JP2018155801A - 画像表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】奥行き方向に徐々に視距離が変化する画像を高精細に表示することが可能な画像表示装置を提供する。【解決手段】画像表示装置は、光源101と、光が照射されることにより画像が形成されるスクリーン301と、スクリーン301からの光により虚像を生成する光学系と、光源101から出射された光をスクリーン301に収束させる集光レンズ107と、集光レンズ107とスクリーン301との間に配置され光学距離を補正するための光学距離補正部材108と、光源101からの光でスクリーン301を走査するための走査部106と、を備える。スクリーン301は、虚像の視距離が徐々に大きくなるように傾けて配置される。光学距離補正部材108は、集光レンズ107とスクリーン301との光学距離が、スクリーン301の全ての画像表示領域に対して略均一となるように、透過する光の光学距離を調整する。【選択図】図2

Description

本発明は、画像表示装置に関し、たとえば、乗用車等の移動体に搭載して好適なものである。
近年、ヘッドアップディスプレイと称される画像表示装置の開発が進められ、乗用車等の移動体に搭載されている。乗用車に搭載されるヘッドアップディスプレイでは、画像情報により変調された光がウインドシールド(フロントガラス)に向けて投射され、その反射光が運転者の目に照射される。これにより、運転者は、ウインドシールドの前方に、画像の虚像を見ることができる。たとえば、車速や外気温等が、虚像として表示される。最近では、ナビゲーション画像や、通行人を注意喚起する画像を虚像として表示することも検討されている。
以下の特許文献1、2には、2つのスクリーンを用いて虚像の視距離を段階的に変化させる構成の画像表示装置が記載されている。ここでは、観察位置(目の位置)までの光路の距離が互いに相違するように、2つのスクリーンが配置される。これにより、観察者は、奥行き方向に段階的に視距離が変化する2つの画像を見ることができる。
特開2016−224287号公報 特開2016−186509号公報
車両の進行方向を示すナビゲーション用の画像(たとえば、矢印など)を路面に重ねて表示する場合、徐々に視距離が変化するように虚像が構成されることが好ましい。しかしながら、上記特許文献1、2の構成では、2つのスクリーンによって段階的に視距離を変化させる構成であるため、徐々に視距離が変化するように虚像を表示させることは困難であった。
かかる課題に鑑み、本発明は、奥行き方向に徐々に視距離が変化する画像を高精細に表示することが可能な画像表示装置を提供することを目的とする。
本発明の主たる態様に係る画像表示装置は、光源と、前記光源からの光が照射されることにより画像が形成されるスクリーンと、前記スクリーンからの光により虚像を生成する光学系と、前記光源から出射された光を前記スクリーンに収束させる集光レンズと、前記集光レンズと前記スクリーンとの間に配置され光学距離を補正するための光学距離補正部材と、前記光源からの光で前記スクリーンを走査するための走査部と、を備える。ここで、前記スクリーンは、前記虚像の視距離が徐々に大きくなるように傾けて配置される。また、前記光学距離補正部材は、前記集光レンズと前記スクリーンとの光学距離が、前記スクリーンの全ての画像表示領域に対して略均一となるように、透過する光の光学距離を調整する。
本態様に係る画像表示装置によれば、虚像の視距離が徐々に大きくなるようにスクリーンが傾けて配置されているため、奥行き方向に徐々に視距離が変化する画像を表示することができる。また、光学距離補正部材によって、集光レンズとスクリーンとの光学距離が、スクリーンの全ての画像表示領域に対して略均一とされるため、何れの走査位置においても、スクリーンに対して一律に光を合焦させることができ、高精細な画像を表示させることができる。よって、本態様に係る画像表示装置によれば、奥行き方向に徐々に視距離が変化する画像を高精細に表示させることができる。
以上のとおり、本発明によれば、奥行き方向に徐々に視距離が変化する画像を高精細に表示することが可能な画像表示装置を提供することができる。
本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。
