JP7354999B2 - 虚像表示装置 - Google Patents

Description

本開示は、虚像表示装置に関する。

表示光を透光部材により反射させて、表示光による虚像を視認領域において視認可能に表示する虚像表示装置は、広く利用されている。

例えば特許文献１に開示の虚像表示装置は、照明用レンズにより集光された照明光の透過によって画像を形成し、当該画像の表示光を射出する表示器を、備えている。ここで照明用レンズでは、照明光を集光するレンズ面部の配列構造が、それぞれの光軸に対する直交方向において複数並んでいる。これにより、表示器の照明における照度ムラを抑制することが、可能となっている。

特許６２３７２４９号公報

しかし、特許文献１に開示の虚像表示装置は、照明用レンズの配列構造間において面形状が不連続に変化する不連続部分を、形成している。そのため、配列構造間の境界に入射した照明光は、視認者におけるアイポイントの位置によっては、鋭く光るエッジ光を視認領域に生じさせるため、虚像の視認性を左右する照明品質の低下を招く懸念があった。

そこで本開示の課題は、虚像の視認性を高める虚像表示装置を、提供することにある。

以下、課題を解決するための本開示の技術的手段について、説明する。尚、特許請求の範囲及び本欄に記載された括弧内の符号は、後に詳述する実施形態に記載された具体的手段との対応関係を示すものであり、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

本開示の第一態様は、
表示光を透光部材（３）により反射させて、表示光による虚像（ＶＲＩ）を視認領域（ＥＢ）において視認可能に表示する虚像表示装置（１００）であって、
白色の照明光を発する照明ユニット（４０）と、
照明光の透過により画像を形成し、画像の表示光を射出する画像形成ユニット（２０）と、
照明光を画像形成ユニットへ向けて集光する集光ユニット（３０）とを、備え、
画像形成ユニットは、複数の画素領域（２１２）を、有し、
集光ユニットは、
各画素領域毎に個別に対応して設けられ、光軸（Ｌｉ）に対する直交方向（Ｙｂ，Ｘｂ）に並んだ配置箇所において入射する照明光を、それぞれの角度空間（θ）内に集光させる複数の個別入射面（３１０，４３１０）と、
各画素領域に共通に設けられ、各個別入射面からの照明光を射出して視認領域内に集光させる共通射出面（３１３，２３１３）とを、有し、
共通射出面は、
照明光を視認領域内に拡散させる波面状に、形成され、
照明ユニットは、
各画素領域毎に個別に対応して設けられ、各個別入射面へ入射する照明光を発する光源部（４０２）を、有する。

第一態様による集光ユニットでは、光軸の直交方向に並ぶ配置箇所に入射の照明光をそれぞれの角度空間内へと集光させる複数の個別入射面が、画像形成ユニットにおける複数の画素領域毎に個別に対応して設けられる。そこで集光ユニットではさらに、各個別入射面からの照明光を射出して視認領域内に集光させる共通射出面が、各画素領域に共通に設けられて照明光を視認領域内へと拡散させる波面状に、形成される。これによれば、各個別入射面間において面形状が不連続に変化する不連続部分へ入射の照明光と、各個別入射面へ入射の照明光とは、各角度空間内からの共通射出面での拡散により混ざり合った状態で視認領域内へと集光される。その結果、各個別入射面間の不連続部分に起因して鋭く光るエッジ光は、生じ難くなる。故に、照明品質を高めて虚像の視認性を高めることが、可能である。

本開示の第二態様は、
表示光を透光部材（３）により反射させて、表示光による虚像（ＶＲＩ）を視認領域（ＥＢ）において視認可能に表示する虚像表示装置（１００）であって、
白色の照明光を発する照明ユニット（４０）と、
照明光の透過により画像を形成し、画像の表示光を射出する画像形成ユニット（２０）と、
照明光を画像形成ユニットへ向けて集光する集光ユニット（３０）とを、備え、
画像形成ユニットは、複数の画素領域（２１２）を、有し、
集光ユニットは、
各画素領域毎に個別に対応して設けられ、光軸（Ｌｉ）に対する直交方向（Ｙｂ，Ｘｂ）に並んだ配置箇所において入射する照明光を、それぞれの角度空間（θ）内に集光させる複数の個別入射面（４３１０，５３１０）と、
各画素領域に共通に設けられ、各個別入射面からの照明光を射出して視認領域内に集光させる共通射出面（４３１３，３１３）とを、有し、
各個別入射面は、
照明光を角度空間内に拡散させる波面状に、形成され、
照明ユニットは、
各画素領域毎に個別に対応して設けられ、各個別入射面へ入射する照明光を発する光源部（４０２）を、有する。

第二態様による集光ユニットでは、照明光を射出して視認領域内に集光させる共通射出面が、画像形成ユニットにおける複数の画素領域に共通に設けられる。そこで集光ユニットではさらに、各画素領域毎に個別に対応して光軸の直交方向に並ぶ配置箇所に入射の照明光をそれぞれの角度空間内へと集光させる複数の個別入射面が、当該照明光を角度空間内に拡散させる波面状に形成される。これによれば、各個別入射面間において面形状が不連続に変化する不連続部分へ入射した照明光は、各個別入射面へ入射して角度空間内に拡散される照明光と混ざり合ってから、視認領域内に集光される。その結果、各個別入射面間の不連続部分に起因して鋭く光るエッジ光は、視認領域において生じ難くなる。故に、照明品質を高めて虚像の視認性を高めることが、可能である。

第一実施形態による虚像表示装置の全体構成を示す模式図である。 第一実施形態による虚像表示装置の詳細構成を示す断面図である。 図２のIII－III線矢視図である。 図２のIV－IV線矢視図である。 図２のV－V線矢視図である。 図２の拡大断面図である。 図２のVII－VII線拡大断面図である。 図３の画像形成パネルの照明例を説明するための模式図である。 第二実施形態による虚像表示装置を図７に対応して示す断面図である。 第三実施形態による虚像表示装置を図６に対応して示す断面図である。 第三実施形態による虚像表示装置を図７に対応して示す断面図である。 第四実施形態による虚像表示装置を図６に対応して示す断面図である。 第四実施形態による虚像表示装置を図７に対応して示す断面図である。 第五実施形態による虚像表示装置を図７対応して示す断面図である。 第六実施形態による虚像表示装置を図６に対応して示す断面図である。 第七実施形態による虚像表示装置を図６に対応して示す断面図である。 第八実施形態による虚像表示装置を図６に対応して示す断面図である。 第一実施形態の変形例による虚像表示装置を図２に対応して示す断面図である。 第一実施形態の変形例による虚像表示装置を図７に対応して示す断面図である。

