JP6478151B2 - 画像表示装置及び物体装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像表示装置及び物体装置に係り、更に詳しくは、透過反射部材を介して虚像を視認可能とする画像表示装置及び該画像表示装置を備える物体装置に関する。

従来、車両のウインドシールド（透過反射部材）を介して虚像を視認可能とするヘッドアップディスプレイ装置（画像表示装置）が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に開示されているヘッドアップディスプレイ装置では、大型化を招くことなく虚像の視認性を向上させることができなかった。

本発明は、光により画像を形成し、該画像を形成した光を出射する画像形成部と、前記画像形成部からの光を透過反射部材に向けて反射させる凹面ミラーと、を備え、前記画像形成部は、前記画像が形成される又は前記画像を形成する、前記凹面ミラー側に凸形状に湾曲した透過部材を含み、前記画像の中心を形成した光は、前記凹面ミラーの中心以外の位置に入射し、前記凹面ミラーの中心以外の位置で反射された光の一部は、前記透過反射部材で反射されアイボックスの中央に入射する画像表示装置である。

本発明によれば、大型化を招くことなく虚像の視認性を向上させることができる。

一実施形態の画像表示装置の構成を概略的に示す図である。 光源部を説明するための図である。 図３（Ａ）は、平坦スクリーンから凹面ミラーまでの光路を示す図であり、図３（Ｂ）は、平坦スクリーンを用いた場合の虚像の像面湾曲を示すグラフである。 図４（Ａ）は、湾曲スクリーンから凹面ミラーまでの光路を示す図であり、図４（Ｂ）は、湾曲スクリーンを用いた場合の虚像の像面湾曲を示すグラフである。 微細凸レンズ構造による拡散作用を説明するための図である。 図６（Ａ）は、湾曲スクリーンが透過型の場合のメリットを説明するための図であり、図６（Ｂ）は、湾曲スクリーンが反射型の場合のデメリットを説明するための図である。 湾曲スクリーンに形成された画像の中心から出射した光の凹面ミラーへの入射位置（Ｘｍ、Ｙｍ）について説明するための図である。 図８（Ａ）は、湾曲スクリーンからの光を凹面ミラーに偏心入射させた場合の虚像を示す図であり、図８（Ｂ）は、平坦スクリーンからの光を凹面ミラーに偏心入射させた場合の虚像を示す図であり、図８（Ｃ）は、湾曲スクリーンからの光を凹面ミラーに非偏心入射させた場合の虚像を示す図であり、図８（Ｄ）は、平坦スクリーンからの光を凹面ミラーに非偏心入射させた場合の虚像を示す図である。 変形例２の画像形成部を説明するための図である。 図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）は、微細凸レンズによる拡散と干渉性ノイズ発生を説明するための図である。 変形例１の画像形成部を説明するための図である。 図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）は、長手方向に曲率を有するシリンダ形状の湾曲スクリーンに形成される中間像の形状について説明するための図（その１〜その３）である。 図１３（Ａ）〜図１３（Ｃ）は、長手方向及び短手方向に曲率を有するトロイダル形状の湾曲スクリーン形成される中間像の形状について説明するための図（その１〜その３）である。 図１４（Ａ）〜図１４（Ｃ）は、球面形状の湾曲スクリーンに形成される中間像の形状について説明するための図（その１〜その３）である。 図１５（Ａ）〜図１５（Ｃ）は、自由曲面形状の湾曲スクリーンに形成される中間像の形状について説明するための図（その１〜その３）である。 実施例１の像面湾曲を表す図である。 実施例２の像面湾曲を表す図である。 実施例３の像面湾曲を表す図である。 実施例４の像面湾曲を表す図である。 実施例５の像面湾曲を表す図である。 実施例６の像面湾曲を表す図である。 実施例７の像面湾曲を表す図である。 実施例８の像面湾曲を表す図である。 実施例９の像面湾曲を表す図である。 実施例１０の像面湾曲を表す図である。 実施例１１の像面湾曲を表す図である。 実施例１２の像面湾曲を表す図である。 実施例１３の像面湾曲を表す図である。 実施例１４の像面湾曲を表す図である。 実施例１５の像面湾曲を表す図である。 実施例１６の像面湾曲を表す図である。 実施例１７の像面湾曲を表す図である。 実施例１８の像面湾曲を表す図である。 実施例１９の像面湾曲を表す図である。 実施例２０の像面湾曲を表す図である。

以下、一実施形態を説明する。

一実施形態の画像表示装置１０００は、２次元のカラー画像を表示するヘッドアップディスプレイであり、図１に装置の全体を説明図的に示す。

画像表示装置１０００は、一例として、車両、航空機、船舶等の移動体に搭載され、該移動体のフロントガラス１０（フロントウインドシールド）を介して該移動体の操縦に必要なナビゲーション情報（例えば速度、走行距離等の情報）を視認可能にする。この場合、フロントガラス１０は、入射された光の一部を透過させ、残部の少なくとも一部を反射させる透過反射部材としても機能する。以下では、移動体に設定されたａｂｃ３次元直交座標系（移動体と共に移動する座標系）を適宜用いて説明する。ここでは、ａ方向は、移動体の左右方向（＋ａ方向が右方向、−ａ方向が左方向）であり、ｂ方向は、移動体の上下方向（＋ｂ方向が上方向、−ｂ方向が下方向）であり、ｃ方向は、移動体の前後方向（−ｃ方向が前方向、＋ｃ方向が後方向）である。以下では、画像表示装置１０００が車両（例えば自動車）に搭載される例を説明する。

画像表示装置１０００としてのヘッドアップディスプレイは、一例として、光源部１００、２次元偏向手段６、凹面鏡７、湾曲スクリーン８、凹面ミラー９を備えている。

図１において、符号１００で示す部分は「光源部」であり、この光源部１００からカラー画像表示用の画素表示用ビームＬＣが出射される。

画素表示用ビームＬＣは、赤（以下「Ｒ」と表示する。）、緑（以下「Ｇ」と表示する。）、青（以下「Ｂ」と表示する。）の３色のビームを１本に合成したビームである。

即ち、光源部１００は、例えば、図２の如き構成となっている。

図２において、符号ＲＳ、ＧＳ、ＢＳで示す光源としての半導体レーザは、それぞれＲ、Ｇ、Ｂのレーザ光を放射する。ここでは、各半導体レーザとして、端面発光レーザとも呼ばれるレーザダイオード（ＬＤ）が用いられている。

符号ＲＣＰ、ＧＣＰ、ＢＣＰで示すカップリングレンズは、半導体レーザＲＳ、ＧＳ、ＢＳから出射される各レーザ光の発散性を抑制する。

カップリングレンズＲＣＰ、ＧＣＰ、ＢＣＰにより発散性を抑制された各色レーザ光束は、アパーチュアＲＡＰ、ＧＡＰ、ＢＡＰにより整形される（光束径を規制される）。

整形された各色レーザ光束はビーム合成プリズム１０１に入射する。
ビーム合成プリズム１０１は、Ｒ色光を透過させＧ色光を反射するダイクロイック膜Ｄ１と、Ｒ・Ｇ色光を透過させＢ色光を反射するダイクロイック膜Ｄ２を有する。

従って、ビーム合成プリズム１０１からは、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色レーザ光束が１本の光束に合成されて出射される。

