WO2015125247A1 - 投影装置 - Google Patents

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WO2015125247A1
WO2015125247A1 PCT/JP2014/054009 JP2014054009W WO2015125247A1 WO 2015125247 A1 WO2015125247 A1 WO 2015125247A1 JP 2014054009 W JP2014054009 W JP 2014054009W WO 2015125247 A1 WO2015125247 A1 WO 2015125247A1
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concave mirror
image light
image
light
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Inventor
柳澤　琢麿
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パイオニア株式会社
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0118—Head-up displays characterised by optical features comprising devices for improving the contrast of the display / brillance control visibility

Definitions

  • the present invention relates to a head-up display.
  • a head-up display (hereinafter also referred to as “HUD”) is an image (real image) projected on a screen of a liquid crystal display or a projector by a half mirror called a combiner placed in front of the driver's field of view.
  • HUD head-up display
  • the eyepiece optical system is configured as a magnifying optical system using a lens, a concave mirror, etc. in order to increase the size of the virtual image relative to the real image or to form the virtual image far away as viewed from the driver. Is common.
  • the current HUD eyepiece optical system can be classified into two types: a dedicated combiner method and a windshield combiner method.
  • the dedicated combiner system shown in FIG. 1 can realize the simplest eyepiece optical system because it can have a combiner function and a magnifying optical system function at the same time by making the combiner a concave half mirror.
  • the dedicated combiner is placed in a position where it can be seen by the driver (such as on the dashboard), a very large combiner cannot be installed. As a result, there is a drawback that it is difficult to increase the virtual image size (view angle).
  • the windshield combiner system shown in FIG. 2 uses the windshield as a combiner.
  • the combiner is very large, the curvature of the windshield of a general vehicle is very loose, so it is not possible to configure a magnifying optical system with only the windshield, and a magnifying optical element such as a concave mirror is separately provided. Must be used together.
  • the concave mirror can be placed in a position that is not visible to the driver (such as in the dashboard), a somewhat large concave mirror can be used. As a result, there is a high possibility that a virtual image larger than the dedicated combiner method can be realized.
  • the concave mirror is decentered with respect to the screen (real image), that is, the screen is arranged at a position off the optical axis of the concave mirror (for example, see Patent Document 1).
  • Patent Document 2 describes a technique related to the present invention.
  • the concave mirror that fits in the dashboard must be quite large.
  • the screen and the concave mirror must be shifted so as not to block the reflected light from the concave mirror, the size of the optical unit, especially the size in the front-rear direction of the vehicle, becomes very large and fits in the dashboard. There was no problem. Conversely, when the optical unit is actually sized to fit on the dashboard, there is a problem that a very large virtual image size cannot be realized.
  • the invention described in claim is a projection device, comprising: a light source that emits circularly polarized image light; a screen that has circular dichroism and reflects image light emitted from the light source; and the screen. And a concave mirror that reverses and reflects the turning direction of the circularly polarized light of the reflected image light, and at least a part of the screen is disposed in a region in which the image light reflected by the concave mirror travels, Is characterized in that it reflects image light emitted from the light source and transmits image light reflected by the concave mirror.
  • An example of a dedicated combiner type HUD is shown.
  • An example of a windshield combiner type HUD is shown.
  • the structure of HUD of 1st Example is shown.
  • the structure of the optical unit of HUD shown in FIG. 3 is shown.
  • the layer structure of the screen is shown. It is a graph which shows the transmittance
  • the structure of HUD of 2nd Example is shown.
  • the projection device includes a light source that emits circularly polarized image light, a screen that has circular dichroism and reflects the image light emitted from the light source, and is reflected by the screen. And a concave mirror that reverses and reflects the rotational direction of the circularly polarized light of the image light, and at least a part of the screen is disposed in a region in which the image light reflected by the concave mirror travels, and the screen The image light emitted from the light source is reflected and the image light reflected by the concave mirror is transmitted.
