(57)【要約】【課題】奥行き方向に徐々に視距離が変化する画像を高精細に表示することが可能な画像表示装置を提供する。【解決手段】画像表示装置は、光源１０１と、光が照射されることにより画像が形成されるスクリーン３０１と、スクリーン３０１からの光により虚像を生成する光学系と、光源１０１から出射された光をスクリーン３０１に収束させる集光レンズ１０７と、集光レンズ１０７とスクリーン３０１との間に配置され光学距離を補正するための光学距離補正部材１０８と、光源１０１からの光でスクリーン３０１を走査するための走査部１０６と、を備える。スクリーン３０１は、虚像の視距離が徐々に大きくなるように傾けて配置される。光学距離補正部材１０８は、集光レンズ１０７とスクリーン３０１との光学距離が、スクリーン３０１の全ての画像表示領域に対して略均一となるように、透過する光の光学距離を調整する。【選択図】図２
2018155801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの光が照射されることにより画像が形成されるスクリーンと、
前記スクリーンからの光により虚像を生成する光学系と、
前記光源から出射された光を前記スクリーンに収束させる集光レンズと、
前記集光レンズと前記スクリーンとの間に配置され光学距離を補正するための光学距離補正部材と、
前記光源からの光で前記スクリーンを走査するための走査部と、を備え、
前記スクリーンは、前記虚像の視距離が徐々に大きくなるように傾けて配置され、
前記光学距離補正部材は、前記集光レンズと前記スクリーンとの光学距離が、前記スクリーンの全ての画像表示領域に対して略均一となるように、透過する光の光学距離を調整する、
ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像表示装置において、
前記光学距離補正部材は、前記集光レンズから離れた方の前記スクリーンの端部に対向する部分の厚みが、前記集光レンズに接近する方の前記スクリーンの端部に対向する部分の厚みよりも大きいプリズムからなっている、
ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項３】
請求項２に記載の画像表示装置において、
前記スクリーンに対して前記光学距離補正部材の反対側に配置され、前記光学距離補正部材によって前記光に生じた屈折を補正する屈折補正部材をさらに備える、
ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項４】
請求項３に記載の画像表示装置において、
前記屈折補正部材は、前記集光レンズから離れた方の前記スクリーンの端部に対向する部分の厚みが、前記集光レンズに接近する方の前記スクリーンの端部に対向する部分の厚みよりも小さいプリズムからなっている、
ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項５】
請求項２ないし４の何れか一項に記載の画像表示装置において、
前記光学距離補正部材であるプリズムの入射面と出射面との角度が、前記スクリーンの傾き角よりも大きく設定されている。
ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れか一項に記載の画像表示装置において、
前記光学距離補正手段は、複屈折性材料によって形成されている、
ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項７】
請求項６に記載の画像表示装置において、
前記光学距離補正手段に対して前記光の入射方向の前側と後ろ側にそれぞれ、１／２波長板が配置されている、
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、画像表示装置に関し、たとえば、乗用車等の移動体に搭載して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ヘッドアップディスプレイと称される画像表示装置の開発が進められ、乗用車等の移動体に搭載されている。乗用車に搭載されるヘッドアップディスプレイでは、画像情報により変調された光がウインドシールド（フロントガラス）に向けて投射され、その反射光が運転者の目に照射される。これにより、運転者は、ウインドシールドの前方に、画像の虚像を見ることができる。たとえば、車速や外気温等が、虚像として表示される。最近では、ナビゲーション画像や、通行人を注意喚起する画像を虚像として表示することも検討されている。
【０００３】
以下の特許文献１、２には、２つのスクリーンを用いて虚像の視距離を段階的に変化させる構成の画像表示装置が記載されている。ここでは、観察位置（目の位置）までの光路の距離が互いに相違するように、２つのスクリーンが配置される。これにより、観察者は、奥行き方向に段階的に視距離が変化する２つの画像を見ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−２２４２８７号公報
