(57)【要約】【課題】虚像表示位置を遠方に配置したり虚像表示画面を大画面化する場合であっても、筐体が大型化するのを防止し且つ鮮明な像の表示を可能にすること。【解決手段】ＨＵＤユニット１０の内部に非球面ミラー又は自由曲面ミラー１９を配置し、表示デバイス１２の表示光をウインドシールド２０の像投影領域２１に向けて出射する。自由曲面ミラー１９の反射面に収差を抑制するための歪み補正機能を持たせる。ウインドシールド２０の像投影領域２１にフレネルミラーとして構成した拡大機能付ハーフミラー３０を配置して、拡大機能付ハーフミラー３０に拡大機能を持たせる。この拡大機能によりＨＵＤユニット１０の表示光出射部１４近傍の光路幅が小さくなり、ＨＵＤユニット１０の部品および筐体１１の小型化が可能になる。拡大機能付ハーフミラー３０にも歪み補正機能を備えることができる。【選択図】図１
2018144648.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、前記筐体内に収容された表示デバイスと、前記筐体内に収容され前記表示デバイスの表示像を所定の方向に出射する投影光学系と、を有する表示像投影ユニットと、
車両のウインドシールドまたはその近傍に配置され、前記投影光学系が出射した光の像の少なくとも一部分を反射して所定のアイポイントに導く反射光学部材と、
を備える表示像投影システムであって、
前記投影光学系は、前記表示デバイスから前記アイポイントまでの光路において発生する収差を補正する歪補正機能を有する少なくとも１つの非球面ミラーを有し、
前記反射光学部材はフレネルミラーを有し、前記フレネルミラーは、前記表示デバイスから前記アイポイントまでの光路において、結像する像を拡大する拡大光学系の機能を有する、
ことを特徴とする表示像投影システム。
【請求項２】
前記反射光学部材は、車両のウインドシールドを構成する複数層のガラスの間に中間膜として配置してある、
ことを特徴とする請求項１に記載の表示像投影システム。
【請求項３】
前記反射光学部材は、車両のウインドシールドの車室内側表面に、屈折率が前記ウインドシールドと同等の透明材料を用いて貼り付けてある、
ことを特徴とする請求項１に記載の表示像投影システム。
【請求項４】
前記反射光学部材は、少なくとも前記ウインドシールドの曲面形状に起因して発生する収差を補正する歪補正機能を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の表示像投影システム。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両などに搭載可能な表示像投影システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に示されているヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置は、光学ユニットから出射された表示光を、フロントウインドシールドの車室内側表面のうち、所定表示領域に投影してその一部を反射させて運転者のアイポイントへ導く。これにより、フロントウインドシールドの前方に、表示光による画像を虚像として結像し、運転者に視認させることができる。光学ユニットは、ハウジングに内蔵した表示器 、第１反射鏡および第２反射鏡からなる。
【０００３】
また、特許文献１においては、表示画像を拡大する場合に発生する像の歪みを抑制するために、光学系に設けた複数の反射鏡の各反射面の曲率や位置関係に特別な工夫を施すことを示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２２６４６９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、ＨＵＤで像を表示する場合には、ＨＵＤ光学系の特性や、その光路に含まれる車両のウインドシールドの曲面形状などの影響で収差が発生する。したがって、鮮明な表示像を得るためには、収差を補正する必要があり、特許文献１に示されているような技術が必要になる。また、一般的には自由曲面を有する非球面レンズや非球面ミラーを光学系の構成要素として採用することにより、収差の補正が可能である。
