特開 2024-122217 バックライトを使用してアイボックスを制御する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】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024122217

(43)【公開日】2024-09-09

(54)【発明の名称】バックライトを使用してアイボックスを制御するヘッドアップディスプレイ

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/01 20060101AFI20240902BHJP

   B60K 35/23 20240101ALI20240902BHJP

   H04N 5/64 20060101ALI20240902BHJP

【ＦＩ】

G02B27/01

B60K35/00 A

H04N5/64 501D

H04N5/64 521Z

【審査請求】有

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023029646

(22)【出願日】2023-02-28

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2024-05-14

(71)【出願人】

【識別番号】593061064

【氏名又は名称】怡利電子工業股▲ふん▼有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】100082418

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 朔生

(74)【代理人】

【識別番号】100167601

【弁理士】

【氏名又は名称】大島 信之

(74)【代理人】

【識別番号】100201329

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 真二郎

(74)【代理人】

【識別番号】100220917

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 忠大

(72)【発明者】

【氏名】陳錫勳

【テーマコード（参考）】

2H199

3D344

【Ｆターム（参考）】

2H199DA03

2H199DA12

2H199DA13

2H199DA14

2H199DA15

2H199DA16

2H199DA30

2H199DA31

2H199DA32

2H199DA33

2H199DA46

3D344AA19

3D344AA21

3D344AA26

3D344AA27

3D344AC25

(57)【要約】

【課題】バックライトを使用してアイボックスを制御するヘッドアップディスプレイを提供する。
【解決手段】結像ハーフミラーと組み合わせて使用するのに適していると共に、バックライトと、切り替え可能な調整ミラーと、バックライト凹面鏡と、表示パネルと、結像凹面鏡と、を備えている。切り替え可能な調整ミラーはバックライトからバックライト凹面鏡までの光路上に位置していると共に曲率が異なる複数の鏡面を含み、何れか１つの前記鏡面は前記バックライトからのバックライトビームをバックライト凹面鏡に選択的に反射する。これにより、アイボックスを観察者の目の位置に追従するように制御する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

結像ハーフミラーと組み合わせて使用するのに適するバックライトを使用してアイボックスを制御するヘッドアップディスプレイであって、
バックライトビームを投射するためのバックライトと、
曲率が異なる複数の鏡面を含み、各前記鏡面を選択的に切り替えることで前記バックライトからの前記バックライトビームを反射する切り替え可能な調整ミラーと、
何れか１つの前記鏡面から反射された前記バックライトビームを反射するように配置されているバックライト凹面鏡と、
イメージを表示するように配置されていると共に前記バックライト凹面鏡により反射された前記バックライトビームを透過させてイメージビームを形成させる表示パネルと、
前記イメージビームを前記結像ハーフミラーに反射するように配置され、前記結像ハーフミラーの観察者から離れた一側に位置している表示パネル虚像、及び前記結像ハーフミラーの前記観察者から近い一側に位置していると共に前記観察者の目に位置しているバックライト実像を形成し、前記バックライト実像はアイボックスである結像凹面鏡と、をさらに備えていることを特徴とするバックライトを使用してアイボックスを制御するヘッドアップディスプレイ。

【請求項2】

前記結像ハーフミラーはフロントガラスまたはコンバイナであり、前記結像凹面鏡からの前記イメージビームを前記観察者の目に部分的に反射するために用いられ、同時に、前方の景色の光線を前記観察者の目に部分的に透過させることを特徴とする請求項１に記載のバックライトを使用してアイボックスを制御するヘッドアップディスプレイ。

【請求項3】

前記切り替え可能な調整ミラーは回転可能なローラーを更に備え、前記ローラーには複数の前記鏡面が設置され、前記ローラーの回転により前記バックライトからの前記バックライトビームが何れか１つの前記鏡面に投射されることを特徴とする請求項１に記載のバックライトを使用してアイボックスを制御するヘッドアップディスプレイ。

【請求項4】

前記ローラーのローラーシャフトの少なくとも一端はシャフトカーブに沿って移動することを特徴とする請求項３に記載のバックライトを使用してアイボックスを制御するヘッドアップディスプレイ。

【請求項5】

前記切り替え可能な調整ミラーは回転可能なターンテーブルを更に備え、前記ターンテーブルには複数の前記鏡面が設置され、前記ターンテーブルの回転により前記バックライトからの前記バックライトビームが何れか１つの前記鏡面に投射されることを特徴とする請求項１に記載のバックライトを使用してアイボックスを制御するヘッドアップディスプレイ。

【請求項6】

前記ターンテーブルのターンテーブルシャフトの少なくとも一端はシャフトカーブに沿って移動することを特徴とする請求項５に記載のバックライトを使用してアイボックスを制御するヘッドアップディスプレイ。

【請求項7】

複数の前記鏡面は少なくとも１つの曲面鏡または少なくとも１つの平面鏡を含み、或いは少なくとも１つの曲面鏡及び少なくとも１つの平面鏡を含むことを特徴とする請求項１に記載のバックライトを使用してアイボックスを制御するヘッドアップディスプレイ。

【請求項8】

前記曲面鏡は球面鏡、非球面鏡、または自由曲面ミラーであることを特徴とする請求項７に記載のバックライトを使用してアイボックスを制御するヘッドアップディスプレイ。

【請求項9】

各前記鏡面の角度は調整可能であり、第一軸方向及び第二軸方向における前記アイボックスの位置を決定し、前記第一軸方向は前記第二軸方向に対し垂直であり、前記第一軸方向及び前記第二軸方向は共に前記観察者の視線方向と垂直になることを特徴とする請求項１に記載のバックライトを使用してアイボックスを制御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、ヘッドアップディスプレイ（ｈｅａｄ－ｕｐ ｄｉｓｐｌａｙ）に関し、より詳しくは、バックライトを使用してアイボックスを制御するヘッドアップディスプレイに関する。

【背景技術】

【0002】

図１Ａ乃至図２Ｃに示すように、従来のヘッドアップディスプレイの画像生成ユニットＰＧＵ１に使用される液晶ディスプレイのようなバックライト式ディスプレイは、通常バックライト１及び表示パネル４を有している。バックライト１は通常表示パネル４の後に設置されている。ヘッドアップディスプレイの光路の設計では、表示するイメージをズームアウトして目の焦点距離の切り替えを減らすため、画像生成ユニットＰＧＵ１が投射するイメージは結像凹面鏡５により反射、拡大された後に観察者の目Ｅに投射される。このため、表示パネル４が結像凹面鏡５の焦点距離内に設置され、結像凹面鏡５の後方の離れた箇所に形成されると共に拡大される表示パネル虚像Ｇは、結像ハーフミラー６により観察者の目Ｅに部分的に反射され、結像ハーフミラー６の観察者から離れた一側に結像された表示パネル虚像Ｇを観察者が視覚的に観察可能になる。結像ハーフミラー６は図２Ａのフロントガラス（ｗｉｎｄｓｈｉｅｌｄ）６１、または図２Ｂのコンバイナ（ｃｏｍｂｉｎｅｒ）６２のように、投射されたイメージ光を観察者の目Ｅに部分的に反射し、同時に、前方の景色の光線を観察者の目に部分的に透過させる。

