(57)【要約】【課題】光学ユニットの小型化を図りつつ、大画面の遠方、虚像表示が可能できるとともに表示品質を低下させることのないヘッドアップディスプレイを提供する。【解決手段】ヘッドアップディスプレイは、表示器２０、レンズ３５、反射鏡３０、プリズムシート８０からなる。図のＸ軸を両眼に水平方向、Ｙ軸を両眼に垂直方向とする。レンズ３５はＹ方向のみに曲率を持つ円筒形状レンズであり反射鏡３０はＸ方向のみに曲率を持つ円筒形状ミラーである。Ｌａ＝５０ｍｍ、Ｌｂ＝１５０ｍｍ、Ｌｄ＝２８ｍｍ、Ｌｃ＝１０００ｍｍとする。レンズ３５のＹ方向の焦点距離ｆｙ＝３７．５ｍｍ、反射鏡３０のＸ方向の焦点距離ｆｘ＝２６０ｍｍとする。このような構成でＸ，Ｙ方向それぞれの結像距離は、Ｘ：１０７７ｍｍ、Ｙ：１８９２ｍｍで、それぞれジオプターで表すとＸ：０．９３Ｄ、Ｙ：０．５３Ｄとなり、その差は０．４Ｄである。【選択図】図１３
2004170879.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学ユニットから投射される映像情報を反射手段によって反射させて、前記映像情報を視点から前記反射手段による虚像として視認可能にしたヘッドアップディスプレイにおいて、
前記光学ユニットは、前記映像情報を表示する表示器から、前記反射手段への投射のために前記光学ユニットに設けられた開口部までの光路上にプリズムシートを設置しており、
前記視点から視認した際の垂直方向の結像距離を水平方向の結像距離よりも所定間隔近く設定したこと
を特徴とするヘッドアップディスプレイ。
【請求項２】
前記所定間隔が、０Ｄから０．４Ｄ（ジオプター）の範囲内の値であること
を特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項３】
前記表示器から出射される第１の波長域の中心波長λ１の光線の入射角をφｉ１、出射角をφｏ１とし、前記表示器から出射される前記第１の波長域とは別の第２の波長域の中心波長λ２の光線の入射角をφｉ２、出射角をφｏ２としたとき、
Δφ＝｜φｏ１−φｏ２｜が予め定められた許容範囲内であること
を特徴とする請求項１または２に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項４】
前記予め設められた許容範囲が、前記視点から視認可能な虚像の前記表示器における１ライン分に相当する画角以下であること
を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項５】
前記予め定められた許容範囲が、０．０３度以下であること
を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項６】
前記プリズムシートに投影される表示器の虚像の垂直方向の結像位置を水平方向の結像位置よりもプリズムシートに近く設定したこと
を特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項７】
前記表示器から前記プリズムシートまでの光路上に垂直方向と水平方向の焦点距離が異なる光学素子を少なくとも１つ有すること
を特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項８】
前記垂直方向と水平方向の焦点距離が異なる光学素子が反射鏡であって、垂直方向の焦点距離より水平方向の焦点距離が短いこと
を特徴とする請求項７に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項９】
前記垂直方向と水平方向の焦点距離が異なる光学素子が透過レンズであって、水平方向の焦点距離より垂直方向の焦点距離が短いこと
を特徴とする請求項７に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項１０】
前記反射手段は、ウィンドシールドまたはコンバイナであること
を特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイにおいて、
当該ヘッドアップディスプレイは車両用であること
