(57)【要約】  本発明は、薄型のヘッドアップディスプレイを提供することを目的とする。  本発明のヘッドアップディスプレイは、鉛直方向で下向きのベクトル成分を有するように画像を表示する表示デバイス（１０１）と、画像を反射して反射光を鉛直方向で上向きのベクトル成分を有するように出力する第1 ミラー（１２１）と、第１ミラー（１２１）が反射する反射光を反射して反射光を鉛直方向で上向きのベクトル成分を有するように出力する第２ミラー（１２２）と、を備える。さらに、本発明の移動体は、本発明のヘッドアップディスプレイと、ヘッドアップディスプレイが出力する反射光を反射するウインドシールド（２２０）と、を備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直方向の下方へ画像を表示する表示デバイスと、  前記画像を反射して反射光を鉛直方向の上方へ出力する第1ミラーと、  前記第１ミラーが反射する反射光を反射して反射光を鉛直方向の上方へ出力する第２ミラーと、を備える、ヘッドアップディスプレイ。
【請求項２】
前記表示デバイスの少なくとも一部の鉛直方向の位置は、前記第２ミラーの鉛直方向の位置よりも下方に配置される、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項３】
前記第１ミラーの鉛直方向の位置は、前記第２ミラーの鉛直方向の下端よりも上方に配置される、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項４】
前記第２ミラーのサイズは、前記第１ミラーのサイズよりも大きい、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項５】
前記第１ミラーの反射面と前記第２ミラーの反射面は、共に凹面形状である、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項６】
前記第１ミラーの面の中心から前記第２ミラー１２２の面の中心までの距離Ｄ１２に対する、前記表示デバイスの面の中心から前記第１ミラーの面の中心までの距離Ｄ０１の比Ｄ０１／Ｄ１２は、  ０．４  ＜  Ｄ０１／Ｄ１２  ＜  ０．８を満たす、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項７】
請求項１に記載のヘッドアップディスプレイと、  前記ヘッドアップディスプレイが出力する反射光を反射するウインドシールドと、を備える、移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本開示は、画像の虚像を自動車等の移動体のフロントガラスの前方に表示するヘッドアップディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】  自動車等の移動体のフロントガラスに反射させて虚像を表示するヘッドアップディスプレイとして、表示パネルに表示された画像を平面ミラーと凹面ミラーとによって拡大し、拡大された画像を自動車のフロントガラスの表示領域に照射し反射させて、自動車の運転者に画像の虚像を視認させる。そして、表示パネルの背面から光を照射する光源装置と、採光窓を通して得た外光を表示パネルの背面に照射する照明装置と、照明装置の発する光を遮断する位置と照明装置の光を表示パネルに向けて反射させる位置とに切替え可能に設けられた切替えミラーとを備える構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２２２８８１号公報
【発明の概要】
【０００４】  本開示は、薄型のヘッドアップディスプレイを提供することを目的とする。
【０００５】  本開示は、鉛直方向の下方へ画像を表示する表示デバイスと、画像を反射して反射光を鉛直方向の上方へ出力する第1ミラーと、第１ミラーが反射する反射光を反射して反射光を鉛直方向の上方へ出力する第２ミラーと、を備える。
【０００６】  本開示によれば、薄型のヘッドアップディスプレイを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、実施の形態に係るヘッドアップディスプレイを搭載した、移動体の断面を示す模式図である。
【図２】図２は、実施の形態に係るヘッドアップディスプレイの断面を示す模式図である。
