特許7539541バックライトトロイダルミラーでアイボックスを調整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】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-08-15
(45)【発行日】2024-08-23
(54)【発明の名称】バックライトトロイダルミラーでアイボックスを調整するヘッドアップディスプレイ
(51)【国際特許分類】
G02B 27/01 20060101AFI20240816BHJP
B60K 35/234 20240101ALI20240816BHJP
【ＦＩ】
G02B27/01
B60K35/234
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2023160179
(22)【出願日】2023-09-25
【審査請求日】2023-09-26
(73)【特許権者】
【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】100201329
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 真二郎
(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】100220917
【弁理士】
【氏名又は名称】松本 忠大
(72)【発明者】
【氏名】陳錫勳
【審査官】河村 麻梨子
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１６－１４８６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－４５７３５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２３－５８４１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０２０／００３３６００（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｂ ２７／０１
Ｂ６０Ｋ ３５／２３
(57)【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合するバックライトトロイダルミラーでアイボックスを調整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光源と、
回転可能であると共にＸ軸上にＸ軸曲率を有し、Ｙ軸方向上にＹ軸曲率を有し、前記Ｘ軸曲率は前記Ｙ軸曲率とは相違するバックライトトロイダルミラーであって、前記バックライトトロイダルミラーは前記バックライト光源の前記バックライトビームを反射するために用いられているバックライトトロイダルミラーと、
イメージを表示すると共に前記バックライトトロイダルミラー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ように配置されている表示パネルと、
前記イメージビームを前記結像ハーフミラーに反射し、前記結像ハーフミラーの観察者から離間する一側の位置に表示パネル虚像を形成し、前記結像ハーフミラーの前記観察者に接近する一側且つ前記観察者の目の位置にバックライト光源実像を形成するように配置され、前記バックライト光源実像はアイボックスである結像凹面鏡と、を備え、
前記バックライト光源と前記バックライトトロイダルミラーとの間は軸外光路であり、前記バックライト光源は前記Ｘ軸曲率によりＸ 軸バックライト焦点面に集光するように反射され、前記バックライト光源は前記Ｙ軸曲率によりＹ軸バックライト焦点面に集光するように反射され、前記アイボックスの範囲は前記Ｘ 軸バックライト焦点面から前記Ｙ軸バックライト焦点面までであり、前記バックライトトロイダルミラーが回転することにより前記アイボックスの範囲が前記バックライト光源実像の結像光路上で伸長または短縮することで、前記観察者の目が前記バックライト光源実像の結像光路上を移動する際に依然として前記アイボックス内に保持されることを特徴とするバックライトトロイダルミラーでアイボックスを調整するヘッドアップディスプレイ。
【請求項2】
前記バックライトトロイダルミラーはその中心軸を回転の中心として回転することを特徴とする請求項１に記載のバックライトトロイダルミラーでアイボックスを調整するヘッドアップディスプレイ。
【請求項3】
前記バックライトビームの光軸と前記バックライトトロイダルミラーの中心軸との間にＹ軸方向の夾角を有し、前記バックライトトロイダルミラーがその中心軸を回転の中心として回転角度で回転し、且つ前記バックライトトロイダルミラーの前記バックライトビームが照射される表面の前記Ｘ軸曲率が前記Ｙ軸曲率より小さい場合、前記アイボックスの範囲は前記回転角度が０度から９０度に増加する際に連れて伸長し、前記アイボックスの範囲は前記回転角度が９０度から０度に減少する際に連れて短縮することを特徴とする請求項１に記載のバックライトトロイダルミラーでアイボックスを調整するヘッドアップディスプレイ。
【請求項4】
前記バックライトビームの光軸と前記バックライトトロイダルミラーの中心軸との間にＹ軸方向の夾角を有し、前記バックライトトロイダルミラーがその中心軸を回転の中心として回転角度で回転し、且つ前記バックライトトロイダルミラーの前記バックライトビームが照射される表面の前記Ｘ軸曲率が前記Ｙ軸曲率より大きい場合、前記アイボックスの範囲は前記回転角度が０度から９０度に増加する際に連れて短縮し、前記アイボックスの範囲は前記回転角度が９０度から０度に減少する際に連れて伸長することを特徴とする請求項１に記載のバックライトトロイダルミラーでアイボックスを調整するヘッドアップディスプレイ。
【請求項5】
前記バックライトビームの光軸と前記バックライトトロイダルミラーの中心軸との間にＸ軸方向の夾角を有し、前記バックライトトロイダルミラーがその中心軸を回転の中心として回転角度で回転し、且つ前記バックライトトロイダルミラーの前記バックライトビームが照射される表面の前記Ｘ軸曲率が前記Ｙ軸曲率より小さい場合、前記アイボックスの範囲は前記回転角度が０度から９０度に増加する際に連れて短縮し、前記アイボックスの範囲は前記回転角度が９０度から０度に減少する際に連れて伸長することを特徴とする請求項１に記載のバックライトトロイダルミラーでアイボックスを調整するヘッドアップディスプレイ。
【請求項6】
前記バックライトビームの光軸と前記バックライトトロイダルミラーの中心軸との間にＸ軸方向の夾角を有し、前記バックライトトロイダルミラーがその中心軸を回転の中心として回転角度で回転し、且つ前記バックライトトロイダルミラーの前記バックライトビームが照射される表面の前記Ｘ軸曲率が前記Ｙ軸曲率より大きい場合、前記アイボックスの範囲は前記回転角度が０度から９０度に増加する際に連れて伸長し、前記アイボックスの範囲は前記回転角度が９０度から０度に減少する際に連れて短縮することを特徴とする請求項１に記載のバックライトトロイダルミラーでアイボックスを調整するヘッドアップディスプレイ。
【請求項7】
前記バックライトトロイダルミラーが回転することで前記アイボックスの範囲が伸長すると、前記バックライト光源の輝度が向上することを特徴とする請求項１に記載のバックライトトロイダルミラーでアイボックスを調整するヘッドアップディスプレイ。
【請求項8】