【特許文献１】特開２０１６−１８６５０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
車両の進行方向を示すナビゲーション用の画像（たとえば、矢印など）を路面に重ねて表示する場合、徐々に視距離が変化するように虚像が構成されることが好ましい。しかしながら、上記特許文献１、２の構成では、２つのスクリーンによって段階的に視距離を変化させる構成であるため、徐々に視距離が変化するように虚像を表示させることは困難であった。
【０００６】
かかる課題に鑑み、本発明は、奥行き方向に徐々に視距離が変化する画像を高精細に表示することが可能な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】
【０００７】
本発明の主たる態様に係る画像表示装置は、光源と、前記光源からの光が照射されることにより画像が形成されるスクリーンと、前記スクリーンからの光により虚像を生成する光学系と、前記光源から出射された光を前記スクリーンに収束させる集光レンズと、前記集光レンズと前記スクリーンとの間に配置され光学距離を補正するための光学距離補正部材と、前記光源からの光で前記スクリーンを走査するための走査部と、を備える。ここで、前記スクリーンは、前記虚像の視距離が徐々に大きくなるように傾けて配置される。また、前記光学距離補正部材は、前記集光レンズと前記スクリーンとの光学距離が、前記スクリーンの全ての画像表示領域に対して略均一となるように、透過する光の光学距離を調整する。
【０００８】
本態様に係る画像表示装置によれば、虚像の視距離が徐々に大きくなるようにスクリーンが傾けて配置されているため、奥行き方向に徐々に視距離が変化する画像を表示することができる。また、光学距離補正部材によって、集光レンズとスクリーンとの光学距離が、スクリーンの全ての画像表示領域に対して略均一とされるため、何れの走査位置においても、スクリーンに対して一律に光を合焦させることができ、高精細な画像を表示させることができる。よって、本態様に係る画像表示装置によれば、奥行き方向に徐々に視距離が変化する画像を高精細に表示させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
以上のとおり、本発明によれば、奥行き方向に徐々に視距離が変化する画像を高精細に表示することが可能な画像表示装置を提供することができる。
【００１０】
本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１（ａ）、（ｂ）は、実施形態に係る画像表示装置の使用形態を模式的に示す図、図１（ｃ）は、実施形態に係る画像表示装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】図２は、実施形態に係る画像表示装置の照射光生成部および照射光生成部に用いる回路の構成を示す図である。
【図３】図３（ａ）は、実施形態に係るスクリーンの構成を模式的に示す斜視図である。図３（ｂ）は、実施形態に係るスクリーンに対するレーザ光の走査方法を模式的に示す図である。
【図４】図４（ａ）は、比較例に係る、スクリーンに対するレーザ光の集光状態を模式的に示す側面図である。図４（ｂ）は、比較例に係る画像の表示例を模式的に示す図である。
【図５】図５（ａ）は、実施形態に係る、スクリーンに対するレーザ光の集光状態を模式的に示す側面図である。図５（ｂ）は、実施形態に係る画像の表示例を模式的に示す図である。
【図６】図６（ａ）は、実施形態に係る後段側のプリズムの作用を模式的に示す側面図である。図６（ｂ）は、変更例１に係るスクリーン周辺の構成を模式的に示す側面図である。
【図７】図７は、変更例２に係る画像表示装置の照射光生成部および照射光生成部に用いる回路の構成を示す図である。
【図８】図８（ａ）は、変更例３に係るスクリーン周辺の構成を模式的に示した側面図である。図８（ｂ）は、変更例３に係る構成により表示される画像の表示例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図を参照して説明する。便宜上、各図には、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸が付記されている。本実施形態は、車載用のヘッドアップディスプレイに本発明を適用したものである。
【００１３】
図１（ａ）、（ｂ）は、画像表示装置２０の使用形態を模式的に示す図である。図１（ａ）は、乗用車１の側方から乗用車１の内部を透視した模式図、図１（ｂ）は、乗用車１の内部から走行方向前方を見た図である。
【００１４】
図１（ａ）に示すように、画像表示装置２０は、乗用車１のダッシュボード１１の内部に設置される。
【００１５】