図1(a)、(b)は、実施形態に係る画像表示装置の使用形態を模式的に示す図、図1(c)は、実施形態に係る画像表示装置の構成を模式的に示す図である。 図2は、実施形態に係る画像表示装置の照射光生成部および照射光生成部に用いる回路の構成を示す図である。 図3(a)は、実施形態に係るスクリーンの構成を模式的に示す斜視図である。図3(b)は、実施形態に係るスクリーンに対するレーザ光の走査方法を模式的に示す図である。 図4(a)は、比較例に係る、スクリーンに対するレーザ光の集光状態を模式的に示す側面図である。図4(b)は、比較例に係る画像の表示例を模式的に示す図である。 図5(a)は、実施形態に係る、スクリーンに対するレーザ光の集光状態を模式的に示す側面図である。図5(b)は、実施形態に係る画像の表示例を模式的に示す図である。 図6(a)は、実施形態に係る後段側のプリズムの作用を模式的に示す側面図である。図6(b)は、変更例1に係るスクリーン周辺の構成を模式的に示す側面図である。 図7は、変更例2に係る画像表示装置の照射光生成部および照射光生成部に用いる回路の構成を示す図である。 図8(a)は、変更例3に係るスクリーン周辺の構成を模式的に示した側面図である。図8(b)は、変更例3に係る構成により表示される画像の表示例を示す図である。
以下、本発明の実施形態について図を参照して説明する。便宜上、各図には、互いに直交するX、Y、Z軸が付記されている。本実施形態は、車載用のヘッドアップディスプレイに本発明を適用したものである。
図1(a)、(b)は、画像表示装置20の使用形態を模式的に示す図である。図1(a)は、乗用車1の側方から乗用車1の内部を透視した模式図、図1(b)は、乗用車1の内部から走行方向前方を見た図である。
図1(a)に示すように、画像表示装置20は、乗用車1のダッシュボード11の内部に設置される。
図1(a)、(b)に示すように、画像表示装置20は、映像信号により変調されたレーザ光を、ウインドシールド12下側の運転席寄りの投射領域13に投射する。レーザ光は、投射領域13で反射され、運転者2の目の位置周辺の横長の領域(アイボックス領域)に照射される。これにより、運転者2の前方の視界に、虚像として所定の画像30が表示される。運転者2は、ウインドシールド12の前方の景色上に、虚像である画像30を重ね合わせて見ることができる。すなわち、画像表示装置20は、虚像である画像30をウインドシールド12の投射領域13の前方の空間に結像させる。
図1(c)は、画像表示装置20の構成を模式的に示す図である。
画像表示装置20は、照射光生成部21と、ミラー22、23とを備える。照射光生成部21は、映像信号により変調されたレーザ光を出射する。ミラー22、23は曲面状の反射面を有し、照射光生成部21から出射されたレーザ光をウインドシールド12に向けて反射する。ウインドシールド12で反射されたレーザ光は、運転者2の目2aに照射される。照射光生成部21の光学系とミラー22、23は、ウインドシールド12の前方に虚像による画像30が所定の大きさで表示されるように設計されている。ミラー22、23は、虚像を構成するための光学系を構成する。
図2は、画像表示装置20の照射光生成部21の構成および照射光生成部21に用いる回路の構成を示す図である。
照射光生成部21は、光源101と、コリメータレンズ102a〜102cと、ミラー103と、ダイクロイックミラー104、105と、走査部106と、集光レンズ107と、光学距離補正部材108と、屈折補正部材109と、スクリーン301と、を備える。照射光生成部21は、スクリーン301から生じる画像生成のためのレーザ光をZ軸正方向に投射する。
光源101は、3つのレーザ光源101a〜101cを備える。レーザ光源101a〜101cは、それぞれ、赤色波長帯、緑色波長帯および青色波長帯のレーザ光を出射する。本実施形態では、画像30としてカラー画像を表示するために、光源101が3つのレーザ光源101a〜101cを備えている。画像30として単色の画像を表示する場合、光源101は、画像の色に対応する1つのレーザ光源のみを備えていてもよい。レーザ光源101a〜101cは、たとえば、半導体レーザからなっている。
レーザ光源101a〜101cから出射されたレーザ光は、それぞれ、コリメータレンズ102a〜102cによって略平行光に変換される。このとき、レーザ光源101a〜101cから出射されたレーザ光は、それぞれ、図示しないアパーチャによって、円形のビーム形状に整形される。なお、コリメータレンズ102a〜102cに代えて、レーザ光を円形のビーム形状に整形し且つ平行光化する整形レンズを用いてもよい。この場合、アパーチャは省略され得る。
