JP2018205621A - 虚像表示装置、中間像形成部および画像表示光生成ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】より適切な虚像の提示を可能にする技術を提供する。【解決手段】虚像表示装置１０は、画像表示光を投射する投射部１２と、画像表示光に基づく実像が結像する中間像形成部１４と、中間像形成部１４から出射する画像表示光を虚像提示面に向けて反射させる投射鏡１６と、を備える。中間像形成部１４は、所定方向に順に並ぶ第１領域Ｗ１、第２領域Ｗ２および第３領域Ｗ３を有する主面２１と、反射部２８とを含み、第１領域Ｗ１には、画像表示光の一部である第１表示光が結像する透過型スクリーン３１が設けられ、第３領域Ｗ３には、画像表示光の別の一部である第２表示光が結像する反射型スクリーン３３が設けられる。第１表示光は、透過型スクリーン３１を透過し、反射部２８で反射され、第２領域Ｗ２を通過して投射鏡１６に向けて出射され、第２表示光は、反射型スクリーン３３で反射され、前記投射鏡１６に向けて出射される。【選択図】図６

Description

本発明は、虚像表示装置、中間像形成部および画像表示光生成ユニットに関する。

近年、車両用表示装置としてヘッドアップディスプレイが用いられることがある。ヘッドアップディスプレイは、画像表示光を車両のウィンドシールドなどに投射し、画像表示光に基づく虚像を車外の風景に重畳して表示する。画像表示光は、スクリーンに結像され、スクリーン上の画像が虚像として提示される。このようなヘッドアップディスプレイにさらに付加価値を与える態様として、虚像を路面に沿って傾斜させたり、ユーザから見た奥行き方向に位置の異なる複数の虚像を提示させたりするものが提案されている。例えば、奥行き方向に異なる複数の位置に虚像を提示するため、プロジェクタから投射される画像表示光の第１部分と第２部分とが異なる光路を通るように構成される（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１７−１５８０６号公報

より少ない部品点数で、奥行き方向に異なる複数の位置に虚像を提示できることが好ましい。

本発明のある態様は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、より適切な虚像の提示を可能にする技術を提供することを目的とする。

本発明のある態様の虚像表示装置は、画像表示光を投射する投射部と、画像表示光に基づく実像が結像する中間像形成部と、中間像形成部から出射する画像表示光を虚像提示面に向けて反射させる投射鏡と、を備える。中間像形成部は、画像表示光が入射する基準面と、基準面を通過した画像表示光の一部を基準面に向けて反射させる反射部と、を含む。基準面は、基準面に沿う所定方向に順に並ぶ第１領域、第２領域および第３領域を有する。第１領域には、画像表示光の一部である第１表示光が結像する透過型スクリーンが設けられ、第３領域には、画像表示光の別の一部である第２表示光が結像する反射型スクリーンが設けられており、第１表示光は、透過型スクリーンを透過し、反射部で反射され、第２領域を通過して投射鏡に向けて出射され、第２表示光は、反射型スクリーンで反射され、投射鏡に向けて出射される。

本発明の別の態様は、中間像形成部である。この中間像形成部は、画像表示光に基づく実像が結像する中間像形成部であって、画像表示光に対して透過性を有する基板を備える。基板は、第１主面と、第１主面とは反対側の第２主面とを有する。第１主面は、第１主面に沿う所定方向に順に並ぶ第１領域、第２領域および第３領域を有する。第１領域には、透過型スクリーンが設けられ、第３領域には、反射型スクリーンが設けられ、第２主面には、第１領域から基板に入射する光を反射し、第２領域にて基板から出射させる反射層が設けられる。

本発明のさらに別の態様は、画像表示光生成ユニットである。この画像表示光生成ユニットは、画像表示光を投射する投射部と、画像表示光に基づく実像が結像する中間像形成部と、投射部および中間像形成部が取り付けられる固定部材と、を備える。中間像形成部は、画像表示光が入射する基準面と、基準面を通過した画像表示光の一部を基準面に向けて反射させる反射部と、を含む。基準面は、基準面に沿う所定方向に順に並ぶ第１領域、第２領域および第３領域を有し、第１領域には、透過型スクリーンが設けられ、第３領域には、反射型スクリーンが設けられる。固定部材は、ｉ）画像表示光の一部である第１表示光が透過型スクリーンに結像し、透過型スクリーンを透過し、反射部で反射され、第２領域を通過して中間像形成部から出射するように、かつ、ｉｉ）画像表示光の別の一部である第２表示光が反射型スクリーンで反射されて中間像形成部から出射するように、投射部と中間像形成部の間の相対位置を位置決めする。