出射される光束は、レンズ１０２により所定の光束径の「平行ビーム」に変換される。
この「平行ビーム」が、画素表示用ビームＬＣである。

画素表示用ビームＬＣを構成するＲ、Ｇ、Ｂの各色レーザ光束は、表示するべき「２次元のカラー画像」の画像信号により（画像データに応じて）強度変調されている。強度変調は、半導体レーザを直接変調する直接変調方式であっても良いし、半導体レーザから出射されたレーザ光束を変調する外部変調方式であっても良い。

即ち、半導体レーザＲＳ、ＧＳ、ＢＳは、図示されない駆動手段により、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分の画像信号により発光強度を変調される。

光源部１００から出射された画素表示用ビームＬＣは、２次元偏向手段６に入射し、２次元的に偏向される。

２次元偏向手段６は、本実施形態では、微小なミラーを「互いに直交する２軸」を揺動軸として揺動するように構成されたものである。

すなわち、２次元偏向手段６は具体的には、半導体プロセス等で微小揺動ミラー素子として作製されたＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーを含む２次元スキャナである。

２次元偏向手段は、この例に限らず、他の構成のもの、例えば、１軸の回りに揺動する微小ミラー（例えばＭＥＭＳミラーやガルバノミラー）を２個、揺動方向が互いに直交するように組み合わせたものでも良い。

上記の如く２次元的に偏向された画素表示用ビームＬＣは、凹面鏡７に入射し、湾曲スクリーン８に向けて反射される。

湾曲スクリーン８は、一例として、ａ方向を長手方向とする矩形板状の部材を長手方向（ａ方向）に湾曲させた透過部材である（図５参照）。「透過部材」とは、入射された光の少なくとも一部を透過させる部材を意味する。すなわち、湾曲スクリーン８は、透光性を有する湾曲構造体である。湾曲スクリーン８については、後に詳述する。

凹面鏡７は、湾曲スクリーン８上で発生する走査線（走査軌跡）の曲がりを補正するように設計されている。

凹面鏡７により反射された画素表示用ビームＬＣは、２次元偏向手段６による偏向に伴い平行移動しつつ湾曲スクリーン８に入射し、該湾曲スクリーン８を２次元的に走査する。つまり、湾曲スクリーン８は、画素表示用ビームＬＣにより主走査方向及び副走査方向に２次元走査（例えばラスタースキャン）される。

この２次元走査により、湾曲スクリーン８に中間像としての「カラー画像」が形成される。ここでは、湾曲スクリーン８における矩形を長手方向に湾曲させた形状の有効走査領域（有効画像領域とも呼ぶ）が２次元走査され、該有効走査領域に中間像が形成される（図５参照）。

すなわち、光源部１００、２次元偏向手段６、凹面鏡７及び湾曲スクリーン８を含んで中間像形成部（画像形成部）が構成されている。

勿論、湾曲スクリーン８に各瞬間に表示されるのは「画素表示用ビームＬＣが、その瞬間に照射している画素のみ」である。

カラーの２次元画像は、画素表示用ビームＬＣによる２次元的な走査により「各瞬間に表示される画素の集合」として形成される。
湾曲スクリーン８に、上記の如く「カラー画像」が形成され、該カラー画像を形成した画素表示用ビームＬＣ、すなわち湾曲スクリーン８を透過した光が凹面ミラー９（凹面鏡）に入射し反射される。

図１には示されていないが、湾曲スクリーン８は後述するように各画素表示用ビームＬＣを透過させる「微細凸レンズ構造」を有している。凹面ミラー９は「虚像結像光学系」を構成する。

凹面ミラー９は、後に詳述するように、水平面に対して傾斜し、湾曲したフロントガラス１０の影響で湾曲スクリーン８に形成された「カラー画像」（中間像）の虚像における水平線（横線）が縦に凸形状となる２次元的な歪み及び垂直線（縦線）が横に凸形状となる２次元的な歪みを補正するように設計、配置されている。

「虚像結像光学系」は、前記「カラー画像」の拡大虚像Ｉを結像させる。以下では、拡大虚像Ｉを単に「虚像」とも呼ぶ。
拡大虚像Ｉの結像位置の手前側には、フロントガラス１０が配置され、拡大虚像Ｉを結像する光束を、観察者の側へ反射する。なお、観察者（例えば移動体を操縦する操縦者）は、フロントガラス１０（透過反射部材）で反射されたレーザ光の光路上のアイボックス６０（観察者の目の近傍の領域）から虚像を視認する。ここで、アイボックス６０は、視点の位置の調整をすることなく虚像が視認可能な範囲を意味する。具体的には、アイボックス６０は、自動車の運転者アイレンジ（ＪＩＳ Ｄ００２１）と同等かそれ以下である。

この反射光により、観察者は拡大虚像Ｉを視認できる。

図１に示す場合には、ａ方向は通常、観察者にとって左右方向であり、この方向を「横方向」とも呼ぶ。そして、横方向（ａ方向）に直交する方向を「縦方向」とも呼ぶ。

湾曲スクリーン８は、全体として凹面ミラー９側に凸の湾曲構造を有している。ここでは、湾曲スクリーン８は、ａ方向（ｘ方向）、すなわち横方向にのみ一定の曲率で湾曲している（図５参照）。つまり、湾曲スクリーン８の形状は、シリンダ形状である。なお、湾曲スクリーン８の形状は、このような横方向にのみ一定の曲率で湾曲しているシリンダ形状に限らず、例えば、縦方向にのみ一定の曲率で湾曲しているシリンダ形状、縦方向と横方向に異なる曲率で湾曲しているトロイダル形状、均一の曲率で湾曲している球面形状、自由曲面形状等であっても良い。

ここで、観察者は、アイボックス６０に視点を置き、拡大虚像Ｉをフロントガラス１０越しに視認することになるが、仮に凹面鏡７と凹面ミラー９との間に平坦スクリーンが配置された場合、２次元偏向手段６による偏向動作や凹面ミラー９による拡大反射よって、拡大虚像Ｉに像面湾曲（３次元的な歪み）が生じてしまう。

そこで、この像面湾曲を打ち消すように湾曲した湾曲スクリーンを用いることで、該像面湾曲を効果的に補正できる。

さらに、本実施形態では、上述のように湾曲スクリーンを「透過型」としている。詳述すると、湾曲スクリーンが「透過型」の場合、図６（Ａ）に示されるように、２次元偏向手段による走査線が湾曲スクリーンの凹面側に凹となり、湾曲スクリーン上で光を集光させることができ、湾曲スクリーン上に形成される像が鮮明になる。

一方、湾曲スクリーンが「反射型」の場合、図６（Ｂ）に示されるように、２次元偏向手段による走査線が湾曲スクリーンの凸面側に凸となり、湾曲スクリーン上で光を集光させることができず、湾曲スクリーン上に形成される像が不鮮明になる。

結果として、反射型の湾曲スクリーンを用いる場合は、走査線がスクリーン形状に合うように自由曲面レンズなどで補正する必要があるが、透過型の湾曲スクリーンを用いる場合は自由曲面レンズなどで補正する必要がない。

