(57)【要約】【課題】小型であり、かつ視認性の高い画像表示装置を提供する【解決手段】画像表示装置は、画像表示光を投射する画像投射部２１０と、画像投射部２１０から投射された画像表示光に基づく実像を結像させる中間像形成部３６０と、中間像形成部３６０を透過した画像表示光を虚像提示面に向けて反射させる投射鏡４００と、を備える。中間像形成部３６０は、透過した画像表示光の主光線の方向を制御する第１手段と、主光線の配光角を制御する第２手段と、を有する。第１手段は、凹レンズであり、第２手段は、透過光を拡散させる透過型スクリーンであってもよい。透過型スクリーンは、主面を有するベース部材と、主面上に複数設けられる光拡散部材と、を含み、投射された画像表示光を当該主面に入射させる向きで配置されることとしてもよい。【選択図】図１
2015059969.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像表示光を投射する画像投射部と、
前記画像投射部から投射された画像表示光に基づく実像を結像させる中間像形成部と、
前記中間像形成部を透過した画像表示光を虚像提示面に向けて反射させる投射鏡と、
を備え、
前記中間像形成部は、前記透過した画像表示光の主光線の方向を制御する第１手段と、前記主光線の配光角を制御する第２手段と、を有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記第１手段は、凹レンズであり、前記第２手段は、透過光を拡散させる透過型スクリーンであることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記第１手段は、凹レンズであり、前記第２手段は、マイクロレンズアレイであることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記透過型スクリーンは、主面を有するベース部材と、前記主面上に複数設けられる光拡散部材と、を含み、前記投射された画像表示光を当該主面に入射させる向きで配置されることを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記凹レンズの光軸方向をｚ軸方向とし、そのｚ軸方向と前記主光線の透過方向との双方に直交する方向をｘ軸方向、そのｚ軸方向およびそのｘ軸方向に直交する方向をｙ軸方向とした場合に、
前記凹レンズは、前記ｙ軸方向に偏心して設けられることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘッドアップディスプレイと呼ばれる車両用表示装置が知られている。ヘッドアップディスプレイは、車外から入る光を透過すると共に、車内に配置された光学ユニットから投射された画像を車両のウィンドシールドなどに反射させることにより、車外の風景に重畳して情報を表示する表示装置である。ヘッドアップディスプレイは、車外の景色を視認している運転者が視線や焦点をほとんど変化させることなく光学ユニットから投射された画像の情報を認識することができるため、車両用の表示装置として近年注目を集めている。
【０００３】
車両のダッシュボードに搭載させるヘッドアップディスプレイにおいて、車両のウィンドシールドへ表示光を導く駆動ミラーを動かすことにより、表示光の投射角度を調整できる構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１２５１９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、ヘッドアップディスプレイの取り付け位置や空間は限られていることが多いため装置は小型であることが望ましいが、小型化により表示光の視認性が低下するおそれがある。
【０００６】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、小型であり、かつ視認性の高い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】