  • the above projector reflects the circularly polarized image light emitted from the light source with the screen, and further reflects with the concave mirror for output.
  • the concave mirror reverses the turning direction of the circularly polarized light of the image light reflected by the screen.
  • the image light reflected by the concave mirror is reflected by a windshield or the like and visually recognized as a virtual image by the driver. Since the screen has circular dichroism and has the property of transmitting the light reflected by the concave mirror, the screen blocks the image light even if the screen is placed in the area where the image light reflected by the concave mirror travels. Therefore, the shadow of the screen does not occur in the virtual image. Therefore, by arranging the screen in the path of the image light from the concave mirror, the entire projection apparatus can be reduced in size.
  • the image light emitted from the light source is emitted toward the screen through a part of the concave mirror.
  • an opening is provided in the concave mirror, and image light emitted from the light source is emitted toward the screen through the opening.
  • the entire apparatus can be further miniaturized by arranging the light source immediately behind the concave mirror.
  • the concave mirror and the screen have curved surfaces, and the concave mirror and the screen have an optical path length until the image light reflected by the screen reaches the concave mirror. All of the above pixels are arranged to be equal. Thereby, the field curvature of the virtual image visually recognized by the driver can be reduced.
  • the curved surfaces of the concave mirror and the screen have a curved shape with the same center direction of curvature.
  • Another aspect of the above projection apparatus includes a ⁇ / 4 plate that converts image light reflected by the concave mirror into S-polarized light.
  • the circularly polarized image light reflected by the concave mirror is converted to S-polarized light by the ⁇ / 4 plate.
  • the reflectance by the windshield is higher for the S-polarized light than for the P-polarized light. Therefore, the virtual image visually recognized by the driver can be brightened by outputting the image light converted into S-polarized light by the ⁇ / 4 plate.
  • FIG. 3 shows the configuration of the HUD according to the first embodiment of the present invention.
  • This HUD is a windshield combiner system, and projects image light from the optical unit 10 onto the windshield 4 of the vehicle.
  • the windshield acts as a combiner and makes the driver 2 visually recognize a virtual image of the image light.
  • the optical unit 10 is provided in the dashboard 3 of the vehicle.
  • FIG. 4 shows the configuration of the optical unit 10.
  • the optical unit 10 includes a projector 11, a concave mirror 12, and a screen 13.
  • the optical unit 10 of this embodiment constitutes a Cassegrain optical system.
  • the Cassegrain optical system is an optical system that is used in reflective telescopes, etc., with a secondary mirror facing the optical axis of the primary mirror, and taking out the light beam from the center opening of the primary mirror to the back side of the mirror surface. It is an optical system that leads to the eyepiece.
  • the concave mirror corresponds to the primary mirror
  • the screen 13 corresponds to the secondary mirror.
  • the projector 11 is preferably a laser scan (raster scan) type projector, and emits circularly polarized light as the image light L1. Note that not only a laser projector but also a projection-type projector can be used.
  • the concave mirror 12 is disposed in front of the projector 11 and totally reflects incident light. At that time, the concave mirror 12 has a characteristic of reversing the turning direction of the incident circularly polarized light.
  • the concave mirror 12 is provided with a small opening 12x at the center, and the image light L1 emitted from the projector 11 is irradiated onto the screen 13 through the opening 12x.
  • the screen 13 has circular dichroism, and for example, a cholesteric liquid crystal screen is used.
  • a cholesteric liquid crystal screen described in JP-A-2006-163165 can be used.
  • “circularly polarized dichroism” refers to the property of reflecting one of left-turning and right-turning circularly polarized incident light and transmitting the other.
  • the cholesteric liquid crystal screen 13 has a property of reflecting right circularly polarized light and transmitting left circularly polarized light.
  • the screen 13 has a diffusibility by dispersing the spiral direction of molecules of the cholesteric liquid crystal to some extent, and also functions as a diffusion plate.