図３（Ａ）に示されるように、平坦スクリーンを用いると、該平坦スクリーンから出射し凹面ミラーに入射する光の光路長のばらつきが大きくなる。すなわち、中央の光と端の光の光路長差が大きくなる。この結果、像面湾曲が大きくなる（図３（Ｂ）参照）。図３（Ｂ）は、アイボックス６０の左端に視点を置いたときのＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）／デフォーカス特性を示している。

一方、図４（Ａ）に示されるように、凹面ミラー側に凸の湾曲スクリーンを用いると、該湾曲スクリーンから出射し凹面ミラーに入射する光の光路長のばらつきが小さくなる。すなわち、中央の光と端の光の光路長差が小さくなる。この結果、像面湾曲が小さくなる（図４（Ｂ）参照）。図４（Ｂ）は、アイボックス６０の左端に視点を置いたときのＭＴＦ／デフォーカス特性を示している。

結果として、湾曲スクリーンを用いることで像面湾曲を効果的に抑制することができる。

湾曲スクリーン８は、上述の如く、微細凸レンズ構造を有している。
後述するように、微細凸レンズ構造は「複数の微細凸レンズ（マイクロレンズ）が、全体として上記「湾曲構造」を形成するように画素ピッチに近いピッチで密接して３次元配列された」ものである。すなわち、湾曲スクリーン８は、全体として湾曲したマイクロレンズアレイである。

ここでは、複数の微細凸レンズは、凸面が入射側の面となるように、凹面ミラー９側に凸の仮想湾曲面に沿って所定ピッチで３次元配列されている。その具体的な配列形態としては、例えばａ方向（ｘ方向）を行方向とし、上記仮想湾曲内でａ方向に直交する一方向（ｙ方向）を列方向とするマトリクス状の配列や、ハニカム状の配列（ジグザグ状の配列）が挙げられる。

各微細凸レンズの平面形状は、例えば円形、正Ｎ角形（Ｎは３以上の自然数）等である。ここでは、微細凸レンズの各々は、互いに曲率（曲率半径）が等しい。

そして、個々の微細凸レンズは、画素表示用ビームＬＣを等方的に拡散させる機能を持つ。すなわち、各微細凸レンズは、全方位に均等な拡散パワーを持つ。以下に、この「拡散機能」を簡単に説明する。

図５において、符号Ｌ１〜Ｌ４は、湾曲スクリーン８に入射する４本の画素表示用ビームを示している。

これ等の４本の画素表示用ビームＬ１〜Ｌ４は、湾曲スクリーン８に形成される画像の４隅に入射する画素表示用ビームであるものとする。

これら４本の画素表示用ビームＬ１〜Ｌ４は、湾曲スクリーン８を透過すると、ビームＬ１１〜Ｌ１４のように変換される。

仮に、画素表示用ビームＬ１〜Ｌ４で囲まれる断面が横長の４辺形の光束を、湾曲スクリーン８に入射させると、この光束は「ビームＬ１１〜Ｌ１４で囲まれる断面が横長の４辺形の発散性の光束」となる。

微細凸レンズのこの機能が「拡散機能」である。

「ビームＬ１１〜Ｌ１４で囲まれる発散性の光束」は、このように発散性光束に変換された画素表示用ビームを時間的に集合した結果である。

画素表示用ビームを拡散させるのは「フロントガラス１０により反射された光束が、観察者の目の近傍の広い領域を照射する」ようにするためである。

上記拡散機能が無い場合には、フロントガラス１０により反射された光束が「観察者の目の近傍の狭い領域」のみを照射する。

このため、観察者が頭部を動かして、目の位置が上記「狭い領域」から逸れると、観察者は拡大虚像Ｉを視認できなくなる。

上記のように、画素表示用ビームＬＣを拡散させることにより、フロントガラス１０による反射光束は「観察者の目の近傍の広い領域」を照射する。すなわち、アイボックス６０を大きくできる。

従って、観察者が「頭を少々動かし」ても、拡大虚像Ｉを確実に視認できる。

以下に、図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）を参照して、湾曲スクリーン８として用いられるマイクロレンズアレイについて説明するが、ここでは、便宜上、複数の微細凸レンズ（マイクロレンズ）が仮想平面に沿って２次元配列されたマイクロレンズアレイを例に説明する。

図１０（Ａ）において、符号８０２はマイクロレンズアレイを示す。マイクロレンズアレイ８０２は、微細凸レンズ８０１を配列した微細凸レンズ構造を有する。符号８０３で示す「画素表示用ビーム」の光束径８０７は、微細凸レンズ８０１の大きさよりも小さい。すなわち、微細凸レンズ８０１の大きさ８０６は、光束径８０７よりも大きい。なお、説明中の形態例で、画素表示用ビーム８０３はレーザ光束であり、光束中心のまわりにガウス分布状の光強度分布をなす。従って、光束径８０７は、光強度分布における光強度が「１／ｅ^２」に低下する光束半径方向距離である。

図１０（Ａ）では、光束径８０７は微細凸レンズ８０１の大きさ８０６に等しく描かれているが、光束径８０７が「微細凸レンズ８０１の大きさ８０６」に等しい必要は無い。
微細凸レンズ８０１の大きさ８０６を食み出さなければよい。
図１０（Ａ）において、画素表示用ビーム８０３は、その全体が１個の微細凸レンズ８０１に入射し、発散角８０５をもつ拡散光束８０４に変換される。なお、「発散角」は、以下において「拡散角」と呼ぶこともある。

図１０（Ａ）の状態では、拡散光束８０４は１つで、干渉する光束が無いので、干渉性ノイズは発生しない。なお、発散角８０５の大きさは、微細凸レンズ８０１の形状により適宜設定できる。

図１０（Ｂ）では、画素表示用ビーム８１１は、光束径が微細凸レンズの配列ピッチ８１２の２倍となっており、２個の微細凸レンズ８１３、８１４に跨って入射している。この場合、画素表示用ビーム８１１は、入射する２つの微細凸レンズ８１３、８１４により２つの発散光束８１５、８１６のように拡散される。２つの発散光束８１５、８１６は、領域８１７において重なり合い、この部分で互いに干渉して干渉性ノイズ（スペックルノイズ）を発生する。

ここで、上述の如く、フロントガラス１０が水平面に対して傾斜及び湾曲している場合には、拡大虚像Ｉに上下左右非対称の歪み（２次元的な歪み、以下では単に「歪み」と呼ぶ）が生じる。

そこで、本実施形態では、この歪みを効果的に補正するために、すなわちフロントガラス１０の影響で生じる歪みとは逆の歪みを発生させるために、凹面ミラー９として、反射面（凹面）が曲率分布を持つ自由曲面ミラーが用いられている。

詳述すると、凹面ミラー９の反射面は、その中心の座標を（０、０、０）とする３次元直交座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）におけるＺ座標が高次のＸＹ多項式で表される。なお、Ｘ方向は横方向であり、Ｙ方向は縦方向である。

ここでは、凹面ミラー９のＸＹ多項式は、フロントガラス１０の傾斜や湾曲に応じて、歪みを補正できるように設計されている（表１〜５参照）。表１〜５には、本実施形態の各実施例におけるＸＹ多項式の次数毎の係数が記載されている。