その後、レーザ光源101a〜101cから出射された各色のレーザ光は、ミラー103と2つのダイクロイックミラー104、105によって光軸が整合される。ミラー103は、コリメータレンズ102aを透過した赤色レーザ光を略全反射する。ダイクロイックミラー104は、コリメータレンズ102bを透過した緑色レーザ光を反射し、ミラー103で反射された赤色レーザ光を透過する。ダイクロイックミラー105は、コリメータレンズ102cを透過した青レーザ光を反射し、ダイクロイックミラー104を経由した赤色レーザ光および緑色レーザ光を透過する。ミラー103と2つのダイクロイックミラー104、105は、レーザ光源101a〜101cから出射された各色のレーザ光の光軸を整合させるように配置されている。
なお、レーザ光源101a〜101cは、こうして光軸が整合された後の各色のレーザ光の偏光方向が同一方向に揃うように配置されている。具体的には、各色のレーザ光の偏光方向が、ウインドシールド12に入射する際に、全て水平方向に揃うように、レーザ光源101a〜101cの回転位置(光軸周りの回転位置)が調整されている。
走査部106は、ダイクロイックミラー105を経由した各色のレーザ光を反射する。走査部106は、たとえば、MEMS(micro electro mechanical system)ミラーからなっており、ダイクロイックミラー105を経由した各色のレーザ光が入射されるミラー106aを、駆動信号に応じて、Y軸に平行な軸とY軸に垂直な軸の周りに回転させる構成を備える。このようにミラー106aを回転させることにより、レーザ光の反射方向が、X−Z平面の面内方向およびY−Z平面の面内方向において変化する。これにより、後述のように、各色のレーザ光によってスクリーン301が走査される。
なお、ここでは、走査部106が、2軸駆動方式のMEMSミラーにより構成されたが、走査部106は、他の構成であってもよい。たとえば、Y軸に平行な軸の周りに回転駆動されるミラーと、Y軸に垂直な軸の周りに回転駆動されるミラーとを組み合わせて走査部106が構成されてもよい。
集光レンズ107は、走査部106から入射したレーザ光をスクリーン301の入射面に収束させる。
光学距離補正部材108は、光源101とスクリーン301との光学距離が、スクリーン301の全ての画像表示領域に対して略均一となるように、透過するレーザ光の光学距離を調整する。屈折補正部材109は、光学距離補正部材108によってレーザ光に生じた屈折を補正する。光学距離補正部材108および屈折補正部材109の作用は、追って、図4(a)〜図5(a)を参照して説明する。
スクリーン301は、レーザ光が走査されることにより画像が形成され、入射したレーザ光を運転者2の目2aの位置周辺の領域(アイボックス領域)に拡散させる作用を有する。スクリーン301は、PET(ポリエチレンテレフタレート)等の透明な樹脂からなっている。スクリーン301は、レーザ光の主光線の入射方向に垂直な状態、すなわち、Z軸に垂直な状態からX−Z平面に平行な方向に所定角度だけ傾くように配置されている。
画像処理回路201は、CPU(Central Processing Unit)等の演算処理ユニットやメモリを備え、入力された映像信号を処理してレーザ駆動回路202およびミラー駆動回路203を制御する。レーザ駆動回路202は、画像処理回路201からの制御信号に応じて、レーザ光源101a〜101cの出射強度を変化させる。ミラー駆動回路203は、画像処理回路201からの制御信号に応じて、走査部106のミラー106aを駆動する。
図3(a)は、スクリーン301の構成を模式的に示す斜視図である。図3(b)は、スクリーン301に対するレーザ光の走査方法を模式的に示す図である。
図3(a)に示すように、スクリーン301のレーザ光入射側の面(Z軸負側の面)には、レーザ光をX軸方向に発散させるための複数の第1のレンズ部301aが、X軸方向に並ぶように形成されている。Y軸方向に見たときの第1のレンズ部301aの形状は略円弧形状である。第1のレンズ部301aのX軸方向の幅は、たとえば、50μmである。
また、スクリーン301のレーザ光出射側の面(Z軸正側の面)には、レーザ光をY軸方向に発散させるための複数の第2のレンズ部301bが、Y軸方向に並ぶように形成されている。X軸方向に見たときの第2のレンズ部301bの形状は略円弧形状である。第2のレンズ部301bのY軸方向の幅は、たとえば、70μmである。
上記構成を有するスクリーン301の入射面(Z軸負側の面)のうち、画像表示領域D1が、図3(b)に示すように、各色のレーザ光が重ねられたビームB1によって、X軸正方向に走査される。画像表示領域D1に対して、予め、ビームB1が通る走査ラインL1〜Lnが、Y軸方向に一定間隔で設定されている。走査ラインL1〜Lnの開始位置と終了位置は、X軸方向において一致している。ビームB1の径は、たとえば、50μm程度に設定される。
