特許 5919386 表示装置及びヘッドアップディスプレイ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5919386

(24)【登録日】2016年4月15日

(45)【発行日】2016年5月18日

(54)【発明の名称】表示装置及びヘッドアップディスプレイ

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/01 20060101AFI20160428BHJP

   B60K 35/00 20060101ALI20160428BHJP

   B60K 37/06 20060101ALI20160428BHJP

   H04N 5/74 20060101ALI20160428BHJP

【ＦＩ】

   G02B27/01

   B60K35/00 A

   B60K37/06

   H04N5/74 Z

【請求項の数】7

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2014-541882(P2014-541882)

(86)(22)【出願日】2012年10月18日

(86)【国際出願番号】JP2012076969

(87)【国際公開番号】WO2014061138

(87)【国際公開日】20140424

【審査請求日】2015年4月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005016

【氏名又は名称】パイオニア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107331

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 聡延

(72)【発明者】

【氏名】棚橋 祥夫

(72)【発明者】

【氏名】馬渕 俊一

【審査官】 山本 貴一

(56)【参考文献】

【文献】 特許第４８４７６２７（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特開２００１−０５１２２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０３９９８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０２−０１１７３０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００２−０５２９５３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ２７／０１

Ｂ６０Ｋ ３５／００

Ｇ０３Ｂ ２１／００

Ｇ０９Ｆ ９／００

Ｇ０９Ｇ ３／００

Ｓｃｏｐｕｓ

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

画像形成部から出射された光を利用して虚像を表示させる光学素子と、
前記画像形成部が設置される設置位置と前記光学素子が設置される第１位置とで定めされる円弧に基づき、前記光学素子を前記第１位置から第２位置へ移動させる第１駆動部と、
前記第１位置から前記第２位置への前記光学素子の移動に応じて、前記円弧上の特定の点に基づき前記光学素子の傾きを設定する第２駆動部と、
を備えることを特徴とする表示装置。

【請求項2】

前記光学素子が前記円弧に沿って移動するようにガイドするガイド部を更に備え、
前記第１駆動部は、前記ガイド部を利用して、前記光学素子を前記第１位置から前記第２位置へ移動させることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。

【請求項3】

画像形成部から出射された光を利用して虚像を表示させる光学素子と、
前記画像形成部が設置される設置位置と前記光学素子が設置される第１位置とで定めされる円弧に基づき、前記光学素子が前記第１位置から第２位置へ移動するようにガイドすると共に、前記第１位置から前記第２位置への前記光学素子の移動に応じて、前記円弧上の特定の点に基づき前記光学素子の傾きが設定されるようにガイドするガイド部と、
を備えることを特徴とする表示装置。

【請求項4】

前記円弧は、前記画像形成部が形成する画像の中心点を中心とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の表示装置。

【請求項5】

前記特定の点は、前記光学素子の反射面の法線が前記円弧に交わる点であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の表示装置。

【請求項6】

移動体に搭載されるヘッドアップディスプレイであって、
画像形成部から出射された光を利用して虚像を表示させる光学素子と、
前記画像形成部が設置される設置位置と前記光学素子が設置される第１位置とで定めされる円弧に基づき、前記光学素子を前記第１位置から第２位置へ移動させる第１駆動部と、
前記第１位置から前記第２位置への前記光学素子の移動に応じて、前記円弧上の特定の点に基づき前記光学素子の傾きを設定する第２駆動部と、
を備えることを特徴とするヘッドアップディスプレイ。

【請求項7】

移動体に搭載されるヘッドアップディスプレイであって、
画像形成部から出射された光を利用して虚像を表示させる光学素子と、
前記画像形成部が設置される設置位置と前記光学素子が設置される第１位置とで定めされる円弧に基づき、前記光学素子が前記第１位置から第２位置へ移動するようにガイドすると共に、前記第１位置から前記第２位置への前記光学素子の移動に応じて、前記円弧上の特定の点に基づき前記光学素子の傾きが設定されるようにガイドするガイド部と、
を備える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】

【技術分野】

【0001】

本発明は、虚像を視認させる技術分野に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、虚像として画像を視認させるヘッドアップディスプレイなどの表示装置が知られている。例えば、特許文献１には、表示源を収容したハウジング及びコンバイナを上下移動可能に構成することで、アイポイントの上下位置の変化に起因する視線方向の変化の抑制を図った技術が提案されている。また、例えば、特許文献２には、折り返しミラーからコンバイナに入射する光の光軸と平行な方向にコンバイナを移動させて、コンバイナを所望の高さに保持することで、異なる車種にヘッドアップディスプレイを搭載した場合であってもコンバイナの高さを適切にチューニングすることを図った技術が提案されている。また、特許文献２には、コンバイナの移動に合わせて表示器も移動させることで、表示器からコンバイナまでの光路長を一定に維持することが提案されている。その他にも、本発明に関連する技術が特許文献３乃至５に提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００２−５２９５３号公報

【特許文献2】特開２００６−６２５０１号公報

【特許文献3】特許第４４９０６０５号公報

【特許文献4】特開２００２−３６９０９号公報

【特許文献5】特開平７−３２９６０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に提案された技術では、ハウジング及びコンバイナの両方を移動させていたため、両方を移動させるための駆動系やスペースなどが必要となり、装置が複雑化したり大型化したりする傾向にあった。また、特許文献２に提案された技術でも、コンバイナ及び表示器を移動させていたため、装置が複雑化したり大型化したりする傾向にあった。

【0005】

本発明が解決しようとする課題は上記のようなものが例として挙げられる。本発明は、アイポイントの高さが変化しても視線方向などを一定に保つことを、簡便な装置構成にて実現可能な表示装置及びヘッドアップディスプレイを提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

