CN111868607B - 图像显示设备、图像投影设备和移动体 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于在屏幕上显示图像的图像显示设备。图像显示设备包括，被配置为对屏幕进行光学扫描的图像形成元件，以及布置在屏幕和图像形成元件之间、并且被配置为用于反射光的光学构件，其中，光学构件被布置为使得沿着相对于光学构件上的每个反射点的法线将反射光引导偏离屏幕。

Description

图像显示设备、图像投影设备和移动体

技术领域

本文讨论的公开涉及图像显示设备、图像投影设备和移动体。

背景技术

众所周知，图像显示设备是在屏幕上显示图像。例如，显示在图像显示设备上的这样的图像可以用作平视显示(HUD)设备的中间图像。

专利文献1公开了这样一种图像显示设备，所述图像显示设备适用于安装在车辆(移动体)上的平视显示(HUD)设备(图像投影设备)。通过使用光学扫描仪来光学扫描由排列成阵列的微镜构成的屏幕，图像显示设备在屏幕上形成中间图像。形成的中间图像被具有反射面的放大器放大并投影。在所述图像显示设备中，限定了屏幕和放大器之间的光学位置关系，使外部光被屏幕反射后，将不会返回到放大器的反射面，其中外部光已经入射在放大器的反射面上并且朝向屏幕传播。根据该图像显示设备，能够防止由屏幕反射的外部光重叠在图像上而使图像的可视性变差。

引文列表

专利文献

[专利文献1]日本未审查专利申请公开号NO.2015-007717

发明内容

技术问题

然而，在现有技术的图像显示设备中，进一步朝着光源进入屏幕的外部光可以被由光反射构件或透光构件制成的、被布置在光源附件的光学构件的光出射面反射。在这种情况下，经反射的外部光通过与形成图像的光相同的光路进入屏幕，并且入射的外部光叠加在屏幕上的图像上；这导致图像的可视性变差。

问题的解决方案

根据实施例的一方面，一种用于在屏幕上显示图像的图像显示设备包括：

被配置为对屏幕进行光学扫描的图像形成元件；以及

光学构件，其被布置在屏幕和图像形成元件之间，并且被配置为反射光，其中，光学构件被布置成使得沿着相对于光学构件上的每个反射点的法线将反射光引导偏离屏幕。

根据本发明的实施例，可以防止由被光学构件的光出射面反射的反射的外部光引起的图像的可视性劣化，其中反射的外部光是由于外部光朝着光源进入屏幕产生的。

附图说明

[图1]图1是根据实施例的图像显示设备的示例的示意图；

[图2]图2是图像显示设备的示例的硬件配置图；

[图3]图3是图像显示设备的控制设备的示例的功能框图；

[图4]图4是与图像显示设备有关的处理的示例的流程图；

[图5]图5是从+Z方向观察的图像显示设备的光偏转器的示例的平面图；

[图6]图6是沿线P-P'截取的图5所示的光偏转器的横截面图；

[图7]图7是沿线Q-Q'截取的图5所示的光偏转器的横截面图；

[图8A]图8A是光偏转器的第二驱动单元的变形的示意图；

[图8B]图8B是光偏转器的第二驱动单元的变形的示意图；

[图8C]图8C是光偏转器的第二驱动单元的变形的示意图；

[图9A]图9A是施加到光偏转器的压电驱动单元组A的驱动电压A的波形的示例的图；

[图9B]图9B是施加到光偏转器的压电驱动单元组B的驱动电压B的波形的示例的图；

[图9C]图9C是将图9A的驱动电压的波形和图9B的驱动电压的波形叠加的示例的图；

[图10]图10是图像显示设备的光学扫描的图；

[图11]图11是搭载有应用了所述图像显示设备的平视显示设备的汽车的示例的示意图；

[图12]图12是平视显示设备的示例的示意图；

[图13]图13是投影光的可视性因外部光而劣化的情形的图；

[图14]图14是在将图13中的平面镜替换为曲面镜的情况下，外部光使投影图像的可视性劣化的情形的图；

[图15]图15是根据实施例的平面镜的布置的图；

[图16]图16是在将图15所示的平面镜替换为曲面镜的情况下的布置的图；

[图17]图17是第一变型例中的IR截止滤光器的布置的图；

[图18]图18是第二变型例中的第一平面镜和第二平面镜的布置的图；以及

[图19]图19是在将图18所示的第一平面镜替换为透镜的情况下的布置的图。

具体实施方式

以下描述本发明的实施例。首先，将参考附图，描述根据实施例的图像显示设备。

图1是根据实施例的图像显示设备的示例的示意图；如图1所示，图像显示设备10根据控制设备11的控制，使从光源设备12射出的光通过光偏转器13的反射面14发生偏转，并对屏幕构件15进行光学扫描以形成中间图像。注意，光偏转器13用作光学扫描构件。光偏转器13被配置为光学扫描被称为可扫描区域16的光学可扫描区域，并且该可扫描区域包括有效扫描区域17。在本实施例中，“屏幕”在屏幕构件15的入射面上至少包括有效扫描区域17。

图像显示设备10包括控制设备11、光源设备12、光偏转器13、第一光接收器18和第二光接收器19。

控制设备11是电子电路单元，其包括例如CPU(中央处理单元)和FPGA(现场可编程门阵列)。光源设备12被配置为例如发射激光。光偏转器13是例如包括反射面14并且被配置为移动反射面14的MEMS(微机电系统)设备。屏幕构件15是例如光漫射构件，并且具体地是由二维布置的微透镜构成的微透镜阵列。注意，屏幕构件15可以是例如光漫射板之类的另一构件；然而，屏幕构件15不一定是光漫射构件。第一光接收器18和第二光接收器19是例如接收光并输出光接收信号的PD(光电二极管)。

控制设备11基于从外部设备等获取的光学扫描信息(即图像信息)，生成用于控制光源设备12和光偏转器13的控制信号，并基于所产生的控制信号，将驱动信号输出至光源设备12和光偏转器13。基于从光源设备12输出的信号、从光偏转器13输出的信号、从第一光接收器18输出的第一光接收信号、以及从第二光接收器19输出的第二光接收信号，控制设备11同步光源设备12和光偏转器13，或者生成用于控制光源设备12和光偏转器13的控制信号。

光源设备12基于从控制设备11输入的驱动信号，从光源发射光。

光偏转器13基于从控制设备11输入的驱动信号使反射面14在单轴方向(一维方向)和双轴方向(二维方向)中的至少一个方向上移动，并且偏转从光源设备12发出的光。注意，驱动信号具有预定的驱动频率。光偏转器13具有预定的固有频率(也称为共振频率)。

利用该配置，基于基于光学扫描信息(图像信息)的控制设备11的控制，控制设备11能够使光偏转器13的反射面14在预定范围内在两个轴向上往复运动，以将从光源设备12入射的光偏转并光学扫描到反射面14上，从而在屏幕构件15上形成(投影)期望的中间图像。

稍后将描述光偏转器13的细节和控制设备11对光偏转器13的控制的细节。

接下来，参考图2，将以图像显示设备的硬件配置作为示例来描述。图2是图像显示设备的示例的硬件配置图。如图2所示，图像显示设备10包括彼此之间电连接的控制设备11、光源设备12、光偏转器13、第一光接收器18和第二光接收器19。其中，下面将描述控制设备11的细节。

