(57)【要約】【課題】表示器からの表示光を複数の反射鏡で拡大反射させるヘッドアップディスプレイにおいて、表示画像の歪みを抑制する。【解決手段】第１反射面３３ａの曲率最大（最小）線Ｌ１ｍａｘと、当該曲率最大線Ｌ１ｍａｘ上の任意点における法線Ｚ１とを含む平面を第１平面Ｆ１とし、第２反射面３４ａの曲率最大（最小）線Ｌ２ｍａｘと、当該曲率最大線Ｌ２ｍａｘ上の任意点における法線Ｚ２とを含む平面を第２平面Ｆ２とする。そして、表示器３２から出射された表示光Ｋ１の光軸が第１平面Ｆ１に対して平行となるように表示器３２を配置し、かつ、第１平面Ｆ１が第２平面Ｆ２に対して平行となるように第１反射鏡３３を配置する。これによれば、第１反射面３３ａで反射した表示画像ｍ１における拡大縮小の対称性が第２反射面３４ａで反射することにより崩れてしまう度合を抑制できるので、虚像表示させる表示画像の歪みを抑制できる。【選択図】        図６
2004226469.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を表示する光を出射する表示器（３２）と、
前記表示器（３２）から出射された表示光を反射する第１反射面（３３ａ）が形成された第１反射鏡（３３）と、
前記第１反射鏡（３３）からの反射光を反射する第２反射面（３４ａ）が形成された第２反射鏡（３４）とを備え、
車両のフロントウインドシールド（１０）の所定表示領域（１０ａ）に前記第２反射鏡（３４）からの反射光を投影反射させて、前記フロントウインドシールド（１０）前方に前記画像を拡大して虚像表示させる車両用ヘッドアップディスプレイ装置において、
前記第１反射面（３３ａ）の曲率最大線および曲率最小線のいずれか一方の曲率線と、前記第１反射面（３３ａ）の一方の曲率線上の任意の点における法線とを含む平面を第１平面（Ｆ１）とし、
前記第２反射面（３４ａ）の曲率最大線および曲率最小線のいずれか一方の曲率線と、前記第２反射面（３４ａ）の一方の曲率線上の任意の点における法線とを含む平面を第２平面（Ｆ２）とし、
前記表示器（３２）から出射された表示光の光軸が前記第１平面（Ｆ１）に対して平行となるように前記表示器（３２）を配置し、かつ、前記第１平面（Ｆ１）が前記第２平面（Ｆ２）に対して平行となるように前記第１反射鏡（３３）を配置したことを特徴とする車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項２】
前記所定表示領域（１０ａ）の中心点における前記フロントウインドシールド（１０）の曲率最大線および曲率最小線のいずれか一方の線と、前記中心点における前記フロントウインドシールド（１０）の法線とを含む平面を第３平面（Ｆ３）とし、
前記第２平面（Ｆ２）と前記第３平面（Ｆ３）とが互いに平行となるように、前記フロントウインドシールド（１０）に対して前記第２反射鏡（３４）を配置したことを特徴とする請求項１に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項３】
前記第１反射面（３３ａ）および第２反射面（３４ａ）のいずれか一方を凹面形状とし、他方を凸面形状としたことを特徴とする請求項１または２に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項４】
前記第１反射面（３３ａ）および第２反射面（３４ａ）のいずれをも凹面形状としたことを特徴とする請求項１または２に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項５】
前記表示画像を一方向にのみ拡大するフレネルレンズ（３５ａ）を備え、
前記拡大の方向が前記第１平面（Ｆ１）および前記第２平面（Ｆ２）に対して平行となるように前記フレネルレンズ（３５ａ）を配置したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項６】
前記第１反射面（３３ａ）による拡大率が前記第２反射面（３４ａ）の拡大率より大きくなるように、前記第１反射鏡（３３）および前記第２反射鏡（３４）を形成したことを特徴とする請求項１ないし５いずれか１つに記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項７】
Ｘ１軸、Ｙ１軸、Ｚ１軸からなる直交座標を、Ｙ１軸およびＺ１軸を含むＹ１−Ｚ１平面と前記第１平面（Ｆ１）とが重なるように設定した場合に、
前記第１反射面（３３ａ）の曲面は、Ｘ１を変数とする所定の第１偶関数とＹ１を変数とする関数との和でＺ１座標が特定されるような形状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項８】
Ｘ２軸、Ｙ２軸、Ｚ２軸からなる直交座標を、Ｙ２軸およびＺ２軸を含むＹ２−Ｚ２平面と前記第２平面（Ｆ２）とが重なるように設定した場合に、