前記バックライトトロイダルミラーが回転することで前記アイボックスの範囲が短縮すると、前記バックライト光源の輝度が低下することを特徴とする請求項１に記載のバックライトトロイダルミラーでアイボックスを調整するヘッドアップディスプレイ。
【請求項9】
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ーであり、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し、同時にその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ために用いられていることを特徴とする請求項１に記載のバックライトトロイダルミラーでアイボックスを調整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に関し、更に詳しくは、バックライトトロイダルミラーでアイボックスを調整するヘッドアップディスプレイ（Ａ ｈｅａｄ－ｕｐ ｄｉｓｐｌａｙ ｄｅｖｉｃｅ ｗｉｔｈ ｅｙｅｂｏｘ ａｄｊｕｓｔｅｄ ｂｙ ｂａｃｋｌｉｇｈｔ ｔｏｒｏｉｄａｌ ｍｉｒｒｏｒ）に関する。
【背景技術】
【0002】
従来は、バックライト凹面鏡Ｍｒ＿ＢＬを使用してバックライト光源ＢＬが発するバックライト光源Ｌｔ＿ＢＬを反射してバックライトビームＢｍ＿ＢＬを形成し、バックライト凹面鏡Ｍｒ＿ＢＬの後方にバックライト光源虚像ＢＬ＿ｉｍを形成する。バックライトビームＢｍ＿ＢＬが表示パネルＤＰを透過した後にイメージビームＢｍ＿Ｇを形成し、イメージビームＢｍ＿Ｇが結像凹面鏡Ｍｒ＿Ｆにより反射され、表示パネルＤＰが結像凹面鏡Ｍｒ＿Ｆの後方にイメージ虚像ＤＰ＿ｉｍを形成し、バックライト光源虚像ＢＬ＿ｉｍが結像凹面鏡Ｍｒ＿Ｆの前方にバックライト光源実像ＢＬ＿ｒｅを形成する（図１Ａと図１Ｂ参照）。
【0003】
結像凹面鏡Ｍｒ＿Ｆの後方にあるイメージ虚像ＤＰ＿ｉｍが結像ハーフミラーＭｒ＿ＳＲにより反射された後、車両の前方にイメージ虚像ＤＰ＿ｉｍが形成される。結像凹面鏡Ｍｒ＿Ｆの前方にあるバックライト光源実像ＢＬ＿ｒｅが結像ハーフミラーＭｒ＿ＳＲにより反射された後、観察者の目Ｅにバックライト光源実像ＢＬ＿ｒｅが形成され、すなわち、アイボックスＥＢである。
【0004】
【0005】
図１Ｃに示す如く、観察者の目Ｅが前後に移動する際に、本来のアイボックスＥＢの位置が移動後の目Ｅに重ならず、観察者が観察するイメージが不鮮明になり、イメージが欠損し、イメージが見えなくなることもあった。
【0006】
そこで、本発明者は上記の欠点が改善可能と考え、鋭意検討を重ねた結果、合理的設計で上記の課題を効果的に改善する本発明の提案に至った。
【0007】
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、上述のような問題点を解決することを課題の一例とする。すなわち、本発明の目的は、観察者の目が前後に移動しても、完全なイメージを明瞭に観察可能にするバックライトトロイダルミラーでアイボックスを調整するヘッドアップディスプレイを提供することにある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明の一態様に係るバックライトトロイダルミラーでアイボックスを調整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合し、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光源と、回転可能であると共にＸ軸曲率及びＹ軸曲率を有し、前記Ｘ軸曲率は前記Ｙ軸曲率とは相違するバックライトトロイダルミラーであって、前記バックライトトロイダルミラーは前記バックライト光源の前記バックライトビームを反射するために用いられているバックライトトロイダルミラーと、イメージを表示すると共に前記バックライトトロイダルミラー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ように配置されている表示パネルと、前記イメージビームを前記結像ハーフミラーに反射し、前記結像ハーフミラーの観察者から離間する一側の位置に表示パネル虚像を形成し、前記結像ハーフミラーの前記観察者に接近する一側且つ前記観察者の目の位置にバックライト光源実像を形成するように配置され、前記バックライト光源実像はアイボックスである結像凹面鏡と、を備えている。前記バックライト光源と前記バックライトトロイダルミラーとの間は軸外光路であり、前記バックライト光源は前記Ｘ軸曲率によりＸ 軸バックライト焦点面に集光するように反射され、前記バックライト光源は前記Ｙ軸曲率によりＹ軸バックライト焦点面に集光するように反射され、前記アイボックスの範囲は前記Ｘ 軸バックライト焦点面から前記Ｙ軸バックライト焦点面までであり、前記バックライトトロイダルミラーが回転することにより前記アイボックスの範囲が前記バックライト光源実像の結像光路上で伸長または短縮することで、前記観察者の目が前記バックライト光源実像の結像光路上を移動する際に依然として前記アイボックス内に保持される。
本発明の一態様に係るバックライトトロイダルミラーでアイボックスを調整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合し、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光源と、回転可能であると共にＸ軸曲率及びＹ軸曲率を有し、前記Ｘ軸曲率は前記Ｙ軸曲率とは相違するバックライトトロイダルミラーであって、前記バックライトトロイダルミラーは前記バックライト光源の前記バックライトビームを反射するために用いられているバックライトトロイダルミラーと、イメージを表示すると共に前記バックライトトロイダルミラー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ように配置されている表示パネルと、前記イメージビームを前記結像ハーフミラーに反射し、前記結像ハーフミラーの観察者から離間する一側の位置に表示パネル虚像を形成し、前記結像ハーフミラーの前記観察者に接近する一側且つ前記観察者の目の位置にバックライト光源実像を形成するように配置され、前記バックライト光源実像はアイボックスである結像凹面鏡と、を備えている。前記バックライト光源と前記バックライトトロイダルミラーとの間は軸外光路であり、前記バックライト光源は前記Ｘ軸曲率によりＸ 軸バックライト焦点面に集光するように反射され、前記バックライト光源は前記Ｙ軸曲率によりＹ軸バックライト焦点面に集光するように反射され、前記アイボックスの範囲は前記Ｘ 軸バックライト焦点面から前記Ｙ軸バックライト焦点面までであり、前記バックライトトロイダルミラーが回転することにより前記アイボックスの範囲が前記バックライト光源実像の結像光路上で伸長または短縮することで、前記観察者の目が前記バックライト光源実像の結像光路上を移動する際に依然として前記アイボックス内に保持される。
【0009】
本発明の好適例において、前記バックライトトロイダルミラーはその中心軸を回転の中心として回転する。
【0010】
本発明の好適例において、前記バックライトビームの光軸と前記バックライトトロイダルミラーの中心軸との間にＹ軸方向の夾角を有し、前記バックライトトロイダルミラーがその中心軸を回転の中心として回転角度で回転し、且つ前記バックライトトロイダルミラーの前記バックライトビームが照射される表面の前記Ｘ軸曲率が前記Ｙ軸曲率より小さい場合、前記アイボックスの範囲は前記回転角度が０度から９０度に増加する際に連れて伸長し、前記アイボックスの範囲は前記回転角度が９０度から０度に減少する際に連れて短縮する。
