JP2021110855A - 虚像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度上昇環境において虚像の表示状態が変化し難い虚像表示装置を提供する。【解決手段】虚像表示装置としてのＨＵＤは、互いに組み合わされて所定の光路長Ｌ１，Ｌ２を有する光路ＯＰを形成する画像表示パネル２６、中間ミラー３４及び窓側ミラー４６と、画像表示パネル２６、中間ミラー３４及び窓側ミラー４６を収容する収容ケース１１と、収容ケース１１と画像表示パネル２６、中間ミラー３４及び窓側ミラー４６との間にそれぞれ設けられ、収容ケース１１による画像表示パネル２６、中間ミラー３４及び窓側ミラー４６の保持を媒介する部材であって、収容ケース１１よりも線膨張係数が大きな材料により形成され、温度上昇環境において収容ケース１１の膨張と共に膨張し、収容ケース１１の膨張に伴う光路長Ｌ１，Ｌ２の変化のうち少なくとも一部を相殺する膨張部材２８，３３，４５と、を備える。【選択図】図１

Description

この明細書による開示は、虚像の表示に関する。

車両に搭載されるように構成された虚像表示装置が知られている。特許文献１に開示の虚像表示装置に適用され、収容ケースに収容されるミラーユニットでは、ホルダと反射ミラーとが複数の当接部を介して接触している。そして、１つの当接部は位置決めされ、他の当接部は、ホルダに対して摺動可能となっている。このようにして温度変化に対する反射面の歪みが抑制されている。

特開２０１７−１０２２３０号公報

さて、車両への搭載下における虚像表示装置は、車両と共に温度上昇環境に置かれることがある。温度上昇環境では、複数の光学要素を保持する収容部自体が、膨張することがある。そうすると、収容ケースに保持される複数の光学要素間の距離が変化することによって、光学要素により形成される光路の光路長が変化し得る。

この点、特許文献１では、ミラーユニット単体しか考慮されておらず、上述の光路長が大きく変化してしまう。そうすると、虚像を所望の状態で表示できなくなることが懸念される。

この明細書の開示による目的のひとつは、温度上昇環境において虚像の表示状態が変化し難い虚像表示装置を提供することにある。

ここに開示された態様のひとつは、車両に搭載されるように構成される虚像表示装置であって、
互いに組み合わされて所定の光路長（Ｌ１，Ｌ２）を有する光路（ＯＰ）を形成する複数の光学要素（２６，３４，４６，２２６，２３４，２４６）と、
複数の光学要素を収容する収容ケース（１１）と、
収容ケースと光学要素のうち少なくとも１つの特定光学要素（２６，３４，４６，２３４）との間に設けられ、収容ケースによる特定光学要素の保持を媒介する部材であって、収容ケースよりも線膨張係数が大きな材料により形成され、温度上昇環境において収容ケースの膨張と共に膨張し、収容ケースの膨張に伴う光路長の変化のうち少なくとも一部を相殺する膨張部材（２８，３３，４５，２３３）と、を備える。

このような態様によると、収容ケースと特定光学要素との間には、膨張部材が設けられ、当該膨張部材が収容ケースによる特定光学要素の保持を媒介している。そうすると、温度上昇環境において収容ケースが膨張した場合に、当該収容ケースと共に、膨張部材が膨張する。膨張部材が膨張すると、収容ケース内に収容された特定光学要素が収容ケースの膨張方向へ、他の光学要素に対して相対的に移動することは抑制される。したがって、収容ケースの膨張に伴う複数の光学要素間の距離の変化、換言すると複数の光学要素により形成される光路の光路長の変化の少なくとも一部は、相殺される。故に、温度上昇環境においても光路長が維持され、虚像の表示状態が変化し難くなる。

なお、括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。

ＨＵＤの車両への搭載状態を示す部分断面側面図である。 バックライトを示す断面図である。 調整スイッチ、ミラー駆動部及び窓側ミラーを概略的に示す図である。 温度上昇環境におけるＨＵＤを示す図である。 光路長Ｌ１を維持するための線膨張係数及び厚さの一例を示す表である。 光路長Ｌ２を維持するための線膨張係数及び厚さの一例を示す表である。 第２実施形態における図１に対応する図である。 変形例１における図１に対応する図である。

以下、複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、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せることができる。

（第１実施形態）
図１に示すように、本開示の第１実施形態による虚像表示装置は、車両に搭載されるように構成される。ここで車両とは、自動車、鉄道車両、航空機、船舶、移動しないゲーム筐体等の各種乗り物を含むように広義に解される。特に本実施形態の車両は、四輪の自動車となっている。本実施形態の虚像表示装置は、車両のインストルメントパネルに設置されるヘッドアップディスプレイ（Head Up Display、以下ＨＵＤ）１０である。

ＨＵＤ１０は、車両のウインドシールド３に設定された投影部３ａへ向けて画像の表示光を投影する。これによりＨＵＤ１０は、画像を、車両の乗員により視認可能な虚像ＶＲＩとして表示する。すなわち、投影部３ａにて反射された表示光が、車両の室内に設定された視認領域ＥＢに到達することにより、視認領域ＥＢにアイポイントが位置する乗員は、各種情報を視認することができる。虚像表示される各種情報としては、例えば車速、燃料残量等の車両の状態を示す情報、又は視界補助情報、道路情報等のナビゲーション情報が挙げられる。

