(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から射出された光束を光偏向器により中間スクリーン上に主走査方向と前記主走査方向に直交する方向とに２次元偏向走査させて中間画像を形成させる走査光学系と、
前記中間画像を虚像として観察するための観察光学系と、を有する画像表示装置において、
前記光偏向器が前記中間スクリーンを２次元偏向走査する際の主走査方向における走査中心と前記中間スクリーンの中心とは異なっており、
前記中間スクリーンの主走査方向の両端に入射する光束の主走査方向における進行方向は、走査中心の光束に対して非対称であることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記中間スクリーンは、少なくとも偏向器の偏向角の大きい方向に湾曲している請求項１記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記偏向角の大きい方向は、主走査方向である、請求項２記載の画像表示装置。
【請求項４】
車両に搭載され、前記車両のウインドシールドに虚像を表示する請求項１から３のいずれかに記載の画像表示装置であって、
前記中間画像を前記ウインドシールドへ投射するミラーが、前記走査光学系と前記ウインドシールドとの間に配置され、
前記車両の左右方向に対する前記ウインドシールドの角度をθ１、
前記ミラーの角度をθ２、
中間スクリーンの角度をθ３としたとき、
θ２＞θ１、かつ、θ２＞θ３を満たす満足する画像表示装置。
【請求項５】
前記ミラーは、前記中間スクリーン側に凹面を向けた凹面ミラーである請求項４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ものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車や航空機、船舶などの移動体に装備される画像表示装置であって、当該移動体の操縦者（運転者）において操縦（運転）に必要な情報を視認しやすくする画像表示装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
上記の画像表示装置は、ヘッドアップディスプレイ（以下「ＨＵＤ」という）と呼ばれ、コンバイナと呼ばれる光学素子を有する観察光学系と、観察光学系に投射される画像光を形成する走査光学系と、を有している。
【０００４】
ＨＵＤの走査光学系は、画像光を形成する方式の違いにより幾つかの種類が知られている。例えば、液晶のようなイメージングデバイスを用いて中間画像を形成する走査光学系は「パネル方式」と呼ばれる。また、レーザーダイオードから射出したレーザービームと２次元走査デバイスを用いて走査し中間画像を形成する走査光学系は「レーザー走査方式」と呼ばれる。パネル方式は、全画面発光／部分的遮光により画像光を形成する。一方、レーザー走査方式は、各画素に対して発光／非発光を割り当てることで画像光を形成する。一般的にレーザー走査方式の方がパネル方式に比べて、高コントラストの画像を形成することができる。
【０００５】
ＨＵＤは、操縦者の前方に配置されることが多く、移動体が自動車であれば、ダッシュボードに収納される。自動車のダッシュボードには、空調のダクトやメーター類、車体構造などが配置されているので、ここに収納されるＨＵＤは小型である方が望ましい。ＨＵＤを小型にするには、ＨＵＤが有する光学系を小型にすればよい。
【０００６】
光学系を構成する一部の光学素子を小型にすることで、全体を小型にするＨＵＤが知られている（例えば、特許文献２を参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＨＵＤは、投射される虚像が利用者に視認しやすい状態でなければならないので、光学系を小型にした場合でも虚像が小さくなりすぎないよう対策を講じる必要がある。たとえば、虚像を小さくしないために、光学系の倍率を高くすればよいが、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くなる。つまり、光学系の倍率を高くするにも限界がある。
【０００８】
光学系の倍率を高くすることなく光学系の小型化を図る方法として、ＨＵＤが備える中間スクリーン（被走査面素子）から目（運転者の網膜）に至る観察光学系に偏心光学系を用いる方法がある。観察光学系に用いる偏心光学系の偏心量を大きくすると、観察光学系の収納空間を小さくすることができるので、全体としてＨＵＤの小型化を図ることができる。
【０００９】
観察光学系に偏心光学系を用いた場合、その偏心量を大きくすれば、ＨＵＤをより小型にすることができるが、一方で、偏心量を大きくすると課題が生ずる。一般に、二次元走査を行う走査光学系は、光学設計の観点から光学系に主走査方向の対称性を持たせることが有利である。そこで、走査光学系から中間スクリーン（被走査面素子）へ入射する光線が主走査方向について中間スクリーンに対して垂直に入射するように構成されることが望ましい。そのために観察光学系の偏心量を大きくすると、走査光学系が車体の進行方向と直交する左右方向において飛び出す状態になる。
