JP6738543B2 - 表示装置及びヘッドアップディスプレイ - Google Patents

Description

本発明は、複数の面に画像を表示可能な表示装置と、この表示装置が表示した画像を虚像として視認させるヘッドアップディスプレイに関するものである。

従来のヘッドアップディスプレイは、例えば、特許文献１に開示されるものがある。このようなヘッドアップディスプレイは、１つのプロジェクタ（投射器）から出射される投影光を、プロジェクタからの距離が異なる第１スクリーンと第２スクリーンとのそれぞれに投影し、この第１スクリーンと第２スクリーンとに表示されたそれぞれの画像を視認者前方に位置する透過反射部に映す。これにより、視認者から距離が異なる位置に、第１スクリーンに表示された画像に基づく虚像と、第２スクリーンに表示された画像に基づく虚像と、を視認させるものである。

特開２０１５−０１１２１１号公報

図５に示されるように、異なる距離Ｒ１，Ｒ２に配置される２つのスクリーン６２０，６４０に、１つの投影器６１０でそれぞれ画像を投影するためには、投影器６１０は、第１スクリーン６２０上に第１画像Ｋ１を表示する第１投影光６３０と、第１スクリーン６２０よりも投影器６１０の近傍に配置される第２スクリーン６４０上に第２画像Ｋ２を表示する第２投影光６５０とを概ね同じ第１投影距離Ｒ１で出射し、投影器６１０と第１スクリーン６２０との間の第１投影光６３０の経路上に第１投影光６３０の第１投影距離Ｒ１を第２投影距離Ｒ２に延長する投影距離変更部６６０を設ける。この投影距離変更部６６０は、負の屈折力を有し、例えば、凹レンズや凸面鏡で形成される。

しかしながら、このように一部の投影光（第１投影光６３０）の第１投影距離Ｒ１を大きく延ばした第２投影距離Ｒ２に調整するには、投影距離変更部６６０の曲面の曲率を大きくする必要があり、この曲率が大きくなることにより、投影距離変更部６６０を通過した第１投影光６３０で表示される第１画像Ｋ１が歪んだりしてしまうおそれがあった。

そこで、本発明は、画像の表示品位低下を抑えた表示装置及びヘッドアップディスプレイを提供するものである。

上記の課題を解決するため、本発明の第１の観点に係る表示装置は、第１投影距離を有する投影光を出射する投影器と、
前記投影器から前記投影光に沿って前記第１投影距離より遠方に配置され、前記投影光のうち第１投影光を受光し、第１画像を表示する第１スクリーンと、
前記投影器から前記投影光に沿って前記第１投影距離より近傍に配置され、前記投影光のうち前記第１投影光と異なる第２投影光を受光し、第２画像を表示する第２スクリーンと、
前記投影器から前記第１スクリーンまでの前記第１投影光の経路上に、負の屈折力（光学的パワー）を有し、前記第１投影光の投影距離を長くする投影距離延長部と、
前記投影器から前記第２スクリーンまでの前記第２投影光の経路上に、正の屈折力（光学的パワー）を有し、前記第２投影光の投影距離を短くする投影距離短縮部と、を備えるものである。

また、本発明の第２の観点に係るヘッドアップディスプレイは、第１投影距離を有する投影光を出射する投影器と、
前記投影器から前記投影光に沿って前記第１投影距離より遠方に配置され、前記投影光のうち第１投影光を受光し、第１画像を表示する第１スクリーンと、
前記投影器から前記投影光に沿って前記第１投影距離より近傍に配置され、前記投影光のうち前記第１投影光と異なる第２投影光を受光し、第２画像を表示する第２スクリーンと、
前記投影器から前記第１スクリーンまでの前記第１投影光の経路上に、負の屈折力を有し、前記第１投影光の投影距離を長くする投影距離延長部と、
前記投影器から前記第２スクリーンまでの前記第２投影光の経路上に、正の屈折力を有し、前記第２投影光の投影距離を短くする投影距離短縮部と、
前記第１スクリーンに表示された前記第１画像と前記第２スクリーンに表示された前記第２画像とを視認者前方に位置する透過反射部に向けて投射し、前記視認者に前記透過反射部を介して前記第１画像と前記第２画像とに基づく虚像を視認させる投射部と、を備え、
前記第１スクリーンは、前記視認者に向かう前記第１画像に基づく光の光路が、前記第２画像に基づく光の光路よりも短くなるように配置されるものである。

視認者から見て表示される距離がそれぞれ異なる複数の画像を、表示品位の低下を抑えて表示することができる。

本発明の第１実施形態のヘッドアップディスプレイの概略構成図。 同上実施形態における表示装置の構成と投影光の光路を示す図。 本発明の第２実施形態のヘッドアップディスプレイの概略構成図。 同上実施形態における表示装置の構成と投影光の光路を示す図。 従来の表示装置の構成と投影光の光路を示す図。

