特許 7359152 ヘッドアップディスプレイ装置

(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】2023-10-02

(45)【発行日】2023-10-11

(54)【発明の名称】ヘッドアップディスプレイ装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/01 20060101AFI20231003BHJP

   B60K 35/00 20060101ALI20231003BHJP

【ＦＩ】

G02B27/01

B60K35/00 A

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020548419

(86)(22)【出願日】2019-09-12

(86)【国際出願番号】 JP2019035835

(87)【国際公開番号】W WO2020059618

(87)【国際公開日】2020-03-26

【審査請求日】2022-07-15

(31)【優先権主張番号】P 2018174357

(32)【優先日】2018-09-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000231512

【氏名又は名称】日本精機株式会社

(72)【発明者】

【氏名】川合 健

【審査官】後藤 昌夫

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１０５９３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０６６８３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２３３６６５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ２７／０１

Ｂ６０Ｋ ３５／００

Ｈ０４Ｎ ５／７４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

視認者から見て奥行方向の異なる距離に２以上の画像を表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、
投影光（１００）を出射するプロジェクタ（２０）と、
前記投影光（１００）の光軸（ＡＸ）に対して第１の傾き角（θ１：０＜θ１＜９０［ｄｅｇｒｅｅ］）となるように配置され、前記投影光（１００）のうち第１投影光（１０１）を受光し、第１画像（Ｍ１）を表示する第１スクリーン（１３）と、
少なくとも一部が前記プロジェクタ（２０）から前記光軸（ＡＸ）に沿って前記第１スクリーン（１３）よりも離れて配置され、前記投影光（１００）の光軸（ＡＸ）に対して前記第１の傾き角（θ１）とは異なる第２の傾き角（θ２：０＜θ２＜９０［ｄｅｇｒｅｅ］）となるように配置され、前記投影光（１００）のうち第２投影光（１０２）を受光し、第２画像（Ｍ２）を表示する第２スクリーン（１４）と、
少なくとも前記第１投影光（１０１）及び前記第２投影光（１０２）のいずれか一方の結像距離を調整する結像距離調整部（１５）と、
前記第１画像（Ｍ１）と前記第２画像（Ｍ２）との表示光（２００）を被投影部材に向けるリレー光学系（３０，４０）と、を備え、
前記プロジェクタ（２０）は、前記投影光（１００）の光軸（ＡＸ）に対して第３の傾き角（θ３：０＜θ３＜９０［ｄｅｇｒｅｅ］）となるように前記投影光（１００）の元の結像面（１６）を生成可能であり、
前記元の結像面（１６）を前記プロジェクタ（２０）から前記光軸（ＡＸ）に沿って前記第１スクリーン（１３）よりも遠い位置に、前記第３の傾き角（θ３）が前記第１の傾き角（θ１）より小さくなるように配置する、又は
前記元の結像面（１６）を前記プロジェクタ（２０）から前記光軸（ＡＸ）に沿って前記第２スクリーン（１４）よりも近い位置に、前記第３の傾き角（θ３）が前記第２の傾き角（θ２）より大きくなるように配置する、
ヘッドアップディスプレイ装置。

【請求項2】

前記プロジェクタ（２０）は、
前記元の結像面（１６）を前記プロジェクタ（２０）から前記光軸（ＡＸ）に沿って前記第２スクリーン（１４）よりも遠い位置に、前記第３の傾き角（θ３）が前記第２の傾き角（θ２）より小さくなるように配置する、又は
前記元の結像面（１６）を前記プロジェクタ（２０）から前記光軸（ＡＸ）に沿って前記第１スクリーン（１３）よりも近い位置に、前記第３の傾き角（θ３）が前記第１の傾き角（θ１）より大きくなるように配置する、
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3】

前記第１の傾き角（θ１）は、前記第２の傾き角（θ２）より大きい、
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。

【請求項4】

前記結像距離調整部（１５）は、前記第１投影光（１０１）の光路上と、前記第２投影光（１０２）の光路上と、に配置され、前記第１投影光（１０１）及び前記第２投影光（１０２）の結像距離を調整する、
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。

【請求項5】

前記結像距離調整部（１５）は、前記第１投影光（１０１）の光路上と、前記第２投影光（１０２）の光路上と、にそれぞれ配置されるレンズ（１５ａ，１５ｂ）を含む、
請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

【請求項6】

前記レンズ（１５ａ，１５ｂ）は、一体に形成される、
請求項５に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

【請求項7】

前記結像距離調整部（１５）は、前記第１投影光（１０１）の光路上と、前記第２投影光（１０２）の光路上と、にそれぞれ配置されるミラー（１５ｃ，１５ｄ）を含む、
請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

【請求項8】

前記ミラー（１５ｃ，１５ｄ）は、一体に形成される、
請求項７に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、仮想的な複数の面にそれぞれ画像を表示可能なヘッドアップディスプレイに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来のヘッドアップディスプレイは、例えば、特許文献１に開示されるものがある。このようなヘッドアップディスプレイは、１つのプロジェクタから出射される投影光を、プロジェクタからの距離が異なる第１スクリーンと第２スクリーンとのそれぞれに投影し、この第１スクリーンと第２スクリーンとに表示されたそれぞれの画像を視認者前方の透過反射部に映す。これにより、視認者からの距離が異なる位置に、第１スクリーンに表示された画像に基づく虚像と、第２スクリーンに表示された画像に基づく虚像と、を視認させるものである。

