(57)【要約】【課題】収差が良好に補正された虚像を表示する小型のヘッドアップディスプレイ装置を提供する。【解決手段】ヘッドアップディスプレイ装置１０は、画像の情報を持つ表示光２１を生成し、これを拡大投影する投影光学系２２と、表示光２１を反射して虚像を表示するフロントガラスとからなる。投影光学系２２は、表示光２１を生成する液晶パネル２４、正の屈折力を有する投影レンズ群２７、この投影レンズ群２７に対して偏心して配置された非回転対称非球面の凹面ミラー２８等からなり、液晶パネル２４から出射する表示光２１を、投影レンズ群２７と凹面ミラー２８とでパワーを分散しながら拡大投影する。【選択図】図２
2009122582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の位置にいる観察者に対面する反射面で、画像表示パネルからの表示光を観察者側に反射するように投影し、前記反射面越しに前記画像表示パネルに表示された画像を両眼で観察する虚像として拡大表示する投影光学系において、
正の屈折力を有し、前記画像表示パネルからの表示光を投影する投影レンズ群と、
前記投影レンズ群の光軸に対して偏心して配置され、前記投影レンズ群からの表示光を反射して、前記反射面に拡大投影する凹面ミラーと、
を備えることを特徴とする投影光学系。
【請求項２】
投影倍率をβ、前記凹面ミラーの反射点から表示する前記虚像までの光路長をＤ３、前記投影レンズ群の焦点距離をｆとするときに、
１．０  ＜  ｆ×β／Ｄ３  ＜  ２．０
を満たすことを特徴とする請求項１記載の投影光学系。
【請求項３】
前記凹面ミラーの反射面の形状が、非回転対称非球面であることを特徴とする請求項１または２に記載の投影光学系。
【請求項４】
前記投影レンズ群から前記凹面ミラーに入射する表示光の主光線を入射基準光軸、前記凹面ミラーに反射されて前記反射面に向かう表示光の主光線を出射基準光軸とし、前記入射基準光軸に沿ってｚ軸を定め、前記入射基準光軸と前記出射基準光軸とを含む面をｙｚ面、該ｙｚ面に垂直かつ前記ｚ軸に平行な面をｘｚ面とし、前記凹面ミラーのｙｚ面内の近軸曲率をＣＹ、前記凹面ミラーのｘｚ面内の近軸曲率をＣＸとするときに、
１．３  ＜  ｜ＣＹ／ＣＸ｜
を満たすことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の投影光学系。
【請求項５】
前記画像表示パネルは、前記投影レンズ群の光軸に対して傾斜して配置されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の投影光学系。
【請求項６】
前記投影レンズ群は、材料及び面形状が同一の２以上の屈折レンズを含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の投影光学系。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の投影光学系を備えることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投影光学系に関するものであり、さらに詳しくは、自動車や航空機などのフロントガラス等に画像表示光を投影し、フロントガラス越しにその虚像が観察できるようにしたヘッドアップディスプレイ装置に好適な投影光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車のフロントガラスによって、画像表示パネルに表示する画像の表示光を、運転手（観察者）に向かって反射させ、スピードメータ等の計器類の画像を虚像として観察できるようにしたヘッドアップディスプレイ装置が知られている（特許文献１等）。こうした計器類の画像は、フロントガラス越しに、運転手から２ｍ以上離れた位置に虚像として拡大表示される。したがって、運転手は通常の前方視野とともに、視線方向や視度を殆ど変えずに表示画像を観察することができるようになっている。
【０００３】
このようなヘッドアップディスプレイ装置に用いられる光学系は、画像表示パネル、照明光源、投影光学系などから構成される。画像表示パネルには透過型液晶表示パネルが多用され、その背後に設けられたバックライト光源が照明光源となり、液晶表示パネルを透過した画像表示光を投影光学系に入射させる。投影光学系には、例えば凹面ミラーが用いられ、凹面ミラーからの反射光が表示光としてフロントガラスに入射し、さらに、フロントガラスの反射により表示光が観察者へと向けられるようになっている。
【０００４】
一般に、自動車などではフロントガラスの近傍に広いスペースを確保することが難しいことから、例えば画像表示パネルや凹面ミラーのサイズをコンパクト化したい要求がある。その反面、上述のように観察される虚像は観察者から２ｍ以上離れた位置となるため、その画像サイズは少なくとも１５０ｍｍ程度にする必要がある。
【０００５】
さらに、ヘッドアップディスプレイ装置は観察者が両眼で像を観察するように設けられ、その観察位置は必ずしも一定ではない。こうしたことから、観察位置が左右に２０ｍｍ程度ずれても両眼での観察を可能にするには、瞳の大きさを少なくとも１００ｍｍは確保する必要がある。また、表示光を運転手に向けて反射させるフロントガラスが、運転手と虚像の表示位置との略中間に位置していることを考慮すると、投影光学系の口径を１２５ｍｍ程度にしておく必要がある。
【０００６】
画像表示パネルに表示された小さな表示画像を拡大投影する場合、凹面ミラーから虚像までの光路長（像距離）をＤ３、投影倍率をβ、投影光学系全体の焦点距離をｆとすると、Ｄ３＝（１＋β）×ｆとなる（結像公式）。そして、像距離Ｄ３を１１００ｍｍ、画像表示パネル上の画像サイズを１５ｍｍとし、これを１０倍に拡大して１５０ｍｍの虚像を表示しようとすると、投影光学系全体の焦点距離は１００ｍｍとなる。前述の理由から、投影光学系の口径を１２５ｍｍにした場合、この投影光学系の明るさ（焦点距離／口径）は０．８と非常に明るいものとなるが、これとともに収差もできるだけ抑えることが望まれる。
【特許文献１】特開２００６−１１１６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来のヘッドアップディスプレイ装置の投影光学系は、凹面ミラーで表示光を大きな偏向角で反射させているため球面収差や非点収差の影響が著しい。例えば、特許文献１記載の光学系では、画像中心を通る主光線に相当する基準光軸を凹面ミラーで折り曲げる際に、折り曲げ前後の光軸相互間の角度（偏向角α）が６０度程度にも達し、収差を軽減して良好な結像性能を得るには焦点距離を３００ｍｍ程度まで長くしなければならない。このため、観察し易い大きさで画像表示を行おうとすると、画像表示パネルのサイズやその照明系も大きくなり、スペース、コスト、消費電力の増大を避けることができない。
