WO2022045216A1 - 画像表示システム - Google Patents

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WO2022045216A1
WO2022045216A1 PCT/JP2021/031237 JP2021031237W WO2022045216A1 WO 2022045216 A1 WO2022045216 A1 WO 2022045216A1 JP 2021031237 W JP2021031237 W JP 2021031237W WO 2022045216 A1 WO2022045216 A1 WO 2022045216A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
main surface
light
image
optical element
optical member
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/031237
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
大介 瀧澤
朋宏 高橋
浩司 安部
Original Assignee
株式会社クラレ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社クラレ filed Critical 株式会社クラレ
Publication of WO2022045216A1 publication Critical patent/WO2022045216A1/ja

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K35/00—Instruments specially adapted for vehicles; Arrangement of instruments in or on vehicles
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to an image display system.
  • the vehicle head-up display provides a virtual image that is visually recognized as being located on the outside of the windshield of the vehicle toward the front of the vehicle. Heads-up displays offer the added benefit of increased safety, as the driver does not have to look significantly out of the vehicle to look at the equipment.
  • the windshield has a laminated glass structure in which an interlayer film for preventing glass scattering is inserted between a pair of glass substrates.
  • an optical sheet having a plurality of unit optical shapes (prism shapes) having a reflective layer formed on a slope is inserted between glass substrates.
  • the reflected image light is reflected in a direction other than the surface reflection (specular reflection) direction to prevent the image light observed by the driver from forming a double image.
  • the refractive index of a substance has a wavelength dependence. If the reflective surface is parallel to the incident surface (refractive surface) like a normal laminated glass, the reflective surface inside the laminated glass even if the refraction angle at which the light incident on the laminated glass is refracted differs depending on the wavelength. The difference in the refraction angle for each wavelength is eliminated by the optical path after being reflected by. Therefore, the refraction angle of the light emitted from the laminated glass does not have to be different for each wavelength.
  • the reflecting surface is not parallel to the incident surface (refractive surface), that is, it is reflected on an inclined surface, so that it is used inside. Due to the wavelength dependence of the refractive index of the material, it is emitted to the outside (driver) with the refraction angle different for each wavelength, causing color cracking and blurring.
  • the present invention provides an image display system capable of suppressing color cracking and blurring of a reflected image on an observation surface even when a laminated glass having a shape in which the reflecting surface is not parallel to the incident surface (refractive surface) is used.
  • the purpose is to do.
  • the image display system includes an image display unit that emits image light including at least two or more types of monochromatic light, and an optical element that reflects the image light emitted from the image display unit.
  • the optical element includes a first optical member having a first main surface, a second optical member having a second main surface facing the first main surface, and the first main surface. It is provided between the second main surface and the second main surface, and includes a reflection surface that is non-parallel to at least one of the first main surface and the second main surface. Then, the video light emitted from the image display unit is incident on the main surface of any one of the first main surface and the second main surface, is reflected by the reflection surface, and is emitted from the main surface. Will be done.
  • At least two or more kinds of the monochromatic light contained in the video light are incident on the optical element, or (b) are reflected by the optical element and emitted from the optical element.
  • At least one of the angles of incidence of at least two or more kinds of the monochromatic light contained in the reflected light on the observation surface is the respective wavelengths of the monochromatic light contained in the video light, and each of the first optical members.
  • Color cracking is caused by adjusting the refractive index at a wavelength, the refractive index at each wavelength of the second optical member, and the angle between the reflecting surface and the incident surface on which the image light of the optical element is incident.
  • a compensating optical unit for compensating is further provided.
  • the first optical member includes a third main surface facing the first main surface, the third main surface has a first uneven shape, and the first main surface is flat.
  • a reflective film is formed on the third main surface having a surface and having the first uneven shape
  • the second optical member includes a fourth main surface facing the second main surface.
  • the fourth main surface has a second uneven shape which is an inverted shape of the first uneven shape, and the second main surface has a flat surface and has the second uneven shape.
  • the fourth main surface is in contact with the reflective film, and the reflective surface is preferably a surface on which the reflective film reflects the image light.
  • the compensating optical unit is included in the video light by generating the video light in which at least two or more kinds of the monochromatic light contained in the video light are displayed at different positions on the video image of the video light. It is preferable to adjust the angle of incidence on the optical element corresponding to each wavelength of at least two or more types of the monochromatic light.
  • the compensating optical unit is on the optical path from the image display unit to the main surface on which the image light of the optical element is incident, or from the main surface to which the image light of the optical element is emitted to the observation surface.
  • a third optical member having a wavelength spectroscopic function which is provided in contact with or separated from the optical element on the optical path of the above, and by refracting the video light or the reflected light incident on the third optical member.
  • the first optical member and the second optical member are preferably transparent.
  • the refractive index of the optical element having a structure other than the reflective film is substantially the same.
  • the reflective surface is preferably composed of any reflective film selected from a dielectric multilayer film, a metal film, or a nano-laminated film.
  • the first uneven shape and the second uneven shape are preferably a prism shape or a Fresnel lens shape.
  • the slope angle of the prism shape or the Fresnel lens shape is constant or gradually changes.
  • the monochromatic light of at least two or more kinds is preferably laser light.
  • an image display system capable of suppressing color cracking and blurring of a reflected image on an observation surface even when a laminated glass having a shape in which the reflecting surface is not parallel to the incident surface (refractive surface) is used. Can be provided.
  • HUD head-up display
  • FIG. 1 shows the structure of the head-up display (HUD) as the image display system which concerns on embodiment of this invention.
  • HUD head-up display
  • FIG. 1 shows the structure of the head-up display (HUD) as the image display system which concerns on embodiment of this invention.
  • FIG. 1 shows an example of the image display part and the optical element of the head-up display which concerns on embodiment of this invention.
  • FIG. 1 shows the image display part of the head-up display which concerns on embodiment of this invention, and other examples of an optical element.
  • FIG. 1 shows the structure of the head-up display (HUD) as the image display system which concerns on embodiment of this invention.
  • FIG. 1 shows an example of the image display part and the optical element of the head-up display which concerns on embodiment of this invention.
  • FIG. 1 shows the image display part of the head-up display which concerns on embodiment of this invention.
  • FIG. 1 shows a configuration of a head-up display (HUD) 100 as an image display system according to an embodiment of the present invention.
  • the head-up display 100 includes an image display unit 1, a windshield 2, an adaptive optics unit (not shown), and the like.
  • the head-up display 100 may include a scanning mirror, a diffuser plate, a magnifying glass, and other configurations, if necessary.
  • the adaptive optics unit will be described later.
  • the image light L1 emitted from the image display unit 1 is incident on the windshield 2, reflected by the windshield 2, and the image light L1 emitted from the windshield 2 is incident on the retina of the driver 200. do.
  • the driver 200 visually recognizes the image light L1 as a virtual image IM1.
  • the image display unit 1 is installed on the upper side in the normal direction of the ground plane (the ceiling side in the vehicle) with respect to the driver 200 and the optical element 3 according to the present invention is applied as the windshield 2
  • the front-rear direction for the vehicle and the driver 200 on the ground plane is defined as the y-axis
  • the axis on the ground plane orthogonal to the y-axis is defined as the x-axis
  • the normal direction with respect to the ground plane is defined as the axis. Let it be the z-axis.
  • FIG. 2 shows an example of the image display unit 1 and the optical element 3 of the head-up display 100 according to the embodiment of the present invention.
  • the head-up display 100 according to the embodiment of the present invention further includes an adaptive optics unit that compensates for color cracking and blurring in the reflected image.
  • the adaptive optics unit will be described in detail later.
  • the image display unit 1 emits video light including at least two types of monochromatic light.
  • the image display unit 1 is a projector or the like, and may synthesize and emit laser beams of the three primary colors of red (R; Red), green (G; Green), and blue (B; Blue).
  • monochromatic light is not only laser light having a single wavelength emitted from a laser light source but also light having a predetermined spectral width emitted from an LED (light emitting dimension), a liquid crystal, or the like.
  • an LED light emitting dimension
  • a liquid crystal or the like
  • an LED organic EL
  • a micro LED a laser light source
  • a laser light source is particularly preferable. This is because the half width of the spectrum of monochromatic light is narrow and it is not easily affected by the wavelength distribution of the refractive index.
  • the optical element 3 includes a first optical member 31 and a second optical member 32.
  • the first optical member 31 includes a first main surface 311 and the second optical member 32 includes a second main surface 322 facing the first main surface 311.
  • the optical element 3 is provided between the first main surface 311 and the second main surface 322, and is a reflection surface 315 that is non-parallel to at least one of the first main surface 311 and the second main surface 322. Further prepare.
  • the first optical member 31 further includes a third main surface 312 facing the first main surface 311. Further, both the first main surface 311 and the third main surface 312 have a flat surface. Further, the third main surface 312 is not parallel to the first main surface 311.
  • the first optical member 31 includes a reflective film 314 formed on the third main surface 312.
  • the reflective surface 315 is a surface on which the reflective film 314 reflects the image light L1. That is, in the example shown in FIG. 2, the third main surface 312 on which the reflective film 314 of the first optical member 31 is formed is the reflective surface 315. Therefore, the reflective surface 315 is non-parallel to the first main surface 311.
  • the reflective film 314 may be formed only on a part of the third main surface 312.
  • the second optical member 32 further includes a fourth main surface 321 facing the second main surface 322. Further, both the second main surface 322 and the fourth main surface 321 have a flat surface.
  • the surface shape of the fourth main surface 321 is an inverted shape of the surface shape of the third main surface 312.
  • the fourth main surface 321 of the second optical member 32 is in contact with the reflective film 314 formed on the third main surface 312 of the first optical member 31. Therefore, the reflecting surface 315 is also non-parallel to the second main surface 322.
  • the "flat surface” means that the flat surface does not undulate, and the incident light incident on the flat surface is diffused and not reflected when it is reflected on the flat surface. The surface is so flat that the incident light is diffused and not transmitted when it is transmitted through the flat surface.
  • the materials constituting the first optical member 31, the second optical member 32, and the reflective film 314 will be described in detail later.
  • the image light L1 emitted from the image display unit 1 is incident on any of the main surfaces of the first main surface 311 and the second main surface 322, reflected by the reflection surface 315, and emitted from the main surface.
  • the image light L1 is incident on the first main surface 311 of the first optical member 31.
  • the image light L1 is reflected and reflected by the reflective film 314 formed between the third main surface 312 of the first optical member 31 and the fourth main surface 321 of the second optical member 32.
  • the light L2 is incident on the retina S1 of the driver 200 (hereinafter, referred to as “observation surface S1”).
  • the image formed on the observation surface S1 by the reflected light L2 incident on the observation surface S1 is referred to as a “reflection image”.
  • the image light L1 is specularly reflected light L3 on the first main surface 311 of the first optical member 31.
  • the reflection surface 315 is not parallel to the first main surface 311 which is an incident surface (refractive surface), that is, it is reflected on a slope. Therefore, when the adaptive optics unit described later is not used, the refraction angle remains different for each wavelength due to the wavelength dependence of the refractive index of the material used inside the first optical member 31, and the first main component is used. It is emitted from the surface 311 to the driver 200, causing color cracking and blurring.
  • the optical element 3 is composed of PMMA in FIG. 2, if the reflecting surface 315 is tilted by 0.7 ° with respect to the first main surface 311, the color of the driver 200 having the visual acuity 1 is broken. Will be observed.
  • the head-up display 100 is provided with an adaptive optics unit for compensating for color cracking and blurring of the reflected image.
  • the compensating optical unit according to the present embodiment may include (a) the angle of incidence of at least two or more monochromatic lights L11, L12, and L13 contained in the image light L1 on the optical element 3, or (b). ) At least one of the angles of incidence of at least two or more monochromatic lights L21, L22, and L23 contained in the reflected light L2 reflected by the optical element 3 and emitted from the optical element 3 on the observation surface S1 is the image light L1.
  • the respective wavelengths of the monochromatic light contained in the The adjustment is made based on the angle between the optical element 3 and the incident surface on which the image light L1 of the optical element 3 is incident (hereinafter, also referred to as “tilt angle”).
  • tilt angle the angle between the optical element 3 and the incident surface on which the image light L1 of the optical element 3 is incident.
  • FIG. 3 shows another example of the image display unit 1 and the optical element 3 of the head-up display 100 according to the embodiment of the present invention.
  • the head-up display 100 according to the embodiment of the present invention further includes an adaptive optics unit for compensating for color cracking and blurring in the reflected image.
