(57)【要約】  本発明は、表示像輝度の均斉度を向上した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（１０ａ）は、光源を有し、照明光を射出するバックライトユニット（２１ａ）と、画像を表示し、画像が照明光（１１０，１２０，１３０）に照らされることで表示光（Ｌ）を射出する液晶表示素子（２２ａ）と、バックライトユニット（２１ａ）の照度と液晶表示素子（２２ａ）の表示を制御する制御手段（４０）と、表示光（Ｌ）が通過する開口部を有し、液晶表示素子（２２ａ）とバックライトユニット（２１ａ）を格納する筐体（５０）と、反射と透過のうち少なくとも一方を、表示光路内の少なくとも一箇所で行い、これを経た表示光（Ｌ）を投影するカバーガラス（３３）と、を備える。
2020013160.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源を有し、照明光を射出する照明手段と、画像を表示し、前記画像が照明光に照らされることで表示光を射出する表示手段と、前記照明手段の照度と前記表示手段の表示を制御する制御手段と、前記表示光が通過する開口部を有し、前記表示手段と前記照明手段を格納する筐体と、反射と透過のうち少なくとも一方を、表示光路内の少なくとも一箇所で行い、これを経た前記表示光を投影する光学系と、を備え、前記光学系は、前記表示光の投影方向において、可視光に対して所定の減衰率分布を有し、前記減衰率分布は、表示光軸に対して非点対称であり、前記照明手段は、表示像輝度の均斉度が向上するように、前記表示光軸に対して所定角度を設けた照明光軸の照明光を射出する表示装置。
【請求項２】
前記光学系は、表示光の透過を少なくとも１箇所で行い、前記減衰率分布は、前記光学系の表示光に対する透過率を考慮した分布である請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記光学系は、表示光の反射を少なくとも１箇所で行い、前記減衰率分布は、前記光学系の表示光に対する反射率を考慮した分布である請求項１に記載の表示装置。
【請求項４】
前記照明手段は、指向性のある照度分布を有しており、前記照度分布は、少なくとも１つのピーク照度点を含み、前記照明光軸を中心に点対称でありながら照明光路外縁の照度がピーク照度より小さい請求項１乃至３のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項５】
前記減衰率分布は、単調に透光率が減少する軸を有しており、前記所定角度は、前記表示光軸を通る前記軸の先端点と前記軸の末端点を通る２つの光路において表示像輝度の均斉度が向上する様に設定されている請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項６】
前記所定角度は０．１度以上かつ１０度以下である請求項１乃至５のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項７】
車両情報を含む画像を表示光として射出し、車両の透過反射部材に投影することで、前記車両の乗員に前記車両情報を提供するヘッドアップディスプレイ装置であって、光源を有し、照明光を射出する照明手段と、前記画像を表示し、前記画像が前記照明光に照らされることで前記表示光を射出する表示手段と、前記照明手段の照度と前記表示手段の表示を制御する制御手段と、反射と透過の両方を、表示光路内の少なくとも一箇所で行うことで、前記乗員に前記表示光を提供する光学系と、前記表示光が通過する開口部を有し、前記表示手段と前記照明手段と前記光学系を格納する筐体と、一様な厚みを有する透明基材で形成され、前記開口部を覆い前記表示光を透過し、前記光学系の一部を構成するカバーガラスと、を備え、前記光学系は、前記表示光の投影方向において、可視光に対して所定の減衰率分布を有し、前記減衰率分布は、表示光軸に対して非点対称であり、前記照明手段は、表示像輝度の均斉度が向上するように、前記表示光軸に対して所定角度を設けた照明光軸である前記照明光を射出する、ヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項８】
前記減衰率分布は、前記光学系の表示光に対する透過率を考慮した分布である請求項７に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項９】
前記減衰率分布は、前記光学系の表示光に対する反射率を考慮した分布である請求項７に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項１０】
前記照明手段は、指向性のある照度分布を有しており、前記照度分布は、少なくとも１つのピーク照度点を含み、前記照明光軸を中心に点対称でありながら照明光路外縁の照度がピーク照度より小さい請求項７乃至請求項９のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項１１】
前記減衰率分布は、単調に減衰率が増加する軸を有しており、前記所定角度は、前記表示光軸を通る前記軸の先端点と前記軸の末端点を通る２つの光路において表示像輝度の均斉度が向上する様に設定されている請求項７乃至請求項１０のいずれか1項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項１２】
前記カバーガラスは前記車両の後方側がせり上がっており、前記表示光は前記カバーガラスを通過する際に、前記車両の後ろ方向へ仰角をもって通過し、前記乗員が視認する表示像は矩形であり、前記所定角度は、少なくとも前記表示像の上辺に相当する前記表示手段の表示領域に向かう方向成分の角度を含む請求項７乃至請求項１１のいずれか1項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項１３】
