(57)【要約】【課題】  搭載する光学系が小型であっても、視認しやすい表示画像を作成する表示画像作成装置を提供する。【解決手段】  光源素子からの光を走査光学系へ出射する光源部と、光源部から出射された光束により中間スクリーンに中間画像を作成する走査光学系と、中間画像を結合光学素子に導く反射光学素子と、を備え、反射光学素子は、中間画像の一部を除いて結合光学素子に導光する形状を有する、画像作成装置による。【選択図】図１
2020187362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源素子からの光を走査光学系へ出射する光源部と、
前記光源部から出射された光束により中間スクリーンに中間画像を作成する走査光学系と、
前記中間画像を結合光学素子に導く反射光学素子と、
を備え、
前記反射光学素子は、前記中間画像の一部を除いて前記結合光学素子に導光する形状を有する、
ことを特徴とする表示画像作成装置。
【請求項２】
光源素子からの光を走査光学系へ出射する光源部と、
前記光源部から出射された光束により中間スクリーンに中間画像を作成する走査光学系と、
前記中間画像を結合光学素子に導く反射光学素子と、
を備え、
前記反射光学素子は、前記中間画像に外接する面積最小の矩形の角に対応する部分を除いた前記中間画像を前記結合光学素子に導光する、
ことを特徴とする表示画像作成装置。
【請求項３】
光源素子からの光を走査光学系へ出射する光源部と、
前記光源部から出射された光束により中間スクリーンに中間画像を作成する走査光学系と、
前記中間画像を結合光学素子に導く反射光学素子と、
を備え、
前記反射光学素子は、前記中間画像に外接する面積最小の矩形の角に対応する前記光束を蹴る、
ことを特徴とする表示画像作成装置。
【請求項４】
光源素子からの光を走査光学系へ出射する光源部と、
前記光源部から出射された光束により中間スクリーンに中間画像を作成する走査光学系と、
前記中間画像を結合光学素子に導く反射光学素子と、
を備え、
前記反射光学素子は、前記中間画像に外接する面積最小の矩形の角に対応する前記光束を透過して前記結合光学素子に反射しない、
ことを特徴とする表示画像作成装置。
【請求項５】
前記反射光学素子は、外形が矩形であって、四つの角のうちの少なくとも一つのかどが切り欠かれている、
請求項１乃至４のいずれかに記載の表示画像作成装置。
【請求項６】
前記反射光学素子は、前記走査光学系の前記中間スクリーンからの前記光束の進行方向において回転している、
請求項１乃至５のいずれかに記載の表示画像作成装置。
【請求項７】
前記走査光学系は、前記光束による前記中間スクリーンの走査範囲を検知するセンサを有し、
前記センサの少なくとも一部は、前記中間画像に外接する面積最小の矩形の内側に配置されている、
請求項１乃至６のいずれかに記載の表示画像作成装置。
【請求項８】
少なくとも１つの前記センサは、前記中間スクリーンの走査面に対して、前記中間スクリーンに前記光束が入射する方向にシフトしている、
請求項７記載の表示画像作成装置。
【請求項９】
前記中間スクリーンに入射する前記光束は、前記中間スクリーンの垂線に対して副走査方向について一方の側のみから入射する、
請求項１乃至８のいずれかに記載の表示画像作成装置。
【請求項１０】
移動体に搭載され、前記移動体に関する情報を前記移動体の操縦者が認知可能な虚像として形成する画像表示装置であって、
光源素子からの光を走査光学系へ出射する光源部と、
前記光源部から出射された光束により中間スクリーンに中間画像を作成する走査光学系と、
前記中間画像を結合光学素子に導く反射光学素子と、前記中間画像を前記虚像として現す結合光学素子と、を有する観察光学系と、
を備え、
前記反射光学素子は、前記中間画像の一部を除いて前記結合光学素子に導光する形状を有する、
ことを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示画像作成装置および画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車、航空機、船舶などの移動体に搭載される装置であって、操縦者（運転者）が当該移動体を操縦する際に有用な情報を、少ない視線移動で視認できるようにする画像表示装置が知られている。このような画像表示装置は、一般的に、ヘッドアップディスプレイ（以下「ＨＵＤ」という）と呼ばれる。
【０００３】
ＨＵＤは、移動体に関する情報を含む画像を中間画像として作成し、この中間画像を運転者が情報を認知できるように虚像として現すものである。なお、「移動体に関する情報」とは、当該移動体の運転者の視界に存在するものに関連する情報、当該移動体の動作に関連する情報等を含む。例えば、移動体の動作状態を報知する警報なども含まれる。
【０００４】
従来のＨＵＤは、中間画像の作成方式として、例えば、液晶等のイメージングデバイスを用いるパネル方式、レーザーダイオードから射出されたレーザービームを二次元走査デバイスによって走査するレーザー走査方式、などが知られている。パネル方式は、全画面発光を部分的に遮光して中間画像を作成する。レーザー走査方式は、各画素に対して「発光」と「非発光」を割り当てることで中間画像を作成する。一般的に、高コントラストの中間画像を作成するには、レーザー走査方式の方が適している。
【０００５】
ＨＵＤは、操縦者の前方視界内に配置される。移動体が自動車の場合であれば、ＨＵＤの本体はダッシュボードの内部に配置される。自動車の場合、ダッシュボードの内部には空調のダクトやメーター類などの構造物が収納されるので、これら構造物とＨＵＤが干渉しないように配置する必要がある。したがって、ＨＵＤは小型である方が望ましい。
【０００６】
ＨＵＤを小型にするには、ＨＵＤが備える光学系を小型にすればよい。光学系に含まれる一部の光学素子を小さくすることでＨＵＤ全体を小さくするものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１のＨＵＤのように光学系を小さくすると中間画像が小さくなる。そうすると、運転者が視認する虚像が小さくなり、情報を視認しにくくなる。光学系が小さくても虚像を大きくするならば、光学系における倍率を高くすればよい。しかし、光学系の倍率を高くすると感度が敏感になり、光学素子の微調整が難しい。
【０００８】
また、光学系を小さくする別の方法として、中間画像を作成するための中間スクリーンから運転者の視点に至るまでの観察光学系において、偏心光学系を用いる方法がある。この偏心光学系の偏心量を大きくすれば、観察光学系の収納空間を小さくすることができるので、ＨＵＤを小さくできる。
【０００９】
しかし、観察光学系に偏心光学系を用いた場合、偏心光学系の偏心量を大きくすると、新たな課題が生ずる。一般に、二次元偏向走査を行う走査光学系は、光学設計の観点から主走査方向の対称性を持たせると有利である。そのためには、走査光学系から中間スクリーンへ入射する光線は、主走査方向について中間スクリーンに対し垂直に入射する構成が望ましい。
【００１０】
偏心光学系の偏心量を大きくすることでＨＵＤを小さくした場合、アイポイントから考えていくと観察光学系が備える折返しミラーを偏心させることになる。折り返しミラーが中間画像を反射する領域（光線通過領域）の形状を矩形とした場合、折り返しミラーを偏心させて斜めに配置すると、折り返しミラーが上下方向や左右方向に飛び出すような構成になる。したがって、観察光学系に偏心光学系を用いることで、ＨＵＤが大きくなることがある。