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、画像表示装置２０は、映像信号により変調されたレーザ光を、ウインドシールド１２下側の運転席寄りの投射領域１３に投射する。レーザ光は、投射領域１３で反射され、運転者２の目の位置周辺の横長の領域（アイボックス領域）に照射される。これにより、運転者２の前方の視界に、虚像として所定の画像３０が表示される。運転者２は、ウインドシールド１２の前方の景色上に、虚像である画像３０を重ね合わせて見ることができる。すなわち、画像表示装置２０は、虚像である画像３０をウインドシールド１２の投射領域１３の前方の空間に結像させる。
【００１６】
図１（ｃ）は、画像表示装置２０の構成を模式的に示す図である。
【００１７】
画像表示装置２０は、照射光生成部２１と、ミラー２２、２３とを備える。照射光生成部２１は、映像信号により変調されたレーザ光を出射する。ミラー２２、２３は曲面状の反射面を有し、照射光生成部２１から出射されたレーザ光をウインドシールド１２に向けて反射する。ウインドシールド１２で反射されたレーザ光は、運転者２の目２ａに照射される。照射光生成部２１の光学系とミラー２２、２３は、ウインドシールド１２の前方に虚像による画像３０が所定の大きさで表示されるように設計されている。ミラー２２、２３は、虚像を構成するための光学系を構成する。
【００１８】
図２は、画像表示装置２０の照射光生成部２１の構成および照射光生成部２１に用いる回路の構成を示す図である。
【００１９】
照射光生成部２１は、光源１０１と、コリメータレンズ１０２ａ〜１０２ｃと、ミラー１０３と、ダイクロイックミラー１０４、１０５と、走査部１０６と、集光レンズ１０７と、光学距離補正部材１０８と、屈折補正部材１０９と、スクリーン３０１と、を備える。照射光生成部２１は、スクリーン３０１から生じる画像生成のためのレーザ光をＺ軸正方向に投射する。
【００２０】
光源１０１は、３つのレーザ光源１０１ａ〜１０１ｃを備える。レーザ光源１０１ａ〜１０１ｃは、それぞれ、赤色波長帯、緑色波長帯および青色波長帯のレーザ光を出射する。本実施形態では、画像３０としてカラー画像を表示するために、光源１０１が３つのレーザ光源１０１ａ〜１０１ｃを備えている。画像３０として単色の画像を表示する場合、光源１０１は、画像の色に対応する１つのレーザ光源のみを備えていてもよい。レーザ光源１０１ａ〜１０１ｃは、たとえば、半導体レーザからなっている。
【００２１】
レーザ光源１０１ａ〜１０１ｃから出射されたレーザ光は、それぞれ、コリメータレンズ１０２ａ〜１０２ｃによって略平行光に変換される。このとき、レーザ光源１０１ａ〜１０１ｃから出射されたレーザ光は、それぞれ、図示しないアパーチャによって、円形のビーム形状に整形される。なお、コリメータレンズ１０２ａ〜１０２ｃに代えて、レーザ光を円形のビーム形状に整形し且つ平行光化する整形レンズを用いてもよい。この場合、アパーチャは省略され得る。
【００２２】
その後、レーザ光源１０１ａ〜１０１ｃから出射された各色のレーザ光は、ミラー１０３と２つのダイクロイックミラー１０４、１０５によって光軸が整合される。ミラー１０３は、コリメータレンズ１０２ａを透過した赤色レーザ光を略全反射する。ダイクロイックミラー１０４は、コリメータレンズ１０２ｂを透過した緑色レーザ光を反射し、ミラー１０３で反射された赤色レーザ光を透過する。ダイクロイックミラー１０５は、コリメータレンズ１０２ｃを透過した青レーザ光を反射し、ダイクロイックミラー１０４を経由した赤色レーザ光および緑色レーザ光を透過する。ミラー１０３と２つのダイクロイックミラー１０４、１０５は、レーザ光源１０１ａ〜１０１ｃから出射された各色のレーザ光の光軸を整合させるように配置されている。
【００２３】
なお、レーザ光源１０１ａ〜１０１ｃは、こうして光軸が整合された後の各色のレーザ光の偏光方向が同一方向に揃うように配置されている。具体的には、各色のレーザ光の偏光方向が、ウインドシールド１２に入射する際に、全て水平方向に揃うように、レーザ光源１０１ａ〜１０１ｃの回転位置（光軸周りの回転位置）が調整されている。
【００２４】
走査部１０６は、ダイクロイックミラー１０５を経由した各色のレーザ光を反射する。走査部１０６は、たとえば、ＭＥＭＳ（micro electro mechanical system）ミラーからなっており、ダイクロイックミラー１０５を経由した各色のレーザ光が入射されるミラー１０６ａを、駆動信号に応じて、Ｙ軸に平行な軸とＹ軸に垂直な軸の周りに回転させる構成を備える。このようにミラー１０６ａを回転させることにより、レーザ光の反射方向が、Ｘ−Ｚ平面の面内方向およびＹ−Ｚ平面の面内方向において変化する。これにより、後述のように、各色のレーザ光によってスクリーン３０１が走査される。
【００２５】
なお、ここでは、走査部１０６が、２軸駆動方式のＭＥＭＳミラーにより構成されたが、走査部１０６は、他の構成であってもよい。たとえば、Ｙ軸に平行な軸の周りに回転駆動されるミラーと、Ｙ軸に垂直な軸の周りに回転駆動されるミラーとを組み合わせて走査部１０６が構成されてもよい。
【００２６】
集光レンズ１０７は、走査部１０６から入射したレーザ光をスクリーン３０１の入射面に収束させる。
【００２７】