控制设备11包括CPU 20、RAM(随机存取存储器)21、ROM(只读存储器)22、FPGA 23、外部I/F 24、光源设备驱动器25和光偏转器驱动器26。

CPU 20是算术和逻辑设备，被配置为从诸如ROM 22的存储设备将程序和数据读取到RAM 21上，并且执行处理以实施控制设备11的整体控制和功能。RAM 21是被配置为临时保留程序和数据的易失性存储设备。

ROM 22是非易失性存储设备，被配置为在电源关闭时保留程序和数据，并且存储将由CPU 20执行以控制图像显示设备10的各个功能的处理程序和数据。

FPGA 23是被配置为根据CPU 20的处理而输出适合于光源设备驱动器25和光偏转器驱动器26的控制信号的回路。FPGA 23还通过光源设备驱动器25和光偏转器驱动器26获取光源设备12和光偏转器13的输出信号，还从第一光接收器18和第二光接收器19获取光接收信号，并基于输出信号和光接收信号生成控制信号。

外部I/F 24是例如与外部设备、网络等的接口。外部设备包括，例如，PC(个人计算机)之类的主机设备、USB存储器(USB memory)、SD卡、CD、DVD、HDD和SSD之类的存储设备。所述网络是例如CAN(控制器局域网)、汽车的LAN(局域网)、车辆间通信、互联网等。外部I/F24可以被配置为与外部设备有连接或通信，并且外部I/F 24可以提供给每个外部设备。

光源设备驱动器25是被配置为根据输入控制信号向光源设备12输出诸如驱动电压的驱动信号的电路。

光偏转器驱动器26是被配置为根据输入的控制信号向光偏转器13输出诸如驱动电压的驱动信号的电路。

在控制设备11中，CPU 20通过外部I/F 24从外部设备或网络获取光学扫描信息。注意，控制设备11可以具有任何配置，使得CPU 20可以获取光学扫描信息。控制设备11可以被配置为将光学扫描信息存储在控制设备11内的ROM 22或FPGA 23中。控制设备11可以被配置为在控制设备11内包括新提供的存储设备，例如SSD，以将光学扫描信息存储在新提供的存储设备中。

注意，光学扫描信息包括指示光源设备12和光偏转器13对屏幕构件15进行光学扫描的方法的信息。更具体地，光学扫描信息是用于通过光学扫描显示中间图像的图像数据。

接下来，参考图3，将描述图像显示设备10的控制设备的功能配置的示例。图3是图像显示设备的控制设备10的示例的功能框图。根据本实施例的控制设备11被配置为通过来自CPU20的指令和图2所示的硬件组件来提供以下描述的功能组件。

如图3所示，控制设备11具有作为功能的控制器30和驱动信号输出单元31。控制器30是例如由CPU 20、FPGA 23等实现的控制单元。控制器30被配置为从各个设备获取光学扫描信息或信号，基于获取的信息和信号生成控制信号，并将所生成的控制信号输出至驱动信号输出单元31。

例如，控制器30从外部设备等获取图像数据作为光学扫描信息，根据预定处理从图像数据生成控制信号，并将该控制信号输出至驱动信号输出单元31。控制器30还通过驱动信号输出单元31获取光源设备12和光偏转器13的各个输出信号，并且基于获取的光源设备12和光偏转器13的输出信号来生成控制信号。而且，控制器30获取第一光接收器18和第二光接收器19的各个光接收信号，并且基于各个光接收信号来生成控制信号。

驱动信号输出单元31由光源设备驱动器25、光偏转器驱动器26等实现。驱动信号输出单元31被配置为基于输入的控制信号将驱动信号输出到光源设备12或光偏转器13。驱动信号输出单元31用作例如将驱动电压施加到光源设备12或光偏转器13的施加单元。可以为每个对象提供驱动信号输出单元31以输出驱动信号。

驱动信号是用于控制光源设备12或光偏转器13的驱动的信号。例如，在光源设备12中，驱动信号是用于控制光源的发光定时和强度的驱动电压。而且，例如，在光偏转器13中，驱动信号是用于控制移动光偏转器13的反射面14的定时和可移动范围的驱动电压。

接下来，参考图4，将描述通过图像显示设备10对屏幕构件15进行光学扫描的处理。图4是与图像显示设备有关的处理的示例的流程图。在步骤S11中，控制器30从外部设备等获取光学扫描信息。控制器30还通过驱动信号输出单元31获取光源设备12和光偏转器13的各个输出信号，并且还获取第一光接收器18和第二光接收器19的各个接收信号。

在步骤S12中，控制器30根据获取的光学扫描信息、各个输出信号和各个接收信号来生成控制信号，并将所生成的控制信号输出至驱动信号输出单元31。在该步骤中，控制器30可能在启动时无法获取各输出信号和接收信号，在这种情况下，控制器30可以在启动时在另一步骤中执行预定操作。

在步骤S13中，驱动信号输出单元31基于接收到的控制信号将驱动信号输出至光源设备12和光偏转器13。

在步骤S14中，光源设备12基于接收到的驱动信号发光。而且，光偏转器13基于接收到的驱动信号来移动反射面14。通过驱动光源设备12和光偏转器13，发射的光在期望的方向上被偏转并被光学扫描。

在本实施方式的图像显示设备10中，一个控制设备11具有控制光源设备12的功能和控制光偏转器13的功能；但是，也可以对光源设备和光偏转器分别单独设置控制设备。

在本实施方式的图像显示设备10中，一个控制设备11具有光源设备12和光偏转器13的控制器30的功能，以及具有驱动信号输出单元31的功能；但是，也可以单独提供这些功能。例如，可以将具有驱动信号输出单元31的驱动信号输出设备与具有控制器30的控制设备11分开设置。

接下来，将参考图5-图7详细描述光偏转器。图5是能够使光在两个轴向上偏转的二轴光偏转器的平面图。图6是图5的沿着线P-P'截取的横截面图。图7是图5的沿着线Q-Q'截取的横截面图。

如图5所示，光偏转器13包括镜单元101，该镜单元101被配置为反射入射光；第一驱动单元110a和110b连接到镜单元101，并被配置为绕平行于Y轴的第一轴驱动镜单元101；第一支撑单元120，被配置为支撑镜单元101以及第一驱动单元110a和110b；第二驱动单元130a和130b连接到第一支撑单元，并被配置为绕平行于X轴的第二轴驱动镜单元101和第一支撑单元120；第二支撑单元140，用于支撑第二驱动单元130a和130b；电极连接单元150电连接到第一驱动单元110a和110b、第二驱动单元130a和130b以及控制设备11。

光偏转器13是例如通过在一个SOI(Silicon On Insulator绝缘体上硅)基板上形成反射面14、第一压电驱动单元112a和112b、第二压电驱动单元131a-131f和132a-132f、以及电极连接单元150等，然后又在所获得的基板上进行蚀刻处理等而成形的，从而一体形成各个组件。注意，可以在SOI基板形成之后或期间形成上述组件。

通过在由单晶硅(Si)制成的第一硅层上布置氧化硅层162，并且在氧化硅层162上进一步布置由单晶硅制成的第二硅层来形成SOI基板。在下文中，第一硅层被称为硅支撑层161，第二硅层被称为硅活性层163。注意，在烧结之后使用SOI基板以便在硅活性层163的表面上形成氧化硅层164。

