JP2018163260A - 画像表示装置、虚像表示装置、移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】本開示の課題は、輝度の低下を低減できる画像表示装置、虚像表示装置、及び移動体を提供することである。【解決手段】画像表示装置１１０は、光を放射する光源装置２０と、液晶パネル３０と、光学系４０と、偏光素子５０と、を備える。液晶パネル３０は、光源装置２０からの光のうち表示面３１の第１方向の成分を透過させて表示面３１に画像を形成する。光学系４０は、光源装置２０と液晶パネル３０との間にあり、表示面３１に平行し第１方向と交差する第３方向において光源装置２０からの光を発散させる。偏光素子５０は、光学系４０と液晶パネル３０との間にあり、液晶パネル３０に入射する光が光学系４０からの光の第３方向の成分をその第１方向の成分として有するように光学系４０からの光の偏光方向を回転させる。【選択図】図４

Description

本開示は、一般に画像表示装置、虚像表示装置、及び移動体に関し、より詳細には、液晶パネル上に画像を表示する画像表示装置、当該画像表示装置を備える虚像表示装置、及び当該虚像表示装置を備える移動体に関する。

特許文献１は、虚像の表示像を表示させるヘッドアップディスプレイ装置を開示する。特許文献１のヘッドアップディスプレイ装置は、車両のインストルメントパネルの内側に収納され、所定の開口部から、表示用の光線を車両のウインドシールド上の所定領域に投射するヘッドアップディスプレイ装置本体を有する。特許文献１において、ヘッドアップディスプレイ装置本体は、複数の白色発光ダイオード（光源装置）と、透過型液晶表示器（液晶パネル）と、を備える。透過型液晶表示器は、水平偏光型ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）であり、複数の白色発光ダイオードの光のうち特定の成分を透過させる。このような液晶パネルでは、液晶パネルの特定の方向の端部において、減光が生じることがあった。

特開２０１３−０５７８９７号公報

本開示の課題は、輝度の低下を低減できる画像表示装置、当該画像表示装置を備える虚像表示装置、及び当該虚像表示装置を備える移動体を提供することである。

本開示の一態様に係る画像表示装置は、光を放射する光源装置と、液晶パネルと、光学系と、偏光素子と、を備える。前記液晶パネルは、互いに直交する第１方向と第２方向とを含む表示面を有し、前記光源装置からの光のうち前記第１方向の成分を透過させて前記表示面に画像を形成するように構成される。前記光学系は、前記光源装置と前記液晶パネルとの間にあり、前記表示面に平行し前記第１方向と交差する第３方向において前記光源装置からの光を発散させる。前記偏光素子は、前記光学系と前記液晶パネルとの間にあり、前記液晶パネルに入射する光が前記光学系からの光の前記第３方向の成分をその前記第１方向の成分として有するように前記光学系からの光の偏光方向を回転させる。

本開示の一態様に係る虚像表示装置は、上記画像表示装置と、前記画像表示装置の前記液晶パネルを透過した光により対象空間に前記画像に対応する虚像を投影する投影部と、を備える。

本開示の一態様に係る移動体は、上記虚像表示装置と、前記虚像表示装置の前記投影部からの光を反射する反射部材と、を備える。

本開示によれば、輝度の低下を低減できる画像表示装置、虚像表示装置、及び移動体を提供することができる。

図１は、一実施形態に係る画像表示装置を備える虚像表示装置を備える自動車の概念図である。 図２は、同上の虚像表示装置を用いた場合のユーザの視野を示す概念図である。 図３は、同上の虚像表示装置の動作を説明するための概念図である。 図４は、同上の画像表示装置の分解斜視図である。 図５は、同上の虚像表示装置の光路を幾何学的に示す模式図である。 図６Ａは、空気から光学部材に光が向かう場合の、入射角と透過率との関係を示す図である。図６Ｂは、光学部材から空気に光が向かう場合の、入射角と透過率との関係を示す図である。 図７は、同上の画像表示装置の原理の説明図である。 図８は、同上の変形例の画像表示装置の概略図である。

１．実施形態
１．１ 概要
本実施形態に係る画像表示装置１１０を備える虚像表示装置１０は、図１に示すように、例えば、移動体としての自動車１００に用いられるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ：Head-Up Display）である。

この虚像表示装置１０は、自動車１００のウインドシールド１０１に下方から画像を投影するように、自動車１００の車室内に設置されている。図１の例では、ウインドシールド１０１の下方のダッシュボード１０２内に、虚像表示装置１０が配置されている。虚像表示装置１０からウインドシールド１０１に画像が投影されると、反射部材としてのウインドシールド１０１で反射された画像がユーザ２００（運転者）に視認される。