前記所定角度は、前記方向成分のみの角度でなる請求項１２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項１４】
前記所定角度は０．１度以上かつ１０度以下である請求項７乃至請求項１３のいずれか1項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項１５】
前記光学系は前記表示光の経路を調節するべく角度を所定範囲で調節可能であり、前記所定角度は、前記角度が単一の状態の下で均斉度が向上するように設定された請求項７乃至請求項１４のいずれか1項に記載の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、表示装置及びヘッドアップディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来のヘッドアップディスプレイ装置としては、例えば特許文献１及び２に記載されているようなものがある。すなわち、表示光を出射する表示器と、表示光を反射するミラーと、表示光が通過するための開口部を有する筐体と、開口部を塞ぐカバーガラスとを備えるヘッドアップディスプレイ装置であり、開口部から出射された表示光を車両のフロントガラスに向けて投影し、運転者が虚像として表示器に表示された映像を視認するものである。【０００３】  このカバーガラスは、平板の透明板、例えばアクリル樹脂やポリカーボネート樹脂を湾曲させながら開口部に貼付することでなる。この際の湾曲がグレアトラップとして作用することで、車両外界からフロントガラスを透過し、車両内に入射した光（主に太陽光）が運転者の視点方向に反射される恐れを低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１８−５４７１５号公報
【特許文献２】国際公開第２０１７／１９５７４１号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  ところで、上記のヘッドアップディスプレイ装置では、表示光路上に透過部材があると、光路によって運転者が視認する表示像の輝度のバラツキが大きくなってしまう。【０００６】  そこで本発明は上述した事情を鑑みてなされたものであり、表示像輝度の均斉度を向上した表示装置及びヘッドアップディスプレイ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  上記目的を達成するため、本発明に係る表示装置は、光源を有し、照明光を射出する照明手段と、画像を表示し、前記画像が照明光に照らされることで表示光を射出する表示手段と、前記照明手段の照度と前記表示手段の表示を制御する制御手段と、前記表示光が通過する開口部を有し、前記表示手段と前記照明手段を格納する筐体と、反射と透過のうち少なくとも一方を、表示光路内の少なくとも一箇所で行い、これを経た前記表示光を投影する光学系と、を備え、前記光学系は、前記表示光の投影方向において、可視光に対して所定の減衰率分布を有し、前記減衰率分布は、表示光軸に対して非点対称であり、前記照明手段は、表示像輝度の均斉度が向上するように、前記表示光軸に対して所定角度を設けた照明光軸の照明光を射出する。【０００８】  また、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装置は、車両情報を含む画像を表示光として射出し、車両の透過反射部材に投影することで、前記車両の乗員に前記車両情報を提供するヘッドアップディスプレイ装置であって、光源を有し、照明光を射出する照明手段と、前記画像を表示し、前記画像が前記照明光に照らされることで前記表示光を射出する表示手段と、前記照明手段の照度と前記表示手段の表示を制御する制御手段と、反射と透過の両方を、表示光路内の少なくとも一箇所で行うことで、前記乗員に前記表示光を提供する光学系と、前記表示光が通過する開口部を有し、前記表示手段と前記照明手段と前記光学系を格納する筐体と、一様な厚みを有する透明基材で形成され、前記開口部を覆い前記表示光を透過し、前記光学系の一部を構成するカバーガラスと、を備え、前記光学系は、前記表示光の投影方向において、可視光に対して所定の減衰率分布を有し、前記減衰率分布は、表示光軸に対して非点対称であり、前記照明手段は、表示像輝度の均斉度が向上するように、前記表示光軸に対して所定角度を設けた照明光軸である前記照明光を射出する。【０００９】  表示装置及びヘッドアップディスプレイ装置は、表示像輝度の均斉度の向上を達する。  表示像輝度とは、ある視点から表示像を視認した際の表示像の輝度の値を指している。【００１０】  表示像輝度の均斉度とは、表示像を視認可能な複数の視点から表示像の輝度を測定し、そのばらつき具合を表す指標である。例えば、表示像の中心画素輝度を、９つの視点から測定したとき、その輝度データの中の最大値に対する最小値との比で定義される。視点の設定は点対称であることが一般的だが、製品特性上均斉度を重視する領域で重点的に観測してもよい。また、製品特性を考慮して比の対象を任意に指定してもよい。【００１１】  光に対する減衰率とは、光が反射／透過を経る前後でのエネルギーの比率を指す。
【発明の効果】
【００１２】  本発明によれば、表示像輝度の均斉度を向上した表示装置及びヘッドアップディスプレイ装置を提供することとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第一実施形態のヘッドアップディスプレイ装置が車両に組み付けられた様子を示す図。
