(57)【要約】【課題】ヘッドアップディスプレイを取り付けることのできる位置や空間が限られている場合においても、視認性が高く、小型の画像表示装置を提供する。【解決手段】画像表示装置１０は、画像信号に基づいて生成した画像表示光を投射する投射口３０１と、投射口３０１から投射された画像表示光を反射して虚像を提示するコンバイナ４００とを備える。コンバイナ４００は、コンバイナ４００の反射面４１０に沿った特定方向について、投射口３０１からの距離が遠くなるほど、特定方向の曲率が小さくなる。コンバイナ４００の反射面４１０は、バイコーニック面で構成されていてもよい。【選択図】図１１
2014021394.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像信号に基づいて生成された画像表示光を投射する投射口と、
前記投射口から投射された画像表示光を反射して虚像を提示するコンバイナと、
を備え、
前記コンバイナは、前記コンバイナの反射面に沿った特定方向について、前記投射口からの距離が遠くなるほど、前記特定方向の曲率が小さくなることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記コンバイナは、前記反射面がバイコーニック面で構成されることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記コンバイナを介して虚像が視認される視線方向をｚ軸方向とし、そのｚ軸方向に直交する方向をｘ軸方向、そのｚ軸方向およびそのｘ軸方向に直交する方向をｙ軸方向とした場合に、
前記コンバイナは、
前記投射口から投射される画像表示光の投射軸と前記反射面とが交わる投射位置と、
前記反射面を構成するバイコーニック面のｘ軸方向の曲率およびｙ軸方向の曲率がともに最大となる頂点位置と、
が異なる位置に設けられることを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記コンバイナは、前記反射面における前記投射位置と、前記反射面における前記頂点位置とが、前記ｙ軸方向において異なることを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記コンバイナは、
前記反射面を構成するバイコーニック面とｘｚ平面との交線が楕円線となる形状であり、
前記反射面を構成するバイコーニック面とｙｚ平面との交線が双曲線となる形状であることを特徴とする請求項３または４に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘッドアップディスプレイと呼ばれる画像表示装置が知られている。ヘッドアップディスプレイはコンバイナと呼ばれる光学素子を有している。このコンバイナは、外来光を透過すると共に、ヘッドアップディスプレイが備える光学ユニットから投射された画像表示光を反射する。これによりユーザは、コンバイナを介して、画像表示光に係る画像を風景に重畳して視認することができる。
【０００３】
このヘッドアップディスプレイと呼ばれる画像表示装置によれば、車の運転者が、車外の景色を視認する視線方向や焦点位置をほとんど変化させることなく光学ユニットから投射された画像の情報をあわせて認識することができるため、車載用の画像表示装置として近年注目を集めている。
【０００４】
例えば特許文献１には、Ｘ軸ステージ、Ｚ軸ステージ、及び回転ステージを用いることにより、ユーザが視認できる空間を調整する、車両のダッシュボードに搭載させるヘッドアップディスプレイが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２７８６２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで上述したようなヘッドアップディスプレイは、より小型であることが求められる。例えば車両に搭載するヘッドアップディスプレイでは、ヘッドアップディスプレイを取り付けることのできる位置や空間が限られていることから、搭載されるコンバイナはより小型であることが求められる。一方で、運転者であるユーザの視認性を高めるため、小型のコンバイナに大きな虚像を提示させようとすると、収差の影響が大きくなり画像が歪む可能性がある。
【０００７】
本発明は上述の事情に鑑みてされたものであり、取り付けられる位置や空間に制限がある場合でも、収差による画像の歪みを低減することができる小型の画像表示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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明のある態様は画像表示装置である。この装置は、画像信号に基づいて画像表示光を生成する画像生成部と、画像生成部が生成した画像表示光を投射する投射口と、投射口から投射された画像表示光を反射して虚像を提示するコンバイナとを備える。コンバイナは、コンバイナの反射面４１０に沿った特定方向について、投射口からの距離が遠くなるほど、特定方向の曲率が小さくなる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、取り付けられる位置や空間に制限がある場合でも、収差による画像の歪みを低減することのできる小型の画像表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の車両用表示装置であるヘッドアップディスプレイについて車両内部からの視野により示す斜視図である。
【図２】図１のヘッドアップディスプレイについてのウィンドシールド側からの視野により示す斜視図である。
【図３】光学ユニットの内部構成を光の経路と共に示す図である。
【図４】光学ユニットの内部構成を光の経路と共に示す図である。
【図５】光学ユニットの内部の一部及び基板収納部の内部の一部について示す図である。
【図６】図５において、ヒートシンク及びフレキシブルケーブルを取り外した際の様子について示す図である。
【図７】ルームミラーに取付けられたヘッドアップディスプレイの側面図である。
【図８】ルームミラーに取付けられたヘッドアップディスプレイの正面図である。
【図９】コンバイナに投射される画像（虚像）の視認領域について示す図である。
【図１０】コンバイナに投射される画像（虚像）の視認領域について示す図である。
【図１１】コンバイナの形状を示す斜視図である。
【図１２】図１１のコンバイナを示す側面図である。
【図１３】図１１のコンバイナを示す上面図である。
【図１４】コンバイナを介してユーザに提示される画像表示光の光路を示す側面図である。
【図１５】運転者であるユーザの視点が移動した場合の画像表示光の光路を示す側面図である。
【図１６】コンバイナを介してユーザに提示される画像表示光の光路を示す上面図である。
【図１７】右ハンドル車用に取付けられたヘッドアップディスプレイにおいて、投射部及びコンバイナが取り外されたときの様子を示す図である。
【図１８】左ハンドル車用に基板収納部を付け替えたときの様子を示す図である。
【図１９】左ハンドル車用に付け替えられたヘッドアップディスプレイを示す図である。
【図２０】基板収納部をルームミラーに取り付けるための取付部材を示す斜視図である。
【図２１】図１４の取付部材における取付プレートの三面図である。
【図２２】ルームミラーに取り付けられたヘッドアップディスプレイを示す斜視図である。
【図２３】基板収納部の第１取付面が取付プレートに接するように取り付けられた場合の止めネジ部分の断面図である。
【図２４】基板収納部の第２取付面が取付プレートに接するように取り付けられた場合の止めネジ部分の断面図である。
【図２５】取付プレートの変形例について示す図である。
【図２６】コンバイナが収納ヒンジにより折り曲げられた様子を示す側面図である。
【図２７】コンバイナが収納ヒンジにより折り曲げられた様子を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。かかる実施形態に示す具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１２】
［本実施形態に係る車両用表示装置の外観構成］
