WO2014203534A1

WO2014203534A1 - ヘッドアップディスプレイ装置、およびヘッドアップディスプレイ装置に用いられる照明装置

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Publication number: WO2014203534A1
Application number: PCT/JP2014/003285
Authority: WO
Inventors: 孝啓南原
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2013-06-20
Filing date: 2014-06-19
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2015-12-20
Also published as: DE112014002900T5; US20160147061A1; JP2015004825A; KR101766573B1; KR20160010558A; US9835858B2; JP5974987B2; CN105359030A

Abstract

　画像表示部（１２）に表示した画像を、画像照明部（１００）によって照明し、その画像を、少なくとも１つの凹面鏡要素（１６）を有する表示光学系（２,１４,１６）を用いて運転者に虚像表示する。画像照明部（１００）には、照明のための光を放出する光放出面（１０４ｂ）と、アイボックス（５）の表示光学系（２,１４,１６）による入射瞳（６）を、光放出面（１０４ｂ）上に分割して結像させるレンズアレイ（１０２）とを設ける。こうすれば、光放出面（１０４ｂ）とアイボックス（５）とが、レンズアレイ（１０２）および表示光学系（２,１４,１６）を介して共役な関係となるので、光放出面（１０４ｂ）からレンズアレイ（１０２）に向けて放出された光を効率よくアイボックス（５）に到達させることができる。その結果、光を効率よく照明に用いることができるので、光源の輝度を上げたり、表示可能な色数を減らしたりすることなく、高い輝度の画像を虚像表示することが可能となる。

Description

ヘッドアップディスプレイ装置、およびヘッドアップディスプレイ装置に用いられる照明装置

関連出願の相互参照

　本出願は、当該開示内容が参照によって本出願に組み込まれた、２０１３年６月２０日に出願された日本特許出願２０１３－１３００６１を基にしている。

　本開示は、運転席の前方に設けられた透明な板状部材に画像を投影することによって、運転席の前方の景色に重ねて画像を虚像表示するヘッドアップディスプレイ装置、およびヘッドアップディスプレイ装置に用いられる照明装置に関する。

　運転席に前方に設けられた透明な板状部材（コンバイナーやウィンドシールドなど）に画像を投影することによって、運転席の前方の景色に重ねて画像を虚像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。ＨＵＤ装置は、投影しようとする画像を液晶画面などに表示して、背面側から光を照射することによって画像を投影する。

　このＨＵＤ装置では、好天時であっても、前方の景色に重ねて表示された画像が鮮明に視認できる必要があるため、十分な高い輝度で画像を虚像表示可能なことが要請されている。この要請に応えるためには、液晶画面などを背面側から照射する光源の輝度を増加させればよいが、そうすると光源の放熱量が増加したり、光源を収容するために大きなスペースが必要になったりする。

　そこで、通常は赤色の画素、緑色の画素、青色の画素の３種類の画素で構成されている液晶画面を、赤色の画素および緑色の画素の２種類の画素で構成する技術が提案されている（特許文献１）。こうすれば、単位面積あたりの液晶画面で発光する画素の密度を高めることができるので、光源の輝度を上げなくても、虚像表示された画像の輝度を高めることが可能となる。

特開２００９－０７５５４７号公報

　しかし、提案されている技術では、液晶画面上に青色の画素が存在しないので、表示可能な色が制限さてしまう。すなわち、光の三原色に対応する赤色、緑色、青色を表示することができれば、これらを混色することによって実用上の全ての色を表示することが可能となる。しかしながら、特許文献１に係る技術では、青色が表示することができないので、表示可能な色が大幅に制限されてしまう。

　この開示は、上述した点に鑑みてなされたものであり、光源の輝度を上げたり、表示可能な色数を減らしたりすることなく、ＨＵＤ装置で高い輝度の画像を虚像表示することが可能な技術の提供を目的とする。

　本開示のヘッドアップディスプレイ装置および照明装置は、運転者に対して表示しようとする画像を画像表示部に表示して、表示した画像を照明することによって、運転者に虚像表示する。ここで、画像表示部と、画像表示部に表示された画像を照明するための光を放出する光放出面との間には、レンズアレイが配置されている。