を特徴とするヘッドアップディスプレイ。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイにおいて、
前記視点は、運転者の運転時の視点に設定したこと
を特徴とするヘッドアップディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
自動車等の車両等に採用可能なヘッドアップディスプレイ等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今後、車両内表示情報の多様化・多量化が進み、視認性に優れドライバ負担の少ない画像ＨＭＩ（Ｈｕｍａｎ  Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）への要求が一層高まるものと思われる。特に、表示コンテンツとして、視界補助情報、視覚情報等の安全走行支援分野のニーズが高まり、これらをより効果的に伝達するためには、大画面表示、遠方表示、重畳表示が可能なヘッドアップディスプレイが望ましい。
【０００３】
従来、この種のヘッドアップディスプレイとして図１４に示したものがある。車室内のインストルメントパネル５０に配置する光学ユニット１０は液晶ディスプレイやＣＲＴなどの表示器２０、凹面鏡などの反射鏡３０、防塵カバー４０から構成されている。表示器２０からの光線は反射鏡３０で反射され、開口部に設置された防塵カバー４０を通してウインドシールド６０上に入射する。そして、この入射光がウインドシールド６０により反射されることにより表示情報がウインドシールド６０により前方に形成される虚像６１として提示される。ここで、反射鏡３０の幅はｄで垂直方向に対しθ傾斜されて設置されている。
【０００４】
図１４の光学ユニット１０とウインドシールド６０を取り出し、光線を付記して図１５に示す。表示器２０の中心Ｂ１点からの光線は反射鏡３０のＢ２点で反射され、防塵カバー４０のＢ４点を透過し、ウインドシールド６０のＢ５点で反射されて視点７０の方向に進む。ここで、Ｂ３点は反射鏡３０による虚像に対応する点であり、Ｂ６点はウインドシールド６０による虚像、すなわち視点から視認される虚像に対応する点である。表示器２０の端部Ａ１およびＣ１からの光線の経路も同様に示している。
【０００５】
運転者の前方に表示される虚像６１を幅ｄ６（Ａ６とＣ６の距離）で表示する場合、反射鏡３０での光路幅はｄ２（Ａ２とＣ２の距離）、表示器２０での光路幅はｄ１（Ａ１とＣ１の距離）必要となる。したがって、運転者の前方に表示される虚像６１を大画面化しようとすると、反射鏡３０での光路幅ｄ２や表示器２０での光路幅ｄ１が大きくなり、結果として光学ユニット１０が大きくなる。
【０００６】
しかしながら、インストルメントパネル５０への搭載を容易にするためには、光学ユニット１０が小型であることが必要である。
そこで、特許文献１には、光学ユニットが表示器とＮ個（例えば３個）の偏向手段とで構成され、表示器と１番目の偏向手段との間の光路と２番目と３番目の偏向手段との間の光路とが水平面内で交差するように配置されたヘッドアップディスプレイが開示されている。
【０００７】
しかしながら、光学ユニットから光線が出射する直前の偏向手段における光路幅は、結局のところ図１５のｄ２と等しい光路幅が必要となる。さらに、多数の偏向手段を用いているため、これらの配置場所を考慮すると必ずしも小型化の要請に十分に応えるものではない。
【０００８】
また、特許文献２には、樹脂製またはガラス製の透明部材をブロック状に成型し、ブロック内を光線が往復するようにして小型化を図るヘッドアップディスプレイが開示されている。
しかしながら、この場合も光学ユニットから光線が出射する直前の偏向手段における光路幅は、結局のところ図１５のｄ２と等しい光路幅が必要となる。さらに、このブロックを光学的によどみなく均一に成型することは非常に困難である。
【０００９】
これらの課題を解決する手段として、図１、２に示すヘッドアップディスプレイを考案した。このヘッドアップディスプレイは、光学ユニット１０に、表示器２０、反射鏡（凹面鏡）３０、防塵カバー４０、プリズムシート８０を備えている。光学ユニット１０の開口部には例えば透明樹脂からなる防塵カバー４０を装着するが、上記プリズムシート８０とは別に防塵カバー４０を装着してもよいし、プリズムシート８０を防塵カバー４０と兼用してもよい。