本実施形態に係る車両用表示装置として、車両が備えるルームミラー（バックミラー）に取り付けられて使用されるヘッドアップディスプレイを例に挙げ、図１及び図２を参照して、その外観構成について説明する。図１は、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ１０を、このヘッドアップディスプレイ１０が取り付けられたルームミラー６００から車両の図示しないウィンドシールドの方に向かう視野により観察した態様を示す斜視図である。また図２は、同じく図示しないウィンドシールドからルームミラー６００の方に向かう視野により、ヘッドアップディスプレイ１０を観察した態様を示す斜視図である。以後の説明において、前後、左右及び上下で示される方向は、それぞれ車両の前方、後方、車両の左側方向、右側方向、車両が配置された路面に垂直で当該面から車両側の方向及びその反対方向を意味する。
【００１３】
ヘッドアップディスプレイ１０は、コンバイナ４００に虚像として表示される画像に係る画像信号を生成し、その生成された画像信号を光学ユニット２００に出力する回路基板１１１（図５参照）が収納された基板収納部１００を備える。回路基板１１１は、ナビゲーション装置やメディア再生装置などの図示しない外部装置から出力された画像信号が入力され、その入力された信号に対して所定の処理を行った後、光学ユニット２００に出力することもできる。この基板収納部１００が、ヘッドアップディスプレイ１０の構成要素の一つである後述する取付部材５００（図２０参照）と連結され、ルームミラー６００が取付部材５００に保持されることで、ヘッドアップディスプレイ１０がルームミラー６００に取り付けられる。なお、基板収納部１００と取付部材５００との連結、及び取付部材５００のルームミラー６００の保持に係る各機構の詳細については後述する。また、ヘッドアップディスプレイ１０の全体構成の説明及び理解の容易のため、図１及び図２では取付部材５００の記載を省略している。
【００１４】
ヘッドアップディスプレイ１０は、回路基板１１１から出力された画像信号が入力される光学ユニット２００を備える。光学ユニット２００は、光学ユニット本体２１０、及び投射部３００を備える。光学ユニット本体２１０には、後述する光源２３１、画像表示素子２４０、及び各種光学レンズなどが収納される。投射部３００には、後述する各種投射ミラー及び中間像スクリーン３６０が収納される。回路基板１１１が出力した画像信号は、光学ユニット本体２１０の上記各デバイス、及び投射部３００の上記各デバイスを介して、投射口３０１から凹面形状を有するコンバイナ４００に画像表示光として投射される。なお、本実施形態では画像表示素子２４０として反射型液晶表示パネルであるＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon）を用いる場合を例示するが、画像表示素子２４０としてＤＭＤ（Digital Micromirror Device）を用いてもよい。その場合、適用する表示素子に応じた光学系及び駆動回路で構成するものとする。
【００１５】
運転者であるユーザは投射された画像表示光をコンバイナ４００を介して虚像として認識する。図１では、投射部３００が「Ａ」の文字の画像表示光をコンバイナ４００に投射している。ユーザはコンバイナ４００を見ることで、「Ａ」の文字が、ユーザから例えば１．７ｍ〜２．０ｍ前方（車両前方）に表示されているかのように認識する、すなわち虚像４５０を認識することができる。ここで、投射部３００からコンバイナ４００に投射される画像表示光の中心軸を投射軸３２０と定義する。
【００１６】
詳細は後述するが、光学ユニット２００は基板収納部１００に対して回動可能な構成となっている。さらに、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ１０では、投射部３００及びコンバイナ４００は光学ユニット本体２１０の所定の面に対して取付け向きが変更可能、また脱着可能な構成となっている。
【００１７】
［本実施形態に係る車両用表示装置の内部構成：光学系］
次にヘッドアップディスプレイ１０の内部構成について説明する。図３及び図４は、上述したヘッドアップディスプレイ１０の光学ユニット２００の内部構成について説明するための図である。図３は光学ユニット本体２１０の内部構成、及び投射部３００の内部構成の一部を画像表示光に係る光路とともに示す図である。図４は投射部３００の内部構成、及び光学ユニット本体２１０の内部構成の一部を、コンバイナ４００まで投射される画像表示光に係る光路とともに示す図である。
【００１８】
まず図３を参照して光学ユニット本体２１０の内部構成及び画像表示光に係る光路について説明する。光学ユニット本体２１０は、光源２３１、コリメートレンズ２３２、ＵＶ−ＩＲ（UltraViolet-Infrared Ray）カットフィルタ２３３、偏光子２３４、フライアイレンズ２３５、反射鏡２３６、フィールドレンズ２３７、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ２３８、１／４波長板２３９、検光子２４１、投射レンズ群２４２、及びヒートシンク２４３を備える。
【００１９】
光源２３１は白色、又は青色、緑色、及び赤色の三色の光を発する発光ダイオードからなる。光源２３１には発光に伴い発生する熱を放冷するためのヒートシンク２４３が取り付けられている。光源２３１が発光した光は、コリメートレンズ２３２によって平行光に変えられる。ＵＶ−ＩＲカットフィルタ２３３は、コリメートレンズ２３２を通過した平行光から紫外光及び赤外光を吸収し除去する。偏光子２３４は、ＵＶ−ＩＲカットフィルタ２３３を通過した光を乱れのないＰ偏光へと変える。そしてフライアイレンズ２３５が、偏光子２３４を通過した光の明るさを均一に整える。
【００２０】
反射鏡２３６は、フライアイレンズ２３５の各セルを通過した光の光路を９０度偏向する。反射鏡２３６で反射された光はフィールドレンズ２３７によって集光される。フィールドレンズ２３７が集光した光は、Ｐ偏光を透過するワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ２３８及び１／４波長板２３９を介して、画像表示素子２４０に照射される。
【００２１】
画像表示素子２４０は、画素毎に赤色、緑色、及び青色のカラーフィルタを備えている。画像表示素子２４０に照射された光は、各画素に対応する色となり、画像表示素子２４０の備える液晶組成物によって変調が施され、Ｓ偏光の画像表示光となってワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ２３８に向けて射出される。射出されたＳ偏光の光はワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ２３８で反射され、光路を変えて検光子２４１を通過した後に投射レンズ群２４２へ入射される。
【００２２】
投射レンズ群２４２を透過した画像表示光は、光学ユニット本体２１０を出て投射部３００に入る。そして投射部３００が備える第１投射ミラー３５１が、入ってきた画像表示光の光路を変更する。
【００２３】
次に図４を参照して投射部３００の内部構成及び画像表示光に係る光路について説明する。投射部３００は、第１投射ミラー３５１、第２投射ミラー３５２、及び中間像スクリーン３６０を備える。
【００２４】
上述の通り、光学ユニット本体２１０の備えるワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ２３８、検光子２４１、及び投射レンズ群２４２を通過した画像表示光の光路は、第１投射ミラー３５１及び第２投射ミラー３５２によって、コンバイナ４００へと向かう光路に変更される。その間で、第２投射ミラー３５２で反射された画像表示光に基づく実像が中間像スクリーン３６０で結像する。中間像スクリーン３６０で結像した実像に係る画像表示光は、中間像スクリーン３６０を透過し、コンバイナ４００に投射される。ユーザは上述の通り、コンバイナ４００を介して、この投射された画像表示光に係る虚像を前方に認識することになる。
【００２５】
以上のような内部構成とすることで、ユーザは、回路基板１１１から出力された画像信号に基づく虚像を、コンバイナ４００を介して現実の風景に重畳して視認することができる。
【００２６】
［本実施形態に係る車両用表示装置の内部構成：光学ユニット２００の内部構成詳細］
光学ユニット２００は基板収納部１００に対して回動可能な構成となっている。次に図５を参照して光学ユニット２００及び基板収納部１００の内部構成について、光学ユニット２００及び基板収納部１００の連接箇所の付近を中心に詳述する。
【００２７】
