WO2015102063A1 - 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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WO2015102063A1
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light
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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 microlens array portions are arranged to face each other 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 transmission screen is provided with a first lens array surface on which a plurality of first microlenses are arranged, and a direction perpendicular to the first lens array surface. And a second lens array surface on which a plurality of second microlenses having different shapes from the first microlens are arranged.
  • the contour line near the vertex has a circular or elliptical shape
  • the contour line in the vicinity of the vertex has an elliptical shape having a different ellipticity from the contour line of the first microlens.
  • 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 is provided apart from a first lens array surface on which a plurality of first microlenses are arranged, and a direction perpendicular to the first lens array surface, and is different in shape from the first microlens.
  • the contour line near the vertex has a circular or elliptical shape
  • the contour line in the vicinity of the vertex has an elliptical shape having a different ellipticity from the contour line of the first microlens.
  • the visibility of the projected image can be improved.
  • FIG. 9A is a top view showing the structure of the first lens array surface
  • FIG. 9B is a cross-sectional view showing the structure of the first lens array surface.
  • FIG. 10A is a top view showing the structure of the second lens array surface, and FIG. 10B is a cross-sectional view showing the structure of the second lens array surface.
  • FIG. 11A is a diagram schematically illustrating a diffusion screen according to a comparative example, and FIG. 11B is a diagram schematically illustrating the diffusion screen according to the embodiment. It is a graph which shows the light distribution of the light which permeate
  • FIGS. 14A to 14C are side views schematically showing the configuration of a diffusion screen according to a modification.
  • FIG. 1 It is a figure which shows typically the installation aspect of the head-up display and instrument panel which concern on other embodiment of this invention. It is a perspective view which shows typically the installation aspect of a head-up display and an instrument panel. It is a front view which shows typically the installation aspect of a head-up display and an instrument panel.
  • 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
  • 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 line-of-sight directions C1 and C2 when viewing the 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 that forms an image as the upper end 371 of the real image 370 enters the concave lens 364 with reference to a direction orthogonal to the diffusion screen 362 (z direction), and is transmitted by changing the direction 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 imaged as the lower end 372 of the real image 370 enters the concave lens 364 and is transmitted by changing the direction upward (y direction) by the angle ⁇ 2. Thereafter, 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 ⁇ 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, the angle ⁇ 2 of the principal ray B0 emitted from the lower end 372 far from the optical axis of the concave lens 364 is larger than the angle ⁇ 1 of the principal ray A0 emitted from the upper end 371 near the optical axis of the concave lens 364. .
  • the concave lens 364 of the present embodiment is configured so that the optical axis of the concave lens 364 is not included in the concave curved surface, the principal rays A0 and B0 are both emitted in a tilted upward direction (y direction).
  • FIG. 7 is a side view schematically showing the configuration of the diffusion screen 362
  • FIG. 8 is a top view showing the configuration of the diffusion screen 362.
  • the diffusing screen 362 that is a transmissive screen includes two light diffusing plates 380a and 380b.
  • the light diffusion plates 380a and 380b are microlens arrays in which a plurality of microlenses are arranged on one side.
  • two light diffusion plates 380a and 380b having different shapes of microlenses constituting the lens array are used in combination.
  • the first light diffusing plate 380a has a first flat surface 381a and a first lens array surface 382a facing the first flat surface 381a and on which a plurality of first microlenses 383a are arranged.
  • the second light diffusing plate 380b has a second flat surface 381b and a second lens array surface 382b facing the second flat surface 381b and in which a plurality of second microlenses 383b are arranged.
  • the first light diffusing plate 380a and the second light diffusing plate 380b are preferably made of a material having no birefringence or a low birefringence, for example, a resin material such as polycarbonate (PC).
  • PC polycarbonate
  • the first light diffusing plate 380a is disposed so that the first lens array surface 382a faces the concave lens 364, and the second light diffusing plate 380b is arranged so that the second lens array surface 382b faces the first flat surface 381a. Be placed. As a result, the light A incident on the diffusing screen 362 passes through the first lens array surface 382a, the first flat surface 381a, the second lens array surface 382b, and the second flat surface 381b in this order.
  • the first light diffusing plate 380a and the second light diffusing plate 380b are arranged such that the distance W between the first lens array surface 382a and the second lens array surface 382b becomes a predetermined value.
  • the distance W may be about 200 ⁇ m to 400 ⁇ m, and preferably about 250 ⁇ m to 300 ⁇ m.
  • a gap is formed between the first light diffusion plate 380a and the second light diffusion plate 380b.
  • the first flat surface 381a and the second light diffusion plate 380b The first light diffusing plate 380a and the second light diffusing plate 380b are laminated so that the lens array surface 382b is in contact therewith.
  • the distance W between the first lens array surface 382a and the first lens array surface 382a is adjusted by adjusting the thickness of the first light diffusion plate 380a. Therefore, in order to maintain the predetermined distance W, the thickness of the first light diffusing plate 380a may be about 200 ⁇ m to 400 ⁇ m.
  • the first light diffusing plate 380a and the second light diffusing plate 380b have a width Ly in the vertical direction (y-axis direction) shown in FIG. 7 and a right and left shown in FIG. 8 in accordance with the image size of the image display light to be imaged. It is comprised so that the width
  • the first light diffusing plate 380a and the second light diffusing plate 380b have a light distribution characteristic in the vertical direction (light distribution angle ⁇ y) shown in FIG. 7 and a light distribution characteristic in the left and right direction (horizontal direction) shown in FIG.
  • the light angle ⁇ x) is different.
  • the horizontal light distribution angle ⁇ x is made larger than the vertical light distribution angle ⁇ y, and the range of the line-of-sight position where the entire image presented by the image display light can be viewed is increased in the horizontal direction. This is because the viewpoint position of the user who is the driver moves more in the horizontal direction than in the up-down direction in the seated state, so that the visibility is improved by taking a wide visual range in the horizontal direction.
  • the characteristics of the microlenses 383a and 383b constituting the lens array surfaces 382a and 382b are selected so that the light distribution angle ⁇ x in the horizontal direction is increased.
  • the shape of the first microlens 383a is circular
  • the shape of the second microlens 383b is elliptical, thereby increasing the horizontal light distribution angle ⁇ x.
  • the shapes of the first microlens 383 a and the second microlens 383 b that realize such characteristics will be described with reference to FIGS. 9 and 10.
  • FIG. 9A is a top view showing the structure of the first lens array surface 382a.
  • FIG. 9B is a cross-sectional view showing the structure of the first lens array surface 382a, and shows a cross section taken along line XX of FIG. 9A.
  • the first lens array surface 382a is configured by arranging first microlenses 383a whose contour 384a is a regular hexagon in a hexagonal lattice shape.
  • the first lens array surface 382a is configured such that the first microlenses 383a are arranged in the x-axis direction.
  • the width Wxa in the x direction of the first microlens 383a may be about 10 ⁇ m to 30 ⁇ m, for example, about 20 ⁇ m.
  • the width Wya in the y direction of the first microlens 383a may be a width in which the contour 384a has a regular hexagonal shape corresponding to the width Wxa in the x direction, and may be, for example, about 23 ⁇ m.
  • the first microlens 383a forms a lens with a curved surface formed of a spherical surface.
  • the contour line 387a in the vicinity of the vertex 386a of the first microlens 383a is circular or substantially circular.
  • the shape of the contour line 387a of the first microlens 383a corresponds to a cross-sectional shape when the first microlens 383a is cut along an xy plane perpendicular to the z direction.
  • the shape of the contour line 387a of the first microlens 383a is not necessarily a perfect circle, and is close to a circle slightly deviated from the perfect circle due to the processing accuracy of the manufacturing process for forming the first lens array surface 382a. It may be a shape.
  • the circular shape here means that the diameter Rxa in the x direction is substantially equal to the diameter Rya in the y direction, and it is not an elliptical shape because the diameter Rxa in the x direction and the diameter Rya in the y direction are different. I intend to.
  • FIG. 10A is a top view showing the structure of the second lens array surface 382b.
  • FIG. 10B is a cross-sectional view showing the structure of the second lens array surface 382b, and shows a cross section taken along line XX of FIG. Similar to the first lens array surface 382a, the second lens array surface 382b is configured such that the second microlenses 383b are arranged in a hexagonal lattice and the second microlenses 383b are arranged in the x-axis direction.
  • the outline 384b of the second microlens 383b is not a regular hexagon, but has a hexagonal shape obtained by compressing the regular hexagon in the x direction.