【００１０】
ここで、プリズムシート８０の構成について図３を用いて詳細に説明する。プリズムシート８０は、プラスチックあるいはガラスのような透明な基板の片側が鋸歯状に形成されており、この鋸歯状の突起が各々プリズムとして作用する。プラスチックの材質としてはアクリル、ポリカーボネートなどが挙げられる。上記鋸歯状の突起は片側に角度α、もう一方に角度βで傾斜しており、α＋βを頂角と呼ぶ。
【００１１】
次に、プリズムシート８０の光学作用について図４を用いて説明する。プリズムシート８０の屈折率をｎとし空気の屈折率を１とすると、スネルの公式により入出射角には次式が成り立つ。
ｓｉｎφ１＝ｎ×ｓｉｎφ２
ｎ×ｓｉｎφ３＝ｓｉｎφ４
したがって、プリズムシート８０の法線に対する入射角をφｉｎ、出射角をφｏｕｔ（°）とすると、
2004170879.tif 000003
が成り立つ。すなわち、適当な角度のαを設定することにより、φｉｎからφｏｕｔに光路を折り曲げることが可能となる。
【００１２】
図１４、１５に示した従来のヘッドアップディスプレイと比較すると、凹面鏡３０における必要な光路幅は
ｃｏｓ（φｉｎ）／ｃｏｓ（φｏｕｔ）
だけ縮小される。この効果により光学ユニット１０を小型化できる。
【００１３】
逆に、従来のヘッドアップディスプレイと同じ大きさの光学ユニット１０を使用した場合、運転者の前方に表示される虚像の幅ｄ６は
ｃｏｓ（φｏｕｔ）／ｃｏｓ（φｉｎ）
だけ拡大される。これにより、従来のヘッドアップディスプレイの光学ユニットと同じ大きさを保ちつつ、より大画面表示が可能となる。
【００１４】
【特許文献１】
特開平６−５５９５７号公報
【特許文献２】
特開平９−３１８９０６号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この場合、以下に述べるような不具合が発生する場合がある。一般にある物質の屈折率は光の屈折率に依存し、波長が短いほど屈折率は大きくなる。プリズムシート８０からの出射角φｏｕｔを記述する式１は屈折率を含むため、波長によりφｏｕｔが異なる。これを図５に示した。点光源から光線が出射されており、ある波長λ１における屈折率をｎ１、波長λ１より大きい波長λ２における屈折率をｎ２とすると、
φｏｕｔ（ｎ１）＝９０−α−ａｒｃｓｉｎ（ｎ１×ｓｉｎ（９０−α−ａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎφｉｎ／ｎ１）））
φｏｕｔ（ｎ２）＝９０−α−ａｒｃｓｉｎ（ｎ２×ｓｉｎ（９０−α−ａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎφｉｎ／ｎ２）））
φｏｕｔ（ｎ１）＜φｏｕｔ（ｎ２）
となる。
【００１６】
これを踏まえ、点光源から出射された光線を固定した視点から見た場合について図６を用いて説明する。波長が短く屈折率が大きいほど光線は大きく屈折されるため、点光源から出射された光線が視点に到達するまでの経路が異なる。具体的には、
φｉｎ（ｎ１）＞φｉｎ（ｎ２）
φｏｕｔ（ｎ１）＜φｏｕｔ（ｎ２）
となるような経路を通る。この時、視点から見ると波長により異なる点に像が見えることになる。
【００１７】
以上のことから、プリズムシート８０を有する光学ユニット１０から成るヘッドアップディスプレイの表示像について図７を用いて説明する。
波長が短く屈折率が大きい波長λ１の光線の場合、表示器２０の中央部Ｂ１点から出た光線は凹面鏡３０のＢ２１点、プリズムシート８０のＢ８１点、ウインドシールド６０のＢ５１点を通って視点７０に至り、表示された虚像はＢ６１点に見える。同様に、波長が長く屈折率が小さい波長λ２の光線の場合、表示器２０の中央部Ｂ１点から出た光線は凹面鏡３０のＢ２２点、プリズムシート８０のＢ８２点、ウインドシールド６０のＢ５２点を通って視点に至り、表示された虚像はＢ６２点に見える。すなわち、表示器２０上の同一の点Ｂ１点から出射された映像が、表示像としてはＢ６１点とＢ６２点という異なった点に投影される。このような現象が発生した場合、表示された虚像の１ラインよりＢ６１点とＢ６２点のずれ量が大きくなると、隣のラインの像が重なり合ってしまい表示品質が著しく低下する。逆に、Ｂ６１点とＢ６２点のずれ量が表示された虚像の１ラインより小さい場合、更には目の分解能より小さい場合には表示品位の低下を防止できることになる。