本発明の画像表示装置は、画像表示光を投射する画像投射部と、画像投射部から投射された画像表示光に基づく実像を結像させる中間像形成部と、中間像形成部を透過した画像表示光を虚像提示面に向けて反射させる投射鏡と、を備える。中間像形成部は、透過した画像表示光の主光線の方向を制御する第１手段と、主光線の配光角を制御する第２手段と、を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の画像表示装置によれば、装置を小型にしつつ、表示光の視認性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態に係るヘッドアップディスプレイの設置態様を模式的に示す図である。
【図２】光学ユニットの内部構成を示す図である。
【図３】画像投射部の内部構成を模式的に示す図である。
【図４】ウィンドシールドに投射される画像表示光の光路を示す図である。
【図５】異なる高さの視点に対して虚像を提示する場合の画像表示光の光路を示す図である。
【図６】中間像形成部により配光される画像表示光を示す図である。
【図７】変形例１に係る中間像形成部を示す図である。
【図８】拡散スクリーンに入射する光の角度と透過する光の角度の関係を示す図である。
【図９】変形例２に係る中間像形成部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。かかる実施の形態に示す具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１１】
実施の形態に係る画像表示装置として、車両のダッシュボード内に設置して使用されるヘッドアップディスプレイ１０を例に挙げて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ１０の設置態様を模式的に示す図である。ヘッドアップディスプレイ１０は、光学ユニット１００と制御装置５０とを含む。図１は、車両の進行方向（図１における左方向）を基準として左側のダッシュボード内に光学ユニット１００を配置して使用する場合を示す図であり、以下の実施の形態は、左ハンドル車における運転者向けにヘッドアップディスプレイ１０が配置されている例を示している。なお、右ハンドル車用とするためには、車両の進行方向を基準として光学ユニット１００の内部構成を左右反転させればよい。以下図１を参照して、ヘッドアップディスプレイ１０の概要を説明する。
【００１２】
制御装置５０は図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）を備え、光学ユニット１００に表示させるための画像信号を生成する。制御装置５０はまた、図示しない外部入力インタフェースを備えており、ナビゲーション装置やメディア再生装置などの外部装置から出力された画像信号が入力され、その入力された信号に対して所定の処理を行った後、光学ユニット１００に出力することもできる。
【００１３】
光学ユニット１００は、制御装置５０が生成した画像信号をもとに、ウィンドシールド６１０に虚像４５０として表示させる画像表示光を生成する。このため光学ユニット１００は、筐体１１０の内部に画像投射部２１０、中間鏡３５０、中間像形成部３６０、および投射鏡４００を備える。
【００１４】
画像投射部２１０には、光源、画像表示素子、及び各種光学レンズなどが収納される。画像投射部２１０は制御装置５０が出力した画像信号をもとに画像表示光を生成して投射する。なお、本実施の形態では画像表示素子として反射型液晶表示パネルであるＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon）を用いる場合を例示するが、画像表示素子としてＤＭＤ（Digital Micromirror Device）を用いてもよい。その場合、適用する表示素子に応じた光学系及び駆動回路で構成するものとする。
【００１５】
画像投射部２１０が投射した画像表示光は中間鏡３５０で反射される。中間鏡３５０で反射された画像表示光は、中間像形成部３６０に結像される。中間像形成部３６０で結像した実像に係る画像表示光は、中間像形成部３６０を透過し、投射鏡４００に投射される。
