(57)【要約】【課題】透過部材により反射された光が特定の一点に集光しない表示装置を提供する。【解決手段】  表示する像を形成する光束を外部へ射出する開口部を備える表示装置であって、前記開口部には、前記光束が透過する透過部材が設けられ、前記透過部材の射出面側は凹面であり、放物線を描いた際の対称軸を前記凹面の基準軸と定義すると、前記凹面の形状は、この放物線よりも、前記基準軸から離れるほど曲率が緩くなる非円弧形状である、表示装置。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示する像を形成する光束を外部へ射出する開口部を備える表示装置であって、
前記開口部には、前記光束が透過する透過部材が設けられ、
前記透過部材の射出面側は凹面であり、
放物線を描いた際の対称軸を前記凹面の基準軸と定義すると、前記凹面の形状は、この放物線よりも、前記基準軸から離れるほど曲率が緩くなる非円弧形状である、表示装置。
【請求項２】
前記凹面の形状は、この凹面と前記基準軸との交点が極値である、請求項１記載の表示装置。
【請求項３】
前記表示装置が表示する像の垂直方向をＹ軸、水平方向をＸ軸、前記Ｘ軸と前記Ｙ軸とで表現されるＸＹ平面に垂直な軸をＺ軸とし、前記像を見る観察者がいる側を＋Ｚ方向と定義すると、
前記透過部材における射出面は、ＹＺ平面において凹面であり、
前記凹面の極値は、前記凹面において前記観察者と反対側の端部に近い側に位置する、請求項２記載の表示装置。
【請求項４】
前記表示装置が表示する像の垂直方向をＹ軸、水平方向をＸ軸、前記Ｘ軸と前記Ｙ軸とで表現されるＸＹ平面に垂直な軸をＺ軸とし、前記像を見る観察者がいる側を＋Ｚ方向と定義すると、
前記透過部材における射出面は、ＹＺ平面において凹面であり、
前記透過部材は、前記凹面の基準軸が前記Ｙ軸方向に対して＋Ｚ側に傾いて配置されている、請求項１乃至３のいずれかに記載の表示装置。
【請求項５】
前記表示装置の外部からの光束が前記凹面に至る光路上に、前記外部からの光束の少なくとも一部が前記凹面へ至らないように遮光する遮光部材が配置されている、請求項１乃至４のいずれかに記載の表示装置。
【請求項６】
移動体に搭載された請求項３記載の表示装置であって、
前記Ｙ軸は前記移動体の高さ方向であり、前記Ｘ軸は前記移動体の横幅方向であり、前記Ｚ軸は、前記移動体の長さ方向であり、
前記移動体のウインドシールドを光コンバイナとして、前記光コンバイナに前記表示装置が表示する像が表示され、
前記凹面の極値は、前記凹面において前記光コンバイナに近い側に位置する、表示装置。
【請求項７】
移動体に搭載された請求項４記載の表示装置であって、
前記Ｙ軸は前記移動体の高さ方向であり、前記Ｘ軸は前記移動体の横幅方向であり、前記Ｚ軸は、前記移動体の長さ方向であり、
前記移動体のウインドシールドを光コンバイナとして、この光コンバイナにこの表示装置が表示する像が表示され、
前記透過部材は、前記凹面の基準軸が前記Ｙ軸方向に対して、ＹＺ平面において前記光コンバイナと反対側に傾いている、表示装置。
【請求項８】
請求項１乃至５のいずれかに記載の表示装置を備えた移動体。
【請求項９】
投影する像を形成する光束を外部へ射出する開口部を備える投影装置であって、
前記開口部には、前記光束が透過する透過部材が設けられ、
前記透過部材の射出面側は凹面であり、
放物線を描いた際の対称軸を前記凹面の基準軸と定義すると、前記凹面の形状は、この放物線よりも、前記基準軸から離れるほど曲率が緩くなる非円弧形状である、投影装置。
【請求項１０】
前記凹面の形状は、この凹面と前記基準軸との交点が極値である、請求項９記載の投影装置。
【請求項１１】
前記投影装置が投影する像の垂直方向をＹ軸、水平方向をＸ軸、前記Ｘ軸と前記Ｙ軸とで表現されるＸＹ平面に垂直な軸をＺ軸とし、前記像を見る観察者がいる側を＋Ｚ方向と定義すると、
前記透過部材における射出面は、ＹＺ平面において凹面であり、
前記凹面の極値は、前記凹面において前記観察者と反対側の端部に近い側に位置する、請求項１０記載の投影装置。