【０００６】
一方、近年の車両においては、ＨＵＤにおいて運転者の視点からより遠距離の位置に虚像を表示することの必要性や、虚像を表示する画面を大画面化することの必要性が高まっている。そのため、ＨＵＤ光学系に配置されるレンズやミラーの曲率を大きくして像の拡大倍率を上げることや、複数の光学系を並べて配置することが必要になる。
【０００７】
しかしながら、ＨＵＤ光学系に配置されるレンズやミラーの曲率が大きくなると発生する収差も大きくなるので、収差を補正する必要がある。また、レンズやミラーの曲率が大きくなるとこれらの光学部品の厚み等が増大することになるため、ＨＵＤ光学系を収容するＨＵＤユニットの筐体を大型化しなければならない。しかし、大型のＨＵＤユニットを搭載するために必要な空間を車両上に確保することは困難である。
【０００８】
また、虚像を表示する画面を大画面化するような場合には、ＨＵＤユニットが出射する表示光の光路幅を大きくする必要があるので、ＨＵＤユニットにおける出射口の間口を広げたり、車両のダッシュボードの開口部を大きくする必要があり、ＨＵＤユニットの大型化に繋がる。そのため、ＨＵＤユニットを車両に搭載することが更に困難になる。
【０００９】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、虚像表示位置を遠方に配置したり、虚像表示画面を大画面化する場合であっても、筐体が大型化するのを避けることが可能な表示像投影システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述した目的を達成するために、本発明に係る表示像投影システムは、下記（１）〜（４）を特徴としている。
本発明に係る上記目的は、下記構成により達成される。
（１）  筐体と、前記筐体内に収容された表示デバイスと、前記筐体内に収容され前記表示デバイスの表示像を所定の方向に出射する投影光学系と、を有する表示像投影ユニットと、
車両のウインドシールドまたはその近傍に配置され、前記投影光学系が出射した光の像の少なくとも一部分を反射して所定のアイポイントに導く反射光学部材と、
を備える表示像投影システムであって、
前記投影光学系は、前記表示デバイスから前記アイポイントまでの光路において発生する収差を補正する歪補正機能を有する少なくとも１つの非球面ミラーを有し、
前記反射光学部材はフレネルミラーを有し、前記フレネルミラーは、前記表示デバイスから前記アイポイントまでの光路において、結像する像を拡大する拡大光学系の機能を有する、
ことを特徴とする表示像投影システム。
【００１１】
（２）  前記反射光学部材は、車両のウインドシールドを構成する複数層のガラスの間に中間膜として配置してある、
ことを特徴とする上記（１）に記載の表示像投影システム。
【００１２】
（３）  前記反射光学部材は、車両のウインドシールドの車室内側表面に、屈折率が前記ウインドシールドと同等の透明材料を用いて貼り付けてある、
ことを特徴とする上記（１）に記載の表示像投影システム。
【００１３】
（４）  前記反射光学部材は、少なくとも前記ウインドシールドの曲面形状に起因して発生する収差を補正する歪補正機能を有する、
ことを特徴とする上記（１）に記載の表示像投影システム。
【００１４】
上記（１）の構成の表示像投影システムによれば、表示像投影ユニットの外側にある反射光学部材が拡大光学系の機能を有しているので、表示像投影ユニットが反射光学部材に向けて出射する表示光の光路幅を小さくすることができる。これにより、表示像投影ユニットを小型化することが容易になり、ダッシュボードの開口部寸法も小さくできる。また、非球面ミラーが歪補正機能を有しているので、ＨＵＤ光学系の拡大倍率を大きくした場合でも、収差の発生を抑制できる。