【００１６】
投射鏡４００は凹面鏡であり、中間像形成部３６０を透過した画像表示光は投射鏡４００によって拡大されてウィンドシールド６１０に投射される。ウィンドシールド６１０に投射された画像表示光は、ウィンドシールド６１０によってユーザに向かう光路へ変更される。運転者であるユーザＥは、ウィンドシールド６１０で反射さた画像表示光を虚像４５０として、ウィンドシールド６１０よりも視線方向の前方に認識する。
【００１７】
図２は、本発明の実施の形態に係る光学ユニット１００の内部構成を示す図である。以下、図２を参照して、光学ユニット１００の内部構成を説明する。
【００１８】
上述したように、光学ユニット１００は、筐体１１０の内側に画像投射部２１０、中間鏡３５０、中間像形成部３６０、および投射鏡４００を備える。詳細は後述するが、画像投射部２１０は、赤色、緑色、または青色の光をそれぞれ発生する３種類の異なる光源を備える。光源はＬＥＤ（Light Emitting Diode）や半導体レーザー光源を用いて実現できるが、本実施の形態では、光源としてＬＥＤを用いる場合について説明する。
【００１９】
光源は使用時に熱を発生する。このため、光学ユニット１００は、光源を冷却するためのヒートシンクを備える。光源は３種類あるため、それらの光源を冷やすために、光学ユニット１００の筐体１１０の外側に、赤色の光源と接続するヒートシンク１２０ａ、緑色の光源と接続するヒートシンク１２０ｂ（図示せず）、および青色の光源と接続するヒートシンク１２０ｃを備える。
【００２０】
筐体１１０はアルミ製のダイキャストである。ここで、青色の光源および緑色の光源をそれぞれ冷却するためのヒートシンク１２０ｂおよびヒートシンク１２０ｃはともに、筐体１１０と一体に構成されている。これに対し、赤色の光源を冷やすためのヒートシンク１２０ａは、ヒートシンク１２０ｂおよびヒートシンク１２０ｃから空間的に離れた場所に設置されるとともに、筐体１１０とは分離して外付けされている。このため、赤色の光源が発生する熱は、ヒートパイプ２５を介してヒートシンク１２０ａまで運ばれる。
【００２１】
次に、図３および図４を参照してヘッドアップディスプレイ１０の光学系について説明する。図３は、画像投射部２１０の内部構成を画像表示光の光路とともに模式的に示す図である。図４は、中間鏡３５０、中間像形成部３６０および投射鏡４００を介してウィンドシールド６１０に投射される画像表示光の光路を示す図である。
【００２２】
まず、図３を参照して画像投射部２１０の内部構成を説明する。画像投射部２１０は、照明部２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ（以下総称して照明部２３０ともいう）、ダイクロイッククロスプリズム２４４、反射鏡２３６、フィールドレンズ２３７、偏光ビームスプリッタ２３８、位相差板２３９、検光子２４１、及び投射レンズ群２４２を備える。なお、図３では第１照明部２３０ａ、第３照明部２３０ｃの内部構成の記載を省略し、第２照明部２３０ｂの内部構成のみを示すが、それぞれの照明部２３０は、同様の構成を有する。
【００２３】
照明部２３０は、光源２３１、コリメートレンズ２３２、ＵＶ−ＩＲ（UltraViolet-Infrared Ray）カットフィルタ２３３、偏光子２３４、フライアイレンズ２３５を備える。光源２３１は赤色、緑色、青色のいずれかの色の光を発する発光ダイオードからなる。第１照明部２３０ａは、光源として赤色の光を発する発光ダイオードを有する。第２照明部２３０ｂは、光源２３１として緑色の光を発する発光ダイオードを有する。第３照明部２３０ｃは、光源として青色の光を発する発光ダイオードを有する。
【００２４】
光源２３１は、光源取付部２４３に取り付けられる。光源取付部２４３は、図示しないヒートシンクと熱的に結合され、光源２３１の発光に伴い発生する熱を放熱する。光源２３１が発光した光は、コリメートレンズ２３２によって平行光に変えられる。ＵＶ−ＩＲカットフィルタ２３３は、コリメートレンズ２３２を通過した平行光から紫外光及び赤外光を吸収し除去する。偏光子２３４は、ＵＶ−ＩＲカットフィルタ２３３を通過した光を乱れのないＰ偏光へと変える。そしてフライアイレンズ２３５が、偏光子２３４を通過した光の明るさを均一に整える。
