(57)【要約】ヘッドアップディスプレイ（１００）は、透過性のウインドシールド（２２０）に画像を投射して観察者に虚像を視認させる。ヘッドアップディスプレイ（１００）は、スクリーン（１１１）と、光学系（１２０、１３０）と、駆動部（１１２）とを備える。スクリーン（１１１）は、画像を表示する。光学系（１２０、１３０）は、スクリーン（１１１）により表示された画像をウインドシールド（２２０）に投射する。駆動部（１１２）は、スクリーン（１１１）を移動させる。光学系（１２０、１３０）は、スクリーン（１１１）の画像よりも大きい中間像を光学系（１２０、１３０）の間に形成する。
2016208194.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過性の反射部材に画像を投射して観察者に虚像を視認させるヘッドアップディスプレイであって、
画像を表示する表示部と、
前記表示部により表示された画像を前記反射部材に投射する光学系と、
前記表示部を移動させる駆動部と、を備え、
前記光学系は、前記光学系の間に前記表示部の画像よりも大きい中間像を形成する、
ヘッドアップディスプレイ。
【請求項２】
前記中間像は、空中で結像する、
請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項３】
前記表示部の移動量は、前記表示部の移動に伴う前記中間像の移動量よりも小さい、
請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項４】
前記表示部は、光源の出射光が走査することで画像を表示し、
前記駆動部は、前記表示部の走査の位置に応じて移動する、
請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項５】
前記光学系は、前記表示部の画像から前記中間像を形成するリレー光学系と、
前記中間像を前記反射部材に投射する投射光学系と、を有する、
請求項４に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項６】
前記光学系は、前記表示部の画像から前記中間像を形成するリレー光学系と、
前記中間像を前記反射部材に投射する投射光学系と、を有する、
請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項７】
前記表示部は、光源の出射光が走査することで画像を表示し、
前記駆動部は、前記表示部の走査の位置に応じて移動する、
請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項８】
前記光学系は、前記表示部の画像から前記中間像を形成するリレー光学系と、
前記中間像を前記反射部材に投射する投射光学系と、を有する、
請求項７に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項９】
前記光学系は、前記表示部の画像から前記中間像を形成するリレー光学系と、
前記中間像を前記反射部材に投射する投射光学系と、を有する、
請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項１０】
以下の条件式（１）を満足する、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ：
１．４  ＜  β  ＜  ４．０  ・・・（１）
ただし、
β：リレー光学系の横倍率
である。
【請求項１１】
請求項１に記載のヘッドアップディスプレイを備えた、移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、透過型の反射部材に画像を投射して観察者に虚像を視認させるヘッドアップディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、立体表示を可能とする表示装置を開示する。この表示装置は、表示パネルと、結像光学系と、結像位置可変部と、を備える。表示パネルは、像を形成する像形成部である。結像光学系は、像形成部により形成された像を結像させる。結像位置可変部は、結像光学系の入射側に設けられ、結像光学系により結像させた像の位置を変化させる。結像位置可変部は、像形成部及び結像光学系の間に中間像を形成するリレー光学系を備える。リレー光学系により中間像の位置を変化させることで、像形成部によって順次切り替えられる複数の像の位置をそれぞれ変化させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１８０７５９号公報