由于硅活性层163在Z轴方向上的厚度相对于X轴方向或Y轴方向较小，所以硅活性层163或由硅活性层163和氧化硅层组成的构件164具有弹性功能。在本实施方式中，设置氧化硅层164以防止硅活性层163和下部电极201之间的电接触；然而，氧化硅层164可以由具有绝缘特性的另一材料代替。

SOI基板不一定必须具有平面形状，而是可以具有曲率等。而且，光偏转器13可以不一定由SOI基板形成；光偏转器13可以由可以通过蚀刻等一体形成并且部分具有弹性的任何构件形成。

镜单元101包括例如圆形镜单元基体102和形成在镜单元基体102的+Z方向表面上的反射面14。镜单元基体102包括例如硅活性层163和氧化硅层164。

反射面14由含有例如铝、金、银等的金属薄膜制成。在镜单元101中，用于加强镜单元的肋可以在镜单元基部102的-Z方向的表面上形成。

肋可以包括例如硅支撑层161和氧化硅层162，并且被配置为减少由移动引起的反射面14的变形。

第一驱动单元110a和110b包括两个扭杆111a和111b，两个扭杆的一端连接至镜单元基体102，并且沿第一轴方向延伸，并且可移动地支撑镜单元101；第一压电驱动单元112a和112b的一端连接到扭杆111a和111b，另一端连接到第一支撑单元120的内周。

如图6所示，扭杆111a和111b各自包括硅活性层163和氧化硅层164。第一压电驱动单元112a和112b通过在弹性单元的+Z方向的表面上顺序形成下部电极201、压电单元202和上部电极203而构成，该弹性单元是硅活性层163和氧化硅层164的组合。

上部电极203和下部电极201由例如金(Au)或铂(Pt)制成。压电单元202由例如作为压电材料的PZT(锆钛酸铅)制成。

重新参考图5，第一支撑单元120包括例如硅支撑层161、氧化硅层162、硅活性层163和氧化硅层164。第一支撑单元120是形成为围绕镜单元101的矩形支撑体。

第二驱动单元130a和130b包括例如以手风琴式折叠的方式连接的多个第二压电驱动单元131a-131f和132a-132f。第二驱动单元130a和130b的一端连接到第一支撑单元120的外周，并且第二驱动单元130a和130b的另一端连接到第二支撑单元140的内周。这种手风琴式折叠的蛇形结构称为曲折结构。而且，包括一个梁和具有驱动力的构件的诸如第二压电驱动单元之类的结构也被称为驱动悬臂。

这样，第二驱动单元130a与第一支撑单元120之间的连接部分以及第二驱动单元130b与第一支撑单元120之间的连接部分相对于反射面14的中心点对称。同样，第二驱动单元130a和第二支撑单元140之间的连接部分以及第二驱动单元130b和第二支撑单元140之间的连接部分相对于反射面14的中心点对称。

如图7所示，第二驱动单元130a和130b通过在弹性单元的+Z方向的表面上顺序形成下部电极201、压电单元202和上部电极203而构成，该弹性单元是硅活性层163和氧化硅层164的组合。上部电极203和下部电极201由例如金(Au)或铂(Pt)制成。压电单元202由例如作为压电材料的PZT(锆钛酸铅)制成。

重新参考图5，第二支撑单元140包括例如硅支撑层161、氧化硅层162、硅活性层163和氧化硅层164。第二支撑单元140是矩形支撑体，其形成为围绕镜单元101、第一驱动单元110a和110b、第一支撑单元120以及第二驱动单元130a和130b。

电极连接单元150是例如在第二支撑单元140的+Z方向的表面上形成的，并且通过铝(Al)等的电极配线电连接至第一压电驱动单元112a和112b的上部电极203和下部电极201、至第二压电驱动单元131a-131f的上部电极203和下部电极201以及控制设备11。

在本实施例中，给出了如下示例：压电单元202仅在作为硅活性层163和氧化硅层164的组合的弹性单元的一个表面(+Z方向上的表面)上形成；然而，压电单元202可以设置在弹性单元的另一个表面(例如，-Z方向上的表面)上，或者可以设置在弹性单元的两个表面上。

而且，光偏转器13的构件可以具有能够围绕第一轴或围绕第二轴线驱动镜单元101的任何形状。例如，扭杆111a和111b或第一压电驱动单元112a和112b可以有具有曲率的形状。

而且，可以在第一驱动单元110a和110b的上部电极203的+Z方向上的表面、第一支撑单元120的+Z方向上的表面、第二驱动单元130a和130b的上部电极203的+Z方向上的表面、以及第二支撑单元140的+Z方向上的表面中的至少一个上形成由氧化硅膜制成的绝缘层。这样，在绝缘层上设置电极配线，并且在上部电极203或下部电极201与电极配线连接的连接点上，部分地去除绝缘层而形成开口或不形成绝缘层。通过这样的配置，可以增加第一驱动单元110a和110b、第二驱动单元130a和130b以及电极配线的设计灵活性；并且还可以防止由于电极之间的接触而引起的短路。注意，绝缘层可以是具有绝缘特性的构件，或者可以通过薄膜化等方式来使绝缘层具有作为防反射材料的功能。

接下来，将详细描述驱动光偏转器的第一驱动单元和第二驱动单元的控制设备的控制。当在极化方向上向第一驱动单元110a和110b的压电单元202以及第二驱动单元130a和130b的压电单元202施加正或负电压时，与施加电压的电势成比例地发生变形(例如，膨胀和收缩)，并且压电单元202发挥出所谓的逆压电效应。第一驱动单元110a和110b以及第二驱动单元130a和130b利用上述逆压电效应来移动镜单元101。将入射到镜单元101的反射面14上的光束偏转的角度称为偏转角。偏转角指示光偏转器13的偏转程度。当没有电压施加到压电单元202时的偏转角被设置为零。大于零的偏转角定义为正偏转角，小于零的偏转角定义为负偏转角。

首先，对用于驱动第一驱动单元110a和110b的控制设备11的控制进行说明。在第一驱动单元110a和110b中，当通过上部电极203和下电部极201向第一压电驱动单元112a和112b的压电单元202并联施加驱动电压时，各个压电单元202将变形。由于压电单元202的变形，第一压电驱动单元112a和112b以扭曲的方式变形。

因此，围绕第一轴的驱动力通过两个扭杆111a和111b的扭转作用在镜单元101上，而镜单元101绕第一轴移动。施加到第一驱动单元110a和110b的驱动电压由控制设备11控制。

当控制设备11同时向第一驱动单元110a和110b的第一压电驱动单元112a和112b施加预定波形的驱动电压时，镜单元101将在预定正弦波形的驱动电压的周期内绕第一轴移动。而且，当将预定波形电压的频率设置为大约与扭杆111a和111b的谐振频率相同的大约20kHz时，通过利用由于扭杆111a和111b的扭转引起的共振，使镜单元101以大约20kHz共振和振荡。

接下来，参考图8A-8C，对用于驱动第二驱动单元的控制设备的控制进行说明。图8A-8C是光偏转器13的第二驱单元130a和130b的驱动的示意图。在图8A-8C中，用阴影表示的区域是镜单元101等。

在第二驱动单元130a的多个第二压电驱动单元131a-131f中，第二压电驱动单元131b、131d和131f被定义为压电驱动单元组A(也称为第一致动器)。第二压电驱动单元131b、131d和131f是从与镜单元101最接近的第二压电驱动单元131a数起的偶数号的第二压电驱动单元。