前記第２反射面（３４ａ）の曲面は、Ｘ２を変数とする所定の第２偶関数とＹ２を変数とする関数との和でＺ２座標が特定されるような形状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用ヘッドアップディスプレイ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、表示器から出射された表示光を、車両のフロントウインドシールドの所定表示領域に投影反射させることにより、フロントウインドシールド前方に画像を虚像表示させる、車両用ヘッドアップディスプレイ装置がある（例えば、特許文献１参照）。当該ヘッドアップディスプレイ装置は、前方視界の景色に虚像を重畳表示するもので、運転者が前方視界から大きく視線をはずすことなく、また運転者に大きな焦点調節の負荷を感じさせることなく、より多くの情報を認識させることができる情報伝達手段として極めて利用価値が高い。
【０００３】
そして、フロントウインドシールドのできるだけ遠方に虚像を表示させるようにすることが、運転者の焦点調節負荷軽減を図る上で好ましい。そこで、上記特許文献１に記載のヘッドアップディスプレイ装置では、表示器から出射された表示光を、第１反射鏡および第２反射鏡で反射させた後に、フロントウインドシールドの所定表示領域に反射させることにより、表示器から所定表示領域までの光路長を長くしている。これにより、ヘッドアップディスプレイ装置の大型化を抑制しつつ、フロントウインドシールドの遠方に虚像を表示させることを図っている。
【０００４】
また、上記特許文献１に記載のヘッドアップディスプレイ装置では、第１反射鏡および第２反射鏡に、曲面を反射面とする凹面鏡等の鏡を採用し、表示器から出射された表示光を各反射鏡で拡大して反射させることにより、表示器の大型化を抑制しつつ表示画像の大面積化を図っている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−３４７１２７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、フロントウインドシールドの形状は一般的に非球面形状であり、部位によって曲率が異なる。従って、このようなフロントウインドシールドの曲率の変化に合わせて反射鏡の反射面の形状を非球面に設定する等して表示画像の歪みを補正する必要がある。
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載のように反射面を拡大反射できる形状に設定すると、上述した反射面の形状設定による補正だけでは表示画像の歪みを十分に抑制することができない。因みに、上記特許文献１には、このような表示画像の歪みを抑制する対策は記載されていない。
【０００８】
本発明は、上記点に鑑み、表示器からの表示光を複数の反射鏡で拡大反射させるヘッドアップディスプレイにおいて、表示画像の歪みを抑制することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、画像を表示する光を出射する表示器（３２）と、表示器（３２）から出射された表示光を反射する第１反射面（３３ａ）が形成された第１反射鏡（３３）と、第１反射鏡（３３）からの反射光を反射する第２反射面（３４ａ）が形成された第２反射鏡（３４）とを備え、車両のフロントウインドシールド（１０）の所定表示領域（１０ａ）に第２反射鏡（３４）からの反射光を投影反射させて、フロントウインドシールド（１０）前方に画像を拡大して虚像表示させる車両用ヘッドアップディスプレイ装置において、
第１反射面（３３ａ）の曲率最大線および曲率最小線のいずれか一方の曲率線と、第１反射面（３３ａ）の一方の曲率線上の任意の点における法線とを含む平面を第１平面（Ｆ１）とし、第２反射面（３４ａ）の曲率最大線および曲率最小線のいずれか一方の曲率線と、第２反射面（３４ａ）の一方の曲率線上の任意の点における法線とを含む平面を第２平面（Ｆ２）とし、表示器（３２）から出射された表示光の光軸が第１平面（Ｆ１）に対して平行となるように表示器（３２）を配置し、かつ、第１平面（Ｆ１）が第２平面（Ｆ２）に対して平行となるように第１反射鏡（３３）を配置したことを特徴とする。
【００１０】
これによれば、表示器（３２）から出射された表示光の光軸が第１平面（Ｆ１）に対して平行であるため、第１反射面（３３ａ）にて反射して結像する表示画像は、第１平面（Ｆ１）に対して略対称に拡大縮小した画像となる。また、第１平面（Ｆ１）が第２平面（Ｆ２）に対して平行であるため、第２反射面（３４ａ）にて反射して結像する表示画像は、第２平面（Ｆ２）に対して略対称に拡大縮小した画像となる。
【００１１】