【図２】第一実施形態のヘッドアップディスプレイ１０の断面を示す図。
【図３】投射型映像表示ユニット２１の断面を示す図。
【図４】カバーガラス３３の透光率の入射角特性を示す図。
【図５】カバーガラス３３の投影方向における透光率分布を示す図。
【図６】投射型映像表示ユニット２１の照度分布を示す図。
【図７】ヘッドアップディスプレイ１００の表示像輝度分布を示す図。
【図８】ヘッドアップディスプレイ１０とヘッドアップディスプレイ１００の表示像輝度分布を示す図。
【図９】ヘッドアップディスプレイ１０ａの断面を示す図。
【図１０】照明光軸出射角θを適用した照明手段及び表示手段の例を示す図。
【図１１】照明光軸出射角θを適用した照明手段及び表示手段の例を示す図。
【図１２】ヘッドアップディスプレイ１００の断面を示す図。
【図１３】表示像輝度の測定方法の変形例を示す図。
【図１４】照明光軸出射角θを適用した照明手段及び表示手段の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】  以下に、本開示の表示装置と、ヘッドアップディスプレイ装置を実施形態及び変形例として例にあげ、添付図面を用いて次の順序で説明する。
【００１５】１．第一実施形態  １−１．構成の説明  １−２．所定角度の設定２．変形例  ２−１．第一変形例  ２−２．照明手段と表示手段の変形例  ２−３．その他の変形例３．効果例［１．第一実施形態］＜１−１．構成の説明＞  図１に示す様に、ヘッドアップディスプレイ１０（表示装置、ヘッドアップディスプレイ装置）は車両１のフロントガラス２の下方のインパネ内部に配置される。ヘッドアップディスプレイ１０は表示光Ｌを射出し、フロントガラス２へ投影する。表示光Ｌはヘッドアップディスプレイ１０の内部の照明手段、表示手段により生成される。生成された表示光Ｌは光学系（コールドミラー３１、凹面鏡３２、カバーガラス３３）を伝うことで、筐体５０の開口部から射出される。乗員（利用者）は上端Ｔ、下端Ｂ、右端、左端を有するアイボックスＥＢ内の視点ＥＰから、フロントガラス２に反射した表示光Ｌ（後述の第一の表示光、第二の表示光のうち視点ＥＰに到達する光）を視認することで、矩形の表示像Ｖが視点から数メートル先に浮いて見える。表示像Ｖには例えば速度やエンジン回転数と言った車両情報や、ターンバイターンや地図などの経路案内表示、ブラインドサイドインジケータや制限速度超過警告などの警告表示など、乗員（利用者）へ注意喚起する必要性が高い情報が表示される。これにより視点移動及び眼の焦点距離調整の必要が低減された運転環境が提供される。表示像Ｖにはこれら情報を示す文字やアイコンの他、背景部分も含まれており、乗員からの平面視ではこれは矩形状を為している。
【００１６】  図２を用いてヘッドアップディスプレイ１０の構成を示す。  ヘッドアップディスプレイ１０は投射型映像表示ユニット２１、スクリーン２２、コールドミラー３１、凹面鏡３２、カバーガラス３３、制御手段４０、筐体５０、を備える。
【００１７】  投射型映像表示ユニット２１の構成を図３を参照して説明する。投射型映像表示ユニット２１はフィールドシーケンシャル方式により照明光を射出し、赤色光源２１ｒ、緑色光源２１ｇ、青色光源２１ｂ、ダイクロイックミラー２１ｍ、ＤＭＤ２１ｄ、プリズム２１ｐ、投射レンズ部２１ｓを有している。
【００１８】  赤色光源２１ｒ、緑色光源２１ｇ、青色光源２１ｂは各色ＬＥＤで構成され、電気的に接続された制御手段４０から送信される信号に応じて順次点灯を行う。点灯すると、各光源の図面上方向にそれぞれ位置するダイクロイックミラー２１ｍに向けて各色光線を射出する。各色ＬＥＤで構成するのではなく、各色の透過型カラーフィルタを射出方向に設けた白色ＬＥＤでも構成でき、回転透過型である各色が外縁に均等に塗布されたカラーフィルタでも構成できる。光源は照明手段であって、それぞれの色成分は表示手段の一部と、以降の投射型映像表示ユニット２１の各部材と、スクリーン２２とで本実施形態の表示手段を構成している。
【００１９】  ダイクロイックミラー２１ｍは所定の波長域の光を透過、または反射することができる反射透過部材であって、各色光線をＤＭＤ２１ｄへ透過／反射する。
【００２０】  Degital Mirror DeviceであるＤＭＤ２１ｄは、入射面上にマトリクス状に並んだ微小の鏡の角度を制御手段４０からの制御信号に応じて変化させることで、光を所定の方向へ反射させる光変調素子である。本実施形態では鏡の角度に応じてダイクロイックミラー２１ｍを透過／反射した各色光線をプリズム２１ｐの方向とそれ以外であって表示像Ｖの表示に影響しない方向へ反射する。
【００２１】  プリズム２１ｐはＤＭＤ２１ｄに入射する各色光線は透過し、ＤＭＤ２１ｄから反射された各色光線は投射レンズ部２１ｓに向けて反射するべく保持されているプリズムである。
【００２２】  投射レンズ部２１ｓは少なくとも１枚のレンズで構成され、プリズム２１ｐで反射された光線を照明光として拡大、射出する。
【００２３】  つまり投射型映像表示ユニット２１は、上記の構成により各色光源を選択反射することで照明光を生成する。この照明光は指向性を有しており、本実施形態では特にアイボックス下端、中心、上端をそれぞれ照らす照明光を、下端照明光１１０／中心照明光１２０（照明光軸）／上端照明光１３０とする。つまり、照明光軸とは照明光の投射方向において中心部分の照明光を意味している。
【００２４】  スクリーン２２はマイクロレンズアレイ、拡散板などから構成できる透過型スクリーンであり、コールドミラー３１に向けて拡散透過する部材である。スクリーン２２は照明光により照らされることで第一の表示光を射出する。特に、第一の表示光のうち、表示像Ｖの下端／中心／上端からアイボックスＥＢの下端Ｂ／中心／上端Ｔを結ぶ光路に相当する表示光で、スクリーン２２から射出された直後の表示光を第一の下端表示光１１１／第一の中心表示光（表示光軸）１２１／第一の上端表示光１３１とする。
