WO2015063971A1 - 透過型スクリーン及びそれを用いた画像表示装置 - Google Patents

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WO2015063971A1
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勝 瀬川
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株式会社Ｊｖｃケンウッド
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Definitions

  • the present invention relates to a transmissive screen and an image display device using the same.
  • a vehicle display device called a head-up display is known.
  • the head-up display is a display that displays information superimposed on the scenery outside the vehicle by transmitting light entering from outside the vehicle and reflecting the image projected from the optical unit arranged inside the vehicle to the windshield of the vehicle.
  • Device A head-up display has recently been attracting attention as a display device for vehicles because a driver who is viewing the scenery outside the vehicle can recognize information on the image projected from the optical unit with almost no change in line of sight or focus. Collecting.
  • the image display light projected from the optical unit is once formed on a transmissive screen, and the image formed on the screen is presented to the user.
  • a transmission screen a configuration in which two light diffusion plates are laminated is disclosed (for example, see Patent Document 1).
  • the transmissive screen Since the user recognizes the image through the transmissive screen, it is desirable that the transmissive screen has high visibility.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a transmission screen with improved visibility.
  • a transmissive screen has two light beams each having a flat surface and a light diffusion surface facing the flat surface and diffusing and transmitting incident light.
  • a diffusion plate is provided.
  • the two light diffusion plates are laminated with their light diffusion surfaces facing each other, and each light diffusion surface diffuses light incident on the light diffusion surface with substantially the same light distribution.
  • This apparatus includes an image projection unit that projects image display light, an intermediate image formation unit that forms a real image based on the image display light projected from the image projection unit, and a virtual image that transmits image display light transmitted through the intermediate image formation unit. And a projection mirror that reflects toward the presentation surface.
  • the intermediate image forming unit includes two light diffusing plates each having a flat surface and a light diffusing surface that faces the flat surface and diffuses and transmits incident light.
  • the two light diffusion plates are laminated with their light diffusion surfaces facing each other, and each light diffusion surface diffuses light incident on the light diffusion surface with substantially the same light distribution.
  • the visibility of the projected image can be improved.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an installation mode of a head-up display 10 according to an embodiment of the present invention.
  • the head-up display 10 includes an optical unit 100 and a control device 50.
  • FIG. 1 is a diagram showing a case where an optical unit 100 is used in a dashboard on the left side with reference to the traveling direction of the vehicle (left direction in FIG. 1).
  • the following embodiment is a left-hand drive vehicle.
  • the example in which the head-up display 10 is arranged for the driver in FIG.
  • the internal configuration of the optical unit 100 may be reversed left and right with reference to the traveling direction of the vehicle.
  • an outline of the head-up display 10 will be described with reference to FIG.
  • the control device 50 includes a CPU (Central Processing Unit) (not shown), and generates an image signal to be displayed on the optical unit 100.
  • the control device 50 also includes an external input interface (not shown), which receives an image signal output from an external device such as a navigation device or a media playback device, and performs a predetermined process on the input signal. Thereafter, it can be output to the optical unit 100.
  • a CPU Central Processing Unit
  • an external input interface not shown
  • the optical unit 100 generates image display light to be displayed as a virtual image 450 on the windshield 610 based on the image signal generated by the control device 50. Therefore, the optical unit 100 includes an image projection unit 210, an intermediate mirror 350, an intermediate image formation unit 360, and a projection mirror 400 inside the housing 110.
  • the image projection unit 210 houses a light source, an image display element, various optical lenses, and the like.
  • the image projection unit 210 generates and projects image display light based on the image signal output from the control device 50.
  • LCOS Liquid crystal on silicon
  • DMD Digital Micromirror Device
  • the optical system and the driving circuit according to the display element to be applied are used.
  • the image display light projected by the image projection unit 210 is reflected by the intermediate mirror 350.
  • the image display light reflected by the intermediate mirror 350 forms an image on the intermediate image forming unit 360.
  • the image display light related to the real image formed by the intermediate image forming unit 360 is transmitted through the intermediate image forming unit 360 and projected onto the projection mirror 400.
  • the projection mirror 400 is a concave mirror, and the image display light transmitted through the intermediate image forming unit 360 is magnified by the projection mirror 400 and projected onto the windshield 610.
  • the image display light projected on the windshield 610 is changed to an optical path toward the user by the windshield 610.
  • the user E who is a driver recognizes the image display light reflected by the windshield 610 as a virtual image 450 ahead of the windshield 610 in the line-of-sight direction.
  • FIG. 2 is a diagram showing an internal configuration of the optical unit 100 according to the embodiment of the present invention.
  • the internal configuration of the optical unit 100 will be described with reference to FIG.
  • the optical unit 100 includes the image projection unit 210, the intermediate mirror 350, the intermediate image formation unit 360, and the projection mirror 400 inside the housing 110.
  • the image projection unit 210 includes three different light sources that respectively generate red, green, or blue light.
  • the light source can be realized by using an LED (Light-Emitting-Diode) or a semiconductor laser light source. In this embodiment, a case where an LED is used as the light source will be described.
  • the optical unit 100 includes a heat sink for cooling the light source. Since there are three types of light sources, in order to cool the light sources, a heat sink 120a connected to the red light source, a heat sink 120b (not shown) connected to the green light source, and the outside of the housing 110 of the optical unit 100, A heat sink 120c connected to the blue light source is provided.
  • the housing 110 is aluminum die-cast.
  • both the heat sink 120b and the heat sink 120c for cooling the blue light source and the green light source are configured integrally with the housing 110, respectively.
  • the heat sink 120a for cooling the red light source is installed at a location spatially separated from the heat sink 120b and the heat sink 120c, and is externally attached separately from the housing 110. For this reason, the heat generated by the red light source is carried to the heat sink 120a via the heat pipe 25.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing the internal configuration of the image projection unit 210 together with the optical path of the image display light.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an optical path of image display light projected onto the windshield 610 via the intermediate mirror 350, the intermediate image forming unit 360, and the projection mirror 400.
  • the image projection unit 210 includes illumination units 230a, 230b, and 230c (hereinafter also collectively referred to as illumination units 230), a dichroic cross prism 244, a reflector 236, a field lens 237, a polarization beam splitter 238, a phase difference plate 239, and an analyzer. 241 and a projection lens group 242.
  • illumination units 230 include illumination units 230a, 230b, and 230c (hereinafter also collectively referred to as illumination units 230), a dichroic cross prism 244, a reflector 236, a field lens 237, a polarization beam splitter 238, a phase difference plate 239, and an analyzer. 241 and a projection lens group 242.
  • FIG. 3 the description of the internal configurations of the first illumination unit 230a and the third illumination unit 230c is omitted, and only the internal configuration of the second illumination unit 230b is shown, but each illumination unit 230 has the same configuration. .
  • the illumination unit 230 includes a light source 231, a collimator lens 232, a UV-IR (UltraViolet-Infrared Ray) cut filter 233, a polarizer 234, and a fly-eye lens 235.
  • the light source 231 includes a light emitting diode that emits light of any one of red, green, and blue.
  • the 1st illumination part 230a has a light emitting diode which emits red light as a light source.
  • the 2nd illumination part 230b has a light emitting diode which emits green light as the light source 231.
  • the 3rd illumination part 230c has a light emitting diode which emits blue light as a light source.
  • the light source 231 is attached to the light source attachment portion 243.