光学距離補正部材１０８は、光源１０１とスクリーン３０１との光学距離が、スクリーン３０１の全ての画像表示領域に対して略均一となるように、透過するレーザ光の光学距離を調整する。屈折補正部材１０９は、光学距離補正部材１０８によってレーザ光に生じた屈折を補正する。光学距離補正部材１０８および屈折補正部材１０９の作用は、追って、図４（ａ）〜図５（ａ）を参照して説明する。
【００２８】
スクリーン３０１は、レーザ光が走査されることにより画像が形成され、入射したレーザ光を運転者２の目２ａの位置周辺の領域（アイボックス領域）に拡散させる作用を有する。スクリーン３０１は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の透明な樹脂からなっている。スクリーン３０１は、レーザ光の主光線の入射方向に垂直な状態、すなわち、Ｚ軸に垂直な状態からＸ−Ｚ平面に平行な方向に所定角度だけ傾くように配置されている。
【００２９】
画像処理回路２０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理ユニットやメモリを備え、入力された映像信号を処理してレーザ駆動回路２０２およびミラー駆動回路２０３を制御する。レーザ駆動回路２０２は、画像処理回路２０１からの制御信号に応じて、レーザ光源１０１ａ〜１０１ｃの出射強度を変化させる。ミラー駆動回路２０３は、画像処理回路２０１からの制御信号に応じて、走査部１０６のミラー１０６ａを駆動する。
【００３０】
図３（ａ）は、スクリーン３０１の構成を模式的に示す斜視図である。図３（ｂ）は、スクリーン３０１に対するレーザ光の走査方法を模式的に示す図である。
【００３１】
図３（ａ）に示すように、スクリーン３０１のレーザ光入射側の面（Ｚ軸負側の面）には、レーザ光をＸ軸方向に発散させるための複数の第１のレンズ部３０１ａが、Ｘ軸方向に並ぶように形成されている。Ｙ軸方向に見たときの第１のレンズ部３０１ａの形状は略円弧形状である。第１のレンズ部３０１ａのＸ軸方向の幅は、たとえば、５０μｍである。
【００３２】
また、スクリーン３０１のレーザ光出射側の面（Ｚ軸正側の面）には、レーザ光をＹ軸方向に発散させるための複数の第２のレンズ部３０１ｂが、Ｙ軸方向に並ぶように形成されている。Ｘ軸方向に見たときの第２のレンズ部３０１ｂの形状は略円弧形状である。第２のレンズ部３０１ｂのＹ軸方向の幅は、たとえば、７０μｍである。
【００３３】
上記構成を有するスクリーン３０１の入射面（Ｚ軸負側の面）のうち、画像表示領域Ｄ１が、図３（ｂ）に示すように、各色のレーザ光が重ねられたビームＢ１によって、Ｘ軸正方向に走査される。画像表示領域Ｄ１に対して、予め、ビームＢ１が通る走査ラインＬ１〜Ｌｎが、Ｙ軸方向に一定間隔で設定されている。走査ラインＬ１〜Ｌｎの開始位置と終了位置は、Ｘ軸方向において一致している。ビームＢ１の径は、たとえば、５０μｍ程度に設定される。
【００３４】
映像信号により各色のレーザ光が変調されたビームＢ１により走査ラインＬ１〜Ｌｎが高周波で走査されることにより、画像が構成される。こうして構成される画像が、スクリーン３０１と、ミラー２２、２３およびウインドシールド１２（図１（ｃ）参照）を介して、運転者２の目２ａの位置周辺の領域（アイボックス）に投射される。これにより、運転者２は、ウインドシールド１２の前方の空間に、虚像として画像３０を視認する。
【００３５】
ところで、本実施形態では、上記のように、スクリーン３０１が、Ｚ軸に垂直な状態からＸ−Ｚ平面に平行な方向に所定角度だけ傾くように配置されている（図２参照）。このため、虚像として表示された画像３０は、スクリーン３０１のＸ軸正側で生成された部分よりもスクリーン３０１のＸ軸負側で生成された部分の方が、運転者２の視点からの視距離が大きくなる。すなわち、このようにスクリーン３０１を傾けることにより、スクリーン３０１のＸ軸正側の端からスクリーン３０１のＸ軸負側の端に向かうにしたがって、スクリーン３０１から投写される虚像の結像位置が徐々に遠くなる。よって、このようにスクリーン３０１を傾けて配置することにより、奥行き方向に徐々に視距離が変化する画像３０を表示させることができる。
【００３６】
しかしながら、このようにスクリーン３０１を傾けて配置した場合、集光レンズ１０７とスクリーン３０１との間の距離が、Ｘ軸正方向に向かうほど大きくなる。したがって、図３（ｂ）に示すようにスクリーン３０１が走査されると、各走査ラインと集光レンズ１０７との間の距離が、走査ラインＬ１〜Ｌｎごとに相違することになる。このため、所定の走査ラインに合焦するように集光レンズ１０７の焦点距離を設定すると、その他の走査ラインにおいて、レーザ光が合焦しなくなり、ビームＢ１の径が大きくなってしまう。
【００３７】
図４（ａ）は、比較例に係る、スクリーン３０１に対するレーザ光の集光状態を模式的に示す側面図である。図４（ａ）には、走査ラインＬ１〜Ｌｎをそれぞれ走査する際のレーザ光の集光状態が模式的に示されている。αは、Ｘ−Ｚ平面に平行な方向におけるレーザ光の振り角である。
【００３８】