  • the second microlens 383b forms a lens with a curved surface formed of an ellipsoid, and the shape of the contour line 387b in the vicinity of the vertex 386b is an ellipse.
  • the x-direction diameter Rxb and the y-direction diameter Ryb of the contour line 387b have different lengths, with the x direction being the short axis and the y direction being the long axis.
  • the second ellipticity e b Ryb / Rxb obtained by the ratio of the major axis to the minor axis is a value larger than 1. That is, the second ellipticity e b takes a value different from the first ellipticity e a in the first micro lens 383a.
  • the width Wxb in the x direction of the second microlens 383b may be about 10 ⁇ m to 30 ⁇ m, similar to the width Wxa in the x direction of the first microlens 383a, but the width in the x direction of the first microlens 383a. It is desirable to set a value different from Wxa. For example, when the width Wxa in the x direction of the first microlens 383a is 20 ⁇ m, the width Wxb in the x direction of the second microlens 383b may be about 15 to 19 ⁇ m.
  • the width Wyb the y direction of the second micro lens 383b may be a width corresponding to the x-direction width Wxb as elliptical contour 387b takes a second ellipticity e b.
  • the width Wyb in the y direction of the second microlens 383b may be about 21 ⁇ m to 30 ⁇ m.
  • the second microlens 383b is an elliptical lens having a short axis in the x direction and a long axis in the y axis direction, the curvature in the x direction is larger than the curvature in the y direction.
  • the light incident on the second microlens 383b is greatly diffused in the x direction with a high curvature as compared with the y direction with a low curvature, and the light distribution angle in the x direction is increased.
  • the horizontal light distribution angle ⁇ x can be made larger than the vertical light distribution angle ⁇ y.
  • FIG. 11A is a diagram schematically illustrating a diffusion screen 392 according to a comparative example
  • FIG. 11B is a diagram schematically illustrating the diffusion screen 362 according to the embodiment.
  • the diffusion screen 392 according to the comparative example is a transmissive screen configured by only the first light diffusion plate 380a according to the present embodiment.
  • the light distribution characteristics of the diffusion screen 392 according to the comparative example are shown using FIG. 12, and problems in the diffusion screen 392 will be described.
  • the light distribution characteristics of the diffusion screen 362 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
  • FIG. 12 is a graph showing a light distribution of light transmitted through the diffusion screen 392 according to the comparative example.
  • This graph shows the light distribution characteristics of transmitted light when the incident angle ⁇ in shown in FIG. 11A is set to ⁇ 20 degrees, 0 degrees, and 20 degrees.
  • a light distribution with a jagged shape near the peak can be seen at any incident angle ⁇ in. This is presumably because the transmitted light diffracted by the microlenses interferes and the intensity in a specific direction increases because a plurality of microlenses are periodically arranged.
  • the brightness of the image presented by the image display light becomes uneven, leading to a decrease in visibility.
  • the incident angle ⁇ in is ⁇ 20 degrees or 20 degrees
  • a light distribution that is asymmetrical is seen.
  • the intensity gradually increases toward the peak position, while the intensity increases sharply from the angle ( ⁇ 60 degrees, 60 degrees) away from the center toward the peak position.
  • the luminance in a partial range of the virtual image 450 appears to change rapidly, leading to a decrease in visibility.
  • the distribution of transmitted light may be symmetrical even when obliquely incident. desirable.
  • FIG. 13 is a graph showing a light distribution of light transmitted through the diffusion screen according to the embodiment.
  • This graph shows the light distribution characteristics of transmitted light when the incident angle ⁇ in shown in FIG. 11B is ⁇ 20 degrees, 0 degrees, and 20 degrees.
  • the jagged shape is not seen near the peak, and the light distribution has a gentle shape close to a Gaussian distribution. This is thought to be because the interference effect due to diffraction can be reduced compared to the case where only one microlens array is used because two microlens arrays having different microlens shapes are combined. Thereby, the unevenness of the brightness of the virtual image 450 can be suppressed and the visibility can be enhanced.
  • the distribution of light distribution is nearly symmetrical even when the incident angle ⁇ in is ⁇ 20 degrees or 20 degrees.
  • luminance of the virtual image 450 can be made uniform.
  • the amount of change in luminance between the images seen before and after the line-of-sight position moves can be reduced, and the visibility can be improved.
  • the width of the light distribution angle ⁇ of transmitted light can be increased compared to the case where only one microlens array is used.
  • the width of the light distribution angle ⁇ here is, for example, an angle value corresponding to the full width at half maximum of the light distribution shown in the graph.
  • the distance between the first lens array surface 382a and the second lens array surface 382b is set to about 200 ⁇ m to 400 ⁇ m.
  • moire tends to occur.
  • the images formed on the respective screens are overlapped to form a double image, which can be a factor of reducing the resolution of the virtual image 450.
  • the distance between the lens array surfaces is about 400 ⁇ m or less, it is possible to suppress a decrease in resolution due to generation of a double image.
  • the distance between the first lens array surface 382a and the second lens array surface 382b is too small, the interference effect of the light diffracted by the first lens array surface 382a is sufficiently increased by the second lens array surface 382b. There is a risk that it cannot be relaxed.
  • the distance between the lens array surfaces by setting the distance between the lens array surfaces to about 200 ⁇ m or more, it is possible to suppress the generation of diffraction peaks that occur when only one microlens array is used. In addition, it is possible to suppress the occurrence of moire due to the combination of periodically arranged microlens arrays. In other words, by setting the distance between the two lens array surfaces to about 200 ⁇ m to 400 ⁇ m, it is possible to present an image with high visibility by suppressing the occurrence of luminance unevenness and moire while suppressing the decrease in resolution.
  • the intermediate image forming unit 360 in the present embodiment includes a diffusing screen 362 that controls the light distribution angle of the principal ray so that the image display light has predetermined light distribution angles ⁇ 1 and ⁇ 2 with respect to the principal rays A0 and B0. Have. 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, ⁇ 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 one having characteristics, 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 a combination of two light diffusion plates 380a and 380b, which are microlens arrays, as the diffusion screen 362. Thereby, even when light is incident on the diffusion screen 362 obliquely in order to present the image display light with an angle difference to the user, the light distribution of the light after passing through the diffusion screen 362 is adjusted. Can do. In addition, it is possible to widen the range of line-of-sight positions where the entire virtual image 450 can be visually recognized by suppressing the luminance unevenness of the image presented as the virtual image 450 and increasing the light distribution angle of the transmitted light. As a result, the visibility of the virtual image 450 can be improved.
  • the diffusing screen 362 includes a first lens array surface 382a configured by a first microlens 383a having a circular shape and a second lens array surface 382b configured by a second microlens 383b having an elliptical shape. Composed of a combination.
  • the second microlens 383b has an elliptical shape having a short axis in the x direction and a long axis in the y direction, so that the light distribution angle in the x direction can be made larger than that in the y direction.
  • the visible range can be expanded in the x direction (left and right direction), and the visibility of the virtual image 450 can be enhanced.
  • the diffusion screen 362 is configured such that the distance W between the first lens array surface 382a and the second lens array surface 382b becomes a predetermined value.
  • the distance W is set within a certain range, it is possible to present a virtual image 450 with less luminance unevenness while suppressing a reduction in resolution due to the occurrence of a double image or moire. Thereby, the visibility of the virtual image 450 can be improved.
  • FIGS. 14A to 14C are side views schematically showing the configuration of a diffusion screen 362 according to a modification.
  • FIG. 14A shows a diffusion screen 362 according to the first modification.
  • the two light diffusion plates 380a and 380b are laminated so that the first lens array surface 382a and the second flat surface 381b face each other.
  • the light incident on the diffusing screen 362 is transmitted in the order of the first flat surface 381a, the first lens array surface 382a, the second flat surface 381b, and the second lens array surface 382b.
  • the same effect as that of the above-described embodiment can be obtained by setting the distance W between the first lens array surface 382a and the second lens array surface 382b to a certain range. .
  • FIG. 14B shows a diffusion screen 362 according to the second modification.
  • the two light diffusion plates 380a and 380b are laminated so that the first flat surface 381a and the second flat surface 381b are in contact with each other.
  • the light incident on the diffusion screen 362 is transmitted in the order of the first lens array surface 382a, the first flat surface 381a, the second flat surface 381b, and the second lens array surface 382b.
  • the total thickness of the first light diffusion plate 380a and the thickness of the second light diffusion plate 380b is set so that the distance W between the first lens array surface 382a and the second lens array surface 382b is within a certain range.