【図３】図３は、実施の形態に係るヘッドアップディスプレイの投射光学系と表示デバイスの配置を説明する図である。
【図４】図４は、実施の形態に係る実施例の基準を説明する図である。
【図５Ａ】図５Ａは、実施例１における観察者の視点領域の中心の位置から虚像を見たときの画面歪みを示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、実施例１における観察者の視点領域の左上の位置から虚像を見たときの画面歪みを示す図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、実施例１における視点領域の左下の位置から虚像を見たときの画面歪みを示す図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、実施例１における視点領域の右上の位置から虚像を見たときの画面歪みを示す図である。
【図５Ｅ】図５Ｅは、実施例１における視点領域の右下の位置から虚像を見たときの画面歪みを示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、実施例２における観察者の視点領域の中心の位置から虚像を見たときの画面歪みを示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、実施例２における観察者の視点領域の左上の位置から虚像を見たときの画面歪みを示す図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、実施例２における視点領域の左下の位置から虚像を見たときの画面歪みを示す図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは、実施例２における視点領域の右上の位置から虚像を見たときの画面歪みを示す図である。
【図６Ｅ】図６Ｅは、実施例２における視点領域の右下の位置から虚像を見たときの画面歪みを示す図である。
【図７Ａ】図７Ａは、実施例３における観察者の視点領域の中心の位置から虚像を見たときの画面歪みを示す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、実施例３における観察者の視点領域の左上の位置から虚像を見たときの画面歪みを示す図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、実施例３における観察者の視点領域の左下の位置から虚像を見たときの画面歪みを示す図である。
【図７Ｄ】図７Ｄは、実施例３における観察者の視点領域の右上の位置から虚像を見たときの画面歪みを示す図である。
【図７Ｅ】図７Ｅは、実施例３における観察者の視点領域の右下の位置から虚像を見たときの画面歪みを示す図である。
【図８Ａ】図８Ａは、実施例４における観察者の視点領域の中心の位置から虚像を見たときの画面歪みを示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、実施例４における観察者の視点領域の左上の位置から虚像を見たときの画面歪みを示す図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、実施例４における観察者の視点領域の左下の位置から虚像を見たときの画面歪みを示す図である。
【図８Ｄ】図８Ｄは、実施例４における観察者の視点領域の右上の位置から虚像を見たときの画面歪みを示す図である。
【図８Ｅ】図８Ｅは、実施例４における観察者の視点領域の右下の位置から虚像を見たときの画面歪みを示す図である。
【図９Ａ】図９Ａは、実施例５における観察者の視点領域の中心の位置から虚像を見たときの画面歪みを示す図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、実施例５における観察者の視点領域の左上の位置から虚像を見たときの画面歪みを示す図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、実施例５における観察者の視点領域の左下の位置から虚像を見たときの画面歪みを示す図である。
【図９Ｄ】図９Ｄは、実施例５における観察者の視点領域の右上の位置から虚像を見たときの画面歪みを示す図である。