【００１５】
上記（２）の構成の表示像投影システムによれば、反射光学部材がウインドシールドの内側に配置されているので、ウインドシールドの表面を平滑な状態に維持できる。反射光学部材は前記フレネルミラーとして構成されるので、平面形状であり、ウインドシールドの内側に配置することは容易である。
【００１６】
上記（３）の構成の表示像投影システムによれば、反射光学部材とウインドシールドの表面との間の境界で余分な屈折や反射が生じるのを防止できる。また、反射光学部材はフレネルミラーとして構成されるので、平面形状であり、ウインドシールドの表面に形成される凹凸は最小限に抑制できる。
【００１７】
上記（４）の構成の表示像投影システムによれば、投影光学系の非球面ミラー、および反射光学部材がそれぞれ歪補正機能を有しているので、システム全体の収差の抑制が容易になる。例えば、ウインドシールドの曲面形状に起因する歪みを反射光学部材により補正し、投影光学系の内部の特性に起因する歪みを非球面ミラーにより補正することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の表示像投影システムによれば、虚像表示位置を遠方に配置したり、虚像表示画面を大画面化する場合であっても、筐体が大型化するのを避けることができる。すなわち、表示像投影ユニットの外側にある反射光学部材が拡大光学系の機能を有しているので、表示像投影ユニットが反射光学部材に向けて出射する表示光の光路幅を小さくすることができ、表示像投影ユニットを小型化することが容易になり、ダッシュボードの開口部寸法も小さくできる。また、非球面ミラーが歪補正機能を有しているので、ＨＵＤ光学系の拡大倍率を大きくした場合でも、収差の発生を抑制できる。
【００１９】
以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の実施形態における表示像投影システムの構成および光路を車両の側方から視た状態を表す光路図である。
【図２】図２は、図１に示したＨＵＤユニットの内部構造および光路を表す正面図である。
【図３】図３は自由曲面ミラーの外観の例を示す斜視図である。
【図４】図４は、車両のウインドシールドの内部に組み込んだ拡大機能付ハーフミラーの構成を示す断面図である。
【図５】図５は、車両のウインドシールド上の拡大機能付ハーフミラーにおける拡大機能の有無に応じた光路の違いを表す光路図である。
【図６】図６は、拡大機能付ハーフミラーの取り付け構造の変形例（１）を示す断面図である。
【図７】図７は、拡大機能付ハーフミラーの取り付け構造の変形例（２）を示す断面図である。
【図８】図８は、拡大機能付ハーフミラーの外観を示す斜視図である。
【図９】図９（ａ）は自由曲面が形成された拡大機能付ハーフミラーの平面形状、厚み方向断面形状、および曲率分布を表す模式図、図９（ｂ）は図９（ａ）中のＡ部の断面形状を表す断面図、図９（ｃ）は図９（ａ）中のＢ部の断面形状を表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明に関する具体的な実施形態について、各図を参照しながら以下に説明する。
（第１実施形態）
まず、構成および動作の概要を説明する。
本発明の実施形態における表示像投影システムの構成の概要および光路を車両の側方から視た状態を図１に示す。また、図１に示したＨＵＤユニット１０の内部構造および光路を図２に示す。
【００２２】
図１に示した表示像投影システムは、車両上で運転者が視認可能なヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）を実現するものである。この表示像投影システムは、ＨＵＤユニット１０と、拡大機能付ハーフミラー３０とを備えている。
