特許 7164160 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】

(24)【登録日】2022-10-24

(45)【発行日】2022-11-01

(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 20060101AFI20221025BHJP

【ＦＩ】

G02B27/01

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2018135870

(22)【出願日】2018-07-19

(65)【公開番号】P2020013019

(43)【公開日】2020-01-23

【審査請求日】2021-07-06

(73)【特許権者】

【識別番号】509354422

【氏名又は名称】大塚 作一

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(72)【発明者】

【氏名】大塚 作一

【審査官】横井 亜矢子

(56)【参考文献】

【文献】特開平０５－０９６９７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０２１１４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０８９３２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０７１３７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１４２９１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１３４３６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１０７０５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－１３８７９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－３３０３６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－３２５２９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３５１１３４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１８／０６６５５５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】独国特許出願公開第１０３５３１５６（ＤＥ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０７０４５１９９（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０００－０３９５８１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ２７／００－３０／６０

Ｂ６０Ｋ ３５／００－３７／０６

Ｇ０２Ｂ ５／００－５／１３６

Ｇ０２Ｆ １／１３，１／１３７－１／１４１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

視認者の眼前に配置された透過パネルに虚像を形成して情報を表示するヘッドアップディスプレイであって、
前記視認者の側から前記透過パネルに画像を投影するプロジェクタと、
前記透過パネルの一部に設けられ、前記プロジェクタから出射された画像の投影光を入射して前記視認者の方向に半反射することにより、前記虚像を形成して情報を表示するハーフミラーと、
前記視認者に向かって前記透過パネルに入射する外光の前記ハーフミラーへの入射を抑制するとともに、前記ハーフミラーを透過する前記投影光の反射を抑制する透光抑制部と、
を備え、
前記透光抑制部は、
前記外光を拡散する拡散板と、
前記拡散板で拡散された前記外光と前記ハーフミラーを透過する前記投影光を減衰させるとともに、前記拡散板で拡散された前記投影光をさらに減衰させる減衰板と、
を備える、
ヘッドアップディスプレイ。

【請求項2】

前記拡散板は、透過率を制御可能で、白色拡散液晶として動作可能な第１の液晶表示板で構成され、
前記減衰板は、透過率を制御可能な第２の液晶表示板で構成され、
前記虚像を表示しないときに、前記第１の液晶表示板及び前記第２の液晶表示板の透過率が高くなるように制御し、前記虚像を表示するときに、前記第１の液晶表示板を前記白色拡散液晶として動作させるとともに前記第２の液晶表示板の透過率が低くなるように制御する制御部を備える、
請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。

【請求項3】

前記透光抑制部は、
前記拡散板と前記減衰板との間が離間している、
請求項１又は２に記載のヘッドアップディスプレイ。

【請求項4】

前記プロジェクタから出射された前記投影光は、直線偏光であり、
前記拡散板と前記減衰板との間に、前記ハーフミラーを透過する前記直線偏光を遮光する偏光板が設けられている、
請求項１から３のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ。

【請求項5】

前記減衰板は、
表面に光を回折させて吸収する周期的な凹凸面が配列された吸収面が形成された光吸収体である、
請求項１から４のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ。

【請求項6】

前記透光抑制部は、
前記拡散板と前記減衰板との間に積層され、いずれか一方の偏光板が、通過する直線偏光の偏光方向を調整可能な一対の偏光板を備える、
請求項１から３のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ。

【請求項7】

前記プロジェクタから出力される前記投影光は、前記ハーフミラーにＳ偏光として入射する直線偏光であり、
前記一対の偏光板のうち、前記ハーフミラーに近い偏光板では、前記投影光の偏光方向と、通過する直線偏光の偏光方向とが直交しており、
前記一対の偏光板のうち、前記ハーフミラーから遠い偏光板では、通過する直線偏光の偏光方向を調整可能である、
請求項６に記載のヘッドアップディスプレイ。

