特開 2024-81512 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】P2024081512

(43)【公開日】2024-06-18

(54)【発明の名称】ヘッドアップディスプレイ

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/01 20060101AFI20240611BHJP

   G02B 5/08 20060101ALI20240611BHJP

   G02B 5/30 20060101ALI20240611BHJP

   G02B 1/11 20150101ALI20240611BHJP

   G02B 5/10 20060101ALN20240611BHJP

【ＦＩ】

G02B27/01

G02B5/08 D

G02B5/30

G02B1/11

G02B5/10 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022195184

(22)【出願日】2022-12-06

(71)【出願人】

【識別番号】502356528

【氏名又は名称】株式会社ジャパンディスプレイ

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高橋 泰啓

(72)【発明者】

【氏名】小村 真一

【テーマコード（参考）】

2H042

2H149

2H199

2K009

【Ｆターム（参考）】

2H042DA01

2H042DB01

2H042DB02

2H042DB14

2H042DD05

2H042DE00

2H149AA17

2H149AB05

2H149BA22

2H149DA04

2H149FC02

2H199DA03

2H199DA13

2H199DA16

2H199DA19

2H199DA23

2H199DA25

2K009AA02

(57)【要約】

【課題】虚像の立体感を維持しつつ、虚像の輝度の低下を抑制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。
【解決手段】蛍光検出装置は、筐体の内部に、光を照射して画像を投影する表示パネルと、表示パネルを透過した光を反射させる第１ミラーと、表示パネルと、第１ミラーとの間に設けられたハーフミラーとを備え、ハーフミラーは、表示パネルからの光を透過し、第１ミラーからの光を反射するコレステリック液晶層を含み、ハーフミラーの、表示パネルから光を透過する面と、表示パネルの、表示パネルから光を照射する面と、がなす角は、鋭角である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

筐体の内部に、
光を照射して画像を投影する表示パネルと、
前記表示パネルを透過した光を反射させる第１ミラーと、
前記表示パネルと、前記第１ミラーとの間に設けられたハーフミラーとを備え、
前記ハーフミラーは、前記表示パネルからの光を透過し、前記第１ミラーからの光を反射するコレステリック液晶層を含み、
前記ハーフミラーの、前記表示パネルから光を透過する面と、
前記表示パネルの、前記表示パネルから光を照射する面と、がなす角は、鋭角である、
ヘッドアップディスプレイ。

【請求項2】

前記表示パネルと前記ハーフミラーとの間に設けられた、前記表示パネルからの光を円偏光状態にする第１の１/４波長板を備える、
請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。

【請求項3】

前記筐体の外部に、透光性を有する被投射部材と、
前記筐体の内部に、前記ハーフミラーからの光を前記被投影部材へ光を反射する第２ミラーと、を備える、
請求項１または２に記載のヘッドアップディスプレイ。

【請求項4】

前記筐体の外部に、透光性を有する被投射部材と、
前記筐体の内部に、前記第１ミラーからの光を前記ハーフミラーで反射した光を、前記ハーフミラーへ反射する第２ミラーと、を備え、
前記第２ミラーからの光が前記ハーフミラーを透過し、前記被投影部材へ到達する、
請求項１または２に記載のヘッドアップディスプレイ。

【請求項5】

前記ハーフミラーの、前記被投射部材へ光を反射する面と、
前記表示パネルの、前記表示パネルから光を照射する面と、がなす角は、０°または鋭角である、
請求項４に記載のヘッドアップディスプレイ。

【請求項6】

前記筐体の内部に、前記第１ミラーからの光を前記ハーフミラーで反射した光を、前記ハーフミラーへ反射する第３ミラーを備え、
前記第３ミラーからの光が前記ハーフミラーを透過し、前記第２ミラーへ到達する、
請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ。

【請求項7】

前記コレステリック液晶層は、螺旋状に旋回する液晶分子を有し、
前記液晶分子で形成されたブラッグ面が凹面状である、
請求項１または２に記載のヘッドアップディスプレイ。

【請求項8】

前記筐体の外部に、透光性を有する被投射部材を備え、
前記第１ミラーからの光が前記ハーフミラーを反射して、前記被投影部材へ到達し、
前記ハーフミラーの、前記表示パネルから光を透過する面は、水平に配置され、
前記第１ミラーは、水平に対して傾いている、
請求項７に記載のヘッドアップディスプレイ。

【請求項9】

前記筐体の外部に、透光性を有する被投射部材を備え、
前記第１ミラーからの光が前記ハーフミラーを反射して、前記被投影部材へ到達し、
前記ハーフミラーは、前記コレステリック液晶層よりも、前記被投射部材側の面に反射防止膜を有する、
請求項７に記載のヘッドアップディスプレイ。

【請求項10】

前記筐体の外部に、透光性を有する被投射部材を備え、
前記第１ミラーからの光の一部が前記ハーフミラーを反射して、前記被投影部材へ到達し、
さらに、前記第１ミラーからの光の一部が前記ハーフミラーを透過した円偏光状態の光を吸収する吸収部材を備える、
請求項７に記載のヘッドアップディスプレイ。

