JP6917571B2

JP6917571B2 - 表示装置

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Publication number: JP6917571B2
Application number: JP2017063158A
Authority: JP
Inventors: 聡葛原; 圭司杉山
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2017-03-28
Filing date: 2017-03-28
Publication date: 2021-08-11
Anticipated expiration: 2037-03-28
Also published as: JP2018165782A

Description

本開示は、一般に表示装置に関し、より詳細には、画像形成部の出力光を光学素子にて反射することで画像を投影する表示装置に関する。

従来、車両のウインドシールド（フロントガラス）に画像（映像）を投影して、その虚像と透過背景とを同時に運転者に視認させるヘッドアップディスプレイ等の表示装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の表示装置は、液晶素子及び光源からなる表示手段と、ミラー等で構成される偏向手段とを含んでいる。表示手段で表示される出力光（表示光）は、偏向手段に投影され、偏向手段にてウインドシールドに向けて偏向される。ウインドシールドは、表示装置からの出力光を運転者に向けて反射し、表示画像の虚像を形成する。特許文献１では、中間膜を介して内側ガラスと外側ガラスとが接合されたウインドシールドで出力光を反射した場合でも、二重像（ゴースト）を目立たなくするために、表示手段は、主表示要素に補助要素を一つ以上重ねて表示画像を生成する。

特開２０１２−８３５３４号公報

投影画像の品質の低下を低減できる表示装置を提供することを目的とする。

第１の態様に係る表示装置は、画像形成部と、光学素子と、仕切り部（ダッシュボード）と、を備える。前記画像形成部は、画像を形成する光を出力する。前記光学素子は、前記画像形成部が出力した出力光を反射する。前記仕切り部は、前記光学素子が反射し、前記画像を形成するための反射光を開口部から投影する。前記光学素子は、第１面と、前記第１面とは別の第２面と、を有する。前記光学素子は、前記第１面を通して前記光学素子に入射した前記出力光を、前記第２面にて反射し、前記第１面を通して前記光学素子から出射するように構成されている。前記第１面と前記第２面との対向方向における前記光学素子の厚みは、前記光学素子に入射する前記出力光側の第１端部の厚みの方が、前記光学素子から出射する前記反射光側の第２端部の厚みよりも厚く設定されている。前記光学素子は、前記反射光以外の二重像になる光を前記開口部と異なる方向に反射させる。前記仕切り部は、前記光学素子で反射した前記二重像になる光を前記開口部の周囲で遮る。

第２の態様に係る表示装置は、第１の態様において、前記光学素子の厚みは、前記光学素子に入射する前記出力光側の前記第１端部から、前記光学素子から出射する前記反射光側の前記第２端部に向けて薄くなるように変化する。

第３の態様に係る表示装置は、第１又は２の態様において、前記第１面と前記第２面とは、互いに形状が異なっている。

第４の態様に係る表示装置は、第１〜３のいずれかの態様において、前記光学素子は、前記第２面に形成された反射膜を更に有する。

第５の態様に係る表示装置は、第１〜４のいずれかの態様において、前記二重像になる光は、前記第１面で反射した光、又は、前記第１面及び前記第２面で多重反射した光である。

第６の態様に係る表示装置は、第１〜５のいずれかの態様において、前記光学素子は、複数の反射鏡を有する。

本開示は、投影画像の品質の低下を低減できる、という利点がある。

図１は、実施形態１に係る表示装置の構成を示す概念図である。図２は、同上の表示装置を備える自動車の概念図である。図３は、同上の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４Ａは、同上の表示装置の光学素子の側面図である。図４Ｂは、同上の光学素子について図４Ａの領域Ｚ１の断面を示す断面図である。図５は、実施形態１の比較例に係る表示装置の構成を示す概念図である。図６Ａ〜図６Ｄは、実施形態１の第１変形例に係る表示装置の光学素子を示す概念図である。図７は、実施形態１の第２変形例に係る表示装置の構成を示す概念図である。図８は、実施形態１の第３変形例に係る表示装置の構成を示す概念図である。図９は、実施形態２に係る表示装置の構成を示す概念図である。

一般にヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ：Head-Up Display）等の表示装置においては、画像を対象物（例えば、ウインドシールド）に投影するための手段として、光を反射する光学素子（ミラー）が用いられる。通常、画像の投影に用いられる光学素子は、金属膜等からなる反射膜が蒸着等により基材の表面に形成された表面反射鏡である。しかし、光学素子に表面反射鏡が用いられると、例えば、反射膜の汚れ、表面粗さ、又は傷等が、投影画像の品質の低下に直結するという問題がある。本開示は、このような事由に鑑みてなされており、光学素子の汚れ、表面粗さ、又は傷等による投影画像の品質の低下を低減する。

（実施形態１）
（１）概要
本実施形態に係る表示装置１０は、図１及び図２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である。

この表示装置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２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、表示装置１０が配置されている。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、アイボックス２０１にてユーザ２００（運転者）に視認される。ここでいう「アイボックス２０１」は、車室内において、ユーザ２００が画像を欠けることなく視認できる範囲である。

このような表示装置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、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３に示すように、自動車１００の前方に広がる実空間に重ねて、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、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３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。

表示装置１０では、対象空間４００に形成される虚像３００は、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。

