(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光を出射する光源と、
複数の画素を有し、前記照明光を変調して投影光を生成して反射する反射型表示器と、
複数の配列された微小レンズを有し、前記反射型表示器が生成した前記投影光を拡散するレンズアレイスクリーンと、
外部から入射する外光の一部を反射または吸収し、前記レンズアレイスクリーンまたは前記反射型表示器に向かう前記外光を低減する外光低減部材と、を備え、前記レンズアレイスクリーンで拡散された前記投影光により虚像を視認させるヘッドアップディスプレイであって、
前記レンズアレイスクリーンは、前記反射型表示器が生成した前記投影光の光軸に対して傾いて配置され、
前記外光低減部材は、前記レンズアレイスクリーンの前面に、前記レンズアレイスクリーンの面に対して傾いて取り付けられる、
ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ。
【請求項２】
前記外光低減部材は、前記レンズアレイスクリーンが前記投影光の光軸に対して傾いた方向と同じ方向にさらに傾いて配置される、
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】
開口を有する筒形状に形成され、前記開口の一方に前記レンズアレイスクリーンを係合し、前記開口の他方に前記外光低減部材を係合するホルダをさらに備える、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項４】
前記ホルダは、前記レンズアレイスクリーンより熱伝導率が低い部材で形成される、
ことを特徴とする請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項５】
前記ホルダは、透光性の部材で形成される、
ことを特徴とする請求項３または４に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項６】
前記レンズアレイスクリーンと前記外光低減部材とを少なくとも収納するケース体をさらに備え、
前記ケース体は、前記レンズアレイスクリーンと係合し、前記外光低減部材と係合しない、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、実景に虚像を重ねて視認させるヘッドアップディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘッドアップディスプレイは、例えば、特許文献１に記載されているように、偏光した画像光を投影する偏光制御素子と、偏光制御素子の前面に離れて配置される偏光板と、偏光制御素子からの画像光をユーザ側に反射し、虚像として視認させる透過反射部と、を備え、偏光板は、偏光制御素子からヘッドアップディスプレイの外部に向かう画像光を透過し、ヘッドアップディスプレイの外部から入射した太陽光などの外光を偏光制御素子側に向かわせないように偏光するので、外光が偏光制御素子に照射されて温度上昇してしまうことを防止している。
【０００３】
また、特許文献２に、微小ミラーからなる複数の画素を有するＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）を反射型の偏光制御素子として適用し、このＤＭＤで画像光を生成し、生成した画像光をマイクロレンズアレイスクリーンに投影し、このマイクロレンズアレイスクリーンに表示された画像を透過反射面で反射することで虚像を視認させるヘッドアップディスプレイが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１３１６８２号公報
【特許文献２】特開２０１４−０８５６５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のヘッドアップディスプレイは、光学部材などを収容するケース体に、偏光制御素子を取り付ける係合部と、偏光板を取り付ける係合部とを備えているため、製造時に各部材をケース体に取り付ける工数が増えるため、製造コストが増加してしまうおそれがあった。
【０００６】
また、特許文献２に記載されているように、マイクロレンズアレイスクリーンと複数の微小ミラーからなるＤＭＤを偏光制御素子として用いた場合、ＤＭＤの微小ミラーのパターンとマイクロレンズアレイの微小レンズのパターンとが干渉し、モアレを発生させてしまうおそれがあった。
【０００７】