【0003】

特許文献２には、１つのプロジェクタから出射される投影光を、結像位置調整ミラーにより部分的に結像距離を調整し、プロジェクタの光軸に対して斜めに配置されたスクリーンに画像を結像させるヘッドアップディスプレイ装置が記載されている。また、第１スクリーンと、第２スクリーンとがプロジェクタの光軸に対して異なる角度で配置され、これにより、視認者から見て第１スクリーンに表示された画像の虚像と、第２スクリーンに表示された画像の虚像とが、異なる角度に配置されて視認者に視認される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１５－０１１２１１号公報

【文献】特開２０１６－０４５２５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、結像位置調整ミラー（結像位置調整部）が、光軸に対して異なる角度で配置された２以上のスクリーンに、投影光をそれぞれピントずれがない良好な状態で結像させることは困難であり、視認者に視認される画像にボケが生じたり、歪みが大きくなったり、又は結像位置調整部の光学設計が困難になってしまうおそれがあった。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本明細書に開示される特定の実施形態の要約を以下に示す。これらの態様が、これらの特定の実施形態の概要を読者に提供するためだけに提示され、この開示の範囲を限定するものではないことを理解されたい。実際に、本開示は、以下に記載されない種々の態様を包含し得る。

【0007】

本開示の概要は、異なる角度で表示される２以上の画像の視認性を良好にすることに関する。より具体的には、結像位置調整部による結像調整の負荷を軽減することで画像のピントずれを解消しやすくすることも可能とする。

【0008】

したがって、本明細書に記載されるヘッドアップディスプレイ装置では、第２スクリーン１４は、プロジェクタ２０から光軸ＡＸに沿って第１スクリーン１３よりも離れて配置され、プロジェクタ２０は、プロジェクタ２０から投影光１００の光軸ＡＸに沿って第１スクリーン１３よりも遠い位置に、光軸ＡＸに対する第１スクリーン１３の第１の傾き角θ１より小さい第３の傾き角θ３になるように結像面１６を配置する、又は、プロジェクタ２０から光軸ＡＸに沿って第２スクリーン１４よりも近い位置に、光軸ＡＸに対する第２スクリーン１４の第２の傾き角θ２より大きい第３の傾き角θ３になるように結像面１６を配置する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１実施形態のヘッドアップディスプレイ装置の概略的な構成を示す図である。

【図2】同上実施形態におけるヘッドアップディスプレイ装置の光学系の配置と投影光の光路とを示す図である。

【図3】第２実施形態のヘッドアップディスプレイ装置の概略的な構成を示す図である。

【図4】同上実施形態におけるヘッドアップディスプレイ装置の光学系の配置と投影光の光路とを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、本発明は以下の実施形態（図面の内容も含む。）によって限定されるものではない。以下の実施形態に変更（構成要素の削除も含む）を加えることができる。また、以下の説明では、本発明の理解を容易にするために、公知の技術的事項の説明を適宜省略する。

【0011】

以下、図１では、第１実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の構成の説明を提供し、図２では、光学系の配置と投影光の光路の説明を提供する。図３では、第２実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の構成の説明を提供し、図４では、光学系の配置と投影光の光路の説明を提供する。

【0012】

（第１実施形態）
ヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤ装置と記載）１は、例えば自動車に搭載されるものであり、図１に示すように、表示装置１０と、平面鏡（リレー光学系）３０と、凹面鏡（リレー光学系）４０と、筐体５０と、制御基板（図示しない）と、を備える。ＨＵＤ１は、表示装置１０が表示する第１画像Ｍ１の第１表示光２０１と、第２画像Ｍ２の第２表示光２０２とを、平面鏡３０と凹面鏡４０とで車両のフロントガラス（被投影部材の一例）２に向けて出射する。フロントガラス２で反射した第１表示光２０１、第２表示光２０２は、それぞれ所定の空間からなるアイボックス３に配光される。視認者４（典型的には自車両の運転席にいて自車両の進行方向である前方を向く視認者）は、このアイボックス３内に視点を置くことで、第１画像Ｍ１の第１虚像３０１と、第２画像Ｍ２の第２虚像３０２とを視認することができる。後に詳述するが、表示装置１０は、視認者４の視点に到達するまでの第１表示光２０１の距離が、第２表示光２０２の距離よりも長くなるように、第１画像Ｍ１及び第２画像Ｍ２を表示する。これにより、視認者４は、第１画像Ｍ１に基づく第１虚像３０１を、第２画像Ｍ２に基づく第２虚像３０２よりも遠い位置に視認する。

【0013】

また、いくつかの実施形態では、ＨＵＤ装置１は、図１に示すように、自車両の運転席にいる視認者が自車両の進行方向を向いた場合の上下方向において、第１虚像３０１が第２虚像３０２より上側に視認されるように表示してもよい。また、本実施形態では、ＨＵＤ装置１は、第２虚像３０２が第１虚像３０１よりも路面の角度に近くなるように、角度を異ならせてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、ＨＵＤ装置１は、図１に示すように、第１虚像３０１を、上端と下端が概ね鉛直方向に並んでいるように視認者４に視認されるように表示し、第２虚像３０２を、上端が下端より奥側にあるように視認者４に視認されるように表示してもよい。