ここにおいて、本実施形態に係る表示装置１０は、対象物（ウインドシールド１０１）に対して画像を投影するための投影光学系３（図１参照）が、裏面反射鏡からなる光学素子４（図１参照）を含んでいる。この光学素子４は、第１面４１と、第２面４２と、を有する。光学素子４は、第１面４１を通して光学素子４に入射した光を、第２面４２にて反射し、第１面４１を通して光学素子４から出射するように構成されている。つまり、光学素子４は、金属膜等からなる反射膜が蒸着等により基材の表面に形成された表面反射鏡とは異なり、光を光学素子４内に取り込んで光学素子４内で反射する。

本実施形態に係る表示装置１０は、このような光学素子４を投影光学系３に用いることにより、表面反射鏡を用いる場合に比べて、光学素子４の汚れ、表面粗さ、又は傷等による、投影画像の品質の低下を低減できる、という利点がある。

（２）構成
（２．１）表示装置の全体構成
本実施形態に係る表示装置１０は、図１に示すように、画像形成部２と、投影光学系３と、を備えている。投影光学系３は、光学素子４を含んでいる。また、表示装置１０は、画像形成部２を制御する制御部５を更に備えている。図１以外の図面では、制御部５の図示を省略している。

画像形成部２は、画像を形成する光を出力する。本実施形態では一例として、画像形成部２は、図１に示すように、液晶パネル２１（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）、及び光源装置２２を有している。液晶パネル２１は、光源装置２２の前方に配置されている。光源装置２２は、液晶パネル２１のバックライトとして用いられる。光源装置２２は、いわゆる面光源である。光源装置２２は、発光ダイオード又はレーザダイオード等の固体発光素子を用いた、サイドライト方式の光源装置である。光源装置２２からの光は液晶パネル２１を透過して画像形成部２から出力される。

この画像形成部２では、液晶パネル２１に画像が表示された状態で、光源装置２２が発光することにより、光源装置２２から前方に出力される光が、液晶パネル２１を透過して、液晶パネル２１の前面から前方に出力される。このとき液晶パネル２１の前面から前方に出力される光は、液晶パネル２１に表示された画像を反映した光であるので、結果的に、画像形成部２からは、画像を形成する光が「出力光」として出力されることになる。図１では、画像形成部２の前面（液晶パネル２１の前面）に表示される画像の一点（ある画素点）から出力される光の光路Ｐ１を模式的に表している。

ここで、液晶パネル２１の縦方向が投影される画像の縦方向となり、液晶パネル２１の横方向が投影される画像の横方向となる。投影される画像の縦方向は、対象空間４００（図２参照）に投影される虚像３００（図２参照）の縦方向、つまりユーザ２００（図２参照）の視野内において鉛直方向に沿った方向である。投影される画像の縦方向は、対象空間４００に投影される虚像３００の横方向、つまりユーザ２００の視野内において水平方向に沿った方向である。

制御部５は、画像形成部２（液晶パネル２１及び光源装置２２）を制御する。制御部５は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びメモリを主構成とするマイクロコンピュータにて構成されている。言い換えれば、制御部５は、ＣＰＵ及びメモリを有するコンピュータにて実現されており、ＣＰＵがメモリに格納されているプログラムを実行することにより、コンピュータが制御部５として機能する。プログラムは、ここでは制御部５のメモリに予め記録されているが、インターネット等の電気通信回線を通じて、又はメモリカード等の記録媒体に記録されて提供されてもよい。

投影光学系３は、画像形成部２の出力光を反射することで画像を投影する。本実施形態では、表示装置１０は上述したようにヘッドアップディスプレイであって、ウインドシールド１０１（図２参照）に画像を投影するので、投影光学系３は、ウインドシールド１０１からなる対象物に対して画像を投影する。

本実施形態では一例として、投影光学系３は、図１に示すように、第１ミラー３１と、第２ミラー３２と、を有している。第１ミラー３１及び第２ミラー３２は、画像形成部２から出力される光の光路上に、第１ミラー３１、第２ミラー３２の順で配置されている。本実施形態では、画像形成部２、第１ミラー３１、及び第２ミラー３２は、鉛直面内に形成される三角形の頂点位置に配置されている。ここでいう「鉛直面」は、画像形成部２が形成する画像の縦方向（鉛直方向）及び出力光の進行方向（光軸）を含む平面である。投影光学系３は、画像形成部２の出力光を、まずは第１ミラー３１で反射し、更に第２ミラー３２で反射して、対象物（ウインドシールド１０１）に向けて出射する。

すなわち、第１ミラー３１は、画像形成部２の出力光が入射するように、液晶パネル２１から見て光源装置２２とは反対側、つまり液晶パネル２１の前方に配置されている。第１ミラー３１は、画像形成部２の出力光を、第２ミラー３２に向けて反射する。第２ミラー３２は、第１ミラー３１で反射された画像形成部２の出力光が入射するような位置に配置されている。第２ミラー３２は、第１ミラー３１で反射された画像形成部２の出力光を、対象物（ウインドシールド１０１）に向けて反射する。本実施形態では、第１ミラー３１は凸面鏡であって、第２ミラー３２は凹面鏡である。換言すると、第１ミラー３１は全体として負のパワーを有し、第２ミラー３２は全体として正のパワーを有する。第１ミラー３１及び第２ミラー３２の各々の反射面は自由曲面で構成されていてもよく、この場合、第１ミラー３１及び第２ミラー３２の各々の反射面が、局所的に全体のパワーとは異なるパワーを有することもある。例えば、全体として負のパワーを有する第１ミラー３１の反射面が、局所的に正のパワーを有することもある。

