(57)【要約】【課題】微細光学構造の配列された面により反射される外光の影響を有効に軽減できる新規な拡散スクリーンを実現する。  【解決手段】拡散スクリーン３０Ｄは、光ビームにより２次元的に走査され、入射する光ビームを発散角：２θｓ（度）の発散光ビームとする微細光学構造ＬＳ０が一方の面に２次元的に配列形成され、光ビーム以外の光線ＳＬが微細光学構造により２回反射されて発散光ビームと同じ側に射出する２回反射光線ＬＰの、微細光学構造への２つの反射位置ＲＦ１、ＲＦ２における微細光学構造の接平面ＣＰ１、ＣＰ２がなす角度：θｍ（度）、角：θｓが、光ビームの有効最大走査角：θｗ（≧０）に対して、関係：  θｍ＞θｓ＋θｗ＋９０°  を満足する。【選択図】                  図７
2020030275.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームにより２次元的に走査され、入射する前記光ビームを発散角：２θｓ（度）の発散光ビームとする微細光学構造が一方の面に２次元的に配列形成され、  
前記光ビーム以外の光線が前記微細光学構造により２回反射されて前記発散光ビームと同じ側に射出する２回反射光線の、前記微細光学構造への２つの反射位置における前記微細光学構造の接平面がなす角度：θｍ（度）、前記角：θｓが、前記光ビームの有効最大走査角：θｗ（≧０）に対して、関係：
θｍ＞θｓ＋θｗ＋９０°  
を満足する拡散スクリーン。
【請求項２】
画像光を２次元的に入射され、入射する前記画像光を透過させて発散角：２θｓ（度）の発散光とする微細光学構造が一方の面に２次元的に配列形成され、  
前記画像光以外の光線が前記微細光学構造により２回反射されて前記発散光と同じ側に射出する２回反射光線の、前記微細光学構造への２つの反射位置における前記微細光学構造の接平面がなす角度：θｍ（度）、前記角：θｓが、関係：
θｍ＞θｓ＋９０°  
を満足する拡散スクリーン。
【請求項３】
請求項１または２記載の拡散スクリーンであって、  
微細光学構造がマイクロレンズとして２次元的にアレイ配列されており、
前記外光の光線が前記マイクロレンズの個々のマイクロレンズ面を凹曲面として２回反射して射出する拡散スクリーン。
【請求項４】
請求項１記載の拡散スクリーンであって、  
光ビームにより２次元的に走査される側の面が、前記光ビームに対して凹となる微細光学構造の２次元的な配列として形成され、２次元的に走査する前記光ビームを、反射により発散角：２θｓの発散光ビームとする機能を有する拡散スクリーン。
【請求項５】
請求項４記載の拡散スクリーンであって、  
微細光学構造がマイクロ凹反射面として２次元的にアレイ配列されており、
前記外光の光線が前記マイクロ凹反射面の個々により２回反射して射出する拡散スクリーン。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れか１項に記載の拡散スクリーンであって、
微細光学構造の２次元的な配列により形成された面による拡散作用により拡散された光束が射出面の法線に対してなす最大角：θｍａｘ、前記微細光学構造で２回反射されて射出する２回反射光線の射出角：θｒが、関係：
θｒ≧θｍａｘ  
を満足する拡散スクリーン。
【請求項７】
拡散スクリーンに２次元画像を形成し、該２次元画像の拡大虚像を拡大虚像結像光学系により結像させて観察に供する画像投射装置であって、
前記拡散スクリーンとして、請求項１ないし６の何れか１項に記載のものが用いられ、
前記拡大虚像に対する有効視野領域の境界に応じて、前記拡散スクリーンにおける発散角：２θｓが設定されている画像投射装置。
【請求項８】
請求項７記載の画像投射装置であって、  
前記拡散スクリーンは請求項１、４、５の何れか１項に記載のものが用いられ、
前記２次元画像は、前記拡散スクリーンに光ビームの２次元的な走査により形成される画像投射装置。
【請求項９】
請求項７記載の画像投射装置であって、  
前記拡散スクリーンとして請求項２のものが用いられ、
前記２次元画像は、２次元的に入力される画像光により形成される画像投射装置。
【請求項１０】
請求項７ないし９の何れか１項に記載の画像投射装置を用いるヘッドアップディスプレイ。
【請求項１１】
請求項１０記載のヘッドアップディスプレイを用いる移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、画像投射装置および拡散スクリーンおよびヘッドアップディスプレイおよび移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
２次元の画像情報を有する光ビームにより拡散スクリーンを２次元的に走査して、拡散スクリーンに２次元画像を形成するとともに、光ビームを拡散スクリーンにより発散光ビームとし、拡大虚像結像光学系により前記２次元画像の拡大虚像を結像させて観察に供する画像投射装置が知られている（特許文献１等）。  
このような画像投射装置はヘッドアップディスプレイ（以下「ＨＵＤ」と略記する。）等として実用化され、自動車、列車、船舶、ヘリコプター、飛行機など各種の、運転可能な移動体への搭載が増加しつつある。２次元画像は、光ビームによる拡散スクリーンの２次元的な走査により拡散スクリーンに書き込まれる。即ち、光ビームは、２次元画像を構成する「２次元の画像情報」により時系列に強度変調されつつ拡散スクリーンを２次元的に走査する。
【０００３】
拡散スクリーンは、光ビームを透過させ、もしくは反射させるが、透過させ、もしくは反射させる光ビームを「発散光ビーム」とする機能を有する。この機能を拡散スクリーンの「拡散機能」と称する。拡散機能を実現するために、拡散スクリーンはその片面（光ビームの入射面もしくは射出面もしくは反射面）に屈折性または反射性の「微細光学構造」が２次元的に配列形成されている。光ビームは微細光学構造による屈折あるいは反射により発散性を与えられて「発散光ビーム」となる。  
「拡大虚像として結像された２次元画像」を有効に観察できるためには、拡大虚像を結像する結像光束内に観察者の目が位置しなければならない。  
観察者が「拡大虚像を観測できる領域」を「有効視野領域」と呼ぶ。観察者の目が有効視野領域から外れると拡大虚像を視認できない。拡大虚像が観察し易いためには、有効視野領域がある程度広く、観察者の目の位置が少々移動しても観察可能であることが好ましく、拡散スクリーンの拡散機能は「有効視野領域を拡張」するための機能である。
【０００４】
拡散スクリーンの拡散機能を受けた発散光ビームの発散角が大きいほど「有効視野領域
の拡大が可能」であるが、発散角の拡大に伴い拡大虚像結像光学系も大型化し易いので、画像投射装置のサイズに応じて、適切な発散角が設定される。
【０００５】