　尚、光放出面は、光を放出する面であれば足り、光を発光する発光面とすることもできるし、内部からの光を透過させる透過面とすることもできるし、更には光を拡散させる拡散面とすることもできる。

　レンズアレイは、複数の小レンズから構成されているので焦点距離を短くすることができ、尚且つ、レンズアレイ全体では大きなレンズ径を実現することができる。このため、画像表示部と光放出面との距離が短い場合でも、光放出面からの光を効率よく集光することができる。その結果、画像表示部の画像全体を照明することができ、高い輝度の画像を虚像表示することが可能となる。

　尚、レンズアレイは、複数の小レンズが列状にあるいは面状に配置されていれば良い。従って、複数の小レンズは、一体に形成されていてもよいし、別体に形成された複数の小レンズを配置することによって、レンズアレイを形成しても良い。

　また、上述した本開示のヘッドアップディスプレイ装置においては、画像表示部に表示されて、照明された画像を、少なくとも１つの凹面鏡要素を有する表示光学系を用いて、運転者に虚像表示してもよい。そして、画像表示部と光放出面との間に設けられたレンズアレイを用いて、アイボックスの表示光学系による入射瞳を光放出面上に分割して結像させることとしても良い。

　こうすれば、光放出面とアイボックスとが、レンズアレイおよび表示光学系を介して共役な関係となるので、光放出面からレンズアレイに向けて放出された光が必ずアイボックスに到達する。このため、光放出面から放出された光を効率よく利用することができるので、高い輝度の画像を虚像表示することが可能となる。

　尚、凹面鏡要素としては、いわゆる凹面鏡を用いることもできるし、透明な材料によって形成されて、斜め方向から投影された光を反射するいわゆるコンバイナーを用いることもできる。

　また、上述した本開示のヘッドアップディスプレイ装置においては、運転者の前方に設けられた透明な板状部材に、凹面鏡を用いて画像を投影することによって、投影した画像を虚像表示することとしてもよい。

　こうすれば、車両のウィンドシールドに画像を投影することができるので、大きな画像を虚像表示することができる。そして、本開示のヘッドアップディスプレイ装置では、高輝度の画像を表示することができる。従って、表示する画像が大きくなっても、十分な輝度を確保することが可能となる。

　また、上述した本開示のヘッドアップディスプレイ装置においては、光の透過率を変更することによって画像を表示する透過型の画像表示部の背面側から、画像を照明することとしてもよい。

　画像表示部としては、マトリックス状に配列した微少な反射鏡の角度を制御することで画像を表示する反射型の画像表示部を用いることもできる。但し、透過型の画像表示部であれば、画像表示部と光放出面との距離を短くすることができる。そして、本開示のヘッドアップディスプレイ装置では、画像表示部と光放出面との距離が短くなっても、レンズアレイを用いることによって、アイボックスの像を分割して光放出面に結像させることができる。従って、光を効率よく用いて照明することができる。その結果、コンパクトでありながら、高い輝度で画像を表示可能なヘッドアップディスプレイ装置を実現することが可能となる。

　また、上述した本開示のヘッドアップディスプレイ装置においては、一端側から入射された光源の光を内周側面で反射することによって他端側から出射するライトパイプを備え、そのライトパイプの出射側の端面に、光放出面を設けることとしても良い。尚、ライトパイプは、透明部材の周側面に反射層を形成したり、あるいは筒状部材の内周面に反射層を形成したりすることによって形成することができる。

　こうすれば、ライトパイプの一端側から入射した光を、効率よく光放出面まで導くことができる。また、ライトパイプの一端を光源に近付けることで、光源からの光を効率よくライトパイプに入射させることもできる。その結果、光源が放出した光を効率よく照明に利用することができるので、高い輝度で画像を表示することが可能となる。

　更に、ライトパイプの一端側から入射した光は、ライトパイプの内周側面で反射を繰り返しながらライトパイプ内を進行する。従って、光が入射した時点では輝度や色の偏りがあっても、他端側から光が出射されるまでには、均一化された状態で出射される。このため、運転者の目の位置がアイボックス内で移動しても、同じ明るさや色で画像を虚像表示することが可能となる。