以下、添付の図面に基づいて、本発明のヘッドアップディスプレイ（以下、ＨＵＤと記載）１及び表示装置１０の第１実施形態を説明する。

（第１実施形態）
ＨＵＤ１は、例えば自動車に搭載されるものであり、図１に示すように、表示装置１０と、平面鏡（投射部）３０と、凹面鏡（投射部）４０と、筐体５０と、制御基板（図示しない）と、を備える。ＨＵＤ１は、表示装置１０が表示する第１画像Ｍ１の第１表示光Ｎ１と、第２画像Ｍ２の第２表示光Ｎ２とを、平面鏡３０と凹面鏡４０とで車両のフロントガラス（透過反射部の一例）２に向けて出射する。フロントガラス２で反射した第１表示光Ｎ１、第２表示光Ｎ２は、それぞれ所定の空間からなるアイボックス３に配光される。視認者Ｅは、このアイボックス３内に視点を置くことで、第１画像Ｍ１の第１虚像Ｖ１と、第２画像Ｍ２の第２虚像Ｖ２とを視認することができる。後に詳述するが、表示装置１０は、視認者Ｅの視点に到達するまでの第１表示光Ｎ１の距離が、第２表示光Ｎ２の距離よりも短くなるように、第１画像Ｍ１及び第２画像Ｍ２を表示する。これにより、視認者Ｅは、第１画像Ｍ１に基づく第１虚像Ｖ１を、第２画像Ｍ２に基づく第２虚像Ｖ２よりも近い位置に視認する。

筐体５０は、例えば黒色の遮光性合成樹脂から形成され、表示装置１０、平面鏡３０、凹面鏡４０を内部に収納し、外部に制御基板（図示しない）が取り付けられる。
筐体５０は、表示光Ｎ（第１表示光Ｎ１、第２表示光Ｎ２）をフロントガラス２に通過させる開口部５０ａを有し、この開口部５０ａは、透光性カバー５０ｂに覆われている。

表示装置１０は、奥行き方向の異なった位置に複数の画像をそれぞれ表示するものである。本実施形態の表示装置１０は、第１画像Ｍ１と、この第１画像Ｍ１より奥行き方向に遠い第２画像Ｍ２との２つの画像を表示する。なお、本発明の表示装置１０は、奥行き方向の異なった３以上の位置に画像をそれぞれ表示するものであってもよい。表示装置１０の構成については、後で詳述する。

平面鏡（投射部）３０は、例えば合成樹脂やガラス材料からなる基材の表面に、蒸着等の手段により反射膜を形成したものであり、表示装置１０の第１スクリーン２３，第２スクリーン２４が表示する第１画像Ｍ１に基づく第１表示光Ｎ１，第２画像Ｍ２に基づく第２表示光Ｎ２を、凹面鏡４０に向けて反射する。

凹面鏡（投射部）４０は、例えば合成樹脂材料からなる基材の表面に、蒸着等の手段により反射膜を形成したものであり、平面鏡３０で反射した第１表示光Ｎ１，第２表示光Ｎ２をさらに反射させ、フロントガラス２に向けて出射する凹状の自由曲面を有するミラーである。凹面鏡４０で反射した第１表示光Ｎ１，第２表示光Ｎ２は、筐体５０の開口部５０ａに設けられた透光性カバー５０ｂを透過して、フロントガラス２に到達する。第１表示光Ｎ１，第２表示光Ｎ２は、フロントガラス２で視認者Ｅ側に反射され、第１表示光Ｎ１に基づく第１虚像Ｖ１及び第２表示光Ｎ２に基づく第２虚像Ｖ２を視認者Ｅに視認させる。なお、凹面鏡４０は拡大鏡としての機能を有し、表示装置１０に表示された第１画像Ｍ１、第２画像Ｍ２を拡大してフロントガラス２側へ反射してもよい。また、凹面鏡４０は、フロントガラス２が曲面であることに起因する第１虚像Ｖ１及び第２虚像Ｖ２の歪みを軽減する機能を有していてもよい。また、本発明のＨＵＤ１は、上述した平面鏡３０、凹面鏡４０などの反射型の光学部材の代わりにレンズなどの屈折型の光学部材やこれら以外の公知となっている光学部材を投射部として適用してもよく、また反射型、屈折型などの異なる機能を有する光学部材を組み合わせたものであってもよい。以下に、図１，図２を用いて表示装置１０の具体的な構成を説明する。図２は、投影器２０から出射された第１投影光Ｌ１、第２投影光Ｌ２の経路を説明するための図であり、特に、後述する表示器２００の所定の画素２０１ａ、２０２ａから出射される第１投影光Ｌ１の一部である結像光束２６の経路と、第２投影光Ｌ２の一部である結像光束２７の経路と、を説明する図である。