  • the light source mounting portion 243 is thermally coupled to a heat sink (not shown), and dissipates heat generated when the light source 231 emits light.
  • the light emitted from the light source 231 is converted into parallel light by the collimating lens 232.
  • the UV-IR cut filter 233 absorbs and removes ultraviolet light and infrared light from the parallel light that has passed through the collimating lens 232.
  • the polarizer 234 changes the light that has passed through the UV-IR cut filter 233 into unpolarized P-polarized light.
  • the fly-eye lens 235 uniformly adjusts the brightness of the light that has passed through the polarizer 234.
  • each illumination unit 230 enters the dichroic cross prism 244 from different directions.
  • the red, green, and blue light incident on the dichroic cross prism 244 becomes white light that is a combination of the three colors and travels toward the reflecting mirror 236.
  • the reflecting mirror 236 changes the optical path of the white light synthesized by the dichroic cross prism 244 by 90 degrees.
  • the light reflected by the reflecting mirror 236 is collected by the field lens 237.
  • the light collected by the field lens 237 is irradiated to the image display element 240 via the polarization beam splitter 238 and the phase difference plate 239 that transmit the P-polarized light.
  • the image display element 240 includes red, green, and blue color filters for each pixel.
  • the light emitted to the image display element 240 has a color corresponding to each pixel, is modulated by the liquid crystal composition included in the image display element 240, and becomes S-polarized image display light toward the polarization beam splitter 238. Emitted.
  • the emitted S-polarized light is reflected by the polarization beam splitter 238, changes its optical path, passes through the analyzer 241, and then enters the projection lens group 242.
  • the image display light transmitted through the projection lens group 242 exits the image projection unit 210 and enters the intermediate mirror 350.
  • the optical path of the image display light projected from the intermediate mirror 350 onto the windshield 610 through the intermediate image forming unit 360 and the projection mirror 400 will be described with reference to FIG.
  • the optical path of the image display light emitted from the projection lens group 242 of the image projection unit 210 is changed to an optical path toward the projection mirror 400 by the intermediate mirror 350.
  • a real image based on the image display light reflected by the intermediate mirror 350 is formed by the intermediate image forming unit 360.
  • the intermediate image forming unit 360 includes a diffusion screen 362 and a concave lens 364.
  • the diffusion screen 362 forms a real image based on the image display light transmitted through the intermediate image forming unit 360 and controls the light distribution angle ⁇ of the image display light toward the projection mirror 400.
  • the concave lens 364 controls the principal ray direction of the image display light traveling toward the projection mirror 400 and adjusts the angle ⁇ formed by the image display light before and after passing through the intermediate image forming unit 360.
  • the image display light transmitted through the intermediate image forming unit 360 is reflected by the projection mirror 400 and projected onto the windshield 610.
  • the image display light projected on the windshield 610 is changed to an optical path toward the user by the windshield 610.
  • the user can visually recognize the virtual image based on the image display light forward through the windshield 610 as described above. Therefore, the windshield 610 has a function as a virtual image presentation surface.
  • the user can visually recognize the virtual image based on the image signal output from the control device 50 by superimposing it on the actual landscape via the windshield 610.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an optical path of image display light when a virtual image 450 is presented to viewpoints E1 and E2 having different heights.
  • FIG. 6 is a diagram showing image display light distributed by the intermediate image forming unit 360, and shows an enlarged optical path between the intermediate image forming unit 360 and the projection mirror 400 in FIG.
  • the viewpoints E1 and E2 of the user who is the driver change in the vertical direction depending on the height of the driver and the sitting position. Even when the user's viewpoint changes, it is preferable that the entire virtual image 450 from the upper end 451 to the lower end 452 can be visually recognized.
  • the virtual image 450 is presented at a position slightly shifted in the vertical direction instead of presenting the virtual image 450 directly in front of the visual line directions C1 and C2 when looking in front of the vehicle, the virtual image 450 is shifted slightly when necessary. Since it can be referenced, it is easy for the user to use.
  • the diffusing screen 362 and the concave lens 364 as the intermediate image forming unit 360, the direction and the light distribution angle of the principal ray of the image display light transmitted through the intermediate image forming unit 360 are controlled, and the virtual image Increase the visibility of 450.
  • the virtual image 450 can be presented in a position that is easy to see by shifting the presentation position of the virtual image 450 in the vertical direction.
  • a configuration in which the virtual image 450 is presented downward with respect to the line-of-sight directions C1 and C2 is shown.
  • the virtual image 450 is presented at different positions by changing the decentering mode of the concave lens 364. It is good.
  • the first viewpoint E1 is an upper limit position where the entire virtual image 450 can be visually recognized
  • the second viewpoint E2 is a lower limit position where the entire virtual image 450 can be visually recognized. Therefore, the user can visually recognize the entire virtual image 450 within the range between the first viewpoint E1 and the second viewpoint E2.
  • light A ⁇ b> 1 and A ⁇ b> 2 indicated by solid lines indicate light rays for presenting the upper end portion 451 of the virtual image 450 to the user, and are emitted from the upper end portion 371 of the real image 370 formed on the intermediate image forming unit 360.
  • the reflected light is reflected by the projection mirror 400 and the windshield 610 and reaches the user's viewpoints E1 and E2.
  • the light A1 toward the first viewpoint E1 is reflected at the first reflection position 401 of the projection mirror 400
  • A2 toward the second viewpoint E2 is reflected at the second reflection position 402 of the projection mirror 400.
  • the image display light is reflected by the projection mirror 400 and the windshield 610, a real image that is vertically inverted is formed on the intermediate image forming unit 360.
  • light B 1 and B 2 indicated by broken lines indicate light rays for presenting the lower end portion 452 of the virtual image 450 to the user, and are emitted from the lower end portion 372 of the real image 370 formed on the intermediate image forming unit 360.
  • the light is reflected by the projection mirror 400 and the windshield 610 and reaches the viewpoints E1 and E2.
  • the light B1 toward the first viewpoint E1 is reflected at the third reflection position 403 of the projection mirror 400
  • the light B2 toward the second viewpoint E2 is reflected at the fourth reflection position 404 of the projection mirror 400.
  • FIG. 6 is an enlarged view of the optical path between the intermediate image forming unit 360 and the projection mirror 400 of FIG.
  • the light A imaged as the upper end 371 of the real image 370 is incident on the concave lens 364 with the direction orthogonal to the diffusion screen 362 (z direction) as a reference, and the direction is changed upward (y direction) by an angle ⁇ 1.
  • the image is formed as a real image on the diffusion screen 362 and diffused, and is directed to the projection mirror 400 as image display light having a light distribution angle ⁇ 1 .
  • the light A incident on the intermediate image forming unit 360 is distributed between the light A1 toward the first reflection position 401 and the light A2 toward the second reflection position 402 with the principal ray A0 as the center. It becomes display light.
  • the light B formed as the lower end 372 of the real image 370 is incident on the concave lens 364 and is transmitted by changing the direction upward (y direction) by the angle ⁇ 2 . Thereafter, an image is formed as a real image on the diffusion screen 362 and diffused, and is directed to the projection mirror 400 as image display light having a light distribution angle ⁇ 2 .
  • the light B incident on the intermediate image forming unit 360 is distributed between the light B1 toward the third reflection position 403 and the light B2 toward the fourth reflection position 404 with the principal ray B0 as the center. It becomes display light.