【請求項１２】
前記投影装置が投影する像の垂直方向をＹ軸、水平方向をＸ軸、前記Ｘ軸と前記Ｙ軸とで表現されるＸＹ平面に垂直な軸をＺ軸とし、前記像を見る観察者がいる側を＋Ｚ方向と定義すると、
前記透過部材における射出面は、ＹＺ平面において凹面であり、
前記透過部材は、前記凹面の基準軸が前記Ｙ軸方向に対して＋Ｚ側に傾いて配置されている、請求項９乃至１１のいずれかに記載の投影装置。
【請求項１３】
前記投影装置の外部からの光束が前記凹面に至る光路上に、前記外部からの光束の少なくとも一部が前記凹面へ至らないように遮光する遮光部材が配置されている、請求項９乃至１２のいずれかに記載の投影装置。
【請求項１４】
移動体に搭載された請求項１１記載の投影装置であって、
前記Ｙ軸は前記移動体の高さ方向であり、前記Ｘ軸は前記移動体の横幅方向であり、前記Ｚ軸は、前記移動体の長さ方向であり、
前記移動体のウインドシールドを光コンバイナとして、前記光コンバイナに前記投影装置が投影する像が形成され、
前記凹面の極値は、前記凹面において前記光コンバイナに近い側に位置する、投影装置。
【請求項１５】
移動体に搭載された請求項１２記載の投影装置であって、
前記Ｙ軸は前記移動体の高さ方向であり、前記Ｘ軸は前記移動体の横幅方向であり、前記Ｚ軸は、前記移動体の長さ方向であり、
前記移動体のウインドシールドを光コンバイナとして、前記光コンバイナに前記投影装置が投影する像が形成され、
前記透過部材は、前記凹面の基準軸が前記Ｙ軸方向に対して、ＹＺ平面において前記光コンバイナと反対側に傾いている、投影装置。
【請求項１６】
請求項９乃至１３のいずれかに記載の投影装置を備えた移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置、投影装置、及び表示装置または投影装置を備えた移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
表示装置や投影装置として、例えば、プロジェクタやヘッドアップディスプレイ（以下「ＨＵＤ」という。）などが知られている。ＨＵＤは、自動車、航空機、船舶などの移動体に搭載され、操縦者に情報を視認させる装置である。
【０００３】
表示装置及び投影装置は、像を形成する光を装置外部へ射出するための開口部を備える。そして開口部には、この開口部から装置内部への埃等の侵入を防ぐために、像を形成する光を透過する透過部材が設置されることが一般的である。つまり、透過部材は、防塵機能を兼ね備えた部材である。
【０００４】
従来、表示装置の透過部材について、この透過部材を透過する光束と平行な断面において、射出面側の形状を凹面とするものが知られている。例えば、透過部材で反射した外来光がドライバーに到達しないように、この透過部材を透過する光束と平行な断面において射出面側の形状を凹面とするとともに透過部材の近傍に反射光を遮光するための遮光部材を備えた車両用表示装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
ところで、放物線の軸（対称軸）と平行な平行光が入射すると、入射した光はこの軸上の一点に集光する。そのため、例えば射出面を放物線形状の凹面とした場合、射出面の外部から射出面に対して、射出面の形状である凹面の基準軸（放物線の軸（対称軸））と平行な平行光が入射すると、射出面で反射された反射光は、この軸上の一点に集光する。
【０００６】
ここで、太陽光は平行光と考えられる。そして、屋外で使用する表示措置や投影装置における開口部に設置された透過部材には、太陽光が入射する可能性がある。例えば、車のダッシュボードに搭載するＨＵＤの場合、装置外部へ投光するための開口部はウインドシールドの近傍へ配置されることとなるので、開口部に設置された透過部材により太陽光が反射される可能性がある。そして、開口部に設置された透過部材により反射された太陽光が特定の一点に集光すると、エネルギーが一点に集中することになるので、予期せぬ不具合が発生することが懸念される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、透過部材により反射された光が特定の一点に集光しない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】