【0011】
本発明の好適例において、前記バックライトビームの光軸と前記バックライトトロイダルミラーの中心軸との間にＹ軸方向の夾角を有し、前記バックライトトロイダルミラーがその中心軸を回転の中心として回転角度で回転し、且つ前記バックライトトロイダルミラーの前記バックライトビームが照射される表面の前記Ｘ軸曲率が前記Ｙ軸曲率より大きい場合、前記アイボックスの範囲は前記回転角度が０度から９０度に増加する際に連れて短縮し、前記アイボックスの範囲は前記回転角度が９０度から０度に減少する際に連れて伸長する。
【0012】
本発明の好適例において、前記バックライトビームの光軸と前記バックライトトロイダルミラーの中心軸との間にＸ軸方向の夾角を有し、前記バックライトトロイダルミラーがその中心軸を回転の中心として回転角度で回転し、且つ前記バックライトトロイダルミラーの前記バックライトビームが照射される表面の前記Ｘ軸曲率が前記Ｙ軸曲率より小さい場合、前記アイボックスの範囲は前記回転角度が０度から９０度に増加する際に連れて短縮し、前記アイボックスの範囲は前記回転角度が９０度から０度に減少する際に連れて伸長する。
【0013】
本発明の好適例において、前記バックライトビームの光軸と前記バックライトトロイダルミラーの中心軸との間にＸ軸方向の夾角を有し、前記バックライトトロイダルミラーがその中心軸を回転の中心として回転角度で回転し、且つ前記バックライトトロイダルミラーの前記バックライトビームが照射される表面の前記Ｘ軸曲率が前記Ｙ軸曲率より大きい場合、前記アイボックスの範囲は前記回転角度が０度から９０度に増加する際に連れて伸長し、前記アイボックスの範囲は前記回転角度が９０度から０度に減少する際に連れて短縮する。
【0014】
本発明の好適例において、前記バックライトトロイダルミラーが回転することで前記アイボックスの範囲が伸長すると、前記バックライト光源の輝度が向上する。
【0015】
本発明の好適例において、前記バックライトトロイダルミラーが回転することで前記アイボックスの範囲が短縮すると、前記バックライト光源の輝度が低下する。
【0016】
本発明の好適例において、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ーであり、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し、同時にその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ために用いられている。
【0017】
本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1A】従来のフロントガラスを使用して投影するヘッドアップディスプレイを示す概略図である。
【図1B】従来のコンバイナーを使用して投影するヘッドアップディスプレイを示す概略図である。
【図2A】本発明の一実施例に係るヘッドアップディスプレイに使用されるバックライトトロイダルミラーを示す概略構成図である。
【図2B】本発明の一実施例に係るヘッドアップディスプレイに使用されるバックライトトロイダルミラーを示す概略構成図である。
【図3A】本発明の一実施例に係るバックライトトロイダルミラーの入射角が異なる場合の Ｘ 軸と Ｙ 軸の等価焦点距離を示す概略図である。
【図3B】本発明の一実施例に係るバックライトトロイダルミラーの入射角が異なる場合の Ｘ 軸と Ｙ 軸の等価焦点距離を示す概略図である。
【図3C】本発明の一実施例に係るバックライトトロイダルミラーの入射角が異なる場合の Ｘ 軸と Ｙ 軸の等価焦点距離を示す概略図である。
【図4】本発明の一実施例に係る点光源がバックライトトロイダルミラーの中心軸上にあって、物体距離が焦点距離よりも大きい場合の実像結像状態を示す概略図である。
【図5】本発明の一実施例に係る点光源がバックライトトロイダルミラーの中心軸上にあって、物体距離が焦点距離よりも小さい場合の虚像結像状態を示す概略図である。
【図6】本発明の一実施例に係る矩形光源がバックライトトロイダルミラーの中心軸上にあって、物体距離が焦点距離よりも大きい場合の実像結像状態を示す模式図である。
【図7】本発明の一実施例に係る矩形光源がバックライトトロイダルミラーの中心軸からＹ軸上にずれ、物体距離が等価焦点距離よりも大きい場合の実像結像状態を示す概略図である。
【図9】本発明の一実施例に係る矩形光源がバックライトトロイダルミラーの中心軸上にあって、物体距離が焦点距離よりも小さい場合の虚像結像状態を示す概略図である。
【図10】本発明の一実施例に係る矩形光源がバックライトトロイダルミラーの中心軸からＹ軸上にずれ、物体距離が等価焦点距離未満の場合の虚像結像状態を示す概略図である。
【図12】本発明の一実施例に係る異なるバックライトトロイダルミラーの曲率構成により、異なる軸外方向、異なる回転角度度の変化、及び対応するバックライト光源実像を合わせて伸長または短縮を示すリストである。
【図13A】本発明の一実施例に係るバックライトトロイダルミラーが回転していないときに表示されるアイボックスを示す概略図である。
【図13B】本発明の一実施例に係るバックライトトロイダルミラーが回転していないときに表示されるアイボックスを示す概略図である。
【図13C】本発明の一実施例に係る観察者が前後に動くにつれて、バックライトトロイダルミラーを回転させてアイボックスを伸ばす概略図である。
【図14A】本発明の一実施例に係るバックライト光源がバックライトトロイダルミラーのＹ軸の軸外方向に配置された場合に形成される小さなアイボックスを示す概略図である。
【図15A】本発明の一実施例に係るバックライト光源をバックライトトロイダルミラーのＹ軸の軸外方向に設置した場合に形成される少し大きめのアイボックスを示す概略図である。
【図16A】本発明の一実施例に係るバックライト光源をバックライトトロイダルミラーのＸ軸の軸外方向に配置した場合に形成される小さなアイボックスを示す概略図である。
【図17A】本発明の一実施例に係るバックライト光源をバックライトトロイダルミラーのＸ軸の軸外方向に設置した場合に形成される少し大きめのアイボックスを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、記述した範囲内で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【0020】
次に、図２Ａ～１７Ｃを参照しながら、本発明に係るバックライトトロイダルミラーでアイボックスを調整するヘッドアップディスプレイについて説明する。
【0021】
本発明に係るバックライトトロイダルミラーでアイボックスＥＢを調整するヘッドアップディスプレイは、結像ハーフミラー（ｓｅｍｉ－ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｍｉｒｒｏｒ）Ｍｒ＿ＳＲと組み合わせて使用するのに適合し、且つ、バックライト光源（ｂａｃｋｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ）ＢＬと、バックライトトロイダルミラー（ｂａｃｋｌｉｇｈｔ ｔｏｒｏｉｄａｌ ｍｉｒｒｏｒ）ＴＭｒと、表示パネル（ｄｉｓｐｌａｙ ｐａｎｅｌ）ＤＰと、結像凹面鏡（ｉｍａｇｉｎｇ ｃｏｎｃａｖｅ ｍｉｒｒｏｒ）Ｍｒ＿Ｆと、を含んで構成されている。結像ハーフミラーＭｒ＿ＳＲは図１Ａに示すようなフロントガラスや、図１Ｂに示すようなコンバイナーでもよい。以下、結像ハーフミラーＭｒ＿ＳＲがフロントガラスである場合を例に挙げて説明する。
