(57)【要約】【課題】  表示手段の容積が抑制され小型化が容易なヘッドアップディスプレイ装置を提供する。【解決手段】  本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置１１は、車両のフロントウインドシールド１２に表示光Ｌを投影し、フロントウインドシールド１２を透過する実景に重ねてフロントウインドシールド１２に反射された表示光Ｌにより虚像Ｖを生成して表示するもので、表示光Ｌを出射する表示手段１５が、制御部１８に制御されて光を出射する表示器１９と、表示器１９の出射光が通過するコリメート光学系２０、ライトガイド２１、偏向部２２及び拡散板２３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】
車両に設けられた反射透光部材に表示光を投影し、前記反射透光部材を透過する実景に重ねて前記反射透光部材に反射された表示光により虚像を生成して表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記表示光を出射する表示手段が、制御部に制御されて光を出射する表示器と、前記表示器の出射光が通過するコリメート光学系、導光体、偏向部及び拡散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２】
前記コリメート光学系、前記導光体、前記偏向部及び前記拡散部材は、この順で前記表示器の出射光が通過するように配置さ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３】
前記表示器は、プロジェクター又はマイクロＬＥＤディスプレイであることを特徴とする請求項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】
前記偏向部は、前記偏向部の出射光が仮想的な一点から出射するように、所定間隔の穴を有する複数のマスクが組み合わせられてなることを特徴とする請求項１乃至請求項３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】
本発明は、車両のフロントウインドシールドやコンバイナ等に虚像を表示するヘッドアップディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両のフロントウインドシールドやコンバイナ等の反射透光部材を透過する実景（車両前方の風景）に重ねて、その反射透光部材に反射された表示光により虚像を生成して表示するヘッドアップディスプレイ装置は、車両を運転する視認者の視線移動を極力抑えつつ、視認者が所望する情報を虚像により提供することによって、安全で快適な車両運行に寄与する。
【０００３】
例えば特許文献１に記載のヘッドアップディスプレイ装置は、車両のダッシュボードに設けられてフロントウインドシールドに表示光を投影し、フロントウインドシールドで反射された表示光により視認者に虚像表示面上の虚像を視認させる。同特許文献では、車両が進行する路面と略平行な第１の虚像表示面上にある第１の虚像と、車両の進行方向と垂直な方向に略平行な第２の虚像表示面上にある第２の虚像とが、所定の角度をなすように表示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−２１２３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に記載のヘッドアップディスプレイ装置は、２つの虚像を表示するものであるが、より単純な１つの虚像を表示する構成について、図４により説明すると、この従来のヘッドアップディスプレイ装置１は、車両のフロントウインドシールド２の下方に位置するカバーガラス３が形成されたダッシュボード４の内部に設けられ、表示手段５と、折返鏡６と、凹面鏡７と、制御部８とを備える。
【０００６】
表示手段５は、特許文献１の第１の画像表示部や第２の画像表示部と同様に、プロジェクターからなり制御部８に制御されて光を投影する投影部９と、投影部９の投影光を受光し、画像を含む表示光Ｌを折返鏡６に向けて出射するスクリーン１０とを備える。表示手段５からの表示光Ｌは、折返鏡６及び凹面鏡７で反射され、カバーガラス３を透過してフロントウインドシールド２に投影される。フロントウインドシールド２に投影された表示光Ｌは、視認者（一般には、車両の運転者）Ｄの側に反射され、虚像Ｖを生成してフロントウインドシールド２を透過する実景に重ねて視認者Ｄに表示する。
【０００７】