【００２３】
ＨＵＤユニット１０は、例えば車両の運転席前方のダッシュボード内に固定した状態で設置される。ＨＵＤユニット１０が表示光出射部１４から出射される表示光は、ダッシュボードの開口部を経由し、光路５２を通って上方にある車両のウインドシールド（窓ガラス）２０の像投影領域２１に導かれる。
【００２４】
図１に示した例では、ウインドシールド２０の像投影領域２１に拡大機能付ハーフミラー３０が組み込まれている。光路５２を通ってウインドシールド２０に入射した表示光は、拡大機能付ハーフミラー３０の表面で一部が反射して、光路５３を通り、運転手の眼の位置に相当するアイポイントＥＰに向かう。
【００２５】
したがって、この車両の運転手がウインドシールド２０の像投影領域２１の方向を視ている場合には、ウインドシールド２０よりも前方の虚像表示位置Ｐ１に存在するかのように結像される虚像４０を視認することができる。虚像４０として表示される可視情報は、ＨＵＤユニット１０が生成した表示像であり、ＨＵＤユニット１０内の表示デバイス１２の画面に表示された内容と同等の可視像である。
【００２６】
また、拡大機能付ハーフミラー３０は一部の光を透過するので、運転者は像投影領域２１の方向を視ているときに、虚像４０の他に、車両外部の様々な情景を虚像４０と重なった状態で視認することができる。
【００２７】
本実施形態では、拡大機能付ハーフミラー３０が光学的な拡大機能を有しているので、運転者はＨＵＤユニット１０が出射した光像に比べて拡大された虚像４０を視認することになる。したがって、ＨＵＤ表示の大画面化が可能になる。
【００２８】
図２に示した構成においては、ＨＵＤユニット１０の筐体１１の内部に、表示デバイス１２、および自由曲面ミラー１９が備わっている。自由曲面ミラー１９の代わりに、一般的な構成の非球面ミラーを配置してもよい。
【００２９】
一般的な非球面ミラーの反射面の形状は、例えば放物線をその軸の回りに回転して得られる様な曲面であり、回転対称な曲面である。一方、自由曲面ミラー１９の反射面の形状は、回転対称ではない自由曲面として形成される。自由曲面ミラー１９、非球面ミラーのどちらも反射面が球面ではないので、歪みの補正機能を持たせることができる。また、自由曲面ミラー１９の場合には回転対称ではない歪みも補正できる。
【００３０】
表示デバイス１２は、例えば二次元画面を有する液晶表示パネルや、有機ＥＬ表示パネルとして構成される。また、表示デバイス１２はバックライトのような照明機能を備えている。そのため、表示デバイス１２はその表示画面上に表示した二次元の可視情報を含む光の像を出射することができる。
【００３１】
表示デバイス１２が出射した光の像は、光路５１を通り、自由曲面ミラー１９の表面に入射する。自由曲面ミラー１９は、入射した光の像を表面で反射して、ＨＵＤユニット１０の表示光出射部１４から出射する。
【００３２】
なお、表示デバイス１２と自由曲面ミラー１９の間の光路中に図示しない折り返しミラーを配置してもよい。このような折り返しミラーを設けることにより、表示デバイス１２および自由曲面ミラー１９の各々を配置する位置の自由度が高くなる。
【００３３】
＜収差の説明＞
ところで、図１に示したような表示像投影システムにおいては、様々な収差が発生する可能性がある。この収差の影響で、運転者が虚像４０として視認する可視像に、色のにじみ、ぼやけ、歪みなどが生じる。実際には、ＨＵＤユニット１０内部の光学系各部で発生する収差や、ウインドシールド２０の反射面の曲面形状等に起因する収差などが想定される。したがって、運転者が鮮明が像を視認できるように、上記収差の発生を回避する必要がある。
【００３４】