【0003】

拡張現実機能を有しているヘッドアップディスプレイが、投射されるイメージを車両前方の実際の景色に可能な限り重ね合わせるようにするため、イメージの結像距離を可能な限りズームアウトする必要があるため、例えば１０ｍまたはそれより遠くにズームアウトするために、表示パネル４を結像凹面鏡５の焦点に接近させ、焦点に接近するほど結像距離が遠くなる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、このような条件において、バックライト１が表示パネル４の後に設置されるため、バックライト１が結像凹面鏡５の焦点に更に接近し、ひいては焦点を超過する。図１Ａと図１Ｂに示すように、バックライト１が焦点Ｆを超過せずに焦点Ｆに接近する場合、画像生成ユニットＰＧＵ１のバックライト１は結像凹面鏡５により反射された後に結像凹面鏡５の後の更に離れた箇所に更に大きなバックライト虚像ＢＬ＿ｉｍ５を形成する。または、図１Ａと図１Ｃに示す如く、バックライト１が焦点Ｆを超過して焦点Ｆに接近する場合、画像生成ユニットＰＧＵ１のバックライト１は結像凹面鏡５により反射された後に結像凹面鏡５の前の大きく離れた箇所に大きなバックライト実像ＢＬ＿ｒｅ５を形成する。

【0005】

バックライト実像の結像位置は全ての光線が交わる領域であり、この領域では最も明晰で明瞭な完全なイメージを観察でき、イメージを観察するのに最良な位置となる。即ち、アイボックスの位置である。よって、観察する輝度及び光線の利用率を高める最良の設計は、サイズの小さいバックライト実像（アイボックス）を形成し、且つその位置を観察者の目の位置にする。

【0006】

バックライト１が観察者の目Ｅの位置に小さいバックライト実像ＢＬ＿ｒｅ５を形成するようにするため、バックライト１が結像凹面鏡５の焦点から超過すると共に離れるようにし、像距離を短縮し、倍率を下げる（図２Ａと図２Ｂ参照）。但し、このような設計は、バックライト１の光線の利用率が低下した。図２Ｃに示す如く、高指向性ではないバックライト１が遠い箇所で投射する光線はビーム拡散角が大きいため、最後に少ない部分的な光線のみが表示パネル４を透過すると共に観察者のアイボックスに進入するため、観察者が観察するイメージの輝度が低く、且つ部材の間には広い空間が必要であった。

【0007】

好ましくは、図３Ａ及び図３Ｂに示す如く、画像生成ユニットＰＧＵ２は、バックライト１が発する光線をバックライト凹面鏡３により表示パネル４に反射する。バックライト１はこのバックライト凹面鏡３の焦点距離内に設置され、バックライト凹面鏡３の後の離れた箇所に拡大されたバックライト虚像ＢＬ＿ｉｍ３を形成する。このバックライト虚像ＢＬ＿ｉｍ３が結像凹面鏡５の焦点から超過すると共に離れ、結像凹面鏡５及び結像ハーフミラー６により反射された後に観察者の目Ｅの位置にバックライト実像ＢＬ＿ｒｅ５が形成される。このようにすることで、小さいバックライト１を使用して部材の間の距離を短縮させ、且つバックライト凹面鏡３が反射した後のビームが高い指向性を有し、高光線の利用率が高まる。

【0008】

しかしながら、車両にいる観察者は固定で不動ではなく、座席や頭部が移動したり擺動する。一旦、目Ｅがバックライト実像ＢＬ＿ｒｅ５の位置から離れ、図４に示すように前後に移動すると、光線が目Ｅに焦点を集めれず、観察者が観察するイメージの輝度の品質に影響が生じる。上下または左右に移動する場合、観察するイメージの輝度の品質が影響を受ける以外、観察者がイメージを部分的にしか見ることができず、さらにはイメージが全く見えなくなることもあった。

【0009】

一般的には、凹面鏡が結像する物体と像との間には連鎖連動関係がある。即ち、バックライト１の位置の変化がバックライト実像の位置を連動させて変化させる。目Ｅが変位した状況でも観察するイメージの品質を維持するためには、変位可能なバックライト１及び曲率、位置が固定されているバックライト曲面ミラーＢＬＣを組み合わせることで、目Ｅに追従してバックライト実像ＢＬ＿ｒｅ５（即ち、アイボックス）の位置が移動するようにしている。しかしながら、変位可能なバックライト１には広い空間が必要であるという問題があった。

【0010】

本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、以下の構成を採用することによって、上記目的が達成されることを見出し、本発明を完成させるに至った。

【0011】

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、観察者の目の位置の変化により、観察者が観察するイメージが崩れるまたは品質が低下するのを回避するバックライトを使用してアイボックスを制御するヘッドアップディスプレイを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明の一実施態様によれば、バックライトを使用してアイボックスを制御するヘッドアップディスプレイが提供される。

【0013】

本発明に係るバックライトを使用してアイボックスを制御するヘッドアップディスプレイは、結像ハーフミラーと組み合わせて使用するのに適し、且つ、バックライトビームを投射するためのバックライトと、曲率が異なる複数の鏡面を含み、各前記鏡面を選択的に切り替えることで前記バックライトからの前記バックライトビームを反射する切り替え可能な調整ミラーと、何れか１つの前記鏡面から反射された前記バックライトビームを反射するように配置されているバックライト凹面鏡と、イメージを表示するように配置されていると共に前記バックライト凹面鏡により反射された前記バックライトビームを透過させてイメージビームを形成させる表示パネルと、前記イメージビームを前記結像ハーフミラーに反射するように配置され、前記結像ハーフミラーの観察者から離れた一側に位置している表示パネル虚像、及び前記結像ハーフミラーの前記観察者から近い一側に位置していると共に前記観察者の目に位置しているバックライト実像を形成し、前記バックライト実像はアイボックスである結像凹面鏡と、をさらに備えている。

【0014】

選択可能は、前記結像ハーフミラーはフロントガラスまたはコンバイナであり、前記結像凹面鏡からの前記イメージビームを前記観察者の目に部分的に反射するために用いられ、同時に、前方の景色の光線を前記観察者の目に部分的に透過させる。

【0015】

選択可能は、前記切り替え可能な調整ミラーは回転可能なローラーを更に備え、前記ローラーには複数の前記鏡面が設置され、前記ローラーの回転により前記バックライトからの前記バックライトビームが何れか１つの前記鏡面に投射される。

【0016】

選択可能は、前記ローラーのローラーシャフトの少なくとも一端はシャフトカーブに沿って移動する。

【0017】

選択可能は、前記切り替え可能な調整ミラーは回転可能なターンテーブルを更に備え、前記ターンテーブルには複数の前記鏡面が設置され、前記ターンテーブルの回転により前記バックライトからの前記バックライトビームが何れか１つの前記鏡面に投射される。