【0022】
バックライト光源ＢＬはバックライトビームをバックライトトロイダルミラーＴＭｒに投射する。
ヘッドアップディスプレイは軸外光路で設計され、非同軸光路の設計であり、明瞭で歪曲しないようにイメージが維持される。よって、使用するバックライト凹面鏡及び結像凹面鏡は共に２種類の曲率を有している凹面鏡であり、すなわち、トロイダルミラー（Ｔｏｒｏｉｄａｌ ｍｉｒｒｏｒ）である。バックライト光源ＢＬとバックライトトロイダルミラーＴＭｒとの間は軸外光路であり、バックライトビームの光軸とバックライトトロイダルミラーＴＭｒの中心軸との間には０度超９０度未満の夾角を有し、バックライトトロイダルミラーＴＭｒは回転可能であると共にＸ軸曲率及びＹ軸曲率を有している。Ｘ軸曲率とは、軸方向Ｘ上における曲率を指し、Ｙ軸曲率とは、軸方向Ｙ上における曲率を指し、且つＸ軸曲率はＹ軸曲率とは相違する。バックライトトロイダルミラーＴＭｒはバックライト光源ＢＬのバックライトビームを表示パネルＤＰまで反射する。バックライトトロイダルミラーＴＭｒは、図２Ａに示すようなバックライトトロイダルミラーＴＭｒでもよく、そのＸ軸曲率が対応する焦点距離ＦＬ＿ｘはＹ軸曲率が対応する焦点距離ＦＬ＿ｙより大きい。或いは、図２Ｂに示すようなトロイダルミラーＴＭｒでもよく、そのＸ軸曲率が対応する焦点距離ＦＬ＿ｘはＹ軸曲率が対応する焦点距離ＦＬ＿ｙより小さい。
ヘッドアップディスプレイは軸外光路で設計され、非同軸光路の設計であり、明瞭で歪曲しないようにイメージが維持される。よって、使用するバックライト凹面鏡及び結像凹面鏡は共に２種類の曲率を有している凹面鏡であり、すなわち、トロイダルミラー（Ｔｏｒｏｉｄａｌ ｍｉｒｒｏｒ）である。バックライト光源ＢＬとバックライトトロイダルミラーＴＭｒとの間は軸外光路であり、バックライトビームの光軸とバックライトトロイダルミラーＴＭｒの中心軸との間には０度超９０度未満の夾角を有し、バックライトトロイダルミラーＴＭｒは回転可能であると共にＸ軸曲率及びＹ軸曲率を有している。Ｘ軸曲率とは、軸方向Ｘ上における曲率を指し、Ｙ軸曲率とは、軸方向Ｙ上における曲率を指し、且つＸ軸曲率はＹ軸曲率とは相違する。バックライトトロイダルミラーＴＭｒはバックライト光源ＢＬのバックライトビームを表示パネルＤＰまで反射する。バックライトトロイダルミラーＴＭｒは、図２Ａに示すようなバックライトトロイダルミラーＴＭｒでもよく、そのＸ軸曲率が対応する焦点距離ＦＬ＿ｘはＹ軸曲率が対応する焦点距離ＦＬ＿ｙより大きい。或いは、図２Ｂに示すようなトロイダルミラーＴＭｒでもよく、そのＸ軸曲率が対応する焦点距離ＦＬ＿ｘはＹ軸曲率が対応する焦点距離ＦＬ＿ｙより小さい。
【0023】
表示パネルＤＰはイメージを表示すると共にバックライトトロイダルミラーＴＭｒからの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。
【0024】
結像凹面鏡Ｍｒ＿Ｆはイメージビームを結像ハーフミラーＭｒ＿ＳＲまで反射させ、結像ハーフミラーＭｒ＿ＳＲの観察者から離間する一側の位置に表示パネル虚像を形成し、結像ハーフミラーＭｒ＿ＳＲの観察者に接近する一側且つ観察者の目の位置にバックライト光源実像（ＢＬ＿ｒｅ１～ＢＬ＿ｒｅ１５）を形成する。このバックライト光源実像はアイボックスＥＢである。
【0025】
バックライトトロイダルミラーＴＭｒが回転することによりアイボックスＥＢがバックライト光源実像の結像光路上で伸長または短縮することで、観察者の目がバックライト光源実像の結像光路上を移動する際に依然としてアイボックスＥＢ内に保持される。
【0026】
以下、バックライトトロイダルミラーＴＭｒの作用及びその原理を、例を挙げて説明する。
図３Ａに示す如く、光線ＬｔがバックライトトロイダルミラーＴＭｒの中心軸ＣＡ上を進行すると、軸方向Ｘ上の焦点Ｆｘの焦点距離ＦＬ＿ｘが軸方向Ｙの焦点Ｆｙの焦点距離ＦＬ＿ｙより大きくなる。
図３Ａに示す如く、光線ＬｔがバックライトトロイダルミラーＴＭｒの中心軸ＣＡ上を進行すると、軸方向Ｘ上の焦点Ｆｘの焦点距離ＦＬ＿ｘが軸方向Ｙの焦点Ｆｙの焦点距離ＦＬ＿ｙより大きくなる。
【0027】
図３Ｂに示す如く、光線Ｌｔの光路がバックライトトロイダルミラーＴＭｒの中心を枢動点として軸方向Ｙ上で０度超の角度θｙで回転すると、Ｘ軸曲率が対応する等価焦点距離ＦＬ＿ｘ１がＦＬ＿ｘ×ｃｏｓθｙに短縮し、Ｙ軸曲率が対応する等価焦点距離ＦＬ＿ｙ１がＦＬ＿ｙ／ｃｏｓθｙに伸長する。適合する焦点距離ＦＬ＿ｘ並びにＦＬ＿ｙ及び角度θｙを設計すると、等価焦点距離ＦＬ＿ｘ１が等価焦点距離ＦＬ＿ｙ１にほぼ等しくなり、すなわち、ＦＬ＿ｘ×ｃｏｓθｙ ≒ ＦＬ＿ｙ／ｃｏｓθｙとなる。
【0028】
図３Ｃに示す如く、図３ＢのバックライトトロイダルミラーＴＭｒがその中心軸ＣＡを回転の中心として９０度回転し、Ｘ軸曲率の値がＹ軸曲率の値と代わると、Ｘ軸曲率が対応する等価焦点距離ＦＬ＿ｘ２が更に短いＦＬ＿ｙ×ｃｏｓθｙとなり、Ｙ軸曲率が対応する等価焦点距離ＦＬ＿ｙ２が更に長いＦＬ＿ｘ／ｃｏｓθｙとなり、すなわち、ＦＬ＿ｘ／ｃｏｓθｙ＞ＦＬ＿ｘ＞ＦＬ＿ｙ＞ＦＬ＿ｙ×ｃｏｓθｙとなる。
【0029】
点光源ＰがバックライトトロイダルミラーＴＭｒの前方に実像を形成する状況において（図４参照）、点光源ＰがバックライトトロイダルミラーＴＭｒの中心軸ＣＡ上にある場合、Ｘ軸曲率が対応する焦点Ｆｘの焦点距離ＦＬ＿ｘはＹ軸曲率が対応する焦点Ｆｙの焦点距離ＦＬ＿ｙより大きく、点光源ＰからバックライトトロイダルミラーＴＭｒまでの距離は焦点距離ＦＬ＿ｘより大きく、焦点距離ＦＬ＿ｙよりも大きい。点光源Ｐから焦点Ｆｘまでの距離が近く、焦点Ｆｙまでの距離が遠いため、点光源Ｐが発する光線がバックライトトロイダルミラーＴＭｒ上でＸ軸曲率の表面により反射された後に位置ｑ１に集光し、点光源Ｐが発する光線がバックライトトロイダルミラーＴＭｒ上でＹ軸曲率の表面に反射された後に位置ｑ２に集光する。位置ｑ１からバックライトトロイダルミラーＴＭｒまでの距離は位置ｑ２からバックライトトロイダルミラーＴＭｒまでの距離よりも大きい。
【0030】
Ｘ軸曲率の表面により反射された光線が位置ｑ１に到達する前に、位置ｑ２を経由すると共に集光されない。Ｙ軸曲率の表面により反射された光線が位置ｑ２に集光された後、前に向けて発散を開始し、その後に位置ｑ１を経由する。最小錯乱円（ｃｉｒｃｌｅ ｏｆ ｌｅａｓｔ ｃｏｎｆｕｓｉｏｎ）は位置ｑ１と位置ｑ２との間の位置ｑ３に位置している。よって、中心軸ＣＡ上の光線の輝度が最高となる領域は位置ｑ１から位置ｑ２までの領域であり、光線の輝度はこの領域の前後にある他の領域では何れも低下する。
【0031】
点光源ＰがバックライトトロイダルミラーＴＭｒの後方に虚像を形成する状況において（図５参照）、点光源ＰがバックライトトロイダルミラーＴＭｒの中心軸ＣＡ上にある場合、焦点Ｆｘの焦点距離ＦＬ＿ｘは焦点Ｆｙの焦点距離ＦＬ＿ｙより小さく、点光源ＰからバックライトトロイダルミラーＴＭｒまで距離は焦点距離ＦＬ＿ｘより小さく、焦点距離ＦＬ＿ｙよりも小さい。点光源Ｐから焦点Ｆｘまでの距離が近く、焦点Ｆｙまでの距離が遠いため、点光源Ｐが発する光線がバックライトトロイダルミラーＴＭｒ上でＸ軸曲率の表面により反射される際に後に向けて延伸されることで生成される虚像光線が位置ｑ４に集光し、点光源Ｐが発する光線がバックライトトロイダルミラーＴＭｒ上でＹ軸曲率の表面により反射される際に後に向けて延伸されることで生成される虚像光線が位置ｑ５に集光する。位置ｑ４からバックライトトロイダルミラーＴＭｒまでの距離は位置ｑ５からバックライトトロイダルミラーＴＭｒまでの距離より大きい。