なお、以上の構成要素の任意の組合せや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明のある態様によれば、より適切に虚像を提示することができる。

実施の形態に係る虚像表示装置の構成を模式的に示す図である。 図１の第１虚像および第２虚像の表示例を模式的に示す図である。 実施の形態に係る中間像形成部の構成を模式的に示す断面図である。 図３の中間像形成部の第１主面の構成を模式的に示す平面図である。 図３の中間像形成部の第２主面の構成を模式的に示す平面図である。 図１の虚像表示装置の内部構成を詳細に示す図である。 中間像形成部に投射される画像表示光を模式的に示す図である。 変形例に係る中間像形成部の構成を模式的に示す断面図である。 変形例に係る中間像形成部の構成を模式的に示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。かかる実施の形態に示す具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、実施の形態に係る虚像表示装置１０の構成を模式的に示す図である。本実施の形態では、移動体の一例である車両６０のダッシュボード内に虚像表示装置１０が設置される。虚像表示装置１０は、いわゆるヘッドアップディスプレイ装置である。虚像表示装置１０は、虚像提示面であるウインドシールド６２に画像表示光を投射し、車両６０の進行方向（図１の左方向）の前方に虚像（第１虚像５１および第２虚像５２）を提示する。運転者などのユーザＥは、ウインドシールド６２を介して現実の風景に重畳される虚像を視認できる。そのため、ユーザＥは、車両の走行中に視線をほとんど動かすことなく虚像に示される情報を得ることができる。

虚像表示装置１０は、ユーザＥから見て奥行き方向に異なる複数の位置に虚像を提示する。虚像表示装置１０は、ユーザＥから見て遠い位置に提示される第１虚像５１と、ユーザＥから見て近い位置に提示される第２虚像５２とを提示する。第１虚像５１は、例えば、ユーザＥの前方の５ｍ〜１０ｍ程度の位置に見えるように提示され、ユーザＥが相対的に遠距離を見るときの視線方向Ａ１（第１視線方向ともいう）に提示される。第２虚像５２は、例えば、ユーザＥの前方２ｍ〜３ｍ程度の位置に見えるように提示され、ユーザＥが相対的に近距離を見るときの第１視線方向Ａ１より下方の視線方向Ａ２（第２視線方向ともいう）に提示される。

第１虚像５１および第２虚像５２は、視線方向Ａ１，Ａ２に対して奥行き方向に傾斜するように提示され、ユーザＥから見たときの虚像５１，５２の上側が奥側、虚像５１，５２の下側が手前側となるように提示される。また、遠方に提示される第１虚像５１の傾斜角θ１は、近方に提示される第２虚像５２の傾斜角θ２よりも大きくなるように提示される。その結果、遠方に提示される第１虚像５１の方が、近方に提示される第２虚像５２よりも奥行き感の大きい表示態様となる。

虚像表示装置１０は、投射部１２と、中間像形成部１４と、投射鏡１６と、筐体１８と、制御部４０とを備える。投射部１２は、第１虚像５１および第２虚像５２を提示するための画像表示光を生成し、生成した画像表示光を中間像形成部１４に投射する。投射部１２から投射される画像表示光には、第１虚像５１を表示するための第１表示光と、第２虚像５２を表示するための第２表示光とが含まれる。

中間像形成部１４は、投射部１２から投射される画像表示光に基づく実像を結像させる。中間像形成部１４は、第１表示光が結像する透過型スクリーンと、第２表示光が結像する反射型スクリーンとを有する。中間像形成部１４は、投射部１２からの画像表示光が入射する基準面を有し、同一の基準面上に透過型スクリーンおよび反射型スクリーンの双方が設けられる。したがって、中間像形成部１４の「基準面」は、第１表示光および第２表示光の結像位置の基準となる平面ということができる。

