(57)【要約】【課題】課題は、虚像のサイズを大きくしながらも小型化が図れる表示システム及び移動体を提供することである。【解決手段】表示システム１０は、表示部１１０と、第１光学部材１２１と、第２光学部材１２２と、を備える。表示部１１０は、画像を表示する表示面１１０ａを有する。第１光学部材１２１は、画像を構成する光線を反射する第１反射面１２１ａを有する。第２光学部材１２２は、第１反射面１２１ａで反射された光線を反射して虚像３１０を対象空間４００に投影する第２反射面１２２ａを有する。虚像３１０の視点位置Ｐ２００での虚像３１０の表示可能範囲３００の長さ方向における画角をθ［ｄｅｇ］、表示面１１０ａの長さをＷ［ｍｍ］とすると、Ｗは、１２．０×θ−２６．６で与えられる規定値以上であり、θは８．０以上である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を表示する表示面を有する表示部と、
前記画像を構成する光線を反射する第１反射面を有する第１光学部材と、
前記第１反射面で反射された光線を反射して対象空間に虚像を投影する第２反射面を有する第２光学部材と、
を備え、
前記虚像の視点位置での前記虚像の表示可能範囲の長さ方向における画角をθ［ｄｅｇ］、前記表示面の長さをＷ［ｍｍ］とすると、
Ｗは、１２．０×θ−２６．６で与えられる規定値以上であり、θは８．０以上である、
表示システム。
【請求項２】
Ｗは、前記規定値の１．１倍以下である、
請求項１の表示システム。
【請求項３】
画像を表示する表示部と、
前記画像を構成する光線を反射する第１反射面を有する第１光学部材と、
前記第１反射面で反射された光線を反射して対象空間に虚像を投影する第２反射面を有する第２光学部材と、
を備え、
前記虚像の視点位置での前記虚像の表示可能範囲の長さ方向における画角をθ［ｄｅｇ］、前記第１反射面の最大サグ量をＳ１０［ｍｍ］、前記第２反射面の最大サグ量をＳ２０［ｍｍ］、Ｓ１０とＳ２０の二乗和平方根をＳとすると、
Ｓは、４．０×θ−９．２以上、かつ、６．０×Ｘ−１３．８以下であり、
θは８．０以上である、
表示システム。
【請求項４】
前記視点位置と前記虚像の表示可能範囲との間の距離である表示距離は、７［ｍ］以上である、
請求項１〜３のいずれか一つの表示システム。
【請求項５】
前記第１反射面は、凸面である、
請求項１〜４のいずれか一つの表示システム。
【請求項６】
前記第２反射面は、凹面である、
請求項１〜５のいずれか一つの表示システム。
【請求項７】
移動体本体と、
前記移動体本体に搭載される請求項１〜４のいずれか一つの表示システムと、
を備える、
移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に表示システム及び移動体に関し、特に対象空間に虚像を投影する表示システム及び移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、車両のフロントガラスに映像光を投影することにより、運転者の目に対してフロントガラスの前方に虚像を投影するヘッドアップディスプレイ装置を開示する。ヘッドアップディスプレイ装置は、表示素子と、可動ミラーと、可動部と、第１のミラーと、第２のミラーと、を備える。可動ミラーは、表示素子が射出した表示光を第１のミラーに向けて反射する。第１のミラーは、可動ミラーが反射した表示光を第２のミラーに向けて反射する。第２のミラーは、第１のミラーが反射した表示光を反射、および、集光させ、フロントガラスに向けて射出させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１７／１６３２９２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ヘッドアップディスプレイ（表示システム）では、より大きなサイズの虚像を表示したいという要望がある。ここで、第１のミラー（第１光学部材）および第２のミラー（第２光学部材）による光学倍率を大きくすれば、視認位置での画角（視野角）を大きくできて、虚像のサイズを大きくできる。しかし、より光学倍率が大きい光学系の使用はヘッドアップディスプレイの大型化につながる場合があり、ヘッドアップディスプレイ自体を小さくしたいという別の要望に応えられない可能性がある。
