JP2019090896A - 虚像表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】二重像の発生を低減して虚像の視認性を向上させる。【解決手段】虚像表示装置10は、照明光を変調して画像表示光を生成する表示部12と、画像表示光Lを虚像提示板22に向けて投射する投射光学系14と、を備える。投射光学系14は、画像表示光Lを虚像提示板22に向けて反射させる主凹面鏡16と、画像表示光Lを主凹面鏡16に向けて反射させる副凹面鏡18と、を含む。虚像提示板22における画像表示光Lの入射方向と出射方向の双方に沿う平面を基準面としたとき、主凹面鏡16は、画像表示光Lが基準面に沿う方向に主凹面鏡16に入射する向きとなるよう配置され、副凹面鏡18は、画像表示光Lが基準面に交差する方向に副凹面鏡16に入射する向きとなるよう配置される。【選択図】図4

Description

本発明は、虚像表示装置に関する。
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。ウィンドシールドには車内側と車外側の二つの界面があるため、それぞれの界面にて反射して視認される画像表示光がずれて重畳され、二重像に見えてしまうことがある。このような二重像の発生を抑制するため、二重像のずれ量が人間の目の分解能以内となるように視距離を設定し、その視距離を実現する光学配置を得るための数式が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開昭62−225429号公報
上述の技術では、二重像を低減するためにユーザの前方に見える虚像の提示位置までの視距離を大きくすることが前提とされる。虚像の視距離によらずに二重像の発生を好適に低減できることが好ましい。
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、提示する虚像の視認性を向上させる技術を提供することを目的とする。
本発明のある態様は、虚像提示板を介してユーザに虚像を提示するための虚像表示装置である。この虚像表示装置は、照明光を変調して画像表示光を生成する表示部と、画像表示光を虚像提示板に向けて投射する投射光学系と、を備える。投射光学系は、画像表示光を虚像提示板に向けて反射させる主凹面鏡と、画像表示光を主凹面鏡に向けて反射させる副凹面鏡と、を含む。虚像提示板における画像表示光の入射方向と出射方向の双方に沿う平面を基準面としたとき、主凹面鏡は、画像表示光が基準面に沿う方向に主凹面鏡に入射する向きとなるよう配置され、副凹面鏡は、画像表示光が基準面に交差する方向に副凹面鏡に入射する向きとなるよう配置される。
本発明の別の態様もまた、虚像提示板を介してユーザに虚像を提示するための虚像表示装置である。この虚像表示装置は、照明光を変調して画像表示光を生成する表示部と、画像表示光を虚像提示板に向けて投射する投射光学系と、を備える。画像表示光は、虚像提示板の第1主面にて反射されてユーザに向かう第1表示光と、第1主面で屈折し、第1主面に対向する虚像提示板の第2主面にて反射されてから第1主面で屈折してユーザに向かう第2表示光とを含む。投射光学系は、第1表示光を虚像提示板に向けて反射させる凹面形状の第1反射領域と、第2表示光を虚像提示板に向けて反射させる凹面形状の第2反射領域とを含む。投射光学系は、虚像提示板および投射光学系により構成される合成光学系において、第1表示光が通る第1光路上での合成光学系の第1焦点距離よりも第2表示光が通る第2光路上での合成光学系の第2焦点距離が短くなるよう構成されており、表示部は、合成光学系の第1焦点と第2焦点の間の位置に配置される。
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。
本発明によれば、二重像の発生を低減して虚像の視認性を向上させることができる。
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。 虚像提示板に起因する二重像の発生を模式的に示す図である。 楔ガラスによる二重像の抑制を模式的に示す図である。 比較例に係る虚像表示装置の光学配置を示す図である。 凹面鏡に斜入射する光束の焦点位置を模式的に示す図である。 図6(a)、(b)は、凹面鏡に斜入射する光束の非点収差を模式的に示す図である。 二枚の凹面鏡による非点収差の低減を模式的に示す図である。 図8(a)〜(c)は、実施の形態に係る虚像表示装置の構成を詳細に示す図である。