虚像表示装置１０によれば、ユーザ２００は、自動車１００の前方（車外）に設定された対象空間４００に投影された虚像３００を、ウインドシールド１０１越しに視認する。ここでいう「虚像」は、虚像表示装置１０から出射される光がウインドシールド１０１等の反射物にて発散するとき、その発散光線によって、実際に物体があるように結ばれる像を意味する。そのため、自動車１００を運転しているユーザ２００は、図２に示すように、自動車１００の前方に広がる実空間に重ねて、虚像表示装置１０にて投影される虚像３００を見ることができる。したがって、虚像表示装置１０によれば、例えば、車速情報、ナビゲーション情報、歩行者情報、前方車両情報、車線逸脱情報、及び車両コンディション情報等の、種々の運転支援情報を、虚像３００として表示し、ユーザ２００に視認させることができる。図２では、虚像３００は、車速情報であり、一例として「５３ｋｍ／ｈ」という情報を表示している。これにより、ユーザ２００は、ウインドシールド１０１の前方に視線を向けた状態から僅かな視線移動だけで、運転支援情報を視覚的に取得することができる。

虚像表示装置１０では、対象空間４００に形成される虚像３００は、虚像表示装置１０の光軸５００に交差する仮想面５０１上に形成される。本実施形態では、光軸５００は、自動車１００の前方の対象空間４００において、自動車１００の前方の路面６００に沿っている。そして、虚像３００が形成される仮想面５０１は、路面６００に対して略垂直である。例えば、路面６００が水平面である場合には、虚像３００は鉛直面に沿って表示されることになる。

１．２ 構成
虚像表示装置１０は、図３に示すように、画像表示装置１１０と、投影部１２０と、制御部１３０と、を備える。

画像表示装置１１０は、対象空間４００に虚像３００として投影される画像を表示するために用いられる。画像表示装置１１０は、図４に示すように、光源装置２０と、液晶パネル３０と、光学系４０と、偏光素子５０と、拡散部材６０と、を備える。画像表示装置１１０において、各部材の方向は、必要に応じて、図４に示すｘ、ｙ、ｚ方向に関連付けて説明する。

図５は、液晶パネル３０から投影部１２０及びウインドシールド１０１を介してユーザ２００が虚像３００を欠けることなく視認可能な領域であるアイボックス８００までの光路を幾何学的に示す模式図である。ヘッドアップディスプレイである虚像表示装置１０により虚像３００を表示するには、幾何学上、液晶パネル３０が出射する光は、中央に比べて端部の出射角が大きいことが好ましい（β１＞β２）。換言すれば、液晶パネル３０の表示面に対する光の進行方向の角度が端部に比べて中央で大きくなることが好ましい（β１＞β２）。このような出射光の配向とするために、フレネルレンズ４１を用いて、液晶パネル３０に入射させる光を中央に比べて端部の出射角が大きくなるように偏向している。ただし、液晶パネル３０に入射する光が中央に比べて端部の出射角が大きくなるように偏向させる部材としては、フレネルレンズに限定されず、バルク形状のレンズを用いることもできる。

光源装置２０は、液晶パネル３０のバックライトとして用いられる面光源である。光源装置２０は、サイドライト方式の光源装置である。光源装置２０は、図４に示すように、光源部２１と、導光板２２と、反射板２３と、を備える。光源部２１は、所定方向に並ぶ複数の光源を有する。光源としては、発光ダイオードやレーザダイオード等の固体発光素子が用いられる。導光板２２は、光源部２１からの光を液晶パネル３０に導くために用いられる。導光板２２は、長方形の板状であり、光透過性を有する材料（例えば、ガラスや樹脂）で形成されている。導光板２２の長さ方向（ｘ方向）の一面（側面）は、平坦であり、光源部２１からの光が入射する受光面２２１となる。導光板２２の厚み方向（ｚ方向）の一面（前面）は、平坦であり、受光面２２１と交差し受光面２２１からの光を液晶パネル３０に向けて出射させる発光面２２２となる。本実施形態において、受光面２２１と発光面２２２とは互いに直交している。導光板２２の厚み方向（ｚ方向）の他面（後面）は、導光板２２が長さ方向の一面（受光面２２１）から他面に向かって薄くなるように傾斜した傾斜面２２３となっている。反射板２３は、導光板２２の傾斜面２２３上に形成される。反射板２３は、導光板２２内を進行する光を発光面２２２側へ反射するために設けられる。なお、反射板２３は、少なくとも、傾斜面２２３において、光源部２１からの光を反射させる必要がある領域を覆っていればよい。反射板２３は、光源部２１からの光の利用効率を高めるために設けられる。光源装置２０において、受光面２２１から導光板２２内に入射した光は、発光面２２２での全反射と反射板２３での反射とを繰り返し、発光面２２２での全反射の条件が成立しなくなった際に、導光板２２の発光面２２２から外方へ出射される。このようにして、光源装置２０は、導光板２２の発光面２２２から光を放射する。