　また、上述した本開示のヘッドアップディスプレイ装置においては、ライトパイプの出射側の端面に、端面から出射した光を拡散させる拡散部を設けることとしてもよい。

　こうすれば、ライトパイプの端面から出射される光が、拡散部によっても均一化されるので、ライトパイプを短くすることが可能となる。その結果、ヘッドアップディスプレイ装置を小型化することが可能となる。

　尚、拡散部は、ライトパイプの出射側の端面に、板状の拡散部材を設けても良い。また、拡散部は、ライトパイプの出射側の端面を、磨りガラス状に仕上げたり、シボ加工を施したりすることによって設けてもよい。

　また、上述したライトパイプを備える本開示のヘッドアップディスプレイ装置においては、レンズアレイが入射瞳を分割して結像させる位置ごとに、ライトパイプを設けることとしても良い。

　こうすれば、レンズアレイが入射瞳を分割して結像させる位置ごとに、ライトパイプによって光を導くことができる。従って、ライトパイプの端面から出射された光を、レンズアレイおよび表示光学系を介して、効率よくアイボックスに到達させることができる。その結果、高い輝度で画像を表示することが可能となる。

　また、ライトパイプを備える本開示のヘッドアップディスプレイ装置においては、ライトパイプの出射側の端面からの光を、レンズアレイに含まれる複数の小レンズに向かって出射することとしてもよい。

　こうすれば、ライトパイプからの光を複数の小レンズに供給することができるので、ライトパイプの本数を減らすことができる。

本実施例のＨＵＤ装置が車両に搭載された様子を示す説明図である。本実施例のＨＵＤ装置を示す斜視図である。ＨＵＤ装置が液晶画面上の画像を虚像表示する原理についての説明図である。ＨＵＤ装置が液晶画面の画像を高輝度で表示する原理についての説明図である。本実施例のＨＵＤ装置に搭載された照明装置の内部構造を示す説明図である。本実施例の照明装置に組み込まれた照明光学系の分解組立図である。本実施例の照明装置が液晶画面を背面から照明する様子を示す断面図である。本実施例のＨＵＤ光学系によって得られるアイボックスの入射瞳を示す参考図である。変形例の照明装置の内部構造を示す説明図である。変形例の照明装置に組み込まれた照明光学系の分解組立図である。小レンズを小さくすることで小型化した照明装置の内部構造を示す説明図である。小レンズを複数列に配列することで小型化した照明装置の内部構造を示す説明図である。コンバイナーを備えるＨＵＤ装置に適用した変形例についての説明図である。

　以下では、本開示の実施例について説明する。

　図１Ａには、本実施例のヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤ装置）１０が車両１に搭載された様子が示されている。図示されるように、本実施例のヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤ装置）１０は、運転席から見て車両１の前方のダッシュボード３内に搭載されており、ウィンドシールド２に向けて画像を投影する。すると、ＨＵＤ装置１０から投影された画像がウィンドシールド２で反射して運転者の目に到達する。その結果、運転者は、投影された画像の虚像を、ウィンドシールド２の向こう側に表示された表示画像４として認識する。尚、本実施例のウィンドシールド２は、本開示における「板状部材」に対応する。

　また、図１Ｂに示されるように、本実施例のＨＵＤ装置１０は、主に液晶表示装置などによって構成されて画像を表示する画像表示部１２と、画像表示部１２を背面側から照明する照明装置１００と、画像表示部１２に表示されて照明装置１００によって投影された画像を反射する平面鏡１４と、平面鏡１４によって反射された画像を更に反射してウィンドシールド２に投影する凹面鏡１６とを備えている。凹面鏡１６によってウィンドシールド２には拡大された画像が投影され、その画像が運転者に認識される。

　尚、本実施例の照明装置１００は、本開示における「画像照明部」に対応する。また、本実施例の凹面鏡１６は、本開示における「凹面鏡要素」に対応する。更に、本実施例の平面鏡１４、凹面鏡１６、およびウィンドシールド２は、本開示における「表示光学系」に対応する。