【００１１】
本発明は、小型で、かつ、観察者が認知しやすい虚像の表示用の画像を作成することができる表示画像作成装置と画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、光源素子からの光を走査光学系へ出射する光源部と、前記光源部から出射された光束により中間スクリーンに中間画像を作成する走査光学系と、前記中間画像を結合光学素子に導く反射光学素子と、を備え、前記反射光学素子は、前記中間画像の一部を除いて前記結合光学素子に導光する形状を有する、ことを主な特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、小型で、かつ、観察者が認知しやすい虚像の表示用の画像を作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る表示画像作成装置を含む画像表示装置の実施形態の例を示す構成図である。
【図２】上記表示画像作成装置が備える光源部の例を示す構成図である。
【図３】上記表示画像作成装置が備える走査光学系の例を示す構成図である。
【図４】上記画像作成装置のハードウェア構成の例を示すブロック図である。
【図５】上記表示画像作成装置の機能構成の例を示す機能ブロック図である。
【図６】上記表示画像作成装置が備える光偏向器の例を示す平面図である。
【図７】上記表示画像作成装置が備える反射光学素子の形状の例と配置例を示す図である。
【図８】上記表示画像作成装置が備える被走査面素子、反射光学素子、結合光学素子の関係の例を示す図である、
【図９】上記画像表示装置の例を示す光学配置図である。
【図１０】上記表示画像作成装置の別の実施形態に係る中間スクリーンとセンサの配置の例を示す図である。
【図１１】上記表示画像作成装置の中間スクリーンとセンサの配置を比較例とともに示す図である。
【図１２】上記表示画像作成装置のさらに別の実施形態に係る中間スクリーンとセンサの配置の例を示す図である。
【図１３】従来の画像表示装置の例を示す光学配置図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る表示画像作成装置の実施形態、および同表示画像作成装置を備える画像表示装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。まず、本発明に係る画像表示装置の実施形態であるＨＵＤ１について説明する。
【００１６】
●画像表示装置の概要●
図１に示すようにＨＵＤ１は、自動車や航空機、船舶などの移動体に搭載される装置である。ＨＵＤ１は、当該移動体の操縦者の視界内において、当該移動体の操縦に有用な情報を表示する。なお、「移動体の操縦に有用な情報」とは、当該移動体の操縦者の視界に存在するものに関連する情報、当該移動体の動作に関連する情報等を含む。例えば、移動体の動作状態を報知する警報なども含まれる。本明細書において、「移動体の操縦に有用な情報」を単に「情報」と表記することもある。
【００１７】
ＨＵＤ１は、操縦者が認知可能な状態で情報を虚像２として表示する。この虚像２は、中間画像に基づいて現れる像であり、中間画像は、虚像２を表示するための画像である。ＨＵＤ１は中間画像の作成装置（表示画像作成装置）を備えている。表示画像作成装置の実施形態の詳細は、後述する。
【００１８】
ＨＵＤ１は、表示画像作成装置において作成された中間画像を画像光として操縦者の視界に投射し、これを虚像２として当該操縦者の視界内に表示する。画像光を投射する光学系には、画像光を操縦者に向けて反射し、かつ、操縦者の視界に存在する周囲環境の反射光（外部光）を透過する光学素子を備えている。この光学素子は、画像光と外部光を結合し、結合した光を操縦者が見えるようにする素子である。この結合した光によって、画像光が投射されている位置よりも離れた位置に虚像２があるかのように操縦者は認知する。
【００１９】
●画像表示装置の構成
図１に示すように、ＨＵＤ１は、光源部１０と、走査光学系２０と、観察光学系３０と、を備えている。ＨＵＤ１は、すでに説明のとおり、操縦者である観察者３の視界内に虚像２を表示する装置である。
【００２０】
本実施形態では、ＨＵＤ１を自動車に搭載した場合を例に用いて説明する。ＨＵＤ１において虚像２の元になる中間画像は、光源部１０と走査光学系２０と観察光学系３０を構成する凹面ミラー３１によって作成される。したがって、本発明に係る表示画像作成装置の実施形態である画像作成装置１００は、光源部１０と走査光学系２０と凹面ミラー３１によって構成される。
【００２１】
画像作成装置１００で作成された中間画像は、観察光学系３０の一部を構成する光コンバイナ３２に投射される。光コンバイナ３２は、中間画像と上記の外部光を結合し、観察者３が視認可能にする結合光学素子である。
【００２２】
本実施形態では、光コンバイナ３２としてフロントウインドシールド５０（いわゆるフロントガラス）を用いている。また、専用の結合光学素子を光コンバイナ３２として観察者３の視界内に配置してもよい。
【００２３】
●光源部１０の概要
光源部１０は、虚像２の元になる中間画像の作成に用いる光束を出射する。虚像２をカラー画像にするのであれば、光源部１０からはカラー画像に必要な光の三原色に相当する光束が出射される。
【００２４】
●走査光学系２０の概要
走査光学系２０は、光源部１０から出射された光束に基づいて、虚像２において所定の情報を表示するための中間画像を作成する。一般的に、中間画像の外形は、長方形や正方形などの矩形である。
【００２５】
●観察光学系３０の概要
走査光学系２０において作成された中間画像は、観察光学系３０の反射光学素子である凹面ミラー３１において拡大されて投射される。拡大投射された中間画像は、光コンバイナ３２において観察者３に向けて反射される。
【００２６】
光コンバイナ３２において中間画像が反射されると、観察者３の視覚には、光コンバイナ３２の物理的な位置とは異なる位置（観察者３から離れる方向の位置）に虚像２が現れる。すでに説明したとおり、虚像２において認知できる情報は、自動車の動作に関連する情報であって、例えば、自動車の速度や走行距離、行き先表示等のナビゲーション情報等である。
【００２７】
なお、観察者３の視点は、単に基準となる視点位置（基準アイポイント）を示している。観察者３の視点範囲は、自動車の運転者アイレンジ（ＪＩＳ  Ｄ００２１）と同等かそれ以下である。
【００２８】
ここで、本発明に係る実施形態の説明に共通して用いる３次元直交座標系の説明をする。図１に示すように、観察者３の視野方向（移動体の前進方向）をＺ軸とする。この場合、虚像２から観察者３へ向かう方向（移動体の後退方向）を＋Ｚ方向とし、観察者３の視線方向（移動体の前進方向）を−Ｚ方向とする。観察者３の視野の左右方向をＸ方向とする。この場合、観察者３の右方向（紙面奥方向）を＋Ｘ方向とし、観察者３の左方向を−Ｘ方向（紙面手前方向）とする。また観察者３の視野の上下方向をＹ方向とする。観察者３の上方向を＋Ｙ方向とし、観察者３の下方向を−Ｙ方向とする。
【００２９】
以上をまとめて言い換えると、本発明に係る実施形態の説明に用いる移動体を自動車とした場合に、自動車の幅方向をＸ方向、自動車の高さ方向をＹ方向、自動車の長さ方向をＺ方向とする。観察者３からみて左手方向が−Ｘ方向であって、右手方向が＋Ｘ方向である。観察者３からみて上方向が＋Ｙ方向である。自動車の後退方向が＋Ｚ方向であって、進行方向が−Ｚ方向である。