【００１８】
そこで、本発明は上記の点を鑑みてなされたもので、光学ユニットの小型化を図りつつ、大画面の遠方、虚像表示ができるとともに、表示品位を低下させることのない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。
【００１９】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上述した問題点を解決するためになされた請求項１に記載のヘッドアップディスプレイは、光学ユニットから投射される映像情報を反射手段によって反射させて、映像情報を視点から反射手段による虚像として視認可能としたものであり、反射手段への投射のために光学ユニットに設けられた開口部までの光路上にプリズムシートを設置しており、前記視点から視認した際の垂直方向の結像距離が水平方向の結像距離よりも所定間隔分、視点に近くしたものである。
【００２０】
視点から見た時に虚像として視認可能な映像情報の表示品位は、表示器上の同一の点から出射された異なる波長を持つ光線が視点に入射する時の画角の差が大きくなればなる程、低下してしまう。そして、この画角の差は、点光源からプリズムシートへの距離が長くなればなる程大きくなる。したがって、映像情報の表示品位は、表示器からプリズムシートの距離を短くすればする程、良くなる。
【００２１】
しかしながら、点光源からプリズムシートの距離を短くすればする程、視点から観察される映像情報の結像距離は短くなってしまうため、大画面の遠方表示が困難になってしまう。
ところで、ヘッドアップディスプレイの利用者（観察者）が映像情報（虚像）を両目で見る場合には、両目の輻輳により距離感を認識する。つまり、両目に水平な方向の結像距離を認識することになる。そこで、請求項１に示すように、前記視点から視認した際の垂直方向の結像距離を水平方向の結像距離よりも所定間隔分、前記視点に近くするとよい。
【００２２】
このようにすれば、垂直方向の結像距離は水平方向の結像距離よりも短いので、垂直方向は水平方向よりも表示品位を相対的に高くすることが可能となり、かつ、水平方向の結像距離は垂直方向の結像距離より長いので、観察者には表示画像が遠方に存在するように見える。
【００２３】
したがって、光学ユニットの小型化を図りつつ、大画面の遠方、虚像表示ができるとともに、波長の違いによる表示品位の低下をさせることのないヘッドアップディスプレイを提供することが可能となる。
なお、両目に水平な方向と垂直な方向の結像距離が極端に異なる場合、いわゆる酔いのような違和感を観察者が観察する場合があり、ディスプレイとしては問題が残る。しかし、「３次元映像の基礎」（オーム社）ｐ．６４によれば、およそ±０．２Ｄ（ジオプター、メートル単位での焦点距離の逆数）、すなわち０．４Ｄの範囲内であれば疲労が少ないとある。そこで、両目に垂直方向の結像位置より水平方向方向の結像位置が所定間隔遠く、請求項２に示すように、この所定間隔が０．４Ｄの範囲内としたところ、観察者に対して酔いのような違和感を感じさせることがなくなった。このようにすることで、表示品位と遠方表示を両立しつつ、観察者に対して疲労を与えることのない表示を行うことができる。
【００２４】
そして、さらに、請求項３に示すように、表示器から出射される第１の波長域の中心波長λ１の光線の入射角をφｉ１、出射角をφｏ１とし、表示器から出射される前記第１の波長域とは別の第２の波長域の中心波長λ２の光線の入射角をφｉ２、出射角をφｏ２としたとき、Δφ＝｜φｏ１−φｏ２｜を予め定められた許容範囲内とするとよい。この許容範囲は、ヘッドアップディスプレイの用途や機能、コスト等を勘案して決定することができるが、特に、請求項４に示すように、視点から視認可能な虚像の表示器における１ライン分に相当する画角以下とするとよい。このようにすれば、表示器から出射されるある表示ラインの光線が別のラインに影響することを抑制できる。そしてさらに、請求項５に示すように、この予め定められた許容範囲は、０．０３度以下とするとよい。このようにすれば、表示ラインの光線のずれが目の分解能より小さくなるため、観察者によってずれが認識されにくくなくなる。したがって、光学ユニットの小型化を図りつつ大画面の虚像表示が可能となるとともに、さらに表示品位を向上させたヘッドアップディスプレイを実現できる。