そして、第１反射面（３３ａ）にて反射して結像する表示画像の拡大縮小対称の軸となる第１平面（Ｆ１）と、第２反射面（３４ａ）にて反射して結像する表示画像の拡大縮小対称の軸とが平行となるため、第１反射面（３３ａ）で反射した表示画像における拡大縮小の対称性が第２反射面（３４ａ）で反射することにより崩れてしまう度合を抑制でき、ひいては、フロントウインドシールド（１０）前方に虚像表示させる表示画像の歪みを抑制できる。
【００１２】
なお、本発明の実施にあたり、第１反射面（３３ａ）および第２反射面（３４ａ）のうち少なくとも一方で画像を拡大するように作用させればよく、いずれか一方の反射面では画像を縮小するように作用させてもよい。但し、この場合には、両反射面（３３ａ、３４ａ）を反射した後の時点において結像する表示画像が、第１反射面（３３ａ）で反射する前の時点の表示画像に対して拡大されたものとなるように、両反射面（３３ａ、３４ａ）の形状等を設定する必要がある。
【００１３】
請求項２に記載の発明では、所定表示領域（１０ａ）の中心点におけるフロントウインドシールド（１０）の曲率最大線および曲率最小線のいずれか一方の線と、中心点におけるフロントウインドシールド（１０）の法線とを含む平面を第３平面（Ｆ３）とし、第２平面（Ｆ２）と第３平面（Ｆ３）とが互いに平行となるように、フロントウインドシールド（１０）に対して第２反射鏡（３４）を配置したことを特徴とする。
【００１４】
これによれば、第２平面（Ｆ２）と第３平面（Ｆ３）とが互いに平行であるため、フロントウインドシールド（１０）に投影された表示画像は、第３平面（Ｆ３）を軸に、略対称に拡大縮小した画像となる。そして、第２反射面（３４ａ）に投影された表示画像の拡大縮小対称軸と、フロントウインドシールド（１０）に投影された表示画像の拡大縮小対称軸とが平行となるため、第２反射面（３４ａ）で反射した表示画像における拡大縮小の対称性がフロントウインドシールド（１０）で反射することにより崩れてしまう度合を抑制でき、ひいては、フロントウインドシールド（１０）前方に虚像表示させる表示画像の歪みをより一層抑制できる。
【００１５】
請求項３に記載の発明では、第１反射面（３３ａ）および第２反射面（３４ａ）のいずれか一方を凹面形状とし、他方を凸面形状としたことを特徴とする。
【００１６】
これにより、凹面での反射による歪みと凸面での反射による歪みとが打ち消し合うように設定できるので、フロントウインドシールド（１０）前方に虚像表示させる表示画像の歪みをより一層抑制できる。
【００１７】
一方、請求項４に記載の発明のように、第１反射面（３３ａ）および第２反射面（３４ａ）のいずれをも凹面形状とすれば、両反射面（３３ａ、３４ａ）で画像を拡大させることができるため、フロントウインドシールド（１０）前方に虚像表示させる画像の拡大倍率を大きくすることを容易にできる。
【００１８】
請求項５に記載の発明では、表示画像を一方向にのみ拡大するフレネルレンズ（３５ａ）を備え、当該拡大の方向が第１平面（Ｆ１）および第２平面（Ｆ２）に対して平行となるようにフレネルレンズ（３５ａ）を配置したことを特徴とする。
【００１９】
これにより、第１および第２反射鏡（３３、３４）に加え、フレネルレンズ（３５ａ）でも表示画像を拡大させることができるので、フロントウインドシールド（１０）前方に虚像表示させる画像の拡大倍率を大きくすることを容易にできる。しかも、フレネルレンズ（３５ａ）による拡大方向と第１平面（Ｆ１）および第２平面（Ｆ２）とが互いに平行であるため、第１および第２反射面（３３ａ、３４ａ）で反射した表示画像における拡大縮小の対称性がフレネルレンズ（３５ａ）で拡大されることにより崩れてしまう度合を抑制できる。
【００２０】
請求項６に記載の発明では、第１反射面（３３ａ）による拡大率が第２反射面（３４ａ）の拡大率より大きくなるように第１反射鏡（３３）および第２反射鏡（３４）を形成するので、第１反射面（３３ａ）の曲率が大きくなる反面で、第２反射面（３４ａ）の曲率を小さくでき、第２反射鏡（３４）の厚み方向の体格を小さくできる。
【００２１】
ここで、表示器（３２）から出射された表示画像は光軸の垂直方向に拡がりながら進む。よって、第１反射面（３３ａ）に比べて第２反射面（３４ａ）の方が大きい面積を必要とする。従って、上記請求項６に記載の発明のように、第１反射鏡（３３）の曲率を小さくして第１反射鏡（３３）の体格を小さくすることよりも、第２反射鏡（３４）の曲率を小さくして第２反射鏡（３４）の体格を小さくすることを優先させた方が、車両用ヘッドアップディスプレイ装置全体の小型化には有利である。
【００２２】
請求項７に記載の発明では、Ｘ１軸、Ｙ１軸、Ｚ１軸からなる直交座標を、Ｙ１軸およびＺ１軸を含むＹ１−Ｚ１平面と第１平面（Ｆ１）とが重なるように設定した場合に、第１反射面（３３ａ）の曲面は、Ｘ１を変数とする所定の第１偶関数とＹ１を変数とする関数との和でＺ１座標が特定されるような形状に形成されていることを特徴とする。
【００２３】
