JP6004706B2 - 表示装置及びこれを備えたヘッドアップディスプレイシステム - Google Patents

Description

この発明は、自動車等の車両で用いられるヘッドアップディスプレイに関する。

ヘッドアップディスプレイは、表示デバイスの表示画像を運転席前方のフロントガラス等の投影面に投影する。運転者にはフロントガラスより前方の虚像が表示されるので、運転者は視線を大きく動かすことなく表示画像を視認することが出来る。

特許文献１は、第１及び第２の表示デバイスとハーフミラーを筐体内部に備えたヘッドアップディスプレイを開示している。これにより、運転者の前面には結像位置が異なる２つの虚像がフロントガラス前方の外景と重複して表示される。しかし、２つの虚像が平行に表示されるので平面的で立体感がないという問題があった。

それに対して、特許文献２に開示されるヘッドアップディスプレイは、ハーフミラーに対する角度を第１の表示デバイスと第２の表示デバイスとの間で相違させることにより、２つの虚像の表示角度を相違させ、立体感のある画像を表示している。

実開昭６３−１６４０３８号公報 特開２００７−２６４５２９号公報

しかしながら、特許文献２のヘッドアップディスプレイは、立体的な画像を表示するために２つの表示デバイスを必要とし、さらに夫々の表示デバイスの角度を定める必要があるために、構造が複雑になるという問題がある。

本発明は上述の問題点に鑑み、簡単な構造の表示装置及びこれを備えたヘッドアップディスプレイシステムの提供を目的とする。

本発明の第１の表示装置は、ヘッドアップディスプレイ用の表示装置であって、一の表示面を有する表示手段と、表示手段の表示面の一部分である第１表示領域から出射された第１出射光を反射するハーフミラーと、表示手段の表示面の第１表示領域と異なる一部分である第２表示領域から出射された第２出射光をハーフミラーの方向に反射する第１の反射板と、を備え、ハーフミラーで反射した第１出射光と、ハーフミラーを透過した第２出射光を重ねて装置外部に導出し、第１の反射板は凹面鏡である。

本発明の第２の表示装置は、ヘッドアップディスプレイ用の表示装置であって、第１の表示装置の構成に加えて、第２表示領域からハーフミラーに至る第２出射光の光路上に設けられ、透光性を有し、第２出射光の出射面が入射面に対して傾斜した偏角素子を備える。

本発明の第３の表示装置は、ヘッドアップディスプレイ用の表示装置であって、表示面を有し、当該表示面から第１の仰角範囲に第１画像を表示し、第２の仰角範囲に第２画像を表示するデュアルディスプレイと、第１の仰角範囲に設けられ、第１画像の表示光を反射するハーフミラーと、第２の仰角範囲に設けられ、第２画像の表示光をハーフミラーの方向に反射する第１の反射板と、を備え、ハーフミラーで反射した第１画像の表示光と、ハーフミラーを透過した第２画像の表示光を重ねて装置外部に導出する。

本発明の第１の表示装置は、一の表示面を有する表示手段と、表示手段の表示面の一部分である第１表示領域から出射された第１出射光を反射するハーフミラーと、表示手段の表示面の第１表示領域と異なる一部分である第２表示領域から出射された第２出射光をハーフミラーの方向に反射する第１の反射板と、を備え、ハーフミラーで反射した第１出射光と、ハーフミラーを透過した第２出射光を重ねて装置外部に導出し、第１の反射板は凹面鏡である。一つの表示手段を用いて２つの虚像を表示することが可能なので、ヘッドアップディスプレイ用の表示装置を簡単な構造で実現できる。

本発明の第２の表示装置は、第２表示領域からハーフミラーに至る第２出射光の光路上に設けられ、透光性を有し、第２出射光の出射面が入射面に対して傾斜した偏角素子を備える。第２出射光を偏角素子で屈折することにより、表示する虚像の一方を他方に対して傾斜させて立体的な表示を行う事が可能になる。

本発明の第３の表示装置は、表示面から第１の仰角範囲に第１画像を表示し、第２の仰角範囲に第２画像を表示するデュアルディスプレイと、第１の仰角範囲に設けられ、第１画像の表示光を反射するハーフミラーと、第２の仰角範囲に設けられ、第２画像の表示光をハーフミラーの方向に反射する第１の反射板と、を備え、ハーフミラーで反射した第１画像の表示光と、ハーフミラーを透過した第２画像の表示光を重ねて装置外部に導出する。一つのデュアルディスプレイを用いて２つの虚像を表示することが可能なので、ヘッドアップディスプレイ用の表示装置を簡単な構造で実現できる。