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、虚像提示板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の右方向)の前方に虚像50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50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50に示される情報を得ることができる。図1において、車両60の進行方向(前後方向)をz方向、車両60の天地方向(上下方向)をy方向、車両60の左右方向をx方向としている。
虚像表示装置10は、照明部11と、表示部12と、投射光学系14と、制御部40とを備える。照明部11は、表示光を生成するための光源であり、表示部12を照明するための照明光を生成する。照明部11は、LED(Light Emitting Diode)やLD(Laser Diode)などの発光素子と、発光素子からの出力光の強度分布や角度分布を調整するための光学素子とを有する。照明部11は、ほぼ一様な明るさの白色光を表示部12に提供する。照明部11の構成は特に限られないが、発光素子からの出力光を整えるために、例えば、ライトトンネル、フレネルレンズ、光拡散板などの光学素子を用いることができる。
表示部12は、照明部11からの照明光を変調して表示光を生成し、虚像50の表示内容に対応する中間像を形成する。表示部12は、表示光を生成するための透過型の画像表示素子を含み、透過型の液晶パネルといった表示デバイスを含む。画像表示素子は、制御部40から送信される画像信号を受け、画像信号に対応する表示内容の画像表示光を生成する。表示部12は、画像表示光の向きや配光角を整えるための光学素子をさらに含んでもよい。また、表示部12は、例えば、透過型液晶パネル以外のDMD(Digital Mirror Device)やLCOS(Liquid Crystal on Silicon)、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)方式等のLSM(Laser Scanning Module)といったプロジェクションユニットと、マイクロレンズアレイシートや光拡散シートといった透過型スクリーンとを組み合わせた構成としてもよい。
投射光学系14は、表示部12が生成する画像表示光をウインドシールド62に向けて投射する。投射光学系14は、主凹面鏡16と、副凹面鏡18とを含む。主凹面鏡16は、表示部12からの画像表示光をウインドシールド62に向けて反射させる。副凹面鏡18は、表示部12と主凹面鏡16の間に配置され、表示部12から主凹面鏡16に向かう画像表示光の向きを調整する。
投射光学系14は、図示しない追加の光学素子をさらに含んでもよく、例えば、照明部11から主凹面鏡16までの光路を折り返すための平面鏡などがさらに設けられてもよい。追加の平面鏡は、照明部11と表示部12の間に配置されてもよいし、表示部12と副凹面鏡18の間に配置されてもよい。投射光学系14に二枚以上の平面鏡がさらに設けられてもよい。
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50が提示されるように照明部11および表示部12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50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50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。
本実施の形態では、二枚の凹面鏡16,18を組み合わせるとともに、表示部12を所定の位置に配置することにより、ウインドシールド62の車内側と車外側の二つの界面で反射して視認される画像表示光がずれて提示されて二重像に見えてしまうのを抑制する。実施の形態に係る光学配置を詳述する前に、比較例を参照しながらこのような二重像の発生について説明する。
図2は、虚像提示板22に起因する二重像の発生を模式的に示す図である。図2では、説明の簡略化のため、虚像提示板22と表示部92の間に配置される凹面鏡などの光学素子を省略している。虚像提示板22は、所定の厚みtを有し、第1主面23と、第2主面24とを有する。第1主面23は、ウインドシールド62の車内側の界面に対応し、第2主面24は、ウインドシールド62の車外側の界面に対応する。