以下において、特に断り書きが無い限り、前、後、上、下、左及び右が示す各方向は、水平面上の車両を基準として記載される。

車両のウインドシールド３は、例えばガラスないし合成樹脂により透光性の板状に形成された透過部材であり、インストルメントパネルよりも上方に配置されている。ウインドシールド３は、前方から後方へ向かう程、インストルメントパネルに対して離れるように傾斜して配置されている。ウインドシールド３は、画像の表示光が投影される投影部３ａを、滑らかな凹面状又は平面状に形成している。なお、投影部３ａは、ウインドシールド３に設けられていなくてもよい。例えば車両と別体となっているコンバイナを車両内に設置して、当該コンバイナに投影部３ａが設けられていてもよい。

視認領域ＥＢは、ＨＵＤ１０による虚像ＶＲＩが所定の規格を満たすように（例えば虚像ＶＲＩ全体が所定の輝度以上となるように）視認可能となる空間領域であって、アイボックスとも称される。視認領域ＥＢは、典型的には、車両に設定されたアイリプスと重なるように設定される。アイリプスは、両眼それぞれに対して設定され、乗員のアイポイントと重なるように設定される。アイリプスは、両眼それぞれに対して設定され、乗員のアイポイントの空間分布を統計的に表したアイレンジに基づいて、楕円体状の仮想的な空間として設定されている。

このようなＨＵＤ１０の具体的な構成を、以下に説明する。ＨＵＤ１０は、収容ケース１１、表示ユニット２１、中間ミラーユニット３１、窓側ミラーユニット４１及びミラー駆動部５１等を含む構成である。

収容ケース１１は、表示ユニット２１、中間ミラーユニット３１及び窓側ミラーユニット４１を収容する収容空間ＣＳを有する箱状を呈しており、車両のインストルメントパネルに設置されている。収容ケース１１は、例えば合成樹脂により、遮光性に形成されている。特に本実施形態の収容ケース１１の材料には、ガラス繊維強化樹脂が採用されている。収容ケース１１は、１つの部品により形成されていてもよく、ロア部品及びアッパ部品等、複数の部品を組み合わせて形成されていてもよい。また、収容ケース１１の厚さは、各ユニット２１，３１，４１を保持するための必要強度、及び車両への搭載のための必要強度が確保されるような厚さ、すなわち必要強度確保厚さ以上に設定されている。ここで、収容ケース１１の厚さが部位により異なる場合には、各部位の厚さを各部位の表面積で重み付けして得られた加重平均値を、収容ケース１１の厚さとみなしてもよい。

収容ケース１１は、投影部３ａと対向する上面部に、光学的に開口する窓部１２を有している。窓部１２は、例えば表示光を透過可能な防塵シート１３で覆われている。

収容ケース１１は、各ユニット２１，３１，４１を保持するための複数の保持部１４，１５，１６を、収容ケース１１の内壁部位において互いに異なる方向を向くように有する。なお、本実施形態の内壁部位は、面状に形成されているため、以下では内壁面と記載する。収容ケース１１は、その底壁部のうち後側部分に、表示ユニット２１を保持する表示ユニット保持部１４を有する。収容ケース１１は、表示ユニット保持部１４とは収容空間ＣＳを上下に挟んだ天井部であって、窓部１２よりも後方の部分において、窓部１２から後方かつ下方へ向かって延伸するように傾斜して設けられた傾斜壁部に、中間ミラーユニット３１を保持する中間ミラーユニット保持部１５を有する。収容ケース１１は、底壁部のうち前側部分から前方かつ上方へ向かって延伸するように傾斜して設けられた傾斜壁部に、窓側ミラーユニット４１を保持する窓側ミラーユニット保持部１６を有する。

表示ユニット２１は、バックライト２２、画像表示パネル２６、挟持部材２７、膨張部材２８及び緩衝部材２９等を含む構成である。バックライト２２は、画像表示パネル２６を照明すると共に、収容ケース１１に対して固定されている。バックライト２２は、画像表示パネル２６を支える基礎部として機能する。バックライト２２は、図２に示すように、鏡筒部材２３、光源部２４及び照明レンズ部２５を一体的に有する。

鏡筒部材２３は、例えば線膨張係数が膨張部材２８よりも小さな合成樹脂ないし金属により、両端部が開口する筒状（より詳細には矩形筒状）に形成されている。鏡筒部材２３は、光源部２４から発せられる照明光のバックライト外への漏光を抑制しつつ当該照明光を画像表示パネル２６へ向けて通過させるべく遮光性に形成され、収容ケース１１側の端部を収容ケース１１の内壁面に密着させている。鏡筒部材２３は、ネジによる締結等により、収容ケース１１に対して固定されている。鏡筒部材２３において収容ケース１１とは反対側の端部は、内壁面に対して傾斜する環状面２３ａを以って開口している。当該環状面２３ａは、後方から前方へ向かうに従って表示ユニット保持部１４における内壁面との間隔が大きくなるように傾斜している。

光源部２４は、光源２４ａが光源用回路基板２４ｂ上に実装された構成である。光源用回路基板２４ｂは、例えばガラスエポキシ樹脂等の合成樹脂を機材とした平板状のリジッド基板である。光源用回路基板２４ｂは、収容ケース１１の内壁面との密着状態にて配置されている。光源２４ａには、例えば点状光源としての発光ダイオード素子を複数配列したＬＥＤアレイが採用される。