映像信号により各色のレーザ光が変調されたビームB1により走査ラインL1〜Lnが高周波で走査されることにより、画像が構成される。こうして構成される画像が、スクリーン301と、ミラー22、23およびウインドシールド12(図1(c)参照)を介して、運転者2の目2aの位置周辺の領域(アイボックス)に投射される。これにより、運転者2は、ウインドシールド12の前方の空間に、虚像として画像30を視認する。
ところで、本実施形態では、上記のように、スクリーン301が、Z軸に垂直な状態からX−Z平面に平行な方向に所定角度だけ傾くように配置されている(図2参照)。このため、虚像として表示された画像30は、スクリーン301のX軸正側で生成された部分よりもスクリーン301のX軸負側で生成された部分の方が、運転者2の視点からの視距離が大きくなる。すなわち、このようにスクリーン301を傾けることにより、スクリーン301のX軸正側の端からスクリーン301のX軸負側の端に向かうにしたがって、スクリーン301から投写される虚像の結像位置が徐々に遠くなる。よって、このようにスクリーン301を傾けて配置することにより、奥行き方向に徐々に視距離が変化する画像30を表示させることができる。
しかしながら、このようにスクリーン301を傾けて配置した場合、集光レンズ107とスクリーン301との間の距離が、X軸正方向に向かうほど大きくなる。したがって、図3(b)に示すようにスクリーン301が走査されると、各走査ラインと集光レンズ107との間の距離が、走査ラインL1〜Lnごとに相違することになる。このため、所定の走査ラインに合焦するように集光レンズ107の焦点距離を設定すると、その他の走査ラインにおいて、レーザ光が合焦しなくなり、ビームB1の径が大きくなってしまう。
図4(a)は、比較例に係る、スクリーン301に対するレーザ光の集光状態を模式的に示す側面図である。図4(a)には、走査ラインL1〜Lnをそれぞれ走査する際のレーザ光の集光状態が模式的に示されている。αは、X−Z平面に平行な方向におけるレーザ光の振り角である。
図4(a)に示すように、比較例では、集光レンズ107とスクリーン301との間に、図2に示した光学距離補正部材108が配置されていない。この場合、最上段の走査ラインL1の位置にレーザ光が合焦するように集光レンズ107の焦点位置F0を設定すると、下段の走査ラインに向かうに従って、焦点位置F0とスクリーン301との間の隙間が大きくなる。このため、下段の走査ラインに向かうに従って、走査ラインにおけるレーザ光のビーム径が大きくなり、スクリーン301によって描画される画像30の精細度が低下する。
図4(b)は、比較例に係る画像の表示例を模式的に示す図である。
上記のように、スクリーン301を傾けて配置することにより、奥行き方向に視距離が変化する奥行き画像M1を虚像として表示させることができる。図4(b)の例において、奥行き画像M1は、ナビゲーション機能により乗用車1が道路R1を曲がるべき方向を運転者2に示唆するための矢印である。図3(b)に示した走査ラインL1〜Lnのうち、奥行き画像M1に対応する走査ライン上の、奥行き画像M1に対応する区間において、レーザ光源101a〜101cを所定の強度で発光させることにより、図3(b)に示す奥行き画像M1を虚像として表示させることができる。
しかしながら、比較例では、図4(a)を参照して説明したとおり、下段の走査ラインに向かうに従って、焦点位置F0とスクリーン301との間の隙間が大きくなり、これにより、下段の走査ラインに向かうに従って、走査ラインにおけるレーザ光のビーム径が大きくなるため、スクリーン301によって描画される奥行き画像M1は、図4(b)に示すように、視距離が浅い手前の位置ほど精細度が低下し、視認性が劣化する。
本実施形態では、このような問題を解消するために、スクリーン301に対して光源101側に光学距離補正部材108が配置されている。
図5(a)は、実施形態に係る、スクリーン301に対するレーザ光の集光状態を模式的に示す側面図である。
本実施形態では、光学距離補正部材108が、X軸正方向に向かうほど厚みが大きいプリズムによって構成されている。光学距離補正部材108は、たとえばガラスにより形成される。Y軸方向に見たときの光学距離補正部材108の形状は三角形であり、Z軸方向に見たときの光学距離補正部材108の形状は、図3(a)に示したえ画像表示領域D1と略同様の大きさの長方形である。
光学距離補正部材108の屈折率は、空気の屈折率よりも大きい。このため、光学距離補正部材108を透過する間のレーザ光の光学距離は、光学距離補正部材108の厚みが大きくなるほど長くなる。すなわち、光学距離補正部材108を透過する間のレーザ光の光学距離は、レーザ光の透過位置がX軸正方向に向かうほど長くなる。これにより、集光レンズ107によって集光されたレーザ光の焦点位置は、光学距離補正部材108に対するレーザ光の透過位置がX軸正側に向かうほど、Z軸方向にシフトされる。この作用により、レーザ光が何れの走査ラインを走査する場合においても、レーザ光を、スクリーン301の入射面に合焦させることができ、レーザ光のビーム径を小さく絞ることができる。