上述したような構成により、投影光学系３は、画像形成部２にて形成される画像を、適当な大きさにして、投影画像として対象物（ウインドシールド１０１）に投影することで、対象空間４００（図２参照）に虚像３００（図２参照）を投影する。つまり、自動車１００を運転しているユーザ２００の視野内では、自動車１００の前方に広がる実空間に重ねて、表示装置１０にて投影される虚像３００を見ることができる。

ところで、投影光学系３に含まれる第２ミラー３２は、本実施形態では、金属膜等からなる反射膜が蒸着等により、例えばガラス製又は合成樹脂製の基材３２０の表面３２１に形成された表面反射鏡である。図１の例では、第２ミラー３２は、板状の基材３２０を有する。第２ミラー３２の表面３２１は、基材３２０の厚み方向の両面のうち、第１ミラー３１側を向いた面である。そのため、第２ミラー３２は、第１ミラー３１で反射された画像形成部２の出力光（可視光）を、基材３２０内に取り込むことなく基材３２０の表面３２１で反射する。

これに対して、第１ミラー３１は、裏面反射鏡からなる光学素子４にて構成されている。

光学素子４は、第１面４１と、第２面４２と、を有している。第２面４２は、第１面４１とは別の面である。光学素子４は、第１面４１を通して光学素子４に入射した画像形成部２の出力光を、第２面４２にて反射し、第１面４１を通して光学素子４から出射するように構成されている。具体的には、光学素子４は、可視光に対して高い透過性を有する基材４０を備えている。基材４０は、例えばガラス製又は透明な合成樹脂製である。図１の例では、基材４０は板状であって、基材４０の厚み方向の両面がそれぞれ第１面４１及び第２面４２を構成する。第１面４１は、画像形成部２及び第２ミラー３２側を向いた面、つまり第１ミラー３１の「表面」である。第２面４２は、画像形成部２及び第２ミラー３２とは反対側を向いた面、つまり第１ミラー３１の「裏面」である。

つまり、第１ミラー３１（光学素子４）は、表面反射鏡からなる第２ミラー３２とは異なり、画像形成部２の出力光（可視光）を、基材４０内に取り込んで基材４０内（第２面４２）で反射する。言い換えれば、第１ミラー３１の「表面」である第１面４１から第１ミラー３１内に取り込まれた光は、第１ミラー３１の「裏面」である第２面４２で反射され、第１ミラー３１の「表面」である第１面４１から出射される（図１の光路Ｐ１参照）。このように、光学素子４は、「裏面」である第２面４２が主に光を反射する反射面として機能する。

このような構成の光学素子４では、表面反射鏡とは異なり、第１面４１に入射する光の大部分は、第１面４１を透過して、反射面としての第２面４２で反射する。ただし、厳密には、第１面４１に入射する光の一部が、基材４０と空気との境界面となる第１面４１にて反射（フレネル反射）することがある。そのため、第１面４１も一種の反射面と考えることができるが、光学素子４では、第１面４１の反射率と第２面４２の反射率とは少なくとも以下の関係を満足する。すなわち、第１面４１の可視光に対する反射率を「Ｒ１」は、第２面４２の可視光に対する反射率を「Ｒ２」とすると、反射率Ｒ１は反射率Ｒ２よりも小さくなる（Ｒ１＜Ｒ２）。ここで、反射率Ｒ１と反射率Ｒ２との差は、極力大きく設定されることが好ましく、少なくとも反射率Ｒ２は反射率Ｒ１の１．５倍以上であることが好ましい。

これにより、光の一部が第１面４１にて反射されたとしても、第１面４１に入射する光の大部分は、第１面４１を透過して、反射面としての第２面４２で反射することになる。よって、光学素子４で反射される光は、第１面４１を通して光学素子４に入射し、第２面４２にて反射し、第１面４１を通して出射される、という光路Ｐ１において最大の輝度となる。

ここで、光学素子４の第１面４１に対しては、画像形成部２の出力光が、画像形成部２から直接的に入射する構成に限らず、例えば、画像形成部２の出力光が、光学素子４以外のミラーで反射され、間接的に入射する構成であってもよい。一例として、「（３．３）第３変形例」の欄で説明するように光学素子４が第２ミラー３２に用いられる場合には、光学素子４の第１面４１には、画像形成部２の出力光が、第１ミラー３１で反射されることにより間接的に入射することになる。

本実施形態に係る表示装置１０は、このような光学素子４を投影光学系３に用いることにより、表面反射鏡を用いる場合に比べて、光学素子４の汚れ、表面粗さ、又は傷等による、投影画像の品質の低下を低減できる、という利点がある。対象物（ウインドシールド１０１）に投影される投影画像の品質の低下が低減されることで、対象空間４００（図２参照）に投影される虚像３００（図２参照）の品質の低下も低減される。