类似地，在第二驱动单元130b的多个第二压电驱动单元132a-132f中，第二压电驱动单元132b、132c和132e也被定义为压电驱动单元组A。第二压电驱动单元132b、132c、和132e是从与镜单元101最接近的第二压电驱动单元132a数起的奇数号的第二压电驱动单元。在并联施加驱动电压时，压电驱动单元组A在与图8A所示相同的方向上以扭曲的方式变形，镜单元101绕第二轴移动以具有正偏转角。

而且，在第二驱动单元130a的多个第二压电驱动单元131a-131f中，第二压电驱动单元131a、131c和131e被定义为压电驱动单元组B(也称为第二致动器)。第二压电驱动单元131a、131c和131e是从与镜单元101最接近的第二压电驱动单元131a数起的奇数号的第二压电驱动单元。

类似地，在第二驱动单元130b的多个第二压电驱动单元132a-132f中，第二压电驱动单元132b、132d和132f也被定义为压电驱动单元组B。第二压电驱动单元132b、132d、和132f是从与镜单元101最接近的第二压电驱动单元132a数起的偶数号的第二压电驱动单元。在并联施加驱动电压时，压电驱动单元组B在与图8C所示相同的方向上以扭曲的方式变形，镜单元101绕第二轴移动以具有正偏转角。

如图8B所示，当不施加电压时，或者当从压电驱动单元组A施加的电压引起的镜单元101的可移动量和从压电驱动单元B施加的电压引起的镜单元101的可移动量基本相同时，偏转角变为零。

如图8A和8C所示，在第二驱动单元130a和130b中，镜单元的可移动量可以通过使压电驱动单元组A的压电单元202或压电驱动单元组B的压电单元202以扭曲的方式变形来累积，从而增加镜单元101绕第二轴的偏转角。而且，可以通过向第二压电驱动单元施加驱动电压以连续地重复图8A-图8C所示的运动来绕着第二轴驱动镜单元101。

施加到第二驱动单元130a和130b的驱动信号(驱动电压)由控制设备11控制。下面参考图9A-9C介绍施加到压电驱动单元组A的驱动电压(以下称为“驱动电压A”)和施加到压电驱动单元组B的驱动电压(以下称为“驱动电压B”)。另外，被配置为施加驱动电压A(第一驱动电压)的施加单元被称为第一施加单元，且被配置为施加驱动电压B(第二驱动电压)的施加单元被称为第二施加单元。

图9A是施加到光偏转器13电驱动单元组A的驱动电压A的波形的示例的图。图9B是施加到光偏转器的13驱动单元组B的驱动电压B的波形的示例的图。图9C是驱动电压A的波形被叠加在驱动电压B的波形上的示例的图。

如图9A所示，施加到压电驱动单元组A的驱动电压A的波形是锯齿波形，其频率是例如60Hz。而且，其中TrA表示电压值从其局部最小值增加到其下一个局部最大值的上升时间的时间宽度，而TfA表示电压值从其局部最大值减小到其下一个局部最小值的下降时间的时间宽度，例如，关于驱动电压A的波形，预先设定为TrA：TfA＝8.5：1.5。在这种情况下，TrA与一个周期的比值被称为驱动电压A的对称性。

如图9B所示，施加到压电驱动单元组B的驱动电压B的波形是锯齿波形，其频率是例如60Hz。另外，其中TrB表示电压值从其局部最小值增加到其下一个局部最大值的上升时间的时间宽度，而TfB表示电压值从其局部最大值减小到其下一个局部最小值的下降时间的时间宽度，例如，预先设置驱动电压B的波形，使得TrB：TfB＝8.5：1.5。在这种情况下，TrB与一个周期的比值被称为驱动电压B的对称性。

如图9C所示，例如，将驱动电压A的波形周期TA和驱动电压B的波形周期TB设置为相同。在这种情况下，驱动电压A和驱动电压B之间存在相位差d。

注意，驱动电压A和驱动电压B的锯齿波形通过例如正弦波的叠加产生。驱动电压A和驱动电压B的频率(驱动频率fs)最好是光偏转器13的最低固有频率f(1)的半整数倍。例如，最好将fs设置为f(1)的1/5.5倍、1/6.5倍、1/7.5倍。将驱动频率fs设置为最低固有频率f(1)的半整数倍将减少由驱动频率的谐波分量引起的振动。这种对光学扫描产生不利影响的振动被称为多余振动。

在本实施例中，驱动电压A和B采用具有锯齿波形的驱动电压；然而，所使用的驱动电压可以具有任何波形，波形可以根据光偏转器的器件特性来改变；这种驱动电压的示例包括具有带圆角波形顶点的锯齿波形的驱动电压，直线波形部分整形为曲线的锯齿波形的驱动电压等。在这种情况下，对称性是上升时间与一个周期的比值或下降时间与一个周期的比值。是将上升时间用作参考还是将下降时间用作参考，可以根据需要确定。

参考图10，对由图像显示设备10执行的光学扫描方法进行说明。图10是图像显示设备中的光学扫描的图。图像显示设备10通过光偏转器13使来自光源设备12的光在两个方向上偏转，并且如图10所示，对屏幕构件15上包括有效扫描区域17的可扫描区域16进行光学扫描。如上所述，在两个方向中的一个方向(以下称为“X轴方向”)上，正弦波驱动信号用高速共振驱动对光偏转器的反射面进行光学扫描。在另一方向(以下称为“Y轴方向”)上，锯齿波驱动信号用低速共振(非共振)驱动对光偏转器的反射面进行光学扫描。这种以之字形方式进行双向光学扫描的驱动方法也被称为光栅扫描法。

在上述驱动方法中，优选地，可以在Y轴方向上以恒定速度对有效扫描区域17进行光学扫描。这是因为，如果在Y轴方向上没有恒定的扫描速度，则在通过光学扫描来投影图像时，会出现投影图像的亮度不均、波动等，从而导致投影图像的劣化。对于绕光偏转器13的反射面14的第二轴的移动速度，要求在Y轴方向上的这种扫描速度恒定。即，要求在有效扫描区域17内，偏转角随时间的变化绕反射面14的第二轴恒定。

接下来，参考图11和图12，将对本实施例的图像显示设备10进行说明，并且将详细说明应用了该图像显示设备10的图像投影设备。图11是根据实施例的汽车400的示意图。汽车400是作为车辆的移动体，其包括作为图像投影设备的示例的平视显示设备500。图12是平视显示设备500的示例的示意图。

如图11所示，平视显示设备500例如安装在汽车400的挡风玻璃(挡风玻璃401等)附近。从平视显示设备500发射的投影光(图像光)L被挡风玻璃401反射，并向作为使用者的观察者(驾驶员402)传播。因此，驾驶员402能够以虚像观察到由平视显示设备500投影的图像。注意，可以在挡风玻璃401的内壁表面上安装组合器，并且驾驶员(用户)可以通过由组合器反射的图像光观察到虚像。

如图12所示，在平视显示设备500中，从红色、绿色和蓝色激光光源501R、501G和501B发射激光。所发射的激光穿过入射光学系统，并被具有反射面14的光偏转器13偏转。入射光学系统包括为各个激光光源设置的准直透镜502、503和504、两个二向色镜505和506以及光调节单元507。然后，偏转的激光通过平面镜509聚焦在屏幕构件15的屏幕上以形成中间图像。形成中间图像的激光通过屏幕构件15，并被由投影镜511构成的投影光学系统投影。屏幕构件15设置有被配置为接收光接收信号的第一光接收器18和第二光接收器19，并且图像显示设备10由各个光接收信号来调节。