【００２５】
それぞれの照明部２３０のフライアイレンズ２３５を透過した光は、ダイクロイッククロスプリズム２４４に異なる向きから入射される。ダイクロイッククロスプリズム２４４に入射した赤色、緑色、青色の光は、三色が合成された白色光となって反射鏡２３６へ向かう。反射鏡２３６は、ダイクロイッククロスプリズム２４４により合成された白色光の光路を９０度変更する。反射鏡２３６で反射された光は、フィールドレンズ２３７によって集光される。フィールドレンズ２３７が集光した光は、Ｐ偏光を透過する偏光ビームスプリッタ２３８及び位相差板２３９を介して、画像表示素子２４０に照射される。
【００２６】
画像表示素子２４０は、画素毎に赤色、緑色、及び青色のカラーフィルタを備えている。画像表示素子２４０に照射された光は、各画素に対応する色となり、画像表示素子２４０の備える液晶組成物によって変調が施され、Ｓ偏光の画像表示光となって偏光ビームスプリッタ２３８に向けて出射される。出射されたＳ偏光の光は偏光ビームスプリッタ２３８で反射され、光路を変えて検光子２４１を通過した後に投射レンズ群２４２へ入射される。投射レンズ群２４２を透過した画像表示光は、画像投射部２１０を出て中間鏡３５０に入射する。
【００２７】
次に、図４を参照して中間鏡３５０から中間像形成部３６０および投射鏡４００を介してウィンドシールド６１０に投射される画像表示光の光路について説明する。画像投射部２１０の投射レンズ群２４２から出射された画像表示光の光路は、中間鏡３５０によって投射鏡４００に向かう光路へ変更される。その途中で、中間鏡３５０で反射された画像表示光に基づく実像が中間像形成部３６０で結像する。
【００２８】
中間像形成部３６０は、拡散スクリーン３６２と、凹レンズ３６４を有する。拡散スクリーン３６２は、中間像形成部３６０を構成する第２手段として、中間像形成部３６０を透過する画像表示光に基づく実像を結像させるとともに、投射鏡４００へと向かう画像表示光の配光角ψを制御する。凹レンズ３６４は、中間像形成部３６０を構成する第１手段として、投射鏡４００へと向かう画像表示光の主光線の方向を制御し、中間像形成部３６０を透過する前後の画像表示光がなす角度θを調整する。
【００２９】
中間像形成部３６０を透過した画像表示光は、投射鏡４００により反射されウィンドシールド６１０に投射される。ウィンドシールド６１０に投射された画像表示光は、ウィンドシールド６１０によってユーザに向かう光路へ変更される。これにより、ユーザは上述したように、ウィンドシールド６１０を介して画像表示光に基づく虚像を前方に視認することができる。したがって、ウィンドシールド６１０は、虚像提示面としての機能を有することとなる。
【００３０】
以上の構成とすることで、ユーザは、制御装置５０から出力された画像信号に基づく虚像を、ウィンドシールド６１０を介して現実の風景に重畳して視認することができる。
【００３１】
つづいて、図５および図６を参照しながら、本実施の形態に係る中間像形成部３６０の機能について詳述する。図５は、異なる高さの視点Ｅ１、Ｅ２に対して虚像４５０を提示する場合の画像表示光の光路を示す図である。図６は、中間像形成部３６０により配光される画像表示光を示す図であり、図５の中間像形成部３６０と投射鏡４００の間の光路を拡大して示したものである。
【００３２】
図５に示すように、運転者であるユーザの視点Ｅ１、Ｅ２は、運転者の身長や、着座位置により上下方向に変わる。ユーザの視点が変わるような場合においても、虚像４５０の上端部４５１から下端部４５２までの全体を視認できることが好ましい。また、車両前方を見る視線方向Ｃ１、Ｃ２の真正面に虚像４５０を提示するのではなく、上下方向に少しずらした位置に虚像４５０を提示すると、必要なときに視線方向を少しずらして虚像４５０を参照することができるのでユーザにとって使いやすい。
【００３３】