【００３０】
●光源部１０の構成
次に、光源部１０の詳細な構成について図２を用いて説明する。光源部１０は、カラー画像である虚像２を形成するために用いられる画像作成用ビーム１０１を出射する。画像作成用ビーム１０１は、赤（以下「Ｒ」と表示する。）、緑（以下「Ｇ」と表示する。）、青（以下「Ｂ」と表示する。）の３色のビームを１本に合成した光ビームである。
【００３１】
光源部１０は、光源素子として、各色のレーザー光を出射する半導体レーザー素子を備えている。各色に対応する半導体レーザー素子を、第１レーザー素子１１０、第２レーザー素子１２０、第３レーザー素子１３０、とする。
【００３２】
また、光源部１０は、各レーザー素子から出射されたレーザー光の発散性を抑止するカップリングレンズを備えている。各色のレーザー光に対応するカップリングレンズを、第１カップリングレンズ１１１、第２カップリングレンズ１２１、第３カップリングレンズ１３１、とする。
【００３３】
また、光源部１０は、各カップリングレンズからの各レーザー光の光束径を規制して整形するアパーチャを備えている。各レーザー光に対応するアパーチャを、第１アパーチュア１１２、第２アパーチュア１２２、第３アパーチュア１３２、とする。
【００３４】
また、光源部１０は、整形された各色のレーザー光束を合成して画像作成用ビーム１０１を出射するビーム合成プリズム１４０と、レンズ１５０と、を有する。
【００３５】
第１レーザー素子１１０は、赤色の画像を形成するレーザー光を出射するレーザー素子である。第２レーザー素子１２０は、緑色の画像を形成するレーザー光を出射するレーザー素子である。第３レーザー素子１３０は、青色の画像を形成するレーザー光を出射するレーザー素子である。各レーザー素子には、端面発光レーザーと呼ばれるレーザーダイオード（ＬＤ）を用いることができる。また、端面発光レーザーに代えて、面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）を用いることもできる。
【００３６】
第１レーザー素子１１０から出射される光束（レーザー光）の波長λＲは、例えば６４０ｎｍである。第２レーザー素子１２０から出射される光束（レーザー光）の波長λＧは、例えば５３０ｎｍである。第３レーザー素子１３０から出射される光束（レーザー光）の波長λＢは、例えば４４５ｎｍである。
【００３７】
ビーム合成プリズム１４０は、赤色のレーザー光を透過させて緑色のレーザー光を反射する第１ダイクロイック膜１４１と、赤色と緑色のレーザー光を透過させて青色のレーザー光を反射する第２ダイクロイック膜１４２と、を有する。
【００３８】
第１レーザー素子１１０から出射された赤色レーザー光は、第１カップリングレンズ１１１と第１アパーチュア１１２を介してビーム合成プリズム１４０に入射する。ビーム合成プリズム１４０に入射した赤色レーザー光は、第１ダイクロイック膜１４１を通過して直進する。
【００３９】
第２レーザー素子１２０から出射された緑色レーザー光は、第２カップリングレンズ１２１と第２アパーチュア１２２を介してビーム合成プリズム１４０に入射する。ビーム合成プリズム１４０に入射した緑色レーザー光は、第１ダイクロイック膜１４１で反射されて赤色レーザー光と同方向（第２ダイクロイック膜１４２の方向）へ導光される。
【００４０】
第３レーザー素子１３０から出射された青色レーザー光は、第３カップリングレンズ１３１と第３アパーチュア１３２を介してビーム合成プリズム１４０に入射する。ビーム合成プリズム１４０に入射した青色レーザー光は、第２ダイクロイック膜１４２において赤色レーザー光及び緑色レーザー光と同方向に反射される。
【００４１】
各アパーチュアには、光束の発散角等に応じて、円形、楕円形、長方形、正方形等の様々な形状のものを用いればよい。
【００４２】
以上のように、第２ダイクロイック膜１４２を通過した赤色レーザー光及び緑色レーザー光と、第２ダイクロイック膜１４２で反射された青色レーザー光がビーム合成プリズム１４０から出射される。したがって、ビーム合成プリズム１４０から出射されるレーザー光は、赤色レーザー光と緑色レーザー光と青色レーザー光が１本のレーザー光束として合成されたものである。
【００４３】
ビーム合成プリズム１４０から出射されたレーザー光は、レンズ１５０によって所定の光束径の「平行ビーム」に変換される。この「平行ビーム」が、画像作成用ビーム１０１である。なお、レンズ１５０は、後述する光偏向器２１に向かって凹面をなすメニスカスレンズである。
【００４４】
画像作成用ビーム１０１を構成するＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色レーザー光束は、表示対象である「二次元のカラー画像」に係る画像信号に応じて、または、当該画像情報を示す画像データに応じて強度変調される。このレーザー光束の強度変調は、各色の半導体レーザーを直接変調する方式（直接変調方式）でも良いし、各色の半導体レーザーから出射されたレーザー光束を変調する方式（外部変調方式）でも良い。すなわち、各半導体レーザー素子は、それぞれを駆動する駆動手段によって、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分の画像信号により発光強度を変調された各色のレーザー光を出射する。
【００４５】
なお、上記のような半導体レーザー素子に代えてＬＥＤ素子を用いてもよい。
【００４６】
●走査光学系２０の構成
図３に示すように、走査光学系２０は、二次元偏向素子である光偏向器２１と、走査ミラー２２と、中間スクリーン２３と、を有してなる。
【００４７】
●光偏向器２１の概要
光偏向器２１は、光源部１０から出射された画像作成用ビーム１０１を偏向走査し、中間スクリーン２３上を二次元偏向走査する画像形成素子である。光偏向器２１は、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）である。例えば、光偏向器２１は、微小なミラーの集合体で構成され、各微小ミラーが互いに直交する二軸を用いて揺動するように構成された微小揺動ミラー素子（ＤＭＤ：Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ，Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社）である。
【００４８】
光偏向器２１として用いることができる画像形成素子は、上記の例に限るものではない。上記と同様の微小揺動ミラー素子において、１軸に２個の微小なミラーを配置して、この１軸の周りに２個の微小なミラーが互いに直交する方向に揺動可能な構成でもよい。また、光偏向器２１として用いる画像形成素子として、透過型液晶パネルを含む透過液晶型素子や、反射型液晶パネルを含む液晶デバイスである反射液晶型素子などを用いてもよい。
【００４９】
●光偏向器２１の構成
ここで、光偏向器２１の詳細な構造について図６を用いて説明する。すでに説明のとおり、光偏向器２１は半導体プロセスにて製造されるＭＥＭＳミラーであって微小ミラー２１０を備えている。なお、図６において、光偏向器２１の長手方向の軸をｘ軸、ｘ軸に直交する光偏向器２１の短手方向の軸をｙ軸、ｘ軸とｙ軸に直交し光偏向器２１で反射された光が進行する方向をｚ軸とする。図６におけるｘ軸、ｙ軸、ｚ軸は、すでに図１において示した軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）とは示す方向が異なる軸である。