  • the concave lens 364 of the present embodiment is provided eccentrically in the vertical direction (vertical direction in FIG. 4) with respect to the z direction. More specifically, the position of the optical axis of the concave lens 364 is positioned below the center position of the diffusion screen 362. Therefore, than the angle theta 1 of the principal ray A0 emitted from the upper end 371 closer to the optical axis of the concave lens 364, the direction of the angle theta 2 of the principal ray B0 emitted from a distant lower portion 372 from the optical axis of the concave lens 364 growing.
  • both the principal rays A 0 and B 0 are inclined upward (y direction). Emitted.
  • FIG. 7 is a diagram showing a configuration of the diffusion screen 362.
  • the diffusion screen 362 that is a transmission type screen includes two light diffusion plates 363a and 363b.
  • the two light diffusion plates 363a and 363b are laminated such that the light diffusion surfaces 367a and 367b on which the diffusion beads 369a and 369b are provided face each other.
  • the diffusing screen 362 has the light diffusing surfaces 367a and 367b arranged so as to face each other, whereby the incident angle ⁇ in of the light incident on the diffusing screen 362 and the emission angle ⁇ of the principal ray of the diffusing light emitted from the diffusing screen 362 are obtained. Reduce the difference from out . Thereby, the diffusing screen 362 appropriately adjusts the emission angle ⁇ out of the chief ray of the diffused light, and presents an image with high visibility for the user.
  • the diffusion screen 362 includes a first light diffusion plate 363a and a second light diffusion plate 363b.
  • the first light diffusion plate 363a includes a first base member 366a and a plurality of first diffusion beads 369a.
  • the first base member 366a has a first light diffusion surface 367a and a first flat surface 368a that face each other.
  • the second light diffusing plate 363b includes a second base member 366b and a plurality of second diffusing beads 369b, and the second base member 366b has a second light diffusing surface 367b and a second flat surface facing each other.
  • Surface 368b is a first light diffusion plate 363a and a second light diffusion plate 363b.
  • the first base member 366a and the second base member 366b are flat plates made of a transparent resin material or the like. Note that a transparent film having flexibility may be used as the base member 366.
  • the first diffusion beads 369a and the second diffusion beads 369b are highly transparent beads for optical use and have a diameter of about 10 micrometers or less.
  • the diffusion beads 369 are applied on the first light diffusion surface 367a and the second light diffusion surface 367b (hereinafter collectively referred to as the light diffusion surface 367) at a thickness of 10 to 15 micrometers.
  • the light diffusing plate 363 having the same light diffusing performance is used as the first light diffusing plate 363a and the second light diffusing plate 363b. Accordingly, the first light diffusion plate 363a and the second light diffusion plate 363b provided to face each other diffuse light with the same light distribution.
  • that the light distribution is the same means that the light distribution has an optical characteristic that the transmitted light intensity distribution is substantially the same when light having a specific intensity distribution is incident.
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the incident angle ⁇ in of light incident on the light diffusing plate 363 and the outgoing angles ⁇ out1 and ⁇ out2 of transmitted light.
  • FIG. 8A shows a case where light is incident on the light diffusion surface 367 which is the bead surface
  • FIG. 8B shows a case where light is incident on the flat surface 368 which is not the bead surface.
  • the angle of the chief ray changes to an emission angle ⁇ out1 that is increased by ⁇ 1 with respect to the incident angle ⁇ in .
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the angle of light incident on the light diffusing plate 363 and the shift angle between the principal rays emitted from the light diffusing plate 363.
  • a straight line indicated by (a) indicates a deviation angle ⁇ 1 when light is incident on the light diffusion surface 367 which is a bead surface, and corresponds to a case where light is incident as illustrated in FIG.
  • the straight line shown in FIG. 8B indicates the shift angle ⁇ 2 when light is incident from the flat surface 368 that is not the bead surface, and corresponds to the case where light is incident as shown in FIG.
  • FIG. 8B indicates the shift angle ⁇ 2 when light is incident from the flat surface 368 that is not the bead surface
  • the deviation angle ⁇ negative is a case where the emission angle theta out is larger than the incident angle theta in a positive value, the case where emission angle theta out is smaller than the incident angle theta in the negative
  • the value of the deviation angle ⁇ increases as the incident angle ⁇ in increases in both the case of entering the light diffusing surface 367 (a) and the case of entering the flat surface 368 (b). It turns out that becomes large.
  • the difference angle ⁇ with respect to the incident angle ⁇ in is different between the case (a) where the light is incident on the light diffusion surface 367 and the case (b) where the light is incident on the flat surface 368, although the difference angle ⁇ is different. Can be seen to be almost the same.
  • the first light diffusion plate 363a and the second light diffusion plate 363b having the same light distribution are combined so that the light diffusion surfaces 367a and 367b face each other. . Therefore, even if a deviation angle is generated between the incident angle and the emission angle in each of the first light diffusion plate 363a and the second light diffusion plate 363b, the deviation angle generated by the first light diffusion plate 363a is changed to the second light. It can correct
  • the light incident on the first flat surface 368a of the first light diffusing plate 363a is emitted from the first light diffusing surface 367a with an emission angle that is smaller by the shift angle ⁇ , and the second light diffusion is performed as it is. This is because the light incident on the second light diffusion surface 367b of the plate 363b is emitted from the second flat surface 368b with a large emission angle by the shift angle ⁇ .
  • the intermediate image forming unit 360 in the present embodiment controls the light distribution angle of the principal ray so as to obtain image display light having predetermined light distribution angles ⁇ 1 and ⁇ 2 with respect to the principal rays A0 and B0. 362. For this reason, even if the viewpoint position moves, a virtual image with a certain brightness can be presented within a predetermined range. Further, as the diffusion screen 362, the light distribution angles ⁇ 1 and ⁇ 2 are within the range from the first reflection position 401 to the second reflection position 402 of the projection mirror 400, or within the range from the third reflection position 403 to the fourth reflection position 404. By selecting the one having the characteristic that satisfies the above, the image display light can be used with high efficiency.
  • the range of the viewpoint where the bright virtual image 450 can be presented becomes narrow, while the light distribution angle becomes wider than the range of the reflection position. This is because the ratio of the image display light not reflected by the projection mirror 400 increases and the virtual image 450 presented to the user becomes dark.
  • the light distribution angles ⁇ 1 and ⁇ 2 the bright virtual image 450 can be presented to the user with high efficiency, and the visibility of the virtual image 450 can be enhanced.
  • the intermediate image forming unit 360 includes a concave lens 364 that controls the directions of the principal rays A0 and B0 transmitted through the intermediate image forming unit 360.
  • the concave lens 364 controls the directions of the principal rays A0 and B0 transmitted through the intermediate image forming unit 360.
  • the intermediate image forming unit 360 is provided with the concave lens 364 decentered in the vertical direction.
  • the virtual image 450 can be presented at a position slightly shifted in the vertical direction rather than directly in front of the user's line-of-sight direction. This is because an angle difference can be provided between the light for presenting the upper end portion 451 of the virtual image 450 and the light for presenting the lower end portion 452 of the virtual image 450.
  • the optical unit 100 can be further downsized by using a concave lens that is decentered in the vertical direction.
  • the intermediate image forming unit 360 uses two light diffusion plates 363a and 363b in which light diffusion surfaces 367a and 367b, which are bead surfaces, are laminated so as to face each other as the diffusion screen 362.