  • the screen 13 has a three-layer structure as shown in FIG. That is, the screen 13 has a three-layer structure of a cholesteric liquid crystal layer 13R for red (R), a cholesteric liquid crystal layer 13G for green (G), and a cholesteric liquid crystal layer 13B for blue (B).
  • the order of stacking the liquid crystal layers 13R, 13G, and 13B may be any order.
  • the projector 11 emits right circularly polarized image light L1.
  • This image light travels through the opening 12x of the concave mirror 12 and enters the screen 13 at a point P2.
  • the screen 13 has a characteristic of reflecting the right circularly polarized light
  • the image light L1 is diffusely reflected by the screen 13 while being right circularly polarized, and is irradiated to the concave mirror 12 as the image light L2.
  • the image light L2 is reflected at a point P3 on the concave mirror 12 and becomes image light L3.
  • the concave mirror 12 reverses the circular polarization rotation direction of the image light L2, the concave mirror 12 outputs the image light L3 converted from right circular polarization to left circular polarization.
  • Part of the image light L3 reflected by the concave mirror 12 proceeds to the windshield 4 as it is, and part of the image light L3 is irradiated to the screen 13, but as described above, the screen 13 has a property of transmitting left circularly polarized light.
  • the image light L 3 passes through the screen 13.
  • the image light L3 is reflected by the windshield functioning as a combiner and is visually recognized by the driver.
  • the screen 13 transmits the image light L3 reflected by the concave mirror 12, the image light L3 is not blocked by the screen 13, and the virtual image that the driver visually recognizes should be generated in the center. There is no shadow on the screen 13 or it becomes very thin. Therefore, in the present embodiment, the entire screen 13 or a part of the screen 13 can be disposed in a region where the image light L3 reflected by the concave mirror 12 travels. As a result, the concave mirror 12 and the screen 13 can be arranged coaxially, and the entire optical unit 10 can be reduced in size.
  • the projector 11, the concave mirror 12 and the screen 13 are arranged coaxially along the optical axis AX. Compared to the above, the overall size of the optical unit 10 can be reduced.
  • the eccentric arrangement optical system as shown in FIG. 2 since the vertical direction is decentered, it is difficult to design and manufacture.
  • the optical system of the present embodiment is coaxial and rotationally symmetric, there are advantages in that the difficulty of design and manufacture is reduced and the magnification of the magnifying optical system can be easily increased. As a result, a concave mirror or a small screen having a shorter radius of curvature can be used, so that the size of the optical unit 10 can be further reduced.
  • the optical path length until the light diffusely reflected from the pixels on the screen 13 is reflected by the concave mirror 12, that is, the distance from the point P2 to the point P3 is substantially equal for all the pixels.
  • the curved surfaces of the concave mirror 12 and the screen 13 are formed.
  • the center of curvature of the curved surface of the concave mirror 12 and the center of curvature of the curved surface of the screen 13 are in the same direction. Thereby, the curvature of field of the virtual image visually recognized by the driver can be reduced.
  • the light beam traveling from the optical unit 10 toward the windshield 4 has a considerably deep (large) incident angle and reflection angle with respect to the windshield 4. It is likely to be 60 degrees or more.
  • the incident angle and the reflection angle refer to angles formed by the normal to the surface of the windshield 4 and the incident light or reflected light (see FIG. 6).
  • FIG. 6 shows the relationship between the incident angle to the windshield 4 and the reflectance.
  • the graph Ts shows the transmittance of S-polarized light
  • the graph Tp shows the transmittance of P-polarized light
  • the graph Rs shows the reflectance of S-polarized light
  • the graph Rp shows the reflectance of P-polarized light.
  • the light beam output from the optical unit 10 toward the windshield 4 is also circularly polarized light.
  • the reflectance at the windshield 4 is an average value of S-polarized light and P-polarized light.
  • the reflectance Rp of the P-polarized light is low, and the average reflectance is also lowered due to this, and the virtual image visually recognized by the driver becomes dark. .