【０００５】
本開示の課題は、虚像のサイズを大きくしながらも小型化が図れる表示システム及び移動体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様の表示システムは、表示部と、第１光学部材と、第２光学部材と、を備える。前記表示部は、画像を表示する表示面を有する。前記第１光学部材は、前記画像を構成する光線を反射する第１反射面を有する。前記第２光学部材は、前記第１反射面で反射された光線を反射して対象空間に虚像を投影する第２反射面を有する。前記虚像の視点位置での前記虚像の表示可能範囲の長さ方向における画角をθ［ｄｅｇ］とする。前記表示面の長さをＷ［ｍｍ］とする。Ｗは、１２．０×θ−２６．６で与えられる規定値以上であり、θは８．０以上である。
【０００７】
本開示の一態様の表示システムは、表示部と、第１光学部材と、第２光学部材と、を備える。前記表示部は、画像を表示する表示面を有する。前記第１光学部材は、前記画像を構成する光線を反射する第１反射面を有する。前記第２光学部材は、前記第１反射面で反射された光線を反射して対象空間に虚像を投影する第２反射面を有する。前記虚像の視点位置での前記虚像の表示可能範囲の長さ方向における画角をθ［ｄｅｇ］とする。また、前記第１光学部材の最大サグ量をＳ１０［ｍｍ］、前記第２光学部材の最大サグ量をＳ２０［ｍｍ］、Ｓ１０とＳ２０の二乗和平方根をＳとする。Ｓは、４．０×θ−９．２以上、かつ、６．０×θ−１３．８以下であり、θは８．０以上である。
【０００８】
本開示の一態様の移動体は、移動体本体と、前記移動体本体に搭載される前記表示システムのいずれかと、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本開示の態様によれば、虚像のサイズを大きくしながらも小型化が図れる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、一実施形態の表示システムの概念図である。
【図２】図２は、表示システムの第１光学部材のサグ量の説明図である。
【図３】図３は、表示システムの第２光学部材のサグ量の説明図である。
【図４】図４は、表示システムを備える移動体（自動車）の概念図である。
【図５】図５は、表示システムを用いた場合のユーザの視野を示す概念図である。
【図６】図６は、表示システムの動作を説明するための概念図である。
【図７】図７は、表示システムのサイズの評価方法の説明図である。
【図８】図８は、表示システムのサイズの最小値と表示面の長さとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
１．実施形態
１．１  概要
図１は、表示システム１０を示す。表示システム１０は、表示部１１０と、第１光学部材１２１と、第２光学部材１２２と、を備える。表示部１１０は、画像を表示する表示面１１０ａを有する。第１光学部材１２１は、画像を構成する光線を反射する第１反射面１２１ａを有する。第２光学部材１２２は、第１反射面１２１ａで反射された光線を反射して対象空間４００に虚像３１０を投影する第２反射面１２２ａを有する。
【００１２】
表示システム１０は、次の第１条件を満たしている。第１条件では、虚像３１０の視点位置Ｐ２００での虚像３１０の表示可能範囲３００の長さ方向における画角をθ［ｄｅｇ］、表示面１１０ａの長さをＷ［ｍｍ］とする。このとき、Ｗは、１２．０×θ−２６．６で与えられる規定値以上であり、θは８．０以上である。
【００１３】