そこで、本実施の形態では、中間像形成部３６０として拡散スクリーン３６２と凹レンズ３６４を組み合わせることにより、中間像形成部３６０を透過した画像表示光の主光線の向きと配光角を制御し、虚像４５０の視認性を高める。特に、凹レンズ３６４を上下方向に偏心して設けることにより、虚像４５０の提示位置を上下方向にずらして、見やすい位置に虚像４５０を提示することができる。なお、本実施の形態では、虚像４５０を視線方向Ｃ１、Ｃ２に対して下方に提示する場合の構成を示すが、凹レンズ３６４の偏心の態様を変えることにより、虚像４５０を異なる位置に提示することとしてもよい。
【００３４】
まず、図５を参照して視点Ｅ１、Ｅ２の違いによる画像表示光の経路の相違について詳述する。第１視点Ｅ１は、虚像４５０の全体を視認することのできる上限位置であり、第２視点Ｅ２は虚像４５０の全体を視認できる下限位置である。よって、第１視点Ｅ１から第２視点Ｅ２の間の範囲であれば、ユーザは虚像４５０の全体を視認することができる。
【００３５】
図５において、実線で示す光Ａ１、Ａ２は、虚像４５０の上端部４５１をユーザに提示するための光線を示しており、中間像形成部３６０に結像される実像３７０の上端部３７１から出射される光が投射鏡４００およびウィンドシールド６１０に反射してユーザの視点Ｅ１、Ｅ２に到達する。第１視点Ｅ１に向かう光Ａ１は、投射鏡４００の第１反射位置４０１で反射され、第２視点Ｅ２に向かうＡ２は、投射鏡４００の第２反射位置４０２で反射される。なお、本実施の形態で示す光学系においては、投射鏡４００とウィンドシールド６１０とで画像表示光を反射する構成としているため、中間像形成部３６０には上下反転した実像が結像される。
【００３６】
一方、破線で示す光Ｂ１、Ｂ２は、虚像４５０の下端部４５２をユーザに提示するための光線を示しており、中間像形成部３６０に結像される実像３７０の下端部３７２から出射される光が投射鏡４００およびウィンドシールド６１０に反射して視点Ｅ１、Ｅ２に達する。第１視点Ｅ１に向かう光Ｂ１は、投射鏡４００の第３反射位置４０３で反射され、第２視点Ｅ２に向かう光Ｂ２は、投射鏡４００の第４反射位置４０４で反射される。
【００３７】
つづいて図６を参照して、中間像形成部３６０により上下方向に配光される画像表示光について詳述する。図６は、図５の中間像形成部３６０と投射鏡４００の間の光路を拡大して示したものである。実像３７０の上端部３７１として結像する光Ａは、拡散スクリーン３６２に直交する方向（ｚ方向）を基準に、凹レンズ３６４に入射して角度θ１だけ上方向（ｙ方向）に方向を変えて透過する。その後、拡散スクリーン３６２に実像として結像するとともに拡散されて、配光角ψ１を有する画像表示光として投射鏡４００に向かう。その結果、中間像形成部３６０に入射する光Ａは、主光線Ａ０を中心にして、第１反射位置４０１に向かう光Ａ１と、第２反射位置４０２に向かう光Ａ２の間で配光する画像表示光となる。
【００３８】
同様に、実像３７０の下端部３７２として結像する光Ｂは、凹レンズ３６４に入射して角度θ２だけ上方向（ｙ方向）に方向を変えて透過する。その後、拡散スクリーン３６２に実像として結像するとともに拡散されて、配光角ψ２を有する画像表示光として投射鏡４００に向かう。その結果、中間像形成部３６０に入射する光Ｂは、主光線Ｂ０を中心にして、第３反射位置４０３に向かう光Ｂ１と、第４反射位置４０４に向かう光Ｂ２の間で配光する画像表示光となる。
【００３９】
ここで、本実施の形態の凹レンズ３６４は、ｚ方向を基準として上下方向（図４における上下方向）に偏心して設けられる。より詳細には、凹レンズ３６４の光軸の位置は、拡散スクリーン３６２の中心位置よりも下方に位置される。そのため、凹レンズ３６４の光軸に近い上端部３７１から出射される主光線Ａ０の角度θ１よりも、凹レンズ３６４の光軸から遠い下端部３７２から出射される主光線Ｂ０の角度θ２の方が大きくなる。また、本実施の形態の凹レンズ３６４は、凹レンズ３６４の光軸が凹曲面に含まれないように構成されるため、主光線Ａ０およびＢ０は、いずれも上方向（ｙ方向）に傾いて出射される。
【００４０】
以下、本実施の形態における中間像形成部３６０により奏する効果について述べる。
【００４１】