実施の形態１に係る表示装置の断面図である。 実施の形態１に係る表示装置の虚像位置を示す図である。 実施の形態１の変形例に係る表示装置の断面図である。 実施の形態１の変形例に係る表示装置の虚像位置を示す図である。 実施の形態２に係る表示装置の断面図である。 実施の形態２に係る表示装置の虚像位置を示す図である。 実施の形態２の変形例に係る表示装置の断面図である。 実施の形態２の変形例に係る表示装置の虚像位置を示す図である。 実施の形態３に係る表示装置の断面図である。 実施の形態３に係る表示装置の虚像位置を示す図である。

＜Ａ．実施の形態１＞
＜Ａ−１．構成＞
図１は、実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイ用の表示装置１００の構成を示す断面図であり、図２は表示装置１００の使用状態を示す図である。表示装置１００は例えば自動車などの車両に搭載される。表示装置１００の出力光がフロントガラス１１に反射して運転者に届くことにより、運転者はフロントガラス１１より前方に虚像を視認するものである。

表示装置１００は、唯一つの表示デバイスとしての液晶表示器１の他、ハーフミラー７、平面鏡６、凹面鏡８を備え、さらにこれらの構成要素を位置決めして格納する筐体９を備えている。

液晶表示器１は、バックライトの他、バックライトの上に配置された液晶パネル２や、液晶パネル２を駆動する回路基板を備え、さらにこれらの構成要素を位置決めして格納するケース５を備えている。バックライトは、光源としてのＬＥＤ４と、ＬＥＤ４の上に配置された透光性樹脂板３を備えている。

液晶パネル２は、液晶の複屈折性を応用した表示部であり、スペーサを挟んで対向基板とＴＦＴアレイ基板を向かい合わせ、周囲をシール材で貼り合わせることにより形成されている。対向基板は、ガラス等の絶縁性基板であって、その上に着色層、遮光層、対向電極等が形成されている。ＴＦＴアレイ基板もガラス等の絶縁性基板であって、その上にスイッチング素子となる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）や画素電極等が形成されている。

シール材で貼り合わせた対向基板とＴＦＴアレイ基板の周囲には注入口が形成されており、注入口から液晶が注入した後に注入口を封止材で封入することにより、両基板間に液晶が挟持される。

さらに液晶パネル２は、液晶を配向させる配向膜や、偏光板などを備えている。なお、本発明において液晶パネル２には一般的なものを用いるため、詳細な説明は省略する。

液晶パネル２を駆動する回路基板には、ガラスエポキシ等に銅パターンが形成され、複数の電子部品が半田実装される。回路基板は固定ネジや、あるいはカシメ、引っ掛け爪等により液晶表示器１のケース５に対して機械的に接続されている。

また、回路基板には、外部からの圧力や静電気から保護するため保護カバーが取り付けられている。保護カバーの材料には、アルミニウムやステンレス、亜鉛めっき鋼板などが用いられる。また、保護カバーの回路基板側には、回路基板や回路基板上の電子部品との電気的接触を避けるためにＰＥＴ等の樹脂製シートが貼り付けられている。保護カバーは液晶表示器１のケース５の内側にネジやカシメなどで機械的に接続されている。また、保護カバーには、回路基板と保護カバーを液晶表示器１に取り付けた状態で回路基板上の可変抵抗を制御することが出来るように、可変抵抗の近傍に孔（貫通孔）を有している。なお、外部からの圧力などが大きくない場合は、保護カバーをＰＥＴシートで代用することも出来る。この場合、回路基板との間に絶縁用の樹脂製シートを貼り付ける必要がないため、部品点数を削減できコストが抑えられる。

次に、バックライトの構成について説明する。ケース５の底面には光源基板が設けられ、光源基板上に所定の間隔で複数のＬＥＤ４が点状光源として実装されている。光源基板には、ＬＥＤ４に電力を供給するための回路パターンが形成されている。光源基板を厚さの薄いフラットケーブルで構成すれば、ＬＥＤ４からの熱を効率良く周囲に伝えることが出来る他、光源基板とＬＥＤ４からなる光源装置としての外形サイズを小さくすることが可能である。