図５は、光学ユニット２００の内部の一部及び基板収納部１００の内部の一部について示す図である。この図５では、光学ユニット２００と基板収納部１００の連接箇所の付近が主に示されている。光学ユニット２００の備える光学系配置部２４５は、上述したヒートシンク２４３を除く各種デバイスが収納されている。そして、光学ユニット２００内における光学系配置部２４５の基板収納部１００側である基板収納部１００との連接箇所の付近には、ヒートシンク２４３と空間部２４８が設けられている。
【００２８】
回路基板１１１は、光学系配置部２４５に収納された画像表示素子２４０及び光源２３１を電気的に制御する。回路基板１１１と光学系配置部２４５に収納された画像表示素子２４０とは、配線であるフレキシブルケーブル２４６で接続されている。ここで、フレキシブルケーブル２４６は一例であり、フレキシ基板その他の電気信号を伝達する配線を使用することができる。光学ユニット２００は筐体の一面に光学ユニット側開口部２４７が形成され、基板収納部１００は筐体の一面に基板収納部側開口部１１２が形成されている。フレキシブルケーブル２４６は、これらの光学ユニット側開口部２４７及び基板収納部側開口部１１２を介して回路基板１１１と画像表示素子２４０を接続している。フレキシブルケーブル２４６は、基板収納部１００と光学ユニット２００の回動を自在にできるような長さを有することが好ましい。
【００２９】
図６は、図５の光学ユニット２００の内部の一部及び基板収納部１００の内部の一部について、上述したヒートシンク２４３及びフレキシブルケーブル２４６を取り外した際の様子について示す図である。
【００３０】
光学ユニット側開口部２４７及び基板収納部側開口部１１２はそれぞれ、所定の角度で広がる対向する２辺を有する形状、一例として所定の角度を有する略扇形の形状で形成されている。これによって、後述するように光学ユニット２００が基板収納部１００に対して回動された場合に、光学ユニット２００の光学ユニット側開口部２４７が設けられた面に係る筺体、ないし基板収納部１００の基板収納部側開口部１１２が設けられた面に係る筺体が、フレキシブルケーブル２４６に加える力を軽減することができる。従って、回動に伴いフレキシブルケーブル２４６が各筺体によって破損又は切断されることを防止することができる。
【００３１】
また、上述の通り光学ユニット２００内の基板収納部１００の連接箇所の付近には空間部２４８が設けられており、フレキシブルケーブル２４６は、光学ユニット２００内では主にこの空間部２４８に収納される。この空間部２４８を設けることで、フレキシブルケーブルの長さを余裕をもって確保することができる。従って、光学ユニット２００が基板収納部１００に対して回動された場合に、フレキシブルケーブル２４６に加えられる張力を軽減することができる。よって、回動に伴う張力でフレキシブルケーブル２４６が破損又は切断されることを防止することができる。
【００３２】
光学ユニット２００及び基板収納部１００とは、互いの回動の回動軸となる回動部材であるヒンジ１１３と、回動の角度範囲を制限する回動止め機構１１４とで連接されている。光学ユニット２００は、このヒンジ１１３を中心として所定の角度だけ、基板収納部１００に対して回動する。ここで、本実施形態ではヒンジ１１３を用いているが、その他の回動部材を使用することができる。
【００３３】
基板収納部１００の基板収納部側開口部１１２及び光学ユニット２００の光学ユニット側開口部２４７は上述した通り略扇形の形状からなる。基板収納部１００が光学ユニット２００に対して回動する場合には、基板収納部側開口部１１２及び光学ユニット側開口部２４７の両方により形成されるフレキシブルケーブル２４６を通すための開口は狭められることとなるが、基板収納部側開口部１１２及び光学ユニット側開口部２４７が略扇形の形状からなることにより、回動止め機構１１４による制限された角度範囲において、フレキシブルケーブル２４６を通すのに十分な開口は維持される。
【００３４】
なお、上述した基板収納部側開口部１１２及び光学ユニット側開口部２４７の形状は例示に過ぎず、回動に伴いフレキシブルケーブル２４６を破損等しない形状であればいかなる形状であってもよい。例えば、基板収納部側開口部１１２及び光学ユニット側開口部２４７の一方のみを所定の角度で広がる対向する２辺を有する形状に形成して、フレキシブルケーブル２４６に負荷がかからないようにしてもよい。
【００３５】
上述した通り、ヘッドアップディスプレイ１０は、光学ユニット２００と基板収納部１００とがヒンジ１１３を中心として回動可能な構成となっている。そしてコンバイナ４００は光学ユニット２００に設けられ、基板収納部１００は取付部材５００によってルームミラー６００に取り付けられている。以上のようにすることで、ユーザはルームミラーの観察角度の調整と、コンバイナ４００の観察角度の調整をそれぞれ独立して行うことができる。従って、ユーザはルームミラー６００を車両後方を適切に確認できる角度に調整するとともに、コンバイナ４００の視認角度を調整して歪みのない適切な画像（虚像）の認識を行うことが可能となる。
【００３６】
ヘッドアップディスプレイ１０のコンバイナ４００は、後に詳述する通り、投射口３０１からの距離が遠くなるほど、特定方向の曲率が小さくなる構成となっている。この構成により、コンバイナ４００を小型化した場合でも、歪みの少ない画像が提示されることになる。上述したとおり、光学ユニット２００が基板収納部１００に対して回動可能な構成となっていることから、ユーザは光学ユニット２００の投射口３０１とコンバイナ４００の位置関係を保持したまま、コンバイナ４００の視認角度を調整することができる。したがって、ヘッドアップディスプレイ１０によれば、ユーザは歪みの少ない画像をコンバイナ４００に提示させたまま、そのコンバイナ４００の視認角度を調整することができる。
【００３７】
また、余裕のある長さが確保されたフレキシブルケーブル２４６を収納するための空間部２４８を光学ユニット２００内に設けたことで、光学ユニット２００の基板収納部１００に対する回動が自在となりユーザは上記各観察角度の調整を適切に実施することができ、回動により生じる張力がフレキシブルケーブル２４６を破損又は切断するのを防止することができる。
【００３８】
さらに、基板収納部側開口部１１２及び光学ユニット２００の光学ユニット側開口部２４７を上述した略扇形の形状とすることで、光学ユニット２００の基板収納部１００に対する回動により、光学ユニット２００及び基板収納部１００の各筺体外壁がフレキシブルケーブル２４６を破損又は切断するのを防止することができ、ユーザは上記各観察角度の調整を適切に実施することができる。
【００３９】
また、図３に示されたように、本実施形態では、反射鏡２３６及びワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ２３８を用いることにより、画像表示光の光路を２回９０度方向に曲げている。そして、画像表示光は光源２３１での光の射出方向とは逆向き方向で投射部３００に射出される。このように画像表示光の経路をコの字型とすることにより、フレキシブルケーブル２４６を光源２３１とを近接させないように配線することができる（図５参照）。これにより、光源２３１から発生する電磁波による雑音が画像信号へ混入することを防ぐことができると共に、光源２３１で発生する熱によりフレキシブルケーブル２４６が損傷することも防ぐことができる。更に、光源２３１に近接して設置されるヒートシンク２４３もフレキシブルケーブル２４６から離れて配置されるため、フレキシブルケーブル２４６を収納する空間部２４８を設けることができる。
【００４０】
［ヒンジを用いた角度調整］
次に上述した光学ユニット２００の基板収納部１００に対する回動について詳述する。図７は、ルームミラー６００に取付けられたヘッドアップディスプレイ１０の側面図である。この図に示されるように、ルームミラー６００は、通常、運転者が車両後方を視認できるように運転者側に向けられる。つまり、ルームミラー６００のミラー面６０２が車両底面ないし走行路面に対し垂直な状態で運転者が運転を行うことはまれであり、通常、運転者はルームミラー６００のミラー面６０２を車両底面等と垂直な面に対して角度を有するように、ルームミラー６００の向きを傾ける。このためルームミラー６００にヘッドアップディスプレイ１０を取り付けると、ルームミラー６００の傾きに伴って基板収納部１００も車両底面等と平行な面に対して角度を有する。
【００４１】