【請求項11】

前記筐体の外部に、透光性を有する被投射部材を備え、
前記第１ミラーからの光の一部が前記ハーフミラーを反射して、前記被投影部材へ到達し、
さらに、前記ハーフミラーと、前記被投射部材との間に、第２の１/４波長板を備える、
請求項７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】

本開示は、ヘッドアップディスプレイに関する。

【背景技術】

【0002】

表示装置の一つとして、画像をフロントガラス等の透光体に投影してユーザに虚像を視認させるヘッドアップディスプレイ（以下、ＨＵＤ（：Ｈｅａｄ Ｕｐ Ｄｉｓｐｌａｙ）という）が知られている（例えば特許文献１）。ＨＵＤは、投影される光の光軸上に設けられて画像を出力する透過型の液晶パネルを、光軸に垂直な方向に対して傾斜させることで、虚像の立体感をより顕著にできる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７－６５０１１号公報

【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、単に液晶パネルを光軸に垂直な方向に対して傾斜させると、虚像の輝度が低下する。そこで、虚像の輝度の低下を抑制しつつ、虚像の立体感をより顕著にする方法が求められていた。

【0005】

本開示は、上記の課題に鑑みてなされたもので、虚像の立体感を維持しつつ、虚像の輝度の低下を抑制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】

【0006】

本開示の一態様によるヘッドアップディスプレイは、光を透過させて画像を投影する表示パネルと、前記表示パネルを透過した光を屈折させるミラーと、前記表示パネルと、前記ミラーとの間に設けられたハーフミラーとを備え、前記ハーフミラーは、前記表示パネルから光を透過し、前記ミラーを屈折した光を反射するコレステリック液晶層を含む。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、実施形態１によるＨＵＤの構成例を示す模式図である。

【図2】図２は、実施形態１のコレステリック液晶層を模式的に説明する断面図である。

【図3】図３は、実施形態１のコレステリック液晶層の第１層及び第７層を模式的に説明する平面図である。

【図4】図４は、実施形態１のコレステリック液晶層の第２層を模式的に説明する平面図である。

【図5】図５は、実施形態１のコレステリック液晶層の第３層を模式的に説明する平面図である。

【図6】図６は、実施形態１のコレステリック液晶層の第４層を模式的に説明する平面図である。

【図7】図７は、実施形態１のコレステリック液晶層の第５層を模式的に説明する平面図である。

【図8】図８は、実施形態１のコレステリック液晶層の第６層を模式的に説明する平面図である。

【図9】図９は、入射光と反射光との関係を説明するための説明図である。

【図10】図１０は、実施形態２によるＨＵＤの構成例を示す模式図である。

【図11】図１１は、実施形態３によるＨＵＤの構成例を示す模式図である。

【図12】図１２は、図１１の拡大した模式図である。

【図13】図１３は、実施形態４によるＨＵＤの構成例を示す模式図である。

【図14】図１４は、実施形態５によるＨＵＤの構成例を示す模式図である。

【図15】図１５は、実施形態５のコレステリック液晶層を模式的に説明する断面図である。

【図16】図１６は、実施形態６によるＨＵＤの構成例を示す模式図である。

【図17】図１７は、実施形態７によるＨＵＤの構成例を示す模式図である。

【図18】図１８は、実施形態８によるＨＵＤの構成例を示す模式図である。

【図19】図１９は、比較例１に係るＨＵＤの構成例を示す模式図である。

【図20】図２０は、実施形態９によるＨＵＤの構成例を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下に、本開示の各実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本開示の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本開示の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。

【0009】

（実施形態１）
図１は、実施形態１によるＨＵＤの構成例を示す模式図である。図２は、実施形態１のコレステリック液晶層を模式的に説明する断面図である。図３は、実施形態１のコレステリック液晶層の第１層及び第７層を模式的に説明する平面図である。図４は、実施形態１のコレステリック液晶層の第２層を模式的に説明する平面図である。図５は、実施形態１のコレステリック液晶層の第３層を模式的に説明する平面図である。図６は、実施形態１のコレステリック液晶層の第４層を模式的に説明する平面図である。図７は、実施形態１のコレステリック液晶層の第５層を模式的に説明する平面図である。図８は、実施形態１のコレステリック液晶層の第６層を模式的に説明する平面図である。

【0010】

図１に示すように、ＨＵＤ１００は、表示パネル１０と、第１の１／４波長板２０と、ハーフミラー３０と、第１ミラー４０とを備える。以下、ＨＵＤの高さ方向をＤｘ方向とする。また、ＨＵＤの幅方向をＤｙ方向とし、ＨＵＤの奥行方向をＤｚ方向とする。なお、Ｄｘ、Ｄｙ、Ｄｚの方向は一例であって、本開示はこれらの方向に限定されない。