これにより、第１反射面（３３ａ）の曲率変化の度合いは、Ｙ１−Ｚ１平面（第１平面（Ｆ１））に対して完全に対称となるので、第１反射面（３３ａ）にて反射して結像する表示画像は第１平面（Ｆ１）に対して完全に対称となるように拡大縮小する。よって、フロントウインドシールド（１０）前方に虚像表示させる表示画像の歪みをより一層抑制できる。
【００２４】
請求項８に記載の発明では、Ｘ２軸、Ｙ２軸、Ｚ２軸からなる直交座標を、Ｙ２軸およびＺ２軸を含むＹ２−Ｚ２平面と第２平面（Ｆ２）とが重なるように設定した場合に、第２反射面（３４ａ）の曲面は、Ｘ２を変数とする所定の第２偶関数とＹ２を変数とする関数との和でＺ２座標が特定されるような形状に形成されていることを特徴とする。
【００２５】
これにより、第２反射面（３４ａ）の曲率変化の度合いは、Ｙ２−Ｚ２平面（第２平面（Ｆ２））に対して完全に対称となるので、第２反射面（３４ａ）にて反射して結像する表示画像は第２平面（Ｆ２）に対して完全に対称となるように拡大縮小する。よって、フロントウインドシールド（１０）前方に虚像表示させる表示画像の歪みをより一層抑制できる。
【００２６】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態を図に基づいて説明する。
【００２８】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置を車両に搭載した状態を示す模式図であり、フロントウインドシールド１０の下縁から車室内側へ延出するインストルメントパネル２０内側にヘッドアップディスプレイ装置を構成するユニット（以下、光学ユニットと言う）３０を配設している。車両左右方向においては光学ユニット３０は運転者の前方部分に位置している。
【００２９】
フロントウインドシールド１０は、複数の板ガラスにより、中間層として破損時の飛散防止のためのポリビニルブチラート等の合成樹脂膜を挟んで構成されている。光学ユニット３０から出射された表示光Ｋ３を、フロントウインドシールド１０の車室内側表面のうち、所定表示領域１０ａ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１０の前方に、表示光Ｋ４による画像を虚像ｍ４として運転者に視認させる。
【００３０】
なお、車室外側の表面での反射による二重像を防止するためフロントウインドシールド１０の中間層の厚みを変えて楔形としたものを用いると、鮮明な画像を得る上でより効果的である。また、フロントウインドシールド１０の車室内側表面１０ａの反射率を上げるため、金属薄膜，誘電体多層膜，正反射型ホログラム膜等をフロントウインドシールド１０に設けるようにしてもよい。ヘッドアップディスプレイ装置は光学ユニット３０とフロントウインドシールド１０の表示領域１０ａ部分とから構成される。
【００３１】
図２は、光学ユニット３０を車両側方から見た断面図であり、図３は、表示器３２から出射された表示光Ｋ１が運転者のアイポイントに到達するまでの光路を示す斜視図である。図中の矢印は、光学ユニット３０の車両搭載状態における上下前後左右方向を示すものである。
【００３２】
これらの図２、図３に示すように、ハウジング３１に、表示器３２、第１反射鏡３３および第２反射鏡３４からなる光学系を内蔵して光学ユニット３０は構成されている。ハウジング３１に開口する表示画像の出射部３１ａには、光学系を密閉する透光カバー３５が備えられている。
【００３３】
表示器３２は、ＴＦＴ型等の液晶パネルとその駆動回路基板およびバックライトを有しており、液晶パネルは、バックライトからの光を受けて、ナビゲーション情報、ウォーニング情報等の表示画像を表示し、この表示画像を表示光Ｋ１として第１反射鏡３３に向けて出射する。液晶パネルのサイズは、１〜８インチ程度が合理的であり、より小さいものを用いると光学ユニット３０の体格を小さくする点で有利となる。ここでは、液晶パネルを用いたが、自発光型の蛍光表示管、発光ダイオード、ブラウン管等を用いてもよい。
【００３４】
第１反射鏡３３は、表示器３２から出射された表示光Ｋ１を第２反射鏡３４に向けて反射する凸面形状の第１反射面３３ａを有している。図４は、第１反射面３３ａの形状を示す斜視図であり、Ｘ１軸、Ｙ１軸、Ｚ１軸からなる直交座標の原点を第１反射面３３ａの頂部Ｐ１とし、第１反射面３３ａの曲面は、Ｘ１およびＹ１を変数とする関数でＺ１座標が特定されるような形状に形成されている。
【００３５】
本実施形態では以下の数１に示す関数を採用しており、数１中の各係数を次のように設定している。α＝−１．３５×１０−３、β＝８×１０−８、δ＝０、η＝０。
【００３６】
【数１】
Ｚ１＝ｆ１（Ｘ１）＋ｆ２（Ｙ１）
ｆ１（Ｘ１）＝αＸ１２＋βＸ１４＋δＸ１８
ｆ２（Ｙ１）＝ηＹ１２
なお、ｆ１（Ｘ１）は、上記特許請求の範囲に記載の「所定の第１偶関数」に相当する。
【００３７】