【図９Ｅ】図９Ｅは、実施例５における観察者の視点領域の右下の位置から虚像を見たときの画面歪みを示す図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、実施例６における観察者の視点領域の中心の位置から虚像を見たときの画面歪みを示す図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、実施例６における観察者の視点領域の左上の位置から虚像を見たときの画面歪みを示す図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、実施例６における観察者の視点領域の左下の位置から虚像を見たときの画面歪みを示す図である。
【図１０Ｄ】図１０Ｄは、実施例６における観察者の視点領域の右上の位置から虚像を見たときの画面歪みを示す図である。
【図１０Ｅ】図１０Ｅは、実施例６における観察者の視点領域の右下の位置から虚像を見たときの画面歪みを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】  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。
【０００９】  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、これらにより特許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。
【００１０】  （実施の形態）  ［１．構成］  ［１−１．ヘッドアップディスプレイの構成］  図１は、本実施の形態に係るヘッドアップディスプレイを搭載した移動体の断面を示す模式図である。
【００１１】  図１に示すように、ヘッドアップディスプレイ１０は、移動体である自動車２００のダッシュボード２１０の内部に配置される。ヘッドアップディスプレイ１０から出力される画像を、ウインドシールド２２０で反射し、観察者Ｄに導いて虚像Ｉを表示する。
【００１２】  図２は、実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ１０の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１０は、筐体１００と、投射光学系１２０と、表示デバイス１０１とを備える。
【００１３】  筐体１００は、上部に開口１０２を有している。開口１０２は、透明のカバーで覆われていてもよい。さらに、透明のカバーが、レンズ形状を用いて、虚像Ｉの倍率を調整してもよい。また、ダッシュボード２１０が筐体１００の代わりを担ってもよい。
【００１４】  表示デバイス１０１は、画像を表示する。図示しないマイコンが、表示デバイス１０１に表示する画像を制御する。表示する画像としては、道路進行案や、前方車両までの距離、車のバッテリー残量、現在の車速などがある。表示デバイス１０１として、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）や有機ＥＬディスプレイ（ＯＬＥＤ：Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ  Ｄｉｓｐｌａｙ）、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ：Ｐｌａｓｍａ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｐａｎｅｌ）などが用いられる。
【００１５】  投射光学系１２０は、第１ミラー１２１と、第２ミラー１２２で構成される。表示デバイス１０１が表示する画像は、第１ミラー１２１を介して反射し、次に第２ミラー１２２を介して反射し、さらにウインドシールド２２０を介して反射して、観察者Ｄの視点領域３００に届き、虚像Ｉとして観察者Ｄに視認させる。ここで、観察者Ｄが、虚像Ｉの全体を欠けることなく観察できる領域を視点領域３００とする。
【００１６】  ここで、第１ミラー１２１の形状は、回転非対称な形状でも、Ｘ方向とＹ方向とで曲率の符号が異なる面形状でもよい。
【００１７】  さらに、第１ミラー１２１の形状は、台形でもよいし、筐体１００のサイズに応じて適宜変更してもよい。
