JP2014010321A - 画像表示装置、及び画像表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表示品質の高い画像表示装置、及び画像表示方法を提供すること。
【解決手段】本発明の一実施形態にかかる画像表示装置１００は、所定の偏光状態に偏光した画像表示光Ｌ１を射出して、画像信号に応じた画像を投影させるプロジェクタ２０と、プロジェクタ２０からの画像表示光によって中間像が形成されるスクリーン５０と、スクリーン５０で反射した画像表示光によって、中間像を虚像として表示させるコンバイナ６０と、プロジェクタ２０とスクリーン５０との間の光路中に配置され、入射した光の偏光状態に応じて光を透過する偏光板５１と、を備えている。偏光板５１で反射した光の光路の少なくとも一部が、虚像を構成する光の光路と一致しないように、偏光板５１が配置されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、画像表示装置、及び画像表示方法に関し、特に詳しくは、スクリーンに形成された中間像に基づく虚像をユーザに提示する画像表示装置、及び画像表示方法に関する。

近年、車両用表示装置として、ＬＥＤや半導体レーザ光源を利用した、いわゆるヘッドアップディスプレイが開発されている。例えば、特許文献１には、信号光を投射する表示器と、ミラーと、コンバイナを備えているヘッドアップディスプレイが開示されている。このヘッドアップディスプレイでは、表示器から投射された光はミラーで反射して、コンバイナに入射する。そして、観察者がコンバイナ越しに表示像を観察することで虚像を認識することができる。

特開平１０−１３８７９４号公報

上述の特許文献１のヘッドアップディスプレイでは、ミラーとコンバイナとの間に偏光板が設けられている。しかしながら、この構成では、偏光板で反射した反射光によって、認識される虚像のコントラストが低下してしまうおそれがある。

本発明は、上記問題に鑑み、より品質の高い画像をユーザが認識することができる画像表示装置、及び画像表示方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様にかかる画像表示装置は、所定の偏光状態に偏光した画像表示光を射出して、画像信号に基づく画像を投影させるプロジェクタ（２０）と、前記プロジェクタから射出される画像表示光によって中間像が形成される中間像スクリーン（５０）と、前記中間像スクリーン（５０）で反射された画像表示光によって、前記中間像を虚像として表示させるコンバイナ（６０）と、前記プロジェクタ（２０）と前記中間像スクリーン（５０）との間の光路中に配置され、入射した光の偏光状態に応じて光を透過する偏光素子（５１）と、を備え、前記偏光素子で反射した光の光路の少なくとも一部が前記虚像を構成する光の光路と一致しないように、前記偏光素子が配置されているものである。
上記の画像表示装置において、前記偏光素子（５１）が、前記中間像スクリーン（５０）の表面に対して所定角度だけ傾いて設置されていてもよい。
上記の画像表示装置において、前記偏光素子（５１）は、前記偏光素子（５１）で反射した光の光路上に前記コンバイナが位置しないように、設けられていてもよい。
プロジェクタ（２０）から所定の偏光状態に偏光した画像表示光を射出するステップと、前記プロジェクタ（２０）から射出された画像表示光を入射した光の偏光状態に応じて光を透過する偏光素子（５１）に入射させるステップと、前記偏光素子（５１）に入射した画像表示光を中間像スクリーン（５０）に入射させて、前記中間像スクリーンに中間像を形成するステップと、前記中間像スクリーン（５０）で反射された画像表示光をコンバイナ（６０）に入射させて、前記中間像を虚像として表示させるステップと、を備え、前記偏光素子（５１）で反射した光の光路の少なくとも一部が前記虚像を構成する光の光路と一致しないように、前記偏光素子（５１）が配置されているものである。