液晶パネル３０は、全体として矩形の板状である。特に、液晶パネル３０は、前面に、表示面３１を有する。表示面３１は、互いに直交する第１方向（ｙ方向）と第２方向（ｘ方向）とを含む。表示面３１は、第１方向（ｙ方向）の寸法が第２方向（ｘ方向）の寸法より小さい長方形である。つまり、第１方向は、表示面３１の横方向であり、第２方向は、表示面３１の縦方向である。液晶パネル３０は、液晶パネル３０の後側に配置される光源装置２０からの光を選択的に透過させることで、表示面３１に画像を形成する。本実施形態において、液晶パネル３０は、光源装置２０からの光のうち第１方向（ｙ方向）の成分を透過させて表示面３１に画像を形成するように構成される。光源装置２０からの光のうちの第１方向（ｙ方向）の成分は、表示面３１に直交し第２方向（ｘ方向）に平行する入射面（図４のｘｚ平面、以下、必要に応じて「基準入射面」という）においてｓ成分である。つまり、液晶パネル３０は、基準入射面においては、ｓ成分の光のみを透過させる。このような液晶パネル３０は、一般に、液晶層、液晶層を挟む一対の配向膜、液晶層に電圧を印加するための一対の透明電極、各画素の色を規定するカラーフィルタ、及び、基準入射面におけるｓ成分のみを透過させる偏光板などを備える。このような液晶パネル３０の構造は周知のものでよいから、詳細な説明は省略する。

光学系４０と、偏光素子５０と、拡散部材６０とは、図４に示すように、光源装置２０と液晶パネル３０との間に配置される。ここで、光学系４０は、光源装置２０と液晶パネル３０との間に配置される。偏光素子５０は、光学系４０と液晶パネル３０との間に配置される。拡散部材６０は、光学系４０と偏光素子５０との間に配置される。つまり、光学系４０は、光学系４０と偏光素子５０と拡散部材６０とのうち、光源装置２０に最も近く、偏光素子５０は、光学系４０と偏光素子５０と拡散部材６０とのうち、液晶パネル３０に最も近い。

光学系４０は、液晶パネル３０の表示面３１に平行し第１方向（ｙ方向）と交差する第３方向において光源装置２０からの光を発散させるために用いられる。本実施形態において、第３方向は、光源装置２０の導光板２２の長さ方向と平行な方向（ｘ方向）である。したがって、第３方向は、第２方向と平行し、第１方向とは直交する。そのため、光の第１方向（ｙ方向）の成分は、表示面３１に直交し、第３方向に平行する入射面（ｘｚ平面）においてｓ成分である。

光学系４０は、フレネルレンズ４１と、プリズムシート４２と、を備える。

フレネルレンズ４１は、長方形の板状であり、光透過性を有する樹脂（例えば、ガラスや樹脂）で形成されている。フレネルレンズ４１は、光源装置２０の発光面２２２に対向するように配置される。フレネルレンズ４１は、第３方向（ｘ方向）において光源装置２０からの光を発散させるための発散レンズとして機能する。フレネルレンズ４１の厚み方向（ｚ方向）の第１面は、フレネルレンズ面４１１である。フレネルレンズ面４１１は、所定間隔で並ぶ溝４１１１を有し、凹レンズとして作用するフレネルレンズ（凹フレネルレンズ）を構成する。フレネルレンズ面４１１は、少なくとも、フレネルレンズ４１の幅方向（ｙ方向）に直交する断面において、凹レンズとして作用すればよい。なお、フレネルレンズとしては、中心を共有する複数の円形状の溝を有するフレネルレンズ（サーキュラーフレネルレンズ）と、平行に並ぶ複数の直線状の溝を有するフレネルレンズ（リニアフレネルレンズ）とが挙げられる。フレネルレンズ４１の厚み方向（ｚ方向）の第２面は、フレネルレンズ面４１１とは反対側にある、非フレネルレンズ面４１２である。非フレネルレンズ面４１２は、フレネルレンズとして作用する条件を満たしてない面である。例えば、非フレネルレンズ面４１２は、平面及び曲面（凸面及び凹面）等の溝のない面（周期的な構造を有していない面）である。本実施形態では、非フレネルレンズ面４１２は、平面である。このように、フレネルレンズ４１は、片面だけが、鋸刃形状となっている。フレネルレンズ４１では、フレネルレンズ面４１１は、光源装置２０に向けられ、非フレネルレンズ面４１２は、液晶パネル３０に向けられる。したがって、フレネルレンズ４１は、フレネルレンズ４１の長さ方向（ｘ方向）において、光源装置２０からの光を発散させる。つまり、フレネルレンズ４１では、フレネルレンズ４１の光軸から離れるにつれて、フレネルレンズ４１を透過する光の方向とフレネルレンズ４１の光軸との角度が大きくなるように、光源装置２０からの光を発散させる。これによって、フレネルレンズ４１は、液晶パネル３０の中央から端に向かうにつれて、液晶パネル３０への光の入射角が大きくなるように、光源装置２０からの光を発散させる。本実施形態のフレネルレンズ４１は、光源装置２０の複数の光源それぞれに対応する複数のフレネルレンズを備えるレンズアレイではなく、複数の光源を備える光源装置２０を一つの光源として、この光源装置２０からの光を発散させる単一のレンズである。