【００５０】
微小ミラー２１０の両側には、複数の折り返し部により蛇行して形成された一対の蛇行状梁部１５２が配置されている。蛇行状梁部１５２は、折り返されて隣接する梁のそれぞれを第１梁部１５２ａと第２梁部１５２ｂとして分割していて、それぞれに圧電部材１５６を備える。ここで用いられる圧電部材１５６は、例えばＰＺＴである。
【００５１】
第１梁部１５２ａと第２梁部１５２ｂに印加される電圧は、互いに隣接するものに対して独立して印加される。これら独立して印加される電圧は、互いに異なる電圧値である。第１梁部１５２ａと第２梁部１５２ｂにおいて、互いに異なる電圧が印加されると、それぞれに反りが発生する。反りの方向は印加電圧によって決定されるので、隣接する第１梁部１５２ａと第２梁部１５２ｂは異なる方向に撓むことになる。この撓みが蓄積されることで微小ミラー２１０はｘ軸周りに大きな角度で回転する。なお、蛇行状梁部１５２は、枠部材１５４に支持されている。
【００５２】
●光偏向器２１の効果
以上の構成を備える光偏向器２１を用いることで、ｘ軸を中心とする垂直方向への光走査を低い電圧で行うことができる。一方、ｙ軸を中心とした水平方向では、微小ミラー２１０に接続されたトーションバーなどを利用した共振による光走査を行うことができる。
【００５３】
●光偏向器２１の動作
図３に戻る。光偏向器２１において画像作成用ビーム１０１が二次元的に偏向されると、この偏向されたビームが走査用ビーム１０２として走査ミラー２２に入射する。走査ミラー２２は、例えば、凹面鏡であって、中間スクリーン２３で発生する走査線（走査軌跡）の曲がりを補正する効果を有する。走査ミラー２２により反射された走査用ビーム１０２は、光偏向器２１による偏向に伴い平行移動しつつ中間スクリーン２３に入射する。
【００５４】
なお、光偏向器２１に透過液晶型素子の光学素子を用いるときは、走査ミラー２２を経由することなく、透過液晶型素子において二次元的に偏向された走査用ビーム１０２が中間スクリーン２３に入射する。
【００５５】
中間スクリーン２３に入射する走査用ビーム１０２は、主走査方向と副走査方向において走査される。すなわち、光偏向器２１は走査用ビーム１０２を二軸偏向しており、主走査方向に関しては正弦波振動を、副走査方向に関しては鋸波振動をすることで、中間スクリーン２３を二次元的に偏向走査する。
【００５６】
●中間スクリーン２３の概要
走査用ビーム１０２により中間スクリーン２３を二次元偏向走査することで、中間画像が作成される。なお、ここで作成された中間画像は、カラーの二次元画像である。本実施形態では、カラー画像を前提として説明するが、中間スクリーン２３においてモノクロの中間画像を作成するものでもよい。
【００５７】
なお、中間スクリーン２３において各瞬間で表示される中間画像は「走査用ビーム１０２が、その瞬間に照射している画素のみ」で作成される。したがって、上記の「カラーの二次元画像」は、走査用ビーム１０２の二次元的な走査によって「各瞬間に表示される画素の集合」として作成される。
【００５８】
●中間スクリーン２３の構成
中間スクリーン２３は、微細な凸レンズが二次元的に配列されているマイクロレンズアレイであって、この微細凸レンズに入射した走査用ビーム１０２が出射面から拡散して出射される。中間スクリーン２３の走査は、例えば、主走査方向は高速で走査されて、副走査方向は低速で走査されるラスタースキャンである。走査された中間スクリーン２３から出射される拡散光によって中間画像が作成される。すなわち、中間画像は、中間スクリーン２３の出射面側（観察光学系３０側）に現れる。
【００５９】
なお、中間スクリーン２３として用いる光学素子は、上記の例に限ることはなく、拡散板、透過スクリーン、反射スクリーンなどを採用してもよい。また、複数のマイクロレンズを１次元配列したもの、又は３次元配列したものを用いることもできる。
【００６０】
●観察光学系３０の構成
観察光学系３０は、凹面ミラー３１と、光コンバイナ３２と、を有してなる。凹面ミラー３１は、走査光学系２０において作成された中間画像を拡大反射する。本実施形態では光コンバイナ３２としてフロントウインドシールド５０を用いている。
【００６１】
●観察光学系３０の作用
すでに説明のとおり、中間スクリーン２３の出射面側、すなわち、凹面ミラー３１側に中間画像は現れる。この中間画像に係る画像光は凹面ミラー３１の反射面によって光コンバイナ３２に向けて反射される。
【００６２】
一般的に中間画像が投射される光コンバイナ３２としてのフロントウインドシールド５０は、平面ではない。したがって、投射された中間画像に係る画像光は平面ではない面に投射されることになる。これによって現れる虚像２はフロントウインドシールド５０の形状に即して歪むことになる。そこで、この歪みを補正するために、単一の凹面ミラー３１の形状は工夫されている。例えば、中間画像の水平線が上または下に凸形状になる光学歪み要素を補正するような反射面を凹面ミラー３１は有していて、この効果によって虚像２の歪みが補正される位置に配置される。
【００６３】
●観察光学系３０の効果
凹面ミラー３１と光コンバイナ３２によって、中間画像は、観察者３の視野内の広い領域に虚像２として表示される。これによって、観察者３が頭を少々動かしても（視点を動かしても）虚像２を確実に視認できようになる。
【００６４】
●画像表示装置の制御系の構成
ここで、ＨＵＤ１が備える画像作成装置１００の動作を制御する制御系の構成について説明する。図４に示すようにＨＵＤ１は、ＦＰＧＡ６００と、ＣＰＵ６０２と、ＲＯＭ６０４と、ＲＡＭ６０６と、Ｉ／Ｆ６０８と、バスライン６１０と、ＬＤドライバ６１１１と、ＭＥＭＳコントローラー６１５と、を有してなる。
【００６５】
ＦＰＧＡ６００は、ＬＤドライバ６１１１やＭＥＭＳコントローラー６１５により、ＬＡを備える光源部１０とＭＥＭＳである光偏向器２１を動作させる。ＣＰＵ６０２は、ＨＵＤ１が備える上記の各ハードウェアの動作を制御するプロセッサである。ＲＯＭ６０４は、ＣＰＵ６０２がＨＵＤ１の各機能を制御するために実行する画像処理用プログラムを記憶する半導体メモリである。ＲＡＭ６０６は、ＣＰＵ６０２が各ハードウェアの制御処理を実行する際にワークエリアとして使用する半導体メモリである。
【００６６】
Ｉ／Ｆ６０８は、ＨＵＤ１を外部コントローラー等と接続する接点である。Ｉ／Ｆ６０８を介して、例えば、ＨＵＤ１をＣＡＮ(Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ)等に接続させる。これによって、ＨＵＤ１は、ＣＡＮを介して接続される他の外部コントローラー等と通信をしながら動作することができる。
【００６７】
●画像作成装置１００の機能構成
次に、ＨＵＤ１が備える画像作成装置１００の機能構成について説明する。図５に示すように画像作成装置１００は、車両情報入力部８００と外部情報入力部８０２と、画像情報生成部８０４と、画像作成部８０６と、を有してなる。
【００６８】
車両情報入力部８００は、Ｉ／Ｆ６０８を介して接続されている他の外部コントローラー等からの情報（例えば、当該自動車の走行速度や走行距離など）を取得する。
【００６９】
外部情報入力部８０２は、Ｉ／Ｆ６０８を介して接続されている他の外部コントローラー等（例えば、ＧＰＳによる位置情報、ナビゲーション装置からの交通情報など）を取得する。
【００７０】