【0018】

選択可能は、前記ターンテーブルのターンテーブルシャフトの少なくとも一端はシャフトカーブに沿って移動する。

【0019】

選択可能は、複数の前記鏡面は少なくとも１つの曲面鏡または少なくとも１つの平面鏡を含み、或いは少なくとも１つの曲面鏡及び少なくとも１つの平面鏡を含む。

【0020】

選択可能は、前記曲面鏡は球面鏡、非球面鏡、または自由曲面ミラーである。

【0021】

選択可能は、各前記鏡面の角度は調整可能であり、第一軸方向及び第二軸方向における前記アイボックスの位置を決定し、前記第一軸方向は前記第二軸方向に対し垂直であり、前記第一軸方向及び前記第二軸方向は共に前記観察者の視線方向と垂直になる。

【発明の効果】

【0022】

このように、本発明によれば、次のような効果がある。
本発明に係るヘッドアップディスプレイは、バックライトと表示パネルとの間の光路上に切り替え可能な調整ミラーを設置することで、バックライト実像の位置を観察者の目に追従して変化させ、観察者の目の位置が変化しても、観察者が観察するイメージを完全で良好な品質に保持する目的を達成させる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1A】従来のヘッドアップディスプレイの結像とアイボックスを示す概略図である。

【図1B】図１Ａに示すヘッドアップディスプレイがバックライトが結像凹面鏡の焦点内にあるときの結像概略図である。

【図1C】図１Ａに示すヘッドアップディスプレイがバックライトが結像凹面鏡の焦点外にあるときの結像概略図である。

【図2A】従来のヘッドアップディスプレイのバックライトの実像が視聴者の目に結像する概略図である。

【図2B】従来のヘッドアップディスプレイのバックライトの実像が視聴者の目に結像する概略図である。

【図2C】図２Ａと図２Ｂに示すヘッドアップディスプレイのバックライトがディスプレイパネルに光ビームを投射する概略図である。

【図3A】ヘッドアップディスプレイがバックライト凹面鏡を使用し、アイボックスように結像する概略図である。

【図3B】図３Ａに示すヘッドアップディスプレイのバックライトがバックライト凹面鏡を介して表示パネルに光線を投射する概略図である。

【図4】ヘッドアップディスプレイの視聴者の人の目の動きを示す概略図である。

【図5】本発明の一実施例に係る分割型切り替え可能な調整ミラーを備えるヘッドアップディスプレイの結像とアイボックスを示す概略図である。

【図6】図５に示すヘッドアップディスプレイがアイボックスを前方に移動するように制御するときの概略図である。

【図7】図５に示すヘッドアップディスプレイがアイボックスを後方に移動するように制御するときの概略図である。

【図8】本発明の一実施例に係るローラー式切り替え可能な調整ミラーを備えるヘッドアップディスプレイの結像とアイボックスを示す概略図である。

【図9A】本発明の一実施例に係るローラー式切り替え可能な調整ミラーを示す模式的な断面図である。

【図9B】本発明の一実施例に係るローラー式切り替え可能な調整ミラーを示す模式的な断面図である。

【図10A】本発明の一実施例に係るローラー式切り替え可能な調整ミラーを示す模式的な断面図である。

【図10B】本発明の一実施例に係るローラー式切り替え可能な調整ミラーを示す模式的な断面図である。

【図11A】本発明の一実施例に係るローラー式切り替え可能な調整ミラーを示す模式的な断面図である。

【図11B】本発明の一実施例に係るローラー式切り替え可能な調整ミラーを示す模式的な断面図である。

【図12A】本発明の一実施例に係るローラー式切り替え可能な調整ミラーを示す模式的な断面図である。

【図12B】本発明の一実施例に係るローラー式切り替え可能な調整ミラーを示す模式的な断面図である。

【図13A】本発明の一実施例に係るローラー式切り替え可能な調整ミラーを示す模式的な断面図である。

【図13B】本発明の一実施例に係るローラー式切り替え可能な調整ミラーを示す模式的な断面図である。

【図14A】本発明の一実施例に係るローラー式切り替え可能な調整ミラーを示す模式的な断面図である。

【図14B】本発明の一実施例に係るローラー式切り替え可能な調整ミラーを示す模式的な断面図である。

【図15A】本発明の一実施例に係るローラー式切り替え可能な調整ミラーを示す模式的な断面図である。

【図15B】本発明の一実施例に係るローラー式切り替え可能な調整ミラーを示す模式的な断面図である。

【図16A】本発明の一実施例に係るローラー式切り替え可能な調整ミラーを示す模式的な断面図である。

【図16B】本発明の一実施例に係るローラー式切り替え可能な調整ミラーを示す模式的な断面図である。

【図17A】本発明の一実施例に係るローラー式切り替え可能な調整ミラーを示す模式的な断面図である。

【図17B】本発明の一実施例に係るローラー式切り替え可能な調整ミラーを示す模式的な断面図である。

【図18A】本発明の異なる実施例に係る切り替え可能な調整ミラーうちの１つ鏡面を示す概略図である。

【図18B】本発明の異なる実施例に係る切り替え可能な調整ミラーうちの１つ鏡面を示す概略図である。

【図18C】本発明の異なる実施例に係る切り替え可能な調整ミラーうちの１つ鏡面を示す概略図である。

【図18D】本発明の異なる実施例に係る切り替え可能な調整ミラーうちの１つ鏡面を示す概略図である。

【図18E】本発明の異なる実施例に係る切り替え可能な調整ミラーうちの１つ鏡面を示す概略図である。

【図19】本発明の一実施例に係るローラー型切り替え可能な調整ミラーの鏡面の異なる向きの概略図である。

【図20】図８に示すヘッドアップディスプレイがアイボックスを前方に移動するように制御する概略図である。

【図21】図８に示すヘッドアップディスプレイがアイボックスを後方に移動するように制御する概略図である。

【図22】図８に示すヘッドアップディスプレイがアイボックスを上方に移動するように制御する概略図である。

【図23】図８に示すヘッドアップディスプレイがアイボックスを下方に移動するように制御する概略図である。

【図24A】本発明の一実施例の図９Ａと図９Ｂに係るローラー式切り替え可能な調整ミラーのローラーシャフトがシャフトカーブに沿って移動する概略図である。

【図24B】図２４Ａに示すローラー式切り替え可能な調整ミラーのローラーシャフトがシャフトカーブに沿って移動するとき、現在選択されている鏡面の回転角度が変化する概略図である。

【図25】図８に示すヘッドアップディスプレイがアイボックスを左右に移動するように制御する概略図である。

【図26A】ローラー式切り替え可能な調整ミラーの鏡面を制御して、異なる方式で左右に回転させる概略図である。

【図26B】ローラー式切り替え可能な調整ミラーの鏡面を制御して、異なる方式で左右に回転させる概略図である。

【図26C】ローラー式切り替え可能な調整ミラーの鏡面を制御して、異なる方式で左右に回転させる概略図である。

【図26D】ローラー式切り替え可能な調整ミラーの鏡面を制御して、異なる方式で左右に回転させる概略図である。

【図27】図２６Ｄに示すローラー式切り替え可能な調整ミラーのローラーシャフトの両端がそれぞれ二つのシャフトカーブに沿って移動するときに、現在選択されている鏡面の回転角度が変化する概略図である。