プリズムシート４２は、長方形の板状であり、光透過性を有する材料（例えば、ガラスや樹脂）で形成されている。プリズムシート４２は、フレネルレンズ４１と光源装置２０の発光面２２２との間に配置される。プリズムシート４２は、光源装置２０の発光面２２２からの光をフレネルレンズ４１に向けるための偏向機能を有する光学素子として機能する。プリズムシート４２の厚み方向（ｚ方向）の第１面４２１は、プリズム面であり、第２面４２２は、平坦な面である。第１面４２１は、光源装置２０に向けられ、第２面４２２は、フレネルレンズ４１に向けられる。第１面４２１では、プリズムシート４２の幅方向（ｙ方向）に延びる複数のプリズムがプリズムシート４２の長さ方向（ｘ方向）に並んでいる。複数のプリズムそれぞれは、三角柱状であり、その先端角度は例えば５０°〜７０°である。なお、本実施形態では、先端角度は６０°としている。

拡散部材６０は、光学系４０からの光を拡散させる。拡散部材６０は、長方形の板状（シート状）である。拡散部材６０は、表示面３１の明るさを均一にするために用いられる。つまり、拡散部材６０によれば、液晶パネル３０の表示面３１での光の均斉度を改善できる。

偏光素子５０は、液晶パネル３０に入射する光が光学系４０からの光の第３方向（ｘ方向）の成分をその第１方向（ｙ方向）の成分として有するように、光学系４０からの光の偏光方向を回転させる。ここで、基準入射面（ｘｚ平面）において、第３方向（ｘ方向）の成分はｐ成分（ｐ偏光）であり、第１方向（ｙ方向）の成分はｓ成分（偏光）である。したがって、偏光素子５０は、光の偏光方向を９０°回転させる。例えば、偏光素子５０は、λ／２波長板である。ただし、偏光方向の回転角度は厳密な意味で９０°である必要はなく、実質的に９０°とみなせる範囲であればよい。なお、拡散部材６０における複屈折により、光源装置２０からの光の偏光方向が拡散部材６０によって回転する場合がある。このような場合、拡散部材６０での偏光方向の回転を考慮して、偏光素子５０での偏光方向の回転角度が選択される。つまり、偏光素子５０は、必ずしも、ｐ成分をｓ成分とするために、光の偏光方向を９０°回転させるとは限らない。

投影部１２０は、画像表示装置１１０の液晶パネル３０を透過した光により、対象空間４００（図１参照）に画像（液晶パネル３０の表示面３１に形成される画像）に対応する虚像３００（図１参照）を投影する。投影部１２０は、図３に示すように、第１ミラー１２１と、第２ミラー１２２と、を備える。第１ミラー１２１は、画像表示装置１１０の液晶パネル３０を透過した光を第２ミラー１２２に向けて反射する。第２ミラー１２２は、第１ミラー１２１からの光を、ウインドシールド１０１（図１参照）に向けて反射する。すなわち、投影部１２０は、画像表示装置１１０の液晶パネル３０の表示面３１に形成される画像を、ウインドシールド１０１に投影することで、対象空間４００に虚像３００を投影する。

制御部１３０は、画像表示装置１１０の光源装置２０及び液晶パネル３０を制御するように構成される。制御部１３０は、与えられた画像信号に基づいて、液晶パネル３０及び光源装置２０を制御することで、液晶パネル３０の表示面３１に画像を形成する。制御部１３０は、従来周知の液晶ディスプレイの制御回路により構成され得る。