本発明に係る表示装置は、表示する像を形成する光束を外部へ射出する開口部を備える表示装置であって、前記開口部には、前記光束が透過する透過部材が設けられ、前記透過部材の射出面側は凹面であり、放物線を描いた際の対称軸を前記凹面の基準軸と定義すると、前記凹面の形状は、この放物線よりも、前記基準軸から離れるほど曲率が緩くなる非円弧形状である表示装置、である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、表示装置において透過部材により反射された光が特定の一点に集光することがない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る装置の実施形態を示す構成図である。
【図２】比較例における透過部材の凹面と本実施の形態に係る透過部材の凹面とを、ｘｙ平面上で重ねて示した図である。
【図３】本実施の形態に係る透過部材の凹面の形状をｘｙ平面で示した図である。
【図４】（ａ）比較例における透過部材の凹面に入射する太陽光、太陽光が凹面を透過した透過光、太陽光が凹面により反射された反射光の様子を示す図である、（ｂ）図２（ａ）の太陽光が凹面により反射された反射光の光路の一部を拡大した拡大図である、（ｃ）本実施の形態に係る透過部材の凹面に入射する太陽光、太陽光が凹面を透過した透過光、太陽光が凹面により反射された反射光の様子を示す図である、（ｄ）図２（ｃ）の太陽光が凹面により反射された反射光の光路の一部を拡大した拡大図である。
【図５】（ａ）本発明の実施形態であるＨＵＤが備える透過部材の配置を示す図、（ｂ）比較例２におけるＨＵＤが備える透過部材の配置を示す図である。
【図６】（ａ）本実施の形態として、凹面の基準軸を、ＹＺ平面において、＋Ｚ側に傾けて配置した様子を示した図である、（ｂ）比較例３として、凹面の基準軸を、ＹＺ平面において、＋Ｚ側に傾けないで配置した様子を示した図である。
【図７】太陽光が透過部材の凹面に至る光路上に、遮光部材を設けた様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
●表示装置（１）●
以下、本発明に係る表示装置や投影装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。まず、本発明の実施形態であるＨＵＤ１について説明する。
【００１２】
●表示装置の概要
図１に示すように、ＨＵＤ１は、自動車や航空機、船舶などの移動体に搭載される装置である。ＨＵＤ１は、当該移動体の操縦者の視界内に情報を表示する。この「情報」とは、当該移動体の移動に関連する情報、当該移動体の動作に関連する情報等である。また、移動体の動作状態を報知する警報なども含まれる。
【００１３】
ＨＵＤ１は、後述する像形成部に中間像を形成し、操縦者の視界に投射することで、中間像に対応する虚像２を視認させる装置である。
【００１４】
ここで、本発明に係る実施形態の説明に共通して用いる３次元直交座標系を説明する。図１に示すように、観察者３の視野方向である移動体の前進方向をＺ軸とする。この場合、虚像２から観察者３へ向かう方向、すなわち移動体の後退方向を＋Ｚ方向とし、観察者３の視線方向、すなわち移動体の前進方向を−Ｚ方向とする。観察者３の視野の左右方向をＸ方向とする。この場合、観察者３の右方向、すなわち紙面奥方向を＋Ｘ方向とし、観察者３の左方向、すなわち紙面手前方向を−Ｘ方向、とする。また観察者３の視野の上下方向をＹ方向とする。観察者３の上方向を＋Ｙ方向とし、観察者３の下方向を−Ｙ方向とする。
【００１５】