  • the thickness is adjusted so that the value is equal to the distance W.
  • the same effect as the above-mentioned embodiment can be acquired.
  • the two light diffusion plates 380a and 380b do not need to be separate, and instead, a single light diffusion plate in which lens array surfaces are formed on both surfaces may be used.
  • the first lens array surface 382a is formed on one surface
  • the second lens array surface 382b is formed on the other surface.
  • the thickness of the light diffusing plate is adjusted to be equal to the distance W. Even with such a configuration, the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained.
  • FIG. 14C shows a diffusion screen 362 according to the third modification.
  • the first lens array surface 382a and the second lens array surface 382b are disposed so as to face each other, and a light transmitting plate 380c is provided therebetween.
  • the translucent plate 380c is provided with flat surfaces on both sides and is made of a transparent resin material such as polycarbonate.
  • the translucent plate 380c has a role of maintaining the distance W between the first lens array surface 382a and the second lens array surface 382b within a certain range, and the thickness thereof is adjusted to be equal to the distance W. Even with such a configuration, the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained.
  • the diffusing screen 362 which is the transmission screen in the first embodiment described above, can be applied to various devices that present a virtual image in addition to the application used for the head-up display 10. As another specific embodiment, it can be used for an instrument panel used in an automobile or the like.
  • an image display device that displays various types of information on an instrument panel using a virtual image will be described with reference to FIGS. 15 to 17.
  • FIG. 15 is a diagram schematically showing an installation mode of the head-up display 10 and the instrument panel 70 according to another embodiment of the present invention.
  • another virtual image 750 is presented by the instrument panel 70.
  • the two virtual images 450 and 750 appear to have an image farther than the windshield 610 or the smoke plate 710 which is a virtual image presentation surface.
  • the user who is a driver moves the line of sight to see both the virtual image 450 presented via the windshield 610 and the virtual image 750 presented via the smoke plate 710.
  • the two virtual images 450 and 750 viewed from the user's viewpoint E are displayed so that the two virtual images 450 and 750 can be seen at the same or substantially the same distance as viewed from the user's viewpoint E. Make sure the positions are approximately the same. This reduces the focal point movement when viewing both virtual images 450 and 750 by moving the line-of-sight direction during driving or the like, and reduces the burden on the user accompanying the line-of-sight movement.
  • the configuration of the head-up display 10 is the same as that of the first embodiment described above.
  • the configuration of the instrument panel 70 is the same as that of the head-up display 10, but instead of presenting the virtual image 450 by reflecting the image display light by the windshield 610, the virtual image 750 is transmitted by the image display light transmitted through the smoke plate 710. Is different in that it presents.
  • the configuration of the instrument panel 70 will be mainly described.
  • the instrument panel 70 includes an image projection unit 720, an intermediate mirror 735, an intermediate image forming unit 736, a concave mirror 740, and a smoke plate 710.
  • the image projection unit 720, intermediate mirror 735, intermediate image formation unit 736, and concave mirror 740 of the instrument panel 70 are the image projection unit 210, intermediate mirror 350, intermediate image formation unit 360, and projection mirror of the head-up display 10 described above, respectively. The same as 400.
  • the instrument panel 70 forms image display light generated by the image projection unit 720 as a real image on the intermediate image forming unit 736, and enlarges the image display light related to the real image formed on the intermediate image forming unit 736 by the concave mirror 740. Reflected and projected onto the smoke plate 710. As a result, the user visually recognizes an image reflected and enlarged by the concave mirror 740 via the smoke plate 710.
  • the instrument panel 70 can be reduced in size by using the concave mirror 740 having a shape capable of enlarging the real image formed on the intermediate image forming unit 736 to a size of 10 times or more.
  • a virtual image 750 of about 10 inches to 12 inches can be seen about 1 m to 2 m away from the user's viewpoint E. It becomes.
  • the user can visually recognize the image display light presented by the head-up display 10 via the windshield 610, and a virtual image 450 of about 12 inches can be seen about 2 m ahead from the user's viewpoint E.
  • the smoke plate 710 is a flat member having a low light transmittance.
  • the smoke plate 710 is formed by, for example, laminating a smoke film on a smoke resin plate. With such a configuration, the transmittance of the smoke plate 710 can be lowered, and the reflectance at the interface of the smoke plate 710 can be lowered. Further, the smoke resin plate can be protected by a film.
  • the smoke plate 710 may be a plate-like member that forms a curved surface instead of a flat plate shape.
  • the transmittance of the smoke plate 710 is desirably smaller than the reflectance at the interface of the smoke plate 710, and is preferably 8% or less. By setting the transmittance to 8% or less, it is possible to prevent sunlight or the like from the user's rear or upward direction from entering the concave mirror 740 and reflecting light to the user or other components. Further, by reducing the transmittance of the smoke plate 710, the inside of the instrument panel 70 can be hardly seen. Thereby, while improving the visibility of the virtual image 750, the design property of the instrument panel 70 can be improved.
  • the smoke plate 710 may include a touch panel sensor on the surface thereof. By causing the smoke plate 710 to function as a touch panel, the smoke plate 710 can also serve as a user interface for performing settings for the instrument panel 70. Thereby, it is not necessary to provide an input button or the like for the instrument panel 70 at another position on the dashboard, and the dashboard can be made clear.
  • the instrument panel 70 includes a control device, similar to the head-up display 10.
  • the control device of the instrument panel 70 may be the same as the control device 50 of the head-up display 10 or may include a control device separately from the head-up display 10.
  • the instrument panel 70 displays the contents indicated by the instruments provided in a general vehicle instrument panel, such as a speedometer, a tachometer, a fuel gauge, and a shift position, by an image signal from the control device.
  • the instrument panel 70 may display an image of the rear of the vehicle that is captured by a camera that captures the rear of the vehicle.
  • the content displayed on the instrument panel 70 may change the size and display form of the image assigned to each display content according to various conditions such as driving conditions and user input information.
  • the display mode can be set according to the user's preference, the size of the speedometer can be increased according to the running speed of the vehicle, or the back of the vehicle can be displayed larger without the display of the speedometer etc. May be.
  • FIG. 16 is a perspective view schematically showing an installation mode of the head-up display 10 and the instrument panel 70
  • FIG. 17 is a front view schematically showing an installation mode of the head-up display 10 and the instrument panel 70.
  • the smoke plate 710 is installed on the front surface of the instrument panel 70, and is provided at a position where the instrument panel is provided in a general vehicle. As a result, the smoke plate 710 is disposed so as to be positioned in front of the user seated in the driver's seat, and the user who is the driver visually recognizes the smoke plate 710 through the steering wheel.
  • the virtual image 450 presented by the head-up display 10 is displayed at a position located behind the instrument panel 70 when viewed from the viewpoint E of the user.
  • the virtual image 450 presented by the head-up display 10 and the virtual image 750 presented by the instrument panel 70 are arranged so as to be aligned substantially coaxially with the user's viewpoint E.
  • the viewpoint movement of the user can be further reduced, and the scenery outside the vehicle, the virtual image 450 presented by the head-up display 10 and the virtual image 750 presented by the instrument panel 70 are simultaneously viewed. It is also possible.
  • the virtual image 450 presented by the head-up display 10 and the virtual image 750 presented by the instrument panel 70 are arranged substantially coaxially from the viewpoint E of the user, and the user From the viewpoint E, the same or almost the same distance will be seen. Therefore, in the case where the line of sight is moved from the state in which the scenery outside the vehicle is viewed together with the virtual image 450 presented by the head-up display 10 to the state in which the virtual image 750 presented by the instrument panel 70 is viewed, the user's viewpoint is moved. Both the angle and the amount of focus movement can be reduced. Thereby, a user's burden accompanying a gaze movement can be reduced, presenting more information to the user.
  • the distance from the user's viewpoint E to the virtual image 750 and the size of the visually recognized virtual image 750 are changed according to various conditions such as driving conditions and input information from the user. It is good to do.
  • the instrument panel 70 according to such a modification further includes a drive unit that adjusts the positions of the intermediate image forming unit 736 and the concave mirror 740, and the distance and size of the virtual image 750 are adjusted by controlling the drive unit. .
  • the distance to the virtual image 750 on the instrument panel 70 is The distance is the same as or substantially the same as the distance of the virtual image 450 of the head-up display 10.
  • the traveling speed of the vehicle is high, driving is performed with a focus on a relatively distant position, so that the burden associated with the movement of the line of sight is increased by increasing the focal position of the virtual image 750 presented by the instrument panel 70. Can be reduced.