１．３ 効果
次に、画像表示装置１１０での光の挙動について、図６Ａ、図６Ｂ、及び図７を参照して説明する。なお、図７では、光源装置２０、液晶パネル３０、光学系４０、及び偏光素子５０を簡略化して図示している。また、拡散部材６０は、図示を省略している。また、図７では、図示を簡略化するために、光源装置２０、液晶パネル３０、光学系４０、及び偏光素子５０への光の入射角が０°であるように図示している。

光は、入射面に対する振動方向によって、透過率が異なる。図６Ａは、空気から樹脂製の光学部材に光が向かう場合の、光の入射角と透過率との関係を示す。図６Ｂは、樹脂製の光学部材から空気に光が向かう場合の、光の入射角と透過率との関係を示す。図６Ａ及び図６Ｂにおいて、Ｐは、光のｐ成分（ｐ偏光）の透過率を示し、Ｓは、光のｓ成分（ｓ偏光）の透過率を示し、ａｖｅは、ｐ成分とｓ成分との透過率の平均値を示す。図６Ａから明らかなように、入射角度が大きくなるにつれて、ｐ成分のほうがｓ成分よりも透過率が高くなる。また、図６Ｂから明らかなように、入射角が臨界角θｃになり全反射が起きるまでにおいて、ｐ成分のほうがｓ成分よりも透過率が全体的に高くなる。このような関係は、ガラス製の光学部材においても同様である。

光源装置２０では、受光面２２１は、第３方向（ｘ方向）において、発光面２２２の一端（図４の右端）にある。つまり、光源装置２０は、サイドライト方式である。そのため、基準入射面（ｘｚ平面）に関しては、光源部２１からの光の発光面２２２への入射角が大きくなりやすい。つまり、基準入射面に関しては、ｐ成分がｓ成分よりも大きくなる。したがって、光源部２１から放射される光は無偏光であるが、光源装置２０から放射される光７００は、図７に示すように、基準入射面において、ｐ成分７０１がｓ成分７０２より大きい偏光となる。

この後、光７００は、光学系４０（フレネルレンズ４１及びプリズムシート４２）に入射する。光学系４０において、光７００は、プリズムシート４２により集光された後に、フレネルレンズ４１で、第３方向（ｘ方向）に発散される。これによって、光学系４０を通過した光７１０は、第３方向（ｘ方向）に広がっている。また、図６Ａ及び図６Ｂから明らかなように、樹脂製の光学部品については、ｐ成分のほうがｓ成分よりも全体的に透過率が高い。そのため、光学系４０を通過した光７１０は、図７に示すように、基準入射面において、ｐ成分７１１がｓ成分７１２より大きくなっている。

この後、光７１０は、拡散部材６０で拡散された後に、偏光素子５０に入射する。偏光素子５０は、λ／２波長板であり、光７１０の偏光方向を９０°回転させる。その結果、偏光素子５０によって、ｐ成分とｓ成分との大きさが入れ替わる。したがって、偏光素子５０を通過した光７２０は、図７に示すように、ｓ成分７２２のほうがｐ成分７２１よりも大きい。このように、偏光素子５０は、液晶パネル３０に入射する光７２０が光学系４０からの光７１０の第３方向（ｘ方向）の成分（ｐ成分７１１）をその第１方向（ｙ方向）の成分（ｓ成分７２２）として有するように光学系４０からの光７１０の偏光方向を回転させる。

この後、光７２０は、液晶パネル３０に入射する。液晶パネル３０は、上述したように、基準入射面においては、ｓ成分の光のみを透過させる。したがって、液晶パネル３０から出射する光７３０は、図７に示すように、ｓ成分（ｓ偏光）であり、液晶パネル３０に入射する光７２０のｓ成分７２２に対応している。

このように、画像表示装置１１０では、偏光素子５０によって、光７２０が光７１０のｐ成分７１１をそのｓ成分７２２として有するように、光７１０の偏光方向を回転させる。光学系４０からの光７１０は、第１方向の成分（ｓ成分７１２）よりも第３方向の成分（ｐ成分７１１）が大きいから、偏光素子５０がない場合に比べれば、液晶パネル３０を透過する光７３０の量が増える。さらに、画像表示装置１１０では、光学系４０が光源装置２０からの光７００を第３方向に発散させている。そのため、液晶パネル３０の表示面３１の第２方向（ｘ方向）において光７３０が広がる。したがって、画像表示装置１１０によれば、光学系４０で液晶パネル３０の表示面３１において第３方向に対応する方向（第２方向）に光を広げた上で、偏光素子５０で液晶パネル３０を透過する光の量を増やす。したがって、画像表示装置１１０によれば、液晶パネル３０の構成を変更しなくても、液晶パネル３０の所望の方向の端部における減光を低減できる。そのため、画像表示装置１１０によれば、輝度の低下を低減できる。

