(57)【要約】【課題】簡便な構成にて虚像の歪みを適切に抑制することが可能な虚像表示装置を提供する。【解決手段】虚像表示装置１００は、虚像ＩＶとして画像を視認させる装置であって、スクリーン１１と、コンバイナ１３とを備える。スクリーン１１は、球面形状であり、表示すべき画像を形成する。コンバイナ１３は、スクリーン１１から出射された光を反射することで虚像ＩＶを表示させる。ここで、コンバイナ１３は、スクリーン１１から出射された光の進行方向に向かって凹形状を有している。また、スクリーン１１は、コンバイナ１３の焦点ＰＣを通過し、かつ、虚像ＩＶを視認する視線方向に対して平行なＺ軸上に、スクリーン１１の曲率中心ＰＳが位置するように配置される。【選択図】図３
2015219389.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示すべき画像を形成する画像形成素子と、
前記画像形成素子から出射された光を反射することで虚像を表示させる光学素子と、を備え、
前記光学素子は、前記画像形成素子から出射された光の進行方向に向かって凹形状を有しており、
前記画像形成素子は、球面形状であり、前記光学素子の焦点を通過し、かつ、前記光学素子を通して前記虚像を視認する視線方向に対して平行な線上に、前記画像形成素子の曲率中心が位置するように配置されることを特徴とする虚像表示装置。
【請求項２】
前記画像形成素子は、光源により照射された光に基づき前記画像を形成することを特徴とする請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項３】
前記画像形成素子は、前記光源に向かって凹形状を有し、かつ、前記光源から入射した光を透過することを特徴とする請求項２に記載の虚像表示装置。
【請求項４】
前記画像形成素子は、前記光源に向かって凸形状を有し、かつ、前記光源から入射した光を反射することを特徴とする請求項２に記載の虚像表示装置。
【請求項５】
前記画像形成素子は、光源から照射された光の射出瞳を拡大する射出瞳拡大素子であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項６】
前記画像形成素子は、前記光学素子によって反射された光が照射されない位置に配置されていることを特徴とすることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項７】
表示すべき画像を形成し、光を反射することで虚像を表示させる光学素子に対して前記画像を構成する光を出射する画像形成素子であって、
前記画像形成素子は球面形状であり、
前記画像形成素子の曲率中心は、前記光学素子の焦点を通過し、かつ、前記光学素子を通して前記虚像を視認する視線方向に対して平行な線上に位置することを特徴とする画像形成素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、虚像として画像を視認させる虚像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ユーザの目の位置（アイポイント）から虚像として画像を視認させるヘッドアップディスプレイなどの表示装置が知られている。例えば、特許文献１には、中間像を生成する射出瞳拡大素子（ＥＰＥ：Exit-Pupil Expander）から出射した光をコンバイナにより反射することで虚像を表示する虚像表示装置において、ＥＰＥの射出側にフィールドレンズを配置し、かつ、ＥＰＥを視線方向と垂直となるように配置することで、虚像の歪みを低減させる技術が開示されている。また、特許文献２には、ウィンドシールドに形成される凹面形状の投影面に表示画像を投影することにより虚像を視認可能とするヘッドアップディスプレイにおいて、結像面が凸面状に形成されたスクリーンを用いることで虚像の歪みを抑制する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５２１４０６０号