【０００８】
本発明は上述の背景を考慮してなされたものであり、画像表示パネルを小型化しながらも、観察し易い画像サイズで虚像を表示することができ、しかも収差を抑える点でも有利な投影光学系、及びこれを用いたヘッドアップディスプレイ装置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】
【０００９】
本発明の投影光学系は、所定の位置にいる観察者に対面する反射面で、画像表示パネルからの表示光を観察者側に反射するように投影し、前記反射面越しに前記画像表示パネルに表示された画像を両眼で観察する虚像として拡大表示する投影光学系であり、正の屈折力を有し、前記画像表示パネルからの表示光を投影する投影レンズ群と、前記投影レンズ群の光軸に対して偏心して配置され、前記投影レンズ群からの表示光を反射して、前記反射面に拡大投影する凹面ミラーと、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、投影倍率をβ、前記凹面ミラーの反射点から表示する前記虚像までの光路長をＤ３、前記投影レンズ群の焦点距離をｆとするときに、１．０  ＜  ｆ×β／Ｄ３  ＜  ２．０を満たすことを特徴とする。
【００１１】
また、前記凹面ミラーの反射面の形状が、非回転対称非球面であることを特徴とする。
【００１２】
また、前記投影レンズ群から前記凹面ミラーに入射する表示光の主光線を入射基準光軸、前記凹面ミラーに反射されて前記反射面に向かう表示光の主光線を出射基準光軸とし、前記入射基準光軸に沿ってｚ軸を定め、前記入射基準光軸と前記出射基準光軸とを含む面をｙｚ面、該ｙｚ面に垂直かつ前記ｚ軸に平行な面をｘｚ面とし、前記凹面ミラーのｙｚ面内の近軸曲率をＣＹ、前記凹面ミラーのｘｚ面内の近軸曲率をＣＸとするときに、１．３＜｜ＣＹ／ＣＸ｜を満たすことを特徴とする。
【００１３】
また、前記画像表示パネルは、前記投影レンズ群の光軸に対して傾斜して配置されることを特徴とする。
【００１４】
また、前記投影レンズ群は、材料及び面形状が同一の２以上の屈折レンズを含むことを特徴とする。
【００１５】
本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、上述の投影光学系を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、パワーを分散して画像を拡大投影することで、収差を良好に補正し、かつ、投影光学系及びヘッドアップディスプレイ装置をコンパクトに構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置１０は、その投影光学系を自動車１２のダッシュボード１３に配置され、スピードメータの値などを運転手（観察者）１４の前方に表示する。
【００１８】
ヘッドアップディスプレイ装置１０は、内蔵する小型の液晶パネルからの表示光をフロントガラス１８に拡大投影し、このフロントガラス１８で運転手１４の方向へ反射させる。したがってこのヘッドアップディスプレイ装置１０により表示される像は虚像１９となっている。すなわち、ヘッドアップディスプレイ装置１０は、フロントガラス１８上に画像が結像して実像が表示されるのではなく、運転手１４にはフロントガラス１８越しの距離Ｄ１の位置に虚像１９が表示される。
【００１９】
運転中に視線を殆ど動かさずに、かつ目のピント調節が殆ど行われずに、虚像１９を見ることができるように、この虚像１９が表示される距離Ｄ１は十分に長くなっており、例えば、運転手から２ｍ以上の距離となっている。
【００２０】
図２に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置１０は、表示する像の情報を持つ表示光２１を生成するとともにこれを拡大投影する投影光学系２２と、この表示光２１を運転手１４の方向に反射するフロントガラス（反射面）１８とからなる。投影光学系２２は、液晶パネル（画像表示パネル）２４、光源２６、投影レンズ群２７、凹面ミラー２８等から構成される。
【００２１】
液晶パネル２４は、例えば０．８型等の小型液晶パネルである。この液晶パネル２４には、スピードメータやタコメータ、水温計、燃料計などの各種計器類の値が表示される。液晶パネル２４に表示される画像は、前述のように、フロントガラス１８に拡大投影される。
【００２２】
また、表示する虚像１９の中心となる主光線の経路を基準光軸Ｌ１とし、この基準光軸Ｌ１を運転手１４（又は虚像１９）側から順に投影光学系２２側に追跡すると、液晶パネル２４の表示面は、この基準光軸Ｌ１に対して９０度ではなく、所定角度だけ傾斜して配置されている。
【００２３】
こうした基準光軸Ｌ１に対する液晶パネル２４の傾斜は、虚像１９のピントが表示範囲内の全ての範囲で合うような傾斜角度γとなっている。すなわち、虚像１９の上端を見る運転手１４の視線は液晶パネル２４の表示面の上端でピントが合い、かつ虚像１９の下端を見る運転手１４の視線もまた液晶パネル２４の表示面の下端でピントが合うように、液晶パネル２４は基準光軸Ｌ１に対して垂直ではなく、基準光軸Ｌ１に直交する水平な軸のまわりに角度γだけ傾斜して配置される。
【００２４】
また、液晶パネル２４に表示される画像は、上述の傾斜角度γにあわせて、この液晶パネル２４を直視する場合に表示すべき画像の形状を変換した形状の画像となっている。
【００２５】
光源２６は、例えば白色のＬＥＤなどからなり、液晶パネル２４の背面に配置される。すなわち、光源２６はいわゆるバックライトであり、液晶パネル２４の背後から照明光を一様に照射する。この光源２６による照明光は、液晶パネル２４を透過するときに、液晶パネル２４に表示された画像の情報を持った表示光２１となり、液晶パネル２４から出射する。なお、光源２６は白色ＬＥＤからなるが、これに限らず、所望の色の光源とすることができる。例えば、赤色，緑色，青色等の単色ＬＥＤから構成しても良く、またこれらの単色ＬＥＤをいくつか組み合わせて所望の色で像を表示させるようにしたものであっても良い。さらに、光源２６としてはＬＥＤに限らず、他の周知のランプ等を用いても良い。
【００２６】