【００１８】  ［１−２．投射光学系と表示デバイスの配置］  図３は、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ１０の投射光学系１２０と表示デバイス１０１の配置を説明する図である。
【００１９】  図３において、表示デバイス１０１の鉛直方向の位置は、第１ミラー１２１の位置と比べて、ウインドシールド２２０側であり、上方である。表示デバイス１０１の表示面は、第１ミラー１２１に向いている。換言すると、表示デバイス１０１から出射して第１ミラー１２１に入射する光のベクトルは、鉛直方向で下向きの成分を有している。第１ミラー１２１の反射面は、表示デバイス１０１から表示される画像を、第２ミラー１２２の反射面に向くように偏心させて配置している。このとき、第１ミラー１２１から第２ミラーに入射する光のベクトルは、鉛直方向で上向きの成分を有している。
【００２０】  第２ミラー１２２の反射面は、第１ミラー１２１の反射面からの画像を拡大させるため、第１ミラー１２１の反射面よりも大きい。ここで、反射面とは、入射光を反射するミラーの領域であり、反射面が大きくなると、ミラーの形状が大きくなる。
【００２１】  第２ミラー１２２は、第１ミラー１２１よりも、自動車２００の前方側に配置される。また、第２ミラー１２２の反射面は、第１ミラー１２１の反射面からの反射光をウインドシールド２２０の反射面に反射する方向に偏心させて配置している。
【００２２】  ここで、第２ミラー１２２の下端の位置の水平線を水平線Ｈ１と第２ミラー１２２の上端の位置の水平線を水平線Ｈ２とする。表示デバイス１０１の表示面の少なくとも一部は水平線Ｈ２よりも下側にあることが望ましい。また、第１ミラー１２１の下端は、水平線Ｈ１よりも上側にあることが望ましい。このように表示デバイス１０１と、第１ミラー１２１とを、水平線Ｈ１と水平線Ｈ２の間に配置し、ヘッドアップディスプレイ１０を薄型にする。
【００２３】  また、第１ミラー１２１の面の中心から第２ミラー１２２の面の中心までの距離Ｄ１２に対する表示デバイス１０１の面の中心から第１ミラー１２１の面の中心までの距離Ｄ０１の比Ｄ０１／Ｄ１２は、  ０．４  ＜  Ｄ０１／Ｄ１２  ＜  ０．８の条件式を満たすように、表示デバイス１０１と投射光学系１２０とを配置する。この条件式は、距離Ｄ０１が短くなりすぎることで、表示デバイス１０１と光線が干渉することを避け、距離Ｄ０１が長くなりすぎることで、投射光学系１２０のサイズが大型になることを避けるために設定される。さらにこの条件式は、距離Ｄ１２が長くなりすぎることで、投射光学系１２０のサイズが大型になることを避け、距離Ｄ１２が短くなりすぎることで、第２ミラー１２２の曲率が大きくなり、虚像Ｉの歪曲収差の補正が困難になることを避けるために設定される。
【００２４】  さらに、第１ミラー１２１の面の中心から第２ミラー１２２の面の中心までの距離Ｄ１２に対する表示デバイス１０１の面の中心から第１ミラー１２１の面の中心までの距離Ｄ０１の比Ｄ０１／Ｄ１２は、  ０．４６  ＜  Ｄ０１／Ｄ１２  ＜  ０．７の条件式を満たすことで、上記の効果をより発揮できる。
【００２５】  次に、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ１０において、第１ミラー１２１の種類と第２ミラー１２２の種類を変化させて、観察者Ｄが虚像Ｉを見たときの画面歪みの評価を行った。
【００２６】  ［２．実施例］  ［２−１．実施例１］  実施例１では、第１ミラー１２１は、凹面形状のトロイダルミラーを用いた。第２ミラー１２２は、凹面形状の自由曲面ミラーを用いた。
【００２７】  （表１）は、実施例１のヘッドアップディスプレイ１０の構成である。
【００２８】
【表１】
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【００２９】  （表１）において、面番号は、表示デバイス１０１が表示する画像の光線が通過する面の順を示している。（表１）において、表示デバイス１０１、第１ミラー１２１、第２ミラー１２２、ウインドシールド２２０、観察者Ｄの順で、光線が通過する。
【００３０】  また、（表１）の偏心データは、基準からの各構成の面の偏心成分を示している。具体的には、Ｘは、基準に対するＸ方向の偏心成分（単位：ｍｍ）を示し、Ｙは、基準に対するＹ方向の偏心成分（単位：ｍｍ）を示し、Ｚは、基準に対するＺ方向の偏心成分（単位：ｍｍ）を示し、ＡＤＥは、基準に対するＸ軸を回転する偏心成分（単位：度）を示し、ＢＤＥは、基準に対するＹ軸を回転する偏心成分（単位：度）、ＣＤＥとは基準に対するＺ軸を回転する偏心成分（単位：度）を示している。