【特許文献２】特開２０１３−０２５２０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の技術では、フィールドレンズが必要となり、フィールドレンズの使用が困難な場合に適用できないという問題があった。従って、中間像を生成するためのスクリーンとして反射型のスクリーンを用いる場合や、大型のスクリーンが必要な場合には、フィールドレンズの使用が困難となるため、フィールドレンズを使用せずに虚像の歪みを低減させる必要がある。また、特許文献２には、スクリーンの結像面をどのような凸面にすればよいかについての具体的な開示がない。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は上記のようなものが例として挙げられる。本発明は、簡便な構成にて虚像の歪みを適切に抑制することが可能な虚像表示装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、虚像表示装置であって、表示すべき画像を形成する画像形成素子と、前記画像形成素子から出射された光を反射することで虚像を表示させる光学素子と、を備え、前記光学素子は、前記画像形成素子から出射された光の進行方向に向かって凹形状を有しており、前記画像形成素子は、球面形状であり、前記光学素子の焦点を通過し、かつ、前記光学素子を通して前記虚像を視認する視線方向に対して平行な線上に、前記画像形成素子の曲率中心が位置するように配置されることを特徴とする。
【０００７】
請求項７に記載の発明は、表示すべき画像を形成し、光を反射することで虚像を表示させる光学素子に対して前記画像を構成する光を出射する画像形成素子であって、前記画像形成素子は球面形状であり、前記画像形成素子の曲率中心は、前記光学素子の焦点を通過し、かつ、前記光学素子を通して前記虚像を視認する視線方向に対して平行な線上に位置することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施例に係る虚像表示装置の全体構成を示す。
【図２】レーザプロジェクタの構成を示す。
【図３】視線方向に対するコンバイナ及びスクリーンの位置関係を示す図である。
【図４】コンバイナとその焦点位置との位置関係を示す図である。
【図５】シミュレーションにおいて虚像として表示される画像を示す。
【図６】第２実施例に係る虚像表示装置の全体構成を示す。
【図７】第１実施例及び第２実施例の効果を説明するための図である。
【図８】変形例１に係る虚像表示装置の全体構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の１つの好適な実施形態では、虚像表示装置は、表示すべき画像を形成する画像形成素子と、前記画像形成素子から出射された光を反射することで虚像を表示させる光学素子と、を備え、前記光学素子は、前記画像形成素子から出射された光の進行方向に向かって凹形状を有しており、前記画像形成素子は、球面形状であり、前記光学素子の焦点を通過し、かつ、前記光学素子を通して前記虚像を視認する視線方向に対して平行な線上に、前記画像形成素子の曲率中心が位置するように配置される。
【００１０】
上記の虚像表示装置は、虚像として画像を視認させる装置であって、画像形成素子と、光学素子とを備える。画像形成素子は、球面形状であり、表示すべき画像を形成する。光学素子は、画像形成素子から出射された光を反射することで虚像を表示させる。ここで、光学素子は、画像形成素子から出射された光の進行方向に向かって凹形状を有している。また、画像形成素子は、光学素子の焦点を通過し、かつ、虚像を視認する視線方向に対して平行な線上に画像形成素子の曲率中心が位置するように配置される。即ち、画像形成素子の曲率中心は、光学素子の焦点を通過し、かつ、画像形成素子の曲率中心が虚像を視認する視線方向に対して平行な線上に存在する。この態様により、虚像表示装置は、弓なりの虚像の歪みを好適に低減させることができる。