表示部92の任意の一点からユーザEに達する画像表示光Lは、主に二つの光路L1,L2を通る。第1光路L1は、第1主面23で反射されてユーザEに向かう光路であり、第2光路L2は、第1主面23で屈折し、第2主面24で反射された後、第1主面23で再度屈折してユーザEに向かう光路である。このとき、ユーザEに向かう第1光路L1と第2光路L2の間に角度差Δθが存在すると、その角度差Δθに応じて二つの光路L1,L2のそれぞれを通る画像表示光がずれて視認され、虚像150に二重像が生じる。なお、第1主面23と第2主面24の間を多重反射してユーザEに向かう光路も想定しうるが、多重反射してユーザEに向かう画像表示光の成分は小さく、通常の使用態様において無視できる。
図3は、楔ガラスによる二重像の抑制を模式的に示す図である。図3の虚像提示板222は、いわゆる「楔ガラス」と言われるものであり、虚像提示板222の厚みが場所に応じて変化するよう構成されている。その結果、虚像提示板222の第1主面223と第2主面224は、虚像表示装置110に対して互いに異なる傾斜角を有し、角度差δが設けられる。二つの主面223,224の間に角度差δが設けられた楔ガラスを用いることにより、図2に示すような第1光路L1と第2光路L2の角度差Δθが補正され、二重像を抑制させた虚像250を提示できる。
しかしながら、このような「楔ガラス」は角度差δを精密に制御して形成する必要があるため、厚さtが均一な通常のガラスと比べて高価である。また、車両60のウインドシールド62を楔ガラスにする場合には、車両60の形状に応じた専用の楔ガラスが必要となるだけでなく、ウインドシールド62の全体を交換しなければならないため、非常にコストがかかる。したがって、このような特殊な楔ガラスを用いずに二重像の発生を低減できることが好ましい。
図4は、比較例に係る虚像表示装置110の光学配置を詳細に示す図である。比較例に係る虚像表示装置110は、照明部111と、表示部112と、投射光学系114とを備え、投射光学系114が一枚の凹面鏡116で構成される。本比較例では、表示部112および凹面鏡116の配置を適切に設定することで、上述の楔ガラスを用いなくても二重像の発生が抑制される。
図4の構成では、虚像提示板22からユーザEに向かう第1光路L1と第2光路L2とが一致するように投射光学系114が構成される。その結果、虚像提示板22と凹面鏡116の間の区間において第1光路L1および第2光路L2が平行ないし略平行となり、ユーザEから見て第1光路L1よりも第2光路L2が遠くに位置する。また、第1光路L1および第2光路L2のそれぞれを通る画像表示光は、凹面鏡116の異なる領域131,132で反射される。具体的には、第1光路L1を通る第1表示光が反射される第1反射領域131よりも、第2光路L2を通る第2表示光が反射される第2反射領域132の方が上側(虚像提示板22に近い側)に位置する。このような光学配置のため、第1反射領域131における第1表示光の入反射角φa1よりも第2反射領域132における第2表示光の入反射角φa2の方が大きくなる。
一般に、凹面鏡に平行光束を斜入射させると、その入射角に応じて光の収束位置までの距離(つまり、焦点距離)が変化しうる。凹面鏡の焦点距離をf、凹面鏡に入射する光の入射角をφとすると、斜入射する光の焦点距離はf・cosφと表され、入反射角φが大きいほど焦点距離f・cosφは小さくなる。したがって、図4の構成において、第1反射領域131では入反射角φa1が相対的に小さいため、焦点距離が相対的に長くなる。一方で、第2反射領域132では入反射角φa2が相対的に大きいため、焦点距離が相対的に短くなる。
図5は、凹面鏡116に斜入射する光束の焦点位置を模式的に示す図であり、凹面鏡116に平行光束を入射させた場合を示す。図示されるように、第1反射領域131にて反射される平行光束の収束位置(第1焦点)F1は、第2反射領域132にて反射される平行光束の収束位置(第2焦点)F2よりも遠くになる。また、第1反射領域131にて反射される光束と第2反射領域132にて反射される光束の交点(基準点ともいう)F0は、第1焦点F1と第2焦点F2の間に位置する。
図4の比較例では、表示部112を第1焦点F1と第2焦点F2の間の基準点F0またはその近傍に配置することで二重像の発生が抑制される。表示部112は、第1光路L1上での焦点(第1焦点F1)よりも手前側(凹面鏡116の近く)に配置されるため、第1光路L1を通る第1表示光の光束は、ユーザEに向かって収束する収束光となる。その結果、第1表示光は、ユーザEから見て有限の距離に視認される虚像150を提示する。その一方で、表示部112は、第2光路L2上での焦点(第2焦点F2)よりも奥側(主凹面鏡から遠く)に配置されるため、第2光路L2を通る第2表示光の光束は、ユーザEに向かって発散する発散光となる。その結果、第2表示光は、ユーザEから見て結像されず、ぼやけた光を提示する。したがって、本比較例によれば、虚像提示板22の第1主面23で反射される第1表示光に基づいて有限の距離に虚像150を提示するとともに、第2主面24で反射される第2表示光の結像を防ぐことができる。これにより、二重像の発生を抑制しつつ、ユーザにとって見やすい有限の距離に虚像150を提示できる。