【0032】
Ｘ軸曲率の表面により反射された光線が後に向けて延伸されることで生成される虚像光線は、後方から遠い箇所が先に位置ｑ４に集光した後、前に向けて発散されて位置ｑ５を経由する。Ｙ軸曲率の表面により反射された光線が後に向けて延伸されることで生成される虚像光線は、後方から遠い箇所が位置ｑ５に集光する前に、まず位置ｑ４を経由すると共に集光されない。最小錯乱円が位置ｑ４と位置ｑ５との間の位置ｑ６に位置しているため、中心軸ＣＡ上の虚像光線の輝度が最高となる領域は位置ｑ４から位置ｑ５までの領域であり、虚像光線の輝度はこの領域の前後にある他の領域では何れも低下する。
【0033】
面光源がバックライトトロイダルミラーＴＭｒの前方に実像を形成する状況において（図６参照）、矩形のバックライト光源ＢＬがバックライトトロイダルミラーＴＭｒの中心軸ＣＡ上にある場合、Ｘ軸曲率が対応する焦点Ｆｘの焦点距離ＦＬ＿ｘはＹ軸曲率が対応する焦点Ｆｙの焦点距離ＦＬ＿ｙより大きく、バックライト光源ＢＬからバックライトトロイダルミラーＴＭｒまでの距離は焦点距離ＦＬ＿ｘより大きく、焦点距離ＦＬ＿ｙよりも大きい。バックライト光源ＢＬから焦点Ｆｘまでの距離が近く、焦点Ｆｙまでの距離が遠いため、バックライト光源ＢＬが発する光線がバックライトトロイダルミラーＴＭｒ上でＸ軸曲率の表面により反射された後に位置ｑ７に集光し、すなわち、Ｘ 軸バックライト焦点面ＦＰＸは、中心軸ＣＡに近い軸方向Ｘ上の輝度が高く、バックライト光源ＢＬが発する光線がバックライトトロイダルミラーＴＭｒ上でＹ軸曲率の表面により反射された後に位置ｑ８に集光し、すなわち、Ｙ軸バックライト焦点面ＦＰＹは、中心軸ＣＡに近い軸方向Ｙ上の輝度が高くなる。位置ｑ７からバックライトトロイダルミラーＴＭｒまでの距離は位置ｑ８からバックライトトロイダルミラーＴＭｒまでの距離より大きい。
【0034】
Ｘ軸曲率の表面により反射された光線が位置ｑ７に到達する前に、まず位置ｑ８を経由すると共に集光されない。Ｙ軸方向曲率の表面により反射された光線が位置ｑ８に集光した後、前に向けて発散されると共に位置ｑ７を経由する。よって、中心軸ＣＡ付近の光線の輝度が最高となる領域は位置ｑ７から位置ｑ８までの領域であり、位置ｑ７において中心軸ＣＡに近接する軸方向Ｘ上の輝度が高く、位置ｑ８において中心軸ＣＡの軸方向Ｙ上の輝度が高く、光線の輝度は位置ｑ７から位置ｑ８までの領域の前後にある他の領域では何れも低下する。
【0035】
よって、バックライト光源ＢＬが発する光線がバックライトトロイダルミラーＴＭｒにより反射された後、バックライトトロイダルミラーＴＭｒの前方に、面積が拡大され、範囲（深度）が伸長されている１つのバックライト光源実像ＢＬ＿ｒｅ１が形成される。
【0036】
図７に示す如く、この矩形のバックライト光源ＢＬがバックライトトロイダルミラーＴＭｒの中心を枢動点として軸方向Ｙ上に角度θｙ１で回転すると（すなわち、軸方向Ｙ上におけるバックライト光源ＢＬのバックライトビームの光軸とバックライトトロイダルミラーＴＭｒの中心軸ＣＡとの夾角が角度θｙ１である）、Ｘ軸曲率が対応する等価焦点距離ＦＬ＿ｘ２がＦＬ＿ｘ×ｃｏｓθｙ１に短縮し、Ｙ軸曲率が対応する等価焦点距離ＦＬ＿ｙ２がＦＬ＿ｙ／ｃｏｓθｙ１に伸長する。焦点距離ＦＬ＿ｘ並びにＦＬ＿ｙ及び角度θｙ１を適切に調整すれば、ＦＬ＿ｘ×ｃｏｓθｙ１がＦＬ＿ｙ／ｃｏｓθｙ１にほぼ等しくなる可能性がある。この条件において、バックライト光源ＢＬが発する光線はバックライトトロイダルミラーＴＭｒにより反射された後に位置ｑ９に集光し、面積が拡大され、体積が小さく、全体的に明るい１つのバックライト光源実像ＢＬ＿ｒｅ２となる。
【0037】
図８に示す如く、図７のバックライトトロイダルミラーＴＭｒがその中心軸ＣＡを回転の中心として９０度回転すると、Ｘ軸曲率が対応する等価焦点距離ＦＬ＿ｘ３がＦＬ＿ｙ×ｃｏｓθｙ１に短縮し、Ｙ軸曲率が対応する等価焦点距離ＦＬ＿ｙ３がＦＬ＿ｘ／ｃｏｓθｙ１に伸長し、ＦＬ＿ｘ／ｃｏｓθｙ１＞ＦＬ＿ｘ＞ＦＬ＿ｙ＞ＦＬ＿ｙ×ｃｏｓθｙ１となる。この条件において、バックライト光源ＢＬが発する光線がバックライトトロイダルミラーＴＭｒにより反射された後に、面積が拡大され、範囲が更に長い１つのバックライト光源実像ＢＬ＿ｒｅ３となり、範囲はＸ 軸バックライト焦点面ＦＰＸからＹ軸バックライト焦点面ＦＰＹまでである。
【0038】
図９に示す如く、矩形のバックライト光源ＢＬがバックライトトロイダルミラーＴＭｒの中心軸ＣＡ上にある場合、Ｘ軸曲率が対応する焦点Ｆｘの焦点距離ＦＬ＿ｘが、Ｙ軸曲率が対応する焦点Ｆｙの焦点距離ＦＬ＿ｙより大きく、バックライト光源ＢＬとバックライトトロイダルミラーＴＭｒとの距離が焦点距離ＦＬ＿ｘより小さく、焦点距離ＦＬ＿ｙよりも小さい。バックライト光源ＢＬから焦点Ｆｘまでの距離が遠く、焦点Ｆｙまでの距離が近いため、バックライト光源ＢＬが発する光線はバックライトトロイダルミラーＴＭｒ上でＸ軸曲率の表面により反射された後に後に向けて延伸されることで生成される虚像光線が位置ｑ９に集光し、中心軸ＣＡに近接する軸方向Ｘの輝度が高くなり、バックライト光源ＢＬが発する光線がバックライトトロイダルミラーＴＭｒ上でＹ軸曲率の表面により反射された後に後に向けて延伸されることで生成される虚像光線が位置ｑ１０に集光し、中心軸ＣＡに近接する軸方向Ｙの輝度が高くなる。位置ｑ９とバックライトトロイダルミラーＴＭｒとの距離は位置ｑ１０とバックライトトロイダルミラーＴＭｒとの距離よりも小さい。
【0039】
Ｘ軸曲率の表面により反射された光線が後に向けて延伸されることで生成される虚像光線が後方から遠い箇所から位置ｑ９に集光する前に、まず位置ｑ１０を経由すると共に集光されない。Ｙ軸曲率の表面により反射された光線が後に向けて延伸されることで生成される虚像光線は、後方から遠い箇所が位置ｑ１０に集光された後、前に向けて発散されて位置ｑ９を経由する。中心軸ＣＡ上の光線の輝度が最高となる領域は位置ｑ９から位置ｑ１０までの領域であり、位置ｑ９において中心軸ＣＡに近接する軸方向Ｘ上の輝度が高く、位置ｑ１０において中心軸ＣＡに近接する軸方向Ｙ上の輝度が高く、光線の輝度は位置ｑ９から位置ｑ１０までの領域の前後にある他の領域が何れも低下する。
【0040】
よって、バックライト光源ＢＬが発する光線がバックライトトロイダルミラーＴＭｒにより反射された後、バックライトトロイダルミラーＴＭｒの後方に、面積が拡大され、範囲が伸長された１つのバックライト光源虚像ＢＬ＿ｉｍ１が形成され、範囲はＸ 軸バックライト焦点面ＦＰＸからＹ軸バックライト焦点面ＦＰＹまでである。
【0041】
図１０に示す如く、矩形のバックライト光源ＢＬがバックライトトロイダルミラーＴＭｒの中心を枢動点として、軸方向Ｙ上で角度θｙ２で回転すると、Ｘ軸曲率が対応する等価焦点距離ＦＬ＿ｘ４がＦＬ＿ｘ×ｃｏｓθｙ２に短縮し、Ｙ軸曲率が対応する等価焦点距離ＦＬ＿ｙ４がＦＬ＿ｙ／ｃｏｓθｙ２に伸長する。焦点距離ＦＬ＿ｘ並びにＦＬ＿ｙ及び角度θｙ２を適切に調整すれば、ＦＬ＿ｘ×ｃｏｓθｙ２がＦＬ＿ｙ／ｃｏｓθｙ２にほぼ等しくなる可能性がある。この条件において、バックライト光源ＢＬが発する光線はバックライトトロイダルミラーＴＭｒにより反射された後に位置ｑ１１に集光し、面積が拡大され、体積が小さく、全体的に明るい１つのバックライト光源虚像ＢＬ＿ｉｍ２となる。