照明レンズ部２５は、鏡筒部材２３に保持される１つ又は複数のレンズを有する。各レンズは、光源２４ａから発せられる照明光に屈折作用を作用させて、画像表示パネル２６へと導光する。

図１に示す画像表示パネル２６は、バックライト２２の照明光を一部透過させることにより、虚像ＶＲＩとして結像されることとなる実像の画像を表示する。本実施形態の画像表示パネル２６は、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor、ＴＦＴ）を用いたＴＦＴ液晶パネルであって、例えば２次元配列にて配列された複数の液晶画素を有するアクティブマトリクス型の液晶パネルである。

画像表示パネル２６は、輪郭矩形状かつ平板状を呈している。画像表示パネル２６においてバックライト２２側には、照明光による照明の対象である照明対象面２６ｂが形成されている。画像表示パネル２６においてバックライト２２とは反対側には、画像を表示する表示画面２６ａが形成されている。照明対象面２６ｂ及び表示画面２６ａは、実質的に平行に配置されている。さらに照明対象面２６ｂ及び表示画面２６ａは、環状面２３ａに対しても実質的に平行に配置されている。画像表示パネル２６は、照明対象面２６ｂ及び表示画面２６ａを全周囲む矩形状のパネル枠部２６ｃを有していることで、照明対象面２６ｂ及び表示画面２６ａよりも一回り大きなサイズとなっている。

画像表示パネル２６の内部には、一対の偏光板及び一対の偏光板に挟まれた液晶層等が積層されている。一対の偏光板同士は、偏光軸を互いに直行させて配置されている。液晶層は、液晶画素毎の電圧の印加により、印加電圧に応じて液晶層を透過する光の偏光方向を回転させることが可能となっている。こうして画像表示パネル２６は、偏光方向の回転により表示画面２６ａ側の偏光板を透過する光の割合、すなわち透過率を、液晶画素毎に変えることができる。隣り合う液晶画素には、互いに異なる色（例えば赤、青及び緑）のカラーフィルタが設けられており、これらの組み合わせにより、様々な色が再現されるようになっている。

挟持部材２７は、例えば線膨張係数が膨張部材２８よりも小さな合成樹脂ないし金属により、中央部に大きな光学的開口窓２７ｄを有する蓋状に形成されている。挟持部材２７は、鏡筒部材２３に対してスナップフィット係合又は締結等の方法によって、固定されている。挟持部材２７は、側壁部２７ａ及び挟持枠部２７ｃを一体的に有している。側壁部２７ａは、鏡筒部材２３と略同じ断面形状を有する短筒状であって、遮光性を有して形成されている。側壁部２７ａは、画像表示パネル２６の長手方向の２辺に対応するように配置された一対の側壁に分離した形態にて形成されていてもよい。側壁部２７ａにおいて鏡筒部材２３の環状面２３ａと当接する当接面２７ｂとなっている。環状面２３ａと当接面２７ｂとが当接する当接部分が構成されることで、鏡筒部材２３の母線方向と側壁部２７ａの母線方向とが実質的に一致している。これら母線方向は、表示ユニット保持部１４の内壁面に対して実質的に垂直な方向である。

挟持枠部２７ｃは、側壁部２７ａにおいて鏡筒部材２３とは反対側の端部と接続されている。挟持枠部２７ｃは、光学的開口窓２７ｄを囲む枠状に、遮光性を有して形成されている。光学的開口窓２７ｄは、表示画面２６ａと同じサイズ又は表示画面２６ａよりも少し大きなサイズの矩形状に形成され、表示画面２６ａから射出される表示光を透過可能に形成されている。光学的開口窓２７ｄは、光学的に開口していれば、物理的に開口していてもよく、透光板等によって塞がれていてもよい。挟持枠部２７ｃは、バックライト２２側を向く挟持面２７ｅを、鏡筒部材２３の環状面２３ａと実質的に平行に形成していると共に、環状面２３ａと相対するように有している。そして、挟持面２７ｅは、鏡筒部材２３の環状面２３ａとの間に膨張部材２８、画像表示パネル２６及び緩衝部材２９を、上述の母線方向に沿って重ねて挟み込んでいる。こうして挟持部材２７は、バックライト２２との間に膨張部材２８、画像表示パネル２６及び緩衝部材２９をまとめて挟持している。

膨張部材２８は、鏡筒部材２３の環状面２３ａと画像表示パネル２６のパネル枠部２６ｃとの間に介挿された状態にて配置されていることで、収容ケース１１による画像表示パネル２６の保持を媒介している。膨張部材２８は、例えばポリプロピレン樹脂等の収容ケース１１の材料よりも線膨張係数が大きな材料により形成されている。膨張部材２８は、照明対象面２６ｂを照明する照明光との干渉を避けるように、中央に開口部２８ａを有する環状（詳細には矩形環状）に形成されている。膨張部材２８の厚さは、全周に亘って均一的に設定されている。ここで本実施形態における膨張部材２８の厚さとは、対応する保持部１４，１５，１６における内壁面の垂直方向に沿った寸法として定義される。

緩衝部材２９は、パネル枠部２６ｃと挟持面２７ｅとの間に挟まれて配置されていることで、鏡筒部材２３の環状面２３ａと挟持面２７ｅとの隙間の変動を吸収する。緩衝部材２９は、例えばポリウレタンフォーム等の緩衝性を有する材料により形成されている。緩衝部材２９は、膨張部材２８と同様の環状に形成されてもよく、画像表示パネル２６の長手方向の２辺に対応するように配置された一対の細長い棒状に分離した形態にて形成されていてもよい。

