(57)【要約】  ワーピングによる表示画像の補正量を低減し、また表示品位の高い虚像を表示することができる。  透過型スクリーン１３を、第１の方向Ｘを軸として、光源部１１から入射する光ビーム１００に垂直な面１２Ｐに対してスキャナ１２を傾斜させた第１の回転角Ａ１と逆符号の第２の回転角Ａ２で、入射する走査ビーム２００の光軸２００Ａに垂直な面１３Ｐに対して傾斜させることで、表示画像Ｍを、第１の方向Ｘと直交する第２の方向Ｙの負方向に概ね沿って湾曲させ、該表示画像Ｍの湾曲方向が、第１のミラー２０、第２のミラー３０及びウインドシールド２の曲面形状により生じる虚像Ｖの湾曲を、打ち消す方向となるように、透過型スクリーン１３を配置する。
2018056112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源部（１１）から出射された光ビーム（１００）を、スキャナ（１２）によって、主走査方向（Ｄｘ）と、該主走査方向と直交する副走査方向（Ｄｙ）とに走査ビーム（２００）として走査することで光透過性の透過型スクリーン（１３）に表示画像（Ｍ）を表示し、該表示画像に基づく虚像（Ｖ）を表示部材に重ねて視認させるリレー光学系（２０，３０）を有する虚像表示装置において、
前記透過型スクリーンは、
前記スキャナと前記透過型スクリーンとの間の前記走査ビームの光路上に前記走査ビームを反射する反射部材が配置されないまたは前記反射部材が偶数個配置される場合、第１の方向（Ｘ）を軸として、入射する前記光ビームに垂直な面（１２Ｐ）に対して前記スキャナを傾斜させた第１の回転角（Ａ１）と逆符号の第２の回転角（Ａ２）で、入射する前記走査ビームの光軸に垂直な面（１３Ｐ）に対して傾斜し、
前記スキャナと前記透過型スクリーンとの間に前記反射部材を奇数個配置する場合、前記第１の方向（Ｘ）を軸として、前記第１の回転角と同じ符号の第２の回転角（Ａ２）で、入射する前記走査ビームの光軸に垂直な前記面に対して傾斜し、
該透過型スクリーンの傾斜により前記第１の方向と直交する第２の方向（Ｙ）に生じる、前記透過型スクリーン上に表示される前記表示画像の湾曲の方向が、前記リレー光学系及び前記表示部材により生じる前記虚像の湾曲を打ち消す方向と、なるように配置される、虚像表示装置。
【請求項２】
前記透過型スクリーンは、前記第２の回転角の絶対値が、前記スキャナの前記第１の回転角の絶対値以下となるように配置される、請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項３】
前記透過型スクリーンは、前記第２の回転角の絶対値が、前記スキャナの前記第１の回転角の絶対値の０．３倍以上となるように配置される、請求項１または請求項２に記載の虚像表示装置。
【請求項４】
前記スキャナは、入射する前記光ビームに垂直な前記面に対する、前記第１の方向を軸とした前記第１の回転角の絶対値が、前記第２の方向を軸とした第３の回転角（Ａ３）の絶対値より大きくなるように配置される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項５】
前記スキャナは、前記透過型スクリーン上に、前記第１の方向の長さ（ＭＸ）が前記第２の方向の長さ（ＭＹ）より長い前記表示画像を表示可能な表示可能範囲（ＭＡ）を有する、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】
前記リレー光学系は、前記透過型スクリーンの前記表示画像に基づく表示光（Ｌ）を反射する第１のミラー（２０）と、該第１のミラーが反射する前記表示光を前記表示部材に向けて反射する第２のミラー（３０）と、を少なくとも含み、
前記透過型スクリーンの前記第２の回転角は、前記透過型スクリーンの法線が、前記第２のミラーから離れる回転方向とする、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】
前記スキャナと前記透過型スクリーンとの間の前記走査ビームの光路上に、正の光学的パワーを有し、前記透過型スクリーンと非平行な主面を有するフィールドレンズをさらに備える、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項８】