（表示装置１０）
表示装置１０は、図１に示すように、投影光Ｌを出射する投影器２０と、この投影器２０からの投影光Ｌを反射して折り返す第１フォールドミラー２１と、第１フォールドミラー２１からの投影光Ｌを反射して折り返す第２フォールドミラー２２と、投影光Ｌのうち第１投影光Ｌ１を裏面で受光し、表面に第１投影光Ｌ１が結像した第１画像Ｍ１を表示する第１スクリーン２３と、投影光Ｌのうち第２投影光Ｌ２を裏面で受光し、表面に第２投影光Ｌ２が結像した第２画像Ｍ２を表示する第２スクリーン２４と、投影器２０から第１スクリーン２３までの第１投影光Ｌ１の経路上に、負の屈折力（光学的パワー）を有し、第１投影光Ｌ１が有する第１投影距離Ｐ１を第２投影距離Ｐ２に延長する投影距離延長部２５１と、投影器２０から第２スクリーン２４までの第２投影光Ｌ２の経路上に、正の屈折力を有し、第２投影光Ｌ２が有する第１投影距離Ｐ１を第３投影距離Ｐ３に短縮する投影距離短縮部２５２と、を備える。

投影器２０は、図２に示すように、投影光Ｌを生成する表示器２００と、表示器２００が生成した投影光Ｌを投影器２０から遠い方にあるスクリーン（第１スクリーン２３）で結像させる結像部２０４と、を備え、結像部２０４から第１スクリーン２３までの投影光Ｌの光路長に等しい第１投影距離Ｐ１を有する投影光Ｌを第１フォールドミラー２１に向けて出射する。なお、以下では、投影器２０が出射する投影光Ｌのうち第１スクリーン２３に向かうものを第１投影光Ｌ１、第２スクリーン２４に向かうものを第２投影光Ｌ２と記す。ここでいう投影距離Ｐとは、結像部２０４から投影光Ｌが結像する位置までの距離を示し、投射距離、結像距離、像面距離などと呼ばれてもよい。投影器２０が出射する第１投影光Ｌ１と第２投影光Ｌ２とが有する第１投影距離Ｐ１は、厳密に等しくなくてもよく、概ね等しければよい。具体的には、第１投影光Ｌ１と第２投影光Ｌ２とが有する第１投影距離Ｐ１は、概ねピントの合った画像を生成することができる焦点深度Ｑ内であればよい。なお、焦点深度Ｑは、第１投影距離Ｐ１から投影器２０（結像部２０４）側の前方焦点深度Ｑａと、第１投影距離Ｐ１から投影器２０（結像部２０４）とは反対側の後方焦点深度Ｑｂとからなる。焦点深度Ｑは、具体的に例えば、前方焦点深度Ｑａが３ｍｍ、後方焦点深度が３ｍｍからなる６ｍｍ程の範囲を有する。なお、焦点深度は、像面深度と呼ばれてもよい。

表示器２００は、複数の画素がマトリクス状に配列した表示領域を有し、例えば、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ ＭｉｃｒｏＭｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）やＬＣＯＳ（登録商標：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）などの反射型表示素子やＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）液晶パネルなどの透過型表示素子を有し、図示しない制御基板からの制御信号に基づき、第１画像Ｍ１を表示させるための第１投影光Ｌ１と第２画像Ｍ２を表示させるための第２投影光Ｌ２とを含む投影光Ｌを第１フォールドミラー２１に向けて出射する。

なお、表示器２００の前記表示領域は、第１投影光Ｌ１を生成する第１表示領域２０１と、第２投影光Ｌ２を生成する第２表示領域２０２と、第１表示領域２０１と第２表示領域２０２との間に位置し、表示を行わない第３表示領域２０３と、から構成される。図２では、図をわかりやすくするため、第１表示領域２０１のうち第３表示領域２０３との境界にある画素２０１ａから出射され、第１スクリーン２３上の最も第２スクリーン２４に近い点２３１で結像する結像光束２６の光路と、第２表示領域２０２のうち第３表示領域２０３との境界にある画素２０２ａから出射され、第２スクリーン２４上の最も第１スクリーン２３に近い点２４１で結像する結像光束２７の光路のみを図示し、それ以外の投影光Ｌの光路を省略している。

結像部２０４は、単数または複数のレンズからなり、表示器２００が生成した投影光Ｌを第１スクリーン２３、第２スクリーン２４に向けて拡大投射する。また、結像部２０４は、投影器２０から出射される投影光Ｌの投影距離Ｐを調整する。具体的には、結像部２０４は、投影光Ｌ（第１投影光Ｌ１、第２投影光Ｌ２）の投影距離Ｐを、結像部２０４から第１スクリーン２３までの距離に等しい第１投影距離Ｐ１に調整する。言い換えると、結像部２０４は、結像部２０４から第１スクリーン２３上の点２３１に向けて集光する結像光束２６と、第２スクリーン２４上の点２４１に向けて集光する結像光束２７とを、結像部２０４から第１投影距離Ｐ１の位置で収束させる。なお、結像部２０４は、単数または複数の曲面ミラーを含んでいてもよい。

