JP7110968B2 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Description

この明細書による開示は、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、車両のウィンドシールド等に表示像を投影し、投影された表示像の虚像を、運転者等の視認者に視認させ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のＨＵＤ装置は、第一表示器及び第二表示器と、これら表示器を収容する筐体とを備えている。ＨＵＤ装置は、第一表示器及び第二表示器から射出される光により、ウィンドシールドから互いに異なる距離に近虚像及び遠虚像を表示する。

特開２０１８‐１３６４２０号公報

特許文献１のようなＨＵＤ装置に対しては、虚像の表示面積を大きくしたいという要望がある。しかし、虚像の表示面積を大きくするには、筐体に区画される光路及び光学系等の拡大が必要となる。そのため、虚像の表示面積の拡大は、筐体、ひいてはＨＵＤ装置の大型化が不可避であった。

本開示は、大型化を避けつつ虚像の表示面積を拡大可能なＨＵＤ装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、開示された一つの態様は、投影部材（ＷＳ）に表示光（２７，３７）を投影し、投影部材から互いに異なる距離にある遠表示域（６３）及び近表示域（６２）に、アイボックス（ＥＢ）から視認可能な表示光の虚像（２９，３９）を表示するＨＵＤ装置であって、表示光として、近表示域に結像される近表示像（２６）の近表示光と、遠表示域に結像される遠表示像の遠表示光とを射出する少なくとも一つの表示器（２０，２２０，２３０）と、表示器から射出される近表示光及び遠表示光を反射によって広げつつ投影部材に投影し、近表示域及び遠表示域を投影部材と共に規定する拡大光学素子（４０）と、投影部材の下方に位置する上面に投影窓（５１）を形成し、表示器及び拡大光学素子を収容し、表示器から射出される近表示光及び遠表示光について、拡大光学素子を経て、投影部材へ向けて射出されるまでの光路が内部に区画される筐体（５０）と、を備え、投影窓は、遠表示光の光路を遮蔽しないサイズとされ、拡大光学素子及び表示器は、近表示光の光路を遠表示光の光路内に収めつつ、アイボックスから見た少なくとも一つの側において、近表示域の近画角（ωｎｃ，ωｎｃ１，ωｎｃ２）を遠表示域の遠画角（ωｆｃ，ωｆｃ１，ωｆｃ２）よりも大きくするＨＵＤ装置とされる。

この態様では、近表示域が遠表示域よりも投影部材に近いため、近画角を遠画角より大きくしても、近表示域に虚像表示される表示光の光路は、遠表示域に虚像表示される表示光の光路からはみ出し難い。故に、光路を区画する筐体の体格を維持しつつ、近画角を遠画角よりも大きく確保して、近表示域を広げることが可能になる。したがって、大型化を避けつつ虚像の表示面積を拡大可能なＨＵＤ装置が実現される。

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装置の構成を模式的に示す図である。 ＨＵＤ装置の電気的な構成を示すブロック図である。 仮想面に投影した近表示域及び遠表示域とアイボックスとの関係を模式的に示す図であって、遠画角及び近画角の各位置を示す図である。 図３の矢印ＩＶの方向に近表示域及び遠表示域を見た図であって、アイボックス中央から見た表示を模式的に示す図である。 図３の矢印Ｖの方向に近表示域及び遠表示域を見た図であって、アイボックス左端から見た表示を模式的に示す図である。 図３の矢印ＶＩの方向に近表示域及び遠表示域を見た図であって、アイボックス右端から見た表示を模式的に示す図である。 遠表示域の水平画角に対して拡張可能となる近表示域の水平画角を、一覧にて例示する図である。 第二実施形態によるＨＵＤ装置の構成を模式的に示す図である。 ＨＵＤ装置の電気的な構成を示すブロック図である。 図１１の矢印Ｘの方向に近表示域及び遠表示域を見た図であって、アイボックス中央から見た表示を模式的に示す図である。 水平仮想面に投影した近表示域及び遠表示域とアイボックスとの関係を模式的に示す図であって、遠画角及び近画角となる箇所を示す図である。 鉛直仮想面に投影した近表示域及び遠表示域とアイボックスとの関係を模式的に示す図であって、遠画角及び近画角の各位置を示す図である。 第三実施形態によるＨＵＤ装置において、水平仮想面に投影した近表示域及び遠表示域とアイボックスとの関係を模式的に示す図であって、遠画角及び近画角となる箇所を示す図である。 図１３の矢印ＸＩＶの方向に近表示域及び遠表示域を見た図であって、アイボックス中央から見た表示を模式的に示す図である。 図１３の矢印ＸＶの方向に近表示域及び遠表示域を見た図であって、アイボックス左端から見た表示を模式的に示す図である。 図１３の矢印ＸＶＩの方向に近表示域及び遠表示域を見た図であって、アイボックス右端から見た表示を模式的に示す図である。 第四実施形態によるＨＵＤ装置の表示を、図１８の矢印ＸＶＩＩの方向に見た場合を示す図である。 水平仮想面に投影した近表示域及び遠表示域とアイボックスとの関係を模式的に示す図であって、遠画角及び近画角となる箇所を示す図である。 第四実施形態によるＨＵＤ装置の表示を、図２０の矢印ＸＩＸの方向に見た場合を示す図である。 水平仮想面に投影した近表示域及び遠表示域とアイボックスとの関係を模式的に示す図であって、遠画角及び近画角となる箇所を示す図である。 正面から見た変形例１によるＨＵＤ装置の表示を示す図である。 正面から見た変形例２によるＨＵＤ装置の表示を示す図である。 正面から見た変形例３によるＨＵＤ装置の表示を示す図である。 正面から見た変形例４によるＨＵＤ装置の表示を示す図である。 正面から見た変形例５によるＨＵＤ装置の表示を示す図である。 正面から見た変形例６によるＨＵＤ装置の表示を示す図である。 正面から見た変形例７によるＨＵＤ装置の表示を示す図である。 正面から見た変形例８によるＨＵＤ装置の表示を示す図である。 正面から見た変形例９によるＨＵＤ装置の表示を示す図である。

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において用いられる車載表示器である。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、運転者等の視認者に提示する。ＨＵＤ装置１００は、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。尚、本説明における前後、上下、左右等の方向に関する表現は、水平面に置かれた車両Ａを基準として定義される。右及び左は、運転席に着座した運転者を基準に定義される。

ＨＵＤ装置１００は、虚像として結像される表示光を、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に投影された表示光は、投影領域ＰＡによって運転席側へ向けて反射され、運転者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ＥＢに到達する。アイボックスＥＢにアイポイントＥＰを位置させた運転者は、表示光を前景に重畳された虚像として視認できる。運転者は、虚像を知覚することで、各種の情報を認識する。

ＨＵＤ装置１００によって表示される虚像には、近虚像２９及び遠虚像３９が含まれている。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ＥＰから車両Ａの前方に１～３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ＥＰから車両Ａの前方に５～２０メートル程度の空間中に結像される。