以下、複数の実施形態を図面に基づき説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことで、重複する説明を省略する場合がある。また、各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。さらに、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合わせることができる。

図１に示すように第一実施形態の虚像表示装置は、車両１に搭載されるように構成されて当該車両１のインストルメントパネル２内に収容される、ヘッドアップディスプレイ（以下、ＨＵＤという）１００である。ここで車両１とは、例えば自動車、鉄道車両の他、航空機、船舶、及び移動しないゲーム筐体等の各種乗り物を含むように、広義に解される。特に本実施形態の車両１は、四輪の自動車である。尚、ＨＵＤ１００に関する前、後、上、下、左、及び右の各方向は、水平面上の車両１を基準として、定義される。

ＨＵＤ１００は、車両１のウインドシールド３へ向けて、画像の表示光を投影する。その結果、ウインドシールド３により反射される表示光は、車両１の室内に設定された視認領域ＥＢに、到達する。車両１の室内において視認領域ＥＢにアイポイントＥＰが位置する乗員は、当該視認領域ＥＢに到達した表示光を虚像ＶＲＩとして知覚する。このようにＨＵＤ１００は、車両１の乗員である視認者（以下、単に視認者という）４により視認可能な虚像ＶＲＩを視認領域ＥＢに表示することで、各種情報を当該視認者４に認識させることが可能となっている。ＨＵＤ１００により虚像ＶＲＩとして表示される各種情報には、例えば車速、燃料残量等といった車両１の状態を示す情報、視界補助情報、道路情報、及びナビゲーション情報等が挙げられる。

視認領域ＥＢは、ＨＵＤ１００により表示される虚像ＶＲＩが所定の仕様を満たす（例えば、虚像ＶＲＩ全体が所定輝度以上となる等）ことで、視認者４により視認可能となる空間領域であって、アイボックスとも称される。視認領域ＥＢは典型的には、車両１に設定されたアイリプスと重なるように、設定される。アイリプスは、視認者４におけるアイポイントＥＰの空間分布を統計的に表したアイレンジに基づき、仮想の楕円体状に設定される。

ウインドシールド３は、例えばガラス又は合成樹脂等により透光性の板状に形成された、透光部材である。ウインドシールド３は、インストルメントパネル２よりも上方に位置して、車両１の室内外を区画している。ウインドシールド３は、前方から後方へ向かうほど、インストルメントパネル２から離間する姿勢に、傾斜している。ウインドシールド３において室内側となる後面は、ＨＵＤ１００から表示光が投影されて反射する反射面３ａを、滑らかな凹面状又は平面状に形成している。

尚、ウインドシールド３については、反射型のホログラフィック光学素子が設けられることで、面反射に代わる干渉縞での回折反射を利用する構成であってもよい。またウインドシールド３に代えて、透光部材としてのコンバイナが車両１の室内に設置されることで、当該コンバイナに反射面３ａが設けられていてもよい。

ＨＵＤ１００は、導光ユニット１０、画像形成ユニット２０、集光ユニット３０、及び照明ユニット４０を備えている。

導光ユニット１０は、画像形成ユニット２０からウインドシールド３に至る光路Ｐを、構成している。導光ユニット１０は、画像形成ユニット２０から投射される表示光を、ウインドシールド３へ向けて導光する。導光ユニット１０は、画像形成ユニット２０により形成される画像を、視認者４により視認される虚像ＶＲＩへ所定の光学倍率に拡大する、拡大作用を有していることが好ましい。これは、導光ユニット１０の拡大作用によって小型化が図られるからである。

このような機能の導光ユニット１０は、少なくとも一つの光学部材１１を含んで構成される。導光ユニット１０は、光学部材１１としての平面鏡（又は曲面鏡）１１ａ及び凹面鏡１１ｂを一つずつ組み合わせて、構成されている。ここで凹面鏡１１ｂは、上述の拡大作用を与える。それ以外にも例えば導光ユニット１０は、光学部材１１としての凸面鏡及び凹面鏡を一つずつ組み合わせた構成であってもよいし、光学部材１１としての一つの凹面鏡から構成される等であってもよい。こうした導光ユニット１０を構成する光学部材１１は、固定式又は可動式のいずれであってもよい。

画像形成ユニット２０は、車両１の室外において虚像ＶＲＩとして結像可能な画像を形成し、当該形成画像の表示光を導光ユニット１０へ向けて射出する。図１，２に示すように画像形成ユニット２０は、画像表示パネル２１及び拡散パネル２２を含んで構成される。

画像表示パネル２１は、全体として板状に形成されている。画像表示パネル２１は、薄膜トランジスタを用いた、透過型のＴＦＴ液晶パネルである。画像表示パネル２１は、二次元配列された複数の液晶画素を有する、アクティブマトリクス式である。画像表示パネル２１の片面である入射面２１０には、照明ユニット４０からの照明光が集光ユニット３０を通して入射する。画像表示パネル２１の逆側となる射出面２１１からは、画像の表示光が光路Ｐ上の導光ユニット１０へ向けて射出される。画像表示パネル２１は、この表示光となる画像を表示形成する。

こうした機能の画像表示パネル２１では、一対の平板状偏光子と、それら偏光子に挟まれた液晶層とが、板厚方向に積層されている。各偏光子は、互いに直交する透過軸及び遮断軸を、画像表示パネル２１の両面２１０，２１１に沿って有している。各偏光子は、透過軸の方位角では偏光を透過させ、遮断軸の方位角では偏光を吸収する。液晶層は、液晶画素毎の印加電圧に応じて透過させる照明光の偏光を、調整可能に構成されている。液晶層での偏光調整により、射出側の偏光子を透過する光の割合、即ち透過率が液晶画素毎に調整されることで、画像が形成される。ここで特に画像表示パネル２１では、各液晶画素にカラーフィルタが設けられることで、カラー画像の形成が可能となっている。