このようにＺ１座標がＸ１およびＹ１を変数とする偶関数で特定されるため、第１反射面３３ａの曲面形状はＹ１−Ｚ１平面に対して対称となり、かつ、Ｘ１−Ｚ１平面に対して対称となる。なお、関数ｆ２（Ｙ１）の係数ηを０としているので、Ｙ１軸方向には表示画像の拡大作用はなく、Ｘ１軸方向にのみ表示画像が拡大する。
【００３８】
また、図４中の点線Ｌ１ｍａｘは、第１反射面３３ａの曲率最大線を示しており、第１反射面３３ａ上のＹ１＝０となる線と一致する。因みに、第１反射面３３ａの曲率最小線は、第１反射面３３ａ上のＸ１＝０となる線と一致する。また、本実施形態では、曲率最小線Ｌ１ｍｉｎ（Ｙ１軸）とＺ１軸とを含む平面を第１平面Ｆ１と呼ぶ。
【００３９】
第２反射鏡３４は、第１反射鏡３３にて反射された表示光Ｋ２を透光カバー３５およびフロントウインドシールド１０に向けて反射する凹面形状の第２反射面３４ａを有している。図５は、第２反射面３４ａの形状を示す斜視図であり、Ｘ２軸、Ｙ２軸、Ｚ２軸からなる直交座標の原点を第２反射面３４ａの頂部Ｐ２とし、第２反射面３４ａの曲面は、Ｘ２およびＹ２を変数とする関数でＺ２座標が特定されるような形状に形成されている。
【００４０】
本実施形態では以下の数２に示す関数を採用しており、数２中の各係数を次のように設定している。
【００４１】
α＝１．３７×１０−３、β＝０、δ＝−１．７×１０−１８、η＝０。
【００４２】
【数２】
Ｚ２＝ｆ３（Ｘ２）＋ｆ４（Ｙ２）
ｆ３（Ｘ２）＝αＸ２２＋βＸ２４＋δＸ２８
ｆ４（Ｙ２）＝ηＹ２２
なお、ｆ３（Ｘ２）は、上記特許請求の範囲に記載の「所定の第２偶関数」に相当する。
【００４３】
このようにＺ２座標がＸ２およびＹ２を変数とする偶関数で特定されるため、第２反射面３４ａの曲面形状はＹ２−Ｚ２平面に対して対称となり、かつ、Ｘ２−Ｚ２平面に対して対称となる。なお、関数ｆ４（Ｙ２）の係数ηを０としているので、Ｙ２軸方向には表示画像の拡大作用はなく、Ｘ２軸方向にのみ表示画像が拡大する。因みに、本実施形態では、第１反射面３３ａによる表示画像の拡大率が第２反射面３４ａの拡大率より大きくなるように第１反射鏡３３および第２反射鏡３４を形成している。
【００４４】
また、図５中の点線Ｌ２ｍａｘは、第２反射面３４ａの曲率最大線を示しており、第２反射面３４ａ上のＹ２＝０となる線と一致する。因みに、第２反射面３４ａの曲率最小線は、第２反射面３４ａ上のＸ２＝０となる線と一致する。また、本実施形態では、曲率最小線Ｌ２ｍｉｎ（Ｙ２軸）とＺ２軸とを含む平面を第２平面Ｆ２と呼ぶ。
【００４５】
第２反射鏡３４にて反射された表示光Ｋ３は、透光カバー３５を透過してフロントウインドシールド１０の所定表示領域１０ａにて反射し、フロントウインドシールド１０の前方に虚像ｍ４として結像する。
【００４６】
なお、第１反射鏡３３において入射する表示光Ｋ１と反射する表示光Ｋ２とが干渉してしまわないように、入射角に反射角を加えた角度θ１（図２参照）を約３０°に設定している。同様に、第２反射鏡３４において入射する表示光Ｋ２の入射角に、反射する表示光Ｋ３の反射角を加えた角度θ２（図２参照）を、約２４°に設定している。
【００４７】
また、表示器３２の表示光出射面から第１反射面３３ａまでの光学距離を約６０ｍｍに設定し、第１反射面３３ａから第２反射面３４ａまでの光学距離を約１１０ｍｍに設定している。
【００４８】
図６は、フロントウインドシールド１０に対する第２反射鏡３４の配置関係、第２反射鏡３４に対する第１反射鏡３３の配置関係、第１反射鏡３３に対する表示器３２配置関係を具体的に示す図である。図６中の符号１０ｃは、所定表示領域１０ａの中心点Ｐ３における法線１０ｃを示す。点線Ｌ３ｍａｘは、中心点Ｐ３を通る線のうち最も曲率が最大となる曲率最大線を示す。点線Ｌ３ｍｉｎは、中心点Ｐ３を通る線のうち最も曲率が最小となる曲率最小線を示す。また、本実施形態では、曲率最小線Ｌ３ｍｉｎと法線１０ｃとを含む平面を第３平面Ｆ３と呼ぶ。
【００４９】
曲率最大線Ｌ３ｍａｘおよび曲率最小線Ｌ３ｍｉｎの定義について図７を用いて説明する。中心点Ｐ３を中心としたフロントウインドシールド１０の内面上の任意の円をＳ１およびＳ２とすると、円Ｓ１上のうちフロントウインドシールド１０の曲率が最小となる点（図７中の×印で示す点）と、円Ｓ２上のうちフロントウインドシールド１０の曲率が最小となる点（図７中の×印で示す点）とを結ぶ直線が、曲率最小線Ｌ３ｍｉｎである。
【００５０】
同様にして、円Ｓ１上のうちフロントウインドシールド１０の曲率が最大となる点（図７中の△印で示す点）と、円Ｓ２上のうちフロントウインドシールド１０の曲率が最大となる点（図７中の△印で示す点）とを結ぶ直線が、曲率最大線Ｌ３ｍａｘである。
【００５１】
