JP2018124508A - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】拡大光学素子を共用していても、二つの虚像の結像性能が担保可能なヘッドアップディスプレイ装置の提供。【解決手段】ヘッドアップディスプレイ装置１００は、近表示像２８及び遠表示像３８をウィンドシールドＷＳに投影し、互いに異なる位置に結像される近虚像２９及び遠虚像３９を、運転者Ｄによって視認可能に表示する。ヘッドアップディスプレイ装置１００は、近表示像２８を発光表示する第一表示面２１、及び遠表示像３８を発光表示する第二表示面３１に加えて、拡大光学素子４０及び補正光学素子６０を備えている。拡大光学素子４０は、第一表示面２１及び第二表示面３１から射出される光を広げつつウィンドシールドＷＳ側へ向けて反射させる。補正光学素子６０は、遠表示像３８の光の光路に設けられ、ウィンドシールドＷＳでの反射によって遠虚像３９に発生が想定される光学的な影響を、拡大光学素子４０と共に補正する。【選択図】図１

Description

この明細書による開示は、移動体の乗員によって視認可能な虚像を表示するヘッドアップディスプレイ装置に関する。

従来、車両等のウィンドシールドに表示像を投影し、投影された表示像の虚像を、運転者等によって視認可能に表示するヘッドアップディスプレイ装置（以下、「ＨＵＤ装置」）が知られている。例えば特許文献１には、こうしたＨＵＤ装置の一種として、二つの表示像をウィンドシールドに投影し、各表示像の虚像を互いに異なる位置に結像させる構成が開示されている。

特許文献１のＨＵＤ装置には、二つのスクリーンと、各スクリーンに第一表示画像及び第二表示画像を表示させる投影装置と、各スクリーンから射出される各表示画像の光をウィンドシールドへ向けて反射させる凹面鏡と、が設けられている。投影装置は、プロジェクタから射出された光を、結像位置調整ミラーにより二つのスクリーンへ向けて反射させる。結像位置調整ミラーには、当該ミラーから各スクリーンまでの結像距離の差を調整する構成として、自由曲面状の第二反射面が形成されている。

特開２０１６‐１３２３５２号公報

さて、一般的に車両等の移動体のウィンドシールドは、湾曲形状に形成されている。故に、ウィンドシールドにて表示画像を反射させる構成では、例えば像面湾曲や非点収差といった光学的な影響が虚像に生じる。そして、特許文献１のＨＵＤ装置のように、異なる位置に第一虚像及び第二虚像を結像させる構成では、ウィンドシールドでの反射によって各虚像に生じる光学的な影響の大きさは、互いに異なってしまう。

しかし、特許文献１のＨＵＤ装置では、例えば大型化を抑制するために、第一表示画像及び第二表示画像で凹面鏡が共用されている。故に、ウィンドシールドでの反射によって各虚像に発生する光学的な影響は、実質的に凹面鏡だけで補正しなくてはならない。そのため、第一表示画像の光は、第二表示画像の光と同様の光学的な補正しか受けることができないまま、第二虚像よりも遠い位置に第一虚像として結像される。以上により、凹面鏡の形状を工夫して第二虚像の結像性能を担保できたとしても、第一虚像の結像性能は、担保困難であった。

本開示は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、凹面鏡のような拡大光学素子を共用していても、二つの虚像の結像性能が担保可能なＨＵＤ装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、開示された一つの態様は、移動体（Ａ）のウィンドシールド（ＷＳ）に二つの表示像を投影し、互いに異なる位置に結像される二つの表示像の虚像を、移動体の乗員（Ｄ）によって視認可能に表示するＨＵＤ装置であって、二つの表示像のうちでウィンドシールドに近い位置に近虚像（２９）として結像される近表示像（２８）、を発光表示する第一表示面（２１）と、二つの表示像のうちで近虚像よりもウィンドシールドから遠い位置に遠虚像（３９）として結像される遠表示像（３８）、を発光表示する第二表示面（３１）と、近表示像及び遠表示像からそれぞれ拡大された近虚像及び遠虚像が結像されるよう、第一表示面及び第二表示面から射出される光を広げつつウィンドシールド側へ向けて反射させる拡大光学素子（４０）と、遠表示像の光の光路に設けられ、ウィンドシールドでの反射によって遠虚像に発生が想定される光学的な影響を、拡大光学素子と共に補正する補正光学素子（６０，２６０）と、を備えるＨＵＤ装置とされる。

この態様によれば、ウィンドシールドでの反射によって遠虚像に発生が想定される光学的な影響は、拡大光学素子だけでなく、補正光学素子によっても、補正され得る。故に、拡大光学素子が近表示像及び遠表示像の各光を共にウィンドシールド側へ向けて反射させる構成であっても、遠表示像の光は、近表示像の光とは異なる光学的な補正をなされたうえで、近虚像よりも遠い位置に遠虚像として結像される。