請求項１に記載の発明では、表示装置は、画像形成部から出射された光を利用して虚像を表示させる光学素子と、前記画像形成部が設置される設置位置と前記光学素子が設置される第１位置とで定めされる円弧に基づき、前記光学素子を前記第１位置から第２位置へ移動させる第１駆動部と、前記第１位置から前記第２位置への前記光学素子の移動に応じて、前記円弧上の特定の点に基づき前記光学素子の傾きを設定する第２駆動部と、を備えることを特徴とする。

【0007】

請求項３に記載の発明では、表示装置は、画像形成部から出射された光を利用して虚像を表示させる光学素子と、前記画像形成部が設置される設置位置と前記光学素子が設置される第１位置とで定めされる円弧に基づき、前記光学素子が前記第１位置から第２位置へ移動するようにガイドすると共に、前記第１位置から前記第２位置への前記光学素子の移動に応じて、前記円弧上の特定の点に基づき前記光学素子の傾きが設定されるようにガイドするガイド部と、を備えることを特徴とする。

【0008】

請求項６に記載の発明では、移動体に搭載されるヘッドアップディスプレイは、画像形成部から出射された光を利用して虚像を表示させる光学素子と、前記画像形成部が設置される設置位置と前記光学素子が設置される第１位置とで定めされる円弧に基づき、前記光学素子を前記第１位置から第２位置へ移動させる第１駆動部と、前記第１位置から前記第２位置への前記光学素子の移動に応じて、前記円弧上の特定の点に基づき前記光学素子の傾きを設定する第２駆動部と、を備えることを特徴とする。

【0009】

請求項７に記載の発明では、移動体に搭載されるヘッドアップディスプレイは、画像形成部から出射された光を利用して虚像を表示させる光学素子と、前記画像形成部が設置される設置位置と前記光学素子が設置される第１位置とで定めされる円弧に基づき、前記光学素子が前記第１位置から第２位置へ移動するようにガイドすると共に、前記第１位置から前記第２位置への前記光学素子の移動に応じて、前記円弧上の特定の点に基づき前記光学素子の傾きが設定されるようにガイドするガイド部と、を備えることを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】一般的なヘッドアップディスプレイの概略構成を示す。

【図2】比較例の問題点を説明するための図を示す。

【図3】本実施例の基本原理を説明するための図を示す。

【図4】本実施例の作用・効果を説明するための図を示す。

【図5】コンバイナの反射面の法線が円弧上の特定の点で交わるようにコンバイナの傾きを設定する理由を説明するための図を示す。

【図6】コンバイナの移動範囲を説明するための図を示す。

【図7】第１実施例に係るヘッドアップディスプレイを説明するための図を示す。

【図8】ガイド部の好適な構成例を示す。

【図9】第１実施例に係る処理フローを示す。

【図10】第２実施例に係るヘッドアップディスプレイを説明するための図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明の１つの観点では、表示装置は、画像形成部から出射された光を利用して虚像を表示させる光学素子と、前記画像形成部が設置される設置位置と前記光学素子が設置される第１位置とで定めされる円弧に基づき、前記光学素子を前記第１位置から第２位置へ移動させる第１駆動部と、前記第１位置から前記第２位置への前記光学素子の移動に応じて、前記円弧上の特定の点に基づき前記光学素子の傾きを設定する第２駆動部と、を備える。

【0012】

上記の表示装置は、例えば移動体に搭載され、虚像としての画像をユーザに視認させるために好適に利用される。画像形成部は、表示すべき画像を形成し、光学素子は、画像形成部からの光を例えば反射することで、画像形成部が形成した画像を虚像としてユーザに視認させる。第１駆動部は、画像形成部が設置される設置位置と光学素子が設置される第１位置とで定めされる円弧に基づいて、光学素子を第１位置から第２位置へ移動させる。例えば、第１駆動部は、円弧に沿って光学素子を移動させる。また、第２駆動部は、第１位置から第２位置への光学素子の移動に応じて、円弧上の特定の点に基づき光学素子の傾きを設定する。例えば、第２駆動部は、光学素子における法線が円弧上の特定の点に交わるようなチルト角に光学素子を設定する。

【0013】

上記の表示装置によれば、アイポイントの高さが変わっても、虚像を見る視線方向、虚像距離及び虚像サイズを一定に保つことができる。また、当該表示装置によれば、アイポイントの高さに応じて光学素子のみを移動させれば良いので（つまり画像形成部などを移動させないため）、装置を小型化することができる。

【0014】

上記の表示装置の一態様では、前記光学素子が前記円弧に沿って移動するようにガイドするガイド部を更に備え、前記第１駆動部は、前記ガイド部を利用して、前記光学素子を前記第１位置から前記第２位置へ移動させる。これにより、光学素子の高さを変える場合に、光学素子を円弧に沿って適切に移動させることができる。

【0015】

本発明の他の観点では、表示装置は、画像形成部から出射された光を利用して虚像を表示させる光学素子と、前記画像形成部が設置される設置位置と前記光学素子が設置される第１位置とで定めされる円弧に基づき、前記光学素子が前記第１位置から第２位置へ移動するようにガイドすると共に、前記第１位置から前記第２位置への前記光学素子の移動に応じて、前記円弧上の特定の点に基づき前記光学素子の傾きが設定されるようにガイドするガイド部と、を備える。

【0016】

上記の表示装置によっても、アイポイントの高さが変わっても、視線方向、虚像距離及び虚像サイズを一定に保つことができる。また、当該表示装置によれば、光学素子を移動させる駆動部や、駆動部を制御する制御部などを用いなくても良いので、装置をより簡便に構成することができる。

【0017】

上記の表示装置の他の一態様では、前記円弧は、前記画像形成部が形成する画像の中心点を中心とする。このような円弧に沿って光学素子を移動させた場合、画像形成部が形成する画像（中間像）と光学素子との距離を一定にすることができる。よって、アイポイントの高さが変わっても、虚像距離及び虚像サイズを適切に一定に保つことができる。