凹面ミラー９のＸＹ多項式は、凹面ミラー９の中心から離れるほど歪み補正の効果が高くなる。

そこで、本実施形態では、湾曲スクリーン８に形成された中間像（画像）の中心から出射した光、すなわち中間像の中心を形成した光（拡大虚像Ｉの中心として視認される光）が凹面ミラー９の中心（０、０）以外の位置（Ｘｍ、Ｙｍ）に入射（偏心入射）するように（図７参照）、湾曲スクリーン８と凹面ミラー９との位置関係を設定している。なお、中間像の中心から出射し凹面ミラー９の中心以外の位置で反射された光の一部がフロントガラス１０で反射されアイボックス６０の中央に入射するように、フロントガラス１０に対して上記画像形成部、凹面ミラー９がレイアウトされている。すなわち、アイボックス６０の中央は、中間像の中心の虚像である拡大虚像Ｉの中心に対応する。

ここでは、中間像は矩形を長手方向に湾曲させた形状であり、中間像の中心は、中間像の対角線の交点を意味する。

結果として、本実施形態では、仮に中間像の中心から出射した光が凹面ミラー９の中心に入射（非偏心入射）する場合に比べて、上記歪みを効果的に補正することができる。

表１〜５には、本実施形態の実施例１〜２０における、中間像の中心から出射した光（アイボックス６０の中央に入射する光）の凹面ミラー９への入射位置（Ｘｍ、Ｙｍ）の具体例が示されている。各実施例において（Ｘｍ、Ｙｍ）は、（０、０）ではなく、偏心入射であることが分かる。

また、図８（Ａ）〜図８（Ｄ）には、虚像の歪の具体例が示されている。各図の格子点は歪のない理想的な虚像であり、実線はシミュレーションで求めた虚像である。

図８（Ａ）には、湾曲スクリーン８からの光を凹面ミラー９に偏心入射させた場合の虚像が示されている。図８（Ａ）から、縦線、横線ともに歪みが小さいことが分かる。

図８（Ｂ）には、平坦スクリーンからの光を凹面ミラー９に偏心入射させた場合の虚像が示されている。図８（Ｂ）から、縦線の歪は小さいが、横線の歪が大きいことが分かる。

図８（Ｃ）には、湾曲スクリーン８からの光を凹面ミラー９に非偏心入射させた場合の虚像が示されている。図８（Ｃ）から、縦線の歪が大きく、横線の歪が小さいことが分かる。

図８（Ｄ）には、平坦スクリーンからの光を凹面ミラー９に非偏心入射させた場合の虚像が示されている。図８（Ｄ）から、縦線、横線ともに歪が大きいことが分かる。

結果として、中間像が形成されるスクリーンとして湾曲スクリーン８を用い、かつ中間像の中心を形成した光を凹面ミラー９の中心以外の位置に入射させることで、像面湾曲と歪を効果的に補正できる。

また、本実施形態では、次の（１）式が満足されることが好ましい。
０．１５≦Ｒ／Ｌ≦２．０…（１）
ただし、湾曲スクリーン８に形成された中間像の中心から出射し凹面ミラー９に入射する光の中間像の中心から凹面ミラー９までの光路長をＬとし、
湾曲スクリーン８が長手方向又は短手方向に曲率を有するシリンダ形状の場合に、湾曲スクリーン８の長手方向又は短手方向の曲率半径をＲとし、
湾曲スクリーン８が長手方向に曲率を有するトロイダル形状の場合に、湾曲スクリーン８の長手方向の曲率半径をＲとし、
湾曲スクリーン８が均一な曲率を有する球面形状の場合に、湾曲スクリーン８の曲率半径をＲとする。

上記（１）式は、湾曲スクリーン８の曲率半径を適切に決めるための条件式である。仮にＲ／Ｌが上記（１）式の上限（２．０）を上回ると、湾曲スクリーン８の曲率半径が大きく（曲率が小さく）なりすぎるため、像面湾曲を補正しきれなくなる。

一方、仮にＲ／Ｌが上記（１）式の下限（０．１５）を下回ると、湾曲スクリーン８の曲率半径が小さく（曲率が大きく）なりすぎ像面湾曲を補正できなくなるばかりか、湾曲スクリーン８と凹面ミラー９との距離が大きくなりすぎ小型化に不利である。

また、本実施形態では、次の（２）式が満足されることが好ましい。
０．０１≦β／Ｒ≦０．７…（２）
ただし、フロントガラス１０を介して視認される虚像のａ方向（横方向）の長さを中間像（画像）のａ方向（横方向）の長さで除した（割った）値をβとし、
湾曲スクリーン８が長手方向又は短手方向に曲率を有するシリンダ形状の場合に、湾曲スクリーン８の長手方向又は短手方向の曲率半径をＲ［ｍｍ］とし、
湾曲スクリーン８が長手方向に曲率を有するトロイダル形状の場合に、湾曲スクリーン８の長手方向の曲率半径をＲ［ｍｍ］とし、
湾曲スクリーン８が均一な曲率を有する球面形状の場合に、湾曲スクリーン８の曲率半径をＲ［ｍｍ］とする。

上記（２）式は、湾曲スクリーン８と凹面ミラー９を含む投射光学系の横方向の倍率を適切に設定するための条件式である。

仮にβ／Ｒが上記（２）式の上限（０．７）を上回ると、投射光学系のａ方向（横方向）の倍率が高くなりすぎ、歪が発生しやすくなるため好ましくない。

一方、仮にβ／Ｒが上記（２）式の下限（０．０１）を下回ると、投射光学系のａ方向（横方向）の倍率が低くなりすぎ、小型化に不利になり好ましくない。

また、本実施形態では、次の（３）式が満足されることが好ましい。
０．０１≦α／Ｒ≦０．７…（３）
ただし、フロントガラス１０を介して視認される虚像のｂ方向（縦方向）の長さを中間像（画像）のｂ方向（縦方向）の長さで除した（割った）値をαとし、
湾曲スクリーン８が長手方向又は短手方向に曲率を有するシリンダ形状の場合に、湾曲スクリーン８の長手方向又は短手方向の曲率半径をＲ［ｍｍ］とし、
湾曲スクリーン８が長手方向に曲率を有するトロイダル形状の場合に、湾曲スクリーン８の長手方向の曲率半径をＲ［ｍｍ］とし、
湾曲スクリーン８が均一な曲率を有する球面形状の場合に、湾曲スクリーン８の曲率半径をＲ［ｍｍ］とする。

上記（３）式は、湾曲スクリーン８と凹面ミラー９を含む投射光学系の縦方向の倍率を適切に設定するための条件式である。

仮にα／Ｒが上記（３）式の上限（０．７）を上回ると、投射光学系のｂ方向（縦方向）の倍率が高くなりすぎ、歪が発生しやすくなるため好ましくない。

一方、仮にα／Ｒが上記（３）式の下限（０．０１）を下回ると、投射光学系のｂ方向（縦方向）の倍率が低くなりすぎ、小型化に不利になり好ましくない。

また、本実施形態では、次の（４）式が満足されることが好ましい。
０．００５≦Ｒ／Ｌｉｍｇ≦０．１５…（４）
ただし、湾曲スクリーン８に形成された中間像の虚像をフロントガラス１０を介して観察する観察者の視点から虚像までの距離をＬｉｍｇとし、
湾曲スクリーン８が長手方向又は短手方向に曲率を有するシリンダ形状の場合に、湾曲スクリーン８の長手方向又は短手方向の曲率半径をＲとし、
湾曲スクリーン８が長手方向に曲率を有するトロイダル形状の場合に、湾曲スクリーン８の長手方向の曲率半径をＲとし、
湾曲スクリーン８が均一な曲率を有する球面形状の場合に、湾曲スクリーン８の曲率半径をＲとする。