  • the adaptive optics unit will be described in detail later. Since the image display unit 1 is the same as the image display unit 1 shown in FIG. 2, the description thereof will be omitted.
  • the optical element 3 includes a first optical member 31 and a second optical member 32.
  • the third main surface 312 has a first uneven shape 313, and the fourth main surface 321 has a second uneven shape 323.
  • the point to prepare is different.
  • the first optical member 31 includes a first main surface 311 and a third main surface 312 facing the first main surface 311, and the third main surface 312 is a first surface.
  • the concave-convex shape 313 is provided, and the first main surface 311 is provided with a flat surface.
  • the first optical member 31 includes a reflective film 314 formed on a third main surface 312 having a first uneven shape 313.
  • the third main surface 312 on which the reflective film 314 of the first optical member 31 is formed is the reflective surface 315.
  • the reflective film 314 may be formed only on a part of the third main surface 312.
  • the second optical member 32 includes a second main surface 322, a fourth main surface 321 facing the second main surface 322, and the fourth main surface 321 has a second uneven shape 323.
  • the second main surface 322 includes a flat surface.
  • the second uneven shape 323 is an inverted shape of the first uneven shape 313.
  • the fourth main surface 321 of the second optical member 32 is in contact with the reflective film 314 formed on the third main surface 312 of the first optical member 31.
  • the image light L1 is incident on the first main surface 311 having the flatness of the first optical member 31.
  • the image light L1 has a third main surface 312 having a first uneven shape 313 of the first optical member 31 and a fourth main surface 321 having a second uneven shape 323 of the second optical member 32. It is reflected by the reflective film 314 formed between the two, and the reflected light L2 is incident on the retina S1 (hereinafter, referred to as “observation surface S1”) of the driver 200.
  • observation surface S1 the image formed on the observation surface S1 by the reflected light L2 incident on the observation surface S1 is referred to as a “reflection image”. Further, as shown in FIG.
  • the image light L1 is specularly reflected light L3 on the first main surface 311 of the first optical member 31.
  • the materials constituting the first optical member 31 and the second optical member 32 excluding the reflective film 314 are an ultraviolet curable resin or a thermoplastic resin.
  • the ultraviolet curable resin urethane acrylate-based, acrylic acrylate-based, and epoxy acrylate-based resins are preferable because they are excellent in long-term stability such as reliability.
  • the thermoplastic resin polymethylmethacrylate, polyvinyl butyral, polycarbonate, polyethylene terephthalate, cycloolefin polymer, polyethylene, polypropylene and the like are more preferable because they are excellent in processability and molding stability.
  • the refractive index of the optical element 3 other than the reflective film 314 is substantially the same.
  • the refractive index difference ⁇ n at each wavelength between the material constituting the first optical member 31 excluding the reflective film 314 and the material constituting the second optical member 32 is 0.02 or less. It is preferable, more preferably 0.01 or less, still more preferably 0.005 or less.
  • ⁇ n is large, light is refracted between the first optical member 31 and the second optical member 32, and the visibility of the landscape seen through the optical element 3 deteriorates.
  • the wavelength dependence of the refractive index of the materials constituting the first optical member 31 and the second optical member 32 excluding the reflective film 314 is small. This is because the effects of color cracking and blurring are reduced.
  • the first uneven shape 313 and the second uneven shape 323 are preferably a prism shape or a Fresnel lens shape. Further, it is preferable that the slope angle of the prism shape or the Fresnel lens shape is constant or gradually changes. Since the slope angle of the prism shape or the Frenel lens shape is constant, the reflected image formed on the observation surface S1 by the reflected light L2 reflected from the optical element 3 is outside the optical element 3 (outside the vehicle). It can be visually recognized as a virtual image IM1 existing in.
  • the optical element 3 can be imparted with a function as a convex lens or a concave lens.
  • the optical element 3 can function not only as a reflecting member but also as a member for enlarging / reducing an image.
  • the first optical member 31 and the second optical member 32 are transparent.
  • transparent means that the haze value of the material constituting the first optical member 31 and the second optical member 32 is not more than a predetermined value.
  • the haze values required for the windshield 2, the rear glass, and the side glass to which the optical element 3 is applied are different. Therefore, the fact that the first optical member 31 and the second optical member 32 are transparent means that the material constituting the first optical member 31 and the second optical member 32 is a material to which the optical element 3 is applied. It means that it has a haze value or less suitable for the application. As a result, the landscape observed through the optical element 3 can be clearly seen.
  • the reflective film 314 is preferably a dielectric multilayer film, a metal film, or a nano-laminated film.
  • the material used for the metal film for example, Al, Ag, Ni, Cr, W, and Si are preferable because they are excellent in processability and stability.
  • the material used for the dielectric multilayer film for example, SiO 2 , TIO 2 , Al 2 O 3 , ZnO, and Nb 2 O 5 are preferable because they are excellent in processability and stability.
  • DBEF Dual Brightness Enhancement Film
  • 3M Japan Ltd. is preferable because it has excellent optical performance and processability.
  • the reflectance of the reflective film 314 is preferably 50% or less, more preferably 30% or less, still more preferably 15% or less in the medium (non-air interface).
  • the reflectance is high, the light from the landscape outside the vehicle is reflected by the reflective film 314, the amount of light from the landscape outside the vehicle incident on the observation surface S1 is reduced, and the visibility of the landscape outside the vehicle on the observation surface S1 is reduced. Will get worse.
  • the lower limit of the reflectance may be appropriately determined according to the intensity of the image light L1, but if the reflectance is too low, the image light becomes dark and the visibility of the image light deteriorates.
  • FIG. 4 shows a head-up display 300 as a conventional image display system.
  • FIG. 5 is a diagram showing an emitted image of the image light L1 emitted from the image display unit 1 in the head-up display 300 and a reflected image of the reflected light L2 reflected by the optical element 3.
  • the conventional head-up display 300 differs from the head-up display 100 shown in FIG. 3 in that it does not have an adaptive optics unit. Therefore, in the head-up display 300, the same reference numerals are given to the same configurations as those of the head-up display 100, and the description thereof will be omitted.
  • the image light L1 (white light W) is emitted from the image display unit 1 toward the optical element 3, and the image light L2 is refracted on the first main surface 311 of the first optical member 31.
  • the red monochromatic light (R) L11, the green monochromatic light (G) L12, and the blue monochromatic light contained in the white light W ( B) L13 refracts in different directions.
  • these monochromatic lights L11, L12, and L13 are reflected by the reflective film 314 formed on the slope, pass through the first main surface 311 of the first optical member 31, and are emitted in the direction of the observation surface S1.
  • the red monochromatic light (R) L21, the green monochromatic light (G) L22, and the blue monochromatic light (B) L23 contained in the reflected light L2 reflected by the reflective film 314 are observed at different angles, that is, non-parallel. It is incident on the surface S1. Therefore, as shown in FIG. 5, the image displayed as one white light W in the emitted image IM2 of the image light L1 is the red monochromatic light L21 in the reflected image IM3 of the reflected light L2 displayed on the observation surface S1.
  • Image R, image G of green monochromatic light L22, and image B of blue monochromatic light L23 are displayed separately. This causes color cracking and blurring of the reflected image IM3.
  • the head-up display 100 is provided with an adaptive optics unit for compensating for color cracking and blurring of the reflected image.
  • the compensating optical unit according to the present embodiment may include (a) the angle of incidence of at least two or more types of monochromatic light L11, L12, and L13 contained in the image light L1 on the optical element 3, or (b). ) At least one of the angles of incidence of at least two or more monochromatic lights L21, L22, and L23 contained in the reflected light L2 reflected by the optical element 3 and emitted from the optical element 3 on the observation surface S1 is the image light L1.
  • the respective wavelengths of the monochromatic light contained in the The adjustment is made based on the angle between the optical element 3 and the incident surface on which the image light L1 of the optical element 3 is incident (hereinafter, also referred to as “tilt angle”).
  • tilt angle the angle between the optical element 3 and the incident surface on which the image light L1 of the optical element 3 is incident
  • the adaptive optics unit compensates for color cracking and blurring in the reflected image.
  • the adaptive optics unit will be described in detail.
  • the head-up display 100 shown in FIG. 3 will be described as an example, but the adaptive optics unit according to the first to third embodiments is the head-up display 100 shown in FIG. It is also applicable in.
  • FIG. 6 shows a head-up display 101 according to the first embodiment of the present invention. Further, FIG. 7 shows an emitted image IM2 of the image light L1 emitted from the image display unit 1 according to the first embodiment and a reflected image IM3 of the reflected light L2 reflected from the optical element 3.
  • the configurations of the image display unit 1 and the optical element 3 are the same as those of the head-up display 100 shown in FIG. The same reference numerals are given, and the description thereof will be omitted.
  • the image display unit 1 functions as an adaptive optics unit.
  • the image display unit 1 When the image light L1 is emitted toward the optical element 3, the image display unit 1 emits the red monochromatic light (R) L11, the green monochromatic light (G) L12, and the blue monochromatic light (B) L13 contained in the video light L1.
  • the emission angle of the light is changed according to the wavelength dependence of the refractive index of the first optical member 31.
  • the image display unit 1 at least two types of monochromatic lights L11, L12, and L13 contained in the video light L1 are displayed at different positions on the video image (emission image) of the video light L1. Generate L1.
  • the image display unit 1 adjusts the incident angle to the optical element 3 corresponding to the respective wavelengths of at least two or more types of monochromatic light L11, L12, and L13 contained in the video light L1.
  • the image display unit 1 has a red monochromatic light (R) L11 and a green monochromatic light corresponding to the pixel P1 of one white light W in the reflected image IM3 in the emitted image IM2.
  • R red monochromatic light
  • B blue monochromatic light
  • L22 and L23 are incident on substantially the same position on the observation surface S1 and are displayed as one pixel P1 of white light W in the reflected image IM3.
  • the monochromatic lights L21, L22, and L23 incident on the observation surface S1 are visually recognized as reflected images of the white light W that is not color-divided on the observation surface S1.
  • the refractive index of a medium increases as the wavelength becomes shorter. Therefore, the incident angle ⁇ in when the image light L1 is incident on the first main surface 311 of the first optical member 31 from the image display unit 1 is increased as the wavelength is shorter, so that the image light L1 is contained in the medium of the optical element 3. It is possible to compensate for the color cracking that occurs in. That is, in the image display unit 1, the monochromatic lights L11, L12, and L13 of the image light L1 are refracted on the first main surface 311 of the first optical member 31 according to the refractive index at each wavelength of the optical element 3.
  • the incident angle ⁇ in is obtained so that the emission angle ⁇ out when the light is reflected by the reflective film 314 and is refracted again on the first main surface 311 of the first optical member 31 to be emitted is close.
  • the image display unit 1 causes each monochromatic light to be incident on the optical element 3 at the obtained incident angle ⁇ in , so that the driver 200 can visually recognize the reflected image of the white light W on the observation surface S1.
  • the incident angle ⁇ in is an angle formed by the image light L1 (each monochromatic light L11, L12, L13) and the normal of the first main surface 311 of the first optical member 31, and is the first optical member.
  • the normal direction of the first main surface 311 of 31 is 0 degree.
  • the emission angle ⁇ out is an angle formed by the reflected light L2 (each monochromatic light L21, L22, L23) and the normal line of the first main surface 311 of the first optical member 31, and is the first optical member.
  • the normal direction of the first main surface 311 of 31 is 0 degree.
  • the refractive index n 1 ( ⁇ ) means the refractive index at the wavelength ⁇ of the optical element 3.
  • the refraction angle ⁇ is an angle formed by the refracted image light L1 and the normal line of the first main surface 311 of the first optical member 31, and is the first main surface of the first optical member 31.
  • the normal direction of 311 is 0 degree.
  • the image display unit 1 uses the equations (1) and (2) so that the emission angles ⁇ out of the monochromatic lights L21, L22, and L23 are close to each other according to n 1 ( ⁇ ) and ⁇ .
  • the incident angles ⁇ in of each of the monochromatic lights L11, L12, and L13 are obtained. Even when a light source such as an LED or a liquid crystal display that emits light having a predetermined spectral width is used, color cracking can be compensated by the same method.
  • the image display unit 1 may obtain the incident angle ⁇ in by the same method as the above method using the peak wavelength of the emitted video light L1 as the wavelength ⁇ .
  • the image display unit 1 has the red monochromatic light (R) L11, the green monochromatic light (G) L12, and the blue monochromatic light (B) included in the image light L1.