以上によれば、近虚像の結像性能が担保されるように拡大光学素子を最適化したうえで、遠虚像の結像性能が担保されるように、補正光学素子を最適化することができる。したがって、ヘッドアップディスプレイ装置は、二つの表示像で拡大光学素子を共用していても、二つの虚像の結像性能を担保可能となる。

尚、上記括弧内の参照番号は、後述する実施形態における具体的な構成との対応関係の一例を示すものにすぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。

第一実施形態によるＨＵＤ装置の構成を示す図である。 ＨＵＤ装置の電気的な構成を示すブロック図である。 第二実施形態によるＨＵＤ装置の構成を示す図である。 第三実施形態によるＨＵＤ装置の構成を示す図である。 第四実施形態によるＨＵＤ装置の構成を示す図である。 第五実施形態によるＨＵＤ装置の構成を示す図である。

以下、本開示の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合わせることができる。そして、複数の実施形態及び変形例に記述された構成同士の明示されていない組み合わせも、以下の説明によって開示されているものとする。

（第一実施形態）
図１に示す本開示の第一実施形態によるＨＵＤ装置１００は、車両Ａに搭載され、車両Ａに関連する各種の情報を車両Ａの運転者Ｄに提供する。ＨＵＤ装置１００は、運転者Ｄの着座する運転席の前方に配置されており、車両Ａのインスツルメントパネルに収容されている。

ＨＵＤ装置１００は、複数（二つ）の表示像の光をウィンドシールドＷＳの投影領域ＰＡに投影する。ウィンドシールドＷＳに投影された光は、投影領域ＰＡによって運転者Ｄ側へ向けて反射され、運転者Ｄの頭部周辺に位置するよう予め規定されたアイボックスに到達する。アイボックスにアイポイントを位置させた運転者Ｄは、表示像の光を、前景に重畳された虚像として視認可能となる。運転者Ｄは、虚像を知覚することで、各種の情報を認識できる。虚像表示される各種情報には、車速及び燃料残量等の車両の状態情報、並びに経路案内等のナビゲーション情報が含まれている。

ウィンドシールドＷＳは、ガラス等の透光性を有する材料により、湾曲した板状に形成されている。ウィンドシールドＷＳは、車両Ａの水平方向及び鉛直方向に対して傾斜した姿勢で配置されている。ウィンドシールドＷＳは、虚像を結像させるための光学系の一つとして機能する。ウィンドシールドＷＳの車室内側の面に規定された投影領域ＰＡは、車両Ａのデザインに関連して、横方向及び縦方向のいずれにも連続的に変化する曲率で、凹面状に湾曲している。尚、投影領域ＰＡは、ウィンドシールドＷＳに貼り付けられた構成、例えば光の反射率を高めるための蒸着膜又はフィルム等によって形成されていてもよい。

ＨＵＤ装置１００によって表示される複数の虚像には、近虚像２９及び遠虚像３９が含まれている。遠虚像３９を表示可能な範囲及び近虚像２９を表示可能な範囲は、それぞれ横長の矩形状となっている。遠虚像３９として表示可能なサイズは、近虚像２９として表示可能なサイズよりも大きくされている。

加えて近虚像２９及び遠虚像３９は、車両Ａの前後方向において、互いに異なる位置に結像される。近虚像２９は、遠虚像３９よりもウィンドシールドＷＳに近い位置、具体的には、アイポイントから車両Ａの前方に２〜３メートル程度の空間中に結像される。遠虚像３９は、近虚像２９よりもウィンドシールドＷＳから遠い位置、具体的には、アイポイントから車両Ａの前方に１０〜２０メートル程度の空間中に結像される。一例としては、近虚像２９は、アイポイントよりも２ｍ程度前方に表示され、遠虚像３９は、アイポイントよりも１５ｍ程度前方に表示される。

さらに、近虚像２９及び遠虚像３９の結像位置は、運転者Ｄからの視認上において、鉛直（上下）方向にもずらされている。近虚像２９の結像位置は、アイポイントよりも僅かに下方、即ち遠虚像３９よりも下方となるように設定されている。例えば車速、インジケータ、及びアイコン等が近虚像２９として表示される。遠虚像３９の結像位置は、アイポイントと概ね同程度の高さとなるように設定されている。遠虚像３９は、運転者Ｄの見かけ上で路面等に重畳されることで、拡張現実（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ：ＡＲ）表示として機能する。例えば、右左折を指示する矢印等が遠虚像３９として表示される。

尚、運転者Ｄからの視認上にて、遠虚像３９の下縁部分は、近虚像２９の上縁部分よりも、下方に位置していてもよい。例えば、遠虚像３９を表示可能な範囲は、近虚像２９を表示可能な範囲を避けるようにして、部分的に切り欠かれた矩形状であってもよい。また、運転者Ｄからの視認上にて、遠虚像３９の下縁部分と近虚像２９の上縁部分とが、上下方向に離れていてもよい。