以上をまとめて言い換えると、本発明に係る実施形態の説明に用いる移動体を自動車とした場合に、自動車の幅方向をＸ方向、自動車の高さ方向をＹ方向、自動車の長さ方向をＺ方向とする。観察者３からみて左手方向が−Ｘ方向であって、右手方向が＋Ｘ方向である。観察者３からみて上方向が＋Ｙ方向である。自動車の後退方向、すなわち後方が＋Ｚ方向であって、進行方向すなわち前方が−Ｚ方向である。
【００１６】
●表示装置の構成
図１に示すように、ＨＵＤ１は、入射光学系の例である光源部１００と、走査光学系２００と、観察光学系３００と、を備えている。本実施形態では、ＨＵＤ１を自動車に搭載した場合を例に用いて説明する。
【００１７】
●光源部１００の概要
光源部１００は、虚像２の元になる中間像の形成に用いる光束を出射する。虚像２をカラー画像にするのであれば、光源部１００からはカラー画像に必要な光の三原色に相当する光束が出射される。
【００１８】
光源部１００は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３種のレーザー光束を合成して像形成用ビームを出力する。像形成用ビームは、光偏向器２０の反射面に照射される。
【００１９】
各色のレーザー光束は、表示対象である「二次元のカラー画像」に係る画像信号に応じて、または、当該画像情報を示す画像データに応じて強度変調される。このレーザー光束の強度変調は、各色の半導体レーザーを直接変調する方式、すなわち直接変調方式でも良いし、各色の半導体レーザーから出射されたレーザー光束を変調する方式、すなわち外部変調方式でも良い。すなわち、各半導体レーザー素子は、それぞれを駆動する駆動手段によって、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分の画像信号により発光強度を変調された各色のレーザー光を出射する。
【００２０】
なお、各レーザー素子には、上記のような半導体レーザー素子に代えて端面発光レーザーと呼ばれるレーザーダイオード（ＬＤ）を用いることができる。また、端面発光レーザーに代えて、面発光レーザーを用いることもできる。さらに、各レーザー素子にはＬＥＤ素子を用いてもよい。
【００２１】
光源部１００は、図１では光軸がＹＺ平面上において斜め下に向くように設置されていたが、これに限られるものではない。光源部１００の設置位置に応じて、走査光学系２００及び観察光学系３００の各部品の位置や角度は異なる。
【００２２】
●走査光学系２００の概要
走査光学系２００は、光源部１００から出射された光束に基づいて、像形成部２２に中間像を形成する。
【００２３】
走査光学系２００は、光偏向器２０と、走査ミラー２１と、像形成部２２と、を有してなる。
【００２４】
●光偏向器２０の概要
光偏向器２０は、光源部１００から出射される像形成用ビームを偏向走査し、像形成部２２上を二次元偏向走査する像形成素子である。光偏向器２０は、半導体プロセス等で微小揺動ミラー素子として作製されたＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーである。ＭＥＭＳミラーは単一の微小なミラーである。ＭＥＭＳミラーは、ミラー面を直交する２軸、すなわち主走査方向、副走査方向に対して揺動し、二次元走査を行う。
【００２５】
光偏向器２０として用いることができる像形成素子は、上記の例に限るものではない。例えば、１軸を中心として揺動又は回動する２枚のミラーから成るミラー系であってもよい。また、光偏向器２０は、微小なミラーの集合体で構成され、各微小ミラーが互いに直交する２軸を用いて揺動するように構成された微小揺動ミラー素子（ＤＭＤ：Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ，Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社）であってもよい。また、光偏向器２０として用いる像形成素子として、透過型液晶パネルを含む透過液晶型素子や、反射型液晶パネルを含む液晶デバイスである反射液晶型素子などを用いてもよい。
【００２６】
