(57)【要約】【課題】大型化を招くことなく虚像の画質を向上させる。【解決手段】表示装置１は、中間像が形成されるスクリーン１３と、第１の平面ミラー１４と、第１の平面ミラー１４から照射された光を第１の平面ミラー１４に反射させる凹面ミラー１６と、を備え、第１の平面ミラー１４は、スクリーン１３側から照射された光を凹面ミラー１６に反射させる第１の反射領域と、凹面ミラー１６から照射された光を反射させる第２の反射領域と、第１の反射領域と第２の反射領域とが重なる共有反射領域とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中間像が形成されるスクリーンと、
第１のミラーと、
前記第１のミラーから照射された光を前記第１のミラーに反射させる凹面ミラーと、
を備え、
前記第１のミラーは、前記スクリーン側から照射された光を前記凹面ミラーに反射させる第１の反射領域と、前記凹面ミラーから照射された光を反射させる第２の反射領域と、前記第１の反射領域と前記第２の反射領域とが重なる共有反射領域とを含む、
表示装置。
【請求項２】
前記スクリーン側から照射され前記第１の反射領域へ入射する光の入射角をφ１、前記凹面ミラーから照射され前記第２の反射領域へ入射する光の入射角をφ２とするとき、φ１≧φ２の関係が成り立つように構成されている、
請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記スクリーン側から照射され前記第１の反射領域へ入射する光の入射角をφ１、前記凹面ミラーから照射され前記第２の反射領域へ入射する光の入射角をφ２とするとき、１．２×φ２≦φ１≦２．０×φ２の関係が成り立つように構成されている、
請求項１に記載の表示装置。
【請求項４】
前記第１の反射領域の光の反射方向に平行な方向の径をＺ１、前記第１の反射領域の光の反射方向に垂直な方向の径をＸ１、前記第２の反射領域の光の反射方向に平行な方向の径をＺ２、前記第２の反射領域の光の反射方向に垂直な方向の径をＸ２とするとき、Ｚ１＞Ｚ２又はＸ１＜Ｘ２の関係が成り立つように構成されている、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項５】
Ｚ１／Ｘ１をＡ１、Ｚ２／Ｘ２をＡ２とするとき、（Ａ１／Ａ２）＜２の関係が成り立つ、
請求項４に記載の表示装置。
【請求項６】
虚像の前記中間像に対する倍率が１５倍以下である、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項７】
前記スクリーンから射出された光を前記第１のミラーに反射させる第２のミラー、
を更に備える請求項１〜６のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の表示装置と、
前記中間像を形成する光が照射されることにより虚像を形成する透過反射部材と、
を備える機器。
【請求項９】
前記透過反射部材は、曲面を含む部材である、
請求項８に記載の機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置及び機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両等の移動体において運転者（観察者）が少ない視線移動で各種情報（例えば車両情報、ナビゲーション情報、警告情報等）を認知できるアプリケーションとして、ＨＵＤ（ヘッドアップディスプレイ）が利用されている。
【０００３】
例えば、画像の情報を持つ表示光（中間像）をフロントガラスに投影して虚像を表示させる表示装置において、中間像を生成する液晶パネルと中間像を拡大する凹面ミラーとの間に平面ミラーを設け、液晶パネルから凹面ミラーに入射する光と、凹面ミラーからフロントガラスに入射する光とを平面ミラーで反射させる構成が開示されている（特許文献１）。これにより、凹面ミラーからフロントガラスに入射する光の収差を小さくし、虚像の画質を向上させることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような表示装置においては、平面ミラー上に、中間像を形成するスクリーン（液晶パネル）から射出された光を凹面ミラーに反射させる第１の反射領域と、凹面ミラーから射出された光をフロントガラスに反射させる第２の反射領域とを確保するためのスペースが必要となる。