(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】P2024090393
(43)【公開日】2024-07-04
(54)【発明の名称】ヘッドアップディスプレイ装置及び乗り物
(51)【国際特許分類】
G02B 27/01 20060101AFI20240627BHJP
G02B 17/00 20060101ALI20240627BHJP
B60K 35/23 20240101ALI20240627BHJP
【ＦＩ】
G02B27/01
G02B17/00
B60K35/00 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022206277
(22)【出願日】2022-12-23
(71)【出願人】
【識別番号】000231512
【氏名又は名称】日本精機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100095407
【弁理士】
【氏名又は名称】木村 満
(74)【代理人】
【識別番号】100195648
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 悠太
(74)【代理人】
【識別番号】100175019
【弁理士】
【氏名又は名称】白井 健朗
(74)【代理人】
【識別番号】100104329
【弁理士】
【氏名又は名称】原田 卓治
(72)【発明者】
【氏名】川合 健
【テーマコード（参考）】
2H087
2H199
3D344
【Ｆターム（参考）】
2H087KA00
2H087RA45
2H087TA04
2H199DA03
2H199DA15
2H199DA46
3D344AA19
3D344AB01
3D344AC25
(57)【要約】
【課題】所望の傾斜角度で虚像を表示させることができるヘッドアップディスプレイ装置及び乗り物を提供する。
【解決手段】ヘッドアップディスプレイ装置１００は、画像Ｇを表示し、表示した画像Ｇに対応する表示光Ｌを放射する光放射面１１と、表示光Ｌをウインドシールド２０１に向けて反射させる凹面鏡３０と、を備え、式「Ｓ＝１０．７×Ｍｈ＋（－８．３２）×Ｍｖ＋（－０．０１８７）×Ｗｈ＋（－０．０００９９５）×Ｗｖ＋０．３４５×Ｗｉ＋（－３．５２）×Ｃｉ＋３．９０×Ｄｖ」で示される指標Ｓが９０以上に設定されている。ＭｈとＭｖは光軸位置における画像Ｇに対する虚像Ｖの横方向と縦方向の拡大倍率であり、ＷｈとＷｖはウインドシールドの光軸到達位置の横方向と縦方向の曲率半径であり、Ｗｉはウインドシールドへの光軸の入射角度であり、Ｃｉは凹面鏡への光軸の入射角度であり、Ｄｖは光放射面の法線と表示光の光軸との成す角度である。
【選択図】図１
【解決手段】ヘッドアップディスプレイ装置１００は、画像Ｇを表示し、表示した画像Ｇに対応する表示光Ｌを放射する光放射面１１と、表示光Ｌをウインドシールド２０１に向けて反射させる凹面鏡３０と、を備え、式「Ｓ＝１０．７×Ｍｈ＋（－８．３２）×Ｍｖ＋（－０．０１８７）×Ｗｈ＋（－０．０００９９５）×Ｗｖ＋０．３４５×Ｗｉ＋（－３．５２）×Ｃｉ＋３．９０×Ｄｖ」で示される指標Ｓが９０以上に設定されている。ＭｈとＭｖは光軸位置における画像Ｇに対する虚像Ｖの横方向と縦方向の拡大倍率であり、ＷｈとＷｖはウインドシールドの光軸到達位置の横方向と縦方向の曲率半径であり、Ｗｉはウインドシールドへの光軸の入射角度であり、Ｃｉは凹面鏡への光軸の入射角度であり、Ｄｖは光放射面の法線と表示光の光軸との成す角度である。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
表示光をウインドシールドに向けて放射することにより虚像を表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、
画像を表示し、表示した画像に対応する表示光を放射する光放射面と、
表示光を前記ウインドシールドに向けて反射させる凹面鏡と、を備え、
下記の式１で示される指標Ｓが９０以上に設定されている、
ヘッドアップディスプレイ装置。
Ｓ＝１０．７×Ｍｈ＋（－８．３２）×Ｍｖ＋（－０．０１８７）×Ｗｈ＋（－０．０００９９５）×Ｗｖ＋０．３４５×Ｗｉ＋（－３．５２）×Ｃｉ＋３．９０×Ｄｖ・・・（式１）
Ｍｈ：表示光の光軸位置における画像に対する虚像の横方向の拡大倍率［－］
Ｍｖ：表示光の光軸位置における画像に対する虚像の縦方向の拡大倍率［－］
Ｗｈ：ウインドシールドにおける表示光の光軸が到達する位置の横方向の曲率半径［ｍｍ］
Ｗｖ：ウインドシールドにおける表示光の光軸が到達する位置の縦方向の曲率半径［ｍｍ］
Ｗｉ：ウインドシールドへの表示光の光軸の入射角度［ｄｅｇ］
