JP2018116075A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学系を複雑化することなく、光強度の均一性に優れ、映像の品質を確保でき、光の利用効率の高い画像表示装置を提供する。【解決手段】光源部と、光源部からの出射光が入射する光ファイバと、光ファイバからの出射光に基づいて、画像生成エリアに中間画像を生成する画像生成部と、画像生成部で生成された中間画像に対応した画像を表示領域に投影する投影光学系とを備え、光ファイバの出射端のコアの断面形状が、画像生成エリアの平面形状に対応する方形状である。【選択図】図１

Description

本発明は、中間画像に対応した画像を投影光学系によって表示領域に投影し、これによって投影画像に基づいた虚像が形成される画像表示装置に関する。

特許文献１は、光源と、光源からの光を走査する走査手段と、走査手段からの走査光によって映像が形成されるスクリーンと、スクリーンに形成された映像を投影する投影手段とを備え、スクリーンから出射した映像光を投影手段で反射させることによって、運転者の前方に虚像を投影する車両用ヘッドアップディスプレイ装置を開示している。

特開２００９−１５０９４７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の光源は、円形断面の出射口を有する通常のレーザ光源であって、その出射光は円形に広がる。これに対して、映像が形成されるスクリーンや、投影される映像は矩形状に設定されている。このため、前記矩形の領域の四隅まで映像を形成又は投影するには、矩形よりも大きめに映像を形成する必要があることから、矩形からはみ出した領域の映像は利用することができず、光の利用効率が悪いという問題がある。これに対して、光源からの出射光を前記矩形状に整形するために、レンズその他の光学部材の組み合わせを追加すると光学系が全体として複雑となり、また、投影画像における光強度の均一性が損なわれるおそれがあり、映像品質の低下や部品コストの増加につながる可能性がある。

そこで本発明は、光学系を複雑化することなく、光強度の均一性に優れ、映像の品質を確保でき、光の利用効率の高い画像表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の画像表示装置は、光源部と、光源部からの出射光が入射する光ファイバと、光ファイバからの出射光に基づいて、画像生成エリアに中間画像を生成する画像生成部と、画像生成部で生成された中間画像に対応した画像を表示領域に投影する投影光学系とを備え、光ファイバの出射端のコアの断面形状が、画像生成エリアの平面形状に対応する方形状であることを特徴としている。
これにより、複雑な光学系を設けなくても画像生成エリアの中間画像に対応したサイズに容易に拡大することができ、光強度分布の均一性を保持することができる。したがって、光強度の均一性や映像品質に優れた投影画像を容易に生成することができ、さらに、光源部からの出射光を、損失を抑えて、効率よく利用することが可能となる。

本発明の画像表示装置において、光ファイバは、入射光が、コアとクラッドの境界面で１０回以上全反射可能な光路長を有することが好ましい。
これにより、光ファイバの出射光における光強度分布の均一性を高めることができる。

本発明の画像表示装置において、光源部と光ファイバとの間に集光レンズが設けられており、光源部からの出射光が、集光レンズによって、光ファイバの入射端においてコアの断面形状よりも小さな光径となるように集光されることが好ましい。
これにより、光ファイバへの入射効率を高くすることができ、光源部からの出射光の利用効率を高めることができる。

本発明の画像表示装置において、光源部は、互いに波長が異なる３つの光源と、３つの光源からの出射光を合成させる光学部品とを備えることが好ましく、これによりカラーの投影画像を生成できる。また、上記３つの光源は、半導体レーザを有することが好ましく、これにより、発光面積を小さくし、射出角度も小さく抑えることが可能となるため、効率よく光ファイバへ集光させることができる。