従来の構成においては、第１の反射領域と第２の反射領域とが平面ミラー上に個別に設けられていたため、大型の平面ミラーが必要となり、表示装置の小型化が困難であった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、大型化を招くことなく虚像の画質を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一形態である表示装置は、中間像が形成されるスクリーンと、第１のミラーと、前記第１のミラーから照射された光を前記第１のミラーに反射させる凹面ミラーと、を備え、前記第１のミラーは、前記スクリーン側から照射された光を前記凹面ミラーに反射させる第１の反射領域と、前記凹面ミラーから照射された光を反射させる第２の反射領域と、前記第１の反射領域と前記第２の反射領域とが重なる共有反射領域とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、大型化を招くことなく虚像の画質を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は実施形態に係る表示装置の構成を例示する図である。
【図２】図２は実施形態に係る表示装置のハードウェア構成を例示するブロック図である。
【図３】図３は実施形態に係る表示装置の機能構成を例示するブロック図である。
【図４】図４は実施形態に係る光源部の具体的構成を例示する図である。
【図５】図５は実施形態に係る走査ミラーの具体的構成を例示する図である。
【図６】図６は実施形態に係るスクリーンの具体的構成を例示する図である。
【図７】図７は虚像を現実空間に重畳させる際の組み付け上の問題点を例示する図である。
【図８】図８は観察対象の結像位置に対応する輻輳角と表示情報の結像位置に対応する輻輳角との関係を例示する図である。
【図９】図９は視点位置から対象までの距離と輻輳角との関係を例示する図である。
【図１０】図１０は実施形態に係る第１の平面ミラーの構成を例示する図である。
【図１１】図１１は実施形態に係る第１の平面ミラーにより反射される光の入射角を例示する図である。
【図１２】図１２は比較例に係る第１の平面ミラーと実施形態に係る第１の平面ミラーとを比較した状態を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に添付図面を参照して、表示装置及び機器の実施形態を詳細に説明する。以下の実施形態によって本発明が限定されるものではなく、以下の実施形態における構成要素には当業者が容易に想到できるもの、実質的に同一のもの、及びいわゆる均等の範囲のものが含まれる。以下の実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換、変更、及び組み合わせを行うことができる。
【００１０】
図１は実施形態に係る表示装置１の構成を例示する図である。本実施形態に係る表示装置１は機器に搭載されるＨＵＤである。機器は、例えば車両、航空機、船舶等の移動体、又は操縦シミュレーションシステム、ホームシアターシステム等の非移動体であり得る。以下では表示装置１の一例として、自動車に搭載されたＨＵＤについて説明する。
【００１１】
表示装置１は光源部１１、走査ミラー１２、スクリーン１３、第１の平面ミラー１４（第１のミラー）、第２の平面ミラー１５（第２のミラー）、及び凹面ミラー１６を含む。
【００１２】
フロントガラス１７は光束の一部を透過し残部を反射する機能（部分反射機能）を有する透過反射部材である。フロントガラス１７は観察者（運転者）１０に前方の現実空間を視認させると共に、観察者１０に所定の情報を提供する虚像２５を視認させる半透過鏡として機能する。フロントガラス１７は曲面を含んで構成されてもよい。虚像２５は例えば車両情報（速度、走行距離等）、ナビゲーション情報（経路案内、交通情報等）、警告情報（衝突警報等）等を観察者１０に提供する。虚像２５はフロントガラス１７の前方の現実空間と重畳するように表示されてもよい。なお、フロントガラス１７と同じ機能（部分反射機能）を有する個別の透過反射部材としての半透過鏡（コンバイナ）を利用してもよい。
【００１３】