図４（ａ）に示すように、比較例では、集光レンズ１０７とスクリーン３０１との間に、図２に示した光学距離補正部材１０８が配置されていない。この場合、最上段の走査ラインＬ１の位置にレーザ光が合焦するように集光レンズ１０７の焦点位置Ｆ０を設定すると、下段の走査ラインに向かうに従って、焦点位置Ｆ０とスクリーン３０１との間の隙間が大きくなる。このため、下段の走査ラインに向かうに従って、走査ラインにおけるレーザ光のビーム径が大きくなり、スクリーン３０１によって描画される画像３０の精細度が低下する。
【００３９】
図４（ｂ）は、比較例に係る画像の表示例を模式的に示す図である。
【００４０】
上記のように、スクリーン３０１を傾けて配置することにより、奥行き方向に視距離が変化する奥行き画像Ｍ１を虚像として表示させることができる。図４（ｂ）の例において、奥行き画像Ｍ１は、ナビゲーション機能により乗用車１が道路Ｒ１を曲がるべき方向を運転者２に示唆するための矢印である。図３（ｂ）に示した走査ラインＬ１〜Ｌｎのうち、奥行き画像Ｍ１に対応する走査ライン上の、奥行き画像Ｍ１に対応する区間において、レーザ光源１０１ａ〜１０１ｃを所定の強度で発光させることにより、図３（ｂ）に示す奥行き画像Ｍ１を虚像として表示させることができる。
【００４１】
しかしながら、比較例では、図４（ａ）を参照して説明したとおり、下段の走査ラインに向かうに従って、焦点位置Ｆ０とスクリーン３０１との間の隙間が大きくなり、これにより、下段の走査ラインに向かうに従って、走査ラインにおけるレーザ光のビーム径が大きくなるため、スクリーン３０１によって描画される奥行き画像Ｍ１は、図４（ｂ）に示すように、視距離が浅い手前の位置ほど精細度が低下し、視認性が劣化する。
【００４２】
本実施形態では、このような問題を解消するために、スクリーン３０１に対して光源１０１側に光学距離補正部材１０８が配置されている。
【００４３】
図５（ａ）は、実施形態に係る、スクリーン３０１に対するレーザ光の集光状態を模式的に示す側面図である。
【００４４】
本実施形態では、光学距離補正部材１０８が、Ｘ軸正方向に向かうほど厚みが大きいプリズムによって構成されている。光学距離補正部材１０８は、たとえばガラスにより形成される。Ｙ軸方向に見たときの光学距離補正部材１０８の形状は三角形であり、Ｚ軸方向に見たときの光学距離補正部材１０８の形状は、図３（ａ）に示したえ画像表示領域Ｄ１と略同様の大きさの長方形である。
【００４５】
光学距離補正部材１０８の屈折率は、空気の屈折率よりも大きい。このため、光学距離補正部材１０８を透過する間のレーザ光の光学距離は、光学距離補正部材１０８の厚みが大きくなるほど長くなる。すなわち、光学距離補正部材１０８を透過する間のレーザ光の光学距離は、レーザ光の透過位置がＸ軸正方向に向かうほど長くなる。これにより、集光レンズ１０７によって集光されたレーザ光の焦点位置は、光学距離補正部材１０８に対するレーザ光の透過位置がＸ軸正側に向かうほど、Ｚ軸方向にシフトされる。この作用により、レーザ光が何れの走査ラインを走査する場合においても、レーザ光を、スクリーン３０１の入射面に合焦させることができ、レーザ光のビーム径を小さく絞ることができる。
【００４６】
なお、各走査ラインに対する光学距離の補正量は、光学距離補正部材１０８の屈折率と厚みによって決まる。よって、光学距離補正部材１０８は、全ての走査ラインにおいて、レーザ光を、スクリーン３０１の入射面に合焦させ得るように、屈折率と厚みが調整される。
【００４７】
図５（ｂ）は、実施形態に係る画像の表示例を模式的に示す図である。
【００４８】
実施形態では、比較例と同様、スクリーン３０１を傾けて配置することにより、奥行き画像Ｍ１を表示できる。また、実施形態では、光学距離補正部材１０８を配置することにより、全ての走査ラインＬ１〜Ｌｎにおいてレーザ光をスクリーン３０１の入射面の合焦させ得るため、何れの走査ラインＬ１〜Ｌｎにおいてもレーザ光のビーム径を小さくでき、図５（ｂ）に示すように、奥行き画像Ｍ１の全体を高精細で表示させることができる。このように、実施形態の構成では、奥行き画像Ｍ１の視認性を高めることができる。
【００４９】
次に、屈折補正部材１０９の作用について、図６（ａ）を参照して説明する。
【００５０】
上記のように、光学距離補正部材１０８がプリズムによって構成されている場合、光学距離補正部材１０８に入射したレーザ光は、屈折により進行方向が曲げられる。図６（ａ）の太実線は、走査部１０６のミラー１０６ａが中立位置にあるときのレーザ光（主光線ＭＬ０）の軌跡を示している。
【００５１】
これに対し、屈折補正部材１０９は、Ｘ軸負方向に向かうほど厚みが大きいプリズムによって構成されている。屈折補正部材１０９は、たとえばガラスにより形成される。Ｙ軸方向に見たときの屈折補正部材１０９は三角形であり、Ｚ軸方向に見たときの屈折補正部材１０９は長方形である。屈折補正部材１０９の屈折率は、空気の屈折率よりも大きい。
【００５２】