  • a ⁇ / 4 plate 14 is installed in the vicinity of the exit of the dashboard 3 as shown in FIG. Specifically, the ⁇ / 4 plate is arranged so that the image light L3 output from the display unit 10 reaches the windshield 4 after passing through the ⁇ / 4 plate 14. Thereby, the image light L3 output from the optical unit 10 is converted from circularly polarized light to S polarized light by the ⁇ / 4 plate 14. As shown in FIG. 6, since the reflectance Rs of S-polarized light is higher than the reflectance Rp of P-polarized light, the reflectance of image light by the windshield 4 is increased, and the virtual image visually recognized by the driver is brightened.
  • the screen 13 made of cholesteric liquid crystal has a property of reflecting right circularly polarized light and transmitting left circularly polarized light.
  • the screen 13 may be configured to reflect the left circularly polarized light and transmit the right circularly polarized light by changing the winding direction of the spiral formed by the arrangement direction of the cholesteric liquid crystal molecules.
  • the projector 11 may emit left circularly polarized image light.
  • the screen 13 is irradiated with the image light from the projector 11 through the opening 12x provided at the center of the concave mirror 12.
  • the application of the present invention is not limited to this, and the projector 11 is placed outside the concave mirror 12. It is good also as a structure which irradiates image light to the screen 13 from the outer side of the concave mirror 12. FIG. Even in this case, in the present invention, since the screen 13 can be disposed in the region of the light beam reflected by the concave mirror 12 and directed to the windshield 4, the entire optical unit 10 can be reduced in size accordingly.
  • the present invention can be used for a head-up display (HUD) and a head-mounted display (HMD).
  • HUD head-up display