Ｃｉ：凹面鏡への表示光の光軸の入射角度［ｄｅｇ］
Ｄｖ：横方向から見た光放射面の法線と光放射面から放射される表示光の光軸との成す角度［ｄｅｇ］
画像を表示し、表示した画像に対応する表示光を放射する光放射面と、
表示光を前記ウインドシールドに向けて反射させる凹面鏡と、を備え、
下記の式１で示される指標Ｓが９０以上に設定されている、
ヘッドアップディスプレイ装置。
Ｓ＝１０．７×Ｍｈ＋（－８．３２）×Ｍｖ＋（－０．０１８７）×Ｗｈ＋（－０．０００９９５）×Ｗｖ＋０．３４５×Ｗｉ＋（－３．５２）×Ｃｉ＋３．９０×Ｄｖ・・・（式１）
Ｍｈ：表示光の光軸位置における画像に対する虚像の横方向の拡大倍率［－］
Ｍｖ：表示光の光軸位置における画像に対する虚像の縦方向の拡大倍率［－］
Ｗｈ：ウインドシールドにおける表示光の光軸が到達する位置の横方向の曲率半径［ｍｍ］
Ｗｖ：ウインドシールドにおける表示光の光軸が到達する位置の縦方向の曲率半径［ｍｍ］
Ｗｉ：ウインドシールドへの表示光の光軸の入射角度［ｄｅｇ］
Ｃｉ：凹面鏡への表示光の光軸の入射角度［ｄｅｇ］
Ｄｖ：横方向から見た光放射面の法線と光放射面から放射される表示光の光軸との成す角度［ｄｅｇ］
【請求項2】
前記光放射面から前記ウインドシールドまでの前記表示光の光路を折り曲げるように配置される単数又は複数の平面鏡を備える、
請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項3】
請求項１又は２に記載のヘッドアップディスプレイ装置が搭載される乗り物であって、
前記ヘッドアップディスプレイ装置は、前記乗り物が走行する路面に平行となる角度で虚像を表示する、
乗り物。
前記ヘッドアップディスプレイ装置は、前記乗り物が走行する路面に平行となる角度で虚像を表示する、
乗り物。
【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装置及び乗り物に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１に記載のヘッドアップディスプレイ装置は、液晶表示装置の表示面を光源部の出射面に対して所定のチルト角だけ傾けることにより虚像を傾けて表示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際公開第２０１５／０９３２９４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
虚像の傾斜角度の調整にあたっては、実際にはチルト角以外のパラメータも影響しており、どのようなパラメータがどのように傾斜角度に影響を及ぼすかが不明であった。このため、所望の傾斜角度で虚像を表示させることは困難であった。
【0005】
本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、所望の傾斜角度で虚像を表示させることができるヘッドアップディスプレイ装置及び乗り物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】
上記目的を達成するため、本開示の第１の観点に係るヘッドアップディスプレイ装置は、表示光をウインドシールドに向けて放射することにより虚像を表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、画像を表示し、表示した画像に対応する表示光を放射する光放射面と、表示光を前記ウインドシールドに向けて反射させる凹面鏡と、を備え、下記の式１で示される指標Ｓが９０以上に設定されている。
Ｓ＝１０．７×Ｍｈ＋（－８．３２）×Ｍｖ＋（－０．０１８７）×Ｗｈ＋（－０．０００９９５）×Ｗｖ＋０．３４５×Ｗｉ＋（－３．５２）×Ｃｉ＋３．９０×Ｄｖ・・・（式１）
Ｍｈ：表示光の光軸位置における画像に対する虚像の横方向の拡大倍率［－］
Ｍｖ：表示光の光軸位置における画像に対する虚像の縦方向の拡大倍率［－］
Ｗｈ：ウインドシールドにおける表示光の光軸が到達する位置の横方向の曲率半径［ｍｍ］
Ｗｖ：ウインドシールドにおける表示光の光軸が到達する位置の縦方向の曲率半径［ｍｍ］
Ｗｉ：ウインドシールドへの表示光の光軸の入射角度［ｄｅｇ］
Ｃｉ：凹面鏡への表示光の光軸の入射角度［ｄｅｇ］
Ｄｖ：横方向から見た光放射面の法線と光放射面から放射される表示光の光軸との成す角度［ｄｅｇ］
上記目的を達成するため、本開示の第２の観点に係る乗り物には前記ヘッドアップディスプレイ装置が搭載され、前記ヘッドアップディスプレイ装置は、前記乗り物が走行する路面に平行となる角度で虚像を表示する。
Ｓ＝１０．７×Ｍｈ＋（－８．３２）×Ｍｖ＋（－０．０１８７）×Ｗｈ＋（－０．０００９９５）×Ｗｖ＋０．３４５×Ｗｉ＋（－３．５２）×Ｃｉ＋３．９０×Ｄｖ・・・（式１）