図２，３に示すように画像表示パネル２１には、互いに直交するＸａ方向とＹａ方向とにおいて複数ずつ二次元に並ぶように、複数の画素領域２１２が設定されている。Ｘａ方向における画素領域２１２の数は、Ｙａ方向における画素領域２１２の数に対して、相違となる少ない若しくは多い、又は同一のいずれであってもよいが、図３に示す第一実施形態では多い構成が採用されている。各画素領域２１２は、Ｘａ方向とＹａ方向とに液晶画素が所定数ずつ二次元配列される、矩形の画像形成領域として定義される。

図１，２に示すように拡散パネル２２は、例えばガラス又は樹脂等の硬質透明材から、全体として板状又は薄膜状に形成されている。拡散パネル２２は、画像表示パネル２１の入射面２１０に沿って実質平行に、配置される。拡散パネル２２は、画像表示パネル２１へ入射する照明光に対して、拡散作用を与える。尚、拡散パネル２２は、画像表示パネル２１の入射面２１０に微小な凹凸が与えられることで、画像表示パネル２１と一体に構成されてもよい。

集光ユニット３０は、照明ユニット４０からの照明光を画像形成ユニット２０へ向けて集光する。集光ユニット３０は、レンズアレイ３１を主体に構成される。レンズアレイ３１は、例えばガラス又は樹脂等の硬質透明材から、全体として板状に形成されている。レンズアレイ３１は、ＴＩＲレンズアレイである。図２，４～７に示すようにレンズアレイ３１は、個別入射面３１０、個別透過面３１１、個別反射面３１２及び共通射出面３１３を、一体に有している。これにより、構造の簡素化及び低コスト化が図られている。

図２，４，６，７に示すように個別入射面３１０は、互いに直交するＸｂ方向とＹｂ方向とにおいて複数ずつ、二次元に並んで形成されている。Ｘｂ方向における個別入射面３１０の数は、Ｘａ方向における画素領域２１２の数と一致している。Ｙｂ方向における個別入射面３１０の数は、Ｙａ方向における画素領域２１２の数と一致している。これらにより各個別入射面３１０は、画素領域２１２のいずれかに、１：１に対応付けして配置されている。即ち個別入射面３１０は、各画素領域２１２毎に個別に対応して設けられている。各個別入射面３１０には、Ｘｂ方向とＹｂ方向とに実質直交する光軸Ｌｉが、与えられている。各個別入射面３１０は、Ｘｂ方向及びＹｂ方向を含む任意方向において、それぞれの光軸Ｌｉを対称軸とした湾曲凸面状を、呈している。各個別入射面３１０には、照明ユニット４０からの照明光が入射する。各個別入射面３１０は、それぞれの配置箇所において入射する照明光を、共通射出面３１３へ向けて、それぞれの角度空間θ内に集光させる。ここで角度空間θは、後述する光源部４０２の外縁から個別入射面３１０のエッジへと入射して屈折した光線と、光軸Ｌｉとのなす角度により、定義される。このように定義される各個別入射面３１０の角度空間θは、それぞれ対応する画素領域２１２内へ照明光を導くように、設定される。

図４，６，７に示すように個別透過面３１１は、Ｘｂ方向とＹｂ方向とにおいて個別入射面３１０と同数ずつ、二次元に並んで形成されている。これにより各個別透過面３１１は、画素領域２１２のいずれかと個別入射面３１０のいずれかとに、１：１に対応付けして配置されている。即ち個別透過面３１１は、各画素領域２１２毎と各個別入射面３１０毎とに、それぞれ個別に対応して設けられている。各個別透過面３１１は、Ｘｂ方向及びＹｂ方向を含む任意方向において、それぞれの光軸Ｌｉを対称軸として照明ユニット４０側へと向かって大径となるテーパ面状を、呈している。各個別透過面３１１は、それぞれ対応する個別入射面３１０の外周縁との境界に、面形状が不連続に変化する不連続部分を形成している。こうした不連続部分は、各個別入射面３１０間の不連続部分３１４となる。各個別透過面３１１には、照明ユニット４０からの照明光が入射する。

個別反射面３１２は、Ｘｂ方向とＹｂ方向とにおいて個別透過面３１１と同数ずつ、二次元に並んで形成されている。これにより各個別反射面３１２は、画素領域２１２のいずれかと個別入射面３１０のいずれかと個別透過面３１１のいずれかとに、１：１に対応付けして配置されている。即ち個別反射面３１２は、各画素領域２１２毎と各個別入射面３１０毎と各個別透過面３１１毎とに、それぞれ個別に対応して設けられている。各個別反射面３１２は、Ｘｂ方向及びＹｂ方向を含む任意方向において、それぞれの光軸Ｌｉを対称軸として照明ユニット４０側へと向かって小径となるテーパ面状を、呈している。各個別反射面３１２は、それぞれ対応する個別透過面３１１の外周縁との境界に、面形状が不連続に変化する不連続部分を形成している。各個別反射面３１２は、それぞれ隣接する個別反射面３１２の外周縁との間に、面形状が不連続に変化する不連続部分を形成している。これらの不連続部分も、各個別入射面３１０間の不連続部分３１４となる。各個別反射面３１２は、対応する個別透過面３１１を透過した照明光を共通射出面３１３側へと向けて、対応する個別入射面３１０の角度空間θ内に実質全反射する。