光源部１１はレーザ光を照射する。光源部１１は例えばＲ，Ｇ，Ｂの３色のレーザ光を合成したレーザ光を照射してもよい。光源部１１から射出されたレーザ光は走査ミラー１２の反射面に導かれる。
【００１４】
走査ミラー１２はＭＥＭＳ（Micro  Electro  Mechanical  Systems）等を利用してレーザ光の進行方向を変化させるデバイスである。走査ミラー１２は例えば、直交する２軸に対して揺動する単一の微小なミラー、１軸に対して揺動又は回転する２つのミラーからなるミラー系等を利用して構成される。
【００１５】
走査ミラー１２から射出したレーザ光はスクリーン１３を走査し、スクリーン１３に２次元像である中間像を形成する。スクリーン１３はレーザ光を所定の発散角で発散させる機能を有し、例えばマイクロレンズアレイ等を利用して構成される。
【００１６】
第２の平面ミラー１５はスクリーン１３から射出された光を第１の平面ミラー１４に反射させる。なお、第２の平面ミラー１５を用いずに、スクリーン１３から射出された光を直接第１の平面ミラー１４に入射させてもよい。第２の平面ミラー１５は設計上の必要性に応じて適宜設置されればよい。例えば、図１に示すように、表示装置１の収納スペースの制約によりスクリーン１３から射出された光を直接第１の平面ミラー１４に入射させることができない場合には、第２の平面ミラー１５を設置することにより、スクリーン１３からの光を間接的に第１の平面ミラー１４に入射させることができる。
【００１７】
第１の平面ミラー１４は、スクリーン１３側から照射された光を凹面ミラー１６に反射させる。「スクリーン１３側から照射された光」は、本実施形態においては、スクリーン１３から射出され、第２の平面ミラー１５により反射された光であるが、これに限られるものではなく、例えばスクリーン１３から直接照射された光、スクリーン１３から第１の平面ミラー１４までの光路上に設置された１つ以上の光学部材（第２の平面ミラー１５を含む）を介して照射された光等であってもよい。また、第１の平面ミラー１４は凹面ミラー１６から照射された光をフロントガラス１７に反射させる。スクリーン１３側から照射された光は、後述する第１の平面ミラー１４上の第１の反射領域により反射される。凹面ミラー１６から照射された光は、後述する第１の平面ミラー１４上の第２の反射領域により反射される。
【００１８】
凹面ミラー１６は第１の平面ミラー１４の第１の反射領域から照射された光を第１の平面ミラー１４の第２の反射領域に反射させる。凹面ミラー１６はフロントガラス１７の湾曲形状による画像の歪みを補正するように設計及び配置されている。凹面ミラー１６から射出された光は第１の平面ミラー１４によりフロントガラス１７に反射される。これにより、スクリーン１３に形成された中間像を構成する光はフロントガラス１７に向けて投射され、観察者１０はフロントガラス１７で反射された光により虚像２５を視認することができるようになる。
【００１９】
図１中、Ｘ軸は表示装置１が搭載される機器（本実施形態においては自動車）の左右方向の軸を示し、Ｙ軸は機器の上下方向の軸を示し、Ｚ軸は機器の前後方向の軸を示す。
【００２０】
図２は実施形態に係る表示装置１のハードウェア構成を例示するブロック図である。本例の表示装置１はＦＰＧＡ（Field-Programmable  Gate  Array）１０１、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）１０２、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）１０３、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）１０４、Ｉ／Ｆ（Interface）１０５、バスライン１０６、ＬＤ（Laser  Diode）１０９、ＬＤドライバ１１０、ＭＥＭＳ１１１、及びＭＥＭＳコントローラ１１２を含む。
【００２１】
ＬＤ１０９は光源部１１の一部を構成する半導体発光素子である。ＬＤドライバ１１０はＬＤ１０９を駆動する駆動信号を生成する回路である。ＭＥＭＳ１１１は走査ミラー１２の一部を構成し、ミラーを変位させるデバイスである。ＭＥＭＳコントローラ１１２はＭＥＭＳ１１１を駆動する駆動信号を生成する回路である。ＦＰＧＡ１０１は表示装置１の設計者による設定変更が可能な集積回路である。ＬＤドライバ１１０及びＭＥＭＳコントローラ１１２はＦＰＧＡ１０１からの制御信号に応じて駆動信号を生成する。ＣＰＵ１０２は表示装置１全体を制御するための処理を行う集積回路である。ＲＯＭ１０３はＣＰＵ１０２を制御するプログラムを記憶する記憶装置である。ＲＡＭ１０４はＣＰＵ１０２のワークエリアとして機能する記憶装置である。Ｉ／Ｆ１０５は外部装置と通信するためのインターフェースであり、例えば自動車のＣＡＮ（Controller  Area  Network）等に接続される。