在平视显示设备500中，通过光学壳体将激光光源501R、501G和501B、准直透镜502、503和504以及二向色镜505和506组合为光源单元530。

根据本实施例的图像显示设备10包括光源单元530、光偏转器13、控制设备11、平面镜509和屏幕构件15。

平视显示设备500将显示在屏幕构件15上的中间图像投影到汽车400的挡风玻璃401上，以使得驾驶员402视觉上将该中间图像感知为虚像。

从激光光源501R、501G和501B发出的彩色激光束分别由准直透镜502、503和504形成基本准直的光束，所述准直透镜由两个二向色镜505和506合成。通过光调节单元507调节合成激光的量，并且通过具有反射面14的光偏转器13对合成激光进行二维扫描。由光偏转器13进行二维扫描的投影光(图像光)L被平面镜509反射，然后会聚在屏幕构件15上以形成中间图像。

屏幕构件15由具有二维排列的微透镜的微透镜阵列构成，并且配置为以微透镜为单位使入射到屏幕构件15上的投影光L发散和扩大(放大)。

光偏转器13使反射面14在两个轴向上往复运动，以便二维扫描入射在反射面14上的投影光L。光偏转器13的驱动控制是与激光源501R、501G和501B的发光定时同步地被执行的。

如上所述，平视显示设备500是作为图像投影设备的示例而被示出的。然而，图像投影设备可以是任何通过利用具有反射面14的光偏转器13执行光学扫描来投影图像的设备。本实施例的图像投影设备可以类似地应用于将图像投影在显示屏上的投影仪，或者可以应用于安装在佩戴于观察者头部等上的安装件上、并且图像投影设备将图像投影到安装件的反射或透射屏幕上、将图像投影到作为显示屏的眼球上的头戴显示设备。

而且，图像投影设备不仅可以用于车辆或安装件，还可以用于飞行器、船、移动机器人等其他移动体；或用于操作不会从一个地方移动的驱动对象(例如，机械手)的非移动体(例如，工作机器人)。

接下来，将对作为本发明的特征的屏幕构件15的布置进行说明。图13是投影光的可视性因外部光而劣化的情形的图。当具有反射光的功能的光学构件设置在沿着关于屏幕15a的法线朝激光源传播的光的光路Ln0的附近时，进入屏幕构件15的屏幕15a并朝激光源传播的外部光(来自外部的环境光)可以被光学构件的光出射面反射，并且反射光可以返回到屏幕15a。光路Ln0包括在其中光线被中间光学构件反射和折射的光路。屏幕15a在屏幕构件15的入射面上至少包括有效扫描区域17。例如，如图13所示，外部光Ln1被平面镜509的反射面(光出射面)509a反射。反射的外部光Ln2返回到屏幕15a并入射在屏幕15a上。入射在屏幕15a上的经反射的外部光Ln2以与投影图像的图像形成光相同的路径穿过屏幕构件15。因此，穿过屏幕构件15的反射光被叠加在被观察者(驾驶员402)视觉感知的投影图像上。结果，投影图像的可视性就可能劣化。

在布置在一组激光源501R、501G和501B与屏幕15a之间的光学构件中，存在具有基本平坦的光出射面的并且相对于沿着屏幕15a的法线朝着激光源传播的光Ln1的光路方向倾斜的光学构建。例如，在本实施例中，平面镜509具有基本平坦的反射面(光出射面)509a，并且相对于沿着屏幕15a的法线朝着激光源传播的光Ln1的光路方向倾斜。

在如上所述布置的光学构件中(以下，作为平面镜509的示例进行描述)，当来自屏幕15a的外部光Ln1被平面镜509的反射面(光出射面)509a反射时，反射的外部光Ln2在反射面509a上的反射位置的法线N的另一侧朝着镜面反射方向传播。即，当如上所述相对于屏幕15a布置平面镜509时，由平面镜509的反射面509a反射的外部光Ln2不会以与入射到平面镜509的反射面509a的外部光Ln1的传播路径相同的传播路径返回。因此，通过以这种方式配置平面镜509，即使从平面镜509的反射面509a反射，外部光Ln1的大部分光线也从屏幕15a朝向平面镜509的反射面509a传播，将被反射偏离屏幕15a，就不会引起投影图像的可视性的劣化。

但是，即使如上所述配置平面镜509，如图13所示，从屏幕15a朝平面镜509的反射面509a传播的外部光Ln1的一部分也被平面镜509的反射面509a反射并返回到屏幕15a。结果，作为外部光Ln3穿过屏幕15a的返回光将被叠加在投影图像上，从而使投影图像的可视性变差。因此，即使仅外部光Ln1的一部分被反射面509a反射，也希望防止这种反射光(镜面反射光)返回到屏幕15a。

图14是将图13所示的平面镜509替换为曲面镜509'时，投影图像的可视性由于外部光而劣化的情形的图。在图14中，将图13所示的平面镜509替换为曲面镜509'。在这种情形下，与平面镜509一样，返回的光也被叠加在投影图像上，从而使投影图像的可视性变差。即，如图14所示，从屏幕15a朝向曲面镜509'的反射面509a'传播的外部光Ln1的一部分被曲面镜509的反射面509a'反射返回到屏幕15a。结果，已经作为外部光Ln3穿过屏幕15a的该返回光将被叠加在投影图像上，从而使投影图像的可视性变差。

图15是根据实施例的平面镜509的布置的图。在该实施例中，设置平面镜509，使得沿着相对于光学构件上的每个反射点的法线的、包括靠向反射面509a的反射光被重新导向偏离屏幕15a。更具体地，平面镜509被布置成使得沿着端部509b的法线N靠向屏幕15a的反射光被引导偏离屏幕15a，其中端部509b是在平面镜509的倾斜方向上的反射面509a的一端；端部509b位于沿着屏幕15a的法线(图15中的水平方向)朝激光源传播的光的光路范围Ln0内；并且，在屏幕15a与位于光路范围Ln0内的其他反射面部分之间的光路中，屏幕15a与平面镜509的端部509b之间的光路的长度最短。即，平面镜509被布置成与沿着屏幕15a的法线(图15中的水平方向)朝图像的激光源传播的光的光路范围Ln0重叠。此外，平面镜509被布置为使得反射面509a相对于沿着屏幕15a的法线朝着激光源传播的光的光轴方向倾斜，从而减小反射面509a的一端509b(光出射面)与屏幕15a之间的光路长度，从而使得沿着反射面509a的最靠近屏幕15a的一端509b的法线N传播的光被引导离开屏幕15a。在本实施例中，一端是平面镜509的反射面509a的上端509b。因此，平面镜509被布置成引导沿着平面镜509的反射面509a的上端509b的法线N最接近屏幕15a的光离开屏幕15a。