また、画像表示装置１１０では、第１方向の成分は、表示面３１に直交し第３方向に平行する入射面（基準入射面）においてｓ成分である。そのため、光学部材に対する透過率がｓ成分よりも高い光の成分を第３方向の成分として利用できるから、画像表示装置１１０の輝度の低下をより低減できる。特に、第１方向と第３方向とは直交し、偏光素子５０は、光学系４０からの光の偏光方向を９０°回転させる。このように、光学素子に対する透過率がｓ成分よりも高いｐ成分を第３方向の成分として利用する。したがって、画像表示装置１１０の輝度の低下をより低減できる。

また、画像表示装置１１０では、光源装置２０は、導光板２２を有する。導光板２２は、光源部２１からの光が入射する受光面２２１と、受光面２２１と交差し受光面２２１からの光を液晶パネル３０に向けて出射させる発光面２２２と、を有する。この場合には、光源装置２０を薄型化でき、画像表示装置１１０全体として、薄型化を図ることができる。この光源装置２０では、光源装置２０から放射される光が偏光となる。そのため、第３方向の成分を増やすことができて、液晶パネル３０の所望の方向の端部における減光をより低減できる。特に、受光面２２１は、第３方向において、発光面２２２の一端にある。したがって、光源装置２０から放射される光の第３方向の成分を増やすことができ、液晶パネル３０の所望の方向（第３方向）の端部における減光をさらに低減できる。よって、画像表示装置１１０の輝度の低下をより低減できる。

また、画像表示装置１１０では、表示面３１は、第１方向の寸法が第２方向の寸法より小さい長方形である。表示面３１においては、寸法が大きい方向ほど、その方向での端部での減光の影響が大きい。画像表示装置１１０では、第１方向に交差する第３方向において、その端部の減光が低減される。つまり、画像表示装置１１０によれば、液晶パネル３０において、減光の影響が大きくなりやすい方向（第１方向に交差する方向）の端部における減光を低減できる。そのため、画像表示装置１１０の輝度の低下をより低減できる。

また、虚像表示装置１０は、図３に示すように、画像表示装置１１０と、画像表示装置１１０の液晶パネル３０を透過した光により対象空間４００に画像に対応する虚像３００を投影する投影部１２０と、を備える。この虚像表示装置１０によれば、画像表示装置１１０の輝度の低下を低減できる。これによって、虚像３００をより明確に表示できる。

また、自動車（移動体）１００は、図１に示すように、虚像表示装置１０と、虚像表示装置１０の投影部１２０からの光を反射する反射部材１０１と、を備える。この移動体１００によれば、画像表示装置１１０の輝度の低下を低減できる。

２．変形例
本開示の実施形態は、上記実施形態に限定されない。上記実施形態は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。以下に、上記実施形態の変形例を列挙する。

図８は、変形例の画像表示装置１１０Ａを示す。画像表示装置１１０Ａは、光源装置２０Ａと、液晶パネル３０と、光学系４０と、偏光素子５０と、拡散部材６０と、を備える。光源装置２０Ａは、光源部２１Ａと、レンズ２４と、を備える。光源部２１Ａは、マトリクス状に並ぶ複数の光源２１０を有する面光源である。光源２１０としては、発光ダイオードやレーザダイオード等の固体発光素子が用いられる。レンズ２４は、光源部２１Ａの光軸上に配置され、光源部２１Ａからの光を液晶パネル３０に集光するために用いられる。このような光源装置２０Ａでは、光源装置２０とは異なり、光源装置２０Ａからの光は無偏光となる。このような場合でも、光学系４０で液晶パネル３０の表示面３１において第３方向に対応する方向（第２方向）に光７３０を広げた上で、偏光素子５０で液晶パネル３０を透過する光７３０の量を増やす。したがって、画像表示装置１１０Ａにおいても、画像表示装置１１０と同様に、輝度の低下をより低減できる。

また、液晶パネル３０において、必ずしも、第１方向の成分は、表示面３１に直交し第３方向に平行する入射面においてｓ成分でなくてもよい。第１方向の成分は、光学系４０における透過率が第３方向の成分よりも低ければ、表示面３１の第３方向における端部の減光を低減する効果が期待できる。また、液晶パネル３０は、第１方向の寸法が第２方向の寸法よりも大きい長方形であってよく、正方形であってもよい。

また、光学系４０は、光源装置２０からフレネルレンズ４１への光の入射量が許容範囲であれば、プリズムシート４２を備えている必要はない。また、光学系４０は、必ずしも、フレネルレンズ４１を有している必要はなく、フレネルレンズ４１と同じ機能を有する発散レンズ（例えば、平凹レンズ）を備えていてもよい。ただし、画像表示装置１１０の薄型化を考慮すれば、フレネルレンズ４１を用いることが好ましい。