中間像形成部１４は、投射鏡１６から見たときの第１表示光および第２表示光の結像位置を異ならせるように構成されており、これにより、第１虚像５１と第２虚像５２が奥行き方向に異なる位置に提示されるようにする。具体的には、第１表示光は、透過型スクリーンを通過した後、中間像形成部１４の内部で反射されてから投射鏡１６に向かう。第２表示光は、反射型スクリーンにて反射されて投射鏡１６に向かう。なお、中間像形成部１４のより詳細な構成については、別途後述する。

投射鏡１６は、中間像形成部１４から出射される画像表示光をウインドシールド６２に向けて反射させる。投射鏡１６は、例えば凹面鏡であり、中間像形成部１４の実像を拡大してユーザＥに提示する。ユーザＥは、中間像形成部１４に結像する実像を虚像として視認する。投射鏡１６は、画像表示光の反射方向が可変となるように構成されてもよく、向きを変えるための駆動機構と接続されてもよい。

筐体１８は、投射部１２、中間像形成部１４および投射鏡１６を内部に収容する。投射部１２および中間像形成部１４は、筐体１８に対して位置決めされており、筐体１８によりその相対的な位置関係が決められる。したがって、筐体１８は、投射部１２および中間像形成部１４が取り付けられる固定部材ということができる。なお、筐体１８とは別体の固定部材に対して投射部１２および中間像形成部１４が取り付けられ、その固定部材が筐体１８に対して固定されてもよい。投射鏡１６は、筐体１８に対してその向きが固定されてもよいし、筐体１８に対して向きが可変となるように駆動機構を介して筐体１８に固定されてもよい。

制御部４０は、表示用画像を生成し、表示用画像に対応する虚像が提示されるように投射部１２、中間像形成部１４および投射鏡１６を動作させる。制御部４０は、外部装置６４と接続されており、外部装置６４からの情報に基づいて表示用画像を生成する。

外部装置６４は、虚像として表示される画像の元データを生成する装置である。外部装置６４は、例えば、車両６０の電子制御ユニット（ＥＣＵ；Electronic Control Unit）や、ナビゲーション装置、携帯電話やスマートフォン、タブレットといったモバイル装置などである。外部装置６４は、虚像の表示に必要な画像データ、画像データの内容や種別を示す情報、車両６０の速度や現在位置といった車両６０に関する情報を制御部４０に送信する。

図２は、図１の第１虚像５１および第２虚像５２の表示例を模式的に示す図であり、ユーザＥから見た車両前方の視野を模式的に示す。図示されるように、相対的に上側に第１虚像５１が提示され、相対的に下側に第２虚像５２が提示される。第１虚像５１の表示領域には、車両前方の風景に重畳されることが望ましい内容が表示され、例えば、車両６０の進行経路を案内する矢印画像や、車両６０の前方に飛び出してくる人や障害物などを警告する警告画像などが表示される。一方、第２虚像５２の表示領域には、車両前方の風景に重畳する必要性の低い内容が表示され、例えば、車両６０の速度といったインストルメントパネルの計器に示される情報や、制限速度といった走行中の道路に関する規制情報などが表示される。

図３は、実施の形態に係る中間像形成部１４の構成を模式的に示す断面図である。中間像形成部１４は、透過型スクリーン３１および反射型スクリーン３３が設けられる基板２０を備える。基板２０は、第１主面２１と、第１主面２１とは反対側の第２主面２２とを有する。基板２０は、画像表示光に対して透過性を有する材料で構成され、例えば、透明な樹脂材料で構成される。図３において、基板２０の厚さｔ１の方向をｚ方向とし、第１主面２１および第２主面２２の面内に沿う方向をｘ方向およびｙ方向としている。

第１主面２１は、上述した第１表示光および第２表示光の結像位置を決める「基準面」であり、透過型スクリーン３１および反射型スクリーン３３が設けられる。透過型スクリーン３１は、第１主面２１の第１領域Ｗ１に設けられ、反射型スクリーン３３は、第１主面２１の第３領域Ｗ３に設けられる。第１領域Ｗ１と第３領域Ｗ３の間に位置する第２領域Ｗ２は、透過窓３２であり、スクリーンが設けられない点で第１領域Ｗ１および第３領域Ｗ３とは異なる。