画角θを大きくする方法として、第１光学部材１２１と第２光学部材１２２からなる光学系の光学倍率を増加させることが考えられる。この場合、光学設計的観点から見れば、一般に光学系の収差量は画角が増大するに伴い大きくなる。したがって、広画角化するほど収差量を抑えた設計が困難になる。一方、歪曲補正の観点においても、画角が大きくなるにつれて残存する歪曲量が大きくなっていく。これに対して、第１条件では、画角θを大きくする場合に、表示面１１０ａを大きくしてより大きな画像が表示できるようにしている。これによって、光学系の光学倍率の増加を抑制して、第１光学部材１２１及び第２光学部材１２２の大型化を抑制できる。その結果、表示部１１０のサイズは大きくなり得るものの、表示システム１０全体としてはサイズを小さくできる。そのため、虚像のサイズを大きくしながらも表示システム１０の小型化が図れる。ここでは、表示面１１０ａの長さＷにのみ着目しており、表示面１１０ａの幅には着目していない。これは、表示システム１０のサイズにおいて、表示面１１０ａの幅が与える影響が長さＷに対して小さいからである。
【００１４】
また、表示システム１０は、次の第２条件を満たしている。第２条件では、虚像３１０の視点位置Ｐ２００での虚像３１０の表示可能範囲３００の長さ方向における画角をθ［ｄｅｇ］とする。また、第１光学部材１２１の最大サグ量をＳ１０［ｍｍ］（図２参照）、第２光学部材１２２の最大サグ量をＳ２０［ｍｍ］（図３参照）、Ｓ１０とＳ２０の二乗和平方根をＳとする。このとき、Ｓは、４．０×θ−９．２以上、かつ、６．０×θ−１３．８以下であり、θは８．０以上である。第２条件では、画角θを大きくする場合に、第１光学部材１２１及び第２光学部材１２２それぞれの最大サグ量を個別ではなく第１光学部材１２１及び第２光学部材１２２全体として設定する。したがって、第１光学部材１２１及び第２光学部材１２２全体の大型化を抑制できる。その結果、表示システム１０全体としてはサイズを小さくできる。そのため、虚像のサイズを大きくしながらも表示システム１０の小型化が図れる。
【００１５】
１．２  構成
図４は、移動体としての自動車１００を示す。自動車１００は、移動体本体としての車体１００ａと、車体１００ａに搭載される表示システム１０とを備えている。表示システム１０は、自動車１００において、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ：Head-Up Display）として用いられる。
【００１６】
表示システム１０は、自動車１００の車体（移動体本体）１００ａのウインドシールド１０１に下方から画像を投影するように、自動車１００の車室内に設置されている。図４の例では、ウインドシールド１０１の下方のダッシュボード１０２内に、表示システム１０が配置されている。表示システム１０からウインドシールド１０１に画像が投影されると、反射部材としてのウインドシールド１０１で反射された画像がユーザ２００（運転者）に視認される。
【００１７】
表示システム１０によれば、ユーザ２００は、自動車１００の前方（車外）に設定された対象空間４００に投影された虚像３１０を、ウインドシールド１０１越しに視認する。ここでいう「虚像」は、表示システム１０から出射される光がウインドシールド１０１等の反射物にて発散するとき、その発散光線によって、実際に物体があるように結ばれる像を意味する。そのため、自動車１００を運転しているユーザ２００は、図５に示すように、自動車１００の前方に広がる実空間に重ねて、表示システム１０にて投影される虚像３１０を見ることができる。したがって、表示システム１０によれば、例えば、車速情報、ナビゲーション情報、歩行者情報、前方車両情報、車線逸脱情報、及び車両コンディション情報等の、種々の運転支援情報を、虚像３１０として表示し、ユーザ２００に視認させることができる。図５では、虚像３１０は、ナビゲーション情報であり、一例として、車線変更を示す矢印を表示している。これにより、ユーザ２００は、ウインドシールド１０１の前方に視線を向けた状態から僅かな視線移動だけで、運転支援情報を視覚的に取得することができる。
【００１８】
表示システム１０では、対象空間４００に形成される虚像３１０は、表示システム１０の光軸５００に交差する仮想面５０１上に形成される。本実施形態では、光軸５００は、自動車１００の前方の対象空間４００において、自動車１００の前方の路面６００に沿っている。そして、虚像３１０が形成される仮想面５０１は、路面６００に対して略垂直である。例えば、路面６００が水平面である場合には、虚像３１０は鉛直面に沿って表示されることになる。