近虚像２９及び遠虚像３９の結像位置は、運転者からの視認上において、上下（鉛直）方向にもずらされている（図４等も参照）。近虚像２９の結像位置は、アイポイントＥＰよりも僅かに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、運転者の見かけ上で路面等の特定の重畳対象に重畳されることで、拡張現実（Augmented Reality，以下「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ＡＲ表示される。

こうした虚像表示を行うＨＵＤ装置１００は、図１及び図２に示すように、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）プロジェクタ２０、拡大光学素子４０、表示制御回路９０及び筐体５０等によって構成されている。

ＬＣＤプロジェクタ２０は、虚像として結像される表示光を、拡大光学素子４０へ向けて射出する表示構成である。ＬＣＤプロジェクタ２０は、虚像として結像される画像を発光表示する表示面２３を有している。ＬＣＤプロジェクタ２０は、表示面２３を拡大光学素子４０へ向けた姿勢にて、筐体５０に固定されている。ＬＣＤプロジェクタ２０は、ＬＣＤパネル２１及びバックライト２２等によって構成されている。

ＬＣＤパネル２１は、表示面２３を形成している。表示面２３は、実質的に湾曲の無い平面状であって、横長の四辺形状に形成されている。表示面２３には、多数の画素が２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。ＬＣＤパネル２１は、各サブ画素の光の透過率を制御することにより、表示面２３に種々の画像をカラー表示する。

表示面２３には、近虚像２９として結像される近表示像２６と、遠虚像３９として結像される遠表示像３６とが表示される。近表示像２６の表示範囲は、遠表示像３６の表示範囲よりも、後述する凸面鏡４１に近接している。加えて、近表示像２６の表示範囲の横幅は、遠表示像３６の表示範囲の横幅よりも広くされている。即ち、表示面２３は、横長の台形状となっている。

バックライト２２は、白色の光源光を放射する複数の発光ダイオードと、各発光ダイオードから放射された光をＬＣＤパネル２１へ導光するプリズム等とによって構成されている。各発光ダイオードから放射された光は、表示面２３の裏面側に導光され、表示面２３に描画された近表示像２６及び遠表示像３６を透過照明しつつ、凸面鏡４１へ向けて射出される。

拡大光学素子４０は、表示面２３から射出された近表示像２６及び遠表示像３６の各表示光（以下、「近表示光２７」及び「遠表示光３７」）を、反射によって広げつつ、投影領域ＰＡに投影する。拡大光学素子４０では、遠表示像３６に対する遠虚像３９の拡大率が、近表示像２６に対する近虚像２９の拡大率よりも大きく設定されている。

拡大光学素子４０は、凸面鏡４１及び凹面鏡４２等によって構成されている。凸面鏡４１及び凹面鏡４２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。

凸面鏡４１は、凹面鏡４２よりも小さい矩形板状に形成されている。凸面鏡４１の反射面は、凸面状となるように湾曲している。凸面鏡４１は、凹面鏡４２の後方に位置している。凸面鏡４１は、表示面２３及び凹面鏡４２に凸状の反射面を対向させた姿勢にて、筐体５０に直接的又は間接的に保持されている。凸面鏡４１は、表示面２３から射出された近表示光２７及び遠表示光３７を、凹面鏡４２へ向けて反射する。尚、凸面鏡４１に替えて又は凸面鏡４１と共に、平面鏡や凹面鏡が、拡大光学素子４０に含まれていてもよい。即ち、拡大光学素子４０は、凸面－凹面の組み合わせに限定されず、凹面－凹面の組み合わせや、平面－凹面の組み合わせであってもよい。

凹面鏡４２は、凸面鏡４１よりも大型な横長の矩形板状に形成されている。凹面鏡４２の反射面は、凹面状となるように湾曲している。凹面鏡４２は、投影領域ＰＡの下方、且つ、凸面鏡４１の前方に位置している。凹面鏡４２は、投影領域ＰＡ及び凸面鏡４１に凹状の反射面を対応させた姿勢にて、筐体５０に直接的又は間接的に保持されている。凹面鏡４２は、凸面鏡４１より入射する近表示光２７及び遠表示光３７を、上方のウィンドシールドＷＳへ向けて反射する。

表示制御回路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。表示制御回路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。表示制御回路９０は、ＬＣＤプロジェクタ２０に加えて、車両Ａに搭載された描画ＥＣＵ（Electronic Control Unit）９８等と電気的に接続されている。

描画ＥＣＵ９８は、ＨＵＤ装置１００の表示内容を決定し、ＨＵＤ装置１００へ向けて映像データを逐次出力する。描画ＥＣＵ９８は、車載ネットワークの通信バス９９と電気接続されており、映像データの生成に必要なデータを、車載ネットワークから取得する。描画ＥＣＵ９８は、車載ネットワーク等から取得した情報を用いて、近表示像２６及び遠表示像３６を各フレーム画像に含んだ映像データを生成し、表示制御回路９０へ向けて逐次出力する。

表示制御回路９０は、描画ＥＣＵ９８から伝送される映像データに基づき、ＬＣＤパネル２１及びバックライト２２を制御する。具体的に、表示制御回路９０は、各フレーム画像の画像データに基づき、表示面２３に近表示像２６及び遠表示像３６を描画する。加えて表示制御回路９０は、各フレーム画像の内容に応じてバックライト２２を部分駆動し、近表示像２６及び遠表示像３６の位置するエリアを選択的に透過照明する。

筐体５０は、アルミニウム等の軽量な金属材料又は樹脂材料等により、全体として容器状に形成されている。筐体５０は、ＬＣＤプロジェクタ２０、凸面鏡４１及び凹面鏡４２等の光学要素を収容しており、これらの相対的な位置関係を高精度に規定している。筐体５０の内部には、表示面２３から射出される近表示光２７及び遠表示光３７について、凸面鏡４１及び凹面鏡４２を経て、ウィンドシールドＷＳへ向けて射出されるまでの各光路が区画されている。

筐体５０にて、投影領域ＰＡの下方に位置する上面には、投影窓５１が形成されている。投影窓５１は、凹面鏡４２にて反射された近表示光２７及び遠表示光３７の各光路を避ける形状にて、筐体５０の上面に開口している。投影窓５１は、防塵カバー５３によって物理的に塞がれている。防塵カバー５３は、透光性の合成樹脂材料によって形成されており、投影領域ＰＡへ向かう近表示光２７及び遠表示光３７を透過させることができる。

次に、ＨＵＤ装置１００の光学設計の詳細であり、アイボックスＥＢ、近表示域６２及び遠表示域６３の詳細な位置関係を、図３～図６に基づき、図１を参照しつつ、さらに説明する。

