(57)【要約】【課題】中間スクリーンに与えるダメージを抑制できるヘッドアップディスプレイ装置を提供すること。【解決手段】ヘッドアップディスプレイ装置１００は、表示部である描画デバイス１１と、描画デバイス１１に形成された像を投影する第１投影光学系１５と、第１投影光学系１５の光射出側に配置される中間スクリーン１６と、中間スクリーン１６上の像を拡大する第２投影光学系１７とを備えるものであって、中間スクリーン１６から第２投影光学系１７側の光路中に配置され、赤外線を透過又は反射して光路外に導く赤外分離膜１９ｒを設けている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示部と、
前記表示部に形成された像を投影する第１投影光学系と、
前記第１投影光学系の光射出側に配置される中間スクリーンと、
前記中間スクリーン上の像を拡大する第２投影光学系とを備えるヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記中間スクリーンから前記第２投影光学系側の光路中に配置され、赤外線を透過又は反射して光路外に導く赤外分離膜を設けてい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】
前記中間スクリーンを覆うスクリーンカバーをさらに備え、
前記スクリーンカバーの表面に前記赤外分離膜として赤外線を反射する誘電体多層膜を設けてい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】
前記第２投影光学系において可視光を透過させる保護カバーをさらに備え、
前記保護カバーの表面に前記赤外分離膜として赤外線を反射する誘電体多層膜を設けてい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４】
前記中間スクリーンは、透過型の拡散スクリーンであることを特徴とする請求項２及び３のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項５】
前記中間スクリーンは、透過型の拡散スクリーンであり、前記赤外分離膜として赤外線を反射する誘電体多層膜が設けられてい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６】
前記中間スクリーンは、反射型の拡散スクリーンであることを特徴とする請求項２及び３のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項７】
前記中間スクリーンは、反射型の拡散スクリーンであり、前記赤外分離膜として赤外線を透過させる誘電体多層膜が設けられてい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８】
前記中間スクリーンを光軸方向に移動させる駆動部をさらに備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ装置置。
【請求項９】
前記中間スクリーンは、反射型の拡散スクリーンであり、
前記中間スクリーンの背面側に設けられて、前記中間スクリーンの熱を輻射により発散させる放熱部材をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３及び６〜８のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項１０】
表示部と、
前記表示部に形成された像を投影する第１投影光学系と、
前記第１投影光学系の光射出側に配置される反射型の中間スクリーンと、
前記中間スクリーン上の像を拡大する第２投影光学系と、
前記中間スクリーンの背面側に設けられて、前記中間スクリーンの熱を輻射により発散させる放熱部材と
を備え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１１】
前記放熱部材は、黒体塗料層であることを特徴とする請求項１０に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項１２】
前記放熱部材は、黒体シートであることを特徴とする請求項１０に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項１３】
前記放熱部材は、中間スクリーンよりも放射率の高い金属又は樹脂部材であることを特徴とする請求項１０に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項１４】
前記中間スクリーンを光路上で移動させる駆動部をさらに備えることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか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、視線の先に虚像を表示するヘッドアップディスプレイ装置に関し、特に自動車等への組み込みに適するヘッドアップディスプレイ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の移動体に組み込まれるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ：Head-Up Display）装置は、通常、前方車両よりも近い距離、例えばボンネットの先端部に虚像距離を設定することが多い。最近では、虚像距離を一定に保つものに限らず、３次元的なＡＲ（Augmented Reality）表示や、車速に応じた虚像距離で投影を行う車速対応表示に対するニーズが発生してきている。この場合、道路を横断している歩行者への重畳、或いは時速１００ｋｍ（秒速約２８ｍ）走行を考えると、虚像距離は、１０ｍ以上の遠距離となることが避けられない。
【０００３】
ＨＵＤ装置において、アイボックス内での明るさに均一性を持たせるために、結像位置に拡散作用を持たせたスクリーンを配置することが行われている（例えば特許文献１）。拡散作用を持たせたスクリーンを用いることで、運転者の目の位置が大きくずれた場合にも虚像の明るさが変わらないようにしている。また、類似する光学系として、表示部に形成された像を拡散作用を持たせた中間スクリーン上に投影し、中間スクリーン上の像を虚像として投影することも考えられる。かかるスクリーン又は中間スクリーンに拡散作用を持たせる方法として、表面に微細凹凸を形成したプラスチック製フィルムを用いることや、微細ビーズを含有したプラスチック層を設けたものを用いることが考えられる。
【０００４】