【００２５】
ところで、視点から視認した際の垂直方向の結像距離を水平方向の結像距離よりも所定間隔近く設定する構成としては種々の構成を採りうる。例えば、請求項６に示すように、プリズムシートに投影される表示器の虚像の垂直方向の結像位置を水平方向の結像位置よりもプリズムシートに近く設定するとよい。例えば、請求項７に示すように、表示器からプリズムシートまでの光路上に垂直方向と水平方向の焦点距離が異なる光学素子を少なくとも１つ有することにより、プリズムシートに投影される表示器の虚像の垂直方向の結像位置を水平方向の結像位置よりもプリズムシートに近く設定することができ、視点から視認した際の垂直方向の結像距離を水平方向の結像距離よりも所定間隔近く設定することができる。
【００２６】
そして、この垂直方向と水平方向の焦点距離が異なる光学素子としては、例えば請求項８に示すように垂直方向の焦点距離より水平方向の焦点距離が短い反射鏡を用いることができる。また、例えば請求項９に示すように、水平方向の焦点距離より垂直方向の焦点距離が短い透過レンズを用いることができる。特に、例えば、表示器から出射された光線を請求項９に記載の透過レンズを透過させ、請求項８に記載の反射鏡によって反射させて、プリズムシートに投影される虚像を得るとよい。
【００２７】
なお、視点から虚像として視認可能な映像情報を得るために、光学ユニットから投射される映像情報を反射させる反射手段としては、請求項１０に示すようにウィンドシールドまたはコンバイナを用いることができる。
そして、上述したヘッドアップディスプレイは、種々の用途に利用できるが、特に、例えば、請求項１１に示すように、車両用とすることができる。このようにすれば、小型化が可能となることにより車両に容易に設置することができる。
【００２８】
また請求項１２に示すように、視点は、運転者の運転時の視点に設定することができる。このようにすれば、運転者に対して種々の映像情報を与える際に、運転者が見やすく、安全運転に寄与するヘッドアップディスプレイを提供することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が適用された一実施例について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施例に何ら限定されることなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうることは言うまでもない。
【００３０】
図１は、本発明に係るヘッドアップディスプレイを自動車に適用した例を示している。
このヘッドアップディスプレイは、光学ユニット１０を備えており、光学ユニット１０は表示器２０、反射鏡（凹面鏡）３０、プリズムシート８０を備える。光学ユニット１０の開口部には例えば透明樹脂からなる防塵カバー４０を装着するが、上記プリズムシート８０とは別に防塵カバー４０を装着してもよいし、プリズムシート８０を防塵カバー４０と兼用してもよい。
【００３１】
表示器２０から出射した光線は、凹面鏡３０で反射し、プリズムシート８０で屈折されて開口部を通ってウインドシールド６０上に入射する。そして、この入射光がウインドシールド６０により反射されることにより表示情報（映像情報）がウインドシールド６０により車両前方に形成される虚像６１として提示される。ここで、凹面鏡３０の幅はｄで垂直方向に対しθ傾斜させて設置している。
【００３２】
ここで、プリズムシート８０の構成及びその光学作用については既に述べたとおりである。