【発明の概要】
【０００４】
本開示におけるヘッドアップディスプレイは、透過性の反射部材に画像を投射して観察者に虚像を視認させる。ヘッドアップディスプレイは、表示部と、光学系と、駆動部とを備える。表示部は、画像を表示する。光学系は、表示部により表示された画像を反射部材に投射する。駆動部は、表示部を移動させる。光学系は、表示部の画像よりも大きい中間像を光学系の間に形成する。
【０００５】
本開示におけるヘッドアップディスプレイは、小型でありながら、虚像の表示位置を変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、本開示のヘッドアップディスプレイを搭載した移動体を示す模式図である。
【図２】図２は、実施の形態１におけるヘッドアップディスプレイの構成を示す光学断面を示す模式図である。
【図３】図３は、実施の形態２におけるヘッドアップディスプレイの構成を示す光学断面を示す模式図である。
【図４】図４は、実施の形態３におけるヘッドアップディスプレイの構成を示す光学断面を示す模式図である。
【図５】図５は、実施例１（実施の形態１に対応）の光学系における各面の偏心データを示す図である。
【図６】図６は、実施例１（実施の形態１に対応）の光学系における各面の曲率半径を示す図である。
【図７】図７は、実施例１（実施の形態１に対応）の光学系における自由曲面の形状のデータを示す図である。
【図８】図８は、実施例１（実施の形態１に対応）の光学系における自由曲面の形状のデータを示す図である。
【図９】図９は、実施例１（実施の形態１に対応）の光学系における自由曲面の形状のデータを示す図である。
【図１０】図１０は、実施例２（実施の形態１に対応）の光学系における各面の偏心データを示す図である。
【図１１】図１１は、実施例２（実施の形態１に対応）の光学系における各面の曲率半径を示す図である。
【図１２】図１２は、実施例２（実施の形態１に対応）の光学系における自由曲面の形状のデータを示す図である。
【図１３】図１３は、実施例２（実施の形態１に対応）の光学系における自由曲面の形状のデータを示す図である。
【図１４】図１４は、実施例２（実施の形態１に対応）の光学系における自由曲面の形状のデータを示す図である。
【図１５】図１５は、実施例１および２のヘッドアップディスプレイのデータを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
【０００８】
なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
【０００９】
（実施の形態１）
以下、図１〜４を用いて、実施の形態１を説明する。
【００１０】
［１−１．構成］
［１−１−１．ヘッドアップディスプレイの全体構成］
本開示のヘッドアップディスプレイ１００の具体的な実施の形態及び実施例を、図面を参照して、以下、説明する。
【００１１】
図１は、本開示に係るヘッドアップディスプレイ１００を搭載した車両２００の断面を示す模式図である。図１に示すように、ヘッドアップディスプレイ１００は、車両２００のウインドシールド２２０下部のダッシュボード２１０内部に配置される。観察者Ｄは、ヘッドアップディスプレイ１００から投射する画像を虚像Ｉとして認識する。
【００１２】
図２は、実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイ１００を説明するための光学断面を示す模式図である。図２に示すように、ヘッドアップディスプレイ１００は、表示デバイス１１０と、リレー光学系１２０、投射光学系１３０とを備える。ヘッドアップディスプレイ１００は、表示デバイス１１０が表示する画像を、ウインドシールド２２０を介して反射させ、観察者Ｄの視点領域３００（アイボックスと称する場合もある）に導いて虚像Ｉを提示するものである。