上記のように、画像投射装置では、拡散スクリーンに形成される２次元画像が拡大虚像結像光学系により拡大されて拡大虚像をなすが、拡大虚像の側から「外部の光」である外光が拡大虚像結像光学系に入射すると、拡大虚像結像光学系は「外光に対しては縮小光学系として作用」するので、入射した外光は拡散スクリーンに向かって集光する。この外光が拡散スクリーンにより反射されると反射光が「発散光ビームと同じ側」に向かい、拡大虚像結像光学系の作用を受けると、拡大虚像に対してノイズ光として影響する。  
このようなノイズ光は、観察の対象となる「２次元画像の拡大虚像」のコントラストを低下させる原因となり拡大虚像観察の妨げになる。  
拡散スクリーンを傾けることにより、拡散スクリーンによる外光の反射光の方向を拡大虚像結像光学系の光路から逸らせることは可能であるが、微細光学構造の配列された面では、反射が再帰性となり易く、拡散スクリーンを傾けてもノイズ光として作用し易い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明は、微細光学構造の配列された面により反射される外光の影響を有効に軽減できる新規な拡散スクリーンの実現を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の拡散スクリーンは、光ビームにより２次元的に走査され、入射する前記光ビームを発散角：２θｓ（度）の発散光ビームとする微細光学構造が一方の面に２次元的に配列形成され、前記光ビーム以外の光線が前記微細光学構造により２回反射されて前記発散光ビームと同じ側に射出する２回反射光線の、前記微細光学構造への２つの反射位置における前記微細光学構造の接平面がなす角度：θｍ（度）、前記角：θｓが、前記光ビームの有効最大走査角：θｗ（≧０）に対して、関係：
θｍ＞θｓ＋θｗ＋９０  
を満足する。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、微細光学構造の配列された面により反射される外光の影響を有効に軽減できる新規な拡散スクリーンを実現できる。  
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】画像投射装置の１例としてのヘッドアップディスプレイの使用状態を説明するための図である。
【図２】図１のＨＵＤ１の具体的な構成の１例を説明図的に示す図である。
【図３】図２に示す光源部１１の具体的な構成の１例を説明図的に示す図である。
【図４】図２に示す拡散スクリーン３０の有する微細光学構造として、六角形形状のマイクロレンズを２次元的に稠密に配列形成した例を説明するである。
【図５】拡散スクリーンのマイクロレンズのレンズ面の曲率と発散角の関係を説明するための図である。
【図６】微細光学構造の1例であるマイクロレンズによる外光の2回反射を説明するための図である。
【図７】マイクロレンズによる2回反射光線が拡大虚像の結像に影響しない条件を説明するための図である。
【図８】図７に示すマイクロレンズの2回反射光線を説明するための図である。
【図９】微細光学構造の別の例を説明するための図である。
【図１０】微細光学構造が反射性である場合を説明するための図である。
【図１１】外光が拡大虚像の結像に影響しなくなる状態を説明する図である。
【図１２】外光が拡大虚像の結像に影響しなくなる状態を説明する図である。
【図１３】拡散スクリーンの別の実施の形態を説明図的に示す図である。
【図１４】拡散スクリーンの微細光学構造による2回反射光線の処理を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、発明の実施の形態を説明する。  
図１は、画像投射装置の１例としてのＨＵＤ（ヘッドアップディスプレイ）の使用状態を説明する図である。  
この例では、ＨＵＤ１は移動体としての自動車に用いられ、運転者である観察者Ｏｂに「運転情報」を表示する。図において、符号５０は移動体である自動車の「フロントガラス」を示し、符号Ａは観察者Ｏｂの「目」を示している。  
ＨＵＤ１から発散光ビームが射出してフロントガラス５０に入射し、フロントガラス５０により反射されて観察者Ｏｂの目Ａの側に向かう。このとき、観察者Ｏｂが観察する拡大画像Ｉｍは、観察者Ｏｂの目Ａから見て、フロントガラス５０を超えた空間位置に結像する。
【００１１】
図２に、ＨＵＤ１の具体的な構成の１例を説明図的に示す。  
ＨＵＤ１は、光源部１１、光偏向器１５、折り返しミラー２０、拡散スクリーン３０を筐体１０Ａ内に収納した「２次元画像生成部」、折り返しミラーＭＬ１、ＭＬ２、凹面ミラー４０を筐体１Ａ内に収納してなる。２次元画像生成部は「イメージャ」と呼ばれることもある。
【００１２】
光源部１１は、２次元画像を構成する「２次元の画像情報」により時系列に強度変調される平行光束状の光ビームを生成し、光偏向器１５に向けて射出する。  
光偏向器１５は、例えば、半導体プロセス等で微小揺動ミラー素子として作製されたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）であり、微小な反射面を２次元的に揺動させ、光源部１０から入射される光ビームを２次元的に偏向させる。  
なお「１軸に揺動／回動するミラー」を２つ、軸を直交させて成るミラー系により光偏向器を構成することもできる。
【００１３】
２次元的に偏向された光ビームは、折り返しミラー２０により反射されて拡散スクリーン３０を２次元的に走査し、２次元画像を拡散スクリーン３０に書き込む。  
拡散スクリーン３０に書き込まれる２次元画像を、以下において「中間像」ともいう。
【００１４】
勿論、各瞬間に拡散スクリーン３０に表示されるのは「光ビームが、その瞬間に照射している画素のみ」であり、中間像は「各瞬間に表示される画素の集合」として形成される。
【００１５】
拡散スクリーン３０に入射した光ビームは拡散スクリーン３０により「発散光ビーム」に変換されて拡散スクリーン３０から射出し、折り返しミラーＭＬ１、ＭＬ２により順次折り返されて、凹面ミラー４０に入射し、反射されるとフロントガラス５０に入射して反射され、拡大虚像Ｉｍが観察者の目Ａにより視認される。  
拡散スクリーン３０が、入射する光ビームを発散光ビームに変換して射出させる作用を「拡散作用」と称する。
【００１６】
補足すると、「拡大虚像結像光学系」は、図２の例の場合、拡散スクリーン３０と拡大虚像Ｉｍとの間に配置され、拡散スクリーン３０上の２次元画像の拡大虚像を結像する機能を持つ光学素子である。図の例では、折り返しミラーＭＬ１、ＭＬ２、凹面ミラー４０及びフロントガラス５０が上記「光学素子」であるが、これらのうち、凹面ミラー４０とフロントガラス５０（自動車のフロントガラスは一般に、運転席の側に凹の凹面形状である。）とが、拡大虚像の拡大倍率に寄与する。  
折り返しミラーＭＬ１、ＭＬ２は平面ミラーであって、拡大虚像の倍率に寄与しない。
【００１７】
従って、拡大虚像結像光学系のレイアウトによっては、折り返しミラーＭＬ１、ＭＬ２の一方もしくは双方を省略することも可能であるし、逆に、折り返しミラーＭＬ１等を凹もしくは凸の曲面ミラーとして、拡大虚像結像光学系の倍率に寄与させてもよい。  