光源にはＬＥＤの他、レーザーダイオード（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）などの点状光源や、冷陰極管（Cold Cathode Fluorescent Lamp）などの線光源がある。ＬＥＤには、青色等の単色を発光する半導体発光素子や、半導体発光素子から発する青色光の一部を吸収して黄色光を発する蛍光体からなる擬似白色ＬＥＤ等を用いることが可能である。また、赤色、緑色、青色の各色光を夫々発光する単色ＬＥＤを備え、これらの単色光を合成して白色光を形成しても良い。なお本実施の形態では、擬似白色ＬＥＤを点状光源として使用する。

透光性樹脂板３のＬＥＤ４側面には、ＬＥＤ４からの光を集光するためにＬＥＤの発光点を焦点とする片凸レンズが形成されている。また、レンズの凸形状を達成するためには、ＬＥＤ発光点を焦点とするフレネルレンズを用いても良い。なお、透光性樹脂板の上には任意で光学シートなどを配備することが出来る。また、液晶表示器の輝度配向を整えるため、視野角調整フィルムなどを用いることも出来る。

本実施の形態では、透光性樹脂板３を有する直下型のバックライトを用いているが、光を面状に伝播する導光板を備え、導光板の端面にＬＥＤを配置し、ＬＥＤからの光を導光板内で伝播して面状に出力するエッジライト方式のバックライトを用いても良い。

ケース５は、ＬＥＤ４から放出される熱を伝導させて周囲に放出する機能を有している。また、ケース５は液晶表示器１の各部材を収納し、これらを所定の位置に位置決めする必要があることから、高い強度が求められる。そのため、ケース５の材料は強度が強く、熱伝導性が高い金属であることが望ましい。特に、熱伝導性が高いアルミやアルミ合金を用いることで、効率良くＬＥＤ４からの熱を拡散でき、ＬＥＤ４の温度を下げることが出来る。また、ケース５に広がった熱を効率よく大気に逃がすために、ケース５は筐体９と接触して配置することが望ましい。

次に、液晶表示器１以外の表示装置の構成部材について説明する。ハーフミラー７は、光の一部を透過し一部を正反射する特性を有し、ガラス基板などに反射膜を蒸着形成する金属膜方式と誘導体多層膜方式がある。金属膜の材料としては、クロムやアルミ、銀等が用いられる。ハーフミラー７は液晶表示器１上に設けられる。図１において液晶パネル２を左右に２分割し、左側を第１表示領域、右側を第２表示領域とすると、ハーフミラー７は第１表示領域上で筐体９に位置決めされ、第１表示領域からの出射光を凹面鏡８に向けて反射する。なお、本明細書では他の図でも同様に、液晶表示器１における液晶パネル２の左側を第１表示領域、右側を第２表示領域として説明する。

凹面鏡８は、ハーフミラー７の光を筐体９の窓部１０から外部に反射する。凹面鏡は回転軸を有しており、ステッピングモータ等で当該回転軸を中心に回転させることによって、取り付け角度の調整が可能である。凹面鏡８は、ガラスやポリカーボネート等にアルミを蒸着させて反射膜を形成したものである。球面よりも非球面で凹面鏡８を形成することにより、虚像のひずみを少なくすることが出来る。

ハーフミラー７を中心として凹面鏡８と対向する側、すなわち液晶パネル２の第２表示領域上には、平面鏡６が設けられている。平面鏡６はガラスやポリカーボネート等にアルミを蒸着させて反射膜を形成したものである。

以上に構成を説明した液晶表示器１、ハーフミラー７、凹面鏡８、平面鏡６は筐体９内に設けられ、筐体９により位置決めされている。筐体９は放熱性が高く、強度が強いアルミやマグネシウムダイキャスト等からなる。また、筐体９は透光性樹脂からなるポリカーボネートなどがはめ込まれて形成された窓部１０を有しており、窓部１０から凹面鏡８の反射光が出射する。

＜Ａ−２．動作＞
次に、図１を参照しながらＬＥＤ４の出射光が虚像として運転者に視認されるまでを説明する。

ＬＥＤ４から上方へ出射した光は、透光性樹脂板３のＬＥＤ４側に形成されたフレネルレンズ等で集光され、透光性樹脂板３と垂直な向きの平行光になる。この平行光は、透光性樹脂板３の上部に設けられた光学シート（図示せず）を通過して液晶パネル２に入射する。