しかしながら、図4の比較例では、一枚の凹面鏡116に画像表示光Lを斜入射させているため、非点収差が発生しうる。ここでいう「非点収差」とは、合成光学系120のメリディオナル(meridional)面内焦点とサジタル(sagittal)面内焦点の不一致をいう。このような非点収差が生じると、虚像150の横方向(x方向)の結像位置と縦方向(y方向)の結像位置にずれが生じ、結像性能の低下につながる。なお、「メリディオナル面」とは合成光学系120の光軸と画像表示光Lの主光線を含む平面のことをいい、図4のおけるyz平面がメリディオナル面に相当する。一方、「サジタル面」とは、合成光学系120の光軸を含む平面であってメリディオナル面に直交する平面であり、図4の例におけるxz平面がサジタル面に相当する。
図6(a)、(b)は、凹面鏡116に入射する平行光束の非点収差を模式的に示す図であり、それぞれ異なる視点から見た図である。図6(a)は、上述の図5に対応し、虚像提示板22および凹面鏡116で構成される合成光学系120のメリディオナル面(yz平面)内での光束を模式的に示す。図6(b)は、虚像提示板22および凹面鏡116で構成される合成光学系120のサジタル面(xz平面)内での光束を模式的に示している。図示されるように、メリディオナル面とサジタル面では平行光束の収束位置F1m,F1sが異なり、メリディオナル面内焦点F1mよりもサジタル面内焦点F1sの方が凹面鏡116から遠くに位置する。これは、図5にて説明したように、光束が斜めに入射するメリディオナル面内での焦点距離がf・cosφに短くなることに起因する。
メリディオナル面内焦点F1mとサジタル面内焦点F1sの間のずれである非点較差Asを小さくするには、凹面鏡116の入反射角φを小さくすればよい。しかしながら、凹面鏡116により画像表示光Lを虚像提示板22に投射する構成では、凹面鏡116の入反射角φを顕著に小さくすることは難しい。そこで、本実施の形態では、二枚の凹面鏡を組み合わせることにより、それぞれの凹面鏡にて生じる非点収差の特性が反対となるようにし、投射光学系全体としての非点収差が小さくなるようにする。
図7は、二枚の凹面鏡16,18による非点収差の低減を模式的に示す図である。図7の例では、二枚の凹面鏡がねじれ配置となるように構成している。符号F1m,F1sは、主凹面鏡16のみの場合のメリディオナル面内焦点およびサジタル面内焦点を示し、符号F2m,F2sは、主凹面鏡16および副凹面鏡18を組み合わせた合成光学系20のメリディオナル面内焦点およびサジタル面内焦点を示す。二枚の凹面鏡16,18がねじれ配置であるため、図示されるxz平面は、主凹面鏡16におけるサジタル面である一方、副凹面鏡18におけるメリディオナル面である。その結果、副凹面鏡18は、合成光学系20の焦点F2m,F2sのうちxz平面内の焦点F2sを相対的に短くするように作用する。つまり、副凹面鏡18の代わりに平面鏡を用いて光路を折り返した場合のサジタル面内焦点F1s’よりも手前側に合成光学系20のサジタル面内焦点F2sが位置することとなり、メリディオナル面内焦点F2mとの間の距離(つまり、非点較差)を小さくできる。これにより、上述の比較例よりも結像性能の優れた光学系を実現することができ、より解像度の高い虚像50を提示できる。
図8(a)〜(c)は、実施の形態に係る虚像表示装置の構成を詳細に示す図であり、それぞれ異なる視点から見た図である。図8(a)は、図1に対応し、yz平面で見た構成を示す。図8(b)は、xz平面で見た構成を示し、図8(c)は、xy平面で見た構成を示す。
図8(c)に示されるように、照明部11、表示部12および副凹面鏡18は、x方向に順に並んで配置されている。副凹面鏡18は、図8(b)に示されるように、副凹面鏡18に向けてx方向に入射する画像表示光Lをz方向に反射させるように配置される。主凹面鏡16は、図8(a)に示されるように、主凹面鏡16に向けてz方向の入射する画像表示Lを虚像提示板22に向けて上方に反射させるように配置される。