上記（４）式は、湾曲スクリーン８の曲率半径と視点虚像間距離を適切に決めるための条件式である。

仮にＲ／Ｌｉｍｇが上記（４）式の上限（０．１５）を上回ると、湾曲スクリーン８の曲率半径が大きくなりすぎ、像面湾曲を補正する効果が小さくなるため望ましくない。

一方、仮にＲ／Ｌｉｍｇが上記（４）式の下限（０．００５）を下回ると、湾曲スクリーン８の曲率半径が小さくなりすぎ、像面湾曲を過補正してしまうため望ましくない。

また、本実施形態では、次の（５）式が満足されることが好ましい。
０．８≦Ｒ／Ｒ´≦２．２…（５）
ただし、湾曲スクリーン８が長手方向と短手方向に異なる曲率を有するトロイダル形状の場合に、湾曲スクリーン８の長手方向の曲率半径をＲ、短手方向の曲率半径Ｒ´とする。

湾曲スクリーン８を長手方向と短手方向に異なる曲率を有するトロイダル形状にすることで、虚像の横方向と縦方向の像面湾曲を効果的に補正できる。

上記（５）式は、湾曲スクリーン８がトロイダル形状の場合に湾曲スクリーン８の長手方向と短手方向の曲率半径を適切に決めるための条件である。

仮にＲ／Ｒ´が上記（５）式の上限（２．２）を上回ると、湾曲スクリーン８の長手方向の曲率半径が大きくなりすぎるために像面湾曲を補正しきれなくなる。

一方、仮にＲ／Ｒ´が上記（５）式の下限（０．８）を下回ると、湾曲スクリーン８の短手方向の曲率半径が大きくなりすぎるために像面湾曲を補正しきれなくなる。

ここで、図１１に示される変形例１の画像形成部のように、２次元偏向手段６と湾曲スクリーン８との間に走査線（走査軌跡）の曲がりを補正する凹面鏡７を配置しない場合、光源部からの光は２次元偏向手段６により円弧状に走査される。

そこで、円弧状に走査された走査線に合うように湾曲クリーン８を配置すれば、２次元偏向手段６と湾曲スクリーン８との間の光路上に自由曲面レンズや凹面鏡７などの光学部材を配置して走査線を補正する必要がなく（走査面を平面にする必要がなく）、部品点数の削減、公差の感度低減が可能となる。

以下に示される表１には、実施例１〜４における光学的な設定値が示されている。表２には、実施例５〜８における光学的な設定値が示されている。表３には、実施例９〜１２における光学的な設定値が示されている。表４には、実施例１３〜１６における光学的な設定値が示されている。表５には、実施例１７〜２０における光学的な設定値が示されている。表６には、各実施例におけるＲ／Ｌ、β／Ｒ［１／ｍｍ］、α／Ｒ［１／ｍｍ］、Ｒ／Ｌｉｍｇ、Ｒ／Ｒ´が少数第三位まで記載されている。

また、表１〜５では、湾曲スクリーン８（透過部材）に設定されたｘｙｗ座標系（ｘ方向は横方向、ｙ方向は縦方向、ｗ方向はｘ方向及びｙ方向のいずれにも直交する方向、図５参照）、凹面ミラー９に設定されたＸＹ座標系を用いている。Ｒは、湾曲スクリーン８の曲率半径である。ただし、湾曲スクリーン８の形状が長手方向又は短手方向に曲率を有するシリンダ形状の場合に湾曲スクリーン８の長手方向又は短手方向の曲率半径をＲとし、湾曲スクリーン８の形状が長手方向に曲率を有するトロイダル形状の場合に湾曲スクリーン８の長手方向の曲率半径をＲ、短手方向の曲率半径をＲ´とし、湾曲スクリーン８の形状が均一な曲率を有する球面形状の場合に湾曲スクリーン８の曲率半径をＲとする。

自由曲面ミラーである凹面ミラー９は、次の（ａ）式で定義される。なお、ｚはＺ軸に平行な面のサグ量、ｃは面頂点の曲率（すなわち曲率半径は１／ｃ）、ｒは凹面ミラー９の中心軸からの垂直距離、ｋはコーニック定数、ＣｊはＸＹ多項式の係数である。

図１２（Ａ）〜図１５（Ｃ）には、湾曲スクリーン８（透過部材）に形成される中間像の具体例が示されている。

実施例１〜１０では、湾曲スクリーン８の形状は、長手方向（横方向）に曲率を有するシリンダ形状である（図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）参照）。図１６〜図２５には、それぞれ実施例１〜１０における像面湾曲を表すＭＴＦ／デフォーカス特性が示されている。

実施例１１〜１５では、湾曲スクリーン８の形状は、長手方向（横方向）と短手方向（縦方向）で異なる曲率を有するトロイダル形状である（図１３（Ａ）〜図１３（Ｃ）参照）。図２６〜図３０には、それぞれ実施例１１〜１５における像面湾曲を表すＭＴＦ／デフォーカス特性が示されている。

実施例１６〜１８では、湾曲スクリーン８の形状は、球面形状である（図１４（Ａ）〜図１４（Ｃ）参照）。図３１〜図３３には、それぞれ実施例１６〜１８における像面湾曲を表すＭＴＦ／デフォーカス特性が示されている。

実施例１９、２０では、湾曲スクリーン８の形状は、自由曲面形状である。図３４、図３５には、それぞれ実施例１９、２０における像面湾曲を表すＭＴＦ／デフォーカス特性が示されている。

いずれの実施例においても、湾曲スクリーン８を用いることで像面湾曲が抑制されていることがわかる。

上に説明したヘッドアップディスプレイは、上述の如く、例えば、自動車等の車載用として用いることができ、ａ方向は「運転席から見て横方向」、ｂ方向は「縦方向」である。

この場合、自動車等のフロントガラス１０前方に拡大虚像Ｉとして、例えば「ナビゲーション画像」を表示でき、観察者である運転者は、この画像を運転席に居ながらフロントガラス１０前方から視線をほとんど動かさずに観察できる。

このような場合、上述の如く、表示される拡大虚像Ｉは「運転者から見て横長の画像」であること、即ち、マイクロレンズアレイに形成される画像（中間像）および、拡大虚像Ｉは、ａ方向に画角の大きい画像であることが一般に好ましい。

また、上述の如く、観測者である運転者が、左右斜め方向から表示画像を見た場合にも、表示を認識できるように、横方向には「縦方向に比して大きな視野角」が要求される。
このため、拡大虚像Ｉの長手方向（ａ方向）には短手方向（ｂ方向）に比して大きな拡散角（非等方拡散）が要求される。

従って、微細凸レンズ構造（マイクロレンズアレイ）の各微細凸レンズ（マイクロレンズ）を、湾曲スクリーン８に形成された中間像もしくは拡大虚像Ｉの短手方向よりも長手方向の方の曲率が大きいアナモフィックなレンズとし、画素表示用ビームを拡散させる拡散角を「中間像の横方向を縦方向よりも広く」するのが好ましい。