【００１３】
ここで、虚像Ｉの中心を形成するスクリーン１１１の表示画像の光路を基準光線Ｌｃとする。観察者Ｄが視認する基準光線Ｌｃは、実際には表示デバイス１１０から光学系を経て観察者Ｄに到達したものである。そのため、虚像Ｉの中心から出射する基準光線Ｌｃに対応する、表示デバイス１１０から観察者Ｄに到達するまでの光線も基準光線Ｌｃと表現される。また、これらの光線に対応する光路も同様に基準光線Ｌｃと表現される。ただし、観察者Ｄの視点が視点領域３００の中心にあるものとする。
【００１４】
表示デバイス１１０はスクリーン１１１と、スクリーン１１１を駆動する駆動部１１２と、走査型レーザ１１３とを備える。表示デバイス１１０において、図示しないマイコン等の制御部によって表示画像情報が制御される。表示画像情報としては、道路進行案内表示や、前方車両までの距離、車のバッテリー残量、現在の車速など、各種の情報を表示することができる。表示デバイス１１０の光源として、スクリーン１１１に画像を投影するプロジェクタや走査型レーザが用いられる。走査型レーザ１１３は、スクリーン１１１の面を走査することで、表示画像を形成する。駆動部１１２は、スクリーン１１１を基準光線Ｌｃに沿って移動させる駆動装置である。駆動部１１２によってスクリーン１１１が基準光線Ｌｃに沿って移動することで、観察者Ｄから虚像Ｉまでの距離を調整することができる。例えば、スクリーン１１１をリレー光学系１２０に対して遠ざける方向に移動させることで、虚像Ｉを観察者Ｄに対して遠ざけることができる。
【００１５】
また、駆動部１１２は、走査型レーザ１１３のスクリーン１１１における走査の位置に応じて移動する。これにより、スクリーン１１１の基準光線Ｌｃの出射角によらず虚像Ｉを任意の平面上に描くことができる。例えば、走査型レーザ１１３の描写周期と、スクリーン１１１の揺動周期を同期させることで、虚像Ｉを観察者Ｄに対して傾いた平面上に描写することができる。また、スクリーン１１１を数十Ｈｚで基準光線Ｌｃの方向に前後に移動させることにより、虚像Ｉを立体表示させることもできる。
【００１６】
ここで、スクリーン１１１の移動量に対して、中間像Ｍの移動量の方が大きい。これは、リレー光学系１２０の横倍率βが１よりも大きな拡大作用を持っているためである。このとき、スクリーン１１１の移動量に対して、中間像Ｍの移動量は、β２倍だけ移動する。なお、空中像Ｍは、空中で結像し、拡散反射する投写面で結象するものではない。
【００１７】
なお、駆動部１１２はスクリーン１１１を光軸方向に移動するだけでなく、スクリーン１１１を回転させることや傾ける構成としても良い。
【００１８】
リレー光学系１２０は、第１ミラー１２１と、第２ミラー１２２とを備える。リレー光学系１２０は、表示デバイス１１０のスクリーン１１１に表示した画像を、第１ミラー１２１を介して反射し、さらに第２ミラー１２２を介して反射することにより、中間像Ｍを形成する。このとき、中間像Ｍはスクリーン１１１に表示した画像よりも拡大して形成される。すなわち、スクリーン１１１に表示された画像が小さくても、大きな中間像Ｍを得ることができる。これにより、スクリーン１１１のサイズを小型にできる。また、中間像Ｍが大きいことにより、投射光学系１３０における倍率を低くすることができる。これにより、投射光学系１３０の第４ミラーの正のパワーを弱くすることができ、画面歪みを抑制できる。具体的には、以下の条件（１）を満たすように、リレー光学系１２０のパワーを設定することが望ましい。
【００１９】
１．４  ＜  β  ＜  ４．０  ・・・（１）
ここで、
β：リレー光学系１２０の横倍率
である。
【００２０】
また、中間像Ｍは中間像位置に良好な点として結像する必要はなく、球面収差、コマ収差、像面湾曲、非点収差が発生していても良い。
【００２１】
投射光学系１３０は第３ミラー１３１と、第４ミラー１３２とを備える。投射光学系１３０は、リレー光学系１２０が形成した中間像Ｍを、第３ミラー１３１を介して反射し、さらに第４ミラー１３２を介して反射することにより、ウインドシールド２２０に投射する。なお、空中像Ｍは、空中で結像し、拡散反射する投写面で結象するものではない。
【００２２】
［１−１−２．投射光学系とリレー光学系と表示装置の配置構成］