【００２５】  投射型映像表示ユニット２１の光源以外とスクリーン２２により画像が表示され、光源が照明光を射出することで、スクリーン２２から表示光Ｌを発する構成である。
【００２６】  コールドミラー３１は板状のガラス基材の片面に膜圧が異なる多層の干渉膜を蒸着などの方法で形成するものであって、赤外光は透過し、少なくとも可視光は反射する反射部材である。コールドミラー３１は、第一の表示光を凹面鏡３２へ反射するような位置に後述する筐体５０によって保持されている。
【００２７】  凹面鏡３２は第一の表示光を拡大しつつ、筐体５０の開口部（カバーガラス３３）方向へ反射する反射部材である。
【００２８】  カバーガラス３３は厚さが一様な板状である透明合成樹脂基材が適用でき、例えばＰＭＭＡや、ポリカーボネートで構成できる。カバーガラス３３は筐体５０の開口部を塞ぐように湾曲しながら貼付される。透明樹脂基材は面に対して垂直な光線は９０％以上の透光率を示すが、入射角が大きくなるほど透光率が減少する。発明者は、透光率分布にムラが生じる原因の一つとしてこれが含まれることを見出した。つまり、表示光Ｌのうち、カバーガラス３３への入射角が大きい光路は透光率が減少するので、表示像輝度の均斉度が低下する原因となる。
【００２９】  それぞれの第一の表示光とカバーガラス３３が為す入射角を、それぞれ下端光路入射角１１ａ、中心光路入射角１２ａ、上端光路入射角１３ａとし、下端光路入射角１１ａが最小で、上端光路入射角１３ａが最大である。
【００３０】  第一の表示光がカバーガラス３３を車両１の後ろ方向へ仰角をもって透過することで、ヘッドアップディスプレイから表示光Ｌが射出される。透過直後の表示光Ｌを第二の表示光とする。特に、第二表示光のうち第一の下端／中心／上端表示光のそれぞれの延長線上の表示光を第二の下端表示光１１２、第二の中心表示光１２２、第二の上端表示光１３２とする。
【００３１】  制御手段４０は所定プログラムや各種データの格納、演算時の記憶領域などに用いる図示しないＲＯＭやＲＡＭ等の記憶部と、前記所定プログラムに従って演算処理するためのＣＰＵと、入出力インターフェース等を設けたマイクロコンピュータを適用できる。制御手段４０は、外部の車載機器から受信した車両情報に基づき、表示手段に表示する画像を生成したり、表示手段の表示を制御したり、照明手段の照度を制御したりする。
【００３２】  筐体５０は暗色の樹脂成形品が適用できる収容体であり、表示光Ｌを装置外へ射出するための開口部を有し、この開口部を覆う様にカバーガラス３３が貼付されている。内部には投射型映像表示ユニット２１、スクリーン２２、コールドミラー３１、凹面鏡３２、制御手段４０が嵌合、係止、接着部材による接着、ビスによる螺合といった公知の手段で図２のように固定される。一方バックライトユニット２１ａは後述する表示光軸１２１に対して所定角度を有する照明光軸出射角θを設けて配置されている。
【００３３】  この所定角度の設定方法を説明する。
【００３４】＜１−２．所定角度の設定＞  まず、表示光ＬがアイボックスＥＢに至るまでの光路ごとの透光率分布を求める。
【００３５】  本実施形態を構成する部材で、この透光率分布に影響を及ぼすものはカバーガラス３３のみであるとする。これは説明を簡易にするものであって、実際にはスクリーン２２も表示光Ｌを透過するので考慮する必要がある。加えて、説明を簡易にするため、フロントガラス２を含む各反射部材の反射率は一様であり、各光学部材は車両１の左右方向に傾きが無いものとする。これは光路内の透光率の増減が、表示光路面の図示断面方向成分にのみ生じることを意味する。
【００３６】  前段落の前提では、透光率分布はカバーガラス３３の透光率に依存する。そこで、図４にカバーガラス３３の透光率の入射角特性を示す。カバーガラス３３は光の入射角が０度の際には９０％以上の透光率を有し、入射角が大きくなるに連れ、単調に透光率が低下する、非点対称な入射角特性を有する。
【００３７】  次に、この入射角特性からアイボックスＥＢの鉛直方向の位置座標に対するヘッドアップディスプレイ１０の透光率分布を求めるために、横軸をアイボックス中心からの鉛直成分の距離の割合（アイボックス中心から上端／下端までの距離を１とし、鉛直上向きを正とした。以後本実施形態に関するグラフの横軸はこれに等しい。）、縦軸を入射角とした表示光Ｌのカバーガラス３３への入射角分布を求め、先程の入射角特性からアイボックスに至るまでの透光率分布のグラフを算出する。算出したグラフが図５である。
【００３８】  次に、投射型映像表示ユニット２１の照度分布を図６に示す。図６で示す照度分布は図１２に示す従来手法の配置において、アイボックス内の中心を通る鉛直方向上下領域における照度分布であり、縦軸を最大照度を１としたときの照度の割合としている。照明光軸周辺にピーク照度点であり、照射範囲の外縁では著しく照度が低下するような指向性のある照度分布を有する。アイボックスＥＢの中心から水平方向左右領域における照度分布も同様な照度分布となるが、先述の前提では車両左右方向に透光率分布のムラは無いため、水平方向成分にあってはピーク照度点を中心に設定することで最大の均斉度を達する。