【0014】

筐体５０は、例えば黒色の遮光性合成樹脂から形成され、表示装置１０、平面鏡３０、凹面鏡４０を内部に収納し、外部に制御基板（図示しない）が取り付けられる。
筐体５０は、第１表示光２０１、第２表示光２０２をフロントガラス２に通過させる開口部５０ａを有し、この開口部５０ａは、透光性カバー５０ｂに覆われている。

【0015】

表示装置１０は、プロジェクタ２０から出射される投影光１００の光軸ＡＸに沿って異なった位置に複数の画像をそれぞれ表示するものである。本実施形態の表示装置１０は、第１画像Ｍ１と、この第１画像Ｍ１よりもプロジェクタ２０から離れて配置される第２画像Ｍ２との２つの画像を表示する。なお、いくつかの実施形態の表示装置１０では、奥行き方向の異なった３以上の位置に画像をそれぞれ表示するものであってもよい。表示装置１０の構成については、後で詳述する。

【0016】

平面鏡（リレー光学系）３０は、例えば合成樹脂やガラス材料からなる基材の表面に、蒸着等の手段により反射膜を形成したものであり、表示装置１０の第１スクリーン１３，第２スクリーン１４が表示する第１画像Ｍ１，第２画像Ｍ２に基づく第１表示光２０１，第２表示光２０２を、凹面鏡４０に向けて反射する。

【0017】

凹面鏡（リレー光学系）４０は、例えば合成樹脂材料からなる基材の表面に、蒸着等の手段により反射膜を形成したものであり、平面鏡３０で反射した第１表示光２０１，第２表示光２０２をさらに反射させ、フロントガラス２に向けて出射する凹状の自由曲面を有するミラーである。凹面鏡４０で反射した第１表示光２０１，第２表示光２０２は、筐体５０の開口部５０ａに設けられた透光性カバー５０ｂを透過して、フロントガラス２に到達する。第１表示光２０１，第２表示光２０２は、フロントガラス２で視認者４側に反射され、第１表示光２０１に基づく第１虚像３０１及び第２表示光２０２に基づく第２虚像３０２を視認者４に視認させる。なお、凹面鏡４０は拡大鏡としての機能を有し、表示装置１０に表示された第１画像Ｍ１、第２画像Ｍ２を拡大してフロントガラス２側へ反射してもよい。また、凹面鏡４０は、フロントガラス２が曲面であることに起因する第１虚像３０１及び第２虚像３０２の歪みを軽減する機能を有していてもよい。また、本発明のＨＵＤ１は、上述した平面鏡３０、凹面鏡４０などの反射型の光学部材の代わりにレンズなどの屈折型の光学部材やこれら以外の公知となっている光学部材をリレー光学系として適用してもよく、また反射型、屈折型などの光学部材を２つ以上組み合わせたものであってもよい。以下に、図１，図２を用いて表示装置１０の具体的な構成を説明する。図２は、プロジェクタ２０から出射された第１投影光１１０、第２投影光１２０の経路を説明するための図であり、特に、後述する表示器２０ａの所定の画素２１から出射される第１投影光１１０の一部である第１結像光束１１１の経路と、表示器２０ａの所定の画素２２から出射される第２投影光１２０の一部である第２結像光束１２１の経路と、を説明する図である。なお、図２では、光学的パワーによる投影光１００の光路の変更をわかりやすくするため、ミラーによる光の単なる折返しについては、図面に反映していない。また、他の結像光束については、図面の簡略化のため、省略した。

【0018】

（表示装置１０）
表示装置１０は、図１に示すように、投影光１００を出射するプロジェクタ２０と、このプロジェクタ２０から投影光１００を反射して折り返す第１フォールドミラー１１と、第１フォールドミラー１１から投影光１００を反射して折り返す第２フォールドミラー１２と、投影光１００のうち第１投影光１１０を裏面で受光し、表面に第１投影光１１０が結像した第１画像Ｍ１を表示する第１スクリーン１３と、投影光１００のうち第２投影光１２０を裏面で受光し、表面に第２投影光１２０が結像した第２画像Ｍ２を表示する第２スクリーン１４と、プロジェクタ２０と第１スクリーン１３との間の第１投影光１１０の光路上、及びプロジェクタ２０と第２スクリーン１４との間の第２投影光１２０の光路上に配置され、第１投影光１１０の後述する第１の元の結像距離ＰＯ１、及び第２投影光１２０の後述する第２の元の結像距離ＰＯ２を長くする結像距離延長部１５（投影距離調整部の一例）と、により構成される。

【0019】

プロジェクタ２０は、図２に示すように、投影光１００の元となる光を生成する表示器２０ａと、結像部２４と、を備え、投影光１００（第１投影光１１０、第２投影光１２０）を第１フォールドミラー１１に向けて出射する。結像部２４は、表示器２０ａからの光を第１投影光１１０として第１の元の結像距離ＰＯ１に結像させ、表示器２０ａからの光を第２投影光１２０として、第１の元の結像距離ＰＯ１より長い第２の元の結像距離ＰＯ２に結像させる。ここでいう結像距離とは、プロジェクタ２０から出射される投影光１００の光軸ＡＸに沿う、結像部２４から投影光１００が結像する位置までの距離を示し、投影距離、投射距離、又は結像距離像面距離などと呼ばれてもよい。

【0020】

表示器２０ａは、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ ＭｉｃｒｏＭｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）やＬＣＯＳ（登録商標：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）などの反射型表示素子やＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）液晶パネルなどの透過型表示素子を有し、図示しない制御基板からの制御信号に基づき、第１画像Ｍ１を表示させるための第１投影光１１０の元となる光と第２画像Ｍ２を表示させるための第２投影光１２０の元となる光と結像部２４に向ける。