ここで、フロントウインドシールド１０の全体形状は、車両のデザインにより種々に決定される。それらのフロントウインドシールド１０に対して、表示のボケや歪み（非点収差）なく表示画像を得るためには、画像を投影する所定表示領域１０ａの横方向と縦方向の曲率を、上記数１および数２のそれぞれの係数α、β、δに反映させてやればよい。ここでの第１および第２反射鏡３３、３４の曲率等の各種設計パラメータは一例であり、表示の拡大率、表示面積、画像の結像位置、フロントウインドシールド１０の形状などの条件により様々に選ぶことができる。
【００５２】
図８は、第１反射鏡３３および第２反射鏡３４の配置関係および表示光Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３の光路を示す模式図である。
【００５３】
そして、図８、図６に示すように、表示器３２から出射された表示光Ｋ１の光軸が第１平面Ｆ１に対して平行となるように表示器３２を配置している。また、第１平面Ｆ１が第２平面Ｆ２に対して平行となるように第１反射鏡３３を配置している。また、第２平面Ｆ２と第３平面Ｆ３とが互いに平行となるように、フロントウインドシールド１０に対して第２反射鏡３４を配置している。
【００５４】
さらに、本実施形態では、表示器３２から出射された表示光Ｋ１の光軸が第１平面Ｆ１と重なるように表示器３２を配置している。また、第１平面Ｆ１が第２平面Ｆ２と重なるように第１反射鏡３３を配置している。また、第２平面Ｆ２と第３平面Ｆ３とが重なるように第２反射鏡３４を配置している。
【００５５】
以上により、本実施形態によれば、表示器３２から出射された表示光Ｋ１の光軸が第１平面Ｆ１と平行に重なるため、第１反射面３３ａにて反射して結像する表示画像ｍ１は、第１平面Ｆ１に対して対称に拡大した画像となる。また、第１平面Ｆ１が第２平面Ｆ２に対して平行に重なるため、第２反射面３４ａにて反射して結像する表示画像ｍ２は、第２平面Ｆ２に対して対称に拡大した画像となる。
【００５６】
そして、第１反射面３３ａにて反射して結像する表示画像ｍ１の拡大対称の軸となる第１平面Ｆ１と、第２反射面３４ａにて反射して結像する表示画像の拡大対称の軸とが平行に重なるため、第１反射面３３ａで反射した表示画像ｍ１における拡大の対称性が第２反射面３４ａで反射することにより崩れてしまう度合を抑制でき、ひいては、フロントウインドシールド１０前方に虚像表示させる表示画像ｍ４の歪みを抑制できる。よって、運転者のアイポイントが変化しても、表示画像ｍ４の回転、歪みが極力抑えられる。
【００５７】
さらに、本実施形態によれば、第２平面Ｆ２と第３平面Ｆ３とが平行に重なるため、フロントウインドシールド１０に投影された表示画像ｍ３は、第３平面Ｆ３を軸に、略対称に拡大した画像となる。そして、第２反射面３４ａに投影された表示画像ｍ２の拡大対称軸と、フロントウインドシールド１０に投影された表示画像ｍ３の拡大対称軸とが平行に重なるため、第２反射面３４ａで反射した表示画像ｍ３における拡大縮小の対称性がフロントウインドシールド１０で反射することにより崩れてしまう度合を抑制でき、虚像表示させる表示画像ｍ４の歪みをより一層抑制できる。
【００５８】
また、本実施形態によれば、第１反射面３３ａによる拡大率が第２反射面３４ａの拡大率より大きくなるように両反射鏡３３、３４を形成するので、第１反射面３３ａの曲率が大きくなる反面で、第２反射面３４ａの曲率を小さくでき、第２反射鏡３４の厚み方向の体格を小さくできる。ここで、表示器３２から出射された表示画像は光軸の垂直方向に拡がりながら進む。よって、第１反射面３３ａに比べて第２反射面３４ａの方が大きい面積を必要とする。従って、上述のように、第１反射鏡３３の曲率を小さくして第１反射鏡３３の体格を小さくすることよりも、第２反射鏡３４の曲率を小さくして第２反射鏡３４の体格を小さくすることを優先させた方が、車両用ヘッドアップディスプレイ装置全体の小型化には有利である。
【００５９】
また、本実施形態では、表示器３２から出射された表示光Ｋ１を、第１反射鏡３３および第２反射鏡３４で反射させた後に、フロントウインドシールド１０の所定表示領域１０ａに反射させるので、表示器３２から所定表示領域１０ａまでの光路長を長くできる。よって、光学ユニット３０の大型化を抑制しつつ、フロントウインドシールド１０の遠方に虚像ｍ４を表示させることができ、運転者の焦点調節負荷軽減を図ることができる。
【００６０】
また、本実施形態では、第１反射鏡３３および第２反射鏡３４により、表示器３２から出射された表示光Ｋ１を拡大して反射させるので、表示器３２の大型化を抑制しつつ表示画像ｍ４の大面積化を図ることができる。
【００６１】
（第２実施形態）
本実施形態では図９に示すように、上記第１実施形態における透光カバー３５を、表示画像を一方向にのみ拡大するフレネルレンズ３５ａに置き換えて、光学ユニット３０を構成している。そして、フレネルレンズ３５ａによる拡大の方向が第２平面Ｆ２に対して平行となるようにフレネルレンズ３５ａを配置している。本実施形態の拡大方向は、光軸に垂直で図９の紙面に平行な方向である。なお、フレネルレンズ３５ａ以外の構成は第１実施形態と同じ構成である。