光偏向器２０において像形成用ビームが二次元的に偏向されると、偏向されたビームは走査ミラー２１によって反射され、走査用ビームとして像形成部２２に入射する。
【００２７】
走査用ビームは、像形成部２２上において主走査方向と副走査方向に走査される。すなわち、光偏向器２０は走査用ビームを二軸偏向しており、主走査方向に関しては正弦波振動を、副走査方向に関しては鋸波振動をすることで、像形成部２２を二次元的に偏向走査する。
【００２８】
●像形成部２２の概要
走査用ビームにより像形成部２２を二次元偏向走査することで、中間像が形成される。なお、ここで作成された中間像は、カラーの二次元像である。本実施形態では、カラー画像を前提として説明するが、像形成部２２においてモノクロの中間像を作成するものでもよい。
【００２９】
なお、走査用ビームによる二次元偏向走査の各瞬間において像形成部２２に形成される中間像は「走査用ビームが、その瞬間に照射している画素のみ」である。したがって、上記の二次元像は、走査用ビームの二次元的な走査によって「各瞬間に表示される画素の集合」として作成される。
【００３０】
像形成部２２は、微細な凸レンズが二次元的に配列されているマイクロレンズアレイであって、この微細凸レンズに入射した走査用ビームが出射面から拡散して出射される。像形成部２２の走査は、例えば、主走査方向は高速で走査されて、副走査方向は低速で走査されるラスタースキャンである。走査された像形成部２２から出射される拡散光によって中間像が形成される。すなわち、中間像は、像形成部２２の出射面側（観察光学系３００側）に現れる。
【００３１】
なお、像形成部２２として用いる光学素子は、上記の例に限ることはなく、透過スクリーン、拡散板、反射スクリーンなどを採用してもよい。また、複数のマイクロレンズを１次元配列したもの、又は３次元配列したものを用いることもできる。
【００３２】
●観察光学系３００の構成
観察光学系３００は、凹面ミラー３１と、光コンバイナ３２と、透過部材４５と、を有してなる。
【００３３】
走査光学系２００において形成される中間像は、反射光学素子である凹面ミラー３１において拡大されて投射される。拡大投射される中間像は、透過部材４５を透過して、光コンバイナ３２で観察者３に向けて反射される。
【００３４】
透過部材４５は、像を形成する光束を透過させる部材であるとともに、装置内部への埃の侵入を防ぐ防塵部材としても機能する。透過部材４５は、この透過部材４５を透過する光束と平行な断面において、入射面側（凹面ミラー３１側）が凸面４５ａ、射出面側（光コンバイナ３２側）が凹面４５ｂとなっている。走査光学系２００からの光束は、透過部材４５の凸面４５ａ側から凹面４５ｂ側へ透過する。
【００３５】
光コンバイナ３２には、太陽光等の外部光も入射する。光コンバイナ３２を透過した太陽光等の外部光のうち、一部の光束は透過部材４５へ入射する。透過部材４５へ入射した一部の光束は凹面４５ｂ側から凸面４５ａ側へ透過し、残りの光束は凹面４５ｂで反射される。透過部材４５の凹面４５ｂの形状については、後述する。
【００３６】
光コンバイナ３２は、中間像を観察者３に向けて反射し、観察者３に虚像２を視認させる素子である。
【００３７】
本実施形態では、光コンバイナ３２としてフロントウインドシールド５０、いわゆるフロントガラスを用いている。また、専用の光コンバイナ３２を観察者３の視界内に配置してもよい。
【００３８】
光コンバイナ３２において中間像が反射されると、運転席にいる観察者３の視覚には、光コンバイナ３２の物理的な位置とは異なる位置、ここでは観察者３から離れる方向の位置に、虚像２が現れる。すでに説明したとおり、虚像２において観察者３に認知される情報は、例えば、自動車の動作や運転に関連する情報であって、より具体的には、自動車の速度や走行距離、行き先表示等のナビゲーション情報等である。
【００３９】
一般的に中間像が投射される光コンバイナ３２としてのフロントウインドシールド５０は、平面ではない。したがって、投射される中間像に係る光束は、平面ではない面に投射される。
【００４０】