前記光源部と前記スキャナとの間の前記光ビームの光路上に、前記光源部が出射した前記光ビームを前記スキャナに向けて反射する折り返しミラーをさらに備え、
前記光源部は、前記スキャナの反射面の背面側に配置され、前記折り返しミラーは、前記スキャナの前記反射面の表面側に配置される、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項９】
前記透過型スクリーンの傾斜により生じる前記表示画像の前記第２の方向の湾曲の大きさが他の領域よりも小さい前記表示画像の前記第２の方向の湾曲が、大きくなるように調整する湾曲調整手段、をさらに備える、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項１０】
前記透過型スクリーンの傾斜により生じる前記表示画像の前記第２の方向の湾曲の大きさが他の領域よりも小さい前記表示画像の前記第２の方向の湾曲が、前記第２の方向の湾曲で最も大きくなるように調整する湾曲調整手段、をさらに備える、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項１１】
前記湾曲調整手段は、前記スキャナと前記透過型スクリーンとの間の前記走査ビームの光路上に配置され、前記走査ビームの光路を補正する単数または複数の屈折光学系または／及び反射光学系を含む、請求項９または１０に記載の虚像表示装置。
【請求項１２】
前記湾曲調整手段は、画像データをワーピング処理する制御部を含む、請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の運転者に虚像を視認させる虚像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の虚像表示装置は、視認者の前方に位置する表示部材（車両のウインドシールド）に表示デバイスが表示画像を投影することで、虚像を視認させるものである。このような虚像表示装置は、表示デバイスが表示した表示画像の表示光を、鏡などの反射部（リレー光学系）や表示部材で反射して、折り曲げたり、拡大したりすることが一般的である。そのため、表示画像の一部が拡大、縮小して歪んだ虚像が視認されてしまう。【０００３】
特許文献１に記載の虚像表示装置は、リレー光学系により発生する虚像の歪みを相殺するように、表示画像の一部を押し広げたり、絞り込んだりするワーピングと呼ばれる処理を施した表示画像を表示デバイスに表示することで、歪みの少ない虚像を視認させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１０５３０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このようなワーピング処理でのみ虚像の歪みを軽減させる場合、表示画像を大きくワーピングさせる必要がある。言い換えると、表示画像の一部を大きく押し広げたり、表示画像の一部を大きく絞り込んだりする必要があり、同じ表示画像を表示する場合でも、表示デバイス上で押し広げられる領域と、絞り込まれる領域とで、表示デバイス上で表示される大きさが異なる。すなわち、押し広げられる領域の単位面積に含まれる画素数と、絞り込まれる領域の単位面積に含まれる画素数が大きく異なってしまい、表示される領域毎で虚像の解像度が異なってしまう問題があった。【０００６】
また、虚像の歪み量が大きい場合、ワーピング処理だけでは虚像の歪みを打ち消すことができず、結局、虚像が歪んでしまうという問題があった。【０００７】
そこで本発明の課題の一つは、ワーピングによる表示画像の補正量を低減し、また表示品位の高い虚像を表示することができる虚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】
【０００８】