【００６２】
これによれば、第１および第２反射鏡３３、３４に加え、フレネルレンズ３５ａでも表示画像を拡大させることができるので、フロントウインドシールド１０前方に虚像表示させる画像ｍ４の拡大倍率を大きくすることを容易にできる。
【００６３】
しかも、フレネルレンズ３５ａによる拡大方向と第２平面Ｆ２とが互いに平行であるため、第２反射面３４ａで反射した表示画像Ｋ３における拡大の対称性がフレネルレンズ３５ａで拡大されることにより崩れてしまう度合を抑制できる。
【００６４】
また、フレネルレンズ３５ａにより光軸を屈折させるので、光学ユニット３０のハウジング３１内ではその屈折させる方向の光路幅を小さくできることになる。従って、このフレネルレンズ３５ａの効果を利用すれば、光学ユニット３０の高さをより低くすることが可能になる。
【００６５】
（第３実施形態）
上記第１および第２実施形態では、第１反射鏡３３に、反射面が凸面形状となる凸面鏡を採用していたが、本実施形態では図１０に示すように、第１反射鏡３３に、反射面が凹面形状となる凹面鏡を採用している。なお、第１反射鏡３３以外の構成は第１実施形態と同じ構成である。因みに、図１０中の符号Ｋ１ｕ、Ｋ２ｕ、Ｋ３ｕは、各表示光Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３の上限ラインを示しており、図１０中の符号Ｋ１ｄ、Ｋ２ｄ、Ｋ３ｄは、各表示光Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３の下限ラインを示している。
【００６６】
図１１は、第１反射面３３ａの形状を示す斜視図であり、Ｘ１軸、Ｙ１軸、Ｚ１軸からなる直交座標の原点を第１反射面３３ａの頂部Ｐ１とし、第１反射面３３ａの曲面は、Ｘ１およびＹ１を変数とする関数ｆ１（Ｘ１）、Ｆ２（Ｙ１）でＺ１座標が特定されるような形状に形成されている。
【００６７】
本実施形態では上記数１中の各係数を次のように設定している。α＝３．２×１０−３、β＝０、δ＝−１．０×１０−８、η＝２．７×１０−３。
【００６８】
なお、本実施形態では、η≠０としているので、Ｙ１軸方向およびＸ１軸方向の両方向に表示画像が拡大されることとなる。
【００６９】
図１２は、第２反射面３４ａの形状を示す斜視図であり、Ｘ２軸、Ｙ２軸、Ｚ２軸からなる直交座標の原点を第２反射面３４ａの頂部Ｐ２とし、第２反射面３４ａの曲面は、Ｘ２およびＹ２を変数とする関数ｆ３（Ｘ２）、Ｆ４（Ｙ２）でＺ２座標が特定されるような形状に形成されている。
【００７０】
本実施形態では上記数２中の各係数を次のように設定している。α＝５．３×１０−４、β＝−１．０×１０−８、δ＝０、η＝−５．０×１０−４。
【００７１】
なお、本実施形態では、η≠０としているので、Ｙ２軸方向およびＸ２軸方向の両方向に表示画像が拡大されることとなる。
【００７２】
以上により、本実施形態によっても上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。但し、第１実施形態のように凸面形状の反射面３３ａと凹面形状の反射面３４ａとを組み合わせた光学ユニット３０では、凸面による画像の歪みと凹面による画像の歪みとが相殺する効果を発揮できるので、第２実施形態に比べて第１実施形態の光学ユニット３０の方が、虚像表示させる表示画像ｍ４の歪みを抑制する効果が高く、運転者のアイポイントが変化しても、表示画像ｍ４の回転、歪みを抑える効果が高い。
【００７３】
図１３は、アイポイントを上下左右に±１５０ｍｍ振ったときに表示画像ｍ４の結像位置が空間的にどれだけずれるかをシミュレーションした結果である。（ａ）は第１実施形態の光学ユニット３０を用いた場合で、（ｂ）は第１実施形態の光学ユニット３０を用いた場合である。（ａ）では、アイポイントが振れても表示像がほとんど歪まないことが分かる。
【００７４】
（第４実施形態）
上記第１〜第３実施形態では、第１反射鏡３３において、最大曲率線Ｌ１ｍａｘおよび最小曲率線Ｌ１ｍｉｎのうち表示光Ｋ１の光軸と平行とならないほうの曲率線（以下、非平行曲率線と呼ぶ）が、第１反射面３３ａの中央部に位置していたが、本発明の実施にあたり、上記非平行曲率線が中央部からずれた位置となるように第１反射面３３ａを形成してもよい。
【００７５】
本実施形態では、図１４に示すように上記非平行曲率線（本実施形態では最大曲率線Ｌ１ｍａｘ）が第１反射面３３ａの外部に位置することとなるように第１反射面３３ａを形成している。
【００７６】
また、第２反射鏡３４においても同様にして、最大曲率線Ｌ２ｍａｘおよび最小曲率線Ｌ２ｍｉｎのうち表示光Ｋ２の光軸と平行とならないほうの非平行曲率線が、第２反射面３４ａの中央部からずれた位置となるように第２反射面３４ａを形成してもよい。
【００７７】