【００２２】
図３は実施形態に係る表示装置１の機能構成を例示するブロック図である。本例の表示装置１は車両情報入力部２０１、外部情報入力部２０２、画像生成部２０３、及び画像表示部２０４を含む。車両情報入力部２０１はＣＡＮ等から自動車の情報（速度、走行距離等の情報）を取得する機能部である。車両情報入力部２０１はＩ／Ｆ１０５、ＣＰＵ１０２、ＲＯＭ１０３に記憶されたプログラム等により構成される。外部情報入力部２０２は外部ネットワークから自動車外部の情報（ＧＰＳからの位置情報、ナビゲーションシステムからの経路情報、交通情報等）を取得する機能部である。外部情報入力部２０２はＩ／Ｆ１０５、ＣＰＵ１０２、ＲＯＭ１０３に記憶されたプログラム等により構成される。画像生成部２０３は車両情報入力部２０１及び外部情報入力部２０２により取得された情報に基づいて、虚像２５の構成を決定し、虚像２５を表示するための表示情報を生成する機能部である。画像生成部２０３はＩ／Ｆ１０５、ＣＰＵ１０２、ＲＯＭ１０３に記憶されたプログラム等により構成される。画像表示部２０４は画像生成部２０３により生成された表示情報に基づいて、所定のスクリーン（本実施形態においてはフロントガラス１７）に虚像２５を表示させる機能部である。画像表示部２０４はＣＰＵ１０２、ＦＰＧＡ１０１、ＬＤ１０９、ＬＤドライバ１１０、ＭＥＭＳ１１１、ＭＥＭＳコントローラ１１２等により構成される。制御部２１１は虚像２５の位置、明るさ等を調整するための処理を行う機能部であり、ＦＰＧＡ１０１、ＬＤドライバ１１０、ＭＥＭＳコントローラ１１２等を制御する信号を生成する。
【００２３】
図４は実施形態に係る光源部１１の具体的構成を例示する図である。本例の光源部１１は光源素子３０１Ｒ，３０１Ｇ，３０１Ｂ、カップリングレンズ３０２Ｒ，３０２Ｇ，３０２Ｂ、アパーチャ３０３Ｒ，３０３Ｇ，３０３Ｂ、合成素子３０４，３０５，３０６、及びレンズ３０７を含む。３色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の光源素子３０１Ｒ，３０１Ｇ，３０１Ｂはそれぞれ単数又は複数の発光点を有するＬＤであり、互いに異なる波長λＲ，λＧ，λＢ（例えばλＲ＝６４０ｎｍ，λＧ＝５３０ｎｍ，λＢ＝４４５ｎｍ）の光束を放射する。放射された各光束はそれぞれカップリングレンズ３０２Ｒ，３０２Ｇ，３０２Ｂによりカップリングされる。カップリングされた各光束はそれぞれアパーチャ３０３Ｒ，３０３Ｇ，３０３Ｂにより整形される。アパーチャ３０３Ｒ，３０３Ｇ，３０３Ｂは光束の発散角等の所定の条件に応じた形状（例えば円形、楕円形、長方形、正方形等）を有する。アパーチャ３０３Ｒ，３０３Ｇ，３０３Ｂにより整形された各光束は３つの合成素子３０４，３０５，３０６により合成される。合成素子３０４，３０５，３０６はプレート状又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又は透過し、１つの光束に合成する。合成された光束はレンズ３０７を通り、走査ミラー１２に導かれる。
【００２４】
図５は実施形態に係る走査ミラー１２の具体的構成を例示する図である。本例の走査ミラー１２は半導体プロセスにより製造されるＭＥＭＳミラーであり、ミラー３５１、蛇行状梁部３５２、枠部材３５３、及び圧電部材３５４を含む。ミラー３５１は光源部１１から射出されたレーザ光をスクリーン１３側に反射する反射面を有する。ミラー３５１を挟んで一対の蛇行状梁部３５２が形成されている。蛇行状梁部３５２は複数の折り返し部を有し、折り返し部は交互に配置される第１の梁部３５２ａと第２の梁部３５２ｂとから構成されている。蛇行状梁部３５２は枠部材３５３に支持されている。圧電部材３５４は隣接する第１の梁部３５２ａと第２の梁部３５２ｂとを接続するように配置されている。圧電部材３５４は第１の梁部３５２ａと第２の梁部３５２ｂとに異なる電圧を印加し、各梁部３５２ａ，３５２ｂに反りを発生させる。これにより、隣接する梁部３５２ａ，３５２ｂが異なる方向に撓む。撓みが累積されることにより、ミラー３５１は左右方向の軸を中心として垂直方向に回転する。このような構成により、垂直方向への光走査が低電圧で可能となる。上下方向の軸を中心とした水平方向の光走査はミラー３５１に接続されたトーションバー等を利用した共振により行われる。