【0011】

表示パネル１０は、いわゆる液晶表示パネル（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）である。表示パネル１０は、ＨＵＤ１００による画像の被投影部材ＦＧ（例えば、フロントガラス）に投影され、ユーザＵに虚像ＶＧを視認させる。被投影部材ＦＧは、フロントガラスに限られず、例えば、ウインドシールド、またはフロントガラスとは別体に設けられたコンバイナーと呼ばれる透光性の板部材であってもよい。表示パネル１０の背面には、複数の発光素子（図示せず）を有し、表示パネル１０の背面側から光を照射する光源として機能する。当該発光素子は、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）であるが、これに限られるものでなく、同様に機能する他の構成、例えば有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ：Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）であってもよい。発光素子８５は、無機発光ダイオード（マイクロＬＥＤ、ミニＬＥＤ）であってもよい。

【0012】

図１に示すように、表示パネル１０から光が照射され、表示パネル１０からハーフミラー３０を透過した光をそれぞれ、光Ｌ４、光Ｃ４、光Ｕ４として示している。

【0013】

第１の１／４波長板２０は、表示パネル１０から照射した、直線偏光状態の光を円偏光状態の光に変換する。

【0014】

図１に示すように、ハーフミラー３０は、表示パネル１０から照射した光を透過し、第１ミラー４０から反射した光を反射するコレステリック液晶層３０ａを含む。ハーフミラー３０は、被投影部材ＦＧよりも車両のフロント側に配置されている。Ｄｘ方向に対して、ハーフミラー３０は、表示パネル１０と、ハーフミラー３０との間に配置されている。ハーフミラー３０の、表示パネル１０から光を透過する面３１と、表示パネル１０の、ハーフミラー３０に光を照射する面１１とがなす角αは、鋭角である。

【0015】

図２に示すように、コレステリック液晶層３０ａは、透光性基板１４の上に配向膜１５を介して液晶層１６が成膜されている。配向膜１５は、ポリイミドなどであり、ラビング処理や光配向処理が施されている。コレステリック液晶とは、１つの平面内では細長い液晶分子が長軸の方向を揃えて配列しており、透光性基板１４の平面に垂直な方向に進むに従って液晶分子ＬＣが螺旋状に旋回する。具体的には、図２に示す第１層ＬＣ１、第２層ＬＣ２、第３層ＬＣ３、第４層ＬＣ４、第５層ＬＣ５、第６層ＬＣ６及び第７層ＬＣ７は、図３から図９に示すように、液晶分子ＬＣが旋回している。螺旋のピッチｐの１／２毎に、液晶分子ＬＣが長軸の方向が揃うので、図３に示すように、第１層ＬＣ１の液晶分子ＬＣの長軸方向と第７層のＬＣ７の液晶分子ＬＣの長軸方向とは同じ向きである。

【0016】

図９は、入射光と反射光との関係を説明するための説明図である。コレステリック液晶層３０ａは、螺旋の回転方向と同じ回転方向の円偏光を有する所定の波長の光を反射する。図９に示すように、コレステリック液晶層３０ａに入射する入射光Ｌ１１は、数（１）に示すブラッグの法則と同じ条件に従って反射される。

【0017】

【数1】

ここで、ｍは反射次数であり、λは反射波長であり、ｐは螺旋のピッチであり、ｎは屈折率であり、θはブラッグ面ＢＬに対して入射光の入射方向がなす角である。

【0018】

図９に示すように、ブラッグの法則に従って、入射光Ｌ１１を選択的に反射し反射光Ｌ１２とする。例えば、コレステリック液晶層３０ａは、複数の液晶分子が右回りに旋回している場合は、入射光Ｌ１１のうちピッチｐに応じた波長を有する右円偏光の光を反射し、反射光Ｌ１２とする。一方、コレステリック液晶層１０は、複数の液晶分子が左回りに旋回している場合は、入射光Ｌ１１のうちピッチｐに応じた波長を有する左円偏光状態の光を反射し、反射光Ｌ１２とする。本実施の形態は、複数の液晶分子が左回りに旋回している場合で説明する。

【0019】

コレステリック液晶層３０ａは、入射光の波長に応じた、液晶材料、カイラル剤を選定して製造される。

【0020】

第１ミラー４０は、表示パネル１０からハーフミラー３０に向かってハーフミラー３０を透過した光をハーフミラー３０へ反射する光学素子である。第１ミラー４０は、ハーフミラー３０の下側に配置されている。ここで、光Ｌ４のうち第１ミラー４０を反射した光を光Ｌ３として示している。また、光Ｃ４のうち第１ミラー４０を反射した光を光Ｃ３として示している。また、光Ｕ４のうち第１ミラー４０を反射した光を光Ｕ３として示している。

【0021】

図１に示すように、光Ｌ３のうちハーフミラー３０を反射した光を光Ｌ２として示している。また、光Ｃ３のうちハーフミラー３０を反射した光を光Ｃ２として示している。また、光Ｕ３のうちハーフミラー３０を反射した光を光Ｕ２として示している。