【図28】本発明の一実施例に係るターンテーブル式切り替え可能な調整ミラーを備えるヘッドアップディスプレイの結像とアイボックスを示す概略図である。

【図29】本発明の異なる実施例に係るターンテーブル型切り替え可能な調整ミラーの概略図である。

【図30】本発明の異なる実施例に係るターンテーブル型切り替え可能な調整ミラーの概略図である。

【図31】本発明の異なる実施例に係るターンテーブル型切り替え可能な調整ミラーの概略図である。

【図32】本発明の異なる実施例に係るターンテーブル型切り替え可能な調整ミラーの概略図である。

【図33】本発明の異なる実施例に係るターンテーブル型切り替え可能な調整ミラーの概略図である。

【図34】本発明の異なる実施例に係るターンテーブル型切り替え可能な調整ミラーの概略図である。

【図35】本発明の一実施例に係るターンテーブル式切り替え可能な調整ミラーの鏡面の各方向を示す概略図である。

【図36】図２８に示すヘッドアップディスプレイがアイボックスを上下に移動するように制御する概略図である。

【図37A】ローラー式切り替え可能な調整ミラーの鏡面を制御して、異なる方式で上下に回転させる概略図である。

【図37B】ローラー式切り替え可能な調整ミラーの鏡面を制御して、異なる方式で上下に回転させる概略図である。

【図37C】ローラー式切り替え可能な調整ミラーの鏡面を制御して、異なる方式で上下に回転させる概略図である。

【図37D】ローラー式切り替え可能な調整ミラーの鏡面を制御して、異なる方式で上下に回転させる概略図である。

【図37E】図３７Ｄに示すターンテーブル式切り替え可能な調整ミラーのターンテーブルシャフトの両端がそれぞれ二つのシャフトカーブに沿って移動するときに、現在選択されている鏡面の回転角度が変化する概略図である。

【図38】図２８に示すヘッドアップディスプレイがアイボックスを左右に移動するように制御する概略図である。

【図39A】ターンテーブル式切り替え可能な調整ミラーの鏡面を制御して、異なる方式で左右に回転させる概略図である。

【図39B】ターンテーブル式切り替え可能な調整ミラーの鏡面を制御して、異なる方式で左右に回転させる概略図である。

【図39C】ターンテーブル式切り替え可能な調整ミラーの鏡面を制御して、異なる方式で左右に回転させる概略図である。

【図39D】ターンテーブル式切り替え可能な調整ミラーの鏡面を制御して、異なる方式で左右に回転させる概略図である。

【図39E】図３９Ｄに示すターンテーブル式切り替え可能な調整ミラーのターンテーブルシャフトの両端がそれぞれ二つのシャフトカーブに沿って移動するときに、現在選択されている鏡面の回転角度が変化する概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

【0025】

本発明の結像ハーフミラーはフロントガラスまたはコンバイナでもよく、投射されるイメージビームを観察者の目に部分的に反射し、同時に前方の景色の光線を観察者の目に部分的に透過させるために用いられている。以下の実施例では、フロントガラスを結像ハーフミラーとしているもののみについて説明するが、コンバイナに交換しても同様の効果を有する。

【0026】

本発明の一実施例に係るヘッドアップディスプレイは、画像生成ユニットＰＧＵ３と、結像凹面鏡５と、結像ハーフミラー６と、を少なくとも備えている（図５参照）。

【0027】

画像生成ユニットＰＧＵ３は、バックライト１と、切り替え可能な調整ミラー２と、バックライト凹面鏡３と、表示パネル４と、を含んで構成されている。バックライト１はバックライトビームを切り替え可能な調整ミラー２に投射する。切り替え可能な調整ミラー２は曲率が異なる複数の鏡面を含み、且つ各鏡面は選択的に切り替え可能であり、バックライト１からのバックライトビームをバックライト凹面鏡３に反射する。バックライト凹面鏡３は何れか１つの鏡面により反射されたバックライトビームを表示パネル４に反射する。表示パネル４はイメージを表示すると共にバックライト凹面鏡３により反射されたバックライトビームを透過させてイメージビームを形成する。

【0028】

結像凹面鏡５は画像生成ユニットＰＧＵ３からのイメージビームを結像ハーフミラー６に反射し、結像ハーフミラー６の観察者から離れた一側に位置している表示パネル虚像、及び結像ハーフミラー６の観察者から近い一側に位置していると共に観察者の目Ｅに位置しているバックライト実像を形成する。このバックライト実像はアイボックスである。

【0029】

本発明に係るヘッドアップディスプレイは切り替え可能な調整ミラー２の曲率が異なる鏡面を交換することでバックライト１の平行移動方式を代替し、バックライト１が切り替え可能な調整ミラー２により距離及びサイズが異なるバックライト調整虚像ＢＬ＿ｉｍ２を形成する。続いて、これらバックライト調整虚像ＢＬ＿ｉｍ２が、バックライト凹面鏡３の後方に対応する距離が異なるバックライト虚像ＢＬ＿ｉｍ３を形成する。最後に、これらバックライト虚像ＢＬ＿ｉｍ３が、結像凹面鏡５の前に距離が異なるバックライト実像ＢＬ＿ｒｅ５（アイボックス）を形成し、観察者の目Ｅまでの距離の違いに対応させる。このようにすれば、バックライト１を平行移動させるには広い空間が必要となるという問題を解決できる。

【0030】

以下、図６乃至図７を参照し、図５の切り替え可能な調整ミラー２の仔細について例示的に説明する。

【0031】

図６の例では、アイトラッキングシステム（図示省略）が観察者の目の前方への移動を検出すると、切り替え可能な調整ミラー２中から曲率半径が小さい（Ｒ↓）及び曲率が大きい（１／Ｒ↑）凹面鏡が鏡面として選択され、バックライト１が切り替え可能な調整ミラー２の焦点距離内にあるため、切り替え可能な調整ミラー２の拡大倍率が増加し、切り替え可能な調整ミラー２の後方に形成されるバックライト調整虚像ＢＬ＿ｉｍ２の光路の距離が延長され、バックライト調整虚像ＢＬ＿ｉｍ２の結像倍率も拡大する。これにより、バックライト調整虚像ＢＬ＿ｉｍ２とバックライト凹面鏡３との間の光路の距離も延長されるが、バックライト凹面鏡３の焦点距離よりは長くならない。この際、バックライト凹面鏡３の後方に形成されたバックライト虚像ＢＬ＿ｉｍ３の光路の距離が延長され、バックライト虚像ＢＬ＿ｉｍ３の結像倍率も増加し、元々結像凹面鏡５の焦点距離よりも長かったバックライト虚像ＢＬ＿ｉｍ３と結像凹面鏡５との間の光路の距離が、結像凹面鏡５の焦点よりも更に長くなる。このようにすることで、結像凹面鏡５の前方に形成されたバックライト実像ＢＬ＿ｒｅ５の光路の距離が短縮し、バックライト実像ＢＬ＿ｒｅ５の結像倍率も減少し、バックライト実像ＢＬ＿ｒｅ５（アイボックス）が結像ハーフミラー６に近接する方向に移動し、即ち、観察者の目の前方への移動に追従し、アイボックスが観察者の目と重なり合うように保持される。

【0032】

バックライト実像ＢＬ＿ｒｅ５のサイズは、切り替え可能な調整ミラー２の倍率の増加、バックライト凹面鏡３の倍率の増加、及び結像凹面鏡５の倍率の減少により、曲率を適切に組み合わせるのみで、最終的なバックライト実像ＢＬ＿ｒｅ５のサイズが、切り替え可能な調整ミラー２の鏡面の曲率を交換する前後のアイボックスのサイズと略同じに維持されるように制御される。