  • the distance to the virtual image 750 of the instrument panel 70 is set to be several tens of cm to 1 m before the distance of the virtual image 450 of the head-up display 10.
  • the vehicle traveling speed is low, the vehicle is often driven with a focus on a relatively close position. Therefore, by shortening the focal position of the virtual image 750 presented by the instrument panel 70, the burden associated with the movement of the line of sight is reduced. Can be reduced.
  • the distance of the virtual image 750 of the instrument panel 70 may be set to the near side even when traveling backward. By performing such control, more information can be presented to the user while reducing the burden on the user accompanying the movement of the line of sight. By reducing the burden of eye movement, the user can confirm more information in a shorter time.
  • 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.
  • the second lens array surface 382b is configured by the elliptical second microlens 383b having the minor axis in the x direction and the major axis in the y direction has been described.
  • the second lens array surface 382b may be configured such that the major axis and minor axis directions of the second microlens 383b are different from each other.
  • the short axis may be configured in the y direction. Even in this case, the same effect as the above-described embodiment can be obtained.
  • the light incident on the diffusion screen 362 is configured by the first lens array surface 382a configured by the circular first microlens 383a and the second microlens 383b having the elliptical shape.
  • the case where light is transmitted in the order of the second lens array surface 382b is shown.
  • the arrangement of the first lens array surface 382a and the second lens array surface 382b may be reversed, and the incident light may be transmitted in the order of the second lens array surface 382b and the first lens array surface 382a.
  • the case where the first lens array surface 382a is configured by the first microlens 383a having a circular shape has been described.
  • the first microlens 383a having an elliptical shape may be used.
  • the shape different desirably the first micro lens 383a and the second microlenses 383 b it is desirable that the value of the first ellipticity e a and the second ellipticity e b are different.
  • the ellipticities e a and e b of the respective microlenses are set to different values, whereby generation of diffraction peaks due to interference of diffracted light can be suppressed.
  • the outline shape of the microlens may be a quadrangle, and a plurality of microlenses may be arranged in a lattice shape or a hexagonal lattice shape.
  • the outline of the microlens may be circular or elliptical, and circular or elliptical microlenses may be arranged on a flat surface.
  • the head-up display 10 used for a vehicle or the instrument panel 70 is used as an image display device that presents a virtual image.
  • the image display device according to the present invention may be applied to a virtual image electronic mirror that confirms the rear of a vehicle by projecting a virtual image.
  • the virtual image electronic mirror presents an image from a camera that captures the rear of the vehicle to the user in real time with the same configuration as the instrument panel 70.
  • the virtual image electronic mirror can be used as a device for assisting or replacing a general side mirror or rearview mirror.
  • a virtual image electronic mirror is provided at the left and right positions of an instrument panel composed of general instruments or the instrument panel 70 capable of presenting the virtual image 750 described above. Is provided to present an image behind the vehicle.
  • the distance from the user's viewpoint E to the virtual image presented by the virtual image electronic mirror is the same as or substantially the same as the distance of the virtual image 750 presented by the instrument panel 70.
  • the distance and size of the virtual image may be varied corresponding to the speed of the vehicle and other conditions in the same manner as the instrument panel 70.
  • the distance of the virtual image presented by the instrument panel 70 it is possible to reduce the burden on the user accompanying the movement of the line of sight. Along with this, it is possible to reduce the time for safety confirmation and information confirmation required for operating the vehicle, and it is possible to make the system easy for the user to use.