すなわち、現れる虚像２は、フロントウインドシールド５０の形状に即して歪む。そこで、この歪みを補正するために、単一の凹面ミラー３１の形状は工夫されている。例えば、凹面ミラー３１は、中間像の水平線が上または下に凸形状になる光学歪み要素を補正する反射面を有している。凹面ミラー３１は、反射面によって虚像２の歪みが補正される位置に配置される。
【００４１】
凹面ミラー３１と光コンバイナ３２によって、観察者３は、中間像を視野内の広い領域に虚像２として視認する。これによって、観察者３が頭を少々動かしたり、視点を動かしたりしても虚像２を確実に視認できる。
【００４２】
なお、観察者３の視点は、単に基準となる視点位置、すなわち基準アイポイントを示している。観察者３の視点範囲は、自動車の運転者アイレンジ（ＪＩＳ  Ｄ００２１）と同等かそれ以下である。
【００４３】
●透過部材４５の構成
本実施の形態に係る透過部材４５について説明する。比較例として透過部材１４５を用いる。
【００４４】
比較例である透過部材１４５の機能と本実施の形態に係る透過部材４５の機能とは同じである。また、透過する光束と平行な断面の形状について、入射面側が凸面であり射出面側が凹面であるという点も同じである。
【００４５】
ただし、図３に示すように、比較例である透過部材１４５と透過部材４５とは、凹面の形状が異なる。
まず、比較例である透過部材１４５の凹面１４５ｂの形状について説明する。
比較例である透過部材１４５の凹面１４５ｂの形状は、放物線形状である。この比較例の透過部材１４５の凹面１４５ｂの放物線形状が有する放物線の軸（対称軸）を基準軸１４６とする。
次に、本実施の形態に係る透過部材４５の凹面４５ｂの形状について説明する。
放物線を描いた際の対称軸をこの凹面４５ｂの基準軸４６と定義すると、凹面４５ｂの形状は、この描かれた放物線（基準軸４６を対称軸とする放物線）よりも、基準軸４６から離れるほど曲率が緩くなる非円弧形状である。
【００４６】
凹面４５ｂの形状を、数式を用いて説明する。ｘｙ平面上で凹面形状を定義し、基準軸４６はｙ軸上にあるものとする。ｘｙ平面に垂直な方向をｚ軸とする。（図８参照）なお、既述した移動体の３次元直交座標系と区別するために、移動体の３次元直交座標系は大文字で表現し、この透過部材４５の説明では小文字で表現する。
【００４７】
上記ｘｙｚ座標系において、凹面４５ｂの形状を表す形状式は、以下である。
（式１）
2018010138.tif 000003
ｃは近軸曲率、ｋはコーニック係数を表す。本実施の形態ではｃ＝０．０１、ｋ＝−１．１５としており、十分な効果を得られている。
【００４８】
上記の形状式からわかるように、本数式はｘ＝０、すなわち基準軸４６上で極値４７を有している。
【００４９】
本発明における透過部材は、上記の形状式に限定されるものではなく、同一の形状を別の式を用いて特定することも可能である。
【００５０】
図２に示すように、凹面４５ｂの曲率は基準軸４６に対して線対称となる非円弧形状の曲線である。また、凹面４５ｂの形状は、ｘｙ平面におけるｘ軸方向の長さについて、ｘ座標がマイナスの象限における長さよりもｘ座標がプラスの象限における長さの方が長い。
【００５１】
なお、本実施形態では、ｘｙｚ座標系と移動体の３次元直交座標系の対応は、ｚ軸がＸ軸に対応し、ｘ軸がＺ軸に対応し、y軸がＹ軸に対応している。ｘｙ平面とＹＺ平面の対応関係は、各光学系の配置等により適宜好適に設計される。
【００５２】
図３は、凹面４５ｂの曲率と凹面１４５ｂの曲率とを比較した図である。図３においても、既述した式１の定義に合わせ、基準軸４６や基準軸１４６をｙ軸としたｘｙ平面上に凹面４５ｂと凹面１４５ｂとを示している。また、凹面４５ｂの基準軸４６と凹面１４５ｂの基準軸１４６とを重ねて示している。
【００５３】
既述したように、凹面４５ｂは基準軸４６を軸（対称軸）として放物線を描いた場合に、この基準軸４６から離れるほど描かれた放物線よりも曲率が緩くなる非円弧形状である。したがって、図３から明らかなように、ｙ軸方向を高さ方向とすると、ｘ軸上においてｙ軸から所定距離以上離れた位置からは、形状が放射線形状である凹面１４５ｂよりも凹面４５ｂの方が、高さが低くなる。つまり、比較例である透過部材１４５よりも本実施の形態に係る透過部材４５のほうが基準軸方向の厚みを低減することができる。