【請求項8】

視認者の眼前に配置された透過パネルに虚像を形成して情報を表示するヘッドアップディスプレイであって、
前記視認者の側から前記透過パネルに画像を投影するプロジェクタと、
前記透過パネルの一部に設けられ、前記プロジェクタから出射された画像の投影光を入射して前記視認者の方向に半反射することにより、前記虚像を形成して情報を表示するハーフミラーと、
前記視認者に向かって前記透過パネルに入射する外光の前記ハーフミラーへの入射を抑制するとともに、前記ハーフミラーを透過する前記投影光の反射を抑制する透光抑制部と、
を備え、
前記透光抑制部は、一対の偏光板を備え、
前記プロジェクタから出力される前記投影光は、前記ハーフミラーにＳ偏光として入射する直線偏光であり、
前記一対の偏光板のうち、前記ハーフミラーに近い偏光板では、前記投影光の偏光方向と、通過する直線偏光の偏光方向とが直交しており、
前記一対の偏光板のうち、前記ハーフミラーから遠い偏光板では、通過する直線偏光の偏光方向を調整可能である、
ヘッドアップディスプレイ。

【請求項9】

前記ハーフミラー及び前記透光抑制部の外縁をぼかすぼかし部が設けられている、
請求項１から８のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ。

【請求項10】

前記虚像が表示される領域よりも前記拡散板が大きい、
請求項１から７のいずれか一項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】

本発明は、ヘッドアップディスプレイに関する。

【背景技術】

【0002】

自動車のフロントガラス等の透過パネルに、情報を表示するヘッドアップディスプレイが従来から知られている（例えば特許文献１～３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１０－０７９１９７号公報

【文献】特開平９－３２５２９３号公報

【文献】特表２０１８－５０６０５２号公報

【非特許文献】

【0004】

【文献】Ken Kihara, Marina Seki, Sakuichi Ohtsuka, "Deterioration of Visibility of Scrolling Text Presented Nearby Image Moving in the Opposite Direction", IEICE TRANSACTIONS on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences, Vol.E96-A, No.1, pp.340-344 (2013).

【文献】Sakuichi Ohtsuka, Shintaro Oka, Ken Kihara, Takaki Tsuruda, Marina Seki, "Effect of human-body swing on visibility of scrolled texts with direction dependency", ITE Transactions on Media Technology and Applications, Vol.1, No.4, pp.263-270 (2013).

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ヘッドアップディスプレイでは、表示される画像が、フロントガラスに表示される。このため、表示を見る視認者である運転手から見れば、図１５に示すように、表示される画像が、フロントガラスの向こうの景色と重なり合うことになる。この場合、低角度の太陽又は高輝度ＬＥＤを使用したデジタルサイネージなどにより、景色が明るすぎたり、表示される画像と一体化したりすると、表示される画像が見にくくなり、そのことが、画像を見る視認者にとって負担となる。

【0006】

また、赤と緑が見分けにくい２色覚者の場合には、表示と背景とが混同色となり視認性が著しく低下する場合も想定される。さらに、人間の視覚特性として、複数の異なる動きをする対象（特に左右方向に対して）を視認しようとする場合に、その動きの組み合わせによって視認しようとする文字等の情報が極端に読み取り困難になる場合もある（非特許文献１，２）。

【0007】

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、虚像を見やすくして視認者の負担を軽減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】

【0008】

上記目的を達成するために、本発明の第１の観点に係るヘッドアップディスプレイは、
視認者の眼前に配置された透過パネルに虚像を形成して情報を表示するヘッドアップディスプレイであって、
前記視認者の側から前記透過パネルに画像を投影するプロジェクタと、
前記透過パネルの一部に設けられ、前記プロジェクタから出射された画像の投影光を入射して前記視認者の方向に半反射することにより、前記虚像を形成して情報を表示するハーフミラーと、
前記視認者に向かって前記透過パネルに入射する外光の前記ハーフミラーへの入射を抑制するとともに、前記ハーフミラーを透過する前記投影光の反射を抑制する透光抑制部と、
を備え、
前記透光抑制部は、
前記外光を拡散する拡散板と、
前記拡散板で拡散された前記外光と前記ハーフミラーを透過する前記投影光を減衰させるとともに、前記拡散板で拡散された前記投影光をさらに減衰させる減衰板と、
を備える。