本発明によると、光学系を複雑化することなく、光強度の均一性に優れ、映像の品質を確保でき、光の利用効率の高い画像表示装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る画像表示装置の概略構成を示す図である。 （Ａ）は光ファイバの入射端の断面図、（Ｂ）は画像生成部の画像生成エリアを示す平面図である。 （Ａ）〜（Ｌ）は、光ファイバの入射端から出射端までの各位置における、コア内の光強度分布を示す図である。 図３に示すシミュレーションで用いた光ファイバに入射する光線の入射角度特性を示す図である。 第２実施形態に係る画像表示装置の概略構成を示す図である。 第３実施形態に係る画像表示装置の概略構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態に係る画像表示装置について図面を参照しつつ詳しく説明する。以下の実施形態は本発明の画像表示装置を車両用ヘッドアップディスプレイ装置に適用した実施形態である。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る画像表示装置１０の概略構成を示す図である。図２（Ａ）は光ファイバ４０の入射端４１の断面図、（Ｂ）は画像生成部５０の画像生成エリア５２ａを示す平面図である。各図には、基準座標としてＸ−Ｙ−Ｚ座標が示されている。Ｘ−Ｙ面はＺ方向に直交する面である。

図１に示すように、画像表示装置１０は、光源部２０と、集光レンズ３０と、光ファイバ４０と、画像生成部５０と、投影光学系としての投影ミラー６０とを備える。この画像表示装置１０においては、光源部２０からの出射光が集光レンズ３０で集光されて光ファイバ４０に入射し、光ファイバ４０からの出射光に基づいて、画像生成部５０のＬＣＯＳ５２における画像生成エリア５２ａ（図２（Ｂ））に中間画像が生成され、この中間画像に対応する映像光が投影ミラー６０によって車両のウインドシールドガラス７０の表示領域に投影される。ウインドシールドガラス７０に入射した映像光は、運転者に向けて反射されるとともに、ウインドシールドガラス７０の前方位置に虚像７１を形成する。

光源部２０は、３つの半導体レーザ２１ａ、２１ｂ、２１ｃと、３つのコリメートレンズ２２ａ、２２ｂ、２２ｃと、３つのダイクロイックフィルタ２３ａ、２３ｂ、２３ｃとを備える。
３つの半導体レーザ２１ａ、２１ｂ、２１ｃはそれぞれ、赤色半導体レーザ２１ａ、緑色半導体レーザ２１ｂ、および、青色半導体レーザ２１ｃである。これらの半導体レーザ２１ａ、２１ｂ、２１ｃは、制御部（不図示）によって駆動が制御される。
なお、光源としては、発光ダイオードを用いることもでき、また、形成する画像に合わせて、単色や２色の光源を用いてもよい。

赤色半導体レーザ２１ａから出射された赤色光は、コリメートレンズ２２ａによって平行光とされ、ダイクロイックフィルタ２３ａによって、所定の波長域の赤色光がダイクロイックフィルタ２３ｂ側へ反射される。

緑色半導体レーザ２１ｂから出射された緑色光は、コリメートレンズ２２ｂで平行光とされ、ダイクロイックフィルタ２３ｂによって、所定の波長域の緑色光がダイクロイックフィルタ２３ｃ側へ反射される。ダイクロイックフィルタ２３ｂは、コリメートレンズ２２ｂから出射された緑色光を反射させるとともに、ダイクロイックフィルタ２３ａで反射された赤色光をダイクロイックフィルタ２３ｃ側へ透過させる。

青色半導体レーザ２１ｃから出射された青色光は、コリメートレンズ２２ｃで平行光とされ、ダイクロイックフィルタ２３ｃによって、所定の青色光が集光レンズ３０側へ反射される。ダイクロイックフィルタ２３ｃは、コリメートレンズ２２ｃから出射された青色光を反射させるとともに、ダイクロイックフィルタ２３ｂから出射した、赤色光と緑色光の合成光を集光レンズ３０側へ透過させる。

集光レンズ３０は、光源部２０からの入射光を集光させる、正の屈折力を有するレンズである。光源部２０から集光レンズ３０に入射した光は、光ファイバ４０の入射端４１において、光ファイバ４０のコア４０ａ（図２（Ａ））の方形（矩形）形状の断面積よりも小さな光径となるように集光される。これにより、光源部２０で合成された光を効率よく光ファイバ４０に入射させることができる。