本発明によれば、より品質の高い虚像をユーザが認識することができる画像表示装置、及び画像表示方法を提供することができる。

本実施の形態にかかる画像表示装置を搭載する自動車を模式的に示す図。 光束の光路を説明するための模式図である。 本実施の形態にかかる画像表示装置の構成を模式的に示す側面図である。 本実施の形態にかかる画像表示装置のプロジェクタの光学系を示す図である。 本実施の形態にかかる画像表示装置の偏光板の配置を説明するための側面図である。 本実施の形態にかかる画像表示装置の構成を示す側面図である。 本実施の形態にかかる画像表示装置の構成を示す斜視図である。

〈全体構成〉
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の説明では、本実施の形態にかかる画像表示装置が、自動車のダッシュボードに搭載されたヘッドアップディスプレイとして説明を行うが、本発明はこれに限られるものではない。画像表示装置は、ダッシュボード以外に箇所に取り付けられていてもよい。例えば、画像表示装置を自動車のルームミラー、又はサンバイザーに取り付けてもよい。さらには、画像表示装置は、自動車以外の車両や、車両以外の他の乗物に取り付けてもよく、他の乗物等に取り付けられていてもよい。

図１は、本発明が想定する画像表示装置１００の典型的使用例を模式的に示した図である。画像表示装置１００は、自動車１のダッシュボード１０上に搭載されている。図１では、運転者Ｐを観察者としている。画像表示装置１００からは所望の画像を表示させるように、生成、調整された画像表示光Ｌ１が発射される。

この画像表示光Ｌ１は、コンバイナ（図１では図示を省略）に射出された後、コンバイナ上で反射されて運転者Ｐの眼に入射し、網膜上に像を結ぶ。同時に、フロントガラス１１には外界からの外光Ｌ２も入射して透過していく。したがって、外界からの外光Ｌ２と画像表示装置１００からの画像表示光Ｌ１とがオーバーレイ（重畳）し、運転者Ｐの視界には外界の実景と画像表示装置１００によって生成等された画像とが同時に見えることになる。
なお、以下の説明では、画像表示装置１００が自動車１のダッシュボード１０上に置かれている状態での方向を基準に説明する。すなわち、自動車１の方向を基準の方向とする。例えば、フロントガラス１１側を前方として、運転者Ｐ側を後方として説明する。同様に、自動車１のルーフ側を上方とし、地面側を下方とし、自動車１の横方向（左右方向）を側方として説明する。

次に、画像表示光Ｌ１の光路について、図２を用いて説明する。図２は、画像表示光Ｌ１の光路を示す図であり、画像表示装置１００とその周辺を側方から見た模式図である。画像表示装置１００は、プロジェクタ２０とスクリーン５０とコンバイナ６０とを備えている。また、プロジェクタ２０はプロジェクタ本体４０と投影レンズ３２とを備えている。プロジェクタ２０を用いることで、小型で高精細な画像を表示することができる。なお、図２では、プレート３３にスクリーン５０及びプロジェクタ２０が取り付けられている。そして、プレート３３が、ダッシュボード１０上に置かれている。

プロジェクタ本体４０は、所定の偏光状態に偏光した画像表示光Ｌ１を射出する。また、プロジェクタ本体４０には、表示画像に応じた画像信号が外部装置から入力されている。外部装置としては、図示しないカーナビゲーション装置や、メディア再生装置等が考えられる。そして、投影レンズ３２は、画像信号に基づく画像表示光Ｌ１をスクリーン５０に射出することで、画像信号に応じた画像をスクリーン５０に投影する。図２では、プロジェクタ２０は、自動車１の後方側に光を射出している。プロジェクタ２０からの画像表示光Ｌ１によって、スクリーン５０には画像信号に基づく中間像Ｒが形成される。図２には中間像の一例として、スクリーン５０にカーナビゲーション装置から入力された画像信号に基づく左折を示す矢印の中間像Ｒが形成されている様子を示す。

スクリーン５０には中間像Ｒの実像が結像する。スクリーン５０に投影される中間像Ｒとしては、運転に関する情報、例えば、カーナビゲーションの矢印や運転速度等とすることができる。あるいは、ナビゲーションの地図情報や、無線を介して受信された道路混雑情報などを中間像Ｒとしてもよい。