【0022】

ＨＵＤ１００は、さらに、第２ミラー５０及び筐体ＣＡを備える。第２ミラー５０は、コレステリック液晶層３０ａから透過した光を反射して被投影部材ＦＧへ導く。筐体ＣＡは、表示パネル１０、第１の１／４波長板２０、ハーフミラー３０、第１ミラー４０及び第２ミラー５０の周囲を覆う。ただし、筐体ＣＡには、第２ミラー５０と被投影部材ＦＧとの間の光の経路上を塞がないよう、開口部ＡＰが設けられている。図１に示すように、第２ミラー５０によって反射されて開口部ＡＰを通り、被投影部材ＦＧに導かれた光を光Ｌ１，Ｃ１，Ｕ１として示している。光Ｌ１は、第２ミラー５０によって反射されて被投影部材ＦＧの投影点ＰＰ１に投射された光Ｌ２である。光Ｃ１は、第２ミラー５０によって反射されて被投影部材ＦＧの投影点ＰＰ２に投射された光Ｃ２である。光Ｕ１は、第２ミラー５０によって反射されて被投影部材ＦＧの投影点ＰＰ３に投射された光Ｕ２である。

【0023】

第２ミラー５０は、例えば、凹面鏡である。また、第２ミラー５０は、複数の凹面鏡および反射鏡によって構成されてもよい。

【0024】

被投影部材ＦＧは、筐体ＣＡの外部に備えた、透光性を有する部材である。被投影部材ＦＧは、例えば四輪車両のフロントガラスである。なお、ＨＵＤ１００による画像の被投影部材ＦＧは透光性を有する樹脂であってもよい。また、被投影部材ＦＧは、平板状の透光部材であってもよいし、湾曲を有する透光部材であってもよい。

【0025】

図９に示すように、表示パネル１０からハーフミラー３０へ入射する、右回りの円偏光の光Ｕ４は、ハーフミラー３０を透過し、第１ミラー４０へ入射する。第１ミラー４０を反射した光Ｕ３は、円偏光の向きが反転して左回りとなり、ハーフミラー３０へ入射する。ハーフミラー３０を反射した光Ｕ２は、左回りの円偏光として第２ミラー５０へ入射する。第２ミラー５０を反射した光Ｕ１は、左回りの円偏光として被投影部材ＦＧの投影点ＰＰ３に投射される。

【0026】

ＨＵＤ１００から被投影部材ＦＧに投影された画像は、虚像ＶＧとしてユーザＵに認識される。図１に示すように、虚像ＶＧの虚像点ＶＰ１における光の色及び明るさは、投影点ＰＰ１に投射された光の色及び明るさに対応する。また、虚像ＶＧの虚像点ＶＰ２における光の色及び明るさは、投影点ＰＰ２に投射された光の色及び明るさに対応する。また、虚像ＶＧの虚像点ＶＰ３における光の色及び明るさは、投影点ＰＰ３に投射された光の色及び明るさに対応する。

【0027】

なお、ユーザＵによって認識される虚像点ＶＰ１、ＶＰ２、ＶＰ３の各々の位置関係、特に、Ｄｚ方向の位置関係は、光Ｕ２、Ｃ２、Ｌ２の各々の光路長及び光Ｕ１、Ｃ１、Ｌ１の各々の光路長に対応する。

【0028】

ユーザＵの視点と虚像点ＶＰ１との距離（ｚ１）は、以下の式（１）に対応する。式（１）におけるｔ１は、光Ｕ２の光路長を示す値である。式（１）におけるｒ１は、光Ｕ１の光路長を示す値である。式（１）ならびに後述する式（２）及び式（３）におけるＥｘは、ハーフミラー３０と、投影対象である被投影部材ＦＧと、の間の光路長により生じる画像の拡大率を示す。
ｚ１＝ｒ１＋ｔ１×Ｅｘ…（１）

【0029】

ユーザＵの視点と虚像点ＶＰ２との距離（ｚ２）は、以下の式（２）に対応する。式（２）におけるｔ２は、光Ｃ２の光路長を示す値である。式（２）におけるｒ２は、光Ｃ１の光路長を示す値である。
ｚ２＝ｒ２＋ｔ２×Ｅｘ…（２）

【0030】

ユーザＵの視点と虚像点ＶＰ３との距離（ｚ３）は、以下の式（３）に対応する。式（３）におけるｔ３は、光Ｌ２の光路長を示す値である。式（３）におけるｒ３は、光Ｌ１の光路長を示す値である。
ｚ３＝ｒ３＋ｔ３×Ｅｘ…（３）

【0031】

表示パネル１０の、ハーフミラー３０に光を照射する面１１と、第１ミラー４０の、ハーフミラー３０に光を反射する面４１がそれぞれ水平であるため、光Ｌ４、光Ｃ４、光Ｕ４の各々の光路長の大小関係は、Ｕ４＝Ｃ４＝Ｌ４となる。このとき、光Ｌ２、光Ｃ２、光Ｕ２の各々の光路長の大小関係は、Ｕ２＝Ｃ２＝Ｌ２となる。また、光Ｌ１、光Ｃ１、光Ｕ１の各々の光路長の大小関係は、Ｕ１＝Ｃ１＝Ｌ１となる。光Ｌ３、光Ｃ３、光Ｕ３の各々の光路長の大小関係は、Ｕ３＞Ｃ３＞Ｌ３となるため、光路長の差が生じ、虚像ＶＧの奥行きに影響を与え、ユーザＵが視認できる虚像の立体感が高まる。