  • the image display unit 1 By generating the video light L1 displayed at different positions on the video image (emission image) IM2 of the video light L1, the image display unit 1 causes the monochromatic light L11, L12, L13 included in the video light L1.
  • the angle of incidence on the optical element 3 is adjusted according to each wavelength.
  • the image display unit 1 uses the above equations (1) and (2), and the emission angles ⁇ out of the monochromatic lights L21, L22, and L23 are close to each other according to n 1 ( ⁇ ) and ⁇ .
  • the monochromatic lights L11, L12, and L13 contained in the video light L1 generate the video light L1 arranged at different positions on the emitted image IM2 so as to have an angle, thereby optics of the monochromatic light L11, L12, and L13.
  • the angle of incidence ⁇ in on the element 3 is adjusted.
  • the incident angles of the monochromatic lights L21, L22, and L23 incident on the observation surface S1 are also close to each other, and the monochromatic lights L21, L22, and L23 incident on the observation surface S1 are not discolored on the observation surface S1. It is visually recognized as a reflected image IM3 of white light W.
  • the head-up display 101 even when a laminated glass having a shape in which the reflecting surface 315 is not parallel to the incident surface (refractive surface) is used, the reflection on the observation surface S1 is used. It is possible to suppress color cracking and blurring of the image.
  • FIG. 8 shows the head-up display 102 according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 shows the relationship between the third optical member 4 according to the second embodiment and the incident angle of the image light L1 incident on the optical element 3.
  • FIG. 10 shows an emitted image IM2 of the image light L1 emitted from the image display unit 1 according to the second embodiment and a reflected image IM3 of the reflected light L2 reflected from the optical element 3.
  • the head-up display 102 according to the second embodiment includes a third optical member 4 as an adaptive optics unit in addition to the image display unit 1 and the optical element 3.
  • the third optical member 4 is provided in contact with or away from the optical element 3 on the optical path from the image display unit 1 to the first main surface 311 on which the image light L1 of the optical element 3 is incident. It is an optical member having a function. Then, the third optical member 4 refracts the image light L1 incident on the third optical member 4, so that at least two or more kinds of monochromatic light L11 and L12 contained in the image light L1 to the optical element 3 are refracted. , Adjust the incident angle of L13.
  • the refraction angle ⁇ is set to ⁇ .
  • the refractive index n 2 ( ⁇ ) means the refractive index at the wavelength ⁇ of the third optical member 4.
  • the refraction angle ⁇ is an angle formed by the refracted image light L1 and the normal line of the surface on which the image light L1 of the third optical member 4 is incident (hereinafter referred to as “incident surface”).
  • the refraction angle c is an angle formed by the refracted image light L1 and the normal line of the surface (hereinafter, referred to as “exit surface”) from which the image light L1 is emitted from the third optical member 4. Yes, the emission normal direction of the third optical member 4 is set to 0 degrees.
  • the angle b is an angle between the incident surface and the exit surface of the third optical member 4.
  • ⁇ in c + d ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ (5)
  • the angle d is the angle formed by the first main surface 311 of the optical element 3 and the exit surface of the third optical member 4 in FIG.
  • the image light L1 is incident on the optical element 3 having a refractive index n 1 ( ⁇ ) from the air at an incident angle ⁇ in , assuming that the refraction angle is ⁇ , as in the above equation (1), the following Equation (6) holds.
  • the incident angles ⁇ in of the monochromatic lights L11, L12, and L13 to the optical element 3 are adjusted. Even when a light source such as an LED or a liquid crystal display that emits light having a predetermined spectral width is used, color cracking can be compensated by the same method.
  • the image display unit 1 may adjust the incident angle ⁇ in by the same method as the above method using the peak wavelength of the emitted video light L1 as the wavelength ⁇ .
  • the third optical member 4 causes the emission angles ⁇ out of the monochromatic lights L21, L22, and L23 emitted from the optical element 3 to be close to each other.
  • the image light L1 incident on the third optical member 4 can be refracted to adjust the incident angles of at least two or more monochromatic lights L11, L12, and L13 contained in the image light L1 on the optical element 3. can.
  • the emission angles ⁇ out of the monochromatic lights L21, L22, and L23 emitted from the optical element 3 are close to each other, so that the incident angles of the monochromatic lights L21, L22, and L23 incident on the observation surface S1 are also close to each other. It becomes.
  • the green monochromatic light (G) L22 and the blue monochromatic light (B) L23 are incident at substantially the same position on the observation surface S1 and are displayed as one white light W pixel P4 in the reflected image IM3.
  • the monochromatic lights L21, L22, and L23 incident on the observation surface S1 are visually recognized as reflected images of the white light W that is not color-divided on the observation surface S1.
  • the third optical member 4 refracts the image light L1 incident on the third optical member 4, so that the image light to the optical element 3 is emitted.
  • the incident angles of the monochromatic lights L11, L12, and L13 included in L1 are adjusted.
  • the image display unit 1 uses the above equations (3) to (7), and the monochromatic light L21, L22, and L23 correspond to n 1 ( ⁇ ), n 2 ( ⁇ ), and ⁇ , respectively.
  • the incident angles ⁇ in of the monochromatic lights L11, L12, and L13 to the optical element 3 are adjusted.
  • the incident angles of the monochromatic lights L21, L22, and L23 incident on the observation surface S1 are also close to each other, and the monochromatic lights L21, L22, and L23 incident on the observation surface S1 are not discolored on the observation surface S1. It is visually recognized as a reflected image of white light W. Therefore, according to the head-up display 102 according to the second embodiment, even when a laminated glass having a shape in which the reflecting surface 315 is not parallel to the incident surface (refractive surface) is used, the reflected image on the observation surface is used. Color cracking and blurring can be suppressed.
  • FIG. 11 shows a head-up display 103 according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 shows the relationship between the third optical member 4 according to the second embodiment and the incident angle of the image light L1 incident on the optical element 3.
  • the head-up display 103 according to the third embodiment includes a third optical member 4 as an adaptive optics unit in addition to the image display unit 1 and the optical element 3. Since the configurations of the image display unit 1 and the optical element 3 are the same as those of the head-up display 100 shown in FIG. 3, the same reference numerals are given to the same configurations, and the description thereof will be omitted.
  • the third optical member 4 is provided on the optical path from the first main surface 311 to the observation surface S1 from which the reflected light L2 of the optical element 3 is emitted, in contact with or separated from the optical element 3. It is an optical member having a function. Then, the third optical member 4 is at least included in the reflected light L2 that is reflected by the optical element 3 and emitted from the optical element 3 by refracting the reflected light L2 incident on the third optical member 4. The angles of incidence of two or more types of monochromatic light L21, L22, and L23 on the observation surface S1 are adjusted.
  • the angle D is formed by the first main surface 311 of the optical element 3 and the surface on which the reflected light L2 of the third optical member 4 is incident (hereinafter referred to as an “incident surface”) in FIG. The angle of the angle.
  • the reflected light L2 from the air is incident on the third optical member 4 having the refractive index n 2 ( ⁇ ) at an angle A, assuming that the refraction angle is ⁇ ', the same as the above equation (3).
  • the following equation (11) holds.
  • the refraction angle C is an angle formed by the refracted reflected light L2 and the normal line of the surface (hereinafter, referred to as “exit surface”) from which the reflected light L2 is emitted from the third optical member 4.
  • the emission normal direction of the third optical member 4 is set to 0 degrees.
  • the angle B is an angle between the incident surface and the exit surface of the third optical member 4.
  • the refraction angle C of each monochromatic light L11, L12, L13 to the observation surface S1 is adjusted by determining the angles B and D. Even when a light source such as an LED or a liquid crystal display that emits light having a predetermined spectral width is used, color cracking can be compensated by the same method.
  • the image display unit 1 may adjust the refraction angle C by the same method as the above method using the peak wavelength of the emitted video light L1 as the wavelength ⁇ .
  • the third optical member 4 has an angle at which the refraction angles C of the monochromatic lights L21, L22, and L23 emitted from the third optical member 4 are close to each other.
  • the observation surface S1 of at least two or more types of monochromatic light L21, L22, L23 emitted from the third optical member 4 is formed. The angle of incidence of can be adjusted.
  • the refraction angles C of the monochromatic lights L21, L22, and L23 emitted from the third optical member 4 are close to each other, so that the incident angles of the monochromatic lights L21, L22, and L23 incident on the observation surface S1 are also set. It will be a close angle. Therefore, for example, as shown in FIG. 10, the red monochromatic light (R) L21 of the reflected light L2 corresponding to the pixel P3 of one white light W in the emitted image IM2 of the image light L1 emitted from the image display unit 1.
  • the green monochromatic light (G) L22 and the blue monochromatic light (B) L23 are incident at substantially the same position on the observation surface S1 and are displayed as one white light W pixel P4 in the reflected image IM3.
  • the monochromatic lights L21, L22, and L23 incident on the observation surface S1 are visually recognized as reflected images of the white light W that is not color-divided on the observation surface S1.
  • the third optical member 4 refracts the reflected light L2 incident on the third optical member 4, so that the reflected light is reflected on the observation surface S1.
  • the incident angles of the monochromatic lights L21, L22, and L23 included in L2 are adjusted.
  • each monochromatic light L21, L22, L23 is a third optical member according to n 1 ( ⁇ ), n 2 ( ⁇ ), and ⁇ .
  • the angles B and D are determined so that the refraction angles C when emitting from 4 are close to each other.
  • the incident angles of the monochromatic lights L21, L22, and L23 incident on the observation surface S1 are also close to each other, and the monochromatic lights L21, L22, and L23 incident on the observation surface S1 are not discolored on the observation surface S1. It is visually recognized as a reflected image of white light W. Therefore, according to the head-up display 103 according to the third embodiment, even when a laminated glass having a shape in which the reflecting surface 315 is not parallel to the incident surface (refractive surface) is used, the reflected image on the observation surface is used. Color cracking and blurring can be suppressed.
  • the first optical member 31 and the second optical member 32, excluding the reflective film 314 of the optical element 3 in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, and the third optical member 4 are made of polymethyl methacrylate resin (PMMA; It is formed from polymethylmethacrylicate). Therefore, the refractive index n 1 ( ⁇ ) of the first optical member 31 and the second optical member 32 excluding the reflective film 314 of the optical element 3 in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 and the third optical member 4 The refractive index n 2 ( ⁇ ) of is the same value.
  • the reflective film 314 is a multilayer film in which a film having a thickness of 10 nm made of TiO 2 , a film having a thickness of 38.68 nm made of SiO 2 , and a film having a thickness of 69.13 nm made of TiO 2 are laminated in this order. ..
  • the wavelengths of the red monochromatic light (R) L11, the green monochromatic light (G) L12, and the blue monochromatic light (B) L13 contained in the video light L1 are 637 nm, respectively. It is 523 nm and 455 nm.
  • n 2 ( ⁇ ) were calculated by creating a graph of the wave number and the refractive index based on the data in Table 1.
  • the refractive indexes n 1 ( ⁇ ) and n 2 ( ⁇ ) at each wavelength of 637 nm, 523 nm, and 455 nm are 1.490, 1.495, and 1.501, respectively. Further, in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, the slope angle ⁇ is 28 °.
  • the refractive index n in the air is 1.
  • FIG. 13 shows the head-up display 101A of the first embodiment, which is the first embodiment of the first embodiment.
  • the axis parallel to the first main surface 311 of the optical element 3 is the X axis
  • the normal direction of the first main surface 311 is the Y axis.
  • the image display unit 1 uses the equations (1) and (2) to emit angles of the monochromatic lights L21, L22, and L23 according to n 1 ( ⁇ ) and ⁇ .
  • the incident angles ⁇ in of each monochromatic light L11, L12, and L13 were obtained so that ⁇ out had a close angle.
  • Table 2 below shows the emission angles ⁇ out of the monochromatic lights L21, L22, and L23 contained in the ⁇ in obtained by the image display unit 1 and the reflected light L2 emitted from the optical element 3 obtained as a result.
  • the emission angles ⁇ out of the monochromatic lights L21, L22, and L23 contained in the reflected light L2 emitted from the optical element 3 have the same value, so that the light is incident on the observation surface S1.
  • the incident angles of the monochromatic lights L21, L22, and L23 are also equal. Therefore, each of the monochromatic lights L21, L22, and L23 incident on the observation surface S1 is visually recognized as a reflected image of the white light W which is not color-divided on the observation surface S1.