（２．２）光学素子の詳細
以下、第１ミラー３１を構成する光学素子４について、図４Ａ及び図４Ｂを参照して更に詳しく説明する。

光学素子４は、図４Ｂに示すように、第２面４２に形成された反射膜４３を更に有する。図４Ｂは、図４Ａの領域Ｚ１の断面図である。図４Ｂ以外では反射膜４３の図示を省略する。反射膜４３は、基材４０の第２面４２に対する、例えば、銀、アルミニウム、又は銅等の金属材料の塗布により形成される。スプレー等による塗布は、蒸着等に比べて簡単に行えるため、この構成によれば、表面反射鏡に比べて製造コストを低く抑えることも可能である。しかも、光学素子４は裏面反射鏡であるので、反射膜４３自体の表面粗さが直接的に光学素子４の反射率に影響する訳ではなく、塗布等で反射膜４３が形成されても、十分な反射率を実現可能である。このような反射膜４３は、基材４０の厚み方向の両面のうち、第２面４２にのみ形成されているのであって、第１面４１には反射膜は無い。ただし、第１面４１には、例えば反射防止膜が形成されていてもよい。これにより、第１面４１での反射（フレネル反射）が低減される。

また、本実施形態では、上述したように第１ミラー３１は凸面鏡であるので、少なくとも主たる反射面となる第２面４２は、第１面４１側に凸となる曲面である。ここでは、第２面４２は一定の曲率を有する曲面であると仮定する。これに対して、第１面４１は、第２面４２と同一形状の仮想曲面Ｓ１を基調とした形状である。仮想曲面Ｓ１は、実際には存在しない仮想面であって、図４Ａでは想像線（２点鎖線）で示している。仮想曲面Ｓ１は、第２面４２と同一の曲率を有し、第２面４２とは反対側に凸となる曲面である。

第１面４１は、仮想曲面Ｓ１に対して、収差補正の機能を付加するように、その形状が設定されている。そのため、第１面４１と第２面４２とは、互いに形状が異なっている。具体的には、第１面４１は、仮想曲面Ｓ１の少なくとも一部について凸成分を弱める（つまり凹成分を付加する）ことにより、仮想曲面Ｓ１を部分的に第２面４２側に近づけた形状とされている。言い換えれば、第１面４１と第２面４２との間の基材４０は、外周部において中央部よりも厚くなる負のパワーを有する凹レンズとして作用する。このような第１面４１及び第２面４２の形状により、光学素子４では、収差の低減を図ることが可能である。この構成によれば、光学素子４の基材４０が収差補正用の非球面レンズとして兼用されるので、第１ミラー３１として表面反射鏡を用いて、収差補正用の非球面レンズとを組み合わせる場合に比べて、基材４０の厚み分だけ第１ミラー３１を薄型化できる。

また、第１面４１と第２面４２との対向方向における光学素子４の厚みは、画像の縦方向と横方向との少なくとも一方向において変化する。すなわち、基材４０の厚みは一定ではなく、本実施形態では少なくとも画像の縦方向において、基材４０の厚みが変化する。具体的には、図４Ａに示すように、画像の縦方向の一端部（図４Ａでは上端部）における基材４０の厚みＤ１に対し、画像の縦方向の他端部（図４Ａでは下端部）における基材４０の厚みＤ２が大きくなるように（Ｄ１＜Ｄ２）、基材４０の厚みが設定されている。言い換えれば、基材４０は側方から見たときに、一端部が薄くなる楔状（略Ｖ字状）に形成されている。

第１面４１に対する第２面４２の傾斜角度θは、５度以上であることが好ましい。傾斜角度θは、３０度以下であることが好ましい。図４Ａの例では、傾斜角度θは一例として２０度程度に設定されている。ここで、傾斜角度θは、例えば、第１面４１における基準光線（例えば図１における光路Ｐ１）の接平面と、第２面４２における同基準光線の接平面との間の角度によって表される。図４Ａでは、第１面４１における画像の縦方向の両端部を通る平面と、第２面４２における画像の縦方向の両端部を通る平面との間の角度を傾斜角度θとしている。

このような形状により、例えば、互いにずれた複数の像が重ねて投影される二重像（ゴースト）の発生率を低減できる。すなわち、二重像は、上述した第１面４１での反射（フレネル反射）、又は２面以上の反射面で反射されることによる多重反射に起因して発生する。この点について、図５に示す比較例に係る表示装置１０Ｈと比較しながら、詳しく説明する。

比較例に係る表示装置１０Ｈは、図５に示すように、投影光学系３における第１ミラー３１を構成する光学素子４Ｈの形状が、本実施形態に係る表示装置１０と相違する。比較例の光学素子４Ｈは、第１面４１Ｈ及び第２面４２Ｈがそれぞれ平面状であって、かつ第１面４１Ｈは第２面４２Ｈと平行である。言い換えれば、光学素子４Ｈの厚みは一定である。このような光学素子４Ｈであっても、第１面４１Ｈを通して光学素子４Ｈに入射した光は、第２面４２Ｈにて反射され、第１面４１Ｈを通して光学素子４Ｈから出射される（図５の光路Ｐ１参照）。しかし、第１面４１Ｈでのフレネル反射が生じると、図５に示すように、光路Ｐ１に略平行な光路Ｐ２が発生することがある。また、第１面４１Ｈ及び第２面４２Ｈで多重反射が生じた場合にも同様に、図５に示すように、光路Ｐ１に略平行な光路Ｐ３が発生することがある。その結果、第１面４１Ｈでフレネル反射された光、及び第１面４１Ｈ及び第２面４２Ｈで多重反射された光が、第２ミラー３２で反射されて、対象物（ウインドシールド１０１）に投影され、二重像を発生する可能性がある。