【0010】

また、前記拡散板は、透過率を制御可能で、白色拡散液晶として動作可能な第１の液晶表示板で構成され、
前記減衰板は、透過率を制御可能な第２の液晶表示板で構成され、
前記虚像を表示しないときに、前記第１の液晶表示板及び前記第２の液晶表示板の透過率が高くなるように制御し、前記虚像を表示するときに、前記第１の液晶表示板を前記白色拡散液晶として動作させるとともに前記第２の液晶表示板の透過率が低くなるように制御する制御部を備える、
こととしてもよい。

【0011】

前記透光抑制部は、
前記拡散板と前記減衰板との間が離間している、
こととしてもよい。

【0012】

前記プロジェクタから出射された前記投影光は、直線偏光であり、
前記拡散板と前記減衰板との間に、前記ハーフミラーを透過する前記直線偏光を遮光する偏光板が設けられている、
こととしてもよい。

【0013】

前記減衰板は、
表面に光を回折させて吸収する周期的な凹凸面が配列された吸収面が形成された光吸収体である、
こととしてもよい。

【0014】

前記透光抑制部は、
前記拡散板と前記減衰板との間に積層され、いずれか一方の偏光板が、通過する直線偏光の偏光方向を調整可能な一対の偏光板を備える、
こととしてもよい。

【0015】

前記プロジェクタから出力される前記投影光は、前記ハーフミラーにＳ偏光として入射する直線偏光であり、
前記一対の偏光板のうち、前記ハーフミラーに近い偏光板では、前記投影光の偏光方向と、通過する直線偏光の偏光方向とが直交しており、
前記一対の偏光板のうち、前記ハーフミラーから遠い偏光板では、通過する直線偏光の偏光方向を調整可能である、
こととしてもよい。
本発明の第２の観点に係るヘッドアップディスプレイは、
視認者の眼前に配置された透過パネルに虚像を形成して情報を表示するヘッドアップディスプレイであって、
前記視認者の側から前記透過パネルに画像を投影するプロジェクタと、
前記透過パネルの一部に設けられ、前記プロジェクタから出射された画像の投影光を入射して前記視認者の方向に半反射することにより、前記虚像を形成して情報を表示するハーフミラーと、
前記視認者に向かって前記透過パネルに入射する外光の前記ハーフミラーへの入射を抑制するとともに、前記ハーフミラーを透過する前記投影光の反射を抑制する透光抑制部と、
を備え、
前記透光抑制部は、一対の偏光板を備え、
前記プロジェクタから出力される前記投影光は、前記ハーフミラーにＳ偏光として入射する直線偏光であり、
前記一対の偏光板のうち、前記ハーフミラーに近い偏光板では、前記投影光の偏光方向と、通過する直線偏光の偏光方向とが直交しており、
前記一対の偏光板のうち、前記ハーフミラーから遠い偏光板では、通過する直線偏光の偏光方向を調整可能である。

【0016】

前記ハーフミラー及び前記透光抑制部の外縁をぼかすぼかし部が設けられている、
こととしてもよい。

【0017】

前記虚像が表示される領域よりも前記拡散板が大きい、
こととしてもよい。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、透過パネルの一部に設けられたハーフミラーは、プロジェクタから出射された画像の投影光を入射して視認者の方向に半反射することにより虚像を形成し、情報を表示する。また、透光抑制部は、視認者に向かって透過パネルに入射する外光のハーフミラーへの入射を抑制するとともに、ハーフミラーを透過する投影光の反射を抑制する。このようにすれば、ハーフミラーへの外光の入射を抑制して、外光による透過パネル越しの景色と、虚像とが重なり合わないようにすることができるとともに、ハーフミラー以外で視認者へ向かって反射する投影光の強度を小さくして、虚像周辺のノイズ成分を低減することができる。この結果、虚像を見やすくして視認者の負担を軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイの構成を示す模式図である。