【００５４】
図４（ａ）と図４（ｂ）に比較例における透過部材１４５の凹面１４５ｂに太陽光６０が入射する様子を示す。また、図４（ｃ）と図４（ｄ）に本実施の形態に係る透過部材４５に太陽光６０が入射する様子を示す。
【００５５】
図４（ａ）に示すように、透過部材１４５に入射する太陽光６０のうち、一部の光束は透過部材１４５を透過して凸面１４５ａから出射する透過光１６１となり、残りの光束は透過部材１４５の凹面１４５ｂに反射される反射光１６２となる。
【００５６】
図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、平行光束である太陽光６０が基準軸１４６と平行に透過部材１４５に入射すると、透過部材１４５の凹面１４５ｂに反射された反射光１６２は基準軸１４６上の焦点１６３を通過する。そして、既述したように、凹面１４５ｂの形状は放物線形状であるので、反射光１６２は、基準軸１４６上の一点である集光点１６３に収束する。
【００５７】
集光点１６３には、反射光１６２が集光するので、エネルギーが集中することなる。そして、エネルギーが一点に集中することで、予期せぬ不具合が発生することが懸念される。
【００５８】
図４（ｃ）に示すように、透過部材４５に入射する太陽光６０のうち、一部の光束は透過部材４５を透過して凸面４５ａから出射する透過光６１となり、残りの光束は透過部材４５の凹面４５ｂに反射される反射光６２となる。
【００５９】
既述したように、透過部材４５の凹面４５ｂの形状は、放物線形状とは異なる。すなわち、基準軸４６を軸（対称軸）として放物線を描いた場合に、この基準軸４６から離れるほど描かれた放物線よりも曲率が緩くなる非円弧形状である。そのため、図４（ｃ）および図４（ｄ）に示すように、平行光束である太陽光６０が基準軸４６と平行に透過部材４５に入射しても、凹面４５ｂに反射された反射光６２は基準軸上の一点に集光することはなく、反射光６２の最小光束径はある程度大きさを有している。
そして、反射光６２の最小光束径はある程度大きさを有しているので、エネルギーが一点に集中することはなく、予期せぬ不具合が発生することはない。
【００６０】
本発明の実施形態であるＨＵＤ１における透過部材４５の配置について説明する。
【００６１】
図５（ａ）に示すように、透過部材４５は、ＺＹ平面において凹面４５ｂの極値４７（凹面４５ｂとこの凹面４５ｂの基準軸４６との交点）の位置が光コンバイナ３２（フロントウインドシールド５０）に近い位置、すなわち−Ｚ側であり、基準軸４６から遠い側の端部である端部４８が光コンバイナ３２（フロントウインドシールド５０）から遠い位置、すなわち＋Ｚ側になるように配置されている。言い換えれば、極値４７の位置は、基準軸４６から遠い側の端部である端部４８よりも光コンバイナ３２（フロントウインドシールド５０）に近い位置、すなわち−Ｚ側に位置している。
【００６２】
すなわち、透過部材４５のＹ軸方向の高さは、観察者３から近い側（＋Ｚ側）が高く、観察者３から遠い側（−Ｚ側）が低く配置されている。
【００６３】
ＨＵＤ１は、透過部材４５を透過した光束を光コンバイナ３２（フロントウインドシールド５０）により反射して、観察者３に虚像２を視認させるものである。観察者３は、光コンバイナ３２（フロントウインドシールド５０）を介して、外部の景色と虚像２を重畳して観察する。したがって、透過部材４５は、観察者３の視界を遮らないように配置されることが好ましい。
【００６４】
観察者３の視点は、透過部材４５の後方かつ上方、すなわち＋Ｚ方向かつ＋Ｙ方向から、−Ｚ方向に向かっている。また、観察者３の視界は、観察者３の眼から上下方向（Ｙ軸方向）に広がって前方（−Ｚ側）に至る。図５（ａ）に示すように、透過部材４５は、前方（−Ｚ側）の端部の高さが後方（＋Ｚ側）の端部の高さよりも低く配置されるため、視界の広がりに沿っている。したがって、透過部材４５は観察者３の視界を遮らずに配置され、観察者３の視界を広く確保することができる。