光ファイバ４０は、図２（Ａ）に示すように、その延伸方向に直交する断面形状が方形状のコア４０ａと、コア４０ａの外側のクラッド４０ｂと、クラッド４０ｂの外側を覆う被膜（被覆）４０ｃとからなる。上記延伸方向は入射端４１においては図示のＺ方向に沿っており、出射端４２においてはＹ方向に沿っている。コア４０ａとクラッド４０ｂは、透過率の高い材料、例えば石英ガラスやプラスチックで構成され、クラッド４０ｂよりもコア４０ａの方が屈折率が高い材料としている。これにより、入射端４１からの入射光は、コア４０ａとクラッド４０ｂとの境界面４０ｓで全反射を繰り返し、出射端４２までコア４０ａ内を伝搬される。また、被膜４０ｃは、例えばシリコーン樹脂やナイロン繊維を用いる。

光ファイバ４０のコア４０ａの断面形状は、画像生成部５０のＬＣＯＳ５２の出射面に対応する画像生成エリア５２ａ（図２（Ｂ））の平面形状に対応する方形状となっている。さらに、光ファイバ４０とＬＣＯＳ５２は、コア４０ａの縦方向４０ｖと画像生成エリア５２ａの縦方向５２ｖが互いに対応し、かつ、コア４０ａの横方向４０ｈと画像生成エリア５２ａの横方向５２ｈが互いに対応が対応するようにそれぞれ配置される。これにより、光ファイバ４０を出射した光を複雑な光学系で整形することなく、ＬＣＯＳ５２において、画像生成エリア５２ａの平面形状に対応した中間画像を生成することができる。

光ファイバ４０の長さ、すなわち入射端４１から出射端４２までの長さは、入射光が上記全反射を１０回以上繰り返してから出射できるような長さとなっている。光ファイバ４０内で全反射を１０回以上繰り返すことにより、ディフューザ５４上に生成する画像の輝度を均一化することが可能となる。

光ファイバ４０の長さと、光ファイバ４０内における全反射の関係は次式（１）、（２）を満たすように設計されている。ここでは、光ファイバ４０の縦方向４０ｖの長さが横方向４０ｈに比べて短い場合を想定している。次式（１）、（２）において、光ファイバ４０の縦方向４０ｖ、すなわち縦方向４０ｖと横方向４０ｈのうちで長さが短い方向、において全反射の回数Ｎを１０以上に設定することによって、光ファイバ４０として必要な長さＬ_ｍｉｎを算出することができる。
Ｌ_ｍｉｎ＝（Ｎ・ｎ_ｃｏｒｅ・ｈ_ｃｏｒｅ）／ｓｉｎθ_ｉｎ （１）
Ｌ_ｍｉｎ＝Ｎ・ｈ_ｃｏｒｅ・［ｎ_ｃｏｒｅ ^２（ｎ_ｃｏｒｅ ^２−ｎ_ｃｌａｄ ^２）］^１／２ （２）
ここで、
Ｌ_ｍｉｎは光ファイバ４０の長さ、
Ｎは、入射光が光ファイバ４０内で生じる縦方向４０ｖにおける全反射の回数、
ｎ_ｃｏｒｅはコア４０ａの屈折率、
ｈ_ｃｏｒｅはコア４０ａの縦方向４０ｖにおける高さ、
ｓｉｎθ_ｉｎは、入射光が、コア４０ａとクラッド４０ｂの境界面４０ｓで反射される伝達角度、
ｎ_ｃｌａｄはクラッド４０ｂの屈折率である。

上記式（１）、（２）を満たす関係に対して、矩形ファイバの横方向４０ｈの長さが縦方向４０ｖに比べて短い場合は以下の式（３）、（４）を満たす。ここでは、光ファイバ４０の横方向４０ｈ、すなわち縦方向４０ｖと横方向４０ｈのうちで長さが短い方向、において全反射の回数Ｍを１０以上に設定することによって、光ファイバ４０として必要な長さＬ_ｍｉｎを算出することができる。
Ｌ_ｍｉｎ＝（Ｍ・ｎ_ｃｏｒｅ・ｄ_ｃｏｒｅ）／ｓｉｎθ_ｉｎ （３）
Ｌ_ｍｉｎ＝Ｍ・ｄ_ｃｏｒｅ・［ｎ_ｃｏｒｅ ^２（ｎ_ｃｏｒｅ ^２−ｎ_ｃｌａｄ ^２）］^１／２ （４）
ここで、
Ｍは、入射光が光ファイバ４０内で生じる横方向４０ｈにおける全反射の回数、
ｄ_ｃｏｒｅはコア４０ａの横方向４０ｈにおける幅である。