Ｍｈ：表示光の光軸位置における画像に対する虚像の横方向の拡大倍率［－］
Ｍｖ：表示光の光軸位置における画像に対する虚像の縦方向の拡大倍率［－］
Ｗｈ：ウインドシールドにおける表示光の光軸が到達する位置の横方向の曲率半径［ｍｍ］
Ｗｖ：ウインドシールドにおける表示光の光軸が到達する位置の縦方向の曲率半径［ｍｍ］
Ｗｉ：ウインドシールドへの表示光の光軸の入射角度［ｄｅｇ］
Ｃｉ：凹面鏡への表示光の光軸の入射角度［ｄｅｇ］
Ｄｖ：横方向から見た光放射面の法線と光放射面から放射される表示光の光軸との成す角度［ｄｅｇ］
上記目的を達成するため、本開示の第２の観点に係る乗り物には前記ヘッドアップディスプレイ装置が搭載され、前記ヘッドアップディスプレイ装置は、前記乗り物が走行する路面に平行となる角度で虚像を表示する。
【発明の効果】
【0007】
本開示によれば、所望の傾斜角度で虚像を表示させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本開示の一実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の概略図である。
【図2】機種毎のパラメータ値及び係数を示す表である。
【図3】機種毎の指標及び傾斜角度等を示す表である。
【図4】機種毎の指標と虚像の深さの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0009】
本開示の一実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置及び乗り物について、図面を参照して説明する。
図１に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置１００は、車両２００のダッシュボード内に設置される。ヘッドアップディスプレイ装置１００は、車両２００のウインドシールド２０１に向けて像を表す表示光Ｌを出射する。ウインドシールド２０１は、合わせガラス等の透光材からなり、車幅方向（横方向）と高さ方向（縦方向）それぞれの方向に互いに異なる曲率でカーブした湾曲板状をなす。表示光Ｌはウインドシールド２０１で反射して視認者１（主に車両２００の運転者）に到達する。これにより、虚像Ｖが視認者１により視認可能に表示される。
図１に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置１００は、車両２００のダッシュボード内に設置される。ヘッドアップディスプレイ装置１００は、車両２００のウインドシールド２０１に向けて像を表す表示光Ｌを出射する。ウインドシールド２０１は、合わせガラス等の透光材からなり、車幅方向（横方向）と高さ方向（縦方向）それぞれの方向に互いに異なる曲率でカーブした湾曲板状をなす。表示光Ｌはウインドシールド２０１で反射して視認者１（主に車両２００の運転者）に到達する。これにより、虚像Ｖが視認者１により視認可能に表示される。
【0010】
ヘッドアップディスプレイ装置１００は、表示部１０と、凹面鏡３０と、筐体６０と、を備える。
【0011】
筐体６０は、非透光性の樹脂又は金属で形成されるとともに、中空の略直方体をなす。筐体６０には、ウインドシールド２０１に対向する位置に開口部が形成されている。筐体６０は、開口部６１を塞ぐ窓部６２を備える。窓部６２は、表示光Ｌが透過するアクリル等の透光性の樹脂からなる。筐体６０内には、表示部１０と凹面鏡３０が収納されている。
【0012】
表示部１０は、ディスプレイ１２と、ディスプレイ１２を照明する照明装置１３と、を備える。照明装置１３は、照明光ＩＬを放射する複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）を備える。ディスプレイ１２は、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）型の液晶表示パネルであり、矩形板状をなす。ディスプレイ１２は、照明装置１３からの照明光ＩＬを受けて表示光Ｌを光放射面１１から放射する。光放射面１１には、虚像Ｖに対応する画像Ｇが表示されている。画像Ｇは、虚像Ｖの縦横サイズを縮小させつつ歪み補正がかけられた像からなる。光放射面１１は、照明光ＩＬに対して非直交となる向きで、本例では、凹面鏡３０の反射面３１に対して光放射面１１の上端部Ｑｕが光放射面１１の下端部Ｑｂよりも距離が近くなる向きで設けられている。
なお、表示部１０は、これに限らず、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）、ＤＭＤ（Digital Micro mirror Device）又は有機ＥＬ（Electro-Luminescence）パネルを備える構成であってもよい。