第１フォールドミラー（反射部）２１は、投影器２０と第２フォールドミラー２２との間の投影光Ｌの経路上に配置され、投影器２０から出射された第１投影光Ｌ１及び第２投影光Ｌ２を同一面で第２フォールドミラー２２に向けて反射する屈折力を有さない平面鏡で構成される。第１フォールドミラー２１を設けることで投影光Ｌの光路が折り畳まれるため、表示装置１０の一次方向におけるパッケージサイズはよりコンパクトになる。本実施形態の第１フォールドミラー２１は、第１表示領域２０１のうち第３表示領域２０３との境界にある画素２０１ａから出射される結像光束２６と、第２表示領域２０２のうち第３表示領域２０３との境界にある画素２０２ａから出射される結像光束２７とが分岐する（第１投影光Ｌ１と第２投影光Ｌ２とが分岐する）分岐点２８よりも投影器２０の近傍側に配置される。これにより第１フォールドミラー２１のサイズを小さく抑えることが可能である。
なお、投影器２０から第２フォールドミラー２２までの間に第１フォールドミラー２１を複数設けてもよく、また第１フォールドミラー２１を省略してもよい。また、第１フォールドミラー２１は、分岐点２８よりも投影器２０から離れて配置されてもよい。このように第１フォールドミラー２１が分岐点２８よりも投影器２０から離れて配置される場合、第１フォールドミラー２１は、第１投影光Ｌ１を受光するフォールドミラーと、第２投影光Ｌ２を受光するフォールドミラーとで分割して設けられていてもよい。

第２フォールドミラー２２は、第１フォールドミラー２１と第１スクリーン２３との間の投影光Ｌの経路上に配置され、投影器２０から出射された第１投影光Ｌ１及び第２投影光Ｌ２を第１スクリーン２３、第２スクリーン２４に反射する屈折力を有さない平面鏡で構成される。第２フォールドミラー２２を設けることで投影光Ｌの光路が折り畳まれるため、表示装置１０の一次方向におけるパッケージサイズはよりコンパクトになる。本実施形態の第２フォールドミラー２２は、第１投影光Ｌ１と第２投影光Ｌ２とが分岐する分岐点２８よりも投影器２０側に配置される。これにより第２フォールドミラー２２のサイズを小さく抑えることが可能である。
なお、第１フォールドミラー２１から第１スクリーン２３までの間に第２フォールドミラー２２を複数設けてもよく、また第２フォールドミラー２２を省略してもよい。また、第２フォールドミラー２２は、分岐点２８よりも投影器２０から離れて配置されてもよい。このように第２フォールドミラー２２が分岐点２８よりも投影器２０から離れて配置される場合、第２フォールドミラー２２は、第１投影光Ｌ１を受光するフォールドミラーと、第２投影光Ｌ２を受光するフォールドミラーとで分割して設けられていてもよい。

第１スクリーン２３は、平面又は曲面を有する透過スクリーンであり、例えば、ホログラフィックディフューザ、マイクロレンズアレイ、拡散板等によって構成され、投影器２０の結像部２０４から第１投影光Ｌ１の光路に沿って第１投影距離Ｐ１よりも長い第２投影距離Ｐ２だけ離れた位置に配置され、投影器２０から出射された第１投影光Ｌ１を背面で受光し、表面側に第１画像Ｍ１を表示（結像）する。第１スクリーン２３が第１画像Ｍ１を表示すると、この第１画像Ｍ１を示す第１表示光Ｎ１は、投射部（平面鏡３０、凹面鏡４０）によりフロントガラス２に投射され、フロントガラス２により視認者Ｅ側（所定の領域からなるアイボックス３）に向けて反射される。これにより、視認者Ｅは、前記アイボックス３内に視点を置くことで、フロントガラス２の向こう側に第１虚像Ｖ１を視認することができる。なお、第１スクリーン２３は、厳密に第２投影距離Ｐ２の位置に配設されずに、概ね第２投影距離Ｐ２の位置の近傍であればよい。具体的には、第１スクリーン２３は、第１配光調整部２９１の作用により概ねピントの合った第１画像Ｍ１を生成することができる焦点深度Ｑ内であればよい。

第２スクリーン２４は、第１スクリーン２３と同様、平面又は曲面を有する透過スクリーンであり、例えば、ホログラフィックディフューザ、マイクロレンズアレイ、拡散板等によって構成され、投影器２０の結像部２０４から第２投影光Ｌ２の光軸に沿って第１投影距離Ｐ１よりも短い第３投影距離Ｐ３だけ離れた位置に配置され、投影器２０から出射された第２投影光Ｌ２を背面で受光し、表面側に第２画像Ｍ２を表示する。第２スクリーン２４が第２画像Ｍ２を表示すると、この第２画像Ｍ２を示す第２表示光Ｎ２は、後述の平面鏡３０、凹面鏡４０によりフロントガラス２に投射され、視認者Ｅから見たフロントガラス２の向こう側に第２虚像Ｖ２を表示する。なお、第２スクリーン２４は、厳密に第３投影距離Ｐ３の位置に配設されずに、概ね第３投影距離Ｐ３の位置の近傍であればよい。具体的には、第２スクリーン２４は、第２配光調整部２９２の作用により概ねピントの合った第２画像Ｍ２を生成することができる焦点深度Ｑ内であればよい。