図２，５～７に示すように共通射出面３１３は、各個別入射面３１０よりも画像形成ユニット２０側において、それら各個別入射面３１０に共通に形成されている。即ち共通射出面３１３は、各画素領域２１２にも各個別透過面３１１にも各個別反射面３１２にも、共通に設けられている。共通射出面３１３は、Ｘｂ方向及びＹｂ方向を含む任意方向において、それらＸｂ方向とＹｂ方向とに実質直交する光軸Ｌｏを対称軸とした湾曲凹面状を、呈している。共通射出面３１３の光軸Ｌｏは、各個別入射面３１０の光軸Ｌｉに対して、実質平行に又は実質重なって設定される。ここで特に、Ｙｂ方向における個別入射面３１０の数が３である図２，６の例では、当該Ｙｂ方向において中央に配置される個別入射面３１０の光軸Ｌｉに対して、共通射出面３１３の光軸Ｌｏが実質重なっている。共通射出面３１３は、各個別入射面３１０により角度空間θ内へと集光された照明光と共に、各個別反射面３１２により角度空間θ内へと反射された照明光を、各画素領域２１２に向けて射出する。このとき共通射出面３１３は、各画素領域２１２を通して視認領域ＥＢ内へと向かうように、照明光を集光させる。

第一実施形態において共通射出面３１３は、次の数１によって表される構造として、凹面状のベース面形状Ｚｂに対して波面状の拡散面形状Ｚｗが合成された複合面構造に、構築されている。ここで数１のうち、共通射出面３１３に定義されるベース面形状Ｚｂを表す関数は、視認領域ＥＢ内への集光作用を発揮するために、例えば次の数２によって与えられてもよい。数２においてｃは、凹面状の任意点における曲率である。数２においてｒは、凹面状の任意点における光軸Ｌｏからの動径（即ち、半径）である。数２においてｋは、コーニック定数である。数２においてＦｉは、自由曲面係数である。

共通射出面３１３に定義される拡散面形状Ｚｗは、光軸Ｌｏを含んでＸｂ方向に広がる仮想平面αから、Ｙｂ方向の外側へ向かって波の進行する波面状を、呈している。共通射出面３１３は、各画素領域２１２へ向けて射出する照明光を、こうした波面状の拡散面形状Ｚｗに従って、それら各画素領域２１２を通した視認領域ＥＢ内に拡散させる。そこで数１のうち、視認領域ＥＢ内への拡散作用を発揮するために拡散面形状Ｚｗを表す関数は、例えば一次元平面波面を規定する次の数３によって与えられてもよい。数３においてＡｙは、Ｙｂ方向における波面状の最大振幅である。数３においてＹｗは、波面状の任意点における仮想平面αからＹｂ方向への離間距離である。数３においてλｙは、Ｙｂ方向における波面状の波長である。

図１，２に示す照明ユニット４０は、集光ユニット３０を通して画像形成ユニット２０を照明する照明光を、発する。図２，４，６，７に示すように照明ユニット４０は、互いに直交するＸｃ方向とＹｃ方向とに複数ずつ二次元に並ぶ光源部４０２を、有している。Ｘｃ方向における光源部４０２の数は、Ｘａ方向における画素領域２１２の数とＸｂ方向における個別入射面３１０の数とに、一致している。Ｙｃ方向における光源部４０２の数は、Ｙａ方向における画素領域２１２の数とＹｂ方向における個別入射面３１０の数とに、一致している。これらにより各光源部４０２は、画素領域２１２のいずれかと個別入射面３１０のいずれかと個別透過面３１１のいずれかとに、１：１に対応付けして配置されている。即ち個別反射面３１２は、各画素領域２１２毎と各個別入射面３１０毎と各個別透過面３１１毎とに、それぞれ個別に対応して設けられている。

各光源部４０２は、白色の照明光をそれぞれ独立して発する光源素子により、構成されている。各光源部４０２の光源素子は、例えばＹＡＧ又はＫＳＦ等を用いた、ＬＥＤベアチップである。各光源部４０２の光源素子は、発光強度の可変調整により、照明光の照度を個別に設定可能となっている。各光源部４０２の光源素子は、対応する個別入射面３１０の光軸Ｌｉ上に、配置されている。各光源部４０２の光源素子は、対応する個別入射面３１０の光軸Ｌｉに沿う方向において、当該対応面３１０の焦点距離よりも集光ユニット３０に近接して配置されている。各光源部４０２の光源素子が発した照明光は、対応する個別入射面３１０及び個別透過面３１１へ順次入射する。即ち各光源部４０２は、各個別入射面３１０へ個別に入射する照明光を、それぞれ発する。

各光源部４０２において、光源素子の発光強度がそれぞれ最大となる強度ピーク方向は、対応する個別入射面３１０及び個別透過面３１１の共通光軸Ｌｉに沿って、実質平行に設定されている。この設定下において照明ユニット４０の並ぶＸｃ方向は、個別入射面３１０及び個別透過面３１１の並ぶＸｂ方向に沿って実質平行に定義されると共に、画素領域２１２の並ぶＸａ方向とは傾斜して定義される。一方で照明ユニット４０の並ぶＹｃ方向は、画素領域２１２の並ぶＹａ方向と、個別入射面３１０及び個別透過面３１１の並ぶＹｂ方向とに沿って、実質平行に定義される。

図８に白抜きで示すように、光源素子が最大強度で発光した光源部４０２に対応する画素領域２１２は、白色光により最大照度で透過照明される。図８にドットハッチングで示すように、光源素子が最大強度よりも低強度で発光した光源部４０２に対応する画素領域２１２は、白色光により最大照度よりも低照度で透過照明される。図８にクロスハッチングで示すように、光源素子が消灯した光源部４０２に対応する画素領域２１２は、透過照明されない、実質的に非表示の領域となる。

ここまでの説明から、光軸Ｌｉ，Ｌｏと直交するＸａ，Ｘｂ，Ｘｃ方向において要素２１２，３１０，４０２の並ぶ数は、光軸Ｌｉ，Ｌｏと直交するＹａ，Ｙｂ，Ｙｃ方向において要素２１２，３１０，４０２の並ぶ数に対して、多くなっている。ここで図１に示す第一実施形態では、Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃ方向が虚像ＶＲＩの左右方向Ｄｈに対応付けられ、Ｙａ，Ｙｂ，Ｙｃ方向が虚像ＶＲＩの上下方向Ｄｖに対応付けられている。これらにより、虚像ＶＲＩの左右方向Ｄｈに対応する視認領域ＥＢの左右方向（図１における紙面の法線方向）でのサイズは、虚像ＶＲＩの上下方向Ｄｖに対応する視認領域ＥＢの上下方向（図１における紙面の上下方向）でのサイズよりも、大きくなる。故に、車両１において横長となるウインドシールド３を有効活用して、横長の視認領域ＥＢにおける視認性を高めた虚像ＶＲＩの表示を、後述の如く提供することが可能となっている。