したがって、本発明は、上記実情を鑑みてなされたものであり、モアレの発生を抑制しつつ、コストを低減することができる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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係るヘッドアップディスプレイは、照明光を出射する光源と、複数の画素を有し、前記照明光を変調して投影光を生成して反射する反射型表示器と、複数の配列された微小レンズを有し、前記反射型表示器が生成した前記投影光を拡散するレンズアレイスクリーンと、外部から入射する外光の一部を反射または吸収し、前記レンズアレイスクリーンまたは前記反射型表示器に向かう前記外光を低減する外光低減部材と、を備え、前記レンズアレイスクリーンで拡散された前記投影光により虚像を視認させるヘッドアップディスプレイであって、前記レンズアレイスクリーンは、前記反射型表示器が生成した前記投影光の光軸に対して傾いて配置され、前記外光低減部材は、前記レンズアレイスクリーンの前面に、前記レンズアレイスクリーンの面に対して傾いて取り付けられるものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、モアレの発生を抑制しつつ、コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態におけるヘッドアップディスプレイを車両に搭載した概観図である。
【図２】上記実施形態におけるヘッドアップディスプレイの概略断面図である。
【図３】上記実施形態における投影装置及びスクリーンモジュールの構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１に本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ（以下、ＨＵＤと記載）１の概略を示す。本実施形態に係るＨＵＤ１は、車両２のダッシュボード内に設置される。ＨＵＤ１は、画像光１００を車両２のウインドシールド２ａへ出射する。ウインドシールド２ａに反射された画像光１００は、後述するアイボックス３に向けられる。ユーザの視点位置３ａがアイボックス３内にある場合、ユーザは、画像光１００により生成される所望の輝度の虚像Ｖを視認する。ユーザはウインドシールド２ａを通して、車両２の前方の実景と重畳して、虚像Ｖが遠方にあるように認識する。
【００１２】
以下に、図２，３を参照し、ＨＵＤ１の構成を説明する。図２は、ＨＵＤ１の構成を示す概略断面図である。図３は、投影装置１０及びスクリーンモジュール２０の構成を説明するための図である。なお、図２，３を用いた説明において、光の進路でアイボックス３側を前面側、投影装置１０側を背面側と表現する。
【００１３】
ＨＵＤ１は、図２に示すように、投影装置１０と、スクリーンモジュール２０と、折り返しミラー３０と、凹面ミラー４０と、これらを収納するケース体５０と、ＨＵＤ１の電気的な制御を行う図示しない制御部と、を備える。
【００１４】
投影装置１０は、図３に示すように、照明光３００を出射する光源１１と、光源ミラー１２と、プリズム１３と、反射型表示器１４と、投射レンズ１５と、を備え、虚像Ｖを生成するための投影光２００をスクリーンモジュール２０に向けて出射するものである。
【００１５】
光源１１は、例えば、赤色，青色，緑色の光をそれぞれ出力可能な複数のＬＥＤを有し、前記制御部からの制御のもと、所望の色，光強度，タイミングで照明光３００を出射する。また、本実施形態における投影装置１０は、フィールドシーケンシャルカラー（Ｆｉｅｌｄ  Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ  Ｃｏｌｏｒ）駆動方式を採用しており、各色の光源１１が時分割的に照明光３００を出射する。
【００１６】
光源ミラー１２は、例えば合成樹脂材料やガラス材料からなる基材の表面に、蒸着等の手段により反射膜を形成したものであり、光源１１からの照明光３００を反射によって反射型表示器１４へ適正な角度で入射させるものである。
【００１７】
プリズム１３は、光源ミラー１２と反射型表示器１４との間に配置され、光源ミラー１２から入射する照明光３００の光軸に対して所定の角度で傾いた傾斜面１３ａを有する。傾斜面１３ａに入射した光源ミラー１２からの照明光３００は、傾斜面１３ａを透過し、反射型表示器１４に入射し、そして、反射型表示器１４から出射した投影光２００は、再びプリズム１３に入射し、傾斜面１３ａにより投射レンズ１５の方向へ反射する。
【００１８】
反射型表示器１４は、例えば、複数の画素を有するＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）やＬＣｏＳ（登録商標：Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）などの反射型の表示デバイスであり、プリズム１３から入射した照明光３００を、前記制御部の制御のもと、虚像Ｖを表示するための投影光２００に変調してプリズム１３に向けて反射する。
【００１９】
投射レンズ１５は、例えば、凸レンズなどで形成され、プリズム１３から入射する投影光２００を拡大して、スクリーンモジュール２０の方向へ出射する。
【００２０】