本願の発明者は、多くの車両および様々なユーザに対してコンバイナ４００が提示する虚像を認識させる実験を行った結果、ルームミラー６００の長手方向と基板収納部１００の長手方向とが同じ方向となるようにヘッドアップディスプレイ１０を設置したときに、ユーザが虚像を歪みなく認識する位置となるようにコンバイナ４００および光学ユニット２００の角度を調整すると、多くの場合、ミラー面６０２と光学ユニット本体２１０の基準面２１２とのなす角度がおよそ１００度となることを実験により確認した。
【００４２】
ここで光学ユニット本体２１０の「基準面」とは、ルームミラー６００のミラー面６０２に対する光学ユニット本体２１０の傾きを測定するための基準として用いられる角度測定基準面である。基準面２１２の一例としては、光学ユニット本体２１０の光軸を含む平面またはそれと平行な平面である。基準面２１２の別の例としては、ヘッドアップディスプレイ１０を右ハンドル用に取り付けた際の下側の面である第１本体面２２１または第１本体面２２１と対向する面である第２本体面２２２、あるいはそれらの面と平行な平面である。光学ユニット本体２１０の「基準面」は、光学ユニット２００の基準面としてもよい。
【００４３】
上記の実験結果を鑑みて、実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ１０は、ルームミラー６００の長手方向と基板収納部１００の長手方向とが同じ方向となるように、取付部材５００や取付プレート５７１、５８１等を用いてヘッドアップディスプレイ１０をルームミラー６００に取り付けたときに、ミラー面６０２と基準面２１２とのなす角度が所定の基準角度となるときに歪みのない最適な映像が提示できるように設計されている。具体的には、上述の条件において最適な映像が提示できるように、ヘッドアップディスプレイ１０の光学系を成す光学部の設計がなされている。
【００４４】
ここで「ヘッドアップディスプレイ１０の光学系を成す光学部」とは、基板収納部１００に収納されている回路基板１１１が出力した画像信号に基づいて画像表示光を生成して投射する系である。より具体的には、光学ユニット本体２１０中の、光源２３１、コリメートレンズ２３２、ＵＶ−ＩＲ（UltraViolet-Infrared Ray）カットフィルタ２３３、偏光子２３４、フライアイレンズ２３５、反射鏡２３６、フィールドレンズ２３７、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ２３８、１／４波長板２３９、検光子２４１、および投射レンズ群２４２、投射部３００中の第１投射ミラー３５１、第２投射ミラー３５２、および中間像スクリーン３６０、ならびにコンバイナ４００の全てまたは、所定の一部分である。
【００４５】
また「所定の基準角度」とは、ミラー面６０２と基準面２１２とのなす角度であって、ヘッドアップディスプレイ１０の光学設計時に設計基準として想定する角度である。「所定の基準角度」は、多くの車両および様々なユーザに対して歪みのない最適な映像が提示できるように実験により定めればよい。所定の基準角度の一例としては鈍角であり、より具体的には１００度である。また、「所定の基準角度」は、図７においてはφを用いて示されている。
【００４６】
このように、実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ１０はミラー面６０２と基準面２１２とのなす角度が所定の基準角度となるときを基準として光学系を成す光学部が設計されているので、通常の使用状態で想定されるルームミラー６００の傾きに対応して最適に光学設計されていることになる。多くの車両および様々なユーザ実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ１０を歪みのない最適な映像が提示できるように取り付けると、多くの場合光学ユニット２００は水平付近に保たれる。光学ユニット２００がユーザの方向を向かないため、運転者であるユーザが受ける圧迫感を低減することができる。
【００４７】
図７では不図示の取付部材５００を介して取付けられる基板収納部１００は、上記のようにユーザの方に向けられるルームミラー６００に固定的に設置される。このため、基板収納部１００はルームミラー６００に加えられる向きの変更と同様の向きの変更を加えられることになる。一方で、上述したように、投射部３００を含む光学ユニット２００及びコンバイナ４００は、基板収納部１００に対してヒンジ１１３で一体的に回動可能である。したがって、運転者は、ルームミラー６００の調整角度にかかわらず、コンバイナ４００に投射された画像（虚像）に歪みを生じさせることなく、視認できる位置に調整することができる。
【００４８】
図８は、ルームミラー６００に取付けられたヘッドアップディスプレイ１０のルームミラー６００のミラー面６０２側からの視野による図である。この図に示されるように、ヒンジ１１３による回動により形成される基板収納部１００及び光学ユニット２００の境界面であるヒンジ１１３の回動面は、ミラー面６０２と垂直でかつ投射軸３２０と平行な面であることにより、ルームミラー６００を横切らない位置にある。従って、基板収納部１００がルームミラー６００に固定されたまま、ルームミラー６００に接触することなく光学ユニット２００及びコンバイナ４００を一体的に回動させることができる。
【００４９】
図９及び図１０は、コンバイナ４００に投射される画像（虚像）の視認可能な空間について示す図であり、上述したヒンジ１１３によって回動された光学ユニット２００及びコンバイナ４００の運転者の観察方向の変化を説明するための図である。例えば、運転者Ａより眼の位置の高い運転者Ｂの両者が同じ車両に取付けられたヘッドアップディスプレイ１０を使用する場合、運転者Ａが使用するときのヒンジ１１３による調整角度は図９に示されるように、角度φ１となる。この角度で運転者Ａにコンバイナ４００に投射された画像（虚像）を歪みなく視認させることができる。一方、運転者Ｂが使用するときのヒンジ１１３による調整角度は、図１０に示されるように角度φ１より大きい角度φ２であり、この角度φ２で運転者Ｂにコンバイナ４００に投射された画像（虚像）を歪みなく視認させることができる。この角度φ１から角度φ２へのヒンジ１１３の回動は、コンバイナ４００により虚像として表示される画像が認識される位置を、主に回動面とルームミラー６００のミラー面６０２とで形成される直線に平行な方向で変化させる。
【００５０】
したがって、本実施形態のヘッドアップディスプレイ１０は、車両内の狭い空間に設置されていたとしても、省スペースで投射部３００からの画像表示光の投射方向、及び画像表示光が投射されるコンバイナ４００の調節をすることができる。また、ヘッドアップディスプレイ１０の全体を動かすことなく、光学ユニット２００及びコンバイナ４００のみを一体的に動かすことができるため、容易に表示画像を視認できる空間を調整することができる。
【００５１】
［本実施形態に係るコンバイナの形状］
次に、コンバイナ４００の形状について詳述する。図１１は、コンバイナ４００の形状を示す斜視図である。投射口３０１から投射軸３２０に沿って投射された画像表示光は、コンバイナ４００の反射面４１０上の投射位置３２２で反射される。反射された画像表示光は、反射軸３３０に沿って進み、運転者であるユーザに到達する。ユーザは、投射口３０１から投射された画像表示光を、コンバイナ４００の前方である視線方向３４０に見える虚像として視認する。
【００５２】
コンバイナ４００の反射面４１０を球面で構成した場合、ユーザＥに提示される画像表示光の虚像は、収差の影響により歪んでしまい、視認性が低下するおそれがある。特に、ルームミラー取付型の小型の画像表示装置とするために投射口３０１とコンバイナ４００の距離を短くすると、ユーザに大きな虚像を提示するためには、コンバイナ４００の反射面４１０の曲率を大きくとる必要がある。反射面４１０の曲率を大きくすると、球面収差や非点収差が増大するとともにユーザに提示する虚像が歪みやすくなるため、高精細で視認性の高い画像表示光を提示することが困難となる。
【００５３】
そこで、収差による画像の歪みや精細度の劣化を低減させるため、本実施形態に係るコンバイナ４００の反射面４１０は、非球面で構成される。例えば、反射面４１０は、式（１）で表現されるバイコーニック（Biconic）面で構成される。式（１）において、ｚ軸方向はユーザの視線方向３４０であり、ｘ軸方向、ｙ軸方向は、それぞれ、視線方向３４０に直交する水平方向および鉛直方向である。なお、ｘｙｚ軸の原点位置は、説明の便宜上、コンバイナ４００の反射面４１０を構成するバイコーニック面の頂点とする。
【数１】
2014021394.tif 000003