スクリーン５０は、反射型拡散スクリーンである。従って、スクリーン５０に入射した画像表示光Ｌ１は、拡散反射される。反射型拡散スクリーンであるスクリーン５０としては、例えば、表面が粗面加工されたスクリーン、ビーズスクリーン、又はホログラムスクリーンを用いることができる。プロジェクタ２０がスクリーン５０の表面上に中間像Ｒを拡大投影する。そして、スクリーン５０は、自動車の前方、すなわち、フロントガラス１１の方向に、画像表示光Ｌ１を反射する。

スクリーン５０で反射された画像表示光Ｌ１は、コンバイナ６０に入射する。例えば、コンバイナ６０は凹面形状のハーフミラーから形成されている。より具体的には、コンバイナ６０は、曲率半径４００ｍｍの凹面メニスカス形状のハーフミラーである。

コンバイナ６０は、入射した光の一部を透過し、残りを反射する。コンバイナ６０は、スクリーン５０から入射した画像表示光Ｌ１の一部を運転者Ｐの方向に反射する。コンバイナ６０は、スクリーン５０で反射した画像表示光Ｌ１によって、中間像Ｒに係る虚像Ｉを表示させる。これにより、運転者Ｐはフロントガラス１１の前方に、虚像Ｉを拡大観察する。運転者Ｐは、虚像Ｉをフロントガラス１１及びコンバイナ６０越しに認識することができる。運転者Ｐは、あたかもフロントガラス１１の前方空間上に、中間像Ｒがあるかのように見ることができる。例えば、運転者Ｐの１〜２ｍ先に虚像Ｉが形成される。これにより、運転者Ｐが前方から視線をそらすことなく、運転情報を確認することができる。

太陽７０からの外光が、フロントガラス１１を介してスクリーン５０に直接差し込みこむことがある。スクリーン５０に入射した外光は、スクリーン５０で拡散反射される。画像表示光Ｌ１以外の外光がスクリーン５０で拡散反射されるとノイズ光となり、画像表示光Ｌ１に基づき認識される画像のコントラストの低下を招いてしまう。すなわち、スクリーン５０で拡散反射した外光が、コンバイナ６０で反射されて運転者Ｐの瞳に入射してしまう。特に、太陽光は高輝度であるため、太陽光が直接スクリーン５０に入射すると、運転者Ｐが虚像Ｉを見づらく（認識しづらく）なってしまう。

そこで、本実施の形態に係る画像表示装置１００は、図３に示すように、偏光板５１を備えている。偏光板５１は、スクリーン５０からコンバイナ６０までの画像表示光Ｌ１の光路中に配置されている。ここでは、偏光板５１がスクリーン５０の前面に取り付けられている。

偏光板５１は、入射した光の偏光状態に応じて光を透過する偏光素子である。例えば、偏光板５１は、透過軸と一致する方向の直線偏光成分を透過する。従って、偏光板５１は、不要偏光の光を反射又は吸収する。プロジェクタ本体４０から射出された画像表示光Ｌ１は直線偏光となっている。偏光板５１の配置方向は画像表示光Ｌ１の偏光方向に合わせられている。すなわち、投影レンズ３２の光軸と垂直な平面において、直線偏光の画像表示光Ｌ１の偏光軸が、偏光板５１の透過軸と平行となっている。従って、スクリーン５０に入射した画像表示光Ｌ１のほとんどが偏光板５１を透過する。プロジェクタ本体４０から射出された画像表示光Ｌ１のほとんどが偏光板５１を透過して、スクリーン５０に入射する。そして、スクリーン５０で拡散反射された画像表示光Ｌ１のほとんどが偏光板５１を透過して、コンバイナ６０に入射する。