【図2】図１のヘッドアップディスプレイを構成するハーフミラー及び透光抑制部における外光の光路図である。

【図3】図１のヘッドアップディスプレイを構成するハーフミラー及び透光抑制部における投影光の光路図である。

【図4】図１のヘッドアップディスプレイの効果を示す図である。

【図5】図１のヘッドアップディスプレイの変形例を示す図である。

【図6】拡散板及び減衰板を液晶表示板で構成した場合の制御系のブロック図である。

【図7】拡散板としての錐状の光吸収体の構造の一例を示す断面図である。

【図8】拡散板を省略できる場合の構成の一例を示す図である。

【図9】ぼかし部が設けられたヘッドアップディスプレイの構成を示す図である。

【図10】本発明の実施の形態２に係るヘッドアップディスプレイの構成を示す模式図である。

【図11】図１０のヘッドアップディスプレイの光学系の構成を示す模式図である。

【図12】本発明の実施の形態３に係るヘッドアップディスプレイの構成を示す模式図である。

【図13】ハーフミラー及び透光抑制部における外光及び投影光の光路図である。

【図14】散乱板による緩衝領域を示す図である。

【図15】従来のヘッドアップディスプレイで表示される虚像の様子を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。全図において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号が付されている。本実施の形態に係るヘッドアップディスプレイは、自動車に組み込まれている。

【0021】

実施の形態１．
まず、本発明の実施の形態１について説明する。本実施の形態に係るヘッドアップディスプレイは、自動車のフロントガラスに虚像を形成して情報を表示する。

【0022】

図１に示すように、ヘッドアップディスプレイ１Ａは、運転手Ｐの眼前に配置されたフロントガラス２に虚像Ｉｍ２を形成して、情報を表示する。ヘッドアップディスプレイ１Ａは、プロジェクタ３と、ハーフミラー４と、透光抑制部５Ａと、を備える。

【0023】

プロジェクタ３は、画像を投影する投影機である。プロジェクタ３は、車内のフロントガラス２の下部（例えばダッシュボートの上部）に配設されている。プロジェクタ３は、運転手Ｐの側からフロントガラス２に画像を投影する。投影される画像Ｉｍ１は、フロントガラス２に表示される虚像Ｉｍ２の鏡像となる。

【0024】

ハーフミラー４は、フロントガラス２の一部に設けられている。ハーフミラー４は、入射した光の約５０％を反射するとともに、残りを透過する。ハーフミラー４は、プロジェクタ３から出射された画像Ｉｍ１の投影光ＩＬを入射して運転手Ｐの方向に半反射する。これにより、フロントガラス２の虚像Ｉｍ２が形成され、情報が表示される。

【0025】

透光抑制部５Ａは、運転手Ｐに向かってフロントガラス２に入射する外光ＥＬのハーフミラー４への入射を抑制する。

【0026】

本実施の形態では、透光抑制部５Ａは、拡散板１０と、減衰板１１と、を備える。ハーフミラー４、減衰板１１及び拡散板１０は、運転手Ｐから見てこの順に積層されている。拡散板１０は、入射する光を拡散（散乱）させる。減衰板１１は、入射する光の強度を減衰させる。

【0027】

より具体的には、図２に示すように、外光ＥＬは、フロントガラス２に入射し、ハーフミラー４に入射する前に、透光抑制部５Ａの拡散板１０に入射する。拡散板１０は、入射した外光ＥＬを拡散する。拡散板１０で拡散された外光ＥＬは、減衰板１１に入射する。減衰板１１は、拡散板１０で拡散された外光ＥＬの強度を減衰させる。この結果、ハーフミラー４を透過する外光ＥＬは、均一になり、その強度は非常に小さくなる。

【0028】

さらに、透光抑制部５Ａは、ハーフミラー４を透過する投影光ＩＬの反射を抑制する。より具体的には、図３に示すように、プロジェクタ３から出射された投影光ＩＬは、ハーフミラー４で半反射されるとともに、残りはハーフミラー４を透過して減衰板１１に入射する。減衰板１１は、ハーフミラー４を透過する投影光ＩＬを減衰させる。