これに対して、本実施形態に係る表示装置１０では、図１に示すように、第１面４１でフレネル反射された光、並びに第１面４１及び第２面４２で多重反射された光を、第２ミラー３２から逸らすことが可能である。要するに、光学素子４は、厚みが一定ではなく、画像の縦方向と横方向との少なくとも一方向において厚みが変化する構成である。したがって、第１面４１での光の屈折、又は第１面４１及び第２面４２間での光の反射等により、光路Ｐ１と、第１面４１でフレネル反射された光の光路Ｐ２と、第１面４１及び第２面４２で多重反射された光の光路Ｐ３とが、ばらけることになる。このように、光学素子４は、第１面４１を通して光学素子４に入射し、第２面４２にて反射し、第１面４１を通して出射された光（光路Ｐ１）を第２ミラー３２に向けつつ、その他の光（光路Ｐ２，Ｐ３）を、第２ミラー３２から逸らすことができる。その結果、比較例に比べて、第１面４１でフレネル反射された光、並びに第１面４１及び第２面４２で多重反射された光が、対象物（ウインドシールド１０１）に投影される確率が低くなり、二重像の発生率を低減できる。

（３）変形例
実施形態１は、本開示の様々な実施形態の一つに過ぎない。実施形態１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。さらに、実施形態１に係る態様は、単体の表示装置で具現化されることに限らない。例えば、システム、表示装置の制御方法、コンピュータプログラム、又はプログラムを記憶した記憶媒体等で、実施形態１に係る態様が具現化されてもよい。以下に説明する変形例は、適宜組み合わせて適用可能である。

（３．１）第１変形例
第１変形例に係る表示装置１０は、裏面反射鏡からなる光学素子の形状が、実施形態１に係る表示装置１０とは相違する。図６Ａ〜図６Ｄは、第１変形例に係る表示装置１０の光学素子（４Ａ〜４Ｄ）を示している。

まず、図６Ａの例では、光学素子４Ａは、第１面４１Ａ及び第２面４２Ａがそれぞれ平面状であって、第１面４１Ａが第２面４２Ａに対して傾斜している。言い換えれば、第１面４１Ａと第２面４２Ａとの対向方向における光学素子４Ａの厚みは、一定でなく画像の縦方向において変化する。また、光学素子４Ａは、平面状の第１面４１Ａと第２面４２Ａとが平行に配置された、図５に示す比較例の光学素子４Ｈと同一形状の光学素子であってもよい。

図６Ｂの例では、光学素子４Ｂは、第１面４１Ｂ及び第２面４２Ｂがそれぞれ曲面状であって、かつ第１面４１Ｂは第２面４２Ｂに対して傾斜している。言い換えれば、第１面４１Ｂと第２面４２Ｂとの対向方向における光学素子４Ｂの厚みは、一定でなく画像の縦方向において変化する。第１面４１Ｂの曲率と第２面４２Ｂの曲率とは同一である。この光学素子４Ｂは、実施形態１における光学素子４の第１面４１を仮想曲面Ｓ１に置き換えた形状と同一形状の光学素子である。

図６Ｃの例では、光学素子４Ｃは、第１面４１Ｃ及び第２面４２Ｃがそれぞれ曲面状であって、かつ第１面４１Ｃと第２面４２Ｃとの対向方向における光学素子４Ｃの厚みは一定である。言い換えれば、第１面４１Ｃは第２面４２Ｃと平行である。

図６Ｄの例では、図６Ｂと同様に、光学素子４Ｄは、第１面４１Ｄ及び第２面４２Ｄがそれぞれ曲面状であって、かつ第１面４１Ｄは第２面４２Ｄに対して傾斜している。ただし、第１面４１Ｄの曲率と第２面４２Ｄの曲率とは異なっており、第１面４１Ｄの曲率は第２面４２Ｄの曲率より小さい。すなわち、第１面４１Ｄは、その全域について凸成分を弱めた形状である。この構成でも、光学素子４Ｄの基材４０Ｄは、その外周部において中央部よりも厚くなるので、凹レンズとして作用し、収差が低減される場合がある。

（３．２）第２変形例
第２変形例に係る表示装置１０Ｅは、図７に示すように、投影光学系３の配置が、実施形態１に係る表示装置１０とは相違する。すなわち、実施形態１では、画像形成部２、第１ミラー３１、及び第２ミラー３２が、鉛直面内で並ぶように配置されているのに対して、第２変形例では、画像形成部２、第１ミラー３１Ｅ、及び第２ミラー３２Ｅが、水平面内で並ぶように配置されている。ここでいう「水平面」は、投影画像の横方向（水平方向）及び光の進行方向（光軸）を含む平面である。

第２変形例においても、実施形態１と同様に、投影光学系３は、画像形成部２の出力光を、まずは第１ミラー３１Ｅで反射し、更に第２ミラー３２Ｅで反射して、対象物（ウインドシールド１０１）に向けて出射する。この場合でも、光学素子４Ｅは、第１面４１Ｅを通して光学素子４Ｅに入射し、第２面４２Ｅにて反射し、第１面４１Ｅを通して出射された光（光路Ｐ１）を第２ミラー３２Ｅに向けつつ、その他の光（光路Ｐ２，Ｐ３）を、第２ミラー３２Ｅから逸らしている。

（３．３）第３変形例
第３変形例に係る表示装置１０Ｆは、図８に示すように、第１ミラー３１だけでなく、第２ミラー３２も裏面反射鏡である点で、実施形態１に係る表示装置１０とは相違する。