なお、表示部１０は、これに限らず、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）、ＤＭＤ（Digital Micro mirror Device）又は有機ＥＬ（Electro-Luminescence）パネルを備える構成であってもよい。
【0013】
凹面鏡３０は、表示部１０からの表示光Ｌをウインドシールド２０１に向けて拡大させつつ反射させる反射面３１を有する。反射面３１は、車幅方向から見て、凹状に湾曲して形成されている。
【0014】
ヘッドアップディスプレイ装置１００により表示される虚像Ｖは傾斜角度θで傾斜している。傾斜角度θは、基準線Ｌｓに対して虚像Ｖ（正確には、虚像Ｖの表示可能領域）の中心位置Ｐｃから上端部Ｐｕへ延びる線分が成す角度により規定される。基準線Ｌｓは、ウインドシールド２０１にて反射した表示光Ｌの進行方向に直交する方向に沿って延び、虚像Ｖの中心位置Ｐｃを起点として上側へ延びる線である。虚像Ｖは、虚像Ｖの下端部Ｐｂが視認者１に近く、かつ、虚像Ｖの上端部Ｐｕが視認者１から遠くなるように、傾斜している。虚像Ｖの下端部Ｐｂは光放射面１１の上端部Ｑｕに光学的に対応しており、虚像Ｖの上端部Ｐｕは光放射面１１の下端部Ｑｂに光学的に対応している。虚像Ｖの縦画角は３ｄｅｇである。縦画角は、視認者１の視点と虚像Ｖの上端部Ｐｕを結ぶ線分と視認者１の視点と虚像Ｖの下端部Ｐｂを結ぶ線分が成す角度である。
虚像Ｖの深さＬは、ウインドシールド２０１にて反射した表示光Ｌの進行方向に沿う上端部Ｐｕと下端部Ｐｂの間の距離で規定される。
虚像Ｖの深さＬは、ウインドシールド２０１にて反射した表示光Ｌの進行方向に沿う上端部Ｐｕと下端部Ｐｂの間の距離で規定される。
【0015】
虚像Ｖが傾斜する原理は、主に、光放射面１１の面方向の位置に応じて表示光Ｌの光路長に差が生じ、この差により拡大倍率が異なることにある。例えば、光放射面１１の下端部Ｑｂを起点とした光路長は、光放射面１１の上端部Ｑｕを起点とした光路長よりも長い。このため、下端部Ｑｂに対応する虚像Ｖの上端部Ｐｕは、上端部Ｑｕに対応する虚像Ｖの下端部Ｐｂに比べて、視認者１から遠くに表示され、かつ、像の倍率が高くなる。
【0016】
本願発明者らは、光路長の差（拡大倍率の違い）を生み出す要因として、下記のパラメータ値（Ｍｈ、Ｍｖ、Ｗｈ、Ｗｖ、Ｗｉ、Ｃｉ、Ｄｖ）を調整する必要があることに想到した。
Ｍｈ：表示光Ｌの光軸位置における画像Ｇに対する虚像Ｖの横方向の拡大倍率［－］
Ｍｖ：表示光Ｌの光軸位置における画像Ｇに対する虚像Ｖの縦方向の拡大倍率［－］
Ｗｈ：ウインドシールド２０１における表示光Ｌの光軸が到達する位置の横方向の曲率半径［ｍｍ］
Ｗｖ：ウインドシールド２０１における表示光Ｌの光軸が到達する位置の縦方向の曲率半径［ｍｍ］
Ｗｉ：ウインドシールド２０１への表示光Ｌの光軸の入射角度［ｄｅｇ］
Ｃｉ：凹面鏡３０への表示光Ｌの光軸の入射角度［ｄｅｇ］
Ｄｖ：横方向から見た光放射面１１の法線と光放射面１１から放射される表示光Ｌの光軸との成す角度［ｄｅｇ］
Ｍｈ：表示光Ｌの光軸位置における画像Ｇに対する虚像Ｖの横方向の拡大倍率［－］
Ｍｖ：表示光Ｌの光軸位置における画像Ｇに対する虚像Ｖの縦方向の拡大倍率［－］
Ｗｈ：ウインドシールド２０１における表示光Ｌの光軸が到達する位置の横方向の曲率半径［ｍｍ］
Ｗｖ：ウインドシールド２０１における表示光Ｌの光軸が到達する位置の縦方向の曲率半径［ｍｍ］
Ｗｉ：ウインドシールド２０１への表示光Ｌの光軸の入射角度［ｄｅｇ］
Ｃｉ：凹面鏡３０への表示光Ｌの光軸の入射角度［ｄｅｇ］
Ｄｖ：横方向から見た光放射面１１の法線と光放射面１１から放射される表示光Ｌの光軸との成す角度［ｄｅｇ］
【0017】
画像Ｇに対する虚像Ｖの拡大倍率は、上述のように画像Ｇと虚像Ｖの面方向の位置により異なる。このため、拡大倍率Ｍｈ，Ｍｖは、画像Ｇと虚像Ｖの中心位置（光軸位置）の倍率を基準としている。縦方向（高さ方向に沿う方向）の拡大倍率Ｍｖが大きくなるにつれて、光放射面１１上に表される画像Ｇが縦方向に大きく引き延ばされて虚像Ｖとして表示される。横方向（車幅方向）の拡大倍率Ｍｈが大きくなるにつれて、画像Ｇが横方向に大きく引き延ばされて虚像Ｖとして表示される。
【0018】
横方向の曲率半径Ｗｈは、表示光Ｌの光軸が反射する反射点でのウインドシールド２０１の横方向の曲率を示し、カーブが緩やかになるほど曲率半径Ｗｈが大きくなる。
縦方向の曲率半径Ｗｖは、表示光Ｌの光軸が反射する反射点でのウインドシールド２０１の縦方向の曲率を示し、カーブが緩やかになるほど曲率半径Ｗｖが大きくなる。