一方、太陽７０から発せされた外光Ｌ２は、無偏光となっている。このため、偏光板５１は、外光Ｌ２のほぼ半分を吸収、又は透過する。例えば、偏光板５１が反射型の偏光板５１であるとする。この場合、外光Ｌ２のほぼ半分は、偏光板５１の表面で反射されて下方に向かう。そして、外光Ｌ２はプレート３３に入射する。従って、偏光板５１で反射した外光Ｌ２は、画像表示光Ｌ１の光路から外れる。なお、偏光板５１を吸収型の偏光板とした場合、外光Ｌ２のほぼ半分は、偏光板５１で吸収される。外光Ｌ２のほぼ半分は、画像表示光Ｌ１による虚像Ｉの形成には、寄与しなくなる。これにより、外光Ｌ２の影響を軽減することができ、高いコントラストで虚像Ｉを表示させることができる。

〈プロジェクタ２０の光学系〉
次に、図４を用いて、プロジェクタ２０の光学系について説明する。図４に示すように、プロジェクタ本体４０は、光源２１、コリメータレンズ２２、フィルタ２３、反射型偏光板２４、フライアイレンズ２５、反射板２６、フィールドレンズ２７、反射型偏光板２８、位相補償板２９、表示素子３０、アナライザ３１、及び投影レンズ３２を備えている。例えば、表示素子３０はＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）デバイス等の反射型の液晶表示素子である。なお、表示素子３０として、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等を用いてもよい。その場合、液要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。

光源２１は、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を有している。具体的には、光源２１は、波長４３０〜４４０ｎｍの光を射出する青色ＬＥＤ素子を有している。さらに、光源２１は、ＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｍｉｎｉｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）等の蛍光体を有している。そして、青色ＬＥＤ素子から射出した光は、蛍光体に入射する。蛍光体は、入射光に応じた蛍光を発光する。青色光が蛍光体に入射すると、蛍光体は青色光よりも長波長の光（例えば、緑色から赤色）の蛍光を発光する。より具体的には、波長５５０±５０ｎｍの蛍光が発生する。光源２１は、一般の照明用途で用いられている白色ＬＥＤを用いることができる。光源２１は、例えば、±９０°の拡がり角を持った光を射出する。

コリメータレンズ２２は、光源２１からの光をほぼ平行な光線束にする。ここでは、コリメータレンズ２２が３枚設けられている例を示しているが、コリメータレンズ２２の枚数は特に限定されるものではない。ここでコリメータレンズ２２の枚数は、１枚、又は２枚でもよく、４枚以上でもよい。コリメータレンズ２２の光は、フィルタ２３に入射する。

フィルタ２３は、波長に応じて光をカットする波長フィルタである。具体的には、フィルタ２３は、赤外光、及び紫外光を反射して、可視光を透過する。よって、可視光のみが後段の投射光学系に入射する。例えば、フィルタ２３として、ダイクロイックフィルタを用いることができる。

フィルタ２３を透過した可視光は、反射型偏光板２４に入射する。反射型偏光板２４は、光の偏光状態に応じて、光を透過する。反射型偏光板２４は、透過軸の方向の直線偏光成分を透過し、それ以外の偏光成分を反射する。よって、反射型偏光板２４を通過した光は、直線偏光となる。すなわち、フィルタ２３を透過した光は、透過軸の方向を反射型偏光板２４の偏光軸とした直線偏光となる。

ここで、コリメータレンズ２２で平行な光線束になった光が、フィルタ２３に入射している。従って、フィルタ２３で反射した光が、コリメータレンズ２２の方向に戻される。コリメータレンズ２２からの戻り光は、光源２１の蛍光体に入射する。蛍光体に入射した紫外光は、蛍光体で別の波長となって、コリメータレンズ２２に入射する。すなわち、フィルタ２３でカットされた紫外光によって、光源２１から可視光の蛍光が発光する。そして、可視光の蛍光がコリメータレンズ２２で平行な光線束となる。このような構成を用いることで、フィルタ２３でカットされた光を再利用することができる。