実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイ１００では、表示デバイス１１０の位置をリレー光学系１２０と投射光学系１３０よりも下方に配置している。また、表示デバイス１１０のスクリーン１１１の表示面を第１ミラー１２１の方向に向けている。このとき、表示デバイス１１０から射出する基準光線Ｌｃはスクリーン１１１の表示面に対して傾いていることが望ましい。これにより、外光が筐体内に進入して、表示デバイス１１０の表示面に反射することによる迷光を防ぐことができる。表示デバイス１１０のスクリーン１１１は拡散特性を有する光学部材で構成される。また、スクリーン１１１の後方にはスクリーン１１１に画像を投影する走査型レーザ１１３が配置される。
【００２３】
図２に示すように、第１ミラー１２１は、表示デバイス１１０よりも上方、且つ観察者Ｄ側に配置される。第１ミラー１２１の反射面は、表示デバイス１１０で表示される画像を第２ミラー１２２に映る方向に反射するように偏心している。第２ミラー１２２は、第１ミラー１２１よりも下方、且つ虚像Ｉ側に配置される。第２ミラー１２２の反射面は、第１ミラー１２１で反射した光線を第３ミラー１３１に映る方向に反射するように偏心している。
【００２４】
第３ミラー１３１は、第１ミラー１２１よりも上方に配置される。第３ミラー１３１の反射面は、第２ミラー１２２で反射された光線を第４ミラー１３２に映る方向に反射するように偏心している。第４ミラー１３２は、第３ミラー１３１よりも虚像Ｉ側に配置される。第４ミラー１３２の反射面は、第３ミラー１３１からの反射光をウインドシールド２２０に映る方向に反射するように偏心している。
【００２５】
ここで、第１ミラー１２１から第２ミラー１２２までの基準光線Ｌｃの間隔は、第３ミラー１３１から第４ミラー１３２までの基準光線Ｌｃの間隔よりも短い。こうすることで、ヘッドアップディスプレイ１００のサイズを小さくすることができる。また、スクリーン１１１から第１ミラー１２１までの基準光線Ｌｃの間隔は、第１ミラー１２１から中間像Ｍまでの基準光線Ｌｃの間隔よりも短い。こうすることで、第１ミラー１２１の小型化を図ることができ、ヘッドアップディスプレイ１００のサイズも小さくすることができる。また、第１ミラー１２１の反射面の上端は、第４ミラー１３２の反射面の下端よりも上下方向で上に位置する。こうすることで、ヘッドアップディスプレイ１００のサイズの小型化が図れる。
【００２６】
また、リレー光学系１２０の射出瞳位置を投射光学系１３０に近づけることで、スクリーン１１１の表示画像領域の中心部から周辺部に亘って、スクリーン１１１からの出射角の差を小さくできる。これにより、スクリーン１１１を基準光線Ｌｃの方向に揺動させた際の歪みの変動を抑制できる。
【００２７】
実施の形態１のリレー光学系１２０では、第１ミラー１２１の反射面は凹面形状を有する。また、第２ミラー１２２の反射面は、凸面形状を有する。第２ミラー１２２を凸面の形状とすることで、第１ミラー１２１で発生する非対称な偏心歪曲を良好に補正することができる。また、第１ミラー１２１を凹面形状とすることで、スクリーン１１１の画像を中間結像させる集光作用を担うことができる。ただし、第１ミラー１２１または、第２ミラー１２２のどちらか一方が自由曲面であってもよく、他方が平面ミラーであってもよい。また、リレー光学系１２０は第１ミラー１２１、第２ミラー１２２の２枚に限定されることはなく、同様の作用を持ったレンズ素子などの屈折光学素子で構成されても良いし、第１ミラー１２１だけで構成されても良い。
【００２８】
実施の形態１の投射光学系１３０では、第３ミラー１３１の反射面は、凸面形状を有する。また、第４ミラー１３２の反射面は、凹面形状を有する。第３ミラー１３１を凸面の形状とすることで、第４ミラー１３２で発生する非対称な偏心歪曲を良好に補正することができる。また、第４ミラー１３２を凹面形状とすることで、中間像Ｍよりも拡大された虚像Ｉを観察者Ｄに視認させることができる。
【００２９】
ここで、第１ミラー１２１のパワーは、リレー光学系１２０と投射光学系１３０のうち最も大きい。これにより、リレー光学系１２０の小型化を図ることができる。
【００３０】