【００３９】  ここで図１２を用いて従来手法を説明する。同じ符号を付している部材はそれぞれ図２に示す部材と同じ部材であるため詳細な説明を省略する。従来の表示装置であるヘッドアップディスプレイ１００は本実施形態のヘッドアップディスプレイ１０と異なり、表示光軸１２１と照明光軸１２０を一致するような位置に投射型映像表示ユニット２１を保持し、表示光Ｌを射出していた。この場合の表示像輝度の分布を図７に示す。具体的には各視点ＥＰで対応する表示像の対象点を視認した際の輝度を縦軸に示している。測定方法としては、上端／中心／下端の視点ＥＰでは表示像の上端／中心／下端を測定した際の輝度値を示している。従来はこの様に、図５のグラフと図６のグラフを乗じた輝度分布になってしまう。つまり、カバーガラス３３への入射角が急になるアイボックスＥＢ上端での表示像輝度が下端での表示像輝度より著しく低下してしまっており、表示像輝度の均斉度が低下していた。
【００４０】  話を戻し、本実施形態のヘッドアップディスプレイ１０の所定角度の設定方法を説明する。
【００４１】  図５，図６のような透光率分布、指向性のある照度分布がある構成の本実施形態のヘッドアップディスプレイ１０では所定角度を、アイボックスの中心鉛直下端と中心鉛直上端での表示像輝度の均斉度が向上する方向へ所定角度を設けて投射型映像表示ユニット２１を保持している。  特に、透光率分布は、単調に透光率が減少する軸を、アイボックスＥＢの左右方向などではなく、アイボックスＥＢの鉛直上方向に有しているので、これに相当する上端照明光１３０の方向に所定角度を設けることが望ましい。  特に前記０．１度以上かつ１０度以下であることが望ましい。  特に所定角度は上端照明光１３０に向かう角度のみであることが望ましい。これによれば本開示のヘッドアップディスプレイを、車両左右に向かって傾きを有し透過／反射を行って表示像Ｖを提供する光学系を伴う形態で、なおかつ右ハンドル車、左ハンドル車それぞれのヘッドアップディスプレイを設計する場合には設計が容易であって、表示像輝度の均斉度が向上したヘッドアップディスプレイになる。
【００４２】  前段落の様に設定された所定角度を有する照明光軸出射角θを設けて保持された投射型映像表示ユニット２１を備えるヘッドアップディスプレイ１０では、アイボックスＥＢ内での表示像輝度分布は図８の実線が示すような分布になる。点線で図１２に示すヘッドアップディスプレイ１００の表示像輝度分布を改めて示す。測定方法は図７に等しい。著しく乖離していた上端と下端での表示像輝度は近づき、均斉度が向上している。
【００４３】  これは車両１の左右方向の表示光路を均等な照度で照らす照明手段を備えることを意味する。この構成によれば、均斉度を向上したヘッドアップディスプレイをより容易に設計できるようになる。例えばヘッドアップディスプレイ１０に右ハンドル車用モデル、左ハンドル車用モデルのそれぞれ設計する必要がある場合で、照明手段と表示手段を筐体５０の一部を為す単一のパッケージで、なおかつ両モデル共用のパッケージにする場合を考える。この場合、車両１の左右方向にまで所定角度を設けてしまうと、車両１の左右でフロントガラス２の形状が異なるため、共用化が困難になってしまう。一方、そこをあえてこの方向成分にのみ所定角度θを設けることで、両モデル共用のパッケージとすることが容易になる。
【００４４】  したがって、表示像均斉度を向上した表示装置及びヘッドアップディスプレイ装置を提供することとなる。
【００４５】  なお、本開示の表示装置及びヘッドアップディスプレイ装置を上述した実施形態の構成にて例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の構成においても、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良、並びに表示の変更が可能なことは勿論である。［２．変形例］
【００４６】  本開示の表示装置及びヘッドアップディスプレイ装置の変形例を示す。＜２−１．第一変形例＞  図９にヘッドアップディスプレイ１０ａを示す。同じ番号を付している部材に関しては第一実施形態と同じ部材であるため説明を省略する。
【００４７】  ヘッドアップディスプレイ１０ａは照明手段としてバックライトユニット２１ａ、表示手段として液晶表示素子２２ａ、また補正鏡３１ａを備える。
【００４８】  バックライトユニット２１ａは、ガラスエポキシで形成できる基板と、基板の一方の面上に点対称に配置された少なくとも１つのＬＥＤ（光源）と、接続端子を有しており、接続端子とＬＥＤは銅箔の配線により接続されている。ＬＥＤは接続端子を介して接続された制御手段４０から送信される制御信号に応じて明滅し、それぞれのＬＥＤは実装される基板の面に対する法線方向へ、指向性を有する照明光を射出する。
【００４９】  液晶表示素子２２ａは、ＴＦＴ基板とカラーフィルタ、偏光板を例えばビスによる螺合保持や接着部材による接着保持などの公知の手段で積層したものと、駆動ドライバ、接続端子を有しており、接続端子を介して接続された制御手段４０から送信される制御信号に応じて、ＴＦＴ基板内の液晶の配向が変化し、光の透過／遮断を切り替える。本開示では前述の運転関連情報が表示され、照明光１１０，１２０，１３０により照らされることで第一の表示光を射出する。
【００５０】  補正鏡３１ａは反射面の少なくとも１軸が凹面である反射部材であって、第一の表示光を凹面鏡３２に向かって収束させながら反射している。焦点が凹面鏡３２より近い距離にあり、図示方向から見たときに光路がクロスする形態を取っている。
【００５１】  このような、投射型映像表示ユニット２１及びスクリーン２２の替わりにバックライトユニット２１ａと液晶表示素子２２ａを用いる構成であっても、また途中で表示光Ｌの光路がクロスする構成であっても、第一実施形態に記載の所定角度の設定方法に従い、照明光軸出射角θを設定することができる。