アイボックスＥＢは、上下方向の高さと、左右方向の幅を有する横長矩形状且つ２次元状の覗き窓である。アイボックスＥＢの幅は、ヒトの左右の目の間隔（約６５ｍｍ）の２倍よりもやや大きな値とされ、具体的には１３０～１５０ｍｍ程度に設定される。アイボックスＥＢは、上述したように、近虚像２９及び遠虚像３９を運転者が適正に視認できる範囲である。そのため、前景へ向かう視線がアイボックスＥＢを通過するアイポイントＥＰである場合、運転者は、完全な表示状態の近虚像２９及び遠虚像３９を視認できる。対して、前景へ向かう視線がアイボックスＥＢから外れるようなアイポイントＥＰである場合、近虚像２９及び遠虚像３９の少なくとも一方には、顕著な輝度低下及び見切れ等が生じる。

近表示域６２は、近虚像２９を表示可能な空間中の領域である。一方、遠表示域６３は、遠虚像３９を表示可能な空間中の領域である。近表示域６２及び遠表示域６３は、共にＨＵＤ装置１００の一つの結像面６０に含まれている。結像面６０は、投影領域ＰＡ及び拡大光学素子４０による表示面２３の拡大反射像である。そのため、結像面６０の形状及び姿勢は、表示面２３の形状及び姿勢等によって規定される。

結像面６０は、鉛直面よりも水平面に近い傾斜姿勢とされている。結像面６０は、上方へ向かうに従い、前方に大きく傾斜している。結像面６０の上縁６０ｂ及び下縁６０ａは、左右方向に沿っている。結像面６０の幅は、拡大光学素子４０による拡大作用により、上方へ向かうに従って拡大している。そのため、上縁６０ｂは、下縁６０ａよりも長くなっている（図３等参照）。

結像面６０では、近表示域６２から遠表示域６３へと、ウィンドシールドＷＳからの距離が連続的に変わっている。近表示域６２は、結像面６０の下側に位置し、下縁６０ａを含む範囲に規定されている。遠表示域６３は、結像面６０の上側に位置し、上縁６０ｂを含む範囲に規定されている。遠表示域６３の面積は、近表示域６２の面積よりも広い。

以上の結像面６０を、アイボックスＥＢを通して見たとき、結像面６０の形状は、アイポイントＥＰの左右方向の位置に応じて変化する。具体的に、アイボックスＥＢの中央Ｃｅから結像面６０を見た場合、遠近法のため、遠くの上縁６０ｂが、近くの下縁６０ａよりも短く視認される（図４参照）。また、アイボックスＥＢの左端から結像面６０を見た場合、中央Ｃｅから見たときよりも、結像面６０は、遠表示域６３が近表示域６２に対して左側に寄った形状に変形して視認される（図５参照）。一方、アイボックスＥＢの右端から結像面６０を見た場合、中央Ｃｅから見たときよりも、結像面６０は、遠表示域６３が近表示域６２に対して右側に寄った形状に変形して視認される（図６参照）。

ＨＵＤ装置１００では、アイボックスＥＢから見た左右の両側において、図３に示す近画角ωｎｃが遠画角ωｆｃよりも大きくされている。詳しく説明するため、アイボックスＥＢと交差（直交）する仮想の水平面を、仮想面ＶＰとして定義する。そして、近表示域６２及び遠表示域６３を含む結像面６０を、仮想面ＶＰの直交方向、即ち鉛直方向に沿って、仮想面ＶＰに投影する。こうしてアイボックスＥＢ及び結像面６０を仮想面ＶＰに投影した状態が、これらを上面視した図３には示されている。以上の仮想面ＶＰにて、基準中心線ＯＬｃ、遠外縁光線ＯＬｆ、近外縁光線ＯＬｎ及び外縁結合線ＯＬｅをさらに定義する。

基準中心線ＯＬｃは、仮想面ＶＰ上にて、アイボックスＥＢの中央Ｃｅと遠表示域６３の中央Ｃｆとを結ぶ仮想線である。遠外縁光線ＯＬｆは、仮想面ＶＰ上にて、アイボックスＥＢの中央Ｃｅと遠表示域６３の端部６３ｅとを結ぶ仮想線である。近外縁光線ＯＬｎは、仮想面ＶＰ上にて、アイボックスの中央Ｃｅと近表示域６２の端部６２ｅとを結ぶ仮想線である。外縁結合線ＯＬｅは、仮想面ＶＰ上にて、遠表示域６３及びアイボックスＥＢの各端部６３ｅ，６１ｅのうちで基準中心線ＯＬｃに対し同じ側（図３では左側）にある端部同士を結ぶ仮想線である。外縁結合線ＯＬｅは、遠表示光３７の光路の最外縁を示す仮想線である。

以上の仮想面ＶＰには、上述の遠画角ωｆｃ及び近画角ωｎｃがさらに定義できる。遠画角ωｆｃは、遠外縁光線ＯＬｆと基準中心線ＯＬｃとの間に規定される角度である。遠画角ωｆｃは、遠表示域６３の水平方向における全画角の半値となる。近画角ωｎｃは、近外縁光線ＯＬｎと基準中心線ＯＬｃとの間に規定される角度である。近画角ωｎｃは、近表示域６２の水平方向における全画角の半値となる。近表示域６２の端部６２ｅは、遠外縁光線ＯＬｆよりも外側に位置しており、具体的には、外縁結合線ＯＬｅ上に位置している。そのため、近画角ωｎｃは、遠画角ωｆｃよりも大きな値となっている。

尚、仮想面ＶＰ上におけるアイボックスＥＢ及び結像面６０は、基準中心線ＯＬｃに対し左右対称である。故に、図３にて基準中心線ＯＬｃの左側に規定された遠外縁光線ＯＬｆ、近外縁光線ＯＬｎ及び外縁結合線ＯＬｅは、基準中心線ＯＬｃの右側に規定されてよい。同様に、遠画角ωｆｃ及び近画角ωｎｃも、基準中心線ＯＬｃの右側に規定されてよい。

ここまで説明したＨＵＤ装置１００において、拡大光学素子４０、防塵カバー５３及び投影窓５１等の物理的なサイズは、遠表示光３７の光路を基準に設定される。特に、防塵カバー５３及び投影窓５１のサイズＳａは、遠表示光３７の光路を遮蔽しないように、当該光路の最外縁を示す外縁結合線ＯＬｅを避けるようにして、決定される。

そのため、仮に近画角ωｎｃを遠画角ωｆｃと同じにした場合、近表示域６２（下縁６０ａの端部）と外縁結合線ＯＬｅとの間には、拡張代Ｗｅｘが発生する。この拡張代Ｗｅｘは、アイボックス半値ＥＢｈ、遠表示距離Ｌｆ及び近表示距離Ｌｎに基づき、下記の数式（１）によって求めることができる。

尚、上記の数式（１）にて、アイボックス半値ＥＢｈは、上述のアイボックスＥＢにおける全幅の半分の値である。遠表示距離Ｌｆは、基準中心線ＯＬｃに沿ったアイボックスＥＢ及び上縁６０ｂ間の距離であり、近表示距離Ｌｎは、基準中心線ＯＬｃに沿ったアイボックスＥＢ及び下縁６０ａ間の距離である。