  • the diffusion screen 362 obliquely in order to present image display light with an angle difference to the user, a change in the direction of the principal ray before and after transmission through the diffusion screen 362 is reduced. be able to. Therefore, the image display light that maintains the angle difference generated by the concave lens 364 can be presented to the user, and the visibility of the virtual image 450 can be improved.
  • the diffusion screen 362 is laminated so that the light diffusion surfaces 367a and 367b of the two light diffusion plates 363a and 363b are opposed to each other.
  • a configuration of the diffusing screen 362 a configuration in which flat surfaces 368a and 368b are stacked so as to face each other is conceivable.
  • a first light diffusing surface 367a and a second light diffusing surface 367b on which image display light is imaged are provided. The distance between becomes larger.
  • the image display light forms an image on each of the first light diffusion surface 367a and the second light diffusion surface 367b and a double image is generated on the diffusion screen 362, and the visibility of the user is lowered.
  • the first light diffusing surface 367a and the second light diffusing surface 367b are arranged close to each other, thereby preventing the generation of a double image and improving the visibility of the virtual image 450.
  • the present invention has been described with reference to the above-described embodiments.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the configurations of the embodiments are appropriately combined or replaced. Those are also included in the present invention.
  • the concave lens 364 is disposed as the intermediate image forming unit 360 in front of the diffusion screen 362, that is, the case where the image display light transmitted through the concave lens 364 enters the diffusion screen 362 is shown. It was.
  • the diffusing screen 362 and the concave lens 364 may be reversely arranged. In this case, between the intermediate mirror 350 and the projection mirror 400, the optical elements are arranged in the order of the intermediate mirror 350, the diffusion screen 362, the concave lens 364, and the projection mirror 400.
  • the light distribution angle of the image display light is controlled by the diffusion screen 362 and the direction of the principal ray is controlled by the concave lens 364 to present a highly visible virtual image 450 can do.
  • the direction of the principal ray of the image display light is controlled by using the concave lens 364 as the intermediate image forming unit 360.
  • the concave lens 364 may not be provided, and the intermediate image forming unit 360 may include only the diffusion screen 362.
  • the direction of the principal ray of the image display light is adjusted by the projection lens group 242 included in the image projection unit 210. Even in this case, since the change in the direction of the principal ray before and after transmission through the diffusing screen 362 can be suppressed, it is possible to present image display light in which the direction of the principal ray determined by the projection lens group 242 is maintained. Thereby, the virtual image 450 with high visibility can be presented.
  • the light diffusing plate 363 constituting the diffusing screen 362 has a bead surface provided with a plurality of diffusing beads 369.
  • the light diffusing plate does not use the diffusing beads. It is good also as using.
  • a light diffusion plate in which a microlens array is formed on the light diffusion surface is used, and the microlens arrays of two light diffusion plates are stacked facing each other. Even in this case, by providing the light diffusing surfaces so as to face each other, the change in the direction of the principal ray before and after transmission can be reduced and the occurrence of double images can be prevented, so that the visibility of the virtual image 450 can be improved. it can.