  • FIG. 14 shows the head-up display 102A of the second embodiment, which is the second embodiment of the second embodiment.
  • the axis parallel to the first main surface 311 of the optical element 3 is the X axis
  • the normal direction of the first main surface 311 is the Y axis.
  • a third optical member 4 having angles b and d determined so that the emission angles ⁇ out of the monochromatic lights L21, L22, and L23 included in the light is close to each other is used.
  • the third optical member 4 enters the optical element 3 so that the emission angles ⁇ out of the monochromatic lights L21, L22, and L23 contained in the reflected light L2 emitted from the optical element 3 are close to each other.
  • the incident angles ⁇ in of each of the monochromatic lights L11, L12, and L13 are adjusted.
  • the determined angles b and d, the resulting angles a and c, the incident angle ⁇ in and the exit angle ⁇ out to the optical element 3 are shown in Table 3 below.
  • Table 3 the emission angles ⁇ out of the monochromatic lights L21, L22, and L23 contained in the reflected light L2 emitted from the optical element 3 have the same value, so that the light is incident on the observation surface S1.
  • the incident angles of the monochromatic lights L21, L22, and L23 are also equal. Therefore, each of the monochromatic lights L21, L22, and L23 incident on the observation surface S1 is visually recognized as a reflected image of the white light W which is not color-divided on the observation surface S1.
  • FIG. 15 shows a head-up display 103A of the third embodiment, which is an embodiment of the third embodiment.
  • the axis parallel to the first main surface 311 of the optical element 3 is the X axis
  • the normal direction of the first main surface 311 is the Y axis.
  • the equations (8) to (12) are used to emit light from the third optical member 4 according to n 1 ( ⁇ ), n 2 ( ⁇ ), and ⁇ .
  • a third optical member 4 having angles B and D determined so that the emission angles C of the monochromatic lights L21, L22, and L23 included in the reflected light L2 are close to each other is used.
  • the third optical member 4 so that the emission angles C of the monochromatic lights L21, L22, and L23 contained in the reflected light L2 emitted from the optical element 3 by the third optical member 4 are close to each other.
  • Each monochromatic light L11, L12, L13 incident on the above is refracted.
  • the determined angles B and D, the resulting angles A and C, the incident angle ⁇ in and the exit angle ⁇ out to the optical element 3 are shown in Table 4 below.
  • the emission angles C of the monochromatic lights L21, L22, and L23 included in the reflected light L2 emitted from the third optical member 4 have equal values, whereby the observation surface S1 has an equal emission angle.
  • the incident angles of the incident monochromatic lights L21, L22, and L23 are also the same. Therefore, each of the monochromatic lights L21, L22, and L23 incident on the observation surface S1 is visually recognized as a reflected image of the white light W which is not color-divided on the observation surface S1.
  • Comparative Example 1 The head-up display of Comparative Example 1 was carried out except that the incident angle ⁇ in of the image light L1 on the optical element 3 was 68.0 ° regardless of the monochromatic lights L11, L12, and L13 included in the image light L1. This is the same as the head-up display 101A of Example 1.
  • Table 5 below shows the emission angles ⁇ out of the monochromatic lights L21, L22, and L23 contained in the incident angle ⁇ in in Comparative Example 1 and the reflected light L2 emitted from the optical element 3 obtained as a result.
  • the monochromatic light L11, L12, and L13 are transferred from the image display unit 1 to the first main surface 311 of the first optical member 31 at an incident angle ⁇ in as shown in Table 2. It can be seen that the emission angle ⁇ out from the optical element 3 can be made equal to the light incident on the observation surface S1, and color cracking does not occur in the reflected image on the observation surface S1. Further, in the second embodiment, the incident angles of the monochromatic lights L11, L12, and L13 contained in the image light L1 on the optical element 3 are used by using the third optical member 4 defined by b and d shown in Table 3.
  • ⁇ out can be made equal, and it can be seen that color cracking does not occur in the reflected image on the observation surface S1.
  • the incident angles of the monochromatic lights L21, L22, and L23 contained in the reflected light L2 on the observation surface S1 are adjusted by using the third optical member 4 defined by B and D shown in Table 4. By doing so, it can be seen that color cracking does not occur in the reflected image on the observation surface S1.
  • Table 5 when the incident angles ⁇ in of the monochromatic lights L11, L12, and L13 of the video light L1 are constant, the emission angles ⁇ out from the optical element 3 are different, and the reflection on the observation surface S1. It can be seen that color cracking occurs in the image.
  • Head-up display image display system
  • 1 image display unit (compensation optical unit); 2 front glass; 3 optical element; 31 first optical member; 311 first Main surface; 312 3rd main surface; 313 1st uneven shape; 314 reflective film; 315 reflective surface; 32 2nd optical member; 321 4th main surface; 322 2nd main surface; 323 2nd Concavo-convex shape; 4 Third optical member (compensation optics); L1 image light; L11, L12, L13 monochromatic light; L2 reflected light; L21, L22, L23 monochromatic light; S1 observation surface; IM1 imaginary image; IM2 emission image ; IM3 reflection image

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Abstract

本発明の画像表示システムは、映像光（Ｌ１）を出射する画像表示部（１）と、第１の光学部材（３１）、第２の光学部材（３２）、及び第１の光学部材（３１）の主面と第２の光学部材（３２）の主面との間に、当該主面と非平行な反射面（３１５）を有する反射膜（３１４）を備え、当該映像光（Ｌ１）を反射する光学素子（３）と、を備え、単色光（Ｌ１１），（Ｌ１２），（Ｌ１３）の光学素子（３）への入射角（θｉｎ）又は光学素子（３）からの反射光（Ｌ２）に含まれる単色光（Ｌ２１），（Ｌ２２），（Ｌ２３）の観察面（Ｓ１）への入射角の少なくとも一方を、単色光（Ｌ１１），（Ｌ１２），（Ｌ１３）の波長λ、第１、第２の光学部材の屈折率ｎ１（λ），ｎ２（λ）及び反射面（３１５）の傾斜角度γに基づいて、調整することによって、色割れを補償する補償光学部をさらに備える。

Description

画像表示システム
　本発明は、画像表示システムに関する。
　車両用ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）は、車両の前方に向かって車両のフロントガラスの外側に位置するように視認される仮想映像を提供する。運転手が車両の外を見ることから著しく注意をそらして機器を確認する必要がないため、ヘッドアップディスプレイによって安全性が向上するという利点が得られる。一般に、フロントガラスは一対のガラス基板の間にガラス飛散防止等のための中間膜が挿入された合わせガラス構造となっている。しかしながら、この合わせガラスに映像光を出射した場合、映像光が車内側と車外側のガラス表面にて反射されることにより二重に見えてしまうことがあった。そこで、特許文献１では斜面に反射層を形成した複数の単位光学形状（プリズム形状）を有する光学シートをガラス基板間に挿入している。これにより、反射される映像光を表面反射（正反射）方向以外に反射させて、運転手が観察する映像光が二重像になることを防止している。
特許第６５６５５１０号
　一般に、物質の屈折率は、波長依存性を有する。通常の合わせガラスのように反射面が入射面（屈折面）に対して平行であれば、合わせガラスに入射した光が屈折される屈折角が波長ごとに異なっても、合わせガラス内部の反射面で反射された後の光路によって波長ごとの屈折角の差が解消される。そのため、合わせガラスから出射される光の屈折角は波長ごとに異ならずに済む。一方で、特許文献１に記載の内部にプリズム形状を有する合わせガラスでは、反射面が入射面（屈折面）に対して平行ではない、すなわち、斜面で反射されるために、内部に使用される材料の屈折率の波長依存性によって波長ごとに屈折角が異なった状態のまま外部（運転手）へと出射され、色割れやボケが生じてしまう。
