、偏光方向がさらに４５度回転した状態の直線偏光を持つ映像光Ｂ３となる。図１７では、この映像光Ｂ３が、２回目の変換１６１２によって、９０度の位置になり、すなわちＳ波に変換されることを示す。このＳ波の映像光Ｂ３は、偏光板２０を透過してＳ波の直線偏光を持つ映像光Ｂ４となり、その映像光Ｂ４が領域１６へ向かう。
【００９８】
上記のように、実施の形態４の場合、ＨＵＤ装置１の出射部の防眩板６から外部への映像光を、Ｓ波の映像光とすることができ、前述の図９の構成に比べ、虚像１８の表示品質をより高めることができる。ただし、この構成の場合、ＨＵＤ装置１の出射部の防眩板６から外部へ、一部のＳ波を含む外光Ａ１０が出射する。この点についてさらに改善したい場合には、以下の実施の形態５が有効である。
【００９９】
（実施の形態５）
図１９〜図２１を用いて、本発明の実施の形態５のＨＵＤ装置について説明する。実施の形態５のＨＵＤ装置は、実施の形態４の構成からさらに工夫し、外光入射影響を低減するための構成例を示す。図１９は、実施の形態５のＨＵＤ装置１の構成を示す。この構成は、実施の形態４の構成（図１６）に比べて異なる構成として、波長板３２が、レンズ４と表示素子３との間で、表示素子３の出射面に接する位置ｚ５に配置されている。表示素子３は、実施の形態４と同様に、Ｐ波を出射するタイプを用いている。図２０は、実施の形態５における外光および映像光の偏光方向の変化について同様に示す。図２１は、実施の形態５における映像光の変化について同様に示す。
【０１００】
外光Ａ１は、偏光板２０によってＰ波がカットされ、Ｓ波の外光Ａ２となる。外光Ａ２は、波長板３１による１回目の変換１８０１によって、Ｓ波の９０度の状態から、偏光方向が４５度回転され、１３５度の状態の円偏光を持つ外光Ａ３となる。外光Ａ３は、ミラー５で反射されて外光Ａ４となる。外光Ａ４は、レンズ４を透過し、波長板３２に入射する。この外光Ａ４は、波長板３２の表面で反射され、外光Ａ５となる。これにより、外光Ａ４は、波長板３２の透過による偏光方向の４５度回転の変換作用を受けずに、外光Ａ５となる。この外光Ａ５は、レンズ４を透過し、ミラー５で反射され、外光Ａ６となる。外光Ａ３〜Ａ６は、１３５度の状態の円偏光を持つ光である。外光Ａ６は、波長板３１に入射し、２回目の変換１８０２によって、さらに４５度回転され、１８０度の状態になり、すなわちＰ波に変換される。このＰ波の直線偏光を持つ外光Ａ７は、偏光板２０によってカットされる。
【０１０１】
一方、表示素子３の出射面から出射される映像光Ｂ１は、Ｐ波の映像光であり、図２０では、０度の位置に示される。このＰ波の映像光Ｂ１は、波長板３２を透過することで、１回目の変換１８１１によって、偏光方向が４５度回転された状態の円偏光を持つ映像光Ｂ２となる。この映像光Ｂ２は、レンズ４を透過し、ミラー５で反射され、反射後の映像光Ｂ３は、波長板３１に入射する。この映像光Ｂ３は、波長板３１を透過することで、２回目の変換１８１２によって、偏光方向がさらに４５度回転され、９０度の状態になり、すなわちＳ波に変換された映像光Ｂ４となる。このＳ波の直線偏光を持つ映像光Ｂ４は、偏光板２０を透過してＳ波の直線偏光を持つ映像光Ｂ５となり、領域１６へ向かう。
【０１０２】
上記のように、実施の形態５の構成では、ＨＵＤ装置１の出射部の防眩板６から外部への外光の出射が防止できると共に、Ｓ波の映像光Ｂ５を出射でき、虚像１８の表示品質についても維持または向上することができる。また、実施の形態５の構成では、実施の形態４の構成よりも、表示素子３とレンズ４との距離を小さくして配置できるので、装置小型化に関してより有利である。
【０１０３】
［他の実施の形態（１）］