  • HMD head-mounted display

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Abstract

　投影装置は、光源から出射された円偏光の画像光をスクリーンで反射し、さらに凹面鏡で反射して出力する。凹面鏡は、スクリーンにより反射された画像光の円偏光の旋回方向を反転させる。凹面鏡で反射された画像光は、ウィンドシールドなどにより反射され、運転手に虚像として視認される。スクリーンは円偏光２色性を有し、凹面鏡で反射された光を透過する性質を有するので、凹面鏡で反射された画像光が進む領域内にスクリーンを配置しても、虚像にスクリーンの影が生じることがない。

Description

投影装置
　本発明は、ヘッドアップディスプレイに関する。
　ヘッドアップディスプレイ（以下、「ＨＵＤ」とも記す。）は、液晶ディスプレイの画面やプロジェクタで投影されたスクリーン上の画像（実像）を、運転者の視界前方に置かれたコンバイナと呼ばれるハーフミラーによって虚像として運転者に視認させる装置である。これにより運転者は前方を見たまま視線を下げることなく計器類やナビゲーション情報等を景色に重畳した状態で視認することができる。ＨＵＤでは、実像に対して虚像のサイズを大きくしたり、運転手から見て虚像を遠方に結像させるために、その接眼光学系をレンズや凹面鏡などを利用して拡大光学系として構成するのが一般的である。
　ところで現在のＨＵＤの接眼光学系は、専用コンバイナ方式とウィンドシールドコンバイナ方式の２つに分類できる。
　図１に示す専用コンバイナ方式は、コンバイナを凹面ハーフミラーにすることでコンバイナとしての機能と拡大光学系の機能を同時に持たせることができるので、最もシンプルな接眼光学系を実現できる。ただし、専用コンバイナは運転手から見える位置（ダッシュボードの上など）に置くことになるため、あまり大きなコンバイナは設置できない。その結果、虚像サイズ（画角）を大きくすることが難しいという欠点がある。
　これに対して、図２に示すウインドシールドコンバイナ方式は、ウインドシールドをコンバイナとして利用するものである。コンバイナが非常に大きいという利点はあるものの、一般的な車両のウインドシールドの曲率は非常に緩いため、ウインドシールドだけで拡大光学系を構成することはできず、別途、凹面鏡などの拡大光学素子を併用しなければならない。ただし、凹面鏡は運転手から見えない位置（ダッシュボードの中など）に置けるので、ある程度大きな凹面鏡を利用できる。その結果、専用コンバイナ方式よりも大きな虚像を実現できる可能性は高い。
　ウインドシールドコンバイナ方式の最もシンプルな構成は、図２に示したようにスクリーン（実像）に対して凹面鏡を偏心配置する、即ち、凹面鏡の光軸から外れた位置にスクリーンを配置するものである（例えば、特許文献１を参照）。
　なお、他に本発明に関連する技術が特許文献２に記載されている。
特開２０１２－１６３６１３号公報 特表２０１２－５０８３９２号公報
　しかしながら、実際にウインドシールドコンバイナ方式で視野角の大きな虚像を視認させようとすると、ダッシュボードに収める凹面鏡はかなり大きなものが必要になる。加えて、凹面鏡からの反射光を遮らないようにスクリーンと凹面鏡をずらして配置しなければならないため、光学ユニットのサイズ、特に車両の前後方向のサイズが非常に大きくなってしまい、ダッシュボードに収まらないという課題があった。逆に、光学ユニットを実際にダッシュボードに収まるサイズにすると、あまり大きな虚像サイズは実現できないという課題があった。
　本発明が解決しようとする課題としては、上記のものが例として挙げられる。本発明は、小型の光学ユニットで視野角の大きな虚像を視認させることが可能な投影装置を提供することを目的とする。
　請求項に記載の発明は、投影装置であって、円偏光の画像光を出射する光源と、円偏光２色性を有し、前記光源から出射した画像光を反射するスクリーンと、前記スクリーンにより反射された画像光の円偏光の旋回方向を反転させて反射する凹面鏡と、を備え、前記スクリーンの少なくとも一部は前記凹面鏡により反射された画像光が進む領域内に配置されており、前記スクリーンは、前記光源から出射した画像光を反射するとともに、前記凹面鏡により反射された画像光を透過することを特徴とする。