画像情報生成部８０４は、車両情報入力部８００と外部情報入力部８０２から入力される除法に基づいて虚像２（図１参照）の元になる中間画像を作成するための情報を生成する処理を実行する。
【００７１】
画像作成部８０６は、制御部８０６０を備えている。制御部８０６０は、画像情報生成部８０４が生成した情報に基づいて、光源部１０や走査光学系２０の動作を制御する。この制御機能によって、フロントウインドシールド５０に投射される中間画像が生成される。以上の機能ブロックの動作によって、観察者３の視点において虚像２が視認される状態を作り出すことができる。
【００７２】
●第１の実施形態
次に、画像作成装置１００の特徴についてより詳細に説明する。すでに説明のとおり、画像作成装置１００において作成される中間画像は、中間スクリーン２３を走査用ビーム１０２が二次元走査することで作成される。言い換えると、中間画像は、中間スクリーン２３上を、走査用ビーム１０２が主走査方向と副走査方向の二方向で走査して作成される。一般的に中間スクリーン２３に対する走査の範囲は規定されていて、この走査の範囲を有効画像領域とする。有効画像領域は主走査方向と副走査方向において二次元偏向走査される領域であるから、その境界の形状は矩形になる。有効画像領域の形状に倣って中間画像の形状は決まるので、中間画像の外形は矩形になる。
【００７３】
画像作成装置１００は、中間画像の一部を観察光学系３０において遮る構成を備えている。画像作成装置１００において作成された中間画像が虚像２として表示されるときの、虚像２の表示範囲の縁部分には、観察者３に認知して欲しい情報は配置されにくい。表示範囲を広げると視線の移動が大きくなるからである。
【００７４】
そこで、中間画像の外形の縁に相当する部分には、虚像２において表示すべき情報は配置されにくく、中間スクリーン２３において作成された中間画像の縁部分の一部を欠落させても実効性に支障は生じない。
【００７５】
●凹面ミラー３１の概要
ＨＵＤ１において表示される虚像２は、観察者３の視界に存在する周囲の風景に重畳された状態で視認されるものである。したがって、中間スクリーン２３の有効画像領域の全てを情報で埋め尽くしたような中間画像を作成すると、この中間画像に基づいて表示される虚像２の表示領域全体が情報で埋め尽されることになる。そのような大量の情報を虚像２として現すと、観察者３が認知すべき情報の量が多くなりすぎて、観察者３にストレスを与えることになる。
【００７６】
移動体が自動車である場合、虚像２によって観察者３が認知できると都合のよい情報は、自動車の走行速度や、自動車の進行方向を案内するナビゲーション情報などである。これらの情報であれば、中間スクリーン２３における有効画像領域の一部のみを使用して中間画像を作成すれば十分である。
【００７７】
そこで、画像作成装置１００では、中間スクリーン２３の有効画像領域に基づく中間画像の全てを用いるのではなく、必要な部分のみを虚像２に用いる中間画像を作成する構成を有している。具体的には、中間画像の中心部分、下端や上端の中央部分、などの一部分を虚像２に用いるように、中間画像を作成する。これによって、認知できると都合のよい情報を欠くことは防ぎ、かつ、画像作成装置１００を小型にすることができる。
【００７８】
上記を踏まえて、画像作成装置１００が備える凹面ミラー３１の形状は、中間スクリーン２３における有効画像領域のうち、一部の領域に係る光束を遮るように、反射面の一部を欠落させた形状とする。
【００７９】
●凹面ミラー３１の構成
次に、凹面ミラー３１の例について詳細に説明する。図７に示すように、凹面ミラー３１は、中間画像の係る光束のうち、凹面ミラー３１の四つの角に相当する光束を除いた光束を光コンバイナ３２に導光する構造を有している。言い換えると、凹面ミラー３１によって、中間画像に係る光束の一部は蹴られる。
【００８０】
中間画像に係る光束のうち、凹面ミラー３１の四つの角に相当する光束を光コンバイナ３２に導光しない構造を有している。
【００８１】
さらに言い換えると、凹面ミラー３１の形状は、その反射面の輪郭の一部を構成する角部分を欠いた形状である。一般的に中間画像を光コンバイナ３２へと反射する折り返しミラーの形状は矩形である。この点において凹面ミラー３１は、反射面の形状が矩形の角を欠いた形状になっている。
【００８２】
図７に示す実線は、凹面ミラー３１の外形（輪郭）を示している。また、点線は、中間画像に係る光束が凹面ミラー３１に至る範囲（有効画像領域の全体に相当する光束が到達する範囲）を示している。
【００８３】
さらに言い換えると、凹面ミラー３１は、中間画像が外接する面積最小の矩形を想定した場合、この矩形の角に相当する位置において、光束（中間画像の一部に係る光束）を反射しない構造を有している。
【００８４】
さらに別の言い換えをすると、凹面ミラー３１は、上記の中間画像の一部（当該中間画像に外接する面積最小の矩形の角部分）が、光コンバイナ３２において虚像２を表さないように作用する。すなわち、当該中間画像に外接する面積最小の矩形の角部分に相当する光束を透過して、光コンバイナ３２へ向けて反射しないように作用する。
【００８５】
また、凹面ミラー３１は、ＨＵＤ１の筺体内部において、ＸＺ平面に対して傾斜した状態で配置されている。言い換えると、凹面ミラー３１はＺ軸と並行の仮想軸を回転軸として所定量だけ回転した状態で配置されている。さらに言い換えると、凹面ミラー３１は、中間スクリーン２３から凹面ミラー３１の反射面に導光されてくる光束（向かってくる光束）の進行方向の軸を中心に回転した状態で傾斜して配置されている。
【００８６】
なお、凹面ミラー３１の形状は、図７（ａ）に示すように四つの角の全部を欠いた形状でもよいし、図７（ｂ）に示すように対向する角のみを欠いた形状でもよい。凹面ミラー３１は、中間画像として二次元走査される全領域によって形成される矩形のうち、面積が最小となる矩形の一部の角に相当する光束が、観察者３に視認されないように遮る構造を有している。
【００８７】
次に、凹面ミラー３１と中間スクリーン２３および光コンバイナ３２との関係について説明する。図８（ａ）は、図７（ａ）に示した凹面ミラー３１の例と同様である。図８（ｂ）に示すように、中間スクリーン２３の外形は矩形であって、実線で示した有効画像の領域２３１の形状は、中間スクリーン２３の外形と同じ形状をなしている。中間スクリーン２３から凹面ミラー３１に向かう光束は、領域２３１の全領域から出射される光束である。なぜならば、中間スクリーン２３は領域２３１の全てに対して主走査と副走査が行われるからである。
【００８８】
一方、光コンバイナ３２における表示領域３２１は、図８（ｃ）に示すように画像作成領域２３２と同様の形状になる。中間スクリーン２３の領域２３１のうち、光コンバイナ３２を介して虚像２が表示される領域を点線で示している。この表示領域３２１は、凹面ミラー３１の形状に倣って、角が欠けた形状になる。
【００８９】
●凹面ミラー３１の効果
図７に戻る。凹面ミラー３１の形状を中間スクリーン２３における有効画像領域の形状、すなわち作成される中間画像の形状とは異なる形状にすることで、画像作成装置１００を小さくすることができる。また、画像作成装置１００を備えるＨＵＤ１を小さくすることができる。以下、その理由を説明する。
【００９０】
図７に示すように、凹面ミラー３１はＨＵＤ１の筺体の内部において傾いた状態で配置される。すでに説明のとおり、凹面ミラー３１の傾きは、例えば、凹面ミラー３１の長手方向の辺がＸＹ平面に対して傾斜する。このように凹面ミラー３１を傾斜させるのは、画像作成装置１００を備えるＨＵＤ１におけるＺ方向の寸法を小型にするためである。