【００１９】
表示システム１０は、図６に示すように、表示部１１０と、投影部１２０と、を備える。
【００２０】
表示部１１０は、対象空間４００に虚像３１０として投影される画像を表示するために用いられる。表示部１１０は、図１に示すように、画像を表示する表示面１１０ａを有する。本実施形態では、表示面１１０ａは、表示部１１０の一面における長方形の領域である。表示システム１０の小型化の観点からは、表示面１１０ａは表示部１１０の一面のほぼ全体であることが好ましい。本実施形態では、表示部１１０は、液晶ディスプレイである。
【００２１】
投影部１２０は、対象空間４００に画像（表示部１１０の表示面１１０ａに表示される画像）に対応する虚像３１０を投影するために用いられる。投影部１２０は、図１に示すように、第１光学部材１２１と、第２光学部材１２２と、を備える。言い換えれば、投影部１２０は、第１光学部材１２１と第２光学部材１２２とからなる光学系である。
【００２２】
第１光学部材１２１は、表示部１１０からの光を第２光学部材１２２に向けて反射する。第１光学部材１２１は、図１に示すように、画像を構成する光線を反射する第１反射面１２１ａを有する。第１反射面１２１ａは、表示面１１０ａよりもサイズが大きい。第１光学部材１２１は、表示部１１０に対して、第１反射面１２１ａに表示部１１０の表示面１１０ａの画像が欠けることなく写るように配置される。本実施形態において、第１反射面１２１ａは凸面である。これにより、表示部１１０の表示面１１０ａに表示された画像からの射出光は、発散角が拡大されて、第２光学部材１２２に入射する。つまり、画像を構成する光線は、第１反射面１２１ａで発散されて、第２反射面１２２ａに入射する。なお、第１反射面１２１ａは、球面又は非球面（自由曲面）であってよい。特に、第１反射面１２１ａは、画像の歪みを補正するように設計された非球面であってよい。また、本実施形態では、第１反射面１２１ａは、第１光学部材１２１の一面の一部又は全部の領域である。つまり、第１反射面１２１ａは、第１光学部材１２１の一面において実際に画像を構成する光線を反射している領域（有効領域）である。第１光学部材１２１の大きさは、ユーザ２００の視点の位置が想定される範囲（例えばアイボックス）内で移動しても虚像３１０を欠けずに表示できるように設定されることが好ましい。
【００２３】
第２光学部材１２２は、第１光学部材１２１からの光を、ウインドシールド１０１に向けて反射する。第２光学部材１２２は、表示部１１０の表示面１１０ａに形成される（表示される）画像を、ウインドシールド１０１に投影することで、対象空間４００に虚像３１０を投影する。第２光学部材１２２は、図１に示すように、第１反射面１２１ａで反射された光線を反射して対象空間４００に虚像３１０を投影する第２反射面１２２ａを有する。第２反射面１２２ａは、第１反射面１２１ａよりもサイズが大きい。第２光学部材１２２は、第１光学部材１２１に対して、表示部１１０の表示面１１０ａの画像が欠けることなく写るように配置される。本実施形態において、第２反射面１２２ａは凹面である。なお、第２反射面１２２ａは、球面又は非球面（自由曲面）であってよい。特に、第２反射面１２２ａは、画像の歪みを補正するように設計された非球面であってよい。また、本実施形態では、第２反射面１２２ａは、第２光学部材１２２の一面の一部又は全部の領域である。つまり、第２反射面１２２ａは、第２光学部材１２２の一面において実際に画像を構成する光線を反射している領域（有効領域）である。第２光学部材１２２の大きさは、ユーザ２００の視点の位置が想定される範囲（例えばアイボックス）内で移動しても虚像３１０を欠けずに表示できるように設定されることが好ましい。
【００２４】
表示システム１０は、上述したように、第１条件及び第２条件を満たしている。第１条件は、下記の関係式（１），（２）を満たすことであり、第２条件は、下記の関係式（１），（３）を満たすことである。つまり、関係式（１），（２），（３）を満たせば、第１条件及び第２条件の両方を満たしていることになる。
【００２５】
【数１】