【0018】

上記の表示装置の他の一態様では、前記特定の点は、前記光学素子の反射面の法線が前記円弧に交わる点である。このような円弧上の特定の点に光学素子の反射面の法線が交わるようなチルト角に設定することで、アイポイントの高さが変わっても、虚像を見る視線方向を適切に一定に保つことができる。

【0019】

本発明の更に他の観点では、移動体に搭載されるヘッドアップディスプレイは、画像形成部から出射された光を利用して虚像を表示させる光学素子と、前記画像形成部が設置される設置位置と前記光学素子が設置される第１位置とで定めされる円弧に基づき、前記光学素子を前記第１位置から第２位置へ移動させる第１駆動部と、前記第１位置から前記第２位置への前記光学素子の移動に応じて、前記円弧上の特定の点に基づき前記光学素子の傾きを設定する第２駆動部と、を備える。

【0020】

本発明の更に他の観点では、移動体に搭載されるヘッドアップディスプレイは、画像形成部から出射された光を利用して虚像を表示させる光学素子と、前記画像形成部が設置される設置位置と前記光学素子が設置される第１位置とで定めされる円弧に基づき、前記光学素子が前記第１位置から第２位置へ移動するようにガイドすると共に、前記第１位置から前記第２位置への前記光学素子の移動に応じて、前記円弧上の特定の点に基づき前記光学素子の傾きが設定されるようにガイドするガイド部と、を備える。

【実施例】

【0021】

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。

【0022】

［ヘッドアップディスプレイの基本構成］
図１を参照して、一般的なヘッドアップディスプレイ１００の基本構成について説明する。図１は、ヘッドアップディスプレイ１００の概略構成を示す図である。図１に示すように、ヘッドアップディスプレイ１００は、主に、光源ユニット１及びコンバイナ２を有する。なお、図１は、光の進行方向に垂直な方向から光源ユニット１及びコンバイナ２を観察した図を示す（以下で示す図についても同様とする）。

【0023】

ヘッドアップディスプレイ１００は、車両などの移動体に搭載され、画像をユーザの目の位置（アイポイント）から虚像として視認させる。例えば、ヘッドアップディスプレイ１００は、コンバイナ２を通して観察される実風景に重畳して、虚像としての所定の画像を視認させるために利用される。なお、ヘッドアップディスプレイ１００は、本発明における「表示装置」の一例である。

【0024】

光源ユニット１は、図示しない光源や、射出瞳拡大素子（以下、適宜「ＥＰＥ（Exit-Pupil Expander）」と表記する。）１ａなどを有する、１つの例では、光源として、レーザ光源や、レーザ光源から出射されたレーザ光を走査するスキャン機構（走査機構）などを有するレーザプロジェクタを用いることができる。ＥＰＥ１ａは、光源から照射された光の射出瞳を拡大し、ユーザに提示する画像の中間像を形成する。例えば、ＥＰＥ１ａは、複数のマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイである。ＥＰＥ１ａから出射された光は、コンバイナ２に入射する。なお、ＥＰＥ１ａは、本発明における「画像形成部」の一例に相当する。

【0025】

コンバイナ２は、反射機能及び透過機能を有するハーフミラーとして構成されている。コンバイナ２は、ＥＰＥ１ａから出射された画像が投影されると共に、画像をユーザのアイポイントへ反射することで当該画像を虚像として視認させる。また、コンバイナ２は、ＥＰＥ１ａからの光が入射する面（つまり入射面）が球面または非球面の凹面形状に構成されている。なお、コンバイナ２は、本発明における「光学素子」の一例に相当する。

【0026】

［本実施例の基本概念］
以下では、本実施例の基本概念について説明する。

【0027】

まず、図２を参照して、比較例の問題点について説明する。ここでは、アイポイントの高さが符号ＥＰ１で示す位置から符号ＥＰ２で示す位置に変わった場合を例に挙げる。

【0028】

図２（ａ）は、第１比較例を説明するための図を示す。第１比較例では、アイポイントの高さが変わった場合にコンバイナ２の傾きを変化させる。このような第１比較例によれば、アイポイントの高さに合わせてコンバイナ２の角度を変化させるため、虚像を見る視線方向が変わってしまう。具体的には、アイポイントが符号ＥＰ１で示す位置にある場合には、ほぼ正面の方向に虚像が見えるが、アイポイントが符号ＥＰ２で示す位置にある場合には、見下ろす方向に虚像が見えることとなる。このように視線方向が変わると、虚像と背景（実風景など）とが重なる場所が変化するため、虚像の視認性が低下してしまう場合がある。例えば、車両のボンネットに虚像が重なってしまう場合がある。

【0029】

図２（ｂ）及び（ｃ）は、上記のような第１比較例の問題点の解決を図った比較例（第２及び第３比較例）を説明するための図である。図２（ｂ）は、第２比較例を説明するための図を示す。第２比較例では、アイポイントの高さが変わった場合に、コンバイナ２を上下方向にシフト（一点鎖線に沿ってシフト）させると共に、コンバイナ２の傾きを変化させる。なお、第２比較例は、前述した特許文献２に類似する手法を採用している。このような第２比較例によれば、アイポイントの高さが変わっても、虚像を見る視線方向を一定に保つことができる。しかしながら、第２比較例によれば、コンバイナ２の高さが変わることでＥＰＥ１ａに形成される中間像とコンバイナ２との距離が変化するため、アイポイントから虚像までの距離（以下では「虚像距離」と呼ぶ。）や、視認される虚像の大きさ（以下では「虚像サイズ」と呼ぶ。）が変化する傾向にある。