第１主面２１において、第１領域Ｗ１、第２領域Ｗ２および第３領域Ｗ３は、第１主面２１に沿う所定方向（図３のｙ方向）に順に並ぶように設定されており、各領域Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３のｙ方向の幅がほぼ同一となるように設定される。なお、第１主面２１の各領域Ｗ１〜Ｗ３のｙ方向の幅は同一でなくてもよく、それぞれが異なる幅を有してもよい。また、第１主面２１の三つの領域Ｗ１〜Ｗ３のうち二つの領域がｙ方向に同一の幅を有してもよい。例えば、第１領域Ｗ１と第２領域Ｗ２のｙ方向の幅が同一である一方、第３領域Ｗ３のｙ方向の幅が第１領域Ｗ１や第２領域Ｗ２のｙ方向の幅と異なってもよい。

透過型スクリーン３１は、例えば、第１主面２１の第１領域Ｗ１に設けられる第１マイクロレンズアレイ２４により構成される。第１マイクロレンズアレイ２４は、透明な樹脂材料などで構成され、例えば、基板２０と同じ屈折率を有する材料または基板２０と同一材料で構成される。第１マイクロレンズアレイ２４は、凸レンズ状に形成されてもよいし、凹レンズ状に形成されてもよい。透過型スクリーン３１は、マイクロレンズアレイで構成されなくてもよく、例えば、表面に微細な凹凸を設けたり、直径数十ミクロン程度のビーズ拡散材を分布させたりした光拡散フィルムで構成されてもよい。

反射型スクリーン３３は、第１主面２１の第３領域Ｗ３に設けられる第２マイクロレンズアレイ２５と、第２マイクロレンズアレイ２５の表面上に設けられる反射層２６とにより構成される。反射層２６は、第２マイクロレンズアレイ２５の表面形状を反映した形状を有しており、反射層２６に入射する画像表示光を拡散させつつ反射させる。第２マイクロレンズアレイ２５は、透明な樹脂材料などで構成され、例えば、基板２０と同じ屈折率を有する材料または基板２０と同一材料で構成される。第２マイクロレンズアレイ２５は、第１マイクロレンズアレイ２４と同一形状であってもよいし、異なる形状であってもよい。反射層２６は、アルミニウムなどの金属材料で構成されてもよいし、誘電体多層膜などにより構成されてもよい。

第２主面２２には反射部２８が設けられる。反射部２８は、第１領域Ｗ１の透過型スクリーン３１を透過した画像表示光を反射させ、第２領域Ｗ２の透過窓３２に向かわせることができる位置に設けられる。反射部２８は、少なくとも第１領域Ｗ１と第２領域Ｗ２の境界付近に設けられ、第１領域Ｗ１および第２領域Ｗ２にまたがるように設けられる。反射部２８は、第２主面２２の一部のみに設けられ、例えば、ｙ方向の幅が第１領域Ｗ１や第２領域Ｗ２のｙ方向の幅とほぼ同一となるように設けられる。反射部２８は、図示される範囲より広い範囲にわたって設けられてもよく、例えば、第２主面２２の全面に設けられてもよい。

基板２０は、透過型スクリーン３１や反射型スクリーン３３のｙ方向の幅と厚さｔ１が同程度となるように構成される。基板２０の厚さｔ１は、例えば、透過型スクリーン３１のｙ方向の幅の０．５倍以上２倍以下の範囲に設定される。このような範囲に基板２０の厚さｔ１を設定することにより、後述する図６に示すような適切な光路（光学配置）が得られる。

図４は、図３の中間像形成部１４の第１主面２１の構成を模式的に示す平面図である。中間像形成部１４は、第１領域Ｗ１、第２領域Ｗ２および第３領域Ｗ３が並ぶｙ方向の幅よりもｘ方向の幅が大きい横長の形状を有する。第１領域Ｗ１には、ハニカム状に配列される第１マイクロレンズアレイ２４が設けられ、第３領域Ｗ３には、ハニカム状に形成される反射層２６が設けられる。第１領域Ｗ１の透過型スクリーン３１と第３領域Ｗ３の反射型スクリーン３３の間には、透過窓３２が設けられる。

図５は、図３の中間像形成部１４の第２主面２２の構成を模式的に示す平面図である。図示されるように、反射部２８は、第１領域Ｗ１と第２領域Ｗ２の境界付近に設けられ、第１領域Ｗ１や第２領域Ｗ２とほぼ同等の大きさの領域を占めるように設けられる。