図１に示すように、第１スクリーン２３は、第２スクリーン２４よりも投影器２０から遠くに配置される。すなわち、第１スクリーン２３から視認者Ｅに向けて進行する第１表示光Ｎ１の光路長は、第２スクリーン２４から視認者Ｅに向けて進行する第２表示光Ｎ２の光路長よりも短くなる。それゆえ、視認者Ｅから第１虚像Ｖ１が表示される位置までの距離（表示距離）は、視認者Ｅから第２虚像Ｖ２が表示される位置までの距離（表示距離）よりも短くなるので、本実施形態におけるＨＵＤ１は、第１虚像Ｖ１が第２虚像Ｖ２よりも近くの位置にあるように表示することができる。なお、本実施形態においては、第１虚像Ｖ１の表示距離は２ｍであり、第２虚像Ｖ２の表示距離は５ｍである。

また、第１スクリーン２３は、法線方向が、投射部（平面鏡３０、凹面鏡４０）と透過反射部（フロントガラス２）を介してアイボックス３に向かう第１表示光Ｎ１の光軸に対して平行なるように配置され、そして、第２スクリーン２４も同様に、法線方向が、投射部（平面鏡３０、凹面鏡４０）と透過反射部（フロントガラス２）を介してアイボックス３に向かう第２表示光Ｎ２の光軸に対して平行になるように配置されている。なお、第１スクリーン２３または／および第２スクリーン２４は、法線方向が、第１表示光Ｎ１または／および第２表示光Ｎ２の光軸に対して所定の角度を有するように配置してもよい。このような場合、ＨＵＤ１が生成する第１虚像Ｖ１または／および第２虚像Ｖ２は、鉛直方向から傾いて視認される。

投影距離延長部２５１は、負の屈折力を有する単数の片凹レンズまたは両凹レンズで構成され、第１投影距離Ｐ１と分岐点２８との間の第１投影光Ｌ１の経路上に配置され、第１投影光Ｌ１の投影距離Ｐを、第１投影距離Ｐ１から延長した第２投影距離Ｐ２に調整する。これにより、第１投影光Ｌ１は、投影器２０を基準として第２スクリーン２４より遠い位置に配置された第１スクリーン２３上にピントが合った第１画像Ｍ１を表示する（結像する）。
なお、投影距離延長部２５１は、複数種類のレンズを組み合わせて全体として負の屈折力を有するレンズ群で構成されてもよい。

投影距離短縮部２５２は、正の屈折力を有する単数の片凸レンズまたは両凸レンズで構成され、第２スクリーン２４と分岐点２８との間の第２投影光Ｌ２の経路上に配置され、第２投影光Ｌ２の投影距離Ｐを、第１投影距離Ｐ１から短縮した第２投影距離Ｐ２に調整する。これにより、第２投影光Ｌ２は、第１スクリーン２３より投影器２０に近い位置に配置された第２スクリーン２４上にピントが合った第２画像Ｍ２を表示する（結像する）。
なお、投影距離短縮部２５２は、複数種類のレンズを組み合わせて全体として負の屈折力を有するレンズ群で構成されてもよい。

第１配光調整部２９１は、後述する第２配光調整部２９２よりも大きい屈折力を有する光学系であり、例えば、正の屈折力を有する単数の凸レンズ、または複数種のレンズからなるレンズ群で構成され、投影距離延長部２５１から第１スクリーン２３までの間の第１投影光Ｌ１の経路上に配置される。第１配光調整部２９１は、表示器２００上の第１表示領域２０１の各画素から出射された各結像光束２６の光軸を屈折させて、第１スクリーン２３に出射する。表示器２００の各画素から出射された結像光束２６（第１投影光Ｌ１）が投影距離延長部２５１により発散方向に調整された場合であっても、第１スクリーン２３の各画素から出射される第１表示光Ｎ１を発散方向に補正することができ、投影距離延長部２５１を用いた場合でも第１スクリーン２３から出射される第１表示光Ｎ１を適切に視認者Ｅのアイボックス３に向けることができる。

第２配光調整部２９２は、第１配光調整部２９１よりも小さい屈折力を有する光学系であり、例えば、負の屈折力を有する光学系であり、例えば、単数の凹レンズ、または複数種のレンズからなるレンズ群で構成され、投影距離短縮部２５２から第２スクリーン２４までの間の第２投影光Ｌ２の経路上に配置される。配光調整部２９は、表示器２００上の第２表示領域２０２の各画素から出射された各結像光束２７の光軸を屈折させて、第２スクリーン２４に出射する。表示器２００の各画素から出射された結像光束２７（第２投影光Ｌ２）が投影距離短縮部２５２により収束方向に調整された場合であっても、第２スクリーン２４の各画素から出射される第２表示光Ｎ２を発散方向に補正することができ、投影距離短縮部２５２を用いた場合でも第２スクリーン２４から出射される第２表示光Ｎ２を適切に視認者Ｅのアイボックス３に向けることができる。