　また、本実施例のＨＵＤ装置１０では、画像表示部１２が主に液晶表示装置によって構成されているものとして説明する。しかしながら、マトリックス状に配列した微少な反射鏡の角度を制御することで画像を表示する反射型の画像表示部１２を用いることもできる。この場合は、画像表示部１２は前方から照明装置１００によって照明される。

　また、本実施例のＨＵＤ装置１０では、凹面鏡１６を用いることによって、ウィンドシールド２に投影される画像を拡大している。しかし、ウィンドシールド２の手前側（運転者側）にコンバイナーと呼ばれる透明な板状部材を設け、このコンバイナーを凹面形状とすることによって、運転者には画像が拡大されて見えるようにしても良い。

　図２には、本実施例のＨＵＤ装置１０が、画像表示部１２で表示された画像を拡大して虚像表示する原理が示されている。尚、実際のＨＵＤ装置１０には平面鏡１４が設けられているが、この平面鏡１４は光路を折り曲げるためのものであり、画像の表示には直接の関係がないため、図２では省略されている。ウィンドシールド２についても、凹面鏡１６から投影された光を運転者に向けて反射するだけで、画像が虚像として表示されることとは関係がないため、図２では省略されている。

　尚、本実施例では、凹面鏡１６は１つだけ用いられているが、凹面鏡１６で反射した画像を更に別の凹面鏡を用いて反射するようにしてもよい。このような場合、図２に示した凹面鏡１６は、それら複数の凹面鏡による多段の反射を代表したものとなる。

　また、図２に示したように、画像表示部１２に表示された画像を拡大して虚像表示するためのＨＵＤ装置１０の光学系を、以下では「ＨＵＤ光学系」と称する。

　ＨＵＤ光学系では、凹面鏡１６の焦点距離が、比較的長い値に設定されている。そして、画像表示部１２は、凹面鏡１６の焦点距離よりも凹面鏡１６に近い位置に設けられる。図１Ｂに示した例では、画像表示部１２と凹面鏡１６との間に平面鏡１４が設けられている。従って、画像表示部１２から平面鏡１４までの距離と、平面鏡１４から凹面鏡１６までの距離との合計が、凹面鏡１６の焦点距離よりも短くなっている。こうすれば、凹面鏡１６で反射された画像表示部１２の画像が、虚像として運転者に認識される。

　また、このときの虚像が表示される位置や、画像表示部１２の画像に対する虚像の拡大倍率は、凹面鏡１６の焦点距離と、画像表示部１２から凹面鏡１６までの距離とに基づいて、所定の計算式で算出された位置および倍率となる。

　ここで、車両１の運転者の身長や運転席に着座したときの姿勢などは運転者によって違うので、それに応じて運転者の目の位置も変化する。そこで、ＨＵＤ装置１０では、代表的な運転者の目の位置を中心とする一定領域を想定して、この領域内に運転者の目がある限りは良好に虚像を視認できるように、ＨＵＤ光学系が設定されている。尚、このように設定された一定領域は、アイボックス５と呼ばれる。

　当然ながら、運転者の目がアイボックス５内にある限りは、十分な輝度の虚像を表示する必要がある。そのためには、画像表示部１２を背面から照らす光源の輝度を上げて、画像表示部１２で表示される画像の輝度を高くすれば良い。しかしながら、それでは光源の放熱量が増加するなどの種々の弊害を引き起こす。

　そこで、光源からの光が効率よくアイボックス５に到達するようにすることで、光源の輝度を高めた場合と同様な効果が得られるようにすることが考えられる。そのためには、凹面鏡１６が作るアイボックス５の入射瞳６に向かって、光源の光を効率よく供給してやればよい。ここで、アイボックス５の入射瞳６とは、凹面鏡１６が、画像表示部１２側に結像させるアイボックス５の実像である。アイボックス５の入射瞳６と、アイボックス５とは、凹面鏡１６によって共役な関係にあるので、入射瞳６を通過する光は（凹面鏡１６に向かう光である限り）必ずアイボックス５を通過する。従って、光源からの光を効率よく入射瞳６に導くことができれば、その光は必ずアイボックス５に到達するので光量を増やすことができ、光源の輝度を高めた場合と同様な効果を得ることができる。