また、拡大虚像結像光学系は「ミラーのみで構成するもの」のみならず、レンズ等の屈折光学系を拡大虚像結像光学系の構成光学素子とすることも可能である。  
また、フロントガラス５０と同じ「部分反射機能」を持つ別途の部分反射鏡（コンバイナ）を有する構成とすることもできる。  
図２に示す例では、凹面ミラー４０は「フロントガラス５０の影響で拡大虚像の水平方向の線が上または下に凸形状となる光学歪み要素」を補正するように設計・配置されている。また、凹曲面を持つフロントガラスのみに拡大虚像を結像する機能を持たせるように光学系を設計することも可能である。
【００１８】
次に、上に説明した光源部１１の具体的な構成の１例を、図３を参照して説明する。  
図３に示す光源部１１には、単数あるいは複数の発光点を有する複数の光源素子１１１Ｒ、１１１Ｂ、１１１Ｇが備えられている。  
これら光源素子は半導体レーザ素子（以下「ＬＤ」と称する。）であり、互いに異なる波長：λＲ、λＧ、λＢの光束を放射する。例えば、λＲ＝６４０ｎｍ、λＧ＝５３０ｎｍ、λＢ＝４４５ｎｍである。  
ＬＤ１１１Ｒ、ＬＤ１１１Ｂ、ＬＤ１１１Ｇから放射された波長：λＲ、λＧ、λＢの光束はそれぞれカップリングレンズ１１２Ｒ、１１２Ｂ、１１２Ｇにより後続の光学系にカップリングされる。カップリングされた光束はそれぞれ、アパーチャ１１３Ｒ、１１３Ｂ、１１３Ｇにより光束形状を整形される。  
各アパーチャ１１３Ｒ、１１３Ｂ、１１３Ｇは光束の発散角等に応じて円形、楕円形、長方形、正方形等、様々な形状であることができる。  
その後、合成素子１１５により光路合成される。合成素子１１５はプレート状或いはプリズム状のダイクロイックミラーであり、波長に応じて光束を反射／透過し、一つの光路に合成する。合成された光束は、レンズ１１６により光偏向器１５の反射面に向かって導かれる。レンズ１１６は光偏向器１５に向かって凹面を向けたメニスカスレンズである。
【００１９】
なお、カップリングレンズ１１２Ｒ、１１２Ｂ、１１２Ｇの設計によっては、拡散スクリーン上で最適な光ビーム径となるように最適化されると、レンズ１１６は必ずしも必要ない。表示するべき２次元画像に応じて、ＬＤ１１１Ｒ、１１１Ｂ、１１１Ｇの点滅を制御すれば「所望の色で平行光束状の光ビーム」を光偏向器１５（図２）に向かって射出させることができる。
【００２０】
次に、拡散スクリーン３０の構成の１例を説明する。  
「拡散スクリーン」は前述の如く、入射する光ビームを「発散角：２θｓ（度）の発散光ビームとする微細光学構造」が一方の面に２次元的に配列形成されたものである。  
図４に示す例は、拡散スクリーン３０の有する微細光学構造として、六角形形状のマイクロレンズ３００を、拡散スクリーン３０の入射側面（光ビームの入射する面）に２次元的に稠密に配列形成した例である。  
個々のマイクロレンズ３００は、入射する光ビームを「発散角：２θｓ（度）で発散させて発散光ビーム」とする。発散光ビームは円錐状に発散する。発散角：２θｓは円錐状の発散における「円錐角」に相当するが、その半値、即ち：θｓを「半値発散角」と称する。
【００２１】
個々のマイクロレンズ３００は、ｘ方向の幅が２００μｍ前後の「凸レンズ」であるが、上記「幅」は、仕様によっては５０μｍ〜３００μｍ程度に最適化される。マイクロレンズ３００の外形は六角形形状であるので、マイクロレンズの「最密な配置」が可能である。なお、微細光学構造としてのマイクロレンズの外形は、六角形形状に限らず、四角形形状や三角形形状を採用することもできる。  
図４の形態例では、マイクロレンズ３００が規則正しく並んだ構造を示しているが、これに限らず、各レンズ中心を互いに偏心させて不規則な配列とした「偏心配列」とすることもできる。偏心配列を採用した場合は、各マイクロレンズは互いに異なる形状となる。
【００２２】
また、マイクロレンズ３００の「凸面の頂点」の光軸方向の高さを変化させてもよい。マイクロレンズの配列方向の偏心や光軸方向のシフトをランダムにおこなうことで、隣接するマイクロレンズの境界を通過したレーザ光の干渉によって生じるスペックルや、周期的な配列によるモアレなどをなくすことが可能である。  
拡散スクリーン３０に到達した光ビームは、例えばラスタスキャンにより、通常はマイクロレンズ３００の中心を「ｘ方向及びｙ方向」に２次元的に走査する。この走査中に光ビームがオンオフして複数ドットが打たれ、例えば「オンオフ光の組み合わせ」で諧調表示が行われる。あるいは、光ビームの強度そのものを強度変調してもよい。
【００２３】
マイクロレンズ３００の幅（対向する２辺間の距離）は、５０μｍ〜３００μｍ程度が望ましいが、勿論これに限らない。拡散スクリーンの面内の画像領域は、通常は矩形形状であるがこれに限らず多角形形状であってもよい。また拡散スクリーン３０の面形状は平面形状である必要もなく曲面であってもよい。
【００２４】
次に、拡散スクリーン３０による「拡散作用」を、図５を参照して説明する。  
図５は、拡散スクリーンに形成された「凸面によるマイクロレンズアレイ」の２例を示している。図５の左に示す拡散スクリーン３０Ａは「マイクロレンズＬＳ１の曲率が小さい（曲率半径が大きい）」例であり、右に示す拡散スクリーン３０Ｂは「マイクロレンズＬＳ２の曲率が大きい（曲率半径が小さい）」例である。曲率の小さい凸レンズ面は屈折力が小さく、曲率の大きい凸レンズ面は屈折力が大きい。  
これら２種の拡散スクリーン３０Ａ、３０Ｂに同一光束径の光ビームＬＢを図の如く入射させる。これら拡散スクリーン３０Ａ、３０Ｂにアレイ形成されているマイクロレンズＬＳ１、ＬＳ２は、曲率は互いに異なるが、レンズ径は同一である。
【００２５】
図５の左図のように、光ビームＬＢのうち「曲率の小さいマイクロレンズＬＳ１の周縁部」に入射した光線ＬＢ１、ＬＢ２は、マイクロレンズＬＳ１の正のパワーにより集光されたのち、発散角：２θｓ１（即ち、半値発散角：θｓ１で発散する発散光ビームＤＬＢ１となる。  
図５の右図のように、光ビームＬＢのうち「曲率の大きいマイクロレンズＬＳ２の周縁部」に入射した光ビームの光線ＬＢ１、ＬＢ２は、マイクロレンズＬＳ２の正のパワーにより集光されたのち、発散角：２θｓ２（即ち、半値発散角：θｓ２）で発散する発散光ビームＤＬＢ２となる。  
図の如く、曲率の小さいマイクロレンズＬＳ１による発散角：２θｓ１は、曲率が大きいマイクロレンズＬＳ２による発散角：２θｓ２よりも小さい。即ち、マイクロレンズの曲率が大きくなるほど、発散角は増大する。  
図５の左右の図で、マイクロレンズＬＳ１、ＬＳ２の大きさを同一としているが、マイクロレンズの曲率が同一であっても「マイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズのピッチ」が大きいと、マイクロレンズ周辺の入射光線に対して入射角が大きくなるので、屈折力も大きくなり、発散角は大きくなる。従って、発散角：２θｓはマイクロレンズの曲率（曲率半径）と配列ピッチで調整できる。
【００２６】