本発明の第１の態様は、光源（１１）から出射された光ビーム（１００）を、スキャナ（１３）によって、主走査方向（Ｄｘ）と、該主走査方向と直交する副走査方向（Ｄｙ）とに走査ビーム（２００）として走査することで光透過性の透過型スクリーン（１３）に表示画像（Ｍ）を表示し、該表示画像に基づく虚像（Ｖ）を表示部材に重ねて視認させるリレー光学系（２０，３０）を有する虚像表示装置において、
前記透過型スクリーンは、
前記スキャナと前記透過型スクリーンとの間の前記走査ビームの光路上に前記走査ビームを反射する反射部材が配置されないまたは前記反射部材が偶数個配置される場合、第１の方向（Ｘ）を軸として、入射する前記光ビームに垂直な面（１２Ｐ）に対してスキャナ（１２）を傾斜させた第１の回転角（Ａ１）と逆符号の第２の回転角（Ａ２）で、入射する前記走査ビームの光軸に垂直な面（１３Ｐ）に対して傾斜し、
前記スキャナと前記透過型スクリーンとの間に前記反射部材を奇数個配置する場合、前記第１の方向（Ｘ）を軸として、前記第１の回転角と同じ符号の第２の回転角（Ａ２）で、入射する前記走査ビームの光軸に垂直な前記面に対して傾斜し、
該透過型スクリーンの傾斜により前記第１の方向と直交する第２の方向（Ｙ）に生じる、前記透過型スクリーン上に表示される前記表示画像の湾曲の方向が、前記リレー光学系及び前記表示部材により生じる前記虚像の湾曲を打ち消す方向と、なるように配置される、虚像表示装置に関する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ワーピングによる表示画像の補正量を低減し、また表示品位の高い虚像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る虚像表示装置の構成を示す図である。
【図２】上記実施形態における光走査型表示装置をＸ軸方向から見た図である。
【図３】上記実施形態における光走査型表示装置をＹ軸方向から見た図である。
【図４】上記実施形態において、スキャナが透過型スクリーン上の第１の方向に５段階、第２の方向に５段階の計２５箇所に各走査ビームを照射した際の各走査ビームのスポット位置のプロットを第３の方向から見た図であり、スポット位置の湾曲の例を示す図である。
【図５】上記実施形態における光走査型表示装置の変形例をＸ軸方向から見た図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る光走査型表示装置をＸ軸方向から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施形態）
以下、本実施の第１実施形態に係る虚像表示装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態に係る虚像表示装置は、例えば、車両に搭載されるヘッドアップディスプレイ装置（以下、「ＨＵＤ装置」と称する）１である。このＨＵＤ装置１は、いわゆる光走査型表示装置１０を備えるものである。ＨＵＤ装置１は、例えば、車両のダッシュボード内に設けられ、表示画像Ｍを表す表示光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３をウインドシールド（表示部材の一例）２に向けて照射する。ウインドシールド（投射部材）２に反射した表示光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、所定のアイボックスＥに照射され、視認者（主に運転者）は、視点をこのアイボックスＥ内におくことで、表示画像Ｍの虚像Ｖを視認することができる。
【００１２】
ＨＵＤ装置１は、図１に示すように、表示画像Ｍを表示する光走査型表示装置１０と、光走査型表示装置１０が表示する表示画像Ｍの表示光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３をアイボックスＥに向けるリレー光学系である第１のミラー２０及び第２のミラー３０と、これら光走査型表示装置１０と第１のミラー２０及び第２のミラー３０を収納するハウジング４０と、ＨＵＤ装置１の電気的な制御を行う制御部５０と、を備える。
【００１３】