　このような着想に基づく光学系としては、実は、顕微鏡などで観察試料を照明するために用いられる光学系が存在する。顕微鏡ではレンズ類の口径が小さいので光量が不足しがちであるが、むやみに光源の輝度を高めると、観察試料が光源からの熱の影響を受けてしまう虞がある。そこで顕微鏡では、光源からの光を、接眼レンズの入射瞳に供給することによって、観察者が十分な明るさで試料を観察できるようにした特殊な光学系が、照明用の光学系として採用されている。

　しかし、顕微鏡などでは、観察者の目の位置は接眼レンズの位置に固定されているのに対して、ＨＵＤ装置１０では、アイボックス５の範囲内で自由に移動し得る。また、アイボックス５の大きさは、水平方向には１５～２０センチメートル程度、垂直方向には５～１０センチメートル程度の範囲に設定されることが一般的である。従って、顕微鏡の入射瞳（すなわち、顕微鏡の光学系によって得られる接眼レンズの実像）が点と見なせる大きさであるのに比べると、ＨＵＤ装置１０の入射瞳６はかなりの大きさとなる。このため、顕微鏡で用いられる照明用の光学系は、そのままではＨＵＤ装置１０の照明に適用できないことが予想される。

　図３には、ＨＵＤ装置１０で画像表示部１２を背面から照明するための光学系が概念的に示されている。尚、画像表示部１２を背面から照射するための光学系を、画像表示部１２の画像を虚像表示するための光学系（ＨＵＤ光学系）と区別するために、以下では「照明光学系」と称するものとする。

　前述したように、ＨＵＤ装置１０の入射瞳６は、凹面鏡１６によって得られるアイボックス５の実像と考えて良いから、入射瞳６が形成される位置は、凹面鏡１６の焦点距離と、凹面鏡１６からアイボックス５までの距離とによって決まってしまう。そして、この位置は、図３に示したように、画像表示部１２のかなり後方となる。また、入射瞳６の大きさについても、凹面鏡１６の焦点距離と、凹面鏡１６からアイボックス５までの距離と、アイボックス５の大きさとによって決まってしまう。

　従って、ＨＵＤ装置１０の照明光学系は、ＨＵＤ光学系によって画像表示部１２の後方に形成される入射瞳６を、レンズＬを用いて光源Ｅの光放出面に結像させるような光学系となる。

　また、車両１に搭載する関係上、ＨＵＤ装置１０はコンパクトにする必要があるため、画像表示部１２から光源Ｅまでの距離はあまり長くできない。従って、比較的短い距離で、アイボックス５の入射瞳６を、光源Ｅの大きさ（光源ＥがＬＥＤであれば、直径で数ミリメートル程度の大きさ）に縮小できるように、焦点距離の短いレンズＬが必要となる。加えて、画像表示部１２の全面を照らす必要があるので、レンズＬは十分な口径を有していることも必要となる。

　実際の数値を用いて、レンズＬの仕様を検討してみると、レンズを製造できないか、製造できてもレンズとしては十分に機能しない仕様となってしまう。すなわち、顕微鏡などで採用されている照明用の光学系を、そのままＨＵＤ装置１０の照明光学系に適用しようとしても、そのような照明光学系は成立し得ない。そこで、本実施例のＨＵＤ装置１０および照明装置１００では、以下のような照明光学系を採用した。

　図４Ｂには、本実施例のＨＵＤ装置１０に搭載された照明装置１００の内部構造が示されている。また、図４Ｂには、照明装置１００に組み込まれた照明光学系の分解組立図が示されている。

　図示されるように、主に液晶画面によって構成される画像表示部１２の背面側には、複数の小レンズ１０２Ｌが連なって構成されたレンズアレイ１０２が設けられている。

　また、それぞれの小レンズ１０２Ｌの背面側には、円柱形状のライトパイプ１０４が１本ずつ設けられている。ライトパイプ１０４は、アクリル樹脂やガラスなどの透明材料で形成されており、外周側面には金属膜が蒸着されて内周面が反射鏡となっている。更に、円柱の両端面は光学的に研磨されている。