【0042】
図１１に示す如く、図１０のバックライトトロイダルミラーＴＭｒがその中心軸ＣＡを回転の中心として９０度回転すると、Ｘ軸曲率が対応する等価焦点距離ＦＬ＿ｘ５がＦＬ＿ｙ×ｃｏｓθｙ２に短縮し、Ｙ軸曲率が対応する等価焦点距離ＦＬ＿ｙ５がＦＬ＿ｘ／ｃｏｓθｙ２に伸長し、ＦＬ＿ｘ／ｃｏｓθｙ２＞ＦＬ＿ｘ＞ＦＬ＿ｙ＞ＦＬ＿ｙ×ｃｏｓθｙ２となる。この条件において、バックライト光源ＢＬが発する光線はバックライトトロイダルミラーＴＭｒにより反射された後に、面積が拡大され、範囲が更に長い１つのバックライト光源虚像ＢＬ＿ｉｍ３となり、範囲はＸ 軸バックライト焦点面ＦＰＸからＹ軸バックライト焦点面ＦＰＹまでである。
【0043】
図１２には、バックライトトロイダルミラーＸ軸曲率がＹ軸曲率より大きく、或いはＸ軸曲率がＹ軸曲率より小さい条件において、軸外方向がＸ軸であり、或いは軸外方向がＹ軸である場合に回転角度が０度から９０度、または９０度から０度になった場合のバックライト光源実像が伸長または短縮する変化を示した表を図示する。
【0044】
以上の結果から分かるように、軸方向Ｘ及び軸方向ＹにおけるバックライトトロイダルミラーＴＭｒの等価焦点距離が略同じである場合（図１３Ａ参照）、バックライト光源ＢＬが発する光線はバックライトトロイダルミラーＴＭｒにより反射された後に、面積が拡大され、体積が小さく、全体的に明るい１つのバックライト光源虚像ＢＬ＿ｉｍ４として集光された後、バックライト光源虚像ＢＬ＿ｉｍ４が結像凹面鏡Ｍｒ＿Ｆ及び結像ハーフミラーＭｒ＿ＳＲにより反射され、体積が小さく、全体的に明るい１つのバックライト光源実像ＢＬ＿ｒｅ４が形成され、すなわち、アイボックスＥＢである。
【0045】
軸方向Ｘ及び軸方向ＹにおけるバックライトトロイダルミラーＴＭｒの等価焦点距離が相違する場合（図１３Ｂ参照）、バックライト光源ＢＬが発する光線はバックライトトロイダルミラーＴＭｒにより反射された後に、面積が拡大され、体積がやや大きく、明るい１つのバックライト光源虚像ＢＬ＿ｉｍ５として集光された後、バックライト光源虚像ＢＬ＿ｉｍ５が結像凹面鏡Ｍｒ＿Ｆ及び結像ハーフミラーＭｒ＿ＳＲにより反射され、範囲がやや長く、明るい１つのバックライト光源実像ＢＬ＿ｒｅ５が形成され、すなわち、アイボックスＥＢである。
【0046】
ヘッドアップディスプレイを使用する際に、観察者の目が前後に移動すると、図１３Ａ及び図１３Ｂに示すアイボックスＥＢは移動後の目と重なることができず、観察者が観察するイメージが不鮮明となる。この際に、バックライトトロイダルミラーＴＭｒはその中心軸ＣＡを回転の中心として９０度回転し（図１３Ｃ参照）、アイボックスＥＢが前後に伸長することで、アイボックスＥＢが観察者の移動後の目をカバーし、明晰なイメージを観察可能にする。
【0047】
以下、バックライトトロイダルミラーＴＭｒによりアイボックスＥＢの範囲を調整するヘッドアップディスプレイについて例を挙げて説明する。
＜例一＞
＜例一＞
【0048】
図１４Ａに示す如く、バックライトトロイダルミラーＴＭｒのＹ軸曲率はＸ軸曲率より大きく、軸方向Ｙの焦点距離は軸方向Ｘの焦点距離より小さい。バックライト光源ＢＬはバックライトトロイダルミラーＴＭｒの中心軸ＣＡから軸方向Ｙ上で下に向けて角度θｙ３で偏向する。この条件において、バックライトビームがバックライトトロイダルミラーＴＭｒの後方に、面積が拡大され、体積が小さく、全体的に明るい１つのバックライト光源虚像ＢＬ＿ｉｍ６を形成する。
【0049】
バックライト光源虚像ＢＬ＿ｉｍ６が発する光線は表示パネルＤＰを透過した後、結像凹面鏡Ｍｒ＿Ｆ及び結像ハーフミラーＭｒ＿ＳＲに反射され、体積が小さく、全体的に明るい１つのバックライト光源実像ＢＬ＿ｒｅ６を形成し、すなわち、アイボックスＥＢである。この際、観察者の目はアイボックスＥＢと重なる。
【0050】
図１４Ｂに示す如く、図１４ＡのバックライトトロイダルミラーＴＭｒはその中心軸ＣＡを回転の中心として９０度回転し、バックライト光源ＢＬのバックライトビームがバックライトトロイダルミラーＴＭｒの後方に、範囲が伸長された１つのバックライト光源虚像ＢＬ＿ｉｍ７を形成する。
【0051】
バックライト光源虚像ＢＬ＿ｉｍ７が発する光線は表示パネルＤＰを透過した後、結像凹面鏡Ｍｒ＿Ｆ及び結像ハーフミラーＭｒ＿ＳＲにより反射され、範囲が伸長された１つのバックライト光源実像ＢＬ＿ｒｅ７を形成し、すなわち、前後が伸長された１つのアイボックスＥＢである。このアイボックスＥＢの範囲はＸ 軸バックライト焦点面ＦＰＸからＹ軸バックライト焦点面ＦＰＹまでであり、観察者の目が前後に移動しても、依然としてアイボックスＥＢ内に保持される。
【0052】
この伸長されたアイボックスＥＢは、輝度が伸長された範囲内に分散されているが、但し、バックライト光源の輝度を高めるのみで、観察者がこの伸長されたアイボックス範囲内で観察するイメージは、依然として明瞭に保持される。
＜例二＞
＜例二＞
【0053】
図１５Ａに示す如く、バックライトトロイダルミラーＴＭｒのＹ軸曲率がＸ軸曲率より大きく、その軸方向Ｙの焦点距離が軸方向Ｘの焦点距離より小さい。バックライト光源ＢＬはバックライトトロイダルミラーＴＭｒの中心軸ＣＡから軸方向Ｙ上で下に向けて角度θｙ４で偏向する。この条件において、バックライトビームがバックライトトロイダルミラーＴＭｒの後方に、面積が拡大され、体積がやや大きく、明るい１つのバックライト光源虚像ＢＬ＿ｉｍ８を形成する。
【0054】
バックライト光源虚像ＢＬ＿ｉｍ８が発する光線は表示パネルＤＰを透過した後、結像凹面鏡Ｍｒ＿Ｆ及び結像ハーフミラーＭｒ＿ＳＲにより反射され、範囲がやや長く、全体的に明るい１つのバックライト光源実像ＢＬ＿ｒｅ８を形成し、すなわち、アイボックスＥＢである。このアイボックスＥＢの範囲はＸ 軸バックライト焦点面ＦＰＸからＹ軸バックライト焦点面ＦＰＹまでであり、この際に観察者の目はアイボックスＥＢ内に留まる。
【0055】
図１５Ｂに示す如く、図１５ＡのバックライトトロイダルミラーＴＭｒはその中心軸ＣＡを回転の中心として４５度回転し、バックライト光源ＢＬのバックライトビームはバックライトトロイダルミラーＴＭｒの後方に、範囲が伸長された１つのバックライト光源虚像ＢＬ＿ｉｍ９を形成する。
【0056】
バックライト光源虚像ＢＬ＿ｉｍ９が発する光線は表示パネルＤＰを透過した後、結像凹面鏡Ｍｒ＿Ｆ及び結像ハーフミラーＭｒ＿ＳＲにより反射され、範囲が伸長された１つのバックライト光源実像ＢＬ＿ｒｅ９を形成し、すなわち、前後が伸長された１つのアイボックスＥＢである。このアイボックスＥＢの範囲はＸ 軸バックライト焦点面ＦＰＸからＹ軸バックライト焦点面ＦＰＹまでであり、観察者の目が短い距離を前後に移動しても、観察者の目が依然としてアイボックスＥＢ内に保持される。
【0057】
図１５Ｃに示す如く、図１５ＡのバックライトトロイダルミラーＴＭｒは中心軸ＣＡを回転の中心として９０度回転し、バックライト光源ＢＬのバックライトビームはバックライトトロイダルミラーＴＭｒの後方に、範囲が長い１つのバックライト光源虚像ＢＬ＿ｉｍ１０を形成する。
【0058】
バックライト光源虚像ＢＬ＿ｉｍ１０が発する光線は表示パネルＤＰを透過した後、結像凹面鏡Ｍｒ＿Ｆ及び結像ハーフミラーＭｒ＿ＳＲにより反射され、範囲が伸長された１つのバックライト光源実像ＢＬ＿ｒｅ１０を形成し、すなわち、前後に更に伸長された１つのアイボックスＥＢである。このアイボックスＥＢの範囲はＸ 軸バックライト焦点面ＦＰＸからＹ軸バックライト焦点面ＦＰＹまでであり、観察者の目が前後に長い距離を移動しても、観察者の目が依然としてアイボックスＥＢ内に保持される。