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【００２６】
関係式（１）に関して、θは、虚像３１０の視点位置Ｐ２００（図１参照）での虚像３１０の表示可能範囲３００の長さ方向における画角（視野角）であり、単位は［ｄｅｇ］である。表示可能範囲３００は、表示面１１０ａの全体に画像を表示した場合の虚像３１０の大きさで定義される。本実施形態において、表示面１１０ａと、第１反射面１２１ａ、及び第２反射面１２２ａはそれぞれ長さ方向が一致しており、表示面１１０ａに表示される画像の長さ方向は虚像３１０の表示可能範囲３００の長さ方向と一致する。画角θは、虚像３１０の表示可能範囲３００の長さＬ［ｍ］（図１参照）を決定するパラメータである。視点位置Ｐ２００と表示可能範囲３００との間の距離である表示距離をＤ［ｍ］とすれば、表示可能範囲３００の長さＬは、２Ｄｔａｎθで与えられる。よって、画角θが大きくなればなるほど、視点位置Ｐ２００から見える虚像３１０が大きくなる。なお、視点位置Ｐ２００は、虚像３１０が視認できる範囲（いわゆるアイボックス）の中心の位置である。また、表示システム１０では、表示距離Ｄが７ｍ以上、好ましくは１０ｍ以上となるようにしている。
【００２７】
関係式（２）に関して、Ｗは、表示面１１０ａの長さであり、単位は［ｍｍ］である。表示面１１０ａの長さは、表示面１１０ａそのものの長さというよりは、表示面１１０ａの有効長さである。ここで、表示面１１０ａの有効長さは、表示面１１０ａにおいて画像の表示に利用されている領域の長さである。例えば、表示面１１０ａの一部の領域にのみ画像を表示している場合、この一部の領域の長さが、表示面１１０ａの有効長さとなる。
【００２８】
関係式（２）は、画角θ毎の表示システム１０のサイズの最小値Ｖｍｉｎと表示面１１０ａの長さＷとの関係により求めている。ここで、表示システム１０のサイズは、図７に示すように、表示面１１０ａと第１反射面１２１ａとの間の空間Ｖ１０の体積と第１反射面１２１ａと第２反射面１２２ａとの間の空間Ｖ２０の体積とを用いて評価した。より詳細には、表示システム１０のサイズの評価値として、空間Ｖ１０の体積と空間Ｖ２０の体積の合計値から空間Ｖ１０と空間Ｖ２０との重複部分Ｖ３０（図７参照）の体積を引いた値を用いた。表示システム１０のサイズの最小値Ｖｍｉｎは、画角θ及び表示面１１０ａの長さに対して、表示システム１０の各種パラメータを変化させて求めた評価値の最小値である。
【００２９】
図８は、画角θ毎に、表示面１１０ａの長さＷに対して、表示システム１０のサイズの最小値Ｖｍｉｎを求めた結果を示す。つまり、図８は、表示システム１０のサイズの最小値Ｖｍｉｎと表示面１１０ａの長さＷとの関係を示すグラフである。図８において、曲線Ｇ１１は、画角θが８．０［ｄｅｇ］、表示距離Ｄが２０［ｍ］である場合を示す。曲線Ｇ１２は、画角θが８．０［ｄｅｇ］、表示距離Ｄが４０［ｍ］である場合を示す。曲線Ｇ２１は、画角θが１０．０［ｄｅｇ］、表示距離Ｄが１０［ｍ］である場合を示す。曲線Ｇ２２は、画角θが１０．０［ｄｅｇ］、表示距離Ｄが２０［ｍ］である場合を示す。曲線Ｇ２３は、画角θが１０．０［ｄｅｇ］、表示距離Ｄが４０［ｍ］である場合を示す。
【００３０】
関係式（２）によれば、Ｗの下限値は、１２．０×θ−２６．６で与えられる。これは、図８に示すような、画角θ毎の表示システム１０のサイズの最小値Ｖｍｉｎと表示面１１０ａの長さＷとの関係に加えて、電子補正処理により歪曲収差を解消できる範囲で決定されている。補正後の残存歪曲収差はアイポイント毎に異なるが、両眼のアイポイント間で残存歪曲収差の違いが大きくなる場合には、視点位置Ｐ２００から虚像３１０を見た際に左右それぞれの眼で見る像の傾き差が大きすぎることにより、二重に見えてしまう可能性がある。また、虚像３１０を見るユーザ２００の疲労が蓄積され易くなる。電子補正処理は、例えば、歪曲収差がなくなるように表示面１１０ａに表示される画像を予め変更する処理である。したがって、Ｗが関係式（２）を満たさない場合、つまり、１２．０×θ−２６．６で与えられる規定値を下回る場合、歪曲収差を良好に解消することができなくなり、虚像３１０を見やすく表示できなくなる可能性がある。