  • a base member having a light diffusibility by roughening the light diffusion surface may be used as the light diffusion plate.
  • the diffusion screen 362 used in the intermediate image forming unit 360 for the head-up display has been described.
  • the above-described diffusion screen 362 may be used as a screen in a rear projection television. Since the change in the direction of the principal ray before and after transmission through the diffusing screen 362 can be reduced, an image with high visibility can be provided.
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Head-up display, 210 ... Image projection part, 360 ... Intermediate image formation part, 362 ... Diffusing screen, 363 ... Light diffusing plate, 363a ... First light diffusing plate, 363b ... Second light diffusing plate, 366 ... Base member 366a ... first base member, 366b ... second base member, 367 ... light diffusion surface, 367a ... first light diffusion surface, 367b ... second light diffusion surface, 368 ... flat surface, 368a ... first flat surface, 368b ... second flat surface, 369 ... diffusion beads, 369a ... first diffusion beads, 369b ... second diffusion beads, 370 ... real image, 400 ... projection mirror, 450 ... virtual image.
  • the visibility of the projected image can be improved.

Abstract

　透過型スクリーン３６２は、平坦面３６８ａ、３６８ｂと、平坦面３６８ａ、３６８ｂに対向し、入射する光を拡散して透過させる光拡散面３６７ａ、３６７ｂと、をそれぞれ有する二枚の光拡散板３６３ａ、３６３ｂを備える。二枚の光拡散板３６３ａ、３６３ｂは、それぞれの光拡散面３６７ａ、３６７ｂを対向して積層され、それぞれの光拡散面３６７ａ、３６７ｂは、当該光拡散面３６７ａ、３６７ｂに入射する光を略同一の配光分布で拡散させる。光拡散板３６３ａ、３６３ｂは、主面を有するベース部材３６６ａ、３６６ｂと、前記主面上に複数設けられる光拡散部材３６９ａ、３６９ｂと、を含み、光拡散面３６７ａ、３６７ｂは、前記光拡散部材３６９ａ、３６９ｂが設けられた前記主面により構成されてもよい。

Description

透過型スクリーン及びそれを用いた画像表示装置
　本発明は、透過型スクリーン及びそれを用いた画像表示装置に関する。
　ヘッドアップディスプレイと呼ばれる車両用表示装置が知られている。ヘッドアップディスプレイは、車外から入る光を透過すると共に、車内に配置された光学ユニットから投射された画像を車両のウィンドシールドなどに反射させることにより、車外の風景に重畳して情報を表示する表示装置である。ヘッドアップディスプレイは、車外の景色を視認している運転者が視線や焦点をほとんど変化させることなく光学ユニットから投射された画像の情報を認識することができるため、車両用の表示装置として近年注目を集めている。
　光学ユニットから投射される画像表示光は、透過型のスクリーンにいったん結像され、スクリーンに結像された画像がユーザに提示される。このような透過型スクリーンとして、光拡散板を二枚積層させた構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３－９８６０１号公報
　ユーザは、透過型スクリーンを介して画像を認識するため、視認性の高い透過型スクリーンであることが望ましい。
　本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、視認性を高めた透過型スクリーンを提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明のある態様の透過型スクリーンは、平坦面と、平坦面に対向し、入射する光を拡散して透過させる光拡散面と、をそれぞれ有する二枚の光拡散板を備える。二枚の光拡散板は、それぞれの光拡散面を対向して積層され、それぞれの光拡散面は、当該光拡散面に入射する光を略同一の配光分布で拡散させる。
　本発明の別の態様は、画像表示装置である。この装置は、画像表示光を投射する画像投射部と、画像投射部から投射された画像表示光に基づく実像を結像させる中間像形成部と、中間像形成部を透過した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、平坦面と、平坦面に対向し、入射する光を拡散して透過させる光拡散面と、を有する光拡散板を二枚備える。二枚の光拡散板は、それぞれの光拡散面を対向して積層され、それぞれの光拡散面は、当該光拡散面に入射する光を略同一の配光分布で拡散させる。
　本発明の透過型スクリーンによれば、投射される画像の視認性を高めることができる。
本発明の実施の形態に係るヘッドアップディスプレイの設置態様を模式的に示す図である。 光学ユニットの内部構成を示す図である。 画像投射部の内部構成を模式的に示す図である。 ウィンドシールドに投射される画像表示光の光路を示す図である。 異なる高さの視点に対して虚像を提示する場合の画像表示光の光路を示す図である。 中間像形成部により配光される画像表示光を示す図である。 拡散スクリーンの構成を示す図である。 光拡散板に入射する光の角度と透過する光の角度の関係を示す図である。 光拡散板に入射する光の角度と光拡散板から出射される主光線のずれ角との関係を示すグラフである。
　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。
　実施の形態に係る画像表示装置として、車両のダッシュボード内に設置して使用されるヘッドアップディスプレイ１０を例に挙げて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ１０の設置態様を模式的に示す図である。ヘッドアップディスプレイ１０は、光学ユニット１００と制御装置５０とを含む。図１は、車両の進行方向（図１における左方向）を基準として左側のダッシュボード内に光学ユニット１００を配置して使用する場合を示す図であり、以下の実施の形態は、左ハンドル車における運転者向けにヘッドアップディスプレイ１０が配置されている例を示している。なお、右ハンドル車用とするためには、車両の進行方向を基準として光学ユニット１００の内部構成を左右反転させればよい。以下図１を参照して、ヘッドアップディスプレイ１０の概要を説明する。
　制御装置５０は図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）を備え、光学ユニット１００に表示させるための画像信号を生成する。制御装置５０はまた、図示しない外部入力インタフェースを備えており、ナビゲーション装置やメディア再生装置などの外部装置から出力された画像信号が入力され、その入力された信号に対して所定の処理を行った後、光学ユニット１００に出力することもできる。
　光学ユニット１００は、制御装置５０が生成した画像信号をもとに、ウィンドシールド６１０に虚像４５０として表示させる画像表示光を生成する。このため光学ユニット１００は、筐体１１０の内部に画像投射部２１０、中間鏡３５０、中間像形成部３６０、および投射鏡４００を備える。