　本発明は、反射面が入射面（屈折面）に対して平行ではない形状を有する合わせガラスを用いる場合であっても、観察面における反射像の色割れやボケを抑制できる画像表示システムを提供することを目的とする。
　本発明に係る画像表示システムは、少なくとも２種以上の単色光を含む映像光を出射する画像表示部と、前記画像表示部から出射された前記映像光を反射する光学素子と、を備える。また、前記光学素子は、第１の主面を備える第１の光学部材と、前記第１の主面と対向する第２の主面を備える第２の光学部材と、前記第１の主面と前記第２の主面との間に設けられ、前記第１の主面及び前記第２の主面の少なくとも一方と非平行な反射面と、を備える。そして、前記画像表示部から出射された前記映像光は前記第１の主面及び前記第２の主面の何れかの前記主面に入射し、前記反射面において反射され、当該主面から出射される。また、前記画像表示システムは、（ａ）前記映像光に含まれる少なくとも２種以上の前記単色光の前記光学素子への入射角、又は、（ｂ）前記光学素子において反射され前記光学素子から出射される反射光に含まれる少なくとも２種以上の前記単色光の観察面への入射角、の少なくとも一方を、前記映像光に含まれる前記単色光のそれぞれの波長、前記第１の光学部材の各波長における屈折率、前記第２の光学部材の各波長における屈折率、及び前記反射面と前記光学素子の前記映像光が入射する入射面との角度に基づいて、調整することによって、色割れを補償する補償光学部をさらに備える。
　前記第１の光学部材は、前記第１の主面と対向する第３の主面を備え、前記第３の主面は、第１の凹凸形状を備え、前記第１の主面は、平坦面を備え、前記第１の凹凸形状を備える前記第３の主面上に反射膜が形成され、前記第２の光学部材は、前記第２の主面と対向する第４の主面を備え、前記第４の主面は、前記第１の凹凸形状の反転形状である第２の凹凸形状を備え、前記第２の主面は、平坦面を備え、前記第２の凹凸形状を備える前記第４の主面は前記反射膜と接しており、前記反射面は、前記反射膜が前記映像光を反射する面であることが好ましい。
　前記補償光学部は、前記映像光に含まれる少なくとも２種以上の前記単色光が前記映像光の映像画像上で異なる位置に表示された前記映像光を生成することにより、前記映像光に含まれる少なくとも２種以上の前記単色光のそれぞれの波長に対応して前記光学素子への入射角を調整することが好ましい。
　前記補償光学部は、前記画像表示部から前記光学素子の前記映像光が入射する前記主面までの光路上、又は、前記光学素子の前記映像光が出射される前記主面から前記観察面までの光路上に前記光学素子と接触又は離間して設けられる、波長分光機能を有する第３の光学部材であり、第３の光学部材に入射する前記映像光又は前記反射光を屈折させることにより、（ａ）前記映像光に含まれる少なくとも２種以上の前記単色光の前記光学素子への入射角、又は、（ｂ）前記光学素子において反射され前記光学素子から出射される前記反射光に含まれる少なくとも２種以上の前記単色光の前記観察面への入射角、の少なくとも一方を調整することが好ましい。
　前記第１の光学部材及び前記第２の光学部材は、透明であることが好ましい。
　前記光学素子の前記反射膜以外の構成の屈折率は実質的に同一であることが好ましい。
　前記反射面は、誘電体多層膜、金属膜、又はナノ積層フィルムから選ばれる何れかの反射膜により構成されることが好ましい。
　前記第１の凹凸形状及び前記第２の凹凸形状は、プリズム形状又はフレネルレンズ形状であることが好ましい。
　前記プリズム形状又は前記フレネルレンズ形状の斜面角度は一定又は徐々に変化することが好ましい。
　前記少なくとも２種以上の前記単色光はレーザー光であることが好ましい。
　本発明によれば、反射面が入射面（屈折面）に対して平行ではない形状を有する合わせガラスを用いる場合であっても、観察面における反射像の色割れやボケを抑制できる画像表示システムを提供することができる。
本発明の実施の形態に係る画像表示システムとしてのヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）の構成を示す図である。 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画像表示部及び光学素子の一例を示す図である。 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画像表示部及び光学素子の他の例を示す図である。 従来の画像表示システムの課題を説明する図である。 従来の画像表示システムにおいて画像表示部から出射される映像光の出射像と光学素子から反射された反射光の反射像とを示す図である。 本発明の実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイを示す図である。 本発明の実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイにおいて画像表示部から出射される映像光の出射像と光学素子から反射された反射光の反射像とを示す図である。 本発明の実施の形態２に係るヘッドアップディスプレイを示す図である。 本発明の実施の形態２に係る第３の光学部材と光学素子へ入射する映像光の入射角との関係を示す図である。 本発明の実施の形態２、３に係るヘッドアップディスプレイにおいて画像表示部から出射される映像光の出射像と光学素子から反射された反射光の反射像とを示す図である。 本発明の実施の形態３に係るヘッドアップディスプレイを示す図である。 本発明の実施の形態３に係る第３の光学部材と光学素子から出射される映像光の出射角との関係を示す図である。 本発明の実施例１に係るヘッドアップディスプレイを示す図である。 本発明の実施例２に係るヘッドアップディスプレイを示す図である。 本発明の実施例３に係るヘッドアップディスプレイを示す図である。
　図面を参照して、本発明に係る画像表示システムの実施形態について説明する。但し、本発明が以下の実施形態に限定されるものではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されており、各軸方向の縮尺がそれぞれ異なることがある。また、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件並びにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」、「垂直」、「直交」、「同一」、「平坦」等の用語については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。
　図１に、本発明の実施形態に係る画像表示システムとしてのヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）１００の構成を示す。ヘッドアップディスプレイ１００は、図１に示すように、画像表示部１、フロントガラス２、補償光学部（不図示）等を備える。なお、ヘッドアップディスプレイ１００は、必要に応じて、走査ミラー、拡散板、拡大鏡やその他の構成を備えていてもよい。また、補償光学部については、後述する。
　図１に示すように、画像表示部１から出射された映像光Ｌ１はフロントガラス２に入射し、フロントガラス２において反射され、フロントガラス２から出射した映像光Ｌ１は運転手２００の網膜に入射する。これにより、運転手２００は、映像光Ｌ１を虚像ＩＭ１として視認する。以下、画像表示部１を運転手２００よりも地平面の法線方向上側（車内の天井側）に設置し、フロントガラス２として本発明に係る光学素子３を適用した実施の形態について説明する。なお、図１～図３において、地平面上の車両及び運転手２００にとっての前後方向をｙ軸とし、当該ｙ軸に直交する地平面上の軸をｘ軸とし、地平面に対する法線方向をｚ軸とする。
　図２に、本発明の実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ１００の画像表示部１及び光学素子３の一例を示す。なお、図２には示していないが、本発明の実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ１００は、反射像に色割れやボケを補償する補償光学部をさらに備える。当該補償光学部については、後述において詳細に説明する。
　画像表示部１は、少なくとも２種以上の単色光を含む映像光を出射する。例えば、画像表示部１は、プロジェクタ等であり、赤（Ｒ；Ｒｅｄ）、緑（Ｇ；Ｇｒｅｅｎ），青（Ｂ；Ｂｌｕｅ）の三原色のレーザービームを合成して出射してもよい。なお、本明細書において、単色光とは、レーザー光源から出射される単一波長を有するレーザー光だけでなく、ＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ　ｅｍｉｔｔｉｎｇ　ｄｉｏｄｅ）や液晶等から出射される所定のスペクトル幅を有する光であってもよい。
　画像表示部１に用いられる光源としては、液晶、ＬＥＤ、有機ＥＬ（ＯＥＬ；ｏｒｇａｎｉｃ　ｅｌｅｃｔｒｏ－ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、マイクロＬＥＤ、レーザー光源等が好ましく、特にレーザー光源が好ましい。単色光の有するスペクトルの半値幅が狭く、屈折率の波長分布の影響を受けにくいためである。
　光学素子３は、第１の光学部材３１、第２の光学部材３２を備える。
　第１の光学部材３１は、第１の主面３１１を備え、第２の光学部材３２は、第１の主面３１１と対向する第２の主面３２２を備える。
　そして、光学素子３は、第１の主面３１１と第２の主面３２２との間に設けられ、第１の主面３１１及び第２の主面３２２の少なくとも一方と非平行な反射面３１５をさらに備える。
　具体的には、第１の光学部材３１は、第１の主面３１１と対向する第３の主面３１２をさらに備える。また、第１の主面３１１及び第３の主面３１２は、何れも平坦面を備える。また、第３の主面３１２は、第１の主面３１１と非平行となっている。さらに、第１の光学部材３１は、第３の主面３１２上に形成された反射膜３１４を備えている。そして、反射面３１５は、反射膜３１４が、映像光Ｌ１を反射する面である。すなわち、図２に示す例では、第１の光学部材３１の反射膜３１４が形成された第３の主面３１２が反射面３１５である。そのため、反射面３１５は、第１の主面３１１と非平行となっている。なお、反射膜３１４は、第３の主面３１２上の一部にのみ形成されていてもよい。
　また、第２の光学部材３２は、第２の主面３２２と対向する第４の主面３２１をさらに備える。また、第２の主面３２２及び第４の主面３２１は、何れも平坦面を備える。また、第４の主面３２１の面形状は、第３の主面３１２の面形状の反転形状となっている。そして、第２の光学部材３２の第４の主面３２１は、第１の光学部材３１の第３の主面３１２上に形成された反射膜３１４と接している。そのため、反射面３１５は、第２の主面３２２とも非平行となっている。
　なお、「平坦面」とは、当該平坦面が波打つことがなく、当該平坦面に入射した入射光が当該平坦面において反射される場合に拡散して反射されない程度に、当該平坦面に入射した入射光が当該平坦面を透過する場合に拡散して透過しない程度に、平坦な面である。
　また、第１の光学部材３１、第２の光学部材３２、反射膜３１４を構成する材料については、後述において詳細に説明する。
　そして、画像表示部１から出射された映像光Ｌ１は第１の主面３１１及び第２の主面３２２の何れかの主面に入射し、反射面３１５において反射され、当該主面から出射される。図２に示す例では、映像光Ｌ１は、第１の光学部材３１の第１の主面３１１に入射する。次いで、映像光Ｌ１は、第１の光学部材３１の第３の主面３１２と第２の光学部材３２の第４の主面３２１との間に形成されている反射膜３１４によって反射され、反射光Ｌ２が運転手２００の網膜Ｓ１（以下、「観察面Ｓ１」と称する。）上に入射する。以下、観察面Ｓ１上に入射された反射光Ｌ２によって観察面Ｓ１上に形成される像を「反射像」と称する。また、図３に示すように、観察面Ｓ１に入射する反射光Ｌ２の他に、映像光Ｌ１が第１の光学部材３１の第１の主面３１１において正反射された正反射光Ｌ３と、第２の光学部材３２の第２の主面３２２を透過する透過光Ｌ４が存在する。
　本実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ１００では、反射面３１５が入射面（屈折面）である第１の主面３１１に対して平行ではない、すなわち、斜面で反射される。そのため、後述する補償光学部を用いない場合、第１の光学部材３１の内部に使用される材料の屈折率の波長依存性によって、波長ごとに屈折角が異なった状態のまま、第１の主面３１１から運転手２００へと出射され、色割れやボケが生じてしまう。
　例えば、図２において光学素子３がＰＭＭＡで構成される場合、第１の主面３１１に対して反射面３１５が０．７°傾いていると、視力１を有する運転手２００には色が割れて観察されてしまう。
　そこで、本実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ１００は、反射像の色割れやボケを補償するための補償光学部を備える。具体的には、本実施の形態に係る補償光学部は、（ａ）映像光Ｌ１に含まれる少なくとも２種以上の単色光Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３の光学素子３への入射角、又は、（ｂ）光学素子３において反射され当該光学素子３から出射される反射光Ｌ２に含まれる少なくとも２種以上の単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３の観察面Ｓ１への入射角、の少なくとも一方を、映像光Ｌ１に含まれる単色光のそれぞれの波長、第１の光学部材３１の各波長における屈折率、第２の光学部材３２の各波長における屈折率、及び反射膜３１４における映像光Ｌ１を反射する反射面３１５と光学素子３の映像光Ｌ１が入射する入射面との角度（以下、「傾斜角度」とも称する。）に基づいて、調整する。これにより、補償光学部は、反射像における色割れ及びボケを補償する。補償光学部については、後述において詳細に説明する。
　図３に、本発明の実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ１００の画像表示部１及び光学素子３の他の例を示す。なお、図３には示していないが、本発明の実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ１００は、反射像に色割れやボケを補償する補償光学部をさらに備える。当該補償光学部については、後述において詳細に説明する。
　画像表示部１は、図２に示す画像表示部１と同様であるため、その説明を省略する。
　光学素子３は、図２に示す光学素子３と同様に、第１の光学部材３１、第２の光学部材３２を備える。本実施の形態に係る光学素子３は、図２に示す光学素子３と、第３の主面３１２が第１の凹凸形状３１３を備え、第４の主面３２１が第２の凹凸形状３２３を備える点が異なる。
　具体的には、第１の光学部材３１は、第１の主面３１１、第１の主面３１１と対向する第３の主面３１２とを備え、第３の主面３１２は、第１の凹凸形状３１３を備え、第１の主面３１１は、平坦面を備える。また、第１の光学部材３１は、第１の凹凸形状３１３を備える第３の主面３１２上に形成された反射膜３１４を備えている。すなわち、図３に示す例では、第１の光学部材３１の反射膜３１４が形成された第３の主面３１２が反射面３１５である。なお、反射膜３１４は、第３の主面３１２上の一部にのみ形成されていてもよい。
　第２の光学部材３２は、第２の主面３２２、第２の主面３２２と対向する第４の主面３２１とを備え、第４の主面３２１は、第２の凹凸形状３２３を備え、第２の主面３２２は、平坦面を備える。また、図３に示すように、第２の凹凸形状３２３は、第１の凹凸形状３１３の反転形状となっている。そして、第２の光学部材３２の第４の主面３２１は、第１の光学部材３１の第３の主面３１２上に形成された反射膜３１４と接している。