次に、ＨＵＤ装置１００の構成を説明する。ＨＵＤ装置１００は、図１及び図２に示すように、第一表示器２０、第二表示器３０、制御回路９０、拡大光学素子４０、及び補正光学素子６０等によって構成されている。

第一表示器２０は、近虚像２９として結像される近表示像２８の光を、拡大光学素子４０へ向けて射出する表示構成である。第一表示器２０は、近表示像２８を発光表示する第一表示面２１を有している。第一表示器２０は、第一表示面２１を拡大光学素子４０へ向けた姿勢にて、ＨＵＤ装置１００のハウジング等に固定されている。第一表示器２０は、拡大光学素子４０の後方、且つ、第二表示器３０の上方に配置されている。第一表示器２０は、補正光学素子６０よりも拡大光学素子４０の近くに配置されている。第一表示器２０は、液晶ディスプレイパネル２２及びバックライト２３等によって構成されている。

液晶ディスプレイパネル２２は、第一表示面２１を形成している。第一表示面２１は、実質的に湾曲の無い平面状であって、横長の矩形状である。第一表示面２１には、多数の画素が二次元状に配列されている。各画素には、赤色、緑色、及び青色のサブ画素が設けられている。液晶ディスプレイパネル２２は、サブ画素の光の透過率を制御することにより、第一表示面２１に種々の近表示像２８をカラーにて発光表示する。

バックライト２３は、白色の光源光を放射する複数のＬＥＤと、各ＬＥＤから放射された光を液晶ディスプレイパネル２２へ導光するプリズムとを有している。各ＬＥＤから放射された光は、第一表示面２１の裏面側に導光され、第一表示面２１に描画された近表示像２８を透過照明する。第一表示面２１を透過した近表示像２８の光は、拡大光学素子４０に投影される。

第二表示器３０は、遠虚像３９として結像される遠表示像３８の光を、補正光学素子６０へ向けて射出する表示構成である。第二表示器３０は、遠表示像３８を発光表示する第二表示面３１を有している。第二表示器３０は、第二表示面３１を補正光学素子６０へ向けた姿勢にて、ＨＵＤ装置１００のハウジング等に固定されている。第二表示器３０は、車両Ａの前後方向において、拡大光学素子４０及び補正光学素子６０の間に位置している。第二表示器３０は、拡大光学素子４０及び補正光学素子６０よりも下方に配置されている。第二表示器３０は、第一表示器２０と同様に、液晶ディスプレイパネル３２及びバックライト３３等によって構成されている。

液晶ディスプレイパネル３２は、第二表示面３１を形成している。第二表示面３１は、第一表示面２１と同様に、実質的に湾曲の無い平面状であって、横長の矩形状である。第二表示面３１の面積は、第一表示面２１の面積よりも広くされている。第二表示面３１には、多数の画素が二次元状に配列されている。液晶ディスプレイパネル３２は、各画素を構成する複数のサブ画素について、光の透過率を個別に制御することにより、第二表示面３１に種々の遠表示像３８をカラーにて発光表示する。

バックライト３３は、バックライト２３と実質同一の構成である。バックライト３３の各ＬＥＤから放射された光は、第二表示面３１の裏面側に導光され、第二表示面３１に描画された遠表示像３８を透過照明する。第二表示面３１を透過した遠表示像３８の光は、補正光学素子６０にて反射され、拡大光学素子４０に投影される。

制御回路９０は、ＨＵＤ装置１００による近虚像２９及び遠虚像３９の表示を制御する回路である。制御回路９０は、プロセッサ、ＲＡＭ、及び記憶媒体等を有するマイクロコントローラを主体に構成されている。制御回路９０は、車両Ａに搭載された表示制御装置９８、並びに第一表示器２０及び第二表示器３０等と電気的に接続されている。表示制御装置９８は、車載された通信バス９９を通じて車両Ａの情報を取得し、状況に対応した近虚像２９及び遠虚像３９の表示態様を決定する。制御回路９０は、表示制御装置９８からの指令信号に基づき、第一表示器２０及び第二表示器３０を制御することで、運転者Ｄに必要な情報を、近虚像２９及び遠虚像３９を通じて運転者Ｄに提供する。

拡大光学素子４０は、合成樹脂又はガラス等からなる無色透明の基材の表面に、アルミニウム等の金属を蒸着させた反射鏡である。拡大光学素子４０は、全体として横長の矩形の板状に形成されている。拡大光学素子４０は、アルミニウムの蒸着面が凹面状となるように湾曲している。拡大光学素子４０は、投影領域ＰＡの下方、且つ、補正光学素子６０の前方に配置されている。拡大光学素子４０には、拡大反射面４１が形成されている。拡大光学素子４０は、第一表示器２０及び補正光学素子６０に拡大反射面４１を向けた姿勢にて、ＨＵＤ装置１００のハウジング等に保持されている。