このようにして、ヘッドアップディスプレイの要求画角を満たす必要最小限の範囲に光を発散させ、光の利用効率を向上させ、表示画像の輝度を向上させることが可能である。

勿論、上記のような「非等方拡散」ではなく、縦方向と横方向で拡散角が等しい「等方拡散」とする場合も可能である。
しかし、自動車等の車載用として用いるヘッドアップディスプレイの場合であれば、運転者が表示画像に対して上下方向の位置から観察を行なう場合はすくない。
従って、このような場合であれば、上記のように、画素表示用ビームを拡散させる拡散角を「中間像の横方向を縦方向よりも広く」するのが光利用効率の面から好ましい。

微細凸レンズ（マイクロレンズ）は、そのレンズ面を「非球面」として形成できることが従来から知られている。

直上に説明したアナモフィックなレンズ面も「非球面」であるが、微細凸レンズのレンズ面をより一般的な非球面として形成でき、収差補正を行なうこともできる。

収差の補正により「拡散の強度ムラ」を低減することも可能である。

微細凸レンズ構造の微細凸レンズは、上記の如く画素表示用ビームを拡散させるものであるが、ｘ方向、ｙ方向の２方向のうち、１方向のみの拡散を行なう場合も考えられる。

このような場合には、微細凸レンズのレンズ面として「微細凸シリンダ面」を用いることができる。

なお、微細凸レンズの形状を、六角形状とすることや、その配列をハニカム型配列とすることは、従来から、マイクロレンズアレイの製造方法に関連して知られている。

以上説明した本実施形態の画像表示装置１０００（ヘッドアップディスプレイ）は、光により中間像（画像）を形成し、該画像を形成した光を出射する画像形成部と、前記画像形成部からの光をフロントガラス１０（透過反射部材）に向けて反射させる凹面ミラー９と、を備え、画像形成部は、画像が形成される、凹面ミラー９側に凸形状に湾曲した透過部材（湾曲スクリーン８）を含む。

この場合、部品点数の増加を招くことなく、虚像の像面湾曲を抑制できる。

結果として、画像表示装置１０００によれば、装置の大型化を招くことなく虚像の視認性を向上させることができる。

一方、虚像の像面湾曲を抑制するための光学部材（レンズ、ミラー等）を湾曲スクリーン（又は平坦スクリーン）とは別に設ける（追加する）ことも考えられるが、この場合には部品点数が増加してしまう。この結果、各部品の製造誤差や設置誤差が虚像の視認性に与える影響が大きくなり、かつ装置の大型化を招く。

また、湾曲スクリーン８の形状が長手方向又は短手方向に曲率を有するシリンダ形状である場合、虚像の長手方向又は短手方向の像面湾曲を抑制できる。そこで、湾曲スクリーン８において、虚像の長手方向と短手方向で像面湾曲が発生し易い方向に曲率を持たせることが好ましい。

また、湾曲スクリーン８の形状が長手方向に曲率を有するシリンダ形状である場合、画角が大きいがゆえに大きくなる、虚像の長手方向の像面湾曲を効果的に補正できる。

また、湾曲スクリーン８の形状が長手方向及び短手方向に曲率を有するトロイダル形状である場合、虚像の長手方向及び短手方向の像面湾曲を抑制できる。

また、湾曲スクリーン８の形状が球面形状である場合、虚像の長手方向及び短手方向の像面湾曲を抑制できる。

また、湾曲スクリーン８の形状が自由曲面形状である場合、虚像全体の像面湾曲を抑制できる。

また、フロントガラス１０は、水平面に対して傾斜し、かつ湾曲しており、中間像の中心から出射した光は、凹面ミラー９の中心以外の箇所に入射する。

この場合、フロントガラス１０の傾斜、湾曲に起因する虚像の歪みを効果的に補正できる。

なお、フロントガラス１０の傾斜、形状は、車種毎に異なり、中には、傾斜度や湾曲度が非常に小さいものから非常に大きいものまであるが、いずれの場合であっても、画像表示装置１０００では、凹面ミラー９の設計、及び中間像の中心を形成した光の凹面ミラー９への入射位置の調整（微小偏心も可）によって、虚像の歪みを抑制できる。

そこで、画像表示装置１０００が搭載された移動体（例えば車両）では、操縦者は、画像表示装置により表示された情報（虚像）をストレスなく、迅速かつ確実に視認できる。

なお、上記実施形態では、複数の光源を用いてカラー画像を形成しているが、図１１、図９にそれぞれ示される変形例１、２の画像形成部のように、単一の光源を用いてモノクロ画像を形成しても良い。なお、図１１に示される変形例１の画像形成部において、上記実施形態の光源部１００と同様のカラー画像に対応する光源部を配備することも可能である。

また、上記実施形態及び各変形例では、湾曲スクリーンとして、全体として湾曲形状の微細凸レンズ構造（マイクロレンズアレイ）が用いられているが、これに限らず、例えば、湾曲した透過板、湾曲した反射板、湾曲した拡散板などを用いても良い。

但し、湾曲スクリーンは「反射型」よりも「透過型」の方が好ましい。

また、上記実施形態及び各変形例のマイクロレンズアレイでは、複数のマイクロレンズが仮想湾曲面に沿って３次元配列されているが、これに代えて、仮想湾曲線に沿って２次元配列されていても良い。

また、上記実施形態及び各変形例では、スクリーンに２次元偏向手段を用いて２次元走査して画像を形成しているが、例えば、ＭＥＭＳミラー、ガルバノミラー、ポリゴンミラー等を含む１次元偏向手段を用いて１次元走査して画像を形成しても良い。

また、上記実施形態及び各変形例では、光源として、ＬＤ（端面発光レーザ）を用いているが、これに限らず、ＶＣＳＥＬ（面発光レーザ）、ＬＥＤ（発光ダイオード）、有機ＥＬ素子、ランプ、半導体レーザ以外のレーザを用いても良い。また、光源からの光を湾曲スクリーン８に導く光学系も適宜変更可能である。

また、上記実施形態及び変形例２において、凹面鏡７の代わりに、平面鏡を設けても良い。

また、上記実施形態及び各変形例では、画像形成部は、光源部、２次元偏向手段６及び湾曲スクリーン８（湾曲した透過部材）を含んで構成されているが、これに限られない。例えば、変形例３として、透過型液晶パネル、反射型液晶パネル、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）パネル等の画像形成素子（イメージングデバイス）と、光源とを含んで構成されても良い。すなわち、この画像形成素子は、透過型でも反射型でも良い。ここでは、光源として、例えば冷陰極蛍光管、ランプ、ＬＥＤ（発光ダイオード）、有機ＥＬ素子、半導体レーザ（ＬＤやＶＣＳＥＬ）、半導体レーザ以外のレーザ等を含むものが挙げられる。イメージングデバイスとしては、カラー画像、モノクロ画像のいずれを形成するものであっても良い。