このように光学距離補正部材１０８を配置することにより、図６（ａ）に示すように、光学距離補正部材１０８によって進行方向が曲げられた主光線ＭＬ０は、屈折補正部材１０９を透過する際に、屈折により進行方向が逆方向に曲げられて元の進行方向（Ｚ軸方向）に戻される。この作用は、走査ラインＬ１〜Ｌｎの何れについても、屈折補正部材１０９によりレーザ光に付与される。このように、屈折補正部材１０９は、レーザ光の進行方向を補正する作用を発揮する。
【００５３】
また、屈折補正部材１０９は、光学距離補正部材１０８によって生じた色割れを解消する作用も発揮する。すなわち、上記のように、本実施形態では、レーザ光源１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃからそれぞれ出射された赤色、緑色および青色のレーザ光は、光軸が合わせされた状態で、光学距離補正部材１０８に入射する。この場合、各色に対する光学距離補正部材１０８の屈折率が相違するため、光学距離補正部材１０８を透過した後の各色のレーザ光の間に、屈折角の相違に基づく光軸ずれ（色割れ）が生じる。
【００５４】
これに対し、本実施形態では、図６（ａ）に示すように、屈折補正部材１０９が光学距離補正部材１０８に対して逆向きに配置されているため、各色のレーザ光は、それぞれ、光軸ずれ（色割れ）を抑制する方向および大きさで、光学距離補正部材１０８から屈折作用を受ける。これにより、光学距離補正部材１０８により生じた光軸ずれ（色割れ）が解消される。
【００５５】
なお、図６（ａ）の構成において、屈折補正部材１０９が、上記のようなレーザ光の進行方向を補正する作用および色割れを解消する作用をレーザ光に付与する場合、屈折補正部材１０９は、光学距離補正部材１０８による屈折と同様の屈折を、光学距離補正部材１０８による屈折と逆向きに、各色のレーザ光に付与する必要がある。この場合、屈折補正部材１０９は、たとえば、光学距離補正部材１０８と同様の形状および屈折率を有するように構成され得る。
【００５６】
さらに、屈折補正部材１０９は、虚像における視距離の変化をさらに増幅させる作用も発揮する。すなわち、図６（ａ）に示すように、屈折補正部材１０９は、Ｘ軸負方向に向かうほど厚みが大きくなっている。したがって、レーザ光が屈折補正部材１０９を透過する間の光学距離は、レーザ光の走査位置がＸ軸負側に向かうほど長くなる。このため、虚像に対する視距離は、Ｘ軸負側の走査ラインに対応する虚像の位置ほど遠くなる。よって、スクリーン３０１を傾けることによって視距離が遠くなった虚像の位置において、さらに、屈折補正部材１０９による光学距離の増長作用により、視距離が拡張される。
【００５７】
以上のように、屈折補正部材１０９は、図６（ａ）に示したレーザ光の進行方向を補正する作用の他、色割れを解消する作用および虚像における視距離の変化を増幅する作用を発揮する。したがって、本実施形態では、これらの作用を考慮しつつ、所望の視距離の変化で虚像（画像３０）が色割れなく表示されるように、スクリーン３０１の傾き角と、光学距離補正部材１０８および屈折補正部材１０９の屈折率および厚みが調整される。
【００５８】
＜実施形態の効果＞
上記実施形態によれば、以下の効果が奏される。
【００５９】
虚像の視距離が徐々に大きくなるようにスクリーン３０１が傾けて配置されているため、奥行き方向に徐々に視距離が変化する画像３０を虚像として表示することができる。また、光学距離補正部材１０８によって、集光レンズ１０７とスクリーン３０１との光学距離が、スクリーン３０１の全ての画像表示領域Ｄ１に対して略均一とされるため、何れの走査ラインにおいても、スクリーン３０１に対して一律にレーザ光を合焦させることができる。よって、何れの走査ラインにおいても、レーザ光のビーム径を小さく絞ることができ、高精細かつ視認性が極めて良好な画像３０（奥行き画像Ｍ１）を表示させることができる。
【００６０】
また、本実施形態では、図６（ａ）に示したように、光学距離補正部材１０８が、集光レンズ１０７から離れた方のスクリーン３０１の端部（スクリーン３０１のＸ軸正側の端部）に対向する部分の厚みが、集光レンズ１０７に接近する方のスクリーン３０１の端部（スクリーン３０１のＸ軸正側の端部）に対向する部分の厚みよりも大きいプリズムからなっている。これにより、光学距離補正部材１０８を安価に形成でき、且つ、光学距離補正部材１０８を煩雑な作業なく容易に設置できる。
【００６１】
また、本実施形態では、図６（ａ）に示したように、スクリーン３０１に対して光学距離補正部材１０８の反対側に、光学距離補正部材１０８によってレーザ光に生じた屈折を補正する屈折補正部材１０９がさらに配置されている。これにより、図６（ａ）を参照して説明したとおり、光学距離補正部材１０８による屈折により曲げられたレーザ光の進行方向が、屈折補正部材１０９による屈折により逆方向に曲げられて元に戻される。よって、後段の光学系により、円滑に、虚像による画像３０を生成することができる。
【００６２】
加えて、本実施形態では、上記のように、光学距離補正部材１０８によって生じた色割れを、屈折補正部材１０９により抑制でき、さらに、画像３０による視距離の変化を、屈折補正部材１０９によって増幅させることができる。
【００６３】