【００５２】＜２−２．照明手段と表示手段の変形例＞  所定角度を有する照明光軸出射角θを設けた照明手段と表示手段の組み合わせの例を図１０（ａ）、図１０（ｂ）、図１０（ｃ）、図１１（ｄ）、図１１（ｅ）に示す。これらの変形例は図面内右方向に存在する図示しない光学系へ表示光Ｌを出射する照明手段表示手段の組み合わせを示すものであり、光学系は投影方向において所定の透光率分布を有する。この透光率分布は図面下方向に向かって透光率が減少する軸を有している。それぞれの照明手段は一端照明光２１０と中心照明光２２０と他端照明光２３０を図示する通りに出射する。照度分布は少なくとも１つのピーク照度点を含み、前記照明光軸を中心に点対称でありながら照明光路外縁の照度がピーク照度より小さいものである。表示光Ｌは図面に示す通り図面内上方向から明端表示光２１１、中心表示光（表示光軸）２２１、暗端表示光２３１を有している。
【００５３】  図１０（ａ）及び図１０（ｂ）はそれぞれ第一変形例及び第一実施形態の構成と一致するため説明を省略する。
【００５４】  図１０（ｃ）に示すような構成であっても良い。投射型映像表示ユニット２１と、フィールドレンズ２１ｆ、スクリーン２２を用いた構成である。投射型映像表示ユニット２１は、表示光軸１２１と平行に中心照明光１２０を出射しつつも、中心照明光１２０が表示光軸と同軸上にない位置に設けられている。フィールドレンズ２１ｆは透明樹脂またはガラスで構成できる、両面が凸状のレンズであって、照明光軸１２０を屈折させ、中心照明光２２０としてスクリーンに出射することで、照明光軸出射角θを設けた照明光を実現しても良い。
【００５５】  図１１（ｄ）に示すような構成であっても良い。投射型映像表示ユニット２１と、第一折返しミラー２１ｃと、第二折返しミラー２１ｄとを用いた構成である。投射型映像表示ユニット２１は、表示光軸１２１と平行に中心照明光１２０を出射しつつも、中心照明光１２０が表示光軸と同軸上にない位置に設けられている。そこで、照明光をスクリーンに照明光軸出射角θをもって入射するように、第一折返しミラー２１ｃと第二折返しミラー２１ｄとを配置し、これを以て照明光軸出射角θを設けた照明光を実現しても良い。
【００５６】  図１１（ｅ）に示すような構成であってもよい。投射型映像表示ユニット２１と、スクリーン２２を用いた構成である。図１０（ａ）の構成に加えて、スクリーン２２が表示光軸１２１に対して所定角度の傾斜を持って保持されている構成である。これは図面内右方向から強い外光（例えば太陽光）が入射した際に、スクリーン２２を透過して投射型映像表示ユニット２１が照らされ加熱される虞を低減する効果がある。このような構成であっても、表示光軸１２１に対して照明光軸出射角θを設けた照明光がスクリーンに入射すれば良い。
【００５７】  スクリーン２２に傾斜を設ける構成は更に効果がある。例えば図２のヘッドアップディスプレイ１０のような、スクリーン２２が傾斜を持たずに筐体５０に保持される構成では、太陽光がフロントガラス２を透過し、表示光Ｌの経路を逆走してスクリーン２２に入射した際に、表示光Ｌと同じ光路を辿ってアイボックスＥＢに進行する現象が生じる虞がある。この現象が生じた場合には乗員からは表示像Ｖが白飛びしたように見える。しかし、スクリーン２２が傾斜を持って保持される構成では、外光をスクリーン２２が反射する際に表示光Ｌの投影方向に反射する光量は低減され、外光による表示品位の低下を抑制するという効果も奏する。
【００５８】  スクリーン２２に傾斜を設けるときに一つ留意すべき点がある。それは、スクリーン２２に傾斜を設けた際に投射型映像表示ユニット２１から距離が遠ざかった箇所の表示は暗くなる点である。これに類する構成を取る場合は、光学系の透光率分布を算出する際に、スクリーン２２の傾斜に起因する透光率分布の影響も考慮した上で、所望の点で表示像輝度の均斉度が向上するような照明光軸出射角θを設定する必要がある。
【００５９】  本開示ではそれぞれ単一の手法により照明光軸出射角θを設けた照明手段と表示手段の組み合わせを複数例示した。これらは製品設計の際の都合によって、実現可能なものであればいずれを選択することも可能である。加えて、照明光軸出射角θは一つの手法により設けられなくとも良い。
【００６０】  例えば、照明光軸出射角θより小さい第一の照明光軸出射角θ１を設けて保持された投射型映像表示ユニットと、フィールドレンズ２１ｆと、スクリーン２２を備える構成において、照明光軸出射角θと第一の照明光軸出射角θ１との差に相当する第二の照明光軸出射角θ２の分だけ屈折するフィールドレンズ２１ｆを投射型映像表示ユニット２１とスクリーン２２の間に設けて、結果的にスクリーン２２へ入射するときに中心照明光２２０が照明光軸出射角θを設けていれば良い。この際であっても、中心照明光２２０はスクリーンのうち表示光軸１２１に相当する箇所に入射するよう設定する必要がある。
【００６１】＜２−３．その他の変形例＞  変形例としてここまで主に照明手段と表示手段の組み合わせと、照明光軸出射角θの設け方について例示してきたが、他にも変形例はある。例えば変形例内でスクリーン２２の透過率を考慮した透光率分布の算出方法を例示したが、フロントガラス２の透光率分布を考慮した設計でもよい。フロントガラス２では表示光Ｌが反射されることでアイボックスＥＢ方向へ到達するが、フロントガラス２は透明部材故にもちろん透過する表示光も存在する。その反射率は入射角が小さくなるほど、反射率が低くなる。そこで、この反射率を透光率とみなし、透光率分布の算出時に考慮した設計であってもよい。換言すると、本開示の表示装置及びヘッドアップディスプレイ装置を構成する光学系に含まれる反射部材の反射率分布を、投影方向における透光率分布の算出時に透光率とみなして算入する設計をしてもよい。