ｃｘ：ｘ方向の曲率（ｘ方向の曲率半径の逆数）
ｃｙ：ｙ方向の曲率（ｙ方向の曲率半径の逆数）
ｋｘ：ｘ方向コーニック定数
ｋｙ：ｙ方向コーニック定数
【００５４】
コーニック定数の値を変化させることで、式（１）で表現されるバイコーニック面の形状を双曲面、放物面、楕円面、球面などに変化させることができる。例えば、ｘ方向コーニック定数がｋｘ＜−１の関係を満たす場合、ｘｚ平面（ｙ＝０）におけるバイコーニック面の形状は、双曲線となる。同様にして、ｋｘ＝−１の場合には放物線、−１＜ｋｘ＜０の場合は楕円、ｋｘ＝０の場合は円、ｋｘ＞０の場合は扁平楕円面となる。ｙ方向コーニック定数ｋｙについても同様の関係が成立し、ｙ方向コーニック定数ｋｙを変化させることで、ｙｚ平面（ｘ＝０）におけるバイコーニック面の形状が、双曲線、放物線、楕円線などに変化していく。
【００５５】
以下、反射面４１０がバイコーニック面で構成される場合のコンバイナ４００の具体的な形状について述べる。図１１に示すように、実施形態に係るコンバイナ４００は、反射面４１０を構成するバイコーニック面の頂点位置４２２が、投射軸３２０と反射面４１０との交点である投射位置３２２に対して、＋ｙ方向に移動した位置となるよう設けられる。また、コンバイナ４００は、頂点位置４２２が投射口３０１からの距離が最も近い位置となるように設けられる。なお、図１１の第１曲線４３１は、反射面４１０とｙｚ平面の交線を示し、第２曲線４３２は、反射面４１０とｘｚ平面の交線を示す。
【００５６】
図１２は、図１１のコンバイナ４００を示す側面図である。図１２は、頂点位置４２２を通るｙｚ平面で切断されたコンバイナ４００の断面を示している。したがって、ｙｚ平面により切断された反射面４１０である第１曲線４３１は、頂点位置４２２を原点とした式（１）において、ｘ＝０とした関数により定まる。
【００５７】
このとき、第１曲線４３１を通る反射面４１０の頂点位置４２２は、反射面４１０と投射軸３２０の交点である投射位置３２２に対して、＋ｙ方向に移動した位置となるように設けられている。言いかえると、ユーザの視点Ｅからの視線方向３４０に対して、頂点位置４２２を直交するバイコーニック面の基準軸４２０が、ｙ方向に偏心した位置関係となるように配置されている。このため、投射口３０１から投射軸３２０に沿って投射された画像表示光は、反射面４１０で反射してその向きを変え、反射軸３３０の方向にあるユーザは、その反射光を視認することができる。
【００５８】
また、コンバイナ４００の反射面４１０を、バイコーニック面の頂点位置４２２を基準軸としてｙ軸方向に対称な形状とするのではなく、そのバイコーニック面の下半分を利用した非対称な形状としている。これにより、バイコーニック面の上半分を反射面に含めた場合と比較して、コンバイナ４００をより小型にすることができる。
【００５９】
図１３は、図１１のコンバイナ４００を示す上面図である。図１３は、頂点位置４２２を通るｘｚ平面で切断されたコンバイナ４００の切断面を示している。したがって、第２平面により切断された反射面４１０である第２曲線４３２は、頂点位置４２２を原点とした式（１）において、ｙ＝０とした関数により定まる。
【００６０】
このとき、第２曲線４３２を通る反射面４１０の頂点位置４２２は、反射面４１０と投射軸３２０の交点である投射位置３２２と、ｘ座標が同じとなる位置に設けられている。言いかえると、ユーザの視点Ｅからの視線方向３４０と、頂点位置４２２を直交するバイコーニック面の基準軸４２０とが、ｘ方向に対して同心となる位置関係で配置されている。このため、ユーザはｘ方向に対して収差のより少ない反射光を視認することができる。
【００６１】
なお、本実施形態に係るコンバイナ４００では、式（１）で表されるバイコーニック面において、ｘ方向の曲線形状が双曲線、放物線、楕円線のいずれかのものを用いる。このとき、コーニック定数がｋｘ＜０の関係を満たすため、バイコーニック面のｘ方向の曲率は、原点であるｘ＝０での曲率が最大となり、ｘ座標の絶対値が大きくなるにつれてｘ方向の曲率は小さくなる。つまり、コンバイナ４００の反射面に沿ったｘ軸方向について、投射口との距離が最も近い頂点位置４２２からの距離が遠くなるほど、バイコーニック面のｘ方向の曲率が小さくなる。
【００６２】
同様に、ｙ方向の曲線形状についても双曲線、放物線、楕円線のいずれかのものを用いる。このとき、コーニック定数がｋｙ＜０の関係を満たすため、バイコーニック面のｙ方向の曲率は、原点であるｙ＝０での曲率が最大となり、ｙ座標の絶対値が大きくなるにつれてｙ方向の曲率が小さくなる。つまり、コンバイナ４００の反射面に沿ったｙ軸方向について、投射口との距離が最も近い頂点位置４２２からの距離が遠くなるほど、バイコーニック面のｙ方向の曲率が小さくなる。
【００６３】
したがって、反射面４１０に沿った特定方向に対して、頂点位置４２２からの距離が離れるに従って、その特定方向の曲率は小さくなる。反射面４１０を構成するバイコーニック面は、頂点位置４２２が投射口３０１から最も近い位置となるように設けられているため、特定方向に対する曲率は、投射口３０１からの距離が最も近い頂点位置４２２が最大となり、投射口３０１からの距離が特定方向に向けて遠くなるに従って、曲率が小さくなることとなる。
【００６４】
図１４は、コンバイナを介してユーザに提示される画像表示光の光路を示す側面図である。投射口３０１から投射された投射光３２４は、コンバイナ４００の反射面で反射される。反射された反射光３３４は、ユーザＥに届き、虚像４５０として視認される。このとき、反射面４１０をバイコーニック面で構成することにより、二次元的な大きさを持つ画像表示光を投射した場合であっても、歪みの少ない虚像４５０を提示することができる。特に、投射口３０１とコンバイナ４００との距離を短くするために、コンバイナ４００の反射面４１０の曲率を大きくした場合においても、反射面４１０をバイコーニック面で構成することにより、ユーザに提示される虚像４５０の歪みを抑え、高精細で視認性の高い虚像４５０を提示することができる。
【００６５】
図１５は、運転者であるユーザの視点が移動した場合の画像表示光の光路を示す側面図である。運転者であるユーザの視点Ｅ１〜Ｅ３は、運転者の身長や、着座位置により変化する。ユーザの視点が移動するような場合においても、ある移動範囲内であれば、歪みのない虚像４５０を視認できるとユーザにとって都合がよい。発明者は、バイコーニック面のｙ方向の形状である第１曲線４３１を、放物線に近い双曲線とすることで、ユーザの視点が上下に移動した場合においても、歪みの少ない虚像４５０を提示できることを見出した。
【００６６】
第１曲線４３１を放物線に近い双曲線とするには、ｙ方向コーニック定数ｋｙの値を、−１未満の値であって、−１に近い値とする。例えば、−１＞ｋｙ＞−２の関係を満たす値であるが、具体的な値は、虚像４５０の大きさ、投射口３０１とコンバイナ４００と虚像４５０の位置関係、投射軸３２０と基準軸４２０の偏心の度合いなどに応じて、実験により定めることが望ましい。
【００６７】
図１６は、コンバイナを介してユーザに提示される画像表示光の光路を示す上面図である。図１５と同様に、投射口３０１から投射された投射光は、コンバイナ４００で反射され、その反射光はユーザの左目Ｅ１と、右目Ｅ２に届き、虚像４５０として視認される。このとき、左目Ｅ１で視認される虚像と、右目Ｅ２で視認される虚像のいずれも、収差による画像の歪みが少ない虚像として提示されることが望ましい。発明者は、バイコーニック面のｘ方向の形状である第２曲線４３２を、放物線に近い楕円線とすることで、左右方向の視点が異なる場合においても、歪みの少ない虚像４５０を提示できることを見出した。
【００６８】
第２曲線４３２を放物線に近い楕円線とするには、ｘ方向コーニック定数ｋｘの値を、−１より大きい値であって、−１に近い値とする。例えば、−１＜ｋｙ＜−０．５の関係を満たす値であるが、具体的な値は、虚像４５０の大きさ、投射口３０１とコンバイナ４００と虚像４５０の位置関係などに応じて、実験により定めることが望ましい。
【００６９】
なお、反射面４１０の形状を、双曲面、放物線、楕円面のいずれにするかについては、反射面４１０を構成するバイコーニック面の基準軸４２０と、視線方向３４０との偏心関係により定めることができる。例えば、基準軸４２０が、視線方向３４０に対してｘ方向に偏心している場合、ｙ方向の形状である第１曲線４３１を放物線に近い楕円線とし、ｘ方向の形状である第２曲線４３２の放物線に近い双曲線とする選択が考えられる。また、基準軸４２０が、視線方向３４０に対してｘ方向とｙ方向のいずれについても偏心している場合には、第１曲線４３１と第２曲線４３２を、放物線に近い双曲線とする選択が考えられる。曲面を定義する各種係数および定数は、実験的に定めることが望ましい。