ＨＵＤにおける「拡散スクリーンの拡散作用」を決定する発散角：２θｓは、拡散作用を受けた虚像結像光を凹面ミラー４０で取り込むことができる凹面ミラー４０の有効反射領域や、凹面ミラー４０と拡散スクリーン３０との距離等の光学配置に応じて最適な値を設定される。  
即ち、一般に、拡散スクリーン３０におけるマイクロレンズアレイは、拡大虚像に対する所望の画素密度に応じて配列ピッチが決まり、凹面ミラー４０の有効反射領域、凹面ミラー４０と拡散スクリーン３０の距離などに応じて最適な発散角：２θｓが決定され、これを実現するようにマイクロレンズの曲率（曲率半径）と配列ピッチが調整される。
【００２７】
上には、図２に示すＨＵＤ１に即して説明した。  
以下に、前述の「外光」について説明する。  
「外光」は、上述の如く「拡大虚像の側から拡大虚像結像光学系に入射する装置外部からの光」であり、種々のものがある。図２に示す如く「車両（自動車）に用いるＨＵＤ」の場合であれば、日中は「太陽光」が主な外光であり、夜間であれば「照明灯の光」が考えられる。これらのうちで、最も強度の大きい太陽光が問題となる。  
ＨＵＤ１は、フロントガラス５０の近くに配置されることが多く、図２に示す如く、拡大虚像を結像する結像光路中に太陽が位置すると、直射太陽光ＮｚＬがＨＵＤ１内に不可避的に入り込む。ＨＵＤ１が車両に搭載されていると、直射太陽光ＮｚＬのＨＵＤ１内への入射は一定の確率で起こり得る。
【００２８】
図２においては、光束サイズＤＮｚ１の直射太陽光ＮｚＬが平行光束として凹面ミラー４０に入射し、凹面ミラー４０に反射されると凹面ミラー４０により図中の光束サイズＤＮｚ２のように集光されて拡散スクリーン３０に入射する。このように拡散スクリーン３０に入射する太陽光ＮｚＬは、凹面ミラー４０により集光されているので、途中で減衰がなされなければ非常に強い強度となる。  
一方、拡大虚像を結像する「投射光」は、なるべく明るいほうが良いので、折り返しミラーＭＬ１、ＭＬ２、凹面ミラー４０の可視光反射率は極力高反射率に設定されている。
【００２９】
このため、拡散スクリーン３０を照射した太陽光の、拡散スクリーン３０による反射光が、再び拡大虚像の結像光路を通って観察者の有効視野領域へと向かい、拡大虚像に対するノイズ光となる。  
拡大虚像に対するノイズ光の影響は、拡大虚像のコントラストを低下させ、拡大虚像の視認性を低下させる。
【００３０】
ＨＵＤが、図１に示す例のように自動車に用いられる場合、ノイズ光の影響の一つとして「ポストカードの浮き」と呼ばれる以下の如き現象が知られている。  
自動車にＨＵＤを搭載する大きなメリットは、フロントガラスを介して、車両情報や、ナビ情報、警告表示などを表示することによって、運転中においても運転者の視線移動を最小限にして、快適で安全な運転環境を実現できることである。  
ＨＵＤにより表示させたい拡大虚像として、車載の前方カメラで得られる情報から判断した「前方車両の位置を指し示すマーキング表示」も表示される場合がある。  
このような場合、運転者が視認する拡大虚像は、本来なら「運転者の目の焦点調節」が不要となる「前方車両と同じ程度の数十ｍ先」に映し出すことができれば自然な表示ができる。しかし、拡大虚像の表示距離が大きくなるほど拡大虚像結像光学系が大型化し、車両への搭載が困難になるため、数十ｍ先に拡大虚像を形成することは困難である。
【００３１】
このため拡大虚像結像光学系は一般に、外界情報との距離感に対して違和感のない「程よい拡大虚像距離」となるように最適化した設計がなされる。  
観察者（運転者）から見て３ｍ、より好ましくは４ｍ以上前方の位置に拡大虚像を結像させれば「遠方に位置する対象物（例えば「前方車両」）との距離差」に違和感のない表示ができると言われている。  
例えば、拡大虚像の結像位置を観察者の目の前方４ｍに設計したＨＵＤで、前方車両の位置のマーキング情報や方向変化のターン情報を拡大虚像として４ｍ先に表示しても、観察者は、マーキング情報やターン情報を、数十ｍ先の前方車両と同じ位置に違和感なく観察できる。  
これは、人間に認知機能における「ある種の錯覚」であり、表示された情報が、恰も前方車両に「張り付いて一体化した」ように認識される。  
しかし、拡大虚像の設計上の結像位置は、観察者の前方４ｍの位置である。  
上記「ある種の錯覚」が生じるためには「拡大虚像（マーキング情報やターン情報）のコントラスト」が十分に高いことが必要であり、拡大画像のコントラストがある程度低くなると、拡大虚像が「実際の結像位置（観察者の前方４ｍ）」に見られるようになる。  
拡大虚像の大きさは一般的なポストカード程度である。  
コントラストの低い拡大虚像が、実際の結像位置に見えると、観察者の視覚上の認識としては、恰も前方車両に「張り付いて一体化した」ように認識されていた画像がポストカード大になって先方車両から乖離したように見える。即ち、前方車両から「情報を表示したポストカード」が浮き上がって観察される。それで、このような現象は「ポストカードの浮き」と呼ばれている。  
「ポストカードの浮き」が生じると、観察者からすると「表示情報」と先方車両との一体感が失われ、違和感が生じる。
【００３２】
拡大虚像のコントラストの低下は、前述の如く、拡散スクリーンによる外光の反射光がノイズ光として作用することにより生じるので「ポストカードの浮き」の防止にはノイズ光として作用する反射光が「拡大虚像の結像に寄与しないようにする」ことが有効である。
【００３３】
この発明の拡散スクリーンは、拡散スクリーンに拡散機能を与える「微細光学構造」により２回反射された外光が「ノイズ光として拡大虚像の結像に寄与しない」ように構成される。  
以下、具体的に即して説明する。  
図６を参照して、微細光学構造による外光（太陽光を例示する。）の反射を説明する。
また、微細光学構造としては２次元のマイクロレンズアレイを想定する。  
図６の上方が光源側、即ち、説明中の例では「光偏向器」側であり、下方が「拡大虚像結像光学系側」、具体的には凹面ミラー側である。  
拡散スクリーン３０Ｃは、一方の面（図で下方の面）が「滑らかな平面」で、他方の面（図で上方の面）には、一定の曲率半径を有するマイクロレンズＬＳが所定の配列ピッチで略隙間なく２次元格子状に配列形成されている。光偏向器により２次元的に偏向された光ビームは、マイクロレンズアレイに図の上側から下側に向かって入射する。
【００３４】
この時の光ビームを構成する光線の１本を図に光線ＬＢ１として示す。光線ＬＢ１を含む光ビームは拡散スクリーン３０Ｃに対して直交するように入射しており、光線ＬＢ１自体は拡散作用により、図の如く「図で右側へ向かう」ように屈折される。この角：θｓは、拡散スクリーン３０Ｃによる発散光ビームの「半値発散角」である。  
光ビームは２次元的に走査されるが、説明の具体性のために、図面に平行な面内で左右に偏向するように走査されるものとし、光ビームの拡散スクリーン３０Ｃへの入射角（図の鉛直方向に対する角）を走査角と呼び、角：θで表す。光ビームの走査に伴い走査角：θは変化するが、拡散スクリーンに書き込まれる２次元画像の「有効画像範囲」内で最大となる走査角：θの範囲を、