なお、表示光Ｌの光軸は、表示光Ｌの進行方向に対して垂直な表示光Ｌの切断面において中心を通過する光線であり、図１では表示光Ｌとして光軸のみを線状に示している。
縦方向の曲率半径Ｗｖは、表示光Ｌの光軸が反射する反射点でのウインドシールド２０１の縦方向の曲率を示し、カーブが緩やかになるほど曲率半径Ｗｖが大きくなる。
なお、表示光Ｌの光軸は、表示光Ｌの進行方向に対して垂直な表示光Ｌの切断面において中心を通過する光線であり、図１では表示光Ｌとして光軸のみを線状に示している。
【0019】
入射角度Ｗｉは、凹面鏡３０からの表示光Ｌをウインドシールド２０１が視認者１に向けて反射する際の表示光Ｌの光軸の入射角度である。
入射角度Ｃｉは、光放射面１１からの表示光Ｌを凹面鏡３０がウインドシールド２０１に向けて反射する際の表示光Ｌの光軸の入射角度である。
角度Ｄｖは、光放射面１１の法線に沿って光放射面１１の中心位置から延びる空間ベクトルと光放射面１１から放射される表示光Ｌの光軸に沿って延びる空間ベクトルそれぞれを、車両前後方向と高さ方向に沿う被投射面に投射することで得られた被投射面上の２つのベクトルが成す角度である。角度Ｄｖは、照明装置１３の光源基板（図示略）に対するディスプレイ１２のチルト角度と同一角度となる。
入射角度Ｃｉは、光放射面１１からの表示光Ｌを凹面鏡３０がウインドシールド２０１に向けて反射する際の表示光Ｌの光軸の入射角度である。
角度Ｄｖは、光放射面１１の法線に沿って光放射面１１の中心位置から延びる空間ベクトルと光放射面１１から放射される表示光Ｌの光軸に沿って延びる空間ベクトルそれぞれを、車両前後方向と高さ方向に沿う被投射面に投射することで得られた被投射面上の２つのベクトルが成す角度である。角度Ｄｖは、照明装置１３の光源基板（図示略）に対するディスプレイ１２のチルト角度と同一角度となる。
【0020】
そして、本願発明者らは、下記の式１で導出される指標Ｓが９０以上（Ｓ≧９０）となることにより、所望の傾き、すなわち、虚像Ｖが路面に沿う傾きが得られることに想到した。
Ｓ＝１０．７×Ｍｈ＋（－８．３２）×Ｍｖ＋（－０．０１８７）×Ｗｈ＋（－０．０００９９５）×Ｗｖ＋０．３４５×Ｗｉ＋（－３．５２）×Ｃｉ＋３．９０×Ｄｖ・・・（式１）
指標Ｓは、虚像Ｖの倒れやすさを示す評価指標であり、指標Ｓが大きくなるほど、視認者１から見て倒れた状態の虚像Ｖが得られる。
本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置１００は、指標Ｓが９０以上となるように構成されている。
Ｓ＝１０．７×Ｍｈ＋（－８．３２）×Ｍｖ＋（－０．０１８７）×Ｗｈ＋（－０．０００９９５）×Ｗｖ＋０．３４５×Ｗｉ＋（－３．５２）×Ｃｉ＋３．９０×Ｄｖ・・・（式１）
指標Ｓは、虚像Ｖの倒れやすさを示す評価指標であり、指標Ｓが大きくなるほど、視認者１から見て倒れた状態の虚像Ｖが得られる。
本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置１００は、指標Ｓが９０以上となるように構成されている。
【0021】
ここで、上記式１の導出方法について説明する。
まず、図２に示すように、パラメータ値（Ｍｈ、Ｍｖ、Ｗｈ、Ｗｖ、Ｗｉ、Ｃｉ、Ｄｖ）がそれぞれ異なる機種Ｎｏ．１～１７のヘッドアップディスプレイ装置を用意する。機種Ｎｏ．１～１７は、何れも縦画角＝３ｄｅｇである。
機種Ｎｏ．１～１７は、既存の機種ではなく、新規の機種であり、特に、角度Ｄｖが４０ｄｅｇ以上である点が既存の機種には見られない。機種Ｎｏ．１～１７では、光学設計上の最適化条件として、表示距離（視認者１の視点から虚像Ｖまでの距離）＝４ｍ～８ｍ、深さ（Ｄｅｐｔｈ）＝４ｍ、傾斜角度θ＝８５ｄｅｇといった虚像Ｖの傾斜に関する条件を与えておらず、従来と同等の像品質の範囲内で、虚像Ｖの中心が５．３ｍ先に結像することが指定されている。
この条件下で、所望の傾斜角度（８５．５ｄｅｇ）、所望の表示距離（４～８ｍ）となるかを計測した。
機種Ｎｏ．１～１７の設計結果から、所望の表示距離である４－８ｍ（深さ４ｍ）に対して、図３に示すように、深さが２．５４～４．６０ｍ、傾斜角度θが８３．４７～８５．９４ｄｅｇの結果が得られた。
なお、図３において、ＶＩＤ（Virtual Image Distance）は表示距離を意味する。ＶＩＤ１は視認者１の視点から虚像Ｖの下端部Ｐｂまでの距離である。ＶＩＤ２は視認者１の視点から虚像Ｖの中心位置Ｐｃまでの距離である。ＶＩＤ３は視認者１の視点から虚像Ｖの上端部Ｐｕまでの距離である。
まず、図２に示すように、パラメータ値（Ｍｈ、Ｍｖ、Ｗｈ、Ｗｖ、Ｗｉ、Ｃｉ、Ｄｖ）がそれぞれ異なる機種Ｎｏ．１～１７のヘッドアップディスプレイ装置を用意する。機種Ｎｏ．１～１７は、何れも縦画角＝３ｄｅｇである。