プラスチック製の中間スクリーンは、温度変動の影響を受けやすく、特に高温環境に対して弱いという傾向がある。ここで、ＨＵＤの虚像距離が長くなると、上記のようなプラスチック製の中間スクリーンについては、次のような不具合が生じる。すなわち、例えば表示部、１次投影光学系、中間スクリーン、２次投影光学系、及びコンバイナーを備えるＨＵＤ装置において、太陽光がウィンドシールドに設けたコンバイナー越しに１次投影光学系に直接入射したとき、太陽光は、２次投影光学系、中間スクリーン、及び１次投影光学系を経て、表示部へと進む。ここで、ＨＵＤ装置の虚像距離が長くなればなるほど、２次投影光学系により中間スクリーン上に無限遠の太陽像として絞られたスポットが形成され、プラスチック製の中間スクリーンにダメージを与えやすくなると考えられる。
【０００５】
特許文献２及び３では、太陽光の赤外線の入射による液晶製の表示部の熱ダメージを低減するため、光路中に配置される反射光学素子として、赤外光を透過する誘電体多層膜を有するコールドミラーを用いている。特に特許文献３では、コールドミラーの裏面にヒートシンクとしての放熱部を設けており、特許文献３は、熱伝導を主とする冷却となっている。ただし、特許文献２及び３のヘッドアップディスプレイ装置は、中間スクリーンを用いることが前提となっていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１５０９４７号公報
【特許文献２】特開２０１７−４４８５８号公報
【特許文献３】特開２０１５−８７４２２号公報
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、中間スクリーンに与えるダメージを抑制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。
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明に係る第１のヘッドアップディスプレイ装置は、表示部と、表示部に形成された像を投影する第１投影光学系と、第１投影光学系の光射出側に配置される中間スクリーンと、中間スクリーン上の像を拡大する第２投影光学系とを備えるヘッドアップディスプレイ装置であって、中間スクリーンから第２投影光学系側の光路中に配置され赤外線を透過又は反射して光路外に導く赤外分離膜を設けている。
【０００９】
上記ヘッドアップディスプレイ装置によれば、中間スクリーンから第２投影光学系側の光路中に配置され赤外線を透過又は反射して光路外に導く赤外分離膜を設けているので、中間スクリーンに入射する赤外線を低減でき、中間スクリーンに赤外線に起因するダメージが発生することを防止できる。
【００１０】
本発明の具体的な側面では、上記ヘッドアップディスプレイ装置において、中間スクリーンを覆うスクリーンカバーをさらに備え、スクリーンカバーの表面に赤外分離膜として赤外線を反射する誘電体多層膜を設けている。この場合、中間スクリーンをスクリーンカバーによって埃等から保護できるだけでなく赤外線からも保護することができる。
【００１１】
本発明の別の側面では、第２投影光学系において可視光を透過させる保護カバーをさらに備え、保護カバーの表面に赤外分離膜として赤外線を反射する誘電体多層膜を設けている。この場合、第２投影光学系を保護カバーによって埃等から保護できるだけでなく、中間スクリーンを保護カバーによって赤外線から保護することができる。
【００１２】
本発明のさらに別の側面では、中間スクリーンは、透過型の拡散スクリーンである。
【００１３】
本発明のさらに別の側面では、中間スクリーンは、透過型の拡散スクリーンであり、赤外分離膜として赤外線を反射する誘電体多層膜が設けられている。この場合、拡散スクリーンに入射した赤外線を反射させることで、中間スクリーン自体によって中間スクリーンを赤外線から保護することができる。
【００１４】
本発明のさらに別の側面では、中間スクリーンは、反射型の拡散スクリーンである。
【００１５】
本発明のさらに別の側面では、中間スクリーンは、反射型の拡散スクリーンであり、赤外分離膜として赤外線を透過させる誘電体多層膜が設けられている。この場合、拡散スクリーンに入射した赤外線を透過させることで、中間スクリーン自体によって中間スクリーンを赤外線から保護することができる。
【００１６】
本発明のさらに別の側面では、中間スクリーンを光軸方向に移動させる駆動部をさらに備える。この場合、虚像の投影距離を可変とすることができる。
【００１７】
本発明のさらに別の側面では、中間スクリーンは、反射型の拡散スクリーンであり、中間スクリーンの背面側に設けられて、中間スクリーンの熱を輻射により発散させる放熱部材をさらに備える。この場合、赤外分離膜を透過した減衰後の太陽光が中間スクリーンの温度を上昇させることを確実に防止することができる。
【００１８】
上記課題を解決するため、本発明に係る第２のヘッドアップディスプレイ装置は、表示部と、表示部に形成された像を投影する第１投影光学系と、第１投影光学系の光射出側に配置される反射型の中間スクリーンと、中間スクリーン上の像を拡大する第２投影光学系と、中間スクリーンの背面側に設けられて、中間スクリーンの熱を輻射により発散させる放熱部材とを備える。
【００１９】
上記ヘッドアップディスプレイ装置によれば、中間スクリーンに太陽光が入射して中間スクリーンを加熱しても、中間スクリーンの熱が放熱部材からの輻射によって裏面から発散され、中間スクリーンの温度上昇が抑えられる。
【００２０】
本発明の具体的な側面では、上記ヘッドアップディスプレイ装置において、放熱部材は、黒体塗料層である。
【００２１】
本発明の別の側面では、放熱部材は、黒体シートである。
【００２２】
本発明のさらに別の側面では、放熱部材は、中間スクリーンよりも放射率の高い金属又は樹脂部材である。
【００２３】
本発明のさらに別の側面では、中間スクリーンを光路上で移動させる駆動部をさらに備える。放熱部材は軽量化が容易であり、中間スクリーンを高速で安定して移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】（Ａ）は、第１実施形態のヘッドアップディスプレイ装置を車体に搭載した状態を示す側方断面図であり、（Ｂ）は、ヘッドアップディスプレイ装置を説明する車内側からの正面図である。
【図２】虚像表示光学系等の具体的な構成例を説明する拡大側方断面図である。
【図３】（Ａ）及び（Ｂ）は、中間スクリーンを組み込んだ拡散部の構造を説明する平面図及び側断面図であり、（Ｃ）は、中間スクリーンの回転に伴う機能領域の移動等を説明する図である。
【図４】（Ａ）は、拡散部のスクリーンカバーについて説明する拡大断面図であり、（Ｂ）は、スクリーンカバーの誘電体多層膜の反射特性を説明する図である。
【図５】中間像の位置の変化を具体的に例示する図である。
【図６】ヘッドアップディスプレイ装置を含む移動体用表示システムを説明するブロック図である。
【図７】第２実施形態のヘッドアップディスプレイ装置を説明する図である。
【図８】描画ユニットの保護カバーについて説明する拡大断面図である。
【図９】（Ａ）及び（Ｂ）は、第３実施形態のヘッドアップディスプレイ装置に組み込まれる中間スクリーンについて説明する拡大断面図である。