本実施形態の表示装置１０は、投影距離延長部２５１から第１スクリーン２３までの間の第１投影光Ｌ１の経路上に配置される第１配光調整部２９１の屈折力を、投影距離短縮部２５２から第２スクリーン２４までの間の第２投影光Ｌ２の経路上に配置される第２配光調整部２９２の屈折力より大きくすることで、投影距離延長部２５１と投影距離短縮部２５２との作用に起因する第１スクリーン２３から出射される第１表示光Ｎ１の配光と第２スクリーン２４から出射される第２表示光Ｎ２の配光とのズレを抑制することができる。このように、第１表示光Ｎ１と第２表示光Ｎ２との配光のズレを抑制することで、所定のアイボックス３内の視点移動であれば、視認者Ｅに略均一な輝度の第１虚像Ｖ１、第２虚像Ｖ２を視認させることができる。

なお、第１配光調整部２９１の屈折力は、第２配光調整部２９２の屈折力より大きければよいので、第１配光調整部２９１と第２配光調整部２９２とがともに正または負の屈折力を有してもよい。また、第１配光調整部２９１が正の屈折力または第２配光調整部２９２が負の屈折力であれば、第１配光調整部２９１または第２配光調整部２９２のいずれか一方を設けて、他方を省略することも可能である。

以上が、本発明の第１実施形態の表示装置及びヘッドアップディスプレイの構成である。
以下に、図４，図５を用いて、本発明の表示装置及びヘッドアップディスプレイの第２実施形態を説明する。なお、第１実施形態と同じ構成については、同じ符号を付し、細かい説明は省略する。
図４は、第２実施形態におけるＨＵＤ１ａの概略的な構成を示す図であり、図５は、第２実施形態の表示装置１０ａにおける光学部材の配置と、第１投影光Ｌ１（結像光束２６）、第２投影光Ｌ２（結像光束２７）の光路を説明する図である。

（第２実施形態）
第２実施形態の表示装置１０ａは、投影距離延長部２５１ａと投影距離短縮部２５２ａとが第２フォールドミラー２２ａ上の第１反射曲面２２１と第２反射曲面２２２とで構成されている点で第１実施形態と異なる。

第２実施形態の第２フォールドミラー２２ａは、第１投影光Ｌ１と第２投影光Ｌ２とが分岐する分岐点２８よりも投影器２０から離れて配置され、第１投影光Ｌ１を反射する負の屈折力を有し、投影距離延長部２５１ａとして機能する凸面の第１反射曲面２２１と、第２投影光Ｌ２を反射する正の屈折力を有し、投影距離短縮部２５２ａとして機能する凹面の第２反射曲面２２２と、を少なくとも含む。

第１反射曲面２２１（投影距離延長部２５１ａ）は、負の屈折力を有する凸状の自由曲面などで形成され、第１投影光Ｌ１の投影距離Ｐを、結像部２０４により調整された第１投影距離Ｐ１を延長した第２投影距離Ｐ２に調整する。これにより、第１投影光Ｌ１は、第２スクリーン２４より投影器２０の遠方に配置された第１スクリーン２３上にピントが合った状態で第１画像Ｍ１を表示する（結像する）。

第２反射曲面２２２（投影距離短縮部２５２ａ）は、正の屈折力を有する凹状の自由曲面などで形成され、第２投影光Ｌ２の投影距離Ｐを、結像部２０４により調整された第１投影距離Ｐ１を短縮した第３投影距離Ｐ３に調整する。これにより、第２投影光Ｌ２は、第１スクリーン２３より投影器２０の近傍に配置された第２スクリーン２４上にピントが合った状態で第２画像Ｍ２を表示する（結像する）。

なお、第１フォールドミラー２１から第２スクリーン２４までの間に第２フォールドミラー２２ａを複数設けてもよく、投影距離延長部２５１ａ、投影距離短縮部２５２ａとして必要とされる所望の屈折力を複数の第２フォールドミラー２２ａの屈折力で構成してもよい。また、第２フォールドミラー２２は、第１投影光Ｌ１を受光するフォールドミラーと、第２投影光Ｌ２を受光するフォールドミラーとで分割して設けられていてもよい。

また、投影距離延長部２５１，２５１ａ、投影距離短縮部２５２，２５２ａは、第１実施形態で示したような屈折光学系と、第２実施形態で示したような反射光学系を組み合わせたもので構成されてもよい。

以上に説明したように、本発明の表示装置１０は、第１投影距離Ｐ１を有する投影光Ｌを出射する投影器２０と、投影器２０から投影光Ｌに沿って第１投影距離Ｐ１より遠方に配置され、投影光Ｌのうち第１投影光Ｌ１を受光し、第１画像Ｍ１を表示する第１スクリーン２３と、投影器２０から投影光Ｌに沿って第１投影距離Ｐ１より近傍に配置され、投影光Ｌのうち第１投影光Ｌ１と異なる第２投影光Ｌ２を受光し、第２画像Ｍ２を表示する第２スクリーン２４と、投影器２０から第１スクリーン２３までの第１投影光Ｌ１の経路上に、負の屈折力を有し、第１投影光Ｌ１の投影距離Ｐを長くする投影距離延長部２５１と、投影器２０から第２スクリーン２４までの第２投影光Ｌ２の経路上に、正の屈折力を有し、第２投影光Ｌ２の投影距離Ｐを短くする投影距離短縮部２５２と、を備える。このように、投影器２０が、遠方に位置する第１スクリーン２３と近傍に位置する第２スクリーン２４との間に結像する投影光Ｌを投射し、この投影光Ｌの一部（第１投影光Ｌ１）の投影距離Ｐを初期の第１投影距離Ｐ１から第２投影距離Ｐ２に延長し、投影光Ｌの一部（第２投影光Ｌ２）の投影距離Ｐを初期の第１投影距離Ｐ１から第３投影距離Ｐ３に短縮するため、投影距離Ｐを調整する投影距離延長部２５１と投影距離短縮部２５２の曲率を小さく抑えることができるため、第１画像Ｍ１、第２画像Ｍ２の歪みを低減し、表示品位低下を抑えることができる。