画像生成部５０は、図１に示すように、光ファイバ４０側から投影ミラー６０側へ順に配置された、投影レンズ５１と、ＬＣＯＳ５２と、拡大レンズ系５３と、ディフューザ５４とを備える。

投影レンズ５１は、出射端４２のコア４０ａ（図２（Ａ））における光強度分布を、画像変調デバイスとしてのＬＣＯＳ５２の画像変調エリアに照射・投影するレンズである。
ＬＣＯＳ５２は、反射型ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）（商標）であって、液晶層とアルミニウムなどの電極層とを有するパネルである。ＬＣＯＳ５２は、液晶層に電界を与える電極が規則的に並んで複数のピクセルが構成されている。ＬＣＯＳ５２においては、それぞれの電極に与えられる電界強度の変化により、液晶層内の結晶の層の厚さ方向への倒れ角度が変化し、入射するレーザ光はピクセル毎に位相が変調させられ、出射面の画像生成エリア５２ａに中間画像が生成される。この中間画像に対応する映像光がＬＣＯＳ５２から出射される。また、光ファイバ４０から、ある特定の偏光状態にある光を入射すると、結晶の倒れ角度に応じてピクセル毎に振幅を変調させることができる。

ＬＣＯＳ５２から出射された映像光は、３枚のレンズ５３ａ、５３ｂ、５３ｃからなる拡大レンズ系５３によって拡大され、ディフューザ５４上に投影される。ディフューザ５４は、例えば、マイクロレンズアレイ、拡散板、ランダム位相板、回折格子であって、入射光を拡散光として出射する。これにより、運転者の観察視野に相当するアイボックスにおいて観察可能な画像が投影可能となる。
ここで、ディフューザ５４上に投影される映像の縦方向は、ウインドシールドガラス７０に投影される画像の鉛直方向に対応し、ディフューザ５４上に投影される映像の横方向は、ウインドシールドガラス７０に投影される画像の水平方向に対応する。

ディフューザ５４からの出射光は、投影ミラー６０に入射する。投影ミラー６０は、反射面６０ｒを有する凹面鏡であって、入射光を拡大・反射し、この反射光は、車両のウインドシールドガラス７０の表示領域に投影される。この表示領域は半反射面として機能するため、入射したイメージ光は、運転者に向けて反射されるとともに、ウインドシールドガラス７０の前方位置に虚像７１が形成される。ウインドシールドガラス７０の前方の虚像７１を目視することで、運転者の眼Ｅには、ステアリングホイールの上方の前方に各種の情報が表示されているように見える。

光ファイバ４０のコア４０ａの方形状の断面形状（図２（Ａ））は、ＬＣＯＳ５２の画像生成エリア５２ａの平面形状（図２（Ｂ））と相似形であり、さらに、ディフューザ５４の平面形状とも相似形である。したがって、ディフューザ５４から出射されて投影ミラー６０で反射された投影光は、ウインドシールドガラス７０の表示領域７０ａ上において、光ファイバ４０のコア４０ａの断面形状に対応した、ほぼ相似形の外形形状の投影画像を形成する。

図３（Ａ）〜（Ｌ）は、以下の条件で、光源部からの出射光を集光レンズで集光させて光ファイバの入射端に光を入射させた場合のシミュレーション結果であり、図４は、図３に示すシミュレーションで用いた光ファイバに入射する光線の入射角度特性を示す図である。このシミュレーションの光源部、集光レンズ、及び、光ファイバは、図１に示す、光源部２０、集光レンズ３０、及び、光ファイバ４０にそれぞれ対応する。