機種Ｎｏ．１～１７は、既存の機種ではなく、新規の機種であり、特に、角度Ｄｖが４０ｄｅｇ以上である点が既存の機種には見られない。機種Ｎｏ．１～１７では、光学設計上の最適化条件として、表示距離（視認者１の視点から虚像Ｖまでの距離）＝４ｍ～８ｍ、深さ（Ｄｅｐｔｈ）＝４ｍ、傾斜角度θ＝８５ｄｅｇといった虚像Ｖの傾斜に関する条件を与えておらず、従来と同等の像品質の範囲内で、虚像Ｖの中心が５．３ｍ先に結像することが指定されている。
この条件下で、所望の傾斜角度（８５．５ｄｅｇ）、所望の表示距離（４～８ｍ）となるかを計測した。
機種Ｎｏ．１～１７の設計結果から、所望の表示距離である４－８ｍ（深さ４ｍ）に対して、図３に示すように、深さが２．５４～４．６０ｍ、傾斜角度θが８３．４７～８５．９４ｄｅｇの結果が得られた。
なお、図３において、ＶＩＤ（Virtual Image Distance）は表示距離を意味する。ＶＩＤ１は視認者１の視点から虚像Ｖの下端部Ｐｂまでの距離である。ＶＩＤ２は視認者１の視点から虚像Ｖの中心位置Ｐｃまでの距離である。ＶＩＤ３は視認者１の視点から虚像Ｖの上端部Ｐｕまでの距離である。
【0022】
次に、機種Ｎｏ．１～１７のうち、傾斜角度θが所望の傾斜角度（８５．５ｄｅｇ）に最も近い機種Ｎｏ．１３のターゲット指標Ｔを１００とする。また、機種Ｎｏ．１３以外の他機種のターゲット指標Ｔを、下記の式２で定める。
Ｔ＝１００×他機種の虚像の深さ／機種Ｎｏ．１３の虚像の深さ・・・（式２）
機種Ｎｏ．１３の虚像の深さは、３．９５ｍである。
ここで、指標Ｓは、下記の式３で示すように、各パラメータ値（Ｍｈ、Ｍｖ、Ｗｈ、Ｗｖ、Ｗｉ、Ｃｉ、Ｄｖ）それぞれに未知の係数Ａ～Ｇを掛けることにより求められる。
Ｓ＝Ａ×Ｍｈ＋Ｂ×Ｍｖ＋Ｃ×Ｗｈ＋Ｄ×Ｗｖ＋Ｅ×Ｗｉ＋Ｆ×Ｃｉ＋Ｇ×Ｄｖ・・・（式３）
各機種Ｎｏ．１～１７の評価指標Ｓがターゲット指標Ｔに対応するように係数Ａ～Ｇが定まることが好ましい。そこで、誤差Δ＝Ｓ－Ｔとし、Δの二乗和が最小となる係数Ａ～Ｇをソルバー機能で算出することにより、図２の上部に示すように、係数Ａ～Ｇが算出される。
すなわち、係数Ａ～Ｇは、以下のように算出される。
Ａ＝１０．６５２
Ｂ＝－８．３２４
Ｃ＝－０．０１８７
Ｄ＝－０．０００９９５
Ｅ＝０．３４５
Ｆ＝－３．５２１
Ｇ＝３．９０２
算出された係数Ａ～Ｇの数値を有効数字３桁としたうえで、上記式３に代入することにより、上記式１が得られる。
正の値となる係数Ａ，Ｅ，Ｇが掛けられるＭｈ、Ｗｉ、Ｄｖは大きいほど、指標Ｓが大きくなる。また、負の値となる係数Ｂ～Ｄ，Ｆが掛けられるＭｖ、Ｗｈ、Ｗｖ、Ｃｉは大きいほど、指標Ｓが小さくなる。
Ｔ＝１００×他機種の虚像の深さ／機種Ｎｏ．１３の虚像の深さ・・・（式２）
機種Ｎｏ．１３の虚像の深さは、３．９５ｍである。
ここで、指標Ｓは、下記の式３で示すように、各パラメータ値（Ｍｈ、Ｍｖ、Ｗｈ、Ｗｖ、Ｗｉ、Ｃｉ、Ｄｖ）それぞれに未知の係数Ａ～Ｇを掛けることにより求められる。
Ｓ＝Ａ×Ｍｈ＋Ｂ×Ｍｖ＋Ｃ×Ｗｈ＋Ｄ×Ｗｖ＋Ｅ×Ｗｉ＋Ｆ×Ｃｉ＋Ｇ×Ｄｖ・・・（式３）
各機種Ｎｏ．１～１７の評価指標Ｓがターゲット指標Ｔに対応するように係数Ａ～Ｇが定まることが好ましい。そこで、誤差Δ＝Ｓ－Ｔとし、Δの二乗和が最小となる係数Ａ～Ｇをソルバー機能で算出することにより、図２の上部に示すように、係数Ａ～Ｇが算出される。
すなわち、係数Ａ～Ｇは、以下のように算出される。
Ａ＝１０．６５２
Ｂ＝－８．３２４
Ｃ＝－０．０１８７
Ｄ＝－０．０００９９５
Ｅ＝０．３４５
Ｆ＝－３．５２１
Ｇ＝３．９０２
算出された係数Ａ～Ｇの数値を有効数字３桁としたうえで、上記式３に代入することにより、上記式１が得られる。
正の値となる係数Ａ，Ｅ，Ｇが掛けられるＭｈ、Ｗｉ、Ｄｖは大きいほど、指標Ｓが大きくなる。また、負の値となる係数Ｂ～Ｄ，Ｆが掛けられるＭｖ、Ｗｈ、Ｗｖ、Ｃｉは大きいほど、指標Ｓが小さくなる。
【0023】
次に、指標Ｓが９０以上である（Ｓ≧９０）ことを条件とした理由について説明する。
車両に搭載されたヘッドアップディスプレイ装置が表示する虚像の一般的な見下ろし角度は、０～５ｄｅｇ程度である。そのため、道路と平行な虚像Ｖの表示を得るためには、虚像Ｖは少なくとも８５ｄｅｇ以上の傾斜が必要であると言える。
なお、見下ろし角度とは、視認者の視点から虚像の中心位置を通過する線分が水平面に対して成す角度である。
車両に搭載されたヘッドアップディスプレイ装置が表示する虚像の一般的な見下ろし角度は、０～５ｄｅｇ程度である。そのため、道路と平行な虚像Ｖの表示を得るためには、虚像Ｖは少なくとも８５ｄｅｇ以上の傾斜が必要であると言える。
なお、見下ろし角度とは、視認者の視点から虚像の中心位置を通過する線分が水平面に対して成す角度である。