【0029】

減衰板１１で減衰した投影光ＩＬは、拡散板１０に入射する。拡散板１０は入射した投影光ＩＬを拡散する。拡散板１０で拡散した投影光ＩＬの一部は、再び減衰板１１に入射する。減衰板１１は、再入射した投影光ＩＬを減衰させる。減衰板１１を通過した投影光ＩＬは、ハーフミラー４を透過して、投影光ＩＬ’として運転手Ｐの方に向かう。虚像Ｉｍ２のノイズとなるこの投影光ＩＬ’は、拡散板１０で拡散され、減衰板１１を２度透過しているため、その強度は、無視できるほど小さくなっている。

【0030】

図４に示すように、フロントガラス２には、プロジェクタ３によって投影された虚像Ｉｍ２が表示されている。フロントガラス２の虚像Ｉｍ２が表示される領域ＡＲには、ハーフミラー４及び透光抑制部５Ａが組み込まれており、この領域ＡＲでは、外光ＥＬの入射が抑制され、外光ＥＬによる領域ＡＲにおける像の形成が防止される。このことは、３次元の奥行知覚の観点でみると運転手Ｐが虚像Ｉｍ２以外の奥行を知覚できなくなるので自然に虚像Ｉｍ２に焦点を合わせることが出来る。また、通常は外光ＥＬによってもたらさせる背景象の左右方向の動きに依存して虚像Ｉｍ２の情報取得の容易さが変動するのに対し、この領域ＡＲの動きの知覚も殆ど感じられなくなるので、安定した知覚が得られる。さらに、この領域ＡＲでは、投影光ＩＬによる虚像Ｉｍ２に対するノイズ成分も低減されている。これらにより、運転手Ｐが、「フロントガラス２に虚像Ｉｍ２がはっきりと表示されている」と感じることが出来る。

【0031】

以上詳細に説明したように、本実施の形態によれば、フロントガラス２の一部に設けられたハーフミラー４は、プロジェクタ３から出射された画像Ｉｍ１の投影光ＩＬを入射して運転手Ｐの方向に半反射することにより虚像Ｉｍ２を形成し、情報を表示する。また、透光抑制部５Ａは、運転手Ｐに向かってフロントガラス２に入射する外光ＥＬのハーフミラー４への入射を抑制するとともに、ハーフミラー４を透過する投影光ＩＬの反射を抑制する。

【0032】

このようにすれば、ハーフミラー４への外光ＥＬの入射を抑制して、外光ＥＬによる透フロントガラス２越しの景色と、虚像Ｉｍ２とが重なり合わないようにすることができるとともに、ハーフミラー４以外で運転手Ｐへ向かって反射する投影光ＩＬ’の強度を小さくして、虚像Ｉｍ２周辺のノイズ成分を低減することができる。この結果、虚像Ｉｍ２を見やすくして運転手Ｐの負担を軽減することができる。

【0033】

また、透光抑制部５Ａに拡散板１０を組み込むことにより、外光ＥＬを、虚像Ｉｍ２を表示するためのバックライトとして用いることができるので、虚像Ｉｍ２をさらに見やすくすることができる。

【0034】

なお、図５に示すように、拡散板１０と減衰板１１との間に、スペーサ１２を設けるようにしてもよい。スペーサ１２は、フロントガラス２の材料と同質の材料より構成することができる。このようにすれば、拡散板１０による外光ＥＬ及び投影光ＩＬの拡散度合をさらに高めることができる。

【0035】

なお、スペーサ１２の代わりに、拡散板１０と減衰板１１との間に、単なる空隙を設けるようにしてもよい。すなわち、拡散板１０と、減衰板１１との間に間隔が空いていれば、拡散板１０による外光ＥＬ及び投影光ＩＬの拡散度合をさらに高めることができる。

【0036】

なお、図６に示すように、拡散板１０は、白色拡散液晶である第１の液晶表示板１０ａで構成されるようにしてもよい。また、減衰板１１は、透過率を制御可能な第２の液晶表示板１１ａで構成するようにしてもよい。

【0037】

この場合、第１、第２の液晶表示板１０ａ，１１ａは、制御部２０で制御される。制御部２０は、虚像Ｉｍ２を表示しないときに、第１の液晶表示板１０ａ及び第２の液晶表示板１１ａの透過率が高くなるように制御する。これにより、フロントガラス２と同様に、ハーフミラー４及び透光抑制部５Ａを介して、外光ＥＬを取り入れ、外の景色を見ることができる。