ここで、液晶パネル２の第１表示領域を透過した光は、液晶パネル２に対して約４５°の傾きで配置されたハーフミラー７で反射され、さらに凹面鏡８で反射される。凹面鏡８で反射された光は窓部１０から筐体９外部に出射し、図２に示すようにフロントガラス１１に反射して運転者へ導かれる。

また、液晶パネル２の第２表示領域を透過した光は、液晶パネル２に対して約４５°の傾きで配置された平面鏡６で反射される。この反射光はハーフミラー７を透過し、さらに凹面鏡８で反射される。凹面鏡８で反射された光は窓部１０から筐体９外部に出射し、図２に示すようにフロントガラス１１に反射して運転者へ導かれる。なお、図２に示すフロントガラス１１は、表示装置１００の出力光を運転者に向けて反射する透過基板の一例である。すなわち、表示装置１００と透過基板によりヘッドアップディスプレイシステムを構成している。

液晶パネル２の第１、第２表示領域を透過した光はいずれも運転者へ導かれるが、ハーフミラー７に至るまでの光路Ｌ１，Ｌ２に差がある。そのため、液晶パネル２の第１表示領域を透過した光は図２に示す虚像１となり、第２表示領域を透過した光は図２に示す虚像２となる。虚像１と虚像２の間の距離は、Ｌ２−Ｌ１に比例して大きくなる特性を有する。つまり、Ｌ２−Ｌ１を大きくすることで、虚像１と虚像２の間隔を広げることが出来る。

また、凹面鏡８の曲率を大きくすることで、運転者から虚像１，２までの距離を大きくすることが出来る。反対に凹面鏡８の曲率を小さくすると、運転者から虚像１，２までの距離を小さくすることが出来る。凹面鏡８の曲率を大きくすると虚像がより運転者から遠方に外景と重複して表示される。そのため、運転者は外景を視認したままピントを移動することなく虚像を視認することが出来るので、虚像から走行スピード等の情報をより安全に取得することができる。

また、凹面鏡８に替えて平面鏡を用いてもよい。平面鏡は凹面鏡と同様、ガラスやポリカーボネート等にアルミを蒸着させて反射面を形成したものであり、凹面鏡に比べて、製造が容易でコストが安く、一般的な材料であるため、入手性がよい。なお、平面鏡を用いる場合、ハーフミラー７とフロントガラス１１間に凹レンズを備え、凹レンズの曲率を調整することによって、運転者と虚像までの距離を任意で変更することが可能である。

また、平面鏡６に替えて凹面鏡を用い、凹面鏡の曲率を大きくすることにより、虚像１と虚像２の距離を更に大きくすることができる。これにより、運転者が近くを見た場合は虚像１を、遠くを見た場合は虚像２を視認できる為、広い範囲で運転者が画像を見ることが出来る。

また、液晶パネル２の第２表示領域からハーフミラー７に至る光路Ｌ２上に凹レンズ（図示せず）をさらに備え、当該凹レンズの曲率を調整することにより虚像１と虚像２の距離を大きくすることが出来る。また、光路Ｌ２上に複数枚の凹レンズを重ねることによっても、虚像１と虚像２の間隔を大きくすることが出来る。

また、液晶パネル２の第１表示領域と第２表示領域で表示する画像は、同一内容でも異なる内容でも良い。但し、第１表示領域と第２表示領域の双方で同じ画像を表示する場合には、運転者に広く視認させる効果を奏するため、例えば走行速度値等の運転上重要な情報は、第１表示領域と第２表示領域の双方で表示することが望ましい。

なお、表示装置１００の表示手段には液晶表示器を用いたが、有機ＥＬやその他の表示デバイスを用いても良い。

＜Ａ−３．変形例＞
図３は、実施の形態１の変形例に係る表示装置１０１の構成を示す断面図である。図３において、図１に示した表示装置１００と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。

表示装置１０１は、表示装置１００の平面鏡６に替えて複数段の平面鏡６ａ，６ｂ，６ｃを備えたものである。平面鏡６ａ，６ｂ，６ｃは、いずれも液晶パネル２と４５度の角度で設けられている。平面鏡６ａは液晶パネル２の第２表示領域の上方に設けられ、その法線方向は図３の右下方向となる。平面鏡６ｂは平面鏡６ａの次段の平面鏡であり、その法線方向は図３の左下方向となる。平面鏡６ｃは平面鏡６ｂの次段の平面鏡であり、その法線方向は図３の左上方向となる。なお、平面鏡６ａ，６ｂ，６ｃ以外の表示装置１０１の構成は、表示装置１００と同様であるので、説明を省略する。