また、本実施形態では、図６（ａ）に示したように、屈折補正部材１０９が、集光レンズ１０７から離れた方のスクリーン３０１の端部（スクリーン３０１のＸ軸正側の端部）に対向する部分の厚みが、集光レンズ１０７に接近する方のスクリーン３０１の端部（スクリーン３０１のＸ軸負側の端部）に対向する部分の厚みよりも小さいプリズムからなっている。これにより、屈折補正部材１０９を安価に形成でき、且つ、屈折補正部材１０９を煩雑な作業なく容易に設置できる。
【００６４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、また、本発明の適用例も、上記実施形態の他に、種々の変更が可能である。
【００６５】
＜変更例１＞
図６（ｂ）は、変更例１に係るスクリーン３０１周辺の構成を模式的に示す側面図である。
【００６６】
変更例１では、光学距離補正部材１０８の入射面と出射面との角度θ１が、Ｚ軸に垂直な平面に対するスクリーン３０１の傾斜角度θ２よりも大きくなっている。このように角度θ１を設定することにより、図６（ｂ）に示すように、光源１０１から集光レンズ１０７までの光学ブロックをＸ軸正方向に傾けて配置でき、スクリーン３０１をＺ軸負方向に見たときに、スクリーン３０１の画像表示領域Ｄ１（図３（ａ）参照）に走査部１０６のミラー１０６ａが含まれないようにすることができる。
【００６７】
なお、図６（ｂ）では、説明の便宜上、各部材が大きく描かれ、且つ、各部材が互いに接近して描かれているため、スクリーン３０１をＺ軸負方向に見たときに、スクリーン３０１の画像表示領域Ｄ１に走査部１０６のミラー１０６ａが含まれ得るが、実際は、スクリーン３０１およびミラー１０６ａがかなり小さく、且つ、より大きく離間しているため、図６（ｂ）に示すように光源１０１から集光レンズ１０７までの光学ブロックをＸ軸正方向に傾けることにより、スクリーン３０１をＺ軸負方向に見たときに、スクリーン３０１の画像表示領域Ｄ１に走査部１０６のミラー１０６ａが含まれないようにできる。
【００６８】
変更例１の構成によれば、このように、スクリーン３０１をＺ軸負方向に見たときに、スクリーン３０１の画像表示領域Ｄ１に走査部１０６のミラー１０６ａが含まれないため、アイボックスの範囲内に、ミラー１０６ａの反射点である高輝度の発光点が含まれないようにすることができる。これにより、高輝度の発光点により画像３０のコントラストが低下することを防ぐことができ、結果、画像３０のコントラストを向上させることができる。
【００６９】
＜変更例２＞
図７は、変更例２に係る画像表示装置２０の照射光生成部２１および照射光生成部２１に用いる回路の構成を示す図である。
【００７０】
変更例２では、光学距離補正部材１０８が、水晶またはニオブ酸リチウム等の複屈折性材料により形成されている。屈折補正部材１０９は、上記実施形態と同様、ガラス等の非複屈折性の材料からなっている。また、変更例２では、光学距離補正部材１０８の前側と屈折補正部材１０９の後ろ側にそれぞれ１／２波長板１１０、１１１が配置されている。その他の構成は、上記実施形態と同様である。
【００７１】
変更例２の構成によれば、光学距離補正部材１０８に入射したレーザ光は、上記実施形態と同様、Ｘ軸方向の位置に応じた補正量にて、光学距離が補正される。したがって、上記実施形態と同様、何れの走査ラインにおいても、レーザ光を、略最小径でスクリーン３０１に入射させ得る。
【００７２】
加えて、変更例２の構成では、光学距離補正部材１０８が複屈折性材料からなっているため、光学距離補正部材１０８に入射したレーザ光は、複屈折性材料の光学軸に対する偏光方向の傾きに応じて正常光と異常光に分離され、分離された正常光と異常光は、それぞれ、レーザ光の進行方向に異なる位置に合焦する。このため、変更例２の構成では、正常光の合焦位置と異常光の合焦位置との間にビーム径が最小となる範囲を生じさせることができ、上記実施形態に比べて、ビーム径が最小となる範囲を広げることができる。よって、変更例２の構成によれば、上記実施形態に比べて、より容易かつ円滑に、レーザ光を最小ビーム径でスクリーン３０１に入射させることができ、スクリーン３０１に対する光学距離補正部材１０８の位置調整をより簡便に行うことができる。
【００７３】
なお、１／２波長板１１０は、光学距離補正部材１０８の光学軸に対するレーザ光の偏光方向を調整するためのものである。上記実施形態で述べたとおり、各色のレーザ光は、偏光方向が一方向に揃えられている。１／２波長板１１０は、各色のレーザ光が光学距離補正部材１０８の光学軸に対して所定の角度だけ傾くように、光軸に対する回転位置が調整される。
【００７４】
また、１／２波長板１１１は、１／２波長板１１０によって調整された各色のレーザ光の偏光方向を、さらに調整するためのものである。より詳細には、１／２波長板１１１は、各色のレーザ光の偏光方向が、ウインドシールド１２に入射する際に水平方向に揃うように、光軸に対する回転位置が調整される。
【００７５】
このように、１／２波長板１１０、１１１を配置することにより、光学距離補正部材１０８に対する各色のレーザ光の偏光方向の傾き角を容易に調整でき、また、ウインドシールド１２に入射する際の各色のレーザ光の偏光方向を容易に調整することができる。