【００１１】
上記虚像表示装置の好適な例では、前記画像形成素子は、光源により照射された光に基づき前記画像を形成する。
【００１２】
上記虚像表示装置の一態様では、前記画像形成素子は、前記光源に向かって凹形状を有し、かつ、前記光源から入射した光を透過する。この構成によれば、光源を出射して画像形成素子に入射するまでの各光線の光路の距離の差が小さくなり、かつ、各光線の画像形成素子への入射角度差も小さくなる。従って、虚像表示装置は、各画素のスポットサイズの差を小さくし、鮮明な画像を虚像として観察者に視認させることができる。
【００１３】
上記虚像表示装置の他の一態様では、前記画像形成素子は、前記光源に向かって凸形状を有し、かつ、前記光源から入射した光を反射する。この構成により、画像形成素子に対して光源及び光学素子が同一サイドに存在するため、虚像表示装置の小型化を容易に実現することができる。
【００１４】
上記虚像表示装置の他の一態様では、前記画像形成素子は、光源から照射された光の射出瞳を拡大する射出瞳拡大素子である。例えば、射出瞳拡大素子は、複数のマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイである。
【００１５】
上記虚像表示装置の好適な例では、前記画像形成素子は、前記光学素子によって反射された光が照射されない位置に配置されている。
【００１６】
本発明の他の好適な実施形態では、表示すべき画像を形成し、光を反射することで虚像を表示させる光学素子に対して前記画像を構成する光を出射する画像形成素子であって、前記画像形成素子は球面形状であり、前記画像形成素子の曲率中心は、前記光学素子の焦点を通過し、かつ、前記光学素子を通して前記虚像を視認する視線方向に対して平行な線上に位置する。この態様により、画像形成素子は、光学素子を介して視認させる虚像の弓なりの歪みを好適に低減させることができる。
【実施例】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。
【００１８】
［第１実施例］
まず、本発明の第１実施例について説明する。
【００１９】
（１）概略構成
図１は、第１実施例に係る虚像表示装置１００の全体構成を概略的に示した図である。ここでは、虚像表示装置１００の各構成要素の概要について説明する。
【００２０】
図１に示すように、第１実施例に係る虚像表示装置１００は、主に、レーザプロジェクタ１と、スクリーン１１と、コンバイナ１３と、を有する。虚像表示装置１００は、画像をユーザの目の位置（アイポイント）「ＰＥ」から虚像「ＩＶ」として視認させる装置である。虚像表示装置１００は、例えばヘッドアップディスプレイやヘッドマウントディスプレイとして利用される。
【００２１】
レーザプロジェクタ１は、赤色、緑色、青色のレーザ光源や、レーザ光源から出射されたレーザ光を走査するスキャン機構（走査機構）や、これらを制御する制御部などを有する。レーザプロジェクタ１から照射された光は、スクリーン１１に入射する。なお、レーザプロジェクタ１の詳細は後述する。
【００２２】
スクリーン１１は、レーザプロジェクタ１から光が照射されることで、ユーザに提示する画像の中間像を形成する。例えば、スクリーン１１は、射出瞳拡大素子（ＥＰＥ）であって、複数のマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイである。スクリーン１１から出射された光は、コンバイナ１３に入射する。なお、スクリーン１１には、中間像として、光が出射された側から、後述する視線方向と平行な軸と同じ角度から観察した場合に歪みの無い画像が形成される。また、スクリーン１１は、レーザプロジェクタ１の方向に向かって凹形状となる球面形状であり、かつ、後述するように、曲率中心がコンバイナ１３の焦点位置に応じて定められている。これにより、虚像ＩＶの歪みを好適に抑制する。スクリーン１１は、本発明における「画像形成素子」の一例に相当する。