（作用効果）
以上説明の第一実施形態による作用効果を、以下に説明する。

第一実施形態による集光ユニット３０では、光軸Ａｉの直交方向に並ぶ配置箇所に入射の照明光をそれぞれの角度空間θ内へと集光させる複数の個別入射面３１０が、画像形成ユニット２０における複数の画素領域２１２毎に個別に対応して設けられる。そこで集光ユニット３０ではさらに、各個別入射面３１０からの照明光を射出して視認領域ＥＢ内に集光させる共通射出面３１３が、各画素領域２１２に共通に設けられて照明光を視認領域ＥＢ内へと拡散させる波面状に、形成される。これによれば、各個別入射面３１０間において面形状が不連続に変化する不連続部分３１４へ入射の照明光と、各個別入射面３１０へ入射の照明光とは、各角度空間θ内からの共通射出面３１３での拡散により混ざり合った状態で視認領域ＥＢ内へと集光される。その結果、各個別入射面３１０間の不連続部分３１４に起因して鋭く光るエッジ光は、生じ難くなる。故に、照明品質を高めて虚像ＶＲＩの視認性を高めることが、可能である。

第一実施形態による共通射出面３１３は、直交方向としてのＹｂ方向へ波の進行する波面状に、形成される。これにより共通射出面３１３では、各個別入射面３１０が並ぶこととなるＹｂ方向において、照明光の見かけ上での拡がりを拡散作用によって促進することができる。故に、各個別入射面３１０間の不連続部分３１４に起因して生じるエッジ光を効果的に抑制して、虚像ＶＲＩの視認性を高めることが可能となる。

第一実施形態によると、波面状の共通射出面３１３において波の進行する直交方向としてのＹｂ方向は、各個別入射面３１０が並ぶ方向に対応するだけでなく、虚像ＶＲＩの上下方向Ｄｖにも対応する。ここで、虚像ＶＲＩを視認する視認者４の眼球が移動し易い虚像ＶＲＩの左右方向Ｄｈに対して、当該眼球移動し難い虚像ＶＲＩの上下方向Ｄｖでは、視認領域ＥＢにおける表示光の輝度変動がそもそも生じ難い。故に、エッジ光の抑制と相俟って、虚像ＶＲＩの視認性を高めることが可能となる。

第一実施形態の照明ユニット４０では、各個別入射面３１０へ入射の照明光を発する光源部３０２が、それらの面３１０毎に個別に対応して設けられる。これにより各光源部４０２から、対応する個別入射面３１０へと入射して共通射出面３１３により拡散作用を受ける照明光は、それぞれ角度空間θと対応することになる画素領域２１２へ見かけ上拡がって入射する。故に、各個別入射面３１０間の不連続部分３１４に起因したエッジ光の入射を各画素領域２１２毎に抑制して、虚像ＶＲＩの視認性を高めることが可能となる。

（第二実施形態）
図１９に示すように第二実施形態は、第一実施形態の変形例である。

第二実施形態の共通射出面２３１３は、第一実施形態と同様な仮想ベース面形状Ｚｂに対して、第一実施形態とは異なる拡散面形状Ｚｗの合成された複合面構造に、構築されている。この共通射出面２３１３に定義される拡散面形状Ｚｗは、光軸Ｌｉから少なくともＸｃ方向及びＹｂ方向の外側へ向かって波の進行する波面状を、呈している。

共通射出面２３１３に定義される拡散面形状Ｚｗを表す関数は、視認領域ＥＢ内への拡散作用を発揮するために、例えば二次元平面波面を規定する次の数４によって与えられてもよい。数４においてＡｘ，Ａｙは、それぞれＸｂ，Ｙｂ方向における波面状の最大振幅である。数４においてＸｗは、波面状の任意点における仮想平面βからＸｂ方向への離間距離である。ここで仮想平面βは、光軸Ｌｏを含んでＹｂ方向に広がる面として、仮想平面αに直交して定義される。数４においてＹｗは、波面状の任意点における仮想平面αからのＹｂ方向への離間距離である。数４においてλｘ，λｙは、それぞれＸｂ，Ｙｂ方向における波面状の波長である。

共通射出面２３１３に定義される拡散面形状Ｚｗを表す関数は、例えば非減衰球面波面を規定する次の数５によって与えられてもよい。数５においてＡは、Ｘｂ，Ｙｂ方向を含んだ光軸Ｌｏまわりの任意方向における、波面状の最大振幅である。数５においてＸｗ，Ｙｗは、波面状の任意点における仮想平面β，αからの、それぞれＸｂ，Ｙｂ方向への離間距離である。数５においてλは、Ｘｂ，Ｙｂ方向を含んだ光軸Ｌｏまわりの任意方向における、波面状の波長である。

共通射出面２３１３に定義される拡散面形状Ｚｗを表す関数は、例えば減衰球面波面を規定する次の数６によって与えられてもよい。数６においてＡは、Ｘｂ，Ｙｂ方向を含んだ光軸Ｌｏまわりの任意方向における、波面状の最大振幅である。数６においてＸｗ，Ｙｗは、波面状の任意点における仮想平面β，αからの、それぞれＸｂ，Ｙｂ方向への離間距離である。数６においてλは、Ｘｂ，Ｙｂ方向を含んだ光軸Ｌｏまわりの任意方向における、波面状の波長である。

共通射出面２３１３に定義される拡散面形状Ｚｗを表す関数は、例えばｓｉｎｃ波面を規定する次の数７～９によって与えられてもよい。数８，９においてＡｘ，Ａｙは、それぞれＸｂ，Ｙｂ方向における波面状の最大振幅である。数８，９においてＸｗ，Ｙｗは、波面状の任意点における仮想平面β，αからの、それぞれＸｂ，Ｙｂ方向への離間距離である。数８，９においてλｘ，λｙは、それぞれＸｂ，Ｙｂ方向における波面状の波長である。