  • the visibility of the projected image can be improved.

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Abstract

　透過型スクリーン（３６２）は、第１のマイクロレンズ（３８３ａ）が複数配列された第１レンズアレイ面（３８２ａ）と、第１レンズアレイ面（３８２ａ）に垂直な方向に離れて設けられ、第１のマイクロレンズ（３８３ａ）とは形状の異なる第２のマイクロレンズ（３８３ｂ）が複数配列された第２レンズアレイ面（３８２ｂ）と、を備える。第１のマイクロレンズ（３８３ａ）は、頂点付近における等高線が円または楕円形状であり、第２のマイクロレンズ（３８３ｂ）は、頂点付近における等高線が第１のマイクロレンズ（３８３ａ）の等高線と楕円率の異なる楕円形状である。

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、二つのマイクロレンズアレイ部を対向配置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２０１２－２２６３０４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、第１のマイクロレンズが複数配列された第１レンズアレイ面と、第１レンズアレイ面に垂直な方向に離れて設けられ、第１のマイクロレンズとは形状の異なる第２のマイクロレンズが複数配列された第２レンズアレイ面と、を備える。第１のマイクロレンズは、頂点付近における等高線が円または楕円形状であり、第２のマイクロレンズは、頂点付近における等高線が第１のマイクロレンズの等高線と楕円率の異なる楕円形状である。
　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、第１のマイクロレンズが複数配列された第１レンズアレイ面と、第１レンズアレイ面に垂直な方向に離れて設けられ、第１のマイクロレンズとは形状の異なる第２のマイクロレンズが複数配列された第２レンズアレイ面と、を備える。第１のマイクロレンズは、頂点付近における等高線が円または楕円形状であり、第２のマイクロレンズは、頂点付近における等高線が第１のマイクロレンズの等高線と楕円率の異なる楕円形状である。
　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模式的に示す側面図である。 拡散スクリーンの構成を模式的に示す上面図である。 図９（ａ）は、第１レンズアレイ面の構造を示す上面図であり、図９（ｂ）は、第１レンズアレイ面の構造を示す断面図である。 図１０（ａ）は、第２レンズアレイ面の構造を示す上面図であり、図１０（ｂ）は、第２レンズアレイ面の構造を示す断面図である。 図１１（ａ）は、比較例に係る拡散スクリーンを模式的に示す図であり、図１１（ｂ）は、実施の形態に係る拡散スクリーンを模式的に示す図である。 比較例に係る拡散スクリーンを透過した光の配光分布を示すグラフである。 実施の形態に係る拡散スクリーンを透過した光の配光分布を示すグラフである。 図１４（ａ）～（ｃ）は、変形例に係る拡散スクリーンの構成を模式的に示す側面図である。 本発明の他の実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ及びインスツルメントパネル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及びインスツルメントパネルの設置態様を模式的に示す斜視図である。 ヘッドアップディスプレイ及びインスツルメントパネルの設置態様を模式的に示す正面図である。
　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。
（第１の実施の形態）
　実施の形態に係る画像表示装置の例として、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。
　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で反射し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から図１０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の構成を模式的に示す側面図であり、図８は、拡散スクリーン３６２の構成を示す上面図である。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３８０ａ、３８０ｂを備える。光拡散板３８０ａ、３８０ｂは、片面に複数のマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイである。本実施の形態では、レンズアレイを構成するマイクロレンズの形状がそれぞれ異なる二枚の光拡散板３８０ａ、３８０ｂを組み合わせて用いる。特性の異なるマイクロレンズアレイを組み合わせることにより、拡散スクリーン３６２を透過した光の配光特性を向上させて視認性の高い画像表示光を提供する。
　第１光拡散板３８０ａは、第１平坦面３８１ａと、第１平坦面３８１ａに背向し、第１のマイクロレンズ３８３ａが複数配列される第１レンズアレイ面３８２ａを有する。同様に、第２光拡散板３８０ｂは、第２平坦面３８１ｂと、第２平坦面３８１ｂに背向し、第２のマイクロレンズ３８３ｂが複数配列される第２レンズアレイ面３８２ｂを有する。第１光拡散板３８０ａおよび第２光拡散板３８０ｂは、複屈折性を有しないか、複屈折性の少ない材料で構成されることが望ましく、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）などの樹脂材料で構成される。
　第１光拡散板３８０ａは、第１レンズアレイ面３８２ａが凹レンズ３６４と対向するように配置され、第２光拡散板３８０ｂは、第２レンズアレイ面３８２ｂが第１平坦面３８１ａと対向するように配置される。これにより、拡散スクリーン３６２に入射する光Ａは、第１レンズアレイ面３８２ａ、第１平坦面３８１ａ、第２レンズアレイ面３８２ｂ、第２平坦面３８１ｂの順に透過する。
　第１光拡散板３８０ａおよび第２光拡散板３８０ｂは、第１レンズアレイ面３８２ａと第２レンズアレイ面３８２ｂとの距離Ｗが所定の値となるように配置される。その距離Ｗは、２００μｍ～４００μｍ程度とすればよく、好ましくは、２５０μｍ～３００μｍ程度の範囲とすればよい。第１レンズアレイ面３８２ａと第２レンズアレイ面３８２ｂの距離Ｗをこの範囲に設定することにより、マイクロレンズの周期的な配列によるモアレの発生を防ぎ、かつ、二枚の光拡散板を用いることにより像が二重になってしまう影響を抑えることができる。ここで、モアレとは、干渉縞のことをいい、規則正しく繰り返される模様を複数重ね合わせたときに、それらの周期のずれにより視覚的に発生する縞模様のことをいう。
　なお、図７および図８では、説明の便宜上、第１光拡散板３８０ａと第２光拡散板３８０ｂの間に隙間を空けているが、本実施の形態では、第１平坦面３８１ａと第２レンズアレイ面３８２ｂとが接するように、第１光拡散板３８０ａと第２光拡散板３８０ｂとが積層される。このとき、第１光拡散板３８０ａの厚さを調整することで、第１レンズアレイ面３８２ａと第１レンズアレイ面３８２ａの間の距離Ｗが調整される。したがって、所定の距離Ｗが保たれるようにするには、第１光拡散板３８０ａの厚さを２００μｍ～４００μｍ程度にすればよい。
　第１光拡散板３８０ａおよび第２光拡散板３８０ｂは、結像される画像表示光の画像サイズに合わせて、図７に示す上下方向（ｙ軸方向）の幅Ｌｙと、図８に示す左右方向（ｘ軸方向）の幅Ｌｘとが異なるように構成される。具体的には、上下方向の幅Ｌｙよりも左右方向の幅Ｌｘの方を長くして、左右方向に長い画像が提示できるようにする。人間の視野角の特性上、左右方向に長い画像の方が見やすいためである。
　また、第１光拡散板３８０ａおよび第２光拡散板３８０ｂは、図７に示す上下方向の配光特性（配光角ψｙ）と図８に示す左右方向（水平方向）の配光特性（配光角ψｘ）とが異なるように構成される。具体的には、上下方向の配光角ψｙよりも水平方向の配光角ψｘを大きくして、画像表示光により提示される画像全体が視認できる視線位置の範囲を、水平方向に大きくする。運転者であるユーザの視点位置は、着座した状態において上下方向よりも水平方向に大きく動くため、水平方向の視認範囲を広くとることで視認性が高まるためである。
　本実施の形態では、水平方向の配光角ψｘが大きくなるように、レンズアレイ面３８２ａ、３８２ｂを構成するマイクロレンズ３８３ａ、３８３ｂの特性を選択している。本実施の形態では、第１のマイクロレンズ３８３ａの形状を円形にする一方で、第２のマイクロレンズ３８３ｂの形状を楕円形にすることにより、水平方向の配光角ψｘを大きくする。以下、図９および図１０を参照しながら、このような特性を実現する第１のマイクロレンズ３８３ａおよび第２のマイクロレンズ３８３ｂの形状について説明する。
　図９（ａ）は、第１レンズアレイ面３８２ａの構造を示す上面図である。図９（ｂ）は、第１レンズアレイ面３８２ａの構造を示す断面図であり、図９（ａ）のＸ－Ｘ線断面を示す。第１レンズアレイ面３８２ａは、輪郭３８４ａの形状が正六角形である第１のマイクロレンズ３８３ａを六方格子状に配列することにより構成される。また、第１レンズアレイ面３８２ａは、第１のマイクロレンズ３８３ａがｘ軸方向に並ぶように構成される。第１のマイクロレンズ３８３ａのｘ方向の幅Ｗｘａは、１０μｍ～３０μｍ程度とすればよく、例えば、２０μｍ程度とすればよい。一方、第１のマイクロレンズ３８３ａのｙ方向の幅Ｗｙａは、ｘ方向の幅Ｗｘａに対応して輪郭３８４ａが正六角形の形状となる幅とすればよく、例えば、２３μｍ程度とすればよい。