拡大反射面４１は、拡大光学素子４０の板厚方向に波状に湾曲した横長の矩形状である。拡大反射面４１は、長手方向及び短手方向のそれぞれに異なる曲率を有する凹状の自由曲面に形成されている。拡大反射面４１の各方向に規定された曲率は、一定でなくてもよく、拡大反射面４１の各箇所において異なっていてもよい。拡大反射面４１は、近表示像２８の光の光路及び遠表示像３８の光の光路の両方に跨るよう配置されている。拡大反射面４１には、第一表示面２１から射出された近表示像２８の光と、補正光学素子６０にて反射された遠表示像３８の光とが共に入射する。拡大反射面４１にて、近表示像２８の光が入射する第一入射領域４２の少なくとも一部は、遠表示像３８の光が入射する第二入射領域４３の少なくとも一部と重なっている。第一入射領域４２は、第二入射領域４３よりも上方に位置している。第二入射領域４３は、第一入射領域４２よりも広い。

拡大光学素子４０は、凹面状に湾曲した拡大反射面４１により、遠表示像３８及び遠虚像３９の光を広げつつ、ウィンドシールドＷＳ側となる上方へ向けて反射させる。拡大反射面４１での反射により、近表示像２８及び遠表示像３８からそれぞれ拡大された近虚像２９及び遠虚像３９が結像される。遠表示像３８に対する遠虚像３９の拡大率は、近表示像２８に対する近虚像２９の拡大率よりも大きい。

補正光学素子６０は、拡大光学素子４０と同様に、合成樹脂又はガラス等からなる無色透明の基材の表面に、アルミニウム等の金属を蒸着させた反射鏡である。補正光学素子６０は、全体として、補正光学素子６０よりも小さい矩形の板状に形成されている。補正光学素子６０は、アルミニウムの蒸着面が凸面状となるように湾曲している。

補正光学素子６０は、遠表示像３８の光の光路に位置している。補正光学素子６０は、拡大光学素子４０及び第二表示器３０の後方にて、ＨＵＤ装置１００のハウジングに保持されている。補正光学素子６０は、上下方向にて、第一表示器２０よりも僅かに下方に配置されており、第一表示器２０よりも拡大反射面４１から離れた位置に設置されている。補正光学素子６０には、補正反射面６１が形成されている。補正光学素子６０は、第二表示面３１及び拡大反射面４１に補正反射面６１を向けた姿勢にて、ＨＵＤ装置１００のハウジング等に保持されている。補正光学素子６０は、第一表示面２１から投影領域ＰＡに至る遠表示像３８の光の光路のうちで、第一表示面２１から拡大光学素子４０までの間に配置されている。補正反射面６１から第二入射領域４３へ向かう遠表示像３８の光の光路は、第一表示器２０と重ならないように規定されている。

補正反射面６１は、長手方向及び短手方向のそれぞれに異なる曲率を有する凹状の自由曲面に形成されている。補正反射面６１の各方向に規定された曲率は、一定でなくてもよく、補正反射面６１の各箇所において異なっていてもよい。補正反射面６１には、第二表示面３１から射出された遠表示像３８の光が入射する。補正反射面６１は、第二表示面３１から射出される遠表示像３８の光を、拡大光学素子４０側となる前方へ向けて反射させる。こうした補正反射面６１の光学的な機能により、補正光学素子６０は、第二表示面３１から拡大反射面４１までの光路距離を、第一表示面２１から拡大反射面４１までの光路距離よりも長くしている。

以上のＨＵＤ装置１００では、各虚像２９，３９を結像させる光学系として、ウィンドシールドＷＳが用いられている。しかし、ウィンドシールドＷＳは、光学的に好ましい曲率で湾曲しているわけではない。故に、投影領域ＰＡでの反射により、近虚像２９及び遠虚像３９には、光学的な影響が生じる。そのため、ＨＵＤ装置１００に設けられた光学素子、即ち、拡大光学素子４０及び補正光学素子６０は、ウィンドシールドＷＳでの反射に起因する光学的な影響を補正するように設計されている。

尚、光学的な影響は、例えば像面湾曲及び非点収差等である。像面湾曲は、投影領域ＰＡの凹面形状に起因して、平面状に表示された表示像が光軸に沿った前後方向に湾曲する現象である。非点収差は、投影領域ＰＡの各位置における焦点距離の不一致に起因して、虚像を構成する個々の点像に変形が生じる現象である。