【0030】

図２（ｃ）は、第３比較例を説明するための図を示す。第３比較例では、アイポイントの高さが変わった場合に、光源ユニット１及びコンバイナ２の両方を上下方向にシフト（一点鎖線に沿ってシフト）させる。なお、第３比較例は、前述した特許文献１に類似する手法を採用している。このような第３比較例によれば、第２比較例と同様に、アイポイントの高さが変わっても、虚像を見る視線方向を一定に保つことができる。また、第３比較例によれば、第２比較例と異なり、ＥＰＥ１ａに形成される中間像とコンバイナ２との距離が変化しないため、虚像距離や虚像サイズはほとんど変化しない。しかしながら、第３比較例によれば、光源ユニット１及びコンバイナ２の両方を移動させるための駆動系やスペースなどが必要となり、装置が複雑化したり大型化したりする傾向にある。

【0031】

以上のことから、本実施例では、簡便な装置構成にて、アイポイントの高さが変化しても視線方向、虚像距離及び虚像サイズを適切に一定に保つことが可能な構成を採用する。

【0032】

図３を参照して、本実施例の基本原理について説明する。図３は、本実施例に係るヘッドアップディスプレイ１０１の概略構成を示す図である。

【0033】

図３に示すように、本実施例では、ＥＰＥ１ａの中心点（つまりＥＰＥ１ａが形成する中間像の中心点）Ｐ１を中心とする円弧Ｃ１に沿って、コンバイナ２を移動させる。より具体的には、本実施例では、コンバイナ２の反射面２１の中心点Ｐ３が常に円弧Ｃ１上に位置するように、コンバイナ２を移動させる。こうするのは、コンバイナ２の位置（高さ）が変わっても、ＥＰＥ１ａに形成される中間像とコンバイナ２との距離が変わらないようにするためである。つまり、アイポイントの高さが変わっても、虚像距離及び虚像サイズを一定に保つためである。

【0034】

また、本実施例では、コンバイナ２の反射面２１の法線Ｌ１１、Ｌ１２（Ｌ１１はコンバイナ２の移動前の法線であり、Ｌ１２はコンバイナ２の移動後の法線である。）が、円弧Ｃ１上の点Ｐ２で交わるように、コンバイナ２の傾きを設定する。つまり、本実施例では、コンバイナ２の反射面２１の中心点Ｐ３を通る法線Ｌ１１、Ｌ１２が円弧Ｃ１上の一点Ｐ２で交わるようなチルト角に、コンバイナ２の傾きを設定する。こうするのは、コンバイナ２の位置（高さ）が変わっても、虚像を見る視線方向を一定に保つためである。

【0035】

図４は、上記した本実施例の作用・効果を説明するための図を示す。ここでは、比較のために、本実施例と第２比較例とのシミュレーション結果を示す。シミュレーションに用いた条件は以下の通りである。
・コンバイナ２の球面凹ミラーの曲率半径：５００（ｍｍ）
・ＥＰＥ１ａの横幅：６０（ｍｍ）
・ＥＰＥ１ａとコンバイナ２との間隔：２００（ｍｍ）
・アイポイントとコンバイナ２との間隔：１０００（ｍｍ）
なお、第２比較例では、アイポイントの高さが所定の基準位置Ｈ１にある場合に、ＥＰＥ１ａとコンバイナ２との間隔が「２００（ｍｍ）」であるものとする。

【0036】

図４（ａ）は、アイポイントの高さを基準位置Ｈ１から変化させた場合の虚像距離の変化を示している。グラフＧ１は、本実施例による結果の一例を示しており、グラフＧ２は、第２比較例による結果の一例を示している。図４（ａ）より、第２比較例では、アイポイントの高さを変化させると虚像距離が変化しているが、本実施例では、アイポイントの高さを変化させても虚像距離がほとんど変化していないことがわかる。

【0037】

図４（ｂ）は、アイポイントの高さを基準位置Ｈ１から変化させた場合の虚像サイズ（水平方向の虚像のサイズ）の変化を示している。グラフＧ３は、本実施例による結果の一例を示しており、グラフＧ４は、第２比較例による結果の一例を示している。図４（ｂ）より、第２比較例では、アイポイントの高さを変化させると虚像サイズが変化しているが、本実施例では、アイポイントの高さを変化させても虚像サイズがほとんど変化していないことがわかる。

【0038】

以上のことから、本実施例によれば、ＥＰＥ１ａの中心点Ｐ１を中心とする円弧Ｃ１に沿ってコンバイナ２を移動させることで、アイポイントの高さが変わっても、虚像距離及び虚像サイズを適切に一定に保つことができる。また、本実施例によれば、コンバイナ２の反射面２１の法線が円弧Ｃ１上の一点Ｐ２で交わるようにコンバイナ２の傾きを設定することで、アイポイントの高さが変わっても、虚像を見る視線方向を適切に一定に保つことができる。更に、本実施例によれば、アイポイントの高さに応じてコンバイナ２のみを移動させれば良いので（つまり光源ユニット１を移動させないため）、装置を小型化することができる。