さらに、反射型偏光板２４で、所定の偏光成分以外の光はフィルタ２３の方向に戻される。よって、反射型偏光板２４で反射された光は、反射型偏光板２４、及びフィルタ２３を通って、光源２１の蛍光体に入射する。蛍光発生時には、戻り光の偏光状態が変化する。従って、反射型偏光板２４で反射された光は、光源２１の蛍光体に入射する。より長波長の蛍光が発光し、この蛍光は可視光を含む。そして、可視光の蛍光は、コリメータレンズ２２、及びフィルタ２３を介して、反射型偏光板２４に再度入射する。このような構成を用いることで、反射型偏光板２４で反射された光を再利用することができる。

このように、コリメータレンズ２２の後にフィルタ２３を配置して、フィルタ２３の直後に反射型偏光板２４を配置している。このような構成によって光を高効率でＬＥＤの蛍光体に戻すことを可能にし、再利用することで、画像表示光Ｌ１の輝度を高くすることができる。よって、明るさの向上、及び省電力化を実現することができる。また、コリメータレンズ２２で略略平行光束となった光が、フィルタ２３と反射型偏光板２４に入射している。従って、フィルタ２３と反射型偏光板２４からの戻り光を効率よく蛍光体に入射させることができる。この構成によって、輝度を約２０％向上することができる。

反射型偏光板２４で直線偏光になった光は、フライアイレンズ２５に入射する。フライアイレンズ２５は、同一の単レンズがアレイ状に配列されたレンズ体である。フライアイレンズ２５は、表示素子３０上で光を効率よく利用するために、光を集光する。例えば、フライアイレンズ２５は、表示素子３０の画素に対応する単レンズを有している。これにより、表示素子３０上の各画素に光を集光することができる。フライアイレンズ２５は、ポリカーボネイト等の樹脂によって形成されている。フィルタ２３で紫外光がカットされた光が、フライアイレンズ２５に入射する。フィルタ２３の後段に、フライアイレンズ２５を配置する。以上の構成により、ポリカーボネイト等で形成されたフライアイレンズ２５が紫外光によって劣化するのを防ぐことができる。

フライアイレンズ２５を透過した光は反射板２６で反射されて、フィールドレンズ２７に入射する。なお、プロジェクタ２０を設置するスペースに応じて、反射板２６を不要とすることもできる。フィールドレンズ２７は、反射板２６からの光を屈折して、表示素子３０に効率よく入射させる。図４ｈでは、フィールドレンズ２７が２枚設けられている構成を示しているが、フィールドレンズ２７の枚数は特に限定されるものではない。例えば、１枚のフィールドレンズ２７を用いる構成であってもよい。

フィールドレンズ２７からの光は、反射型偏光板２８に入射する。反射型偏光板２８は、反射型偏光板２４と同様の偏光素子であり、偏光状態に応じて光を透過する。すなわち、反射型偏光板２８は、透過軸の方向の直線偏光成分を透過し、それ以外の偏光成分を反射する。そして、反射型偏光板２４を透過した直線偏光が、反射型偏光板２８を透過するように、反射型偏光板２８が設置されている。すなわ、光学系において、反射型偏光板２４と反射型偏光板２８の透過軸は一致している。これにより、光を効率よく利用することができる。

反射型偏光板２８を通過した光は、位相補償板２９を介して、表示素子３０に入射する。表示素子３０は、例えば、ＬＣＯＳデバイスである。表示素子３０は、画素電極が設けられたシリコン基板３０ｂ、及び対向電極が形成された対向基板３０ａを有している。例えば、対向基板３０ａは、光を透過するガラス基板によって形成されている。そして、対向基板３０ａとシリコン基板３０ｂとの間には液晶層が挟持される。典型的な一例では、表示素子３０は、８００×６００画素で、対角０．３６インチの反射型液晶パネルである。