【0032】

これにより、表示パネル１０の、ハーフミラー３０に光を照射する面１１は、第１ミラー４０の、ハーフミラー３０に光を反射する面４１に対して傾斜する必要がなく、ＨＵＤ１００は、虚像の立体感を維持しつつ、虚像の輝度の低下を抑制することができる。

【0033】

（実施形態２）
図１０は、実施形態２によるＨＵＤの構成例を示す模式図である。なお、以下の説明では、上述した実施形態で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。また、光の光路について、実施形態１によるＨＵＤと重複する説明は省略する。

【0034】

図１０に示すように、ＨＵＤ１００Ａは、筐体ＣＡ内に、光源１０と、表示パネル１０と、第１の１／４波長板２０と、ハーフミラー３０と、第１ミラー４０と、第２ミラー５０とを含む。

【0035】

ハーフミラー３０は、Ｄｘ方向に対して、被投影部材ＦＧと、第２ミラー５０との間に設けられている。ハーフミラー３０は、Ｄｚ方向に対して、第１ミラー４０と、表示パネル１０との間に配置されている。

【0036】

図１０に示すように、光Ｌ２、光Ｃ２、光Ｕ２はそれぞれ、光Ｌ１´、光Ｃ１´、光Ｕ１´として第２ミラー５０によって反射されてハーフミラー３０を透過して被投影部材ＦＧに導かれる。

【0037】

図１０に示すように、表示パネル１０からハーフミラー３０へ入射する、右回りの円偏光の光Ｕ４は、ハーフミラー３０を透過し、第１ミラー４０へ入射する。第１ミラー４０を反射した光Ｕ３は、円偏光の向きが反転して左回りとなり、ハーフミラー３０へ入射する。ハーフミラー３０を反射した光Ｕ２は、左回りの円偏光として第２ミラー５０へ入射する。第２ミラー５０を反射した光Ｕ１´は、ハーフミラー３０を透過し、左回りの円偏光として被投影部材ＦＧへ到達し、被投影部材ＦＧの投影点ＰＰ３に投射される。

【0038】

なお、ユーザＵによって認識される虚像点ＶＰ１，ＶＰ２，ＶＰ３の各々の位置関係、特に、Ｄｘ方向の位置関係は、光Ｕ２、Ｃ２、Ｌ２の各々の光路長及び光Ｕ１´、Ｃ１´、Ｌ１´の各々の光路長に対応する。

【0039】

光Ｌ１´、光Ｃ１´、光Ｕ１´の各々の光路長の大小関係は、Ｕ１´＞Ｃ１´＞Ｌ１´となり、光路長の差をより大きくすることにより、拡大率Ｅｘが高くなるため、虚像ＶＧの奥行きに影響を与える。

【0040】

これにより、ＨＵＤ１００Ａは、虚像の立体感を維持しつつ、虚像の輝度の低下を抑制することができる。

【0041】

（実施形態３）
図１１は、実施形態３によるＨＵＤの構成例を示す模式図である。図１２は、図１１の拡大した模式図である。なお、以下の説明では、上述した実施形態で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。また、光の光路について、実施形態２によるＨＵＤと重複する説明は省略する。

【0042】

図１１に示すように、ＨＵＤ１００Ｂは、筐体ＣＡ内に、表示パネル１０と、第１の１／４波長板２０と、ハーフミラー３０と、第１ミラー４０と、第２ミラー５０とを含む。

【0043】

第１ミラー４０は、Ｄｚ方向に対してハーフミラー３０の後方側に配置されている。表示パネル１０は、第１ミラー４０の前方側に配置されている。ハーフミラー３０は、Ｄｚ方向に対して第１ミラー４０と、表示パネル１０との間に設けられている。

【0044】

光Ｌ２＋光Ｌ３、光Ｃ２＋光Ｃ３、光Ｕ２＋光Ｕ３の各々の光路長の大小関係は、Ｕ２＋Ｕ３＞Ｃ２＋Ｃ３＞Ｌ２＋Ｌ３となり、光路長の差が生じる。

【0045】

これにより、ＨＵＤ１００Ｂは、虚像の立体感を維持しつつ、虚像の輝度の低下を抑制することができる。

【0046】

図１２に示すように、ハーフミラー３０の、被投射部材ＦＧへ光を反射する面３１と、表示パネル１０の、表示パネルから光を照射する面１１とがなす角βは、０°または鋭角である。光Ｌ２、光Ｃ２、光Ｕ２の各々の光路長と、ハーフミラー３０の液晶分子ＬＣで形成されたブラッグ面ＢＬとがなす角は、ブラッグ面ＢＬを液晶分子ＬＣの配向ピッチを連続的に変化させることで、光Ｌ２、光Ｃ２、光Ｕ２の各々の光路長と、光Ｌ３、光Ｃ３、光Ｕ３の各々の光路長とがなす角が９０°になるような任意の角度にすることができる。