このような画像形成素子をスクリーンに代えて用いる場合、液晶パネルやＤＭＤパネルを全体としてフラット（平坦）にしても良いが、上記実施形態及び各変形例の湾曲スクリーン８と同様に、液晶パネルやＤＭＤパネルを全体として凹面ミラー９側に凸の湾曲構造とすることが好ましい。この湾曲構造の画像形成素子は、例えば、全体として湾曲スクリーン８と同様の形状を有し、長手方向が横方向に一致し、かつ短手方向が縦方向に一致するように配置される。

すなわち、画像形成素子は、画像データの複数の画素に対応する複数の表示部（例えば液晶）が全体として湾曲構造を形成するように（仮想湾曲面に沿って）配置された画像表示パネル（例えば液晶パネル）であっても良い。また、画像形成素子は、画像データの複数の画素に対応する複数のマイクロミラーが全体として湾曲構造を形成するように（仮想湾曲面に沿って）配置されたデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤパネル）であっても良い。なお、画像形成素子を湾曲構造とする場合、前述した湾曲スクリーンの場合と同様に「反射型」よりも「透過型」の方が好ましい。

湾曲構造の画像形成素子を湾曲スクリーンに代えて用いる場合にも、上記（１）式が満足されることが好ましい。この場合も、上記実施形態及び変形例１、２と同様の効果が得られる。ただし、画像形成素子上の画像の中心から出射し凹面ミラー９に入射する光の該画像の中心から凹面ミラー９までの光路長をＬとし、画像形成素子が長手方向又は短手方向に曲率を有するシリンダ形状の場合に、画像形成素子の長手方向又は短手方向の曲率半径をＲとし、画像形成素子が長手方向に曲率を有するトロイダル形状の場合に、画像形成素子の長手方向の曲率半径をＲとし、画像形成素子が均一な曲率を有する球面形状の場合に、画像形成素子の曲率半径をＲとする。

また、湾曲構造の画像形成素子を湾曲スクリーンに代えて用いる場合にも、上記（２）式が満足されることが好ましい。この場合も、上記実施形態及び変形例１、２と同様の効果が得られる。ただし、フロントガラス１０を介して視認される虚像のａ方向（横方向）の長さを中間像（画像）のａ方向（横方向）の長さで除した（割った）値をβとし、画像形成素子が長手方向又は短手方向に曲率を有するシリンダ形状の場合に、画像形成素子の長手方向又は短手方向の曲率半径をＲ［ｍｍ］とし、画像形成素子が長手方向に曲率を有するトロイダル形状の場合に、画像形成素子の長手方向の曲率半径をＲ［ｍｍ］とし、画像形成素子が均一な曲率を有する球面形状の場合に、画像形成素子の曲率半径をＲ［ｍｍ］とする。

また、湾曲構造の画像形成素子を湾曲スクリーンに代えて用いる場合にも、上記（３）式が満足されることが好ましい。この場合も、上記実施形態及び変形例１、２と同様の効果が得られる。ただし、フロントガラス１０を介して視認される虚像のｂ方向（縦方向）の長さを中間像（画像）のｂ方向（縦方向）の長さで除した（割った）値をαとし、画像形成素子が長手方向又は短手方向に曲率を有するシリンダ形状の場合に、画像形成素子の長手方向又は短手方向の曲率半径をＲ［ｍｍ］とし、画像形成素子が長手方向に曲率を有するトロイダル形状の場合に、画像形成素子の長手方向の曲率半径をＲ［ｍｍ］とし、画像形成素子が均一な曲率を有する球面形状の場合に、画像形成素子の曲率半径をＲ［ｍｍ］とする。

また、湾曲構造の画像形成素子を湾曲スクリーンに代えて用いる場合にも、上記（４）式が満足されることが好ましい。この場合も、上記実施形態及び変形例１、２と同様の効果が得られる。ただし、画像形成素子に形成された中間像の虚像をフロントガラス１０を介して観察する観察者の視点から虚像までの距離をＬｉｍｇとし、画像形成素子が長手方向又は短手方向に曲率を有するシリンダ形状の場合に、画像形成素子の長手方向又は短手方向の曲率半径をＲとし、画像形成素子が長手方向に曲率を有するトロイダル形状の場合に、画像形成素子の長手方向の曲率半径をＲとし、画像形成素子が均一な曲率を有する球面形状の場合に、画像形成素子の曲率半径をＲとする。

また、湾曲構造の画像形成素子を湾曲スクリーンに代えて用いる場合にも、上記（５）式が満足されることが好ましい。この場合も、上記実施形態及び変形例１、２と同様の効果が得られる。ただし、画像形成素子が長手方向と短手方向に異なる曲率を有するトロイダル形状の場合に、画像形成素子の長手方向の曲率半径をＲ、短手方向の曲率半径Ｒ´とする。

また、画像形成素子をスクリーンに代えて用いる場合、画像形成素子上の画像の中心から出射した光を凹面ミラー９の中心以外の位置に入射（偏心入射）させても良い。この場合に、上記画像形成素子は、全体形状がフラット（平坦）であっても歪を補正できるが、液晶パネルやＤＭＤパネルが凹面ミラー９側に凸の湾曲構造であれば、像面湾曲及び歪みの双方を補正できる。

また、上記実施形態及び各変形例では、湾曲構造体（湾曲スクリーンや湾曲したイメージングデバイス）上の画像の中心から出射した光を、凹面ミラー９の中心以外の位置に入射させているが、凹面ミラー９の中心に入射（非偏心入射）させても良い。

また、上記実施形態及び各変形例では、湾曲構造体上の中間像は、矩形を湾曲させた形状であるが、これに限らず、例えば円形や楕円形を湾曲させた形状、正方形等の矩形以外の平行四辺形を湾曲させた形状、五角形以上の正多角形を湾曲させた形状であっても良い。

また、上記実施形態及び各変形例において、凹面ミラー９に偏心入射させる場合には、湾曲スクリーンに代えて、平坦スクリーンを用いても良い。この平坦スクリーンとしては、透過型でも反射型でも良く、具体的には、平坦なマイクロレンズアレイ、平坦な透過板、平坦な反射板、平坦な拡散板などが挙げられる。

また、上記実施形態及び各変形例において、凹面ミラー９に偏心入射させる場合には、Ｒ／Ｌは、上記（１）式の範囲を逸脱した値であっても良い。

また、上記実施形態及び各変形例において、凹面ミラー９に偏心入射させる場合には、β／Ｒは、上記（２）式の範囲を逸脱した値であっても良い。

また、上記実施形態及び各変形例において、凹面ミラー９に偏心入射させる場合には、α／Ｒは、上記（３）式の範囲を逸脱した値であっても良い。

また、上記実施形態及び各変形例において、凹面ミラー９に偏心入射させる場合には、Ｒ／Ｌｉｍｇは、上記（４）式の範囲を逸脱した値であっても良い。

また、上記実施形態及び各変形例において、凹面ミラー９に偏心入射させる場合には、Ｒ／Ｒ´は、上記（５）式の範囲を逸脱した値であっても良い。

また、上記実施形態及び各変形例では、凹面ミラー９として、曲率分布を持つ自由曲面ミラーが用いられているが、曲率が一定の凹面ミラーを用いても良い。

また、透過反射部材は、移動体のフロントガラスに限らず、例えばサイドガラス、リアガラス等の移動体の搭乗者（例えば操縦者、ナビゲータ、乗組員、乗客等）が移動体の外部を視認するための他の窓部材であっても良い。また、透過反射部材は、ガラス製のものに限らず、例えば樹脂製であっても良い。