例えば、画素電極は、光を反射するアルミ電極によって形成されている。また、対向電極は、光を透過する透明導電膜によって形成されている。よって、対向基板３０ａを通過した光は、画素電極で反射される。さらに、シリコン基板３０ｂには、ＴＦＴ等を有する画素がアレイ状に配列されている。表示素子３０に画像信号を供給することで、画素電極毎に所望の電圧が印加される。これにより、画像信号に応じて液晶層が駆動される。ここで、液晶層の状態に応じて、光の偏光状態が変化する。表示素子３０は、入力される画像信号に応じて光を変調して、偏光方向を変える。表示素子３０で反射された光は、画像信号に応じた偏光状態となって反射される。

なお、表示素子３０で反射された光は、位相補償板２９を介して、反射型偏光板２８に入射する。位相補償板２９は、光の位相のずれを補償する位相差板である。例えば、表示素子３０に対する入射角の違いによる偏光状態に違いが位相補償板２９によって補正される。これにより、コントラストを向上することができる。反射型偏光板２８は、上記の通り、透過軸方向の直線偏光成分を透過して、それ以外の成分の光を反射する。表示素子３０が偏光状態を変化させて反射しているため、表示素子３０からの光は反射型偏光板２８で反射する。従って、反射型偏光板２８で反射される反射光は、画像信号に応じて変調されている。すなわち、反射型偏光板２８で投影レンズ３２の方向に反射する成分と反射型偏光板２８を透過する成分との割合を、表示素子３０が制御する。反射型偏光板２８と通過した光は、画像信号に応じた階調となる。

反射型偏光板２８で反射された光は、アナライザ３１で高コントラス化されて、投影レンズ３２に入射する。なお、アナライザ３１は、光学系の光軸に対して傾斜している。従って、アナライザ３１からの戻り光が、表示素子３０で反射されたとしても、投影レンズ３２の外側を通過する。これにより、ゴーストの発生を防ぐことができる。

投影レンズ３２、例えば、複数のレンズを有しており、プロジェクタ本体４０からの画像をスクリーン５０上に拡大投影する。ここでは、運転者Ｐから２ｍ離れた位置に約１０インチ（２５．４ｃｍ）に拡大された虚像を運転者Ｐが観察することができる。このように、プロジェクタ２０は、所定の偏光状態に偏光した画像表示光を射出して、画像信号に応じた画像を投影させる。そして、上記したように、スクリーン５０には、プロジェクタ２０からの画像表示光によって中間像Ｒが形成される。

〈偏光板５１〉
次に、スクリーン５０の前面側に配置された偏光板５１について、図５〜図７を用いて説明する。図５は、光線束の光路を説明するための側面図である。図６は、スクリーン５０の前面側における偏光板５１の配置を示す側面図である。図７は、スクリーン５０の前面側における偏光板５１の配置を示す斜視図である。

図６、図７に示すように、プロジェクタ本体４０はプレート３３に取り付けられている。本実施の形態では、例えば、プレート３３が図１のダッシュボード１０上に固定される。プレート３３には、スクリーン５０が固定されている。例えば、スクリーン５０は、鉛直上方に立設されている。さらに、スクリーン５０の前面には、偏光板５１が配置されている。

偏光板５１は、ホルダ５２によって、スクリーン５０に取り付けられている。ホルダ５２は、偏光板５１がスクリーン５０に対して傾斜するように、偏光板５１をスクリーン５０に固定する。すなわち、図６に示すように、偏光板５１の表面がスクリーン５０の表面から傾いている。図６に示すように、側面視において、ホルダ５２は、くさび状になっている。こうすることで、偏光板５１の表面とスクリーン５０の表面が平行にならない。すなわち、偏光板５１の光を反射する光反射面を、スクリーン５０の結像面に対して傾けることができる。

また、プロジェクタ２０の上方にはコンバイナ６０が設置されている。コンバイナ６０は、角度調整機構６１を介して、プレート３３に取り付けられている。角度調整機構６１は、コンバイナ６０の角度を調整する。すなわち、角度調整機構６１を回転軸として、コンバイナ６０のあおり角が調整される。これにより、運転者Ｐに対する虚像Ｉの形成位置を変えることができる。運転者Ｐや周囲の状況に応じて、運転者Ｐが虚像Ｉを適切な位置で観察することができる。例えば、運転者Ｐの座高に応じて、コンバイナ６０の角度を調整することができる。