【００２５】
図６は実施形態に係るスクリーン１３の具体的構成を例示する図である。本例のスクリーン１３は六角形状を有する複数のマイクロレンズ３７１が隙間なく配列されたマイクロレンズアレイ構造を有している。スクリーン１３は走査ミラー１２から照射されたレーザ光を所定の発散角で発散させる。マイクロレンズ３７１の幅（対向する２辺間の距離）は２００μｍ程度であり得る。マイクロレンズ３７１の形状を六角形とすることにより、複数のマイクロレンズ３７１を高密度で配列することができる。なお、マイクロレンズ３７１の形状は六角形に限られるものではなく、例えば四角形、三角形等であってもよい。また、本例においては複数のマイクロレンズ３７１が規則正しく配列された構造を例示しているが、マイクロレンズ３７１の配列はこれに限られるものではなく、例えば各マイクロレンズ３７１の中心を互いに偏心させ、不規則な配列としてもよい。このように偏心させた配列を採用する場合、各マイクロレンズ３７１は互いに異なる形状となる。
【００２６】
上記構成によれば、スクリーン１３に形成された中間像をフロントガラス１７に拡大投影し、虚像２５を表示することができる。このとき、虚像２５内の表示情報の幾何学的形状を現実空間と整合するように調整することにより、観察者１０に表示情報を現実空間に重畳するように知覚させることができる。
【００２７】
図７は虚像２５を現実空間に重畳させる際の組み付け上の問題点を例示する図である。図７中、実線は虚像２５を現実空間に重畳させる場合における虚像２５及び表示装置１の位置を示し、一点鎖線は虚像２５を現実空間に重畳させない場合における虚像２５及び表示装置１の位置を示している。重畳させない場合、観察者１０が虚像２５を見下ろす角度（俯角）を比較的大きく設定することができるため、表示装置１をＺ軸方向において観察者１０から比較的遠い位置に設置することができる。これに対し、重畳させる場合には、虚像２５を遠方の風景に重畳させるために俯角を小さくする（虚像２５を上方に表示する）必要があるため、表示装置１をＺ軸方向において観察者１０に比較的近い位置に設置する必要がある。しかしながら、表示装置１が設置される機器の構造上の制約により、表示装置１を観察者１０に近い位置に設置することは困難である場合が多い。例えば、自動車においては、ダッシュボード内の手前側の部分にメータ機構、ペダル機構、空調機構、ハンドル機構等が配置されるため、この部分に表示装置１を設置できるスペースは限られる。そこで、表示装置１を特にＺ軸方向に小型化し、表示装置１を観察者１０に近い位置に設置できるようにすることが望まれる。
【００２８】
また、虚像２５を現実空間に重畳させる際には、観察者１０の視差に基づく問題に対処する必要がある。上述したように、本実施形態に係る表示装置１によれば、観察者１０は虚像２５内の表示情報を現実空間に重畳させて知覚することができる。しかし、実際の表示情報はフロントガラス１７近傍で視認されるため、表示情報と、表示情報が重畳される現実空間内の観察対象との間に視差が生ずる。
【００２９】
図８は観察対象４０１の結像位置に対応する輻輳角θ１と表示情報４１１の結像位置に対応する輻輳角θ２との関係を例示する図である。現実空間内の観察対象４０１の結像位置に対応する輻輳角θ１は、観察者１０が観察対象４０１を視認する際に観察者１０の両眼の視線が成す角度を示している。虚像２５内の表示情報４１１の結像位置に対応する輻輳角θ２は、観察者１０が表示情報４１１を視認する際に観察者１０の両眼の視線が成す角度を示している。視差角θｐａｒａは｜θ２−θ１｜と定義される。視差角θｐａｒａが１ｄｅｇを超えるとき、観察者１０は二重像を知覚し、不快や疲労を感じる場合が多い。従って、表示装置１は視差角θｐａｒａが１ｄｅｇ以下となるように設計されることが好ましい。例えば、視点位置から表示情報４１１の結像位置までの距離Ｌが３８００ｍｍ以上であるとき、視点位置から観察対象４０１までの距離が２０００ｍｍ以上である場合に、視差角θｐａｒａが１ｄｅｇ以下となる。