【００７０】
また、コンバイナ４００は、反射面４１０を構成するバイコーニック面の頂点位置４２２を含む構成について説明したが、コンバイナは、頂点位置を含まなくてもよい。例えば、車両内の空間的制約などにより、設計上より小型のコンバイナを用いる必要がある場合には、図１１に示す反射面４１０の中で、投射位置３２２に近い部分だけを切り取ってもよい。
【００７１】
［コンバイナ及び投射部の回動及び脱着］
図１７、図１８、及び図１９は、ヘッドアップディスプレイ１０を右ハンドルの車両に対応した取付位置と左ハンドルの車両に対応した取付位置に取り付けた場合について説明するための図である。図１７には、右ハンドルの車両用に取付けられたヘッドアップディスプレイ１０において、投射部３００及びコンバイナ４００を光学ユニット本体２１０から取り外したときの様子が示されている。右ハンドル車用に取付けられたヘッドアップディスプレイ１０では、光学ユニット本体２１０及びコンバイナ４００は運転者側から見てルームミラー６００の運転者側である右側に配置される。基板収納部１００は、第１取付面１１５と、第１取付面１１５と対向する第２取付面１１７とを有しており、図１７において、第１取付面１１５が不図示の取付部材５００に接する向きでルームミラー６００に取付けられている。また、光学ユニット本体２１０は、基板収納部１００の第１取付面１１５と同じ側に第１本体面２２１を有する。第１本体面２２１に対向する光学ユニット本体２１０の面を、第２本体面２２２とする。
【００７２】
図１７に示されるヘッドアップディスプレイ１０は、基板収納部１００の第１取付面１１５と光学ユニット本体２１０の第１本体面２２１とが下側に向き、投射部３００の投射口３０１及びコンバイナ４００の下端４０４が第１本体面２２１側にある配置状態で、ルームミラー６００に取付けられている。従って投射軸３２０は第１本体面２２１側にある（図１参照）。
【００７３】
図１８には、左ハンドル車用に取り付けられたヘッドアップディスプレイ１０が示されている。この図に示されるように、左ハンドル車用に取り付ける場合には基板収納部１００の第２取付面１１７を下側にして、第２取付面１１７が不図示の取付部材５００に接する向きでルームミラー６００に取付けられる。この場合には、運転者側から見た場合にルームミラー６００の運転者側である左側に光学ユニット本体２１０及びコンバイナ４００が配置される。
【００７４】
図１９は、左ハンドル車用に取り付けられたヘッドアップディスプレイ１０を示す図である。基板収納部１００の第２取付面１１７と光学ユニット本体２１０の第２本体面２２２とが同じ側である下側にあり、投射部３００の投射口３０１及びコンバイナ４００の下端４０４が、第２本体面２２２側にある配置状態で、ヘッドアップディスプレイ１０はルームミラー６００に取付けられている。
【００７５】
図１７及び図１９に示すように、投射部３００及びコンバイナ４００は、投射口３０１と下端４０４とが光学ユニット本体２１０の第１本体面２２１側または第２本体面２２２側のいずれの側にある状態でも、光学ユニット本体２１０に対して配置可能である。また図１７及び図１８に示すように、光学ユニット本体２１０から投射部３００及びコンバイナ４００を取り外してそれぞれの取付方向を変更することも可能であり、図示を省略するが光学ユニット本体２１０と投射部３００及びコンバイナ４００は回動部材にて連接され、回動部材を介してそれぞれの取付方向を変更することも可能である。すなわち、ヘッドアップディスプレイ１０では投射部３００及びコンバイナ４００はそれぞれ光学ユニット本体２１０に対して取付の向きを変えて取付けられることが可能であり、取付の向きを変更することにより、投射部３００からコンバイナ４００に投射される画像表示光を射出する投射口３０１の配置及び画像表示光の投射方向に関する投射軸３２０を第１本体面２２１側とすることも、第２本体面２２２側とすることもできる。
【００７６】
図１９に示されるように、第２取付面１１７が下側になった場合であっても、投射部３００の投射口３０１が光学ユニット本体２１０の第２本体面２２２側にある状態で投射部３００を配置できるため、光学ユニット本体２１０から画像表示光が下方向に投射される。従って投射軸３２０は第２本体面２２２側にある。
【００７７】
上述したように、投射部３００及びコンバイナ４００は、投射口３０１と下端４０４とが光学ユニット本体２１０の第１本体面２２１側または第２本体面２２２側のいずれの側にある状態でも、光学ユニット本体２１０に対して配置可能である。すなわち、投射部３００の投射口３０１及びコンバイナ４００の下端４０４が光学ユニット本体２１０の一方の面（第１本体面２２１または第２本体面２２２）に対して、１８０°変更した位置にて、投射部３００及びコンバイナ４００を取付可能である。光学ユニット本体２１０に対する投射部３００及びコンバイナ４００の取付位置が変更でき、基板収納部１００の第１取付面１１５（または第２取付面１１７）に対する投射部３００及びコンバイナ４００の取付位置も変更できる。
【００７８】
ここで、投射部３００及びコンバイナ４００を、それぞれ光学ユニット本体２１０に対して１８０°取付位置を変えて取付けた場合には、コンバイナ４００で視認される画像（虚像）は、取付を変更する前と比較して向きが１８０°変わる可能性がある。そこでヘッドアップディスプレイ１０では、投射部３００又はコンバイナ４００の取付位置や向きのセンサーによる検出や運転者が図示しないリモコン等の操作部を介して設定することにより、回路基板１１１が取付変更前とは画像の向きを変更した画像信号を出力する。
【００７９】
例えば図１７に示すように取り付けられたヘッドアップディスプレイ１０において、投射部３００の投射口３０１が第１本体面２２１側にある取付位置で出力された画像の向きと、投射部３００の投射口３０１が第２本体面２２２側にある取付位置で出力された画像の向きとを１８０°異ならせることで、光学ユニット本体２１０に対する投射部３００の取付位置が１８０°変わっても同じ向きの画像を視認することが可能となる。
【００８０】
これにより、画像表示素子２４０は投射部３００の取付位置に応じて画像の方向（上下左右、１８０°等）を変更して画像を出力するため、運転者は取付位置を変更しても画像（虚像）を視認することができる。
【００８１】
また、左ハンドル車用に取り付けた場合であっても、ヒンジ１１３の回動面は、図８で示された場合と同様に、ルームミラー６００を横切らない位置にあるため、基板収納部１００がルームミラー６００に固定されたまま、ルームミラー６００に接触することなく光学ユニット２００及びコンバイナ４００を一体的に回動させることができる。
【００８２】
［ルームミラー取付部材］
次にヘッドアップディスプレイ１０をルームミラー６００に取り付けるための取付部材５００について詳述する。図２０には、ヘッドアップディスプレイ１０をルームミラー６００に取り付けるための取付部材５００が示されている。この図に示されるように、取付部材５００は、ルームミラー６００を掴むようにしてルームミラー６００に固定される一対の把持部５９０と、その一対の把持部５９０と基板収納部１００とを取り付けるための取付プレート５８１とを有している。ここで、把持部５９０は、ルームミラー６００の下側端部を挟むために前後に摺動可能な爪部分を有する２つの下側把持機構部５９１と、ルームミラー６００の上側端部を挟むために前後に摺動可能な爪部分を有する２つの上側把持機構部５９２と、ルームミラー６００を後ろ側から上下に挟むために上下に摺動可能な高さ調整部５９３と、取付プレート５８１が載せられる上面に、取付プレート５８１の把持部５９０に対する位置調整を行うための長孔である位置調整溝５９４とを有している。ここで、取付プレート５８１は、一対の把持部５９０のそれぞれの上面に跨がるように配置され、位置調整溝５９４に後述する取付プレート５８１の一対の突起部５８４が係合されて取付けられる。
【００８３】
図２１は、図２０の取付部材５００における取付プレート５８１の三面図である。この図に示されるように取付プレート５８１は、全体として略長方形の板状部材からなり、取付面である平らな表面には、一対の異なる向きの円弧形状の孔である円弧孔部５８２と、円弧孔部５８２の円弧の基となる円の中心位置にそれぞれ形成された一対の孔である中心孔部５８３と、裏面側に、把持部５９０に取り付ける際に、把持部５９０に形成された位置調整溝５９４に嵌合するよう取り付けることにより位置調整溝５９４の長手方向に摺動可能とするための突起部５８４と、を備えている。