なお、各走査ラインに対する光学距離の補正量は、光学距離補正部材108の屈折率と厚みによって決まる。よって、光学距離補正部材108は、全ての走査ラインにおいて、レーザ光を、スクリーン301の入射面に合焦させ得るように、屈折率と厚みが調整される。
図5(b)は、実施形態に係る画像の表示例を模式的に示す図である。
実施形態では、比較例と同様、スクリーン301を傾けて配置することにより、奥行き画像M1を表示できる。また、実施形態では、光学距離補正部材108を配置することにより、全ての走査ラインL1〜Lnにおいてレーザ光をスクリーン301の入射面の合焦させ得るため、何れの走査ラインL1〜Lnにおいてもレーザ光のビーム径を小さくでき、図5(b)に示すように、奥行き画像M1の全体を高精細で表示させることができる。このように、実施形態の構成では、奥行き画像M1の視認性を高めることができる。
次に、屈折補正部材109の作用について、図6(a)を参照して説明する。
上記のように、光学距離補正部材108がプリズムによって構成されている場合、光学距離補正部材108に入射したレーザ光は、屈折により進行方向が曲げられる。図6(a)の太実線は、走査部106のミラー106aが中立位置にあるときのレーザ光(主光線ML0)の軌跡を示している。
これに対し、屈折補正部材109は、X軸負方向に向かうほど厚みが大きいプリズムによって構成されている。屈折補正部材109は、たとえばガラスにより形成される。Y軸方向に見たときの屈折補正部材109は三角形であり、Z軸方向に見たときの屈折補正部材109は長方形である。屈折補正部材109の屈折率は、空気の屈折率よりも大きい。
このように光学距離補正部材108を配置することにより、図6(a)に示すように、光学距離補正部材108によって進行方向が曲げられた主光線ML0は、屈折補正部材109を透過する際に、屈折により進行方向が逆方向に曲げられて元の進行方向(Z軸方向)に戻される。この作用は、走査ラインL1〜Lnの何れについても、屈折補正部材109によりレーザ光に付与される。このように、屈折補正部材109は、レーザ光の進行方向を補正する作用を発揮する。
また、屈折補正部材109は、光学距離補正部材108によって生じた色割れを解消する作用も発揮する。すなわち、上記のように、本実施形態では、レーザ光源101a、101b、101cからそれぞれ出射された赤色、緑色および青色のレーザ光は、光軸が合わせされた状態で、光学距離補正部材108に入射する。この場合、各色に対する光学距離補正部材108の屈折率が相違するため、光学距離補正部材108を透過した後の各色のレーザ光の間に、屈折角の相違に基づく光軸ずれ(色割れ)が生じる。
これに対し、本実施形態では、図6(a)に示すように、屈折補正部材109が光学距離補正部材108に対して逆向きに配置されているため、各色のレーザ光は、それぞれ、光軸ずれ(色割れ)を抑制する方向および大きさで、光学距離補正部材108から屈折作用を受ける。これにより、光学距離補正部材108により生じた光軸ずれ(色割れ)が解消される。
なお、図6(a)の構成において、屈折補正部材109が、上記のようなレーザ光の進行方向を補正する作用および色割れを解消する作用をレーザ光に付与する場合、屈折補正部材109は、光学距離補正部材108による屈折と同様の屈折を、光学距離補正部材108による屈折と逆向きに、各色のレーザ光に付与する必要がある。この場合、屈折補正部材109は、たとえば、光学距離補正部材108と同様の形状および屈折率を有するように構成され得る。
さらに、屈折補正部材109は、虚像における視距離の変化をさらに増幅させる作用も発揮する。すなわち、図6(a)に示すように、屈折補正部材109は、X軸負方向に向かうほど厚みが大きくなっている。したがって、レーザ光が屈折補正部材109を透過する間の光学距離は、レーザ光の走査位置がX軸負側に向かうほど長くなる。このため、虚像に対する視距離は、X軸負側の走査ラインに対応する虚像の位置ほど遠くなる。よって、スクリーン301を傾けることによって視距離が遠くなった虚像の位置において、さらに、屈折補正部材109による光学距離の増長作用により、視距離が拡張される。
以上のように、屈折補正部材109は、図6(a)に示したレーザ光の進行方向を補正する作用の他、色割れを解消する作用および虚像における視距離の変化を増幅する作用を発揮する。したがって、本実施形態では、これらの作用を考慮しつつ、所望の視距離の変化で虚像(画像30)が色割れなく表示されるように、スクリーン301の傾き角と、光学距離補正部材108および屈折補正部材109の屈折率および厚みが調整される。