【００３０】
図９は視点位置から対象（観察対象４０１及び表示情報４１１を含む）までの距離（対象距離）と輻輳角との関係を例示する図である。輻輳角は観察者１０の視点位置から対象までの距離に応じて、曲線４２１に示すように変化する。図９に示すように、対象距離が略３８００ｍｍのとき、輻輳角は略１ｄｅｇとなる。観察者１０がフロントガラス１７を通して視認可能な現実空間内の任意の位置に表示情報４１１を重畳させることができる対象距離（視点位置から観察対象４０１の結像位置までの距離）の範囲は、二点鎖線で示すように、輻輳角が±１ｄｅｇの範囲である。従って、視点位置から表示情報４１１の結像位置までの距離Ｌが３８００ｍｍ以上であるとき、視点位置から観察対象４０１までの距離は２０００ｍｍ以上であればよい。実際の使用状況（例えば、表示装置１を自動車等の移動体に搭載する場合）において、視点位置から表示情報４１１を重畳させたい観察対象４０１までの距離が２０００ｍｍより小さいことは稀である。
【００３１】
表示装置１内における光路長を一定に保ち、距離Ｌを長くすると、表示装置１内の光学系の倍率は大きくなる。光路長とは、中間像が形成されるスクリーン１３から虚像２５が投影されるフロントガラス１７までの光の経路の長さである。光学系の倍率とは、虚像２５の中間像に対する倍率であり、例えば虚像２５の縦方向の長さを中間像又はスクリーン１３の縦方向の長さで除した値α、虚像２５の横方向の長さを中間像又はスクリーン１３の横方向の長さで除した値β等である。光学系の倍率が大きくなると、公差による感度が増加し、表示装置１の組み付け精度に対する要求が高くなる。そのため、光学系の倍率が大きい程、観察者１０の視点位置の変化に伴う虚像２５の品質劣化が大きくなりやすい。一般に、距離Ｌを３８００ｍｍ以上に設定するとき、光学系の倍率（α及びβの両方又はどちらか一方）は１５倍より大きくなる場合が多い。光路長を長く取ることにより、距離Ｌを３８００ｍｍ以上に維持したまま、光学系の倍率を１５倍以下に抑えることができる。しかし、光路長を長くしようとするとき、表示装置１の大型化が問題となる。そこで、本実施形態に係る表示装置１は、表示装置１の大型化を招くことなく光路長を長く取るために、第１の平面ミラー１４を備えている。
【００３２】
図１０は実施形態に係る第１の平面ミラー１４の構成を例示する図である。第１の平面ミラー１４は第１の反射領域３１、第２の反射領域３２、及び共有反射領域３３を有する。図１０中、Ｚ軸は機器（本実施形態においては自動車）の前後方向を示すと共に、光の反射方向に平行な方向を示す。Ｘ軸は機器の左右方向を示すと共に、光の反射方向に垂直な方向を示す。光の反射方向とは、第１の平面ミラー１４により反射された光の進行方向、すなわち本実施形態においては、第２の平面ミラー１５から第１の平面ミラー１４を経て凹面ミラー１６へ向かう光又は凹面ミラー１６から第１の平面ミラー１４を経てフロントガラス１７へ向かう光の進行方向である。
【００３３】
第１の反射領域３１はスクリーン１３側から照射された光を凹面ミラー１６に反射させる領域である。「スクリーン１３側から照射された光」は、本実施形態においては、スクリーン１３から射出され、第２の平面ミラー１５により反射された光であるが、これに限られるものではない。スクリーン１３から射出された光は、第２の平面ミラー１５を介さずに直接第１の平面ミラー１４に照射されてもよい。また、スクリーン１３から第１の平面ミラー１４までの光路上に第２の平面ミラー１５以外のミラーを設置し、スクリーン１３から射出された光がこれらの複数のミラーを介して第１の反射領域３１に照射されるようにしてもよい。第１の反射領域３１は虚像２５を最大表示する際に必要となる領域である。
【００３４】
第２の反射領域３２は凹面ミラー１６から照射された光をフロントガラス１７に反射させる領域である。第２の反射領域３２は虚像２５を最大表示する際に必要となる領域である。
【００３５】
共有反射領域３３は第１の反射領域３１と第２の反射領域３２とが重なる領域である。共有反射領域３３は、スクリーン１３側から照射された光を凹面ミラー１６に反射させる領域、及び凹面ミラー１６から照射された光をフロントガラス１７に反射させる領域の両方として機能する。第１の平面ミラー１４の反射面全体に対する共有反射領域３３の占める割合が大きい程、第１の平面ミラー１４を小型化することができる。