−θｍｘ≦θ≦＋θｍｘ  
とする。図６は、θ＝０の場合を示している。−θｍｘと＋θｍｘの絶対値は、必ずしも等しいとは限らないが、説明の簡単のため、−θｍｘと＋θｍｘの絶対値は互いに等しいものとし、θｍｘの絶対値を「有効最大走査角」と呼び「θｗ」で表す。
【００３５】
「外光」である太陽光は、図６の下側、即ち観察光学系側から情報に向かって拡散スクリーンに入射する。太陽光そのものは略平行光束であるが、拡散スクリーンに入射する太陽光は、凹面ミラーにより集光されているので、拡散スクリーン３０Ｃの平面側に直交的に入射する太陽光線ＳＬ１もあるし、上記平面に対して傾いた太陽光線ＳＬ２もある。  
なお、説明の簡単のために図６は説明図として描かれており、光線のふるまいは厳密なものではない。観察者側の連続した平面では、実際には外光光線２のように、平面に斜めに入射する太陽光線ＳＬ２は入射角に応じて屈折が生ずるが、入射と出射で連続した平面であれば相殺されるために前記平面での屈折を省略している。以下に記載するマイクロレンズアレイでも同様である。
【００３６】
図６において、外光である太陽光線ＳＬ１がマイクロレンズＬＳのレンズ面に入射して反射する位置を反射点ＲＦ１及び反射点ＲＦ２とし、これら反射点ＲＦ１、ＲＦ２でマイクロレンズ面に接する平面を接平面ＣＰ１、接平面ＣＰ２、これら接平面ＣＰ１、ＣＰ２のなす角（以下「交差角」ともいう。）を「θｍ」とする。  
太陽光線がマイクロレンズＬＳのレンズ面で２回反射する場合、太陽光線ＳＬ２に対する交差角もθｍである。
【００３７】
図６は、交差角：θｍ＝９０度の場合であり、このとき、太陽光線ＳＬ１も太陽光線ＳＬ２も、入射した方向に反射され、２回反射光線ＬＰ１、ＬＰ２となる。即ち、２回反射光線は「再帰反射光」となる。この場合のマイクロレンズＬＳのレンズ面は太陽光に対して「再帰反射面」として作用する。  
マイクロレンズのレンズ面が再帰反射面であると、２回反射光線ＬＰ１、ＬＰ２は、拡散スクリーン３０Ｃへの入射光路を逆に戻り、凹面ミラーに入射して拡大虚像結像光学系が結像する拡大虚像にかぶさり、拡大虚像のコントラストを低下させる原因となる。
【００３８】
拡大虚像のコントラストの低下は、前述の「ポストカードの浮き」等の原因となる。
【００３９】
図６において、２回反射線ＬＰ１、ＬＰ２の射出角（図における上下方向に対する角）は何れも、入射光ビームの発散角：θｓよりも小さい。このため、２回反射光線ＬＰ１、ＬＰ２は、拡散スクリーン３０Ｃへの入射光路から外へ出ない。  
発明者らは、この現象を研究し、マイクロレンズ（微細光学構造）により２回反射された反射光が、拡大虚像の結像に影響しない条件を見出した。
【００４０】
図７は、外光である太陽光線ＳＬが、拡散スクリーン３０Ｄに、図の下方から入射角：θｉで入射し、マイクロレンズＬＳ０のレンズ面に入射し、反射点ＲＦ１、ＲＦ２で反射した「２回反射光線ＬＰ」が、拡散スクリーン３０Ｄの平面に対して射出角：θｒをもって射出する状態を示している。図７にはまた、光ビームをなす光線ＬＢ１が、発散角：２θｓ（図のθｓは半値発散角である。）をもって射出する状態が描かれている。  
反射点ＲＦ１、ＲＦ２におけるマイクロレンズＬＳ０のレンズ面における接平面を、図６におけると同じ符号を用いて、接平面ＣＰ１、接平面ＣＰ２とし、これら接平面ＣＰ１と接平面ＣＰ２との交差角を、図６の場合と同じく交差角：θｍとする。
【００４１】
図８は、図７における上述の交差角：θｍ、入射角：θｉ、射出角：θｒの関係を説明する図である。  
図８において、「基準線」は、図７において、図で下方の平面に直交する直線である。
【００４２】
図中の角は以下のごとくである。  
θi：外光である太陽光線の入射角  
θｒ：２回反射光線の射出角（２回反射光線ＬＰが基準線に対してなす角）  
θｉｒ：入射する太陽光線ＳＬと２回反射光線ＬＰとのなす角  
θｍ：反射点ＲＦ１における接平面ＣＰ１と反射点ＲＦ２における接平面ＣＰ２との交差角  
θ１：接平面ＣＰ１への太陽光線ＳＬの入射角（＝反射角）  
θ２：接平面ＣＰ２における入射角（＝反射角）  
このとき、これらの角の間には、以下の関係がある。  
θｍ＝１８０°−（θ１＋θ２）
θｉｒ＝１８０°−２（θ１＋θ２）＝θｉ＋θｒ                          。
【００４３】
従って、２回反射光線ＬＰの射出角：θｒは、
θｒ＝θｉｒ−θｉ=１８０°−２（θ１＋θ２）−θｉ
＝１８０°−２（１８０°―θｍ）−θｉ
＝２θｍ−θｉ―１８０°  
となる。  
２回反射光線ＬＰの反射角：θｒが図７に示す半値発散角：θｓよりも大きくなると、２回反射光線ＬＰは凹面ミラーの有効反射領域に入射しなくなり、拡大虚像の結像に影響しなくなる。  
「θｒ＞θｓ」となる条件は、
２θｍ−θｉ−１８０°＞θｓ
であるから、入射角：θｉと半値発散角：θｓ  
２θｍ＞θｉ＋１８０°＋θｓ  
即ち、
θｍ＞（θｉ＋θｓ）／２＋９０°
となる。
【００４４】
外光としての太陽光線ＳＬが、凹面ミラーで集光されて拡散スクリーン３０Ｄに入射する入射角：θｉは、凹面ミラーが拡散スクリーンによる発散光ビームの半値発散角：θｓの発散光ビームを取り込む範囲をカバーしているので、入射角：θｉは  
０≦θｉ≦θｓ  
の範囲を取り得る。
【００４５】
従って、θｉの最小値：θｉ＝０に対して、
θｍ＞θｓ／２＋９０°                        （１）
θｉの最大値：θｓに対して、
θｍ＞（θｓ＋θｓ）／２＋９０°＝θｓ＋９０°    
即ち、
θｍ＞θｓ＋９０°                          （２）
となる。
【００４６】
θｓ＋９０°＞θｓ／２＋９０°
であるから、θｓとθｍが、（１）と（２）とを同時に満たすθｍの範囲は、
θｍ＞θｓ＋９０°  
であることがわかる。
【００４７】
以上に説明したのは、光ビームの走査角：θが０である場合である。走査角：θが０でない場合には、半値発散角：θｓが、２回反射光線ＬＰは凹面ミラーの有効反射領域に入射しなくなる条件は、容易に理解されるように、
θｍ＞θｓ＋θ＋９０°
である。従って、有効最大走査角：θｗの光ビームに対しても、２回反射光線ＬＰが凹面ミラーの有効反射領域に入射しなくなる条件は、
θｍ＞θｓ＋θｗ＋９０°                          （３）
である。
【００４８】
マイクロレンズのレンズ面で２回正反射する任意の光線に対し、２回反射光線の２つの反射点をそれぞれ含む２つの接平面がなす交差角：θｍ、マイクロレンズアレイによる半値発散角：θｓが、最大有効走査角：θｗに対して、
θｍ＞θｓ＋θｗ＋９０  
を満たすように、レンズ面の曲率を設定したマイクロレンズアレイとすると、２回反射光線は、拡大虚像を結像する光と重なってＨＵＤから射出することがない。従って、外光である太陽光による拡大虚像のコントラストの低減が軽減され、前述の「ポストカードの浮き」の発生を低減できる。  