【００６２】  ここまで、光学系の透光率分布を基に、表示像輝度の均斉度を向上したヘッドアップディスプレイを示した。しかし、表示像輝度の均斉度を向上するため、アイボックスＥＢまでの表示光Ｌの減衰率分布に基づき、表示像輝度の均斉度を向上しても良い。ここで言う減衰率とは、光が反射／透過を経る前後でのエネルギーの比率を指す。反射／透過を経ることで光の吸収／散乱／反射／透過などが生じるため、光のエネルギーが減衰する。
【００６３】  この減衰率分布は、例えば、射出直後の表示光Ｌが有するエネルギーと、アイボックスＥＢまでで吸収／散乱／反射／透過などに因る減衰を経たあとの表示光Ｌが有するエネルギーとの比率を、表示光Ｌが進行する面上にプロットした分布である。減衰率分布は、例えば実測またはシミュレーションで求めることができる。減衰率分布と照度分布に基づいて、角度θを設けた照明手段とすれば、表示像輝度の均斉度を向上したヘッドアップディスプレイとすることが可能である。
【００６４】  また、減衰率分布には表示手段で発生する光の減衰率を算入することも可能である。表示手段は表示光の発端である。表示手段で照明光が変調によって表示光射出される。変調によって、光が減衰することが考えられるのは言うまでもなく、これを考慮した減衰率分布の下、表示像輝度の均斉度を向上するような角度を照明光軸に設ければよい。
【００６５】  反射に因る減衰は、例えば、鏡、反射型スクリーンで生じ得る。透過に因る減衰は、例えばレンズ、カバーガラスで生じ得る。吸収に因る減衰は、表示光が経過するあらゆる光学的部材で生じ得る。また屈折や乱反射による散乱によって表示光路外へ表示光の一部が逸れることに因っても減衰が生じ得る。しかしながら、すべてを考慮する必要はなく、減衰する原因のうち少なくとも１つを考慮した減衰率分布に基づいて、均斉度が向上するような角度を算出すれば、効果を得ることができる。
【００６６】  また測定方法の変形例としては、図１３に示すような、複数の視点ＥＰから表示像Ｖの中心を視認した際の輝度を基に表示像輝度を測定し、その値を基に表示像輝度の均斉度を算出してもよい。
【００６７】  また所定角度の設定としては、透光率分布に単調に透光率が減少する軸があったとしても、必ずしもその軸方向成分にのみ角度を有した所定角度でなくともよく、少なくとも表示像輝度が改善する方向に角度成分を有している所定角度を設けていれば本発明の効果を得られる。
【００６８】  また所定角度の設定としては、透光率分布に単調に透光率が減少する軸が無い場合でも、所定の方法により測定した表示像輝度から求めた均斉度が向上する方向に所定角度を設ければ本発明の効果を得られる。
【００６９】  また従来のヘッドアップディスプレイにあっては、乗員の体格や姿勢に応じて、光学系の角度を調節し、表示光の経路を調節できるものがある。例えば凹面鏡を回転駆動することで経路を調節できるヘッドアップディスプレイが知られている。本発明はこのような光学系の角度／位置を調節できるものであっても適用可能である。例えば、図１２において凹面鏡３２が回転駆動することで、フロントガラス２の投射位置を上方向に移動させきった状態（トーラーポジション）と、下方向に移動させきった状態（ショーターポジション）との間の状態、特にちょうど中間にあたる状態で所定角度θを設定すれば、本発明の効果を得ることができる。
【００７０】  また別の態様としては、図１４に示すようなヘッドアップディスプレイ１０ｂであってもよい。同じ符号を付した部材の説明は省略する。ヘッドアップディスプレイ１０ｂはスクリーン２２を有する。特に、スクリーン２２は反射型スクリーンである。例えばスクリーン２２はマイクロミラーアレイである。マイクロミラーアレイを用いるこの場合はレーザーダイオードを用いた表示器を用いることが好適である。
【００７１】  以上の説明では説明を容易にするため公知の技術を適宜省略した。
【００７２】［３．効果例］  第一に、以上に説明した表示装置１０ａは、光源を有し、照明光１１０，１２０，１３０を射出するバックライトユニット２１ａ（照明手段の一例）と、画像を表示し、画像が照明光１１０，１２０，１３０に照らされることで表示光Ｌを射出する液晶表示素子２２ａ（表示手段の一例）と、バックライトユニット２１ａの照度と液晶表示素子２２ａの表示を制御する制御手段４０と、表示光Ｌが通過する開口部を有し、液晶表示素子２２ａとバックライトユニット２１ａを格納する筐体５０と、反射と透過のうち少なくとも一方を、表示光路内の少なくとも一箇所で行い、これを経た表示光Ｌを投影する光学系と、を備え、光学系は、表示光Ｌの投影方向において、可視光に対して所定の減衰率分布を有し、減衰率分布は、表示光軸１２１に対して非点対称であり、バックライトユニット２１ａは、表示像輝度の均斉度が向上するように、表示光軸１２１に対して所定角度θを設けた照明光軸１２０の照明光を射出する。
【００７３】  この構成に依れば、前述のように、表示像輝度の均斉度が向上し、アイボックスＥＢ内で視点ＥＰが移動した場合の表示像輝度の変化が小さい表示装置となる。
【００７４】  第二に、表示装置１０ａは、光学系は、例えばカバーガラス３３で表示光Ｌの透過を行い、減衰率分布は、光学系の表示光に対する透過率を考慮した分布である。  減衰率分布は表示光路内の透過率分布であって、表示光Ｌがこの透過率分布を有する光路を進んで表示を行うときに、表示像輝度の均斉度が向上するように、照明光軸１２０を表示光軸１２１に足して所定の角度θを設けた状態でバックライトユニット２１ａを設ければ良い。
【００７５】  第三に、表示装置１０ａは、光学系で表示光Ｌの反射を行い、減衰率分布は、光学系の表示光Ｌに対する反射率を考慮した分布である。  減衰率分布は表示光路内の反射率分布であって、表示光Ｌがこの反射率分布を有する光路を進んで表示を行うときに、表示像輝度の均斉度が向上するように、照明光軸１２０を表示光軸１２１に足して所定の角度θを設けた状態でバックライトユニット２１ａを設ければ良い。