そして、近画角ωｎｃを遠画角ωｆｃと同じ角度に仮定した場合の近表示域６２の横幅半値Ｗｂは、下記の数式（２）によって算出される。

以上により、近表示域６２の片側における横幅Ｗｎは、下記の数式（３）に示すサイズまで拡大可能である。即ち、近画角ωｎｃは、近表示域６２の片側が横幅Ｗｎ以下となる値まで、遠画角ωｆｃよりも大きくすることができる。そして、近画角ωｎｃの拡大によっても、近表示光２７の光路は、遠表示光３７の光路内に収まり得る。故に、筐体５０、防塵カバー５３及び拡大光学素子４０を変えることなく、近表示域６２の表示画角を広げることができる。

こうした表示画角の拡大効果が、図７に示す具体的な数値例に示されている。図７の数値例では、一例として、遠表示距離Ｌｆが１５ｍに設定され、近表示距離Ｌｎが２ｍに設定されている。さらに、アイボックスＥＢの幅は、上述の１５０ｍｍに設定されている。

遠表示域６３の水平画角（遠画角ωｆｃの２倍に相当）が２０°である場合、近表示域６２の水平画角（近画角ωｎｃの２倍に相当）は、２３．６°となる。また、遠表示域６３の水平画角が１５°である場合、近表示域６２の水平画角は、１８．６°まで拡大できる。さらに、遠表示域６３の水平画角が１２°である場合、近表示域６２の水平画角は、１５．７°まで拡大できる。同様に、遠表示域６３の水平画角が１０°である場合、近表示域６２の水平画角は１３．７°まで確保でき、遠表示域６３の水平画角が８°である場合、近表示域６２の水平画角は１１．７°まで確保できる。

ここまで説明したように、第一実施形態では、近表示域６２が遠表示域６３よりもウィンドシールドＷＳに近いため、近画角ωｎｃを遠画角ωｆｃより大きくしても、近表示光２７の光路は、遠表示光３７の光路からはみ出し難い。故に、光路を区画している筐体５０の体格を維持しつつ、近画角ωｎｃを遠画角ωｆｃよりも大きく確保して、近表示域６２を広げることが可能になる。したがって、大型化を避けつつ虚像の表示面積を拡大可能なＨＵＤ装置１００が実現される。

加えて第一実施形態での近表示域６２の端部６２ｅは、外縁結合線ＯＬｅ上から内側に位置している。こうした光学設計であれば、近表示光２７の光路は、遠表示光３７の光路内に確実に収まり得る。故に、筐体５０内の光路を拡張する必要がなくなるため、ＨＵＤ装置１００の大型化は、いっそう生じ難くなる。さらに、近表示域６２の端部６２ｅを外縁結合線ＯＬｅ上に位置させれば、光路拡張を回避可能な範囲で、近表示域６２は、最大限拡大され得る。

また第一実施形態では、水平面に沿った近画角ωｎｃが、水平面に沿った遠画角ωｆｃよりも大きくされているため、近表示域６２は、左右方向に拡大され得る。以上によれば、ＨＵＤ装置１００は、ワイド化された近表示域６２を活用し、近虚像２９によって提示する情報量を増やすことができる。

さらに第一実施形態では、近表示域６２から遠表示域６３へと距離を連続的に変化させる結像面６０が規定されている。こうした形態では、一つのＬＣＤプロジェクタ２０を用いて、近虚像２９及び遠虚像３９の両方が表示可能である。そのためＨＵＤ装置１００は、近虚像２９及び遠虚像３９の表示に別々の表示器を用いる形態よりも、小型化可能になる。

加えて第一実施形態での結像面６０は、鉛直面よりも水平面に近い傾斜姿勢とされている。故に、近表示域６２及び遠表示域６３の両方が結像面６０に含まれていても、遠虚像３９及び近虚像２９の距離差が確保され得る。その結果、近表示域６２の拡張代Ｗｅｘも、いっそう確保され易くなる（数式（１）参照）。

また第一実施形態では、結像面６０の下側に近表示域６２が配置され、結像面６０の上側に遠表示域６３が配置されている。故に、ＨＵＤ装置１００は、アイポイントＥＰからの俯角が概ねゼロ近傍となる範囲に遠虚像３９をＡＲ表示させて、運転者に情報を分かり易く提示できる。

尚、第一実施形態では、ウィンドシールドＷＳが「投影部材」に相当し、ＬＣＤプロジェクタ２０が「表示器」に相当し、近表示光２７及び遠表示光３７が「表示光」に相当し、近虚像２９及び遠虚像３９が「虚像」に相当する。

（第二実施形態）
図８～図１２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。第二実施形態によるＨＵＤ装置２００は、図８及び図９に示すように、拡大光学素子４０、表示制御回路９０及び筐体５０等の構成に加えて、第一プロジェクタ２２０及び第二プロジェクタ２３０を備えている。第一プロジェクタ２２０及び第二プロジェクタ２３０は、第一実施形態のＬＣＤプロジェクタ２０（図１参照）に替わる表示器として、ＨＵＤ装置２００に設けられており、表示制御回路９０によって制御される。

第一プロジェクタ２２０は、近表示像２６を表示する表示面２２３を有している。第一プロジェクタ２２０は、凸面鏡４１の後方に位置し、表示面２２３を凹面鏡４２へ向けた姿勢にて、筐体５０に固定されている。第一プロジェクタ２２０は、表示面２２３を形成するＬＣＤパネル２２１と、表示面２２３を透過照明するバックライト２２２等とによって構成されている。表示面２２３から射出される近表示光２７は、凸面鏡４１に形成された透過部４１ａを透過し、凹面鏡４２に入射する。

第二プロジェクタ２３０は、遠表示像３６を表示する表示面２３３を有している。第二プロジェクタ２３０は、表示面２３３を凸面鏡４１へ向けた姿勢にて、筐体５０に固定されている。第二プロジェクタ２３０は、表示面２３３を形成するＬＣＤパネル２３１と、表示面２３３を透過照明するバックライト２３２等とによって構成されている。表示面２３３から射出される遠表示光３７は、凸面鏡４１の凸状反射面によって反射され、凹面鏡４２に入射する。

図８及び図１０に示すように、ＨＵＤ装置２００での近表示域６２は、投影領域ＰＡ及び拡大光学素子４０による表示面２２３の拡大反射像である。同様に、遠表示域６３は、投影領域ＰＡ及び拡大光学素子４０による表示面２３３の拡大反射像である。故に、ＨＵＤ装置２００での近表示域６２及び遠表示域６３は、前景中にて互いに独立した位置に設定されている。近表示域６２及び遠表示域６３は、アイボックスＥＢに沿った鉛直姿勢となっている。

ＨＵＤ装置２００では、近表示域６２が、遠表示域６３の中心に対して、下側且つ左側にずれて位置している。そして、アイボックスＥＢの中央Ｃｅ（図１１参照）から見たとき、左側及び下側において、それぞれの近画角ωｎｃ１，ωｎｃ２が遠画角ωｆｃ１，ωｆｃ２よりも大きくされている（図１１及び図１２参照）。そのため、近表示域６２の下縁６２ａは、遠表示域６３の下縁６３ａよりも下方に視認される。近表示域６２の左縁６２ｃは、遠表示域６３の左縁６３ｃよりも左方に視認される。