【００７６】
なお、光学距離補正部材１０８の光学軸に対する各色のレーザ光の偏光方向の傾きは、出射光軸に対するレーザ光源１０１ａ〜１０１ｃの回転位置をそれぞれ調整することにより調整してもよい。この場合、１／２波長板１１０は省略され得る。
【００７７】
また、光学距離補正部材１０８を透過した後の各色のレーザ光の偏光方向が、これらレーザ光がウインドシールド１２に入射する際に全て水平方向に揃うように、予め、光学距離補正部材１０８の光学軸の方向が調整されていてもよい。この場合、１／２波長板１１１は省略され得る。
＜変更例３＞
図８（ａ）は、変更例３に係るスクリーン３０１周辺の構成を模式的に示した側面図であり、図８（ｂ）は画像の表示例を示した図である。
【００７８】
図８の（ｂ）には、車の速度などの情報は、運転者２の前方２ｍ程度の位置（視距離２ｍ）に表示させ、ナビゲーションの矢印といった情報は、奥行き（視距離５ｍ〜１００ｍ）をもたせた画像として表示させる場合の一例が示されている。
【００７９】
画面領域に応じて視距離を変化させるために、スクリーン３０１は、領域３０１ａと領域３０１ｂからなる２つの領域で構成されている。領域３０１ａは、視距離が５ｍ〜１００ｍと徐々に変化するように傾けて配置され、領域３０１ｂは、視距離２ｍに相当する光学位置に傾けずに配置される。このように、スクリーン３０１の領域を分割して、位置をシフトさせることで、２つの視距離領域を実現することができる。
【００８０】
このとき、領域３０１ｂは虚像光学系側（Ｚ軸正側）に飛び出した形になっているため、光学距離補正部材１０８についても、領域１０８ａ、領域１０８ｂの２つの領域に分割し、領域１０８ｂの厚さを大きくし、出斜面の傾きを領域３０１ｂの傾きと略同一とすることが望ましい。さらに、領域３０１ｂに相当する部分については、屈折補正部材を省略することも可能である。
【００８１】
このようにスクリーン３０１および光学距離補正部材１０８を構成することにより、図８（ｂ）に示すように、投射領域１３ａに領域３０１ａに描画された奥行き画像Ｍ１を表示させ、また、投射領域１３ｂに領域３０１ｂに描画された視距離の変化のない固定画像Ｍ２を表示させることができる。ここでは、固定画像Ｍ２として車速の画像が示されている。
【００８２】
なお、図８（ａ）の変更例では、スクリーン３０１が、２つの領域３０１ａ、３０１ｂに分割されたが、２つの領域３０１ａ、３０１ｂに代えて２つのスクリーンが個別に配置されてもよい。
＜その他の変更例＞
光学距離補正部材１０８は、必ずしも、プリズムでなくてもよく、レーザ光の透過位置がＸ軸方向の変化するに伴い光学距離が変化する部材であればよい。たとえば、Ｘ軸方向に屈折率が変化する直方体形状の部材によって光学距離補正部材１０８が構成されてもよい。この場合、光学距離補正部材１０８によりレーザ光の進行方向が曲がらないため、屈折補正部材１０９は省略可能である。
【００８３】
また、上記実施形態では、本発明を乗用車１に搭載されるヘッドアップディスプレイに適用した例を示したが、本発明は、車載用に限らず、他の種類の画像表示装置にも適用可能である。
【００８４】
また、画像表示装置２０および照射光生成部２１の構成は、図１（ｃ）および図２に記載された構成に限られるものではなく、適宜、変更可能である。
【００８５】
たとえば、上記実施形態では、図１（ｃ）に示すように、照射光生成部２１からのレーザ光が、２つのミラー２２、２３によってウインドシールド１２に導かれたが、照射光生成部２１からのレーザ光をウインドシールド１２に導くミラーが、１つだけ配置され、あるいは、３以上配置されてもよい。また、上記実施形態では、第１のレンズ部３０１ａと第２のレンズ部３０１ｂがスクリーン３０１の入射面と出射面にそれぞれ配置されたが、スクリーン３０１の入射面と出射面の何れか一方に、レーザ光をＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ発散させる複数のレンズ部が２次元状に配置されてもよい。
【００８６】
この他、本発明の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００８７】
２０  …  画像表示装置
２２、２３  …  ミラー（光学系）
１０１  …  光源
１０６  …  走査部
１０７  …  集光レンズ
１０８  …  光学距離補正部材
１０９  …  屈折補正部材
１１０、１１１  …  １／２波長板
３０１  …  スクリーン
【図１】
2018155801.tif 000003
【図２】
2018155801.tif 000004
【図３】
2018155801.tif 000005
【図４】
2018155801.tif 000006
【図５】
2018155801.tif 000007
【図６】
2018155801.tif 000008
【図７】
2018155801.tif 000009
【図８】
2018155801.tif 000010