また、本実施の形態において、第１ミラー１２１、第２ミラー１２２、第３ミラー１３１、第４ミラー１３２は自由曲面形状を採用している。これは反射で生じた虚像の歪みを、視点領域３００の全域で良好な虚像Ｉが見えるように補正するためである。
【００３１】
［１−２．効果等］
以上のように、本実施の形態において、ヘッドアップディスプレイ１００は、表示デバイス１１０と、リレー光学系１２０と、投射光学系１３０と、を備える。リレー光学系１２０によって結像する像は、表示デバイス１１０がスクリーン１１１上で表示する表示画像よりも大きい。これにより、表示デバイス１１０の小型化を実現することができる。また、リレー光学系１２０を有することで、画面歪みを良好に補正しながら、スクリーン１１１を小型化しつつ、投射光学系１３０の正のパワーを抑えることができる。
【００３２】
（実施の形態２）
以下、図３を用いて、実施の形態２を説明する。なお、本実施の形態においては、リレー光学系１４０の構成が実施の形態１のリレー光学系１２０と異なり、その他の構成は実施の形態１と同様である。そのため、以下、異なる点を中心に説明をし、同様の構成については説明を省略する。
【００３３】
［２−１．構成］
［２−１−１．ヘッドアップディスプレイの全体構成］
図３は、実施の形態２に係るヘッドアップディスプレイ１００を説明するための光学断面を示す模式図である。
【００３４】
実施の形態２におけるリレー光学系１４０は、第１レンズ１４１と、第２レンズ１４２と、第３レンズ１４３とを備える。リレー光学系１４０は、全体として正のパワーを有する。また、第１レンズ１４１は正のパワーを有する球面形状である。また、第２レンズ１４２は負のパワーを有する球面形状である。また、第３レンズ１４３は正のパワーを有する球面形状である。ただし、第１レンズ１４１、第２レンズ１４２、第３レンズ１４３のいずれかの面形状が自由曲面形状であってもよい。また、リレー光学系１４０は第１レンズ１４１、第２レンズ１４２、第３レンズ１４３の３枚に限定されることはなく、４枚以上のレンズで構成されても良い。
【００３５】
表示デバイス１１０のスクリーン１１１に表示した画像は、第１レンズ１４１を介して屈折して、次に第２レンズ１４２を介して屈折して、次に第３レンズ１４３を介して屈折して中間像Ｍを形成する。このとき、中間像Ｍはスクリーン１１１に表示した画像よりも拡大されて形成される。具体的には、以下の条件（１）を満たすように、リレー光学系１４０のパワーを設定している。
【００３６】
１．４  ＜  β  ＜  ４．０  ・・・（１）
ここで、
β：リレー光学系１４０の横倍率
である。
【００３７】
投射光学系１３０は、第３ミラー１３１と、第４ミラー１３２とを備える。投射光学系１３０は、リレー光学系が形成した中間像Ｍを、第３ミラー１３１を介して反射し、さらに第４ミラー１３２を介して反射することにより、ウインドシールド２２０に投射する。
【００３８】
［２−１−２．投射光学系とリレー光学系と表示装置の配置構成］
実施の形態２に係るヘッドアップディスプレイ１００では、表示デバイス１１０の位置をリレー光学系１４０と投射光学系１３０よりも下方に配置している。また、表示デバイス１１０のスクリーン１１１の表示面を第１レンズ１４１の方向に向けている。このとき、表示デバイス１１０から射出する基準光線Ｌｃは、スクリーン１１１の表示面に対して傾いていることが望ましい。これにより、太陽光などの外光がヘッドアップディスプレイ１００の筐体内に進入して、スクリーン１１１の表示面に反射することによる迷光を防ぐことができる。表示デバイス１１０のスクリーン１１１は拡散特性を有する光学部材で構成される。また、スクリーン１１１の後方にはスクリーン１１１に画像を投影する走査型レーザ１１３が配置される。
【００３９】
第３ミラー１３１は、リレー光学系１４０よりも上方に配置される。第３ミラー１３１の反射面は、第３レンズ１４３から射出された光線を第４ミラー１３２に映る方向に反射するように偏心している。第４ミラー１３２は、第３ミラー１３１よりも虚像Ｉ側（Ｘ軸の正の方向）に配置される。第４ミラー１３２の反射面は、第３ミラー１３１からの反射光をウインドシールド２２０に投射する方向に偏心している。
【００４０】