例えば、発散角：２θｓ＝４０度、有効最大走査角：θｗ＝１５度とすると、半値発散角：θｓは２０°となるので、θｍを１２５°（＝２０＋１５＋９０）以上に設定すれば、２回反射光線ＬＰが凹面ミラーの有効反射領域に入射しなくなる。
【００４９】
上には、マイクロレンズアレイとして「光偏向器側に凸面」とした例を示したが、拡大虚像結像光学系（以下「観察系」とも言う。）側に凹面とした場合も外光の２回反射が存在する。また、後述のように、凹面のマイクロミラーアレイとして「反射型の拡散スクリーン」にも本発明を適用できる。
【００５０】
微細光学構造は、マイクロレンズを例として説明したが、これに限らず、図９に示すようなプリズムアレイでもこの発明の作用効果が得られる。  
プリズムを構成している面が、接平面ＣＰ１およびＣＰ２になる。従って、プリズム角自体が上の説明における交差角：θｍであり、
半値発散角：θｓ、最大有効走査角：θｗに対して、
θｍ＞θｓ＋θｗ＋９０°
が満足されるようにプリズム角を設定すれば良い。
【００５１】
図９は、２次元的に描かれているが、微細光学構造は３次元的には円錐形状としてもよいし、頂点部分が曲面となる複合面としてもよい。
【００５２】
上には、拡散スクリーンに光ビームを投射して、拡散作用により透過光を発散光ビームとする場合を説明したが、この発明の拡散スクリーンは「光透過性」の場合のみならず、反射性の拡散スクリーンとしても実施できる。
【００５３】
反射型の拡散スクリーンでは、光偏向器により２次元的に偏向される光ビームを、拡散スクリーンの微細光学構造の形成された面に対して斜め方向から入射させる。  
そして、拡散作用により発散光ビームとなった反射光と入射光ビームとを分離する必要がある。
【００５４】
発散光ビームが進行する方向は「拡大虚像結像光学系による投射光」の光路の方向であるが、この光路の方向に沿って発散光ビームと逆向きに進行する外光は、拡散スクリーンにより単純に反射されると、大部分が光偏向器の側へ向かうので、拡大虚像結像光学系の側に戻ってくる成分は少ない。
【００５５】
しかし、微細光学構造で２回反射された外光成分には、拡大虚像結像光学系側へ戻って拡大虚像の結像に影響するものもある。  
２回反射された外光成分の影響を除去できる拡散スクリーンは、光ビームにより２次元的に走査される側の面が、光ビームに対して凹となる微細光学構造として形成され、２次元的に走査する光ビームを、反射により発散角：２θｓの発散光ビームとする機能を有するが、微細光学構造により２回反射される外光の射出角：θｒと半値発散角：θｓとが、有効最大走査角：θｗに対して、
θｒ＞θｓ＋θｗ  
を満足する。
【００５６】
微細光学構造が「マイクロ凹反射面による反射面」であって、入射側の面にアレイ配列された場合の例を図１０に即して説明する。  
拡散スクリーンは、適宜の基材ＢＳの片面にマイクロ凹反射面ＲＳ０が２次元的にアレイ配列して形成されている。図の下方が、拡大虚像結像光学系側（観察系側）であるが、マイクロ凹反射面ＲＳ０のアレイを２次元的に走査する光ビーム（その１つの光線を光線ＬＢ１として示す。）も、図の下方からマイクロ凹反射面ＲＳ０に入射し、反射されるとマイクロ凹反射面ＲＳ０により発散光ビームに変換される。  
この発散光ビームの発散角：２θｓの半値発散角：θｓは図の如くである。図に示されているのは、走査角：θ＝０の場合である。  
一方、マイクロ凹反射面ＲＳ０に入射角：θｉで入射する太陽光線ＳＬが２回反射された２回反射光線ＬＰの射出角を「θｒ」で示す。  
図から明らかなように、走査角：θ＝０に対しては、
θｒ＞θｓ
であれば、２回反射光線は、発散光ビームの進行方向の外側へ向かうので、拡大虚像の結像に影響しない。  
有効最大走査角：θｗに対しては、マイクロ凹反射面への外光の２つの反射点ＲＦ１、ＲＦ２におけるマイクロ凹反射面への接平面の交差角（先の説明例と同じく「θｍ」とする。）に対し、半値発散角：θｓが、
θｍ＞θｓ＋θｗ＋９０  
を満足するように、マイクロ凹反射面ＲＳ０の形状を定めればよい。  
このような形状としては、マイクロ凹反射面ＲＳ０の曲率および/またはピッチを調整することにより可能である。
【００５７】
反射性の拡散スクリーンでは、反射率が大きく設定され、外光の反射率は光ビームの反射率と同程度となるので、発明の効果は大きい。  
以下、図１１及び図１２を参照して説明する。  
繁雑を避けるため、光偏向器、凹面鏡については、図２におけると同符号を用いる。拡散スクリーンとしては、図７に即して説明したマイクロレンズアレイを有するものを想定し、符号３０Ｄで示す。  
光偏向器１５により偏向される光ビームＬＢは、図面に平行な方向および図面に直交する方向に２次元的に偏向され、拡散スクリーン３０を２次元的に走査する。  
この走査において、互いに直交する方向を「主走査方向」及び「副走査方向」とする。
【００５８】
説明の具体性のため、図１１、図１２の面に平行な方向を主走査方向、図面に直交する方向を副走査方向とする。２次元的な走査は例えば「ラスタスキャン」により行う。  
通常、表示すべき２次元画像が「横長の画面」であれば、主走査方向を横方向として、主走査の走査角を大きくする。  
図１１において、主走査方向の有効全走査角を２θｗとしている（副走査方向の走査角が大きい場合には、以下の説明において、副走査方向の走査角を２θｗと置き換えればよい。）。角：θｗは前述の「最大有効走査角」である。
【００５９】
光偏向器１５により偏向された光ビームＬＢは、拡散スクリーン３０Ｄ上の有効表示エリア上（図中の「Ａ領域からＢ領域の間」）を走査して２次元画像の描画を行う。光ビームＬＢは光線ではなく「有限の径（例えば５０μｍ）を持った光束」である。  
光ビームＬＢが走査角：θｗで拡散スクリーン３０のＡ領域に入射すると、拡散スクリーン３０の拡散作用によって発散され、半値発散角：θｓ（即ち、発散角：２θｓ）の発散光ビームＤＬＢＡとなる。即ち、発散光ビームの偏向領域はＡ領域に対しては「θｗ＋θｓ」となる。  
拡大虚像結像光学系として、図２に示す如きものを想定すると、偏向走査される発散光ビームは、凹面ミラー４０に向かって進行するが、このとき、凹面ミラー４０が取り込むべき走査範囲は、主走査方向においてＡ領域の側では「θｗ＋θｓ」となる。  
同様に、光ビームＬＢが走査角：θｗで拡散スクリーン３０のＢ領域に入射すると、拡散スクリーン３０の拡散作用によって発散され、半値発散角：θｓ（即ち、発散角：２θｓ）の発散光ビームＬＢＢとなる。即ち、発散光ビームの偏向領域はＢ領域でも「θｗ＋θｓ」となる。すると、凹面ミラーに取り込まれるべき発散光ビームの範囲は、偏向領域としては「２（θｗ＋θｓ）」であり、この角を凹面ミラーにおける「有効限界角」と呼び図１１中に角：θＬＭとして示す。
【００６０】
若干付言すると、光ビームＬＢの主走査方向の走査において、光ビームＬＢの拡散スクリーン３０への入射角は、Ａ領域とＢ領域とで同一ではなく、マイクロレンズのレンズ面に入る収差分で若干発散角：２θｓが異なるが、説明の簡単のために、Ａ領域とＢ領域とで発散角：２θｓが同一であるとする。