図２に示したＨＵＤユニット１０においては、上記収差の発生を回避するための歪補正機能を、自由曲面ミラー１９が備えている。自由曲面ミラー１９は、自由曲面として形成された反射面を有しているので、反射面の領域毎に適切な曲率を適用することにより、様々な収差の原因となる歪みを補正することができる。
【００３５】
次に、自由曲面ミラー１９について説明する。
自由曲面ミラー１９の外観の例を図３（ａ）に示す。
図３に示した自由曲面ミラー１９においては、薄板状のミラー材料を厚み方向（Ｘ方向）に曲げて湾曲させることにより自由曲面形状の反射面１９ｂを形成してある。なお、図３に示した各等高線１９ａは、厚み方向の高さが等しい位置同士を結んだ線であり、実際には見えない架空の線である。
【００３６】
反射面１９ｂが湾曲しているので、図３に示したように、各等高線１９ａは複数の楕円のような形状が同心円状に並んだ状態になる。実際には、反射面１９ｂの微少な領域毎に曲率を調整することにより、所定の自由曲面を形成することができる。また、この自由曲面をＨＵＤユニット１０等の光学系の光路中に配置することにより、収差を補正することができる。
【００３７】
次に、拡大機能付ハーフミラー３０について詳細に説明する。
車両のウインドシールド２０の内部に組み込んだ拡大機能付ハーフミラー３０の構成例を図４に示す。
【００３８】
図４に示した拡大機能付ハーフミラー３０は、光学的な拡大機能を持たせるために、フレネルミラーとして構成してある。フレネルミラーとして構成することにより、平面形状になり、ウインドシールド２０への組み込みが容易になる。また、ウインドシールド２０の像投影領域２１においても運転者の視点位置からウインドシールド２０の外側の情景がガラスを透過して見えるように、拡大機能付ハーフミラー３０の表面（光反射面３１）はハーフミラーとして構成されている。
【００３９】
また、本実施形態では、拡大機能付ハーフミラー３０のフレネルミラーは表示像を光学的に拡大する機能を有しているが、歪み補正機能は備わっていない。したがって、拡大機能付ハーフミラー３０のフレネルミラーについては、自由曲面を形成する必要はなく一般的な構造のフレネルミラーを採用できる。また、ハーフミラーとして機能するように、拡大機能付ハーフミラー３０を構成する主な材料として、透明な樹脂、又はガラスを採用している。
【００４０】
図４に示した例では、車両のウインドシールド２０は２枚のガラス２０ａ、２０ｂと、それらに挟まれた中間膜２０ｃとで構成されている。そして、拡大機能付ハーフミラー３０は、中間膜２０ｃの一部分としてウインドシールド２０の内部に組み込まれている。
【００４１】
拡大機能付ハーフミラー３０は上述のようにフレネルミラーとして構成されているので、厚みが薄い平面形状（平板形状）であり、ウインドシールド２０の内部に容易に収容することができる。また、拡大機能付ハーフミラー３０の光反射面３１とガラス２０ａとの間の空いている空間は、ガラス２０ａと屈折率が同等の透明な樹脂等を充填することにより封止される。これにより、余分な反射や屈折の発生を防止できる。
【００４２】
＜ウインドシールド２０上の拡大機能の有無の影響＞
車両のウインドシールド上の拡大機能付ハーフミラー３０における拡大機能の有無に応じた光路の違いを図５に示す。
【００４３】
図１に示した表示像投影システムにおいて、虚像４０として同じ位置に同じ大きさの像を結像する条件の下で、拡大機能付ハーフミラー３０が拡大機能を有しない場合の光路５２Ａと、拡大機能付ハーフミラー３０が拡大機能を有する場合の光路５２Ｂとの間には、図５に示すような違いがある。すなわち、ＨＵＤユニット１０の表示光出射部１４近傍の光路５２Ａの光路幅Ｌ１と、光路５２Ｂの光路幅Ｌ２との関係が（Ｌ２＜Ｌ１）になる。
【００４４】
したがって、拡大機能付ハーフミラー３０の拡大機能をウインドシールド２０に設けることで、表示光出射部１４に相当するダッシュボードの開口部、すなわち間口を小さくすることが可能になり、ＨＵＤユニット１０の筐体１１も小型化できる。更に、ＨＵＤユニット１０内の各種光学部品の各々に必要とされる有効面積を小さくできるので、部品の小型化および筐体１１の小型化が可能になる。