本実施の形態における中間像形成部３６０は、主光線Ａ０、Ｂ０に対して所定の配光角ψ１、ψ２を有した画像表示光となるよう主光線の配光角を制御する拡散スクリーン３６２を有する。このため、視点位置が移動する場合であっても所定範囲内であれば一定の明るさの虚像を提示することができる。また、拡散スクリーン３６２として、配光角ψ１、ψ２が投射鏡４００の第１反射位置４０１から第２反射位置４０２の範囲内、または第３反射位置４０３から第４反射位置４０４の範囲内となる特性のものを選択することにより、画像表示光を高効率に利用することができる。この反射位置の範囲よりも配光角が狭くなってしまうと、明るい虚像４５０を提示できる視点の範囲が狭くなってしまう一方で、この反射位置の範囲よりも配光角が広くなってしまうと、投射鏡４００で反射されない画像表示光の割合が増えて、ユーザに提示される虚像４５０が暗くなってしまうためである。このように、配光角ψ１、ψ２を適切に制御することにより、明るい虚像４５０を高効率でユーザに提示することができ、虚像４５０の視認性を高めることができる。
【００４２】
また、中間像形成部３６０は、中間像形成部３６０を透過した主光線Ａ０、Ｂ０の方向を制御する凹レンズ３６４を有する。中間像形成部３６０として凹レンズ３６４を設けることにより、中間像形成部３６０と投射鏡４００の間の距離Ｄを短くしなければならない場合であっても、ユーザに提示する虚像４５０をより大きくすることができる。したがって、凹レンズ３６４を設けることにより、光学ユニット１００の大きさを小型化しつつ、より大きな虚像４５０を提示することができ、虚像４５０の視認性を高めることができる。
【００４３】
また、中間像形成部３６０は、凹レンズ３６４が上下方向に偏心して設けられる。これにより、虚像４５０をユーザの視線方向に対して真正面ではなく、上下方向に少しずらした位置に提示することができる。虚像４５０の上端部４５１を提示するための光と、虚像４５０の下端部４５２を提示するための光との間に角度差をつけることができるためである。虚像４５０を上下方向にずらすことによって、ユーザにとって見やすい位置に虚像４５０を提示することができ、虚像４５０の視認性を高めることができる。また、上下方向に偏心させた凹レンズを用いることにより、光学ユニット１００をより小型化することができる。
【００４４】
以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。
【００４５】
（変形例１）
図７は、変形例１に係る中間像形成部３６０を示す図である。変形例１では、拡散スクリーン３６２として、ベース部材３６６の第１主面３６６ａに拡散ビーズ３６７が設けられた透過型スクリーンを用いる。このとき、拡散ビーズ３６７が設けられる第１主面３６６ａ側に画像表示光を入射させることで、拡散スクリーン３６２においても画像表示光の主光線の向きを制御する。
【００４６】
拡散スクリーン３６２は、ベース部材３６６と、複数の拡散ビーズ３６７とを有する。ベース部材３６６は、透明な樹脂材料などで構成される平板であり、互いに対向する第１主面３６６ａと第２主面３６６ｂを有する。拡散ビーズ３６７は、光学用の高透明ビーズであり、その直径は１０マイクロメートル以下である。拡散ビーズ３６７は、ベース部材３６６の第１主面３６６ａ上に、１０〜１５マイクロメートル厚で塗布される。
【００４７】
拡散スクリーン３６２と凹レンズ３６４は、拡散ビーズ３６７が設けられる第１主面３６６ａと、凹レンズ３６４の平面３６４ｂとが対向するように配置される。そのため、凹レンズ３６４の曲面３６４ａに入射する光は、その界面にてΔθ１だけ主光線の角度が変えられた後、拡散スクリーン３６２のビーズ面である第１主面３６６ａに入射する。ビーズ面に斜めに入射する画像表示光は、さらにΔθ２だけ主光線の角度が変えられて第２主面３６６ｂから出射する。このとき、画像表示光をビーズ面に斜めに入射させることにより、主光線の傾きがさらに大きくなるように方向を制御することができる。
【００４８】