【0059】
この更に伸長されたアイボックスＥＢは、輝度が更に伸長された範囲内に分散されているが、但し、バックライト光源ＢＬの輝度を高めるのみで、観察者がこの更に伸長されたアイボックスＥＢ内で観察するイメージが依然として明瞭に保持される。
＜例三＞
＜例三＞
【0060】
図１６Ａに示す如く、バックライトトロイダルミラーＴＭｒのＸ軸曲率がＹ軸曲率より大きく、軸方向Ｘの焦点距離が軸方向Ｙの焦点距離より小さい。バックライト光源ＢＬはバックライトトロイダルミラーＴＭｒの中心軸ＣＡから軸方向Ｘ上で右に向けて角度θｘ５で偏向する。この条件において、バックライトビームはバックライトトロイダルミラーＴＭｒの後方に、面積が拡大され、範囲が浅く、全体的に明るい１つのバックライト光源虚像ＢＬ＿ｉｍ１１を形成する。
【0061】
バックライト光源虚像ＢＬ＿ｉｍ１１が発する光線は表示パネルＤＰを透過した後、結像凹面鏡Ｍｒ＿Ｆ及び結像ハーフミラーＭｒ＿ＳＲにより反射され、範囲が浅く、全体的に明るい１つのバックライト光源実像ＢＬ＿ｒｅ１１を形成し、すなわち、アイボックスＥＢである。この際、観察者の目はアイボックスＥＢに重なる。
【0062】
図１６Ｂに示す如く、図１６ＡのバックライトトロイダルミラーＴＭｒがその中心軸ＣＡを回転の中心として９０度回転し、バックライト光源ＢＬのバックライトビームがバックライトトロイダルミラーＴＭｒの後方に、範囲が伸長された１つのバックライト光源虚像ＢＬ＿ｉｍ１２を形成する。
【0063】
バックライト光源虚像ＢＬ＿ｉｍ１２が発する光線は表示パネルＤＰを透過した後、結像凹面鏡Ｍｒ＿Ｆ及び結像ハーフミラーＭｒ＿ＳＲにより反射され、範囲が伸長された１つのバックライト光源実像ＢＬ＿ｒｅ１２を形成し、すなわち、前後が伸長された１つのアイボックスＥＢである。このアイボックスＥＢの範囲はＸ 軸バックライト焦点面ＦＰＸからＹ軸バックライト焦点面ＦＰＹまでであり、観察者の目が前後に移動しても、観察者の目が依然としてアイボックスＥＢ内に保持される。
【0064】
この伸長されたアイボックスＥＢは、輝度が伸長された範囲内に分散されているが、但し、バックライト光源ＢＬの輝度を高めるのみで、観察者がこの伸長されたアイボックスＥＢ内で観察するイメージが依然として明瞭に保持される。
＜例四＞
＜例四＞
【0065】
図１７Ａに示す如く、バックライトトロイダルミラーＴＭｒのＸ軸曲率がＹ軸曲率より大きく、軸方向Ｘの焦点距離が軸方向Ｙの焦点距離より小さい。バックライト光源ＢＬはバックライトトロイダルミラーＴＭｒの中心軸ＣＡから軸方向Ｘ上で右に向けて角度θｘ６で偏向する。この条件において、バックライトビームはバックライトトロイダルミラーＴＭｒの後方に、面積が拡大され、範囲がやや長く、明るい１つのバックライト光源虚像ＢＬ＿ｉｍ１３を形成する。
【0066】
バックライト光源虚像ＢＬ＿ｉｍ１３が発する光線は表示パネルＤＰを透過した後、結像凹面鏡Ｍｒ＿Ｆ及び結像ハーフミラーＭｒ＿ＳＲにより反射され、範囲がやや長く、全体的に明るい１つのバックライト光源実像ＢＬ＿ｒｅ１３を形成し、すなわち、アイボックスＥＢである。このアイボックスＥＢの範囲はＸ 軸バックライト焦点面ＦＰＸからＹ軸バックライト焦点面ＦＰＹまでである。この際、観察者の目はアイボックスＥＢ内に留まる。
【0067】
図１７Ｂに示す如く、図１７ＡのバックライトトロイダルミラーＴＭｒはその中心軸ＣＡを回転の中心として４５度回転し、バックライト光源ＢＬのバックライトビームはバックライトトロイダルミラーＴＭｒの後方に、範囲が伸長された１つのバックライト光源虚像ＢＬ＿ｉｍ１４を形成する。
【0068】
バックライト光源虚像ＢＬ＿ｉｍ１４が発する光線は表示パネルＤＰを透過した後、結像凹面鏡Ｍｒ＿Ｆ及び結像ハーフミラーＭｒ＿ＳＲにより反射され、範囲が伸長された１つのバックライト光源実像ＢＬ＿ｒｅ１４を形成し、すなわち、前後が伸長された１つのアイボックスＥＢである。このアイボックスＥＢの範囲はＸ 軸バックライト焦点面ＦＰＸからＹ軸バックライト焦点面ＦＰＹまでであり、観察者の目が短い距離を前後に移動しても、観察者の目が依然としてアイボックスＥＢ内に保持される。
【0069】
図１７Ｃに示す如く、図１７ＡのバックライトトロイダルミラーＴＭｒはその中心軸ＣＡを回転の中心として９０度回転し、バックライト光源ＢＬのバックライトビームはバックライトトロイダルミラーＴＭｒの後方に、範囲が長い１つのバックライト光源虚像ＢＬ＿ｉｍ１５を形成する。
【0070】
バックライト光源虚像ＢＬ＿ｉｍ１５が発する光線は表示パネルＤＰを透過した後、結像凹面鏡Ｍｒ＿Ｆ及び結像ハーフミラーＭｒ＿ＳＲにより反射され、範囲が伸長された１つのバックライト光源実像ＢＬ＿ｒｅ１５を形成し、すなわち、前後に更に伸長された１つのアイボックスＥＢである。このアイボックスＥＢの範囲はＸ 軸バックライト焦点面ＦＰＸからＹ軸バックライト焦点面ＦＰＹまでであり、観察者の目が長い距離を前後に移動しても、観察者の目は依然としてアイボックスＥＢ内に保持される。
【0071】
この更に伸長されたアイボックスＥＢは輝度が更に伸長された範囲内に分散されているが、但し、バックライト光源ＢＬの輝度を高めるのみで、観察者がこの更に伸長されたアイボックスＥＢ内で観察するイメージが依然として明瞭に保持される。
【0072】
この図１７Ｃの状況において、バックライトトロイダルミラーＴＭｒがその中心軸ＣＡを回転の中心として逆方向に４５度回転すると、アイボックスＥＢが、範囲が長い状態から、図１７Ｂの範囲がやや短縮した状態に戻る。
【0073】
【0074】
本発明において、バックライトトロイダルミラーＴＭｒが原位置で回転する角度は４５度及び９０度以外、任意の角度の回転角度でもよい。回転角度の幅が異なると、アイボックスＥＢの伸長または短縮程度も異なる。一例を挙げると、０度から９０度の範囲内で、回転角度の幅が大きくなる程、アイボックスＥＢの範囲の変化も大きくなり、回転角度の幅が小さくなる程、アイボックスＥＢの範囲の変化も小さくなる。９０度を超えて１８０度までの効果は、９０度から０度までの効果と同じである。１８０度を超えて２７０度までの効果も、０度から９０度までの効果と同じである。２７０度を超えて３６０度までの効果も、９０度から０度までの効果と同じである。
【0075】
本発明において、アイボックスＥＢの伸長が長くなる程、輝度もより分散され、バックライト光源ＢＬの輝度を高める必要性も高くなる。アイボックスＥＢの短縮が短くなる程、輝度が分散されなくなり、バックライト光源ＢＬの輝度を高める必要性も低くなる。
【0076】
また、本発明のヘッドアップディスプレイはコントローラー（図示省略）と、アイトラッキングシステム（図示省略）と、駆動モジュール（図示省略）と、を更に備えている。コントローラーはアイトラッキングシステム、駆動モジュール、バックライト光源、及び表示パネルＤＰに電気的に接続され、アイトラッキングシステムが提供した情報に基づいて、駆動モジュール及びバックライト光源の動作を制御する。
【0077】
アイトラッキングシステムは観察者の目の前後の変位程度を検出し、これに基づいてコントローラーがバックライトトロイダルミラーＴＭｒの回転角度を調整し、且つバックライト光源の輝度も対応するように調整し、アイボックスＥＢが目の位置まで伸長または短縮し、観察者が明瞭且つ完全なイメージを継続して観察可能になる。
【0078】
駆動モジュールはバックライトトロイダルミラーＴＭｒを駆動し、バックライトトロイダルミラーＴＭｒはコントローラーが設定した角度に基づいて回転する。