【0038】

また、制御部２０は、虚像Ｉｍ２を表示するときに、第１の液晶表示板１０ａを白色拡散液晶として動作させるとともに第２の液晶表示板１１ａの透過率が低くなるように制御する。これにより、上述のように、表示された虚像Ｉｍ２を見やすくすることができる。

【0039】

また、減衰板１１として、図７に示すように、光吸収体３０を用いるようにしてもよい。この光吸収体３０では、高さｈの錐状の突起３１が複数設けられている。これら錐状の突起３１は、ピッチｐで周期的に２次元に配列されており、この２次元アレイが、光を減衰させる光回折構造を形成している。

【0040】

ピッチｐは、好ましくは可視光線の波長域の１／２以下であり、さらに１／３以下であることが好ましい。斜めから入射する光に対しても反射率を抑えるにはよりピッチｐが小である方が好ましい。

【0041】

突起３１の高さｈは、特に限定されない。突起３１の高さｈが必ずしも一定である必要はない。しかしながら、突起３１の高さｈは、高ければ高いほど、投影光ＩＬに対する反射防止機能が向上する。突起３１の高さｈは、好ましくは少なくともピッチｐ以上であり、少なくともピッチｐの３倍以上であるのが望ましい。上述したように、突起３１の高さｈがピッチｐ以上であれば、反射率を抑えることができる。より反射率を抑えるには、ピッチｐに対する高さｈのアスペクト比が、大きい方がよい。

【0042】

なお、突起３１の形状は、錐状でなくてもよい。例えば、楔状であってもよい。すなわち、光吸収体３０には、表面に光を吸収する周期的な凹凸面が配列された吸収面が形成されていればよい。

【0043】

さらに、拡散板１０に代えて、図８に示すように、減衰板１１の表面に不規則な凹凸を有する拡散面４０を形成するようにしてもよい。こうすることにより、その表面に外光ＥＬ及び投影光ＩＬが入射しても、それらの光を拡散させることができる。

【0044】

また、図９に示すように、虚像Ｉｍ２が形成された領域ＡＲの外縁、すなわちハーフミラー４及び透光抑制部５Ａの外縁をぼかすぼかし部５０が設けられるようにしてもよい。ぼかし部５０は、領域ＡＲの左右両端の横幅ｗの領域に形成されている。ぼかし部５０は、グラデーションでぼかされ、ハーフミラー４及び透光抑制部５Ａの左右の輪郭線（外縁）が見えないようになっている。この横幅ｗは、虚像Ｉｍ２を視認する運転手Ｐの左右の眼の視差よりも大きくなるように設定されている。

【0045】

図１に示すように、虚像Ｉｍ２の結像位置は、フロントガラス２上にはなく、その前方にある。運転手Ｐは、その結像位置に焦点を合わせて虚像Ｉｍ２が示す情報を見る。しかしながら、ハーフミラー４及び透光抑制部５Ａの外縁がフロントガラス２上にはっきり出ている場合には、運転手Ｐは、その外縁に焦点を合わせがちとなり、虚像Ｉｍ２を見づらくなる。そこで、本実施の形態では、運転手Ｐが虚像Ｉｍ２に焦点を合わせ易くなるようにするためにハーフミラー４及び透光抑制部５Ａの左右の輪郭をぼかしている。この現象は、運転手Ｐの左右の眼の視差に基づくものであるため、ぼかし部５０の幅ｗをその視差以上としている。

【0046】

このようなぼかし部５０は、様々な構成で実現することができる。例えば、ぼかし部５０において、拡散板１０の光の拡散度を、左右外側に向かって次第に小さくするようにしてもよい。また、ぼかし部５０において、減衰板１１の減衰率を、左右外側に向かって次第に大きくするようにしてもよい。

【0047】

なお、図９では、虚像Ｉｍ２の領域ＡＲの左右の外縁だけぼかし部５０を設けるようにしたが、虚像Ｉｍ２の領域ＡＲ（ハーフミラー４及び透光抑制部５Ａ）の上下の外縁をぼかすようにしてもよい。