　このため、一方の端面からライトパイプ１０４に入射した光は、内周側面で反射を繰り返しながらライトパイプ１０４の内部を進行して、他方の端面１０４ｂから出射する。そして、光が出射する側の端面１０４ｂはレンズアレイ１０２を向いているため、端面１０４ｂから出射した光は小レンズ１０２Ｌに入射する。

　更に、ライトパイプ１０４のもう一方の端面の側には、光源としてのＬＥＤ１０６が設けられている。ＬＥＤ１０６は、ライトパイプ１０４の端面に近付けて設けられており、このため、ＬＥＤ１０６から放出されたほとんど全ての光が、端面からライトパイプ１０４の内部に入射される。そして、入射した光は、内周側面で反射を繰り返しながらライトパイプ１０４の中を進行する。

　従って、ＬＥＤ１０６が放出する光に輝度や色の偏りが存在していた場合でも、ライトパイプ１０４の内周側面で反射を繰り返すことによって偏りが均一化され、小レンズ１０２Ｌに向いた側の端面１０４ｂからは、輝度や色の偏りが無い、均一化された光が出射される。

　そして、本実施例の照明装置１００では、ライトパイプ１０４が小レンズ１０２Ｌに向けて光を出射する側の端面１０４ｂが、次のような位置、すなわち、ＨＵＤ光学系によって得られるアイボックス５の入射瞳６を、小レンズ１０２Ｌが結像させる位置に設けられている。

　この点について、図５を参照しながら詳しく説明する。図５Ａには、ライトパイプ１０４の中心軸の位置で取った照明装置１００の断面が示されている。また、図５Ｂには、参考として、ＨＵＤ光学系によって得られるアイボックス５の入射瞳６が示されている。

　図５Ｂに示されるように、アイボックス５の入射瞳６は照明装置１００の更に後方に形成されるが、本実施例では、図５Ａに示すように、複数の小レンズ１０２Ｌによって入射瞳６が分割されている。そして、それぞれの小レンズ１０２Ｌがアイボックス５の入射瞳６を結像させる位置に、ライトパイプ１０４の一方の端面１０４ｂが設けられている。このため、ライトパイプ１０４のもう一方の端面１０４ａからＬＥＤ１０６の光を入射してやれば、端面１０４ｂから出射される均一な光を、ＨＵＤ光学系が入射瞳６を結像させる光路に供給することができる。

　そして、全てのライトパイプ１０４について同様なことをすれば、端面１０４ｂから出射される均一な光によって、ＨＵＤ光学系が入射瞳６を結像させる光路を満たしてやることができる。その結果、アイボックス５の全領域を、輝度や色の偏りを生じさせることなく均一に照明することが可能となる。その結果、アイボックス５内で運転者の目の位置が移動しても、画像の見え方（明るさや色）が変わらないようにすることができる。

　尚、本実施例では、ライトパイプ１０４の光を出射する側の端面１０４ｂが、本開示における「光放出面」に対応する。

　また、アイボックス５の入射瞳６と、アイボックス５とは、ＨＵＤ光学系（図２に示した例では凹面鏡１６）を介して共役な関係にあるから、原理的には、ライトパイプ１０４の端面１０４ｂから出射された全ての光がアイボックス５に到達する。このため、光を効率よく照明に利用することができるので、運転者の目がアイボックス５内にあれば、十分な明るさの画像を表示することができる。

　加えて、ＬＥＤ１０６の光放出面は、ライトパイプ１０４のもう一方の端面１０４ａの直ぐ近くに設けられている。このため、ＬＥＤ１０６から放出されたほとんど全ての光がライトパイプ１０４に入射し、入射した光はライトパイプ１０４の内周面で反射されて、ほとんど損失することなく、端面１０４ｂから出射される。