　そして、映像光Ｌ１は、第１の光学部材３１の平坦性を有する第１の主面３１１に入射する。次いで、映像光Ｌ１は、第１の光学部材３１の第１の凹凸形状３１３を有する第３の主面３１２と第２の光学部材３２の第２の凹凸形状３２３を有する第４の主面３２１との間に形成されている反射膜３１４によって反射され、反射光Ｌ２が運転手２００の網膜Ｓ１（以下、「観察面Ｓ１」と称する。）上に入射する。以下、観察面Ｓ１上に入射された反射光Ｌ２によって観察面Ｓ１上に形成される像を「反射像」と称する。また、図３に示すように、観察面Ｓ１に入射する反射光Ｌ２の他に、映像光Ｌ１が第１の光学部材３１の第１の主面３１１において正反射された正反射光Ｌ３と、第２の光学部材３２の平坦面を有する第２の主面３２２を透過する透過光Ｌ４が存在する。
　反射膜３１４を除く第１の光学部材３１、及び第２の光学部材３２を構成する材料は、紫外線硬化性樹脂や熱可塑性樹脂であることが望ましい。紫外線硬化性樹脂の具体例としては、ウレタンアクリレート系、アクリルアクリレート系、エポキシアクリレート系が、信頼性等の長期安定性に優れるため好ましい。熱可塑性樹脂の具体例としては、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルブチラール、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、シクロオレフィンポリマー、ポリエチレン、ポリプロピレン等が、加工性や成形安定性に優れるためより好ましい。
　光学素子３の反射膜３１４以外の構成の屈折率は実質的に同一であることが好ましい。具体的には、反射膜３１４を除く第１の光学部材３１を構成する材料と、第２の光学部材３２を構成する材料との各波長における屈折率差Δｎは０．０２以下であることが好ましく、より好ましくは０．０１以下であり、更に好ましくは０．００５以下であることが望ましい。Δｎが大きい場合、第１の光学部材３１と第２の光学部材３２との間で光が屈折し、光学素子３越しに見た風景の視認性が悪化してしまう。さらに、反射膜３１４を除く第１の光学部材３１及び第２の光学部材３２を構成する材料の屈折率の波長依存性そのものが小さいことが望ましい。色割れとボケの影響が小さくなるためである。
　第１の凹凸形状３１３及び第２の凹凸形状３２３は、プリズム形状又はフレネルレンズ形状であることが好ましい。また、当該プリズム形状又は当該フレネルレンズ形状の斜面角度は一定又は徐々に変化することが好ましい。当該プリズム形状又は当該フレネルレンズ形状の斜面角度が一定であることにより、光学素子３から反射された反射光Ｌ２によって観察面Ｓ１において形成される反射像は、当該光学素子３の外側（車外側）に存在する虚像ＩＭ１として視認され得る。また、当該プリズム形状又は当該フレネルレンズ形状の斜面角度が、例えば、光学素子３の中心から外縁に向かうにつれて徐々に大きくなる場合、光学素子３に凸レンズ又は凹レンズとしての機能を付与することができる。これにより、光学素子３は、単なる反射部材ではなく、画像の拡大・縮小を行う部材としても機能することができる。
　また、第１の光学部材３１及び第２の光学部材３２は、透明であることが好ましい。ここで、「透明である」とは、第１の光学部材３１及び第２の光学部材３２を構成する材料のヘイズ値が所定の値以下であることを意味する。例えば、光学素子３が適用される、フロントガラス２、リアガラス、サイドガラスに要求されるヘイズ値はそれぞれ異なる。したがって、第１の光学部材３１及び第２の光学部材３２が透明であるとは、第１の光学部材３１及び第２の光学部材３２を構成する材料が、光学素子３が適用される物の用途に合ったヘイズ値以下を有することを意味する。これにより、光学素子３越しに観察される風景が良好に視認可能となる。
　反射膜３１４は、誘電体多層膜、金属膜、又はナノ積層フィルムであることが好ましい。金属膜に用いられる材料としては、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｓｉが、加工性や安定性に優れるため好ましい。誘電体多層膜に用いられる材料としては、例えば、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＯ、Ｎｂ２Ｏ５が、加工性や安定性に優れるため好ましい。ナノ積層フィルムとしては、スリーエム　ジャパン株式会社製のＤＢＥＦ（Ｄｕａｌ　Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ　Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ　Ｆｉｌｍ）（登録商標）等が光学性能や加工性に優れるため好ましい。
　反射膜３１４の反射率は、媒質中（非空気界面）において、５０％以下であることが好ましく、より好ましくは３０％以下であり、更に好ましくは１５％以下であることが望ましい。反射率が高い場合、車外の風景からの光が反射膜３１４によって反射され、観察面Ｓ１に入射する車外の風景からの光の光量が減ってしまい、当該観察面Ｓ１における車外の風景の視認性が悪化してしまう。一方、反射率の下限は、映像光Ｌ１の強さに応じて適宜決定すればよいが、反射率が低過ぎると、映像光が暗くなってしまい、映像光の視認性が低下してしまう。
　次に、図４及び図５を参照しながら、従来の画像表示システムにおける課題について説明する。図４に、従来の画像表示システムとしてのヘッドアップディスプレイ３００を示す。また、図５に、当該ヘッドアップディスプレイ３００において画像表示部１から出射される映像光Ｌ１の出射像と光学素子３によって反射された反射光Ｌ２の反射像とを示す図である。従来のヘッドアップディスプレイ３００は、図３に示すヘッドアップディスプレイ１００と、補償光学部を備えていない点で異なる。そのため、ヘッドアップディスプレイ３００において、ヘッドアップディスプレイ１００と同様の構成については、同一の符号を付すとともに、その説明を省略する。
　画像表示部１から映像光Ｌ１（白色光Ｗ）が光学素子３に向かって出射され、映像光Ｌ２は第１の光学部材３１の第１の主面３１１において屈折する。この際、第１の光学部材３１に使用される材料の屈折率の波長依存性に伴い、白色光Ｗに含まれる赤色単色光（Ｒ）Ｌ１１、緑色単色光（Ｇ）Ｌ１２、青色単色光（Ｂ）Ｌ１３がそれぞれ異なる方向に屈折する。次いで、これらの単色光Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３が斜面上に形成された反射膜３１４によって反射され、第１の光学部材３１の第１の主面３１１を透過して観察面Ｓ１の方向に出射される。そして、反射膜３１４によって反射された反射光Ｌ２に含まれる赤色単色光（Ｒ）Ｌ２１、緑色単色光（Ｇ）Ｌ２２、青色単色光（Ｂ）Ｌ２３は、異なる角度で、すなわち非平行で、観察面Ｓ１に入射する。
　そのため、図５に示すように、映像光Ｌ１の出射像ＩＭ２では１つの白色光Ｗとして表示されている像が、観察面Ｓ１において表示される反射光Ｌ２の反射像ＩＭ３では、赤色単色光Ｌ２１の像Ｒ、緑色単色光Ｌ２２の像Ｇ、青色単色光Ｌ２３の像Ｂに分かれて表示される。これにより、反射像ＩＭ３の色割れやボケが生じてしまう。
　そこで、本実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ１００は、反射像の色割れやボケを補償するための補償光学部を備える。具体的には、本実施の形態に係る補償光学部は、（ａ）映像光Ｌ１に含まれる少なくとも２種以上の単色光Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３の光学素子３への入射角、又は、（ｂ）光学素子３において反射され当該光学素子３から出射される反射光Ｌ２に含まれる少なくとも２種以上の単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３の観察面Ｓ１への入射角、の少なくとも一方を、映像光Ｌ１に含まれる単色光のそれぞれの波長、第１の光学部材３１の各波長における屈折率、第２の光学部材３２の各波長における屈折率、及び反射膜３１４における映像光Ｌ１を反射する反射面３１５と光学素子３の映像光Ｌ１が入射する入射面との角度（以下、「傾斜角度」とも称する。）に基づいて、調整する。これにより、補償光学部は、反射像における色割れ及びボケを補償する。以下、補償光学部について詳述する。なお、以下の実施の形態１～３では、図３に示すヘッドアップディスプレイ１００を例に挙げて説明するが、実施の形態１～３に係る補償光学部は、図２に示すヘッドアップディスプレイ１００においても適用可能である。
［実施の形態１］
　図６に、本発明の実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイ１０１を示す。また、図７に、本実施の形態１に係る画像表示部１から出射される映像光Ｌ１の出射像ＩＭ２と光学素子３から反射された反射光Ｌ２の反射像ＩＭ３とを示す。
　実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイ１０１において、図６に示すように、画像表示部１、光学素子３の構成は、図３に示すヘッドアップディスプレイ１００と同様であるため、同様の構成については同一の符号を付すとともに、その説明を省略する。
　実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイ１０１では、画像表示部１が補償光学部として機能する。画像表示部１は、映像光Ｌ１を光学素子３に向けて出射する際に、映像光Ｌ１に含まれる赤色単色光（Ｒ）Ｌ１１、緑色単色光（Ｇ）Ｌ１２、青色単色光（Ｂ）Ｌ１３の出射角度を第１の光学部材３１の有する屈折率の波長依存性に応じて変化させる。具体的には、画像表示部１は、映像光Ｌ１に含まれる少なくとも２種以上の単色光Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３が映像光Ｌ１の映像画像（出射像）上で異なる位置に表示された映像光Ｌ１を生成する。これにより、画像表示部１は、映像光Ｌ１に含まれる少なくとも２種以上の単色光Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３のそれぞれの波長に対応して光学素子３への入射角を調整する。
　より具体的には、画像表示部１は、図７に示すように、出射像ＩＭ２において、反射像ＩＭ３における１つの白色光Ｗの画素Ｐ１に対応する赤色単色光（Ｒ）Ｌ１１、緑色単色光（Ｇ）Ｌ１２、青色単色光（Ｂ）Ｌ１３の画素Ｐ２が異なる位置に表示された映像光Ｌ１を生成することにより、当該映像光Ｌ１に含まれる各単色光Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３を異なる入射角度で第１の光学部材３１の第１の主面３１１に向かって出射する。これにより、光学素子３から出射される各単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３の出射角θｏｕｔが近い角度となるため、観察面Ｓ１に入射する各単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３の入射角も近い角度となる。そのため、例えば、図７に示すように、画像表示部１から出射された映像光Ｌ１の出射像ＩＭ２における各単色光Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３の画素Ｐ２に対応する反射光Ｌ２の各単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３は観察面Ｓ１の実質的に同じ位置に入射し、反射像ＩＭ３において、１つの白色光Ｗの画素Ｐ１として表示される。これにより、観察面Ｓ１に入射する各単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３は、観察面Ｓ１において色割れしていない白色光Ｗの反射像として視認される。
　一般に、媒質の屈折率は、波長が短いほど大きくなる。そのため、画像表示部１から映像光Ｌ１が第１の光学部材３１の第１の主面３１１に入射する際の入射角θｉｎを、波長が短いほど大きくすることにより、光学素子３の媒質中において発生する色割れを補償することができる。すなわち、画像表示部１は、光学素子３の各波長における屈折率に応じて、映像光Ｌ１の各単色光Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３が第１の光学部材３１の第１の主面３１１において屈折され、反射膜３１４において反射され、再び第１の光学部材３１の第１の主面３１１において屈折されて出射される際の出射角θｏｕｔが近い角度となるような入射角θｉｎを求める。画像表示部１が、求めた入射角θｉｎで各単色光を光学素子３に入射させることによって、運転手２００が観察面Ｓ１において白色光Ｗの反射像を視認することができる。なお、入射角θｉｎは、映像光Ｌ１（各単色光Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３）と第１の光学部材３１の第１の主面３１１の法線とがなす角であり、第１の光学部材３１の第１の主面３１１の法線方向を０度とする。また、出射角θｏｕｔは、反射光Ｌ２（各単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３）と第１の光学部材３１の第１の主面３１１の法線とがなす角であり、第１の光学部材３１の第１の主面３１１の法線方向を０度とする。
　具体的には、空気中から映像光Ｌ１が、屈折率ｎ１（λ）の光学素子３に入射角θｉｎで入射するとき、屈折角をβとすると、以下の式（１）が成り立つ。
　　　１×ｓｉｎθｉｎ＝ｎ１（λ）×ｓｉｎβ　　　・・・・・（１）
　ここで、屈折率ｎ１（λ）とは、光学素子３の波長λにおける屈折率を意味する。また、屈折角βとは、屈折された映像光Ｌ１と第１の光学部材３１の第１の主面３１１の法線とがなす角であり、第１の光学部材３１の第１の主面３１１の法線方向を０度とする。
　また、映像光Ｌ１が斜面角度γの斜面において反射され、反射光Ｌ２が第１の光学部材３１から出射角θｏｕｔで出射されるとき、以下の式（２）が成り立つ。なお、斜面角度γとは、反射膜３１４における映像光Ｌ１を反射する反射面３１５と光学素子３の映像光Ｌ１が入射する入射面３１１とがなす角度である。
　　　ｎ１（λ）×ｓｉｎ（β－２γ）＝１×ｓｉｎθｏｕｔ　　　・・・・・（２）
　そして、画像表示部１は、式（１）及び式（２）を用いて、ｎ１（λ）、γに応じて各単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３の出射角θｏｕｔが近い角度となるように、各単色光Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３の入射角θｉｎを求める。
　所定のスペクトル幅を有する光を出射するＬＥＤや液晶等の光源を用いる場合でも、同様の方法によって色割れを補償することができる。例えば、画像表示部１は、波長λとして、出射する映像光Ｌ１のピーク波長を用いて、上記の方法と同様の方法によって入射角θｉｎを求めてもよい。