【００９１】
また、凹面ミラー３１は、反射面に対する中間画像に係る光束の進行方向において回転した状態で配置される。凹面ミラー３１は、外形の一部を欠いていることから、上記のように回転させてもＹ方向におけるＨＵＤ１の筺体との干渉は生じない。すなわち、凹面ミラー３１を用いることで、ＨＵＤ１のＹ方向の寸法は小さくすることができる。
【００９２】
次に、凹面ミラー３１をＸＹ平面に対して傾斜させて得られる効果を詳細に説明する。図９は、ＨＵＤ１を構成する光学素子の一部を省いた光学配置図であって、図１に示したものを＋Ｙ方向から見た図である。ＨＵＤ１の車両の進行方向（Ｚ方向）の寸法を短くして奥行き方向の寸法を小さくするには、車体の左右方向（Ｘ方向）において凹面ミラー３１を大きく傾けて配置する。
【００９３】
図９に示すようにＨＵＤ１は、中間スクリーン２３に入射する光束が、中間スクリーン２３の垂線に対する副走査方向の一方の側のみから入射する。このように、副走査方向に非対称にして(傾斜して)、中間スクリーン２３に光束を入射させることで、副走査方向における偏向角を狭くすることができる。これによって、副走査方向について画像走査期間率を高くすることができ、輝度を向上させることができる。
【００９４】
ここで、凹面ミラー３１のＸ方向における傾きをθ２、中間スクリーン２３のＸ方向における傾きをθ３、光コンバイナ３２のＸ方向における傾きをθ１とする。ＨＵＤ１において凹面ミラー３１の傾きθ２は、光コンバイナ３２の傾きθ１よりも大きい。すなわち、ＨＵＤ１では、θ２＞θ１になるように光学素子を配置する。
【００９５】
凹面ミラー３１の傾きθ２は、中間スクリーン２３の傾きθ３よりも大きい。すなわち、ＨＵＤ１では、θ２＞θ３になるように光学素子を配置する。
【００９６】
凹面ミラー３１をＸ方向において大きく傾けると、中間スクリーン２３から凹面ミラー３１に向かう画像光束１０３のマージナル光線の車体進行方向（Ｚ方向）に対する傾きは、中間スクリーン２３のＸ方向の両端の画像光束１０３において大きく異なる。
【００９７】
言い換えると、凹面ミラー３１をＸＹ平面に対して大きく傾けると、中間スクリーン２３から出射される中間画像に係る光束のマージナル光線のＺ方向に対する傾きが、中間スクリーン２３のＸ方向の両端の画像光束１０３において大きく異なる。
【００９８】
ここで、図１３を参照して、従来の光学素子を用いて凹面ミラー３１をＸＹ平面に対して傾けた場合の比較例を説明する。図１３に示すように光学素子を配置すると、主走査断面内における中間スクリーン２３への入射角は対称になる。しかし、この場合、中間スクリーン２３を含めた走査光学系２０をＸＹ平面に対してより大きく傾けなければならない。なお「主走査断面」とは、図１において示した３次元直交座標系において、ＸＺ平面と平行の断面をいう。
【００９９】
そうすると、Ｘ方向における光コンバイナ３２の傾きθ１、凹面ミラー３１の傾きθ２、中間スクリーン２３の傾きθ３の関係は、θ３＞θ２＞θ１になる。このような関係を満たす配置にする必要が有る理由は、虚像２の輝度への影響によるものである。
【０１００】
虚像２の輝度を高くするには、中間スクリーン２３に入射する光線（走査用ビーム１０２）のうち最周辺に向かう光線の向きと中間スクリーン２３から出射される光線（画像光束１０３）のマージナル光線の向きはできるだけ一致することが望ましい。
【０１０１】
しかし、虚像２の表示領域３２１（虚像観察可能領域）を広げるためは、中間スクリーン２３に拡散特性を与える必要がある。中間スクリーン２３に拡散特性を与えると、上記の中間スクリーン２３の最周辺に入射する光線の向きと、中間スクリーン２３から凹面ミラー３１に向けて出射される光線の向きのズレは大きくなる。
【０１０２】
すなわち、虚像２の表示領域３２１を拡げると、その結果、虚像２の輝度が低下する。これを防ぐには、従来であれば、図１３に示すようにＨＵＤ１の左右方向（Ｘ方向）において、走査光学系２０を大きく出っ張らせる必要がある。これによって、ＨＵＤ１の左右方向の寸法が大きくなる。
【０１０３】
そこで、本実施形態に係る走査光学系２０は、ＨＵＤ１の左右方向の寸法を小さくするために、まず、中間スクリーン２３と凹面ミラー３１との配置関係を上記のように傾ける。これによって、ＨＵＤ１のＸ方向における寸法は小さくなる。
【０１０４】
また、凹面ミラー３１の四つの角の一部を欠いて、反射すべき光束が入射してくる方向を軸として回転させる。これによってＹ方向の寸法も小さくすることができる。
【０１０５】
また、本実施形態に係る画像作成装置１００は、凹面ミラー３１をＸＹ平面に対して大きく傾斜させた状態で配置することで、Ｚ方向（奥行き方向）の寸法も小さくすることができる。
【０１０６】
ＨＵＤ１は、中間スクリーン２３以降に配置される光学素子の有効範囲を、四つの角を有する矩形ではなく、矩形の角の少なくとも一部を形状に制限する構成を有する。この有効範囲に併せて凹面ミラー３１の形状を決定する。
【０１０７】
言い換えると、ＨＵＤ１は、中間画像に係る光束のうち、中間画像の面積最小の矩形の四つの角に対応する光束が、中間画像を作成する光学素子よりも後段の光学素子において蹴られるように構成されている。上記のような構成を備えるＨＵＤ１によれば、従来のように虚像２の有効範囲を矩形にした場合と比較して、特に有効範囲の上下方向（Ｙ方向）を狭くすることができる。これによって、ＨＵＤ１を上下方向（Ｙ方向）に関して小さくすることができる。
【０１０８】
また、走査光学系２０はＸ方向とＹ方向において走査する。すなわち、走査光学系２０における走査は二次元である。したがって、本実施形態のように中間画像の四つの角を有効範囲として用いないと虚像２は円形に近づく。これによって、走査光学系２０の像高を低減できる。像高を低減できれば光学特性（歪み、像面湾曲など）をさらに改善することになる。
【０１０９】
また中間スクリーン２３は、光偏向器２１からの光束に対して副走査方向（Ｙ方向）に傾斜しているため、光偏向器２１からみた副走査対応方向の見かけの角度を狭くできる。これによって、走査光学系２０の副走査方向の像高を低減できるので、副走査方向の光学特性がさらに良くなる。
【０１１０】
以上のとおり、本実施形態に係るＨＵＤ１は、観察光学系３０において、少なくとも一つの進行方向（Ｚ方向）に対して回転した光学素子を有していても、特に上下方向（Ｙ方向）において、小型のＨＵＤ１を得ることができる。
【０１１１】
以上説明のとおり、本実施形態に係る画像作成装置１００は、走査光学系２０と凹面ミラー３１を工夫することで、全体的に小さくすることができる。また、この画像作成装置１００を備えるＨＵＤ１は、観察光学系３０において、少なくとも一つの進行方向（Ｚ方向）に対して回転した光学素子を有し、特に上下方向（Ｙ方向）の寸法を小さくすることができる。また、ＨＵＤ１は、小型であっても、観察者３が視認すべき情報を欠くこと無く、必要な情報を虚像２として表示することができる。
【０１１２】
また、本実施形態に係るＨＵＤ１は、全体を小さくすることを目的として偏心光学系を用いている。さらに、偏心光学系おいて中間画像に外接する面積最小の矩形のうち、ＨＵＤ１の大きさの決定に寄与する部分（中間画像に外接する矩形の角）に対応する光束を、観察光学系３０の光学素子で蹴るように構成する。これによって、走査範囲（イメージサークル）を小さくできるので、光学性能面でも有利となり、光学性能向上も期待できる。