専用コンバイナ方式のＨＵＤの例を示す。 ウィンドシールドコンバイナ方式のＨＵＤの例を示す。 第１実施例のＨＵＤの構成を示す。 図３に示すＨＵＤの光学ユニットの構成を示す。 スクリーンの層構造を示す。 ウィンドシールドによるＰ偏光及びＳ偏光の透過率・反射率特性を示すグラフである。 第２実施例のＨＵＤの構成を示す。
　本発明の好適な実施形態では、投影装置は、円偏光の画像光を出射する光源と、円偏光２色性を有し、前記光源から出射した画像光を反射するスクリーンと、前記スクリーンにより反射された画像光の円偏光の旋回方向を反転させて反射する凹面鏡と、を備え、前記スクリーンの少なくとも一部は前記凹面鏡により反射された画像光が進む領域内に配置されており、前記スクリーンは、前記光源から出射した画像光を反射するとともに、前記凹面鏡により反射された画像光を透過する。
　上記の投影装置は、光源から出射された円偏光の画像光をスクリーンで反射し、さらに凹面鏡で反射して出力する。凹面鏡は、スクリーンにより反射された画像光の円偏光の旋回方向を反転させる。凹面鏡で反射された画像光は、ウィンドシールドなどにより反射され、運転手に虚像として視認される。スクリーンは円偏光２色性を有し、凹面鏡で反射された光を透過する性質を有するので、凹面鏡で反射された画像光が進む領域内にスクリーンを配置しても、スクリーンが画像光を遮ることで虚像にスクリーンの影が生じることがない。よって、スクリーンを凹面鏡からの画像光の進路内に配置することにより、投影装置全体を小型化することができる。
　上記の投影装置の一態様では、前記光源から出射した画像光は、前記凹面鏡の一部を通って前記スクリーンへ向けて出射される。好適な例では、前記凹面鏡に開口が設けられており、前記光源から出射した画像光は前記開口を通って前記スクリーンへ向けて出射される。この構成では、光源を凹面鏡のすぐ背後に配置することにより、装置全体をさらに小型化することができる。
　上記の投影装置の他の一態様では、前記凹面鏡及び前記スクリーンは曲面を有し、前記凹面鏡及び前記スクリーンは、前記スクリーンで反射された画像光が前記凹面鏡に到達するまでの光路長が前記スクリーン上の全ての画素について等しくなるように配置されている。これにより、運転手により視認される虚像の像面湾曲を低減することができる。好適な例では、前記凹面鏡及び前記スクリーンの曲面は、曲率の中心方向が同じである湾曲形状を有する。
　上記の投影装置の他の一態様は、前記凹面鏡により反射された画像光をＳ偏光に変換するλ／４板を備える。この態様では、凹面鏡により反射された円偏光の画像光がλ／４板によりＳ偏光に変換される。ウィンドシールドによる反射率は、Ｐ偏光に対する反射率よりＳ偏光に対する反射率の方が高い。よって、λ／４板でＳ偏光に変換された画像光を出力することにより、運転者が視認する虚像をより明るくすることができる。
　以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。
　［第１実施例］
　図３は、本発明の第１実施例に係るＨＵＤの構成を示す。このＨＵＤは、ウィンドシールドコンバイナ方式であり、光学ユニット１０からの画像光を車両のウインドシールド４に投射する。ウィンドシールドがコンバイナの役目をし、運転者２に画像光の虚像を視認させる。光学ユニット１０は、車両のダッシュボード３内に設けられる。
　図４は、光学ユニット１０の構成を示す。光学ユニット１０は、プロジェクタ１１と、凹面鏡１２と、スクリーン１３とを備える。本実施例の光学ユニット１０は、カセグレン光学系を構成している。カセグレン光学系とは、反射型望遠鏡などに利用される光学系であり、主鏡の光軸上に副鏡を対向させて配置し、主鏡の中央の開口部から鏡面裏側に光束を取り出して接眼レンズに導く光学系である。本実施例では、凹面鏡が主鏡に相当し、スクリーン１３が副鏡に相当する。
　プロジェクタ１１は、好適にはレーザスキャン（ラスタースキャン）タイプのプロジェクタであり、画像光Ｌ１として円偏光を出射する。なお、レーザプロジェクタのみならず、投射型のプロジェクタを使用することもできる。
　凹面鏡１２は、プロジェクタ１１の前方に配置され、入射した光を全反射する。その際、凹面鏡１２は、入射した円偏光の旋回方向を反転させる特性を有する。凹面鏡１２は、中心に微小な開口１２ｘが設けられており、プロジェクタ１１から出射された画像光Ｌ１は開口１２ｘを通ってスクリーン１３に照射される。