【００６１】
図１１において図示を省略されている「凹面ミラー」に入射して拡散ミラー３０のＡ領域に入射する外光（太陽光線）ＳＬは、凹面ミラーが発散光ビームを取り込むべき範囲の有効限界角「θｗ＋θｓ」に合致した角をもって拡散ミラー３０のＡ領域に入射する。
【００６２】
外光ＳＬがＡ領域におけるマイクロレンズのレンズ面により２回反射された２回反射光線ＬＰは、図示のように角：θｒをもって進行する。角：θｒが、Ｂ領域における発散光ビームＤＬＢＢの半値発散角：θｓに走査角：θｗを加えた「θｓ＋θｗ」よりも大きければ、２回反射光線ＬＰは、凹面ミラーの前記有効限界角の外側に向かうので、拡大虚像の結像に影響しなくなる。
【００６３】
前述の如く、角：θｒと外光ＬＳの入射角：θｉおよび交差角：θｍとの間には、
θｒ＝２θｍ−θｉ―１８０°  
の関係があり、入射角：θｉとして、θｗ＋θｓを用いると、
θｒ＞θｓ＋θｗ
となる条件は、
θｒ＝２θｍ−（θｗ＋θｓ）―１８０°  
となり、これから、
２θｍ−θｗ−θｓ−１８０°＞θｓ＋θｗ  
即ち、
２θｍ−１８０°＞２θｓ＋２θｗ
となる。
【００６４】
これから、
θｍ＞θｓ＋θｗ＋９０°
が得られる。
【００６５】
このとき、外光ＳＬ（太陽光線）が凹面ミラーで反射して拡散スクリーン３０Ｄに到達する光線は、拡散スクリーン３０Ｄに対して最大入射角：θｗ＋θｓでＡ領域に入射する。この光線の２回反射光線ＬＰが、拡散スクリーンによるＡ領域とは逆のＢ領域側における発散光ビームＤＬＢＢの最大角：θｗ＋θｓ以上あれば、発散光ビームＤＬＢＢより大きな角度で観察系側へ向かうので、観察者へ到達しにくくなる。
【００６６】
この状態を実現するように条件を決めればよい。  
即ち、拡散スクリーンを構成する有効表示領域のすべてのマイクロレンズに対して、θｍ＞θｓ＋θｗ＋９０°を満たすようにすればよい。
【００６７】
２回反射光線が観察系に入り込む領域と、そうでない領域が生じる場合があると、外光の入射条件には様々なことが想定されるが、この発明の構成を採用することにより、外光が観察系に対してどのような入り方をしても、拡散スクリーン上に「ポストカードの浮き」が生じる部分が局在しないようにすることができ、品質の高い表示装置を実現できる。
【００６８】
図１２は、図１１に説明した内容を観察系の一部である凹面ミラー４０との関係で示したものである。  
凹面ミラー４０の前記「有効限界角」であるθＬＭ（＝２（θｗ＋θｓ））の外側の領域４０ＯＥＤは、Ａ領域の側に例示され、Ｂ領域で２回反射された２回反射光線ＬＰは、この領域４０ＯＥＤに向かうので拡大虚像の結像に影響しない。
【００６９】
上に説明したところを補足すると、光偏向器１５によって走査された光ビームＬＢは、拡散スクリーン３０Ｄ上を走査するが、光ビームＬＢが照射された拡散スクリーンの拡散作用により光ビームは発散光ビームとなる。発散光ビームは「投射光」として「これを略全部取り込む有効反射領域」を有している凹面ミラー４０へと進む。  
同時に、太陽光などの外光ＳＬも投射光とは逆の光路で入射して、拡散スクリーン３０Ｄへと集光する。凹面ミラー４０が、この外光を取り込む範囲は前記有効反射領域に一致する。実際には、ＨＵＤの防塵カバーや車両に取り付ける際のベゼル部材や、車両のルーフ部などで遮蔽されて必ずしも有効範囲に太陽光が直接当たらない場合もあるが、太陽光などの外光が、画像投射装置に入り込み、凹面ミラー４０の有効反射領域内で反射された光は、発散光ビームとは逆の光路で拡散スクリーン３０Ｄに入射することになる。この入射外光が拡散スクリーン３０Ｄを構成するマイクロレンズのレンズ面で２回反射して２回反射光線が観察系側にもどっても、凹面ミラー４０の有効反射領域外へと進めば、観察者へは外光が到達しない。
【００７０】
なお、有効反射領域に入射しても、２回反射光線の「凹面ミラー４０への入射角」が大きく、凹面ミラーで反射した後、観察者の有効視野領域（所謂「アイレンジ」）に到達しなければ観察者に視認されない。  
この発明の拡散スクリーンを画像投射装置に適用することにより、外光が拡散スクリーンに到達しても、その２回反射光線を観察者へ向かわせないことが可能となり、拡大虚像の白浮きの無い「コントラストの低下を起こさないＨＵＤ等の画像投射装置」を実現できる。
【００７１】
付言すると、拡散スクリーンに到達する外光は、必ずしも凹面ミラーによる反射光だけではない。拡散スクリーンに入射する角度がより大きくなると、フレネルの反射則に従って反射率が増大し、反射光強度が大きくなる。上に説明した例で、外光としての太陽光がＨＵＤに侵入すると、凹面ミラーで反射されない場合でも、拡大虚像結像光学系を構成している折り返しミラーなどで反射され、拡散スクリーンに到達する光が存在する場合もある。  
また、外光である太陽光は、拡大虚像を結像する光束とは逆の光路から入射するとは限らず、画像投射装置に斜めに入り込み、凹面ミラーに向けて反射し、拡散スクリーンに直接戻るのではなく、ＨＵＤの筐体内部の部材を照らすこともあり、照らされた部材が２次光源となって、そこから発して拡散スクリーンに到達する光も存在し得る。
【００７２】
この発明の拡散スクリーンは、そのような光をも想定しており、非常に有効となる。
【００７３】
また、上に説明した例では、拡散スクリーンの有する微細凹凸構造の例としてマイクロレンズの場合を説明したが、マイクロレンズのアレイは、単一の曲率半径を有するマイクロレンズのアレイでなくてもよく、非球面形状でもよいし、高さが一定で、縦方向と横方向の配列ピッチが異なり、レンズサイズが異なるが「レンズ境界部とレンズ頂点部の差」であるいわゆるサグ量を縦配列方向と横配列方向で同じとなるような縦横の曲率が異なるレンズ曲面を有するレンズアレイであってもよい。
【００７４】
マイクロレンズアレイの表面は反射防止などの処理を施すなど極力反射光を抑えることが行われているが、拡散スクリーンのコスト面や量産性の面からも、反射光を０％にすることは現実的でない。また、２回反射光線の反射点の一方は入射角が大きいため「フレネルの全反射条件」を満たす場合があり、たとえ反射防止コート等による反射防止措置を施していても、投射光の入射角に合わせた最適化を行っているので、２点の反射点のうち一方は高い反射率、最悪「全反射」されて戻ってくる光となる。
【００７５】
また、拡大虚像結像光学系を介して入射した太陽光は凹面ミラーで集光されて強度的には数倍から数十倍にも強められる。凹面ミラーの集光性能にもよるが、集光度合いは５倍ないし１５倍近くにもなる場合があり、これらの現象を考慮すると、２回反射光線は極力排除すべきである。  
２回反射光線がない条件としては「曲率半径を大きく取り配列ピッチも大きく」することにより２回反射が生じない解が得られる条件があるが、画素密度が低下したり、発散光ビームの発散角に制約が生じて、有効視野領域（アイレンジ）が狭くなるなど、画像品質の低下や使い勝手を落としかねない。  