【0021】

なお、表示器２０ａの表示領域は、第１投影光１１０を生成する第１表示領域（図示しない）と、第２投影光１２０を生成する第２表示領域（図示しない）と、前記第１表示領域と前記第２表示領域との間に位置し、表示を行わない第３表示領域（図示しない）と、から構成されてもよい。

【0022】

結像部２４は、単数または複数のレンズからなり、表示器２０ａが生成した光を投影光１００として第１フォールドミラー１１（第１スクリーン１３、第２スクリーン１４）に向けて拡大投射する。また、結像部２４は、表示器２０ａから出射される光を投影光１００として所定の結像距離に結像させる。具体的には、結像部２４は、前記第１の表示領域の所定の画素２１を第１の元の結像距離ＰＯ１だけ離れた第１の元の結像点１７に結像させ、前記第２の表示領域の所定の画素２２を第２の元の結像距離ＰＯ２だけ離れた第２の元の結像点１８に結像させる光学的パワーを有する。言い換えると、結像部２４は、結像部２４から第１の元の結像点１７に向けて収束する第１の拡がり角Φ１を有する第１結像光束１１１と、結像部２４から第２の元の結像点１８に向けて収束する第２の拡がり角Φ２を有する第２結像光束１２１とを、第１フォールドミラー１１（第１スクリーン１３、第２スクリーン１４）に向けて拡大投射する。

【0023】

結像部２４は、結像部２４に対する表示器２０ａの傾きを調整することで、結像部２４の光軸（結像部２４から出射される投影光１００の光軸ＡＸ）に対して傾いた結像面１６を生成することが可能である。例えば、結像部２４は、光軸ＡＸに対して第３の傾き角θ３（０＜θ３＜９０［ｄｅｇｒｅｅ］）を有し、結像部２４（プロジェクタ２０）から投影光１００の光軸ＡＸに沿って第１スクリーン１３よりも近くに配置される結像面１６を生成してもよい。

【0024】

第１フォールドミラー（反射部）１１は、プロジェクタ２０と第２フォールドミラー１２との間の投影光１００の経路上に配置され、プロジェクタ２０から出射された第１投影光１１０及び第２投影光１２０を同一面で第２フォールドミラー１２に向けて反射する屈折力を有さない平面鏡で構成される。第１フォールドミラー１１を設けることで投影光１００の光路が折り畳まれるため、表示装置１０の一次方向におけるパッケージサイズをよりコンパクトにすることができる。本実施形態の第１フォールドミラー１１は、表示器２０ａの画素２０１ａから出射される第１結像光束１１１と、表示器２０ａの画素２１から出射される第２結像光束１２１とが分岐する（第１投影光１１０と第２投影光１２０とが分岐する）分岐点２８よりプロジェクタ２０の近くに配置される。これにより第１フォールドミラー１１のサイズを小さく抑えることが可能である。なお、プロジェクタ２０から第２フォールドミラー１２までの間に第１フォールドミラー１１を複数設けてもよく、また第１フォールドミラー１１を省略してもよい。また、第１フォールドミラー１１は、分岐点２８よりもプロジェクタ２０から離れて配置されてもよい。このように第１フォールドミラー１１が分岐点２８よりもプロジェクタ２０から離れて配置される場合、第１フォールドミラー１１は、第１投影光１１０を受光するフォールドミラーと、第２投影光１２０を受光するフォールドミラーとで分割して設けられていてもよい。

【0025】

第２フォールドミラー１２は、第１フォールドミラー１１と第１スクリーン１３との間の投影光１００の経路上に配置され、プロジェクタ２０から出射された第１投影光１１０及び第２投影光１２０を第１スクリーン１３、第２スクリーン１４に反射する屈折力を有さない平面鏡で構成される。第２フォールドミラー１２を設けることで投影光１００の光路が折り畳まれるため、表示装置１０の一次方向におけるパッケージサイズをよりコンパクトにすることができる。本実施形態の第２フォールドミラー１２は、第１投影光１１０と第２投影光１２０とが分岐する分岐点２８よりもプロジェクタ２０側に配置される。これにより第２フォールドミラー１２のサイズを小さく抑えることが可能である。なお、第１フォールドミラー１１から第１スクリーン１３までの間に第２フォールドミラー１２を複数設けてもよく、また第２フォールドミラー１２を省略してもよい。また、第２フォールドミラー１２は、分岐点２８よりもプロジェクタ２０から離れて配置されてもよい。このように第２フォールドミラー１２が分岐点２８よりもプロジェクタ２０から離れて配置される場合、第２フォールドミラー１２は、第１投影光１１０を受光するフォールドミラーと、第２投影光１２０を受光するフォールドミラーとで分割して設けられていてもよい。

【0026】

第１スクリーン１３は、結像部２４から投影光１００の光軸ＡＸに沿って第１結像距離Ｐ１を中心として、光軸ＡＸに対して第１の傾き角θ１（０＜θ１＜９０［ｄｅｇｒｅｅ］）となるように配置され、プロジェクタ２０から出射された第１投影光１１０を背面で受光し、表面側に第１画像Ｍ１を表示（結像）する透過スクリーンであり、例えば、ホログラフィックディフューザー、マイクロレンズアレイ、拡散板等によって構成される。第１スクリーン１３が第１画像Ｍ１を表示すると、この第１画像Ｍ１を示す第１表示光２０１は、リレー光学系（平面鏡３０、凹面鏡４０）によりフロントガラス２に投射され、フロントガラス２により視認者４の方向（アイボックス３）に反射される。これにより、視認者４は、アイボックス３内に視点を置くことでフロントガラス２の向こう側に第１虚像３０１を視認することができる。