上述したように、近虚像２９及び遠虚像３９の各拡大率は、互いに異なっている。故に、投影領域ＰＡでの反射に伴う近虚像２９への光学的な影響よりも、投影領域ＰＡでの反射に伴う遠虚像３９への光学的な影響の方が、高倍率化に伴って大きくなる。一方で、ＨＵＤ装置１００では、一つの拡大光学素子４０が、近表示像２８及び遠表示像３８の各光を共に反射させる光学的な役割を担っており、近虚像２９の表示と遠虚像３９の表示とで共有されている。故に、拡大反射面４１の湾曲形状を、近表示像２８及び遠表示像３８の両方の補正に好適な湾曲形状にすることは、非常に困難となる。

そこで拡大反射面４１は、近表示像２８に生じる光学的な影響の補正に好適な湾曲形状に設定されている。結像位置までの距離が比較的短く、且つ、倍率が小さい場合（例えば１０倍未満）、ウィンドシールドＷＳの形状の影響を受け難いため、近虚像２９の結像性能は、拡大反射面４１による補正だけでも、十分に担保され得る。

一方で、ＡＲ表示を行うために結像位置までの距離が比較的長く（例えば５ｍ以上）、且つ、倍率も大きい（例えば１０倍以上）場合、ウィンドシールドＷＳの形状の影響が顕著となり易い。そのため、遠表示像３８に生じる光学的な影響は、拡大反射面４１及び補正反射面６１の両方によって補正される。詳記すると、補正反射面６１は、遠表示像３８に生じる光学的な影響のうちで、拡大反射面４１によって補正できない分を補正するのに好適な湾曲形状に設定されている。以上のように、補正光学素子６０は、遠虚像３９に生じる像面湾曲及び非点収差等を拡大光学素子４０と共に補正する。その結果、遠表示像３８の光は、補正光学素子６０及び拡大光学素子４０を経由することで、投影領域ＰＡに反射されても、遠虚像３９として鮮明に結像される。

ここまで説明したように、ウィンドシールドＷＳでの反射によって遠虚像３９に発生が想定される光学的な影響は、拡大光学素子４０だけでなく、補正光学素子６０によっても、補正され得る。故に、拡大光学素子４０が近表示像２８及び遠表示像３８の各光を共に反射させる構成であっても、遠表示像３８の光は、近表示像２８の光とは異なる光学的な補正をなされてうえで、近虚像２９よりも遠い位置に、遠虚像３９として結像される。

以上によれば、近虚像２９の結像性能が担保されるように拡大光学素子４０を最適化したうえで、遠虚像３９の結像性能が担保されるように、補正光学素子６０を最適化することができる。したがって、ＨＵＤ装置１００は、複数の表示像２８，３８で拡大光学素子４０を共用していても、近虚像２９及び遠虚像３９それぞれの結像性能を担保可能となる。

このような第一実施形態では、近虚像２９及び遠虚像３９のそれぞれに独立した拡大光学系を持たせていないため、ＨＵＤ装置１００の大型化を抑え、車両Ａへ搭載性が確保され得る。また、補正光学素子６０の採用によれば、大きく倍率が異なる近虚像２９及び遠虚像３９のうちで一方の結像性能が犠牲にされたり、両方の結像性能を均等に劣化させたりすることが不要になる。

加えて第一実施形態の補正光学素子６０は、第二表示面３１から拡大反射面４１の間に位置している。故に、補正光学素子６０は、拡大反射面４１にて拡大される前の段階で、遠表示像３８の光を補正できる。以上の構成であれば、補正光学素子６０のサイズを小さく抑えることができるため、ＨＵＤ装置１００の大型化が抑制される。

また第一実施形態の拡大反射面４１では、第一入射領域４２と第二入射領域４３とが重なるように規定されている。こうした光学系の設計によれば、拡大光学素子４０の小型化が可能になる。しかし、第一入射領域４２及び第二入射領域４３の少なくとも一部が互いに重なっていれば、拡大反射面４１の発揮可能な補正作用は、実質的に同一とならざるを得ない。故に、遠虚像３９に生じる光学的な影響を補正光学素子６０の追加によって補正する構成は、第一入射領域４２と第二入射領域４３とが重なって規定された形態にて、二つの虚像２９，３９の結像性能を担保するために、特に好適なのである。

さらに第一実施形態のように、補正光学素子６０が反射鏡によって構成されていれば、遠表示像３８の光の光路をＨＵＤ装置１００の内部で折り返すことができる。その結果、ＨＵＤ装置１００の前後方向の寸法を縮めることが可能になる。以上によれば、前後方向に収容スペースを拡大し難い車両Ａにも搭載可能な、搭載性に優れるＨＵＤ装置１００が実現される。

尚、第一実施形態では、補正反射面６１が「反射面」に相当し、車両Ａが「移動体」に相当し、運転者Ｄが「乗員」に相当する。

（第二実施形態）
図３に示す本開示の第二実施形態は、第一実施形態の変形例である。第二実施形態のＨＵＤ装置２００では、第一表示器２０及び第二表示器３０の配置が、第一実施形態とは異なっている。加えて第二実施形態では、補正光学素子２６０として、光学レンズ２６１が設けられている。