【0033】

図７の例では、アイトラッキングシステム（図示省略）が観察者の目の後方への移動を検出すると、切り替え可能な調整ミラー２中から曲率半径が大きい（Ｒ↑）及び曲率が小さい（１／Ｒ↓）凹面鏡が鏡面として選択され、バックライト１が切り替え可能な調整ミラー２の焦点距離内にあるため、切り替え可能な調整ミラー２の拡大倍率が減少し、切り替え可能な調整ミラー２の後方に形成されるバックライト調整虚像ＢＬ＿ｉｍ２の光路の距離が短縮し、バックライト調整虚像ＢＬ＿ｉｍ２の結像倍率も縮小する。これにより、バックライト調整虚像ＢＬ＿ｉｍ２とバックライト凹面鏡３との間の光路の距離も短縮する。この際、バックライト凹面鏡３の後方に形成されるバックライト虚像ＢＬ＿ｉｍ３の光路の距離が短縮し、バックライト虚像ＢＬ＿ｉｍ３の結像倍率も減少し、元々結像凹面鏡５の焦点距離よりも長かったバックライト虚像ＢＬ＿ｉｍ３と結像凹面鏡５との間の光路の距離が短縮し、但し、結像凹面鏡５の焦点距離よりは短くならない。このようにすることで、結像凹面鏡５の前方に形成されるバックライト実像ＢＬ＿ｒｅ５の光路の距離が延長され、バックライト実像ＢＬ＿ｒｅ５の結像倍率も増加する。このようにすれば、バックライト実像ＢＬ＿ｒｅ５（アイボックス）が結像ハーフミラー６から離れる方向に移動し、即ち、観察者の目の後方への移動に追従し、アイボックスが観察者の目と重なり合うように保持される。

【0034】

バックライト実像ＢＬ＿ｒｅ５のサイズは、切り替え可能な調整ミラー２の倍率の減少、バックライト凹面鏡３の倍率の減少、及び結像凹面鏡５の倍率の増加により、曲率を適切に組み合わせるのみで、最終的なバックライト実像ＢＬ＿ｒｅ５のサイズを、切り替え可能な調整ミラー２の鏡面の曲率を交換する前後のアイボックスサイズと略同じに維持されるように制御される。

【0035】

図５に示す如く、切り替え可能な調整ミラー２中の曲率が異なる複数の鏡面は、互いに分離している複数の部材により実現し、且つ切り替え可能な調整ミラー２の交換メカニズムにより適切な曲率の部材を適応的に選択しているが、本発明はこれらに限定されるものではない。他の実施形態では、切り替え可能な調整ミラー２中の曲率が異なる複数の鏡面の変更は、同じ部材に統合することで実現しており、このようにすることで、切り替え可能な調整ミラー２の曲率を高速に変更し、空間を節約している。

【0036】

図８乃至図９Ｂを参照すれば、ヘッドアップディスプレイの画像生成ユニットＰＧＵ４の切り替え可能な調整ミラーはローラー式切り替え可能な調整ミラー２０であり、これは統合式切り替え可能な調整ミラーであり、且つローラー２１と、ローラー２１のローラーシャフト２２と、ローラーシャフト２２に回転可能に接続されているローラー駆動機と、を備えている。ローラー２１は曲率の異なる４つの鏡面２３を有している。ヘッドアップディスプレイはローラー駆動機によりローラー２１を回転するように連動させ、曲率の異なる鏡面２３に切り換え、バックライト１からのバックライトビームＬを選択された鏡面２３に投射させてバックライト凹面鏡３に反射させる。

【0037】

続いて、バックライト凹面鏡３は、鏡面２３からのバックライトビームＬを表示パネル４に反射させ、このバックライトビームＬは表示パネル４を透過した後にイメージビームＤとして結像凹面鏡５まで進行する。イメージビームＤが結像凹面鏡５により結像ハーフミラー６に反射され、結像ハーフミラー６がイメージビームＤを観察者の目Ｅに反射させて結像ハーフミラー６の観察者から離れた一側に位置している表示パネル虚像Ｇ、及び結像ハーフミラー６の観察者に近い一側に位置しているバックライト実像ＢＬ＿ｒｅ５を形成する。

【0038】

このヘッドアップディスプレイでは、バックライトビームＬが曲率の異なる鏡面２３により反射されることでバックライト１の等価距離が変化するため、バックライト１の等価距離を変化させることでバックライト実像ＢＬ＿ｒｅ５の位置を制御し、即ち、アイボックスの水平位置を制御する。

【0039】

図８乃至図９Ｂに示す如く、ローラー式切り替え可能な調整ミラー２０の４つの鏡面２３は、１つの平面鏡と、１つの凸面鏡と、２つの凹面鏡と、を有している。しかし、本発明はこれらに限定されるものではない。他の実施形態では、ローラー式切り替え可能な調整ミラー２０のローラー２１上にある４つの鏡面２３の平面鏡の数量、凸面鏡の数量、及び凹面鏡の数量は他の配列で組み合わせられてもよく、例えば、図１０Ａ及び図１０Ｂのような１つの平面鏡及び３つの凹面鏡、或いは図１１Ａ及び図１１Ｂのような４つの凹面鏡でもよい。または、他の実施例において、ローラー式切り替え可能な調整ミラー２０のローラー２１にある鏡面２３の数量は、図１２Ａ乃至図１４Ｂに示すように、２つに改変してもよく、或いは図１５Ａ乃至図１７Ｂに示すように３つに改変してもよく、もしくは４つの以上に改変してもよい。また、鏡面２３は平面鏡、凸面鏡、または凹面鏡でもよい。凸面鏡を使用する場合、バックライト１が凸面鏡の後方の焦点距離内にサイズが縮小された虚像を形成する。平面鏡を使用する場合、バックライト１が平面鏡の後方に等距離で同じサイズの虚像を形成する。よって、凹面鏡以外、凸面鏡及び平面鏡もバックライト調整虚像の光路の距離及びサイズを変更し、アイボックスの光路の距離及びサイズを変更するために用いることができる。

【0040】

ローラー式切り替え可能な調整ミラー２０の複数の鏡面２３は球面鏡を使用する以外、鏡面２３は非球面鏡や自由曲面ミラーでもよく、その曲面のタイプは、例えば、Ｘ軸及びＹ軸に異なる曲率を有するトロイダルミラー（Ｔｏｒｏｉｄａｌ ｍｉｒｒｏｒ）、楕円面ミラー（Ｅｌｌｉｐｓｏｉｄａｌ ｍｉｒｒｏｒ）、非軸楕円面ミラー（Ｏｆｆ－ａｘｉｓ ｅｌｌｉｐｓｏｉｄａｌ ｍｉｒｒｏｒ）、放物面鏡（Ｐａｒａｂｏｌｉｃａｌ ｍｉｒｒｏｒ）、非軸放物面鏡（Ｏｆｆ－ａｘｉｓ ｐａｒａｂｏｌｉｃａｌ ｍｉｒｒｏｒ）、または双曲放物面鏡（Ｈｙｐｅｒｂｏｌｉｃ ｐａｒａｂｏｌｏｉｄ ｍｉｒｒｏｒ）等がある。その曲面の形態は図１８Ａに示すような双凹曲面鏡、図１８Ｂに示すような双凸曲面鏡、図１８Ｃに示すような柱状凹面鏡、図１８Ｄに示すような柱状凸面鏡、または図１８Ｅに示すような双曲放物面鏡等がある。