【００２３】
コンバイナ１３は、スクリーン１１から入射した光を反射することで、入射光に対応する像を拡大した虚像として表示させるハーフミラーである。具体的には、コンバイナ１３は、スクリーン１１からの光が入射する面（つまり入射面）が球面の凹面形状に構成されている。このようにコンバイナ１３によって反射された光により、ユーザは、コンバイナ１３から所定距離離れたアイポイントＰＥから虚像ＩＶを観察する。なお、コンバイナ１３は、本発明における「光学素子」の一例に相当する。
【００２４】
なお、例えば、スクリーン１１は、レーザプロジェクタ１と一体に構成される。つまり、虚像表示装置１００では、レーザプロジェクタ１とスクリーン１１とが別体にて構成されているわけではなく、レーザプロジェクタ１とスクリーン１１とが一体の装置として構成されている。
【００２５】
（２）レーザプロジェクタの構成
次に、図２を参照して、レーザプロジェクタ１の構成について説明する。図２に示すように、レーザプロジェクタ１は、画像信号入力部２と、ビデオＡＳＩＣ３と、フレームメモリ４と、ＲＯＭ５と、ＲＡＭ６と、レーザドライバＡＳＩＣ７と、ＭＥＭＳ制御部８と、レーザ光源ユニット９と、ＭＥＭＳミラー１０とを備える。
【００２６】
画像信号入力部２は、外部から入力される画像信号を受信してビデオＡＳＩＣ３に出力する。ビデオＡＳＩＣ３は、画像信号入力部２から入力される画像信号及びＭＥＭＳミラー１０から入力される走査位置情報Ｓｃに基づいてレーザドライバＡＳＩＣ７やＭＥＭＳ制御部８を制御するブロックであり、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）として構成されている。
【００２７】
ビデオＡＳＩＣ３は、同期／画像分離部３１と、ビットデータ変換部３２と、発光パターン変換部３３と、タイミングコントローラ３４と、を備える。同期／画像分離部３１は、画像信号入力部２から入力された画像信号から、画像表示部であるスクリーン１１に表示される画像データと同期信号とを分離し、画像データをフレームメモリ４へ書き込む。ビットデータ変換部３２は、フレームメモリ４に書き込まれた画像データを読み出してビットデータに変換する。発光パターン変換部３３は、ビットデータ変換部３２で変換されたビットデータを、各レーザの発光パターンを表す信号に変換する。タイミングコントローラ３４は、同期／画像分離部３１、ビットデータ変換部３２の動作タイミングを制御する。また、タイミングコントローラ３４は、後述するＭＥＭＳ制御部８の動作タイミングも制御する。
【００２８】
フレームメモリ４には、同期／画像分離部３１により分離された画像データが書き込まれる。ＲＯＭ５は、ビデオＡＳＩＣ３が動作するための制御プログラムやデータなどを記憶している。ＲＡＭ６には、ビデオＡＳＩＣ３が動作する際のワークメモリとして、各種データが逐次読み書きされる。
【００２９】
レーザドライバＡＳＩＣ７は、後述するレーザ光源ユニット９に設けられるレーザダイオードを駆動する信号を生成するブロックであり、ＡＳＩＣとして構成されている。レーザドライバＡＳＩＣ７は、赤色レーザ駆動回路７１と、青色レーザ駆動回路７２と、緑色レーザ駆動回路７３と、を備える。赤色レーザ駆動回路７１は、発光パターン変換部３３が出力する信号に基づき、赤色レーザＬＤ１を駆動する。青色レーザ駆動回路７２は、発光パターン変換部３３が出力する信号に基づき、青色レーザＬＤ２を駆動する。緑色レーザ駆動回路７３は、発光パターン変換部３３が出力する信号に基づき、緑色レーザＬＤ３を駆動する。
【００３０】
ＭＥＭＳ制御部８は、タイミングコントローラ３４が出力する信号に基づきＭＥＭＳミラー１０を制御する。ＭＥＭＳ制御部８は、サーボ回路８１と、ドライバ回路８２と、を備える。サーボ回路８１は、タイミングコントローラからの信号に基づき、ＭＥＭＳミラー１０の動作を制御する。ドライバ回路８２は、サーボ回路８１が出力するＭＥＭＳミラー１０の制御信号を所定レベルに増幅して出力する。