共通射出面２３１３に定義される拡散面形状Ｚｗを表す関数は、例えば合成二次元平面波面を規定する次の数１０によって与えられてもよい。数１０においてｊは、波面の合成数をＮとして、１～Ｎまでの整数、又は当該整数により表されるサフィックスである。数１０においてＡｘｊ，Ａｙｊは、それぞれＸｂ，Ｙｂ方向における波面状の最大振幅である。数１０においてＸｗ，Ｙｗは、波面状の任意点における仮想平面β，αからの、それぞれＸｂ，Ｙｂ方向への離間距離である。数１０においてλｘ，λｙは、それぞれＸｂ，Ｙｂ方向における波面状の波長である。尚、数１０においてＮ=１とした場合は、上述の数４に相当する。

ここで特に数４、数７～９及び数１０の場合にＸｂ方向での最大振幅Ａｘ，Ａｘｊは、Ｙｂ方向での最大振幅Ａｙ，Ａｙｊに対して、相違となる小さい若しくは大きい、又は同一のいずれであってもよい。このうち、最大振幅Ａｘ，Ａｘｊが最大振幅Ａｙ，Ａｙｊと相違する場合には、照明光に対して異方性拡散作用が与えられることになる。そこで特に第二実施形態では、虚像ＶＲＩの左右方向Ｄｈに対応するＸｂ方向での最大振幅Ａｘ，Ａｘｊが、虚像ＶＲＩの上下方向Ｄｖに対応するＹｂ方向での最大振幅Ａｙ，Ａｙｊよりも、大きく設定されるとよい。これにより第二実施形態では、横長の視認領域ＥＢへと向けて照明光を高効率に拡散させた表示光により、高視認性の虚像ＶＲＩを提供することが可能となる。

さらに第二実施形態による共通射出面２３１３は、互いに直交した一対の直交方向となる、少なくともＹｂ，Ｘｂ方向へと波が進行する波面状に、形成される。これにより共通射出面２３１３では、各個別入射面３１０の並ぶＹｂ，Ｘｂ方向において、照明光の見かけ上での拡がりを拡散作用によって促進することができる。故に、各個別入射面３１０間の不連続部分３１４に起因して生じるエッジ光の入射を各画素領域２１２毎に抑制して、虚像ＶＲＩの視認性を高めることが可能となる。

（第三実施形態）
図１０，１１に示すように第三実施形態は、第一実施形態の変形例である。

第三実施形態のレンズアレイ３０３１は、メニスカスレンズアレイである。レンズアレイ３０３１には、複数の個別透過面３１１と複数の個別反射面３１２とが設けられず、複数の個別入射面３１０と共通射出面３１３とを主体とするレンズ面構造が採用されている。このレンズ面構造において各個別入射面３１０は、それぞれ隣接する個別入射面３１０の外周縁との間に、面形状が不連続に変化する不連続部分を形成している。即ちこれらの不連続部分が、各個別入射面３１０間の不連続部分３３１４となる。

このような第三実施形態によると、各個別入射面３１０間の不連続部分３３１４に起因して鋭く光るエッジ光が、第一実施形態と同様の原理により生じ難くなるので、照明品質を高めて虚像ＶＲＩの視認性を高めることが、可能である。

（第四実施形態）
図１２，１３に示すように第四実施形態は、第一実施形態の変形例である。

第四実施形態の共通射出面４３１３は、拡散面形状Ｚｗが合成されていない、第一実施形態と同様なベース面形状Ｚｂを主体とした凹面構造に、構築されている。この凹面構造において共通射出面４３１３は、射出させる照明光を、各画素領域２１２を通して視認領域ＥＢ内へと向かうように集光させる。

これに対して第四実施形態の各個別入射面４３１０は、次の数１１によって表される構造として、凸面状のベース面形状Ｚｂに対して波面状の拡散面形状Ｚｗが合成された複合面構造に、構築されている。この複合面構造において各個別入射面４３１０間には、第一実施形態と同様に不連続部分３１４が形成されている。

ここで数１１のうち、各個別入射面４３１０に定義されるベース面形状Ｚｂを表す関数は、角度空間θ内への集光作用を発揮するために、例えば第一実施形態と同様な数２によって与えられてもよい。但し、数２においてｃは、凸面状の任意点における曲率となる。また、数２においてｒは、凸面状の任意点における光軸Ｌｉからの動径（即ち、半径）となる。

各個別入射面４３１０に定義される拡散面形状Ｚｗは、光軸Ｌｉを含んでＸｂ方向に広がる仮想平面αから、Ｙｂ方向の外側へ向かって波の進行する波面状を、呈している。各個別入射面４３１０は、各画素領域２１２へ向けて共通射出面４３１３から射出させる照明光を、こうした波面状の拡散面形状Ｚｗに従ってそれぞれの角度空間θ内に拡散させることになる。そこで数１１のうち、角度空間θ内への拡散作用を発揮するために拡散面形状Ｚｗを表す関数は、第一実施形態と同様な数３によって与えられる。

尚、第四実施形態の各個別反射面３１２については、個別入射面４３１０に準じて、テーパ面状のベース面形状Ｚｂに対して波面状の拡散面形状Ｚｗが合成された複合面構造に、構築されてもよい。但し、第四実施形態の各個別透過面３１１については、第一実施形態と同様なテーパ面状に形成されることが好ましい。

このような第四実施形態による集光ユニット３０では、照明光を射出して視認領域ＥＢ内に集光させる共通射出面４３１３が、画像形成ユニット２０における複数の画素領域２１２に共通に設けられる。そこで集光ユニット３０ではさらに、各画素領域２１２毎に個別に対応して光軸Ｌｉの直交方向としてのＹｂ方向に並ぶ配置箇所に入射の照明光をそれぞれの角度空間θ内へと集光させる複数の個別入射面４３１０が、当該照明光を角度空間θ内に拡散させる波面状に形成される。これによれば、各個別入射面４３１０間において面形状が不連続に変化する不連続部分３１４へ入射した照明光は、各個別入射面４３１０へ入射して角度空間θ内に拡散される照明光と混ざり合ってから、視認領域ＥＢ内に集光される。その結果、各個別入射面４３１０間の不連続部分３１４に起因して鋭く光るエッジ光は、視認領域ＥＢにおいて生じ難くなる。故に、照明品質を高めて虚像ＶＲＩの視認性を高めることが、可能である。