【0041】

図８に示すヘッドアップディスプレイのローラー式切り替え可能な調整ミラー２０を挙げて本発明に係るヘッドアップディスプレイの動作状況について例示的に説明する。鏡面２３の回転方向を明確に定義するため、図１９を参照すれば、入射バックライトビームＬ１が鏡面２３に投射されると共に鏡面２３により反射された後に出射バックライトビームＬ２が射出され、且つ入射バックライトビームＬ１と鏡面センター２３２の法線２３１との間の挟角θが０度ではない状況において、入射バックライトビームＬ１の起源方向の平行な分量を下方と定義し、出射バックライトビームＬ２の射出方向の平行な分量を上方と定義し、鏡面２３に対向する右手側を右方とし、鏡面２３に対向する左手側を左方とし、鏡面２３が上に向けて回転するのを鏡面２３が上方に回転すると定義し、鏡面２３が下に向けて回転するのを鏡面２３が下方に回転すると定義し、鏡面２３が右に向けて回転するのを鏡面２３が右方に回転すると定義し、鏡面２３が左に向けて回転するのを鏡面２３が左方に回転すると定義する。

【0042】

＜アイボックスの位置は前後に調整可能＞
図２０に示す如く、アイトラッキングシステム（図示省略）が観察者の目の前方への移動を検出すると、ローラー式切り替え可能な調整ミラー２０のローラー２１が回転し、曲率が大きい（１／Ｒ↑）及び曲率半径が小さい（Ｒ↓）鏡面２３に切り替えられ、バックライト調整虚像ＢＬ＿ｉｍ２の像距離が増加し、バックライト虚像ＢＬ＿ｉｍ３の像距離も増加し、最後にバックライト実像ＢＬ＿ｒｅ５の像距離が減少し、アイボックスが観察者の目に追従して前方へ移動する。同時に、適合する曲率を組み合わせ、アイボックスのサイズを近似させて不変にする。

【0043】

逆に、図２１に示す如く、アイトラッキングシステム（図示省略）が観察者の目の後方への移動を検出すると、ローラー式切り替え可能な調整ミラー２０のローラー２１が回転し、曲率が小さい（１／Ｒ↓）及び曲率半径が大きい（Ｒ↑）鏡面２３に切り替えられ、バックライト調整虚像ＢＬ＿ｉｍ２の像距離が減少し、バックライト虚像ＢＬ＿ｉｍ３の像距離も減少し、最後にバックライト実像ＢＬ＿ｒｅ５の像距離が増加し、アイボックスが観察者の目に追従して後方への移動する。同時に、適合する曲率を組み合わせ、アイボックスのサイズを近似させて不変にする。

【0044】

＜アイボックスの位置は上下に調整可能＞
観察者の目の垂直高さが変化した場合、即ち、視線方向に垂直な第一軸方向上の位置が変化した場合、ローラー２１が回転することで、鏡面２３が上下に回転してアイボックスの垂直高さを調整する。

【0045】

図２２に示す如く、アイトラッキングシステム（図示省略）が観察者の目の上への移動を検出すると、ローラー２１がローラーシャフト２２を中心として図面の時計回り方向に回転するように駆動し、使用中の鏡面２３が下に向けて角度ａ１をつけて回転する。この際、バックライト調整虚像ＢＬ＿ｉｍ２も追従して時計回り方向に角度ａ２をつけて回転し、バックライト虚像ＢＬ＿ｉｍ３も追従して時計回り方向に角度ａ３をつけて回転し、バックライト実像ＢＬ＿ｒｅ５が反時計回り方向に角度Ａをつけて回転する。これにより、光路で各部材の有効作用範囲を逸脱しない条件において、アイボックスが観察者の目に追従して上方に移動する。

【0046】

逆に、図２３に示す如く、アイトラッキングシステム（図示省略）が観察者の目の下への移動を検出すると、ローラー２１がローラーシャフト２２を中心として図面の反時計回り方向に回転するように駆動し、使用中の鏡面２３が上に向けて角度ｂ１をつけて回転する。この際、バックライト調整虚像ＢＬ＿ｉｍ２が追従して反時計回り方向に角度ｂ２をつけて回転し、バックライト虚像ＢＬ＿ｉｍ３も追従して反時計回り方向に角度ｂ３をつけて回転し、バックライト実像ＢＬ＿ｒｅ５が時計回り方向に角度Ｂをつけて回転する。これにより、光路で各部材の有効作用範囲を逸脱しない条件において、アイボックスが観察者の目に追従して下方に移動する。

【0047】

鏡面２３の上下の回転方向とアイボックスの上下の連動移動方向とは同じに限られない。事実上、両者の間の相違点は、連鎖連動関係があるのみでよい。また、角度Ａと角度Ｂの値は、ローラーの回転角度、各曲面鏡の曲率、及び結像ハーフミラーの曲率から推算するか、或いはシミュレーションまたは実際に測定して獲得する。

【0048】

選択可能は、図２４Ａと図２４Ｂに示すように、ローラー式切り替え可能な調整ミラー２０のローラー２１が回転し、鏡面２３が上下に回転してアイボックスの垂直高さが調整されると、ローラーシャフト２２が回転すると同時にシャフトカーブＣ１に沿って移動し、鏡面２３が上下に回転する際に回転軸が鏡面２３の鏡面センター２３２に固定され、反射後の光路の設定が角度の変化による影響を受けなくなる。

【0049】

＜アイボックスの位置は左右に調整可能＞
アイボックスの垂直高さの調整と相似し、ローラー式切り替え可能な調整ミラー２０の鏡面２３を左右に回転することでアイボックスの左右の位置を調整可能であり、即ち、視線方向と垂直になる第二軸方向上の位置が変化する。

【0050】

図２５に示す如く、ローラー式切り替え可能な調整ミラー２０の使用中の鏡面２３が右に向けて回転すると、バックライト実像ＢＬ＿ｒｅ５が左に向けて移動することで、光路で各部材の有効作用範囲を逸脱しない条件において、アイボックスが観察者の目に追従して左方に向けて移動する。逆に、ローラー式切り替え可能な調整ミラー２０の使用中の鏡面２３が左に向けて回転すると、バックライト実像ＢＬ＿ｒｅ５が右に向けて移動し、光路で各部材の有効作用範囲を逸脱しない条件において、アイボックスが観察者の目に追従して右方に移動する。