さて、視点７０から見たときの虚像表示像の表示品位を低下させないためには、表示器２０上の同一の点から出射された異なる波長を持つ光線が視点７０に入射する時の画角の差、すなわち図６における｜φｏｕｔ（ｎ１）−φｏｕｔ（ｎ２）｜が、表示された虚像６１の１ラインに相当する画角より小さくなればよい。更に望ましくは、｜φｏｕｔ（ｎ１）−φｏｕｔ（ｎ２）｜が、目の分解能より小さくなればよい。
【００３３】
これを実現させる方策について図８〜１３を用いて説明する。
図８に示すように２つの異なる波長の光線が点光源からプリズムシート８０を介して視点７０に届く場合を考える。この時、点光源からプリズムシート８０の光路長をＬ１、プリズムシート８０から視点７０の光路長をＬ２、屈折率ｎ１の光線の入射角、出射角をそれぞれφｉｎ（ｎ１）、φｏｕｔ（ｎ１）、屈折率ｎ２の光線の入射角、出射角をそれぞれφｉｎ（ｎ２）、φｏｕｔ（ｎ２）、Δφｉｎ＝｜φｉｎ（ｎ１）−φｉｎ（ｎ２）｜、Δφｏｕｔ＝｜φｏｕｔ（ｎ１）−φｏｕｔ（ｎ２）｜、ｎ１＜ｎ２、とすると、次式が成り立つ。
【００３４】
2004170879.tif 000004
この式２から求まるΔφｏｕｔ＝｜φｏｕｔ（ｎ１）−φｏｕｔ（ｎ２）｜をＬ１に対してプロットすると図９に示したようになる。ここで、Ｌ２＝１０００ｍｍ、ｎ１＝１．４８９、ｎ２＝１．４９５、φｉｎ（ｎ１）＝６０°、φｏｕｔ（ｎ１）＝３０．６°である。図９より明らかなように、Ｌ１が小さいほど、すなわち、図８の点光源がプリズムシート８０に近いほど、Δφｏｕｔが小さくなる。なお、Ｌ１は凹面鏡のような光学素子による表示器２０の虚像とプリズムシート８０との距離でもよい。この時、｜φｏｕｔ（ｎ１）−φｏｕｔ（ｎ２）｜は表示された虚像の１ラインに相当する画角より小さい。例えば、視点７０より２ｍの位置に高さ１００ｍｍ、５０ラインの画像を投影する場合には、
ａｒｃｔａｎ（１００／５０／２０００）＝０．０５７°
以下になればよい。さらに望ましくは、｜φｏｕｔ（ｎ１）−φｏｕｔ（ｎ２）｜が目の分解能より小さくなればよいが、ＯＰＴＩＣＡＬ  ＤＥＳＩＧＮ  ＦＯＲ  ＶＩＳＵＡＬ  ＳＹＳＴＥＭＳ（ＳＰＩＥ  ＰＲＥＳＳ）ｐ．８によれば、目の分解能は
ａｒｃｔａｎ（１／７．４／２５４）＝０．０３０°
であるので、｜φｏｕｔ（ｎ１）−φｏｕｔ（ｎ２）｜がこの値以下になればよい。
【００３５】
次に視点７０からプリズムシート８０を介して点光源を見たときの結像距離について図１０を用いて説明する。点光源からプリズムシート８０の光路長をＬ１、プリズムシート８０から点光源の虚像までの光路長をＬ３、入射角φｉ１の出射角をφｏ１、入射角φｉ２の出射角をφｏ２、Δφｉ＝｜φｉ１−φｉ２｜、Δφｏ＝｜φｏ１−φｏ２｜とすると次式が成り立つ。
【００３６】
2004170879.tif 000005
この式３から求まるＬ３の位置に結像して観察される。視点７０からプリズムシート８０の光路長をＬ２とすれば、視点７０から点光源の虚像は（Ｌ２＋Ｌ３）の距離に観察される。Ｌ１に対する（Ｌ２＋Ｌ３）をプロットした図を図１１に示した。ここでＬ２＝１０００ｍｍである、
さて、表示品位を低下させないためには、Ｌ１を小さくする必要があるが、（Ｌ２＋Ｌ３）も小さくなる。すなわち、視点７０から観察される表示像の距離が近くなり、遠方表示と相反することになる。そこで表示品位と遠方表示を両立することが必要となる。
【００３７】
一般的に観察者が両目で見る場合、両目の輻輳により距離感を認識する。つまり、両目に水平な方向の結像距離を認識することになる。したがって、この方向の結像距離が遠方にあれば、観察者は表示画像が遠方に存在するように見える。但し、両目に水平な方向と垂直な方向の結像距離が極端に異なる場合、いわゆる酔いのような違和感を観察者が観察する場合があり、ディスプレイとしては問題が残る。しかし、「３次元映像の基礎」（オーム社）ｐ．６４によれば、およそ±０．２Ｄ（ジオプター、メートル単位での焦点距離の逆数）、すなわち０．４Ｄの範囲内であれば疲労が少ないとある。そこで、両目に垂直方向の結像位置より水平方向方向の結像位置が遠く、これが０．４Ｄの範囲内であれば、観察者に対して疲労を与えることなく表示品位と遠方表示を両立できる。一例として両眼に垂直方向の結像位置と水平方向の結像位置を点光源からプリズムシート８０の距離をＬ１としてプロットした結果を図１２に示した。ここで両眼に垂直な方向はプリズムシート８０の屈折面と並行である。図１２においてハッチング範囲が０．４Ｄの範囲内を満たす領域である。