【００３１】  図４は、実施例における基準を説明する図である。図４において、基準Ｃは、表示デバイス１０１の画像を表示する表示部１１０の中心である。偏心データにおける基準を基準Ｃとする。
【００３２】  さらに、（表１）のＸ曲率半径は、各構成の面の偏心データで示す位置でのＸ軸方向の曲率半径（単位：ｍｍ）を示し、Ｙ曲率半径は、各構成の面の偏心データで示す位置でのＹ軸方向の曲率半径（単位：ｍｍ）を示す。
【００３３】  また、実施例１のヘッドアップディスプレイ１０の距離Ｄ０１を４２．４８６ｍｍとし、距離Ｄ１２を８８．４７３ｍｍとし、距離の比Ｄ０１／Ｄ１２を０．４８０とし、表示デバイス１０１の表示する画像のサイズを４０．０ｍｍ×１７．８ｍｍとし、図３に示す観察者Ｄから虚像Ｉまでの距離ＤＤＩを１８００ｍｍとし、虚像Ｉのサイズを１８０ｍｍ×８０ｍｍとした。
【００３４】  ここで、実施例の自由曲面ミラーの自由曲面は、（数１）で定義する。
【００３５】
【数１】
2016038767.tif 000004
【００３６】  （数１）において、ｚは、面を定義する軸から（ｘ，ｙ）の位置におけるサグ量を示し、ｒは、面を定義する軸の原点における曲率半径を示し、ｃは、面を定義する軸の原点における曲率を示し、ｋは、コーニック定数を示し、Ｃｊは係数であり、ｍは、正の整数であり、ｎは、正の整数である。
【００３７】  第２ミラー１２２に用いる自由曲面ミラーの係数Ｃｊを（表２）で定義する。
【００３８】
【表２】
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【００３９】  実施例１の構成のヘッドアップディスプレイ１０において、観察者Ｄから虚像Ｉを見たときの画面歪みを測定した。図５Ａは、実施例１における観察者Ｄの視点領域３００の中心の位置から虚像Ｉを見たときの画面歪みを示す図である。図５Ｂは、実施例１における観察者Ｄの視点領域３００の左上の位置から虚像Ｉを見たときの画面歪みを示す図である。図５Ｃは、実施例１における観察者Ｄの視点領域３００の左下の位置から虚像Ｉを見たときの画面歪みを示す図である。図５Ｄは、実施例１における観察者Ｄの視点領域３００の右上の位置から虚像Ｉを見たときの画面歪みを示す図である。図５Ｅは、実施例１における観察者Ｄの視点領域３００の右下の位置から虚像Ｉを見たときの画面歪みを示す図である。
【００４０】  観察者の視点領域３００を横１３０ｍｍ×縦４０ｍｍとする。図５Ａ〜図５Ｅにおいて、破線は、虚像Ｉの理想の形状であり、実線は、実施例１のヘッドアップディスプレイ１０から投射された虚像Ｉの形状を示している。
【００４１】  ［２−２．実施例２］  実施例２では、第１ミラー１２１は、平面形状のミラーを用いた。第２ミラー１２２は、凹面形状のトロイダルミラーを用いた。
【００４２】  （表３）は、実施例２のヘッドアップディスプレイ１０の構成である。
【００４３】
【表３】
2016038767.tif 000006
【００４４】  また、実施例２のヘッドアップディスプレイ１０の距離Ｄ０１を４３．５５３ｍｍとし、距離Ｄ１２を８２．５１５ｍｍとし、距離の比Ｄ０１／Ｄ１２を０．５２８とし、表示デバイス１０１の表示する画像のサイズを４０．５ｍｍ×１８．９ｍｍとし、距離ＤＤＩを１８００ｍｍとし、虚像Ｉのサイズを１５０ｍｍ×７０ｍｍとした。
【００４５】  実施例２の構成のヘッドアップディスプレイ１０において、観察者Ｄから虚像Ｉを見たときの画面歪みを測定した。図６Ａは、実施例２における観察者Ｄの視点領域３００の中心の位置から虚像Ｉを見たときの画面歪みを示す図である。図６Ｂは、実施例２における観察者Ｄの視点領域３００の左上の位置から虚像Ｉを見たときの画面歪みを示す図である。図６Ｃは、実施例２における観察者Ｄの視点領域３００の左下の位置から虚像Ｉを見たときの画面歪みを示す図である。図６Ｄは、実施例２における観察者Ｄの視点領域３００の右上の位置から虚像Ｉを見たときの画面歪みを示す図である。図６Ｅは、実施例２における観察者Ｄの視点領域３００の右下の位置から虚像Ｉを見たときの画面歪みを示す図である。