【００１０】
したがって、二次元走査を行う走査光学系において、主走査方向の対称性を持たせると、ＨＵＤの車体左右方向における寸法が大きくなる。
【００１１】
本発明は、観察光学系に偏心光学系を用いることで車体前後方向の寸法を小さくしつつ、車体左右方向の寸法も小さくすることができる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、
光源から射出された光束を光偏向器により中間スクリーン上に主走査方向と前記主走査方向に直交する方向とに２次元偏向走査させて中間画像を形成させる走査光学系と、
前記中間画像を虚像として観察するための観察光学系と、を有する画像表示装置において、
前記光偏向器が前記中間スクリーンを２次元偏向走査する際の主走査方向における走査中心と前記中間スクリーンの中心とは異なっており、
前記中間スクリーンの主走査方向の両端に入射する光束の主走査方向における進行方向は、走査中心の光束に対して非対称であることを最も主な特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、観察光学系に偏心光学系を用いることで車体前後方向の寸法を小さくしつつ、車体左右方向の寸法も小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る画像表示装置の実施形態であるヘッドアップディスプレイの例を示す構成図である。
【図２】上記ヘッドアップディスプレイが備える光源部の例を示す構成図である。
【図３】上記ヘッドアップディスプレイが備える走査光学系の例を示す構成図である。
【図４】上記ヘッドアップディスプレイのハードウェア構成の例を示すブロック図である。
【図５】上記ヘッドアップディスプレイの機能構成の例を示す機能ブロック図である。
【図６】上記ヘッドアップディスプレイが備える光偏向器の例を示す平面図である。
【図７】上記ヘッドアップディスプレイの実施形態の例を示す光学配置図である。
【図８】上記ヘッドアップディスプレイが備える被走査面素子に入射するビームと、被走査面素子から出射されるビームとの関係の例を示す図である。
【図９】上記ヘッドアップディスプレイが備える被走査面素子と偏光器による走査領域との関係を示す（ａ）平面図、（ｂ）背面図、である。
【図１０】上記ヘッドアップディスプレイの別の実施形態が備える被走査面素子と偏光器による走査領域との関係を示す（ａ）平面図、（ｂ）背面図、である。
【図１１】上記ヘッドアップディスプレイにおける偏向器の副操作方向の偏向角に対するスクリーン走査期間比率を例示する図であって、（ａ）副操作方向にずらした例、（ｂ）主走査方向にずらした例、である。
【図１２】上記ヘッドアップディスプレイの実施形態の別例を示す光学配置図である。
【図１３】上記ヘッドアップディスプレイのさらに別の実施形態が備える被走査面素子と偏光器による走査領域との関係を示す図である。
【図１４】従来のヘッドアップディスプレイ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】
●全体の構成
以下、本発明に係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。図１に示すように、画像表示装置であるＨＵＤ１は、光源部１０と、走査光学系２０と、観察光学系３０と、を有してなる。
【００１６】
ＨＵＤ１は、自動車や航空機、船舶等に搭載される画像表示装置であって、当該移動体の動作や制御に関する情報を利用者３に視認しやすいように虚像２として表示するものである。以下、ＨＵＤ１を自動車に装備した場合を例に説明する。まず、光源部１０から射出された光束に基づいて、走査光学系２０が自動車の動作に関連する情報を表示するための画像光を形成する。走査光学系２０において形成された画像光は、フロントガラス５０（ウインドシールド）であるコンバイナ３２に投射される。フロントガラス５０は、平面ではないため、投射された画像光によって表示される虚像２が歪む。この歪みを補正するために、単一の凹面ミラー３１が走査光学系２０とフロントガラス５０の間に配置されている。凹面ミラー３１の効果によって、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は補正される。
【００１７】
観察光学系３０は、移動体（自動車）のフロントガラス５０をコンバイナ３２として用いている。なお、フロントガラス５０の代わりに、入射された光の一部を透過させて、少なくとも一部を反射させる別体の透過反射部材（部分反射鏡）をコンバイナ３２として用いてもよい。以下の説明において、観察光学系３０が画像光を投射する対象を表記するときには、「コンバイナ３２」または「フロントガラス５０」のいずれかを用いることとする。