ハウジング４０は、硬質の樹脂材料等から箱状に形成されている。ハウジング４０の周壁のうちウインドシールド２に対向する部位に開口部４１が形成されている。開口部４１は、透明な樹脂材料等から形成された窓４２により塞がれている。表示光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、窓４２を透過してハウジング４０内からウインドシールド２に向かう。ハウジング４０内には、制御部５０を除くＨＵＤ装置１の各構成が内蔵されている。なお、制御部５０は、ハウジング４０内に設けられていてもよい。
【００１４】
制御部５０は、例えば、マイクロコンピュータ、外部インターフェース、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等から構成される。制御部５０は、歪みの少ない虚像Ｖを表示するため、画像データのワーピング処理を行い、ワーピング処理した画像データに基づき、光走査型表示装置１０を制御する。なお、制御部５０は、ワーピング処理を行う制御部５０と、光走査型表示装置１０を制御する制御部５０と、を別々に設けてもよく、ワーピング処理を行う制御部５０と、光走査型表示装置１０を制御する制御部５０とは、共にＨＵＤ装置１のハウジング４０内に収納されてもよく、一方または双方がＨＵＤ装置１のハウジング４０外に配置されてもよい。
【００１５】
図２、図３は、光走査型表示装置１０における各構成の配置を説明するための図である。なお、スキャナ１２が透過型スクリーン１３に向けて反射する走査ビーム２００の光軸２００Ａに垂直な面１３Ｐにおいて、第１の方向をＸ軸と規定し、第１の方向Ｘと直交する第２の方向をＹ軸と規定し、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙとそれぞれ直交する第３の方向をＺ軸と規定する。
【００１６】
図２に示す光走査型表示装置１０は、光源部１１と、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラーからなるスキャナ１２と、透過型スクリーン１３と、を備え、透過型スクリーン１３に表示画像Ｍを表示する。なお、表示画像Ｍは、リレー光学系（第１のミラー２０，第２のミラー３０）と表示部材（ウインドシールド２）により生じる歪み（湾曲）を打ち消すように、予め歪ませて透過型スクリーン１３に表示される。この表示画像Ｍの歪みは、上述した制御部５０によるワーピング処理と、これより説明する光走査型表示装置１０の各構成の配置と、により生じる。
【００１７】
光源部１１は、例えば、赤色、緑色、青色などの異なる複数色の光ビームを合成した合成光ビーム１００を出射する。光源部１１は、例えば、単色の光ビームを出射する図示しない半導体レーザー光源と、該半導体レーザー光源から出射された単色の光ビームの光路上に位置し、単色の光ビームを集光する図示しない集光レンズと、単色の光ビームの進行方向を揃えるダイクロイックミラーなどからなる図示しない光合成部などからなる。なお、光源部１１から出射された合成光ビーム１００の光路上に配置され、該合成光ビーム１００をスキャナ１２に向けて反射する折り返しミラー１１ａを有していてもよい。この場合、光源部１１は、静的状態にあるスキャナ１２の反射面の同一面の背面側に配置され、折り返しミラー１１ａは、スキャナ１２の反射面の同一面の表面側に配置される。これにより、光源部１１とスキャナ１２が走査する走査ビーム２００とが、干渉しにくくなり、光源部１１、スキャナ１２、透過型スクリーン１３の配置の自由度が向上する。また、スキャナ１２に入射する合成光ビーム１００の入射角度を小さくすることができるため、前記入射角度が大きい場合と比較して、透過型スクリーン１３上に走査ビーム２００を集光させやすく、透過型スクリーン１３上に表示される表示画像Ｍの表示品位を保ちやすくすることができる。なお、折り返しミラー１１ａは、省略されてもよい。また、折り返しミラー１１ａは、曲面状に形成され、受光した合成光ビーム１００を光学的に調整した後、スキャナ１２に反射するようにしてもよい。なお、以下では、合成光ビーム１００を単に光ビーム１００とも呼ぶこととする。
【００１８】