また、透過反射部材は、例えば、いわゆるコンバイナのように、移動体の窓部材（例えばフロントガラス）とは別の部材で構成され、観察者から見て該窓部材よりも手前に配置されていても良い。この場合も、透過反射部材の形状や傾きに応じた凹面ミラー９の設計や凹面ミラー９への偏心入射、スクリーンの曲率半径の設定、スクリーンと凹面ミラー９との位置関係の設定等を行うことが好ましい。

また、透過反射部材は、要は、水平面に対して傾斜していること及び湾曲していることの少なくとも一方を満たせば良い。例えば、透過反射部材は、水平面に対して傾斜する平坦形状の部材であっても良いし、水平面に垂直な湾曲形状の部材であっても良い。

また、上記実施形態及び各変形例では、画像表示装置は、例えば車両、航空機、船舶等の移動体に搭載されるものを一例として説明したが、要は、物体に搭載されるものであれば良い。この場合も、物体と、該物体に搭載された画像形成装置とを備える物体装置では、上記実施形態及び各変形例と同様の効果が得られる。この場合、画像表示装置は、透過反射部材を構成要素として備えていても良いし、備えていなくても良い。なお、「物体」は、移動体の他、恒常的に設置されるものや運搬可能なものを含む。

また、本発明の画像表示装置は、物体に搭載されるものに限らず、例えば、単独で設置されるものや人体に装着可能なもの（例えばヘッドマウントディスプレイ）にも応用可能である。例えば、映画鑑賞用の画像表示装置としても実施可能である。

ＬＣ…画素表示用ビーム（画像データに基づく光）、６…２次元偏向手段（偏向手段、画像形成部の一部）、７…凹面鏡（画像形成部の一部）、８…湾曲スクリーン（湾曲した透過部材、画像形成部の一部）、９…凹面ミラー、１０…フロントガラス（透過反射部材）、１００…光源部（画像形成部の一部）、１０００…画像表示装置。

特許第５３７０４２７号公報

Claims (16)

1. 光により画像を形成し、該画像を形成した光を出射する画像形成部と、
   前記画像形成部からの光を透過反射部材に向けて反射させる凹面ミラーと、を備え、
   前記画像形成部は、前記画像が形成される又は前記画像を形成する、前記凹面ミラー側に凸形状に湾曲した透過部材を含み、前記画像の中心を形成した光は、前記凹面ミラーの中心以外の位置に入射し、前記凹面ミラーの中心以外の位置で反射された光の一部は、前記透過反射部材で反射されアイボックスの中央に入射する画像表示装置。
2. 前記透過部材は、長手方向又は短手方向に曲率を有するシリンダ形状であることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記透過部材の形状は、長手方向に曲率を有するトロイダル形状であることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
4. 前記透過部材の形状は、球面形状であることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
5. 前記透過部材の形状は、自由曲面形状であることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
6. ０．１５≦Ｒ／Ｌ≦２．０
   が満足されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の画像表示装置。
   ただし、前記透過部材に形成された中間像の中心から出射し前記凹面ミラーに入射する光の中間像の中心から前記凹面ミラーまでの光路長をＬとし、
   前記透過部材が長手方向又は短手方向に曲率を有するシリンダ形状の場合に、前記透過部材の長手方向又は短手方向の曲率半径をＲとし、
   前記透過部材が長手方向に曲率を有するトロイダル形状の場合に、前記透過部材の長手方向の曲率半径をＲとし、
   前記透過部材が均一な曲率を有する球面形状の場合に、前記透過部材の曲率半径をＲとする。
7. ０．０１≦β／Ｒ≦０．７
   が満足されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の画像表示装置。
   ただし、前記透過反射部材を介して視認される虚像の横方向の長さを前記画像の横方向の長さで除した値をβとし、
   前記透過部材が長手方向又は短手方向に曲率を有するシリンダ形状の場合に、前記透過部材の長手方向又は短手方向の曲率半径をＲ［ｍｍ］とし、
   前記透過部材が長手方向に曲率を有するトロイダル形状の場合に、前記透過部材の長手方向の曲率半径をＲ［ｍｍ］とし、
   前記透過部材が均一な曲率を有する球面形状の場合に、前記透過部材の曲率半径をＲ［ｍｍ］とする。
8. ０．０１≦α／Ｒ≦０．７
   が満足されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の画像表示装置。
   ただし、前記透過反射部材を介して視認される虚像の縦方向の長さを前記画像の縦方向の長さで除した値をαとし、
   前記透過部材が長手方向又は短手方向に曲率を有するシリンダ形状の場合に、前記透過部材の長手方向又は短手方向の曲率半径をＲ［ｍｍ］とし、
   前記透過部材が長手方向に曲率を有するトロイダル形状の場合に、前記透過部材の長手方向の曲率半径をＲ［ｍｍ］とし、
   前記透過部材が均一な曲率を有する球面形状の場合に、前記透過部材の曲率半径をＲ［ｍｍ］とする。
9. ０．００５≦Ｒ／Ｌｉｍｇ≦０．１５
   が満足されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の画像表示装置。
   ただし、前記透過反射部材を介して前記画像の虚像を観察する観察者の視点から虚像までの距離をＬｉｍｇとし、
   前記透過部材が長手方向又は短手方向に曲率を有するシリンダ形状の場合に、前記透過部材の長手方向又は短手方向の曲率半径をＲとし、
   前記透過部材が長手方向に曲率を有するトロイダル形状の場合に、前記透過部材の長手方向の曲率半径をＲとし、
   前記透過部材が均一な曲率を有する球面形状の場合に、前記透過部材の曲率半径をＲとする。
10. 前記透過部材がシリンダ形状であるとき、前記透過部材は長手方向に曲率を有することを特徴とする請求項２、６〜９のいずれか一項に記載の画像表示装置。
11. 前記透過部材がトロイダル形状であるとき、前記透過部材は短手方向に曲率を有し、前記透過部材の長手方向の曲率半径をＲ、短手方向の曲率半径Ｒ´とすると、
    ０．８≦Ｒ／Ｒ´≦２．２が満足されることを特徴とする請求項６〜９のいずれか一項に記載の画像表示装置。
12. 前記透過部材は、マイクロレンズアレイであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の画像表示装置。
13. 前記画像形成部は、
    画像データに基づく光を出射する光源部と、
    前記光源部からの光により前記透過部材を走査する、偏向手段を有する走査光学系と、を更に含み、
    前記偏向手段と前記透過部材との間に光学部材を含まないことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の画像表示装置。
14. 光により画像を形成し、該画像を形成した光を出射する画像形成部と、
    前記画像形成部からの光を透過反射部材に向けて反射させる凹面ミラーと、を備え、
    前記画像の中心を形成した光は、前記凹面ミラーの中心以外の位置に入射し、前記凹面ミラーの中心以外の位置で反射された光の一部は、前記透過反射部材で反射されアイボックスの中央に入射する画像表示装置。
15. 前記透過反射部材は、移動体の窓部材であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載の画像表示装置。
16. 請求項１〜１５のいずれか一項に記載の画像表示装置と、
    前記画像表示装置が搭載された物体と、を備える物体装置。
    

Images