投影レンズ群２７は、１枚の屈折レンズからなり、全体としては正の屈折力のレンズ群となっている。この投影レンズ群２７は、液晶パネル２４の前方に配置され、液晶パネル２４から出射する表示光２１を凹面ミラー２８へと投影する。また、投影レンズ群２７の光軸は、前述の基準光軸Ｌ１と一致するように配置される。なお、撮影レンズ群２７は１枚の屈折レンズから構成されることに限らず、２枚以上の屈折レンズで構成しても良く、屈折レンズとともに他の周知の光学部材をあわせたものを撮影レンズ群としても良い。
【００２７】
凹面ミラー２８は、投影レンズ群２７から入射する表示光２１をフロントガラス１８へ向けて反射するミラーであり、投影レンズ群２７側に反射面である凹面を向けて配置される。液晶パネル２４に表示される画像は、この凹面ミラー２８と前述の投影レンズ群２７とにより、フロントガラス１８へ拡大して投影される。
【００２８】
図３に示すように、凹面ミラー２８の面形状は、単に凹面というだけでなく、非回転対称な非球面形状、いわゆる自由曲面形状となっている。凹面ミラー２８がこうした非回転対称非球面形状となっていることで、凹面ミラー２８は表示光２１を拡大投影すると同時に、凹面ミラー２８及び投影レンズ群２７で生じる収差を表示する虚像１９の全体で良好に補正する。
【００２９】
すなわち、凹面ミラー２８の面形状は自由曲面３１の一部分からなり、この自由曲面３１は例えば球面等の回転対称な曲面をもとにして収差を良好に補正するように変形させたものとなっている。この凹面ミラー２８を延長した自由曲面３１を大局的に見れば、回転対称軸（以下、光軸）Ｌ２が定めることができることがある。このように光軸Ｌ２を定めることができるような場合にも、凹面ミラー２８は、例えば、自由曲面３１の光軸Ｌ２が凹面ミラー２８の外側に位置するようにつくられている。したがって、凹面ミラー２８自体には光軸を定めることはできず、凹面ミラー２８は回転対称性のない自由曲面形状となっている。さらに、凹面ミラー２８は投影レンズ群２７の光軸に対して偏心して配置される。すなわち、少なくとも、前述の光軸Ｌ２が投影レンズ群２７の光軸に対して傾斜するように、または前述の光軸Ｌ２が投影レンズ群２７の光軸の位置とはずれた位置となるように、凹面ミラー２８は配置される。前述のように、投影レンズ群２７はその光軸が基準光軸Ｌ１と一致するように配置されているから、こうした凹面ミラー２８の配置は基準光軸Ｌ１に対しても同様となっている。
【００３０】
なお、この凹面ミラー２８の面形状は全く対称性のない完全な自由曲面となっているが、必ずしも完全な自由曲面となっている必要はなく、表示光を拡大投影する反射面の形状によっては線対称性などの対称性があっても良い。すなわち、表示光２１を拡大投影するフロントガラス１８は運転手１４に対して前後に傾斜して配置され、かつ運転手１４の正面を基準として左右に非対称な形状となっているから、上述のように凹面ミラー２８もまた全く対称性のない完全な自由曲面形状となっている。しかし、例えば、運転手１４等の観察者にとって左右に対称な平面に表示光を拡大投影して虚像を表示する場合には、正常な形状の虚像を表示するために、凹面ミラーの面形状を、基準光軸を中心として左右対称なシリンドリカル形状となっていることが好ましい。
【００３１】
上述の各部から構成される投影光学系２２は、下記数１の条件を満たすように構成されている。すなわち、投影光学系２２は、投影レンズ群２７の焦点距離をｆ、投影倍率（表示する虚像のサイズ／液晶パネル上の画像サイズ）をβ、後述する凹面ミラー２８の基準点から虚像１９までの光路長をＤ３とするときに、下記数１の条件を満たす。
【００３２】
【数１】
2009122582.tif 000003
【００３３】
投影光学系２２は、非回転対称非球面形状の凹面ミラー２８を投影レンズ群２７に対して偏心して配置するから、投影光学系２２全系の焦点距離を従来のレンズ系のように一義的に定めることが難しい。上述の条件式（数１）は、こうした投影光学系２２に対して、従来のレンズ系の結像公式に相当する意義を持つ条件式となっている。
【００３４】
具体的には、上述の条件式は、投影レンズ群２７と凹面ミラー２８のパワーの配分を定めるものとなっている。すなわち、ｆ×β／Ｄ３の値が、上述の条件式の下限（１．０）を下回ると、投影光学系２２が虚像１９を表示するための殆どのパワーを投影レンズ群２７が担うことになり、投影レンズ群２７から虚像１９の結像位置までの距離が長くなる。したがって、上述の条件式の下限を下回ると、投影光学系２２をコンパクトに構成することができなくなり、結果的にヘッドアップディスプレイ装置１０の小型化が難しくなる。
【００３５】
一方、ｆ×β／Ｄ３の値が、上述の条件式の上限（２．０）を上回ると、投影光学系２２が虚像１９を表示させるための殆どのパワーを凹面ミラー２８が担うことになり、投影レンズ群２７及び凹面ミラー２８で生じる収差の補正が困難となる。凹面ミラー２８で生じる収差は、表示光２１の偏向角度が大きいほど、すなわち、投影レンズ群２７から入射する表示光２１の基準光軸Ｌ１（以下、入射基準光軸）と凹面ミラー２８で反射された表示光２１の基準光軸Ｌ１（以下、出射基準光軸）とのなす角が大きいほど顕著にあらわれる。しかし、ｆ×β／Ｄ３の値が上述の条件式の上限（２．０）よりも小さな値となっていれば、表示光の偏向角度が比較的大きな場合、例えば偏向角度が６０度程度の場合であっても良好に収差が補正される。
【００３６】
このように、投影光学系２２は、ｆ×β／Ｄ３の値が数１の条件式を満たすように構成されることが好ましく、１．０＜ｆ×β／Ｄ３＜２．０を満たすことがより好ましい。さらに、投影光学系２２は、１．１＜ｆ×β／Ｄ３＜１．８を満たすように構成されていることが特に好ましい。
【００３７】
また、ヘッドアップディスプレイ装置１０は、その凹面ミラー２８の面形状について、下記数２の条件式を満たすようにつくられている。すなわち、入射基準光軸をｚ軸として、入射基準光軸と出射基準光軸とを含む面をｙｚ面と定め、ｙｚ面に垂直にかつｚ軸に平行にｘｚ面を定めるときに、凹面ミラー２８のｙｚ面内の近軸曲率ＣＹとｘｚ面内の近軸曲率ＣＸとは、下記数２の条件式を満たすようにつくられている。
【００３８】
【数２】
2009122582.tif 000004
【００３９】
この条件式（数２）は、ヘッドアップディスプレイ装置１０によって表示される虚像１９を殆どの運転手（観察者）が両眼で正常に観察するための条件となっている。すなわち、凹面ミラー２８について近軸曲率ＣＸに対する近軸曲率ＣＹの比の大きさが、数２の下限を下回ると、運転手の両眼にではなく片眼にのみ表示光が到達してしまい、運転手は表示された虚像１９のチラつきを感じる等の不具合を生じてしまう。