以上の構成において、アイボックスＥＢと交差（直交）する仮想の水平面及び鉛直面が、それぞれ水平仮想面ＶＰ１及び鉛直仮想面ＶＰ２として定義される。水平仮想面ＶＰ１には、近表示域６２及び遠表示域６３が、水平仮想面ＶＰ１と直交する鉛直方向に沿って投影される。図１１に示す水平仮想面ＶＰ１への投影図は、近表示域６２及び遠表示域６３を含む横断面（図１０ ＶＰ１参照）の断面図と概ね同一となる。

水平仮想面ＶＰ１には、第一実施形態と同様に、基準中心線ＯＬｃ、遠外縁光線ＯＬｆ、近外縁光線ＯＬｎ及び外縁結合線ＯＬｅが定義される。加えて、遠外縁光線ＯＬｆと基準中心線ＯＬｃとの間には水平方向での遠画角ωｆｃ１が規定され、近外縁光線ＯＬｎと基準中心線ＯＬｃとの間には水平方向での近画角ωｎｃ１が規定される。水平方向における近画角ωｎｃ１は、遠画角ωｆｃ１よりも大きな値となっている。近表示域６２は、水平方向の拡張代Ｗｅｘ１を最大限利用し、左方の端部６２ｅを外縁結合線ＯＬｅ上に位置させている。このような水平方向の拡張代Ｗｅｘ１は、アイボックス半値ＥＢｈ１、遠表示距離Ｌｆ及び近表示距離Ｌｎに基づき、下記の数式（４）によって求めることができる。

さらに、アイボックスＥＢの右方の端部６１ｅ及び近表示域６２の右方の端部６２ｅを通過する近外縁光線ＯＬｎ１と、アイボックスＥＢの左方の端部６１ｅ及び近表示域６２の右方の端部６２ｅを通過する近外縁光線ＯＬｎ２とを、さらに定義する。近外縁光線ＯＬｎ１と遠表示域６３との交点を第一交点Ｐ１とすると、第一交点Ｐ１よりも左側の遠表示域６３は、近表示域６２によって遮蔽されて、運転者から視認不可となる範囲ＶＡ０となる。また、近外縁光線ＯＬｎ２と遠表示域６３との交点を第二交点Ｐ２とすると、第一交点Ｐ１及び第二交点Ｐ２の間は、片目でしか視認できない範囲ＶＡ１となる（図１０のドット範囲も参照）。そして、第二交点Ｐ２よりも右側の近表示域６２が、両目で視認できる範囲ＶＡ２となる。

一方、鉛直仮想面ＶＰ２には、近表示域６２及び遠表示域６３が、鉛直仮想面ＶＰ２に直交する左右方向に沿って投影される。図１２に示す鉛直仮想面ＶＰ２への投影図は、近表示域６２及び遠表示域６３を含む縦断面（図１０ ＶＰ２参照）での断面図と概ね同一となる。

鉛直仮想面ＶＰ２にも、水平仮想面ＶＰ１と同様に、基準中心線ＯＬｃ、遠外縁光線ＯＬｆ、近外縁光線ＯＬｎ及び外縁結合線ＯＬｅが定義される。遠外縁光線ＯＬｆは、鉛直仮想面ＶＰ２上にて、アイボックスＥＢの中央Ｃｅと遠表示域６３の下方の端部１６３ｅとを結ぶ仮想線である。近外縁光線ＯＬｎは、鉛直仮想面ＶＰ２上にて、アイボックスの中央Ｃｅと近表示域６２の下方の端部１６２ｅとを結ぶ仮想線である。外縁結合線ＯＬｅは、鉛直仮想面ＶＰ２上にて、遠表示域６３及びアイボックスＥＢの各下方の端部１６３ｅ，１６１ｅ同士を結ぶ仮想線である。

さらに、遠外縁光線ＯＬｆと基準中心線ＯＬｃとの間には鉛直方向での遠画角ωｆｃ２が規定され、近外縁光線ＯＬｎと基準中心線ＯＬｃとの間には鉛直方向での近画角ωｎｃ２が規定される。鉛直方向における近画角ωｎｃ２は、遠画角ωｆｃ２よりも大きな値となっている。近表示域６２は、鉛直方向の拡張代Ｗｅｘ２を最大限利用し、下方の端部１６２ｅを外縁結合線ＯＬｅ上に位置させている。このような鉛直方向の拡張代Ｗｅｘ２は、アイボックス半値ＥＢｈ２、遠表示距離Ｌｆ及び近表示距離Ｌｎに基づき、下記の数式（５）によって求めることができる。

ここまで説明した第二実施形態でも、第一実施形態と同様の効果を奏し、各近画角ωｎｃ１，ωｎｃ２を各遠画角ωｆｃ１，ωｆｃ２よりも大きく確保して、近表示域６２を縦横に広げることが可能になる。したがって、大型化を避けつつ虚像の表示面積を拡大可能なＨＵＤ装置２００が実現される。

加えて第二実施形態では、水平仮想面ＶＰ１にて、近表示域６２の中央は、基準中心線に対して左側にずれて位置している。そして、基準中心線ＯＬｃの左側における近画角ωｎｃ１が遠画角ωｆｃ１よりも大きくされている。このように、近表示域６２の中央を基準中心線ＯＬｃに対して特定側にずらす光学構成であれば、遠表示域６３のうちで、近表示域６２によって隠されることなく両目で視認可能となる範囲ＶＡ２が拡大する。以上によれば、拡大された表示面積のより広い範囲につて、良好な視認性が確保可能になる。

また第二実施形態では、近表示域６２が左方向だけでなく、下方向にも拡張される。こうした直交する２方向への近表示域６２の拡張によれば、近虚像２９の表示面積は、いっそう拡大可能となる。

尚、第二実施形態では、第一プロジェクタ２２０及び第二プロジェクタ２３０がそれぞれ「表示器」に相当する。また、水平仮想面ＶＰ１及び鉛直仮想面ＶＰ２がそれぞれ「仮想面」に相当する。

（第三実施形態）
図１３～図１６に示す本開示の第三実施形態は、第一実施形態の別の変形例である。第三実施形態の結像面３６０は、第一実施形態と同様に、近表示域６２及び遠表示域６３を共に含んでいる。結像面３６０でも、近表示域６２から遠表示域６３へと、ウィンドシールドからの距離が連続的に変わっている。結像面３６０は、鉛直面よりも水平面に近い傾斜姿勢とされており、上方へ向かうに従い、後方に大きく傾斜している。結像面３６０の幅は、上縁６０ｂから下縁６０ａに向かうに従って拡大している。近表示域６２は、結像面３６０の上側に位置し、上縁６０ｂを含む範囲に規定されている。遠表示域６３は、結像面３６０の下側に位置し、下縁６０ａを含む範囲に規定されている。