スキャナ１２は、例えば圧電駆動型の２軸レーザー光走査ミラーから構成される。スキャナ１２は、図２に示すように、制御部５０から入力される制御信号に応じて反射面が２軸方向に揺動する。具体的には、スキャナ１２は、光ビーム１００を受光し、この光ビーム１００を反射させた反射光である走査ビーム２００を透過型スクリーン１３に向ける。スキャナ１２は、透過型スクリーン１３上の走査ビーム２００の照射位置を、第１の方向Ｘに概ね沿った主走査方向Ｄｘに高速で往復移動させつつ、第２の方向Ｙに概ね沿った副走査方向Ｄｙに低速で往復移動させる。ここでいう概ね沿うとは、所定の軸に対して２０度以下であることを指すこととする。
【００１９】
スキャナ１２は、例えば、主走査方向Ｄｘの走査角及び副走査方向Ｄｙの走査角ともに±２０度以下に設定され、図４に示すように、透過型スクリーン１３上に第１の方向Ｘの範囲ＭＸが長く、第２の方向Ｙの範囲ＭＹが短い、表示画像Ｍを表示可能と規定された表示可能範囲ＭＡを有する。なお、上述したスキャナ１２が静的状態にあるとは、スキャナ１２の反射面が、主走査方向Ｄｘの略中心に走査ビーム２００を向ける走査角であり、かつ副走査方向Ｄｙの略中心に走査ビーム２００を向ける走査角である状態を指すこととする。本実施形態のスキャナ１２は、静的状態において、第１の方向Ｘ周りでは、図２に示されるように、入射する光ビーム１００と直交する面１２Ｐに対してＣＣＷ方向に第１の回転角Ａ１だけ傾き、第２の方向Ｙ周りでは、図３に示されるように、入射する光ビーム１００と直交するように配置される。なお、図２の走査ビーム２００Ｙは、スキャナ１２が第１の方向Ｘ周りの副走査方向Ｄｙで静的状態である場合の走査ビーム２００であり、透過型スクリーン１３上の表示可能範囲ＭＡの副走査方向Ｄｙの範囲ＭＹの略中心に入射し、図３の走査ビーム２００Ｘは、スキャナ１２が第２の方向Ｙ周りの主走査方向Ｄｘで静的状態である場合の走査ビーム２００であり、透過型スクリーン１３上の表示可能範囲ＭＡの主走査方向Ｄｘの範囲ＭＸの略中心に入射する。なお、以下では、上述した走査ビーム２００Ｙを、副走査光軸２００Ｙとも呼び、また、走査ビーム２００Ｘを、主走査光軸２００Ｘとも呼ぶ。なお、本実施形態では、スキャナ１２は、静的状態において、第２の方向Ｙ周りでは、入射する光ビーム１００と直交するように配置されているが、これに限定されず、入射する光ビーム１００に対して傾いて配置されてもよい。
【００２０】
透過型スクリーン１３は、入射した走査ビーム２００を受光し、射出瞳を拡大する射出瞳拡大素子（ＥＰＥ）として機能し、例えば、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。本実施形態では、透過型スクリーン１３は、平板状であるが、一部または全体が湾曲していてもよい。透過型スクリーン１３は、第１の方向Ｘ周りでは、図２に示されるように、副走査光軸２００Ｙと直交する面１３Ｐに対して、透過型スクリーン１３が光ビーム１００と直交する面１２Ｐに対する傾き方向（ＣＣＷ方向）と逆のＣＷ方向に第２の回転角Ａ２だけ傾き、第１の方向Ｘと直交する第２の方向Ｙ周りでは、図３に示されるように、入射する主走査光軸２００Ｘと直交するように配置される。
なお、図２に示される第１の方向Ｘ周りでは、上記実施形態のスキャナ１２は、静的状態において、入射する光ビーム１００と直交する面１２Ｐに対してＣＣＷ方向に傾き、透過型スクリーン１３は、副走査光軸２００Ｙと直交する面１３Ｐに対してＣＷ方向に傾いていたが、変形例として、図５に示すように、スキャナ１２が面１２Ｐに対してＣＷ方向に傾き、透過型スクリーン１３が面１３Ｐに対してＣＣＷ方向に傾いていてもよい。
【００２１】