図６は、図１の虚像表示装置１０の内部構成を詳細に示す図である。投射部１２は、ラスタースキャン方式により画像表示光を生成するよう構成され、光源４２と、光源４２からの照明光を変調および走査する変調走査部４４とを備える。光源４２は、レーザ光源であり、例えば、赤色、緑色および青色の三原色のレーザ光を出力するよう構成される。変調走査部４４は、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーであり、光源４２からのレーザ光が中間像形成部１４の第１主面２１に向けてラスタースキャンされるように動作する。

図示される例では、一つの変調走査部４４によりレーザ光の変調およびラスタースキャンが実現される場合を示すが、変調走査部４４の構成は限られず、複数の走査ミラーを組み合わせてラスタースキャンが実現されてもよい。例えば、水平走査用ミラーと、垂直走査用ミラーとが組み合わせられてもよい。投射部１２は、二次元の画像表示素子を用いて画像表示光を生成してもよい。例えば、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）、ＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon）、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）液晶表示パネルなどを用いた上で中間像を生成する、いわゆるプロジェクションタイプの画像表示素子が対象となる。画像表示素子を用いる場合、用いる画像表示素子に適切な形式の照明光を生成する光源を用いることが好ましい。

投射部１２は、投射する画像表示光が中間像形成部１４の基準面（第１主面２１）に斜入射するように配置されている。基準面（第１主面２１）に入射する画像表示光の入射角は、例えば３０度以上６０度以下であり、典型的には４０度〜５０度程度である。透過型スクリーン３１に入射する第１表示光Ｌ１は、透過型スクリーン３１を通過し、基板２０の内部を通って反射部２８に到達する。第１表示光Ｌ１は、反射部２８にて反射されて向きを変え、透過窓３２から中間像形成部１４の外部に出射され、投射鏡１６に向かう。反射型スクリーン３３に入射する第２表示光Ｌ２は、反射型スクリーン３３にて反射されて向きを変え、投射鏡１６に向かう。

図７は、中間像形成部１４に投射される画像表示光を模式的に示す図であり、中間像形成部１４の基準面（第１主面２１）に結像する実像の表示例を示す。第１領域Ｗ１には、第１表示光Ｌ１に基づく第１実像５６が結像し、第３領域Ｗ３には第２表示光Ｌ２に基づく第２実像５７が結像する。図７の第１実像５６および第２実像５７は、それぞれ図２の第１虚像５１および第２虚像５２に対応する。投射鏡１６およびウインドシールド６２の配置関係に起因して、第１領域Ｗ１が画像の上側、第３領域Ｗ３が画像の下側となる向きで画像表示光が投射される。

投射部１２から投射される画像表示光は、透過型スクリーン３１に向かう第１表示光Ｌ１と、反射型スクリーン３３に向かう第２表示光Ｌ２とのみを実質的に含むように構成されることが好ましい。投射部１２から透過窓３２に向かう光は、その大部分が基板２０を通過して第２主面２２から外部に出射するが、透過窓３２に入射する光の一部は、透過窓３２の表面（第１主面２１）にて反射し、投射鏡１６に向かう。透過窓３２の表面（第１主面２１）にて反射する光は、第１表示光Ｌ１と重畳してユーザＥの目に向かうため、第１表示光Ｌ１に基づく第１虚像５１の表示に影響を及ぼしうる。このような影響を低減するため、投射部１２から透過窓３２に向かう光の強度は、十分に小さいことが好ましい。例えば、図７に示す表示例において、第１領域Ｗ１および第３領域Ｗ３には表示画像に対応する表示光が投射される一方、第２領域Ｗ２には黒色画像に対応するような表示光が投射されることが好ましい。つまり、第２領域Ｗ２には、黒色とみなせる程度に低輝度である所定値未満の輝度の光が投射される一方、第１領域Ｗ１および第３領域Ｗ３には、所定値以上の高輝度の表示光が投射されることが好ましい。