【００３１】
一方で、Ｗが大きくなればなるほど、歪曲収差の低減効果が大きくなることが期待できる。しかしながら、Ｗが大きくなればなるほど、表示システム１０のサイズも大きくなり得る。そこで、図８に示すような、画角θ毎の表示システム１０のサイズの最小値Ｖｍｉｎと表示面１１０ａの長さＷとの関係を考慮し、表示システム１０は、更に、下記の関係式（４）を満たしている。
【００３２】
【数２】
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【００３３】
つまり、Ｗは、１２．０×θ−２６．６で与えられる規定値（下限値）の１．１倍以下である。言い換えれば、Ｗの上限値は、下限値の１．１倍である。Ｗが関係式（２），（４）を満たしていれば、歪曲収差の低減効果を得ながらも、表示システム１０のサイズを小さくでき得る。
【００３４】
上述したように、表示システム１０のサイズの最小値Ｖｍｉｎを求めるために、表示システム１０の各種パラメータを利用している。表示システム１０の各種パラメータは、第１反射面１２１ａの最大サグ量と第２反射面１２２ａの最大サグ量とを含んでいる。
【００３５】
第１反射面１２１ａの最大サグ量としては、第１反射面１２１ａの長さ方向における最大サグ量を用いている。第１反射面１２１ａの長さ方向における最大サグ量は、図２において、Ｓ１０で示されている。まず、第１反射面１２１ａの長さ方向におけるサグ量Ｓ１１は、第１反射面１２１ａの光軸Ｘ１０方向における基準位置Ｐ１１と任意の位置Ｐ１２との距離で与えられる。基準位置Ｐ１１は、第１反射面１２１ａの光軸Ｘ１０から最も離れた位置である。そして、サグ量Ｓ１１は、任意の位置Ｐ１２が第１反射面１２１ａの光軸Ｘ１０上の位置Ｐ１０である場合に最大となる。なお、図２では、サグ量の説明のために第１光学部材１２１を概略的に示している。
【００３６】
第２反射面１２２ａの最大サグ量としては、第２反射面１２２ａの長さ方向における最大サグ量を用いている。第２反射面１２２ａの長さ方向における最大サグ量は、図３において、Ｓ２０で示されている。まず、第２反射面１２２ａの長さ方向におけるサグ量Ｓ２１は、第２反射面１２２ａの光軸Ｘ２０方向における基準位置Ｐ２１と任意の位置Ｐ２２との距離で与えられる。基準位置Ｐ２１は、第２反射面１２２ａの光軸Ｘ２０から最も離れた位置である。そして、サグ量Ｓ２１は、任意の位置Ｐ２２が第２反射面１２２ａの光軸Ｘ２０上の位置Ｐ２０である場合に最大となる。なお、図３では、サグ量の説明のために第２光学部材１２２を概略的に示している。
【００３７】
そして、表示システム１０のサイズが最小値Ｖｍｉｎをとる場合の第１反射面１２１ａの最大サグ量Ｓ１０と第２反射面１２２ａの最大サグ量Ｓ２０と、画角θとの関係から、関係式（３）が求まる。この関係式（３）において、Ｓは、第１反射面１２１ａの最大サグ量Ｓ１０と第２反射面１２２ａの最大サグ量Ｓ２０との二乗和平方根である。つまり、Ｓ＝（Ｓ１０２＋Ｓ２０２）１／２である。換言すれば、関係式（３）は、画角θ毎の表示システム１０のサイズの最小値ＶｍｉｎとＳとの関係により求めている。
【００３８】
関係式（３）によれば、Ｓの上限値は、６．０×θ−１３．８で与えられる。Ｓが上限値を超える場合、虚像３１０の歪曲が大きくなり、虚像３１０が見にくくなり得る。関係式（３）によれば、Ｓの下限値は、４．０×θ−９．２で与えられる。Ｓが下限値未満である場合、Ｓの変化に対して表示システム１０のサイズが増加する傾向がある。
【００３９】
このように表示システム１０は第１条件（関係式（１），（２））を満たしている。これによって、第１光学部材１２１及び第２光学部材１２２の大型化を抑制できる。また、表示システム１０は第２条件（関係式（１），（３））を満たしている。これによって、第１光学部材１２１及び第２光学部材１２２全体の大型化を抑制できる。そのため、虚像のサイズを大きくしながらも表示システム１０の小型化が図れる。
【００４０】