液晶パネル２の第２表示領域から放たれた光は、まず平面鏡６ａで反射される。平面鏡６ａで反射された光は平面鏡６ｂで反射される。さらに平面鏡６ｃで反射されて、ハーフミラー７に入射する。

このように複数の平面鏡６ａ，６ｂ，６ｃを用いることにより、一つの平面鏡６を用いる表示装置１００に比べて液晶パネル２の第２表示領域からハーフミラー７までの光路Ｌ２を大きくすることができる。そのため、図４に示すように虚像１と虚像２の間隔を大きくすることができる。

なお、平面鏡６ａ，６ｂ，６ｃに代えて凹面鏡を用いた場合には、より虚像１，２の間隔を大きくすることが出来る。

また、３つの平面鏡６ａ，６ｂ，６ｃを用いた場合を例に表示装置１０１を説明したが、平面鏡の枚数はこれに限らない。平面鏡の枚数を多くして液晶パネル２の第２表示領域からハーフミラー７までの光路を長くするほど、虚像１，２の間隔を大きくすることが出来る。

＜Ａ−４．効果＞
本実施の形態の表示装置１００，１０１は、ヘッドアップディスプレイ装置用の表示装置であって、第１表示領域と第２表示領域を含む一の表示領域を有する液晶表示器１（表示手段）と、液晶表示器１の第１表示領域から出射された第１出射光を反射するハーフミラー７と、液晶表示器１の第２表示領域から出射された第２出射光をハーフミラー７の方向に反射する平面鏡６（第１の反射板）と、を備え、ハーフミラー７で反射した第１出射光と、ハーフミラー７を透過した第２出射光を重ねて装置外部に導出する。一つの液晶表示器１を用いて２つの虚像を表示するので、ヘッドアップディスプレイ用の表示装置１００，１０１を簡単な構造で実現できる。

また、本実施の形態の表示装置１００，１０１は、ハーフミラー７で反射した第１出射光と、ハーフミラー７を透過した第２出射光を重ねて装置外部に反射する凹面鏡８（第２の反射板）をさらに備えるので、使用者に対して虚像を表示することが可能である。

また、表示装置１０１は、第２出射光を順次に反射する複数の平面鏡６ａ，６ｂ，６ｃ（第１の反射板）を備えるので、第２出射光のハーフミラー７に至る光路を第１出射光に比べて長くすることが出来る。その結果、２つの虚像の間隔を広げることが出来る。

また、平面鏡６，６ａ，６ｂ，６ｃの代わりに凹面鏡を用いることによっても、２つの虚像の間隔を広げることが出来る。

あるいは、液晶表示器１の第２表示領域からハーフミラー７に至る第２出射光の光路間に凹レンズを設けることにより、２つの虚像の間隔を広げることが出来る。

実施の形態１のヘッドアップディスプレイシステムは、表示装置１００と、表示装置１００から導出された光を使用者側に反射するフロントガラス１１（透過基板）とを備える。表示装置１００の出力光を透過基板上に投射することにより、使用者は透過基板より前方に虚像を視認する。

＜Ｂ．実施の形態２＞
＜Ｂ−１．構成＞
図５は、実施の形態２に係るヘッドアップディスプレイ用の表示装置１０２の構成を示す断面図である。図５において、図１に示した表示装置１００と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。

表示装置１０２は、実施の形態１に係る表示装置１００の構成に加えて偏角素子１２を備えたものである。偏角素子１２は液晶パネル２の第２表示領域上に設けられる。特に、その入射面は液晶パネル２に平行であって第２表示領域をすべて覆うように形成される。偏角素子１２の出射面は入射面と角度αをなしている。偏角素子１２は、透過性を有するガラス、アクリル、ポリカーボネート（ＰＣ）等からなり、入光面、出光面ともに鏡面である。また、偏角素子１２の材料の屈折率をｎ、空気の屈折率を１と仮定すると、入射面と出射面がなす角αは、偏角素子１２内での全反射を避けるためにα＜ｓｉｎ^−１（１／ｎ）を満たす必要がある。