図６に示す投射部１２は、第１領域Ｗ１および第３領域Ｗ３のみに画像表示光を投射し、第２領域Ｗ２には実質的に画像表示光を投射しないように動作してもよい。例えば、変調走査部４４は、第１領域Ｗ１をラスタースキャンした後、第２領域Ｗ２を飛ばして、第３領域Ｗ３をラスタースキャンするよう動作してもよい。つまり、第１領域Ｗ１および第３領域Ｗ３をスキャン対象とする一方、第２領域Ｗ２をスキャン対象外としてもよい。その他、第１領域Ｗ１および第３領域Ｗ３を走査する場合の走査密度に比べて、第２領域Ｗ２を走査する場合の走査密度を低くすることにより、第２領域Ｗ２に投射される光の輝度が所定値未満となるようにしてもよい。また、投射部１２が画像表示素子を用いて画像表示光を生成する場合、第２領域Ｗ２に対応する画素が黒色を表示するように画像表示素子を動作させてもよい。

図６の配置構成によれば、透過型スクリーン３１に結像する第１表示光Ｌ１は、第１虚像５１としてユーザＥに視認され、反射型スクリーン３３に結像する第２表示光Ｌ２は、第２虚像５２としてユーザＥに視認される。透過型スクリーン３１および反射型スクリーン３３が設けられる基準面（第１主面２１）は、投射鏡１６から見て傾斜しているため、ユーザが視認する第１虚像５１および第２虚像５２も視線方向に対して傾斜するように提示される。また、透過型スクリーン３１に結像する第１表示光Ｌ１は、反射部２８にて反射されてから投射鏡１６に向かうため、投射鏡１６から見た場合に、透過型スクリーン３１は、反射型スクリーン３３に比べてより遠くに位置するように見える。具体的には、反射部２８による透過型スクリーン３１の鏡像３４の位置に第１表示光Ｌ１に基づく実像６１が位置しているかのように見える。その結果、透過窓３２から鏡像３４まで延ばした破線ｓの長さに対応する距離だけ遠い位置に第１虚像５１を提示することができる。

また、図示される配置関係により、反射型スクリーン３３に結像する第２実像５７の傾斜方向の先のさらに奥側の位置に第１実像５６が配置される。これにより、ユーザＥの視線方向の手前側に見える第２虚像５２の傾斜方向の先のさらに奥側に第１虚像５１を提示できる。その結果、奥行き方向に異なる位置に第１虚像５１および第２虚像５２をより自然な配置関係で提示することができる。したがって、本実施例に係る虚像表示装置１０によれば、より適切な態様で虚像を提示できる。

本実施例によれば、中間像形成部１４が一枚の平板状に一体的に形成されているため、反射部２８、透過型スクリーン３１および反射型スクリーン３３が別部品として構成される場合に比べて部品点数を少なくできる。また、第１虚像５１および第２虚像５２の提示位置を決める反射部２８、透過型スクリーン３１および反射型スクリーン３３が一つの基準面（第１主面２１）を基準として固定されているため、これらの配置関係を調整するためのアライメント作業が不要となる。その結果、中間像形成部１４が複数の部品で構成される場合と比べて、虚像表示装置１０の製造コストを低減できる。

本実施例によれば、第１実像５６および第２実像５７が同一の基準面上に結像されるにもかかわらず、第１虚像５１と第２虚像５２の傾斜角θ１，θ２を異ならせることができる。つまり、投射鏡１６に対する第１実像５６および第２実像５７の傾斜角が同一であるにもかかわらず、第１虚像５１の傾斜角θ１を第２虚像５２の傾斜角θ２よりも大きくできる。これは、投射鏡１６から実像までの距離が大きいほど対応する虚像の拡大率が大きくなり、提示される虚像の傾斜角も大きくなるためである。つまり、本実施例によれば、遠くに提示される第１虚像５１の傾斜角θ１を近くに提示される第２虚像５２の傾斜角θ２よりも大きくできる。これにより、遠方に提示される第１虚像５１の方が、近方に提示される第２虚像５２よりも奥行き感の大きい表示態様とすることができ、より自然な見え方で虚像を提示できる。

なお、本実施例において、第１虚像５１および第２虚像５２を所定の傾斜角θ１，θ２で提示するには、投射部１２の投射方向と中間像形成部１４の向きの関係性が重要となる。投射部１２と中間像形成部１４の位置精度を高めるため、投射部１２および中間像形成部１４の間の相対位置を位置決めする専用の固定部材が設けられてもよい。投射部１２および中間像形成部１４は、固定部材に取り付けられることにより、一体的なモジュールである画像表示光生成ユニットを構成してもよい。画像表示光生成ユニットは、投射部１２と、中間像形成部１４と、固定部材とを備え、固定部材が図６に示されるような投射部１２と中間像形成部１４の間の相対位置を位置決めしてもよい。固定部材は、第１表示光Ｌ１が透過型スクリーン３１に結像し、透過型スクリーン３１を透過し、反射部２８で反射され、第２領域Ｗ２の透過窓３２を通過して中間像形成部１４から出射されるような光学配置を実現してもよい。固定部材は、さらに、第２表示光Ｌ２が反射型スクリーン３３で反射されて中間像形成部１４から出射されるような光学配置を実現してもよい。