<実施形態の効果>
上記実施形態によれば、以下の効果が奏される。
虚像の視距離が徐々に大きくなるようにスクリーン301が傾けて配置されているため、奥行き方向に徐々に視距離が変化する画像30を虚像として表示することができる。また、光学距離補正部材108によって、集光レンズ107とスクリーン301との光学距離が、スクリーン301の全ての画像表示領域D1に対して略均一とされるため、何れの走査ラインにおいても、スクリーン301に対して一律にレーザ光を合焦させることができる。よって、何れの走査ラインにおいても、レーザ光のビーム径を小さく絞ることができ、高精細かつ視認性が極めて良好な画像30(奥行き画像M1)を表示させることができる。
また、本実施形態では、図6(a)に示したように、光学距離補正部材108が、集光レンズ107から離れた方のスクリーン301の端部(スクリーン301のX軸正側の端部)に対向する部分の厚みが、集光レンズ107に接近する方のスクリーン301の端部(スクリーン301のX軸正側の端部)に対向する部分の厚みよりも大きいプリズムからなっている。これにより、光学距離補正部材108を安価に形成でき、且つ、光学距離補正部材108を煩雑な作業なく容易に設置できる。
また、本実施形態では、図6(a)に示したように、スクリーン301に対して光学距離補正部材108の反対側に、光学距離補正部材108によってレーザ光に生じた屈折を補正する屈折補正部材109がさらに配置されている。これにより、図6(a)を参照して説明したとおり、光学距離補正部材108による屈折により曲げられたレーザ光の進行方向が、屈折補正部材109による屈折により逆方向に曲げられて元に戻される。よって、後段の光学系により、円滑に、虚像による画像30を生成することができる。
加えて、本実施形態では、上記のように、光学距離補正部材108によって生じた色割れを、屈折補正部材109により抑制でき、さらに、画像30による視距離の変化を、屈折補正部材109によって増幅させることができる。
また、本実施形態では、図6(a)に示したように、屈折補正部材109が、集光レンズ107から離れた方のスクリーン301の端部(スクリーン301のX軸正側の端部)に対向する部分の厚みが、集光レンズ107に接近する方のスクリーン301の端部(スクリーン301のX軸負側の端部)に対向する部分の厚みよりも小さいプリズムからなっている。これにより、屈折補正部材109を安価に形成でき、且つ、屈折補正部材109を煩雑な作業なく容易に設置できる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、また、本発明の適用例も、上記実施形態の他に、種々の変更が可能である。
<変更例1>
図6(b)は、変更例1に係るスクリーン301周辺の構成を模式的に示す側面図である。
変更例1では、光学距離補正部材108の入射面と出射面との角度θ1が、Z軸に垂直な平面に対するスクリーン301の傾斜角度θ2よりも大きくなっている。このように角度θ1を設定することにより、図6(b)に示すように、光源101から集光レンズ107までの光学ブロックをX軸正方向に傾けて配置でき、スクリーン301をZ軸負方向に見たときに、スクリーン301の画像表示領域D1(図3(a)参照)に走査部106のミラー106aが含まれないようにすることができる。
なお、図6(b)では、説明の便宜上、各部材が大きく描かれ、且つ、各部材が互いに接近して描かれているため、スクリーン301をZ軸負方向に見たときに、スクリーン301の画像表示領域D1に走査部106のミラー106aが含まれ得るが、実際は、スクリーン301およびミラー106aがかなり小さく、且つ、より大きく離間しているため、図6(b)に示すように光源101から集光レンズ107までの光学ブロックをX軸正方向に傾けることにより、スクリーン301をZ軸負方向に見たときに、スクリーン301の画像表示領域D1に走査部106のミラー106aが含まれないようにできる。
変更例1の構成によれば、このように、スクリーン301をZ軸負方向に見たときに、スクリーン301の画像表示領域D1に走査部106のミラー106aが含まれないため、アイボックスの範囲内に、ミラー106aの反射点である高輝度の発光点が含まれないようにすることができる。これにより、高輝度の発光点により画像30のコントラストが低下することを防ぐことができ、結果、画像30のコントラストを向上させることができる。
<変更例2>