【０１１３】
●第２の実施形態
次に、画像作成装置１００の別の実施形態について説明する。第１の実施形態と同じ構成については同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。第２の実施形態に係る画像作成装置１００は、中間スクリーン２３ａの外形が第１の実施形態とは異なる。また、中間スクリーン２３ａの外形に合わせて、同期検知センサ２４が配置されている。
【０１１４】
すでに説明のとおり、画像作成装置１００において作成された中間画像の四隅に係る光束は、ＨＵＤ１が虚像２を表示する際には用いられない。したがって、本実施形態に係る画像作成装置１００は、虚像２の表示に用いない光束に係る位置の中間画像を形成しないような形状の中間スクリーン２３ａを備える。図１０に示すように、中間スクリーン２３ａの外形は、虚像２に用いられない光束に対応する中間画像に相当する部分を欠いた形状からなる。
【０１１５】
中間スクリーン２３ａの外形は、全体の形状が矩形ではなく、副走査方向の一方の両角は斜めに欠落し、副走査方向の他方の両角は、矩形状に欠落している。言い換えると、中間スクリーン２３ａは、副走査方向の一方の角の有効画像領域は斜めに狭められていて、副走査方向の他方の角の有効画像領域は矩形状に狭められている。
【０１１６】
中間スクリーン２３ａは主走査方向と副走査方向において走査される。そこで、安定した偏向走査を行うために、走査タイミングを検知する同期検知センサ２４を所定の位置に配置する。同期検知センサ２４は、光偏向器２１（図３参照）からの走査用ビーム１０２を用いて二次元走査をする範囲を検出するためのセンサであって、例えば、ＰＤ（フォトダイオード）からなる。
【０１１７】
同期検知センサ２４は、少なくとも一部が中間画像に外接する面積最小の矩形の内側に配置される。同期検知センサ２４は、光線進行方向に関して中間スクリーン２３ａとほぼ同一の位置に配置される。同期検知センサ２４は、中間スクリーン２３ａの角のうち、矩形状に欠落している部分に配置されている。中間スクリーン２３ａの形状は中間画像の形状に沿った形状になっているので、上記のように配置しても、同期検知センサ２４と中間スクリーン２３ａの干渉を避けることができる。
【０１１８】
ここで、同期検知センサ２４の配置と中間スクリーン２３ａとの関係について説明する。なお、光偏向器２１において偏向された光束が一方の同期検知センサ２４で検知されてから他方の同期検知センサ２４で検知されなくなるまでの時間を計測すると、図１１に示す走査期間２４１と画像走査期間２４２が識別される。
【０１１９】
本実施形態の比較例として図１１（ｂ）を用いる。まず、比較例について説明する。図１１（ｂ）に示す比較例において、同期検知センサ２４の配置は、中間スクリーン２３における主走査方向端部の外側になる。
【０１２０】
次に、本実施形態について図１１（ａ）を用いて説明する。中間スクリーン２３ａに対する同期検知センサ２４の配置は、中間スクリーン２３ａに外接する面積最小の矩形の内側になる。このように配置することができるのは、中間スクリーン２３ａの外形が同期検知センサ２４を配置する方の端部において矩形状に欠かれていることによる。
【０１２１】
図１１（ａ）と図１１（ｂ）を比較すると明らかなとおり、本実施形態は比較例に比べると、走査期間２４１を狭くすることができる。走査期間２４１を狭くすることができると、主走査方向の走査期間２４１に対する画像走査期間２４２の割合が高くなり、走査光学系２０において作成される中間画像の輝度をより高くすることができる。
【０１２２】
言い換えると、中間スクリーン２３ａは、比較例よりも主走査方向における走査範囲を狭くすることができるので、主走査方向について光偏向器２１の振幅における画像走査期間２４２の割合が高くなる。これによって、走査光学系２０において作成される中間画像の輝度をより高くすることができる。
【０１２３】
特に、主走査方向は正弦波振動のため、振幅の端ほど走査速度が遅くなる。このため振幅の端に相当する部分の輝度が高くなる。したがって、画像走査期間率を高くすることが求められる。以上説明した実施形態によれば、中間スクリーン２３ａの主走査方向の振幅を狭くでき、ＨＵＤ１の輝度を向上させる。
【０１２４】
言い換えると、観察者３が視認可能な領域（アイボックス）に到達しない中間画像の縁部分の一部を削るように同期検知センサ２４を配置することで、光偏向器２１の主走査方向の最大振幅を減らすことができる。これによって、主走査方向について画像走査期間率を高められるので、ＨＵＤの輝度を向上できる。
【０１２５】
●第３の実施形態
次に、画像作成装置１００のさらに別の実施形態について説明する。第１および第２の実施形態と同じ構成については同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。第３の実施形態に係る画像作成装置１００は、走査光学系２０が備える同期検知センサ２４の配置が、第２の実施形態とは異なる。
【０１２６】
第１の実施形態においてすでに説明したとおり、画像作成装置１００およびＨＵＤ１は、走査光学系２０において作成される中間画像の四隅の画像領域を虚像２の表示に用いないように構成されている。
【０１２７】
安定した偏向走査をするためには、中間画像の四角に相当する位置を検知して走査タイミングを制御する必要がある。そのために、所定の位置に同期検知センサ２４を配置する。同期検知センサ２４の位置は、少なくとも一部が中間画像に外接する面積最小の矩形の内側でよい。
【０１２８】
本実施形態に画像作成装置１００は、図１２（ｃ）および（ｄ）に示すように、中間スクリーン２３を走査面に対して光束が入射する方向に同期検知センサ２４の配置をシフトさせている。言い換えると、同期検知センサ２４は、中間スクリーン２３よりも光偏向器２１に近い方に配置されている。
【０１２９】
第３の実施形態における中間画像の形状も、第２の実施形態に係る中間画像の形状と同様に、副走査方向の一方の二角は斜めに削られていて、副走査方向の他方の二角は矩形に削られている。矩形に削られている方に同期検知センサ２４を配置する。
【０１３０】
なお、中間スクリーン２３の形状は、第２の実施形態に係る中間スクリーン２３ａとは異なり、矩形である。中間スクリーン２３の形状を矩形のままにしても、同期検知センサ２４が光線進行方向に関して中間スクリーン２３よりも光偏向器２１側にあるので、中間画像とは干渉しない。
【０１３１】
中間スクリーン２３の形状を矩形にすることで、第２の実施形態と比較すると第３の実施形態に係る画像作成装置１００は、走査光学系２０の構造が簡素になり、より安価に製造できる。
【０１３２】
同期検知センサ２４を少なくとも一部が前記中間画像に外接する面積最小の矩形の内側に配置することで、同じ同期検知センサ２４を用いた場合に、走査範囲を狭くすることができる（図１を参照）。これにより、偏向器の振幅において画像走査期間の割合が高くなり、走査光学系の輝度をより高くすることができる。
【０１３３】
特に、主走査方向は正弦波振動をするために振幅の端ほど走査速度が遅くなって輝度が高くなる。したがって、画像走査期間率を高くすることが求められる。以上説明した実施形態は、中間スクリーン２３の主走査方向の振幅を狭くでき、ＨＵＤの輝度を向上させるので望ましい。
【符号の説明】
【０１３４】
１      ＨＵＤ
２      虚像
３      利用者
１０    光源部