図４は、スキャナ１２が透過型スクリーン１３上の第１の方向Ｘに５段階、第２の方向Ｙに５段階の計２５箇所に各走査ビーム２００を照射した際の各走査ビーム２００のスポット位置のプロットを第３の方向Ｚから見た図であり、スポット位置の湾曲の例を示す図である。なお、図４に示された２５箇所のスポット位置は、スキャナ１２が主走査方向Ｄｘに均等に５段階、及び副走査方向Ｄｙに均等に５段階の計２５箇所に走査ビーム２００を照射した際のスポット位置であり、スキャナ１２の走査ビーム２００の光軸２００Ａと直交する面１３Ｐに照射された場合、面１３Ｐ上に糸巻き型に歪んで配列される。すなわち、図４は、上述したように、透過型スクリーン１３を、第１の方向Ｘを軸として、入射する走査ビーム２００の光軸２００Ａに垂直な面１３Ｐに対して、入射する光ビーム１００に垂直な面１２Ｐに対してスキャナ１２を傾斜させた第１の回転角Ａ１と逆符号の第２の回転角Ａ２で傾斜させたことにより生じる、走査ビーム２００のスポット位置の湾曲を示す。
【００２２】
走査ビーム２００のスポット位置の湾曲は、第１の方向Ｘに湾曲した湾曲ＣＸと、第２の方向Ｙに湾曲した湾曲ＣＹと、に分類される。第２の方向Ｙに湾曲した湾曲ＣＹ（第３の湾曲ＣＹ３及び第４の湾曲ＣＹ４）は、第１の方向（Ｘ）に配列された５段階のスポット位置のうち最もスキャナ１２に近いスポット位置を頂点として、第２の方向Ｙの負の方向に凸状に湾曲する。
【００２３】
第１の方向Ｘに湾曲した湾曲ＣＸ（第１の湾曲ＣＸ１及び第２の湾曲ＣＸ２）は、第２の方向Ｙに配列された５段階のスポット位置のうち最もスキャナ１２の副走査光軸２００Ｙに近いスポット位置を頂点として、概ね走査ビーム２００の光軸２００Ａに向けて凸状に湾曲する。
【００２４】
第１のミラー（リレー光学系）２０は、透過型スクリーン１３が表示する表示画像Ｍに基づく表示光Ｌを反射するミラーであり、例えば、平面鏡で構成される。なお、第１のミラー２０は、一方向のみ曲率を有するシリンドリカル曲面形状、一方向とこれと直交する方向とで曲率が異なるトロイダル曲面形状、または自由曲面形状などの反射面を有し、透過型スクリーン１３に表示された表示画像Ｍを拡大した虚像Ｖとする拡大機能、ウインドシールド２の曲面形状により生じる虚像Ｖの歪みを補正する機能、虚像Ｖが結像される位置を調整する機能、などを有していてもよい。
【００２５】
第２のミラー（リレー光学系）３０は、第１のミラー２０が反射した表示光Ｌを補正してウインドシールド（表示部材）２に向けて反射する光補正機能を有するミラーであり、例えば、凹状の反射面を有する凹面鏡で構成される。第２のミラー３０が有する光補正機能とは、主に、透過型スクリーン１３に表示された表示画像Ｍを拡大した虚像Ｖとする拡大機能、ウインドシールド２の曲面形状により生じる虚像Ｖの歪みを補正する機能、虚像Ｖが結像される位置を調整する機能、などである。
【００２６】
なお、本発明における透過型スクリーン１３に表示される表示画像Ｍの表示光Ｌを補正しながら、ウインドシールド２に投射することで、表示画像Ｍに基づく虚像Ｖをウインドシールド２に重ねて視認させるリレー光学系は、第１のミラー２０、第２のミラー３０のみに限定されない。前記リレー光学系は、例えば、第１のミラー２０または／及び第２のミラー３０を、レンズなどの屈折光学系やその他の光学機能部材で代替えしてもよい。また、上記の第１のミラー２０、第２のミラー３０とは別に、反射光学系、屈折光学系、その他の光学機能部材などを追加してもよい。
【００２７】
以上に説明したように、本実施形態の透過型スクリーン１３は、第１の方向Ｘを軸として、入射する光ビーム１００に垂直な面１２Ｐに対してスキャナ１２を傾斜させた第１の回転角Ａ１と逆符号の第２の回転角Ａ２で、入射する走査ビーム２００の光軸２００Ａ（副走査光軸２００Ｙ）に垂直な面１３Ｐに対して傾斜して配置されるため、透過型スクリーン１３に表示される表示画像Ｍは、第１の方向Ｘと直交する第２の方向Ｙの負方向に概ね沿って湾曲する。そして、本実施形態のＨＵＤ装置１は、上述した透過型スクリーン１３の傾斜により生じる透過型スクリーン１３上に表示される表示画像Ｍの湾曲方向（第２の方向Ｙの負方向に概ね沿った方向）が、リレー光学系である第１のミラー２０、第２のミラー３０及びウインドシールド２の曲面形状により生じる虚像Ｖの湾曲を、打ち消す方向となるように、透過型スクリーン１３を配置する。典型的には、ＨＵＤ装置１がウインドシールド２に重ねて表示する虚像Ｖは、視認者から見て、鉛直下向きに湾曲するが、ウインドシールド２に投射される表示画像Ｍの湾曲方向を鉛直上向きになるように透過型スクリーン１３を配置する。