【００３６】
上記のように、第１の平面ミラー１４を用いて光を２回反射させることにより、中間像を形成するスクリーン１３から虚像２５を表示させるフロントガラス１７までの光路長を長くすることができる。また、共有反射領域３３を設けることにより、第１の平面ミラー１４を小型化することができる。
【００３７】
図１１は実施形態に係る第１の平面ミラー１４により反射される光の入射角φ１，φ２を例示する図である。図１１中、破線は虚像２５の中央光線が観察者１０の基準視点へ伝播する光路を示している。第２の平面ミラー１５により反射された光は、第１の平面ミラー１４上の第１の反射領域３１へ入射角φ１で入射する。ここでの入射角φ１は、ＹＺ平面から光学系（例えば第１の平面ミラー１４）を観察した際の入射角とする。なお、「第２の平面ミラー１５により反射された光」は、上記「スクリーン１３側から照射された光」の一形態である。すなわち、「第２の平面ミラー１５により反射された光」の代わりに、スクリーン１３から射出された光が直接第１の平面ミラー１４に照射されてもよい。また、スクリーン１３から第１の平面ミラー１４までの光路上に第２の平面ミラー１５以外のミラーを設置し、スクリーン１３から射出された光がこれらの複数のミラーを介して第１の反射領域３１に照射されるようにしてもよい。
【００３８】
凹面ミラー１６により反射された光は、第１の平面ミラー１４上の第２の反射領域３２へ、入射角φ２で入射する。ここでの入射角φ２は、φ１と同様に、ＹＺ平面から光学系を観察した際の入射角とする。
【００３９】
本実施形態に係る表示装置１は、φ１＞φ２が成り立つように設計されている。自動車等の機器に表示装置１を搭載するためのスペースは、上述したように各種機構の配置により制約を受ける場合が多い。そのため、第２の平面ミラー１５（光源部１１）と凹面ミラー１６とを、第１の平面ミラー１４の設置位置を基準としてＺ軸方向上の同じ側に設置することは難しい。このような場合、φ１＞φ２が成り立つように設計することにより、第２の平面ミラー１５（光源部１１）と凹面ミラー１６とを、第１の平面ミラー１４を挟んで互いに異なる側に設置することが可能となり、表示装置１の小型化を図ることが可能となる。
【００４０】
入射角φ１は入射角φ２の１．６倍程度であることが望ましい。これは、ダッシュボード内の手前側の部分に上述したような各種機構が配置され、ダッシュボード内の奥側の部分にフロントガラス１７の保持機構やボンネット内部の部品が存在する状況下において、所望の位置に第２の平面ミラー１５（光源部１１）及び凹面ミラー１６を配置できるようにするためである。これにより、虚像２５の縦方向の大きさを可能な限り大きくすることができる。
【００４１】
なお、１．２×φ２≦φ１≦２．０×φ２の関係が成り立てば、実質的に上記効果を得ることが可能である。φ１＜１．２×φ２となるとき、凹面ミラー１６又はボンネット上部の開口部（凹面ミラー１６からの光をフロントガラス１７に導く開口部）により虚像２５の下部が制限される。φ１＞２．０×φ２となるとき、第２の平面ミラー１５（光源部１１）又はボンネット上部の開口部により虚像２５の上部が制限される。そのため、１．２×φ２≦φ１≦２．０×φ２の関係が成り立たないとき、虚像２５は小さくなり、表示装置１の品質が低下することとなる。
【００４２】
また、図１０に示すように、第１の反射領域３１のＺ軸方向（光の反射方向に平行な方向）の径をＺ１、第１の反射領域３１のＸ軸方向（光の反射方向に垂直な方向）の径をＸ１、第２の反射領域３２のＺ軸方向の径をＺ２、第２の反射領域３２のＸ軸方向の径をＸ２とするとき、Ｚ１＞Ｚ２又はＸ１＜Ｘ２の関係が成り立つ。本実施形態においては、Ｚ１＞Ｚ２且つＸ１＜Ｘ２の関係が成り立っている。このような関係が成り立つことにより、第１の反射領域３１と第２の反射領域３２とを重ねることができ、共有反射領域３３を形成することができる。
【００４３】