以上の結像面３６０をアイボックスＥＢの中央Ｃｅから見た場合、ウィンドシールドの近傍となる上縁６０ｂが、下縁６０ａよりも長く視認される（図１４参照）。また、アイボックスＥＢの左端から結像面３６０を見た場合、中央Ｃｅから見たときよりも、結像面３６０は、下方の遠表示域６３が上方の近表示域６２に対し、左側に寄った形状に変形して視認される（図１５参照）。一方、アイボックスＥＢの右端から結像面３６０を見た場合、中央Ｃｅから見たときよりも、結像面３６０は、下方の遠表示域６３が上方の近表示域６２に対して右側に寄った形状に変形して視認される（図１６参照）。

ここまで説明した第三実施形態でも、第一実施形態と同様の効果を奏し、防塵カバー及び投影窓等のサイズＳａを維持したまま、拡張代Ｗｅｘ（数式（１）参照）の分だけ、近画角ωｎｃを遠画角ωｆｃよりも大きく確保できる。したがって、大型化を避けつつ虚像の表示面積を拡大可能なＨＵＤ装置が実現される。

加えて第三実施形態では、結像面３６０の上側に近表示域６２が配置され、結像面３６０の下側に遠表示域６３が配置されている。こうした近表示域６２及び遠表示域６３の配置でも、運転者への分かり易い情報提示が可能である。

（第四実施形態）
図１７及び図１８に示す本開示の第四実施形態は、第二実施形態の変形例である。第四実施形態では、近虚像２９を表示する近表示域６２が、左右の二箇所に別々に設定されている。二つの近表示域６２は、基準中心線ＯＬｃに対して左右対称に設けられている。アイボックスＥＢの中央Ｃｅから見たとき、一方の近表示域６２は、遠表示域６３の中心に対して、下側且つ左側にずれて位置している。また他方の近表示域６２は、遠表示域６３の中心に対して、下側且つ右側にずれて位置している。そのため、各近表示域６２の下縁６２ａは、遠表示域６３の下縁６３ａよりも下方に視認される。加えて、左側の近表示域６２の左縁６２ｃは、遠表示域６３の左縁６３ｃよりも左方に視認され、右側の近表示域６２の右縁６２ｄは、遠表示域６３の右縁６３ｄよりも右方に視認される。

図１８に示す水平仮想面ＶＰ１には、二つの近表示域６２と一つの遠表示域６３が鉛直方向に沿って投影されている。水平仮想面ＶＰ１には、基準中心線ＯＬｃに加えて、左右一対の遠外縁光線ＯＬｆ、近外縁光線ＯＬｎ，ＯＬｎ１，ＯＬｎ２及び外縁結合線ＯＬｅが定義される。加えて、水平方向における遠画角ωｆｃ１及び近画角ωｎｃ１が、左右それぞれに規定される。

以上の光学構成において、遠表示域６３における各第一交点Ｐ１の外側は、各近表示域６２によって遮蔽される視認不可の範囲ＶＡ０となる。また、各近表示域６２の内側であり、第一交点Ｐ１及び第二交点Ｐ２の各間には、片目でしか視認できない範囲ＶＡ１が生じる（図１７のドット範囲も参照）。そして、二つの第二交点Ｐ２の間が、両目で視認できる範囲ＶＡ２となる。

ここまで説明した第四実施形態では、左側の近表示域６２は、水平方向の拡張代Ｗｅｘ１（数式（４）参照）を最大限利用し、左縁６２ｃ（端部６２ｅ）が左側の外縁結合線ＯＬｅ上に位置するまで、左方に拡張されている。同様に、右側の近表示域６２も、水平方向の拡張代Ｗｅｘ１を最大限利用し、右縁６２ｄ（端部６２ｅ）が右側の外縁結合線ＯＬｅ上に位置するまで、右方に拡張されている。さらに、二つの近表示域６２は、鉛直方向の拡張代Ｗｅｘ２（図１２参照）もそれぞれ最大限利用し、下方への拡張を実現させている。

以上によれば第四実施形態でも第二実施形態と同様の効果を奏し、防塵カバー及び投影窓等のサイズＳａを維持したまま、各近画角ωｎｃ１を遠画角ωｆｃ１よりも大きく確保して、近表示域６２を広げることが可能になる。したがって、大型化を避けつつ虚像の表示面積を拡大可能なＨＵＤ装置が実現される。

（第五実施形態）
図１９及び図２０に示す本開示の第五実施形態は、第四実施形態の変形例である。第五実施形態にて、近虚像２９を表示する近表示域６２は、アイボックスＥＢの中央Ｃｅから見たとき、遠表示域６３の下方に位置している。具体的には、近表示域６２の上縁６２ｂは、遠表示域６３の下縁６３ａよりも下方に視認される。加えて、近表示域６２の左縁６２ｃは、遠表示域６３の左縁６３ｃよりも左方に視認される。さらに、近表示域６２の右縁６２ｄは、遠表示域６３の右縁６３ｄよりも右方に視認される。

図２０に示す水平仮想面ＶＰ１には、近表示域６２及び遠表示域６３が、鉛直方向に沿って投影されている。水平仮想面ＶＰ１には、基準中心線ＯＬｃに加えて、左右一対の遠外縁光線ＯＬｆ、近外縁光線ＯＬｎ及び外縁結合線ＯＬｅが定義される。加えて、水平方向における遠画角ωｆｃ１及び近画角ωｎｃ１が、左右それぞれに規定される。

ここまで説明した第五実施形態の近表示域６２は、左右両側における水平方向の拡張代Ｗｅｘ１（数式（４）参照）を最大限利用し、左縁６２ｃ及び右縁６２ｄ（各端部６２ｅ）が左右の各外縁結合線ＯＬｅ上に位置するまで、左右に拡張されている。故に、第四実施形態と同様の効果を奏し、防塵カバー及び投影窓等のサイズＳａを維持したまま、左右の近画角ωｎｃ１を遠画角ωｆｃ１よりも大きく確保して、近表示域６２を広げることが可能になる。したがって、大型化を避けつつ虚像の表示面積を拡大可能なＨＵＤ装置が実現される。

（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。

図２１に示す上記第二実施形態の変形例１では、鉛直方向の拡張代Ｗｅｘ２（図１２参照）を利用した近表示域６２の下方への拡張が実施されていない。そのため、アイボックス中央から近虚像２９及び遠虚像３９を視認すると、上下方向における近表示域６２の下縁６２ａの位置は、遠表示域６３の下縁６３ａの位置と概ね一致している。

一方で、変形例１でも、水平仮想面ＶＰ１における近画角ωｎｃ１が遠画角ωｆｃよりも大きくされている（図１１参照）。故に、近表示域６２は、水平方向の拡張代Ｗｅｘ１（図１１参照）を利用した左側への拡張により、遠表示域６３の左縁６３ｃ（端部６３ｅ）よりも左側に、左縁６２ｃ（端部６２ｅ）を位置させている。