【0051】

鏡面２３の左右の回転方向とアイボックスの左右の連動移動方向とは同じに限られない。事実上、両者の相違点は、連鎖連動関係があるのみでよい。ローラー式切り替え可能な調整ミラー２０の鏡面２３が左右に回転する方式は、一例を挙げると、図２６Ａに示す如く、ローラーシャフト２２の両端点がそれぞれ逆方向に同じ角速度で回転することで左右の回転を達成し、回転軸２０１がローラー式切り替え可能な調整ミラー２０の幾何学的中心に維持される。或いは、図２６Ｂに示す如く、ローラーシャフト２２の両端点がそれぞれ逆方向に異なる角速度で回転することで達成し、回転軸２０１がローラー式切り替え可能な調整ミラー２０の幾何学的中心から偏向する。または、図２６Ｃに示す如く、ローラーシャフト２２の何れか１つの端点を回転軸２０１として回転することで達成する。もしくは、図２６Ｄと図２７に示す如く、ローラーシャフト２２の両端点の移動の軌跡はそれぞれシャフトカーブＣ２及びシャフトカーブＣ３であり、ローラー２１が左右に回転する際に回転軸２０１が鏡面２３の鏡面センター２３２に固定され、反射後の光路の設定が角度の変化による影響を受けなくなる。

【0052】

また、鏡面２３の左右の回転角度とアイボックスの左右の移動距離との対応関係は推算、シミュレーション、または実際に測定することで獲得する。

【0053】

また、図２８と図２９を参照すれば、ヘッドアップディスプレイの画像生成ユニットＰＧＵ５の切り替え可能な調整ミラーはターンテーブル式切り替え可能な調整ミラー２４であり、これは統合式切り替え可能な調整ミラーであり、ターンテーブル２５と、ターンテーブル２５のターンテーブルシャフト２６と、ターンテーブルシャフト２６に回転可能に接続されているターンテーブル駆動機と、を含んで構成されている。ターンテーブル２５は曲率が異なる４つの鏡面２３を有している。ヘッドアップディスプレイはターンテーブル駆動機によりターンテーブル２５が回転するように連動され、曲率が異なる鏡面２３に切り替えられ、バックライト１からのバックライトビームＬが選択された鏡面２３に投射され、バックライト凹面鏡３に反射される。

【0054】

続いて、バックライト凹面鏡３が鏡面２３からのバックライトビームＬを表示パネル４に反射し、このバックライトビームＬは表示パネル４を透過した後にイメージビームＤとなって結像凹面鏡５に進行する。イメージビームＤは結像凹面鏡５により結像ハーフミラー６に反射され、結像ハーフミラー６がイメージビームＤを観察者の目Ｅに反射して結像ハーフミラー６の観察者から離れた一側に位置している表示パネル虚像Ｇ、及び結像ハーフミラー６の観察者に近い一側に位置しているバックライト実像ＢＬ＿ｒｅ５を形成する。

【0055】

このヘッドアップディスプレイでは、バックライトビームＬが曲率の異なる鏡面２３により反射されることでバックライト１の等価距離が変化するため、バックライト１の等価距離を変化させることでバックライト実像ＢＬ＿ｒｅ５の位置を制御し、即ち、アイボックスの水平位置を制御している。

【0056】

図２８と図２９の例では、ターンテーブル式切り替え可能な調整ミラー２４のターンテーブル２５にある４つの鏡面２３は、１つの平面鏡と、１つの凸面鏡と、２つの凹面鏡と、を有している。しかしながら、本発明はこれに限られない。他の実施形態では、ターンテーブル式切り替え可能な調整ミラー２４のターンテーブル２５にある４つの鏡面２３において、平面鏡の数量、凸面鏡の数量、及び凹面鏡の数量は他の配列で組み合わせられてもよく、例えば、図３０の４つの凹面鏡でもよい。或いは、他の実施形態では、ターンテーブル式切り替え可能な調整ミラー２４のターンテーブル２５にある鏡面２３の数量は図３１及び図３２に示すように２つに改変してもよく、または、図３３及び図３４に示すように３つに改変してもよく、もしくは４つ以上に改変してもよい。なお、鏡面２３は平面鏡、凸面鏡、または凹面鏡である。

【0057】

ターンテーブル式切り替え可能な調整ミラー２４の鏡面２３は球面鏡を使用する以外、鏡面２３は非球面鏡や自由曲面ミラーでもよく、その曲面のタイプは、例えば、Ｘ軸及びＹ軸に異なる曲率を有するトロイダルミラー、楕円面ミラー、非軸楕円面ミラー、放物面鏡、非軸放物面鏡、または双曲放物面鏡等がある。その曲面形態は、図１８Ａに示すような双凹曲面鏡、図１８Ｂに示すような双凸曲面鏡、図１８Ｃに示すような柱状凹面鏡、図１８Ｄに示すような柱状凸面鏡、図１８Ｅに示すような双曲放物面鏡等がある。

【0058】

図２８に示すヘッドアップディスプレイのターンテーブル式切り替え可能な調整ミラー２４を挙げて本発明に係るヘッドアップディスプレイの動作状況について例示的に説明する。鏡面２３の回転方向を明確に定義するため、図３５を参照し、入射バックライトビームＬ１が鏡面２３に入射すると共に鏡面２３により反射された後に出射バックライトビームＬ２を射出し、且つ入射バックライトビームＬ１と鏡面センター２３２の法線２３１との間の挟角θが０度とならない状況において、入射バックライトビームＬ１の起源方向の平行な分量を下方と定義し、出射バックライトビームＬ２の射出方向の平行な分量を上方と定義し、鏡面２３に対向する右手側を右方とし、鏡面２３に対向する左手側を左方とし、鏡面２３が上に向けて回転するのを鏡面２３が上方に回転すると定義し、鏡面２３が下に向けて回転するのを鏡面２３が下方に回転すると定義し、鏡面２３が右に向けて回転するのを鏡面２３が右方に回転すると定義し、鏡面２３が左に向けて回転するのを鏡面２３が左方に回転すると定義する。

【0059】

＜アイボックスの位置は上下に調整可能＞
ローラー式切り替え可能な調整ミラーと相似し、ターンテーブル式切り替え可能な調整ミラー２４の鏡面２３が上下に回転することでアイボックスの垂直高さが調整され、即ち、視線方向と垂直になる第一軸方向上の位置が変化する。

【0060】

ターンテーブル式切り替え可能な調整ミラー２４の使用中の鏡面２３が下に向けて回転すると、バックライト実像ＢＬ＿ｒｅ５が下へ向けて移動し、光路で各部材の有効作用範囲を逸脱しない条件において、アイボックスが観察者の目に追従して下方に移動する（図３６参照）。逆に、ターンテーブル式切り替え可能な調整ミラー２４の使用中の鏡面２３が上に向けて回転すると、バックライト実像ＢＬ＿ｒｅ５が上に向けて移動し、光路で各部材の有効作用範囲を逸脱しない条件において、アイボックスが観察者の目に追従して上方に移動する。