【図１０】第４実施形態のヘッドアップディスプレイ装置を説明する図である。
【図１１】（Ａ）は、拡散部の中間スクリーンについて説明する拡大断面図であり、（Ｂ）は、中間スクリーンの誘電体多層膜の反射特性を説明する図である。
【図１２】第５実施形態のヘッドアップディスプレイ装置を説明する図である。
【図１３】第６実施形態のヘッドアップディスプレイ装置を説明する図である。
【図１４】拡散部の中間スクリーンについて説明する拡大断面図である。
【図１５】第７実施形態のヘッドアップディスプレイ装置を説明する図である。
【図１６】（Ａ）は、第７実施形態のヘッドアップディスプレイ装置に組み込まれる中間スクリーン及びその周辺を説明する拡大断面図であり、（Ｂ）は、変形例を説明する拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
〔第１実施形態〕
以下、本発明に係る第１実施形態のヘッドアップディスプレイ装置について具体的に説明する。
【００２６】
図１（Ａ）及び１（Ｂ）は、ヘッドアップディスプレイ装置１００及びその使用状態を説明する概念的な側方断面図及び正面図である。このヘッドアップディスプレイ装置１００は、車体２内に搭載されるものであり、描画ユニット１０と表示スクリーン２０とを備える。ヘッドアップディスプレイ装置１００は、描画ユニット１０中の後述する描画デバイス１１に表示されている画像情報を、表示スクリーン２０を介して運転者ＤＲに向けて虚像表示するものである。
【００２７】
ヘッドアップディスプレイ装置１００のうち描画ユニット１０は、車体２のダッシュボード４内であってディスプレイ５０の背後に埋め込むように設置されており、運転関連情報等を含む画像に対応する表示光ＨＫを表示スクリーン２０に向けて射出する。表示スクリーン２０は、フロントウインドウ８上に貼り付けるように固定された半透過性を有する凹面鏡又は平面鏡であり、反射率を調節した誘電体多層膜又は金属膜からなる半透過反射膜を形成したシートとできるが、かかる半透過反射膜を有するフレネルレンズとすることもできる。表示スクリーン２０は、描画ユニット１０からの表示光ＨＫを車体２の後方に向けて反射する。表示スクリーン２０で反射された表示光ＨＫは、運転席３に座った運転者ＤＲの瞳ＨＴ及びその周辺位置に対応するアイボックス（不図示）に導かれる。運転者ＤＲは、表示スクリーン２０で反射された表示光ＨＫ、つまり車体２の前方にある虚像としての表示像ＩＭを観察することができる。一方、運転者ＤＲは、表示スクリーン２０を透過した外界光、つまり前方景色、自動車等の実像を観察することができる。結果的に、運転者ＤＲは、表示スクリーン２０の背後の外界像又はシースルー像に重ねて、表示スクリーン２０での表示光ＨＫの反射によって形成される運転関連情報等を含む表示像（虚像）ＩＭを観察することができる。
【００２８】
以上では、表示スクリーン２０をフロントウインドウ８上に貼り付けているが、フロントウインドウ８上に透過反射膜を直接形成することができ、表示スクリーン２０をフロントウインドウ８のガラス中に挟む構成とすることもできる。なお、フロントウインドウ８での反射角度が例えば６０度程度であれば、反射率が１５％程度確保され、特にコートを設けなくても透過性を有する反射面として用いることができる。表示スクリーン２０は、フロントウインドウ８とは別体で設置される独立型のコンバイナーとすることもできる。コンバイナーは、例えば下端の支持によってフロントウインドウ８に隣接してダッシュボード４上に立設される。
【００２９】
図２に示すように、描画ユニット１０は、表示部である描画デバイス１１を含む虚像型の拡大結像系である本体光学系１３と、本体光学系１３を動作させる表示制御部１８と、本体光学系１３等を収納するハウジング１４とを備える。表示制御部１８は、描画デバイス１１の表示タイミング等について制御を行う。本体光学系１３と表示スクリーン２０とを組み合わせたものは、虚像表示光学系３０を構成する。ハウジング１４は、本体光学系１３から表示スクリーン２０に向けて射出される表示光ＨＫを通過させる開口１４ａを有し、この開口１４ａを塞ぐように保護カバー１４ｂが配置されている。保護カバー１４ｂは、描画ユニット１０内の本体光学系１３等を埃等から保護する。保護カバー１４ｂは、光透過性を有するフィルム状又は薄板状の部材であり、可視光線である表示光ＨＫを通過させる。
【００３０】
本体光学系１３は、表示部としての描画デバイス１１のほかに、描画デバイス１１に形成された画像を拡大した中間像ＴＩを形成するための第１投影光学系１５と、中間像ＴＩの結像予定位置又はその近傍（以下では結像位置とも呼ぶ）に配置される拡散部１９と、拡散部１９に形成された像（中間像ＴＩそのものの他、中間像ＴＩから位置ズレして僅かにピントがボケたものも含み、強制中間像ＴＩ’とも呼ぶ）を拡大する第２投影光学系１７とを備える。
【００３１】
描画デバイス１１は、２次元的な表示面１１ａを有する表示部である。描画デバイス１１の表示面１１ａに形成された像は、本体光学系１３のうち第１投影光学系１５で拡大されて拡散部１９へ投影される。この際、２次元表示が可能な描画デバイス１１を用いることで、第１投影光学系１５が描画デバイス１１の表示面１１ａに形成された像を拡大するので、表示スクリーン２０越しに虚像として表示される表示像ＩＭの切り替えを比較的高速とできる。描画デバイス１１の動作は、後述する表示制御部１８によって拡散部１９に付随する回転駆動部６４の動作と同期するように制御されている。描画デバイス１１の表示素子は、ＤＭＤ（Digital Mirror Device）やＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon）等の反射型の素子であっても、液晶等の透過型の素子であってもよい。なお、液晶等を照明する発光体としては、バックライト、ＬＥＤ（light emitting diode）、半導体レーザー等を用いることができる。特に、描画デバイス１１としてＤＭＤを用いると、明るさを維持しつつ画像を高速で切り替えることが容易になり、虚像距離又は投影距離を変化させる表示に有利である。なお、描画デバイス１１は、虚像距離を変化させる場合には、それぞれの虚像距離に対して３０ｆｐｓ以上、さらに望ましくは６０ｆｐｓ以上のフレームレートで動作する。これにより、異なる虚像距離に複数の表示像（虚像）ＩＭを運転者ＤＲに対して同時に表示されているように見せることが容易になる。特に、９０ｆｐｓ以上で表示の切り替えを行う場合、ＤＭＤやＬＣＯＳが描画デバイス１１の候補となる。
【００３２】
第１投影光学系１５は、固定焦点のレンズ系であり、複数のレンズを有する。第１投影光学系１５は、描画デバイス（表示部）１１の表示面１１ａに形成された画像を中間像ＴＩ又は強制中間像ＴＩ’として拡散部１９上に適当な倍率で拡大投影する。
【００３３】