本実施形態において、表示システム１０は、拡張現実（Augmented Reality：ＡＲ）技術を利用して、ユーザ２００の視界の前方の風景に虚像３１０を重ねて表示する。このような場合において、視点位置Ｐ２００での虚像３１０の水平方向の画角（虚像３１０の表示可能範囲３００の長さ方向における画角θに相当）は大きい方が好ましい。特に、表示システム１０をヘッドアップディスプレイとして利用する場合には、虚像３１０により、ユーザ２００に右左折や車線変更の案内を行うことが想定されている。例えば、あたかも路面上に進行方向を示す矢印が描かれているような表示を虚像３１０により行う。このような矢印は、図５に示すように、進行中の車線６１０と変更先の車線６２０とに跨って表示される。そのため、車線変更の目標地点がまだ遠い場合に問題なく表示できるが、水平方向の画角が小さければ、目標地点にある程度近付いた時点で、車線６１０，６２０を跨ぐ矢印が表示できなくなってしまう。したがって、目標地点の近くでも車線６１０，６２０を跨ぐ矢印を表示できるようにするためには、画角θはある程度大きいほうがよく、８度以上であることが好ましく、より好ましくは９度以上である。一方、画角θを大きくすると第１光学部材１２１のサグ量Ｓ１１（最大サグ量Ｓ１０）及び第２光学部材１２２のサグ量Ｓ２１（最大サグ量Ｓ２０）を大きくする必要が生じてくる。画角θが１３度までは問題ないが、画角θが１４度を超えると、第１光学部材１２１及び第２光学部材１２２の設計が難しくなる。そのため、画角θは１４度以下であることが望ましい。
【００４１】
２．変形例
本開示の実施形態は、上記実施形態に限定されない。上記実施形態は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。以下に、上記実施形態の変形例を列挙する。
【００４２】
例えば、表示システム１０は、関係式（１）〜（４）の全てを満たさなくてもよい。表示システム１０は、関係式（１），（２）の組み合わせ（第１条件）と、関係式（１），（３）の組み合わせ（第２条件）とのいずれか一方を満たしていればよい。
【００４３】
例えば、表示部１１０は、液晶ディスプレイに限定されない。例えば、表示部１１０は、液晶ディスプレイ以外の画像表示装置、例えば、有機ＥＬディスプレイであってもよい。また、表示部１１０は、画像表示装置そのものでなくてもよい。例えば、表示部１１０は、プロジェクタと、プロジェクタの画像を写すスクリーンとを備えるシステムであってもよいし、レーザ走査装置と、レーザ走査装置のレーザの走査による画像を写すためのスクリーンとを備えるシステムであってもよい。また、表示部１１０は、スクリーンそのものであってもよいし、画像表示装置からの画像を写す平面鏡であってもよい。つまり、表示部１１０は、中間画像を表示してもよい。表示部１１０において、表示面１１０ａは必ずしも長方形でなくても良く、互いに直交する２方向のうちの一方の寸法が他方より長くなっていればよい。
【００４４】
例えば、投影部１２０に関し、第１光学部材１２１及び第２光学部材１２２の形状は、変更可能である。例えば、第１光学部材１２１において重要なのは、第１反射面１２１ａの形状であり、その他の部位の形状は比較的自由に設定してよい。同様に、第２光学部材１２２において重要なのは、第２反射面１２２ａの形状であり、その他の部位の形状は比較的自由に設定してよい。また、第１反射面１２１ａ及び第２反射面１２２ａの形状は、表示面１１０ａに応じて適宜設定され得る。
【００４５】
例えば、表示システム１０は、自動車１００の進行方向の前方に設定された対象空間４００に虚像３１０を投影する構成に限らず、例えば、自動車１００の進行方向の側方、後方、又は上方等に虚像３１０を投影してもよい。また、投影部１２０は、中間像を形成するためのリレー光学系を含んでいてもよいし、リレー光学系を含んでいなくてもよい。
【００４６】
例えば、表示システム１０は、自動車１００に用いられるヘッドアップディスプレイに限らず、例えば、二輪車、電車、航空機、建設機械、及び船舶等、自動車１００以外の移動体にも適用可能である。さらに、表示システム１０は、移動体に限らず、例えば、アミューズメント施設で用いられてもよい。
【００４７】