【００６５】
本実施の形態に係る透過部材４５と同じ形状の透過部材１７５を、既述した本実施の形態における向きとは反対の向きに配置した比較例２を図５（ｂ）に示す。
【００６６】
図５（ｂ）に示すように、極値１７７を観察者３側（＋Ｚ側）に配置し、基準軸１７６から遠い側の端部である端部１７８を光コンバイナ３２（フロントウインドシールド５０）に近い位置（−Ｚ側）に配置すると、透過部材１７５のＹ軸方向の高さは、観察者３から遠い側（−Ｚ側）が高く、観察者３から近い側（＋Ｚ側）が低くなる。すなわち、図５（ａ）に示す本実施の形態における透過部材４５の配置と比較すると、光コンバイナ３２（フロントウインドシールド５０）に近い側に、Ｙ軸方向の高さが高い端部１７８が位置することになるので、端部１７８により観察者３の視野角が小さくなる。換言すると、図５（ａ）における視野角θ１は、図５（ｂ）における視野角θ２よりも大きい。
【００６７】
図５（ａ）に示すように、本実施の形態において、凹面４５ｂの基準軸４６は、ＹＺ平面において、Ｙ軸に対して、観察者３側（＋Ｚ側）に傾いて配置されている。
【００６８】
図６（ａ）と図６（ｂ）とを用いて、基準軸４６をＹＺ平面において、Ｙ軸に対して、観察者３側（＋Ｚ側）に傾いて配置することの効果を説明する。
【００６９】
図６（ａ）は、図５（ａ）と同様に、凹面４５ｂの基準軸４６をＹＺ平面において、Ｙ軸に対して、観察者３側（＋Ｚ側）に傾いて配置した様子を示している。図６（ｂ）に示した透過部材１８５は、本実施の形態に係る透過部材４５と同じ形状である。図６（ｂ）では、凹面１８５ｂの基準軸１８６をＹＺ平面において、Ｙ軸に対して傾けないで配置した様子を示している。
【００７０】
図６（ａ）に示すように、Ｘ軸から透過部材４５の端部４８までの高さを高さｄ３と定義する。また、図６（ｂ）に示すように、Ｘ軸から透過部材１８５における基準軸１８６から遠い側の端部である端部１８８までの高さを高さｄ４とする。このとき、図６（ａ）と図６（ｂ）から明らかなように、高さｄ３は、高さｄ４よりも低い。すなわち、基準軸４６を後方（＋Ｚ側）に傾けて配置することで、透過部材４５の後側（＋Ｚ側）の高さを低くし、観察者３の視界を広く確保できる。
【００７１】
図７に示すように、ＨＵＤ１は、光コンバイナ３２（フロントウインドシールド５０）を透過する太陽光６０が透過部材４５の凹面４５ｂに至る光路上に遮光部材３３を備えていることが望ましい。遮光部材３３により、透過部材４５の凹面４５ｂで反射して観察者３に到達する反射光６２の光量を軽減することができる。
【００７２】
遮光部材３３は、観察者３に向かう外光のうちアイレンジ（Eye range、観察者３の目の位置）に到達する外光を遮光できればよい。そこで、遮光部材３３の高さ（Ｙ軸方向の大きさ）を最低限の高さとすることで、観察者３の視界への影響を最低限としている。
【００７３】
遮光部材３３は、移動体の筺体の一部を兼ねていてもよい。このように構成することにより、例えば移動体が自動車である場合には、自動車の筐体の一部分であるダッシュボードから遮光部材３３がはみ出さないため、一体感のあるコックピットデザインとすることができる。
【符号の説明】
【００７４】
１        ヘッドアップディスプレイ
２２      像形成部
４５      透過部材
４６      基準軸
１００    光源部
２００    走査光学系
３００    観察光学系
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７５】
【特許文献１】特開昭６３−１２１５２９号
【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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