平面镜509具有基本平坦的反射面509a(光出射面)，并且相对于沿着屏幕15a的法线(图15中的水平方向)朝向激光源传播的光的光路方向倾斜，当来自屏幕15a的外部光Ln1在平面镜509的反射面509a上的给定反射位置处反射时，反射的外部光Ln2向反射面509a上的反射位置的法线的另一侧的镜面反射方向传播。在这种情况下，随着在平面镜509的反射面509a上的反射位置和屏幕15a之间的光路长度减小，出射位置15b和返回位置15c之间的差ε减小，其中出射位置15b是从屏幕15a出射外部光Ln1的位置，返回位置15c是已经由平面镜509的反射面509a反射的外部光Ln1穿过与屏幕15a齐平的假想平面P0的位置。当在屏幕15a与位于光路范围Ln0内的其他光出射面部分之间的光路长度中，屏幕15a与位于光路范围Ln0内的平面镜509的反射面509a的端部509b之间的光路长度最短时，平面镜509被布置成使得由上端509b反射的反射的外部光Ln2不返回到屏幕15a。利用这种布置，即使来自屏幕15a的外部光Ln1被平面镜509的反射面509a反射，也将防止反射的外部光(镜面反射的外部光)返回屏幕15a。

在本实施例中，如图15所示，平面镜509被布置成使得沿着反射面509a的上端509b的法线N靠向屏幕15a传播的反射光被引导偏离屏幕15a，其中上端509b是在平面镜509的倾斜方向上的反射面509a的一端；上端509b位于沿着屏幕15a的法线(图15中的水平方向)朝向激光源传播的光的光路范围Ln0内；并且，在屏幕15a与位于光路范围Ln0内的其他反射面部分之间的光路中，屏幕15a与上端509b之间的光路长度最短。在这种情况下，从屏幕15a入射到平面镜509的反射面509a的上端509b上的外部光Ln1总是从屏幕(图15的上侧)通过并相对于法线N倾斜地入射，其中法线是上部509a的法线然后，因为这种入射的外部光Ln1在法线N的另一侧的镜面反射方向上被反射，反射光在与屏幕15a齐平的假想平面P0上穿过比法线N更远离屏幕15a的点(图15中的屏幕15a的下侧)。

因此，根据本实施例，即使来自屏幕15a的外部光Ln1被平面镜509的反射面509a反射，也能够防止反射的外部光(镜面反射的外部光)Ln2返回屏幕15a。因此，可以防止来自屏幕的外部光Ln1叠加在投影图像上从而使投影图像的可视性变差的情况。

而且，在本实施例中，中间图像是在垂直方向上具有短边而在水平方向上具有长边的大致矩形的图像。在这种情形下，屏幕15a与反射面509a上的与平面镜509的中间图像的短边垂直方向相对应的各个位置之间的光路长度不同。在本实施例中，如上所述，将平面镜509布置为使得平面镜509的反射面509a上的上端509b的法线N在沿着中间图像的短边方向通过屏幕15a外侧。在这种情形下，在屏幕15a与反射面509a上的与中间图像的短边垂直方向对应的各个位置之间的光路长度进一步增加。结果，中间图像的短边垂直方向上的焦点位置之间的差异变大，这就可能使中间图像的图像质量变差。

然而，在本实施例中，将平面镜509布置为使得法线N在沿着中间图像的短边方向通过屏幕15a外侧。因此，通过这种布置，与将平面镜509布置为使得法线N在沿着中间图像的长边方向通过屏幕15a外侧的布置方式相比，有可能将反射面509a和屏幕15a上的各个位置之间的光路长度的差异降到最小。因此，可以防止中间图像的图像质量变差。

可替代地，可以将平面镜509布置为使得法线N在沿着中间图像的长边方向通过屏幕15a外侧。这种布置具有增加布局灵活性的有益效果。

图16是在将图15所示的平面镜509替换为曲面镜509'的情况下的布置的图。在图16中，将图15所示的平面镜509替换成了曲面镜509'；但是，取得了与平面镜509相同的效果。即，如图16所示，当将曲面镜509'配置为使得，沿着相对于反射面509'a上每个反射点的法线N，包括靠向屏幕15a的反射光的反射光被引导偏离屏幕15a，从屏幕15a入射到曲面镜509'上的任何光线都不会直接返回屏幕15a。因此，可以取得与图15所示的平面镜509相同的效果。

如上所述，光学构件是作为光反射构件的镜的示例；然而，光学构件是作为光反射构件的反射镜的一例。然而，任何具有反射光的功能的光学构件，例如透镜、偏振片、滤光元件等都可能适用。而且是，无关形状(如平面或曲面等)地，任何光学构件都可能适用。

第一变型例

接下来，将对本实施例中屏幕构件15的布置的变型例(在下文中，该变型例称为“第一变型例”)进行说明。在上述实施例中，平面镜509是光学构件，是布置在激光源501R、501G和501B与屏幕15a之间的光路上的光反射构件。平面镜509具有基本平坦的光出射面509a，并且平面镜509被布置成使得从平面镜509的光出射面509a到屏幕15a的光路长度在光出射面509a上的各个位置处变化。在第一变型例中，将作为光透射构件的IR截止滤光器作为光学构件使用。

图17是第一变型例中的IR截止滤光器512的布置的图。在第一变形例中，在激光光源与屏幕15a之间配置有用于切断红外光的IR截止滤光器512。当包括红外光(例如，太阳光)的外部光(从外部进入的红外光)进入时，IR截止滤光器512截止(反射)红外光成分，以防止温度升高，其中，温度升高是由光学构件等(例如，光偏转器13)对红外光成分的吸收所致，所述光学构件等比IR截止滤光器512更靠近激光源。

与上述实施例的平面镜509一样，IR截止滤光器512也具有基本平坦的光出射面512a，并且被布置为相对于沿着屏幕15a的法线朝向激光源的光的光路方向倾斜。利用这种IR截止滤光器512，沿着屏幕15a的法线朝激光源传播的外部光的一部分也可以被IR截止滤光器512的光出射面512a反射并返回到屏幕15a。在这种情况下，返回的外部光可能穿过屏幕15a以叠加在投影图像上，从而使投影图像的可视性变差。

为了防止这种情况，在本变型例中，如图17所示，IR截止滤光器512被布置成使得沿着光出射面512a的上端512b的法线N，包括靠向屏幕15a的反射光的反射光被引导偏离屏幕15a，其中上端512b是在IR截止滤光器512的倾斜方向上的光出射面512a的端部之一(图17的上端和下端)；上端512b位于沿着屏幕15a的法线朝向激光源传播的光的光路范围Ln0内；并且，在屏幕15a与位于光路范围Ln0内的其他光出射面部分之间的光路中，屏幕15a与上端512b之间的光路长度最短。即，IR截止滤光器512被布置成与沿着屏幕15a的法线朝图像的激光源传播的光的光路范围Ln0重叠。而且，IR截止滤光器512被布置成使得光出射面512a相对于沿着屏幕15a的法线朝着激光源传播的光的光轴方向倾斜，从而减小光出射面512a(光出射面)的一端(上端512b)与屏幕15a之间的光路长度，并且，沿着光出射面512a上的上端512b的法线靠向屏幕15a的光被引导偏离屏幕15a。在这种情况下，入射在IR截止滤光器512的光出射面512a的上端512b上的外部光总是从屏幕15a传播出去，并且相对于上端512b的法线N倾斜地入射。然后，这种入射的外部光在法线N的另一侧的镜面反射方向上传播，入射的外部光因此穿过与屏幕15a齐平的假想平面P0上比法线N更远离屏幕15a的点(图17中的屏幕15a的右侧)。

因此，根据第一变型例，即使来自屏幕15a的外部光被IR截止滤光器512的光出射面512a反射，也能够防止反射的外部光(镜面反射的外部光)返回屏幕15a。因此，可以防止来自屏幕的外部光叠加在投影图像上而使投影图像的可视性变差的情况。