２０    走査光学系
２１    光偏向器
２２    走査ミラー
２３    中間スクリーン
３０    観察光学系
３１    凹面ミラー
３２    コンバイナ
５０    フロントガラス
１０１  画像表示用ビーム
１０２  走査用ビーム
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１３５】
【特許文献１】特開２００４−１０１８２９号公報
【図１】
2020187362.tif 000003
【図２】
2020187362.tif 000004
【図３】
2020187362.tif 000005
【図４】
2020187362.tif 000006
【図５】
2020187362.tif 000007
【図６】
2020187362.tif 000008
【図７】
2020187362.tif 000009
【図８】
2020187362.tif 000010
【図９】
2020187362.tif 000011
【図１０】
2020187362.tif 000012
【図１１】
2020187362.tif 000013
【図１２】
2020187362.tif 000014
【図１３】
2020187362.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】令和2年8月6日(2020.8.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源素子からの光を光偏向器へ出射する光源部と、
前記光源部から出射された光束により中間スクリーンに中間画像を作成する光偏向器と、
前記中間画像を観察者に虚像として視認させるための光学素子に導く反射光学素子と、
を備え、
前記反射光学素子は、前記中間画像に外接する面積最小の矩形の角に対応する部分を欠いた外形をしており、前記角に対応する部分を除いた前記中間画像を前記光学素子に導光する、
ことを特徴とする表示画像作成装置。
【請求項２】
光源素子からの光を光偏向器へ出射する光源部と、
前記光源部から出射された光束により中間スクリーンに中間画像を作成する光偏向器と、
前記中間画像を観察者に虚像として視認させるための光学素子に導く反射光学素子と、
を備え、
前記反射光学素子は、前記中間画像に外接する面積最小の矩形の角に対応する前記光束が前記観察者に視認されないよう、この反射光学素子における反射面が欠落した形状である、
ことを特徴とする表示画像作成装置。
【請求項３】
光源素子からの光を光偏向器へ出射する光源部と、
前記光源部から出射された光束により中間スクリーンに中間画像を作成する光偏向器と、
前記中間画像を観察者に虚像として視認させるための光学素子に導く反射光学素子と、
を備え、
前記反射光学素子は、前記中間画像に外接する面積最小の矩形の角に対応する前記光束を透過して前記光学素子に反射しない、
ことを特徴とする表示画像作成装置。
【請求項４】
前記反射光学素子は、外形が矩形であって、四つの角のうちの少なくとも一つのかどが切り欠かれている、
請求項１乃至３のいずれかに記載の表示画像作成装置。
【請求項５】
前記反射光学素子は、前記中間スクリーンからの前記光束の進行方向において回転している、
請求項１乃至４のいずれかに記載の表示画像作成装置。
【請求項６】
前記光偏向器は画像形成素子であることを特徴とする、
請求項１乃至５のいずれかに記載の表示画像作成装置。
【請求項７】
前記画像形成素子は反射型液晶素子であることを特徴とする、
請求項６に記載の表示画像作成装置。
【請求項８】
前記画像形成素子は透過型液晶素子であることを特徴とする、
請求項６に記載の表示画像作成装置。
【請求項９】
前記画像形成素子は複数の微小ミラーの集合体で構成された微小揺動ミラー素子であることを特徴とする、
請求項６に記載の表示画像作成装置。
【請求項１０】
移動体に搭載され、前記移動体に関する情報を前記移動体の操縦者が認知可能な虚像として形成する画像表示装置であって、
光源素子からの光を光偏向器へ出射する光源部と、
前記光源部から出射された光束により中間スクリーンに中間画像を作成する光偏向器と、
前記中間画像を前記操縦者に前記虚像として視認させるための光学素子と、
前記中間画像を前記光学素子に導く反射光学素子と、
を備え、
前記反射光学素子は、前記中間画像に外接する面積最小の矩形の角に対応する部分を欠いた外形をしており、前記角に対応する部分を除いた前記中間画像を前記光学素子に導光
する、
ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項１１】
移動体に搭載され、前記移動体に関する情報を前記移動体の操縦者が認知可能な虚像として形成する画像表示装置であって、
光源素子からの光を光偏向器へ出射する光源部と、
前記光源部から出射された光束により中間スクリーンに中間画像を作成する光偏向器と、
前記中間画像を前記操縦者に前記虚像として視認させるための光学素子と、
前記中間画像を前記光学素子に導く反射光学素子と、
を備え、
前記反射光学素子は、前記中間画像に外接する面積最小の矩形の角に対応する前記光束が前記操縦者に視認されないよう、この反射光学素子における反射面が欠落した形状である、
ことを特徴とする画像表示装置。 
【請求項１２】
移動体に搭載され、前記移動体に関する情報を前記移動体の操縦者が認知可能な虚像として形成する画像表示装置であって、
光源素子からの光を光偏向器へ出射する光源部と、
前記光源部から出射された光束により中間スクリーンに中間画像を作成する光偏向器と、
前記中間画像を前記操縦者に前記虚像として視認させるための光学素子と、
前記中間画像を前記光学素子に導く反射光学素子と、
を備え、
前記反射光学素子は、前記中間画像に外接する面積最小の矩形の角に対応する前記光束を透過して前記光学素子に反射しない、
ことを特徴とする画像表示装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明は、光源素子からの光を光偏向器へ出射する光源部と、前記光源部から出射された光束により中間スクリーンに中間画像を作成する光偏向器と、前記中間画像を結合光学素子に導く反射光学素子と、を備え、前記反射光学素子は、前記中間画像に外接する面積最小の矩形の角に対応する部分を欠いた外形をしており、前記角に対応する部分を除いた前記中間画像を前記光学素子に導光する、ことを主な特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９３】
図１２に示すようにＨＵＤ１は、中間スクリーン２３に入射する光束が、中間スクリーン２３の垂線に対する副走査方向の一方の側のみから入射する。このように、副走査方向に非対称にして(傾斜して)、中間スクリーン２３に光束を入射させることで、副走査方向における偏向角を狭くすることができる。これによって、副走査方向について画像走査期間率を高くすることができ、輝度を向上させることができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９４】
ここで、図９に示すように、凹面ミラー３１のＸ方向における傾きをθ２、中間スクリーン２３のＸ方向における傾きをθ３、光コンバイナ３２のＸ方向における傾きをθ１とする。ＨＵＤ１において凹面ミラー３１の傾きθ２は、光コンバイナ３２の傾きθ１よりも大きい。すなわち、ＨＵＤ１では、θ２＞θ１になるように光学素子を配置する。