【0047】

これにより、ハーフミラー３０で反射した光を第２ミラー５０に対して、確実に集光させて、散乱を抑制することができる。

【0048】

（実施形態４）
図１３は、実施形態４によるＨＵＤの構成例を示す模式図である。なお、以下の説明では、上述した実施形態で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。また、光の光路について、実施形態１によるＨＵＤと重複する説明は省略する。

【0049】

図１３に示すように、ＨＵＤ１００Ｃは、筐体ＣＡ内に、表示パネル１０と、第１の１／４波長板２０と、ハーフミラー３０と、第１ミラー４０と、第３ミラー４２と、第２ミラー５０とを含む。

【0050】

第１ミラー４０はＤｘ方向に対して、ハーフミラー３０の上側に配置されている。第３ミラー４２はＤｚ方向に対して、ハーフミラー３０の前方側に配置されている。

【0051】

ハーフミラー３０は、被投影部材ＦＧよりも車両のフロント側に配置されている。ハーフミラー３０は、Ｄｘ方向に対して第１ミラー４０と、表示パネル１０との間に設けられている。ハーフミラー３０は、Ｄｙ方向に対して第３ミラー４２と、第２ミラー５０との間に設けられている。

【0052】

図１３に示すように、第３ミラー４２は、第１ミラー４０によりハーフミラー３０を介して反射した光をハーフミラー３０へ反射する光学素子である。ここで、光Ｌ３のうち第３ミラー４２へ向けて反射した光を光Ｌ３´として示している。また、光Ｃ３のうち第３ミラー４２へ向けて反射した光を光Ｃ３´として示している。また、光Ｕ３のうち第３ミラー４２へ向けて反射した光を光Ｕ３´として示している。

【0053】

図１３に示すように、光Ｌ３´のうち第３ミラー４２によってコレステリック液晶層３０ａを透過して第２ミラー５０に導かれた光を光Ｌ２として示している。また、光Ｃ３´のうち第３ミラー４２によってハーフミラー３０を透過して第２ミラー５０に導かれた光を光Ｃ２として示している。また、光Ｕ３´のうち第３ミラー４２によってハーフミラー３０を透過して第２ミラー５０に導かれた光を光Ｕ２として示している。

【0054】

図１３に示すように、光Ｌ２、光Ｃ２、光Ｕ２はそれぞれ、光Ｌ１、光Ｃ１、光Ｕ１として第２ミラー５０によって反射されてハーフミラー３０を透過して被投影部材ＦＧに導かれる。

【0055】

図１３に示すように、表示パネル１０からハーフミラー３０へ入射する、右回りの円偏光の光Ｕ４は、ハーフミラー３０を透過し、第１ミラー４０へ入射する。第１ミラー４０を反射した光Ｕ３は、円偏光の向きが反転して左回りとなり、ハーフミラー３０へ入射する。ハーフミラー３０を反射した光Ｕ３´は、左周りの円偏光として第３ミラー４２へ反射する。第３ミラー４２を反射した光Ｕ２は、円偏光の向きが反転して右回りとなり、第２ミラー５０へ入射する。第２ミラー５０を反射した光Ｕ１は、ハーフミラー３０を透過し、右回りの円偏光として被投影部材ＦＧへ到達し、被投影部材ＦＧの投影点ＰＰ３に投射される。

【0056】

第１ミラー４０及び第３ミラー４２とハーフミラー３０と間の各々の光路長の大小関係は、Ｕ３＋Ｕ３´＝Ｃ３＋Ｃ３´＝Ｌ３＋Ｌ３´となる。このとき、光Ｌ２、光Ｃ２、光Ｕ２の各々の光路長の大小関係は、Ｕ２＝Ｃ２＝Ｌ２となる。また、光Ｌ１、光Ｃ１、光Ｕ１の各々の光路長の大小関係は、Ｕ１＝Ｃ１＝Ｌ１となる。ここで、光Ｌ２、光Ｃ２、光Ｕ２の各々の光路長の大小関係は、Ｕ２＞Ｃ２＞Ｌ２となり、ミラーを２枚使用しているため、光路長の差をより大きくすることができ、拡大率Ｅｘが高くなり、虚像ＶＧの奥行きに影響を与える。

【0057】

これにより、ＨＵＤ１００Ｃは、虚像の立体感を維持しつつ、虚像の輝度の低下を抑制することができる。

【0058】

また、光路長の差を維持しながら、表示パネル１０、ハーフミラー３０及び第１ミラー４０の一式をＤｚ方向に対して第２ミラー５０側へスライド移動することで、筐体ＣＡ内の構成部品をより省スペースにすることができる。

【0059】

（実施形態５）
図１４は、実施形態５によるＨＵＤの構成例を示す模式図である。図１５は、実施形態５のコレステリック液晶層を模式的に説明する断面図である。図１６は、実施形態５のコレステリック液晶層におけるブラッグ面を模式的に説明する断面図である。なお、以下の説明では、上述した実施形態で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。また、光の光路について、実施形態１によるＨＵＤと重複する説明は省略する。