　第１のマイクロレンズ３８３ａは、球面からなる曲面によりレンズを構成する。その結果、第１のマイクロレンズ３８３ａの頂点３８６ａの付近における等高線３８７ａの形状は円形または略円形となる。ここで、第１のマイクロレンズ３８３ａの等高線３８７ａの形状とは、ｚ方向に垂直なｘｙ平面で第１のマイクロレンズ３８３ａを切断した場合の断面形状に対応する。等高線３８７ａのｘ方向の径Ｒｘａとｙ方向の径Ｒｙａは、円形であることから同じ長さであり、これらの比により得られる第１の楕円率ｅａ＝Ｒｙａ／Ｒｘａは、１または１に近い値である。
　なお、第１のマイクロレンズ３８３ａの等高線３８７ａの形状は、必ずしも真円である必要はなく、第１レンズアレイ面３８２ａを形成する製造工程の加工精度などにより、真円から少しずれた円に近い形状であってもよい。ここでいう円形とは、ｘ方向の径Ｒｘａとｙ方向の径Ｒｙａとがほぼ等しいことを言い、ｘ方向の径Ｒｘａとｙ方向の径Ｒｙａとが異なることにより明らかに楕円と言える形状ではないことを意図する。
　図１０（ａ）は、第２レンズアレイ面３８２ｂの構造を示す上面図である。図１０（ｂ）は、第２レンズアレイ面３８２ｂの構造を示す断面図であり、図１０（ａ）のＸ－Ｘ線断面を示す。第２レンズアレイ面３８２ｂは、第１レンズアレイ面３８２ａと同様、第２のマイクロレンズ３８３ｂが六方格子状に配列され、ｘ軸方向に第２のマイクロレンズ３８３ｂが並ぶように構成される。
　その一方で、第２のマイクロレンズ３８３ｂの輪郭３８４ｂは、正六角形ではなく、正六角形をｘ方向に圧縮したような六角形状を有する。その結果、第２のマイクロレンズ３８３ｂは、楕円面からなる曲面によりレンズを構成し、頂点３８６ｂの付近における等高線３８７ｂの形状は楕円形となる。また、ｘ方向に圧縮された楕円形であることから、等高線３８７ｂのｘ方向の径Ｒｘｂとｙ方向の径Ｒｙｂは異なる長さとなり、ｘ方向が短軸、ｙ方向が長軸となる。また、長軸と短軸の比により得られる第２の楕円率ｅｂ＝Ｒｙｂ／Ｒｘｂは、１よりも大きな値となる。つまり、第２の楕円率ｅｂは、第１のマイクロレンズ３８３ａにおける第１の楕円率ｅａと異なる値をとる。
　第２のマイクロレンズ３８３ｂのｘ方向の幅Ｗｘｂは、第１のマイクロレンズ３８３ａのｘ方向の幅Ｗｘａと同様、１０μｍ～３０μｍ程度とすればよいが、第１のマイクロレンズ３８３ａのｘ方向の幅Ｗｘａとは異なる値とすることが望ましい。例えば、第１のマイクロレンズ３８３ａのｘ方向の幅Ｗｘａを２０μｍとした場合、第２のマイクロレンズ３８３ｂのｘ方向の幅Ｗｘｂは、１５～１９μｍ程度とすればよい。一方、第２のマイクロレンズ３８３ｂのｙ方向の幅Ｗｙｂは、等高線３８７ｂの楕円形状が第２の楕円率ｅｂをとるようにｘ方向の幅Ｗｘｂに対応した幅とすればよい。例えば、第２のマイクロレンズ３８３ｂのｙ方向の幅Ｗｙｂは、２１μｍ～３０μｍ程度とすればよい。
　第２のマイクロレンズ３８３ｂは、ｘ方向に短軸を有し、ｙ軸方向に長軸を有する楕円形状のレンズであるため、ｘ方向の曲率がｙ方向の曲率よりも大きくなる。その結果、第２のマイクロレンズ３８３ｂに入射する光は、曲率の低いｙ方向と比べて、曲率の高いｘ方向に大きく拡散することとなり、ｘ方向の配光角が大きくなることとなる。これにより、上下方向の配光角ψｙよりも水平方向の配光角ψｘを大きくすることができる。
　つづいて、図１１から図１３を参照しながら、本実施の形態に係る拡散スクリーン３６２の配光特性について示す。図１１（ａ）は、比較例に係る拡散スクリーン３９２を模式的に示す図であり、図１１（ｂ）は、実施の形態にかかる拡散スクリーン３６２を模式的に示す図である。比較例に係る拡散スクリーン３９２は、本実施の形態に係る第１光拡散板３８０ａのみにより構成される透過型スクリーンである。まず、比較例に係る拡散スクリーン３９２の配光特性を図１２を用いて示し、拡散スクリーン３９２における課題について説明する。つづいて、本実施の形態に係る拡散スクリーン３６２の配光特性を図１３を用いて示す。
　図１２は、比較例に係る拡散スクリーン３９２を透過した光の配光分布を示すグラフである。本グラフは、図１１（ａ）に示す入射角θｉｎを、－２０度、０度、２０度とした場合における透過光の配光特性を示す。図示されるように、いずれの入射角θｉｎにおいても、ピーク付近の形状がギザギザとした配光分布が見られる。これは、複数のマイクロレンズが周期的に配列されるため、マイクロレンズにより回折された透過光が干渉して、特定の方向における強度が高まるためと考えられる。このような回折ピークが見られると、画像表示光により提示される画像の輝度にムラができ、視認性の低下につながる。
　また、入射角θｉｎが－２０度または２０度の場合には、左右非対称な配光分布が見られる。中心（０度）に近い角度では、ピーク位置に向けて強度が緩やかに高まるのに対し、中心より離れた角度（－６０度、６０度）からピーク位置に向けて強度が急峻に高まる。このように非対称な配光分布を有することとなると、視線位置を動かした場合に、虚像４５０の一部範囲の輝度が急激に変化するように見えてしまい視認性の低下につながる。虚像４５０の視認範囲を広げるためには、画像表示光を透過型スクリーンに斜めに入射させる必要があるため、斜入射させた場合であっても透過光の配光分布が左右対称であることが望ましい。
　図１３は、実施の形態に係る拡散スクリーンを透過した光の配光分布を示すグラフである。本グラフは、図１１（ｂ）に示す入射角θｉｎを、－２０度、０度、２０度とした場合における透過光の配光特性を示す。比較例の場合とは異なり、いずれの入射角θｉｎにおいても、ピーク付近にギザギザの形状が見られず、ガウス分布に近いなだらかな形状の配光分布となっている。これは、マイクロレンズの形状が異なる二枚のマイクロレンズアレイを組み合わせているため、マイクロレンズアレイを一枚だけ用いる場合と比べて回折による干渉効果を緩和できたためと考えられる。これにより虚像４５０の輝度のムラを抑えて視認性を高めることができる。
　また、入射角θｉｎが－２０度または２０度の場合においても、配光分布が左右対称に近い形状となることがわかる。これにより、視線位置を動した場合であっても、虚像４５０の輝度を均一にすることができる。これにより、視線位置が動く前と動いた後に見える画像の間での輝度の変化量を少なくして、視認性を高めることができる。
　また、二枚のマイクロレンズアレイを組み合わせることにより、マイクロレンズアレイを一枚だけ用いる場合と比べて、透過光の配光角ψの幅を広げることができる。ここでの配光角ψの幅とは、例えば、グラフに示す配光分布の半値全幅に相当する角度の値である。透過光の配光角ψを広げることで、虚像４５０の全体を視認できる視線位置の範囲を広くすることができる。これにより、視線位置が移動する場合であっても、画像全体を提示することができるため、視認性を向上させることができる。
　また、本実施の形態に係る拡散スクリーン３６２において、第１レンズアレイ面３８２ａと第２レンズアレイ面３８２ｂの間の距離を、２００μｍ～４００μｍ程度としている。一般に、周期的な配列構造を有するマイクロレンズアレイを二枚組み合わせると、モアレが発生しやすい。また、周期性のない拡散スクリーンを二枚組み合わせた場合であっても、それぞれのスクリーンに結像する像が重なり合って二重像を形成し、虚像４５０の解像度が低下する要因となりうる。本実施の形態では、レンズアレイ面の間の距離を約４００μｍ以下としているため、二重像の発生による解像度の低下を抑えることができる。
　一方で、第１レンズアレイ面３８２ａと第２レンズアレイ面３８２ｂの間の距離を小さくしすぎると、第１レンズアレイ面３８２ａにより回折される光の干渉効果を、第２レンズアレイ面３８２ｂによって十分に緩和できなくなるおそれがある。本実施の形態では、レンズアレイ面の間の距離を約２００μｍ以上とすることで、マイクロレンズアレイを一枚だけ用いる場合に発生する回折ピークの発生を抑制することができる。また、周期的な配列のマイクロレンズアレイを組み合わせることによるモアレの発生も抑制することができる。つまり、二つのレンズアレイ面の距離を２００μｍ～４００μｍ程度とすることで、解像度の低下を抑えつつ、輝度ムラやモアレの発生を抑えて、視認性の高い画像を提示することができる。
　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、マイクロレンズアレイである二枚の光拡散板３８０ａ、３８０ｂを組み合わせて用いる。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を透過した後の光の配光分布を整えることができる。また、虚像４５０として提示される画像の輝度ムラを抑えつつ、透過光の配光角を大きくして虚像４５０の全体を視認できる視線位置の範囲を広げることができる。その結果、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、円形状を有する第１のマイクロレンズ３８３ａで構成される第１レンズアレイ面３８２ａと、楕円形状を有する第２のマイクロレンズ３８３ｂで構成される第２レンズアレイ面３８２ｂの組み合わせにより構成される。マイクロレンズの形状が異なる二枚の光拡散板３８０ａ、３８０ｂを組み合わせることで、回折光の干渉の影響による輝度ムラを抑えることできる。また、第２のマイクロレンズ３８３ｂを、ｘ方向に短軸を有しｙ方向に長軸を有する楕円形状とすることで、ｘ方向の配光角をｙ方向よりも大きくすることができる。これにより、視認可能な範囲をｘ方向（左右方向）に広げることができ、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、第１レンズアレイ面３８２ａと第２レンズアレイ面３８２ｂの距離Ｗが所定の値となるように構成される。この距離Ｗを一定の範囲にすることにより、二重像やモアレの発生による解像度の低下を抑えつつ、輝度ムラの少ない虚像４５０を提示することができる。これにより、虚像４５０の視認性を高めることができる。