図２２に示す上記第四実施形態の変形例２でも、鉛直方向の拡張代Ｗｅｘ２（図１２参照）を利用した各近表示域６２の下方への拡張が実施されていない。そのため、アイボックス中央から各近虚像２９及び遠虚像３９を視認すると、各近表示域６２の下縁６２ａの位置は、遠表示域６３の下縁６３ａの位置と概ね一致している。

一方で、変形例２でも、水平仮想面ＶＰ１における近画角ωｎｃ１が、左右両側において、遠画角ωｆｃよりも大きくされている（図１８参照）。故に、左側の近表示域６２は、水平方向の拡張代Ｗｅｘ１（図１８参照）を利用した左側への拡張により、遠表示域６３の左縁６３ｃ（端部６３ｅ）よりも左側に、左縁６２ｃ（端部６２ｅ）を位置させている。同様に、右側の近表示域６２も、拡張代Ｗｅｘ１を利用した右側への拡張により、遠表示域６３の右縁６３ｄ（端部６３ｅ）よりも右側に、右縁６２ｄ（端部６２ｅ）を位置させている。

図２３に示す上記第五実施形態の変形例３では、水平方向の拡張代Ｗｅｘ１（図２０参照）を最大限利用して、近表示域６２は、左右両側に拡張されている。加えて変形例３では、鉛直方向の拡張代Ｗｅｘ２（図１２参照）の一部のみを利用して、近表示域６２は、下方向に拡張されている。即ち、鉛直仮想面ＶＰ２における近表示域６２の下方の端部１６２ｅは、遠外縁光線ＯＬｆよりも外側（下側）であり、且つ、外縁結合線ＯＬｅの内側（上側）に位置している（図１２参照）。以上により、アイボックス中央から各近虚像２９及び遠虚像３９を視認すると、近表示域６２の上縁６２ｂは、遠表示域６３の下縁６３ａよりも僅かに上方に位置している。

図２４に示す上記第五実施形態の変形例４では、水平方向の拡張代Ｗｅｘ１（図２０参照）を利用した近表示域６２の横方向の拡張が実施されていない。そのため、アイボックス中央から近虚像２９及び遠虚像３９を視認すると、近表示域６２の左縁６２ｃ及び右縁６２ｄの各位置は、遠表示域６３の左縁６３ｃ及び右縁６３ｄよりも、それぞれ内側に位置している。

一方で、変形例４では、鉛直方向の拡張代Ｗｅｘ２（図１２参照）が部分的に利用されており、近表示域６２は、下方向に拡張されている。変形例４でも、変形例３と同様に、鉛直仮想面ＶＰ２における近表示域６２の下方の端部１６２ｅは、遠外縁光線ＯＬｆよりも外側（下側）であり、且つ、外縁結合線ＯＬｅの内側（上側）に位置している（図１２参照）。そのため、近表示域６２の上縁６２ｂは、遠表示域６３の下縁６３ａよりも僅かに上方に位置している。

図２５及び図２６に示す上記第二実施形態の別の変形例５，６にて、近表示域６２は、遠表示域６３の中心に対して、上側且つ左側にずれて位置している。図２５に示す変形例５では、鉛直方向における拡張代は、近表示域６２を上方へ拡張させるために利用されている。即ち、鉛直仮想面ＶＰ２における近表示域６２の上方の端部１６２ｅは、遠外縁光線よりも外側（上側）であり、且つ、外縁結合線の内側（下側）に位置している。そのため、アイボックス中央から近虚像２９及び遠虚像３９を視認すると、近表示域６２の上縁６２ｂは、遠表示域６３の上縁６３ｂよりも上方に位置している。

一方で、図２６に示す変形例６では、変形例５とは異なり、鉛直方向の拡張代を利用した近表示域６２の上方への拡張が実施されていない。そのため、アイボックス中央から近虚像２９及び遠虚像３９を視認すると、近表示域６２の上縁６２ｂの位置は、遠表示域６３の上縁６３ｂの位置と概ね一致している。尚、変形例５，６の近表示域６２は、水平方向の拡張代を利用した左側への拡張により、遠表示域６３の左縁６３ｃよりも左側に、左縁６２ｃを位置させている。

図２７及び図２８に示す上記第四実施形態の別の変形例７，８にて、左右の二箇所に別々に設けられる二つの近表示域６２は、遠表示域６３の中心に対して上側に位置している。図２７に示す変形例７では、鉛直方向における拡張代は、各近表示域６２をそれぞれ上方へ拡張させるために利用されている。そのため、アイボックス中央から各近虚像２９及び遠虚像３９を視認すると、各近表示域６２の上縁６２ｂは、遠表示域６３の上縁６３ｂよりも上方に位置している。

一方で、図２８に示す変形例８では、変形例７とは異なり、鉛直方向の拡張代を利用した各近表示域６２の上方への拡張が実施されていない。そのため、アイボックス中央から近虚像２９及び遠虚像３９を視認すると、各近表示域６２の上縁６２ｂの位置は、遠表示域６３の上縁６３ｂの位置と概ね一致している。尚、変形例７，８にて、各左側の近表示域６２は、水平方向の拡張代を利用した左側への拡張により、遠表示域６３の左縁６３ｃよりも左側に、左縁６２ｃを位置させている。同様に、各右側の近表示域６２は、水平方向の拡張代を利用した右側への拡張により、遠表示域６３の右縁６３ｄよりも右側に、右縁６２ｄを位置させている。

図２９に示す上記第五実施形態の別の変形例９でも、近表示域６２は、遠表示域６３の中心に対して、上側に位置している。変形例９では、鉛直方向の拡張代の少なくとも一部を利用した近表示域６２の上方向への拡張が実施されている。故に、近表示域６２の上縁６２ｂは、遠表示域６３の上縁６３ｂよりも上方に位置している。また変形例９では、水平方向の拡張代を最大限利用した近表示域６２の左右両側への拡張が実施されている。そのため、近表示域６２の左縁６２ｃ及び右縁６２ｄは、遠表示域６３の左縁６３ｃ及び右縁６３ｄよりも、それぞれ左右の外側に位置している。

虚像を空中表示させるＨＵＤ装置の具体的な表示器（プロジェクタ）の構成は、適宜変更されてよい。例えば変形例１０のＨＵＤ装置には、ＬＣＤ及びバックライトに替えて、ＥＬ（Electro Luminescence）パネルが設けられている。さらに、ＥＬパネルに替えて、プラズマディスプレイパネル、ブラウン管及びＬＥＤ等の表示器を用いたプロジェクタがＨＵＤには採用可能である。

また変形例１１のＨＵＤ装置には、ＬＣＤ及びバックライトに替えて、レーザモジュール（以下「ＬＳＭ」）及びスクリーンが設けられている。ＬＳＭは、例えばレーザ光源及びＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）スキャナ等を含む構成である。スクリーンは、例えばマイクロミラーアレイ又はマイクロレンズアレイである。変形例１１のＨＵＤ装置では、ＬＳＭから照射されるレーザ光の走査により、スクリーンに表示像が描画される。ＨＵＤ装置は、スクリーンに描画された表示像を、拡大光学素子によってウィンドシールドに投影し、虚像を空中表示させる。