３．態様
上記実施形態及び変形例から明らかなように、第１の態様の表示システム（１０）は、表示部（１１０）と、第１光学部材（１２１）と、第２光学部材（１２２）と、を備える。前記表示部（１１０）は、画像を表示する表示面（１１０ａ）を有する。前記第１光学部材（１２１）は、前記画像を構成する光線を反射する第１反射面（１２１ａ）を有する。前記第２光学部材（１２２）は、前記第１反射面（１２１ａ）で反射された光線を反射して対象空間（４００）に虚像（３１０）を投影する第２反射面（１２２ａ）を有する。前記虚像（３１０）の視点位置（Ｐ２００）での前記虚像（３１０）の表示可能範囲（３００）の長さ方向における画角をθ［ｄｅｇ］とする。前記表示面（１１０ａ）の長さをＷ［ｍｍ］とする。Ｗは、１２．０×θ−２６．６で与えられる規定値以上であり、θは８．０以上である。第１の態様によれば、虚像（３１０）のサイズを大きくしながらも小型化が図れる。
【００４８】
第２の態様の表示システム（１０）は、第１の態様との組み合わせにより実現され得る。第２の態様では、Ｗは、前記規定値の１．１倍以下である。第２の態様によれば、虚像（３１０）のサイズを大きくしながらも小型化が図れる。
【００４９】
第３の態様の表示システム（１０）は、表示部（１１０）と、第１光学部材（１２１）と、第２光学部材（１２２）と、を備える。前記表示部（１１０）は、画像を表示する表示面（１１０ａ）を有する。前記第１光学部材（１２１）は、前記画像を構成する光線を反射する第１反射面（１２１ａ）を有する。前記第２光学部材（１２２）は、前記第１反射面（１２１ａ）で反射された光線を反射して対象空間（４００）に虚像（３１０）を投影する第２反射面（１２２ａ）を有する。前記虚像（３１０）の視点位置（Ｐ２００）での前記虚像（３１０）の表示可能範囲（３００）の長さ方向における画角をθ［ｄｅｇ］とする。また、前記第１光学部材（１２１）の最大サグ量をＳ１０［ｍｍ］、前記第２光学部材（１２２）の最大サグ量をＳ２０［ｍｍ］、Ｓ１０とＳ２０の二乗和平方根をＳとする。Ｓは、４．０×θ−９．２以上、かつ、６．０×θ−１３．８以下であり、θは８．０以上である。第３の態様によれば、虚像（３１０）のサイズを大きくしながらも小型化が図れる。
【００５０】
第４の態様の表示システム（１０）は、第１〜第３の態様のいずれか一つとの組み合わせにより実現され得る。第４の態様では、前記視点位置（Ｐ２００）と前記虚像（３１０）の表示可能範囲（３００）との間の距離である表示距離（Ｄ）は、７［ｍ］以上である。第４の態様によれば、虚像（３１０）のサイズを大きくしながらも小型化が図れる。
【００５１】
第５の態様の表示システム（１０）は、第１〜第４の態様のいずれか一つとの組み合わせにより実現され得る。第５の態様では、前記第１反射面（１２１ａ）は、凸面である。第５の態様によれば、虚像（３１０）のサイズを大きくしながらも小型化が図れる。
【００５２】
第６の態様の表示システム（１０）は、第１〜第５の態様のいずれか一つとの組み合わせにより実現され得る。第６の態様では、前記第２反射面（１２２ａ）は、凹面である。第６の態様によれば、虚像（３１０）のサイズを大きくしながらも小型化が図れる。
【００５３】
第７の態様の移動体（１００）は、移動体本体（１００ａ）と、前記移動体本体（１００ａ）に搭載される第１〜第６の態様のいずれか一つの表示システム（１０）と、を備える。第７の態様によれば、虚像（３１０）のサイズを大きくしながらも小型化が図れる。
【符号の説明】
【００５４】
１０  表示システム
１１０  表示部
１１０ａ  表示面
１２１  第１光学部材
１２１ａ  第１反射面
１２２  第２光学部材
１２２ａ  第２反射面
３００  表示可能範囲
３１０  虚像
４００  対象空間
Ｐ２００  視点位置
Ｄ      表示距離
１００  自動車（移動体）
１００ａ  車体（移動体本体）
【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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