　スクリーン１３は、円偏光２色性を有し、例えばコレステリック液晶スクリーンが使用される。一例として、特開２００６－１６３１６５に記載のコレステリック液晶スクリーンを使用することができる。ここで、「円偏光２色性」とは、左旋回及び右旋回の円偏光の入射光に対して、一方を反射し他方を透過する性質をいう。本実施例では、コレステリック液晶のスクリーン１３は、右円偏光を反射し、左円偏光を透過する性質を有する。また、スクリーン１３は、コレステリック液晶の分子の螺旋方向をある程度分散させることにより拡散性を有するようにしており、拡散板としても機能する。
　本実施例では、プロジェクタ１１はカラープロジェクタであり、光源波長がＲＧＢの３原色であるので、スクリーン１３は図５に示すように３層構造とする。即ち、スクリーン１３は、赤（Ｒ）用コレステリック液晶層１３Ｒと、緑（Ｇ）用コレステリック液晶層１３Ｇと、青（Ｂ）用コレステリック液晶層１３Ｂとの３層構造を有する。なお、これら液晶層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂの積層順はいずれの順でも構わない。
　次に、図４を参照して、表示ユニット１０の動作を説明する。プロジェクタ１１は、右円偏光の画像光Ｌ１を出射する。この画像光は、凹面鏡１２の開口１２ｘを通って進み、点Ｐ２でスクリーン１３に入射する。上述のように、スクリーン１３は右円偏光を反射する特性を有するので、画像光Ｌ１はスクリーン１３により右円偏光のまま拡散反射されて画像光Ｌ２として凹面鏡１２へ照射される。
　画像光Ｌ２は、凹面鏡１２上の点Ｐ３で反射され、画像光Ｌ３となる。このとき、凹面鏡１２は画像光Ｌ２の円偏光旋回方向を反転させるので、凹面鏡１２からは、右円偏光から左円偏光に変換された画像光Ｌ３が出力される。凹面鏡１２で反射された画像光Ｌ３の一部はそのままウィンドシールド４へ進み、一部はスクリーン１３に照射されるが、上述のように、スクリーン１３は左円偏光を透過させる性質を有するので、点４において画像光Ｌ３はスクリーン１３を透過する。こうして、画像光Ｌ３は、コンバイナとして機能するウィンドシールドで反射され、運転者により視認される。
　このように、スクリーン１３は、凹面鏡１２によって反射される画像光Ｌ３を透過させるので、画像光Ｌ３がスクリーン１３により遮られることはなく、運転者が視認する虚像においては、中心部に生じるはずのスクリーン１３の影は無いか非常に薄くなる。よって、本実施例では、スクリーン１３の全体又は一部を、凹面鏡１２によって反射される画像光Ｌ３が進む領域内に配置することができる。その結果、凹面鏡１２とスクリーン１３とを同軸上に配置することができ、光学ユニット１０全体を小型化することができる。
　図４に示すように、本実施例の光学ユニット１０では、プロジェクタ１１、凹面鏡１２及びスクリーン１３が光軸ＡＸに沿って同軸で配置されるので、特許文献１のような偏心光学系の光学ユニットと比較して、光学ユニット１０全体のサイズを小さくすることができる。
　また、図２に示したような偏心配置光学系では、垂直方向が偏心しているために設計や製造の難易度が高かった。これに対して、本実施例の光学系は同軸かつ回転対称であるため、設計及び製造の難易度が低くなり、拡大光学系の倍率を上げやすくなるという利点がある。結果として、より曲率半径が短い凹面鏡や小型のスクリーンを使用できるため、さらに光学ユニット１０のサイズを小さくすることができる。
　上記の光学ユニット１０では、スクリーン１３上の画素から拡散反射された光が凹面鏡１２で反射するまでの光路長、即ち、点Ｐ２から点Ｐ３までの距離が、全ての画素に対してほぼ等しくなるように、凹面鏡１２及びスクリーン１３の曲面が形成されている。具体的に、好適な例では、凹面鏡１２の曲面の曲率の中心と、スクリーン１３の曲面の曲率中心が同じ方向にあるようにする。これにより、運転者が視認する虚像の像面湾曲を低減することができる。
　［第２実施例］
　次に、第２実施例について説明する。第１実施例のように光学ユニット１０をダッシュボード３に埋め込む形態のＨＵＤでは、光学ユニット１０からウィンドシールド４に向かう光線は、そのウィンドシールド４に対する入射角度及び反射角度はかなり深く（大きく）、６０度以上になる可能性が高い。なお、ここでの入射角度及び反射角度は、ウィンドシールド４の面に対する法線と、入射光又は反射光とがなす角度を指す（図６参照）。