以上説明した表示ユニット２１は、表示画面２６ａに表示される画像の表示光を、中間ミラーユニット３１へ向けて射出する。

中間ミラーユニット３１は、基礎部材３２、膨張部材３３及び中間ミラー３４等を含む構成である。基礎部材３２は、例えば線膨張係数が膨張部材３３よりも小さな合成樹脂ないし金属により、平板状に形成されている。基礎部材３２は、中間ミラーユニット保持部１５との密着状態にて配置されている。基礎部材３２は、収容ケース１１に対してネジによる締結等により固定されている。

膨張部材３３は、基礎部材３２と中間ミラー３４との間に介挿された状態にて配置されていることで、収容ケース１１による中間ミラー３４の保持を媒介している。膨張部材３３は、例えばポリプロピレン樹脂等の収容ケース１１の材料よりも線膨張係数が大きな材料により形成されている。膨張部材３３は、一方の面を基礎部材３２と密着すると共に、他方の面を中間ミラー３４とも密着する板状に形成されている。より詳細に、膨張部材３３は、基礎部材３２と接着剤によって接合されていると共に、中間ミラー３４とも接着剤によって接合されている。膨張部材３３において中間ミラー３４側の面は、中間ミラー３４の湾曲形状に合わせた曲面状（詳細には凸面状）に形成されている。これにより、膨張部材３３の厚さは、中間ミラー３４の反射面３４ａにおける頂点に対応した最厚部から外側に離れるに従って漸次薄くなるように設定されている。

中間ミラー３４は、例えば線膨張係数が膨張部材４５よりも小さな合成樹脂ないしガラスにより、曲板状に形成されている。中間ミラー３４において膨張部材３３とは反対側の面は、アルミニウム等の金属膜を蒸着させること等により形成された反射面３４ａを有している。特に本実施形態の反射面３４ａは、光学中心に内壁面から最も離れた頂点を有する凸面状に形成されている。中間ミラー３４の厚さが全体に亘って均一的に設定されることで、中間ミラー３４において膨張部材３３側の面は、凹面状に形成されている。

以上説明した中間ミラーユニット３１は、表示ユニット２１から入射した表示光を、反射面３４ａによって窓側ミラーユニット４１へ向けて反射する。

窓側ミラーユニット４１は、基礎部４２、膨張部材４５及び窓側ミラー４６等を含む構成である。基礎部４２は、収容ケース１１に対して固定されている。基礎部４２は、回動不能部材４３及び回動可能部材４４を有している。

回動不能部材４３は、例えば線膨張係数が膨張部材４５よりも小さな合成樹脂ないし金属により形成されている。回動不能部材４３は、収容ケース１１に対してネジによる締結等により、直接的に結合されている。回動不能部材４３は、互いに連結又は分離されて形成された一対の支持部を有している。各支持部は、回動可能部材４４を回動可能に支持する軸受４３ａを有している。

回動可能部材４４は、例えば線膨張係数が膨張部材４５よりも小さな合成樹脂ないし金属により形成されている。回動可能部材４４は、収容ケース１１に対して回動不能部材４３を介して間接的に結合されていると共に、回動不能部材４３に対して相対的に回動可能に形成されている。回動可能部材４４は、本体部４４ａ及び回転軸部４４ｂを有している。本体部４４ａは、窓側ミラー４６の湾曲形状に合わせた曲板状に形成されている。回転軸部４４ｂは、一対の回転軸端部を本体部４４ａの左側部及び右側部から円柱状に突出させることにより、形成されている。一対の回転軸端部が一対の支持部に両持ち支持されることによって、回動可能部材４４は、回転軸端部同士を結ぶように構成される回転中心軸のまわりに、回動可能となる。

膨張部材４５及び窓側ミラー４６は、回動可能部材４４に対して結合されることで、回動可能部材４４と一体的に回動するようになっている。

膨張部材４５は、回動可能部材４４と窓側ミラー４６との間に介挿された状態にて配置されていることで、収容ケース１１による窓側ミラー４６の保持を媒介している。膨張部材４５は、例えばポリプロピレン樹脂等の収容ケース１１の材料よりも線膨張係数が大きな材料により形成されている。膨張部材４５は、一方の面を回動可能部材４４と密着すると共に、他方の面を窓側ミラー４６とも密着する板状に形成されている。より詳細に、膨張部材４５は、回動可能部材４４と接着剤によって接合されていると共に、窓側ミラー４６と接着剤によって接合されている。

膨張部材４５において回動可能部材４４側の面は、回動可能部材４４の湾曲形状に合わせた曲面状（詳細には凸面状）に形成されている。膨張部材４５において窓側ミラー４６側の面は、窓側ミラー４６の湾曲形状に合わせた曲面状（詳細には凹面状）に形成されている。こうして膨張部材４５の厚さは、全体に亘って均一的に設定されている。

窓側ミラー４６は、例えば線膨張係数が膨張部材４５よりも小さな合成樹脂ないしガラスにより、曲板状に形成されている。窓側ミラー４６において膨張部材４５とは反対側の面は、アルミニウム等の金属膜を蒸着させること等により形成された反射面４６ａを有している。特に本実施形態は、中央部が凹む凹面状に形成されている。窓側ミラー４６の厚さが全体に亘って均一的に設定されることで、窓側ミラー４６において膨張部材４５側の面は、凸面状に形成されている。

