(57)【要約】【課題】焦点距離の異なる複数の虚像を同じ視野で前後方向に重ね合わせて表示することを可能とするヘッドアップディスプレイ装置を提供する。【解決手段】１つ以上の描画デバイスを備え、描画デバイスの描画した画像を拡大投射する投射光学系１１と、拡大投射された画像の拡散機能を有する複数の中間スクリーン１２ａ，１２ｂと、複数の各中間スクリーン１２ａ，１２ｂに投射された各画像を光軸方向に重ね合わせる光学系２１と、前記重ね合わせた画像を反射して当該各画像を虚像として見せる虚像反射面４１とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上の描画デバイスを備え、
前記描画デバイスの描画した画像を拡大投射する投射光学系と、
前記拡大投射された画像の拡散機能を有する複数の中間スクリーンと、
複数の各前記中間スクリーンに投射された各画像を光軸方向に重ね合わせる光学系と、
前記重ね合わせた画像を反射して当該各画像を虚像として見せる虚像反射面とを備え、
各中間スクリーンから前記光学系を経た光路長は互いに異なることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項２】
複数の前記中間スクリーンは、各中間スクリーンに領域を分割された１枚のスクリーンからなることを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項３】
前記光学系又は複数の前記中間スクリーンは、光軸方向の前後に移動することで、前記画像に基づく虚像の位置を変更することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項４】
前記光学系は、ハーフミラーを含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかの一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】
本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両でカーナビやスピードメータの情報を、ウインドシールドやコンバイナに表示することで、運転者の視線移動を最小限に抑制し、より安全な運転を支援するヘッドアップディスプレイが提案されている。中でも、虚像距離を変えて虚像の３次元表示を行うことで、上下左右の視線移動だけでなく、焦点を虚像に合わせる時間を低減するヘッドアップディスプレイが提案されつつある。これらの３次元ヘッドアップディスプレイシステムで映像素子を前後に動かし、位置を合わせて画像を切り替えることで残像により複数距離にあたかも同時に虚像が写っているかのように見せることができる。
特許文献１には、焦点距離の異なる複数の虚像を異なる視野で同時に表示する技術について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開公報ＷＯ ２０１７／１３４８６６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示の技術では、焦点距離の異なる複数の虚像を同じ視野で前後方向に重ね合わせて表示することはできない。
そこで、本発明は、焦点距離の異なる複数の虚像を同じ視野で前後方向に重ね合わせて表示することを可能とす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】
【０００５】
（１）１つ以上の描画デバイスを備え、前記描画デバイスの描画した画像を拡大投射する投射光学系と、前記拡大投射された画像の拡散機能を有する複数の中間スクリーンと、複数の各前記中間スクリーンに投射された各画像を光軸方向に重ね合わせる光学系と、前記重ね合わせた画像を反射して当該各画像を虚像として見せる虚像反射面とを備え、各中間スクリーンから前記光学系を経た光路長は互いに異なることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
【０００６】
（２）複数の前記中間スクリーンは、各中間スクリーンに領域を分割された１枚のスクリーンからなることを特徴とする（１）に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【０００７】
（３）前記光学系又は複数の前記中間スクリーンは、光軸方向の前後に移動することで、前記画像に基づく虚像の位置を変更することを特徴とする（１）又は（２）に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
（４）前記光学系は、ハーフミラーを含むことを特徴とする（１）から（３）のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、焦点距離の異なる複数の虚像を同じ視野で前後方向に重ね合わせて表示することを可能とす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。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態１に係るヘッドアップディスプレイ装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態２に係るヘッドアップディスプレイ装置の概略構成を示す断面図である。
【図３】比較例となるヘッドアップディスプレイ装置の概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施形態を複数例説明する。
【００１１】