［２−２．効果等］
以上のように、本実施の形態において、ヘッドアップディスプレイ１００は、表示デバイス１１０と、リレー光学系１４０と、投射光学系１３０と、を備える。リレー光学系１４０によって結像する像は、表示デバイス１１０がスクリーン１１１上で表示する表示画像よりも大きい。これにより、表示デバイス１１０の小型化を実現することができる。また、リレー光学系１４０を有することで、画面歪みを良好に補正しながら、スクリーン１１１を小型にしつつ、投射光学系１３０の正のパワーを抑えることができる。
【００４１】
（実施の形態３）
以下、図４を用いて、実施の形態３を説明する。なお、本実施の形態においては、リレー光学系１２０の配置位置が実施の形態１と異なり、その他の構成は実施の形態１と同様である。そのため、以下、異なる点を中心に説明をし、同様の構成については説明を省略する。
【００４２】
［３−１．構成］
［３−１−１．投射光学系とリレー光学系と表示装置の配置構成］
実施の形態３に係るヘッドアップディスプレイ１００においては、表示デバイス１１０の位置をリレー光学系１２０と投射光学系１３０よりも下方に配置している。また、表示デバイス１１０のスクリーン１１１の表示面を第１ミラー１２１の方向に向けている。このとき、表示デバイス１１０から射出する基準光線Ｌｃは、スクリーン１１１の表示面に対して傾いていることが望ましい。これにより、太陽光等の外光がヘッドアップディスプレイ１００の筐体内に進入して、スクリーン１１１の表示面に反射することによる迷光を防ぐことができる。スクリーン１１１は拡散特性を有する光学部材で構成される。また、スクリーン１１１の後方にはスクリーン１１１に画像を投影する走査型レーザ１１３が配置される。
【００４３】
第１ミラー１２１は、表示デバイス１１０よりも車両２００の鉛直方向において上方（Ｚ軸の正の方向）、かつ、虚像Ｉ側（Ｘ軸の正の方向）に配置され、表示デバイス１１０で表示される画像を第２ミラー１２２に映る方向にその反射面を偏心して配置している。第２ミラー１２２は、第１ミラー１２１よりも、上方かつ観察者Ｄ側（Ｘ軸の負の方向）に配置され、第１ミラー１２１で反射した光線を第３ミラー１３１に映る方向にその反射面を偏心して配置している。
【００４４】
ここで、第１ミラー１２１と第２ミラー１２２との基準光線Ｌｃの間隔は、第３ミラー１３１と第４ミラー１３２との基準光線Ｌｃの間隔よりも短い。こうすることで、ヘッドアップディスプレイ１００のサイズを小さくすることができる。また、スクリーン１１１から第１ミラー１２１との基準光線Ｌｃの間隔は、第１ミラー１２１から中間像Ｍまでの基準光線Ｌｃの間隔よりも短い。こうすることで、第１ミラー１２１の小型化を図ることができ、ヘッドアップディスプレイ１００のサイズも小さくすることができる。また、スクリーン１１１の出射側は車両２００の進行方向を向けている。こうすることで、走査型レーザ１１３を観察者Ｄ側に配置することができ、車両前方の構造物との干渉を避けることができる。
【００４５】
（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１〜３を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態１〜３で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
【００４６】
実施の形態１〜３において、表示デバイス１１０には、スクリーン１１１に画像を投影するプロジェクタや走査型レーザを用いて説明した。しかしながら、プロジェクタや走査型レーザを用いず、スクリーン１１１として、液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）や有機発光ダイオード（エレクトロルミネッセンス）、プラズマディスプレイなどを用いることも可能である。駆動部１１２はスクリーン１１１を基準光線Ｌｃに沿って移動させる駆動装置である。
【００４７】
実施の形態１〜３において、第３ミラー１３１または、第４ミラー１３２のどちらか一方が自由曲面であってもよく、他方が平面ミラーであってもよい。また、投射光学系１３０は第３ミラー１３１、第４ミラー１３２の２枚に限定されることはなく、同様の作用を持ったレンズ素子などの屈折光学素子で構成されても良いし、第４ミラー１３２だけで構成されても良い。