【0039】

次に、図５を参照して、コンバイナ２の反射面２１の法線が円弧Ｃ１上の点Ｐ２で交わるようにコンバイナ２の傾きを設定する理由について説明する。

【0040】

図５（ａ）は、符号Ａで示す位置にコンバイナ２を設置した場合を示している（図５（ａ）では、コンバイナ２の反射面２１の中心点Ｐ３における接線を示している）。この場合、コンバイナ２の反射面２１の中心点Ｐ３（円弧Ｃ１上に位置する）には、ＥＰＥ１ａから出射された光が入射角θ１ａで入射する。そして、その光は、入射角θ１ａと等しい角度θ２ａで、直線Ｌ１ａに沿った方向に反射される。円弧Ｃ１の中心点Ｐ１を通り、直線Ｌ１ａに平行な補助線Ｌ３ａを引くと、反射面２１の法線Ｌ２ａと補助線Ｌ３ａとが成す角度θ３ａは、上記の角度θ２ａと等しくなる。よって、法線Ｌ２ａと補助線Ｌ３ａとが交わる点Ｐ２ａと、反射面２１の中心点Ｐ３と、円弧Ｃ１の中心点Ｐ１とから形成される三角形は、二等辺三角形となる。したがって、点Ｐ２ａから中心点Ｐ１までの長さが、中心点Ｐ３から中心点Ｐ１までの長さ（円弧Ｃ１の半径に相当する）と等しくなるため、点Ｐ２ａは円弧Ｃ１上に位置することとなる。つまり、点Ｐ２ａは、補助線Ｌ３ａと円弧Ｃ１との交点となる。

【0041】

図５（ｂ）は、符号Ｂで示す位置にコンバイナ２を設置した場合を示している（図５（ｂ）では、コンバイナ２の反射面２１の中心点Ｐ３における接線を示している）。この場合、コンバイナ２の反射面２１の中心点Ｐ３（円弧Ｃ１上に位置する）には、ＥＰＥ１ａから出射された光が入射角θ１ｂで入射する。そして、その光は、入射角θ１ｂと等しい角度θ２ｂで、直線Ｌ１ｂに沿った方向に反射される。円弧Ｃ１の中心点Ｐ１を通り、直線Ｌ１ｂに平行な補助線Ｌ３ｂを引くと、反射面２１の法線Ｌ２ｂと補助線Ｌ３ｂとが成す角度θ３ｂは、上記の角度θ２ｂと等しくなる。よって、法線Ｌ２ｂと補助線Ｌ３ｂとが交わる点Ｐ２ｂと、反射面２１の中心点Ｐ３と、円弧Ｃ１の中心点Ｐ１とから形成される三角形は、二等辺三角形となる。したがって、点Ｐ２ｂから中心点Ｐ１までの長さが、中心点Ｐ３から中心点Ｐ１までの長さ（円弧Ｃ１の半径に相当する）と等しくなるため、点Ｐ２ｂは円弧Ｃ１上に位置することとなる。つまり、点Ｐ２ｂは、補助線Ｌ３ｂと円弧Ｃ１との交点となる。

【0042】

ここで、符号Ａで示す位置にコンバイナ２を設置した場合と、符号Ｂで示す位置にコンバイナ２を設置した場合とで視線方向が等しい場合（この場合、視線方向を表す直線Ｌ１ａと直線Ｌ１ｂとが平行となる）、補助線Ｌ３ａと補助線Ｌ３ｂとが一致し、法線Ｌ２ａと補助線Ｌ３ａとが交わる点Ｐ２ａと、法線Ｌ２ｂと補助線Ｌ３ｂとが交わる点Ｐ２ｂとが一致することとなる。つまり、コンバイナ２の反射面２１の法線Ｌ２ａ、Ｌ２ｂは円弧Ｃ１上の同じ点で交わることとなる。そのような点が、前述した点Ｐ２となる。

【0043】

以上のことから、コンバイナ２の反射面２１の法線が円弧Ｃ１上の特定の点Ｐ２で交わるようにコンバイナ２の傾きを設定すれば、コンバイナ２の位置（高さ）によらずに虚像を見る視線方向を一定に保つことができると言える。よって、本実施例では、コンバイナ２の反射面２１の中心点Ｐ３を通る法線が円弧Ｃ１上の点Ｐ２で交わるようなチルト角に、コンバイナ２を設定することとした。なお、点Ｐ２は、虚像を見るための所望の視線方向に応じて設定される。

【0044】

次に、図６を参照して、コンバイナ２の移動範囲について説明する。図６に示すように、コンバイナ２の反射面２１の中心点Ｐ３が円弧Ｃ１上の点Ｐ５よりも下の位置となるようにコンバイナ２を移動させると（矢印Ａｒ１参照）、コンバイナ２で反射された光がＥＰＥ１ａで遮られてしまう。また、図６に示すように、コンバイナ２の反射面２１の中心点Ｐ３が円弧Ｃ１上の点Ｐ６よりも上の位置となるようにコンバイナ２を移動させると（矢印Ａｒ２参照）、ＥＰＥ１ａからの光がコンバイナ２に届かなくなる（つまりＥＰＥ１ａの照射可能範囲から外れてしまう）。

【0045】

したがって、本実施例では、上記のような円弧Ｃ１上の点Ｐ５及び点Ｐ６を事前に求めておき、コンバイナ２の反射面２１の中心点Ｐ３が少なくとも円弧Ｃ１上の点Ｐ５から点Ｐ６までの間に位置するように、コンバイナ２の移動を制限する。言い換えると、本実施例では、コンバイナ２の反射面２１の中心点Ｐ３が円弧Ｃ１上の点Ｐ５よりも下側の位置とならず、且つ、コンバイナ２の反射面２１の中心点Ｐ３が円弧Ｃ１上の点Ｐ６よりも上側の位置とならないように、コンバイナ２の移動を制限する。

【0046】

以下では、上記した本実施例を実現する具体的な例（第１及び第２実施例）について説明する。

【0047】

［第１実施例］
図７は、第１実施例に係るヘッドアップディスプレイ１０１ａを説明するための図を示す。

【0048】

図７（ａ）は、第１実施例に係るヘッドアップディスプレイ１０１ａの概略構成を示している。図７（ａ）に示すように、ヘッドアップディスプレイ１０１ａは、主に、光源ユニット１と、コンバイナ２ａと、支持部材３ａと、制御部４と、高さ調整アクチュエータ５と、チルト角調整アクチュエータ６と、を備える。なお、図７（ａ）では、光の進行方向に垂直な方向から光源ユニット１、コンバイナ２ａ及び支持部材３ａを観察した図を示している。また、支持部材３ａを破線で表して、コンバイナ２ａを透視した図を示している。