【００４５】
＜拡大機能付ハーフミラー３０の変形例（１）＞
拡大機能付ハーフミラーの取り付け構造の変形例（１）を図６に示す。
図６に示した拡大機能付ハーフミラー３０Ｂは、上述の拡大機能付ハーフミラー３０と同等の形状および機能を有しているがウインドシールド２０への取り付け構造が異なっている。
【００４６】
すなわち、図６の拡大機能付ハーフミラー３０Ｂは、ウインドシールド２０の車室内側のガラス２０ａの表面に貼り付けた状態で取り付けてある。また、拡大機能付ハーフミラー３０Ｂはそのフレネル面（反射面３１Ｂ）がガラス２０ａの表面と対向する状態で配置してある。更に、拡大機能付ハーフミラー３０Ｂは、そのフレネル面とガラス２０ａの表面との間に形成されたＵＶ硬化樹脂層３２によりウインドシールド２０に接着され固定されている。ＵＶ硬化樹脂層３２は、拡大機能付ハーフミラー３０Ｂのフレネル面の凹部にも充填されている。また、余分な屈折や反射の発生を防止するために、ＵＶ硬化樹脂層３２は、屈折率がガラス２０ａと同等の材料で構成されている。
【００４７】
図６に示した取り付け構造を採用する場合には、ウインドシールド２０を製造した後で、その外側に必要に応じて拡大機能付ハーフミラー３０Ｂを貼り付けることができるので、後付けが可能である。
【００４８】
＜拡大機能付ハーフミラー３０の変形例（２）＞
拡大機能付ハーフミラーの取り付け構造の変形例（２）を図７に示す。
図７に示した拡大機能付ハーフミラー３０Ｃは、上述の拡大機能付ハーフミラー３０と同等の形状および機能を有しているがウインドシールド２０への取り付け構造が異なっている。
【００４９】
すなわち、図７の拡大機能付ハーフミラー３０Ｃは、ウインドシールド２０の車室内側のガラス２０ａの表面に貼り付けた状態で取り付けてある。また、拡大機能付ハーフミラー３０Ｃはそのフレネル面（反射面３１Ｂ）の反対側の面（背面）がガラス２０ａの表面と対向する状態で配置してあり、拡大機能付ハーフミラー３０Ｃの背面とガラス２０ａの表面との間は、透明な接着剤を用いて接着してある。
【００５０】
また、拡大機能付ハーフミラー３０Ｃのフレネル面（反射面３１Ｃ）の凹部を含む表面には透明なシール用樹脂３３を満たして平面状に形成してある。これにより、フレネル面の凹凸が外側に露出しないので、保護することができる。
【００５１】
図７に示した取り付け構造を採用する場合には、ウインドシールド２０を製造した後で、その外側に必要に応じて拡大機能付ハーフミラー３０Ｃを貼り付けることができるので、後付けが可能である。
【００５２】
（第２実施形態）
上述の第１実施形態では、拡大機能付ハーフミラー３０が拡大機能を有しているが、歪み補正機能は自由曲面ミラー１９のみが有している。第２実施形態では、歪み補正機能を有する拡大機能付ハーフミラー３０Ｄを、拡大機能付ハーフミラー３０の代わりに採用する。また、第２実施形態では拡大機能付ハーフミラー３０Ｄも歪み補正機能を有しているので、その分だけ自由曲面ミラー１９における歪み補正量を第１実施形態に比べて減らすことができる。それ以外の構成及び動作は第１実施形態と同様である。
【００５３】
拡大機能付ハーフミラー３０Ｄについても、ウインドシールド２０への装着を容易にする必要があるので、平面形状であることが望ましい。そのため、第２実施形態の拡大機能付ハーフミラー３０Ｄは、自由曲面フレネルミラーとして構成してある。
【００５４】
自由曲面フレネルミラーとして構成した拡大機能付ハーフミラー３０Ｄの外観を図８に示す。図８に示すように、拡大機能付ハーフミラー３０Ｄの面は湾曲しておらず平面形状なので、厚み方向の寸法はごく僅かである。したがって、拡大機能付ハーフミラー３０Ｄはウインドシールド２０の内部に収容したり表面に装着することが容易である。