【００４０】
このように、凹面ミラー２８は、上述の数２の条件を満たすように作られていることが好ましく、１．５＜｜ＣＹ／ＣＸ｜を満たすようにつくられていることがより好ましく、１．７＜｜ＣＹ／ＣＸ｜を満たすように作られていることが特に好ましい。
【００４１】
このように構成されるヘッドアップディスプレイ装置１０，投影光学系２２の具体的な例を、以下に実施例１〜４として示す。
【００４２】
［実施例１］
図４に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置１０ａの投影光学系２２ａは、投影レンズ群２７ａ、凹面ミラー２８ａ、液晶パネル２４等から構成される。このヘッドアップディスプレイ装置１０ａは、自動車のフロントガラスに表示光を拡大投影して反射させ、虚像を表示するように構成した。このヘッドアップディスプレイ装置１０ａの各部は、運転手に対して、フロントガラス越しの前方２ｍ（Ｄ１＝２ｍ）の位置に虚像を表示するように配置した。また、ヘッドアップディスプレイ装置１０ａによって表示される虚像の大きさが運転手にとって十分に見やすい大きさとなるように、表示する虚像のサイズ（幅ｈ×高さｖ）をｈ×ｖ＝１５０ｍｍ×５０ｍｍとした。このとき、運転手が表示された虚像を両眼視する観察範囲、すなわち入射瞳の大きさは、幅１００ｍｍ×高さ４０ｍｍとした。
【００４３】
投影レンズ群２７ａは、正の屈折力を有する１枚の屈折レンズ３６ａから構成した。この屈折レンズ３６ａは、凹面ミラー２８ａ側に凸面を向けたメニスカス形状のレンズであり、この屈折レンズ３６ａ（投影レンズ群２７ａ）の光軸が基準光軸Ｌ１と一致するように配置した。
【００４４】
また、凹面ミラー２８ａが虚像の表示に関与する実効的な大きさは、縦方向（運転手から見たヘッドアップディスプレイ装置１０ａの縦方向）の長さＡが４６ｍｍ、横方向（運転手から見たヘッドアップディスプレイ装置１０ａの横方向）の長さが１２２ｍｍとなっている。
【００４５】
このヘッドアップディスプレイ装置１０ａの各部の詳細な配置等を示すために、基準光軸Ｌ１が凹面ミラー２８ａに反射される点を原点Ｏとする座標系を定める。この座標系は、基準光軸Ｌ１に沿って原点Ｏから投影レンズ群２７ａ側をｚ軸の正方向とし、このｚ軸に垂直かつ凹面ミラー２８ａに反射された表示光２１の基準光軸Ｌ１を含む面内にｙ軸を定め、フロントガラスの配置されている方向をこのｙ軸の正方向とする。また、ｘ軸は、上述のｙ軸及びｚ軸に垂直に、かつ座標系が右手系をなすように定める。すなわち、凹面ミラー２８ａを基準に、入射基準光軸と出射基準光軸とを含む面がｙｚ面であり、このｙｚ面に垂直で、かつｚ軸に平行な面がｘｚ面となるようにｘｙｚ座標系を定める。
【００４６】
このように座標系を定めるときに、凹面ミラー２８ａをＳ１、屈折レンズ３６ａの凹面ミラー２８ａ側の面をＳ２、屈折レンズ３６ａ（投影レンズ群２７ａ）の液晶パネル２４側の面をＳ３、液晶パネル２４の表示面をＳ４として、各面の具体的な位置を表１に示す。なお、この表１に示す座標のスケールは全てｍｍとする。また同時に、表１の下段には、ヘッドアップディスプレイ装置１０ａの各種条件を併せて示す。
【００４７】
さらに、投影レンズ群２７ａ（屈折レンズ３６ａ）の各面の曲率半径Ｒｉ，屈折率Ｎｄ，アッベ数νｄを凹面ミラー２８ａ及び液晶パネル２４とともに、表２に示す。また、表２の下段には、投影レンズ群２７ａの焦点距離ｆの値を示す。なお、この表２に示す屈折率Ｎｄ及びアッベ数νｄは何れもｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対するものである。
【００４８】
【表１】
2009122582.tif 000005
【００４９】
【表２】
2009122582.tif 000006
【００５０】
表１及び２に示すように、液晶パネル２４は、その表示面と基準光軸Ｌ１との交点が、すなわち表示面の中心座標が（ｘ，ｙ，ｚ）＝（０．００，０．００，１４３．０９）となるように配置した。さらに、液晶パネル２４は、表示面Ｓ４の法線とｚ軸とのなす角が５．０度となるように、ｘ軸方向を軸として回転して配置した。したがって、表示面Ｓ４の法線と基準光軸Ｌ１とのなす角（液晶パネル２４の傾斜角度）γは５．０度なっている。また、液晶パネル２４は、表示面Ｓ４の大きさが幅ｈ×高さｖ＝１５ｍｍ×５ｍｍの大きさのものを用いた。すなわち、ヘッドアップディスプレイ装置１０ａの投影倍率βは１０倍とした。
【００５１】
屈折レンズ３６ａの液晶パネル２４側の面Ｓ３は、凹面ミラー２８ａ側に凸の球面形状（曲率半径Ｒ３＝７８．９７９１ｍｍ）とし、また、基準光軸Ｌ１との交点の位置座標が（ｘ，ｙ，ｚ）＝（０．００，０．００，３５．００）となる位置に配置した。また、凹面ミラー２８ａ側の面Ｓ２は、凹面ミラー２８ａ側に凸の球面形状（曲率半径Ｒ２＝３７０．７３３３ｍｍ）とし、また、基準光軸Ｌ１との交点の位置座標が（ｘ，ｙ，ｚ）＝（０．００，０．００，５９．１７）となる位置に配置した。また、これらの屈折レンズ３６ａの光軸は、ｚ軸，基準光軸Ｌ１に平行となっており、焦点距離ｆは１６５．２７ｍｍとなっている。
【００５２】
凹面ミラー２８ａを、その光軸Ｌ２の位置が（ｘ，ｙ，ｚ）＝（０．００，−１７４．８５，１７１．１８）となるように配置するとともに、光軸Ｌ２とｙ軸とのなす角が６２．５度となるようにｘ軸方向を軸として回転して配置した。また、座標系の原点Ｏから運転手までの光路長Ｄ２は９００ｍｍ、座標系の原点Ｏから表示する虚像までの光路長Ｄ３は１１００ｍｍとなっている。
【００５３】
また、凹面ミラー２８ａの面形状は、下記数３で表される。ここで、ＣＸ，ＣＹ，ＫＡＸ，ＫＡＹ，Ａ４，Ｋ２，Ａ６，Ｋ３は非回転対称非球面係数であり、その具体的な値は表３に示す。これらの非回転対象非球面係数のなかでも、ＣＸはｘｚ面内の近軸曲率であり、ＣＹはｙｚ平面内の近軸曲率である。
【００５４】
【数３】
2009122582.tif 000007
【００５５】
【表３】
2009122582.tif 000008
【００５６】
このように構成したヘッドアップディスプレイ装置１０ａは、表４に示すように、ｆｘβ／Ｄ３の値は１．５０であり、前述の条件式（数１）の範囲内の値となっている。また、凹面ミラー２８ａの面形状については、ｘｚ面内の近軸曲率ＣＸに対するｙｚ面内の近軸曲率ＣＹとの比の大きさ｜ＣＹ／ＣＸ｜は約３９．５であり、前述の数２の条件を満たす。
【００５７】
【表４】
2009122582.tif 000009
【００５８】