第四実施形態による各個別入射面４３１０は、直交方向としてのＹｂ方向へ波の進行する波面状に、形成される。これにより各個別入射面４３１０では、それら面４３１０が並ぶこととなるＹｂ方向において、照明光の見かけ上での拡がりを拡散作用によって促進することができる。故に、各個別入射面４３１０間の不連続部分３１４に起因して生じるエッジ光を効果的に抑制して、虚像ＶＲＩの視認性を高めることが可能となる。

第四実施形態によると、波面状の各個別入射面４３１０において波の進行する直交方向としてのＹｂ方向は、それらの面４３１０が並ぶ方向に対応するだけでなく、虚像ＶＲＩの上下方向Ｄｖにも対応する。これこで、虚像ＶＲＩを視認する視認者４の眼球が移動し易い虚像ＶＲＩの左右方向Ｄｈに対して、当該眼球移動し難い虚像ＶＲＩの上下方向Ｄｖでは、視認領域ＥＢにおける表示光の輝度変動がそもそも生じ難い。故に、エッジ光の抑制と相俟って、虚像ＶＲＩの視認性を高めることが可能となる。

尚、第四実施形態の照明ユニット４０でも、各個別入射面４３１０へ入射する照明光を発する光源部３０２が、それらの面３１０毎に個別に対応して設けられる。故に、第一実施形態と同様、各個別入射面３１０間の不連続部分３１４に起因したエッジ光の入射を各画素領域２１２毎に抑制して、虚像ＶＲＩの視認性を高めることが可能となる。

（第五実施形態）
図１４に示すように第五実施形態は、第二実施形態を適用した第四実施形態の変形例である。

第五実施形態の各個別入射面５３１０は、第四実施形態と同様なベース面形状Ｚｂに対して、第四実施形態とは異なる拡散面形状Ｚｗの合成された複合面構造に、構築されている。この複合面構造において各個別入射面５３１０間には、第一実施形態と同様に不連続部分３１４が形成されている。こうした各個別入射面５３１０に定義される拡散面形状Ｚｗは、光軸Ｌｉから少なくともＸｃ方向及びＹｂ方向の外側へ向かって波の進行する波面状を、呈している。

各個別入射面５３１０に定義される拡散面形状Ｚｗを表す関数は、例えば第二実施形態と同様な数４、数５、数６、数７～９及び数１０のうちいずれかによって与えられてもよい。但し、数４、数５、数６、数７～９及び数１０に関する仮想平面βは、光軸Ｌｉを含んでＹｂ方向に広がる面として、仮想平面αに直交して定義される。また、数５及び数６においてλは、Ｘｂ，Ｙｂ方向を含んだ光軸Ｌｉまわりの任意方向における、波面状の波長となる。

ここで第二実施形態と同様に第五実施形態では、虚像ＶＲＩの左右方向Ｄｈに対応するＸｂ方向での最大振幅Ａｘ，Ａｘｊが、虚像ＶＲＩの上下方向Ｄｖに対応するＹｂ方向での最大振幅Ａｙ，Ａｙｊよりも、大きく設定されるとよい。これにより第五実施形態でも、横長の視認領域ＥＢへと向けて照明光を高効率に拡散させた表示光により、高視認性の虚像ＶＲＩを提供することが可能となる。

さらに第五実施形態による各個別入射面５３１０は、互いに直交する一対の直交方向となる、少なくともＹｂ，Ｘｂ方向へと波が進行する波面状に、形成される。これにより各個別入射面５３１０では、それら各個別入射面５３１０の並ぶＹｂ，Ｘｂ方向において、照明光の見かけ上での拡がりを拡散作用によって促進することができる。故に、各個別入射面５３１０間の不連続部分３１４に起因して生じるエッジ光の入射を各画素領域２１２毎に抑制して、虚像ＶＲＩの視認性を高めることが可能となる。

（第六実施形態）
図１５に示すように第六実施形態は、第一実施形態の共通射出面３１３と第四実施形態の各個別入射面４３１０とを組み合わせた変形例である。

このような第六実施形態によれば、各個別入射面４３１０間において面形状が不連続に変化する不連続部分３１４へ入射の照明光と、各個別入射面４３１０へ入射して角度空間θ内に拡散される照明光とは、共通射出面３１３での拡散も相俟って混ざり合った状態で視認領域ＥＢ内へと集光される。その結果、各個別入射面４３１０間の不連続部分３１４に起因して鋭く光るエッジ光は、視認領域ＥＢにおいて生じ難くなる。故に、照明品質を高めて虚像ＶＲＩの視認性を高めることが、可能である。
（第七実施形態）
図１６に示すように第七実施形態は、第四実施形態の変形例である。

第七実施形態のレンズアレイ７０３１は、メニスカスレンズアレイである。レンズアレイ７０３１には、複数の個別透過面３１１と複数の個別反射面３１２とが設けられず、複数の個別入射面４３１０と共通射出面４３１３とを主体とするレンズ面構造が採用されている。このレンズ面構造において各個別入射面４３１０は、それぞれ隣接する個別入射面４３１０の外周縁との間に、面形状が不連続に変化する不連続部分を形成している。即ちこれらの不連続部分が、各個別入射面４３１０間の不連続部分７３１４となる。

このような第七実施形態によると、各個別入射面４３１０間の不連続部分７３１４に起因して鋭く光るエッジ光が、第四実施形態と同様の原理により生じ難くなるので、照明品質を高めて虚像ＶＲＩの視認性を高めることが、可能である。

（第八実施形態）
図１７に示すように第八実施形態は、第三実施形態の共通射出面３１３と、不連続部分７３１４を間に形成する第七実施形態の各個別入射面４３１０とを、組み合わせた変形例である。

このような第八実施形態によれば、各個別入射面４３１０間において面形状が不連続に変化する不連続部分７３１４へ入射の照明光と、各個別入射面４３１０へ入射して角度空間θ内に拡散される照明光とは、共通射出面３１３での拡散も相俟って混ざり合った状態で視認領域ＥＢ内へと集光される。その結果、各個別入射面４３１０間の不連続部分７３１４に起因して鋭く光るエッジ光は、視認領域ＥＢにおいて生じ難くなる。故に、照明品質を高めて虚像ＶＲＩの視認性を高めることが、可能である。