拡散部１９は、第１投影光学系１５による投影位置又は結像位置（つまり、中間像ＴＩの結像予定位置又はその近傍）に配置される部材であり、回転駆動部６４に駆動されて例えば一定速度で基準軸ＳＸの周りに回転する。つまり、回転駆動部６４は、拡散部１９（具体的には、後述する回転体１６ａの中間スクリーン１６）に、光軸ＡＸ方向に沿った可動範囲内において周期運動を行わせる。また、回転駆動部６４は、表示制御部１８の制御下で動作しており、中間スクリーン１６の回転位置や回転速度を、描画デバイス１１の投影タイミングに合わせて調整している。
【００３４】
図３（Ａ）及び３（Ｂ）に示すように、拡散部１９は、全体として円板に近い輪郭を有する螺旋状の回転体１９ａと、回転体１９ａを収納する円筒状の中空枠体であるスクリーンカバー１９ｂとを有する。
【００３５】
回転体１９ａは、中間スクリーン１６として機能し、中央部１９ｃと外周光学部１９ｐとを有する。回転体１９ａの外周光学部１９ｐに形成された一方の表面１９ｆは、平滑面又は光学面に形成されており、表面１９ｆ上には、全域に亘って拡散面１６ｍが形成されている。つまり、中間スクリーン１６は、拡散スクリーンである。拡散面１６ｍは、配光角を所望の角度に制御する部分である。拡散面１６ｍは、回転体１９ａに貼り付けられるシートとできるが、回転体１９ａの表面に形成された微細な凹凸パターンであってもよい。さらに、拡散面１６ｍは、回転体１９ａの内部に埋め込むように形成されたものであってもよい。拡散面１６ｍは、入射した表示光ＨＫを拡散させることによって中間像ＴＩ又は強制中間像ＴＩ’を形成する。回転体１９ａの外周光学部１９ｐに形成された他方の表面１９ｓは、平滑面又は光学面に形成されている。回転体１９ａは、光透過性を有する螺旋状の部材であり、一対の表面１９ｆ，１９ｓは、基準軸ＳＸを螺旋軸とする螺旋面となっている。結果的に、一方の表面１９ｆ上に形成された拡散面１６ｍも連続的な螺旋面に沿って形成されている。回転体１９ａ又は中間スクリーン１６は、基準軸ＳＸ又は光軸ＡＸ方向に関してほぼ等しい厚みｔを有する。拡散面１６ｍは、螺旋の一周期に対応する範囲に形成されており、拡散部１９の周に沿った一箇所には、拡散面１６ｍの切れ目として段差部１９ｊが形成されている。回転体１９ａすなわち中間スクリーン１６をこのような形状とすることで、中間スクリーン１６に設けた拡散面１６ｍの光軸ＡＸ方向の位置を連続的に変化させることが可能となり、虚像投影距離を変化させる投影が可能となる。
【００３６】
回転体１９ａにおいて、周方向に沿った一箇所は、第１投影光学系１５又は虚像表示光学系３０の光軸ＡＸが通る機能領域ＦＡとなっており、機能領域ＦＡにおける拡散面１６ｍの部分によって中間像ＴＩが形成される。この機能領域ＦＡは、回転体１９ａの回転に伴って回転体１９ａ上において一定速度で移動する。つまり、回転体１９ａを回転させつつその一部である機能領域ＦＡに表示光（映像光）ＨＫを入射させることで、機能領域ＦＡ又は中間像ＴＩの位置が光軸ＡＸに沿って往復移動する。図示の例では、拡散面１６ｍが螺旋の一周期に対応する範囲に形成されているので、回転体１９ａの１回転で拡散面１６ｍの機能領域ＦＡ又は中間像ＴＩは、光軸ＡＸ方向に段差に相当する距離だけ１往復することになる。
【００３７】
なお、第１投影光学系１５は、拡散部１９に設けた中間スクリーン１６又は拡散面１６ｍの位置によってピントぼけが生じないように、機能領域ＦＡの移動範囲以上の所定の焦点深度を有する。
【００３８】
スクリーンカバー１９ｂは、円柱状の外形輪郭を有し、円筒状の側面部１９ｅと、一対の円板状の端面部１９ｇ，１９ｈとで構成される。側面部１９ｅは、光透過性を有していなくてもよく、遮光体で形成することができる。一対の端面部１９ｇ，１９ｈは、可視波長域で高い透過性を有する材料で形成され、可視光線である表示光ＨＫを通過させるとともに、後述する赤外分離膜１９ｒ（図４（Ａ）参照）によって、赤外域、特に近赤外域で高い反射率を示す。一対の端面部１９ｇ，１９ｈは、平行平板であるが、自由曲面形状や非球面形状を有するものとできる。スクリーンカバー１９ｂ中の回転体１９ａは、一対の中心軸部６５を介してスクリーンカバー１９ｂに固定されており、スクリーンカバー１９ｂと回転体１９ａとは基準軸ＳＸの周りに一体的に回転する。このように、拡散面１６ｍを設けた回転体１９ａをスクリーンカバー１９ｂ中に配置することで、回転体１９ａに塵等が付着することを抑制でき、回転体１９ａの回転に伴う音の発生を抑制することができ、回転体１９ａの高速での回転を安定化させることが容易になる。なお、回転体１９ａは、その外周部分においてスクリーンカバー１９ｂに固定してもよい。
【００３９】
図４（Ａ）は、拡散部１９のスクリーンカバー１９ｂにおいて、第２投影光学系１７側に設けた一方の端面部１９ｈの構造を説明する断面図である。端面部１９ｈは、少なくとも可視波長域において光透過性を有する基材１９ｘの表面上に赤外分離膜１９ｒを形成したものである。赤外分離膜１９ｒは、誘電体多層膜であり、主に近赤外域の赤外線を反射する。なお、図示を省略しているが、スクリーンカバー１９ｂを構成する一対の端面部１９ｇ，１９ｈの両表面には、可視域の反射防止膜を形成することができる。
【００４０】
図４（Ｂ）は、赤外分離膜１９ｒの反射特性の一例を説明するチャートである。横軸は赤外分離膜１９ｒへの入射光の波長（ｎｍ）を示し、縦軸は入射光に対する透過率（％）を示している。反射特性曲線（実線）からも明らかなように、赤外分離膜１９ｒは、波長４５０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲で高い透過率を示すとともに、波長７５０ｎｍ〜１２５０ｎｍ（より厳密には１１５０ｎｍ）の範囲で高い反射率を示している。例えばＢ光として波長４６０ｎｍの光を利用し、Ｇ光として波長５２０ｎｍの光を利用し、Ｒ光として波長６２０ｎｍの光を利用する場合、赤外分離膜１９ｒでのＢ光、Ｇ光、及びＲ光の透過率は、それぞれ５３％、５２％、及び５４％となる。つまり、表示光ＨＫは、スクリーンカバー１９ｂによって若干遮られるが中間スクリーン１６で拡散され、十分な強度で第２投影光学系１７、表示スクリーン２０等に至る。一方、特定の方向からフロントウインドウ８に入射した太陽光ＳＬ（図２参照）は、表示スクリーン２０を通過し第２投影光学系１７を逆行して拡散部１９に至るが、スクリーンカバー１９ｂの赤外分離膜１９ｒによって反射されて内部への進入が阻止されるので、中間スクリーン１６又は回転体１９ａが太陽光ＳＬに起因する赤外線に曝されることを回避することができる。これにより、中間スクリーン１６の赤外線に起因するダメージを抑制することができる。
【００４１】
図２に戻って、第２投影光学系１７は、拡散部１９に形成された中間像ＴＩを表示スクリーン２０と協働して拡大し、運転者ＤＲの前方の表示スクリーン２０越しに虚像としての表示像ＩＭを形成する。第２投影光学系１７は、少なくとも１枚のミラーで構成されるが、図示の例では２枚のミラー１７ａ，１７ｂを含む。
【００４２】