【００４６】  観察者の視点領域３００を横１３０ｍｍ×縦４０ｍｍとする。図６Ａ〜図６Ｅにおいて、破線は、虚像Ｉの理想の形状であり、実線は、実施例２のヘッドアップディスプレイ１０から投射された虚像Ｉの形状を示している。
【００４７】  ［２−３．実施例３］  実施例３では、第１ミラー１２１と第２ミラー１２２とは共に凹面形状のトロイダルミラーを用いた。
【００４８】  （表４）は、実施例３のヘッドアップディスプレイ１０の構成である。
【００４９】
【表４】
2016038767.tif 000007
【００５０】  また、実施例３のヘッドアップディスプレイ１０の距離Ｄ０１を４９．５７９ｍｍとし、距離Ｄ１２を７３．４０４ｍｍとし、距離の比Ｄ０１／Ｄ１２を０．６７５とし、表示デバイス１０１の表示する画像のサイズを３９．７ｍｍ×１４．７ｍｍとし、観察者Ｄから虚像Ｉまでの距離ＤＤＩを１６００ｍｍとし、虚像Ｉのサイズを１３５ｍｍ×５０ｍｍとした。
【００５１】  実施例３の構成のヘッドアップディスプレイ１０において、観察者Ｄから虚像Ｉを見たときの画面歪みを測定した。図７Ａは、実施例３における観察者Ｄの視点領域３００の中心の位置から虚像Ｉを見たときの画面歪みを示す図である。図７Ｂは、実施例３における観察者Ｄの視点領域３００の左上の位置から虚像Ｉを見たときの画面歪みを示す図である。図７Ｃは、実施例３における観察者Ｄの視点領域３００の左下の位置から虚像Ｉを見たときの画面歪みを示す図である。図７Ｄは、実施例３における観察者Ｄの視点領域３００の右上の位置から虚像Ｉを見たときの画面歪みを示す図である。図７Ｅは、実施例３における観察者Ｄの視点領域３００の右下の位置から虚像Ｉを見たときの画面歪みを示す図である。
【００５２】  観察者の視点領域３００を横１３０ｍｍ×縦４０ｍｍとする。図７Ａ〜図７Ｅにおいて、破線は、虚像Ｉの理想の形状であり、実線は、実施例３のヘッドアップディスプレイ１０から投射された虚像Ｉの形状を示している。
【００５３】  ［２−４．実施例４］  実施例４では、第１ミラー１２１と第２ミラー１２２とは共に凹面形状の自由曲面ミラーを用いた。
【００５４】  （表５）は、実施例４のヘッドアップディスプレイ１０の構成である。
【００５５】
【表５】
2016038767.tif 000008
【００５６】  第１ミラー１２１に用いる自由曲面ミラーの係数Ｃｊを（表６）で定義する。
【００５７】
【表６】
2016038767.tif 000009
【００５８】  第２ミラー１２２に用いる自由曲ミラーの係数Ｃｊを（表７）で定義する。
【００５９】
【表７】
2016038767.tif 000010
【００６０】  また、実施例４のヘッドアップディスプレイ１０の距離Ｄ０１を４４．０５８ｍｍとし、距離Ｄ１２を８３．１３０ｍｍとし、距離の比Ｄ０１／Ｄ１２を０．５１８とし、表示デバイス１０１の表示する画像のサイズを４０．３ｍｍ×１６．１ｍｍとし、距離ＤＤＩを２０００ｍｍとし、虚像Ｉのサイズを２５０ｍｍ×１００ｍｍとした。
【００６１】  実施例４の構成のヘッドアップディスプレイ１０において、観察者Ｄから虚像Ｉを見たときの画面歪みを測定した。図８Ａは、実施例４における観察者Ｄの視点領域３００の中心の位置から虚像Ｉを見たときの画面歪みを示す図である。図８Ｂは、実施例４における観察者Ｄの視点領域３００の左上の位置から虚像Ｉを見たときの画面歪みを示す図である。図８Ｃは、実施例４における観察者Ｄの視点領域３００の左下の位置から虚像Ｉを見たときの画面歪みを示す図である。図８Ｄは、実施例４における観察者Ｄの視点領域３００の右上の位置から虚像Ｉを見たときの画面歪みを示す図である。図８Ｅは、実施例４における観察者Ｄの視点領域３００の右下の位置から虚像Ｉを見たときの画面歪みを示す図である。
【００６２】  観察者の視点領域３００を横１３０ｍｍ×縦４０ｍｍとする。図８Ａ〜図８Ｅにおいて、破線は、虚像Ｉの理想の形状であり、実線は、実施例４のヘッドアップディスプレイ１０から投射された虚像Ｉの形状を示している。
【００６３】  ［２−５．実施例５］  実施例５では、第１ミラー１２１と第２ミラー１２２とは共に凹面形状の自由曲面ミラーを用いた。
【００６４】  （表８）は、実施例５のヘッドアップディスプレイ１０の構成である。
【００６５】
【表８】
2016038767.tif 000011