図２２は、他の実施の形態として、実施の形態５の変形例のＨＵＤ装置１の構成を示す。この構成は、実施の形態５の筐体９の出射部の位置において、防眩板６の２つの素子である偏光板２０と波長板３１の組に、さらに従来型の防眩板６０が配置されている。すなわち、この防眩板６は、ｙ方向で上側から順に、防眩板６０、偏光板２０、および波長板３１の３つの素子の組合せで構成されている。外光Ａ１の一部は、防眩板６０によって吸収または反射される。同様に、前述の各実施の形態の構成に、従来型の防眩板６０を追加した構成としてもよい。
【０１０４】
また、この実施の形態では、ミラー５に対する表示素子３およびレンズ４の配置に関して、前述の図１９等の構成のように外光対策として斜めに傾きを持った状態で配置する構成ではなく、その傾きを持たせずに配置した構成としている。図２２で、ｚ方向で位置ｚ３の表示素子３、および位置ｚ４のレンズ４は、Ｚ方向（ｙ方向）に直立する状態で配置されている。表示素子３およびレンズ４からの光軸は、Ｙ方向（ｚ方向）に延在している。表示素子３および光源２は、前述のユニット５０４の形態とした場合を示す。この構成の場合、表示素子３等を斜めに配置しないので、筐体９のＹ方向でのサイズをより小型にできる。防眩板６を用いた外光対策機能によって十分な効果が得られる場合には、この実施の形態のように、表示素子３等を斜めに配置しない構成とすることができる。同様に、前述の各実施の形態で、表示素子３等を斜めに配置しない構成とすることができる。
【０１０５】
［他の実施の形態（２）］
図２３は、他の実施の形態として、実施の形態１の変形例のＨＵＤ装置１ｂの構成を示す。このＨＵＤ装置１ｂを含む表示システムは、ウィンドシールド１１の内側面とＨＵＤ装置１ｂの出射部との間の所定の位置にコンバイナ１８０を有する。ＨＵＤ装置１ｂの出射部の位置には、実施の形態１と同様に、偏光板２０と波長板３１の組による防眩板６が設けられている。このＨＵＤ装置１ｂの筐体９内には、ミラー５を有さず、レンズ４、表示素子３、光源２等を有する。
【０１０６】
前述のウィンドシールド１１を透過した外光Ｌ３は、さらに、コンバイナ１８０を透過する場合がある。このコンバイナ１８０を透過した外光Ｌ３ｂ（あるいはコンバイナ１８０を透過していない他の外光でもよい）が、外光Ａ１として、ＨＵＤ装置１の出射部の防眩板６に入射する。外光Ａ１は、偏光板２０によってＰ波がカットされ、残りのＳ波は波長板３１によって偏光方向が４５度回転される。波長板３１を透過した外光Ａ２は、レンズ４を透過し、表示素子３で反射される。反射後の外光Ａ３は、再びレンズ４を透過し、再び波長板３１を透過する。その際に、その外光Ａ３は、さらに偏光方向が４５度回転され、すなわちＰ波に変換される。そのＰ波の外光は、偏光板２０によってカットされ、ＨＵＤ装置１ｂの外部には出ない。一方、表示素子３からの映像光は、レンズ４を透過して拡大等され、防眩板６の２つの素子を透過し、コンバイナ１８０の領域１８０ａへ投射され、視点１３の方へ反射される。
【０１０７】
上記のように、コンバイナ１８０と表示素子３との間の所定の位置に、偏光板２０と波長板３１との組が配置されている構成でもよく、実施の形態１と類似の効果が得られる。前述の各実施の形態に関して同様にコンバイナ１８０との組合せが適用できる。また、この構成の変形例として、コンバイナ１８０の面（言い換えるとコンバイナ１８０の一部）に、偏光板２０または防眩板６または他の光学素子が配置されていてもよい。
【０１０８】
（実施の形態６）
図２４を用いて、本発明の実施の形態６のＨＵＤ装置について説明する。図２４は、実施の形態６のＨＵＤ装置１の構成を示す。実施の形態６は、筐体９内に、第２反射素子であるコールドミラー７が追加されており、これにより、映像光の光路を概略２回曲げる構成としている。この構成では、前述の光源２や表示素子３やレンズ４が配置されていた領域、特に点Ｑ２の位置に、コールドミラー７が配置されている。コールドミラー７に対し概略的にＺ方向で下側には、レンズ４、表示素子３、および光源２が配置されている。また、この構成では、前述の実施の形態５と同様に、筐体９の出射部の位置に防眩板６として偏光板２０および波長板３１が配置され、かつ、レンズ４と表示素子３との間で表示素子３の出射面に接する位置に、波長板３２が配置されている。表示素子３は、実施の形態５と同様に、Ｐ波を出射するタイプを用いている。