【0049】

図７（ｂ）及び（ｃ）は、コンバイナ２ａ及び支持部材３ａの斜視図を示している。具体的には、図７（ｂ）は、低い位置のアイポイントに対応するためにコンバイナ２ａを低い位置に設定した場合の図を示しており、図７（ｃ）は、高い位置のアイポイントに対応するためにコンバイナ２ａを高い位置に設定した場合の図を示している。

【0050】

図７（ｂ）及び（ｃ）に示すように、コンバイナ２ａは支持部材３ａによって支持される。コンバイナ２ａには、水平方向における両側の端に突起部２ａ１が形成されている。突起部２ａ１は、コンバイナ２ａの上下方向における略中心に位置する。突起部２ａ１は、コンバイナ２ａの両端に直接形成しても良いが、コンバイナ２ａの両端を支持する別の部材に設けても良い。支持部材３ａには、コンバイナ２ａの水平方向における両側の面に対向する面に、貫通穴としてのガイド部３ａ１が形成されている。ガイド部３ａ１は、コンバイナ２ａの突起部２ａ１をはめ込めるように構成されている。このようなガイド部３ａ１に突起部２ａ１をはめ込むことで、コンバイナ２ａが支持部材３ａによって支持される。

【0051】

また、ガイド部３ａ１は、支持部材３ａを所定の位置（光源ユニット１の設置位置を基準として事前に定められた位置である。以下同様とする。）に設置した状態において、ＥＰＥ１ａの中心点（つまりＥＰＥ１ａが形成する中間像の中心点）Ｐ１を中心とする円弧Ｃ１に沿った形状を有している（図７（ａ）参照）。このような形状にガイド部３ａ１を構成することで、突起部２ａ１をガイド部３ａ１にはめ込んだ状態でコンバイナ２ａを移動させた場合に、コンバイナ２ａの反射面２１の中心点Ｐ３を常に円弧Ｃ１上に位置させることができる。

【0052】

更に、ガイド部３ａ１は、図６に示した円弧Ｃ１上の点Ｐ５及び点Ｐ６に応じた長さを有している。例えば、ガイド部３ａ１は、支持部材３ａを所定の位置に設置した状態において、一方の端部が円弧Ｃ１上の点Ｐ５よりも上側に位置すると共に、他方の端部が円弧Ｃ１上の点Ｐ６よりも下側に位置するように構成される。こうすることで、コンバイナ２ａで反射された光がＥＰＥ１ａで遮られるような位置や、ＥＰＥ１ａからの光がコンバイナ２ａに届かなくなるような位置に、コンバイナ２ａが移動してしまうことを適切に防止することができる。

【0053】

他方で、高さ調整アクチュエータ５は、コンバイナ２ａの高さを調整可能に構成されたアクチュエータであり、チルト角調整アクチュエータ６は、コンバイナ２ａのチルト角を調整可能に構成されたアクチュエータである。

【0054】

制御部４は、図示しないＣＰＵやＲＡＭ、ＲＯＭなどを有しており、高さ調整アクチュエータ５及びチルト角調整アクチュエータ６を制御する。具体的には、制御部４は、コンバイナ２ａが所望の高さ（以下では「目標高さ」と呼ぶ。）に設定されるように、高さ調整アクチュエータ５を制御する。この場合、高さ調整アクチュエータ５の駆動によって、コンバイナ２ａは、支持部材３ａのガイド部３ａ１によってガイドされつつ、目標高さに設定されることとなる。また、制御部４は、コンバイナ２ａが所望のチルト角（以下では「目標チルト角」と呼ぶ。）に設定されるように、チルト角調整アクチュエータ６を制御する。この場合、制御部４は、コンバイナ２ａを目標高さに設定した際における反射面２１の中心点Ｐ３の位置と、事前に定められた円弧Ｃ１上の点Ｐ２とに基づいて、コンバイナ２ａの目標チルト角を求める。

【0055】

このように、第１実施例では、制御部４及び高さ調整アクチュエータ５は、本発明における「第１駆動部」の一例に相当し、制御部４及びチルト角調整アクチュエータ６は、本発明における「第２駆動部」の一例に相当する。

【0056】

図８は、ガイド部３ａ１の好適な構成例を示す図である。図８は、コンバイナ２ａの突起部２ａ１及び支持部材３ａのガイド部３ａ１の一部を拡大して示した図である。図８（ａ）に示す例では、ガイド部３ａ１には、突起部２ａ１をはめ込めるように構成された凹部３ａ１１が複数形成されている。図８（ｂ）に示す例では、ガイド部３ａ１には、図８（ａ）の例と同様の凹部３ａ１１が複数形成されており、突起部２ａ１は、バネ８ａを有する保持部８にて保持される。この例では、突起部２ａ１は、保持部８のバネ８ａによって、凹部３ａ１１の方向に付勢される。図８（ａ）及び（ｂ）に示す例によれば、突起部２ａ１は、ガイド部３ａ１の凹部３ａ１１にはめ込まれることで固定される。具体的には、突起部２ａ１は、設定されたコンバイナ２ａの高さに応じた場所にある凹部３ａ１１にて固定される。これにより、コンバイナ２ａを所望の高さに適切に保持することができる。言い換えると、コンバイナ２ａが下がってきてしまうことを適切に防止することができる。なお、上記した構成例においては、ガイド部３ａ１は、所謂クリック機構として機能する。