プロジェクタ２０からの画像表示光Ｌ１は、偏光板５１を介して、スクリーン５０に入射する。ここでは、偏光板５１が吸収型偏光板となっている。従って、偏光板５１は、所定の透過軸と平行な直線偏光成分を透過して、それ以外の偏光成分を吸収する。偏光板５１の透過軸は反射型偏光板２８の透過軸に対応している。すなわち、偏光板５１の透過軸と反射型偏光板２８の透過軸は平行になっており、偏光板５１はプロジェクタ２０からの直線偏光の画像表示光Ｌ１を透過する。これにより、プロジェクタ２０から入射した画像表示光Ｌ１を効率よく利用することができる。

偏光板５１を透過した画像表示光Ｌ１によって、スクリーン５０に中間像Ｒの実像が形成される。ここで、プロジェクタ２０から射出した画像表示光Ｌ１のうち、スクリーン５０で反射した画像表示光を画像表示光Ｌ３とする。スクリーン５０で反射された画像表示光Ｌ３は、偏光板５１を介して、コンバイナ６０に入射する。コンバイナ６０に入射した画像表示光Ｌ３の一部は、運転者Ｐの方向に反射される。よって、コンバイナ６０がスクリーン５０に形成された中間像Ｒの虚像を、運転者Ｐの前方に表示させる。

プロジェクタ２０から偏光板５１に入射した画像表示光Ｌ１の一部は、偏光板５１の表面で反射する。通常、偏光板は平行平板のガラス基板によって形成されており、反射防止膜を施した場合でも数％程度の表面反射率を有している。例えば、偏光板５１はガラス板に吸収タイプの偏光板が貼り合わされて構成されており、そのガラス板が約１パーセントの表面反射率を有している。そのため、プロジェクタ２０から偏光板５１に入射した画像表示光Ｌ１の一部はスクリーン５０で結像する手前で反射されることになる。ここで、プロジェクタ２０から射出した画像表示光Ｌ１のうち、偏光板５１で反射した光を反射光Ｌ４とする。なお、図５では、反射光Ｌ４を点線で示している。

偏光板５１が反射した反射光Ｌ４がコンバイナ６０に入射すると、ユーザが認識する虚像のコントラストが低下する要因となってしまう。そこで、本実施の形態では、偏光板５１の設置角度を、スクリーン５０の表面の角度から傾けている。すなわち、偏光板５１が、スクリーン５０の表面の角度から傾いて設置されている。ここでは、偏光板５１の表面が下側（プロジェクタ２０側）を向くように配置している。よって、偏光板５１の反射光Ｌ４がコンバイナ６０の下側、例えば、コンバイナ６０とプロジェクタ２０との間周辺に入射する。

これにより、虚像Ｉを構成する光線束の光路から、偏光板５１で反射した光線束の光路の少なくとも一部が外れるようになる。換言すると、偏光板５１で反射した光の光路の少なくとも一部が、虚像Ｉを構成する光の光路と一致しないように、スクリーン５０が配置されている。プロジェクタ２０から射出した画像表示光Ｌ１のうち、反射光Ｌ４の光線束の光路と画像表示光Ｌ３の光線束の光路とが分岐することになる。反射光Ｌ４の光線束の少なくとも一部が、コンバイナ６０に入射せずに、コンバイナ６０の外側を通過するようになる。換言すると、反射光Ｌ４の少なくとも一部は、コンバイナ６０から運転者Ｐまでの光路外を伝播するようになる。