【００５５】
また、拡大機能付ハーフミラー３０Ｄの表面には、図３に示した自由曲面ミラー１９と同じような等高線３０ａが形成されている。拡大機能付ハーフミラー３０Ｄ上の各等高線３０ａは、その表面に形成されている凹凸形状の頂部又は底部を結んだ線として実際に視ることができる。また、拡大機能付ハーフミラー３０Ｄは湾曲しておらず平面（平板）形状なので、各等高線３０ａの高さは、自由曲面ミラー１９の等高線１９ａとは異なる。
【００５６】
自由曲面ミラー１９と機能的に同等の自由曲面を拡大機能付ハーフミラー３０Ｄの表面に形成するために、目的とする自由曲面を複数の領域に分割し、分割された複数領域の曲面を平面上に並べることでフレネルミラーを構成している。
【００５７】
次に、拡大機能付ハーフミラー３０Ｄの具体的な構造について説明する。
自由曲面が形成された拡大機能付ハーフミラー３０Ｄの平面形状、厚み方向断面形状、および曲率分布を図９（ａ）に示し、図９（ａ）中のＡ部およびＢ部の断面形状を、それぞれ図９（ｂ）および図９（ｃ）に示す。
【００５８】
図９（ａ）に示す平面形状１５のように、拡大機能付ハーフミラー３０Ｄの表面（フレネル面）には、図８に示した等高線３０ａと同じように、同心状の複数の円又は楕円に似た模様が現れている。これらの模様は、図９（ａ）に示す厚み方向断面形状１６に現れているような鋸歯状の凹部１６ａに相当する。
【００５９】
実際には、図９（ｂ）、図９（ｃ）に示すように、微少なプリズム部３０ｂが互いに隣接する等高線３０ａの間にそれぞれ形成されている。また、各プリズム部３０ｂは斜面３０ｃおよび厚み方向に延びる垂直壁３０ｄを有している。
【００６０】
自由曲面を形成する各プリズム部３０ｂの形状および特性は、斜面３０ｃの傾斜角度（θ１、θ２等）、および垂直壁３０ｄの高さ（すなわち、凹部の深さ：サグ量Δｘ）で特定することができる。
【００６１】
図９（ａ）、図９（ｂ）、図９（ｃ）に示した拡大機能付ハーフミラー３０Ｄにおいては、フレネル面を次に示す「仕様１」の条件に適合するように形成してある。なお、「仕様１」の代わりに「仕様２」を採用してもよい。
【００６２】
＜フレネル面形状の「仕様１」＞
（１）フレネル面において、垂直壁３０ｄの高さ（Δｘ）は一様ではなく、領域毎に変化する。
（２）楕円状の１つの等高線３０ａの円周方向の１周については、垂直壁３０ｄの高さ（Δｘ）は一定である。
（３）フレネル面において、斜面３０ｃの傾斜角度（θ１、θ２等）は、円周方向の位置の違いに応じて連続的に変化する。例えば、図９（ｂ）に示した位置の最外周のプリズム部３０ｂの傾斜角度（θ１）と、図９（ｃ）に示した位置の傾斜角度（θ２）とは同一ではない。
【００６３】
＜フレネル面形状の「仕様２」＞
（１）フレネル面において、垂直壁３０ｄの高さ（Δｘ）は一様ではなく、領域毎に変化する。
（２Ｂ）フレネル面の各プリズム部３０ｂにおいて、垂直壁３０ｄの高さ（Δｘ）は、円周方向の位置の違いに応じて連続的に変化する。
（３Ｂ）フレネル面の各プリズム部３０ｂにおいて、斜面３０ｃの傾斜角度は、楕円状の１つの等高線３０ａの円周方向の１周については一定である。
【００６４】
上記の「仕様１」又は「仕様２」の条件に従ってフレネル面を形成することにより、自由曲面と光学的に同等の機能を果たす自由曲面フレネルミラーとして、拡大機能付ハーフミラー３０Ｄを構成することができる。例えば、図９（ａ）に示す曲率分布１７のように、位置に応じて曲率および曲率半径（Ｒ１、Ｒ２）が変化する。これにより、収差の発生を抑制するための歪み補正機能を持たせることができる。また、自由曲面であるので、特定の軸に対して非対称の歪みも補正できる。
【００６５】