図8(a)〜(c)では、虚像提示板22の第1主面23にて反射される第1表示光が通る第1光路L1を基準に描いている。つまり、図8(a)〜(c)にて実線で示される光路は、第1光路L1に相当する。一方、虚像提示板22の第2主面24にて反射される第2表示光が通る第2光路L2は、破線で描かれており、第1光路L1よりも僅かに上側に位置する。表示部12から主凹面鏡16までの第1光路L1と第2光路L2は非平行であり、y方向に向きが異なっている。具体的には、第1光路L1を通る第1表示光が主凹面鏡16の第1反射領域31に入射し、第2光路L2を通る第2表示光が第1反射領域31より上側の第2反射領域32に入射するように構成されている。その結果、主凹面鏡16における第1表示光の入反射角φa1よりも第2表示光の入反射角φa2の方が大きくなる。これにより、虚像提示板22と投射光学系14で構成される合成光学系20において、第1表示光が通る第1光路L1上での第1焦点距離よりも、第2表示光が通る第2光路L2上での第2焦点距離を短くできる。
表示部12は、第1光路L1と第2光路L2の交点またはその近傍に配置されており、図5に示した第1焦点F1と第2焦点F2の間の位置に配置されている。表示部12は、虚像提示板22と投射光学系14で構成される合成光学系20において、第1表示光が通る第1光路L1上での合成光学系20の第1焦点と、第2表示光が通る第2光路L2上での合成光学系20の第2焦点との間の位置に配置されている。その結果、第1表示光に基づく虚像50をユーザEから見て有限の距離(例えば2m〜7m程度)に提示することができ、かつ、ユーザEから見て第2表示光に基づく虚像が結像されにくくなる。これにより、二重像の発生を抑制できる。
本実施の形態によれば、主凹面鏡16と副凹面鏡18がねじれ配置となっているため、主凹面鏡16と副凹面鏡18を組み合わせた合成光学系20における非点収差量を小さくできる。合成光学系20の非点収差量を小さくするためには、主凹面鏡16および副凹面鏡18のそれぞれにて発生する非点収差量が同等となるようにすればよい。主凹面鏡16の焦点距離fと主凹面鏡16における画像表示光Lの入反射角φの余弦cosφとの積f・cosφが、副凹面鏡18の焦点距離fと副凹面鏡18における画像表示光Lの入反射角φの余弦cosφとの積f・cosφが同等となるようにすればよい。例えば、主凹面鏡16のメディオナル面内焦点距離f・cosφが副凹面鏡18のメディオナル面内焦点距離f・cosφの0.5倍以上2倍以下となるように設計することで、非点収差に起因する結像性能の低下を好適に防ぐことができる。
本実施の形態によれば、投射光学系14を凹面鏡により構成しているため、レンズなどの透過型の光学素子に起因する色収差の発生を防ぐことができ、より高精細な虚像50を提示できる。
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。
上述の実施の形態では、主凹面鏡16のメリディオナル面と副凹面鏡18のメリディオナル面が直交するように投射光学系14を構成する場合について示した。変形例においては、主凹面鏡16および副凹面鏡18のメリディオナル面が厳密に直交するのではなく、両者が互いに交差するよう投射光学系14を構成してもよい。虚像提示板22における画像表示光Lの入射方向と反射方向の双方に沿う平面を基準面(例えばyz平面)としたとき、主凹面鏡16に入射する画像表示光Lが基準面に沿う方向となる一方、副凹面鏡18に入射する画像表示光Lが基準面に交差する方向となるように構成されてもよい。
上述の実施の形態では、第1表示光を虚像提示板22に向けて反射させる第1反射領域31と、第2表示光を虚像提示板22に向けて反射させる第2反射領域32とを一つの凹面鏡16で構成する場合を示した。変形例においては、第1反射領域31および第2反射領域32のそれぞれが別々の光学部材により構成されてもよい。また、第1反射領域31および第2反射領域32は、同等の曲面形状で構成されてもよいし、それぞれが異なる形状の曲面で構成されてもよい。後者の場合、第1反射領域31および第2反射領域32のそれぞれが曲率の異なる球面であってもよいし、それぞれが異なるパラメータで定義される非球面(自由曲面)であってもよい。
上述の実施の形態では、二枚の凹面鏡を組み合わせることにより非点収差を低減する構成について示した。変形例では、図4に示す比較例のように一枚の凹面鏡を用いて二重像を抑制する構成としてもよい。
上述の実施の形態では、凹面鏡により投射光学系を構成する場合について示した。変形例においては、追加のレンズ等を組み合わせて投射光学系を構成してもよい。