図３（Ａ）〜（Ｋ）は、光ファイバ４０の入射端４１から出射端４２までの各位置における、コア４０ａ内の光強度分布（光量分布）を示す図である。図３（Ｌ）は、出射端４２からの出射直後の光強度分布（光量分布）を示す図である。また、図３（Ａ）〜（Ｌ）は、光ファイバ４０が延びる延伸方向に沿った方向から見た図であって、各図に示す数値（０．１ｍｍ（図３（Ａ））、１ｍｍ（同図（Ｂ））、２ｍｍ（同図（Ｃ））、３ｍｍ（同図（Ｄ））、４ｍｍ（同図（Ｅ））、５ｍｍ（同図（Ｆ））、６ｍｍ（同図（Ｇ））、７ｍｍ（同図（Ｈ））、８ｍｍ（同図（Ｉ））、９ｍｍ（同図（Ｊ））、７５０ｍｍ（同図（Ｋ））、１０００ｍｍ（同図（Ｌ）（出射端４２））は、前記延伸方向に沿った、入射端４１からの距離を示す。

＜シミュレーション条件＞
（１）光源部
直径０．００５ｍｍの面光源、射出角度４０度（半値全幅）、発光量１Ｗ

（２）集光レンズ：光源部側の入射面、及び、光ファイバ側の出射面ともに非球面
（２−１）厚み（入射面と出射面の間隔） ：２．９０２６２５
材質：Ｎ−ＢＫ７（型番）

（２−２）入射面
曲率半径 ：３．９７０８８１
コーニック係数（円錐形数） ：−０．９１５２８

（２−３）出射面
曲率半径 ：１．２６２６８７
コーニック係数（円錐形数） ：−０．５０００６
非球面係数（４次） ：−０．００７５２
非球面係数（６次） ：−０．０１３２８
非球面係数（８次） ：−０．０００６４

（３）光ファイバ：全長１０００ｍｍ
入射角度特性を示す図４において、横軸の入射角度（単位：度（ｄｅｇ））は入射端の端面の法線に対する角度であり、縦軸の相対強度は各角度における入射光強度を最大値で規格化した値である。ＦＷＨＭは半値全幅、ＨＷＨＭは半値半幅である。図４に示すように、この光ファイバに入射する光線のＨＷＨＭは５．５度である。

（３−１）コア
屈折率１．４６５、透過率９７．０８％＠１ｍ
光ファイバの延伸方向に直交する断面形状：幅０．１ｍｍ、高さ０．０５ｍｍの矩形（方形）

（３−２）クラッド
屈折率１．４６、透過率９７．０８％＠１ｍ
光ファイバの延伸方向に直交する断面形状：直径０．１２５ｍｍの円形

（３−３）被膜（被覆）
屈折率１．４、透過率９７．０８％＠１ｍ
光ファイバの延伸方向に直交する断面形状：直径１．０ｍｍの円形

このシミュレーション結果によれば、図３（Ａ）〜図３（Ｇ）に示す光強度分布は均一とはなっていないが、図３（Ｈ）に示す、入射端から７ｍｍの位置において、光強度の分布は均一になっており、さらに入射端から離れた位置（図３（Ｉ）〜図３（Ｌ））では、いずれも光強度の分布は均一となっている。

ここで、光ファイバに入射する光線のＨＷＨＭは５．５度であり、コアの屈折率は１．４６５であることから、コア内での伝達角度は、スネルの法則により３．７５度となる。したがって、入射端から７ｍｍの位置はコア内で１０回の全反射を行った位置に対応する。図３（Ａ）〜（Ｌ）に示す結果から、入射端から７ｍｍ以上離れたいずれの位置においても光強度分布が均一となっているため、コア内で１０回以上の全反射を行わせるような長さの光ファイバを用いれば、その出射端から光強度分布が均一な光を出射させることが可能となり、このような光に基づいて方形状の映像の四隅まで均一性に優れた映像光を生成できる。