【００１８】
コンバイナ３２に画像光が投射されると、利用者３の視界には、コンバイナ３２の物理的な位置よりも離れた位置（利用者３から離れる側）に虚像２が現れる。虚像２には、自動車の動作に関連する情報である、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が表示される。
【００１９】
画像光を投射するコンバイナ３２としてフロントガラス５０を利用するタイプをフロントガラス投射型という。一方、フロントガラス５０とは別体の透過反射部材を配置するタイプをコンバイナ投射型という。ＨＵＤ１を自動車に装備する場合、車内インテリアのデザイン性や、フロントガラス５０とは別部材であるコンバイナ３２が視界に入ることによる煩わしさ等の観点から、フロントガラス投射型の方がより好適である。
【００２０】
コンバイナ３２に投射される画像光（中間画像）を生成する走査光学系２０は、自動車のダッシュボード内に埋め込まれている。なお、利用者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。利用者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。
【００２１】
ここで、本実施形態の説明に用いる３次元直交座標系について説明する。図１に示すように、利用者３の視野の左右方向をＸ軸方向とする。この場合、利用者３の右方向（紙面奥方向）が＋Ｘ方向であり、利用者３の左方向が−Ｘ方向（紙面手前方向）である。また利用者３の視野の上下方向をＹ軸方向とする。利用者３の上方向が＋Ｙ方向であり、利用者３の下方向が−Ｙ方向である。また利用者３の視野の奥行き方向、すなわち、自動車の進行方向をＺ軸方向とする。前方向が−Ｚ方向であり、後ろ方向が＋Ｚ方向である。以上をまとめて言い換えると、自動車の幅方向がＸ軸方向、自動車の高さ方向がＹ軸方向、自動車の長さ方向がＺ軸方向である。
【００２２】
●光源装置
次にＨＵＤ１の各構成について説明する。ＨＵＤ１が備える光源装置である光源部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表示用ビーム１０１を出射する。画像表示用ビーム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。
【００２３】
図２に示すとおり、光源部１０は、各色のレーザー光を出射する半導体レーザー素子である、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、を有している。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第１カップリングレンズ１１１と、第２カップリングレンズ１２１と、第３カップリングレンズ１３１と、を有する。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第１アパーチュア１１２と、第２アパーチュア１２２と、第３アパーチュア１３２と、を有する。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表示用ビーム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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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、画像表示用ビーム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。
【００３２】
画像表示用ビーム１０１を構成するＲ、Ｇ、Ｂの各色レーザー光束は、表示対象である「２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ている。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。
【００３３】
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。
【００３４】
なお、光源として、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。
【００３５】
●走査光学系