以上のように、上述の第１実施形態および第２実施形態のいずれにおいても、拡大機能付ハーフミラー３０が光学的な拡大機能を有しているので、図５に示すように表示光出射部１４近傍における光路幅Ｌ２が小さくなる。そのため、ＨＵＤユニット１０を小型化することができ、内部の光学部品も小型化できる。また、ダッシュボードの開口を小さくできる。更に、ＨＵＤユニット１０内の自由曲面ミラー１９が歪み補正機能を有しているので、例えば曲面形状のウインドシールド２０を像投影領域２１として用いる場合や、虚像４０を大画面で表示する場合であっても、鮮明な表示像を形成できる。また、拡大機能付ハーフミラー３０が平面形状のフレネルミラーとして構成されているので、ウインドシールド２０への装着が容易になり、ウインドシールド表面の凹凸も最小限に抑制できる。
【００６６】
また、歪み補正機能を有する拡大機能付ハーフミラー３０Ｄをウインドシールド２０に装着する場合には、車種の違い等に応じてウインドシールド２０の表面形状が変化する場合でも、その形状に起因する像の歪みを拡大機能付ハーフミラー３０Ｄだけで補正できる。そのため、車種が変化しても自由曲面ミラー１９の補正量を変更する必要がない。
【００６７】
ここで、上述した本発明に係る表示像投影システムの実施形態の特徴をそれぞれ以下［１］〜［４］に簡潔に纏めて列記する。
［１］  筐体（１１）と、前記筐体内に収容された表示デバイス（１２）と、前記筐体内に収容され前記表示デバイスの表示像を所定の方向に出射する投影光学系と、を有する表示像投影ユニット（ＨＵＤユニット１０）と、
車両のウインドシールド（２０）またはその近傍に配置され、前記投影光学系が出射した光の像の少なくとも一部分を反射して所定のアイポイントに導く反射光学部材（拡大機能付ハーフミラー３０）と、
を備える表示像投影システムであって、
前記投影光学系は、前記表示デバイスから前記アイポイントまでの光路において発生する収差を補正する歪補正機能を有する少なくとも１つの非球面ミラー（自由曲面ミラー１９）を有し、
前記反射光学部材はフレネルミラーを有し、前記フレネルミラーは、前記表示デバイスから前記アイポイントまでの光路において、結像する像を拡大する拡大光学系の機能を有する、
ことを特徴とする表示像投影システム。
【００６８】
［２］  前記反射光学部材（拡大機能付ハーフミラー３０）は、車両のウインドシールドを構成する複数層のガラスの間に中間膜として配置してある（図４参照）、
ことを特徴とする上記［１］に記載の表示像投影システム。
【００６９】
［３］  前記反射光学部材（拡大機能付ハーフミラー３０Ｂ，３０Ｃ）は、車両のウインドシールドの車室内側表面に、屈折率が前記ウインドシールドと同等の透明材料を用いて貼り付けてある（図６、図７参照）、
ことを特徴とする上記［１］に記載の表示像投影システム。
【００７０】
［４］  前記反射光学部材（拡大機能付ハーフミラー３０Ｄ）は、少なくとも前記ウインドシールドの曲面形状に起因して発生する収差を補正する歪補正機能を有する、
ことを特徴とする上記［１］に記載の表示像投影システム。
【符号の説明】
【００７１】
１０  ＨＵＤユニット
１１  筐体
１２  表示デバイス
１４  表示光出射部
１５  平面形状
１６  厚み方向断面形状
１７  曲率分布
１９  自由曲面ミラー
１９ａ，３０ａ  等高線
２０  ウインドシールド
２０ａ，２０ｂ  ガラス
２０ｃ  中間膜
２１  像投影領域
３０，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ  拡大機能付ハーフミラー
３０ｂ  プリズム部
３０ｃ  斜面
３０ｄ  垂直壁
３１  光反射面
３２  ＵＶ硬化樹脂層
３３  シール用樹脂
４０  虚像
５１，５２，５３  光路
Ｐ１  虚像表示位置
Ｒ１，Ｒ２  曲率半径
ＥＰ  アイポイント
【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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