図８は、拡散スクリーン３６２に入射する光の角度θ３と透過する光の角度θ４、θ５の関係を示す図である。図８（ａ）は、ビーズ面である第１主面３６６ａに光を入射させる場合を示し、図８（ｂ）は、ビーズ面ではない第２主面３６６ｂに光を入射させる場合を示す。ビーズ面である第１主面３６６ａから光を入射させる場合には、入射角θ３に対してΔθだけ角度が大きくなった出射角θ４に主光線の角度が変化する。一方、ビーズ面ではない第２主面３６６ｂから光を入射させる場合には、入射角θ３に対してΔθだけ角度が小さくなった出射角θ５に主光線の角度が変化する。球面を構成する拡散ビーズ３６７に入射して角度が変化する場合と、拡散ビーズ３６７から出射して角度が変化する場合とで、角度の変化の仕方が異なるためである。
【００４９】
変形例１では、拡散スクリーン３６２のビーズ面と凹レンズ３６４の平面３６４ｂが対向するように拡散スクリーン３６２と凹レンズ３６４を配置することにより、中間像形成部３６０を透過した画像表示光の主光線の傾きをより大きくすることができる。これにより、ユーザに提示する虚像４５０をより大きくすることができる。このように、変形例１においては、拡散スクリーン３６２が主光線の向きを制御する機能を担うこととしてもよい。
【００５０】
（変形例２）
図９は、変形例２に係る中間像形成部３６０を示す図である。変形例２では、拡散スクリーン３６２の代わりにマイクロレンズアレイ３６８を用いるとともに、凹レンズ３６４としてフレネルレンズ３６９を用いる。また、マイクロレンズアレイ３６８とフレネルレンズ３６９は、一体的に成型されており、中間像形成部３６０の第１面３６０ａにマイクロレンズアレイが形成され、中間像形成部３６０の第２面３６０ｂにフレネルレンズが形成される。この場合、フレネルレンズ３６９によって画像表示光の主光線の向きが制御されるとともに、マイクロレンズアレイ３６８によって画像表示光の配光角が制御される。
【００５１】
なお、変形例２のさらなる変形例として、上述の実施の形態に示した拡散スクリーン３６２または凹レンズ３６４を、マイクロレンズアレイ３６８またはフレネルレンズ３６９と組み合わせることとしてもよい。例えば、主光線の向きを制御する手段として凹レンズ３６４を用いるとともに、主光線の配光角を制御する手段としてマイクロレンズアレイ３６８を用いることとしてもよい。また、主光線の向きを制御する手段としてフレネルレンズ３６９を用いるとともに、主光線の配光角を制御する手段として拡散スクリーン３６２を用いることとしてもよい。
【００５２】
（変形例３）
上述の実施の形態および変形例においては、中間像形成部３６０として凹レンズ３６４を拡散スクリーン３６２の手前に配置する場合、つまり、凹レンズ３６４を透過した画像表示光が拡散スクリーン３６２に入射する構成となる場合を示した。さらなる変形例として、拡散スクリーン３６２と凹レンズ３６４を逆に配置することとしてもよい。この場合、中間鏡３５０から投射鏡４００の間は、中間鏡３５０、拡散スクリーン３６２、凹レンズ３６４、投射鏡４００の順に光学素子が配列されることとなる。中間像形成部３６０の向きを逆にしたとしても、拡散スクリーン３６２により画像表示光の配光角を制御するとともに、凹レンズ３６４により主光線の向きを制御して、視認性の高い虚像４５０を提示することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１０…ヘッドアップディスプレイ、５０…制御装置、１００…光学ユニット、２１０…画像投射部、３５０…中間鏡、３６０…中間像形成部、３６２…拡散スクリーン、３６４…凹レンズ、３６６…ベース部材、３６８…マイクロレンズアレイ、３７０…実像、４００…投射鏡、４５０…虚像、６１０…ウィンドシールド。
【図１】
2015059969.tif 000003
【図２】
2015059969.tif 000004
【図３】
2015059969.tif 000005
【図４】
2015059969.tif 000006
【図５】
2015059969.tif 000007
【図６】
2015059969.tif 000008
【図７】
2015059969.tif 000009
【図８】
2015059969.tif 000010
【図９】
2015059969.tif 000011