図２等に示すヘッドアップディスプレイ装置１００において、回転駆動部６４によって拡散部１９を一定速度で基準軸ＳＸの周りに回転させることで、回転体１９ａ又は中間スクリーン１６の拡散面１６ｍが光軸ＡＸと交差する位置（具体的には、図３（Ａ）等に示す機能領域ＦＡ）も光軸ＡＸ方向に移動する。つまり、図３（Ｃ）に示すように、回転体１９ａの回転に伴って、中間スクリーン１６上の機能領域ＦＡは、例えば元の機能領域ＦＡ１から等角度でずれた位置に設定された隣接する機能領域ＦＡ２，ＦＡ３に順次シフトし、光軸ＡＸ方向に移動する。このような機能領域ＦＡの光軸ＡＸ方向への移動により、中間像ＴＩの位置も光軸ＡＸ方向に移動させることができる。拡散部１９が基準軸ＳＸの周りに回転することで、機能領域ＦＡに対応する中間像ＴＩの位置が光軸ＡＸ方向に繰り返し周期的に移動し、第２投影光学系１７によって表示スクリーン２０の背後に形成される虚像としての表示像ＩＭと観察者である運転者ＤＲとの距離を大きく、又は小さくすることができる。このように、表示制御部１８の制御下で、投影される表示像ＩＭの位置を前後に変化させるとともに、描画デバイス（表示部）１１による表示内容をその位置に応じたものとすることで、表示像ＩＭまでの投影距離又は虚像距離を変化させつつ表示像ＩＭの表示内容を変化させることになり、一連の投影像としての表示像ＩＭを３次元的なものとすることができる。
【００４３】
図５は、拡散部１９の回転に伴う中間像ＴＩの位置の変化を具体的に例示する図である。図２に示す中間スクリーン１６の機能領域ＦＡの中心は、光軸ＡＸ方向に沿って鋸歯状の経時パターンＰＡで繰り返し周期的に移動しており、中間像ＴＩの中心位置も、描画デバイス１１が継続的に表示を行っている場合、図示のように光軸ＡＸ方向に沿って鋸歯状の経時パターンＰＡで繰り返し周期的に移動する。つまり、中間像ＴＩの位置は、段差部１９ｊに対応する箇所で不連続的ながら、拡散部１９の回転に伴って連続的かつ周期的に変化する。この結果、図示を省略するが、表示像（虚像）ＩＭの位置も、スケールは異なるが、中間像ＴＩの位置と同様に光軸ＡＸ方向に沿って繰り返し周期的に移動し、投影距離を連続的に変化させることができる。描画デバイス１１は、厳密には連続表示を行うものでなく、表示内容を切り替りえつつ間欠的な表示を行うものであるから、中間像ＴＩの表示位置も鋸歯状の経時パターンＰＡ上における離散的な位置となる。経時パターンＰＡにおいて、最も近距離側又は第２投影光学系１７寄りの表示位置Ｐｎと、最も遠距離側又は反第２投影光学系１７寄りの表示位置Ｐｆとは、経時パターンＰＡの両端に設定される。また、経時パターンＰＡの途切れ目ＰＤは、拡散部１９の回転体１６ａに設けた段差部１９ｊに対応する。さらに、図３（Ｃ）に示す機能領域ＦＡ１，ＦＡ２，ＦＡ３の中心は、経時パターンＰＡ上の離散的な表示位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に対応する。
【００４４】
図６は、移動体用表示システム２００を説明するブロック図であり、移動体用表示システム２００は、その一部としてヘッドアップディスプレイ装置１００を含む。このヘッドアップディスプレイ装置１００は、図２に示す構造を有するものであり、ここでは説明を省略する。移動体用表示システム２００は、移動体である自動車等に組み込まれるものである。
【００４５】
移動体用表示システム２００は、ヘッドアップディスプレイ装置１００のほかに、環境監視部７２と、主制御装置９０とを備える。
【００４６】
環境監視部７２は、前方に近接する自動車、自転車、歩行者等を識別する部分であり、外部用カメラ７２ａと、外部用画像処理部７２ｂと、判断部７２ｃとを備える。外部用カメラ７２ａは、車体２内外の適所に設置されており、運転者ＤＲ又はフロントウインドウ８の前方、側方等の外部画像を撮影する。外部用画像処理部７２ｂは、外部用カメラ７２ａで撮影した画像に対して明るさ補正等の各種画像処理を行って判断部７２ｃでの処理を容易にする。判断部７２ｃは、外部用画像処理部７２ｂを経た外部画像からオブジェクトの抽出又は切り出しを行うことによって自動車、自転車、歩行者等の対象物の存否を検出するとともに、外部画像に付随する奥行情報から車体２前方における対象物の空間的な位置を算出する。
【００４７】
なお、外部用カメラ７２ａは、図示を省略しているが、例えば複眼型の３次元カメラである。つまり、外部用カメラ７２ａは、結像用のレンズと、ＣＭＯＳその他の撮像素子とを一組とするカメラ素子をマトリックス状に配列したものであり、撮像素子用の駆動回路をそれぞれ有する。外部用カメラ７２ａを構成する複数のカメラ素子は、例えば奥行方向の異なる位置にピントを合わせるようになっており、或いは相対的な視差を検出できるようになっており、カメラ素子から得た画像の状態（フォーカス状態、オブジェクトの位置等）を解析することで、画像内の各領域又はオブジェクトまでの距離を判定できる。
【００４８】
なお、上記のような複眼型の外部用カメラ７２ａに代えて、２次元カメラと赤外距離センサーとを組み合わせたものを用いても、撮影した画面内の各部（領域又はオブジェクト）に関して奥行方向の距離情報を得ることができる。また、複眼型の外部用カメラ７２ａに代えて、２つの２次元カメラを分離配置したステレオカメラによって、撮影した画面内の各部に関して奥行方向の距離情報を得ることができる。その他、単一の２次元カメラにおいて、焦点距離を高速で変化させながら撮像を行うことによっても、撮影した画面内の各部に関して奥行方向の距離情報を得ることができる。
【００４９】
表示制御部１８は、主制御装置９０の制御下で虚像表示光学系３０を動作させて、表示スクリーン２０の背後に虚像距離が変化する３次元的な表示像ＩＭを表示させる。表示像ＩＭは、例えば表示スクリーン２０の背後に存在する自動車、自転車、歩行者その他の対象物に対して、その奥行き方向等に関して周辺に位置するフレーム枠のような標識とすることができる。
【００５０】
主制御装置９０は、ヘッドアップディスプレイ装置１００、環境監視部７２等の動作を調和させる役割を有し、環境監視部７２によって検出した対象物の空間的な位置に対応するように、虚像表示光学系３０によって投影されるフレーム枠その他の標識の空間的な配置を調整する。
【００５１】
以上で説明した第１実施形態のヘッドアップディスプレイ装置１００によれば、中間スクリーン１６から第２投影光学系１７側の光路中（具体的にはスクリーンカバー１９ｂの位置）に配置され赤外線を透過又は反射して光路外に導く赤外分離膜１９ｒを設けているので、中間スクリーン１６に入射する赤外線を低減でき、中間スクリーン１６に赤外線に起因するダメージが発生することを防止できる。
【００５２】
以上の説明では、赤外分離膜１９ｒが誘電体多層膜であるとしたが、赤外分離膜１９ｒを金属膜その他の材料で形成され赤外線を反射する半透過膜とすることができる。
【００５３】
第１投影光学系１５や第２投影光学系１７は、図示のものに限らず様々な構成とでき、レンズや曲面ミラーに限らず平板ミラー等を組み込むこともできる。