　図６は、ウィンドシールド４への入射角度と、反射率との関係を示す。グラフＴｓはＳ偏光の透過率を示し、グラフＴｐはＰ偏光の透過率を示し、グラフＲｓはＳ偏光の反射率を示し、グラフＲｐはＰ偏光の反射率を示す。ウィンドシールド４に反射膜を貼るなどの特別な処理を施さない場合、その反射率は一般的な界面反射率（フレネル反射率と呼ぶこともある）になるが、これは図６に示すように、偏光方向及び入射角度に依存して大きく異なる。
　本発明では、円偏光２色性を有するスクリーン（拡散板）１３を用いるため、光学ユニット１０からウィンドシールド４に向かって出力される光線も円偏光である。この場合、ウィンドシールド４での反射率は、Ｓ偏光とＰ偏光の平均値となる。しかし、図６に示すように、ウィンドシールド４への入射角度が大きいとＰ偏光の反射率Ｒｐが低く、その影響で平均反射率も下がってしまい、運転手が視認する虚像が暗くなってしまう。
　そこで、第２実施例では、図７に示すように、ダッシュボード３の出口近傍にλ／４板１４を設置する。具体的には、表示ユニット１０から出力される画像光Ｌ３がλ／４板１４を通過してからウィンドシールド４に至るようにλ／４板を配置する。これにより、光学ユニット１０から出力された画像光Ｌ３は、λ／４板１４で円偏光からＳ偏光に変換される。図６に示すように、Ｓ偏光の反射率ＲｓはＰ偏光の反射率Ｒｐより高いので、ウィンドシールド４による画像光の反射率が高くなり、運転手が視認する虚像が明るくなる。
　［変形例］
　上記の実施例では、コレステリック液晶によるスクリーン１３は、右円偏光を反射し、左円偏光を透過する性質を有する。これに限らず、コレステリック液晶分子の配列方向が形成する螺旋の巻方向を変えることにより、左円偏光を反射し、右円偏光を透過するようにスクリーン１３を構成してもよい。この場合、プロジェクタ１１は左円偏光の画像光を出射するようにすればよい。
　上記の実施例では、凹面鏡１２の中心に設けた開口１２ｘを通してプロジェクタ１１からの画像光をスクリーン１３に照射しているが、本発明の適用はこれには限られず、プロジェクタ１１を凹面鏡１２の外側に配置し、凹面鏡１２の外側から画像光をスクリーン１３に照射する構成としてもよい。この場合でも、本発明では、凹面鏡１２で反射されてウィンドシールド４へ向かう光束の領域内にスクリーン１３を配置することができるので、その分光学ユニット１０全体を小型化することができる。
　本発明は、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）に利用することができる。
　３　ダッシュボード
　４　ウィンドシールド
　１０　光学ユニット
　１１　プロジェクタ
　１２　凹面鏡
　１２ｘ　開口
　１３　スクリーン
　１４　λ／４板

Claims (6)

  1. 　円偏光の画像光を出射する光源と、
    　円偏光２色性を有し、前記光源から出射した画像光を反射するスクリーンと、
    　前記スクリーンにより反射された画像光の円偏光の旋回方向を反転させて反射する凹面鏡と、を備え、
    　前記スクリーンの少なくとも一部は前記凹面鏡により反射された画像光が進む領域内に配置されており、
    　前記スクリーンは、前記光源から出射した画像光を反射するとともに、前記凹面鏡により反射された画像光を透過することを特徴とする投影装置。
  2. 　前記光源から出射した画像光は、前記凹面鏡の一部を通って前記スクリーンへ向けて出射されることを特徴とする請求項１に記載の投影装置。
  3. 　前記凹面鏡に開口が設けられており、前記光源から出射した画像光は前記開口を通って前記スクリーンへ向けて出射されることを特徴とする請求項２に記載の投影装置。
  4. 　前記凹面鏡及び前記スクリーンは湾曲面を有し、
    　前記凹面鏡及び前記スクリーンは、前記スクリーンで反射された画像光が前記凹面鏡に到達するまでの光路長が前記スクリーン上の全ての画素について等しくなるように配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の投影装置。
  5. 　前記凹面鏡及び前記スクリーンの湾曲面は、曲率の中心方向が同じである湾曲形状を有することを特徴とする請求項４に記載の投影装置。
  6. 　前記凹面鏡により反射された画像光をＳ偏光に変換するλ／４波長板を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の投影装置。
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