また、液晶パネル２４の中心（表示面と基準光軸Ｌ１との交点）を原点とし、水平方向をＸ軸とするＸＹ座標系を定め、この液晶パネル２４上の像座標（０．０，２．５），（０．０，０．０），（０．０，−２．５），（７．５，２．５），（７．５，０．０），（７．０，−２．５）の各点のスポットダイアグラムを図５（Ａ）〜（Ｆ）に示す。なお、像座標のスケールは何れもｍｍであり、また、各スポットダイアグラムは、基準長さ（図５右上）が２５０μｍとなるスケールで示す。
【００５９】
［実施例２］
図６に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置１０ｂの投影光学系２２ｂは、投影レンズ群２７ｂ、凹面ミラー２８ｂ、液晶パネル２４等から構成される。このヘッドアップディスプレイ装置１０ｂは、前述の実施例１と同様に自動車のフロントガラス越しに、運転手の前方２ｍの位置に虚像を表示するように構成した。同様に、表示する虚像のサイズ（幅ｈ×高さｖ）をｈ×ｖ＝１５０ｍｍ×５０ｍｍとし、入射瞳の大きさは幅１００ｍｍ×高さ４０ｍｍとした。
【００６０】
投影レンズ群２７ｂは、正の屈折力を有する１枚の屈折レンズ３６ｂから構成した。この屈折レンズ３６ｂは、凹面ミラー２８ｂ側に凸面を向けたメニスカス形状のレンズであり、この屈折レンズ３６ｂ（投影レンズ群２７ｂ）の光軸が基準光軸Ｌ１と一致するように配置した。
【００６１】
また、凹面ミラー２８ｂが虚像の表示に関与する実効的な大きさは、縦方向（運転手から見たヘッドアップディスプレイ装置１０ｂの縦方向）の長さＡが４６ｍｍ、横方向（運転手から見たヘッドアップディスプレイ装置１０ｂの横方向）の長さが１２２ｍｍとなっている。
【００６２】
前述の実施例１と同様にｘｙｚ座標系を定めるときに、凹面ミラー２８ｂを面Ｓ１、屈折レンズ３６ｂの凹面ミラー２８ｂ側の面をＳ２、屈折レンズ３６ｂの液晶パネル側の面をＳ３、液晶パネル２４の表示面をＳ４として、各面の具体的な位置を表５に示す。なお、表５に示す座標のスケールは全てｍｍとする。また同時に、表５の下段には、ヘッドアップディスプレイ装置１０ａの各種条件を併せて示す。
【００６３】
さらに、投影レンズ群２７ｂ（屈折レンズ３６ｂ）の各面の曲率半径Ｒｉ，屈折率Ｎｄ，アッベ数νｄを凹面ミラー２８ｂ及び液晶パネル２４とともに、表６に示す。また、表６の下段には、投影レンズ群２７ａの焦点距離ｆの値を示す。なお、この表６に示す屈折率Ｎｄ及びアッベ数νｄは何れもｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対するものである。
【００６４】
【表５】
2009122582.tif 000010
【００６５】
【表６】
2009122582.tif 000011
【００６６】
表５及び６に示すように、液晶パネル２４は、表示面Ｓ４の中心座標が（ｘ，ｙ，ｚ）＝（０．００，０．００，１３９．３８）となるように配置した。さらに、液晶パネル２４は、表示面Ｓ４の法線とｚ軸とのなす角が５．０度となるように、ｘ軸方向を軸として回転して配置した。したがって、表示面Ｓ４の法線と基準光軸Ｌ１とのなす角（液晶パネル２４の傾斜角度）γは５．０度となっている。また、液晶パネル２４は、表示面Ｓ４の大きさが幅ｈ×高さｖ＝１５ｍｍ×５ｍｍの大きさのものを用いた。すなわち、ヘッドアップディスプレイ装置１０ｂの投影倍率βは１０倍とした。
【００６７】
屈折レンズ３６ｂの液晶パネル２４側の面Ｓ３は、凹面ミラー２８ｂ側に凸の球面形状（曲率半径Ｒ３＝１０８．２５５７ｍｍ）とし、また、基準光軸Ｌ１との交点の位置座標が（ｘ，ｙ，ｚ）＝（０．００，０．００，３５．００）となる位置に配置した。また、凹面ミラー２８ｂ側の面Ｓ２は、凹面ミラー２８ｂ側に凸の球面形状（曲率半径Ｒ２＝３７０．７３３３ｍｍ）とし、また、基準光軸Ｌ１との交点の位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）＝（０．００，０．００，５９．１７）となる位置に配置した。また、この屈折レンズ３６ｂの光軸は、ｚ軸，基準光軸Ｌ１に平行となっており、焦点距離ｆは１８９．１９ｍｍとなっている。
【００６８】
凹面ミラー２８ｂは、その光軸Ｌ２の位置が（ｘ，ｙ，ｚ）＝（０．００，−１７４．８５，１７１．１８）となるように配置するとともに、光軸Ｌ２とｙ軸とのなす角が６２．５度となるようにｘ軸方向を軸として回転して配置した。また、座標系の原点Ｏから運転手までの光路長Ｄ２は９００ｍｍ、座標系の原点Ｏから表示する虚像までの光路長Ｄ３は１１００ｍｍとなっている。
【００６９】
また、凹面ミラー２８ｂの面形状は、前述の実施例１と同様に、数３の式で表される。この凹面ミラー２８ｂの非回転対象非球面係数の具体的な値は表７に示す。
【００７０】
【表７】
2009122582.tif 000012
【００７１】
このように構成したヘッドアップディスプレイ装置１０ｂは、表８に示すように、ｆ×β／Ｄ３の値は１．７２であり、前述の条件式（数１）の範囲内の値となっている。また、ｘｚ面内の近軸曲率ＣＸに対するｙｚ面内の近軸曲率ＣＹの比の大きさは、｜ＣＹ／ＣＸ｜≒１．９０であり、前述の数２の条件を満たす。
【００７２】
【表８】
2009122582.tif 000013
【００７３】
また、液晶パネル２４の中心（表示面と基準光軸Ｌ１との交点）を原点とし、水平方向をＸ軸とするＸＹ座標系を定め、この液晶パネル２４上の像座標（０．０，２．５），（０．０，０．０），（０．０，−２．５），（７．５，２．５），（７．５，０．０），（７．０，−２．５）の各点のスポットダイアグラムを図７（Ａ）〜（Ｆ）に示す。なお、像座標のスケールは何れもｍｍであり、また、各スポットダイアグラムは、基準長さ（図７右上）が２５０μｍとなるスケールで示す。
【００７４】
［実施例３］
図８に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置１０ｃの投影光学系２２ｃは、投影レンズ群２７ｃ、凹面ミラー２８ｃ、液晶パネル２４等から構成される。このヘッドアップディスプレイ装置１０ｃは、前述の実施例１，２と同様に、自動車のフロントガラス越しに、運転手の前方２ｍの位置に虚像を表示するように構成した。同様に、表示する虚像のサイズ（幅ｈ×高さｖ）をｈ×ｖ＝１５０ｍｍ×５ｍｍとし、入射瞳の大きさは幅１００ｍｍ×高さ４０ｍｍとした。
【００７５】