　画像投射部２１０には、光源、画像表示素子、及び各種光学レンズなどが収納される。画像投射部２１０は制御装置５０が出力した画像信号をもとに画像表示光を生成して投射する。なお、本実施の形態では画像表示素子として反射型液晶表示パネルであるＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon）を用いる場合を例示するが、画像表示素子としてＤＭＤ（Digital Micromirror Device）を用いてもよい。その場合、適用する表示素子に応じた光学系及び駆動回路で構成するものとする。
　画像投射部２１０が投射した画像表示光は中間鏡３５０で反射される。中間鏡３５０で反射された画像表示光は、中間像形成部３６０に結像される。中間像形成部３６０で結像した実像に係る画像表示光は、中間像形成部３６０を透過し、投射鏡４００に投射される。
　投射鏡４００は凹面鏡であり、中間像形成部３６０を透過した画像表示光は投射鏡４００によって拡大されてウィンドシールド６１０に投射される。ウィンドシールド６１０に投射された画像表示光は、ウィンドシールド６１０によってユーザに向かう光路へ変更される。運転者であるユーザＥは、ウィンドシールド６１０で反射さた画像表示光を虚像４５０として、ウィンドシールド６１０よりも視線方向の前方に認識する。
　図２は、本発明の実施の形態に係る光学ユニット１００の内部構成を示す図である。以下、図２を参照して、光学ユニット１００の内部構成を説明する。
　上述したように、光学ユニット１００は、筐体１１０の内側に画像投射部２１０、中間鏡３５０、中間像形成部３６０、および投射鏡４００を備える。詳細は後述するが、画像投射部２１０は、赤色、緑色、または青色の光をそれぞれ発生する３種類の異なる光源を備える。光源はＬＥＤ（Light Emitting Diode）や半導体レーザー光源を用いて実現できるが、本実施の形態では、光源としてＬＥＤを用いる場合について説明する。
　光源は使用時に熱を発生する。このため、光学ユニット１００は、光源を冷却するためのヒートシンクを備える。光源は３種類あるため、それらの光源を冷やすために、光学ユニット１００の筐体１１０の外側に、赤色の光源と接続するヒートシンク１２０ａ、緑色の光源と接続するヒートシンク１２０ｂ（図示せず）、および青色の光源と接続するヒートシンク１２０ｃを備える。
　筐体１１０はアルミ製のダイキャストである。ここで、青色の光源および緑色の光源をそれぞれ冷却するためのヒートシンク１２０ｂおよびヒートシンク１２０ｃはともに、筐体１１０と一体に構成されている。これに対し、赤色の光源を冷やすためのヒートシンク１２０ａは、ヒートシンク１２０ｂおよびヒートシンク１２０ｃから空間的に離れた場所に設置されるとともに、筐体１１０とは分離して外付けされている。このため、赤色の光源が発生する熱は、ヒートパイプ２５を介してヒートシンク１２０ａまで運ばれる。
　次に、図３および図４を参照してヘッドアップディスプレイ１０の光学系について説明する。図３は、画像投射部２１０の内部構成を画像表示光の光路とともに模式的に示す図である。図４は、中間鏡３５０、中間像形成部３６０および投射鏡４００を介してウィンドシールド６１０に投射される画像表示光の光路を示す図である。
　まず、図３を参照して画像投射部２１０の内部構成を説明する。画像投射部２１０は、照明部２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ（以下総称して照明部２３０ともいう）、ダイクロイッククロスプリズム２４４、反射鏡２３６、フィールドレンズ２３７、偏光ビームスプリッタ２３８、位相差板２３９、検光子２４１、及び投射レンズ群２４２を備える。なお、図３では第１照明部２３０ａ、第３照明部２３０ｃの内部構成の記載を省略し、第２照明部２３０ｂの内部構成のみを示すが、それぞれの照明部２３０は、同様の構成を有する。
　照明部２３０は、光源２３１、コリメートレンズ２３２、ＵＶ－ＩＲ（UltraViolet-Infrared Ray）カットフィルタ２３３、偏光子２３４、フライアイレンズ２３５を備える。光源２３１は赤色、緑色、青色のいずれかの色の光を発する発光ダイオードからなる。第１照明部２３０ａは、光源として赤色の光を発する発光ダイオードを有する。第２照明部２３０ｂは、光源２３１として緑色の光を発する発光ダイオードを有する。第３照明部２３０ｃは、光源として青色の光を発する発光ダイオードを有する。
　光源２３１は、光源取付部２４３に取り付けられる。光源取付部２４３は、図示しないヒートシンクと熱的に結合され、光源２３１の発光に伴い発生する熱を放熱する。光源２３１が発光した光は、コリメートレンズ２３２によって平行光に変えられる。ＵＶ－ＩＲカットフィルタ２３３は、コリメートレンズ２３２を通過した平行光から紫外光及び赤外光を吸収し除去する。偏光子２３４は、ＵＶ－ＩＲカットフィルタ２３３を通過した光を乱れのないＰ偏光へと変える。そしてフライアイレンズ２３５が、偏光子２３４を通過した光の明るさを均一に整える。
　それぞれの照明部２３０のフライアイレンズ２３５を透過した光は、ダイクロイッククロスプリズム２４４に異なる向きから入射される。ダイクロイッククロスプリズム２４４に入射した赤色、緑色、青色の光は、三色が合成された白色光となって反射鏡２３６へ向かう。反射鏡２３６は、ダイクロイッククロスプリズム２４４により合成された白色光の光路を９０度変更する。反射鏡２３６で反射された光は、フィールドレンズ２３７によって集光される。フィールドレンズ２３７が集光した光は、Ｐ偏光を透過する偏光ビームスプリッタ２３８及び位相差板２３９を介して、画像表示素子２４０に照射される。
　画像表示素子２４０は、画素毎に赤色、緑色、及び青色のカラーフィルタを備えている。画像表示素子２４０に照射された光は、各画素に対応する色となり、画像表示素子２４０の備える液晶組成物によって変調が施され、Ｓ偏光の画像表示光となって偏光ビームスプリッタ２３８に向けて出射される。出射されたＳ偏光の光は偏光ビームスプリッタ２３８で反射され、光路を変えて検光子２４１を通過した後に投射レンズ群２４２へ入射される。投射レンズ群２４２を透過した画像表示光は、画像投射部２１０を出て中間鏡３５０に入射する。
　次に、図４を参照して中間鏡３５０から中間像形成部３６０および投射鏡４００を介してウィンドシールド６１０に投射される画像表示光の光路について説明する。画像投射部２１０の投射レンズ群２４２から出射された画像表示光の光路は、中間鏡３５０によって投射鏡４００に向かう光路へ変更される。その途中で、中間鏡３５０で反射された画像表示光に基づく実像が中間像形成部３６０で結像する。
　中間像形成部３６０は、拡散スクリーン３６２と、凹レンズ３６４を有する。拡散スクリーン３６２は、中間像形成部３６０を透過する画像表示光に基づく実像を結像させるとともに、投射鏡４００へと向かう画像表示光の配光角ψを制御する。凹レンズ３６４は、投射鏡４００へと向かう画像表示光の主光線の方向を制御し、中間像形成部３６０を透過する前後の画像表示光がなす角度θを調整する。
　中間像形成部３６０を透過した画像表示光は、投射鏡４００により反射されウィンドシールド６１０に投射される。ウィンドシールド６１０に投射された画像表示光は、ウィンドシールド６１０によってユーザに向かう光路へ変更される。これにより、ユーザは上述したように、ウィンドシールド６１０を介して画像表示光に基づく虚像を前方に視認することができる。したがって、ウィンドシールド６１０は、虚像提示面としての機能を有することとなる。
　以上の構成とすることで、ユーザは、制御装置５０から出力された画像信号に基づく虚像を、ウィンドシールド６１０を介して現実の風景に重畳して視認することができる。
　つづいて、図５および図６を参照しながら、本実施の形態に係る中間像形成部３６０の機能について詳述する。図５は、異なる高さの視点Ｅ１、Ｅ２に対して虚像４５０を提示する場合の画像表示光の光路を示す図である。図６は、中間像形成部３６０により配光される画像表示光を示す図であり、図５の中間像形成部３６０と投射鏡４００の間の光路を拡大して示したものである。
　図５に示すように、運転者であるユーザの視点Ｅ１、Ｅ２は、運転者の身長や、着座位置により上下方向に変わる。ユーザの視点が変わるような場合においても、虚像４５０の上端部４５１から下端部４５２までの全体を視認できることが好ましい。また、車両前方を見る視線方向Ｃ１、Ｃ２の真正面に虚像４５０を提示するのではなく、上下方向に少しずらした位置に虚像４５０を提示すると、必要なときに視線方向を少しずらして虚像４５０を参照することができるのでユーザにとって使いやすい。