【0024】
傾斜角度θと指標Ｓの関係は、機種Ｎｏ．１～１７の１７パターンの結果から近似直線で表すと、下記の式４のようになる。
θ＝０．０４７４×Ｓ＋８０．７０・・・（式４）
上記の式４を使って、傾斜角度θが８５ｄｅｇ以上となる指標Ｓを求めると、指標Ｓ＝９０．７となる。小数点第一位を切り捨てることにより指標Ｓが９０となる。
よって、指標Ｓが９０以上の場合であれば、０～５ｄｅｇの見下ろし角度において、視認者１から見て路面と略平行な４－８ｍの傾斜虚像を得ることができることが判明した。
θ＝０．０４７４×Ｓ＋８０．７０・・・（式４）
上記の式４を使って、傾斜角度θが８５ｄｅｇ以上となる指標Ｓを求めると、指標Ｓ＝９０．７となる。小数点第一位を切り捨てることにより指標Ｓが９０となる。
よって、指標Ｓが９０以上の場合であれば、０～５ｄｅｇの見下ろし角度において、視認者１から見て路面と略平行な４－８ｍの傾斜虚像を得ることができることが判明した。
【0025】
図４は、機種Ｎｏ．１～１７毎に、指標Ｓと深さ（Ｄｅｐｔｈ）Ｌをプロットして線分で結んだグラフである。このグラフにより、指標Ｓは、深さＬと相関関係があり、評価指標として適切であることがわかる。
【0026】
機種Ｎｏ．１～８においては指標Ｓが９０未満となり、虚像Ｖが倒れづらく、視認者１から見て路面と略平行な傾斜虚像を得ることは困難である。
機種Ｎｏ．９～１７においては指標Ｓが９０以上となり、視認者１から見て路面と略平行な傾斜虚像を得ることができる。
機種Ｎｏ．９～１７においては、各パラメータ値の範囲は以下のようになっている。
Ｍｈ＝１４．１～１６．７
Ｍｖ＝１２．１～１６．０
Ｗｈ＝２１９２～３７９８
Ｗｖ＝４６１８～１０１３８
Ｗｉ＝６０．３～６４．９
Ｃｉ＝２１．５～２６．５
Ｄｖ＝４０～４６
Ｓ＝９６～１１２
機種Ｎｏ．９～１７においては指標Ｓが９０以上となり、視認者１から見て路面と略平行な傾斜虚像を得ることができる。
機種Ｎｏ．９～１７においては、各パラメータ値の範囲は以下のようになっている。
Ｍｈ＝１４．１～１６．７
Ｍｖ＝１２．１～１６．０
Ｗｈ＝２１９２～３７９８
Ｗｖ＝４６１８～１０１３８
Ｗｉ＝６０．３～６４．９
Ｃｉ＝２１．５～２６．５
Ｄｖ＝４０～４６
Ｓ＝９６～１１２
【0027】
指標Ｓの下限は９０に設定したが、指標Ｓの上限は設定されない。この理由は、傾斜角度θは、構造上、過度に大きくなりづらく、仮に傾斜角度θが所望の傾斜角度よりも大きくなったとしても、例えば角度Ｄｖを小さくすること等により、傾斜角度θを小さくすることは容易である。よって、指標Ｓの上限を設定する必要性は乏しい。
なお、本例に限らず、指標Ｓ＝９０．７の小数点第一位を四捨五入することにより指標Ｓが９１となるため、指標Ｓが９１以上（Ｓ≧９１）であることがヘッドアップディスプレイ装置１００の構成条件であってもよい。
なお、本例に限らず、指標Ｓ＝９０．７の小数点第一位を四捨五入することにより指標Ｓが９１となるため、指標Ｓが９１以上（Ｓ≧９１）であることがヘッドアップディスプレイ装置１００の構成条件であってもよい。
【0028】
ヘッドアップディスプレイ装置１００は、機種Ｎｏ．９～１７の何れかであってもよいし、指標Ｓが９０又は９１以上である構成条件を満たす、機種Ｎｏ．９～１７と異なるパラメータ値を持つものであってもよい。
【0029】
（効果）
以上、説明した第１実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）ヘッドアップディスプレイ装置１００は、表示光Ｌをウインドシールド２０１に向けて放射することにより虚像Ｖを表示する。ヘッドアップディスプレイ装置１００は、画像Ｇを表示し、表示した画像Ｇに対応する表示光Ｌを放射する光放射面１１と、表示光Ｌをウインドシールド２０１に向けて反射させる凹面鏡３０と、を備え、下記の式１で示される指標Ｓが９０以上に設定されている。
Ｓ＝１０．７×Ｍｈ＋（－８．３２）×Ｍｖ＋（－０．０１８７）×Ｗｈ＋（－０．０００９９５）×Ｗｖ＋０．３４５×Ｗｉ＋（－３．５２）×Ｃｉ＋３．９０×Ｄｖ・・・（式１）
Ｍｈ：表示光Ｌの光軸位置における画像Ｇに対する虚像Ｖの横方向（視認者１を基準とした左右方向）の拡大倍率［－］
Ｍｖ：表示光Ｌの光軸位置における画像Ｇに対する虚像Ｖの縦方向（視認者１を基準とした上下方向）の拡大倍率［－］
Ｗｈ：ウインドシールド２０１における表示光Ｌの光軸が到達する位置の横方向の曲率半径［ｍｍ］
Ｗｖ：ウインドシールド２０１における表示光Ｌの光軸が到達する位置の縦方向の曲率半径［ｍｍ］
Ｗｉ：ウインドシールド２０１への表示光Ｌの光軸の入射角度［ｄｅｇ］
Ｃｉ：凹面鏡３０への表示光Ｌの光軸の入射角度［ｄｅｇ］