【００７６】  第四に、表示装置１０ａは、バックライトユニット２１ａは、指向性のある照度分布を有しており、照度分布は、少なくとも１つのピーク照度点を含み、照明光軸１２０を中心に点対称でありながら照明光路外縁の照度がピーク照度より小さい。
【００７７】  第五に、表示装置１０ａは、減衰率分布は、単調に透光率が減少する軸を有しており、所定角度θは、表示光軸１２１を通る該軸の先端点と該軸の末端点を通る２つの光路において表示像輝度の均斉度が向上する様に設定されている。
【００７８】  第六に、表示装置１０ａは、所定角度は０．１度以上かつ１０度以下である。
【００７９】  一方、第七に、以上に説明したヘッドアップディスプレイ１０ａは、車両情報を含む画像を表示光Ｌとして射出し、車両１のフロントガラス２（透過反射部材の一例）に投影することで、車両１の乗員に車両情報を提供するヘッドアップディスプレイ１０ａであって、光源を有し、照明光１１０，１２０，１３０を射出する照明手段と、画像を表示し、画像が照明光１１０，１２０，１３０に照らされることで表示光Ｌを射出する液晶表示素子２２ａ（表示手段の一例）と、バックライトユニット２１ａの照度と液晶表示素子２２ａの表示を制御する制御手段４０と、反射と透過の両方を、表示光路内の少なくとも一箇所で行うことで、乗員に表示光Ｌを提供する光学系である補正鏡３１ａと凹面鏡３２とカバーガラス３３（光学系の一例）と、表示光Ｌが通過する開口部を有し、液晶表示素子２２ａとバックライトユニット２１ａと光学系を格納する筐体と、一様な厚みを有する透明基材で形成され、開口部を覆い表示光Ｌを透過し、光学系の一部を構成するカバーガラス３３と、を備え、光学系は、表示光Ｌの投影方向において、可視光に対して所定の減衰率分布を有し、減衰率分布は、表示光軸１２１に対して非点対称であり、バックライトユニット２１ａは、表示像輝度の均斉度が向上するように、表示光軸１２１に対して所定角度θを設けた照明光軸１２０である照明光を射出する。
【００８０】  第八に、ヘッドアップディスプレイ１０ａは、減衰率分布は、光学系の表示光Ｌに対する透過率を考慮した分布である。  減衰率分布は表示光路内の透過率分布であって、表示光Ｌがこの透過率分布を有する光路を進んで表示を行うときに、表示像輝度の均斉度が向上するように、照明光軸１２０を表示光軸１２１に足して所定の角度θを設けた状態でバックライトユニット２１ａを設ければ良い。
【００８１】  第九に、ヘッドアップディスプレイ１０ａは、減衰率分布は、光学系の表示光Ｌに対する反射率を考慮した分布である。  減衰率分布は表示光路内の反射率分布であって、表示光Ｌがこの反射率分布を有する光路を進んで表示を行うときに、表示像輝度の均斉度が向上するように、照明光軸１２０を表示光軸１２１に足して所定の角度θを設けた状態でバックライトユニット２１ａを設ければ良い。
【００８２】  第十に、ヘッドアップディスプレイ１０ａは、バックライトユニット２１ａは、指向性のある照度分布を有しており、照度分布は、少なくとも１つのピーク照度点を含み、前記照明光軸を中心に点対称でありながら照明光路外縁の照度がピーク照度より小さい。
【００８３】  第十一に、減衰率分布は、単調に減衰率が増加する軸を有しており、所定角度θは、表示光軸１２１を通る該軸の先端点と該軸の末端点を通る２つの光路において表示像輝度の均斉度が向上する様に設定されている。
【００８４】  第十二に、ヘッドアップディスプレイ１０ａは、カバーガラス３３は車両１の後方側がせり上がっており、表示光Ｌはカバーガラス３３を通過する際に、車両１の後ろ方向へ仰角をもって通過し、乗員が視認する表示像は矩形であり、所定角度は、少なくとも前記表示像の上辺に相当する前記表示手段の表示領域に向かう方向成分の角度を含む。
【００８５】  第十三に、ヘッドアップディスプレイ１０ａは、所定角度θは、該方向成分のみの角度でなる。
【００８６】  第十四に、ヘッドアップディスプレイ１０ａは、所定角度θは０．１度以上かつ１０度以下である。
【００８７】  第十五に、ヘッドアップディスプレイ１０ａは、光学系は表示光Ｌの経路を調節するべく角度を所定範囲で調節可能であり、所定角度θは、前記調節可能な角度が単一の状態の下で均斉度が向上するように設定されている。
【符号の説明】
【００８８】１  車両２  フロントガラス１０  ヘッドアップディスプレイ（表示装置）Ｌ    表示光Ｖ    表示像ＥＰ  視点ＥＢ  アイボックスＴ    アイボックス上端Ｂ    アイボックス下端 ２１    投射型映像表示ユニット２２    スクリーン３１    コールドミラー３２    凹面鏡３３    カバーガラス４０    制御手段５０    筐体θ      照明光軸出射角（所定角度） １１０  下端照明光１２０  中心照明光（照明光軸）１３０  上端照明光１１１  第一の下端表示光１２１  第一の中心表示光（表示光軸）１３１  第一の上端表示光１１２  第二の下端表示光１２２  第二の中心表示光１３２  第二の上端表示光１１ａ  下端光路入射角１２ａ  中心光路入射角１３ａ  上端光路入射角 ２１ａ  バックライトユニット（照明手段）２２ａ  液晶表示素子（表示手段）３１ａ  補正鏡 ２１０  一端照明光２２０  中心照明光（照明光軸）２３０  他端照明光２１１  明端表示光２３１  暗端表示光２１ｃ  第一折返しミラー２１ｄ  第二折返しミラー２１ｆ  フィールドレンズ 
【図１】
2020013160.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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