【0060】

図１４に示すように、ＨＵＤ１００Ｄは、筐体ＣＡ内に、表示パネル１０と、第１の１／４波長板２０と、ハーフミラー３０と、第１ミラー４０とを含む。

【0061】

図１４に示すように、ハーフミラー３０は、Ｄｘ方向に対して被投影部材ＦＧの下側に配置されている。また、ハーフミラー３０は、Ｄｚ方向に対して第１ミラー４０と表示パネル１０との間に設けられている。

【0062】

図１４に示すように、光Ｌ３、光Ｃ３、光Ｕ３はそれぞれ、光Ｌ１、光Ｃ１、光Ｕ１としてハーフミラー３０によって反射されて被投影部材ＦＧに導かれる。

【0063】

なお、ユーザＵによって認識される虚像点ＶＰ１，ＶＰ２，ＶＰ３の各々の位置関係、特に、Ｄｚ方向の位置関係は、光Ｕ３、Ｃ３、Ｌ３の各々の光路長及び光Ｕ１、Ｃ１、Ｌ１の各々の光路長に対応する。

【0064】

図１４に示すように、表示パネル１０からハーフミラー３０へ入射する、右回りの円偏光の光Ｕ４は、ハーフミラー３０を透過し、第１ミラー４０へ入射する。第１ミラー４０を反射した光Ｕ３は、円偏光の向きが反転して左回りとなり、ハーフミラー３０へ入射する。ハーフミラー３０を反射した光Ｕ１は、ハーフミラー３０を介して、左回りの円偏光として被投影部材ＦＧの投影点ＰＰ３に投射される。

【0065】

図１５に示すように、コレステリック液晶層３０ａの液晶分子ＬＣで形成されたブラッグ面ＢＬは、液晶分子ＬＣの配向ピッチを連続的に変化させることで、被投影部材ＦＧ側に向けて凹面状にすることができる。

【0066】

これにより、コレステリック液晶層３０ａは、凹面鏡のような役割をすることができるため、第２ミラー５０が不要となり、筐体ＣＡ内の構成部品をより省スペースにすることができる。

【0067】

また、光Ｌ４、光Ｃ４、光Ｕ４がそれぞれ、コレステリック液晶層３０ａを透過した後、第１ミラー４０からコレステリック液晶層３０ａへ折り返すことにより、光路長が長くなるため、拡大率Ｅｘが大きくなり、第２ミラー５０を小さくすることができる。

【0068】

（実施形態６）
図１６は、実施形態６によるＨＵＤの構成例を示す模式図である。なお、以下の説明では、上述した実施形態で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。また、光の光路について、実施形態５によるＨＵＤと重複する説明は省略する。

【0069】

図１６に示すように、ＨＵＤ１００Ｅは、筐体ＣＡ内に、表示パネル１０と、第１の１／４波長板２０と、ハーフミラー３０と、第１ミラー４０とを含む。ここで、表示パネル１０の、ハーフミラー３０に光を照射する面１１の法線をＺ方向とする。Ｚ方向とＤｚ方向との角度は、極角度θであり、鋭角である。

【0070】

図１６に示すように、ハーフミラー３０は、Ｄｘ方向に対して被投影部材ＦＧの下側に配置されている。また、ハーフミラー３０の、表示パネル１０から光を透過する面３１は、Ｄｚ方向に対して水平に配置されている。また、ハーフミラー３０は、Ｚ方向に対して、第１ミラー４０と表示パネル１０との間に設けられている。第１ミラー４０は、水平に対して、傾いている。被投影部材ＦＧよりも車両のフロント側に配置されている。

【0071】

光Ｌ４、光Ｃ４、光Ｕ４の各々の光路長の大小関係は、Ｕ４＝Ｃ４＝Ｌ４となる。ここで、光Ｌ３、光Ｃ３、光Ｕ３の各々の光路長の大小関係は、Ｕ３＞Ｃ３＞Ｌ３となり、光Ｌ１、光Ｃ１、光Ｕ１の各々の光路長の大小関係は、Ｕ１＞Ｃ１＞Ｌ１となるため、光路長の差を最大にすることができ、虚像ＶＧの奥行きに影響を与える。

【0072】

これにより、ＨＵＤ１００Ｅは、虚像の立体感を維持しつつ、虚像の輝度の低下を抑制することができる。

【0073】

（実施形態７）
図１７は、実施形態７によるＨＵＤの構成例を示す模式図である。なお、以下の説明では、上述した実施形態で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。また、光の光路について、実施形態５によるＨＵＤと重複する説明は省略する。

【0074】

図１７に示すように、ＨＵＤ１００Ｆは、筐体ＣＡ内に、表示パネル１０と、ハーフミラー３０と、第１ミラー４０とを含む。

【0075】

ハーフミラー３０の、コレステリック液晶層３０ａよりも被投射部材ＦＧ側の面３２には、反射防止膜３３が貼り付けられている。反射防止膜３３は、例えば、光の反射を防止するためのＡＲ（Ａｎｔｉ-Ｒｅｆｌｅｃｔｏｎ）フィルムである。