以上、本発明を上述の実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、各表示例に示す構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。

図８は、変形例に係る中間像形成部１１４の構成を模式的に示す断面図である。本変形例では、基板２０の第１主面２１の全面にマイクロレンズアレイ１２３が形成される点で、上述の実施の形態と相違する。第１主面２１の第１領域Ｗ１では、マイクロレンズアレイ１２３により透過型スクリーン３１が構成される。第１主面２１の第３領域Ｗ３では、マイクロレンズアレイ１２３の表面上に設けられる反射層２６により反射型スクリーン３３が構成される。

第１主面２１の第２領域Ｗ２には、マイクロレンズアレイ１２３の表面の凹凸を埋めて平坦面を形成する平坦化層１２７が設けられる。したがって、第２領域Ｗ２の透過窓３２は、マイクロレンズアレイ１２３および平坦化層１２７により構成される。平坦化層１２７は、マイクロレンズアレイ１２３と同一の屈折率を有する材料またはマイクロレンズアレイ１２３と同一材料で構成される。これにより、マイクロレンズアレイ１２３と平坦化層１２７の界面がスクリーンとして機能しないようにする。

本変形例においても、上述の実施の形態と同様の機能を実現することができる。本変形例によれば、第１主面２１の全面にマイクロレンズアレイ１２３が形成された基板２０、つまり、汎用的なマイクロレンズアレイシートをベースとして中間像形成部１１４を形成でき、中間像形成部１１４の製造コストを低減させることができる。

図９は、変形例に係る中間像形成部２１４の構成を模式的に示す断面図である。本変形例では、透過型スクリーン３１、透過窓３２および反射型スクリーン３３が設けられる基板２２０と、反射部２２８とが別体である点で上述の実施の形態と異なる。基板２２０は、第１主面２２１と、第２主面２２２とを有し、第１主面２２１に透過型スクリーン３１、透過窓３２および反射型スクリーン３３が設けられる。一方、第２主面２２２には反射部２２８が設けられていない。

基板２２０の厚さｔ２は、上述の実施の形態に係る基板２０の厚さｔ１よりも小さく、例えば、透過型スクリーン３１のｙ方向の幅の０．５倍未満である。反射部２２８は、第２主面２２２と対向するように第２主面２２２から離れた位置に設けられる。基板２２０と反射部２２８の距離ｄは、透過型スクリーン３１のｙ方向の幅と同程度であり、例えば、透過型スクリーン３１のｙ方向の幅の０．５倍以上２倍以下の範囲に設定される。本変形例においても、上述の実施の形態と同様の機能を実現することができる。

上述の実施の形態では、投射鏡１６を凹面鏡とすることにより、透過型スクリーン３１および反射型スクリーン３３に結像する実像を拡大して虚像として提示することとした。変形例においては、凸レンズなどの透過型の光学素子を用いることにより、透過型スクリーン３１および反射型スクリーン３３に結像する実像が拡大されて提示されてもよい。凸レンズなどの透過型の光学素子は、例えば、中間像形成部１４と投射鏡１６の間の位置や、投射鏡１６とウインドシールド６２の間の位置に配置されてもよい。凸レンズなどの透過型の光学素子を用いる場合、投射鏡１６は、平面で構成されてもよいし、凹面で構成されてもよい。

１０…虚像表示装置、１２…投射部、１４…中間像形成部、１６…投射鏡、２０…基板、２１…第１主面、２２…第２主面、２３…マイクロレンズアレイ、２６…反射層、２８…反射部、３１…透過型スクリーン、３３…反射型スクリーン、Ｌ１…第１表示光、Ｌ２…第２表示光、Ｗ１…第１領域、Ｗ２…第２領域、Ｗ３…第３領域。

Claims (11)