【００３１】
レーザ光源ユニット９は、レーザドライバＡＳＩＣ７から出力される駆動信号に基づいて、レーザ光をＭＥＭＳミラー１０へ出射する。走査手段としてのＭＥＭＳミラー１０は、レーザ光源ユニット９から出射されたレーザ光をスクリーン１１に向けて反射する。こうすることで、ＭＥＭＳミラー１０は、スクリーン１１上に表示すべき画像を形成する。また、ＭＥＭＳミラー１０は、画像信号入力部２に入力された画像を表示するためにＭＥＭＳ制御部８の制御によりスクリーン１１上を走査（スキャン）するように移動し、その際の走査位置情報（例えばミラーの角度などの情報）をビデオＡＳＩＣ３へ出力する。
【００３２】
次に、レーザ光源ユニット９の詳細な構成を説明する。レーザ光源ユニット９は、ケース９１と、波長選択性素子９２と、コリメータレンズ９３と、赤色レーザＬＤ１と、青色レーザＬＤ２と、緑色レーザＬＤ３と、モニタ用受光素子（以下、単に「受光素子」と呼ぶ。）５０と、を備える。以下では、赤色レーザＬＤ１、青色レーザＬＤ２及び緑色レーザＬＤ３を区別しない場合には、単に「レーザＬＤ」と表記する。
【００３３】
ケース９１は、樹脂などにより略箱状に形成される。ケース９１には、緑色レーザＬＤ３を取り付けるために、ケース９１内へ貫通する孔が設けられているとともに断面が凹状のＣＡＮ取付部９１ａと、ＣＡＮ取付部９１ａと直交する面に設けられ、ケース９１内へ貫通する孔が設けられているとともに断面が凹状のコリメータ取付部９１ｂと、が形成されている。
【００３４】
合成素子としての波長選択性素子９２は、例えばトリクロイックプリズムにより構成され、反射面９２ａと反射面９２ｂが設けられている。反射面９２ａは、赤色レーザＬＤ１から出射されたレーザ光をコリメータレンズ９３へ向かって透過させ、青色レーザＬＤ２から出射されたレーザ光をコリメータレンズ９３へ向かって反射させる。反射面９２ｂは、赤色レーザＬＤ１および青色レーザＬＤ２から出射されたレーザ光の大部分をコリメータレンズ９３へ向かって透過させ、その一部を受光素子５０へ向かって反射させる。また、反射面９２ｂは、緑色レーザＬＤ３から出射されたレーザ光の大部分をコリメータレンズ９３へ向かって反射させ、その一部を受光素子５０へ向かって透過させる。こうして、各レーザからの出射光が重ね合わされて、コリメータレンズ９３および受光素子５０に入射される。なお、波長選択性素子９２は、ケース９１内のコリメータ取付部９１ｂの近傍に設けられている。コリメータレンズ９３は、波長選択性素子９２から入射したレーザ光を平行光にしてＭＥＭＳミラー１０へ出射する。コリメータレンズ９３は、ケース９１のコリメータ取付部９１ｂに、ＵＶ系接着剤などで固定される。即ち、合成素子の後段にコリメータレンズ９３が設けられている。
【００３５】
レーザ光源としての赤色レーザＬＤ１は、赤色のレーザ光を出射する。赤色レーザＬＤ１は、半導体レーザ光源がチップ状態のまま、又は、チップがサブマウントなどに載置された状態で、ケース９１内の波長選択性素子９２及びコリメータレンズ９３と同軸となる位置に固定されている。レーザ光源としての青色レーザＬＤ２は、青色のレーザ光を出射する。青色レーザＬＤ２は、半導体レーザ光源がチップ状態のまま、又は、チップがサブマウントなどに載置された状態で、出射したレーザ光が反射面９２ａによってコリメータレンズ９３へ向かって反射できる位置に固定されている。この赤色レーザＬＤ１と青色レーザＬＤ２の位置は入れ替わってもよい。レーザ光源としての緑色レーザＬＤ３は、ＣＡＮパッケージに取り付けられた状態又はフレームパッケージに取り付けられた状態であり、緑色のレーザ光を出射する。緑色レーザＬＤ３は、ＣＡＮパッケージ内に緑色のレーザ光を発生する半導体レーザ光源チップＢが取り付けられており、ケース９１のＣＡＮ取付部９１ａに固定されている。受光素子５０は、各レーザ光源から出射されたレーザ光の一部を受光する。受光素子５０は、フォトディテクタなどの光電変換素子であり、入射したレーザ光の光量に応じた電気信号である検出信号ＳｄをレーザドライバＡＳＩＣ７へ供給する。