すなわち、第３変形例では、第２ミラー３２は、第１面４１Ｆ、及び第２面４２Ｆを有し、第２面４２Ｆで光を反射する光学素子４Ｆにて構成されている。第１面４１Ｆは、第１ミラー３１側を向いた面、つまり第２ミラー３２の「表面」である。第２面４２Ｆは、第１ミラー３１とは反対側を向いた面、つまり第２ミラー３２の「裏面」である。また、図８の例では、第１ミラー３１として用いられる光学素子４Ｈは、図５に示した比較例の光学素子４Ｈと同一形状の光学素子である。

第２ミラー３２としての光学素子４Ｆは、第２面４２Ｆに形成された反射膜４３を有する。光学素子４Ｆは、第１面４１Ｆを通して光学素子４Ｆに入射した画像形成部２の出力光を、第２面４２Ｆにて反射し、第１面４１Ｆを通して光学素子４Ｆから出射するように構成されている。ここで、光学素子４Ｆの第１面４１Ｆには、画像形成部２の出力光が、第１ミラー３１で反射されることにより間接的に入射する。

ここにおいて、第２ミラー３２としての光学素子４Ｆにおいては、第１面４１Ｆ及び第２面４２Ｆがそれぞれ第１ミラー３１とは反対側に凸となる曲面（凹曲面）状であって、かつ第１面４１Ｆは第２面４２Ｆに対して傾斜している。言い換えれば、第１面４１Ｆと第２面４２Ｆとの対向方向における光学素子４Ｆの厚みは、一定でなく画像の縦方向において変化する。

これにより、光学素子４Ｆは、第１面４１Ｆを通して光学素子４Ｆに入射し、第２面４２Ｆにて反射し、第１面４１Ｆを通して出射された光（光路Ｐ１）を開口部１０３に向けつつ、その他の光（光路Ｐ２，Ｐ３）を、開口部１０３から逸らすことができる。つまり、第２ミラー３２で反射された光は、ダッシュボード１０２の開口部１０３からウインドシールド１０１に投影されるが、第１面４１Ｆでフレネル反射された光、及び第１面４１Ｆ及び第２面４２Ｆで多重反射された光は、ダッシュボード１０２で遮られる。

また、第２ミラー３２について、第１面４１Ｆの曲率を、第２面４２Ｆの曲率よりも大きくすることで、第２ミラー３２が有する正のパワーを強めることができ、第２ミラー３２の小型化を実現できる。

（３．４）その他の変形例
以下、実施形態１の第１変形例〜第３変形例以外の変形例を列挙する。

画像形成部２は、液晶パネル２１と光源装置２２とを有する構成に限らない。画像形成部２は、例えば、拡散透過型のスクリーンに対し、スクリーンの背後からレーザ光を走査することで、スクリーン上に画像を描画する構成であってもよい。また、画像形成部２は、例えば、拡散透過型のスクリーンに対し、スクリーンの背後からプロジェクタで画像を投影する構成であってもよい。また、画像形成部２は、ＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）等の自発光型の表示パネルであってもよい。

光学素子４の反射膜４３は、塗布に限らず、例えば、第２面４２へのフィルム貼付、めっき、又は蒸着等により形成されてもよい。

また、光学素子４における第１面４１及び第２面４２は、互いに異なる向きを向いた面であればよく、第１面４１と第２面４２とが分離していることは必須でなく、例えば、第１面４１と第２面４２との間が曲面によって連続的に繋がっていてもよい。

また、第１面４１と第２面４２との対向方向における光学素子４の厚みは、画像の縦方向にのみ変化する構成に限らず、画像の縦方向と横方向との少なくとも一方向において変化すればよい。すなわち、光学素子４の厚みは、画像の横方向にのみ変化してもよいし、画像の縦方向と横方向との両方向において変化してもよい。

また、投影光学系３は、少なくとも光学素子４を有していればよく、第１ミラー３１及び第２ミラー３２の２つのミラーを有することは必須でなく、ミラーを１つのみ、又は３つ以上有していてもよい。さらに、投影光学系３は、例えばレンズ等、ミラー以外の光学部品を有していてもよい。また、投影光学系３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、光学素子４は、二重像の発生率を低減するための手段として、第１面４１でフレネル反射された光、並びに第１面４１及び第２面４２で多重反射された光を、第２ミラー３２から逸らすことは必須でない。要するに、第１面４１でフレネル反射された光、並びに第１面４１及び第２面４２で多重反射された光が、アイボックス２０１（図２参照）から逸れればよく、例えば、第３変形例のようにダッシュボード１０２で遮られてもよい。

また、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、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、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し、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、又は据置型の装置として用いられてもよい。また、表示装置１０は、例えば、プロジェクタ、プロンプタ等であってもよいし、電子ビューファインダ等としてデジタルカメラ等の機器に組み込まれて使用されてもよい。

（実施形態２）
本実施形態に係る表示装置１０Ｇは、図９に示すように、投影光学系３の構成が、実施形態１に係る表示装置１０とは相違する。以下、実施形態１と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。

本実施形態では、第１ミラー３１として用いられる光学素子４Ｇは、第２面４２Ｇでの全反射を利用して、画像形成部２の出力光を反射するように構成されている。ただし、ここでいう「全反射」は、第２面４２Ｇに対する光の入射角が臨界角以上となるときに生じる光の反射現象を意味している。臨界角は、光学素子４Ｇの基材４０Ｇの屈折率と空気の屈折率とで求まる角度である。したがって、光が第２面４２Ｇを透過せずに全て反射する場合だけでなく、例えば第２面４２Ｇの表面粗さ等によって光の一部が拡散透過する場合も、ここでいう「全反射」に含まれる。