【0027】

第２スクリーン１４は、結像部２４から投影光１００の光軸ＡＸに沿って第１結像距離Ｐ１よりも長い第２結像距離Ｐ２を中心として、光軸ＡＸに対して第２の傾き角θ２（０＜θ２＜９０［ｄｅｇｒｅｅ］）となるように配置され、プロジェクタ２０から出射された第２投影光１２０を背面で受光し、表面側に第２画像Ｍ２を表示する透過スクリーンであり、第１スクリーン１３と同様、例えば、ホログラフィックディフューザー、マイクロレンズアレイ、拡散板等によって構成される。第２スクリーン１４が第２画像Ｍ２を表示すると、この第２画像Ｍ２を示す第２表示光２０２は、後述の平面鏡３０、凹面鏡４０によりフロントガラス２に投射され、フロントガラス２により視認者４の方向（アイボックス３）に反射される。これにより、視認者４は、アイボックス３内に視点を置くことでフロントガラス２の向こう側に第２虚像３０２を視認することができる。

【0028】

図１に示すように、プロジェクタ２０から光軸ＡＸに沿った第１スクリーン１３までの第１投影光１１０の光路長が、第２スクリーン１４までの第２投影光１２０の光路長より短くなるように、第１スクリーン１３は、第２スクリーン１４よりもプロジェクタ２０の近傍に配置される。このような第１スクリーン１３、第２スクリーン１４の配置においては、第１スクリーン１３から視認者４に向けて進行する第１表示光２０１の光路長は、第２スクリーン１４から視認者４に向けて進行する第２表示光２０２の光路長よりも長くなる。それゆえ、視認者４から第１虚像３０１が表示される位置までの距離（表示距離）は、視認者４から第２虚像３０２が表示される位置までの距離（表示距離）よりも長くなるので、本実施形態におけるＨＵＤ１は、第１虚像３０１が第２虚像３０２よりも遠くの位置にあるように表示することができる。なお、本実施形態においては、第１虚像３０１の表示距離は５ｍであり、第２虚像３０２の表示距離は２ｍである。

【0029】

また、第１スクリーン１３は、法線方向が、リレー光学系（平面鏡３０、凹面鏡４０）と透過反射部（フロントガラス２）を介してアイボックス３に向かう第１表示光２０１の光軸に対して平行とならないように配置され、そして、第２スクリーン１４も同様に、法線方向が、リレー光学系（平面鏡３０、凹面鏡４０）と透過反射部（フロントガラス２）を介してアイボックス３に向かう第２表示光２０２の光軸に対して平行とならないように配置されている。第１表示光２０１に対する第１スクリーン１３の角度と、第２表示光２０２に対する第２スクリーン１４の角度と、を異ならせることで、第１虚像３０１と第２虚像３０２とを異なる角度で視認させることができる。具体的には、上記の通り、本実施形態のＨＵＤ装置１は、第２虚像３０２が第１虚像３０１よりも路面の角度に近くなるように、角度を異ならせている。

【0030】

結像距離延長部１５は、負の屈折力を有する単数の片凹レンズまたは両凹レンズで構成され、元の結像面１６と分岐点２８との間の第１投影光１１０の光路上に配置される第１結像距離延長部１５ａ（第１結像距離調整部の一例）と、元の結像面１６と分岐点２８との間の第２投影光１２０の光路上に配置される第２結像距離延長部１５ｂ（第２結像距離調整部の一例）と、を含む。第１結像距離延長部１５ａは、第１投影光１１０の第１結像光束１１１の拡がり角Φ１を、より小さい拡がり角Φ３にすることで、第１結像光束１１１の元の結像点１７を、第１の元の結像距離ＰＯ１から延長した第１結像距離Ｐ１に調整する。第２結像距離延長部１５２は、第２投影光１２０の第２結像光束１２１の拡がり角Φ２を、より小さい拡がり角Φ４にすることで、第２結像光束１２１の元の結像点１８を、第２の元の結像距離ＰＯ２から延長した第２結像距離Ｐ２に調整する。これにより、第１投影光１１０は、元の結像面１６よりプロジェクタ２０から遠い位置に配置された第１スクリーン１３上にピントが合った状態で第１画像Ｍ１を表示し、第２投影光１２０は、第１スクリーン１３よりプロジェクタ２０から遠い位置に配置された第２スクリーン１４上にピントが合った状態で第２画像Ｍ２を表示する。なお、結像距離延長部１５は、複数種類のレンズを組み合わせて全体として負の屈折力を有するレンズ群で構成されてもよい。