以上のように構成されたことから、第１実施形態の画像表示装置１０によれば、次の効果を奏する。
（１）光源部２０と画像生成部５０との間に光ファイバ４０を設けたことにより、画像表示装置１０を配置するための車両内のスペースの大きさや形状による制限に対して柔軟に対応可能となり、また、複雑な光学系を導入する必要がないため、コストを抑えつつ、各部材配置の自由度を高めることができる。

（２）光ファイバ４０のコア４０ａの断面形状が、画像生成エリア５２ａの平面形状と相似形となる方形状であるため、複雑な光学系を設けなくても画像生成エリア５２ａに対応したサイズに容易に拡大することができ、光強度分布の均一性を保持することができる。したがって、光強度の均一性や映像品質に優れた投影画像を容易に生成することができ、さらに、光源部２０からの出射光を、損失を抑えて、効率よく利用することが可能となる。

（３）光ファイバ４０を、内部における全反射が１０回以上となるような長さとしているため、出射光における光強度分布の均一性を高めることができる。

（４）光源部２０からの出射光を、集光レンズ３０によって、光ファイバ４０のコア４０ａの断面積よりも小さく集光させているため、光ファイバ４０への入射効率を高くすることができ、光源部２０からの出射光の利用効率を高めることができる。

＜第２実施形態＞
図５は、第２実施形態に係る画像表示装置１１０の概略構成を示す図である。図５において、第１実施形態の画像表示装置１０と同様の構成の部材については第１実施形態と同じ符号を用いている。

第２実施形態の画像表示装置１１０においては、第１実施形態の画像表示装置１０に対して、光源部１２０と光ファイバ４０の出射端４２との間には集光レンズを設けていない。また、光源部１２０において、３つの半導体レーザ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃと、これらにそれぞれ対応する３つのダイクロイックフィルタ１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃとの間に、３つの集光レンズ１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃをそれぞれ配置している。

赤色半導体レーザ１２１ａから出射された赤色光は、集光レンズ１２２ａによって集光され、ダイクロイックフィルタ１２３ａによって、所定の波長域の赤色光がダイクロイックフィルタ１２３ｂ側へ反射される。

緑色半導体レーザ１２１ｂから出射された緑色光は、集光レンズ１２２ｂで集光され、ダイクロイックフィルタ１２３ｂによって、所定の波長域の緑色光がダイクロイックフィルタ１２３ｃ側へ反射される。ダイクロイックフィルタ１２３ｂは、集光レンズ１２２ｂから出射された緑色光を反射させるとともに、ダイクロイックフィルタ１２３ａで反射された赤色光をダイクロイックフィルタ１２３ｃ側へ透過させる。

青色半導体レーザ１２１ｃから出射された青色光は、集光レンズ１２２ｃで集光され、ダイクロイックフィルタ１２３ｃによって、所定の青色光が光ファイバ４０の入射端４１側へ反射される。ダイクロイックフィルタ１２３ｃは、集光レンズ１２２ｃから出射された青色光を反射させるとともに、ダイクロイックフィルタ１２３ｂから出射した、赤色光と緑色光の合成光を光ファイバ４０側へ透過させる。ダイクロイックフィルタ１２３ｃから出射された、赤色・緑色・青色の合成光は、光ファイバ４０の入射端４１において、コア４０ａ（図２（Ａ））の断面形状よりも小さい径で入射する。これにより、光ファイバ４０への入射効率を高くすることができ、光源部１２０からの出射光の利用効率を高めることができる。また、第１実施形態と比較して、光源部１２０と光ファイバ４０の間の集光レンズを省略できるため、装置サイズをコンパクトにすることができる。
なお、その他の作用、効果、変形例は第１実施形態と同様である。

＜第３実施形態＞
図６は、第３実施形態に係る画像表示装置２１０の概略構成を示す図である。図６において、第１実施形態の画像表示装置１０と同様の構成の部材については第１実施形態と同じ符号を用いている。