ところで、図２および図９に示す第１および第２反射鏡３３、３４での反射角度を、０度にすることはできないことは勿論であり、それ故に、上述のように反射面３３ａ、３４ａの中央部からずれた位置に非平行曲率線を位置させる場合には、第１反射面３３ａに対して表示器３２からの表示光Ｋ１が入射する側に上記曲率線をずらして配置する、或いは、第２反射面３４ａに対して表示光Ｋ２が入射する側に上記曲率線をずらして配置することが望ましい。
【００７８】
（第５実施形態）
上記第１〜第４実施形態では、第２反射面３４ａの最大曲率線Ｌ２ｍａｘと最小曲率線Ｌ２ｍｉｎとが直角に交わるように第２反射面３４ａの形状を設定しているが、図１５に示す本実施形態のように、最大曲率線Ｌ２ｍａｘと最小曲率線Ｌ２ｍｉｎとが斜めに交わるように第２反射面３４ａの形状を設定するようにしてもよい。同様に、第１反射面３４ａの形状も、最大曲率線Ｌ１ｍａｘと最小曲率線Ｌ１ｍｉｎとが斜めに交わるように設定してもよい。
【００７９】
（他の実施形態）
上記第１実施形態では、第１反射鏡３３、第２反射鏡３４にて表示画像を左右方向にのみ拡大させているが、上下方向にのみ拡大させてもよく、左右上下ともに拡大させてもよい。
【００８０】
また、上記第１〜第３実施形態では、最大曲率線Ｌ１ｍａｘおよび法線Ｚ１を含む平面を第１平面としているが、最小曲率線Ｌ１ｍｉｎおよび法線Ｚ１を含む平面を第１平面としてもよい。同様に、最小曲率線Ｌ２ｍｉｎおよび法線Ｚ２を含む平面を第２平面としてもよい。
【００８１】
また、上記第１〜第５実施形態では、Ｚ１軸方向から見た第１反射鏡３３の形状を矩形としているが、本発明の第１反射鏡３３はこのような形状に限られるものではないことは勿論である。同様に、第２反射鏡３４の形状も矩形に限られるものではない。
【００８２】
また、上記第１〜第５実施形態では、虚像としての表示画像ｍ４の外形形状を、車両左右方向を長辺とする長方形にしているが、本発明の実施にあたり、表示画像ｍ４の形状はこのような長方形に限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置を、車両に搭載した状態を示す模式図である。
【図２】図１の光学ユニット３０を車両側方から見た断面図である。
【図３】図１の表示器から出射された表示光が運転者のアイポイントに到達するまでの光路を示す斜視図である。
【図４】図３の第１反射面の形状を示す斜視図である。
【図５】図３の第２反射面の形状を示す斜視図である。
【図６】第１実施形態に係るフロントウインドシールド、第２反射鏡、第１反射鏡および表示器の、ぞれぞれの配置関係を示す図である。
【図７】第１実施形態に係る曲率最大線Ｌ３ｍａｘおよび曲率最小線Ｌ３ｍｉｎの定義を説明する図である。
【図８】第１実施形態に係る第１反射鏡および第２反射鏡の配置関係を示す模式図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る光学ユニットを車両側方から見た断面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る光学ユニットを車両側方から見た断面図である。
【図１１】第３実施形態に係る第１反射面の形状を示す斜視図である。
【図１２】第３実施形態に係る第２反射面の形状を示す斜視図である。
【図１３】アイポイントを上下左右に振ったときの表示画像ｍ４のずれ量を、シミュレーションした結果を示す図であり、（ａ）は、第１実施形態に係る光学ユニットを用いた場合の結果を示す図、（ｂ）は、第３実施形態に係る光学ユニットを用いた場合の結果を示す図である。
【図１４】本発明の第４実施形態に係る第１反射鏡および第２反射鏡の配置関係を示す模式図である。
【図１５】本発明の第５実施形態に係る第１反射鏡および第２反射鏡の配置関係を示す模式図である。
【符号の説明】
１０…フロントウインドシールド、１０ａ…所定表示領域、３２…表示器、
３３…第１反射鏡、３３ａ…第１反射面、３４…第２反射鏡、
３４ａ…第２反射面、Ｆ１…第１平面、Ｆ２…第２平面。
【図１】
2004226469.tif 000003
【図２】
2004226469.tif 000004
【図３】
2004226469.tif 000005
【図４】
2004226469.tif 000006
【図５】
2004226469.tif 000007
【図６】
2004226469.tif 000008
【図７】
2004226469.tif 000009
【図８】
2004226469.tif 000010
【図９】
2004226469.tif 000011
【図１０】
2004226469.tif 000012
【図１１】
2004226469.tif 000013
【図１２】
2004226469.tif 000014
【図１３】
2004226469.tif 000015
【図１４】
2004226469.tif 000016
【図１５】
2004226469.tif 000017