本実施形態では、第１面４１Ｇは、互いに異なる向きの入射面４１１及び出射面４１２を含む。基材４０Ｇは、画像の横方向を軸方向とする三角柱状に形成されている。言い換えれば、基材４０Ｇは側方から見たときに、三角形状に形成されている。この基材４０Ｇの３つの側面が、それぞれ入射面４１１、出射面４１２、及び第２面４２Ｇを構成する。第１面４１Ｇの入射面４１１は画像形成部２側を向いた面、第１面４１Ｇの出射面４１２は第２ミラー３２側を向いた面である。第２面４２Ｇは、画像形成部２及び第２ミラー３２とは反対側を向いた面、つまり第１ミラー３１の「裏面」である。本実施形態では、実施形態１のような反射膜４３（図４Ｂ参照）は第２面４２Ｇに形成されていない。

光学素子４Ｇは、第１面４１Ｇの入射面４１１を通して光学素子４Ｇに入射した画像形成部２出力光を、第２面４２Ｇにて全反射し、第１面４１Ｇの出射面４１２を通して光学素子４Ｇから出射するように構成されている。すなわち、本実施形態の光学素子４Ｇであっても、表面反射鏡とは異なり、実施形態１と同様に、第１面４１Ｇに入射する光の大部分は、第１面４１Ｇを透過して、反射面としての第２面４２Ｇで反射する。光学素子４Ｇで反射される光は、第１面４１Ｇ（入射面４１１）を通して光学素子４Ｇに入射し、第２面４２Ｇにて反射し、第１面４１Ｇ（出射面４１２）を通して出射される、という光路Ｐ１において最大の輝度となる。

本実施形態の構成によれば、光学素子４Ｇは、全反射を利用するので、反射面（第２面４２Ｇ）での光の減衰を低減でき、高効率で光を反射することができる。また、第２面４２Ｇに反射膜４３が不要であるので、製造コストを低く抑えることが可能である。

ただし、実施形態２に係る表示装置１０Ｇにおいて、反射膜４３が省略されることは必須でなく、第２面４２Ｇに反射膜４３が形成されていてもよい。

また、第１面４１Ｇにおける入射面４１１と出射面４１２とが分離していることは必須でなく、例えば、入射面４１１と出射面４１２との間が曲面によって連続的に繋がっていてもよい。

実施形態２に係る表示装置１０Ｇの構成（変形例を含む）は、実施形態１（変形例を含む）の構成と適宜組み合わせ可能である。

（まとめ）
以上説明したように、第１の態様に係る表示装置（１０，１０Ｅ〜１０Ｈ）は、画像形成部（２）と、光学素子（４，４Ａ〜４Ｈ）と、を備える。画像形成部（２）は、画像を形成する光を出力する。光学素子（４，４Ａ〜４Ｈ）は、画像形成部（２）の出力光を反射することで画像を投影する。光学素子（４，４Ａ〜４Ｈ）は、第１面（４１，４１Ａ〜４１Ｈ）と、第１面（４１，４１Ａ〜４１Ｈ）とは別の第２面（４２，４２Ａ〜４２Ｈ）と、を有する。光学素子（４，４Ａ〜４Ｈ）は、第１面（４１，４１Ａ〜４１Ｈ）を通して光学素子（４，４Ａ〜４Ｈ）に入射した出力光を、第２面（４２，４２Ａ〜４２Ｈ）にて反射し、第１面（４１，４１Ａ〜４１Ｈ）を通して光学素子（４，４Ａ〜４Ｈ）から出射するように構成されている。

この構成によれば、光学素子（４，４Ａ〜４Ｈ）は、金属膜等からなる反射膜が蒸着等により基材の表面に形成された表面反射鏡とは異なり、画像形成部（２）の出力光を光学素子（４，４Ａ〜４Ｈ）内に取り込んで光学素子（４，４Ａ〜４Ｈ）内で反射する。したがって、表示装置（１０，１０Ｅ〜１０Ｈ）は、表面反射鏡を用いる場合に比べて、光学素子（４，４Ａ〜４Ｈ）の汚れ、表面粗さ、又は傷等による、投影画像の品質の低下を低減できる、という利点がある。

第２の態様に係る表示装置（１０，１０Ｅ〜１０Ｈ）では、第１の態様において、第１面（４１，４１Ａ〜４１Ｈ）と第２面（４２，４２Ａ〜４２Ｈ）との対向方向における光学素子（４，４Ａ〜４Ｈ）の厚みは、画像の縦方向と横方向との少なくとも一方向において変化する。

この構成によれば、第１面（４１，４１Ａ〜４１Ｈ）でフレネル反射された光、並びに第１面（４１，４１Ａ〜４１Ｈ）及び第２面（４２，４２Ａ〜４２Ｈ）で多重反射された光が、対象物に投影される確率が低くなり、二重像の発生率を低減できる。

第３の態様に係る表示装置（１０，１０Ｅ〜１０Ｈ）では、第１又は２の態様において、第１面（４１，４１Ａ〜４１Ｈ）と第２面（４２，４２Ａ〜４２Ｈ）とは、互いに形状が異なっている。