また変形例１２のＨＵＤ装置には、ＤＬＰ（Digital Light Processing，登録商標）プロジェクタが設けられている。ＤＬＰプロジェクタは、多数のマイクロミラーが設けられたデジタルミラーデバイス（以下、「ＤＭＤ」）と、ＤＭＤに向けて光を投射する投射光源とを有している。ＤＬＰプロジェクタは、ＤＭＤ及び投射光源を連携させた制御により、表示像をスクリーンに描画する。さらに、変形例１３のＨＵＤ装置では、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）を用いたプロジェクタが採用されている。

上記実施形態の仮想面は、水平方向又は鉛直方向に沿って規定されていた。しかし、仮想面の姿勢は、水平方向又は鉛直方向に対して、僅かに傾斜した姿勢であってもよい。この場合でも、近表示域及び遠表示域は、仮想面に対して垂直方向に投影されることが望ましい。また、アイボックスが３次元形状に定義される場合、仮想面は、その前面と交差するように規定される。

近表示光及び遠表示光は、ウィンドシールドとは別の車載構成に投影されてもよい。例えば、ウィンドシールドとは別体で設けられたコンバイナが投影部材として採用可能である。また、近表示域及び遠表示域を共に含む結像面は、アイボックスに沿った鉛直姿勢であってもよい。

ＨＵＤ装置は、車両以外の船舶、航空機、及び輸送機器等の移動体に、表示器として搭載されてよい。加えて、ＨＵＤ装置による虚像表示は、運転者以外の乗員によって視認されてもよい。さらに、ＨＵＤ装置は、レジャー施設等に設置されたアミューズメント機器等の非移動体に搭載され、アトラクション及びゲーム等の映像表示に利用されてもよい。

Ｃｅ アイボックスの中央、Ｃｆ 遠表示域の中央、ＥＢ アイボックス、ＯＬｃ 基準中心線、ＯＬｅ 外縁結合線、ＯＬｆ 遠外縁光線、ＯＬｎ 近外縁光線、ＶＰ 仮想面、ＶＰ１ 水平仮想面（仮想面）、ＶＰ２ 鉛直仮想面（仮想面）、ＷＳ ウィンドシールド（投影部材）、ωｆｃ，ωｆｃ１，ωｆｃ２ 遠画角、ωｎｃ，ωｎｃ１，ωｎｃ２ 近画角、２０ ＬＣＤプロジェクタ（表示器）、２２０ 第一プロジェクタ（表示器）、２３０ 第二プロジェクタ（表示器）、２７ 近表示光（表示光）、２９ 近虚像（虚像）、３７ 遠表示光（表示光）、３９ 遠虚像（虚像）、５０ 筐体、６０，３６０ 結像面、６２ 近表示域、６２ｅ，１６２ｅ 端部、６３ 遠表示域、６３ｅ，１６３ｅ 端部、１００，２００ ＨＵＤ装置（ヘッドアップディスプレイ装置）

Claims (10)

1. 投影部材（ＷＳ）に表示光（２７，３７）を投影し、前記投影部材から互いに異なる距離にある遠表示域（６３）及び近表示域（６２）に、アイボックス（ＥＢ）から視認可能な前記表示光の虚像（２９，３９）を表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、
   前記表示光として、前記近表示域に結像される近表示像（２６）の近表示光と、前記遠表示域に結像される遠表示像の遠表示光とを射出する少なくとも一つの表示器（２０，２２０，２３０）と、
   前記表示器から射出される前記近表示光及び前記遠表示光を反射によって広げつつ前記投影部材に投影し、前記近表示域及び前記遠表示域を前記投影部材と共に規定する拡大光学素子（４０）と、
   前記投影部材の下方に位置する上面に投影窓（５１）を形成し、前記表示器及び前記拡大光学素子を収容し、前記表示器から射出される前記近表示光及び前記遠表示光について、前記拡大光学素子を経て、前記投影部材へ向けて射出されるまでの光路が内部に区画される筐体（５０）と、を備え、
   前記投影窓は、前記遠表示光の光路を遮蔽しないサイズとされ、
   前記拡大光学素子及び前記表示器は、前記近表示光の光路を前記遠表示光の光路内に収めつつ、前記アイボックスから見た少なくとも一つの側において、前記近表示域の近画角（ωｎｃ，ωｎｃ１，ωｎｃ２）を前記遠表示域の遠画角（ωｆｃ，ωｆｃ１，ωｆｃ２）よりも大きくするヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記アイボックスと交差する仮想面（ＶＰ，ＶＰ１，ＶＰ２）に前記遠表示域及び前記近表示域を投影し、当該仮想面にて、前記アイボックスの中央（Ｃｅ）と前記遠表示域の中央（Ｃｆ）とを結ぶ仮想線を基準中心線（ＯＬｃ）とし、前記アイボックスの中央と前記遠表示域の端部（６２ｅ，１６２ｅ）を結ぶ仮想線を遠外縁光線（ＯＬｆ）とし、前記アイボックスの中央と前記近表示域の端部（６３ｅ，１６３ｅ）を結ぶ仮想線を近外縁光線（ＯＬｎ）とすると、
   前記拡大光学素子及び前記表示器は、前記近外縁光線と前記基準中心線との間に規定される前記近画角を、前記遠外縁光線と前記基準中心線との間に規定される前記遠画角よりも大きくする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
3. 前記仮想面にて、前記遠表示域及び前記アイボックスの各端部のうちで前記基準中心線に対し同じ側にある端部同士を結ぶ仮想線を外縁結合線（ＯＬｅ）とすると、
   前記拡大光学素子及び前記表示器は、前記近表示域の端部を、前記遠外縁光線よりも外側であり、且つ、前記外縁結合線上から内側に位置させる請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
4. 前記拡大光学素子及び前記表示器は、
   前記仮想面にて、前記近表示域の中央を前記基準中心線に対して特定側にずれて位置させ、
   前記基準中心線の前記特定側における前記近画角を前記遠画角よりも大きくする請求項２又は３に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
5. 前記仮想面は、前記遠表示域及び前記近表示域が鉛直方向に投影される水平面であり、
   前記拡大光学素子及び前記表示器は、水平面に沿った前記近画角を前記遠画角よりも大きくする請求項２～４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。
6. 前記仮想面は、前記遠表示域及び前記近表示域が水平方向に投影される鉛直面であり、
   前記拡大光学素子及び前記表示器は、鉛直面に沿った前記近画角を前記遠画角よりも大きくする請求項２～４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。
7. 前記表示器は、前記近表示域から前記遠表示域へと前記投影部材からの距離が連続的に変わる結像面（６０，３６０）、を規定する請求項１～６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. 前記結像面は、鉛直面よりも水平面に近い傾斜姿勢である請求項７に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
9. 前記近表示域は、前記結像面の下側に位置する請求項７又は８に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
10. 前記近表示域は、前記結像面の上側に位置する請求項７又は８に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

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