【０１０９】
表示素子３からの映像光の光路は、以下のようになる。まず、Ｚ方向（ｙ方向）で上方への光軸（詳細にはｚ方向でやや後側に傾いた光軸）がある。この光軸上では、対応する映像光として、表示素子３からの映像光Ｂ１、波長板３２を透過後の映像光Ｂ２、およびレンズ４を透過後の映像光Ｂ３がある。次に、コールドミラー７（点Ｑ２）からミラー５（点Ｑ１）への光軸として、概略的にＹ方向（ｚ方向）への光軸（詳細にはｙ方向でやや下側に傾いた光軸）がある。この光軸上に映像光Ｂ４がある。次に、ミラー５（点Ｑ１）から防眩板６への光軸として、概略的にＺ方向（ｙ方向）への光軸（詳細にはｚ方向でやや後側に傾いた光軸）がある。この光軸上に、映像光Ｂ５、および防眩板６から出射後の映像光Ｂ６がある。Ｐ波の映像光Ｂ１は、図２１と同様であるが、波長板３１を透過し、Ｓ波の円偏光を持つ映像光Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５となる。映像光Ｂ５は、防眩板６を透過し、Ｓ波の直線偏光を持つ映像光Ｂ６となる。
【０１１０】
コールドミラー７は、第２反射素子であり、言い換えると、ＩＲフィルタ（赤外線フィルタ）である。コールドミラー７は、映像光を反射し、赤外線領域成分を透過し、赤外線領域成分を反射しない素子である。コールドミラー７は、外部から入射した外光、例えばミラー５で反射後のＳ波の円偏光を持つ外光Ａ３に関して、赤外線領域成分であるＩＲ２４１を透過することで、表示素子３等の光軸の方には反射しない。これにより、外光Ａ３がコールドミラー７で反射されてレンズ４および表示素子３の方に向かった場合でも、その外光Ａ４はＩＲ成分を含まず、熱エネルギーが低減されている。よって、この構成では、表示素子３等の蓄熱および温度上昇をより低減することができる。また、この実施の形態６によれば、ミラー５およびコールドミラー７を用いた光路の構成によって、筐体９のＹ方向のサイズをより小型にすることができる。なお、コールドミラー７は、公知技術を用いて１個の素子として実現できるが、これに限らず、複数の素子（例えばＩＲフィルムとミラー）から構成されてもよい。表示素子３および光源２については、前述のユニット５０４を適用してもよい。
【０１１１】
（実施の形態７）
図２５を用いて、本発明の実施の形態７のＨＵＤ装置について説明する。図２５は、実施の形態７のＨＵＤ装置１の構成を示す。この構成は、前述の実施の形態３（図１３の第３構成例）の変形例に相当し、その第３構成例に、実施の形態６と同様に、コールドミラー７が追加されている。実施の形態６と同様に、映像光の光路上、点Ｑ２の位置に、コールドミラー７が配置されている。この構成では、筐体９の出射部の位置には従来型の防眩板６０が配置されており、レンズ４と表示素子３との間に、防眩素子６３として偏光板２０および波長板３１の組が配置されている。表示素子３は、実施の形態３と同様に、Ｓ波を出射するタイプを用いている。
【０１１２】
表示素子３からの映像光の光路は、以下のようになる。まず、Ｚ方向（ｙ方向）で上方への光軸があり、この光軸上に、表示素子３からの映像光Ｂ１、波長板３２および偏光板２０を透過後の映像光Ｂ２、およびレンズ４を透過後の映像光Ｂ３がある。次に、コールドミラー７からミラー５への光軸があり、この光軸上に、映像光Ｂ４がある。次に、ミラー５から防眩板６への光軸があり、この光軸上に、映像光Ｂ５、および防眩板６から出射後の映像光Ｂ６がある。Ｓ波の映像光Ｂ１は、防眩素子６３を透過後、図１３や図９と同様に、Ｓ波から４５度回転された状態の光のうち透過した成分のＳ波の直線偏光を持つ映像光Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６となる。