【0031】

結像距離延長部１５が結像距離を延長することにより、画像と光軸とのなす角度（像傾き角）は小さくなる。具体的には、元の結像面１６は、光軸ＡＸとの間に第３傾き角θ３を有しているが、結像距離延長部１５により結像距離が延長されると、画像と光軸とのなす角度（像傾き角）は、第３傾き角θ３より大きくなる。具体的には、元の結像面１６から第１スクリーン１３付近まで結像距離を延長する（結像距離ＰＯ１からＰ１へ延長する）と、結像する第１画像Ｍ１の像傾き角θＭ１は、元の結像面１６の第３傾き角θ３より小さくなる。また、元の結像面１６から第２スクリーン１４付近まで結像距離を延長する（結像距離ＰＯ２からＰ２へ延長する）と、結像する第２画像Ｍ２の像傾き角θＭ２は、元の結像面１６の第３傾き角θ３より小さく、かつ第１画像Ｍ１の像傾き角θＭ１よりさらに小さくなる。第１スクリーン１３の第１の傾き角θ１と、第２スクリーン１４の第２の傾き角θ２と、元の結像面１６の第３の傾き角θ３と、の関係は、θ２＜θ１＜θ３となっているが、上記のとおり、結像距離の延長により、第１スクリーン１３近傍に結像する第１画像Ｍ１の像傾き角θＭ１は、第３傾き角θ３より小さくなり、第１スクリーン１３の角度θ１に近付き、第２スクリーン１４近傍に結像する第２画像Ｍ２の像傾き角θＭ２は、第１画像Ｍ１の像傾き角θＭ１（＜θ３）より小さくなり、第２スクリーン１４の角度θ２に近付く。第１画像Ｍ１の像傾き角θＭ１（第２画像Ｍ２の像傾き角θＭ２）が、第１スクリーン１３の角度θ１（第２スクリーン１４の角度θ２）に近付くとは、第１画像Ｍ１の像傾き角θＭ１（第２画像Ｍ２の像傾き角θＭ２）と、第１スクリーン１３の角度θ１（第２スクリーン１４の角度θ２）との角度差の絶対値が、元の結像面１６の第３傾き角θ３と、第１スクリーン１３の角度θ１（第２スクリーン１４の角度θ２）との角度差の絶対値より小さくなることであり、第１画像Ｍ１の像傾き角θＭ１（第２画像Ｍ２の像傾き角θＭ２）が、第１スクリーン１３の角度θ１（第２スクリーン１４の角度θ２）と同じになること、又は第１スクリーン１３の角度θ１（第２スクリーン１４の角度θ２）より小さくなることを含む。

【0032】

なお、第１画像Ｍ１、第２画像Ｍ２は、スクリーン面と一致する位置で結像しなくてもよく、概ねピントの合った画像を生成することができる焦点深度内であればよい。なお、焦点深度は、第１画像Ｍ１（第２画像Ｍ２）が結像する位置からプロジェクタ２０（結像部１４）側の前方焦点深度と、第１画像Ｍ１（第２画像Ｍ２）が結像する位置からプロジェクタ２０（結像部１４）とは反対側の後方焦点深度とからなる。焦点深度は、具体的に例えば、前方焦点深度が３ｍｍ、後方焦点深度が３ｍｍからなる６ｍｍ程の範囲を有する。なお、焦点深度は、像面深度と呼ばれてもよい。

【0033】

結像距離調整部１５で結像距離を調整した際の角度関係（元の結像面１６の角度θ３と第１画像Ｍ１の角度θＭ１との関係、元の結像面１６の角度θ３と第２画像Ｍ２の角度θＭ２との関係）は、元の画像１６、第１スクリーン１３、及び第２スクリーン１４の位置に基づき、下記数式１、数式２で算出できる。

【0034】

【数1】

（式中、Ｐ１は、第１スクリーン１３の近傍に結像させる第１画像Ｍ１の所定の画素１３１と結像部２４までの結像距離、Ｐ２は、第２スクリーン１４の近傍に結像させる第２画像Ｍ２の所定の画素１４１と結像部２４までの結像距離、ＰＯ１は、第１画像Ｍ１の所定の画素１３１に対応する元の結像面１６上の結像点１７と結像部２４までの元の結像距離、ＰＯ２は、第２画像Ｍ２の所定の画素１４１に対応する元の結像面１６上の結像点１８と結像部２４までの元の結像距離、を表す）

【0035】

以下に、図３，図４を用いて、本発明の表示装置及びヘッドアップディスプレイ装置の第２実施形態を説明する。なお、第１実施形態と同じ構成については、同じ符号を付し、細かい説明は省略する。
図３は、第２実施形態におけるＨＵＤ装置１の概略的な構成を示す図であり、図４は、第２実施形態の表示装置１０ａにおける光学部材の配置と、第１投影光１１０（第１結像光束１１１）、第２投影光１２０（第２結像光束１２１）の光路を説明する図である。