【００４８】
実施の形態１〜３において、第３ミラー１３１は、回転非対称な形状を有するミラーを用いて説明したが、Ｘ方向とＹ方向とで曲率の符号が異なる、いわゆる鞍型の面形状を有しても良い。
【００４９】
実施の形態１と３において、第２ミラー１２２は、回転非対称な形状を有するミラーを用いて説明したが、Ｘ方向とＹ方向とで曲率の符号が異なる、いわゆる鞍型の面形状を有しても良い。
【００５０】
なお、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
【００５１】
（数値実施例）
以下、図５から図１５を用いて、実施の形態１〜２に対応する数値実施例を示す。
【００５２】
以下、本技術による表示装置について、具体的な実施例を説明する。なお、以下で説明する実施例において、表中の長さの単位は（ｍｍ）であり、角度の単位は（度）である。また、自由曲面は、次の数式１で定義されるものである。
【００５３】
【数１】
2016208194.tif 000003
【００５４】
ここで、ｚは面を定義する軸から（ｘ，ｙ）の位置におけるサグ量である。ｒは面を定義する軸の原点における曲率半径である。ｃは面を定義する軸の原点における曲率である。ｋはコーニック定数であり、多項式係数のＣ１に相当する。Ｃｊは単項式ｘｍｙｎの係数である。ただし、ｍおよびｎは０以上の整数である。
【００５５】
また、各実施例において、基準となる座標原点は、表示デバイス１１０に表示された画像（表示面）の中心である。表中では、表示面の横方向をＸ軸、縦方向をＹ軸、表示面に対して垂直な方向をＺ軸として示している。
【００５６】
また、偏心データにおいて、ＡＤＥとは、ミラーもしくはレンズをＸ軸を中心にＺ軸方向からＹ軸方向に回転した量を意味する。ＢＤＥとはＹ軸を中心にＸ軸方向からＺ軸方向に回転した量を意味する。ＣＤＥとはＺ軸を中心にＸ軸方向からＹ軸方向に回転した量を意味する。
【００５７】
［数値実施例１］
図５〜図９は、数値実施例１（実施の形態１）のヘッドアップディスプレイ１００の光学系のデータである。数値実施例１は、実施の形態１の構成を採る。具体的な光学系のデータを図５〜図９に示す。図５は、ヘッドアップディスプレイ１００の各光学要素における各面の偏心データを示す。図６は、各面の曲率半径を示す。図７〜９は、自由曲面の形状を表す多項式係数である。
【００５８】
［数値実施例２］
図１０〜図１４は、数値実施例２（実施の形態１）のヘッドアップディスプレイ１００の光学系のデータである。数値実施例２は、実施の形態１の構成を採る。具体的な光学経のデータを図１０〜１４に示す。図１０は、ヘッドアップディスプレイ１００の各光学要素における各面の偏心データを示す。図１１は、曲率半径を示す。図１２〜１４は、自由曲面の形状を表す多項式係数である。
【００５９】
図１５は、実施例１〜２の虚像Ｉの大きさと、観察者Ｄから虚像Ｉまでの距離を示すデータである。
【００６０】
以下の表１に、実施の形態１および２の条件式（１）の対応値を示す。
【００６１】
【表１】
2016208194.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本開示は、反射型透過部材に投映するヘッドアップディスプレイに適用可能である。具体的には、ウインドシールドを有する移動体に搭載されるヘッドアップディスプレイなどに、本開示は適用可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１００  ヘッドアップディスプレイ
１１０  表示デバイス
１１１  スクリーン
１１２  駆動部
１１３  走査型レーザ
１２０  リレー光学系
１２１  第１ミラー
１２２  第２ミラー
１３０  投射光学系
１３１  第３ミラー
１３２  第４ミラー
１４０  リレー光学系
１４１  第１レンズ
１４２  第２レンズ
１４３  第３レンズ
２００  車両
２１０  ダッシュボード
２２０  ウインドシールド
３００  視点領域
【図１】
2016208194.tif 000005
【図２】
2016208194.tif 000006