　そこで、本実施の形態では、中間像形成部３６０として拡散スクリーン３６２と凹レンズ３６４を組み合わせることにより、中間像形成部３６０を透過した画像表示光の主光線の向きと配光角を制御し、虚像４５０の視認性を高める。特に、凹レンズ３６４を上下方向に偏心して設けることにより、虚像４５０の提示位置を上下方向にずらして、見やすい位置に虚像４５０を提示することができる。なお、本実施の形態では、虚像４５０を視線方向Ｃ１、Ｃ２に対して下方に提示する場合の構成を示すが、凹レンズ３６４の偏心の態様を変えることにより、虚像４５０を異なる位置に提示することとしてもよい。
　まず、図５を参照して視点Ｅ１、Ｅ２の違いによる画像表示光の経路の相違について詳述する。第１視点Ｅ１は、虚像４５０の全体を視認することのできる上限位置であり、第２視点Ｅ２は虚像４５０の全体を視認できる下限位置である。よって、第１視点Ｅ１から第２視点Ｅ２の間の範囲であれば、ユーザは虚像４５０の全体を視認することができる。
　図５において、実線で示す光Ａ１、Ａ２は、虚像４５０の上端部４５１をユーザに提示するための光線を示しており、中間像形成部３６０に結像される実像３７０の上端部３７１から出射される光が投射鏡４００およびウィンドシールド６１０に反射してユーザの視点Ｅ１、Ｅ２に到達する。第１視点Ｅ１に向かう光Ａ１は、投射鏡４００の第１反射位置４０１で反射され、第２視点Ｅ２に向かうＡ２は、投射鏡４００の第２反射位置４０２で反射される。なお、本実施の形態で示す光学系においては、投射鏡４００とウィンドシールド６１０とで画像表示光を反射する構成としているため、中間像形成部３６０には上下反転した実像が結像される。
　一方、破線で示す光Ｂ１、Ｂ２は、虚像４５０の下端部４５２をユーザに提示するための光線を示しており、中間像形成部３６０に結像される実像３７０の下端部３７２から出射される光が投射鏡４００およびウィンドシールド６１０に反射して視点Ｅ１、Ｅ２に達する。第１視点Ｅ１に向かう光Ｂ１は、投射鏡４００の第３反射位置４０３で反射され、第２視点Ｅ２に向かう光Ｂ２は、投射鏡４００の第４反射位置４０４で反射される。
　つづいて図６を参照して、中間像形成部３６０により上下方向に配光される画像表示光について詳述する。図６は、図５の中間像形成部３６０と投射鏡４００の間の光路を拡大して示したものである。実像３７０の上端部３７１として結像する光Ａは、拡散スクリーン３６２に直交する方向（ｚ方向）を基準に、凹レンズ３６４に入射して角度θ１だけ上方向（ｙ方向）に方向を変えて透過する。その後、拡散スクリーン３６２に実像として結像するとともに拡散されて、配光角ψ１を有する画像表示光として投射鏡４００に向かう。その結果、中間像形成部３６０に入射する光Ａは、主光線Ａ０を中心にして、第１反射位置４０１に向かう光Ａ１と、第２反射位置４０２に向かう光Ａ２の間で配光する画像表示光となる。
　同様に、実像３７０の下端部３７２として結像する光Ｂは、凹レンズ３６４に入射して角度θ２だけ上方向（ｙ方向）に方向を変えて透過する。その後、拡散スクリーン３６２に実像として結像するとともに拡散されて、配光角ψ２を有する画像表示光として投射鏡４００に向かう。その結果、中間像形成部３６０に入射する光Ｂは、主光線Ｂ０を中心にして、第３反射位置４０３に向かう光Ｂ１と、第４反射位置４０４に向かう光Ｂ２の間で配光する画像表示光となる。
　ここで、本実施の形態の凹レンズ３６４は、ｚ方向を基準として上下方向（図４における上下方向）に偏心して設けられる。より詳細には、凹レンズ３６４の光軸の位置は、拡散スクリーン３６２の中心位置よりも下方に位置される。そのため、凹レンズ３６４の光軸に近い上端部３７１から出射される主光線Ａ０の角度θ１よりも、凹レンズ３６４の光軸から遠い下端部３７２から出射される主光線Ｂ０の角度θ２の方が大きくなる。また、本実施の形態の凹レンズ３６４は、凹レンズ３６４の光軸が凹曲面に含まれないように構成されるため、主光線Ａ０およびＢ０は、いずれも上方向（ｙ方向）に傾いて出射される。
　つづいて図７を参照しながら、本実施の形態における拡散スクリーン３６２について詳述する。図７は、拡散スクリーン３６２の構成を示す図である。透過型スクリーンである拡散スクリーン３６２は、二枚の光拡散板３６３ａ、３６３ｂを備える。二枚の光拡散板３６３ａ、３６３ｂは、拡散ビーズ３６９ａ、３６９ｂが設けられる光拡散面３６７ａ、３６７ｂが互いに対向する向きで積層される。拡散スクリーン３６２は、光拡散面３６７ａ、３６７ｂを対向して配置させることにより、拡散スクリーン３６２へ入射する光の入射角θｉｎと、拡散スクリーン３６２から出射される拡散光の主光線の出射角θｏｕｔとの差を小さくする。これにより、拡散スクリーン３６２は、拡散光の主光線の出射角θｏｕｔを適切に調整して、ユーザにとって視認性の高い画像を提示する。
　拡散スクリーン３６２は、第１光拡散板３６３ａと第２光拡散板３６３ｂを備える。第１光拡散板３６３ａは、第１ベース部材３６６ａと、複数の第１拡散ビーズ３６９ａとを有する。第１ベース部材３６６ａは、互いに対向する第１光拡散面３６７ａと第１平坦面３６８ａとを有する。同様に、第２光拡散板３６３ｂは、第２ベース部材３６６ｂと、複数の第２拡散ビーズ３６９ｂとを有し、第２ベース部材３６６ｂは、互いに対向する第２光拡散面３６７ｂと第２平坦面３６８ｂとを有する。
　第１ベース部材３６６ａ及び第２ベース部材３６６ｂ（以下、総称してベース部材３６６ともいう）は、透明な樹脂材料などで構成される平板である。なお、ベース部材３６６として柔軟性を有する透明フィルムを用いてもよい。第１拡散ビーズ３６９ａ及び第２拡散ビーズ３６９ｂ（以下、総称して拡散ビーズ３６９ともいう）は、光学用の高透明ビーズであり、その直径は略１０マイクロメートル以下である。拡散ビーズ３６９は、第１光拡散面３６７ａ及び第２光拡散面３６７ｂ（以下、総称して光拡散面３６７ともいう）の上に、１０～１５マイクロメートル厚で塗布される。
　本実施の形態では、第１光拡散板３６３ａ及び第２光拡散板３６３ｂとして、光を拡散させる性能が同じ光拡散板３６３を用いる。したがって、互いに対向して設けられる第１光拡散板３６３ａと第２光拡散板３６３ｂは、同一の配光分布で光を拡散させる。ここで、配光分布が同一であるとは、特定の強度分布を有する光を入射させた場合に、透過光の強度分布がほぼ同一となる光学特性を有することをいう。
　つづいて図８及び図９を参照しながら、拡散スクリーン３６２を構成する光拡散板３６３の光学特性について説明する。図８は、光拡散板３６３に入射する光の入射角θｉｎと透過する光の出射角θｏｕｔ１、θｏｕｔ２の関係を示す図である。図８（ａ）は、ビーズ面である光拡散面３６７に光を入射させる場合を示し、図８（ｂ）は、ビーズ面ではない平坦面３６８に光を入射させる場合を示す。ビーズ面である光拡散面３６７から光を入射させる場合には、入射角θｉｎに対してΔθ１だけ角度が大きくなった出射角θｏｕｔ１に主光線の角度が変化する。一方、ビーズ面ではない平坦面３６８から光を入射させる場合には、入射角θｉｎに対してΔθだけ角度が小さくなった出射角θｏｕｔ２に主光線の角度が変化する。球面を構成する拡散ビーズ３６９に入射して角度が変化する場合と、拡散ビーズ３６９から出射して角度が変化する場合とで、角度の変化の仕方が異なるためである。
　図９は、光拡散板３６３に入射する光の角度と光拡散板３６３から出射される主光線とのずれ角の関係を示すグラフである。（ａ）で示す直線は、ビーズ面である光拡散面３６７に光を入射させる場合のずれ角Δθ１を示し、図８（ａ）のように光を入射させる場合に対応する。一方、（ｂ）で示す直線は、ビーズ面ではない平坦面３６８から光を入射させる場合のずれ角Δθ２を示し、図８（ｂ）のように光を入射させる場合に対応する。なお、図９において、ずれ角Δθの正負は、入射角θｉｎよりも出射角θｏｕｔが大きくなる場合を正の値とし、入射角θｉｎよりも出射角θｏｕｔが小さくなる場合を負の値としており、θｏｕｔ＝θｉｎ＋Δθの関係を満たす。
　図９に示されるように、光拡散面３６７に入射させる（ａ）の場合と平坦面３６８に入射させる（ｂ）の場合のいずれにおいても、入射角θｉｎが大きくなるにつれてずれ角Δθの値が大きくなることがわかる。また、光拡散面３６７に入射させる（ａ）の場合と、平坦面３６８に入射させるの（ｂ）場合とで、ずれ角Δθの正負が異なるものの、入射角θｉｎに対するずれ角Δθの大きさがほぼ同じとなることがわかる。
　図９に示す光学的特性から、仮に拡散スクリーンとして光拡散板３６３を一枚だけ用いることとすると、拡散スクリーンに斜めに光が入射する場合、出射光の主光線の角度が変化することとなる。そうすると、凹レンズ３６４により主光線の方向を適切に制御したとしても、単独で用いた光拡散板３６３により主光線の方向が変化することとなり、ユーザに提示する画像表示光の視認性が低下するおそれがある。
　一方、本実施の形態における拡散スクリーン３６２は、同一の配光分布を有する第１光拡散板３６３ａと第２光拡散板３６３ｂを、互いの光拡散面３６７ａ、３６７ｂが対向するように組み合わせている。このため、第１光拡散板３６３ａと第２光拡散板３６３ｂのそれぞれにおいて入射角と出射角の間にずれ角が生じたとしても、第１光拡散板３６３ａにより生じるずれ角を、第２光拡散板３６３ｂにより生じるずれ角によって補正することができる。図７に示すように、第１光拡散板３６３ａの第１平坦面３６８ａに入射する光は、ずれ角Δθだけ小さな出射角となって第１光拡散面３６７ａから出射し、そのまま第２光拡散板３６３ｂの第２光拡散面３６７ｂに入射する光は、ずれ角Δθだけ大きな出射角となって第２平坦面３６８ｂから出射されるためである。