また、偏光素子５０は、λ／２波長板のような偏光方向を９０°回転させるものに限定されない。偏光素子５０の構成は、第３方向と第１方向との関係によって決定される。上記実施形態では、第３方向と第１方向とが直交していることから、偏光素子５０は、偏光方向を９０°回転させる。例えば、第３方向が第１方向に対して４５°の角度で交差していれば、偏光素子５０は、偏光方向を４５°回転させればよい。このように、第３方向は、液晶パネル３０の表示面３１の第２方向と必ずしも平行又は一致している必要はないが、第１方向の成分よりも、光学系４０に対する透過率が高い成分に対応する方向であることが好ましい。特に、ｐ成分（ｐ偏光）とｓ成分（ｓ偏光）との透過率の特性を効果的に利用することを考慮すれば、第３方向は第１方向と直交していることがより好ましい。

また、拡散部材６０の構成は特に限定されず、表示面３１の光の均斉度が改善できるような構成であればよい。また、拡散部材６０は、液晶パネル３０と偏光素子５０との間にあってもよいが、偏光方向への影響を考慮すれば、偏光素子５０に対して液晶パネル３０とは反対側にあることが好ましい。また、拡散部材６０は、必須ではない。例えば、表示面３１の光の均斉度が許容範囲であれば、画像表示装置１１０は、拡散部材６０を備えていなくてもよい。

また、投影部１２０及び制御部１３０の構成は、特に限定されず、従来周知の構成を採用できる。

また、虚像表示装置１０は、自動車１００の進行方向の前方に設定された対象空間４００に虚像３００を投影する構成に限らず、例えば、自動車１００の進行方向の側方、後方、又は上方等に虚像３００を投影してもよい。また、投影部１２０は、中間像を形成するためのリレー光学系を含んでいてもよいし、リレー光学系を含んでいなくてもよい。

また、虚像表示装置１０は、自動車１００に用いられるヘッドアップディスプレイに限らず、例えば、二輪車、電車、航空機、建設機械、及び船舶等、自動車１００以外の移動体にも適用可能である。さらに、虚像表示装置１０は、移動体に限らず、例えば、アミューズメント施設で用いられてもよい。また、虚像表示装置１０は、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ：Head Mounted Display）等のウェアラブル端末、医療設備、据置型の装置、又は、カメラの電子ファインダとして用いられてもよい。

３．態様
上記実施形態及び変形例から明らかなように、第１の態様の画像表示装置（１１０）は、光を放射する光源装置（２０）と、液晶パネル（３０）と、光学系（４０）と、偏光素子（５０）と、を備える。前記液晶パネル（３０）は、互いに直交する第１方向と第２方向とを含む表示面（３１）を有し、前記光源装置（２０）からの光のうち前記第１方向の成分を透過させて前記表示面（３１）に画像を形成するように構成される。前記光学系（４０）は、前記光源装置（２０）と前記液晶パネル（３０）との間にあり、前記表示面（３１）に平行し前記第１方向と交差する第３方向において前記光源装置（２０）からの光を発散させる。前記偏光素子（５０）は、前記光学系（４０）と前記液晶パネル（３０）との間にある。前記偏光素子（５０）は、前記液晶パネル（３０）に入射する光が前記光学系（４０）からの光の前記第３方向の成分をその前記第１方向の成分として有するように前記光学系（４０）からの光の偏光方向を回転させる。第１の態様によれば、輝度の低下をより低減できる。

第２の態様の画像表示装置（１１０）は、第１の態様との組み合わせにより実現され得る。第２の態様では、前記第１方向の成分は、前記表示面（３１）に直交し前記第３方向に平行する入射面においてｓ成分である。第２の態様によれば、光学部材に対する透過率がｓ成分よりも高い光の成分を第３方向の成分として利用できるから、輝度の低下をより低減できる。

第３の態様の画像表示装置（１１０）は、第１又は第２の態様との組み合わせにより実現され得る。第３の態様では、前記第１方向と前記第３方向とは直交する。前記偏光素子（５０）は、前記光学系（４０）からの光の偏光方向を９０°回転させる。第３の態様によれば、光学素子に対する透過率がｓ成分よりも高いｐ成分を第３方向の成分として利用するから、輝度の低下をより低減できる。