【００３６】
（３）光学的構成の詳細
本実施例におけるスクリーン１１の曲率中心は、コンバイナ１３の焦点を通り、ユーザが正面から虚像の中心を見つめる方向（以下、「視線方向」と呼ぶ。）に平行な線上に位置する。これにより、虚像ＩＶの弓なり状の歪みを好適に抑制する。これについて、図３を参照して説明する。
【００３７】
図３は、視線方向に対するスクリーン１１及びコンバイナ１３の位置関係を示す図である。図３において、「ＰＳ」は、スクリーン１１の曲率中心を示し、「ＰＣ」は、コンバイナ１３の焦点位置を示す。また、「Ｌ１」は、コンバイナ１３を反射後の光軸を示し、「Ｌ２」は、コンバイナ１３に反射される前の光軸を示す。図３に示すように、光軸Ｌ１は、コンバイナ１３の中心１３ｃからアイポイントＰＥを結ぶ視線方向と平行な線であって、光軸Ｌ２は、スクリーン１１の中心１１ｃからコンバイナ１３の中心１３ｃを結ぶ線である。また、「Ｌ３」は中心１１ｃを通るスクリーン１１の曲率半径を示し、「Ｌ２０」は光軸Ｌ２をコンバイナ１３の焦点ＰＣまで延長させた線を示す。また、「Ｌ１１」はスクリーン１１の延長線を示し、「Ｌ１３」はコンバイナ１３の延長線を示す。
【００３８】
図３では、スクリーン１１の曲率中心ＰＳ及びコンバイナ１３の焦点ＰＣは、視線方向（即ち光軸Ｌ１）と平行な軸（ここでは「Ｚ軸」と呼ぶ。）上に存在する。言い換えると、スクリーン１１の曲率中心ＰＳは、視線方向と平行な線のうち、コンバイナ１３の焦点ＰＣを通るＺ軸上に存在する。この場合、スクリーン１１とコンバイナ１３の形状は、共に、Ｚ軸について対称な形状となる。具体的には、スクリーン１１の下端を線Ｌ１１が示す分だけ延長させた場合、延長後のスクリーン１１は、Ｚ軸に対して対称となり、コンバイナ１３の下端を線Ｌ１３が示す分だけ延長させた場合、延長後のコンバイナ１３は、Ｚ軸に対して対称となる。これにより、虚像ＩＶの弓なり状の歪みが好適に抑制される。
【００３９】
ここで、コンバイナ１３の焦点ＰＣについて、図４を参照して補足説明する。図４は、コンバイナ１３とコンバイナ１３の焦点ＰＣとの関係を示す図である。図４において、「Ｌ１Ａ」〜「Ｌ１Ｅ」は、アイポイントＰＥから視線方向と平行にコンバイナ１３に入射する光線を示し、「Ｌ２Ａ」〜「Ｌ２Ｄ」は、各光線Ｌ１Ａ〜Ｌ１Ｅがコンバイナ１３で反射された後の光線を示す。
【００４０】
図４に示すように、視線方向と平行にコンバイナ１３に入射する光線Ｌ１Ａ〜Ｌ１Ｅは、コンバイナ１３の反射後において、コンバイナ１３の焦点ＰＣでほぼ一点に交わる。従って、このように特定されるコンバイナ１３の焦点ＰＣを通り視線方向に平行な線をＺ軸に定め、定めたＺ軸上にスクリーン１１の曲率中心ＰＳが位置するようにスクリーン１１を配置する。これにより、虚像ＩＶの歪みを好適に抑制することができる。
【００４１】
（４）効果
次に、上述した虚像表示装置１００の光学的構成に基づく効果について説明する。
【００４２】
図５は、シミュレーションにおいて虚像ＩＶとして表示される画像を示す。ここで、図５（Ａ）は、スクリーン１１を仮に平面スクリーンとした比較例に係る虚像ＩＶの表示例であり、図５（Ｂ）は、本実施例に基づく虚像ＩＶの表示例である。なお、図５では、上下方向及び左右方向にグリッド線を引いた長方形を虚像ＩＶとして表示させている。また、図５のシミュレーションでは、虚像距離を２０００ｍｍ、虚像サイズを４００ｍｍ×２００ｍｍ、光学系の倍率を４倍程度としている
図５（Ａ）に示すように、球面形状のスクリーン１１の代わりに平面スクリーンを採用した場合、虚像ＩＶに弓なりの歪みが生じている。一方、図５（Ｂ）に示すように、球面形状のスクリーン１１を使用した本実施例の場合、虚像上部の像面湾曲が補正されており、虚像ＩＶの弓なり状の歪みが低減されている。この場合、スクリーン１１が球面形状であることにより、平面スクリーンを使用する場合と比較して、スクリーン１１の上部がコンバイナ１３から遠ざかる分、虚像上部の像面湾曲が補正されている。このように、本実施例によれば、虚像ＩＶの歪みを好適に低減することができる。