【００５４】
中間スクリーン１６は、螺旋状のものに限らず、板状で光軸ＡＸ方向に往復移動するものであってもよく、厚みが異なる複数領域を有し複数領域を光路上に順次置き換えて光路長を変化させるようなものであってもよい。この場合も、中間スクリーンがスクリーンカバーで保護され、スクリーンカバーの外光入射側に赤外分離膜１９ｒを設けることで、中間スクリーンに入射する赤外線を低減できる。
【００５５】
〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置について説明する。なお、第２実施形態のヘッドアップディスプレイ装置は第１実施形態のヘッドアップディスプレイ装置を変形したものであり、特に説明しない事項は第１実施形態と同様である。
【００５６】
図７を参照して、ヘッドアップディスプレイ装置１００において、描画ユニット１０のハウジング１４の開口１４ａを覆うように配置された保護カバー２１４ｂは、可視波長域で高い透過性を有する材料で形成され、可視光線である表示光ＨＫを通過させるとともに、後述する赤外分離膜によって、赤外域、特に近赤外域で高い反射率を示す。
【００５７】
図８は、ハウジング１４の保護カバー２１４ｂの構造を説明する断面図である。保護カバー２１４ｂは、少なくとも可視波長域において光透過性を有する基材１４ｄの表面上に赤外分離膜２１４ｒを形成したものである。赤外分離膜２１４ｒは、誘電体多層膜であり、主に近赤外域の赤外線を反射する。なお、図示を省略しているが、保護カバー２１４ｂの表面には、反射防止膜を形成することができる。保護カバー２１４ｂに設けた赤外分離膜２１４ｒは、図４（Ａ）に示すスクリーンカバー１９ｂに設けた赤外分離膜１９ｒと同様のものとすることができ、図４（Ｂ）に示す赤外分離膜１９ｒの反射特性と同様の反射特性を持たせることができる。赤外分離膜２１４ｒは、誘電体多層膜に限らず、金属膜その他の材料で形成された半透過膜とすることもできる。
【００５８】
なお、第２実施形態の場合、スクリーンカバー１９ｂの位置に赤外分離膜１９ｒを設ける必要はない。
【００５９】
以上で説明した第２実施形態のヘッドアップディスプレイ装置１００によれば、中間スクリーン（拡散スクリーン）１６から第２投影光学系１７側の光路中（具体的には保護カバー２１４ｂの位置）に配置され赤外線を透過又は反射して光路外に導く赤外分離膜２１４ｒを設けているので、中間スクリーン１６に入射する赤外線を低減でき、中間スクリーン１６に赤外線に起因するダメージが発生することを防止できる。
【００６０】
なお、第１又は第２実施形態のヘッドアップディスプレイ装置１００において、拡散部１９が透過型の中間スクリーン１６を含むとしているが、拡散部１９は、反射型の中間スクリーン又は拡散素子を含むものであってもよい。
【００６１】
〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置について説明する。なお、第３実施形態のヘッドアップディスプレイ装置は第１実施形態のヘッドアップディスプレイ装置を変形したものであり、特に説明しない事項は第１実施形態と同様である。
【００６２】
図９（Ａ）は、第３実施形態のヘッドアップディスプレイ装置１００を構成する中間スクリーン１６の構造を説明する断面図である。中間スクリーン１６は、少なくとも可視波長域において光透過性を有する基材１６ｄのうち映像光の入射側における表面上に拡散面１６ｍに対応する光拡散層１６ｅを有し、その反対側に表面上に赤外分離膜３１９ｒを設けた拡散スクリーンである。赤外分離膜３１９ｒは、誘電体多層膜であり、可視光線を透過させるとともに、主に近赤外域の赤外線、つまり太陽光ＳＬの赤外成分を反射する。中間スクリーン１６に設けた赤外分離膜３１９ｒは、図４（Ａ）に示すスクリーンカバー１９ｂに設けた赤外分離膜１９ｒと同様のものとすることができ、図４（Ｂ）に示す赤外分離膜１９ｒの反射特性と同様の反射特性を持たせることができる。赤外分離膜３１９ｒは、誘電体多層膜に限らず、金属膜その他の材料で形成された半透過膜とすることができる。
【００６３】
この場合、中間スクリーン１６に赤外線が入射しても、中間スクリーン１６の内部に赤外線が入射せず、赤外線に起因するダメージが発生することを防止できる。
【００６４】
図９（Ｂ）は、図９（Ａ）に示す中間スクリーン１６の変形例を示す。この場合、中間スクリーン１６は、少なくとも可視波長域において光透過性を有する基材１６ｄのうち映像光の射出側における表面上に拡散面１６ｍに対応する光拡散層１６ｅを有し、その上に赤外分離膜３１９ｒを設けた拡散スクリーンである。赤外分離膜３１９ｒは、図９（Ａ）に示すものと同様の反射特性を有し、誘電体多層膜であり、可視光線を透過させるとともに、主に近赤外域の赤外線を反射する。
【００６５】
この場合、中間スクリーン１６に赤外線が入射しても、中間スクリーン１６の内部に赤外線が入射せず、赤外線に起因するダメージが発生することを防止できる。
【００６６】
〔第４実施形態〕
以下、第４実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置について説明する。なお、第４実施形態のヘッドアップディスプレイ装置は第１実施形態のヘッドアップディスプレイ装置を変形したものであり、特に説明しない事項は第１実施形態と同様である。
【００６７】
図１０を参照して、ヘッドアップディスプレイ装置１００において、描画ユニット１０は、本体光学系１３として、描画デバイス（表示部）１１、第１投影光学系１５、中間スクリーン４１６、及び第２投影光学系１７を備える。中間スクリーン４１６は、反射拡散型の光学素子であり、描画デバイス１１の表示面１１ａから射出され第１投影光学系１５を経た表示光ＨＫを受けて拡散面１６ｍに中間像ＴＩを形成し、拡散面１６ｍから中間像ＴＩに対応する反射光を射出する。第２投影光学系１７は、中間スクリーン４１６に形成された中間像ＴＩを表示スクリーン２０と協働して拡大し、運転者ＤＲの前方の表示スクリーン２０越しに虚像としての表示像ＩＭを形成する。この場合、中間スクリーン４１６は、固定タイプの拡散スクリーンであり、表示像ＩＭの投影距離を変化させないが、表示像ＩＭは、光軸ＡＸに対して大きく傾斜した面上に形成される。この際、例えば下側を近距離の投影像とすることができ、上側を遠距離の投影像とすることができる。
【００６８】
図１１（Ａ）は、第４実施形態のヘッドアップディスプレイ装置１００を構成する中間スクリーン４１６の構造を説明する断面図である。中間スクリーン４１６は、少なくとも可視波長域において光透過性を有する基材１６ｄの表面上に赤外分離膜４１９ｒを形成し、その上又は下に拡散面１６ｍに対応する光拡散層１６ｅを形成したものである。ここで、赤外分離膜４１９ｒは、中間スクリーン４１６において最も第２投影光学系１７側に配置されている。赤外分離膜４１９ｒは、誘電体多層膜であり、可視光線を反射するとともに、主に近赤外域の赤外線を透過させる。