第一表示器２０は、第一入射領域４２に第一表示面２１を向けた姿勢にて、ハウジング等に固定されている。第一表示器２０は、光学レンズ２６１よりも上方に配置されている。拡大反射面４１から第一表示面２１までの距離は、拡大反射面４１から光学レンズ２６１までの距離よりも長く設定されている。

第二表示器３０は、光学レンズ２６１を挟んで、拡大反射面４１の反対側に配置されている。第二表示器３０は、第二入射領域４３に第二表示面３１を向けた姿勢にて、ハウジング等に固定されている。拡大反射面４１から第二表示面３１までの距離は、拡大反射面４１から第一表示面２１までの距離よりも長く設定されている。遠表示像３８の光の光路は、近表示像２８の光の光路よりも下方に設定されている。遠表示像３８の光の光路は、近表示像２８の光の光路に沿って規定されている。

光学レンズ２６１は、ガラス等の高い透光性を有する材料によって形成されている。光学レンズ２６１は、例えば両凸レンズ、平凸レンズ、又は凸シリンドリカルレンズ等である。光学レンズ２６１に形成される一対の屈折面２６２，２６３は、凸形状の円筒面、球面、非球面、又は自由曲面であってよい。加えて、二つの屈折面２６２，２６３のうちの一方は、平面状であってもよい。

光学レンズ２６１は、第二表示面３１と第二入射領域４３との間に配置されている。光学レンズ２６１は、第二入射領域４３よりも第二表示面３１に近い位置にて、ハウジング等に固定されている。光学レンズ２６１は、第一表示面２１から第一入射領域４２へ向かう近表示像２８の光の光路と重ならない位置に設けられている。

屈折面２６２は、第二表示面３１と対向している。屈折面２６３は、第二入射領域４３と対向している。第二表示器３０から光学レンズ２６１に入射する遠表示像３８の光は、光学レンズ２６１を透過し、第二入射領域４３に到達する。光学レンズ２６１は、各屈折面２６２，２６３によって遠表示像３８の光を屈折させつつ、拡大光学素子４０側へ向けて射出する。

各屈折面２６２，２６３は、第一実施形態の補正反射面６１（図１参照）と同様に、遠表示像３８に生じる光学的な影響を、拡大反射面４１と協働で補正する光学的な機能を有する。具体的に、各屈折面２６２，２６３は、ウィンドシールドＷＳの投影領域ＰＡでの反射によって遠表示像３８に生じる光学的な影響のうちで、拡大反射面４１が補正できない分を補正するのに最適な形状とされている。

ここまで説明した第二実施形態でも、補正光学素子２６０として用いられる光学レンズ２６１により、第一実施形態と同様の効果を奏し、近虚像２９及び遠虚像３９の双方の結像性能が担保可能となる。加えて第二実施形態では、透過型の補正光学素子２６０を採用することで、第二表示器３０を第一表示器２０と並べて配置することが可能になる。

（第三実施形態）
図４に示す本開示の第三実施形態は、第二実施形態の変形例である。第三実施形態のＨＵＤ装置３００には、第二実施形態の補正光学素子と実質同一の遠補正光学素子２６０に加えて、近補正光学素子１６０が設けられている。

近補正光学素子１６０は、光学レンズ１６１を有している。光学レンズ１６１は、光学レンズ２６１と同様に、ガラス等の高い透光性を有する材料によって形成された両凸レンズ、平凸レンズ、又は凸シリンドリカルレンズ等である。光学レンズ１６１は、第一表示面２１と第一入射領域４２との間に配置されている。光学レンズ１６１は、第一入射領域４２よりも第一表示面２１に近い位置にて、ハウジング等に固定されている。光学レンズ１６１は、光学レンズ２６１と並べて配置されており、第二表示面３１から第二入射領域４３へ向かう遠表示像３８の光の光路と重ならない位置に設けられている。

光学レンズ１６１は、第一表示面２１と対向する屈折面１６２、及び第一入射領域４２と対向する屈折面１６３を有している。第一表示器２０から光学レンズ１６１に入射する近表示像２８の光は、光学レンズ１６１を透過し、第一入射領域４２に到達する。光学レンズ１６１は、各屈折面１６２，１６３によって近表示像２８の光を屈折させつつ、拡大光学素子４０側へ向けて射出する。

各屈折面１６２，１６３は、近表示像２８に生じる光学的な影響を、拡大反射面４１と協働で補正する光学的な機能を有する。具体的に、各屈折面１６２，１６３は、ウィンドシールドＷＳでの反射によって近表示像２８に生じる光学的な影響のうちで、拡大反射面４１によって補正しきれない分を補正するのに最適な自由曲面形状とされている。