窓側ミラーユニット４１は、中間ミラーユニット３１から入射した表示光を、反射面４６ａによって投影部３ａへ向けて反射する。ここで図３に示すように、反射面４６ａの向きは、ミラー駆動部５１によって変更可能となっている。

反射面４６ａがより上向きになる（すなわち窓側ミラー４６が寝る）角度姿勢では、投影部３ａにおける投影位置がより前方へずれ、虚像ＶＲＩの位置が上方へ移動する。これと共に、視認領域ＥＢの位置は下方へ移動する。一方、反射面４６ａがより下向きになる（すなわち窓側ミラー４６が起立する）角度姿勢では、投影部３ａにおける投影位置がより後方へずれ、虚像ＶＲＩの位置が下方へ移動する。これと共に、視認領域ＥＢの位置は上方へ移動する。したがって、反射面４６ａの向きの変更に伴って、虚像ＶＲＩの空間的表示条件が変更されるようになっている。

ミラー駆動部５１は、電動モータ５２及び制御回路部５３等を含む構成である。電動モータ５２は、例えば回転軸部４４ｂに対して連結されたステッピングモータであり、制御回路部５３から入力される駆動信号に応じて、回転軸部４４ｂに回転を出力する。電動モータ５２は、回動可能部材４４、膨張部材４５及び窓側ミラー４６を、回動不能部材４３に対して相対的に回動させることで、反射面４６ａの向きを変更する。

制御回路部５３は、例えば車両のステアリングハンドル等に設置された調整スイッチ４、及び電動モータ５２と電気的に接続されている。調整スイッチ４は、例えばプッシュ式の２種類の操作部材４ａ，４ｂを有している。具体的に、アップ操作部材４ａは、虚像ＶＲＩの位置を上方に移動させるための操作部材である。ダウン操作部材４ｂは、虚像ＶＲＩの位置を下方に移動させるための操作部材である。制御回路部５３は、操作部材４ａ，４ｂが操作されることに応じて調整スイッチ４から入力された電気信号に基づいて、電動モータ５２に駆動信号を出力する。したがって乗員は、虚像ＶＲＩの空間的表示条件を調整することができる。

図１に示すように、ＨＵＤ１０では、複数の光学要素としての窓側ミラー４６、中間ミラー３４及び画像表示パネル２６が互いに組み合わされて所定の光路長Ｌ１，Ｌ２を有する光路ＯＰが形成されている。窓側ミラー４６、中間ミラー３４及び画像表示パネル２６は、虚像ＶＲＩを結像させる結像光学系を形成する光学要素である。窓側ミラー４６は、光路ＯＰにおいて光学部材のうち最も窓側に位置している。中間ミラー３４は、光路ＯＰにおいて窓側ミラー４６と画像表示パネル２６との間に配置されている。画像表示パネル２６は、結像光学系の起点となり、光路ＯＰにおいて中間ミラー３４を挟んで窓側ミラー４６とは反対側に位置している。

窓側ミラー４６と中間ミラー３４とは、光路ＯＰにおいて連続して配置されている。常温環境（例えば２０°Ｃの環境）において、窓側ミラー４６と中間ミラー３４との間の光路長は、Ｌ１と定義される。中間ミラー３４と画像表示パネル２６とは、光路ＯＰにおいて連続して配置されている。常温環境において、中間ミラー３４と画像表示パネル２６との間の光路長は、Ｌ２と定義される。

車両への搭載下におけるＨＵＤ１０が車両と共に温度上昇環境に置かれると、図４に示すように収容ケース１１が熱膨張する。本実施形態における温度上昇環境とは、常温に対して温度が上昇し高くなっている環境である。温度上昇環境は、温度が常温よりも高い状態であれば、温度が上昇中である環境には限定されない。箱状の収容ケース１１は、収容空間ＣＳを拡大するように当該収容ケース１１の外側へ膨張する。そうすると、窓側ミラーユニット保持部１６、中間ミラーユニット保持部１５及び表示ユニット保持部１４が相互に遠ざかるように相対移動する。

仮に、各ユニット２１，３１，４１に膨張部材２８，３３，４５が設けられない場合では、光路ＯＰを形成する窓側ミラー４６、中間ミラー３４及び画像表示パネル２６も、それぞれ個別対応する各保持部１４，１５，１６の相対移動に追従し、相互に遠ざかるように相対移動する。そうすると、窓側ミラー４６と中間ミラー３４との間の光路長Ｌ１は、Ｌ１＋Δａに増大するように変化し、中間ミラー３４と画像表示パネル２６との間の光路長Ｌ２は、Ｌ２＋Δｂに増大するように変化する。こうした変化によって、虚像ＶＲＩが本来表示されるべき位置よりも、視認領域ＥＢに対して遠い位置へ移動してしまう。また、本来表示されるべき位置に合わせて設定された窓側ミラー４６及び中間ミラー３４の非球面形状が最適ではなくなり、虚像ＶＲＩに生じ得る例えば像面湾曲等の収差が顕著に認識されるようになってしまう。

これに対し、本実施形態では、収容ケース１１の膨張と共に、各ユニット２１，３１，４１における膨張部材２８，３３，４５がそれぞれ膨張する。そうすると、窓側ミラー４６、中間ミラー３４及び画像表示パネル２６がそれぞれ個別対応する保持部１４，１５，１６に対して遠ざかるように相対移動する。この結果、上述のような収容ケース１１の膨張に伴う光路長の変化Δａ，Δｂのうち少なくとも一部が相殺される。すなわち、常温環境における光路長Ｌ１，Ｌ２が温度上昇環境においても維持され易くなる。