しかしながら、ヘッドアップディスプレイ装置１では、投影部９とスクリーン１０との間に一定の間隔を設ける必要があるため、表示手段５の容積が大きくなり、ヘッドアップディスプレイ装置全体としても小型化が難しいという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、表示手段の容積が抑制され小型化が容易なヘッドアップディスプレイ装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、車両に設けられた反射透光部材に表示光を投影し、前記反射透光部材を透過する実景に重ねて前記反射透光部材に反射された表示光により虚像を生成して表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、前記表示光を出射する表示手段が、制御部に制御されて光を出射する表示器と、前記表示器の出射光が通過するコリメート光学系、導光体、偏向部及び拡散部材とを備えることを特徴とする。
【００１０】
前記コリメート光学系、前記導光体、前記偏向部及び前記拡散部材は、この順で前記表示器の出射光が通過するように配置されていることが好ましい。
【００１１】
また、前記表示器は、プロジェクター又はマイクロＬＥＤディスプレイであることが好ましく、前記偏向部は、前記偏向部の出射光が仮想的な一点から出射するように、所定間隔の穴を有する複数のマスクが組み合わせられてなることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置によれば、表示手段の容積が抑制され、ヘッドアップディスプレイ装置の小型化が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】発明を実施するための形態に係るヘッドアップディスプレイ装置を示す説明図である。
【図２】（ａ）は図１のヘッドアップディスプレイ装置の表示手段を示す側面図、（ｂ）はその平面図である。
【図３】図１のヘッドアップディスプレイ装置の偏向部による光の偏向を示す説明図である。
【図４】従来のヘッドアップディスプレイ装置を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１に示すように、本実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ）１１は、車両のフロントウインドシールド１２の下方に位置するカバーガラス１３が形成されたＨＵＤ用筐体１４の内部に設けられ、フロントウインドシールド１２の一部に表示光Ｌを投影する。表示光Ｌは、フロントウインドシールド１２に反射されて虚像Ｖを生成し、視認者Ｄにフロントウインドシールド１２を透過する実景に重ねて虚像Ｖを視認させる。
【００１６】
詳細には、ＨＵＤ１１は、後述する表示手段１５と、平面部分を有するように成形されたポリカーボネート等の樹脂にアルミニウム等の金属を蒸着してなり、光を単純に反射する反射ミラーとしての折返鏡１６と、凹面部分を有するように成形されたポリカーボネート等の樹脂にアルミニウム等の金属を蒸着してなり、光を拡大して反射する凹面鏡１７と、マイクロプロセッサ及びそれを動作させるための各種電子部品、基板、ケースからなり、車両情報や視認者Ｄからの入力に基づいてＨＵＤ１１の映像を適切に表示させる制御部１８とを備える。
【００１７】
図２に示すように、表示手段１５は、制御部１８に制御されて光を投影表示する表示器１９と、表示器１９からの投影光（出射光）を平行光に変換するコリメート光学系２０と、コリメート光学系２０からの出射光が入射し、後述する第１、第２の偏向手段により一定の範囲（偏向部２２の形成範囲もしくは拡散板２３の形成範囲）に渡って光を出射するライトガイド２１と、ライトガイド２１からの出射光が入射し、その出射光が仮想的な一点から出射するように光の方向を制限する偏向部２２と、偏向部２２からの出射光が入射し、それを拡散させて表示光Ｌを折返鏡１６に向けて出射する拡散板２３とを有する。
【００１８】
表示器１９は、ＤＭＤやＬＣｏＳ等の反射型表示デバイスを用いたプロジェクター又はマイクロＬＥＤディスプレイからなり、コリメート光学系２０は、ガラス製の凸レンズ（両凸レンズ）であるコリメートレンズ等からなる。
【００１９】
また、ライトガイド２１は、その入射光を第１の偏向手段（第１の光反射膜）２１ａでライトガイド２１の内部に導き、第２の偏向手段（第２の光反射膜）２１ｂでライトガイド２１の外部に広範囲に出射させる。第１の偏向手段２１ａ及び第２の偏向手段２１ｂはライトガイド２１の内部に配設されている。そして、第１の偏向手段２１ａは、ライトガイド２１に入射された光を反射し、第２の偏向手段２１ｂは、ライトガイド２１の内部を全反射により伝播した光を、複数回に渡り、透過、反射し、ライトガイド２１から出射させる。すなわち、第１の偏向手段２１ａは反射鏡として機能し、第２の偏向手段２１ｂは半透過鏡として機能する。なお、このように内部に第１の偏向手段２１ａ及び第２の偏向手段２１ｂが配設されたライトガイド２１に関しては、特開２０１４−７８０２２号公報に開示されている。