投影レンズ群２７ｃは、正の屈折力を有する１枚の屈折レンズ３６ｃから構成した。この屈折レンズ３６ｃは、凹面ミラー２８ｃ側に凸面を向けたメニスカス形状のレンズであり、この屈折レンズ３６ｃ（投影レンズ群２７ｃ）の光軸が基準光軸Ｌ１と一致するように配置した。
【００７６】
また、凹面ミラー２８ｃが虚像の表示に関与する実効的な大きさは、縦方向（運転手から見たヘッドアップディスプレイ装置１０ｃの縦方向）の長さＡが４６ｍｍ、横方向（運転手から見たヘッドアップディスプレイ装置１０ｃの横方向）の長さが１２２ｍｍとなっている。
【００７７】
前述の実施例１，２と同様にｘｙｚ座標系を定めるときに、凹面ミラー２８ｃを面Ｓ１、屈折レンズ３６ｃの凹面ミラー２８ｃ側の面をＳ２、屈折レンズ３６ｃの液晶パネル２４側の面をＳ３、液晶パネル２４の表示面をＳ４として、各面の具体的な位置を表９に示す。なお、表９に示す座標系のスケールは全てｍｍとする。また、同時に、表９の下段には、ヘッドアップディスプレイ装置１０ｃの各種条件を併せて示す。
【００７８】
さらに、投影レンズ群２７ｃ（屈折レンズ３６ｃ）の各面の曲率半径Ｒｉ，屈折率Ｎｄ，アッベ数νｄを、凹面ミラー２８ｃ及び液晶パネル２４とともに、表１０に示す。また、表１０の下段には、詳細は後述するが投影レンズ群２７ｃの焦点距離ｆｖ，ｆｈの値を示す（詳細は後述）。なお、この表１０に示す屈折率Ｎｄ及びアッベ数νｄは何れもｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対するものである。
【００７９】
【表９】
2009122582.tif 000014
【００８０】
【表１０】
2009122582.tif 000015
【００８１】
表９及び１０に示すように、液晶パネル２４は、表示面Ｓ４の中心座標が（ｘ，ｙ，ｚ）＝（０．００，０．００，１３４．５４）となるように配置した。さらに、液晶パネル２４は、表示面Ｓ４の法線とｚ軸とのなす角が５．０となるように、ｘ軸方向を軸として回転して配置した。したがって、表示面Ｓ４の法線と基準光軸Ｌ１とのなす角（液晶パネル２４の傾斜角度）γは５．０度となっている。また、液晶パネル２４は、表示面Ｓ４の大きさが幅ｈ×高さｖ＝１５ｍｍ×５ｍｍの大きさのものを用いた。すなわち、ヘッドアップディスプレイ装置１０ｃの投影倍率βは１０倍とした。
【００８２】
屈折レンズ３６ｃの液晶パネル２４側の面Ｓ３は、凹面ミラー２８ｃ側に凸の球面形状（曲率半径Ｒ３＝−９００．６４９３ｍｍ）とし、基準光軸Ｌ１との交点の位置座標が（ｘ，ｙ，ｚ）＝（０．００，０．００，６１．２３）となるように配置した。
【００８３】
一方、屈折レンズ３６ｃの凹面ミラー２８ｃ側の面Ｓ２は、凹面ミラー２８ｃ側に凸の形状となっているが、球面ではなく、非回転対称な非球面形状となっている。この屈折レンズ３６ｃの面Ｓ２の形状は、前述の数３で表される。なお、この屈折レンズ３６ｃについての非回転対称非球面係数の具体的な値は、後述する凹面ミラー２８ｃのものと併せて示す（表１１）。
【００８４】
また、こうして面Ｓ２，３からなる屈折レンズ３６ｃの光軸は、ｚ軸，基準光軸Ｌ１に平行となるように配置した。しかし、前述の実施例１，２とは異なり、凹面ミラー２８ｃ側の面Ｓ２が上述のように非回転対称非球面であるから、表示光の光束が透過する方向によって焦点距離は異なる。そこで、縦方向（面Ｓ２とｙｚ面との交線）の焦点距離をｆｖ、横方向（面Ｓ２とｘｚ面との交線）の焦点距離をｆｈとすると、ｆｖ＝１２４．８８ｍｍ，ｆｈ＝１４５．７４ｍｍとなっている。
【００８５】
凹面ミラー２８ｃの面形状は、前述の数３の式で表される。この凹面ミラー２８ｃの非回転対称非球面係数の具体的な値を、上述の屈折レンズ３６ｃの面Ｓ２の非回転対称非球面係数の具体的な値とともに、表１１に示す。
【００８６】
【表１１】
2009122582.tif 000016
【００８７】
このように構成したヘッドアップディスプレイ装置１０ｃは、表１２に示すように、縦方向についてはｆｖ×β／Ｄ３＝１．１４であり、横方向についてはｆｈ×β／Ｄ３＝１．３２であり、縦方向，横方向の何れにしてもｆ×β／Ｄ３の値は前述の条件式（数１）の範囲内の値となっている。また、凹面ミラー２８ｃについては、ｘｚ面内の近軸曲率ＣＸに対するｙｚ面内の近軸曲率ＣＹの大きさは、｜ＣＹ／ＣＸ｜≒４．４２であり、前述の数２の条件を満たす。
【００８８】
【表１２】
2009122582.tif 000017
【００８９】
また、液晶パネル２４の中心（表示面Ｓ４と基準光軸Ｌ１との交点）を原点とし、水平方向をＸ軸とするＸＹ座標系を定め、この液晶パネル２４上の像座標（０．０，２．５），（０．０，０．０），（０．０，−２．５），（７．５，２．５），（７．５，０．０），（７．０，−２．５）の各点のスポットダイアグラムを図９（Ａ）〜（Ｆ）に示す。なお、像座標のスケールは何れもｍｍであり、また、各スポットダイアグラムは、基準長さ（図９右上）が２５０μｍとなるスケールで示す。
【００９０】
［実施例４］
図１０に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置１０ｄの投影光学系２２ｄは、投影レンズ群２７ｄ、凹面ミラー２８ｄ、液晶パネル２４等から構成される。このヘッドアップディスプレイ装置１０ｄは、前述の実施例１，２と同様に、自動車のフロントガラス越しに、運転手の前方２ｍの位置に虚像を表示するように構成した。同様に、表示する虚像のサイズ（幅ｈ×高さｖ）をｈ×ｖ＝１５０ｍｍ×５ｍｍとし、入射瞳の大きさは幅１００ｍｍ×高さ４０ｍｍとした。
【００９１】
投影レンズ群２７ｄは、第１屈折レンズ３６ｄ，第２屈折レンズ３６ｅの２枚の屈折レンズから構成した。これらの屈折レンズは、凹面ミラー２８ｄ側から第１屈折レンズ３６ｄ、第２屈折レンズ３６ｅの順に配置した。また、第１屈折レンズ３６ｄ及び第２屈折レンズ３６ｅは何れも凹面ミラー２８ｄ側に凸面を向けたメニスカス形状のレンズであり、投影レンズ群２７ｄは全体として正の屈折力を有するレンズ群となっている。また、投影レンズ群２７ｄの光軸は、基準光軸Ｌ１と一致するように配置した。
【００９２】
また、凹面ミラー２８ｃが虚像の表示に関与する実効的な大きさは、縦方向（運転手から見たヘッドアップディスプレイ装置１０ｄの縦方向）の長さＡが４６ｍｍ、横方向（運転手から見たヘッドアップディスプレイ装置１０ｄの横方向）の長さが１２２ｍｍとなっている。
【００９３】