第二变型例

接下来，将对本实施例中屏幕构件15的布置的另一变型例(在下文中，该变型例称为“第二变型例”)进行说明。在上述实施例和第一变形例中，在光偏转器13与屏幕15a之间的光路上仅布置有一个光学构件；在该第二变形例中，在光偏转器13与屏幕15a之间的光路上布置有多个光学构件。

图18是作为第二变型例中的各个光学构件的第一平面镜509A和第二平面镜509B的布置的图。如上所述，将光学构件布置为使得，沿着相对于反射面上的每一个反射点的法线N，包括靠向屏幕15a的反射光的反射光被引导偏离屏幕15a，并且，即使存在两个光学构件，即作为第一光学构件的第一平面镜509A和作为第二平面镜509B的第二光学构件，配置也相同。

在第二变型例中，第一平面镜509A比第二平面镜509B更靠近屏幕15a(从第一平面镜509A到屏幕15a的光路长度比第二平面镜509B到屏幕15a的光路长度短)，并且，第二平面镜509B比平面镜509A更远离屏幕15a(从第二平面镜509B到屏幕15a的光路长度比第一平面镜509A到屏幕15a的光路长度长)。对于已经进入屏幕15a并且已经被第二平面镜509B反射并且进一步作为外部光Ln4被第一平面镜509A反射的外部光Ln3，如果外部光Ln4被引导为靠向屏幕15a，并返回到屏幕15a，将会导致这样的情况，就是穿过了屏幕15a的外部光Ln4将叠加在投影图像上，从而使投影图像的可视性变差。

因此，在第二变型例中，为了避免这种情况，将第二平面镜509B布置为使得，沿着相对于第二平面镜509B的反射面上的每个反射点的法线N，包括通过第一平面镜509A靠向屏幕15a的反射光的反射光LN被引导偏离屏幕15a。在该配置下，从屏幕15a入射到第二平面镜509B上的任何光都不会直接返回到屏幕15a，并且将获得与前述实施例和第一变型例相同的有益效果。

注意，在第二变型例中，第一平面镜509A和第二平面镜509B中的至少一个可以是具有其他功能或其他形状的光学构件，例如具有曲率的透镜。例如，如图19所示，当第一平面镜509A是具有曲率的透镜509A'时，通过透镜509A'沿着第二平面镜509B的法线N靠向屏幕15a的反射光LN将和寻常光一样被折射并透射通过透镜509A'的内部。因此，基于这样的考虑，设置透镜509A'以将光LN引导偏离屏幕15a。

注意，在该第二变型例中，光学构件的数量为两个；然而，当光学构件的数量为三个或更多时，也将获得相同的有益效果。

在本发明的配置中，无论屏幕构件15是什么类型(例如透过型或反射型)，都将获得有益的效果。即，例如在适当的情况下，光散射板、微透镜阵列、微镜阵列等可以用作屏幕构件15。本发明的配置是一个示例，其中将光偏转器13用作图像形成元件；然而，也可以使用例如DMD(Digital Mirror Device数字镜器件)的其他一个图像形成元件。

尽管已经描述了本发明的实施例(包括变型例，以下同样适用)，但是上述实施例仅示出了本发明的适用的示例。本发明不仅限于上述实施例，在实施阶段，在不脱离其主旨的范围内，可以通过各种变型和变更来实施。

上面的描述仅仅是示例，并且可以为以下每个方面提供特定的效果。

方面1

根据方面1，被配置为在屏幕15a上显示图像的图像显示设备包括：

一个(例如，平面镜509和IR截止滤光器512)具有基本平坦的光出射面的，并且沿着屏幕15a的法线设置，从而与朝着激光源(例如，激光源501R、501G和501B)传播的光的光路重叠的光学构件，其中，光学构件被布置为使得光学构件相对于沿着屏幕15a的法线朝着激光源传播的光的光轴方向倾斜，从而减小光出射面的第一端与屏幕15a之间的光路长度，从而使得，沿着光出射面的一端的法线，包括靠向屏幕15a的反射光的反射光被引导偏离屏幕15a。

当将光学部件布置为使其与沿着屏幕15a的法线朝着激光源传播的光的光路(包括其中光被中间光学部件反射或折射的光路)重叠时，朝着激光源进入屏幕15a的外部光可以被光学构件的光出射面反射并返回到屏幕15a。

以这种方式返回到屏幕15a的这种外部光进入屏幕15a并叠加在显示的图像上，就可能会使图像的可视性变差。注意，在布置在激光源和屏幕15a之间的光学构件中，存在具有基本平坦的光出射面并且被设置为相对于沿着屏幕15a的法线朝向激光源传播的光的光轴方向倾斜的光学构件。利用这种光学构件，当来自屏幕15a的外部光被光学构件反射时，反射的外部光在光出射面上的反射位置的法线的另一侧沿镜面反射方向传播。因此，反射的外部光不会以与入射在光学构件的光出射面上的外部光的相同的光路返回。所以，在按如上所述来配置光学构件的情况下，即使从光学构件的光出射面反射，从屏幕朝向光学构件的光出射面的外部光的大部分光线也将被反射偏离屏幕。因此，反射的外部光将不会叠加在显示的图像上而使图像的可视性变差。

但是，即使按如上所述来配置光学构件，从屏幕朝光学构件的光出射面传播的外部光的一部分也被光学构件的光出射面反射而返回到屏幕。因此，这种反射的外部光，虽然只是一部分，最终会叠加在图像上，从而使图像的可视性变差。因此，即使仅一部分从屏幕朝光学构件的光出射面传播的外部光被光出射面反射，也希望防止这种反射光(镜面反射光)返回到屏幕。因此，在该方面1中，将上述光学构件布置为使得，沿着光出射面的第一端的法线，包括靠向屏幕的反射光的反射光被引导偏离屏幕，其中光出射面的第一端位于沿着屏幕的法线朝着激光源传播的光的光路范围内(包括其中光被中间光学构件反射或折射的光路)，并且在位于光路范围内的其他光出射面部分和屏幕之间的光路中，位于光路范围内的光出射面的第一端和屏幕之间的光路长度最短。

在具有基本平坦的光出射面并且相对于沿着屏幕的法线朝着激光源传播的光的光轴方向倾斜的光学构件中，如上所述，当来自屏幕的外部光被光学构件的光出射面反射时，反射的外部光在光出射面上的反射位置的法线的另一侧沿镜面反射方向传播。

在这种情况下，随着屏幕与光出射面上的反射位置之间的光路长度减小，出射位置与返回位置之间的差变小，其中出射位置是从屏幕出射外部光的位置，返回位置是已经由光学构件的光出射面反射的外部光穿过与屏幕齐平的假想平面的位置。当在位于光路范围内的其他光出射面部分和屏幕之间的光路中，位于光路范围内的光出射面的端部和屏幕之间的光路的长度最短时，将构件布置为使得由光出射面的端部反射的外部光将不会返回到屏幕。即使来自屏幕的外部光被光学构件的光出射面反射并传播回到屏幕，光学构件的这种布置将防止反射的外部光(镜面反射的外部光)返回到屏幕。

根据方面1，一种光学构件，其被布置为与沿着屏幕的法线朝着激光源传播的光的光路重叠。当将这样的光学构件布置为使得光学构件的光出射面相对于沿着屏幕的法线朝着激光源传播的光的光轴方向倾斜时，从而减小光出射面的一端与屏幕之间的光路长度，以及沿着光出射面的一端的法线，包括靠向屏幕15a的反射光的反射光被引导偏离屏幕。