スクリーンモジュール２０は、レンズアレイスクリーン２１と、このレンズアレイスクリーン２１の前面側に配置されるホットミラー２２と、レンズアレイスクリーン２１とホットミラー２２とを、間に空隙Ｓを有するように係合するホルダ２３と、を備え、それぞれを係合させてモジュール化したものであり、投影装置１０から出射される投影光２００に対して受光面（レンズアレイスクリーン２１の背面側）が傾くように配置される。
【００２１】
レンズアレイスクリーン２１は、前面側に凸形状の微小レンズを複数配置したマイクロレンズアレイであり、投影装置１０からの投影光２００を背面で受光し、微小レンズで拡散して折り返しミラー３０側に透過する。レンズアレイスクリーン２１で拡散された一部の光は、折り返しミラー３０や凹面ミラー４０などを介してアイボックス３へ画像光１００として配向される。レンズアレイスクリーン２１は、アイボックス３内であれば視認される虚像Ｖの輝度が略均一に視認されるように、画像光１００を配向する。
レンズアレイスクリーン２１の法線方向２１ａは、投影装置１０から出射される投影光２００の光軸２００ａに対して角度θ１だけ傾いて配置される。角度θ１は、レンズアレイスクリーン２１の微小レンズの配列パターンと、反射型表示器１４の画素パターンとが干渉して発生するモアレが発生しない（視認できない程に軽減された）角度に設定され、具体的には概ね０．５〜３度の間で設定される。また、レンズアレイスクリーン２１の前面側には、ホルダ２３の後述する開口２３ａの背面側が係合される。
【００２２】
ホットミラー２２は、可視光線を透過し、赤外線を反射及び吸収する特性を有する。ホットミラー２２は、レンズアレイスクリーン２１を透過した可視光線からなる画像光１００を効率よく折り返しミラー３０側へ透過するとともに、外部から入射される太陽光（外光）のうち赤外線を反射及び吸収する。ホットミラー２２の法線方向２２ａは、投影装置１０から出射される投影光２００の光軸２００ａに対して角度θ２だけ傾いて配置される。角度θ２は、角度θ１よりも大きい角度であり、ホットミラー２２の前面側に入射した外光が折り返しミラー３０側へ反射しないような角度に設定され、具体的には、概ね１５度程度に設定される。また、ホットミラー２２の背面側には、ホルダ２３の後述する開口２３ａの前面側が係合される。
【００２３】
ホルダ２３は、透光性の合成樹脂材料からなり、矩形の開口２３ａを有する矩形の筒状に形成される。ホルダ２３の開口２３ａの一端は、他端に対して傾斜するように形成される。したがって、ホルダ２３は、ホルダ２３の開口２３ａの背面側にレンズアレイスクリーン２１を配設し、前面側にホットミラー２２を配設することで、レンズアレイスクリーン２１に対してホットミラー２２を傾けて配置することができる。
【００２４】
折り返しミラー３０は、例えば合成樹脂材料やガラス材料からなる基材の表面に、蒸着等の手段により反射膜を形成したものであり、レンズアレイスクリーン２１により拡散された画像光１００を後述する凹面ミラー４０に向けて反射させるものである。
【００２５】
凹面ミラー４０は、例えば、合成樹脂材料からなる基材の表面に、蒸着等の手段により反射膜を形成したものであり、凹面ミラー４０の曲率は凹状の自由曲面を有し、折り返しミラー３０で反射された画像光１００を拡大してウインドシールド２ａに向けて反射する。
【００２６】
ケース体５０は、例えばアルミニウムなどの金属材料からなり略箱型の部材であって、内部に種々の係合部（図示しない）が設けられ、本実施形態においては、投影装置１０と、スクリーンモジュール２０と、折り返しミラー３０と、凹面ミラー４０と、を所定の位置関係で保持する。また、ケース体５０の内面は、例えば黒色に塗装されており、ＨＵＤ１の外部や投影装置１０に起因する迷光を生じにくくする。また、ケース体５０の前面側には、凹面ミラー４０が反射する画像光１００を透過する透明樹脂材料などで形成される透光部５１が設けられる。
【００２７】
以上が本実施形態におけるＨＵＤ１の構成であり、本実施形態におけるＨＵＤ１は、照明光３００を出射する光源１１と、複数の画素を有し、光源１１が出射する照明光３００を変調して投影光２００を生成して反射する反射型表示器１４と、複数の配列された微小レンズを有し、反射型表示器１４が生成した投影光２００を拡散するレンズアレイスクリーン２１と、外部から入射する外光の一部を反射または／および吸収し、レンズアレイスクリーン２１または反射型表示器１４に向かう外光を低減するホットミラー２２と、を備え、レンズアレイスクリーン２１で拡散された投影光２００により虚像Ｖを視認させ、レンズアレイスクリーン２１は、反射型表示器１４が生成した投影光２００の光軸２００ａに対して傾いて配置され、ホットミラー２２は、レンズアレイスクリーン２１の前面に、レンズアレイスクリーン２１の面に対して傾いて取り付けられるものである。
【００２８】