　以下、本実施の形態における中間像形成部３６０により奏する効果について述べる。
　本実施の形態における中間像形成部３６０は、主光線Ａ０、Ｂ０に対して所定の配光角ψ１、ψ２を有した画像表示光となるよう主光線の配光角を制御する拡散スクリーン３６２を有する。このため、視点位置が移動する場合であっても所定範囲内であれば一定の明るさの虚像を提示することができる。また、拡散スクリーン３６２として、配光角ψ１、ψ２が投射鏡４００の第１反射位置４０１から第２反射位置４０２の範囲内、または第３反射位置４０３から第４反射位置４０４の範囲内となる特性のものを選択することにより、画像表示光を高効率に利用することができる。この反射位置の範囲よりも配光角が狭くなってしまうと、明るい虚像４５０を提示できる視点の範囲が狭くなってしまう一方で、この反射位置の範囲よりも配光角が広くなってしまうと、投射鏡４００で反射されない画像表示光の割合が増えて、ユーザに提示される虚像４５０が暗くなってしまうためである。このように、配光角ψ１、ψ２を適切に制御することにより、明るい虚像４５０を高効率でユーザに提示することができ、虚像４５０の視認性を高めることができる。
　また、中間像形成部３６０は、中間像形成部３６０を透過した主光線Ａ０、Ｂ０の方向を制御する凹レンズ３６４を有する。中間像形成部３６０として凹レンズ３６４を設けることにより、中間像形成部３６０と投射鏡４００の間の距離Ｄを短くしなければならない場合であっても、ユーザに提示する虚像４５０をより大きくすることができる。したがって、凹レンズ３６４を設けることにより、光学ユニット１００の大きさを小型化しつつ、より大きな虚像４５０を提示することができ、虚像４５０の視認性を高めることができる。
　また、中間像形成部３６０は、凹レンズ３６４が上下方向に偏心して設けられる。これにより、虚像４５０をユーザの視線方向に対して真正面ではなく、上下方向に少しずらした位置に提示することができる。虚像４５０の上端部４５１を提示するための光と、虚像４５０の下端部４５２を提示するための光との間に角度差をつけることができるためである。虚像４５０を上下方向にずらすことによって、ユーザにとって見やすい位置に虚像４５０を提示することができ、虚像４５０の視認性を高めることができる。また、上下方向に偏心させた凹レンズを用いることにより、光学ユニット１００をより小型化することができる。
　また、中間像形成部３６０は、拡散スクリーン３６２として、ビーズ面である光拡散面３６７ａ、３６７ｂを対向して積層させた二つの光拡散板３６３ａ、３６３ｂを用いる。これにより、ユーザに角度差をつけた画像表示光を提示するために拡散スクリーン３６２に斜めに光を入射させる場合であっても、拡散スクリーン３６２の透過前後における主光線の方向の変化を小さくすることができる。よって、凹レンズ３６４によって生じさせた角度差を維持した画像表示光をユーザに提示することができ、虚像４５０の視認性を高めることができる。
　また、拡散スクリーン３６２は、二つの光拡散板３６３ａ、３６３ｂの光拡散面３６７ａ、３６７ｂが対向するようにして積層される。拡散スクリーン３６２の構成として、平坦面３６８ａ、３６８ｂを対向するように積層した構成も考えられるが、この場合には画像表示光が結像する第１光拡散面３６７ａと第２光拡散面３６７ｂとの間の距離が大きくなる。その結果、第１光拡散面３６７ａと第２光拡散面３６７ｂのそれぞれに画像表示光が結像して拡散スクリーン３６２に二重の像が生じることとなり、ユーザの視認性が低下してしまう。本実施の形態では、第１光拡散面３６７ａと第２光拡散面３６７ｂを近接して配置させることで、二重像の発生を防ぎ、虚像４５０の視認性を高めることができる。
　以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の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。
　上述の実施の形態においては、中間像形成部３６０として凹レンズ３６４を拡散スクリーン３６２の手前に配置する場合、つまり、凹レンズ３６４を透過した画像表示光が拡散スクリーン３６２に入射する構成となる場合を示した。さらなる変形例として、拡散スクリーン３６２と凹レンズ３６４を逆に配置することとしてもよい。この場合、中間鏡３５０から投射鏡４００の間は、中間鏡３５０、拡散スクリーン３６２、凹レンズ３６４、投射鏡４００の順に光学素子が配列されることとなる。中間像形成部３６０の向きを逆にしたとしても、拡散スクリーン３６２により画像表示光の配光角を制御するとともに、凹レンズ３６４により主光線の向きを制御して、視認性の高い虚像４５０を提示することができる。
　上述の実施の形態においては、中間像形成部３６０として凹レンズ３６４を用いることにより画像表示光の主光線の方向を制御することとした。変形例においては、凹レンズ３６４を設けず、中間像形成部３６０が拡散スクリーン３６２のみを備える構成としてもよい。この変形例においては、画像投射部２１０が備える投射レンズ群２４２により、画像表示光の主光線の方向が調整される。この場合においても、拡散スクリーン３６２の透過前後における主光線の方向の変化を抑えることができるため、投射レンズ群２４２により決まる主光線の方向の維持した画像表示光を提示することができる。これにより、視認性の高い虚像４５０を提示することができる。
　上述の実施の形態においては、拡散スクリーン３６２を構成する光拡散板３６３として、複数の拡散ビーズ３６９を設けたビーズ面を有するものを用いたが、変形例においては拡散ビーズを用いない光拡散板を用いることとしてもよい。例えば、光拡散面にマイクロレンズアレイを形成した光拡散板を用いるとともに、二枚の光拡散板のマイクロレンズアレイを対向して積層させる。この場合においても、光拡散面を対向して設けることにより透過前後の主光線の方向の変化を低減させるとともに、二重像の発生を防ぐことができるため、虚像４５０の視認性を高めることができる。また、さらなる変形例として、光拡散面に粗面加工を施すことにより光拡散性を持たせたベース部材を光拡散板として用いておよい。
　上述の実施の形態では、ヘッドアップディスプレイ向けの中間像形成部３６０に用いる拡散スクリーン３６２について説明したが、変形例として、リアプロジェクションテレビにおけるスクリーンとして上述の拡散スクリーン３６２を用いてもよい。拡散スクリーン３６２の透過前後で主光線の方向の変化を少なくすることができるため、視認性の高い画像を提供することができる。
　１０…ヘッドアップディスプレイ、２１０…画像投射部、３６０…中間像形成部、３６２…拡散スクリーン、３６３…光拡散板、３６３ａ…第１光拡散板、３６３ｂ…第２光拡散板、３６６…ベース部材、３６６ａ…第１ベース部材、３６６ｂ…第２ベース部材、３６７…光拡散面、３６７ａ…第１光拡散面、３６７ｂ…第２光拡散面、３６８…平坦面、３６８ａ…第１平坦面、３６８ｂ…第２平坦面、３６９…拡散ビーズ、３６９ａ…第１拡散ビーズ、３６９ｂ…第２拡散ビーズ、３７０…実像、４００…投射鏡、４５０…虚像。
　本発明の透過型スクリーンによれば、投射される画像の視認性を高めることができる。

Claims (3)

  1. 　平坦面と、前記平坦面に対向し、入射する光を拡散して透過させる光拡散面と、をそれぞれ有する二枚の光拡散板を備え、
    　前記二枚の光拡散板は、それぞれの前記光拡散面を対向して積層され、
    　それぞれの前記光拡散面は、当該光拡散面に入射する光を略同一の配光分布で拡散させることを特徴とする透過型スクリーン。
  2. 　前記光拡散板は、主面を有するベース部材と、前記主面上に複数設けられる光拡散部材と、を含み、
    　前記光拡散面は、前記光拡散部材が設けられた前記主面により構成されることを特徴とする請求項１に記載の透過型スクリーン。
  3. 　画像表示光を投射する画像投射部と、
    　前記画像投射部から投射された画像表示光に基づく実像を結像させる中間像形成部と、
    　前記中間像形成部を透過した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、平坦面と、前記平坦面に対向し、入射する光を拡散して透過させる光拡散面と、を有する光拡散板を二枚備え、
    　二枚の前記光拡散板は、それぞれの前記光拡散面を対向して積層され、
    　それぞれの前記光拡散面は、当該光拡散面に入射する光を略同一の配光分布で拡散させることを特徴とする画像表示装置。
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