【0057】

次に、図９を参照して、第１実施例において制御部４が行う処理について説明する。図９は、第１実施例に係る処理フローを示している。

【0058】

まず、ステップＳ１０１では、制御部４は、コンバイナ２ａの目標高さを取得する。１つの例では、制御部４は、ユーザが入力装置（スイッチや、ボタンや、リモコンなど。図７では図示せず。）を操作することで入力したコンバイナ２ａの高さを、目標高さとして取得する。他の例では、複数のユーザごとに目標高さを対応付けたテーブルを予め作成しておき、制御部４は、テーブルを参照して、各ユーザに応じた目標高さを取得する。そして、処理はステップＳ１０２に進む。

【0059】

ステップＳ１０２では、制御部４は、ステップＳ１０１で取得した目標高さにコンバイナ２ａが設定されるように、高さ調整アクチュエータ５を制御する。具体的には、制御部４は、目標高さに対応する制御信号を高さ調整アクチュエータ５に供給する。そして、処理はステップＳ１０３に進む。

【0060】

ステップＳ１０３では、制御部４は、コンバイナ２ａの目標チルト角を算出する。具体的には、制御部４は、目標高さに設定された状態でのコンバイナ２ａの反射面２１の中心点Ｐ３の法線が、事前に定められた円弧Ｃ１上の点Ｐ２で交わるようなチルト角を、目標チルト角として求める。そして、処理はステップＳ１０４に進む。なお、円弧Ｃ１上の点Ｐ２は、虚像を見る視線方向に応じて事前に定められる。

【0061】

ステップＳ１０４では、制御部４は、ステップＳ１０３で算出した目標チルト角にコンバイナ２ａが設定されるように、チルト角調整アクチュエータ６を制御する。具体的には、制御部４は、目標チルト角に対応する制御信号をチルト角調整アクチュエータ６に供給する。そして、処理は終了する。

【0062】

なお、ステップＳ１０３の処理をステップＳ１０２の処理の前に行っても良い（言い換えると、ステップＳ１０２の処理をステップＳ１０３の処理の後に行っても良い）。つまり、取得された目標高さに応じた目標チルト角を算出した後に、目標高さに設定されるように高さ調整アクチュエータ５を制御し、目標チルト角に設定されるようにチルト角調整アクチュエータ６を制御しても良い。

【0063】

以上説明した第１実施例によれば、支持部材３ａのガイド部３ａ１を利用しつつ、高さ調整アクチュエータ５を用いてコンバイナ２ａを移動させることで、コンバイナ２ａを円弧Ｃ１に沿って適切に移動させることができる。よって、アイポイントの高さが変わっても虚像距離及び虚像サイズを一定に保つことができる。また、第１実施例によれば、チルト角調整アクチュエータ６を用いて、コンバイナ２ａの反射面２１の法線が円弧Ｃ１上の点Ｐ２で交わるようなチルト角にコンバイナ２ａを適切に設定することができる。よって、アイポイントの高さが変わっても視線方向を一定に保つことができる。更に、第１実施例によれば、光源ユニット１を移動させずに、コンバイナ２ａのみを移動させるため、装置を小型化することができる。

【0064】

なお、上記した第１実施例では、高さ調整アクチュエータ５を用いてコンバイナ２ａの高さを調整していたが、高さ調整アクチュエータ５を用いずに、ユーザが手動でコンバイナ２ａの高さを調整しても良い。この場合には、高さ調整アクチュエータ５を具備せずに、チルト角調整アクチュエータ６のみを具備するようにヘッドアップディスプレイを構成し、ユーザが手動で設定したコンバイナ２ａの高さに応じた目標チルト角を求めて、その目標チルト角に設定されるようにチルト角調整アクチュエータ６を制御すれば良い。

【0065】

［第２実施例］
次に、第２実施例について説明する。第２実施例では、円弧Ｃ１に沿ってコンバイナが移動するようにガイドすると共に、コンバイナの反射面２１の法線が円弧Ｃ１上の点Ｐ２で交わるチルト角に設定されるようにガイドするガイド部を用いて、ユーザが手動でコンバイナの高さを調整する。したがって、第２実施例に係るヘッドアップディスプレイは、第１実施例で示したような制御部４、高さ調整アクチュエータ５及びチルト角調整アクチュエータ６を具備しない。

【0066】

図１０は、第２実施例に係るヘッドアップディスプレイ１０１ｂを説明するための図を示す。

【0067】

図１０（ａ）は、第２実施例に係るヘッドアップディスプレイ１０１ｂの概略構成を示している。図１０（ａ）に示すように、ヘッドアップディスプレイ１０１ｂは、主に、光源ユニット１と、コンバイナ２ｂと、支持部材３ｂと、を備える。なお、図１０（ａ）では、光の進行方向に垂直な方向から光源ユニット１、コンバイナ２ｂ及び支持部材３ｂを観察した図を示している。また、支持部材３ｂを破線で表して、コンバイナ２ｂを透視した図を示している。

【0068】

図１０（ｂ）及び（ｃ）は、コンバイナ２ｂ及び支持部材３ｂの斜視図を示している。具体的には、図１０（ｂ）は、低い位置のアイポイントに対応するためにコンバイナ２ｂを低い位置に設定した場合の図を示しており、図１０（ｃ）は、高い位置のアイポイントに対応するためにコンバイナ２ｂを高い位置に設定した場合の図を示している。