次に、走査光学系２０について説明する。図３に示すように、走査光学系２０は、２次元偏向素子である光偏向器２１と、走査ミラー２２と、中間スクリーンである被走査面素子２３と、を有してなる。光偏向器２１は、光源部１０から出射された画像表示用ビーム１０１を２次元偏向走査させて「中間画像」を形成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）であって、例えば、微小なミラーの集合体からなる。各微小ミラーは、互いに直交する２軸を用いて揺動するように構成されていて、微小揺動ミラー素子（ＤＭＤ：Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ，Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社）と呼ばれる。
【００３６】
なお、光偏向器２１については、上記の例に限られるものではなく、１軸に２個の微小ミラーを配置して、この１軸の周りに２個の微小ミラーが互いに直交する方向に揺動するように構成してもよい。また、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。光偏向器２１の具体例の詳細については、後述する。
【００３７】
光偏向器２１において２次元的に偏向された走査用ビーム１０２は、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、被走査面素子２３で発生する走査線（走査軌跡）の曲がりを補正するように設計されている。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被走査面素子２３に入射する。この走査用ビーム１０２によって、被走査面素子２３が２次元的に走査される。
【００３８】
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２次元的に偏向された走査用ビーム１０２が被走査面素子２３に入射する。
【００３９】
被走査面素子２３は、走査用ビーム１０２によって主走査方向と副走査方向の２次元的に走査される。より具体的には、例えば、主走査方向は高速で走査され、かつ副走査方向は低速で走査されるラスタースキャンが行われる。この２次元走査によって、被走査面素子２３における中間画像が形成される。なお、ここで形成される中間画像は、「カラーの２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しているが、被走査面素子２３においてモノクロ画像を形成してもよい。
【００４０】
なお、被走査面素子２３において各瞬間で表示されるのは「走査用ビーム１０２が、その瞬間に照射している画素のみ」である。したがって、上記の「カラーの２次元画像」は、走査用ビーム１０２による２次元的な走査による「各瞬間に表示される画素の集合」として形成される。
【００４１】
被走査面素子２３は、微細な凸レンズを用いて構成されている。この「微細凸レンズ構造」によって、被走査面素子２３に入射した走査用ビーム１０２は出射面において拡散する。被走査面素子２３から出射される拡散画像光は、コンバイナ３２によって利用者３の目の近傍の広い領域に投射される。これによって、利用者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。
【００４２】
なお、被走査面素子２３は、微細凸レンズ構造（マイクロレンズアレイ）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用いても良い。本実施形態では、被走査面素子２３はマイクロレンズアレイを例として説明をしているので、複数のマイクロレンズが２次元配列されているものを前提としている。これに代えて、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てもよい。
【００４３】
●ハードウェア構成
ここでＨＵＤ１のハードウェア構成について説明する。図４に示すようにＨＵＤ１は、ＦＰＧＡ６００、ＣＰＵ６０２、ＲＯＭ６０４、ＲＡＭ６０６、Ｉ／Ｆ６０８、バスライン６１０、ＬＤドライバ６１１１、ＭＥＭＳコントローラー６１５、を有してなる。
【００４４】
ＦＰＧＡ６００は、ＬＤドライバ６１１１やＭＥＭＳコントローラー６１５により、光源部１０および光偏向器２１を動作させる。ＣＰＵ６０２は、ＨＵＤ１の各機能を制御する。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している。ＲＡＭ６０６は、ＣＰＵ６０２のワークエリアとして使用される。Ｉ／Ｆ６０８は、外部コントローラー等と通信するためのインターフェイスであって、例えば、ＣＡＮ(Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ)等にＨＵＤ１を接続させることができる。
【００４５】
●機能構成