【００４３】
また、本実施例に係る虚像表示装置１００は、特許文献１に示されるようなフィールドレンズを必要としない。従って、大型のスクリーンを必要とする場合などフィールドレンズの使用が難しい場合であっても、好適に本実施例に係る虚像表示装置１００を構成することができる。また、特許文献１のように、フィールドレンズを有する構成では、後述する第２実施例のようにスクリーン１１を反射型のスクリーンとして使用することができない。
【００４４】
以上説明したように、第１実施例に係る虚像表示装置１００は、虚像ＩＶとして画像を視認させる装置であって、スクリーン１１と、コンバイナ１３とを備える。スクリーン１１は、球面形状であり、表示すべき画像を形成する。コンバイナ１３は、スクリーン１１から出射された光を反射することで虚像ＩＶを表示させる。ここで、コンバイナ１３は、スクリーン１１から出射された光の進行方向に向かって凹形状を有している。また、スクリーン１１は、コンバイナ１３の焦点ＰＣを通過し、かつ、虚像ＩＶを視認する視線方向に対して平行なＺ軸上にスクリーン１１の曲率中心ＰＳが位置するように配置される。これにより、虚像表示装置１００は、虚像ＩＶの弓なりの歪みを好適に低減することができる。
【００４５】
［第２実施例］
図６は、第２実施例に係る虚像表示装置１００ｘの全体構成を概略的に示した図である。第２実施例に係る虚像表示装置１００ｘは、入射光を透過させる透過型のスクリーン１１に代えて、入射光を反射させる反射型のスクリーン１１ｘを有する点で、第１実施例に係る虚像表示装置１００と異なる。以後では、第１実施例に係る虚像表示装置１００（図１参照）と同様の構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００４６】
図６では、レーザプロジェクタ１は、コンバイナ１３と同様、スクリーン１１ｘの凸面と対向する位置に配置されており、スクリーン１１ｘの凸面に対して光を出射する。そして、スクリーン１１ｘは、反射型の球面状のスクリーンであり、レーザプロジェクタ１からの出射光をコンバイナ１３へ反射する。
【００４７】
そして、第２実施例に係る虚像表示装置１００ｘのスクリーン１１ｘ及びコンバイナ１３の位置関係は、第１実施例に係る虚像表示装置１００のスクリーン１１及びコンバイナ１３の位置関係と同様に定められる。即ち、スクリーン１１ｘの曲率中心（即ち図３の曲率中心ＰＳ）及びコンバイナ１３の焦点（即ち図３の焦点ＰＣ）は、視線方向と平行なＺ軸上に存在する。言い換えると、スクリーン１１ｘの曲率中心ＰＳは、視線方向と平行な線のうち、コンバイナ１３の焦点ＰＣを通るＺ軸上に存在する。これにより、第２実施例に係る虚像表示装置１００ｘは、第１実施例に係る虚像表示装置１００と同様、好適に虚像ＩＶの歪みを抑制することができる。
【００４８】
ここで、第１実施例に係る虚像表示装置１００及び第２実施例に係る虚像表示装置１００ｘの作用効果について、図７を参照して比較説明する。
【００４９】
図７（Ａ）は、第１実施例に係る虚像表示装置１００のレーザプロジェクタ１及びスクリーン１１を示し、図７（Ｂ）は、第２実施例に係る虚像表示装置１００ｘのレーザプロジェクタ１及びスクリーン１１ｘを示す。なお、図７（Ａ）において、「Ｌ４」はスクリーン１１の上端に入射する光線、「Ｌ５」はスクリーン１１の中心１１ｃに入射する光線、「Ｌ６」はスクリーン１１の下端に入射する光線を示す。同様に、図７（Ｂ）において、「Ｌ７」はスクリーン１１ｘの上端に入射する光線、「Ｌ８」はスクリーン１１ｘの中心１１ｃに入射する光線、「Ｌ９」はスクリーン１１ｘの下端に入射する光線を示す。
【００５０】