２回反射が生じても「太陽光が観察系に戻ってこない条件」とすることで、実質マイクロレンズアレイの反射光による拡大画像の白浮きを低減できる。２回反射が生じても、拡大虚像の投射光路を邪魔しない範囲で、２回反射光線を遮光するとか、凹面ミラーで反射させないなどのレイアウト上の工夫で迷光を低減できる。
【００７６】
上には、拡散スクリーンを偏向させた光ビームにより２次元的に走査して、２次元画像の書き込みを行う場合を説明した。  
拡散スクリーンの２次元的な走査は、偏向させた光ビーム以外に、光ビームの「２次元的な平行移動」により行うこともできる。  
このような場合には、２次元的な走査を行う光ビームの走査角は０であって、走査角が０であるから、上の説明における最大走査角：θｗ＝０となる。  
従って、前記角度：θｍ（度）、前記半と発散角：θｓが満足すべき関係は、
θｍ＞θｓ＋９０°  
となる。  
上に説明したＨＵＤでは、拡大虚像として結像させるべき２次元画像は、拡散スクリーンに光ビームの２次元的な走査により書き込むことにより形成される。  
この発明の画像投射装置やＨＵＤは、拡散スクリーンに「光ビームによる２次元的な走査を行わない場合」も可能である。  
即ち、この発明の画像投射装置やＨＵＤを周知の「ＦＴＦ表示装置や、液晶表示装置などの表示部分にマイクロレンズアレイを用いた２次元表示装置」として実資することも可能である。  
液晶表示装置に適用した例を説明図的に図１３に示す。  
図中、符号５０は液晶パネル、符号６０は拡散スクリーンを示す。拡散スクリーン６０は、液晶パネル５０の「図で上方の面」に密接して形成されている。液晶パネル５０に光透過画素と光遮断画素により、２次元画像（拡大虚像として結像させるべき２次元画像）に相当する画素配列を形成して、図の下方から、照明光Ｌ０を照射すると、照明光Ｌ０は「光透過画素の２次元配列」を透過して「２次元の画像光」となって拡散スクリーン６０に入射する。  
拡散スクリーン６０は、２次元的に入射する画像光を透過させて、発散角：２θｓ（度）の発散光とする。即ち、拡散スクリーン６０の一方の面には、２次元的に入射する画像光を発散角：２θｓの発散光ＤＬＢ０とする微細光学構造が２次元的に配列されて、マイクロレンズアレイ等となっている。
【００７７】
この発散角：２θｓの発散光ＤＬＢ０が、拡大虚像を結像する結像光束となって「凹面ミラー等による拡大虚像結像光学系」に入射し、拡大虚像として結像され、観察に供されることになる。  
拡散スクリーン６０の有するマイクロレンズアレイ等の「微細光学構造の２次元配列」は、画像光以外の外光の光線ＳＬが微細光学構造により２回反射されて発散光ＤＬＢ０と同じ側に射出する２回反射光線ＬＰの「微細光学構造への２つの反射位置における微細光学構造の接平面がなす角度：θｍ（度）」と、角：θｓ（度）が、関係：
θｍ＞θｓ＋９０°  
を満足する。
【００７８】
この例の場合にも、微細光学構造による２回反射光線ＬＰの射出角：θｒは、発散角：θｓよりも大きいので、拡大虚像の結像に影響しない。
【００７９】
従って、拡散スクリーンは、微細光学構造の２次元的な配列により形成された面による拡散作用により拡散された光束が射出面の法線に対してなす最大角：θｍａｘ、前記微細光学構造で２回反射されて射出する２回反射光線の射出角：θｒが、関係：
θｒ≧θｍａｘ  
を満足すれば、２回反射による「拡大虚像のコントラストの低下」を有効に軽減できる。
【００８０】
最大角：θｍａｘは、２次元画像を、２次元的に偏向される光ビームで書き込む場合であれば、前述の「θｓ＋θｗ＋９０°」であり、走査角を持たない場合には、上記「θｓ＋９０°」である。
【００８１】
以下、図１４を参照して、２回反射光線ＬＰの処理の２例を説明する。図１４において、符号ＤＬＢ０は拡散スクリーン３０により拡散された光発散ビームの発散角：θｓを持つ光線、符号ＬＰは、拡散スクリーンの微細光学構造により２回反射されて光線ＤＬＢ０と同じ側に射出する２回反射光線を示している。また、符号４０は、拡大虚像結像光学系を構成する光学素子を、凹面ミラー４０を代表して示している。従って以下では、拡大虚像結像光学系４０と称する。  
図１４の左側の図では、２回反射光線ＬＰは、拡大虚像結像光学系４０の有効範囲の外側へ向かうので、基本的には拡大虚像の結像に寄与しないが、この２回反射光線ＬＰが迷光として作用しないように、図２の筐体１Ａの内面や、折り返しミラーＭＬ１、ＭＬ２の有効反射面該を光吸収性とするのがよい。
【００８２】
図１４の右側の図では、拡大虚像結像光学系４０の有効範囲外に遮光部４１を形成し、有効範囲外に入射出２回反射光線ＬＰを遮光する。
【００８３】
このようにして、拡大虚像結像光学系が、２回反射光線ＬＰの射出角：θｒより小さい範囲の光（発散光ビーム、発散光）を取り込むようにすれば、外光が拡散スクリーンに到達しても、その２回反射光線を観察者へ向かわせないことが可能となり、拡大虚像のコントラストの低下を有効に軽減できる。
【００８４】
以上、発明の好ましい実施の形態について説明したが、この発明は上述した特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。  
この発明の実施の形態に記載された効果は、発明から生じる好適な効果を列挙したに過ぎず、発明による効果は「実施の形態に記載されたもの」に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００８５】
１        ＨＵＤ  
Ｉｍ      拡大虚像  
５０      フロントガラス  
Ｏｂ      観察者  
Ａ        観察者の目  
１５      光偏向器  
３０      拡散スクリーン  
４０      凹面ミラー  
ＳＬ      太陽光線  
ＬＰ      ２回反射光線  
θｒ      ２回反射光線の射出角  
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８６】
【特許文献１】特許第６２３７１２４号明細書
【図１】
2020030275.tif 000003
【図２】
2020030275.tif 000004
【図３】
2020030275.tif 000005
【図４】
2020030275.tif 000006
【図５】
2020030275.tif 000007
【図６】
2020030275.tif 000008
【図７】
2020030275.tif 000009
【図８】
2020030275.tif 000010
【図９】
2020030275.tif 000011
【図１０】
2020030275.tif 000012
【図１１】
2020030275.tif 000013
【図１２】
2020030275.tif 000014
【図１３】
2020030275.tif 000015
【図１４】
2020030275.tif 000016