【0061】

鏡面２３が上下に回転する方向とアイボックスが連動移動する方向とは同じに限られない。事実上、両者の相違点は、連鎖連動関係があればよい。

【0062】

ターンテーブル式切り替え可能な調整ミラー２４の鏡面２３が上下に回転する方式は、一例を挙げると、ターンテーブルシャフト２６の両端点がそれぞれ逆方向に同じ角速度で回転することで達成し、回転軸２０２がターンテーブル２５の幾何学的中心に位置する（図３７Ａ参照）。或いは、図３７Ｂに示す如く、ターンテーブルシャフト２６の両端点がそれぞれ逆方向に異なる角速度で回転することで達成し、回転軸２０２がターンテーブル２５の幾何学的中心から偏向する。または、図３７Ｃに示す如く、ターンテーブルシャフト２６の何れか１つの端点を回転軸２０２として回転することで達成する。もしくは、図３７Ｄと図３７Ｅに示す如く、ターンテーブルシャフト２６の両端点の移動の軌跡はそれぞれシャフトカーブＣ４及びシャフトカーブＣ５であり、ターンテーブル２５が上下に回転する際に回転軸２０２が鏡面２３の鏡面センター２３２に固定され、反射後の光路の設定が角度の変化による影響を受けなくなる。

【0063】

＜アイボックスの位置は左右に調整可能＞
アイボックスの垂直高さの調整と相似し、ターンテーブル式切り替え可能な調整ミラー２４の鏡面２３が左右に回転することでアイボックスの左右の位置が調整され、即ち、視線方向と垂直になる第二軸方向上の位置が変化する。

【0064】

ターンテーブル式切り替え可能な調整ミラー２４の使用中の鏡面２３が右に向けて回転すると、バックライト実像ＢＬ＿ｒｅ５が左に向けて移動し、光路で各部材の有効作用範囲を逸脱しない条件において、アイボックスが観察者の目に追従して左方に移動する（図３８参照）。逆に、ターンテーブル式切り替え可能な調整ミラー２４の使用中の鏡面２３が左に向けて回転すると、バックライト実像ＢＬ＿ｒｅ５が右に向けて移動し、光路で各部材の有効作用範囲を逸脱しない条件において、アイボックスが観察者の目に追従して右方に移動する。

【0065】

ターンテーブル式切り替え可能な調整ミラー２４のターンテーブル２５にある鏡面２３が左右に回転する方式は、一例を挙げると、ターンテーブルシャフト２６の両端点がそれぞれ逆方向に同じ角速度で回転することで達成し、回転軸２０２がターンテーブル式切り替え可能な調整ミラー２４の幾何学的中心に維持される（図３９Ａ参照）。或いは、ターンテーブルシャフト２６の両端点がそれぞれ逆方向に異なる角速度で回転することで達成し、回転軸２０２がターンテーブル式切り替え可能な調整ミラー２４の幾何学的中心から偏向する（図３９Ｂ参照）。または、ターンテーブルシャフト２６の何れか１つの端点を回転軸２０２として回転することで達成する（図３９Ｃ参照）。もしくは、図３９Ｄと図３９Ｅに示す如く、ターンテーブルシャフト２６の両端点の移動の軌跡はそれぞれシャフトカーブＣ６及びシャフトカーブＣ７であり、ターンテーブル２５が左右に回転する際に回転軸２０２が鏡面２３の鏡面センター２３２に固定され、反射後の光路の設定が角度の変化による影響を受けなくなる。

【0066】

鏡面２３が回転する方向とアイボックスの連動移動する方向とは同じに限られない。事実上、両者の相違点は、連鎖連動関係があるのみでよい。鏡面２３の回転角度とアイボックスの移動距離との対応関係は推算、シミュレーション、または実際に測定することで獲得する。

【0067】

以上述べた如く、本発明に係るヘッドアップディスプレイは、バックライトから表示パネルまでの間の光路に異なる曲率に選択的に切り替え可能な鏡面を有する切り替え可能な調整ミラーを設置することで、バックライトから投射されるバックライトビームが適切な曲率を有する鏡面により反射され、バックライトの等価距離が変化し、アイボックスが観察者の目に追従して前後に移動するように制御される。これにより、観察者が観察するイメージの品質が維持され、空間を節約する目的を達成している。

【0068】

本発明に係るヘッドアップディスプレイは切り替え可能な調整ミラーの選択中の鏡面が上下及び左右に回転可能であるため、観察者の目の第一軸方向上での上下移動及び第二軸方向上での左右移動にアイボックスが更に精確且つ適応的に追従するように制御され、且つ観察者が観察するイメージの完全性が維持される。第一軸方向は第二軸方向に対し垂直である。

【0069】

本発明に係るヘッドアップディスプレイは異なる曲率を有する複数の鏡面がローラーまたはターンテーブルに統合されることで、鏡面の間の切り替え選択効率が高まり、同時にヘッドアップディスプレイの体積が減少し、空間の利用率が向上する。

【0070】

上記説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或いは範囲を限縮するように解すべきではない。また、本発明の各部構成は、上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。

【符号の説明】

【0071】

１ バックライト
２ 切り替え可能な調整ミラー
２０ ローラー式切り替え可能な調整ミラー
２０１ 回転軸
２０２ 回転軸
２１ ローラー
２２ ローラーシャフト
２３ 鏡面
２３１ 法線
２３２ 鏡面センター
２４ ターンテーブル式切り替え可能な調整ミラー
２５ ターンテーブル
２６ ターンテーブルシャフト
３ バックライト凹面鏡
４ 表示パネル
５ 結像凹面鏡
６ 結像ハーフミラー
６１ フロントガラス
６２ コンバイナ
Ａ 角度
ａ１ 角度
ａ２ 角度
ａ３ 角度
Ｂ 角度
ｂ１ 角度
ｂ２ 角度
ｂ３ 角度
ＢＬ＿ｉｍ２ バックライト調整虚像
ＢＬ＿ｉｍ３ バックライト虚像
ＢＬ＿ｉｍ５ バックライト虚像
ＢＬ＿ｒｅ５ バックライト実像
ＢＬＣ バックライト曲面ミラー
Ｃ１ シャフトカーブ
Ｃ２ シャフトカーブ
Ｃ３ シャフトカーブ
Ｃ４ シャフトカーブ
Ｃ５ シャフトカーブ
Ｃ６ シャフトカーブ
Ｃ７ シャフトカーブ
Ｄ イメージビーム
Ｅ 目
Ｆ 焦点
Ｇ 表示パネル虚像
Ｌ バックライトビーム
Ｌ１ 入射バックライトビーム
Ｌ２ 出射バックライトビーム
ＰＧＵ１ 画像生成ユニット
ＰＧＵ２ 画像生成ユニット
ＰＧＵ３ 画像生成ユニット
ＰＧＵ４ 画像生成ユニット
ＰＧＵ５ 画像生成ユニット
Ｒ↑ 曲率半径が大きい
Ｒ↓ 曲率半径が小さい
１／Ｒ↑ 曲率が大きい
１／Ｒ↓ 曲率が小さい
Ｘ Ｘ軸
Ｙ Ｙ軸
θ 挟角

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図10A】

【図10B】

【図11A】

【図11B】

【図12A】

【図12B】

【図13A】

【図13B】

【図14A】

【図14B】

【図15A】

【図15B】

【図16A】

【図16B】

【図17A】

【図17B】

【図18A】

【図18B】

【図18C】

【図18D】

【図18E】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24A】

【図24B】

【図25】

【図26A】

【図26B】

【図26C】

【図26D】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】

【図34】

【図35】

【図36】

【図37A】

【図37B】

【図37C】

【図37D】

【図37E】

【図38】

【図39A】

【図39B】

【図39C】

【図39D】

【図39E】