第４の態様の画像表示装置（１１０）は、第１〜第３の態様のいずれか一つとの組み合わせにより実現され得る。第４の態様では、前記光源装置（２０）は、導光板（２２）を有する。前記導光板（２２）は、光源部（２１）からの光が入射する受光面（２２１）と、前記受光面（２２１）と交差し前記受光面（２２１）からの光を前記液晶パネル（３０）に向けて出射させる発光面（２２２）と、を有する。第４の態様によれば、画像表示装置（１１０）全体の薄型化を図ることができる。

第５の態様の画像表示装置（１１０）は、第４の態様との組み合わせにより実現され得る。第５の態様では、前記受光面（２２１）は、前記第３方向において、前記発光面（２２２）の一端にある。第５の態様によれば、光源装置（２０）から放射される光の第３方向の成分を増やすことができ、輝度の低下をより低減できる。

第６の態様の画像表示装置（１１０）は、第１〜第５の態様のいずれか一つとの組み合わせにより実現され得る。第６の態様では、前記表示面（３１）は、前記第１方向の寸法が前記第２方向の寸法より小さい長方形である。第６の態様によれば、特に、液晶パネル（３０）において、減光の影響が大きくなりやすい方向の端部における減光を低減できる。よって、画像表示装置１１０の輝度の低下をより低減できる。

第７の態様の画像表示装置（１１０）は、第１〜第６の態様のいずれか一つとの組み合わせにより実現され得る。第７の態様では、前記光学系（４０）と前記偏光素子（５０）との間にあり、前記光学系（４０）からの光を拡散させる拡散部材（６０）をさらに備える。第７の態様によれば、液晶パネル（３０）の表示面（３１）での光の均斉度を改善できる。

第８の態様の虚像表示装置（１０）は、第１〜第７の態様のいずれか一つの画像表示装置（１１０）と、投影部（１２０）と、を備える。前記投影部（１２０）は、前記画像表示装置（１１０）の前記液晶パネル（３０）を透過した光により対象空間（４００）に前記画像に対応する虚像（３００）を投影するように構成される。第８の態様によれば、輝度の低下をより低減できる。

第９の態様の移動体（１００）は、第８の態様の虚像表示装置（１０）と、前記虚像表示装置（１０）の前記投影部（１２０）からの光を反射する反射部材（１０１）と、を備える。第９の態様によれば、輝度の低下をより低減できる。

１００ 移動体
１０１ ウインドシールド（反射部材）
１０ 虚像表示装置
１１０ 画像表示装置
１２０ 投影部
２０ 光源装置
２１ 光源部
２２ 導光板
２２１ 受光面
２２２ 発光面
３０ 液晶パネル
３１ 表示面
４０ 光学系
５０ 偏光素子
６０ 拡散部材
３００ 虚像
４００ 対象空間

Claims (9)

1. 光を放射する光源装置と、
   互いに直交する第１方向と第２方向とを含む表示面を有し、前記光源装置からの光のうち前記第１方向の成分を透過させて前記表示面に画像を形成する液晶パネルと、
   前記光源装置と前記液晶パネルとの間にあり、前記表示面に平行し前記第１方向と交差する第３方向において前記光源装置からの光を発散させる光学系と、
   前記光学系と前記液晶パネルとの間にあり、前記液晶パネルに入射する光が前記光学系からの光の前記第３方向の成分をその前記第１方向の成分として有するように前記光学系からの光の偏光方向を回転させる偏光素子と、
   を備える、
   画像表示装置。
2. 前記第１方向の成分は、前記表示面に直交し前記第３方向に平行する入射面においてｓ成分である、
   請求項１の画像表示装置。
3. 前記第１方向と前記第３方向とは直交し、
   前記偏光素子は、前記光学系からの光の偏光方向を９０°回転させる、
   請求項１又は２の画像表示装置。
4. 前記光源装置は、導光板を有し、
   前記導光板は、光源部からの光が入射する受光面と、前記受光面と交差し前記受光面からの光を前記液晶パネルに向けて出射させる発光面と、を有する、
   請求項１〜３のいずれか一つの画像表示装置。
5. 前記受光面は、前記第３方向において、前記発光面の一端にある、
   請求項４の画像表示装置。
6. 前記表示面は、前記第１方向の寸法が前記第２方向の寸法より小さい長方形である、
   請求項１〜５のいずれか一つの画像表示装置。
7. 前記光学系と前記偏光素子との間にあり、前記光学系からの光を拡散させる拡散部材をさらに備える、
   請求項１〜６のいずれか一つの画像表示装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一つの画像表示装置と、
   前記画像表示装置の前記液晶パネルを透過した光により対象空間に前記画像に対応する虚像を投影する投影部と、
   を備える、
   虚像表示装置。
9. 請求項８の虚像表示装置と、
   前記虚像表示装置の前記投影部からの光を反射する反射部材と、
   を備える、
   移動体。

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