前述の実施例１〜３と同様にｘｙｚ座標系を定めるときに、凹面ミラー２８ｄを面Ｓ１、第１屈折レンズ３６ｄの凹面ミラー２８ｄ側の面をＳ２、第１屈折レンズ３６ｄの液晶パネル２４側の面をＳ３、第２屈折レンズ３６ｅの凹面ミラー２８ｄ側の面をＳ４、第２屈折レンズ３６ｅの液晶パネル２４側の面をＳ５、液晶パネル２４の表示面をＳ６として、各面の具体的な位置を表１３に示す。なお、表１３に示す座標系のスケールは全てｍｍとする。また、同時に、表１３の下段には、ヘッドアップディスプレイ装置１０ｄの各種条件を併せて示す。
【００９４】
さらに、第１屈折レンズ３６ｄ及び第２屈折レンズ３６ｅの各面の曲率半径Ｒｉ，屈折率Ｎｄ，アッベ数νｄを、凹面ミラー２８ｄ及び液晶パネル２４とともに、表１４に示す。また、表１４の下段には、投影レンズ群２７ｄの焦点距離ｆｖ，ｆｈの値を示す。
【００９５】
【表１３】
2009122582.tif 000018
【００９６】
【表１４】
2009122582.tif 000019
【００９７】
表１３及び１４に示すように、液晶パネル２４は、表示面Ｓ６の中心座標が（ｘ，ｙ，ｚ）＝（０．００，０．００，１４７．４１）となるように配置した。さらに、液晶パネル２４は、表示面Ｓ６の法線とｚ軸とのなす角が５．０度なるように、ｘ軸方向を軸として回転して配置した。したがって、表示面Ｓ６の法線と基準光軸Ｌ１とのなす角（液晶パネル２４の傾斜角度）γは５．０怒鳴っている。また、液晶パネル２４は、表示面Ｓ６の大きさが幅ｈ×高さｖ＝１５ｍｍ×５ｍｍの大きさのものを用いた。すなわち、ヘッドアップディスプレイ装置１０ｄの投影倍率βは１０倍とした。
【００９８】
第２屈折レンズ３６ｅの液晶パネル２４側の面Ｓ５は、凹面ミラー２８ｄ側に凸の球面形状（曲率半径Ｒ５＝４７６．５４９３ｍｍ）とし、基準光軸Ｌ１との交点の位置座標が（ｘ，ｙ，ｚ）＝（０．００，０．００，６７．０５）となるように配置した。
【００９９】
一方、第２屈折レンズ３６ｅの凹面ミラー２８ｄ側の面Ｓ４は、凹面ミラー２８ｄ側に凸の形状となっているが、球面ではなく、非回転対称な非球面形状となっている。この第２屈折レンズ３６ｅの面形状は前述の数３の式で表される。なお、この第２屈折レンズ３６ｄについての非回転対称非球面係数の具体的な値は、後述する凹面ミラー２８ｄのものと併せて示す（表１５）。
【０１００】
また、第１屈折レンズ３６ｄの液晶パネル２４側の面Ｓ３は、凹面ミラー２８ｄ側に凸の球面形状（曲率半径Ｒ３＝４７６．５４９３ｍｍ）とし、基準光軸Ｌ１との交点の位置座標が（ｘ，ｙ，ｚ）＝（０．００，０．００，５０．５２）となるように配置した。
【０１０１】
一方、第１屈折レンズ３６ｄの凹面ミラー２８ｄ側の面Ｓ２は、凹面ミラー２８ｄ側に凸の形状となっているが、球面ではなく、非回転対称な非球面形状となっている。この第１屈折レンズ３６ｄの具体的な面形状は、前述の数３の式で表される。なお、この第１屈折レンズ３６ｄについての非回転対称非球面係数の値は、後述する凹面ミラー２８ｄのものと併せて示す（表１５）。
【０１０２】
第１屈折レンズ３６ｄ及び第２屈折レンズ３６ｅからなる投影レンズ群２７ｄの光軸は、ｚ軸，基準光軸Ｌ１に平行となるように配置した。しかし、前述の実施例３と同様に、非回転対称非球面を含むために、表示光の光束が透過する方向によって焦点距離は異なる。そこで、縦方向（ｙｚ面内を透過する光束）の焦点距離をｆｖ、横方向（ｘｚ面内を透過する光束）の焦点距離をｆｈとすると、ｆｖ＝１２４．８８ｍｍ，ｆｈ＝１４８．１２ｍｍとなっている。
【０１０３】
凹面ミラー２８ｄの面形状は、前述の数３の式で表される。この凹面ミラー２８ｄの非回転対称非球面係数の具体的な値を、上述の第１屈折レンズ３６ｄの面Ｓ２，第２屈折レンズ３６ｅの面Ｓ４の非回転対称非球面係数の具体的な値とともに、表１５に示す。
【０１０４】
【表１５】
2009122582.tif 000020
【０１０５】
このように構成したヘッドアップディスプレイ装置１０ｄは、表１６に示すように、縦方向についてはｆｖ×β／Ｄ３＝１．１４であり、横方向についてはｆｈ×β／Ｄ３＝１．３５であり、縦方向，横方向のいずれにしてもｆ×β／Ｄ３の値は前述の条件式（数１）の範囲内の値となっている。また、凹面ミラー２８ｄについては、ｘｚ面内の近軸曲率ＣＸに対するｙｚ面内の近軸曲率ＣＹの大きさが、｜ＣＹ／ＣＸ｜≒３．６９であり、前述の数２の条件を満たす。
【０１０６】
【表１６】
2009122582.tif 000021
【０１０７】
また、液晶パネル２４の中心（表示面Ｓ６と基準光軸Ｌ１との交点）を原点とし、水平方向をＸ軸とするＸＹ座標系を定め、この液晶パネル２４上の像座標（０．０，２．５），（０．０，０．０），（０．０，−２．５），（７．５，２．５），（７．５，０．０），（７．０，−２．５）の各点のスポットダイアグラムを図１１（Ａ）〜（Ｆ）に示す。なお、像座標のスケールは何れもｍｍであり、また、各スポットダイアグラムは、基準長さ（図１１右上）が２５０μｍとなるスケールで示す。
【０１０８】
以上のように、本発明の投影光学系は、液晶パネルに表示する画像を、投影レンズ群と凹面ミラーとによってパワーを分散してフロントガラス（反射面）に拡大投影するから、短い焦点距離で収差を良好に補正することができる。したがって、液晶パネルやその照明，凹面ミラー等の投影光学系各部として小型のものを用いることができ、投影光学系の全体をコンパクトに構成することができる。また、この投影光学系を搭載するヘッドアップディスプレイ装置もまた、収差を良好に補正して虚像を表示することができるとともに、コンパクトに構成することができる。
【０１０９】
また、投影光学系が数１の条件を満たすように構成されていることで、上述のような良好な収差の補正と、投影光学系及びヘッドアップディスプレイ装置の小型化を容易に実現することができる。
【０１１０】
また、凹面ミラーを非回転対称非球面とすることで、特に良好に収差を補正することができる。
【０１１１】
さらに、ヘッドアップディスプレイ装置で表示された虚像に対して、これを観察する観察者の位置は変動してしまうが、非回転対称非球面の凹面ミラーが、縦横の近軸曲率について数２の条件式を満たすように構成されていることで、像のチラつき等がない両眼での正常な観察を実現することができる。
【０１１２】
また、液晶パネルが投影レンズ群（，基準光軸）に対して所定角度傾斜して配置されていることで、ヘッドアップディスプレイ装置は観察し易い比較的大きな虚像を表示するにもかかわらず、その上下左右何れの位置についても、観察者は意識せずに容易にピントを合わせることができる。
【０１１３】
また、投影レンズ群に２以上の屈折レンズを用いることで、投影レンズ群内においても屈折力を各々の屈折レンズに分散することができ、さらに、これらの投影レンズ群を構成する屈折レンズが材料及び面形状が同一のものとすれば、より安価に投影レンズ群を構成することができる。