【0048】

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ１Ｂでは、透光抑制部５Ａの代わりに、透光抑制部５Ｂを備える点が、上記実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ１Ａの構成と異なる。

【0049】

図１０に示すように、本実施の形態では、プロジェクタ３によって出射された画像を形成する投影光ＩＬは、ハーフミラー４に入射する前に、偏光板１３に入射する。偏光板１３は、特定の偏光方向の直線偏光だけを通過させる。これにより、プロジェクタ３から出射された画像を形成する投影光ＩＬは、直線偏光となる。

【0050】

また、本実施の形態では、拡散板１０と減衰板１１との間に、偏光板１４が設けられている。偏光板１４は、ハーフミラー４を透過する直線偏光を遮光する。

【0051】

図１１に示すように、偏光板１３を通過した投影光ＩＬは、ハーフミラー４で一部は反射し、残りはハーフミラー４を透過する。ハーフミラー４を透過した投影光ＩＬは、減衰板１１に入射し、減衰して、偏光板１４に達する。ここで、投影光ＩＬ（直線偏光）は遮光され、一部は反射して、減衰板１１に再入射し、さらに減衰して、投影光ＩＬ’として、ハーフミラー４に至る。この経路を通った投影光ＩＬ’は、減衰板１１で２度減衰した光であるので、その強度は無視できる程度の大きさである。

【0052】

なお、Ｐ偏光に対して相対的にＳ偏光の反射率を高めるために投影光ＩＬのハーフミラー４への入射角を、ブリュースター角θもしくはそれ以上の角度としてもよい。ブリュースター角θとは、Ｐ偏光の反射率が０となる入射角のことである。ブリュースター角θの場合、ハーフミラー４で反射する投影光ＩＬは、Ｓ偏光のみとなる。

【0053】

実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について説明する。図１２に示すように、本実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ１Ｃでは、透光抑制部５Ａの代わりに、透光抑制部５Ｃを備える点が、上記実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイ１Ａの構成と異なる。

【0054】

図１２に示すように、本実施の形態では、透光抑制部５Ｃは、減衰板１１とスペーサ１２との間に、調光スペーサ２５を備えている点が、図５に示す透光抑制部５Ａと異なっている。調光スペーサ２５は、調光可能な液晶シャッタであり、両端に設けられた一対の偏光板により、透過する光量を調節可能なＮＤ（Neutral Density）フィルタである。

【0055】

図１３に示すように、調光スペーサ２５は、一対の偏光板２５ａ、２５ｂと、スペーサ２５ｃと、を備える。ハーフミラー４に近い偏光板２５ａは、特定方向の直線偏光のみを通過させる。通過する直線偏光の偏光方向は、偏光板１３の偏光方向と直交する。ハーフミラー４から遠い偏光板２５ｂは、特定方向の直線偏光のみを通過させる。偏光板２５ｂは、液晶素子から成り、その液晶分子の配列方向を制御することにより、透過する直線偏光の方向を調整可能である。この調整により、調光スペーサ２５は、透過する光量を調整可能である。スペーサ２５ｃは、透過部材である。

【0056】

プロジェクタ３から出射された投影光ＩＬは、偏光板１３で直線偏光となって、ハーフミラー４にＳ偏光として入射し、半反射する。ハーフミラー４を透過する投影光ＩＬは、減衰板１１で減衰し、調光スペーサ２５の偏光板２５ａで反射され、減衰板１１でさらに減衰した後、ハーフミラー４から投影光ＩＬ’として出射される。投影光ＩＬ’は、減衰板１１で二重に減衰しているので、無視できる程度に小さくなっている。

【0057】

一方、外光ＥＬは、拡散板１０に入射して拡散し、一部は、スペーサ１２を介して調光スペーサ２５に入射する。調光スペーサ２５は、調整された透過率で、外光ＥＬを透過させ、減衰板１１は、調光スペーサ２５を透過した外光ＥＬがある場合には、その外光ＥＬをさらに減衰させる。