　結局、ＬＥＤ１０６から放出されたほとんど全ての光を照明に用いることができるので、照明効率が高くなり、光源の輝度を高くしなくても、十分な明るさで画像を表示することが可能となる。

　また、ＬＥＤ１０６から放出されたほとんど全ての光がライトパイプ１０４を介してレンズアレイ１０２に供給されるので、画像の表示に関与しない光（いわゆる迷光）の発生が抑制される。このため、コントラストの高い、はっきりした虚像を表示することができ、また、虚像が二重に見えるなどの問題が生じることも回避することができる。

　更に、レンズアレイ１０２を構成する個々の小レンズ１０２Ｌは口径が小さいので、焦点距離を短くすることができる。しかもレンズアレイ１０２全体としては十分な口径を実現することができる。このため、画像表示部１２からＬＥＤ１０６までの距離を短く抑えながら、画像表示部１２の全体を照明可能な照明装置１００を実現することが可能となる。

　尚、上述した実施例では、ライトパイプ１０４の端面１０４ｂから出射した光は、そのまま小レンズ１０２Ｌに供給されるものとして説明した。しかし、端面１０４ｂからの光を、拡散板を介して小レンズ１０２Ｌに供給しても良い。

　図６Ａおよび図６Ｂには、レンズアレイ１０２とライトパイプ１０４との間に、拡散板１１０が設けられた変形例の照明装置１００が例示されている。拡散板１１０としては、いわゆる磨りガラスや、微粒子を分散させたアクリル板などを用いることができる。

　尚、拡散板１１０を用いる場合、ＨＵＤ光学系によって得られるアイボックス５の入射瞳６を小レンズ１０２Ｌが結像させる位置は、厳密には、拡散板１１０のレンズアレイ１０２側の表面であることが望ましい。しかし、実際には、ライトパイプ１０４の端面１０４ｂに結像させたままで、端面１０４ｂの手前側に拡散板１１０を追加しただけでも、実用上の問題は生じない。

　また、本変形例では、ライトパイプ１０４とは別に、拡散板１１０を設けるものとして説明する。しかしながら、ライトパイプ１０４の出射側の端面１０４ｂを、磨りガラス状に仕上げたり、シボ加工を施したり、更には、出射側の端面１０４ｂに磨りガラス状の薄いフィルムを貼り付けたりしてもよい。

　尚、本変形例の拡散板１１０は、本開示における「拡散部」に対応する。

　拡散板１１０は、ライトパイプ１０４の端面１０４ｂから出射した光を拡散させるので、ライトパイプ１０４が光を均一化する作用を補う効果を有する。このため、ライトパイプ１０４の端面１０４ｂに拡散板１１０を設けることで、ライトパイプ１０４の長さを短くすることが可能となり、照明装置１００を小型化することが可能となる。

　また、ライトパイプ１０４の端面１０４ｂからの光は、ライトパイプ１０４の中心軸の方向に指向性を持って出射されるが、拡散板１１０は指向性を弱める効果を有しており、拡散板１１０を通った光は、万遍なく、ある程度の広がりを持って放出される。このため、前述したように、それぞれの小レンズ１０２Ｌに対して、ライトパイプ１０４およびＬＥＤ１０６を１つずつ設けるのではなく、１つのライトパイプ１０４およびＬＥＤ１０６から複数の小レンズ１０２Ｌに光を供給することができる。その結果、照明装置１００に搭載されるライトパイプ１０４およびＬＥＤ１０６の数を減少させることができるので、故障の可能性が減少し、更に容易に製造することが可能となる。

　加えて、拡散板１１０を用いれば、以下の理由から、照明装置１００をより一層小型化することが可能である。すなわち、図７Ａに例示するように、レンズアレイ１０２を形成する小レンズ１０２Ｌを小さくすれば、レンズアレイ１０２の焦点距離を更に短くすることができるので、ライトパイプ１０４をレンズアレイ１０２に近付けて配置することができる。