【００８４】
中心孔部５８３は、取付プレート５８１の一対の突起部を結ぶ直線に直交する方向である幅方向の中央に設けられている。これに対して、一対の突起部５８４は、前述の幅方向の中央に取付けられるのではなく、中央から一定の距離（オフセットＤ）だけ、幅方向に離れた位置に配置されている。これにより、取付プレート５８１を、それぞれの突起部５８４がそれぞれの中心孔部５８３よりも高さ調整部５９３に近くなるように取り付けた第1の状態と、その第１の状態から取付プレート５８１の面に垂直な方向を軸にして一対の突起部５８４下にしたまま１８０°回転させて、幅方向の２つの端を入れ替えて利用した状態である第２の状態とで、摺動の範囲を大きく異ならせることができ、基板収納部１００の位置の調整可能範囲を大きくすることができる。なお、第２の状態とは突起部５８４が中心孔部５８３よりも高さ調整部５９３から遠くなるように取り付けた状態である。
ルームミラー６００と車のウィンドシールド（フロントガラス）との距離は車種によって様々であるため、以上のように、一対の突起部５８４を中央からオフセットＤをとって配置することにより、ルームミラー６００に対するヘッドアップディスプレイ１０を固定する前後方向の位置の自由度が大きくなり、種々の車に装着可能となる。また、把持部５９０を複数（本実施形態では一対）設けたことによって、より様々な車に対応可能となっている。
【００８５】
なお、一対の把持部５９０間の距離は、２つの位置調整溝５９４の間の距離が、取付プレート５８１の２つの突起部５８４間の距離と同じ距離になるようにして、配置することもできるが、２つの位置調整溝５９４の間の距離を２つの突起部５８４間の距離よりも短くなるように一対の把持部５９０を配置することもできる。一対の突起部５８４間の距離は変わらないため、このようにして配置すると、必然的に取付プレート５８１を斜めに取り付けることになり、位置調整溝５９４の長手方向に対する角度を変化させて取付けることができる。つまり、取付プレート５８１及び基板収納部１００を取付プレート５８１上の平面に沿って回動させて角度をつけ取り付けることができる。このように、把持部５９０を複数（本実施形態では一対）設けて、その複数の把持部５９０間の距離を調整することによって、より様々な取り付け位置にすることが可能となっている。
【００８６】
基板収納部１００を取り付ける際には、取付プレート５８１の表面（突起部５８４が設けられていない面）と、基板収納部１００の第１取付面又は第２取付面とが重なるように配置した上で、円弧孔部５８２とその円弧の中心に位置する中心孔部５８３とから止めネジ１１８（固定部材）を挿入して、基板収納部１００をネジ止めして固定する。ネジ止めする際、基板収納部１００は、取付プレート５８１の表面上で中心孔部５８３を中心として回動可能であり、基板収納部１００の取付プレート５８１の面の法線を回転軸とする向きが調整される。このとき、中心孔部５８３を中心として、基板収納部１００、光学ユニット２００及びコンバイナ４００が一体的に回動するため、運転者がコンバイナ４００に表示される画像（虚像）を視認できる位置になるように取付プレート５８１の表面の法線を回転軸とする取付角度を調整することができる。なお、円弧孔部５８２の円弧の中心角は、運転者がコンバイナ４００に表示される画像（虚像）を視認できる位置に調整するのに十分な範囲の角度となるように定められている。また、円弧孔部５８２の円弧の中心角は、コンバイナ４００がウィンドシールドに接しない範囲の角度となるように定めることがさらに好ましい。
【００８７】
なお、円弧孔部５８２の円弧中心方向を内側、円弧中心方向の逆方向を外側とすると、本実施形態においては、一対の円弧孔部５８２は互いの内側が対向するように配置されているが、基板収納部１００の止めネジで止められる位置によっては、互いの外側が対向するように配置されていてもよい。
【００８８】
図２２には、ルームミラー６００に取り付けられたヘッドアップディスプレイ１０が示されている。取付部材５００の把持部５９０は、ルームミラー６００の裏面（ここではミラーがない面）からルームミラー６００の上端及び下端を２カ所で把持し、取付プレート５８１は、突起部５８４を把持部５９０の上側把持機構部５９２に形成された位置調整溝５９４に嵌合させることにより、位置調整溝５９４の長手方向、主にルームミラー６００のミラー面に垂直方向の位置を調整可能に取り付けられる。また、取付プレート５８１は、基板収納部１００の取付プレート５８１面の法線を回転軸とする角度を調整可能に固定する。
【００８９】
次に図２２を用いて、ルームミラー６００の位置とコンバイナ４００の位置との関係について説明する。なお、ルームミラー６００の長手方向を水平面と平行にするとともに、ミラー面を水平面と垂直にした状態にあるとして説明する。また、ルームミラー６００の上下方向の中央を通るとともにルームミラー６００の横方向と平行な線をルームミラー中心線６０５と呼ぶこととする。また、コンバイナ４００の上下方向の中央を通るとともにコンバイナ４００の横方向と平行な線をコンバイナ中心線４０３と呼ぶこととする。
なお、本実施形態においては、コンバイナ４００の観察角度が調整可能となっており、コンバイナ４００の観察角度を調整することに伴って、ルームミラー６００の高さに対するコンバイナ４００の相対的な高さも変わってくる。コンバイナ４００とルームミラー６００との相対的な高さとは、コンバイナ中心線４０３の高さと、ルームミラー中心線６０５の高さとの差であると言い換えることができる。例えばコンバイナ中心線４０３がルームミラー中心線６０５よりも高い位置にある場合は、コンバイナ４００がルームミラー６００よりも相対的に高い位置にあると言える。
また、以下で説明するコンバイナ４００の位置条件は使用状態（画像を投射しその画像をユーザが視認できる状態）におけるコンバイナ４００の位置全てで満たすことが好ましい。つまり、コンバイナ４００が取り得る観察角度全てで満たすことが好ましいが、少なくとも、コンバイナ４００が取り得る、ルームミラー６００の高さに対する相対的な高さの内の平均の高さにあるときに満たしていれば十分な効果を発揮できる。例えば、コンバイナ４００のルームミラー６００の高さに対する相対的な高さを、コンバイナ中心線４０３がルームミラー中心線６０５よりも５ｃｍ高い位置から５ｃｍ低い位置まで調整可能な場合は、コンバイナ中心線４０３とルームミラー中心線６０５とが同じ高さにあるときに満たせばよい。
また、ルームミラー６００の高さに対するコンバイナ４００の相対的な高さを、ネジ止め等によって調整できないように固定できるよう構成した場合、つまり、ヘッドアップディスプレイ１０が車両のルームミラー６００に取付けることに伴ってルームミラー６００の高さに対するコンバイナ４００の相対的な高さが固定されるように（高さが一意に決まるように）構成した場合は、その固定された位置において、以下で説明するコンバイナ４００の位置条件を満たせばよい。
また、図２２に示されるように、ルームミラー６００は、横方向（長手方向）の長さＬ及び上下方向の高さＨを有している。
【００９０】
まず、コンバイナ４００の好ましい位置条件について説明する。本実施形態において、使用状態におけるコンバイナ４００の上端４０２がルームミラー６００のルームミラー中心線６０５よりも上側にあり、コンバイナ４００の下端６０６がルームミラー６００のルームミラー中心線６０５よりも下側になるように構成されている。ヘッドアップディスプレイ１０をルームミラー６００に取り付けるとともに、コンバイナ４００がこのような位置になるような取り付け構造にすることで、表示画像を見る際の視点移動が少ない最適な位置に、ヘッドアップディスプレイ１０を設置することができる。
【００９１】
さらには、使用状態におけるコンバイナ４００のコンバイナ中心線４０３とルームミラー中心線６０５とがほぼ同じ高さになるように構成してもよい。ヘッドアップディスプレイ１０をルームミラー６００に取り付けるとともに、コンバイナ４００がこのような位置になるような取り付け構造にすることで、表示画像を見る際の視点移動がさらに少ない最適な位置に、ヘッドアップディスプレイ１０を設置することができる。
【００９２】