【０１１３】
実施の形態７によれば、実施の形態６と類似の効果が得られる。筐体９内に入射した外光は、防眩素子６３でカットされるので、迷光や表示素子３の蓄熱を低減できる。また、例えば外光Ａ３は、コールドミラー７でＩＲ２４１が透過されるので、表示素子３等に向かう外光Ａ４の熱エネルギーを低減できる。実施の形態６や実施の形態７のように、ＨＵＤ装置の筐体９の出射部と表示素子３との間に偏光板２０および波長板３１の組が配置され、かつ、第１反射素子および第２反射素子が配置されている構成としてもよい。
【０１１４】
（実施の形態８）
図２６を用いて、本発明の実施の形態８のＨＵＤ装置について説明する。図２６は、実施の形態８のＨＵＤ装置１の構成を示す。実施の形態８は、実施の形態６，７と同様に、筐体９内で点Ｑ２の位置にコールドミラー７が配置されている。また、実施の形態８は、前述の各実施の形態と異なる構成点としては、波長板３１を有さない。図２６の構成では、筐体９の出射部の位置に従来型の防眩板６０が配置され、レンズ４と表示素子３との間の位置に、偏光板２０が配置されている。表示素子３は、Ｓ波を出射するタイプを用いている。
【０１１５】
表示素子３からの映像光の光路は、以下のようになる。まず、Ｚ方向（ｙ方向）で上方への光軸があり、この光軸上では、表示素子３からの映像光Ｂ１、偏光板２０を透過後の映像光Ｂ２、およびレンズ４を透過後の映像光Ｂ３がある。次に、コールドミラー７からミラー５への光軸があり、この光軸上に、映像光Ｂ４がある。次に、ミラー５から防眩板６０への光軸があり、この光軸上に、映像光Ｂ５、および防眩板６０から出射後の映像光Ｂ６がある。表示素子３からのＳ波の映像光Ｂ１は、偏光板２０を透過後、Ｓ波の直線偏光を持つ映像光Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６となる。
【０１１６】
コールドミラー７は、例えばミラー５で反射後のＰ波およびＳ波を持つ外光Ａ３に関して、ＩＲ２４１を透過し、表示素子３等の方には反射しない。これにより、コールドミラー７で反射後の外光Ａ４はＩＲ成分を含まず、熱エネルギーが低減されているので、表示素子３等の蓄熱および温度上昇を低減できる。また、実施の形態８によれば、実施の形態６，７と同様に、筐体９のＹ方向のサイズをより小型にできる。偏光板２０の位置は、図２６のレンズ４と表示素子３との間の位置に限らず、光路上で表示素子３よりも後段、出射側の位置であればよい。
【０１１７】
また、実施の形態８の変形例として以下の構成も可能である。この変形例では、レンズ４は、複数のレンズ、例えば光路上で前段の凹レンズと後段の自由曲面レンズとで構成される。そして、その凹レンズと自由曲面レンズとの間に偏光板２０が配置される。この構成の場合、偏光板２０の保持のためのスペースを低減できるので、筐体９のＺ方向のサイズをより小さくできる。
【０１１８】
以上、本発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は前述の実施の形態に限定されず、要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。ＨＵＤ装置は、自動車に限らず、電車や航空機等の移動体にも適用可能である。
【符号の説明】
【０１１９】
１…ＨＵＤ装置、２…光源、３…表示素子、４…レンズ、５…ミラー、６…防眩板、９…筐体、１０…基板、２０…偏光板、３１…波長板。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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