　更に、図７Ｂに例示するように、小レンズ１０２Ｌを複数列に配列すれば、レンズアレイ１０２の大きさも小さくすることができる。

　もっとも、図７Ａに例示するように、小レンズ１０２Ｌを小さくすると、レンズアレイ１０２に含まれる小レンズ１０２Ｌの数が多くなる。しかし、拡散板１１０を用いれば、１つのライトパイプ１０４およびＬＥＤ１０６から複数の小レンズ１０２Ｌに光を供給することができる。このため、レンズアレイ１０２に含まれる小レンズ１０２Ｌの数が多くなっても、ライトパイプ１０４およびＬＥＤ１０６の数が増加することを抑制することができる。

　以上、本実施例について説明したが、本開示は上記の実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することができる。

　例えば、上述した実施例では、凹面鏡１６を用いてウィンドシールド２に画像を投影することによって、運転者に虚像を表示するものとして説明した。しかし、図８に例示したように、ウィンドシールド２の手前側に、透明な材料によって凹面形状に形成されたコンバイナー２４を設け、このコンバイナー２４に投影装置２２から画像を投影することによって、ＨＵＤ装置２０を形成しても良い。

Claims

　運転者の前方の景色に重ねて画像を虚像表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、
　前記虚像表示しようとする画像を表示する画像表示部（１２）と、
　前記画像表示部（１２）に表示された前記画像を照明する画像照明部（１００）と、
　少なくとも１つの凹面鏡要素（１６）を有することによって、前記照明された前記画像を前記運転者に対して虚像表示する表示光学系（２,１４,１６）と
　を備え、
　前記画像照明部（１００）は、
　前記照明のための光を放出する光放出面（１０４ｂ）と、
　前記画像表示部（１２）と前記光放出面（１０４ｂ）との間に配置されたレンズアレイ（１０２）と
　を備えるヘッドアップディスプレイ装置。
　請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
　前記レンズアレイ（１０２）は、前記運転者の目が存在し得る範囲として想定されたアイボックス（５）の前記表示光学系（２,１４,１６）による入射瞳（６）を、前記光放出面（１０４ｂ）上に分割して結像させるレンズアレイ（１０２）であるヘッドアップディスプレイ装置。
　請求項１または請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
　前記表示光学系（２,１４,１６）は、
　前記運転者の前方に設けられた透明な板状部材（２）と、
　前記板状部材（２）に向けて前記画像を投影する凹面鏡（１６）と
　を備えた光学系であるヘッドアップディスプレイ装置。
　請求項１ないし請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
　前記画像表示部（１２）は、光の透過率を変更することによって前記画像を表示する透過型の表示部であり、
　前記画像照明部（１００）は、前記画像表示部（１２）の背面側から前記画像を照明する照明部であるヘッドアップディスプレイ装置。
　請求項４に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
　前記画像照明部（１００）は、一端側から入射された光源の光を内周側面で反射することによって他端側から出射するライトパイプ（１０４）を備え、
　前記光放出面（１０４ｂ）は、前記ライトパイプ（１０４）の出射側の端面であるヘッドアップディスプレイ装置。
　請求項５に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
　前記ライトパイプ（１０４）の前記出射側の端面には、該端面から出射した光を拡散させる拡散部（１１０）が設けられているヘッドアップディスプレイ装置。
　請求項５または請求項６に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
　前記ライトパイプ（１０４）は、前記レンズアレイ（１０２）が前記入射瞳（６）を分割して結像させる位置ごとに設けられているヘッドアップディスプレイ装置。
　請求項６に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
　前記ライトパイプ（１０４）は、前記出射側の端面からの光を、前記レンズアレイ（１０２）に含まれる複数の小レンズ（１０２Ｌ）に向かって出射するライトパイプであるヘッドアップディスプレイ装置。
　運転者の前方の景色に重ねて画像を虚像表示するヘッドアップディスプレイ装置（１０）に用いられ、該虚像表示しようとする画像を照明する照明装置であって、
　前記虚像表示しようとする画像を表示する画像表示部（１２）と、
　前記画像を照明するための光を放出する光放出面（１０４ｂ）と、
　前記画像表示部（１２）と前記光放出面（１０４ｂ）との間に配置されたレンズアレイ（１０２）と
　を備える照明装置。