【0036】

（第２実施形態）
第２実施形態の表示装置１０ａは、結像距離延長部１５ａが第２フォールドミラー１２ａ上の反射曲面で構成されている点で第１実施形態と異なる。

【0037】

第２実施形態の第２フォールドミラー１２ａは、第１投影光１１０と第２投影光１２０とが分岐する分岐点２８よりもプロジェクタ２０から離れて配置され、第１投影光１１０を反射する負の光学的パワーを有し、第１結像距離延長部（第１結像距離調整部）１５ｃとして機能する第１反射曲面１２ｃと、第２投影光１２０を反射する第１反射曲面１２ｃより強い負の光学的パワーを有し、第２結像距離延長部（第２結像距離調整部）１５ｄとして機能する第２反射曲面１２ｄと、を含み、結像距離延長部１５として機能する。第１反射曲面１２ｃ（第１結像距離調整部１５ｃ）は、負の光学的パワーを有する凸状の自由曲面などで形成され、第１投影光１１０の第１結像光束１１１の拡がり角Φ１を、より小さい拡がり角Φ３にすることで、第１結像光束１１１の元の結像点１７を、第１の元の結像距離ＰＯ１から延長した第１結像距離Ｐ１に調整する。第２反射曲面１２ｄ（第２結像距離調整部１５ｄ）は、負の光学的パワーを有する凸状の自由曲面などで形成され、第２投影光１２０の第２結像光束１２１の拡がり角Φ２を、より小さい拡がり角Φ４にすることで、第２結像光束１２１の元の結像点１８を、第２の元の結像距離ＰＯ２から延長した第２結像距離Ｐ２に調整する。これにより、第１投影光１１０は、元の結像面１６よりプロジェクタ２０から遠い位置に配置された第１スクリーン１３上にピントが合った状態で第１画像Ｍ１を表示し、第２投影光１２０は、第１スクリーン１３よりプロジェクタ２０から遠い位置に配置された第２スクリーン１４上にピントが合った状態で第２画像Ｍ２を表示する。なお、第１フォールドミラー１１から第１スクリーン１３までの間に第２フォールドミラー１２ａを複数設けてもよく、投影光１００の結像距離を延長させるのに必要とされる負の光学的パワーを複数の第２フォールドミラー１２ａの光学的パワーで構成してもよい。また、第２フォールドミラー１２は、第１投影光１１０を受光するフォールドミラーと、第２投影光１２０を受光するフォールドミラーとで分割して設けられていてもよい。

【0038】

（第３実施形態）
第３実施形態のＨＵＤ装置１は、元の結像面１６を、第１スクリーン１３の近傍に配置する。この場合、第１スクリーン１３とプロジェクタ２０との間の第１投影光１１０の光路上には、結像距離調整部１５を配置しなくてもよく、第２スクリーン１４とプロジェクタ２０との間の第２投影光１２０の光路上に、結像距離延長部（第２結像距離調整部）１５を配置する。プロジェクタ２０が生成する元の結像面１６の第３傾き角θ３は、第１スクリーン１３の第１傾き角θ１（＜θ２）と同じにしてもよい。この場合、結像距離の延長により、第２スクリーン１４近傍に結像する第２画像Ｍ２の像傾き角θＭ２は、第３傾き角θ３より小さくなり、第２スクリーン１４の角度θ２に近付く。

【0039】

（第４実施形態）
第４実施形態のＨＵＤ装置１は、元の結像面１６を、第１スクリーン１３と第２スクリーン１４との間に配置する。この場合、第１スクリーン１３とプロジェクタ２０との間の第１投影光１１０の光路上には、結像距離を短くする結像距離短縮部（第１結像距離調整部）１５を配置し、第２スクリーン１４とプロジェクタ２０との間の第２投影光１２０の光路上に、結像距離を長くする結像距離延長部（第２結像距離調整部）１５を配置する。プロジェクタ２０が生成する元の結像面１６の第３傾き角θ３は、第１スクリーン１３の第１傾き角θ１より小さく、第２スクリーン１４の第２傾き角θ２より大きくすることが好ましい。結像距離短縮部は、正の光学的パワーを有するものであり、凸状のレンズ、又は凹状のミラーで構成されてもよい。この場合、結像距離の短縮により、第１スクリーン１３近傍に結像する第１画像Ｍ１の像傾き角θＭ１は、第３傾き角θ３より大きくなり、第１スクリーン１３の角度θ１に近付き、他方、結像距離の延長により、第２スクリーン１４近傍に結像する第２画像Ｍ２の像傾き角θＭ２は、第３傾き角θ３より小さくなり、第２スクリーン１４の角度θ２に近付く。

【0040】

（第５実施形態）
第５実施形態のＨＵＤ装置１は、元の結像面１６を、第２スクリーン１４の近傍に配置する。この場合、第１スクリーン１３とプロジェクタ２０との間の第１投影光１１０の光路上には、結像距離を短くする結像距離短縮部（第１結像距離調整部）１５を配置し、第２スクリーン１４とプロジェクタ２０との間の第２投影光１２０の光路上に、第２結像距離調整部を配置しなくてもよい。プロジェクタ２０が生成する元の結像面１６の第３傾き角θ３は、第２スクリーン１４の第２傾き角θ２（＞θ１）と同じにしてもよい。この場合、結像距離の短縮により、第１スクリーン１３近傍に結像する第１画像Ｍ１の像傾き角θＭ１は、第３傾き角θ３より大きくなり、第１スクリーン１３の角度θ１に近付く。

【0041】

（第６実施形態）
第６実施形態のＨＵＤ装置１は、元の結像面１６を、プロジェクタ２０から光軸ＡＸに沿って第２スクリーン１４よりも遠い位置に配置する。この場合、第１スクリーン１３とプロジェクタ２０との間の第１投影光１１０の光路上には、結像距離を短くする結像距離短縮部（第１結像距離調整部）１５を配置し、第２スクリーン１４とプロジェクタ２０との間の第２投影光１２０の光路上に、結像距離を短くする結像距離延長部（第２結像距離調整部）１５を配置する。プロジェクタ２０が生成する元の結像面１６の第３傾き角θ３は、第２スクリーン１４の第２傾き角θ２（＜θ１）より小さくすることが好ましい。この場合、結像距離の短縮により、第１スクリーン１３近傍に結像する第１画像Ｍ１の像傾き角θＭ１は、第３傾き角θ３より大きくなり、第１スクリーン１３の角度θ１に近付き、他方、結像距離の短縮により、第２スクリーン１４近傍に結像する第２画像Ｍ２の像傾き角θＭ２は、第３傾き角θ３より大きくなり、第２スクリーン１４の角度θ２に近付く。