第３実施形態の画像表示装置２１０においては、第１実施形態の画像表示装置１０に対して、光源部２０と光ファイバ４０との間には集光レンズを設けておらず、また、光ファイバ４０の出射端４２と投影ミラー６０との間に、拡大レンズ２５１と液晶表示デバイス２５４とからなる画像生成部２５０を配置している。なお、図６には図示していないが、運転者のアイボックスエリアを確保するために、拡大レンズ２５１と液晶表示デバイス２５４の間に、第１実施形態のディフューザ５４と同様のディフューザを配置し、拡大レンズ２５１からの入射光を拡散光として液晶表示デバイス２５４側へ出射させるとよい。

拡大レンズ２５１は、光ファイバ４０の出射端４２における光強度分布を液晶表示デバイス２５４に拡大・投影させるレンズである。拡大レンズ２５１は、球面レンズで構成することができるが、色収差を抑えるためにアクロマートレンズや回折レンズと非球面レンズとの組み合わせを用いても良い。

液晶表示デバイス２５４は、中間画像を生成する画像生成エリア（不図示）を有し、この画像生成エリアは、光ファイバ４０のコア４０ａ（図２（Ａ））の断面形状である方形に相似する平面形状を有する。液晶表示デバイス２５４は、透過型液晶パネルであり、拡大レンズ２５１側からの入射光をバックライトとして、不図示の制御部にしたがって画像生成エリアに中間画像を形成する。このような構成により、複雑な光学系を設けなくても、拡大レンズ２５１という簡単な構成によって、光ファイバ４０で得られた光強度の均一性を維持でき、かつ、映像品質に優れた投影画像を容易に生成することができ、さらに、光源部２０からの出射光を、損失を抑えて、効率よく利用することが可能となる。

なお、上記液晶表示デバイス２５４に代えて、例えば、透過型のＬＣＯＳ、反射型ＬＣＯＳ、ＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）（登録商標）を用いて中間画像を生成してもよい。また、単一のレンズである拡大レンズ２５１に代えて、複数のレンズからなる拡大レンズ系を用いても良い。
また、その他の作用、効果、変形例は第１実施形態と同様である。
本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。

以上のように、本発明に係る画像表示装置は、光強度の均一性に優れ、高品質の映像を生成でき、かつ、光の利用効率が高い点で有用である。

１０ 画像表示装置
２０ 光源部
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ 半導体レーザ
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ コリメートレンズ
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ ダイクロイックフィルタ
３０ 集光レンズ
４０ 光ファイバ
４０ａ コア
４０ｂ クラッド
４０ｃ 被膜（被覆）
４１ 入射端
４２ 出射端
５０ 画像生成部
５１ 投影レンズ
５２ ＬＣＯＳ（画像変調デバイス）
５２ａ 画像生成エリア
５３ 拡大レンズ系
５３ａ、５３ｂ、５３ｃ レンズ
５４ ディフューザ
６０ 投影ミラー（投影光学系）
６０ｒ 反射面
７０ ウインドシールドガラス
７０ａ 表示領域
７１ 虚像
１１０ 画像表示装置
１２０ 光源部
１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ 半導体レーザ
１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ 集光レンズ
１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ ダイクロイックフィルタ
２１０ 画像表示装置
２５０ 画像生成部
２５１ 拡大レンズ
２５４ 液晶表示デバイス

Claims (5)

1. 光源部と、
   前記光源部からの出射光が入射する光ファイバと、
   前記光ファイバからの出射光に基づいて、画像生成エリアに中間画像を生成する画像生成部と、
   前記画像生成部で生成された前記中間画像に対応した画像を表示領域に投影する投影光学系とを備え、
   前記光ファイバの出射端のコアの断面形状が、前記画像生成エリアの平面形状に対応する方形状であることを特徴とする画像表示装置。
2. 前記光ファイバは、入射光が、前記コアとクラッドの境界面で１０回以上全反射可能な光路長を有する請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記光源部と前記光ファイバとの間に集光レンズが設けられており、
   前記光源部からの出射光が、前記集光レンズによって、前記光ファイバの入射端において前記コアの断面形状よりも小さな光径となるように集光される請求項１又は請求項２に記載の画像表示装置。
4. 前記光源部は、互いに波長が異なる３つの光源と、前記３つの光源からの出射光を合成させる光学部品とを備える請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
5. 前記３つの光源は、半導体レーザを有する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の画像表示装置。