　つづいて、図１４を参照しながら変形例に係る拡散スクリーン３６２について示す。図１４（ａ）～（ｃ）は、変形例に係る拡散スクリーン３６２の構成を模式的に示す側面図である。
　図１４（ａ）は、変形例１に係る拡散スクリーン３６２である。変形例１では、第１レンズアレイ面３８２ａと第２平坦面３８１ｂとが対向するように二枚の光拡散板３８０ａ、３８０ｂを積層させている。その結果、拡散スクリーン３６２に入射する光は、第１平坦面３８１ａ、第１レンズアレイ面３８２ａ、第２平坦面３８１ｂ、第２レンズアレイ面３８２ｂの順に透過する。このような構成であっても、第１レンズアレイ面３８２ａと第２レンズアレイ面３８２ｂの間の距離Ｗを一定の範囲にすることで、上述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
　図１４（ｂ）は、変形例２に係る拡散スクリーン３６２である。変形例２では、第１平坦面３８１ａと第２平坦面３８１ｂとが接するように二枚の光拡散板３８０ａ、３８０ｂが積層される。その結果、拡散スクリーン３６２に入射する光は、第１レンズアレイ面３８２ａ、第１平坦面３８１ａ、第２平坦面３８１ｂ、第２レンズアレイ面３８２ｂの順に透過する。このとき、第１レンズアレイ面３８２ａと第２レンズアレイ面３８２ｂの間の距離Ｗを一定の範囲となるように、第１光拡散板３８０ａの厚さと第２光拡散板３８０ｂの厚さの合計値が距離Ｗと等しくなるように厚さが調整される。変形例２においても、上述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
　なお、変形例２において、二枚の光拡散板３８０ａ、３８０ｂは別体である必要はなく、代わりに、両面にレンズアレイ面を形成した一枚の光拡散板を用いてもよい。この場合、一方の面には第１レンズアレイ面３８２ａが形成され、他方の面には第２レンズアレイ面３８２ｂが形成される。また、この光拡散板の厚さは、距離Ｗと等しくなるように調整される。このような構成としても、上述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
　図１４（ｃ）は、変形例３に係る拡散スクリーン３６２である。変形例３では、第１レンズアレイ面３８２ａと第２レンズアレイ面３８２ｂとが対向するように配置されるとともに、その間に透光板３８０ｃが設けられる。透光板３８０ｃは、両面に平坦面が設けられ、ポリカーボネートなどの透明な樹脂材料で構成される。透光板３８０ｃは、第１レンズアレイ面３８２ａと第２レンズアレイ面３８２ｂの距離Ｗを一定の範囲に保つ役割を有し、その厚さが距離Ｗと同じに等しくなるように調整される。このような構成としても、上述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
　（第２の実施の形態）
　上述した第１の実施の形態における透過型スクリーンである拡散スクリーン３６２は、ヘッドアップディスプレイ１０に用いる用途に加えて、虚像を提示する各種装置に適用可能である。具体的な他の実施形態としては、自動車等に用いられるインスツルメントパネルに用いることができる。以下、図１５から図１７を参照しながら、虚像を用いてインスツルメントパネルに各種情報を表示する画像表示装置の構成について説明する。
　図１５は、本発明の他の実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ１０及びインスツルメントパネル７０の設置態様を模式的に示す図である。本実施の形態においては、ヘッドアップディスプレイ１０が提示する虚像４５０に加えて、インスツルメントパネル７０によって別の虚像７５０が提示される。二つの虚像４５０、７５０は、虚像提示面であるウィンドシールド６１０またはスモーク板７１０よりも遠方に画像があるように見える。
　運転者であるユーザは、視線方向を移動させることにより、ウィンドシールド６１０を介して提示される虚像４５０とスモーク板７１０を介して提示される虚像７５０の双方を見ることなる。本実施の形態では、ユーザの視点Ｅから見て同一またはほぼ同一の距離に二つの虚像４５０、７５０が見えるように表示することで、ユーザの視点Ｅから見た二つの虚像４５０、７５０の焦点位置がほぼ同じとなるようにする。これにより、運転中などに視線方向を移動させて双方の虚像４５０、７５０を見る場合における焦点移動を少なくし、視線移動に伴うユーザの負担を軽減させる。
　ヘッドアップディスプレイ１０の構成は、上述した第１の実施の形態と同様の構成である。インスツルメントパネル７０の構成も、ヘッドアップディスプレイ１０と同様であるが、ウィンドシールド６１０により画像表示光を反射して虚像４５０を提示する代わりに、スモーク板７１０を透過した画像表示光により虚像７５０を提示する点で相違する。以下、インスツルメントパネル７０の構成を中心に説明する。
　インスツルメントパネル７０は、画像投射部７２０、中間鏡７３５、中間像形成部７３６、凹面鏡７４０およびスモーク板７１０を備える。インスツルメントパネル７０の画像投射部７２０、中間鏡７３５、中間像形成部７３６、凹面鏡７４０は、それぞれ上述したヘッドアップディスプレイ１０の画像投射部２１０、中間鏡３５０、中間像形成部３６０、投射鏡４００と同様のものである。
　インスツルメントパネル７０は、画像投射部７２０が生成する画像表示光を中間像形成部７３６に実像として結像させ、中間像形成部７３６に結像した実像に係る画像表示光を凹面鏡７４０により拡大反射してスモーク板７１０に投射する。これによりユーザは、スモーク板７１０を介して凹面鏡７４０により反射拡大された画像を視認する。特に、中間像形成部７３６に結像された実像を１０倍以上の大きさに拡大可能な形状を有する凹面鏡７４０を用いることで、インスツルメントパネル７０を小型化することができる。
　ユーザは、スモーク板７１０を介して凹面鏡７４０が反射する画像表示光を直接視認するが、実際には、ユーザの視点Ｅから約１ｍ～２ｍ先に約１０インチ～１２インチの虚像７５０が見えることとなる。また、ユーザは、ウィンドシールド６１０を介してヘッドアップディスプレイ１０が提示する画像表示光を視認することができ、ユーザの視点Ｅから約２ｍ前方に約１２インチの虚像４５０が見える。
　スモーク板７１０は、光の透過率が低い平板状の部材である。スモーク板７１０は、例えば、スモーク樹脂板に対してスモークフィルムをラミネートして形成される。このような構成とすることで、スモーク板７１０の透過率を低くするとともに、スモーク板７１０の界面における反射率を低くすることができる。また、スモーク樹脂板をフィルムにより保護することができる。なお、スモーク板７１０は、平板形状ではなく、曲面を構成するような板状部材であってもよい。
　スモーク板７１０の透過率は、スモーク板７１０の界面における反射率より小さい値とすることが望ましく、８％以下とすることが好ましい。透過率を８％以下とすることで、ユーザの後方や上方向からの太陽光などが凹面鏡７４０に入射し、ユーザや他の構成部材に光が反射することを防止することができる。また、スモーク板７１０の透過率を低くすることで、インスツルメントパネル７０の内部が見えにくい構成とすることができる。これにより、虚像７５０の視認性を高めるとともに、インスツルメントパネル７０のデザイン性を高めることができる。
　なお、スモーク板７１０は、その表面にタッチパネル用のセンサを備えてもよい。スモーク板７１０をタッチパネルとして機能させることにより、スモーク板７１０は、インスツルメントパネル７０に対する設定を行うユーザインターフェースを兼ねることができる。これにより、インスツルメントパネル７０に対する入力ボタンなどをダッシュボード上の他の位置に設ける必要が無くなり、ダッシュボード上をすっきりとさせることができる。
　インスツルメントパネル７０は、ヘッドアップディスプレイ１０と同様に、制御装置を含む。インスツルメントパネル７０の制御装置は、ヘッドアップディスプレイ１０の制御装置５０と共通であってもよいし、ヘッドアップディスプレイ１０とは別に制御装置を備えることとしてもよい。
　インスツルメントパネル７０は、制御装置からの画像信号により、スピードメータ、タコメータ、燃料計、シフトポジション等、一般的な車両のインスツルメントパネルに備えられる計器が示す内容を表示する。また、インスツルメントパネル７０は、車両の後方を撮影するカメラにより撮像される車両後方の画像を表示してもよい。
　インスツルメントパネル７０に表示される内容は、運転状況やユーザからの入力情報などの様々な条件によって、それぞれの表示内容に割り当てられる画像のサイズや表示形態を変化させることとしてもよい。例えば、ユーザの好みに応じた表示形態としたり、車両の走行速度に応じて、スピードメータのサイズを大きくしたり、バック走行時にはスピードメータ等の表示を無くして車両後方の画像を大きく表示したりしてもよい。
　図１６は、ヘッドアップディスプレイ１０及びインスツルメントパネル７０の設置態様を模式的に示す斜視図であり、図１７は、ヘッドアップディスプレイ１０及びインスツルメントパネル７０の設置態様を模式的に示す正面図である。図示されるように、スモーク板７１０は、インスツルメントパネル７０の前面に設置され、一般的な車両においてインスツルメントパネルが設けられる位置に設けられる。その結果、スモーク板７１０は、運転席に着座したユーザの正面に位置するように配置され、運転者であるユーザは、ハンドル越しにスモーク板７１０を視認することとなる。
　また、ヘッドアップディスプレイ１０が提示する虚像４５０は、ユーザの視点Ｅから見てインスツルメントパネル７０の奥に位置する箇所に表示される。その結果、ヘッドアップディスプレイ１０が提示する虚像４５０と、インスツルメントパネル７０が提示する虚像７５０は、ユーザの視点Ｅとほぼ同軸上に並ぶように配置されることとなる。このような配置とすることによって、ユーザの視点移動をさらに少なくすることができ、車外の景色と、ヘッドアップディスプレイ１０が提示する虚像４５０およびインスツルメントパネル７０が提示する虚像７５０を同時に目視することも可能となる。