　以上に説明した実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイ１０１では、画像表示部１は、映像光Ｌ１に含まれる赤色単色光（Ｒ）Ｌ１１、緑色単色光（Ｇ）Ｌ１２、青色単色光（Ｂ）Ｌ１３が映像光Ｌ１の映像画像（出射像）ＩＭ２上で異なる位置に表示された映像光Ｌ１を生成することにより、画像表示部１は、映像光Ｌ１に含まれる単色光Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３のそれぞれの波長に対応して光学素子３への入射角を調整する。具体的には、画像表示部１は、上記式（１）及び式（２）を用いて、ｎ１（λ）、γに応じて各単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３の出射角θｏｕｔが近い角度となるように、映像光Ｌ１に含まれる単色光Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３が出射像ＩＭ２上で異なる位置に配置された映像光Ｌ１を生成することにより、各単色光Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３の光学素子３への入射角θｉｎを調整する。これにより、観察面Ｓ１に入射する各単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３の入射角も近い角度となり、観察面Ｓ１に入射する各単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３は、観察面Ｓ１において色割れしていない白色光Ｗの反射像ＩＭ３として視認される。よって、実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイ１０１によれば、反射面３１５が入射面（屈折面）に対して平行ではない形状を有する合わせガラスを用いる場合であっても、観察面Ｓ１における反射像の色割れやボケを抑制することができる。
［実施の形態２］
　図８に、本発明の実施の形態２に係るヘッドアップディスプレイ１０２を示す。図９に、本実施の形態２に係る第３の光学部材４と光学素子３へ入射する映像光Ｌ１の入射角との関係を示す。また、図１０に、本実施の形態２に係る画像表示部１から出射される映像光Ｌ１の出射像ＩＭ２と光学素子３から反射された反射光Ｌ２の反射像ＩＭ３とを示す。
　実施の形態２に係るヘッドアップディスプレイ１０２は、図８に示すように、画像表示部１、光学素子３の他に、補償光学部として第３の光学部材４を備える。画像表示部１、光学素子３の構成は、図３に示すヘッドアップディスプレイ１００と同様であるため、同様の構成については同一の符号を付すとともに、その説明を省略する。
　第３の光学部材４は、画像表示部１から光学素子３の映像光Ｌ１が入射する第１の主面３１１までの光路上に、当該光学素子３と接触又は離間して設けられる、波長分光機能を有する光学部材である。そして、第３の光学部材４は、当該第３の光学部材４に入射する映像光Ｌ１を屈折させることにより、光学素子３への映像光Ｌ１に含まれる少なくとも２種以上の単色光Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３の入射角を調整する。
　具体的には、図８、図９に示すように、空気中から映像光Ｌ１が、屈折率ｎ２（λ）の第３の光学部材４に角度ａで入射するとき、屈折角をαとすると、以下の式（３）が成り立つ。
　　　１×ｓｉｎａ＝ｎ２（λ）×ｓｉｎα　　　・・・・・（３）
　ここで、屈折率ｎ２（λ）とは、第３の光学部材４の波長λにおける屈折率を意味する。また、屈折角αとは、屈折された映像光Ｌ１と、第３の光学部材４の映像光Ｌ１が入射する面（以下、「入射面」と称する。）の法線とがなす角であり、第３の光学部材４の入射面の法線方向を０度とする。
　また、映像光Ｌ１が第３の光学部材４から空気中へ出射される際の屈折角をｃとすると、以下の式（４）が成り立つ。
　　　ｎ２（λ）×ｓｉｎ（ｂ－α）＝１×ｓｉｎｃ　　　・・・・・（４）
　ここで、屈折角ｃとは、屈折された映像光Ｌ１と、第３の光学部材４から映像光Ｌ１が出射する面（以下、「出射面」と称する。）の法線とがなす角であり、第３の光学部材４の出射の法線方向を０度とする。また、角度ｂは、第３の光学部材４の入射面と出射面とがなす角の角度である。
　また、図９に示す幾何学的関係から、以下の式（５）が成り立つ。
　　　θｉｎ＝ｃ＋ｄ　　　・・・・・（５）
　ここで、角度ｄは、図９において光学素子３の第１の主面３１１と、第３の光学部材４の出射面とのなす角の角度である。
　また、空気中から映像光Ｌ１が、屈折率ｎ１（λ）の光学素子３に入射角θｉｎで入射するとき、屈折角をβとすると、上記の式（１）と同様に、以下の式（６）が成り立つ。
　　　１×ｓｉｎθｉｎ＝ｎ１（λ）×ｓｉｎβ　　　・・・・・（６）
　また、映像光Ｌ１が斜面角度γの斜面において反射され、反射光Ｌ２が第１の光学部材３１から出射角θｏｕｔで出射されるとき、上述の式（２）と同様に、以下の式（７）が成り立つ。
　　　ｎ１（λ）×ｓｉｎ（β－２γ）＝１×ｓｉｎθｏｕｔ　　　・・・・・（７）
　そして、式（３）乃至式（７）を用いて、ｎ１（λ）、ｎ２（λ）、γに応じて、各単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３の出射角θｏｕｔが近い角度となるように、角度ｂ、ｄを決定することにより、各単色光Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３の光学素子３への入射角θｉｎを調整する。
　所定のスペクトル幅を有する光を出射するＬＥＤや液晶等の光源を用いる場合でも、同様の方法によって色割れを補償することができる。例えば、画像表示部１は、波長λとして、出射する映像光Ｌ１のピーク波長を用いて、上記の方法と同様の方法によって入射角θｉｎを調整してもよい。
　上述のように、角度ｂ、ｄを決定することにより、第３の光学部材４は、光学素子３から出射される各単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３の出射角θｏｕｔが近い角度となるように、当該第３の光学部材４に入射する映像光Ｌ１を屈折させて、映像光Ｌ１に含まれる少なくとも２種以上の単色光Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３の光学素子３への入射角を調整することができる。これにより、光学素子３から出射される各単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３の出射角θｏｕｔが近い角度となるため、観察面Ｓ１に入射する各単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３の入射角も近い角度となる。そのため、例えば、図１０に示すように、画像表示部１から出射された映像光Ｌ１の出射像ＩＭ２における１つの白色光Ｗの画素Ｐ３に対応する反射光Ｌ２の赤色単色光（Ｒ）Ｌ２１、緑色単色光（Ｇ）Ｌ２２、青色単色光（Ｂ）Ｌ２３は観察面Ｓ１の実質的に同じ位置に入射し、反射像ＩＭ３において、１つの白色光Ｗの画素Ｐ４として表示される。これにより、観察面Ｓ１に入射する各単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３は、観察面Ｓ１において色割れしていない白色光Ｗの反射像として視認される。
　以上に説明した実施の形態２に係るヘッドアップディスプレイ１０２では、第３の光学部材４は、当該第３の光学部材４に入射する映像光Ｌ１を屈折させることにより、光学素子３への映像光Ｌ１に含まれる単色光Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３の入射角を調整する。具体的には、画像表示部１は、上記式（３）乃至式（７）を用いて、ｎ１（λ）、ｎ２（λ）、γに応じて、各単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３の出射角θｏｕｔが近い角度となるように、角度ｂ、ｄを決定することにより、各単色光Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３の光学素子３への入射角θｉｎを調整する。これにより、観察面Ｓ１に入射する各単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３の入射角も近い角度となり、観察面Ｓ１に入射する各単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３は、観察面Ｓ１において色割れしていない白色光Ｗの反射像として視認される。よって、実施の形態２に係るヘッドアップディスプレイ１０２によれば、反射面３１５が入射面（屈折面）に対して平行ではない形状を有する合わせガラスを用いる場合であっても、観察面における反射像の色割れやボケを抑制することができる。
［実施の形態３］
　図１１に、本発明の実施の形態３に係るヘッドアップディスプレイ１０３を示す。図１２に、本実施の形態２に係る第３の光学部材４と光学素子３へ入射する映像光Ｌ１の入射角との関係を示す。
　実施の形態３に係るヘッドアップディスプレイ１０３は、図１１に示すように、画像表示部１、光学素子３の他に、補償光学部として第３の光学部材４を備える。画像表示部１、光学素子３の構成は、図３に示すヘッドアップディスプレイ１００と同様であるため、同様の構成については同一の符号を付すとともに、その説明を省略する。
　第３の光学部材４は、光学素子３の反射光Ｌ２が出射される第１の主面３１１から観察面Ｓ１までの光路上に、当該光学素子３と接触又は離間して設けられる、波長分光機能を有する光学部材である。そして、第３の光学部材４は、当該第３の光学部材４に入射する反射光Ｌ２を屈折させることにより、光学素子３において反射され当該光学素子３から出射される反射光Ｌ２に含まれる少なくとも２種以上の単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３の観察面Ｓ１への入射角を調整する。
　具体的には、空気中から映像光Ｌ１が、屈折率ｎ１（λ）の光学素子３に入射角θｉｎで入射するとき、屈折角をβとすると、上記の式（１）と同様に、以下の式（８）が成り立つ。
　　　１×ｓｉｎθｉｎ＝ｎ１（λ）×ｓｉｎβ　　　・・・・・（８）
　また、映像光Ｌ１が斜面角度γの斜面において反射され、反射光Ｌ２が第１の光学部材３１から出射角θｏｕｔで出射されるとき、上記の式（２）と同様に、以下の式（９）が成り立つ。
　　　ｎ１（λ）×ｓｉｎ（β－２γ）＝１×ｓｉｎθｏｕｔ　　　・・・・・（９）
　ここで、図１２に示す幾何学的関係から、以下の式（１０）が成り立つ。
　　　θｏｕｔ＝Ａ－Ｄ　　　・・・・・（１０）
　ここで、角度Ｄは、図１２において光学素子３の第１の主面３１１と、第３の光学部材４の反射光Ｌ２が入射する面（以下、「入射面」と称する。）とのなす角の角度である。
　また、空気中から反射光Ｌ２が、屈折率ｎ２（λ）の第３の光学部材４に角度Ａで入射するとき、屈折角をα’とすると、上記の式（３）と同様に、以下の式（１１）が成り立つ。
　　　１×ｓｉｎＡ＝ｎ２（λ）×ｓｉｎα’　　　・・・・・（１１）
　ここで、屈折角α’とは、屈折された反射光Ｌ２と、第３の光学部材４の入射面の法線とがなす角であり、第３の光学部材４の入射面の法線方向を０度とする。
　また、反射光Ｌ２が第３の光学部材４から空気中へ出射される際の屈折角をＣとすると、上記の式（４）と同様に、以下の式（１２）が成り立つ。
　　　ｎ２（λ）×ｓｉｎ（Ｂ－α’）＝１×ｓｉｎＣ　　　・・・・・（１２）
　ここで、屈折角Ｃとは、屈折された反射光Ｌ２と、第３の光学部材４から反射光Ｌ２が出射する面（以下、「出射面」と称する。）の法線とがなす角であり、第３の光学部材４の出射の法線方向を０度とする。また、角度Ｂは、第３の光学部材４の入射面と出射面とがなす角の角度である。
　そして、式（８）乃至式（１２）を用いて、ｎ１（λ）、ｎ２（λ）、γに応じて、各単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３の出射角Ｃが近い角度となるように、角度Ｂ、Ｄを決定することにより、各単色光Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３の観察面Ｓ１への屈折角Ｃを調整する。
　所定のスペクトル幅を有する光を出射するＬＥＤや液晶等の光源を用いる場合でも、同様の方法によって色割れを補償することができる。例えば、画像表示部１は、波長λとして、出射する映像光Ｌ１のピーク波長を用いて、上記の方法と同様の方法によって屈折角Ｃを調整してもよい。
　上述のように、角度Ｂ、Ｄを決定することにより、第３の光学部材４は、当該第３の光学部材４から出射される各単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３の屈折角Ｃが近い角度となるように、当該第３の光学部材４に入射する反射光Ｌ２を屈折させることにより、第３の光学部材４から出射される少なくとも２種以上の単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３の観察面Ｓ１への入射角を調整することができる。これにより、第３の光学部材４から出射される各単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３の屈折角Ｃが近い角度となるため、観察面Ｓ１に入射する各単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３の入射角も近い角度となる。そのため、例えば、図１０に示すように、画像表示部１から出射された映像光Ｌ１の出射像ＩＭ２における１つの白色光Ｗの画素Ｐ３に対応する反射光Ｌ２の赤色単色光（Ｒ）Ｌ２１、緑色単色光（Ｇ）Ｌ２２、青色単色光（Ｂ）Ｌ２３は観察面Ｓ１の実質的に同じ位置に入射し、反射像ＩＭ３において、１つの白色光Ｗの画素Ｐ４として表示される。これにより、観察面Ｓ１に入射する各単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３は、観察面Ｓ１において色割れしていない白色光Ｗの反射像として視認される。
　以上に説明した実施の形態３に係るヘッドアップディスプレイ１０３では、第３の光学部材４は、当該第３の光学部材４に入射する反射光Ｌ２を屈折させることにより、観察面Ｓ１への反射光Ｌ２に含まれる単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３の入射角を調整する。具体的には、上記式（８）乃至式（１２）を用いて、ｎ１（λ）、ｎ２（λ）、γに応じて、各単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３が第３の光学部材４から出射する際の屈折角Ｃが近い角度となるように、角度Ｂ、Ｄを決定する。これにより、観察面Ｓ１に入射する各単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３の入射角も近い角度となり、観察面Ｓ１に入射する各単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３は、観察面Ｓ１において色割れしていない白色光Ｗの反射像として視認される。よって、実施の形態３に係るヘッドアップディスプレイ１０３によれば、反射面３１５が入射面（屈折面）に対して平行ではない形状を有する合わせガラスを用いる場合であっても、観察面における反射像の色割れやボケを抑制することができる。
　以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。