【００２０】
偏向部２２は、図３に示すように、互いに対向する２枚（一対）のマスク２４，２５により構成され、ライトガイド２１からの光の出射範囲に対応させて、ライトガイド２１の配設位置よりも視認者Ｄ側に近い位置に配置されている。マスク２４は、ポリカーボネート製の平面板に、水平方向（図２の左右方向）・垂直方向（図２（ａ）の紙面垂直方向、図２（ｂ）の上下方向）に等間隔のピッチｐ１で円形の穴２６が開けられたパターンを印刷してなり、マスク２５も、同様に、ポリカーボネート製の平面板に、水平方向・垂直方向に等間隔のピッチｐ２で円形の穴２７が開けられたパターンを印刷してなる。ピッチｐ１及びピッチｐ２は、マスク２４における両端の穴２６の距離をＷ、画素数（水平方向・垂直方向の穴２６の数：像を構成するドットの数）をＭ、ＨＵＤ１１の光学系の光学的特性で決まる仮想的な一点（視点Ｅ）の位置（偏向部２２から視点Ｅまでの距離）をｄ、マスク２４とマスク２５との間の離間距離をｇ、ＨＵＤ１１の光学系の光学的特性で決まる見込み角をθとすると、次式（数１、数２、数３）を満たす。
【００２１】
【数１】
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【００２２】
【数２】
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【００２３】
【数３】
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【００２４】
拡散板２３は、ポリカーボネート製の平面板からなり、拡散板２３から出射する表示光Ｌは、従来のＨＵＤのスクリーンから出射する表示光と同様の光線分布を有する。また、この場合、拡散板２３は、偏向部２２からの光の出射範囲に対応させて、偏向部２２の配設位置よりも視認者Ｄ側に近い位置に配置されている。
【００２５】
この表示手段１５からの表示光Ｌは、折返鏡１６で反射され、次いで、凹面鏡１７で拡大して反射され、カバーガラス１３を透過してフロントウインドシールド１２に投影される。フロントウインドシールド１２に投影された表示光Ｌは、視認者Ｄの側に拡大して反射され、虚像Ｖを生成してフロントウインドシールド１２を透過する実景に重ねて視認者Ｄに表示する。
【００２６】
本実施の形態に係るＨＵＤ１１では、表示光Ｌを出射する表示手段１５が、制御部１８に制御されて光を出射する表示器１９と、表示器１９の出射光が通過するコリメート光学系２０、ライトガイド２１、偏向部２２及び拡散板２３とを備え、コリメート光学系２０、ライトガイド２１、偏向部２２及び拡散板２３は、表示器１９に近接して配置することができるので、スクリーンを用いる従来の構成と異なり、光学系における一定の離間距離の確保が不要で、表示手段１５の容積が抑制され、ＨＵＤ１１の小型化が容易となっている。特に、表示器１９に小型のプロジェクターやマイクロＬＥＤディスプレイを用いることにより、ＨＵＤ１１の一層の小型化を図ることができる。
【００２７】
以上、本発明を実施するための形態について例示したが、本発明の実施形態は上述したものに限られず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更等してもよい。
【００２８】
例えば、上記実施の形態では、車両のフロントウインドシールドを反射透光部材として表示光を投影したが、フロントウインドシールドに代えてコンバイナを用いてもよい。
【００２９】
また、偏向部のマスクは、パターンを印刷した２枚の樹脂板により構成せず、１枚の透明の樹脂板の表裏の一方にマスク２４に相当するマスクをパターン印刷し、他方にマスク２５に相当するマスクをパターン印刷して構成してもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１１  ヘッドアップディスプレイ装置
１２  フロントウインドシールド（反射透光部材）
１５  表示手段
１８  制御部
１９  表示器
２０  コリメート光学系
２１  ライトガイド（導光体）
２２  偏向部
２３  拡散板（拡散部材）
２４  マスク
２５  マスク
２６  穴
２７  穴
Ｌ    表示光
Ｖ    虚像
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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