【0079】
本発明は、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施することができる。そのため、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。更に、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、すべて本発明の範囲内のものである。
【符号の説明】
【0080】
ＢＬ バックライト光源
ＢＬ＿ｉｍ バックライト光源虚像
ＢＬ＿ｉｍ１ バックライト光源虚像
ＢＬ＿ｉｍ２ バックライト光源虚像
ＢＬ＿ｉｍ３ バックライト光源虚像
ＢＬ＿ｉｍ４ バックライト光源虚像
ＢＬ＿ｉｍ５ バックライト光源虚像
ＢＬ＿ｉｍ６ バックライト光源虚像
ＢＬ＿ｉｍ７ バックライト光源虚像
ＢＬ＿ｉｍ８ バックライト光源虚像
ＢＬ＿ｉｍ９ バックライト光源虚像
ＢＬ＿ｉｍ１０ バックライト光源虚像
ＢＬ＿ｉｍ１１ バックライト光源虚像
ＢＬ＿ｉｍ１２ バックライト光源虚像
ＢＬ＿ｉｍ１３ バックライト光源虚像
ＢＬ＿ｉｍ１４ バックライト光源虚像
ＢＬ＿ｉｍ１５ バックライト光源虚像
ＢＬ＿ｒｅ バックライト光源実像
ＢＬ＿ｒｅ１ バックライト光源実像
ＢＬ＿ｒｅ２ バックライト光源実像
ＢＬ＿ｒｅ３ バックライト光源実像
ＢＬ＿ｒｅ４ バックライト光源実像
ＢＬ＿ｒｅ５ バックライト光源実像
ＢＬ＿ｒｅ６ バックライト光源実像
ＢＬ＿ｒｅ７ バックライト光源実像
ＢＬ＿ｒｅ８ バックライト光源実像
ＢＬ＿ｒｅ９ バックライト光源実像
ＢＬ＿ｒｅ１０ バックライト光源実像
ＢＬ＿ｒｅ１１ バックライト光源実像
ＢＬ＿ｒｅ１２ バックライト光源実像
ＢＬ＿ｒｅ１３ バックライト光源実像
ＢＬ＿ｒｅ１４ バックライト光源実像
ＢＬ＿ｒｅ１５ バックライト光源実像
Ｂｍ＿Ｇ イメージビーム
Ｂｍ＿ＢＬ バックライトビーム
ＣＡ 中心軸
ＤＰ 表示パネル
ＤＰ＿ｉｍ イメージ虚像
Ｅ 目
ＥＢ アイボックス
Ｆｘ 焦点
Ｆｙ 焦点
ＦＬ＿ｘ 焦点距離
ＦＬ＿ｘ１ 等価焦点距離
ＦＬ＿ｘ２ 等価焦点距離
ＦＬ＿ｘ３ 等価焦点距離
ＦＬ＿ｘ４ 等価焦点距離
ＦＬ＿ｘ５ 等価焦点距離
ＦＬ＿ｙ 焦点距離
ＦＬ＿ｙ１ 等価焦点距離
ＦＬ＿ｙ２ 等価焦点距離
ＦＬ＿ｙ３ 等価焦点距離
ＦＬ＿ｙ４ 等価焦点距離
ＦＬ＿ｙ５ 等価焦点距離
ＦＰＸ Ｘ軸バックライト焦点面
ＦＰＹ Ｙ軸バックライト焦点面
Ｌｔ＿ＢＬ バックライト光源
Ｍｒ＿ＢＬ バックライト凹面鏡
Ｍｒ＿Ｆ 結像凹面鏡
Ｍｒ＿ＳＲ 結像ハーフミラー
Ｐ 点光源
ｑ１ 位置
ｑ２ 位置
ｑ３ 位置
ｑ４ 位置
ｑ５ 位置
ｑ６ 位置
ｑ７ 位置
ｑ８ 位置
ｑ９ 位置
ｑ１０ 位置
ｑ１１ 位置
ＴＭｒ バックライトトロイダルミラー
Ｘ 軸方向
Ｙ 軸方向
θｙ 角度
θｙ１ 角度
θｙ２ 角度
θｙ３ 角度
θｙ４ 角度
θｘ５ 角度
θｘ６ 角度
ＢＬ＿ｉｍ バックライト光源虚像
ＢＬ＿ｉｍ１ バックライト光源虚像
ＢＬ＿ｉｍ２ バックライト光源虚像
ＢＬ＿ｉｍ３ バックライト光源虚像
ＢＬ＿ｉｍ４ バックライト光源虚像
ＢＬ＿ｉｍ５ バックライト光源虚像
ＢＬ＿ｉｍ６ バックライト光源虚像
ＢＬ＿ｉｍ７ バックライト光源虚像
ＢＬ＿ｉｍ８ バックライト光源虚像
ＢＬ＿ｉｍ９ バックライト光源虚像
ＢＬ＿ｉｍ１０ バックライト光源虚像
ＢＬ＿ｉｍ１１ バックライト光源虚像
ＢＬ＿ｉｍ１２ バックライト光源虚像
ＢＬ＿ｉｍ１３ バックライト光源虚像
ＢＬ＿ｉｍ１４ バックライト光源虚像
ＢＬ＿ｉｍ１５ バックライト光源虚像
ＢＬ＿ｒｅ バックライト光源実像
ＢＬ＿ｒｅ１ バックライト光源実像
ＢＬ＿ｒｅ２ バックライト光源実像
ＢＬ＿ｒｅ３ バックライト光源実像
ＢＬ＿ｒｅ４ バックライト光源実像
ＢＬ＿ｒｅ５ バックライト光源実像
ＢＬ＿ｒｅ６ バックライト光源実像
ＢＬ＿ｒｅ７ バックライト光源実像
ＢＬ＿ｒｅ８ バックライト光源実像
ＢＬ＿ｒｅ９ バックライト光源実像
ＢＬ＿ｒｅ１０ バックライト光源実像
ＢＬ＿ｒｅ１１ バックライト光源実像
ＢＬ＿ｒｅ１２ バックライト光源実像
ＢＬ＿ｒｅ１３ バックライト光源実像
ＢＬ＿ｒｅ１４ バックライト光源実像
ＢＬ＿ｒｅ１５ バックライト光源実像
Ｂｍ＿Ｇ イメージビーム
Ｂｍ＿ＢＬ バックライトビーム
ＣＡ 中心軸
ＤＰ 表示パネル
ＤＰ＿ｉｍ イメージ虚像
Ｅ 目
ＥＢ アイボックス
Ｆｘ 焦点
Ｆｙ 焦点
ＦＬ＿ｘ 焦点距離
ＦＬ＿ｘ１ 等価焦点距離
ＦＬ＿ｘ２ 等価焦点距離
ＦＬ＿ｘ３ 等価焦点距離
ＦＬ＿ｘ４ 等価焦点距離
ＦＬ＿ｘ５ 等価焦点距離
ＦＬ＿ｙ 焦点距離
ＦＬ＿ｙ１ 等価焦点距離
ＦＬ＿ｙ２ 等価焦点距離
ＦＬ＿ｙ３ 等価焦点距離
ＦＬ＿ｙ４ 等価焦点距離
ＦＬ＿ｙ５ 等価焦点距離
ＦＰＸ Ｘ軸バックライト焦点面
ＦＰＹ Ｙ軸バックライト焦点面
Ｌｔ＿ＢＬ バックライト光源
Ｍｒ＿ＢＬ バックライト凹面鏡
Ｍｒ＿Ｆ 結像凹面鏡
Ｍｒ＿ＳＲ 結像ハーフミラー
Ｐ 点光源
ｑ１ 位置
ｑ２ 位置
ｑ３ 位置
ｑ４ 位置
ｑ５ 位置
ｑ６ 位置
ｑ７ 位置
ｑ８ 位置
ｑ９ 位置
ｑ１０ 位置
ｑ１１ 位置
ＴＭｒ バックライトトロイダルミラー
Ｘ 軸方向
Ｙ 軸方向
θｙ 角度
θｙ１ 角度
θｙ２ 角度
θｙ３ 角度
θｙ４ 角度
θｘ５ 角度
θｘ６ 角度
【要約】
【課題】バックライトトロイダルミラーでアイボックスを調整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ものに適合し、且つ、バックライト光源と、バックライトトロイダルミラーと、表示パネルと、結像凹面鏡と、を含んで構成されている。バックライトトロイダルミラーは回転可能であり、Ｘ軸曲率及びＸ軸曲率とは相違するＹ軸曲率を有し、且つバックライト光源のバックライトビームを反射可能である。バックライトトロイダルミラーにより反射されたバックライトビームは表示パネル、結像凹面鏡、及び結像ハーフミラーを経由した後に観察者の目の位置にバックライト光源実像を形成し、バックライト光源実像はアイボックスである。バックライトトロイダルミラーが回転することによりアイボックスが伸長または短縮することで、観察者の目が前後に移動してもアイボックス内に尚も保持される。
【選択図】図１４Ｂ
【解決手段】結像ハーフミラーと組み合わせて使用するものに適合し、且つ、バックライト光源と、バックライトトロイダルミラーと、表示パネルと、結像凹面鏡と、を含んで構成されている。バックライトトロイダルミラーは回転可能であり、Ｘ軸曲率及びＸ軸曲率とは相違するＹ軸曲率を有し、且つバックライト光源のバックライトビームを反射可能である。バックライトトロイダルミラーにより反射されたバックライトビームは表示パネル、結像凹面鏡、及び結像ハーフミラーを経由した後に観察者の目の位置にバックライト光源実像を形成し、バックライト光源実像はアイボックスである。バックライトトロイダルミラーが回転することによりアイボックスが伸長または短縮することで、観察者の目が前後に移動してもアイボックス内に尚も保持される。
【選択図】図１４Ｂ
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13A】
【図13B】
【図13C】
【図14A】
【図14B】
【図15A】
【図15B】
【図15C】
【図16A】
【図16B】
【図17A】
【図17B】
【図17C】