【００６６】  第１ミラー１２１に用いる自由曲面ミラーの係数Ｃｊを（表９）で定義する。
【００６７】
【表９】
2016038767.tif 000012
【００６８】  第２ミラー１２２に用いる自由曲ミラーの係数Ｃｊを（表１０）で定義する。
【００６９】
【表１０】
2016038767.tif 000013
【００７０】  また、実施例５のヘッドアップディスプレイ１０の距離Ｄ０１を４２．３２６ｍｍとし、距離Ｄ１２を８８．３０３ｍｍとし、距離の比Ｄ０１／Ｄ１２を０．４７９とし、表示デバイス１０１の表示する画像のサイズを５８．３ｍｍ×２５．０ｍｍとし、距離ＤＤＩを２０００ｍｍとし、虚像Ｉのサイズを３５０ｍｍ×１５０ｍｍとした。
【００７１】  実施例５の構成のヘッドアップディスプレイ１０において、観察者Ｄから虚像Ｉを見たときの画面歪みを測定した。図９Ａは、実施例５における観察者Ｄの視点領域３００の中心の位置から虚像Ｉを見たときの画面歪みを示す図である。図９Ｂは、実施例５における観察者Ｄの視点領域３００の左上の位置から虚像Ｉを見たときの画面歪みを示す図である。図９Ｃは、実施例５における観察者Ｄの視点領域３００の左下の位置から虚像Ｉを見たときの画面歪みを示す図である。図９Ｄは、実施例５における観察者Ｄの視点領域３００の右上の位置から虚像Ｉを見たときの画面歪みを示す図である。図９Ｅは、実施例５における観察者Ｄの視点領域３００の右下の位置から虚像Ｉを見たときの画面歪みを示す図である。
【００７２】  観察者の視点領域３００を横１３０ｍｍ×縦４０ｍｍとする。図９Ａ〜図９Ｅにおいて、破線は、虚像Ｉの理想の形状であり、実線は、実施例５のヘッドアップディスプレイ１０から投射された虚像Ｉの形状を示している。
【００７３】  ［２−６．実施例６］  実施例６では、第１ミラー１２１と第２ミラー１２２とは共に凹面形状の自由曲面ミラーを用いた。
【００７４】  （表１１）は、実施例６のヘッドアップディスプレイ１０の構成である。
【００７５】
【表１１】
2016038767.tif 000014
【００７６】  第１ミラー１２１に用いる自由曲面ミラーの係数Ｃｊを（表１２）で定義する。
【００７７】
【表１２】
2016038767.tif 000015
【００７８】  第２ミラー１２２に用いる自由曲ミラーの係数Ｃｊを（表１３）で定義する。
【００７９】
【表１３】
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【００８０】  また、実施例６のヘッドアップディスプレイ１０の距離Ｄ０１を４６．４１７ｍｍとし、距離Ｄ１２を７９．８４４ｍｍとし、距離の比Ｄ０１／Ｄ１２を０．５８１とし、表示デバイス１０１の表示する画像のサイズを２５．０ｍｍ×１１．７ｍｍとし、観察者Ｄから虚像Ｉまでの距離ＤＤＩを２０００ｍｍとし、虚像Ｉのサイズを１５０ｍｍ×７０ｍｍとした。
【００８１】  実施例６の構成のヘッドアップディスプレイ１０において、観察者Ｄから虚像Ｉを見たときの画面歪みを測定した。図１０Ａは、実施例６における観察者Ｄの視点領域３００の中心の位置から虚像Ｉを見たときの画面歪みを示す図である。図１０Ｂは、実施例６における観察者Ｄの視点領域３００の左上の位置から虚像Ｉを見たときの画面歪みを示す図である。図１０Ｃは、実施例６における観察者Ｄの視点領域３００の左下の位置から虚像Ｉを見たときの画面歪みを示す図である。図１０Ｄは、実施例６における観察者Ｄの視点領域３００の右上の位置から虚像Ｉを見たときの画面歪みを示す図である。図１０Ｅは、実施例６における観察者Ｄの視点領域３００の右下の位置から虚像Ｉを見たときの画面歪みを示す図である。
【００８２】  観察者の視点領域３００を横１３０ｍｍ×縦４０ｍｍとする。図１０Ａ〜図１０Ｅにおいて、破線は、虚像Ｉの理想の形状であり、実線は、実施例６のヘッドアップディスプレイ１０から投射された虚像Ｉの形状を示している。
【００８３】  ［２−７．距離の比］  ここで、実施例１〜６における、第１ミラー１２１の面の中心から第２ミラー１２２の面の中心までの距離Ｄ１２に対する表示デバイス１０１の面の中心から第１ミラー１２１の面の中心までの距離Ｄ０１の比Ｄ０１／Ｄ１２をまとめて（表１４）に示す。
【００８４】
【表１４】