【0076】

これにより、Ｌ３、光Ｃ３、光Ｕ３がそれぞれ、第１ミラー４０からハーフミラー３０によって反射されて、光Ｌ１、光Ｃ１、光Ｕ１として被投影部材ＦＧに導かれるとき、面３２から発生する表面反射成分を抑制し、ゴーストの発生をなくし、虚像の見栄えを良好にすることができる。

【0077】

（実施形態８）
図１８は、実施形態８によるＨＵＤの構成例を示す模式図である。なお、以下の説明では、上述した実施形態で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。また、光の光路について、実施形態５によるＨＵＤと重複する説明は省略する。

【0078】

図１８に示すように、ＨＵＤ１００Ｇは、筐体ＣＡ内に、表示パネル１０と、第１の１／４波長板２０と、ハーフミラー３０と、第１ミラー４０とを含む。

【0079】

ＨＵＤ１００Ｇは、さらに、Ｄｘ方向に対してハーフミラー３０の下側に吸収部材６０を有する。

【0080】

図１８に示すように、光Ｌ３のうちハーフミラー３０を反射して吸収部材６０へ向けて入射する光を光Ｌ１´´として示している。また、光Ｃ３のうちハーフミラー３０を反射して吸収部材６０へ向けて入射する光を光Ｃ１´´として示している。また、光Ｕ３のうちハーフミラー３０を反射して吸収部材６０へ向けて入射する光を光Ｕ１´´として示している。

【0081】

吸収部材６０は、不要な波長の光を吸収する色素を含む。例えば、吸収部材６０は、黒色の樹脂材料が好まく、黒色の紙であってもよい。

【0082】

図１８に示すように、表示パネル１０からハーフミラー３０を透過する光Ｕ４が、無偏光としてハーフミラー３０へ入射する。この場合、該当する円偏光だけが被投影部材ＦＧに反射してＨＵＤ画像としてユーザＵに認識される。

【0083】

図１９は、比較例１に係るＨＵＤを示す模式図である。比較例１のＨＵＤ１００Ｇａは、図１８に示すＨＵＤ１００Ｇと比較して、ハーフミラー３０の下側に吸収部材６０を設けていない。

【0084】

図１９に示すように、比較例１のＨＵＤ１００Ｇａにおける形態では、光Ｌ４、光Ｃ４及び光Ｕ４が、ハーフミラー３０へ入射する際に、コレステリック液晶層３０ａのねじれの向きと一致する円偏光が反射するため、第１ミラー４０から反射してハーフミラー３０を透過した円偏光状態の光Ｌ１´´、Ｃ１´´及びＵ１´´を吸収することができず、円偏光が散乱してしまう。

【0085】

これに対して、ＨＵＤ１００Ｇにおける形態では、コレステリック液晶層３０ａの下側に吸収部材６０を配置しているため、光Ｌ４、光Ｃ４及び光Ｕ４が、ハーフミラー３０へ入射する際に、光Ｌ１´´、Ｃ１´´及びＵ１´´による散乱を抑制することができる。

【0086】

（実施形態９）
図２０は、実施形態９によるＨＵＤの構成例を示す模式図である。なお、以下の説明では、上述した実施形態で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。また、光の光路について、実施形態５によるＨＵＤと重複する説明は省略する。

【0087】

図２０に示すように、ＨＵＤ１００Ｈは、筐体ＣＡ内に、表示パネル１０と、第１の１／４波長板２０と、ハーフミラー３０と、第１ミラー４０とを含む。

【0088】

ＨＵＤ１００Ｈは、さらに、Ｄｘ方向に対してハーフミラー３０と被投影部材ＦＧとの間の、開口部ＡＰ直下に第２の１／４波長板２１を有する。

【0089】

第２の１／４波長板２１は、ハーフミラー３０から反射した光Ｕ１、光Ｃ１及び光Ｌ１を円偏光状態の入射光から直線偏光状態の入射光に変換する。

【0090】

図１９に示すように、ユーザＵは、偏光サングラスＧＬを着用することで、ＨＵＤ１００Ｈによって投影された画像を視認する。

【0091】

ユーザＵが偏光サングラスＧＬを着用しているとき、円偏光のままでは虚像ＶＧが見づらくなるため、第２の１／４波長板２１に入れることにより、円偏光から直線偏光に変換して、偏光サングラスを着用しても見づらさを改善することができる。

【0092】

なお、上述の実施形態において述べた態様によりもたらされる他の作用効果について本明細書記載から明らかなもの、又は当業者において適宜想到し得るものについては、当然に本開示によりもたらされるものと解される。

【符号の説明】

【0093】

ＣＡ 筐体
ＡＰ 開口部
ＶＧ 虚像
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ、１００Ｆ、１００Ｇ、１００Ｈ ＨＵＤ
１０ 表示パネル
２０ 第１の１／４波長板
２１ 第２の１／４波長板
３０ ハーフミラー
３０ａ コレステリック液晶層
４０ 第１ミラー
４２ 第３ミラー
５０ 第２ミラー
ＦＧ 被投影部材
６０ 吸収部材
ＧＬ 偏光サングラス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】