ここまで説明した第三実施形態でも、第二実施形態と同様の効果を奏し、近虚像２９及び遠虚像３９それぞれの結像性能が担保可能となる。加えて第三実施形態では、近補正光学素子１６０の光学的な作用により、近虚像２９に発生が想定される光学的な影響は、さらに精密に補正可能となる。故に、近補正光学素子１６０及び遠補正光学素子２６０の形状の調整により、近虚像２９及び遠虚像３９それぞれの結像性能を、さらに向上させることが可能になる。

（第四実施形態）
図５に示す本開示の第四実施形態は、第一実施形態の別の変形例である。第四実施形態では、第一表示器２０の位置が、第一実施形態とは異なっている。第四実施形態では、第一表示器２０及び補正光学素子６０は、互いに拡大反射面４１から実質的に等しい距離に配置されている。第一表示面２１及び補正反射面６１は、共に拡大反射面４１を向く姿勢にて、上下に並んでいる。第一入射領域４２から第一表示面２１までの距離は、第二入射領域４３から補正反射面６１までの距離と実質的に同程度とされている。補正光学素子６０は、ＨＵＤ装置４００が車両Ａに搭載された状態にて、第一表示面２１を挟んでウィンドシールドＷＳの反対側に位置している。補正光学素子６０は、第一表示器２０よりも下方に配置されている。

ここまで説明した第四実施形態のように、拡大反射面４１から第一表示面２１及び補正反射面６１までの各距離を等しくしても、第一実施形態と同様の効果を奏し、近虚像２９及び遠虚像３９それぞれの結像性能が担保可能となる。

（第五実施形態）
図６に示す本開示の第五実施形態は、第四実施形態のさらに別の変形例である。第五実施形態のＨＵＤ装置５００において、第一表示器２０は、第四実施形態よりも拡大光学素子４０から遠ざけられており、補正光学素子６０の両面のうちで補正反射面６１の形成されていない背面側に配置されている。故に、第一入射領域４２から第一表示面２１までの距離は、第二入射領域４３から補正反射面６１までの距離よりも長くなっている。

補正光学素子６０は、第一表示面２１から第一入射領域４２へ向かう近表示像２８の光の光路と重ならない位置に設けられている。補正光学素子６０は、第二入射領域４３よりも第一表示面２１の近傍に位置している。また、第二表示器３０の第二表示面３１は、補正光学素子６０を挟んで、第一表示面２１の反対側に位置している。

ここまで説明した第五実施形態のように、第一表示面２１を補正光学素子６０よりも拡大反射面４１から遠い位置に設けても、第四実施形態と同様の効果を奏し、近虚像２９及び遠虚像３９それぞれの結像性能が担保可能となる。

（他の実施形態）
以上、本開示の複数の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。

上記実施形態では、液晶ディスプレイパネル及びバックライトを組み合わせてなる表示器が、各表示像を発光表示させる構成として採用されていた。しかし、表示器の構成は、適宜変更されてよい。例えば、有機ＥＬ（Electroluminescence）を用いた表示器が、各表示像を発光表示してもよい。加えて、第一表示面及び第二表示面が一つの表示器に設けられていてもよい。

また、第一表示面及び第二表示面の少なくとも一方は、投影装置によって画像が投影される投影面（スクリーン）であってもよい。投影装置としては、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）プロジェクタ、レーザプロジェクタ、ＤＬＰ（Digital Light Processing：登録商標）プロジェクタ等が採用可能である。

上記実施形態では、ＨＵＤ装置は、異なる二つの焦点に虚像を結像させる二焦点ＨＵＤであった。しかし、ＨＵＤ装置は、三つ以上の表示像の光を投影領域に投影することで、三つ以上の焦点に虚像を結像させる多焦点ＨＵＤであってもよい。また、結像位置は、適宜変更可能であり、例えば遠虚像が、アイポイントから５〜７ｍ程度の位置に結像されてもよい。

上記実施形態では、各表示像は、カラー表示されていた。しかし、表示像及び虚像は、単色にて発光表示される意匠であってもよい。さらに、表示像及び虚像のサイズは、適宜変更されてよい。また、各虚像を表示可能な範囲は、縦長であってもよい。加えて、遠虚像及び近虚像の結像位置及び姿勢等も、適宜変更されてよい。

ＨＵＤ装置に用いられる光学系の構成は、適宜変更されてよい。例えば、補正光学素子は、反射性の構成、透過性の構成、及び反射透過を兼ね備えた構成のいずれであってもよい。加えて、補正光学素子（遠補正光学素子）、近補正光学素子、及び拡大光学素子は、それぞれ一つずつでなくてもよい。ＨＵＤ装置に設けられる反射鏡の枚数及びレンズの個数は、適宜変更されてよい。例えば、複数の遠補正光学素子又は複数の近補正光学素子が、各光路上に配置されていてもよい。加えて、近虚像及び遠虚像の表示に共有される拡大光学素子４０（図１等参照）に加えて、他の拡大光学素子がさらに設けられていてもよい。また、補正光学素子は、拡大光学素子と同様に、遠表示像の光を広げる光学的作用により、遠虚像の拡大率を高める機能を有していてもよい。