【００６９】
図１１（Ｂ）は、赤外分離膜４１９ｒの反射特性の一例を説明するチャートである。反射特性曲線（実線）からも明らかなように、赤外分離膜４１９ｒは、波長４５０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲で高い反射率を示すとともに、波長７５０ｎｍ〜の範囲で高い透過率を示している。例えばＢ光として波長４６０ｎｍの光を利用し、Ｇ光として波長５２０ｎｍの光を利用し、Ｒ光として波長６２０ｎｍの光を利用する場合、赤外分離膜４１９ｒでのＢ光、Ｇ光、及びＲ光の透過率は、それぞれ０．３％、０．４％、及び２．３％となる。つまり、表示光ＨＫは、中間スクリーン４１６で反射されつつ拡散され、十分な強度で第２投影光学系１７、表示スクリーン２０等に至る。一方、特定の方向からフロントウインドウ８に入射した太陽光ＳＬ（図２参照）は、第２投影光学系１７を逆行して中間スクリーン４１６に至るが、中間スクリーン４１６を透過するので、中間スクリーン４１６に赤外線が留まらず、赤外線に起因するダメージが発生することを防止できる。
【００７０】
なお、赤外分離膜４１９ｒは、誘電体多層膜に限らず、金属膜その他の材料で形成された半透過膜とすることもできる。
【００７１】
以上の説明では、赤外分離膜４１９ｒと光拡散層１６ｅとが分離して形成されているとしたが、赤外分離膜４１９ｒと光拡散層１６ｅとを一体化した反射拡散層とすることもできる。例えば、表面にマイクロ構造を設けたプラスチック部材に対して、図１１（Ｂ）に示すような誘電体多層膜を形成しても良い。
【００７２】
〔第５実施形態〕
以下、第５実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置について説明する。なお、第５実施形態のヘッドアップディスプレイ装置は第１実施形態又は第４実施形態のヘッドアップディスプレイ装置を変形したものであり、特に説明しない事項は第１実施形態等と同様である。
【００７３】
図１２を参照して、ハウジング１４の開口１４ａを覆うように配置された保護カバー２１４ｂは、可視波長域で高い透過性を有する材料で形成され、可視光線である表示光ＨＫを通過させるとともに、図８に示す赤外分離膜２１４ｒと同様の赤外分離膜によって、赤外域、特に近赤外域で高い反射率を示す。なお、中間スクリーン５１６は、反射拡散型の光学素子であるが、図１１（Ａ）に示す中間スクリーン４１６のような赤外分離膜４１９ｒを有していない。
【００７４】
〔第６実施形態〕
以下、第６実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置について説明する。なお、第６実施形態のヘッドアップディスプレイ装置は第１実施形態又は第４実施形態のヘッドアップディスプレイ装置を変形したものであり、特に説明しない事項は第１実施形態等と同様である。
【００７５】
図１３を参照して、ヘッドアップディスプレイ装置１００において、描画ユニット１０に設けた中間スクリーン６１６は、透過拡散型の光学素子であり、描画デバイス（表示部）１１の表示面１１ａから射出され第１投影光学系１５を経た表示光ＨＫを受けて拡散面１６ｍに中間像ＴＩを形成し、拡散面１６ｍから中間像ＴＩに対応する透過光を射出する。第２投影光学系１７は、中間スクリーン６１６に形成された中間像ＴＩを表示スクリーン２０と協働して拡大し、運転者ＤＲの前方の表示スクリーン２０越しに虚像としての表示像ＩＭを形成する。中間スクリーン６１６は、固定タイプの拡散スクリーンであり、表示像ＩＭの投影距離を変化させない。
【００７６】
図１４は、第６実施形態のヘッドアップディスプレイ装置１００を構成する中間スクリーン６１６の構造を説明する断面図である。中間スクリーン６１６は、少なくとも可視波長域において光透過性を有する基材１６ｄの表面上に拡散面１６ｍに対応する光拡散層１６ｅを形成し、その上に赤外分離膜６１９ｒを形成したものである。ここで、赤外分離膜６１９ｒは、中間スクリーン６１６において最も第２投影光学系１７側に配置されている。赤外分離膜６１９ｒは、誘電体多層膜であり、可視光線を透過させるとともに、主に近赤外域の赤外線を反射する。赤外分離膜６１９ｒは、図４（Ａ）に示すスクリーンカバー１９ｂに設けた赤外分離膜１９ｒと同様のものとすることができ、図４（Ｂ）に示す赤外分離膜１９ｒの反射特性と同様の反射特性を持たせることができる。赤外分離膜６１９ｒは、誘電体多層膜に限らず、金属膜その他の材料で形成された半透過膜とすることもできる。
【００７７】
〔第７実施形態〕
以下、第７実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置について説明する。なお、第７実施形態のヘッドアップディスプレイ装置は第４実施形態のヘッドアップディスプレイ装置等を変形したものであり、特に説明しない事項は第４実施形態等と同様である。
【００７８】
図１５を参照して、ヘッドアップディスプレイ装置１００において、描画ユニット１０中の本体光学系１３は、描画デバイス１１と、描画デバイス１１に形成された画像を拡大した中間像ＴＩを形成可能な第１投影光学系１５と、中間像ＴＩの結像位置に近接して光路後段に配置される中間スクリーン７１６と、中間像ＴＩを虚像に変換する第２投影光学系１７とを備える。本体光学系１３のうち第２投影光学系１７と、本体光学系１３の上方に配置された表示スクリーン２０とを組み合わせたものは、射出側合成光学系３０ｂを構成する。
【００７９】
第１投影光学系１５は、本体レンズ１５ａと、折曲げミラー１５ｂとを有する。本体レンズ１５ａは、固定焦点のレンズ系であり、図示を省略するが、複数のレンズを有する。第１投影光学系１５は、描画デバイス１１の表示面１１ａに形成された画像を適当な倍率に拡大投影し、中間スクリーン７１６の表面に設けた拡散面１６ｍに近接した位置に中間像ＴＩ（又は拡散面１６ｍの位置に強制中間像ＴＩ’）を形成する。
【００８０】
中間スクリーン７１６は、表面に拡散面１６ｍを設けた拡散部材である。拡散面１６ｍは、拡散特性を有する反射面である。つまり、中間スクリーン７１６は、反射型の中間スクリーン又は拡散スクリーンとして配置されている。拡散面１６ｍは、全体に亘って反射率９０％以上を確保することが望ましい。拡散面１６ｍは、結像位置（つまり中間像ＴＩの結像予定位置又はその近傍）において強制中間像ＴＩ’を形成する。拡散面１６ｍは、反射拡散角を所望の角度に制御することができる。後述するように中間スクリーン７１６又は拡散面１６ｍを光軸ＡＸ方向に移動させることにより、強制中間像ＴＩ’の位置も光軸ＡＸ方向に移動させることができる。拡散面１６ｍに強制中間像ＴＩ’が形成されるため、ここが新たな２次光源となって光が拡散するので、第２投影光学系１７で拡大投影してもアイボックスＥＢを広く確保することができる。中間スクリーン７１６又は拡散面１６ｍとしては、例えば拡散板、拡散スクリーン、マイクロレンズアレイ等を用いることができる。