10…虚像表示装置、12…表示部、14…投射光学系、16…主凹面鏡、18…副凹面鏡、20…合成光学系、22…虚像提示板、23…第1主面、24…第2主面、31…第1反射領域、32…第2反射領域、50…虚像、60…車両、62…ウインドシールド、L…画像表示光、L1…第1光路、L2…第2光路。

Claims (8)

  1. 虚像提示板を介してユーザに虚像を提示するための虚像表示装置であって、
    照明光を変調して画像表示光を生成する表示部と、
    前記画像表示光を前記虚像提示板に向けて投射する投射光学系と、を備え、
    前記投射光学系は、前記画像表示光を前記虚像提示板に向けて反射させる主凹面鏡と、前記画像表示光を前記主凹面鏡に向けて反射させる副凹面鏡と、を含み、
    前記虚像提示板における前記画像表示光の入射方向と出射方向の双方に沿う平面を基準面としたとき、前記主凹面鏡は、前記画像表示光が前記基準面に沿う方向に前記主凹面鏡に入射する向きとなるよう配置され、前記副凹面鏡は、前記画像表示光が前記基準面に交差する方向に前記副凹面鏡に入射する向きとなるよう配置されることを特徴とする虚像表示装置。
  2. 前記副凹面鏡は、前記画像表示光が前記基準面に直交する平面に沿う方向に前記副凹面鏡に入射する向きとなるよう配置さ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. 前記投射光学系は、前記主凹面鏡の焦点距離fと前記主凹面鏡における前記画像表示光の入反射角φの余弦cosφとの積f・cosφが、前記副凹面鏡の焦点距離fと前記副凹面鏡における前記画像表示光の入反射角φの余弦cosφとの積f・cosφの0.5倍以上2倍以下となるように構成されることを特徴とする請求項2に記載の虚像表示装置。
  4. 前記投射光学系は、前記主凹面鏡の焦点距離fと前記主凹面鏡における前記画像表示光の入反射角φの余弦cosφとの積f・cosφよりも前記副凹面鏡の焦点距離fと前記副凹面鏡における前記画像表示光の入反射角φの余弦cosφとの積f・cosφが大きくなるように構成されることを特徴とする請求項2または3に記載の虚像表示装置。
  5. 前記画像表示光は、前記虚像提示板の第1主面にて反射されて前記ユーザに向かう第1表示光と、前記第1主面で屈折し、前記第1主面に対向する前記虚像提示板の第2主面にて反射されてから前記第1主面で屈折して前記ユーザに向かう第2表示光とを含み、
    前記投射光学系は、前記虚像提示板および前記投射光学系により構成される合成光学系において、前記第1表示光が通る第1光路上での前記合成光学系の第1焦点距離よりも前記第2表示光が通る第2光路上での前記合成光学系の第2焦点距離が短くなるよう構成されており、
    前記表示部は、前記合成光学系の第1焦点と第2焦点の間の位置に配置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. 前記主凹面鏡は、前記第1表示光が入射する第1反射領域と、前記第2表示光が入射する第2反射領域とを有し、前記第1反射領域における前記第1表示光の入反射角よりも前記第2反射領域における前記第2表示光の入反射角が大きくなるよう構成されることを特徴とする請求項5に記載の虚像表示装置。
  7. 虚像提示板を介してユーザに虚像を提示するための虚像表示装置であって、
    照明光を変調して画像表示光を生成する表示部と、
    前記画像表示光を前記虚像提示板に向けて投射する投射光学系と、を備え、
    前記画像表示光は、前記虚像提示板の第1主面にて反射されて前記ユーザに向かう第1表示光と、前記第1主面で屈折し、前記第1主面に対向する前記虚像提示板の第2主面にて反射されてから前記第1主面で屈折して前記ユーザに向かう第2表示光とを含み、
    前記投射光学系は、前記第1表示光を前記虚像提示板に向けて反射させる凹面形状の第1反射領域と、前記第2表示光を前記虚像提示板に向けて反射させる凹面形状の第2反射領域とを含み、
    前記投射光学系は、前記虚像提示板および前記投射光学系により構成される合成光学系において、前記第1表示光が通る第1光路上での前記合成光学系の第1焦点距離よりも前記第2表示光が通る第2光路上での前記合成光学系の第2焦点距離が短くなるよう構成されており、
    前記表示部は、前記合成光学系の第1焦点と第2焦点の間の位置に配置されることを特徴とする虚像表示装置。
  8. 前記虚像提示板は、車両に設けられる厚さが均一なウインドシールドであ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。
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