【図３】
2016208194.tif 000007
【図４】
2016208194.tif 000008
【図５】
2016208194.tif 000009
【図６】
2016208194.tif 000010
【図７】
2016208194.tif 000011
【図８】
2016208194.tif 000012
【図９】
2016208194.tif 000013
【図１０】
2016208194.tif 000014
【図１１】
2016208194.tif 000015
【図１２】
2016208194.tif 000016
【図１３】
2016208194.tif 000017
【図１４】
2016208194.tif 000018
【図１５】
2016208194.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成29年12月1日(2017.12.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過性の反射部材に画像を投射して観察者に虚像を視認させるヘッドアップディスプレイであって、
前記画像を表示する表示部と、
前記表示部により表示された前記画像を前記反射部材に投射する光学系と、
前記表示部を移動させる駆動部と、を備え、
前記光学系は、前記光学系の間に前記表示部の画像よりも大きい空中で結像する中間像を形成する、
ヘッドアップディスプレイ。
【請求項２】
前記表示部の移動量は、前記表示部の移動に伴う前記中間像の移動量よりも小さい、
請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項３】
前記表示部は、光源の出射光が走査することで画像を表示し、
前記駆動部は、前記表示部の走査の位置に応じて移動する、
請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項４】
前記光学系は、前記表示部の画像から前記中間像を形成するリレー光学系と、
前記中間像を前記反射部材に投射する投射光学系と、を有する、
請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項５】
前記光学系は、前記表示部の画像から前記中間像を形成するリレー光学系と、
前記中間像を前記反射部材に投射する投射光学系と、を有する、
請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項６】
前記表示部は、光源の出射光が走査することで画像を表示し、
前記駆動部は、前記表示部の走査の位置に応じて移動する、
請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項７】
前記光学系は、前記表示部の画像から前記中間像を形成するリレー光学系と、
前記中間像を前記反射部材に投射する投射光学系と、を有する、
請求項６に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項８】
前記光学系は、前記表示部の画像から前記中間像を形成するリレー光学系と、
前記中間像を前記反射部材に投射する投射光学系と、を有する、
請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項９】
以下の条件式（１）を満足する、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ：
１．４  ＜  β  ＜  ４．０  ・・・（１）
ただし、
β：リレー光学系の横倍率
である。
【請求項１０】
透過性の反射部材に画像を投射して観察者に虚像を視認させるヘッドアップディスプレイを搭載する車両であって、
前記画像を表示する表示部と、
前記表示部により表示された前記画像を前記反射部材に投射する光学系と、
前記表示部を移動させる駆動部と、を有し、
前記光学系は、前記光学系の間に前記表示部の画像よりも大きい空中で結像する中間像を形成する、ヘッドアップディスプレイを備えた、移動体。
【国際調査報告】
2016208194.tif 000020
2016208194.tif 000021