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【００８５】  ［２−８．結果］  実施例１から実施例６において、観察者Ｄが虚像Ｉを見たときの画面歪みを比較すると、実施例４から実施例６の虚像Ｉの画面歪みは、実施例１から実施例３の虚像Ｉの画面歪みよりも小さいことがわかる。
【００８６】  すなわち、ヘッドアップディスプレイ１０の構成として、第１ミラー１２１は、凹面形状の自由曲面ミラーで、第２ミラー１２２も、凹面形状の自由曲面ミラーであることが望ましいことがわかる。
【００８７】  また、実施例１の観察者Ｄが虚像Ｉを見たときの画面歪みをヘッドアップディスプレイとして許容できるのであれば、虚像Ｉの画面歪みが抑えられる上に、第１ミラー１２１は凹面形状のトロイダルミラーなので、ミラーの製造が容易になる。
【００８８】  また、実施例２の観察者Ｄが虚像Ｉを見たときの画面歪みをヘッドアップディスプレイとして許容できるのであれば、虚像Ｉの画面歪みが抑えられる上に、第１ミラー１２１は平面形状のミラーであり、第２ミラー１２２は凹面形状のトロイダルミラーなので、実施例１の第１ミラー１２１および実施例１の第２ミラー１２２よりもさらにミラーの製造が容易になる。
【００８９】  また、実施例３の観察者Ｄが虚像Ｉを見たときの画面歪みをヘッドアップディスプレイとして許容できるのであれば、虚像Ｉの画面歪みが抑えられる上に、第１ミラー１２１および第２ミラー１２２は共に凹面形状のトロイダルミラーなので、実施例１の第１ミラー１２１および実施例１の第２ミラー１２２よりもさらにミラーの製造が容易になる。
【００９０】  ［３．効果］  以上のように本開示のヘッドアップディスプレイは、鉛直方向の下方へ画像を表示する表示デバイスと、画像を反射して反射光を鉛直方向の上方へ出力する第1ミラーと、第１ミラーが反射する反射光を反射して反射光を鉛直方向の上方へ出力する第２ミラーと、を備える。
【００９１】  また、本開示のヘッドアップディスプレイは、表示デバイスの少なくとも一部の鉛直方向の位置は、第２ミラーの鉛直方向の位置よりも下方に配置される。
【００９２】  さらに、本開示のヘッドアップディスプレイは、第１ミラーの鉛直方向の位置は、第２ミラーの鉛直方向の下端よりも上方に配置される。
【００９３】  本開示の移動体は、本開示のヘッドアップディスプレイと、ヘッドアップディスプレイが出力する反射光を反射するウインドシールドと、を備える。
【００９４】  この構成により、薄型のヘッドアップディスプレイおよび薄型のヘッドアップディスプレイを備える移動体を提供できる。
【００９５】  また、本開示のヘッドアップディスプレイは、第２ミラーのサイズは、前記第１ミラーのサイズよりも大きい。
【００９６】  この構成により、表示デバイスから表示される画像を、拡大することができる。
【００９７】  また、本開示のヘッドアップディスプレイは、第１ミラーの反射面と前記第２ミラーの反射面は、共に凹面形状である。
【００９８】  この構成により、本開示のヘッドアップディスプレイから出力される画像による虚像の画面歪みが低減できる。
【００９９】  また、本開示のヘッドアップディスプレイは、第１ミラーの面の中心から第２ミラー１２２の面の中心までの距離Ｄ１２に対する、表示デバイスの面の中心から第１ミラーの面の中心までの距離Ｄ０１の比Ｄ０１／Ｄ１２は、  ０．４  ＜  Ｄ０１／Ｄ１２  ＜  ０．８を満たす。
【０１００】  この構成により、本開示のヘッドアップディスプレイは、表示デバイスと光線が干渉せず、投射光学系のサイズが小型になり、虚像の歪曲収差の補正が可能になる。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】  本開示は、自動車等移動体のフロントガラスの前方に表示するヘッドアップディスプレイに適用可能である。
【符号の説明】
【０１０２】  １０  ヘッドアップディスプレイ  １００  筐体  １０１  表示デバイス  １０２  開口  １１０  表示部  １２０  投射光学系  １２１  第１ミラー  １２２  第２ミラー  ２００  自動車  ２１０  ダッシュボード  ２２０  ウインドシールド  ３００  視点領域
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【国際調査報告】
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