特に表示ユニット２１では、温度上昇環境において、挟持部材２７に挟持された膨張部材２８が膨張し、その圧力によって緩衝部材２９が圧縮される。その結果、画像表示パネル２６が挟持部材２７により挟持された状態を維持しつつ、表示ユニット保持部１４に対して遠ざかるように移動する。

さらに本実施形態では、光路ＯＰにおいて連続して配置される２つの光学要素間の光路長Ｌ１，Ｌ２それぞれに関して、収容ケース１１における線膨張係数と厚さとの積が、２つの光学要素のうち一方に対応する膨張部材２８，３３，４５の線膨張係数と厚さとの積と、２つの光学要素のうち他方に対応する膨張部材２８，３３，４５における線膨張係数と厚さとの積との和に、実質的に等しくなるという条件が満たされている。この条件を、膨張相殺条件と称する。

具体的に窓側ミラー４６と中間ミラー３４との間の光路長Ｌ１に関して、例えば図５のように各線膨張係数及び各厚さが設定されることで、温度上昇環境において光路長Ｌ１の変化が相殺される。また中間ミラー３４と画像表示パネル２６との間の光路長Ｌ２に関して、例えば図６のように各線膨張係数及び各厚さが設定されることで、温度上昇環境において光路長Ｌ２の変化が相殺される。

なお、第１実施形態では、窓側ミラー４６、中間ミラー３４及び画像表示パネル２６が、互いに組み合わされて所定の光路長Ｌ１，Ｌ２を有する光路ＯＰを形成する「光学要素」に相当すると共に、収容ケース１１との間に膨張部材３３を設けた「特定光学要素」にも相当する。さらに窓側ミラー４６は、「可動ミラー要素」にも相当し、中間ミラー３４は、「中間ミラー要素」にも相当する。基礎部４２、基礎部材３２及びバックライト２２は、収容ケース１１のうち内壁部位に対して固定され、特定光学要素を支える「基礎部」に相当する。

（作用効果）
以上説明した第１実施形態の作用効果を以下に改めて説明する。

第１実施形態によると、収容ケース１１と特定光学要素（例えば窓側ミラー４６、中間ミラー３４、画像表示パネル２６）との間には、膨張部材２８，３３，４５が設けられ、当該膨張部材２８，３３，４５が収容ケース１１による特定光学要素の保持を媒介している。そうすると、温度上昇環境において収容ケース１１が膨張した場合に、当該収容ケース１１と共に、膨張部材２８，３３，４５が膨張する。膨張部材２８，３３，４５が膨張すると、収容ケース１１内に収容された特定光学要素が収容ケース１１の膨張方向へ、他の光学要素に対して相対的に移動することは抑制される。したがって、収容ケース１１の膨張に伴う複数の光学要素間の距離の変化、換言すると複数の光学要素により形成される光路ＯＰの光路長Ｌ１，Ｌ２の変化の少なくとも一部は、相殺される。故に、温度上昇環境においても光路長Ｌ１，Ｌ２が維持され、虚像ＶＲＩの表示状態が変化し難くなる。

また、第１実施形態によると、上述の膨張相殺条件が成立することにより、収容ケース１１の膨張による光学要素間の距離の増大幅と、膨張部材２８，３３，４５の膨張による光学要素間の距離の縮小幅とが釣り合うことになる。したがって、温度上昇環境においても光路長Ｌ１，Ｌ２を精度よく維持することができる。

また、第１実施形態によると、３つの光学要素のうち、光路ＯＰにおいて他の光学要素の間の中間地点に配置される光学要素は、光路ＯＰを折り返す中間ミラー３４である。中間ミラー３４の保持が膨張部材３３に媒介されることにより、当該膨張部材３３によって、中間ミラー３４と残りの２つの光学要素のうち一方（例えば窓側ミラー４６）との間の光路長Ｌ１、及び中間ミラー３４と残りの２つの光学要素のうち他方（例えば画像表示パネル２６）との間の光路長Ｌ２の変化を、同時に抑制することが可能となる。したがって、効率的に光路長Ｌ１，Ｌ２の維持を図ることができる。

また、第１実施形態によると、複数の光学要素のうち、虚像ＶＲＩの結像させる結像光学系を形成する全ての光学要素は、膨張部材２８，３３，４５により保持を媒介される。結像光学系において光路長Ｌ１，Ｌ２の維持効果が発揮される。このため、例えば虚像ＶＲＩの結像距離が所望の位置からずれること等、虚像ＶＲＩの表示状態の変化を抑制することができる。

また、第１実施形態によると、膨張部材２８，３３，４５は、膨張によって、特定光学要素（例えば窓側ミラー４６、中間ミラー３４、画像表示パネル２６）を、膨張部材２８，３３，４５を挟んだ内壁部位とは反対側に相対的に移動させるように、基礎部（例えば基礎部４２、基礎部材３２、バックライト２２）と特定光学要素との間に介挿された状態にて配置されている。膨張部材２８，３３，４５の介挿によって、内壁部位に対して特定光学要素が移動するための自由度が確保されるので、特定光学要素が光路長Ｌ１，Ｌ２の変動を相殺するための円滑な移動を促進することができる。