【００３８】
次にこの範囲を満たすヘッドアップディスプレイの具体例を図１３を用いて説明する。この例では、ヘッドアップディスプレイは、表示器２０、レンズ３５、反射鏡３０、プリズムシート８０からなる。図１３に示すように、Ｘ軸を両眼に水平方向、Ｙ軸を両眼に垂直方向とする。レンズ３５はＹ方向のみに曲率を持つ円筒形状レンズ（円筒レンズ）である。また、反射鏡３０はＸ方向のみに曲率を持つ円筒形状ミラーである。Ｌａ＝５０ｍｍ、Ｌｂ＝１５０ｍｍ、Ｌｄ＝２８ｍｍ、Ｌｃ＝１０００ｍｍとする。レンズ３５のＹ方向の焦点距離ｆｙ＝３７．５ｍｍ、反射鏡３０のＸ方向の焦点距離ｆｘ＝２６０ｍｍとする。このような構成でＸ，Ｙ方向それぞれの結像距離は、Ｘ：１０７７ｍｍ、Ｙ：１８９２ｍｍで、それぞれジオプターで表すと、Ｘ：０．９３Ｄ、Ｙ：０．５３Ｄとなり、その差は０．４Ｄである。この時、波長（色）によるずれ量に起因する画質の劣化は見られず、かつ、視点７０から１８９２ｍｍの位置に画像を遠方表示できるとともに酔いも感じられなかった。
【００３９】
このように光学ユニット１０の小型化を図りつつ、大画面の遠方、虚像表示ができるとともに、表示品質の低下もさせず、酔いも感じられないヘッドアップディスプレイを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ヘッドアップディスプレイの構成を示す説明図である。
【図２】図１のヘッドアップディスプレイにおける光線の様子を示す説明図である。
【図３】プリズムシートの構成を示す説明図である。
【図４】図３のプリズムシートの光学作用を示す説明図である。
【図５】波長の違いによる光路の違いを示す説明図である。
【図６】点光源から出射された光線を固定した視点から見た場合についての説明図である。
【図７】プリズムシートを有する光学ユニットから成るヘッドアップディスプレイの表示像を説明する図である。
【図８】２つの異なる波長の光線が点光源からプリズムシートを介して視点に届く場合の光路を示す図である。
【図９】点光源からプリズムシートの距離Ｌ１に対するΔφｏｕｔの値を示す図である。
【図１０】視点からプリズムシートを介して点光源を見たときの結像距離を説明するための図である。
【図１１】点光源からプリズムシートの距離Ｌ１に対する視点から点光源の虚像までの距離（Ｌ２＋Ｌ３）の値を示す図である。
【図１２】両眼に垂直方向の結像位置と水平方向の結像位置を、点光源からプリズムシートの距離をＬ１としてプロットした結果を示す図である。
【図１３】実施形態のヘッドアップディスプレイの構成を示す説明図である。
【図１４】従来のヘッドアップディスプレイの構成を示す説明図である。
【図１５】図１４のヘッドアップディスプレイにおける光線の様子を示す説明図である。
【符号の説明】
１０…光学ユニット
２０…表示器
３０…凹面鏡（反射鏡）
３５…レンズ
４０…防塵カバー
５０…インストルメントパネル
６０…ウインドシールド
６１…虚像
７０…視点
８０…プリズムシート
【図１】
2004170879.tif 000006
【図２】
2004170879.tif 000007
【図３】
2004170879.tif 000008
【図４】
2004170879.tif 000009
【図５】
2004170879.tif 000010
【図６】
2004170879.tif 000011
【図７】
2004170879.tif 000012
【図８】
2004170879.tif 000013
【図９】
2004170879.tif 000014
【図１０】
2004170879.tif 000015
【図１１】
2004170879.tif 000016
【図１２】
2004170879.tif 000017
【図１３】
2004170879.tif 000018
【図１４】
2004170879.tif 000019
【図１５】
2004170879.tif 000020