在这种情况下，从屏幕入射到光学构件的光出射面的一端上的外部光将始终从屏幕相对于法线倾斜地入射到光出射面的一端。因为从屏幕倾斜入射的这种外部光在光出射面上的一端的法线的另一侧上沿着镜面反射方向被反射，所以反射光穿过与屏幕齐平的假象平面上比法线更远离屏幕的点。因此，根据方面1，即使当从屏幕入射的外部光被光学构件的光出射面反射时，也可以防止反射的外部光(镜面反射的外部光)返回屏幕。因此，即使当朝着激光源进入屏幕的外部光被光学构件的光出射面反射时，也可以防止由于外部光在屏幕上反射而导致的图像的可视性的劣化。

方面2

根据方面2，在根据方面1的图像显示设备中，

与其他光学构件相比，前述光学构件的位置最靠近屏幕。与其他光学构件相比，如上所述布置的这种光学构件将引导最多返回屏幕的外部光偏离屏幕。因此，可以获得很强的防止由返回的外部光引起的图像的可视性的劣化的效果。

第一方面

根据方面1，被配置为在屏幕15a上显示图像的图像显示设备包括：

图像形成元件(例如，光偏转器13)；以及

设置在屏幕和成像元件之间被配置为反射光的光学构件(例如，平面镜509、509A、509B、曲面镜509'、IR截止滤光器512、透镜509A')，其中，将光学构件布置为使得反射光沿着相对于光学构件上的反射面的每个反射点的法线远离屏幕。通过采用这种布置，任何从屏幕入射到光学构件上的光线都不会直接返回屏幕。因此，根据第一方面，即使当从屏幕入射的外部光被光学构件的光出射面反射时，也可以防止反射的外部光(镜面反射的外部光)返回屏幕。

第二方面

根据第一方面的图像显示设备，在第二方面中，

光学构件包括靠近屏幕的第一光学构件和远离屏幕的第二光学构件，以及

将第二光学构件布置为使得通过第一光学构件，沿着相对于第二光学构件上的每个反射点的法线，将反射光引导偏离屏幕。

根据该配置，任何从屏幕入射到第二光学构件上的光线都不会通过第一光学构件直接返回到屏幕。因此，根据第二方面，即使当从屏幕入射的外部光被第二光学构件的光出射面反射时，也可以防止反射的外部光(镜面反射的外部光)返回屏幕。

第三方面

根据第一或第二方面的图像显示设备，在第三方面中，包括

光学扫描构件(例如，光偏转器13)，其被配置为用来自光源的光对屏幕进行光学扫描以在屏幕上形成图像，其中光学构件将来自光学扫描构件的光导向屏幕。根据该配置，在通过光学扫描方法来形成图像的图像显示设备中，可以防止由外部光引起的图像的可视性的劣化。

第四方面

根据第一至第三方面中任一项的图像显示设备，第四方面中，

将光学构件布置为使得沿着图像的短边方向，将沿着法线的反射光引导到屏幕的外部。根据该配置，即使如上述方式布置光学构件，也可以防止图像的图像质量劣化。

第五方面

根据第一至第三方面中的任一方面的图像显示设备，在第五方面中，

将光学构件布置为使得沿着图像的长边方向，将沿着法线的反射光引导到屏幕的外部。根据该配置，这样可以获得增加布局的自由度的效果，这对于减小图像显示设备的尺寸等是有利的。

第六方面

根据第一至第五方面中的任一方面的图像显示设备，在第六方面中，

屏幕是透明屏幕。由于透明屏幕容易将外部光(环境光)从外部引导至光学构件，因此图像的可视性容易因外部光而劣化；然而，根据第六方面的配置，可以防止由于外部光引起的图像的可视性的劣化。

第七方面

根据第一至第五方面中的任一方面的图像显示设备，在第七方面中，

屏幕是反射屏幕。和透明屏幕一样，由于反射屏幕容易将外部光(环境光)从外部引导至光学构件，因此图像的可视性容易因外部光而劣化；然而，根据第七方面的配置，可以防止由于外部光引起的图像的可视性的劣化。

第八方面

根据第八方面，图像投影设备(例如，平视显示设备500)包括

根据第一至第七方面中任一项的图像显示设备；以及

投影光学系统(例如，投影镜511)，其被配置为投影由图像显示设备在屏幕上形成的图像。

根据该配置，可以投影出避免了由外部光引起的可视性降低的图像。

第九方面

根据第八方面，移动体包括根据第一至第七方面中的任一项的图像显示设备或根据第八方面的图像投影设备(平视显示设备500)。据此，可以提供一种移动体，在该移动体上投影有避免了由外部光引起的可视性降低的图像。

[参考标记列表]

10 图像显示设备

11 控制设备

12 光源设备

13 光偏转器

14 反射面

15 屏幕构件

16 可扫描区域

17 有效扫描区域

30 控制器

400 汽车

401 挡风玻璃

402 驾驶员

500 平视显示设备

501R、501G、501B 激光源

502-504 准直透镜

505、506 二向色镜

507 光调节单元

509、509A、509B 平面镜

509' 曲面镜

509A' 透镜

509a、509'a 反射面

509b、509'b 上端

511 投影镜

512 IR截止滤光器

512a 光出射面

512b 上端

本申请以2018年3月19日提交的第2018-050900号日本优先权申请和2018年10月12日提交的第2018-193809号日本优先权申请为基础并要求优先权，其全部内容在此以引用的方式纳入。

Claims (7)

1.一种用于在屏幕上显示图像的图像显示设备，其特征在于，包括：

被配置为对屏幕进行光学扫描的图像形成元件；

布置在所述屏幕和所述图像形成元件之间、并且被配置为反射光的光学构件；其中

所述光学构件将来自所述图像形成元件的光反射向所述屏幕；

所述光学构件被布置为使得在沿着所述图像的短边的方向上，沿着相对于所述光学构件上的每个反射点的法线将反射光引导偏离所述屏幕。

2.根据权利要求1所述的图像显示设备，其特征在于，

所述光学构件包括靠近所述屏幕的第一光学构件和远离所述屏幕的第二光学构件，并且其中

所述第二光学构件被布置为经由所述第一光学构件，沿着相对于所述第二光学构件上的每个反射点的法线，将所述反射光引导偏离所述屏幕。

3.根据权利要求1或2所述的图像显示设备，其特征在于，还包括：

光学扫描构件，所述光学扫描构件被配置为使用来自光源的光对所述屏幕进行光学扫描以在所述屏幕上形成图像，其中，所述光学构件将来自所述光学扫描构件的光导向所述屏幕。

4.根据权利要求1或2中任一项所述的图像显示设备，其特征在于，所述屏幕是透明屏幕。

5.根据权利要求1或2中任一项所述的图像显示设备，其特征在于，所述屏幕是反射屏幕。

6.一种图像投影设备，其特征在于，包括：

根据权利要求1至5中任一项所述的图像显示设备；以及

投影光学系统，所述投影光学系统被配置为投影由所述图像显示设备在所述屏幕上形成的图像。

7.一种移动体，其特征在于，包括：

根据权利要求1至5中任一项所述的图像显示设备；或

根据权利要求6所述的图像投影设备。

Images