【0042】

本実施形態は、視認者から見て奥行方向の異なる距離に２以上の画像を表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、投影光１００を出射するプロジェクタ２０と、投影光１００の光軸ＡＸに対して第１の傾き角θ１（０＜θ１＜９０［ｄｅｇｒｅｅ］）となるように配置され、投影光１００のうち第１投影光１０１を受光し、第１画像Ｍ１を表示する第１スクリーン１３と、少なくとも一部がプロジェクタ２０から光軸ＡＸに沿って第１スクリーン１３よりも離れて配置され、投影光１００の光軸ＡＸに対して第１の傾き角θ１とは異なる第２の傾き角θ２（０＜θ２＜９０［ｄｅｇｒｅｅ］）となるように配置され、投影光１００のうち第２投影光１０２を受光し、第２画像Ｍ２を表示する第２スクリーン１４と、少なくとも第１投影光１０１及び第２投影光１０２のいずれか一方の結像距離を調整する結像距離調整部１５と、第１画像Ｍ１と第２画像Ｍ２との表示光２００を被投影部材に向けるリレー光学系３０，４０と、を備え、プロジェクタ２０は、投影光１００の光軸ＡＸに対して第３の傾き角θ３（０＜θ３＜９０［ｄｅｇｒｅｅ］）となるように投影光１００の元の結像面１６を生成可能であり、元の結像面１６をプロジェクタ２０から光軸ＡＸに沿って第１スクリーン１３よりも遠い位置に、第３の傾き角θ３が第１の傾き角θ１より小さくなるように配置する、又は、元の結像面１６をプロジェクタ２０から光軸ＡＸに沿って第２スクリーン１４よりも近い位置に、第３の傾き角θ３が第２の傾き角θ２より大きくなるように配置する。

【0043】

また、いくつかの実施形態では、プロジェクタ２０は、元の結像面１６をプロジェクタ２０から光軸ＡＸに沿って第２スクリーン１４よりも遠い位置に、第３の傾き角θ３が第２の傾き角θ２より小さくなるように配置する、又は、元の結像面１６をプロジェクタ２０から光軸ＡＸに沿って第１スクリーン１３よりも近い位置に、第３の傾き角θ３が第１の傾き角θ１より大きくなるように配置してもよい。

【0044】

また、いくつかの実施形態では、第１の角度θ１は、第２の角度θ２より大きくしてもよい。

【0045】

また、いくつかの実施形態では、結像距離調整部１５は、第１投影光１０１の光路上と、第２投影光１０２の光路上と、に配置され、第１投影光１０１及び第２投影光１０２の結像距離を調整してもよい。

【0046】

また、いくつかの実施形態では、結像距離調整部１５は、第１投影光１０１の光路上と、第２投影光１０２の光路上と、にそれぞれ配置されるレンズ１５ａ，１５ｂを含んでもよい

【0047】

また、いくつかの実施形態では、レンズ１５ａ，１５ｂは、一体に形成されてもよい。

【0048】

また、いくつかの実施形態では、結像距離調整部１５は、第１投影光１０１の光路上と、第２投影光１０２の光路上と、にそれぞれ配置されるミラー１５ｃ，１５ｄを含んでもよい。

【0049】

また、いくつかの実施形態では、ミラー１５ｃ，１５ｄは、一体に形成されてもよい。

【符号の説明】

【0050】

１・・・ＨＵＤ装置（ヘッドアップディスプレイ装置）、２・・・フロントガラス、３・・・アイボックス、４・・・視認者、１０、１０ａ・・・表示装置、１１・・・第１フォールドミラー、１２、１２ａ・・・第２フォールドミラー、１３・・・第１スクリーン、１４・・・第２スクリーン、１５ａ・・・第１結像距離調整部、１５ｂ・・・第２結像距離調整部、１５ｃ・・・第１結像距離調整部、１５ｄ・・・第２結像距離調整部、１６・・・元の結像面、１７・・・結像点、１８・・・結像点、２０・・・プロジェクタ、２０ａ・・・表示器、２４・・・結像部、２８・・・分岐点、３０・・・平面鏡（リレー光学系）、４０・・・凹面鏡（リレー光学系）、５０・・・筐体、５０ａ・・・開口部、５０ｂ・・・透光性カバー、１００・・・投影光、１０１・・・第１投影光、１０２・・・第２投影光、１１０・・・第１投影光、１１１・・・第１結像光束、１２０・・・第２投影光、１２１・・・第２結像光束、１３１・・・画素、１４１・・・画素、１５２・・・第２結像距離延長部、２００・・・表示光、２０１・・・第１表示光、２０１ａ・・・画素、２０２・・・第２表示光、２０２ａ・・・画素、３０１・・・第１虚像、３０２・・・第２虚像、ＡＸ・・・光軸、Ｍ１・・・第１画像、Ｍ２・・・第２画像、Ｐ１・・・第１結像距離、Ｐ２・・・第２結像距離、ＰＯ１・・・結像距離、ＰＯ２・・・結像距離、θ１・・・第１の傾き角、θ２・・・第２の傾き角、θ３・・・第３の傾き角、θＭ１・・・像傾き角、θＭ２・・・像傾き角、

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】