　実施例１～３及び比較例１における光学素子３の反射膜３１４を除く第１の光学部材３１及び第２の光学部材３２、並びに第３の光学部材４は、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ；ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ　ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）から形成されている。したがって、実施例１～３及び比較例１における光学素子３の反射膜３１４を除く第１の光学部材３１及び第２の光学部材３２の屈折率ｎ１（λ）と、第３の光学部材４の屈折率ｎ２（λ）とは同じ値である。実施例１～３及び比較例１における光学素子３の反射膜３１４を除く第１の光学部材３１及び第２の光学部材３２、並びに第３の光学部材４の屈折率ｎ１（λ）、ｎ２（λ）の波長依存性を以下の表１に示す。また、反射膜３１４は、ＴｉＯ２からなる厚さ１０ｎｍの膜、ＳｉＯ２からなる厚さ３８．６８ｎｍの膜、ＴｉＯ２からなる厚さ６９．１３ｎｍの膜がこの順に積層された多層膜である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　また、実施例１～３及び比較例１において、映像光Ｌ１に含まれる赤色単色光（Ｒ）Ｌ１１、緑色単色光（Ｇ）Ｌ１２、青色単色光（Ｂ）Ｌ１３の波長は、それぞれ、６３７ｎｍ、５２３ｎｍ、４５５ｎｍである。また、光学素子３の反射膜３１４を除く第１の光学部材３１及び第２の光学部材３２、並びに第３の光学部材４の各単色光Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３の波長における屈折率ｎ１（λ）、ｎ２（λ）は、表１のデータを元に波数と屈折率のグラフを作成して算出した。具体的には、各波長６３７ｎｍ、５２３ｎｍ、４５５ｎｍにおける屈折率ｎ１（λ）、ｎ２（λ）は、それぞれ１．４９０、１．４９５、１．５０１である。また、実施例１～３及び比較例１において、斜面角度γは２８°である。なお、空気中の屈折率ｎは１である。
　［実施例１］
　図１３に、実施の形態１の実施例である実施例１のヘッドアップディスプレイ１０１Ａを示す。なお、図１３において、光学素子３の第１の主面３１１に平行な軸をＸ軸とし、当該第１の主面３１１の法線方向をＹ軸とする。実施例１のヘッドアップディスプレイ１０１Ａでは、画像表示部１が、式（１）及び式（２）を用いて、ｎ１（λ）、γに応じて各単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３の出射角θｏｕｔが近い角度となるように、各単色光Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３の入射角θｉｎを求めた。画像表示部１によって求められたθｉｎ及びその結果得られた光学素子３から出射される反射光Ｌ２に含まれる各単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３の出射角θｏｕｔを以下の表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２に示すように、光学素子３から出射される反射光Ｌ２に含まれる各単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３の出射角θｏｕｔが等しい値となっており、これにより、観察面Ｓ１に入射する各単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３の入射角も等しい角度となる。そのため、観察面Ｓ１に入射する各単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３は、観察面Ｓ１において色割れしていない白色光Ｗの反射像として視認される。
　［実施例２］
　図１４に、実施の形態２の実施例である実施例２のヘッドアップディスプレイ１０２Ａを示す。なお、図１４において、光学素子３の第１の主面３１１に平行な軸をＸ軸とし、当該第１の主面３１１の法線方向をＹ軸とする。実施例２のヘッドアップディスプレイ１０２Ａでは、式（３）乃至式（７）を用いて、ｎ１（λ）、ｎ２（λ）、γに応じて、光学素子３から出射される反射光Ｌ２に含まれる各単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３の出射角θｏｕｔが近い角度となるように決定された角度ｂ、ｄを有する第３の光学部材４を用いる。これにより、第３の光学部材４によって、光学素子３から出射される反射光Ｌ２に含まれる各単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３の出射角θｏｕｔが近い角度となるように、光学素子３に入射する各単色光Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３の入射角θｉｎが調整される。決定された角度ｂ、ｄ及びその結果得られる角度ａ、ｃ、光学素子３への入射角θｉｎ、出射角θｏｕｔを以下の表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３に示すように、光学素子３から出射される反射光Ｌ２に含まれる各単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３の出射角θｏｕｔが等しい値となっており、これにより、観察面Ｓ１に入射する各単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３の入射角も等しい角度となる。そのため、観察面Ｓ１に入射する各単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３は、観察面Ｓ１において色割れしていない白色光Ｗの反射像として視認される。
　［実施例３］
　図１５に、実施の形態３の実施例である実施例３のヘッドアップディスプレイ１０３Ａを示す。なお、図１５において、光学素子３の第１の主面３１１に平行な軸をＸ軸とし、当該第１の主面３１１の法線方向をＹ軸とする。実施例３のヘッドアップディスプレイ１０３Ａでは、式（８）乃至式（１２）を用いて、ｎ１（λ）、ｎ２（λ）、γに応じて、第３の光学部材４から出射される反射光Ｌ２に含まれる各単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３の出射角Ｃが近い角度となるように決定された角度Ｂ、Ｄを有する第３の光学部材４を用いる。これにより、第３の光学部材４によって、光学素子３から出射される反射光Ｌ２に含まれる各単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３の出射角Ｃが近い角度となるように、第３の光学部材４に入射した各単色光Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３が屈折される。決定された角度Ｂ、Ｄ及びその結果得られる角度Ａ、角度Ｃ、光学素子３への入射角θｉｎ、出射角θｏｕｔを以下の表４に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表４に示すように、第３の光学部材４から出射される反射光Ｌ２に含まれる各単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３の出射角Ｃが等しい値となっており、これにより、観察面Ｓ１に入射する各単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３の入射角も等しい角度となる。そのため、観察面Ｓ１に入射する各単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３は、観察面Ｓ１において色割れしていない白色光Ｗの反射像として視認される。
　［比較例１］
　比較例１のヘッドアップディスプレイは、光学素子３への映像光Ｌ１の入射角θｉｎを映像光Ｌ１に含まれる単色光Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３に関わらず、６８．０°とした点以外は、実施例１のヘッドアップディスプレイ１０１Ａと同様である。比較例１における入射角θｉｎ及びその結果得られた光学素子３から出射される反射光Ｌ２に含まれる各単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３の出射角θｏｕｔを以下の表５に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　実施例１では、画像表示部１から第１の光学部材３１の第１の主面３１１に対して、各単色光Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３を表２に示すような入射角θｉｎで光学素子３へ入射させることにより、光学素子３からの出射角θｏｕｔを等しくすることができ、観察面Ｓ１における反射像において色割れが発生しないことが分かる。また、実施例２では、表３に示すｂ、ｄによって規定される第３の光学部材４を用いて、映像光Ｌ１に含まれる各単色光Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３の光学素子３への入射角θｉｎを調整することによって、θｏｕｔを等しくすることができ、観察面Ｓ１における反射像において色割れが発生しないことが分かる。実施例３では、表４に示すＢ、Ｄによって規定される第３の光学部材４を用いて、反射光Ｌ２に含まれる各単色光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３の観察面Ｓ１への入射角を調整することによって、観察面Ｓ１における反射像において色割れが発生しないことが分かる。一方、表５に示すように映像光Ｌ１の各単色光Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３の入射角θｉｎが一定の場合は、光学素子３からの出射角θｏｕｔが異なってしまい、観察面Ｓ１における反射像において色割れが発生してしまうことが分かる。
　この出願は、２０２０年８月２７日に出願された日本出願特願２０２０－１４３１９２を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
　反射面が入射面（屈折面）に対して平行ではない形状を有する合わせガラスを用いる場合であっても、観察面における反射像の色割れやボケを抑制できる画像表示システムを提供することができる。
　１００，１０１，１０２，１０３，１０１Ａ，１０２Ａ，１０３Ａ　ヘッドアップディスプレイ（画像表示システム）；　１　画像表示部（補償光学部）；　２　フロントガラス；　３　光学素子；　３１　第１の光学部材；　３１１　第１の主面；　３１２　第３の主面；　３１３　第１の凹凸形状；　３１４　反射膜；　３１５反射面；　３２　第２の光学部材；　３２１　第４の主面；　３２２　第２の主面；　３２３　第２の凹凸形状；　４　第３の光学部材（補償光学部）；　Ｌ１　映像光；　Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３　単色光；　Ｌ２　反射光；　Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３　単色光；　Ｓ１　観察面；　ＩＭ１　虚像；　ＩＭ２　出射像；　ＩＭ３　反射像

Claims (10)

  1. 　少なくとも２種以上の単色光を含む映像光を出射する画像表示部と、前記画像表示部から出射された前記映像光を反射する光学素子と、を備え、
    　前記光学素子は、
    　第１の主面を備える第１の光学部材と、
    　前記第１の主面と対向する第２の主面を備える第２の光学部材と、
    　前記第１の主面と前記第２の主面との間に設けられ、前記第１の主面及び前記第２の主面の少なくとも一方と非平行な反射面と、を備え、
    　前記画像表示部から出射された前記映像光は前記第１の主面及び前記第２の主面の何れかの前記主面に入射し、前記反射面において反射され、当該主面から出射され、
    　（ａ）前記映像光に含まれる少なくとも２種以上の前記単色光の前記光学素子への入射角、又は、（ｂ）前記光学素子において反射され前記光学素子から出射される反射光に含まれる少なくとも２種以上の前記単色光の観察面への入射角、の少なくとも一方を、前記映像光に含まれる前記単色光のそれぞれの波長、前記第１の光学部材の各波長における屈折率、前記第２の光学部材の各波長における屈折率、及び前記反射面と前記光学素子の前記映像光が入射する入射面との角度に基づいて、調整することによって、色割れを補償する補償光学部をさらに備える、画像表示システム。
  2. 　前記第１の光学部材は、
    　前記第１の主面と対向する第３の主面を備え、前記第３の主面は、第１の凹凸形状を備え、前記第１の主面は、平坦面を備え、前記第１の凹凸形状を備える前記第３の主面上に反射膜が形成され、
    　前記第２の光学部材は、
    　前記第２の主面と対向する第４の主面を備え、前記第４の主面は、前記第１の凹凸形状の反転形状である第２の凹凸形状を備え、前記第２の主面は、平坦面を備え、前記第２の凹凸形状を備える前記第４の主面は前記反射膜と接しており、
    　前記反射面は、前記反射膜が前記映像光を反射する面である、請求項１に記載の画像表示システム。
  3. 　前記補償光学部は、前記映像光に含まれる少なくとも２種以上の前記単色光が前記映像光の映像画像上で異なる位置に表示された前記映像光を生成することにより、前記映像光に含まれる少なくとも２種以上の前記単色光のそれぞれの波長に対応して前記光学素子への入射角を調整する、請求項１又は２に記載の画像表示システム。
  4. 　前記補償光学部は、前記画像表示部から前記光学素子の前記映像光が入射する前記主面までの光路上、又は、前記光学素子の前記映像光が出射される前記主面から前記観察面までの光路上に前記光学素子と接触又は離間して設けられる、波長分光機能を有する第３の光学部材であり、
    　第３の光学部材に入射する前記映像光又は前記反射光を屈折させることにより、（ａ）前記映像光に含まれる少なくとも２種以上の前記単色光の前記光学素子への入射角、又は、（ｂ）前記光学素子において反射され前記光学素子から出射される前記反射光に含まれる少なくとも２種以上の前記単色光の前記観察面への入射角、の少なくとも一方を調整する、請求項１又は２に記載の画像表示システム。
  5. 　前記第１の光学部材及び前記第２の光学部材は、透明であることを特徴とする、請求項１乃至４の何れか一項に記載の画像表示システム。
  6. 　前記光学素子の前記反射面を構成する反射膜以外の構成の屈折率は実質的に同一であることを特徴とする、請求項１乃至５の何れか一項に記載の画像表示システム。
  7. 　前記反射面は、誘電体多層膜、金属膜、又はナノ積層フィルムから選ばれる何れかの反射膜により構成されることを特徴とする、請求項１乃至６の何れか一項に記載の画像表示システム。
  8. 　前記第１の光学部材は、
    　前記第１の主面と対向する第３の主面を備え、前記第３の主面は、第１の凹凸形状を備え、前記第１の主面は、平坦面を備え、前記第１の凹凸形状を備える前記第３の主面上に反射膜が形成され、
    　前記第２の主面と対向する第４の主面を備え、前記第４の主面は、前記第１の凹凸形状の反転形状である第２の凹凸形状を備え、前記第２の主面は、平坦面を備え、前記第２の凹凸形状を備える前記第４の主面は前記反射膜と接しており、
    　前記第１の凹凸形状及び前記第２の凹凸形状は、プリズム形状又はフレネルレンズ形状であることを特徴とする、請求項１乃至７の何れか一項に記載の画像表示システム。
  9. 　前記プリズム形状又は前記フレネルレンズ形状の斜面角度は一定又は徐々に変化することを特徴とする、請求項８に記載の画像表示システム。
  10. 　前記少なくとも２種以上の前記単色光はレーザー光であることを特徴とする、請求項１乃至９の何れか一項に記載の画像表示システム。
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