また、第１実施形態によると、膨張部材２８は、鏡筒部材２３と画像表示パネル２６との間に介挿された状態にて配置されると共に、照明光を通過させる光学的な開口部２８ａを有する。こうした開口部２８ａが形成される結果、画像表示パネル２６での画像の効率的な表示と、光路長Ｌ１の維持とを両立することができる。

また、第１実施形態によると、膨張部材４５が回動可能部材４４と可動ミラー要素（例えば窓側ミラー４６）との間に介挿された状態にて配置されることで、回動可能部材４４の回動によって反射面３４ａの向きが変更可能に構成されている。したがって、光路長Ｌ２の維持を図りつつ、反射面３４ａの向きの変更によって虚像ＶＲＩの空間的表示条件を最適化することができる。

（第２実施形態）
図７に示すように、第２実施形態は第１実施形態の変形例である。第２実施形態について、第１実施形態とは異なる点を中心に説明する。

第２実施形態の窓側ミラーユニット２４１では、回動可能部材４４と窓側ミラー４６との間に膨張部材が設けられていない。窓側ミラー２４６は、回動可能部材４４と直接的に結合されている。同様に、第２実施形態の表示ユニット２２１では、鏡筒部材２３と画像表示パネル２６との間に膨張部材が設けられていない。さらに表示ユニット２２１では、挟持部材及び緩衝部材も設けられていない。画像表示パネル２２６は、鏡筒部材２３により直接的に保持されている。

したがって、第２実施形態では、中間ミラー２３４以外の光学要素としての窓側ミラー２４６及び画像表示パネル２２６は、収容ケース１１との間への膨張部材を設定を除外した膨張部材除外形態にて、収容ケース１１に対して保持されている。こうすることで、１つの膨張部材２３３によって温度上昇環境における虚像表示状態の変化抑制効果を得ることができる。すなわち、部品点数増大によるコスト上昇が抑制されるだけでなく、複数の膨張部材の製造誤差又は膨張量の誤差が積算されて光路長Ｌ１，Ｌ２に大きな誤差が発生することを低減できる。

こうした第２実施形態では、光路ＯＰにおいて連続して配置される２つの光学要素のうち一方（すなわち中間ミラーユニット２３１の中間ミラー２３４）のみに対応して膨張部材２３３が設けられている。この場合の光路長Ｌ１，Ｌ２それぞれに関して、例えば収容ケース１１における線膨張係数と厚さとの積が、上述の一方に対応する膨張部材２３３の線膨張係数と厚さとの積に、実質的に等しくなる条件が満たされてもよい。この具体例としては、収容ケース１１における線膨張係数と厚さとの積が、中間ミラー２３４に対応する膨張部材２３３の線膨張係数と厚さとの積に等しくなるようにする。そうすると、光路長Ｌ１，Ｌ２の変化は概ね相殺される。

なお、第２実施形態では、窓側ミラー２４６、中間ミラー２３４及び画像表示パネル２２６が、互いに組み合わされて所定の光路長Ｌ１，Ｌ２を有する光路ＯＰを形成する「光学要素」に相当する。中間ミラー２３４が、収容ケース１１との間に膨張部材３３を設けた「特定光学要素」に相当する。さらに中間ミラー２３４は、「中間ミラー要素」にも相当する。

（他の実施形態）
以上、複数の実施形態について説明したが、本開示は、それらの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。

具体的に第１実施形態に関する変形例１としては、図８に示すように、表示ユニット２１のみならず、中間ミラーユニット３１及び窓側ミラーユニット４１のうち少なくとも一方にも、挟持部材２７Ｘ及び緩衝部材２９Ｘが設けられていてもよい。各ユニット３１，４１では、膨張部材３３、ミラー３４，４６及び緩衝部材２９Ｘが挟持部材２７Ｘの挟持面と回動可能部材４４又は基礎部材３２との間に挟持される。

変形例２としては、各ユニット２１，３１，４１のうち、窓側ミラーユニット４１のみに膨張部材４５が設けられていてもよく、表示ユニット２１のみに膨張部材２８が設けられていてもよい。窓側ミラーユニット４１及び中間ミラーユニット３１のみに膨張部材４５，３３が設けられていてもよく、窓側ミラーユニット４１及び表示ユニット２１のみに膨張部材４５，２８が設けられていてもよく、中間ミラーユニット３１及び表示ユニット２１のみに膨張部材３３，２８が設けられていてもよい。

変形例３としては、窓側ミラーユニット４１及び中間ミラーユニット３１の両方が設けられていなくてもよい。例えば表示ユニット２１と１つのミラーユニットが設けられ、２つの光学要素により結像光学系の光路ＯＰが形成されていてもよい。一方、４つ以上の光学要素により結像光学系の光路ＯＰが形成されていてもよい。

変形例４としては、膨張相殺条件が満たされていなくてもよい。例えば膨張部材２８，３３，４５の厚さが膨張相殺条件から少し外れた値に設定されていたとしても、光路長Ｌ１，Ｌ２の変化の一部を相殺することができる。

変形例５としては、表示ユニット２１には、液晶方式以外の表示方式が採用されていてもよい。例えば、自発光するマイクロＬＥＤを配列したマイクロＬＥＤ表示方式、レーザスキャナ表示方式、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）を用いたＤＬＰ（Digital Light Processing；登録商標）表示方式等の表示方式が採用され得る。