また、本発明の表示装置１０は、投影器２０と第１スクリーン２３との間の投影光Ｌの経路上に、第１投影光Ｌ１と前記第２投影光とを第１スクリーン２３と第２スクリーン２４とにそれぞれ向けて反射する第２フォールドミラー２２ａ（反射部）をさらに備え、第２フォールドミラー２２は、第１投影光Ｌ１を第１スクリーン２３に向けて反射する第１反射曲面２２１（第１反射面）と、第２投影光Ｌ２を第２スクリーン２４に向けて反射する第２反射曲面２２２（第２反射面）と、を備え、投影距離延長部２５１は、第１反射曲面２２１に形成され、投影距離短縮部２５２は、第２反射曲面２２２に形成されてもよい。このように、第２フォールドミラー２２ａで第１投影光Ｌ１の投影距離Ｐを延長し、かつ第２投影光Ｌ２の投影距離Ｐを短縮することができるため、投影光Ｌを折り返し、投影光Ｌの光路をコンパクトにさせつつ、投影距離Ｐの異なる第１スクリーン２３、第２スクリーン２４にそれぞれ第１画像Ｍ１、第２画像Ｍ２を結像させることができる。

また、本発明の表示装置１０は、第２フォールドミラー２２ａが、第１投影光Ｌ１と第２投影光Ｌ２とを同一面上で反射可能に設けてもよい。これにより、第１投影光Ｌ１を第１スクリーン２３に向けて反射する第１反射面２２１と、第２投影光Ｌ２を第２スクリーン２４に向けて反射する第２反射面２２２と、の相対的な位置精度が向上し、組み付け誤差などによる各スクリーン上で表示される画像のピントズレや投影位置のばらつきを低減することができる。

また、本発明の表示装置１０は、投影距離延長部２５１から第１スクリーン２３までの間の第１投影光Ｌ１の経路上に配置され、所定の屈折力を有する第１配光調整部２９１または投影距離短縮部２５２から第２スクリーン２４までの間の第２投影光Ｌ２の経路上に配置され、所定の屈折力を有する第２配光調整部２９２の少なくともいずれか一方をさらに備え、投影距離延長部２５１から第１スクリーン２３までの間の第１投影光Ｌ１の経路における屈折力を、投影距離短縮部２５２から第２スクリーン２４までの間の第２投影光Ｌ２の経路における屈折力より大きくしてもよい。

以上の説明では、本発明の理解を容易にするために、重要でない公知の技術的事項の説明を適宜省略した。

本発明は、例えば、車両に搭載される表示装置やヘッドアップディスプレイとして利用することができる。

１、１ａ ＨＵＤ（ヘッドアップディスプレイ）
２ フロントガラス（透過反射部）
３ アイボックス
１０、１０ａ 表示装置
２０ 投影器
２１ 第１フォールドミラー
２２ 第２フォールドミラー
２２ａ 第２フォールドミラー
２３ 第１スクリーン
２４ 第２スクリーン
２６ 結像光束
２７ 結像光束
２８ 分岐点
２９ 配光調整部
３０ 平面鏡
４０ 凹面鏡
２００ 表示器
２０１ 第１表示領域
２０１ａ 画素
２０２ 第２表示領域
２０２ａ 画素
２０３ 第３表示領域
２０４ 結像部
２２１ 第１反射曲面（第１反射面）
２２２ 第２反射曲面（第２反射面）
２５１、２５１ａ 投影距離延長部
２５２、２５２ａ 投影距離短縮部
２９１ 第１配光調整部
２９２ 第２配光調整部
Ｅ 視認者
Ｌ 投影光
Ｌ１ 第１投影光
Ｌ２ 第２投影光
Ｍ１ 第１画像
Ｍ２ 第２画像
Ｎ 表示光
Ｎ１ 第１表示光
Ｎ２ 第２表示光
Ｐ 投影距離
Ｐ１ 第１投影距離
Ｐ２ 第２投影距離
Ｐ３ 第３投影距離
Ｑ 焦点深度
Ｑａ 前方焦点深度
Ｑｂ 後方焦点深度
Ｖ１ 第１虚像
Ｖ２ 第２虚像

Claims (10)