図7は、変更例2に係る画像表示装置20の照射光生成部21および照射光生成部21に用いる回路の構成を示す図である。
変更例2では、光学距離補正部材108が、水晶またはニオブ酸リチウム等の複屈折性材料により形成されている。屈折補正部材109は、上記実施形態と同様、ガラス等の非複屈折性の材料からなっている。また、変更例2では、光学距離補正部材108の前側と屈折補正部材109の後ろ側にそれぞれ1/2波長板110、111が配置されている。その他の構成は、上記実施形態と同様である。
変更例2の構成によれば、光学距離補正部材108に入射したレーザ光は、上記実施形態と同様、X軸方向の位置に応じた補正量にて、光学距離が補正される。したがって、上記実施形態と同様、何れの走査ラインにおいても、レーザ光を、略最小径でスクリーン301に入射させ得る。
加えて、変更例2の構成では、光学距離補正部材108が複屈折性材料からなっているため、光学距離補正部材108に入射したレーザ光は、複屈折性材料の光学軸に対する偏光方向の傾きに応じて正常光と異常光に分離され、分離された正常光と異常光は、それぞれ、レーザ光の進行方向に異なる位置に合焦する。このため、変更例2の構成では、正常光の合焦位置と異常光の合焦位置との間にビーム径が最小となる範囲を生じさせることができ、上記実施形態に比べて、ビーム径が最小となる範囲を広げることができる。よって、変更例2の構成によれば、上記実施形態に比べて、より容易かつ円滑に、レーザ光を最小ビーム径でスクリーン301に入射させることができ、スクリーン301に対する光学距離補正部材108の位置調整をより簡便に行うことができる。
なお、1/2波長板110は、光学距離補正部材108の光学軸に対するレーザ光の偏光方向を調整するためのものである。上記実施形態で述べたとおり、各色のレーザ光は、偏光方向が一方向に揃えられている。1/2波長板110は、各色のレーザ光が光学距離補正部材108の光学軸に対して所定の角度だけ傾くように、光軸に対する回転位置が調整される。
また、1/2波長板111は、1/2波長板110によって調整された各色のレーザ光の偏光方向を、さらに調整するためのものである。より詳細には、1/2波長板111は、各色のレーザ光の偏光方向が、ウインドシールド12に入射する際に水平方向に揃うように、光軸に対する回転位置が調整される。
このように、1/2波長板110、111を配置することにより、光学距離補正部材108に対する各色のレーザ光の偏光方向の傾き角を容易に調整でき、また、ウインドシールド12に入射する際の各色のレーザ光の偏光方向を容易に調整することができる。
なお、光学距離補正部材108の光学軸に対する各色のレーザ光の偏光方向の傾きは、出射光軸に対するレーザ光源101a〜101cの回転位置をそれぞれ調整することにより調整してもよい。この場合、1/2波長板110は省略され得る。
また、光学距離補正部材108を透過した後の各色のレーザ光の偏光方向が、これらレーザ光がウインドシールド12に入射する際に全て水平方向に揃うように、予め、光学距離補正部材108の光学軸の方向が調整されていてもよい。この場合、1/2波長板111は省略され得る。
<変更例3>
図8(a)は、変更例3に係るスクリーン301周辺の構成を模式的に示した側面図であり、図8(b)は画像の表示例を示した図である。
図8の(b)には、車の速度などの情報は、運転者2の前方2m程度の位置(視距離2m)に表示させ、ナビゲーションの矢印といった情報は、奥行き(視距離5m〜100m)をもたせた画像として表示させる場合の一例が示されている。
画面領域に応じて視距離を変化させるために、スクリーン301は、領域301aと領域301bからなる2つの領域で構成されている。領域301aは、視距離が5m〜100mと徐々に変化するように傾けて配置され、領域301bは、視距離2mに相当する光学位置に傾けずに配置される。このように、スクリーン301の領域を分割して、位置をシフトさせることで、2つの視距離領域を実現することができる。
このとき、領域301bは虚像光学系側(Z軸正側)に飛び出した形になっているため、光学距離補正部材108についても、領域108a、領域108bの2つの領域に分割し、領域108bの厚さを大きくし、出斜面の傾きを領域301bの傾きと略同一とすることが望ましい。さらに、領域301bに相当する部分については、屈折補正部材を省略することも可能である。
このようにスクリーン301および光学距離補正部材108を構成することにより、図8(b)に示すように、投射領域13aに領域301aに描画された奥行き画像M1を表示させ、また、投射領域13bに領域301bに描画された視距離の変化のない固定画像M2を表示させることができる。ここでは、固定画像M2として車速の画像が示されている。