これにより、ＨＵＤ装置１のリレー光学系（第１のミラー２０、第２のミラー３０）及び表示部材（ウインドシールド２）に起因する虚像Ｖの湾曲と、透過型スクリーン１３の傾斜に起因する虚像Ｖの湾曲とが打ち消し合い、歪みの少ない虚像Ｖを生成することができる。なお、ＨＵＤ装置１のリレー光学系（第１のミラー２０、第２のミラー３０）及び表示部材（ウインドシールド２）に起因する虚像Ｖの湾曲方向と、透過型スクリーン１３の傾斜に起因する虚像Ｖの湾曲方向とは、厳密に逆方向（１８０ｄｅｇ）でなくてもよく、１８０ｄｅｇ±１５ｄｅｇ程度の概ね逆方向であればよい。
【００２８】
また、第１の方向Ｘを軸として、入射する走査ビーム２００の光軸２００Ａに垂直な面１３Ｐに対して透過型スクリーン１３が傾斜する第２の回転角Ａ２の絶対値は、入射する光ビーム１００の光軸１００Ａに垂直な面１２Ｐに対してスキャナ１２が傾斜する第１の回転角Ａ１の絶対値以下にしてもよい。これにより、透過型スクリーン１３上に表示される表示画像Ｍの第１の方向Ｘの湾曲ＣＸを小さく抑えることができる。また、入射する走査ビーム２００の光軸２００Ａに垂直な面１３Ｐに対して透過型スクリーン１３が傾斜する第２の回転角Ａ２の絶対値は、入射する光ビーム１００の光軸１００Ａに垂直な面１２Ｐに対してスキャナ１２が傾斜する第１の回転角Ａ１の絶対値の０．３倍以上とすることが好ましい。
【００２９】
また、スキャナ１２は、第１の方向Ｘを軸とした入射する光ビーム１００に垂直な面１２Ｐに対する第１の回転角Ａ１の絶対値が、第２の方向Ｙを軸とした入射する光ビーム１００に垂直な面１２Ｐに対する第３の回転角Ａ３の絶対値より大きくなるように配置されてもよい。これにより、透過型スクリーン１３上に表示される表示画像Ｍの第１の方向Ｘの湾曲ＣＸを小さく抑えることができる。また、第３の回転角Ａ３を上記第１実施形態のようにゼロｄｅｇにしてもよい。
【００３０】
また、透過型スクリーン１３の第２の回転角Ａ２の回転方向は、透過型スクリーン１３の法線１３Ｎが第２のミラー３０から離れる回転方向となるように設定されてもよい。これにより、ＨＵＤ装置１の外部から侵入した外光が透過型スクリーン１３の表面側で反射され、この反射光がアイボックスＥに向かうことに起因する虚像Ｖのコントラスト低下を抑制することができる。
【００３１】
本発明の虚像表示装置の第２実施形態を説明する。第２実施形態は、上述した第１実施形態の変形例であるので、第１実施形態と異なる部分のみを説明し、同様の部分については説明を省略する。また、第１実施形態と共通する構成要素は、第１実施形態の説明に使用された符号と同じ符号を用いる。
【００３２】
まず、図５に示される第２実施形態の虚像表示装置の光走査型表示装置１０は、スキャナ１２と透過型スクリーン１３との間の走査ビーム２００の光路上に、１つの反射部材１４を有する点で異なる。このように、スキャナ１２と透過型スクリーン１３との間の走査ビーム２００の光路上に奇数個の反射部材１４を設けた場合、第１実施形態で説明した光走査型表示装置１０におけるスキャナ１２と透過型スクリーン１３との回転方向の関係が逆となる。すなわち、第２実施形態では、入射する光ビーム１００に垂直な面１２Ｐに対して傾斜させたスキャナ１２の第１の回転角Ａ１と、入射する走査ビーム２００に垂直な面１３Ｐに対して傾斜させた透過型スクリーン１３の第２の回転角Ａ２と、が同符号（図５では双方ともＣＣＷ方向）となる。ちなみに、スキャナ１２と透過型スクリーン１３との間の走査ビーム２００の光路上に偶数個の反射部材１４を配置した場合、第１実施形態と同様に、入射する光ビーム１００に垂直な面１２Ｐに対して傾斜させたスキャナ１２の第１の回転角Ａ１と、入射する走査ビーム２００に垂直な面１３Ｐに対して傾斜させた透過型スクリーン１３の第２の回転角Ａ２と、が逆符号となる。
【００３３】