次に、ＨＵＤ１の機能構成について説明する。図５に示すようにＨＵＤ１は、車両情報入力部８００、外部情報入力部８０２、画像生成部８０４、画像表示部８０６、という機能ブロックを有してなる。車両情報入力部８００には、ＣＡＮ等から車両の情報（速度、走行距離等の情報）が入力される。外部情報入力部８０２には、外部ネットワークから車両外部の情報（ＧＰＳからのナビ情報等）が入力される。画像生成部８０４は、車両情報入力部８００および外部情報入力部８０２から入力される情報に基づいて、画像を生成する制御を実行する。画像表示部８０６は、制御部８０６０を備えていて、この制御部８０６０によって光源部１０および走査光学系２０の動作が制御されて、フロントガラス５０に画像光が投射される。以上の機能ブロックの動作によって、利用者３の視点において虚像２が視認できる状態になる。
【００４６】
●光偏向器
次に、光偏向器２１の構造について詳細に説明する。図６に示すように、光偏向器２１は、半導体プロセスにて製造されるＭＥＭＳミラーである微小ミラー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、短手方向の軸をｙ軸、ｘ軸とｙ軸に直行し光偏向器２１で反射された光の進行方向をｚ軸とする。図６におけるｘ軸、ｙ軸、ｚ軸は、図１において示したＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向とは異なる。
【００４７】
微小ミラー２１０は、その両側に
複数の折り返し部を有して蛇行して形成された一対の蛇行状梁部１５２を有する。蛇行状梁部１５２は、一つおきに第１梁部１５２ａと第２梁部１５２ｂに分けられている。なお、蛇行状梁部１５２は、枠部材１５４に支持されている。
【００４８】
第１梁部１５２ａと第２梁部１５２ｂには蛇行した隣り合う梁部ごとに独立の圧電部材１５６が設けられている。圧電部材１５６は、例えばＰＺＴである。これらの圧電部材１５６の一つおきに異なる電圧が印加されることで、第１梁部１５２ａと第２梁部１５２ｂに反りを発生させる。この反りによって、隣り合う梁部が異なる方向に撓み、撓みが累積されることで微小ミラー２１０がｘ軸周りに大きな角度で回転する。
【００４９】
以上の構成からなる光偏向器２１を用いれば、ｘ軸を中心とした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が行われる。
【００５０】
●実施形態１
次に、ＨＵＤ１のさらに詳細な実施形態について説明する。図７に示すとおり、ＨＵＤ１は、光源部１０から出射された光を用いて虚像２を形成するための光学系として、光偏向器２１と、中間スクリーンである被走査面素子２３と、凹面ミラー３１と、コンバイナ３２と、を有している。なお、図７は一部の光学素子の図示を省略している。
【００５１】
図７は、ＨＵＤ１を図１に示した＋Ｙ方向から見た平面図である。図７に示すように、車体進行方向（Ｚ方向）の寸法を短くしてＨＵＤ１を小型にするために、凹面ミラー３１は車体の左右方向（Ｘ方向）において大きく傾けられている。ここで、凹面ミラー３１のＸ方向における傾きをθ２、被走査面素子２３のＸ方向における傾きをθ３、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は、θ２がθ１よりも大きく、かつ、θ３よりも大きくなる傾きをもって配置されている。すなわち、ＨＵＤ１は、θ２＞θ１，θ２＞θ３を満たすような光学配置になっている。
【００５２】
凹面ミラー３１をＸ方向において大きく傾けると、被走査面素子２３から凹面ミラー３１に向かう光束１０３のマージナル光線の車体進行方向（Ｚ方向）に対する傾きが、被走査面素子２３におけるＸ方向の両端において大きく異なってくる。これによって、ＨＵＤ１の左右方向（Ｘ方向）における寸法が大きくなってしまう。この点について図８を用いて説明する。
【００５３】
図８は、中間スクリーンである被走査面素子２３に入射する走査用ビーム１０２と、被走査面素子２３から凹面ミラー３１に向かう光束１０３との関係を示している。一般に、ＨＵＤ１において虚像２の輝度は高いことが望ましい。そのためには、「中間スクリーンである被走査面素子２３の光線（走査用ビーム１０２）のうち最周辺に向かう光線の向き」と「被走査面素子２３から凹面ミラー３１に向かう光束１０３のマージナル光線の向き」ができるだけ一致していることが望ましい。
【００５４】
ＨＵＤ１において、観察光学系３０には、最適な必要光線角度１０５がある。必要光線角度１０５は設計によって決まる要素であって、被走査面素子２３の出射面側の最周辺であっても走査中心であっても同じ角度になる。また、虚像２の観察可能領域を広げるためには、中間スクリーンである被走査面素子２３に拡散特性を与える必要がある。これが図８で示す必要拡散角度１０７である。
【００５５】
この被走査面素子２３における拡散特性によって、「走査光学系２０の中間スクリーン最周辺に向かう光線（走査用ビーム１０２）の向き」と「中間スクリーンから観察系ミラーに向かう光束１０３のマージナル光線の向き」に係るズレ１０６が大きくなる。ズレ１０６が大きくなると、必要拡散角度１０７が大きくなる。必要拡散角度１０７が大きくなると（角度が広がると）虚像２を形成する光が分散するので、虚像２の輝度が低下し、利用者３にとって虚像２の視認性が低下する。