この構成によれば、第１面（４１，４１Ａ〜４１Ｈ）及び第２面（４２，４２Ａ〜４２Ｈ）の組み合わせにて、収差の低減を図ることが可能である。

第４の態様に係る表示装置（１０，１０Ｅ〜１０Ｈ）は、第１〜３のいずれかの態様において、光学素子（４，４Ａ〜４Ｈ）は、第２面（４２，４２Ａ〜４２Ｈ）に形成された反射膜（４３）を更に有する。

この構成によれば、反射膜（４３）は、例えば、金属材料の塗布等により形成されても、十分な反射率を実現可能である。

第５の態様に係る表示装置（１０，１０Ｅ〜１０Ｈ）は、第１〜４のいずれかの態様において、第１面（４１，４１Ａ〜４１Ｈ）は、互いに異なる向きの入射面（４１１）及び出射面（４１２）を含む。光学素子（４，４Ａ〜４Ｈ）は、第１面（４１，４１Ａ〜４１Ｈ）の入射面（４１１）を通して光学素子（４，４Ａ〜４Ｈ）に入射した出力光を、第２面（４２，４２Ａ〜４２Ｈ）にて全反射し、第１面（４１，４１Ａ〜４１Ｈ）の出射面（４１２）を通して光学素子（４，４Ａ〜４Ｈ）から出射するように構成されている。

この構成によれば、光学素子（４，４Ａ〜４Ｈ）は、全反射を利用するので、反射面とｌなる第２面（４２，４２Ａ〜４２Ｈ）での光の減衰を低減でき、高効率で光を反射することができる。

第６の態様に係る光学素子（４，４Ａ〜４Ｈ）は、画像を形成する光を出力する画像形成部（２）からの出力光を反射することで画像を投影する素子である。光学素子（４，４Ａ〜４Ｈ）は、第１面（４１，４１Ａ〜４１Ｈ）と、第１面（４１，４１Ａ〜４１Ｈ）とは別の第２面（４２，４２Ａ〜４２Ｈ）と、を有する基材（４０，４０Ｄ，４０Ｇ）を備える。光学素子（４，４Ａ〜４Ｈ）は、第１面（４１，４１Ａ〜４１Ｈ）を通して基材に入射した出力光を、第２面（４２，４２Ａ〜４２Ｈ）にて反射し、第１面（４１，４１Ａ〜４１Ｈ）を通して基材（４０，４０Ｄ，４０Ｇ）から出射するように構成されている。

第７の態様に係る移動体（例えば自動車１００）は、第１〜５のいずれかの態様に係る表示装置（１０，１０Ｅ〜１０Ｈ）と、画像が投影される反射部材（例えばウインドシールド１０１）と、を備える。

また、第２〜５の態様は、表示装置（１０，１０Ｅ〜１０Ｈ）に必須の構成ではなく、適宜省略可能である。

上記各実施形態で示した図面は、表示装置１０の一例を説明するための概念図に過ぎず、実際の表示装置１０とは、各部の形状、サイズ、及び位置関係等が適宜異なる。

本開示は、光を反射する光学素子を介して画像を投影する装置に適用可能である。具体的には、ヘッドアップディスプレイ、ヘッドマウントディスプレイ、医療設備、プロジェクタ、プロンプタ、電子ビューファインダ等に、本開示は適用可能である。

１０，１０Ｅ〜１０Ｈ表示装置
２画像形成部
４，４Ａ〜４Ｈ光学素子
４０，４０Ｄ，４０Ｇ基材
４１，４１Ａ〜４１Ｈ第１面
４２，４２Ａ〜４２Ｈ第２面
４３反射膜
１００自動車（移動体）
１０１ウインドシールド（反射部材）
４１１入射面
４１２出射面

Claims

画像を形成する光を出力する画像形成部と、
前記画像形成部が出力した出力光を反射する光学素子と、
前記光学素子が反射し、前記画像を形成するための反射光を開口部から投影する仕切り部と、を備え、
前記光学素子は、第１面と、前記第１面とは別の第２面と、を有し、
前記光学素子は、前記第１面を通して前記光学素子に入射した前記出力光を、前記第２面にて反射し、前記第１面を通して前記光学素子から出射するように構成され、
前記第１面と前記第２面との対向方向における前記光学素子の厚みは、前記光学素子に入射する前記出力光側の第１端部の厚みの方が、前記光学素子から出射する前記反射光側の第２端部の厚みよりも厚く設定されていて、
前記光学素子は、前記反射光以外の二重像になる光を前記開口部と異なる方向に反射させ、
前記仕切り部は、前記光学素子で反射した前記二重像になる光を前記開口部の周囲で遮る
表示装置。
前記光学素子の厚みは、前記光学素子に入射する前記出力光側の前記第１端部から、前記光学素子から出射する前記反射光側の前記第２端部に向けて薄くなるように変化する
請求項１に記載の表示装置。
前記第１面と前記第２面とは、互いに形状が異なっている
請求項１又は２に記載の表示装置。
前記光学素子は、前記第２面に形成された反射膜を更に有する
請求項１〜３のいずれか１項に記載の表示装置。
前記二重像になる光は、前記第１面で反射した光、又は、前記第１面及び前記第２面で多重反射した光である
請求項１〜４のいずれか１項に記載の表示装置。
前記光学素子は、複数の反射鏡を有する
請求項１〜５のいずれか１項に記載の表示装置。