【0058】

本実施の形態によれば、ハーフミラー４への外光ＥＬの入射を抑制して、外光ＥＬによる透フロントガラス２越しの景色と、虚像Ｉｍ２とが重なり合わないようにすることができる。また、ハーフミラー４以外で運転手Ｐへ向かって反射する投影光ＩＬ’の強度を小さくして、虚像Ｉｍ２周辺のノイズ成分を低減することができる。

【0059】

なお、図１４に示すように、虚像Ｉｍ２が表示される領域ＡＲよりも拡散板１０を大きくするようにしてもよい。このようにすれば、領域ＡＲ外で外光ＥＬが拡散された緩衝帯が形成される。この緩衝帯は、運転手Ｐの視野に十分収まるように、横方向に長くなっている。このようにしても、図９のぼかし部５０と同様に、運転手Ｐが虚像Ｉｍ２に焦点を合わせ易くなる。

【0060】

さらに、透光抑制部を減衰板だけで構成したり、透過する光の偏光方向が互いに直交する一対の偏光板だけで構成したりするようにしてもよい。このようにしても、外光ＥＬのハーフミラー４への入射を抑制することができる。

【0061】

なお、上記各実施の形態では、フロントガラス２の下部に虚像Ｉｍ２を表示した。しかしながら、本発明はこれには限られない。運転の邪魔にならないのであれば、フロントガラス２の上部に、虚像Ｉｍ２を表示するようにしてもよい。フロントガラス２の上部にうつる景色は、明るく、虚像Ｉｍ２と干渉することが多いが、上記各実施の形態のヘッドアップディスプレイ１Ａ～１Ｃによれば、そのような景色は拡散板１０及び減衰板１１によりぼかされ、虚像Ｉｍ２のノイズ成分となる投影光ＩＬ’も無視できるほど小さくなるため、虚像Ｉｍ２をはっきりと表示することができる。

【0062】

なお、上記各実施の形態では、プロジェクタ３の前に偏光板１３を置き、プロジェクタ３から出射される投影光ＩＬを直線偏光としたが、本発明はこれには限られない。プロジェクタ３から出射された投影光ＩＬをブリュースター角θでミラーに入射させてＳ偏光のみ反射させ、その反射したＳ偏光を投影光ＩＬとして用いるようにしてもよい。

【0063】

なお、上記各実施の形態では、ハーフミラー４、拡散板１０及び減衰板１１は、フロントガラス２に組み込まれていたが、本発明はこれには限られない。フロントガラス２の手前に透過パネルを設け、その透過パネルにハーフミラー４、減衰板１１及び拡散板１０が組み込まれるようにしてもよい。また、フロントガラス２に透過パネルを貼り付け、その透過パネルにハーフミラー４、減衰板１１及び拡散板１０が組み込まれるようにしてもよい。

【0064】

なお、上記各実施の形態では、自動車のフロントガラス２に情報を表示するヘッドマウントディスプレイについて説明したが、本発明はこれには限られない。鉄道、飛行機、船等の様々な乗り物にも適用することができる。また、ヘルメットや眼鏡などの装着物にも適用することができる。

【0065】

この発明は、この発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、この発明の範囲を限定するものではない。すなわち、この発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。

【産業上の利用可能性】

【0066】

本発明は、自動車のフロントガラスに虚像を形成して情報を表示するヘッドアップディスプレイに適用することができる。

【符号の説明】

【0067】

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ ヘッドアップディスプレイ、２ フロントガラス、３ プロジェクタ、４ ハーフミラー、５Ａ，５Ｂ，５Ｃ 透光抑制部、１０ 拡散板、１０ａ 第１の液晶表示板、１１ 減衰板、１１ａ 第２の液晶表示板、１２ スペーサ、１３，１４ 偏光板、２０ 制御部、２５ 調光スペーサ、２５ａ，２５ｂ 偏光板、２５ｃ スペーサ、３０ 光吸収体、３１ 突起、４０ 拡散面、５０ ぼかし部、ＡＲ 領域、Ｉｍ１ 画像、１ｍ２ 虚像、ＩＬ，ＩＬ’ 投影光、ＥＬ 外光、Ｐ 運転者

【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】