［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態１に係るヘッドアップディスプレイ装置１の概略構成を示す断面図である。投射光学系１１は、１つ以上の描画デバイス（図示せず）を備え、この描画デバイスの描画した画像を拡大投射する。拡大投射した画像は、複数枚（本例で２枚だが、３枚以上であってもよい）の中間スクリーン１２ａ，１２ｂに分割して投射され、中間像が形成される。中間スクリーン１２ａ，１２ｂは、拡大投射された画像の拡散機能を有する。拡大投射された画像のうち、中間スクリーン１２ａに投射される画像を画像光ａ、中間スクリーン１２ｂに投射される画像を画像光ｂとする。中間スクリーン１２ａと中間スクリーン１２ｂとでは、投射光学系１１からの距離が異なる。図１の例では、中間スクリーン１２ａの方が中間スクリーン１２ｂよりも投射光学系１１からの距離が遠くなっている。中間スクリーン１２ａ及び中間スクリーン１２ｂは、それぞれ図示しないアクチュエータにより、その厚さ方向に移動することができる（矢印１４）。
【００１２】
中間スクリーン１２ａ，１２ｂをそれぞれ透過した画像光ａと画像光ｂとは、光学系２１によって光軸の方向に重ね合わせるようにする。すなわち、光学系２１は、ミラー２２〜２４、ハーフミラー２５などを備えている。画像光ａは、中間スクリーン１２ａを透過後、ミラー２２に反射され、ハーフミラー２５に反射される。画像光ａの光路を破線２６ａで示す。画像光ｂは、中間スクリーン１２ｂを透過後、ミラー２３，２４に順次反射され、ハーフミラー２５を透過する。画像光ｂの光路を破線２６ｂで示す。これによって、ハーフミラー２５に反射された画像光ａとハーフミラー２５を透過した画像光ｂとは光軸の方向に重ね合わされる。すなわち、両画像光ａ，ｂは光軸方向が重なる。
【００１３】
この重ね合わされた画像光ａ及び画像光ｂは、反射光学素子３１，３２によって反射されて向きを変えられ、車両のフロントガラス等である虚像反射面４１に反射される。これによって、画像光ａ及び画像光ｂによる重ね合わされた各画像はユーザの目Ｅに対して虚像ａ１，ｂ１として見せる。
【００１４】
次に、本実施形態の作用について説明する。
画像光ａと画像光ｂとでは、中間スクリーン１２ａ，１２ｂからハーフミラー２５を経た光路２６ａと光路２６ｂの光路長が異なる。このため、虚像ａ１と虚像ｂ１とではユーザの目Ｅから見た焦点距離が異なる。光路長の短い虚像ａ１の方が、焦点距離が虚像ｂ１よりも短く見える。そして、画像光ａによる画像と画像光ｂによる画像とは同じ視野に重なって見えるが距離は異なって見えるようにすることができる。
【００１５】
また、中間スクリーン１２ａ，１２ｂを前記のように動かすことで虚像ａ１，ｂ１の距離を変動させることができる。この場合に、中間スクリーン１２ａ，１２ｂを動かすのではなく、光学系２１を動かすようにしてもよい。
【００１６】
なお、比較例として次のようなヘッドアップディスプレイも考えられる。図３は、比較例であるヘッドアップディスプレイの概略構成を示す断面図である。図３において、図１と同一の部材は実施形態１と同様の部材であるため、詳細な説明は省略する。ただし、画像光ｂは、実施形態１のように分割された画像光ではなく投射光学系１１から投射される画像光の全光である。
この比較例が実施例１と異なるのは、らせん状に並べられた複数枚のスクリーン１０１〜１０５を用意し、このらせん状に並べられた複数枚の中間スクリーン１０１〜１０５を回転軸１０６を中心に回転させながら時分割で各中間スクリーンに各画像を投射光学系１１で投射するものである。これによって、画像の数（中間スクリーン１０１〜１０５の数）だけ距離の異なる虚像を表示することができる。すなわち、残像により複数距離にあたかも同時に虚像ａ１０１〜ｅ１０１が写っているかのようにユーザの目Ｅに見せることができる。
【００１７】
しかし、この手法は高速に画像を切り替えて表示する必要があるため、投射光学系１１の描画デバイスに表示する画像のフレームレートと虚像の表示可能な距離数とがトレードオフの関係となる。そのため、投射光学系１１の描画デバイスに表示する画像のフレームレートだけが虚像の距離の分解能の限界を決定することになる。
【００１８】
これに対して、本実施形態では、同時に複数枚の中間スクリーンを用いているため、比較例のように一枚の中間スクリーンで高速に表示を切り替える場合に比べて、投射光学系１１の描画デバイスに表示する画像のフレームレートによる虚像の距離の分解能を向上することができる。
【００１９】
［実施形態２］
図２は、本発明の実施形態２に係るヘッドアップディスプレイ装置１Ａの概略構成を示す断面図である。以下では、実施形態１と共通の部材等には実施形態１と共通の符号を用い、詳細な説明は省略する。
実施形態２のヘッドアップディスプレイ装置１Ａが実施例１のヘッドアップディスプレイ装置１と異なるのは、中間スクリーン１２ａと中間スクリーン１２ｂとが別体ではなく、一枚のスクリーン１２で中間スクリーン１２ａと中間スクリーン１２ｂとに領域を分割して構成されている点である。そして、一枚のスクリーン１２で構成される中間スクリーン１２ａと中間スクリーン１２ｂとが一体として動作する。
【００２０】
このように、中間スクリーン１２ａと中間スクリーン１２ｂとが別体で動作せず、一体で動作するので、中間スクリーン１２ａと中間スクリーン１２ｂを動かす駆動系の構成を簡素化でき、ヘッドアップディスプレイ装置１Ａの製造コストを削減することができる。
【符号の説明】
【００２１】
１，１Ａ  ヘッドアップディスプレイ装置
１１    投射光学系（描画デバイス）
１２    スクリーン
１２ａ，１２ｂ  中間スクリーン
２１    光学系
４１    虚像反射面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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