また、反射光Ｌ４の光線束の一部がコンバイナ６０に入射して、運転者Ｐの方向に反射したとしても、運転者Ｐの瞳に向かう反射光Ｌ４の方向が、運転者Ｐの瞳に向かう画像表示光Ｌ３の方向から大きくずれることになる。反射光Ｌ４による虚像（例えば、投影レンズ３２の絞り等）の位置は、画像表示光Ｌ３による虚像Ｉの位置からずれる。このため、反射光Ｌ４による虚像と画像表示光Ｌ３による虚像Ｉの位置とが重ならない状態で、運転者Ｐが画像を視認することができる。よって、画像表示光Ｌ３による中間像Ｒの虚像のコントラストの低下を防ぐことができる。これにより、運転者Ｐが運転情報を確実に視認することができる。

さらに、反射光Ｌ４の光線束の光路が、コンバイナ６０から外れるようにすることが好ましい。すなわち、反射光Ｌ４の光線束の全てが、コンバイナ６０に入射しないように、偏光板５１の取り付け角度を設定する。偏光板５１で反射した光の光路上にコンバイナ６０が位置しないように偏光板５１を配置する。こうすることで、偏光板５１による反射光Ｌ４がコンバイナ６０を介して、運転者Ｐの瞳に入射されなくなる。このように、反射光Ｌ４の光線束をコンバイナ６０の外側を通過させることで、反射光Ｌ４による虚像が視認されなくなる。これにより、画像表示光Ｌ３による虚像Ｉのコントラストを高くすることができる。特に、偏光板５１の表面反射での反射光Ｌ４は拡散されないため、画像表示光Ｌ３よりも単位面積として高輝度になることもある。このような場合でも、コントラストの低下を防ぐことができる。

なお、画像表示装置１００は、通常の自動車に限らず、その他の特殊車両など、他の乗物に搭載されていてもよい。以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

１ 自動車
１０ ダッシュボード
１１ フロントガラス
２０ プロジェクタ
２１ 光源
２２ コリメータレンズ
２３ フィルタ
２４ 反射型偏光板
２５ フライアイレンズ
２６ 反射板
２７ フィールドレンズ
２８ 反射型偏光板
２９ 位相補償板
３０ 表示素子
３１ アナライザ
３２ 投影レンズ
３３ プレート
４０ プロジェクタ本体
５０ スクリーン
５１ 偏光板
５２ ホルダ
６０ コンバイナ
６１ 角度調整機構
１００ 画像表示装置

Claims (4)

1. 所定の偏光状態に偏光した画像表示光を射出して、画像信号に応じた画像を投影させるプロジェクタと、
   前記プロジェクタから射出される画像表示光によって中間像が形成される中間像スクリーンと、
   前記中間像スクリーンで反射された画像表示光によって、前記中間像を虚像として表示させるコンバイナと、
   前記プロジェクタと前記中間像スクリーンとの間の光路中に配置され、入射した光の偏光状態に応じて光を透過する偏光素子と、を備え、
   前記偏光素子で反射した光の光路の少なくとも一部が、前記虚像を構成する光の光路と一致しないように、前記偏光素子が配置されている画像表示装置。
2. 前記偏光素子が、前記中間像スクリーンの表面に対して所定の角度だけ傾いて設置されていることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記偏光素子は、前記偏光素子で反射した光の光路上に前記コンバイナが位置しないように、設けられていることを特徴とする請求項１、又は２に記載の画像表示装置。
4. プロジェクタから所定の偏光状態に偏光した画像表示光を射出するステップと、
   前記プロジェクタから射出された画像表示光を、入射した光の偏光状態に応じて光を透過する偏光素子に入射させるステップと、
   前記偏光素子に入射した画像表示光を中間像スクリーンに入射させて、前記中間像スクリーンに中間像を形成するステップと、
   前記中間像スクリーンで反射した光をコンバイナに入射させて、前記中間像を虚像として表示させるステップと、を備え、
   前記偏光素子で反射した光の光路の少なくとも一部が、前記虚像を構成する光の光路と一致しないように、前記偏光素子が配置されている画像表示方法。

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