さらに、補正光学素子（遠補正光学素子）は、遠表示像の光の光路のうちで、拡大光学素子と投影領域との間に配置されていてもよい。同様に、近補正光学素子は、近表示像の光の光路のうちで、拡大光学素子と投影領域との間に配置されていてもよい。このように、光学的な補正は、拡大光学素子での反射後であって、各光路が明確に分離された後にて、実施されてもよい。

補正光学素子における反射面及び屈折面の各形状は、有効な補正作用が発揮されるように、適宜変更されてよい。反射面及び屈折面は、補正作用の最大化のために自由曲面形状であるのが望ましいが、十分な補正作用が発揮可能であれば、製造コスト低減の観点から、トロイダル形状及びシリンドリカル形状等であってもよい。

上記第二実施形態の光学レンズは、拡大反射面よりも第二表示面に近い位置に設けられていた。しかし、光学レンズは、第二表示面よりも拡大反射面に近い位置に設けられていてもよい。また、拡大反射面に規定される第一入射領域及び第二入射領域は、互いに離れていてもよい。

上記実施形態では、拡大反射面に入射する近表示像及び遠表示像の各光の光路は、実質的に平行に規定されていた。しかし、ＨＵＤ装置の内部における各光路のレイアウトは、適宜変更されてよい。例えば、二つの光路を互いに交差させたレイアウトが採用されていてもよい。

ＨＵＤ装置を搭載する移動体は、車両以外の船舶、航空機、及び輸送機器等であってもよい。加えて、移動体の乗員は、移動体を操縦する運転者でなくてもよい。

Ａ 車両（移動体）、Ｄ 運転者（乗員）、ＷＳ ウィンドシールド、２１ 第一表示面、２８ 近表示像、２９ 近虚像、３１ 第二表示面、３８ 遠表示像、３９ 遠虚像、４０ 拡大光学素子、４２ 第一入射領域、４３ 第二入射領域、６０，２６０ 補正光学素子（遠補正光学素子）、１６０ 近補正光学素子、６１ 補正反射面（反射面）、２６２，２６３ 屈折面、１００，２００，３００，４００，５００ ＨＵＤ装置（ヘッドアップディスプレイ装置）

Claims (8)

1. 移動体（Ａ）のウィンドシールド（ＷＳ）に二つの表示像を投影し、互いに異なる位置に結像される二つの前記表示像の虚像を、前記移動体の乗員（Ｄ）によって視認可能に表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、
   二つの前記表示像のうちで前記ウィンドシールドに近い位置に近虚像（２９）として結像される近表示像（２８）、を発光表示する第一表示面（２１）と、
   二つの前記表示像のうちで前記近虚像よりも前記ウィンドシールドから遠い位置に遠虚像（３９）として結像される遠表示像（３８）、を発光表示する第二表示面（３１）と、
   前記近表示像及び前記遠表示像からそれぞれ拡大された前記近虚像及び前記遠虚像が結像されるよう、前記第一表示面及び前記第二表示面から射出される光を広げつつ前記ウィンドシールド側へ向けて反射させる拡大光学素子（４０）と、
   前記遠表示像の光の光路に設けられ、前記ウィンドシールドでの反射によって前記遠虚像に発生が想定される光学的な影響を、前記拡大光学素子と共に補正する補正光学素子（６０，２６０）と、を備えるヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記補正光学素子は、前記遠表示像の光の光路のうちで前記第二表示面から前記拡大光学素子までの間に配置されている請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
3. 前記拡大光学素子にて前記近表示像の光が入射する第一入射領域（４２）の少なくとも一部は、前記遠表示像の光が入射する第二入射領域（４３）の少なくとも一部と重なっている請求項１又は２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
4. 前記補正光学素子は、前記第二表示面から射出される前記遠表示像の光を前記拡大光学素子側へ向けて反射させる反射面（６１）、を有する請求項１〜３のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
5. 前記補正光学素子は、前記移動体に搭載された状態にて、前記第一表示面を挟んで前記ウィンドシールドの反対側に位置している請求項４に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
6. 前記第二表示面は、前記補正光学素子を挟んで前記第一表示面の反対側に位置されている請求項４に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
7. 前記補正光学素子は、前記第二表示面から射出される前記遠表示像の光を屈折させつつ前記拡大光学素子側へ向けて射出する屈折面（２６２，２６３）、を有する請求項１〜３のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
8. 前記近表示像の光の光路に設けられ。前記ウィンドシールドでの反射により前記近虚像に発生が想定される光学的な影響を、前記拡大光学素子と共に補正する近補正光学素子（１６０）、をさらに備える請求項１〜７のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

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