また、平面鏡６が液晶パネル２となす角度をβとすると、β＝４５＋（ｓｉｎ^−１（ｎｓｉｎα）−α）／２とすることにより、偏角素子１２の出射光を平面鏡６で反射させてハーフミラー７に効率よく入射させることができる。

偏角素子１２以外の表示装置１０２の構成は、実施の形態１に係る表示装置１００と同様であるので、説明を省略する。

＜Ｂ−２．動作＞
次に、図５を参照しながらＬＥＤ４の出射光が虚像として運転者に視認されるまでを説明する。ＬＥＤ４から液晶パネル２までの光路と、液晶パネル２の第１表示領域から運転者までの光路については、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

液晶パネル２の第２表示領域を透過した光は、偏角素子１２に入射し、偏角素子１２から出射する際に図５の右方向に屈折する。屈折した光は平面鏡６で反射され、ハーフミラー７を透過し、さらに凹面鏡８で反射される。凹面鏡８で反射された光は窓部１０から筐体９外部に出射し、図６に示すようにフロントガラス１１に反射して運転者へ導かれる。なお、図６に示すフロントガラス１１は、表示装置１０２の出力光を運転者に向けて反射する透過基板の一例である。すなわち、表示装置１０２と透過基板によりヘッドアップディスプレイシステムを構成している。

液晶パネル１の第１表示領域を透過した光による虚像１は、実施の形態１と同様に視認される。一方、第２表示領域の透過光による虚像２は、虚像１と側面視で角度αをなして視認される。このように虚像２は虚像１に対して傾斜して表示されるため、運転者は立体的な画像を視認することとなる。

＜Ｂ−３．変形例＞
図６に示した虚像２の虚像１に対する傾きは、偏角素子１２の入射面と出射面がなす角度αに起因する。しかし、当該角度αには全反射を避けるためにα＜ｓｉｎ^−１（１／ｎ）の制限がある。そこで、実施の形態２の変形例に係る表示装置１０３では複数の偏角素子を用いることにより、虚像２の虚像１に対する傾斜を大きくすることを可能にする。

図７は、実施の形態２の変形例に係る表示装置１０３の構成を示す断面図である。図７において、図５に示した表示装置１０２と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。

表示装置１０３は、表示装置１０２の構成に加えて平面鏡６の前段に偏角素子１３をさらに備えるものである。偏角素子１３は、入射面と出射面が角度γ（γ＜ｓｉｎ^−１（１／ｎ））をなしている。

液晶パネル２の第２表示領域から出射した光は、偏角素子１２で角度αだけ屈折した後、さらに偏角素子１３で角度γだけ屈折するので、合わせて角度（α＋γ）だけ屈折する。よって、側面視において虚像２は虚像１に対して角度α＋γだけ傾く。なお、液晶パネル２の第２表示領域からハーフミラー７に至る光路上に設けられる偏角素子は図７に示す２個に限らず、さらに多くの偏角素子を設けることによって、図８に示すように虚像１と虚像２のなす角を垂直に近づけても良い。これにより、１つの偏角素子１２を備える表示装置１０２に比べて、より立体感がある表示を運転者に提供することが可能になる。

＜Ｂ−４．効果＞
実施の形態２に係る表示装置１０２は、液晶表示器１の第２表示領域からハーフミラー７に至る第２出射光の光路上に設けられ、透光性を有し、第２出射光の出射面が入射面に対して傾斜した偏角素子１２を備えるので、第２出射光が偏角素子１２，１３で屈折し、虚像２が虚像１に対して傾斜して表示される。よって、立体的な表示が可能となる。

また、偏角素子１２の屈折率をｎとした場合に、偏角素子１２，１３の出射面と入射面がなす角度αは、α＜ｓｉｎ^−１１／ｎとすることにより、第２出射光が偏角素子１２，１３内で全反射することを防ぐ。

また、表示装置１０３は、複数の偏角素子１２，１３を備えるので、虚像２を虚像１に対して大きく傾けて、より立体的な表示を可能にする。

＜Ｃ．実施の形態３＞
＜Ｃ−１．構成、動作＞
図９は、実施の形態３に係るヘッドアップディスプレイ用の表示装置１０４の構成を示す断面図である。表示装置１０４はデュアルディスプレイ１５の他、ハーフミラー１７、平面鏡１６、凹面鏡８、偏光素子１４を備える。