このように、レンズアレイスクリーン２１を投影光２００の光軸２００ａに対して傾いて配置することでモアレを軽減することができる。さらに、ホットミラー２２をレンズアレイスクリーン２１の前面に傾けて配置することで、ホットミラー２２は、レンズアレイスクリーン２１から出射される画像光１００の向きとは異なる方向に外光を反射することができ、外光の反射光がアイボックス３に向かうことで発生する虚像Ｖのコントラスト低下を抑制することができる。また、ホットミラー２２をレンズアレイスクリーン２１の前面に取り付け、スクリーンモジュール２０としてモジュール化することにより、ケース体５０にレンズアレイスクリーン２１，ホットミラー２２とを個別に取り付けるよりも製造時の工数を削減でき、コストダウンが可能となる。
【００２９】
また、ホルダ２３は、開口２３ａを有する筒形状であり、開口２３ａの背面にレンズアレイスクリーン２１を係合し、開口２３ａの前面に前記外光低減部材を係合し、レンズアレイスクリーン２１とホットミラー２２とをホルダ２３を間に介してモジュール化することで、レンズアレイスクリーン２１に対してホットミラー２２を精度よく傾けることができる。スクリーンモジュール２０をケース体５０の図示しない係合部に組み付けることで、製造時の工数を増加させることなく、レンズアレイスクリーン２１とホットミラー２２双方の角度を精度よく規定することができる。
【００３０】
なお、スクリーンモジュール２０は、ホルダ２３を有さずに、レンズアレイスクリーン２１とホットミラー２２とを、レンズアレイスクリーン２１に対してホットミラー２２が傾いて配置されるように、接着剤で接着する構成であってもよい。
【００３１】
また、本実施形態におけるホルダ２３を、レンズアレイスクリーン２１より熱伝導率が低い部材で形成してもよい。斯かる構成により、ホットミラー２２が外光照射により高温になった場合でもホルダ２３を介して、レンズアレイスクリーン２１に熱が伝わりにくくなるため、レンズアレイスクリーン２１が熱により膨張して光学特性が変化し、ユーザが視認する虚像Ｖの表示品位が低下してしまうことを防止することできる。また、ホルダ２３は、レンズアレイスクリーン２１とホットミラー２２との間に空隙Ｓを有するように、レンズアレイスクリーン２１及びホットミラー２２と係合するため、ホットミラー２２の熱が空隙Ｓを介してレンズアレイスクリーン２１に伝達されにくくなっている。
【００３２】
また、ホットミラー２２は、レンズアレイスクリーン２１が投影光２００の光軸２００ａに対して傾いた方向と同じ方向にさらに傾くように配置されていてもよい。斯かる構成により、ホットミラー２２とレンズアレイスクリーン２１との相対的な傾きを小さく抑えつつ、投影光２００の光軸２００ａに対してホットミラー２２の法線方向２２ａ大きく傾けることができる。ホットミラー２２とレンズアレイスクリーン２１との相対的な傾きを小さく抑えることで、レンズアレイスクリーン２１が出射する画像光１００がホットミラー２２の背面で反射されにくく、効率よく透過するため、画像光１００の損失を抑えて虚像Ｖを表示することができる。また、投影光２００の光軸２００ａに対してホットミラー２２の法線方向２２ａを大きく傾けることで、ホットミラー２２の前面で反射される外光の向きとホットミラー２２を透過する画像光１００の向きとを大きく異ならせることができ、外光の反射光がアイボックス３に向かうことで発生する虚像Ｖのコントラスト低下を抑制することができる。
【００３３】
また、ホルダ２３は、透光性の部材で形成されるので、レンズアレイスクリーン２１を透過した投影光２００が遮光されることなく、効率よく折り返しミラー３０に向かわせることができる。
【００３４】
また、ケース体５０は、レンズアレイスクリーン２１と係合し、ホットミラー２２と係合しないようにしてもよい。斯かる構成により、ホットミラー２２の熱がケース体５０の係合部（図示しない）に伝わることで、前記係合部が熱膨張し、ホットミラー２２の設置角度が変化してしまうことを防止することができる。
【００３５】
以上の説明では、本発明の理解を容易にするために、重要でない公知の技術的事項の説明を適宜省略した。
【符号の説明】
【００３６】
１    ＨＵＤ（ヘッドアップディスプレイ）
２    自車両
２ａ  ウインドシールド（透過反射面）
３    アイボックス
３ａ  ユーザの視点位置
１０    投影装置
１１    光源
１２    光源ミラー
１３    プリズム
１４    反射型表示器
１５    投射レンズ
２０    スクリーンモジュール
２１    レンズアレイスクリーン
２２    ホットミラー（外光低減部材）
２３    ホルダ
２３ａ  開口
３０    折り返しミラー
４０    凹面ミラー
５０    ケース体
５１    透光部
１００    画像光
２００    投影光
２００ａ  投影光の光軸
３００    照明光
Ｓ    空隙
Ｖ    虚像
【図１】
0006372346.tif 000002
【図２】
0006372346.tif 000003
【図３】
0006372346.tif 000004