（他の実施形態）
以上、複数の実施形態について説明したが、本開示は、それらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。

図１８に示すように第一～第八実施形態の変形例（図１８は第一実施形態の変形例）では、光軸Ｌｉ，Ｌｏに対して、画像表示パネル２１及び拡散パネル２２が実質垂直に配置されていてもよい。

図１９に示すように第一、第三、第四及び第六～第八実施形態の変形例（図１９は第一実施形態の変形例）における個別入射面３１０，４３１０は、Ｘｂ方向においては一列の一次元に、並んでいてもよい。第一、第四及び第六実施形態の変形例における個別透過面３１１及び個別反射面３１２は、それぞれＸｂ方向においては一列の一次元に、並んでいてもよい。第一、第三、第四及び第六～第八実施形態の変形例における画素領域２１２は、Ｘａ方向においては一列の一次元に、並んでいてもよい。第一、第三、第四及び第六～第八実施形態の変形例における光源部４０２は、Ｘｃ方向においては一列の一次元に、並んでいてもよい。

第一～第八実施形態の変形例において画像形成ユニット２０のＸａ方向とＹａ方向とは、互いに入れ替えられてもよい。第一～第八実施形態の変形例において集光ユニット３０のＸｂ方向とＹｂ方向とは、互いに入れ替えられてもよい。第一～第八実施形態の変形例において照明ユニット４０のＸｃ方向とＹｃ方向とは、互いに入れ替えられてもよい。

第三実施形態の変形例では、第二実施形態の共通射出面２３１３が採用されてもよい。第六及び第八実施形態の変形例では、第二実施形態の共通射出面２３１３と第五実施形態の個別入射面５３１０とが採用されてもよい。第七実施形態の変形例では、第五実施形態の個別入射面５３１０が採用されてもよい。

３ ウインドシールド、２０ 画像形成ユニット、３０ 集光ユニット、４０ 照明ユニット、１００ ＨＵＤ、２１２ 画素領域、３１０，４３１０，５３１０：個別入射面、３１３，２３１３，４３１３：共通射出面、４０２：光源部、Ａｘ，Ａｘｉ，Ａｙ，Ａｙｉ 最大振幅、Ｄｖ 上下方向、ＥＢ 視認領域、Ｌｉ，Ｌｏ 光軸、ＶＲＩ 虚像、θ 角度空間

Claims (7)

1. 表示光を透光部材（３）により反射させて、前記表示光による虚像（ＶＲＩ）を視認領域（ＥＢ）において視認可能に表示する虚像表示装置（１００）であって、
   白色の照明光を発する照明ユニット（４０）と、
   前記照明光の透過により画像を形成し、前記画像の前記表示光を射出する画像形成ユニット（２０）と、
   前記照明光を前記画像形成ユニットへ向けて集光する集光ユニット（３０）とを、備え、
   前記画像形成ユニットは、複数の画素領域（２１２）を、有し、
   前記集光ユニットは、
   各前記画素領域毎に個別に対応して設けられ、光軸（Ｌｉ）に対する直交方向（Ｙｂ，Ｘｂ）に並んだ配置箇所において入射する前記照明光を、それぞれの角度空間（θ）内に集光させる複数の個別入射面（３１０，４３１０）と、
   各前記画素領域に共通に設けられ、各前記個別入射面からの前記照明光を射出して前記視認領域内に集光させる共通射出面（３１３，２３１３）とを、有し、
   前記共通射出面は、
   前記照明光を前記視認領域内に拡散させる波面状に、形成され、
   前記照明ユニットは、
   各前記画素領域毎に個別に対応して設けられ、各前記個別入射面へ入射する前記照明光を発する光源部（４０２）を、有する虚像表示装置。
2. 各前記個別入射面（４３１０）は、
   前記照明光を前記角度空間内に拡散させる波面状に、形成される請求項１に記載の虚像表示装置。
3. 表示光を透光部材（３）により反射させて、前記表示光による虚像（ＶＲＩ）を視認領域（ＥＢ）において視認可能に表示する虚像表示装置（１００）であって、
   白色の照明光を発する照明ユニット（４０）と、
   前記照明光の透過により画像を形成し、前記画像の前記表示光を射出する画像形成ユニット（２０）と、
   前記照明光を前記画像形成ユニットへ向けて集光する集光ユニット（３０）とを、備え、
   前記画像形成ユニットは、複数の画素領域（２１２）を、有し、
   前記集光ユニットは、
   各前記画素領域毎に個別に対応して設けられ、光軸（Ｌｉ）に対する直交方向（Ｙｂ，Ｘｂ）に並んだ配置箇所において入射する前記照明光を、それぞれの角度空間（θ）内に集光させる複数の個別入射面（４３１０，５３１０）と、
   各前記画素領域に共通に設けられ、各前記個別入射面からの前記照明光を射出して前記視認領域内に集光させる共通射出面（４３１３，３１３）とを、有し、
   各前記個別入射面は、
   前記照明光を前記角度空間内に拡散させる波面状に、形成され、
   前記照明ユニットは、
   各前記画素領域毎に個別に対応して設けられ、各前記個別入射面へ入射する前記照明光を発する光源部（４０２）を、有する虚像表示装置。
4. 前記波面状は、
   前記直交方向（Ｙｂ，Ｘｂ）へ波の進行する形状である請求項１～３のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
5. 前記波面状は、
   互いに直交する一対の前記直交方向（Ｙｂ，Ｘｂ）へ波の進行する形状である請求項４に記載の虚像表示装置。
6. 互いに直交する一対の前記直交方向（Ｙｂ，Ｘｂ）において、それら波の最大振幅（Ａｘ，Ａｘｉ，Ａｙ，Ａｙｉ）が相違する請求項５に記載の虚像表示装置。
7. 前記直交方向（Ｙｂ）として、前記虚像の上下方向（Ｄｖ）に対応する方向を、含む請求項４～６のいずれか一項に記載の虚像表示装置。

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