　以上の構成により、本実施の形態では、ヘッドアップディスプレイ１０が提示する虚像４５０と、インスツルメントパネル７０が提示する虚像７５０とが、ユーザの視点Ｅからほぼ同軸上に配置されるとともに、ユーザの視点Ｅから同一またはほぼ同一の距離に見えることとなる。そのため、ヘッドアップディスプレイ１０が提示する虚像４５０とともに車外の風景を目視している状態から、インスツルメントパネル７０が提示する虚像７５０を目視する状態へと視線を移動させる場合において、ユーザの視点移動角と焦点移動量の双方を小さくすることができる。これにより、ユーザにより多くの情報を提示しつつ、視線移動に伴うユーザの負担を減らすことができる。
　なお、変形例に係るインスツルメントパネル７０においては、ユーザの視点Ｅから虚像７５０までの距離や、視認される虚像７５０のサイズを、運転状況やユーザからの入力情報などの様々な条件によって変更することとしてもよい。このような変形例に係るインスツルメントパネル７０では、中間像形成部７３６および凹面鏡７４０の位置を調整する駆動部をさらに備え、この駆動部を制御することにより虚像７５０の距離およびサイズを調整する。
　例えば、インスツルメントパネル７０の制御装置が車速情報を取得し、車両の走行速度が６０ｋｍ/ｈ以上などの所定速度以上である場合には、インスツルメントパネル７０の虚像７５０までの距離を、ヘッドアップディスプレイ１０の虚像４５０の距離と同一またはほぼ同一の距離とする。一般に、車両の走行速度が高い場合、比較的遠方の位置に焦点を合わせて運転をすることから、インスツルメントパネル７０が提示する虚像７５０の焦点位置を遠くすることによって、視線移動に伴う負担を減らすことができる。
　一方、車両の走行速度が所定速度以下である場合は、インスツルメントパネル７０の虚像７５０までの距離を、ヘッドアップディスプレイ１０の虚像４５０の距離よりも数十ｃｍ～１ｍ程度手前に設定する。一般に、車両の走行速度が低いときには比較的近い位置に焦点を合わせて運転することが多いことから、インスツルメントパネル７０が提示する虚像７５０の焦点位置を短くすることによって、視線移動に伴う負担を減らすことができる。その他、後方走行時にも、インスツルメントパネル７０の虚像７５０の距離を手前に設定することとしてもよい。このような制御を行うことで、視線移動に伴うユーザの負担を減らしつつ、より多くの情報をユーザに提示することができる。視線移動の負担が減ることにより、ユーザはより短い時間でより多くの情報を確認することができる。
　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。
　上述の実施の形態においては、第２レンズアレイ面３８２ｂを、ｘ方向に短軸を有しｙ方向に長軸を有する楕円形状の第２のマイクロレンズ３８３ｂで構成する場合を示した。変形例においては、第２のマイクロレンズ３８３ｂの長軸と短軸の方向が異なる向きとなるようにして第２レンズアレイ面３８２ｂを構成することとしてもよい。例えば、上下方向（ｙ方向）の配光角を大きくしたい場合には、短軸がｙ方向となるように構成すればよい。この場合においても、上述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
　上述の実施の形態においては、拡散スクリーン３６２に入射する光が、円形状の第１のマイクロレンズ３８３ａにより構成される第１レンズアレイ面３８２ａ、楕円形状の第２のマイクロレンズ３８３ｂにより構成される第２レンズアレイ面３８２ｂの順に透過する場合について示した。変形例においては、第１レンズアレイ面３８２ａと第２レンズアレイ面３８２ｂの配置を逆にして、第２レンズアレイ面３８２ｂ、第１レンズアレイ面３８２ａの順に入射光が透過する構成としてもよい。
　上述の実施の形態においては、第１レンズアレイ面３８２ａを、円形状を有する第１のマイクロレンズ３８３ａで構成する場合を示した。変形例においては、楕円形状を有する第１のマイクロレンズ３８３ａを用いてもよい。この場合、第１のマイクロレンズ３８３ａと第２のマイクロレンズ３８３ｂの形状は異なることが望ましく、第１の楕円率ｅａと第２の楕円率ｅｂの値が異なるようにすることが望ましい。二枚の光拡散板において、それぞれのマイクロレンズの楕円率ｅａ、ｅｂを異なる値とすることで、回折光の干渉による回折ピークの発生を抑えることができる。
　上述の実施の形態では、第１のマイクロレンズ３８３ａおよび第２のマイクロレンズ３８３ｂの輪郭３８４ａ、３８４ｂの形状が六角形となる場合について示した。変形例においては、マイクロレンズの輪郭の形状を四角形とし、複数のマイクロレンズを格子状または六方格子状に配置することとしてもよい。また、マイクロレンズの輪郭の形状を円形または楕円形とし、平坦面の上に円形または楕円形のマイクロレンズを配列させることとしてもよい。
　上述の実施の形態においては、虚像を提示する画像表示装置として、車両用に用いられるヘッドアップディスプレイ１０や、インスツルメントパネル７０を用いた例について説明した。さらなる変形例として、虚像の投影により車両の後方を確認する虚像電子ミラーに本発明に係る画像表示装置を適用してもよい。
　虚像電子ミラーとは、車両の後方を撮影するカメラからの画像を、インスツルメントパネル７０と同様の構成により、リアルタイムでユーザに提示するものである。虚像電子ミラーは、一般的なサイドミラーやバックミラーを補助する装置または置き換えされる装置として利用可能である。例えば、サイドミラーに置き換えて虚像電子ミラーを用いる場合、一般的な計器類で構成されるインスツルメントパネルや、上述した虚像７５０を提示可能なインスツルメントパネル７０の左右の位置に虚像電子ミラーを設けて、車両後方の画像を提示する。
　このとき、ユーザの視点Ｅから虚像電子ミラーが提示する虚像までの距離は、インスツルメントパネル７０が提示する虚像７５０の距離と同一またはほぼ同一とすることが望ましい。各種情報を虚像としてユーザに提示する装置が複数存在する場合に、それぞれの装置における虚像提示面よりも遠方に虚像が見えるようにすることで、視線移動に伴うユーザの負担を軽減することができる。
　また、虚像電子ミラーにおいても、インスツルメントパネル７０と同様に車両の速度や他の条件に対応して、虚像の距離やサイズを可変することとしてもよい。インスツルメントパネル７０により提示される虚像の距離と同じまたはほぼ同一にすることで、視線移動に伴うユーザの負担を軽減することができる。これに伴い、車両を運行させるために必要となる安全確認や情報確認の時間を低減させることができ、ユーザにとって使いやすいシステムとすることができる。
　１０…ヘッドアップディスプレイ、７０…インスツルメントパネル、２１０…画像投射部、３６０…中間像形成部、３６２…拡散スクリーン、３６４…凹レンズ、３７０…実像、３８０ａ…第１光拡散板、３８０ｂ…第２光拡散板、３８１ａ…第１平坦面、３８１ｂ…第２平坦面、３８２ａ…第１レンズアレイ面、３８２ｂ…第２レンズアレイ面、３８３ａ…第１のマイクロレンズ、３８３ｂ…第２のマイクロレンズ、３８６ａ，３８６ｂ…頂点、３８７ａ，３８７ｂ…等高線、４５０…虚像、７１０…スモーク板、７２０…画像投射部、７３５…中間鏡、７３６…中間像形成部、７４０…凹面鏡、７５０…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 (6)

  1. 　第１のマイクロレンズが複数配列された第１レンズアレイ面と、
    　前記第１レンズアレイ面に垂直な方向に離れて設けられ、前記第１のマイクロレンズとは形状の異なる第２のマイクロレンズが複数配列された第２レンズアレイ面と、を備え、
    　前記第１のマイクロレンズは、頂点付近における等高線が円または楕円形状であり、
    　前記第２のマイクロレンズは、頂点付近における等高線が前記第１のマイクロレンズの等高線と楕円率の異なる楕円形状であることを特徴とする透過型スクリーン。
  2. 　前記第１レンズアレイ面と、前記第１レンズアレイ面に背向する第１平坦面と、を有する第１光拡散板と、
    　前記第２レンズアレイ面と、前記第２レンズアレイ面に背向する第２平坦面と、を有する第２光拡散板と、
    　を備え、
    　前記第２光拡散板は、前記第２レンズアレイ面が前記第１平坦面と対向して配置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. 　当該透過型スクリーンは、前記第１レンズアレイ面に垂直な方向をｚ軸方向とする直交座標系において、ｘ軸方向の幅が、ｙ軸方向の幅よりも長い形状を有しており、
    　前記第１のマイクロレンズの等高線は、円形状であり、
    　前記第２のマイクロレンズの等高線は、前記ｘ軸方向に短軸を有し、前記ｙ軸方向に長軸を有する楕円形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の透過型スクリーン。
  4. 　当該透過型スクリーンに入射させる光が、前記第１レンズアレイ面に入射した後に前記第２レンズアレイ面に入射するよう構成されることを特徴とする請求項３に記載の透過型スクリーン。
  5. 　前記第１レンズアレイ面と前記第２レンズアレイ面との距離が、２００μｍ以上４００μｍ以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の透過型スクリーン。
  6. 　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、
    　第１のマイクロレンズが複数配列された第１レンズアレイ面と、
    　前記第１レンズアレイ面に垂直な方向に離れて設けられ、前記第１のマイクロレンズとは形状の異なる第２のマイクロレンズが複数配列された第２レンズアレイ面と、を備え、
    　前記第１のマイクロレンズは、頂点付近における等高線が円または楕円形状であり、
    　前記第２のマイクロレンズは、頂点付近における等高線が前記第１のマイクロレンズの等高線と楕円率の異なる楕円形状であることを特徴とする画像表示装置。
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