変形例６としては、基礎部が設けられず、膨張部材２８，３３，４５が収容ケース１１に直接的に結合されていてもよい。

変形例７としては、膨張部材２８，３３，４５は、熱で自然に膨張するのではなく、電圧制御回路が収容ケース１１の温度（例えば温度センサから取得した温度）に応じて印加する電圧に応じて、化学的又は機械的に膨張する材料により形成された部材であってもよい。

１１：収容ケース、２６，２２６：画像表示パネル（光学要素）、２８，３３，４５，２３３：膨張部材、３４，２３４：中間ミラー（光学要素）、４６，２４６：窓側ミラー（光学要素）、Ｌ１，Ｌ２：光路長、ＯＰ：光路

Claims (10)

1. 車両に搭載されるように構成される虚像表示装置であって、
   互いに組み合わされて所定の光路長（Ｌ１，Ｌ２）を有する光路（ＯＰ）を形成する複数の光学要素（２６，３４，４６，２２６，２３４，２４６）と、
   前記複数の光学要素を収容する収容ケース（１１）と、
   前記収容ケースと前記光学要素のうち少なくとも１つの特定光学要素（２６，３４，４６，２３４）との間に設けられ、前記収容ケースによる前記特定光学要素の保持を媒介する部材であって、前記収容ケースよりも線膨張係数が大きな材料により形成され、温度上昇環境において前記収容ケースの膨張と共に膨張し、前記収容ケースの膨張に伴う前記光路長の変化のうち少なくとも一部を相殺する膨張部材（２８，３３，４５，２３３）と、を備える虚像表示装置。
2. 前記光路において連続して配置される２つの前記光学要素の両方は、前記特定光学要素に該当し、
   前記２つの光学要素間について、前記収容ケースにおける線膨張係数と厚さとの積が、前記２つの光学要素のうち一方に対応する前記膨張部材の線膨張係数と厚さとの積と、前記２つの光学要素のうち他方に対応する前記膨張部材における線膨張係数と厚さとの積との和に、等しい請求項１に記載の虚像表示装置。
3. 前記光路において連続して配置される２つの前記光学要素のうち一方は、前記特定光学要素に該当し、
   前記２つの光学要素間について、前記収容ケースにおける線膨張係数と厚さとの積が、前記一方に対応する前記膨張部材の線膨張係数と厚さとの積に、等しい請求項１に記載の虚像表示装置。
4. 前記光学要素は、３つ以上設けられ、
   前記３つ以上の光学要素のうち、前記光路において他の光学要素の間の中間地点に配置される前記光学要素は、前記光路を折り返す中間ミラー要素（３４，２３４）であり、前記特定光学要素に該当する請求項１から３のいずれか１項に記載の虚像表示装置。
5. 前記光学要素は、３つ設けられ、
   前記３つの光学要素のうち、前記光路において他の光学要素の間の中間地点に配置される前記光学要素は、前記光路を折り返す中間ミラー要素（２３４）であり、前記特定光学要素に該当し、
   前記中間ミラー要素以外の前記光学要素（２２６，２４６）は、前記収容ケースとの間への前記膨張部材の設定を除外した膨張部材除外形態にて、前記収容ケースに対して保持されている請求項３に記載の虚像表示装置。
6. 前記複数の光学要素のうち、虚像（ＶＲＩ）を結像させる結像光学系を形成する全ての前記光学要素は、前記特定光学要素に該当する請求項１又は２に記載の虚像表示装置。
7. 前記収容ケースのうち内壁部位に対して固定され、前記特定光学要素を支える基礎部（２２，３２，４２）を、さらに備え、
   前記膨張部材は、前記膨張部材の膨張によって、前記特定光学要素を、前記膨張部材を挟んだ前記内壁部位とは反対側に相対的に移動させるように、前記基礎部と前記特定光学要素との間に介挿された状態にて配置されている請求項１から６のいずれか１項に記載の虚像表示装置。
8. 緩衝性を有する緩衝部材（２８）と、
   前記基礎部に対して固定され、前記膨張部材、前記特定光学要素及び前記緩衝部材を重ねた状態にてまとめて、前記基礎部との間に挟持する挟持部材（２７）と、をさらに備える請求項７に記載の虚像表示装置。
9. 前記基礎部としてのバックライト（２２）は、照明光を通過させる筒状に形成された鏡筒部材（２３）を有し、
   前記特定光学要素のうち前記鏡筒部材に対応する前記特定光学要素は、前記バックライトからの照明により画像を表示する画像表示パネル（２６）であり、
   前記膨張部材は、前記鏡筒部材と前記画像表示パネルとの間に介挿された状態にて配置されると共に、前記照明光を通過させる光学的な開口部（２８ａ）を有する請求項７又は８に記載の虚像表示装置。
10. 前記基礎部は、
    前記収容ケースに対して回動不能に結合される回動不能部材（４３）と、
    前記回動不能部材に対して回動可能に設けられる回動可能部材（４４）と、を有し、
    前記特定光学要素のうち前記基礎部に対応する前記特定光学要素は、前記光路における光を反射する反射面（４６ａ）を有する可動ミラー要素（４６）であり、
    前記膨張部材が前記回動可能部材と前記可動ミラー要素との間に介挿された状態にて配置されることで、前記回動可能部材の回動によって前記反射面の向きが変更可能に構成されている請求項７から９のいずれか１項に記載の虚像表示装置。

Images