Ｄｖ：横方向から見た光放射面１１の法線と光放射面１１から放射される表示光Ｌの光軸との成す角度［ｄｅｇ］
この構成によれば、虚像Ｖが視認者１から見て倒れづらいことが抑制されるため、所望の傾斜角度で虚像Ｖを表示させることができる。
（２）ヘッドアップディスプレイ装置１００が搭載される乗り物の一例である車両２００であって、ヘッドアップディスプレイ装置１００は、車両２００が走行する路面に平行となる角度で虚像Ｖを表示する。
この構成によれば、路面に平行となる角度で虚像Ｖを表示させることができる。
以上、説明した第１実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）ヘッドアップディスプレイ装置１００は、表示光Ｌをウインドシールド２０１に向けて放射することにより虚像Ｖを表示する。ヘッドアップディスプレイ装置１００は、画像Ｇを表示し、表示した画像Ｇに対応する表示光Ｌを放射する光放射面１１と、表示光Ｌをウインドシールド２０１に向けて反射させる凹面鏡３０と、を備え、下記の式１で示される指標Ｓが９０以上に設定されている。
Ｓ＝１０．７×Ｍｈ＋（－８．３２）×Ｍｖ＋（－０．０１８７）×Ｗｈ＋（－０．０００９９５）×Ｗｖ＋０．３４５×Ｗｉ＋（－３．５２）×Ｃｉ＋３．９０×Ｄｖ・・・（式１）
Ｍｈ：表示光Ｌの光軸位置における画像Ｇに対する虚像Ｖの横方向（視認者１を基準とした左右方向）の拡大倍率［－］
Ｍｖ：表示光Ｌの光軸位置における画像Ｇに対する虚像Ｖの縦方向（視認者１を基準とした上下方向）の拡大倍率［－］
Ｗｈ：ウインドシールド２０１における表示光Ｌの光軸が到達する位置の横方向の曲率半径［ｍｍ］
Ｗｖ：ウインドシールド２０１における表示光Ｌの光軸が到達する位置の縦方向の曲率半径［ｍｍ］
Ｗｉ：ウインドシールド２０１への表示光Ｌの光軸の入射角度［ｄｅｇ］
Ｃｉ：凹面鏡３０への表示光Ｌの光軸の入射角度［ｄｅｇ］
Ｄｖ：横方向から見た光放射面１１の法線と光放射面１１から放射される表示光Ｌの光軸との成す角度［ｄｅｇ］
この構成によれば、虚像Ｖが視認者１から見て倒れづらいことが抑制されるため、所望の傾斜角度で虚像Ｖを表示させることができる。
（２）ヘッドアップディスプレイ装置１００が搭載される乗り物の一例である車両２００であって、ヘッドアップディスプレイ装置１００は、車両２００が走行する路面に平行となる角度で虚像Ｖを表示する。
この構成によれば、路面に平行となる角度で虚像Ｖを表示させることができる。
【0030】
なお、本開示は以上実施形態及び図面によって限定されるものではない。本開示の要旨を変更しない範囲で、適宜、変更（構成要素の削除も含む）を加えることが可能である。以下に、変形の一例を説明する。
【0031】
（変形例）
上記実施形態において、ヘッドアップディスプレイ装置１００は、光放射面１１からウインドシールド２０１までの表示光Ｌの光路を折り曲げるように配置される単数又は複数の平面鏡を備えていてもよい。例えば、単数の平面鏡は、光放射面１１からの表示光Ｌを凹面鏡３０の反射面３１に向けて反射するように構成されてもよい。
上記実施形態において、ヘッドアップディスプレイ装置１００は、光放射面１１からウインドシールド２０１までの表示光Ｌの光路を折り曲げるように配置される単数又は複数の平面鏡を備えていてもよい。例えば、単数の平面鏡は、光放射面１１からの表示光Ｌを凹面鏡３０の反射面３１に向けて反射するように構成されてもよい。
【0032】
上記実施形態では、ヘッドアップディスプレイ装置１００は車両２００に搭載されていたが、車両２００以外の乗り物に搭載されていてもよい。
【符号の説明】
【0033】
１ 視認者
１０ 表示部
１１ 光放射面
１２ ディスプレイ
１３ 照明装置
３０ 凹面鏡
３１ 反射面
６０ 筐体
６１ 開口部
６２ 窓部
１００ ヘッドアップディスプレイ装置
２００ 車両
２０１ ウインドシールド
θ 傾斜角度
Ｇ 画像
Ｌ 表示光
Ｓ 指標
Ｔ ターゲット指標
Ｖ 虚像
ＩＬ 照明光
Ｐｂ，Ｑｂ 下端部
Ｐｕ，Ｑｕ 上端部
Ｐｃ 中心位置
Ｍｈ，Ｍｖ 拡大倍率
Ｗｉ，Ｃｉ 入射角度
Ｄｖ 角度
Ｌｓ 基準線
Ｗｈ，Ｗｖ 曲率半径
１０ 表示部
１１ 光放射面
１２ ディスプレイ
１３ 照明装置
３０ 凹面鏡
３１ 反射面
６０ 筐体
６１ 開口部
６２ 窓部
１００ ヘッドアップディスプレイ装置
２００ 車両
２０１ ウインドシールド
θ 傾斜角度
Ｇ 画像
Ｌ 表示光
Ｓ 指標
Ｔ ターゲット指標
Ｖ 虚像
ＩＬ 照明光
Ｐｂ，Ｑｂ 下端部
Ｐｕ，Ｑｕ 上端部
Ｐｃ 中心位置
Ｍｈ，Ｍｖ 拡大倍率
Ｗｉ，Ｃｉ 入射角度
Ｄｖ 角度
Ｌｓ 基準線
Ｗｈ，Ｗｖ 曲率半径
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