【0069】

図１０（ｂ）及び（ｃ）に示すように、コンバイナ２ｂは支持部材３ｂによって支持される。コンバイナ２ｂには、水平方向における両側の端に突起部２ｂ１、２ｂ２が形成されている。突起部２ｂ１は、コンバイナ２ｂの上下方向における略中心に位置しており、突起部２ｂ２は、コンバイナ２ｂの下端部に位置している。突起部２ｂ１、２ｂ２は、コンバイナ２ｂの両端に直接形成しても良いが、コンバイナ２ｂの両端を支持する別の部材に設けても良い。支持部材３ｂには、コンバイナ２ｂの水平方向における両側の面に対向する面に、貫通穴としてのガイド部３ｂ１、３ｂ２が形成されている。ガイド部３ｂ１、３ｂ２は、それぞれ、コンバイナ２ｂの突起部２ｂ１、２ｂ２をはめ込めるように構成されている。このようなガイド部３ｂ１、３ｂ２のそれぞれに突起部２ｂ１、２ｂ２をはめ込むことで、コンバイナ２ｂが支持部材３ｂによって支持される。

【0070】

また、ガイド部３ｂ１は、支持部材３ｂを所定の位置（光源ユニット１の設置位置を基準として事前に定められた位置である。以下同様とする。）に設置した状態において、ＥＰＥ１ａの中心点（つまりＥＰＥ１ａが形成する中間像の中心点）Ｐ１を中心とする円弧Ｃ１に沿った形状を有している（図１０（ａ）参照）。このような形状にガイド部３ｂ１を構成することで、突起部２ｂ１をガイド部３ｂ１にはめ込んだ状態でコンバイナ２ｂを移動させた場合に、コンバイナ２ｂの反射面２１の中心点Ｐ３を常に円弧Ｃ１上に位置させることができる。

【0071】

更に、ガイド部３ｂ１は、図６に示した円弧Ｃ１上の点Ｐ５及び点Ｐ６に応じた長さを有している。例えば、ガイド部３ｂ１は、支持部材３ｂを所定の位置に設置した状態において、一方の端部が円弧Ｃ１上の点Ｐ５よりも上側に位置すると共に、他方の端部が円弧Ｃ１上の点Ｐ６よりも下側に位置するように構成される。こうすることで、コンバイナ２ｂで反射された光がＥＰＥ１ａで遮られるような位置や、ＥＰＥ１ａからの光がコンバイナ２ｂに届かなくなるような位置に、コンバイナ２ｂが移動してしまうことを適切に防止することができる。

【0072】

他方で、ガイド部３ｂ２は、突起部２ｂ２をはめ込んだ状態でコンバイナ２ｂを移動させた場合に、コンバイナ２ｂのチルト角が所望の角度に設定されるように、コンバイナ２ｂのチルト角を規制するように構成されている。具体的には、ガイド部３ｂ２は、コンバイナ２ｂの反射面２１の中心点Ｐ３の法線が円弧Ｃ１上の点Ｐ２で常に交わるようなチルト角に設定されるように構成されている。言い換えると、ガイド部３ｂ２は、反射面２１の中心点Ｐ３の法線が点Ｐ２で常に交わるようなチルト角に設定した場合の、コンバイナ２ｂの下端部の軌跡に応じた形状を有する。このようなガイド部３ｂ２を用いることで、コンバイナ２ｂを移動させた場合に、反射面２１の中心点Ｐ３の法線が点Ｐ２で常に交わるようなチルト角に適切に設定することができる。

【0073】

以上説明した第２実施例によれば、ユーザが手動でコンバイナ２ｂを移動させた場合に、支持部材３ｂのガイド部３ｂ１、３ｂ２の機能によって、コンバイナ２ｂを円弧Ｃ１に沿って適切に移動させることができると共に、コンバイナ２ｂの反射面２１の法線が円弧Ｃ１上の点Ｐ２で交わるようなチルト角に適切に設定することができる。よって、アイポイントの高さが変わっても、視線方向、虚像距離及び虚像サイズを一定に保つことができる。また、第２実施例によれば、第１実施例で示したような制御部４、高さ調整アクチュエータ５及びチルト角調整アクチュエータ６を用いないため、装置をより簡便に構成することができる。

【0074】

なお、第２実施例に係る支持部材３ｂのガイド部３ｂ１、３ｂ２にも、図８に示したようなクリック機構を適用することが好ましい。特に、第２実施例では、コンバイナ２ｂの駆動にアクチュエータを用いないため、コンバイナ２ｂが下がってきてしまう傾向にあるので、クリック機構を適用することが望ましい。

【0075】

なお、上記した第２実施例では、コンバイナ２ｂの高さを手動で調整していたが、第１実施例で示したような制御部４及び高さ調整アクチュエータ５を用いてコンバイナ２ｂの高さを調整しても良い。この場合には、コンバイナ２ｂが目標高さに設定されるように、制御部４によって高さ調整アクチュエータ５を制御すれば、支持部材３ｂのガイド部３ｂ１、３ｂ２の機能によって、コンバイナ２ｂの反射面２１の法線が円弧Ｃ１上の点Ｐ２で交わるようなチルト角に適切に設定することができる。そのため、第１実施例で示したようなチルト角調整アクチュエータ６を用いる必要はない。

【0076】

［変形例］
上記した実施例では、画像形成部としてＥＰＥ１ａを用いていたが、これに限定はされない。ＥＰＥ１ａ以外にも、例えば液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどを、画像形成部として用いることができる。

【0077】

上記では本発明をヘッドアップディスプレイに適用する例を示したが、本発明の適用はこれに限定はされない。本発明は、ヘッドアップディスプレイ以外にも、例えばヘッドマウントディスプレイなどに適用することができる。

【0078】

以上に述べたように、実施例は、上述した実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能である。

【産業上の利用可能性】

【0079】

本発明は、ヘッドアップディスプレイやヘッドマウントディスプレイなどの表示装置に利用することができる。

【符号の説明】

【0080】

１ 光源ユニット
１ａ ＥＰＥ
２、２ａ、２ｂ コンバイナ
３ａ、３ｂ 支持部材
４ 制御部
５ 高さ調整アクチュエータ
６ チルト角調整アクチュエータ
１００、１０１、１０１ａ、１０１ｂ ヘッドアップディスプレイ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】