図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、スクリーン１１の中心１１ｃに入射する光線Ｌ５とスクリーン１１の端部に入射する光線Ｌ４又は光線Ｌ６との長さの差は、スクリーン１１ｘの中心１１ｃに入射する光線Ｌ８とスクリーン１１ｘの端部に入射する光線Ｌ７又は光線Ｌ９との長さの差よりも小さい。このように、虚像表示装置１００では、レーザプロジェクタ１からスクリーン１１の中心１１ｃまでの距離とレーザプロジェクタ１からスクリーン１１の端部までの距離との差が、虚像表示装置１００ｘの場合よりも小さい。また、図７（Ａ）に示す虚像表示装置１００では、図７（Ｂ）に示す虚像表示装置１００ｘと比べ、各光線のスクリーン１１への入射角度の差も小さい。従って、第１実施例に係る虚像表示装置１００によれば、中間像の各画素のスポットサイズの差を好適に小さくすることができ、より鮮明が画像を虚像ＩＶとして観察者に視認させることができる。
【００５１】
一方、第２実施例に係る虚像表示装置１００ｘでは、レーザプロジェクタ１がコンバイナ１３と同様にスクリーン１１ｘの凸方向に配置されている。従って、第２実施例に係る虚像表示装置１００ｘは、虚像表示装置１００と比べ、およそ図７（Ａ）に示す矢印９０が示す幅分だけ必要なスペースを省くことができる。従って、第２実施例に係る虚像表示装置１００ｘは、好適に小型化を実現することができる。
【００５２】
［変形例］
次に、上記した実施例の変形例について説明する。なお、以下で提示する変形例は、上記した第１又は第２実施例に適宜組み合わせて実施することができる。
【００５３】
（変形例１）
上記した実施例では、ユーザが虚像ＩＶを見下ろすように構成された虚像表示装置１００、１００ｘを示したが、変形例１は、ユーザが虚像を見上げるように構成された虚像表示装置に関する。
【００５４】
図８は、変形例１に係る虚像表示装置１００Ａの全体構成を概略的に示した図である。なお、第１実施例に係る虚像表示装置１００（図１参照）と同様の構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００５５】
図８に示すように、変形例１に係る虚像表示装置１００Ａは、ユーザが見上げることで虚像ＩＶを観察可能に構成されている点で、第１実施例に係る虚像表示装置１００などと異なる。このような変形例１に係る構成でも、第１実施例などと同様に、視線方向と平行な線のうち、コンバイナ１３の焦点ＰＣを通る線上にスクリーン１１の曲率中心ＰＳが存在するように、スクリーン１１が配置される。これにより、虚像ＩＶの歪みを好適に低減することができる。
【００５６】
（変形例２）
上記した実施例では、本発明をレーザプロジェクタ１に適用する例を示したが、本発明は、レーザプロジェクタ１以外にも、液晶プロジェクタなどの種々のプロジェクタに適用することができる。
【００５７】
（変形例３）
上記した実施例では、球面形状に構成されたコンバイナ１３に本発明を適用する例を示したが、本発明は、非球面形状に構成されたコンバイナにも適用することができる。
【００５８】
以上に述べたように、実施例は、上述した実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１  レーザプロジェクタ
１１、１１ｘ  スクリーン
１３  コンバイナ
１００、１００ｘ、１００Ａ  虚像表示装置
【図３】
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【図４】
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【図７】
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【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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