【０１１４】
なお、上述の実施形態では、液晶パネルに対してひとつの光源を配置するが、これに限らず、液晶パネルに対して複数の光源を設けても良い。例えば、図１２に示すように、投影光学系４１は、一つの液晶パネル２４に対して第１光源４２ａと第２光源４２ｂとを設ける。
【０１１５】
第１光源４２ａは、最終的に観察者の右眼に到達する表示光となる照明光を、液晶パネル２４に対して斜め方向から照射する。この第１光源４２ａは、投影レンズ群２７の光軸の一方の側に所定距離だけずらして配置されているとともに、投影レンズ群２７の光軸に対して所定角度傾斜して配置される。したがって、液晶パネル２４の配置は前述の実施形態等と同様に、液晶パネル２４から出射する右眼用の表示光の基準光軸Ｌ１ａに対して所定角度傾斜した配置となっている。
【０１１６】
一方、第２光源４２ｂは、最終的に観察者の左目に到達する表示光となる照明光を、液晶パネル２４に対して斜め方向から照射する。この第２光源４２ｂは、前述の第１光源４２ａと対称な配置となるように、投影レンズ群２７の他方の側に所定距離だけずらして配置されるとともに、投影レンズ群２７の光軸に対して所定角度傾斜して配置される。したがって、液晶パネル２４の配置は前述の実施形態等と同様に、液晶パネル２４から出射する左眼用の表示光の基準光軸Ｌ１ｂに対して所定角度傾斜した配置となっている。
【０１１７】
また、前述の実施形態等では、光軸が表示光の基準光軸と一致するように投影レンズ群は配置されるが、２つの光源が設けられた投影レンズ群４１の場合には、その光軸が、右眼用の基準光軸Ｌ１ａと左眼用の基準光軸Ｌ１ｂとのなす角の二等分線と一致するように配置される。
【０１１８】
このように、右眼用，左眼用に各々光源を設けることで、観察者の両眼には略均等な光量の表示光がより確実に入射するようになり、両眼での観察をしやすくすることができる。
【０１１９】
なお、上述の実施形態，実施例では、凹面ミラーを非回転対称非球面とし、実施例３，４では投影レンズ群の屈折レンズの面をも非回転対称非球面とする例を説明するが、これに限らず、投影レンズ群の屈折レンズのいくつかの面を非回転対称非球面とし、凹面ミラーを回転対称な非球面，あるいは球面としても良い。すなわち、凹面ミラーを非回転対称非球面とすることが好ましいが、投影レンズ群で収差が十分に補正されるならば、これに限らない。
【０１２０】
また、上述の実施例では、投影レンズ群が１または２枚の屈折レンズからなる例を説明するが、これに限らず、投影レンズ群を３枚以上の屈折レンズから構成しても良い。さらに、屈折レンズだけから構成することに限らず、屈折レンズと併せてミラーやプリズム等の周知の光学部材を組み合わせて投影レンズ群を構成しても良い。
【０１２１】
なお、上述の実施形態，実施例では、ヘッドアップディスプレイ装置として自動車用のものを例に説明するが、これに限らず、航空機や船舶等の他のものにも本発明のヘッドアップディスプレイ装置を好適に用いることができる。このように、自動車以外に本発明のヘッドアップディスプレイ装置を適用する場合には、表示光を拡大投影する反射面（自動車ではフロントガラス）の形状に応じて、凹面ミラーの面形状を非回転対称非球面の面形状としながらも、各々の反射面の形状に応じて個々に決定する必要がある。また、車種等によってはフロントガラスの傾斜や湾曲の状態は異なるから、本発明のヘッドアップディスプレイ装置を自動車に用いる場合であっても、同様の調節が必要となる。
【０１２２】
また、上述の実施形態，実施例では、画像表示パネルとして透過型の液晶パネルを用いる例を説明するが、これに限らず、画像表示パネルは反射型の液晶パネルであっても良く、液晶のモードも適宜選択してよい。また、画像表示パネルは液晶を用いるものに限られず、表示光を出射することができれば、他の周知の画像表示パネルを用いても良い。
【０１２３】
また、ヘッドアップディスプレイ装置は、設置環境に応じた耐久性を備えた材料等でつくられることが好ましい。例えば、自動車のダッシュボードに設置されるヘッドアップディスプレイ装置の場合には、これを構成する各部は耐熱性に優れたものであることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】ヘッドアップディスプレイ装置の概略を示す説明図である。
【図２】ヘッドアップディスプレイ装置の構成を示す概略的な断面図である。
【図３】凹面ミラーの面形状を示す説明図である。
【図４】実施例１のヘッドアップディスプレイ装置の具体的な構成を示す断面図である。
【図５】実施例１の投影光学系のスポットダイアグラムである。
【図６】実施例２のヘッドアップディスプレイ装置の具体的な構成を示す断面図である。
【図７】実施例２の投影光学系のスポットダイアグラムである。
【図８】実施例３のヘッドアップディスプレイ装置の具体的な構成を示す断面図である。
【図９】実施例３の投影光学系のスポットダイアグラムである。
【図１０】実施例４のヘッドアップディスプレイ装置の具体的な構成を示す断面図である。
【図１１】実施例４の投影光学系のスポットダイアグラムである。
【図１２】複数の光源を設ける例を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１２５】
１０，１０ａ〜ｄ  ヘッドアップディスプレイ装置
１２  自動車
１４  運転手（観察者）
１８  フロントガラス（反射面）
１９  虚像
２１  表示光
２２，２２ａ〜ｄ，４１  投影光学系
２４  液晶パネル（画像表示パネル）
２６，４２ａ，４２ｂ  光源
２７  投影レンズ群
２８  凹面ミラー
３１  自由曲面
３６ａ〜ｅ  屈折レンズ
Ｌ１  基準光軸
Ｌ２  凹面ミラーの光軸
【図１】
2009122582.tif 000022
【図２】
2009122582.tif 000023
【図３】
2009122582.tif 000024
【図４】
2009122582.tif 000025
【図５】
2009122582.tif 000026
【図６】
2009122582.tif 000027
【図７】
2009122582.tif 000028
【図８】
2009122582.tif 000029
【図９】
2009122582.tif 000030
【図１０】
2009122582.tif 000031
【図１１】
2009122582.tif 000032
【図１２】
2009122582.tif 000033