デュアルディスプレイ１５は、見る角度に応じて異なる画像を表示することが可能な表示デバイスである。デュアルディスプレイ１５は、例えばＴＦＴ液晶ディスプレイ上に視差バリアを設けて構成され、バックライトからの光を視差バリアで左右に分離させることで２方向に異なる表示を実現する。図９で、デュアルディスプレイ１５から左上方向への出射光を第１画像光、右上方向への出射光を第２画像光とする。

偏角素子１４は、デュアルディスプレイ１５の第１画像光を屈折できるよう、図９においてデュアルディスプレイ１５の左上方に設けられている。また、偏角素子１４の上方には偏角素子１４からの光を凹面鏡８の方向へ反射するための最適な角度でハーフミラー１７が配置されている。

一方、平面鏡１６は図９においてデュアルディスプレイ１５の右上方に設けられ、デュアルディスプレイ１５の第２画像光をハーフミラー１７の方向へ反射するための最適な角度で配置されている。

ハーフミラー１７は偏角素子１４からの第１画像光と平面鏡１６からの第２画像光を合成して凹面鏡８に出力する。凹面鏡８は、ハーフミラー１７からの出力光を装置外部に反射する。凹面鏡８で装置外部に反射された光は、図１０に示すように例えばフロントガラス１１へ投影され、運転者はフロントガラス１１の投影画像を虚像として視認する。第２画像光による虚像２は、第１画像光による虚像１に対して側面視で傾斜するので、運転者に立体的な画像を提供することが可能となる。なお、図１０に示すフロントガラス１１は、表示装置１０４の出力光を運転者に向けて反射する透過基板の一例である。すなわち、表示装置１０４と透過基板によりヘッドアップディスプレイシステムを構成している。

本実施の形態の表示装置１０４はデュアルディスプレイ１５を用いるので、実施の形態１，２のように画面を２分割する必要が無く、画面全体の画像をそれぞれ別の虚像としてフロントガラスに投影することができる。これにより、大きい画像を運転者に視認させることができる。

なお、図９ではデュアルディスプレイ１５とハーフミラー１７の間に偏角素子１４を設けたが、さらにデュアルディスプレイ１５と平面鏡１６の間に設けても良い。これにより、運転者が視認する虚像１と虚像２の側面視における角度がより垂直に近づくので、より立体的な画像となる。また、偏角素子は第１画像光のハーフミラー１７に至る光路上、及び第２画像光のハーフミラー１７に至る光路上で夫々複数設けられていても良い。

また、デュアルディスプレイ１５には液晶デバイスのみならず、有機ＥＬやその他の表示デバイスを用いることが可能である。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

＜Ｃ−２．効果＞
実施の形態３の表示装置１０４は、ヘッドアップディスプレイ装置用の表示装置であって、表示面を有し、当該表示面から第１の仰角範囲に第１画像を表示し、第２の仰角範囲に第２画像を表示するデュアルディスプレイ１５と、第１の仰角範囲に設けられ、第１画像の表示光を反射するハーフミラー７と、第２の仰角範囲に設けられ、第２画像の表示光をハーフミラー７の方向に反射する第１の反射板６と、を備え、ハーフミラー７で反射した第１画像の表示光と、ハーフミラー７を透過した第２画像の表示光を重ねて装置外部に導出する。一つのデュアルディスプレイ１５を用いて２つの虚像を表示するので、ヘッドアップディスプレイ用の表示装置１０４を簡単な構造で実現できる。

また、表示装置１０４は、ハーフミラー７で反射した第１画像の表示光と、ハーフミラー７を透過した第２画像の表示光を重ねて装置外部に反射する凹面鏡８（第２の反射板）を備えるので、使用者に対して虚像を表示することが可能である。

又、表示装置１０４は、デュアルディスプレイ１５の表示面からハーフミラー７に至る第１画像の表示光の光路上に設けられ、透光性を有し、第１画像の表示光の出射面が入射面に対して傾斜した偏角素子１４を備えるので、虚像の一方を他方に対して傾斜させて表示することによって立体的な表示が可能となる。

デュアルディスプレイ１５の表示面から第１の反射板６に至る第２画像の表示光の光路上に設けられ、透光性を有し、第２画像の表示光の出射面が入射面に対して傾斜した偏角素子をさらに備えるので、虚像の一方を他方に対してさらに大きく傾斜させて表示することにより、より立体的な表示が可能となる。