また、Ｚ１／Ｘ１をＡ１、Ｚ２／Ｘ２をＡ２とするとき、（Ａ１／Ａ２）＜２の関係が成り立つことが好ましい。Ａ１は第１の反射領域３１のＺ軸方向への圧縮の度合いを示す値であり、Ａ２は第２の反射領域３２のＺ軸方向への圧縮の度合いを示す値である。（Ａ１／Ａ２）＜２の関係が成り立つとき、第２の反射領域３２は第１の反射領域３１よりＺ軸方向に十分に圧縮された状態であるといえる。このような状態にすることにより、凹面ミラー１６から第２の反射領域３２に入射する光の入射角φ２が、第２の平面ミラー１５（第２の平面ミラー１５が設けられていない場合にはスクリーン１３）から第１の反射領域３１に入射する光の入射角φ１より小さくなる。これにより、凹面ミラー１６から射出した光の収差が小さくなり、虚像２５の画質が向上する。
【００４４】
図１２は比較例に係る第１の平面ミラー５１５と実施形態に係る第１の平面ミラー１４とを比較した状態を例示する図である。比較例に係る第１の平面ミラー５１５には、第１の反射領域３１と第２の反射領域３２とが重なり合う領域が存在しない。これに対し、実施形態に係る第１の平面ミラー１４には、第１の反射領域３１と第２の反射領域３２とが重なり合う共有反射領域３３が存在している。これにより、実施形態に係る第１の平面ミラー１４のＺ軸方向の長さは、比較例に係る第１の平面ミラー５１５のＺ軸方向の長さより短くなる。なお、比較例に係る第１の反射領域３１及び第２の反射領域３２の大きさ及び形状は、実施形態に係る第１の反射領域３１及び第２の反射領域３２と同一である。このように、本実施形態によれば、第１の平面ミラー１４、延いては表示装置１全体をＺ軸方向に小型化することができる。
【００４５】
上記のように、第１の平面ミラー１４を用いて光を２回反射させることにより、中間像を形成するスクリーン１３から虚像２５を表示させるフロントガラス１７までの光路長を長くすることができる。また、共有反射領域３３を設けることにより、第１の平面ミラー１４を小型化することができる。以上のように、本実施形態によれば、表示装置１の大型化を招くことなく、虚像２５の画質を向上させることが可能となる。
【００４６】
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図するものではない。この新規な実施形態はその他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更、及び組み合わせを行うことができる。この実施形態及びその変形は発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４７】
１  表示装置
１０  観察者
１１  光源部
１２  走査ミラー
１３  スクリーン
１４  第１の平面ミラー（第１のミラー）
１５  第２の平面ミラー（第２のミラー）
１６  凹面ミラー
１７  フロントガラス
２５  虚像
３１  第１の反射領域
３２  第２の反射領域
３３  共有反射領域
１０１  ＦＰＧＡ
１０２  ＣＰＵ
１０３  ＲＯＭ
１０４  ＲＡＭ
１０５  Ｉ／Ｆ
１０６  バスライン
１０９  ＬＤ
１１０  ＬＤドライバ
１１１  ＭＥＭＳ
１１２  ＭＥＭＳコントローラ
２０１  車両情報入力部
２０２  外部情報入力部
２０３  画像生成部
２０４  画像表示部
２１１  制御部
３０１Ｒ，３０１Ｇ，３０１Ｂ  光源素子
３０２Ｒ，３０２Ｇ，３０２Ｂ  カップリングレンズ
３０３Ｒ，３０３Ｇ，３０３Ｂ  アパーチャ
３０４，３０５，３０６  合成素子
３０７  レンズ
３５１  ミラー
３５２  蛇行状梁部
３５２ａ  第１の梁部
３５２ｂ  第２の梁部
３５３  枠部材
３５４  圧電部材
３７１  マイクロレンズ
４０１  観察対象
４１１  表示情報
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４８】
【特許文献１】特開２００９−１１５９０８号公報
【図１】
2018146950.tif 000003
【図２】
2018146950.tif 000004
【図３】
2018146950.tif 000005
【図４】
2018146950.tif 000006
【図５】
2018146950.tif 000007
【図６】
2018146950.tif 000008
【図７】
2018146950.tif 000009
【図８】
2018146950.tif 000010
【図９】
2018146950.tif 000011
【図１０】
2018146950.tif 000012
【図１１】
2018146950.tif 000013
【図１２】
2018146950.tif 000014