1. 画像表示光を投射する投射部と、
   前記画像表示光に基づく実像が結像する中間像形成部と、
   前記中間像形成部から出射する前記画像表示光を虚像提示面に向けて反射させる投射鏡と、を備え、
   前記中間像形成部は、前記画像表示光が入射する基準面と、前記基準面を通過した前記画像表示光の一部を前記基準面に向けて反射させる反射部と、を含み、
   前記基準面は、前記基準面に沿う所定方向に順に並ぶ第１領域、第２領域および第３領域を有し、
   前記第１領域には、前記画像表示光の一部である第１表示光が結像する透過型スクリーンが設けられ、前記第３領域には、前記画像表示光の別の一部である第２表示光が結像する反射型スクリーンが設けられており、
   前記第１表示光は、前記透過型スクリーンを透過し、前記反射部で反射され、前記第２領域を通過して前記投射鏡に向けて出射され、
   前記第２表示光は、前記反射型スクリーンで反射され、前記投射鏡に向けて出射されることを特徴とする虚像表示装置。
2. 前記中間像形成部は、前記画像表示光に対して透過性を有する基板を含み、前記基板は、第１主面と、前記第１主面とは反対側の第２主面とを有し、
   前記透過型スクリーンおよび前記反射型スクリーンは、前記基板の前記第１主面に設けられ、前記反射部は、前記基板の前記第２主面に設けられることを特徴とする請求項１に記載の虚像表示装置。
3. 前記第１主面から前記第２主面までの前記基板の厚さは、前記透過型スクリーンの前記所定方向の幅の０．５倍以上２倍以下であることを特徴とする請求項２に記載の虚像表示装置。
4. 前記透過型スクリーンは、マイクロレンズアレイにより構成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
5. 前記反射型スクリーンは、マイクロレンズアレイの表面上の反射層により構成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
6. 前記第２領域には、マイクロレンズアレイと、当該マイクロレンズアレイと同一の屈折率を有し、当該マイクロレンズアレイの表面の凹凸を埋めて平坦面を形成する平坦化層と、が設けられることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
7. 前記中間像形成部は、前記基準面に入射する前記画像表示光の入射角が３０度以上６０以下となるように配置されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
8. 前記投射部は、前記第１領域および前記第３領域の少なくとも一部に投射される光の輝度が所定値以上となり、前記第２領域の全体に投射される光の輝度が前記所定値未満となるように構成される画像表示光を生成することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
9. 前記投射部は、ラスタースキャンにより前記画像表示光を生成するよう構成され、前記第１領域および前記第３領域をスキャン対象とする一方、前記第２領域をスキャン対象外とするよう動作することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
10. 画像表示光に基づく実像が結像する中間像形成部であって、
    前記画像表示光に対して透過性を有する基板を備え、
    前記基板は、第１主面と、前記第１主面とは反対側の第２主面とを有し、
    前記第１主面は、前記第１主面に沿う所定方向に順に並ぶ第１領域、第２領域および第３領域を有し、
    前記第１領域には、透過型スクリーンが設けられ、
    前記第３領域には、反射型スクリーンが設けられ、
    前記第２主面には、前記第１領域から前記基板に入射する光を反射し、前記第２領域にて前記基板から出射させる反射層が設けられることを特徴とする中間像形成部。
11. 画像表示光を投射する投射部と、
    前記画像表示光に基づく実像が結像する中間像形成部と、
    前記投射部および前記中間像形成部が取り付けられる固定部材と、を備え、
    前記中間像形成部は、前記画像表示光が入射する基準面と、前記基準面を通過した前記画像表示光の一部を前記基準面に向けて反射させる反射部と、を含み、
    前記基準面は、前記基準面に沿う所定方向に順に並ぶ第１領域、第２領域および第３領域を有し、前記第１領域には、透過型スクリーンが設けられ、前記第３領域には、反射型スクリーンが設けられており、
    前記固定部材は、ｉ）前記画像表示光の一部である第１表示光が前記透過型スクリーンに結像し、前記透過型スクリーンを透過し、前記反射部で反射され、前記第２領域を通過して前記中間像形成部から出射するように、かつ、ｉｉ）前記画像表示光の別の一部である第２表示光が前記反射型スクリーンで反射されて前記中間像形成部から出射するように、前記投射部と前記中間像形成部の間の相対位置を位置決めすることを特徴とする画像表示光生成ユニット。

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