視差バリア方式のＴＦＴ液晶ディスプレイでデュアルディスプレイ１５を構成することも可能である。

１ 液晶表示器、２ 液晶パネル、３ 透光性樹脂板、４ ＬＥＤ、５ ケース、６，６ａ，６ｂ，６ｃ，１６ 平面鏡、７，１７ ハーフミラー、８ 凹面鏡、９ 筐体、１０ 窓部、１１ フロントガラス、１２，１３，１４ 偏角素子、１５ デュアルディスプレイ、１００，１０１，１０２，１０３，１０４ 表示装置。

Claims (14)

1. ヘッドアップディスプレイ装置用の表示装置であって、
   一の表示面を有する表示手段と、
   前記表示手段の前記表示面の一部分である前記第１表示領域から出射された第１出射光を反射するハーフミラーと、
   前記表示手段の前記表示面の前記第１表示領域と異なる一部分である前記第２表示領域から出射された第２出射光を前記ハーフミラーの方向に反射する第１の反射板と、を備え、
   前記ハーフミラーで反射した前記第１出射光と、前記ハーフミラーを透過した前記第２出射光を重ねて装置外部に導出し、
   前記第１の反射板は凹面鏡である、
   表示装置。
2. 前記ハーフミラーで反射した前記第１出射光と、前記ハーフミラーを透過した前記第２出射光を重ねて装置外部に反射する第２の反射板をさらに備える、
   請求項１に記載の表示装置。
3. 前記第２の反射板は凹面鏡である、
   請求項２に記載の表示装置。
4. 前記第２出射光を順次に反射する複数の前記第１の反射板を備える、
   請求項１〜３のいずれかに記載の表示装置。
5. 前記第２表示領域から前記ハーフミラーに至る前記第２出射光の光路上に設けられ、透光性を有し、前記第２出射光の出射面が入射面に対して傾斜した偏角素子をさらに備える、
   請求項１〜４のいずれかに記載の表示装置。
6. 前記偏角素子の屈折率をｎとした場合に、前記偏角素子の前記出射面と前記入射面がなす角度αは、α＜ｓｉｎ ^−１ （１／ｎ）を満たすことを特徴とする、
   請求項５に記載の表示装置。
7. 前記偏角素子を複数備えることを特徴とする、
   請求項６に記載の表示装置。
8. ヘッドアップディスプレイ装置用の表示装置であって、
   表示面を有し、当該表示面から第１の仰角範囲に第１画像を表示し、第２の仰角範囲に第２画像を表示するデュアルディスプレイと、
   前記第１の仰角範囲に設けられ、前記第１画像の表示光を反射するハーフミラーと、
   前記第２の仰角範囲に設けられ、前記第２画像の表示光を前記ハーフミラーの方向に反射する第１の反射板と、を備え、
   前記ハーフミラーで反射した前記第１画像の表示光と、前記ハーフミラーを透過した前記第２画像の表示光を重ねて装置外部に導出する、
   表示装置。
9. 前記ハーフミラーで反射した前記第１画像の表示光と、前記ハーフミラーを透過した前記第２画像の表示光を重ねて装置外部に反射する第２の反射板をさらに備える、
   請求項８に記載の表示装置。
10. 前記第２の反射板は凹面鏡である、
    請求項９に記載の表示装置。
11. 前記デュアルディスプレイの前記表示面から前記ハーフミラーに至る前記第１画像の表示光の光路上に設けられ、透光性を有し、前記第１画像の表示光の出射面が入射面に対して傾斜した偏角素子をさらに備える、
    請求項８〜１０のいずれかに記載の表示装置。
12. 前記デュアルディスプレイの前記表示面から前記第１の反射板に至る前記第２画像の表示光の光路上に設けられ、透光性を有し、前記第２画像の表示光の出射面が入射面に対して傾斜した偏角素子をさらに備える、
    請求項８〜１１のいずれかに記載の表示装置。
13. 前記デュアルディスプレイは視差バリア方式のＴＦＴ液晶ディスプレイである、
    請求項８〜１２のいずれかに記載の表示装置。
14. 請求項１〜１３のいずれかに記載の表示装置と、
    前記表示装置から導出された光を使用者側に反射する透過基板と、
    を備えたヘッドアップディスプレイシステム。

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