なお、図8(a)の変更例では、スクリーン301が、2つの領域301a、301bに分割されたが、2つの領域301a、301bに代えて2つのスクリーンが個別に配置されてもよい。
<その他の変更例>
光学距離補正部材108は、必ずしも、プリズムでなくてもよく、レーザ光の透過位置がX軸方向の変化するに伴い光学距離が変化する部材であればよい。たとえば、X軸方向に屈折率が変化する直方体形状の部材によって光学距離補正部材108が構成されてもよい。この場合、光学距離補正部材108によりレーザ光の進行方向が曲がらないため、屈折補正部材109は省略可能である。
また、上記実施形態では、本発明を乗用車1に搭載されるヘッドアップディスプレイに適用した例を示したが、本発明は、車載用に限らず、他の種類の画像表示装置にも適用可能である。
また、画像表示装置20および照射光生成部21の構成は、図1(c)および図2に記載された構成に限られるものではなく、適宜、変更可能である。
たとえば、上記実施形態では、図1(c)に示すように、照射光生成部21からのレーザ光が、2つのミラー22、23によってウインドシールド12に導かれたが、照射光生成部21からのレーザ光をウインドシールド12に導くミラーが、1つだけ配置され、あるいは、3以上配置されてもよい。また、上記実施形態では、第1のレンズ部301aと第2のレンズ部301bがスクリーン301の入射面と出射面にそれぞれ配置されたが、スクリーン301の入射面と出射面の何れか一方に、レーザ光をX軸方向およびY軸方向にそれぞれ発散させる複数のレンズ部が2次元状に配置されてもよい。
この他、本発明の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。
20 … 画像表示装置
22、23 … ミラー(光学系)
101 … 光源
106 … 走査部
107 … 集光レンズ
108 … 光学距離補正部材
109 … 屈折補正部材
110、111 … 1/2波長板
301 … スクリーン

Claims (7)

  1. 光源と、
    前記光源からの光が照射されることにより画像が形成されるスクリーンと、
    前記スクリーンからの光により虚像を生成する光学系と、
    前記光源から出射された光を前記スクリーンに収束させる集光レンズと、
    前記集光レンズと前記スクリーンとの間に配置され光学距離を補正するための光学距離補正部材と、
    前記光源からの光で前記スクリーンを走査するための走査部と、を備え、
    前記スクリーンは、前記虚像の視距離が徐々に大きくなるように傾けて配置され、
    前記光学距離補正部材は、前記集光レンズと前記スクリーンとの光学距離が、前記スクリーンの全ての画像表示領域に対して略均一となるように、透過する光の光学距離を調整する、
    ことを特徴とする画像表示装置。
  2. 請求項1に記載の画像表示装置において、
    前記光学距離補正部材は、前記集光レンズから離れた方の前記スクリーンの端部に対向する部分の厚みが、前記集光レンズに接近する方の前記スクリーンの端部に対向する部分の厚みよりも大きいプリズムからなっている、
    ことを特徴とする画像表示装置。
  3. 請求項2に記載の画像表示装置において、
    前記スクリーンに対して前記光学距離補正部材の反対側に配置され、前記光学距離補正部材によって前記光に生じた屈折を補正する屈折補正部材をさらに備える、
    ことを特徴とする画像表示装置。
  4. 請求項3に記載の画像表示装置において、
    前記屈折補正部材は、前記集光レンズから離れた方の前記スクリーンの端部に対向する部分の厚みが、前記集光レンズに接近する方の前記スクリーンの端部に対向する部分の厚みよりも小さいプリズムからなっている、
    ことを特徴とする画像表示装置。
  5. 請求項2ないし4の何れか一項に記載の画像表示装置において、
    前記光学距離補正部材であるプリズムの入射面と出射面との角度が、前記スクリーンの傾き角よりも大きく設定されている。
    ことを特徴とする画像表示装置。
  6. 請求項1ないし5の何れか一項に記載の画像表示装置において、
    前記光学距離補正手段は、複屈折性材料によって形成されている、
    ことを特徴とする画像表示装置。
  7. 請求項6に記載の画像表示装置において、
    前記光学距離補正手段に対して前記光の入射方向の前側と後ろ側にそれぞれ、1/2波長板が配置されている、
    ことを特徴とする画像表示装置。
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