【００８１】
中間スクリーン７１６は、焦点距離を変更するため可動型になっている。往復駆動部６２は、中間スクリーン７１６を光路上で移動させる。中間スクリーン７１６は、配置変更用の往復駆動部６２に駆動されて例えば一定速度又は周期的な運動で光軸ＡＸに略平行な方向に沿って移動する。往復駆動部６２によって中間スクリーン７１６又は拡散面１６ｍを光軸ＡＸに沿って移動させることで、第２投影光学系１７によって表示スクリーン（コンバイナー）２０の背後に形成される虚像としての表示像ＩＭと観察者である運転者ＵＮとの距離を長く、又は短くすることができる。つまり、往復駆動部６２は、本体光学系１３の配置を変化させて投影距離を変化させる。このように、投影される表示像ＩＭの位置を前後に変化させるとともに、表示内容をその位置に応じたものとすることで、第１実施形態の場合と同様に、表示像ＩＭまでの虚像距離又は投影距離を変化させつつ表示像ＩＭを変化させることになり、一連の投影像としての表示像ＩＭを３次元的なものとすることができる。
【００８２】
第２投影光学系１７は、中間スクリーン７１６の拡散面１６ｍに形成された強制中間像ＴＩ’を表示スクリーン２０と協働して拡大する拡大光学系であり、運転者ＵＮの前方に虚像としての表示像ＩＭを形成する。第２投影光学系１７は、単一の自由曲面ミラー７１７ａのみで構成される。ここで、自由曲面ミラー７１７ａは、全体として凹形状を有し、光学的なパワーを有している。自由曲面ミラー７１７ａは、アイボックスＥＢの縦方向に関して、射出方向を入射方向に対して傾けた偏芯タイプ又は非正面反射型の光学素子となっている。
【００８３】
図１６（Ａ）を参照して、反射型の中間スクリーン７１６とその周辺部分とについて説明する。中間スクリーン７１６は、薄い板状体である。中間スクリーン７１６の拡散面１６ｍは、板状基材１６ｓに支持され、板状基材１６ｓは、筒状の支持体６３によって周囲から支持されている。中間スクリーン７１６の裏面側、つまり拡散面１６ｍの反対側面１６ｋ上には、薄い層状の放熱部材８１が設けられている。放熱部材８１は、具体的には黒体塗料層８１ａであり、中間スクリーン７１６で吸収された熱を輻射によって発散させる放熱面８１ｅを有する。黒体塗料層８１ａは、黒体塗料を反対側面１６ｋ上に塗布して硬化させることで形成される。黒体塗料は、放射率が黒体に近い塗料であり、例えばシリコンジルコニウム酸化物、酸化クロム、酸化鉄系無機顔料等で形成される。黒体塗料層８１ａを設けることで、中間スクリーン７１６に太陽光ＳＬが入射して中間スクリーン７１６を加熱しても、中間スクリーン７１６の熱が黒体塗料層８１ａによって裏面から放射熱ＴＲとして効率的に放熱される。この際、黒体塗料層８１ａが中間スクリーン７１６の裏面に近接して設けられており、中間スクリーン７１６の放熱効率を高めることができる。結果的に、中間スクリーン７１６の温度上昇が抑えられる。なお、中間スクリーン７１６の支持体６３を熱伝導性の高い金属等で形成すれば、中間スクリーン７１より冷却効果が高まる。さらに、黒体塗料層８１ａは、軽量であり、中間スクリーン７１６を含めた移動部分の質量を実質的に増加させないので、中間スクリーン７１６の可動特性を劣化させない。なお、放熱フィンのように熱伝導を主として用いる手法では、放熱部が大きくなって可動部の慣性質量を増加させる傾向が生じる。
【００８４】
図１６（Ｂ）に示すように、中間スクリーン７１６の裏面側には、放熱部材８１として、黒体塗料層８１ａの代わりに黒体シート８１ｂが貼り付けられている。黒体シート８１ｂは、黒体塗料層８１ａと同様の材料からなる黒体を樹脂に混入させた基材シートの片面に接着層を設けたものである。黒体シート８１ｂによっても、中間スクリーン７１６の温度上昇が抑えられる。なお、黒体シート８１ｂに代えて、中間スクリーン７１６よりも放射率の高い金属部材又は樹脂部材を用いることができ、板状基材１６ｓに比較して十分放射率の高い薄板状の放射素子８１ｃを配置することができる。具体的には、放射素子８１ｃとして、黒体又はこれに準じた放射項率を有する物に限らず、例えばアクリル（放射率０．９）に比較して放射率が高い黒アルマイトアルミ（放射率０．９５）や、カーボンを混入させた樹脂材を用いることができる。放射素子８１ｃは、表面にエンボス加工のような多数の凹凸を設けたシートとすることができ、さらに、シート状のものに限らず立体的な形状とすることができる。
【００８５】
以上では、具体的な実施形態としてのヘッドアップディスプレイ装置置について説明したが、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、上記のものには限られない。例えば、第１又は第２実施形態のヘッドアップディスプレイ装置１００において、拡散部１９が透過型の中間スクリーン１６を含むとしているが、拡散部１９は、反射型の中間スクリーン又は拡散スクリーンを含むものであってもよい。この場合、投影光学系１７に対して描画デバイス１１、第１投影光学系１５等を拡散部１９からの反射光の光路と干渉しないように配置する。また、拡散部１９は、反射型の中間スクリーン又は拡散スクリーンである場合において、反射型の中間スクリーン１６の裏面側に、放熱部材８１として、図１６（Ａ）に示す黒体塗料層８１ａを設けたり、図１６（Ｂ）に示す黒体シート８１ｂを貼り付けたりすることができる。放熱部材８１を設けることで、赤外分離膜１９ｒ，２１４ｒを透過してある程度減衰した太陽光ＳＬが中間スクリーン１６の温度を上昇させることを確実に防止することができる。
【符号の説明】
【００８６】
ＡＸ…光軸、  ＤＲ…運転者、  ＦＡ…機能領域、  ＨＫ…表示光、  ＨＴ…瞳、  ＩＭ…表示像、  ＰＡ…経時パターン、  ＳＬ…太陽光、  ＳＸ…基準軸、  ＴＩ…中間像、  ２…車体、  ８…フロントウインドウ、  １０…描画ユニット、  １１…描画デバイス、  １１ａ…表示面、  １３…本体光学系、  １４…ハウジング、  １４ａ…開口、  １４ｂ，２１４ｂ…保護カバー、  １４ｄ…基材、  １５…投影光学系、  １６，４１６，５１６，６１６…中間スクリーン、  １６ａ…回転体、  １６ｄ…基材、  １６ｅ…光拡散層、  １６ｍ…拡散面、  １７…投影光学系、  １８…表示制御部、  １８ａ…基材、  １９…拡散部、  １９ａ…回転体、  １９ｂ…スクリーンカバー、  １９ｇ，１９ｈ…端面部、  １９ｒ，２１４ｒ，３１９ｒ，４１９ｒ，６１９ｒ…赤外分離膜、  ２０…表示スクリーン、  ３０…虚像表示光学系、  ６４…回転駆動部、  ７２…環境監視部、  ９０…主制御装置、  １００…ヘッドアップディスプレイ装置、  ２００…移動体用表示システム
【図１】
2020056984.tif 000003
【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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