【００５６】
すでに説明したとおり、ＨＵＤ１は凹面ミラー３１をＸ方向において大きく傾けて小型化を図っているので、車体進行方向（Ｚ方向）に対して「被走査面素子２３から凹面ミラー３１に向かう光束１０３のマージナル光線の向き」は、主走査断面内で非対称になる。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ける「ＸＺ平面と平行の面」である。仮にＨＵＤ１が備える光学素子の配置を、従来例と同様の配置、すなわち「主走査断面内における被走査面素子２３への入射角を対称にする」にした場合、図１４に示すようになる。図１４に示すように、この場合のＨＵＤ１は、被走査面素子２３を含めた走査光学系２０がＸ方向においてより大きく傾けられる。
【００５７】
図１４に示すように、被走査面素子２３を含めた走査光学系２０をＸ方向において大きく傾ける場合、Ｘ方向におけるコンバイナ３２の傾きθ１、凹面ミラー３１の傾きθ２、被走査面素子２３の傾きθ３は、「θ３＞θ２＞θ１」になる。
【００５８】
上記の関係を満足するように走査光学系２０をＸ方向において大きく傾けると、ＨＵＤ１は左右方向（Ｘ軸方向）において走査光学系２０が大きく出っ張った状態になり、左右方向の寸法が大きくなる。
【００５９】
また、図１４に示した光学配置例では、走査用ビーム１０２の向きと、被走査面素子２３から凹面ミラー３１に向かう光束１０３のマージナル光線の向きの差は、中間スクリーンである被走査面素子２３の左右において異なる。この場合、必要拡散角度１０７（図８参照）は、差の大きいほうに合わせて広げなければならないので、虚像２の輝度が低下する要因になる。
【００６０】
上記のように観察光学系３０に偏心光学系を用いて、その偏心量を単に大きくして、ＨＵＤ１におけるＺ軸方向の小型化を図っても、Ｘ軸方向が大型化してしまう。そこで、本実施形態に係るＨＵＤ１は、「被走査面素子２３の最周辺に向かう走査用ビーム１０２の向き」と「被走査面素子２３から凹面ミラー３１に向かう光束１０３のマージナル光線の向き」が左右方向の両側で概ね一致するように各光学素子を配置する。
【００６１】
図９（ａ）に示すように、被走査面素子２３の最周辺に向かう走査用ビーム１０２の向きが被走査面素子２３の左右両端において非対称になるように、被走査面素子２３の中心を走査中心２３０からシフトさせる。この場合、走査領域２３２の境界の検知と走査光学系２０の動作を同期させるために同期検知板２３１を配置する。同期検知板２３１は、走査光学系２０における書き出しタイミング（走査開始タイミング）を規定するためのセンサである。
【００６２】
同期検知板２３１は、図９（ｂ）に示すように、例えば被走査面素子２３の副走査方向（Ｙ方向）の最周辺の外側に配置される。これによって、被走査面素子２３の最周辺に向かう走査用ビーム１０２の向きを左右方向の両端で非対称にしても、被走査面素子２３に対する走査は所定の範囲内で実行できる。
【００６３】
以上のとおり、ＨＵＤ１は主走査断面内において中間スクリーンへの入射角を非対称に設定している。これによって走査光学系２０の傾きを小さくすることができるので、上記にて示したθ２とθ３の関係を「θ２＞θ３」にすることができる。これによって、ＨＵＤ１は、左右方向（Ｘ軸方向）において走査光学系２０が大きく出っ張らずに、ＨＵＤ１の左右方向においても小型化を図ることができる。また、輝度低下も抑えることができる。
【００６４】
また、ＨＵＤ１は、走査光学系２０を非テレセントリック光学系とすることで、走査光学系２０の各光学素子の径方向の大きさを小さくできる。これによって、ＨＵＤ１のコンパクト性を高めることができる。
【００６５】
さらに、主走査方向成分について、中間スクリーン主走査方向端の光束の進行方向を主走査方向について互いに非対称としていることから、凹面ミラー３１と被走査面素子２３との配置関係に自由度を持たせることができる。これによって、ＨＵＤ１の左右方向（Ｘ方向）の小型化を図ることができる。
【００６６】
●実施形態２
次に、本発明に係る画像表示装置の別の実施形態について説明する。すでに説明した実施形態と共通する事項には、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。図１０（ａ）に示すように、本実施形態に係るＨＵＤ１は、中間スクリーンである被走査面素子２３の中心を走査領域２３２の中心（走査中心２３０）に対してシフトさせている。したがって、走査用ビーム１０２による走査領域２３２を検知するための同期検知板２３１を必要とする。
【００６７】
同期検知板２３１の配置を図１０（ｂ）に示すような配置にする。すなわち、同期検知板２３１を、副走査方向（Ｙ方向）については被走査面素子２３の範囲内になるようにし、主走査方向（Ｘ方向）については走査中心２３０に対する被走査面素子２３のシフト側とは逆側になるように配置する。すなわち、本実施形態に係るＨＵＤ１において同期検知板２３１は、主走査期間中に被走査面素子２３を走査しない領域に配置される。