また、コンバイナ４００の上下方向の高さが、ルームミラー６００の上下方向の高さＨよりも大きい場合については、使用状態におけるコンバイナ４００の上端４０２がルームミラー６００の上端６０４よりも上側にあり、コンバイナ４００の下端６０６がルームミラー６００の下端６０６よりも下側になるように構成してもよい。ヘッドアップディスプレイ１０をルームミラー６００に取り付けるとともに、コンバイナ４００がこのような位置になるような取り付け構造にすることで、表示画像を見る際の視点移動がさらに少ない最適な位置に、ヘッドアップディスプレイ１０を設置することができる。
【００９３】
なお、本実施形態のような位置が最適ではあるが、少なくとも、使用状態におけるコンバイナ４００の上端４０２がルームミラー６００の下端６０６よりも上側にあるか、または、コンバイナ４００の下端６０６がルームミラー６００の上端６０４よりも下側になるように構成されていれば表示画像を見る際の視点移動が少ない好適な位置に、ヘッドアップディスプレイ１０を設置することができる。本実施形態において、コンバイナ４００がルームミラー６００の側方にある状態とは、この上述の効果を発揮することができる条件を満たすとともに、コンバイナ４００の横方向の位置が、車両の座席から表示画像を視認できる位置であればよい。つまり、ルームミラー６００によって、コンバイナ４００に投射される表示画像が遮られなければよい。
【００９４】
なお、上述の位置条件に加えて、コンバイナ４００の横方向の位置を、ルームミラー６００の横方向の端（側端）からルームミラー６００の長さＬまでの範囲に配置されるようにすれば、ルームミラー６００とコンバイナ４００とが離れ過ぎることがなく、さらに視点移動が少なくなるため、さらに好ましい。
【００９５】
図２３は、基板収納部１００の第１取付面１１５が取付プレート５８１に接するように取り付けられた場合の止めネジ１１８部分の断面図であり、図２４は、基板収納部１００の第２取付面１１７が取付プレート５８１に接するように取り付けられた場合の止めネジ１１８部分の断面図である。一般にルームミラー６００の上側と天井との隙間は非常に狭いため、第１取付面１１５が取付プレート５８１に接する場合でも、第２取付面１１７が取付プレート５８１に接する場合でも、止めネジ１１８は下からのみ締められる。また、基板収納部１００も極力薄く設計されるため、回路基板１１１の止めネジ１１８による固定位置には貫通孔があり、より長いネジによる固定を可能としている。また、第１取付面１１５には、第２取付面１１７まで伸びる固定部材係合部であるインサートナット１１６が形成され、第２取付面１１７の対応する位置には貫通孔が形成され、止めネジ１１８は、第１取付面１１５が取付プレート５８１に接する場合でも、第２取付面１１７が取付プレート５８１に接する場合でも、同じインサートナット１１６と係合して固定されるようになっている。したがって、基板収納部１００は、車両のルームミラー６００と天井との間の狭い領域であっても設置されることができる。したがって、本実施形態のヘッドアップディスプレイ１０では、省スペースで位置及び角度の調節を行うことができる。
【００９６】
図２５には、取付プレート５８１の変形例である取付プレート５７１が示されている。取付プレート５７１は、基板収納部１００を取付ける際に使用される同一方向に伸びる一対の直線状の直線孔部５７２を有し、基板収納部１００の第１取付面１１５及び第２取付面１１７のいずれの取付面と取付プレート５７１の取付面が対向する場合であっても、両方の直線孔部５７２に止めネジ１１８が通されて固定される。取付プレート５７１においては、基板収納部１００を取付ける際に、一対の直線孔部５７２の両方の長手方向の取付け位置を変更して取付けることにより、基板収納部１００の直線孔部５７２の長手方向に関する位置を調整することができる。ここで、直線孔部５７２のそれぞれの穴の幅は、止めネジ１１８のネジ径よりも十分大きく形成されており、これにより、一対の直線孔部５７２のうち、片方の長手方向の取付け位置を変更することにより、基板収納部１００の取付プレート５８１の面の法線を回転軸とする向きが調整される。直線孔部５７２の長さ及び幅は、コンバイナ４００がウィンドシールドに接しない範囲で定められる。
【００９７】
このように、上述の取付プレート５８１においては円弧状の一対の長孔としたが、この変形例の取付プレート５７１のように、直線状の一対の長孔としても、基板収納部１００の向きを自在に調整することができる。
なお、図２０から図２５を用いて説明した形態は、基板収納部１００及び光学ユニット２００が各々別体として構成された例について示したが、これらが一体として構成されている場合であっても適用することができる。また、図２０から図２５を用いて説明した形態では、位置調整溝５９４を２つとしたが、１つ以上で位置調整の機能を有する溝であればよい。
【００９８】
［コンバイナ収納］
図２６及び図２７は、それぞれコンバイナ４００が収納ヒンジ４７２により収納時の位置に置かれた様子を示す側面図及び正面図である。図２６及び図２７に示されるように、コンバイナ４００は、コンバイナ４００の回動部である収納ヒンジ４７２により、光学ユニット２００の筐体面、すなわち光学ユニット本体２１０の筐体面に対向し、例えば筐体面に重ねられるように回動されて収納される。ここで、投射部３００は、コンバイナ４００が取付けられる側とは筐体面を挟んで反対側にあり、収納ヒンジ４７２の回動中心から最も遠いコンバイナ４００の端である下端４０４までの長さは、光学ユニット本体２１０の長さより短く、下端４０４は、投射部３００よりも収納ヒンジ４７２側にある。また、光学ユニット本体２１０の筐体面からの高さは、投射部３００の筐体面からの高さよりも低くなっている。そのため、ヘッドアップディスプレイ１０を使用していない場合には、コンバイナ４００を収納ヒンジ４７２で収納することにより、コンバイナ４００を使用時よりも運転者に圧迫感を感じさせない位置（コンバイナ４００を使用時よりも運転者の視界に入りにくい位置）に配置することができる。また、収納ヒンジ４７２で回動させて収納することにより、車両の天井及び光学ユニット本体２１０により太陽光を妨ぐことができるため、コンバイナ４００の劣化を防ぐことができる。更に、収納ヒンジ４７２は、コンバイナ４００の使用時の角度で停止するため、コンバイナ４００を収納ヒンジ４７２で回動させて収納した後、再び使用を開始する場合であっても、運転者は改めて位置を調整することなく使用を開始することができる。ここで、コンバイナ４００の下端４０４側の角部には透明なラバー４０６を取り付けてもよい。ラバー４０６をつまんでコンバイナ４００を収納ヒンジ４７２で収納しても、コンバイナ４００に汚れ等が付着するのを防ぐことができる。ラバー４０６は透明であることにより運転者の視界をほとんど遮ることがない。
【００９９】
なお、ルームミラー６００の裏面側から取り付けられることとしたが、ルームミラー６００の支柱に取り付けることとしてもよいし、ミラー面６０２である前面側から取り付けられてもよい。この場合には、ミラー面６０２に対応する位置の車両用表示装置の面に代替ミラーを配置してもよい。
【０１００】
また、上述の実施形態においては、ルームミラー６００は、車両においてその後方を確認するために用いられるミラーであればよく、車両内部におけるミラーの位置等は限定されない。また、ヘッドアップディスプレイ１０は、ルームミラー６００に取付けることとしたが、ダッシュボード上においても使用してもよい。また、コンバイナ４００の位置に液晶表示装置又は有機ＥＬ表示装置等の表示装置を配置し、車両用表示装置とするものであってもよい。
【０１０１】
また、上述の実施形態においては、車両に配置する車両用表示装置として説明を行ったが、その他の用途に用いる画像表示装置であってもよい。例えば、ユーザが身につける眼鏡等のレンズ面をコンバイナとして用い、そのコンバイナに画像表示光を投射することにより、ユーザに虚像を提示してもよい。
【符号の説明】
【０１０２】
１０  ヘッドアップディスプレイ、  ３０１  投射口、  ３２０  投射軸、  ３２２  投射位置、  ３４０  視線方向、  ４００  コンバイナ、  ４１０  反射面、  ４２２  頂点位置、  ４３１  第１曲線、  ４３２  第２曲線、  ４５０  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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【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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