反射部材１４は、自由曲面形状を有し、該曲面形状によりスキャナ１２からの走査ビーム２００の光路を調整する。具体的には、反射部材１４は、図４に示した第２の方向Ｙの湾曲ＣＹの大きさを調整する湾曲調整手段として機能してもよい。反射部材１４は、例えば、図４に示した透過型スクリーン１３の傾斜により生じる比較的小さい第２の方向Ｙの湾曲である湾曲ＣＹ４が大きくなるように、走査ビーム２００の光路を調整して透過型スクリーン１３に向けて反射する。なお、反射部材１４は、透過型スクリーン１３の傾斜により生じる最も小さい第２の方向Ｙの湾曲である湾曲ＣＹ４を、第２の方向Ｙで最も大きい湾曲になるように、走査ビーム２００の光路を調整して透過型スクリーン１３に向けて反射してもよい。なお、反射部材１４は、透過型スクリーン１３上の第２の方向Ｙにおける全領域の湾曲ＣＹが大きくなるように調整してもよく、また、一部の領域の湾曲ＣＹのみ大きくなるように調整してもよい。
【００３４】
なお、本発明において、透過型スクリーン１３の傾斜により生じる表示画像Ｍの第２の方向Ｙの湾曲ＣＹの大きさが他の領域よりも小さい表示画像Ｍの第２の方向Ｙの湾曲ＣＹを大きくなるように調整する湾曲調整手段は、スキャナ１２と透過型スクリーン１３との間の走査ビーム２００の光路上に配置され、走査ビーム２００の光路を補正する単数または複数の屈折光学系または／及び反射光学系で構成されていてもよい。また、前記湾曲調整手段は、画像データをワーピング処理可能な制御部５０で構成されてもよい。
【００３５】
また、第２実施形態の虚像表示装置の光走査型表示装置１０は、スキャナ１２と透過型スクリーン１３との間の走査ビーム２００の光路上の透過型スクリーン１３の近傍に、フィールドレンズ１５を配置してもよい。
【００３６】
フィールドレンズ１５は、正の屈折力（光学的パワー）を有し、図示しない主面が透過型スクリーン１３に非平行になるように配置され、走査ビーム２００の透過型スクリーン１３への入射角を調整する。フィールドレンズ１５の表面形状は、例えばフィールドレンズ１５の中心軸に対して軸対称である自由曲面である。なお、フィールドレンズ１５の表面形状は、非球面であってもよく、走査ビーム２００の光軸２００Ａに対し軸外しやチルトしていてもよい。
【００３７】
また、第２実施形態の虚像表示装置の光走査型表示装置１０は、スキャナ１２と透過型スクリーン１３との間の走査ビーム２００の光路上のスキャナ１２の近傍に、ウィンドウ１６を配置してもよい。
【００３８】
ウィンドウ１６は、負の屈折力（光学的パワー）を有する形状である。ウィンドウ１６の表面形状は、球面、非球面、自由曲面または中心軸が走査ビーム２００の光軸２００Ａから外れた軸対称形状であってもよい。
【００３９】
以上のように、本出願において開示する技術の例示として実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施形態にも適用することができる。また、本出願で開示する各構成要素を組み合わせて、新たな実施例とすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、車両に搭載するヘッドアップディスプレイ装置などの虚像を視認させる表示装置として適用可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１…ＨＵＤ装置（虚像表示装置）、２…ウインドシールド（表示部材）、１０…光走査型表示装置、１１…光源部、１１ａ…折り返しミラー、１２…スキャナ、１２Ｐ…面、１３…透過型スクリーン、１３Ｎ…法線、１３Ｐ…面、１４…反射部材（湾曲調整手段）、１５…フィールドレンズ、１６…ウィンドウ、２０…第１のミラー（リレー光学系）、３０…第２のミラー（リレー光学系）５０…制御部（湾曲調整手段）、１００…光ビーム（合成光ビーム）、１００Ａ…光軸、２００…走査ビーム、２００Ａ…光軸、２００Ｘ…主走査光軸、２００Ｙ…副走査光軸、Ａ１…第１の回転角、Ａ２…第２の回転角、Ａ３…第３の回転角、ＣＸ…湾曲、ＣＹ…湾曲、Ｄｘ…主走査方向、Ｄｙ…副走査方向、Ｅ…アイボックス、Ｌ…表示光、Ｍ…表示画像、ＭＡ…表示可能範囲、Ｖ…虚像
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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