【００６８】
被走査面素子２３に対して同期検知板２３１を副走査方向にずらして配置する場合、図１１（ａ）に示すように、光偏向器２１の副走査方向の偏向角に対するスクリーン走査期間比率が同期検知板２３１によって制約を受ける。そこで、同期検知板２３１を主走査方向にずらして、主走査領域外に配置する。この場合、図１１（ｂ）に示すように、被走査面素子２３に対して副操作方向にずらしたときに比べて、輝度がより高くなり、虚像２のコントラストを高めることができる。
【００６９】
また、走査光学系２０を副走査方向(Ｙ方向)においてコンパクトにできる。ひいてはＨＵＤ１本体を副走査方向(Ｙ方向)において小型にすることができる。
【００７０】
以上のとおり、本実施形態に係るＨＵＤ１は、主走査方向成分において、走査中心２３０を被走査面素子２３の中心に対して異なる位置にすることで、観察光学系３０と被走査面素子２３との配置関係に自由度を持たせることができる。また、被走査面素子２３における副走査方向端に対応する光束の進行方向は、副走査において被走査面素子２３の垂線に対し一方の端側にある。これによって、ＨＵＤ１本体を左右方向についてコンパクト化できる。
【００７１】
また、非スクリーン走査領域に同期検知板２３１を配置できるので、副走査方向にシフトした位置に同期検知板２３１を配置した場合に比較して被走査面素子２３を走査する時間の比率を高めることができ、虚像２の輝度を高めることができる。
【００７２】
●実施形態３
次に、本発明に係る画像表示装置のさらに別の実施形態について説明する。すでに説明した実施形態と共通する事項には、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。図１２に示すように、本実施形態に係るＨＵＤ１が備える被走査面素子２３は、主走査方向において湾曲している。
【００７３】
本実施形態に係るＨＵＤ１は、光偏向器２１と被走査面素子２３との間にレンズやミラーなどの光学素子を配置することなく、直接的に被走査面素子２３を走査する、ポストオブジェクティブ光学系を用いている。この点が、すでに説明した実施形態と大きく異なる点である。
【００７４】
ポストオブジェクティブ光学系を用いると、像高間でスクリーン（コンバイナ３２）までの距離が異なる場合に、像面湾曲（走査位置間のピントずれ）が生じる。像面湾曲はビーム径を太らせるため、被走査面素子２３（中間スクリーン）を像面湾曲に応じて湾曲させている。
【００７５】
図１３に示すように、被走査面素子２３を、光偏向器２１を中心とする円弧状に湾曲させる。この場合、たとえば、被走査面素子２３を光偏向器２１から４５ｍｍ離れた位置に配置するならば、被走査面素子２３における主走査方向の曲率半径を４５ｍｍにすればよい。
【００７６】
被走査面素子２３の湾曲の方向は、偏向器２１が備える微小ミラー２１０の回転角度が大きい方向である。すなわち、被走査面素子２３は、偏向器２１における偏向角が大きい方向に湾曲している。
【００７７】
以上のように、被走査面素子２３を主走査方向に湾曲させて、その曲率の中心を光偏向器２１にすることで、被走査面素子２３において形成される中間画像のビーム径偏差を低減できる。これによって、高解像度化・表示品質向上を達成したＨＵＤ１を得ることができる。
【００７８】
また、走査光学系２０にレンズやミラーを用いないことで、走査光学系２０をコンパクトにすることができる。これによって、ＨＵＤ１本体を副走査方向(Ｙ方向)の小型化を図ることができる。
【符号の説明】
【００７９】
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    被走査面素子
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】
【００８０】
【特許文献１】特開昭６３−１２１５２９号公報
【特許文献２】特開２００４−１０１８２９号公報
【図１】
0006555568.tif 000002
【図２】
0006555568.tif 000003
【図３】
0006555568.tif 000004
【図４】
0006555568.tif 000005
【図５】
0006555568.tif 000006
【図６】
0006555568.tif 000007
【図７】
0006555568.tif 000008
【図８】
0006555568.tif 000009
【図９】
0006555568.tif 000010
【図１０】
0006555568.tif 000011
【図１１】
0006555568.tif 000012
【図１２】
0006555568.tif 000013
【図１３】
0006555568.tif 000014
【図１４】
0006555568.tif 000015