1. 第１投影距離を有する投影光を出射する投影器と、
   前記投影器から前記投影光に沿って前記第１投影距離より遠方に配置され、前記投影光のうち第１投影光を受光し、第１画像を表示する第１スクリーンと、
   前記投影器から前記投影光に沿って前記第１投影距離より近傍に配置され、前記投影光のうち前記第１投影光と異なる第２投影光を受光し、第２画像を表示する第２スクリーンと、
   前記投影器から前記第１スクリーンまでの前記第１投影光の経路上に、負の屈折力を有し、前記第１投影光の投影距離を長くする投影距離延長部と、
   前記投影器から前記第２スクリーンまでの前記第２投影光の経路上に、正の屈折力を有し、前記第２投影光の投影距離を短くする投影距離短縮部と、を備える、
   ことを特徴とする表示装置。
2. 前記投影器と前記第１スクリーンとの間の前記投影光の経路上に、前記第１投影光と前記第２投影光とを前記第１スクリーンと前記第２スクリーンとにそれぞれ向けて反射する反射部をさらに備え、
   前記反射部は、前記第１投影光を前記第１スクリーンに向けて反射する第１反射面と、前記第２投影光を前記第２スクリーンに向けて反射する第２反射面と、を備え、
   前記投影距離延長部は、前記第１反射面に形成され、
   前記投影距離短縮部は、前記第２反射面に形成される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記反射部は、前記第１投影光と前記第２投影光とを同一面上で反射可能に設けられる、
   ことを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
4. 前記投影距離延長部から前記第１スクリーンまでの間の前記第１投影光の経路上に配置され、所定の屈折力を有する第１配光調整部または前記投影距離短縮部から前記第２スクリーンまでの間の前記第２投影光の経路上に配置され、所定の屈折力を有する第２配光調整部の少なくともいずれか一方をさらに備え、
   前記投影距離延長部から前記第１スクリーンまでの間の前記第１投影光の経路における屈折力を、前記投影距離短縮部から前記第２スクリーンまでの間の前記第２投影光の経路における屈折力より大きくする、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の表示装置。
5. 前記投影距離延長部から前記第１スクリーンまでの間の前記第１投影光の経路上に配置され、正の屈折力を有する第１配光調整部と、前記投影距離短縮部から前記第２スクリーンまでの間の前記第２投影光の経路上に配置され、負の屈折力を有する第２配光調整部と、をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の表示装置。
6. 第１投影距離を有する投影光を出射する投影器と、
   前記投影器から前記投影光に沿って前記第１投影距離より遠方に配置され、前記投影光のうち第１投影光を受光し、第１画像を表示する第１スクリーンと、
   前記投影器から前記投影光に沿って前記第１投影距離より近傍に配置され、前記投影光のうち前記第１投影光と異なる第２投影光を受光し、第２画像を表示する第２スクリーンと、
   前記投影器から前記第１スクリーンまでの前記第１投影光の経路上に、負の屈折力を有し、前記第１投影光の投影距離を長くする投影距離延長部と、
   前記投影器から前記第２スクリーンまでの前記第２投影光の経路上に、正の屈折力を有し、前記第２投影光の投影距離を短くする投影距離短縮部と、
   前記第１スクリーンに表示された前記第１画像と前記第２スクリーンに表示された前記第２画像とを視認者の前方に位置する透過反射部に向けて投射し、前記視認者に前記透過反射部を介して前記第１画像と前記第２画像とに基づく虚像を視認させる投射部と、を備え、
   前記第１スクリーンは、前記視認者に向かう前記第１画像に基づく光の光路が、前記第２画像に基づく光の光路よりも短くなるように配置される、
   ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ。
7. 前記投影器と前記第１スクリーンとの間の前記投影光の経路上に、前記第１投影光と前記第２投影光とを前記第１スクリーンと前記第２スクリーンとにそれぞれ向けて反射する反射部をさらに備え、
   前記反射部は、前記第１投影光を前記第１スクリーンに向けて反射する第１反射面と、前記第２投影光を前記第２スクリーンに向けて反射する第２反射面と、を備え、
   前記投影距離延長部は、前記第１反射面に形成され、
   前記投影距離短縮部は、前記第２反射面に形成される、
   ことを特徴とする請求項６に記載のヘッドアップディスプレイ。
8. 前記反射部は、前記第１投影光と前記第２投影光とを同一面上で反射可能に設けられる、
   ことを特徴とする請求項７に記載のヘッドアップディスプレイ。
9. 前記投影距離延長部から前記第１スクリーンまでの間の前記第１投影光の経路上に配置され、所定の屈折力を有する第１配光調整部または前記投影距離短縮部から前記第２スクリーンまでの間の前記第２投影光の経路上に配置され、所定の屈折力を有する第２配光調整部の少なくともいずれか一方をさらに備え、
   前記投影距離延長部から前記第１スクリーンまでの間の前記第１投影光の経路における屈折力を、前記投影距離短縮部から前記第２スクリーンまでの間の前記第２投影光の経路における屈折力より大きくする、
   ことを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ。
10. 前記投影距離延長部から前記第１スクリーンまでの間の前記第１投影光の経路上に配置され、正の屈折力を有する第１配光調整部と、前記投影距離短縮部から前記第２スクリーンまでの間の前記第２投影光の経路上に配置され、負の屈折力を有する第２配光調整部と、をさらに備える、
    ことを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ。

Images