JP2019082558A - 虚像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】虚像の視認性が良好な虚像表示装置を提供する。【解決手段】虚像表示装置は、光学多層膜４３が設けられていることにより、光を反射させる波長領域としての反射波長領域と、光を透過させる波長領域としての透過波長領域と、を有する反射透過部材４０と、画像の表示光を、反射透過部材へ向けて発する液晶表示器２０と、反射透過部材４０を経由した表示光を再び反射透過部材４０へ向けて反射することにより、反射透過部材４０との間に表示光を往復させる往復光路ＯＰ１を構成する往復反射部材５０と、を備える。ＨＵＤ装置１００は、光学多層膜４３への第１入射角θ１と第２入射角θ２とを異ならせることで反射波長領域及び透過波長領域がシフトするシフト作用を利用して、第１入射角θ１による第１入射にて表示光を往復光路ＯＰ１の往復反射部材５０側へ導くと共に、第２入射角θ２による第２入射にて表示光を投影部３ａ側へ導く。【選択図】図２

Description

本開示は、画像を視認可能に虚像表示する虚像表示装置に関する。

従来、投影部へ画像を投影することにより、画像を視認可能に虚像表示する虚像表示装置が知られている。特許文献１に開示の虚像表示装置は、凹面鏡、画像発光部、及び反射ミラーを有している。凹面鏡の少なくとも一部には、ハーフミラーからなるハーフミラー領域が設けられている。画像発光部は、画像の表示光をハーフミラー領域へ向けて発する。反射ミラーは、ハーフミラー領域を透過した表示光を反射ミラーへ向けて反射することにより、凹面鏡との間に表示光を往復させる往復光路を構成している。反射ミラーに反射された表示光は、ハーフミラー領域を含む凹面鏡にて投影部側へ反射される。こうして投影部へ画像が投影される。

特開２０１７−１５８０５号公報

このように、特許文献１の装置では、往復光路を構成することで、光路長を稼ぎながら装置を小型化することが試みられている。しかしながら、虚像の一部を構成する表示光は、ハーフミラー領域を１回透過し、さらに１回反射することとなるため、透過及び反射の度に表示光が例えば半分程度に減衰してしまう。すなわち表示光が投射後に４分の１以下に減衰してしまう程エネルギー効率が悪く、虚像に十分な輝度が得られない。したがって、視認性が良好な虚像を表示することが困難であった。

開示されるひとつの目的は、虚像の視認性が良好な虚像表示装置を提供することにある。

ここに開示された虚像表示装置は、投影部（３ａ）へ画像を投影することにより、画像を視認可能に虚像表示する虚像表示装置であって、
光学膜を積層してなる光学多層膜（４３，２４３，３４３，８４３，９４３）が設けられていることにより、光を反射させる波長領域としての反射波長領域（ＲＷＲ１，ＲＷＲ２，ＲＷＲ３）と、光を透過させる波長領域としての透過波長領域（ＴＷＲ１，ＴＷＲ２，ＴＷＲ３）と、を有する反射透過部材（４０，２４０，３４０，４４０，８４０，９４０）と、
画像の表示光を、反射透過部材へ向けて発する画像発光部（２０，２２０，３２０，７２０，８２０）と、
反射透過部材を経由した表示光を再び反射透過部材へ向けて反射することにより、反射透過部材との間に表示光を往復させる往復光路（ＯＰ１）を構成する往復反射部材（５０，３５０）と、を備え、
画像発光部側から反射透過部材の光学多層膜への表示光の第１入射角（θ１）による入射を第１入射と定義し、往復光路の往復反射部材側から反射透過部材の光学多層膜への表示光の第２入射角（θ２）による入射を第２入射と定義すると、
第１入射角と第２入射角とを異ならせることで反射波長領域及び透過波長領域がシフトするシフト作用を利用して、第１入射にて表示光を往復光路の往復反射部材側へ導くと共に、第２入射にて表示光を投影部側へ導く。

このような虚像表示装置によると、反射透過部材へ表示光の第１入射角と、第２入射角とが互いに異なっている。こうした入射角の差異により、反射透過部材に設けられた光学多層膜により実現された反射波長領域及び透過波長領域は、シフトすることとなる。このようなシフト作用を利用して、第１入射にて表示光が往復光路の往復反射部材側へ導かれると共に、第２入射にて表示光が投影部側へ導かれる。

詳細に、表示光が第１入射角で入射する条件下、当該表示光の波長が反射波長領域及び透過波長領域のうち一方に該当していれば、表示光が第２入射角で入射する条件下で当該表示光の波長が反射波長領域及び透過波長領域のうち他方に該当するように、入射角を互いに異ならせることで、光学多層膜が表示光に及ぼす透過作用及び反射作用を切り替える。こうして、表示光が反射透過部材に入射する際に、それぞれ高い割合で所望の方向へ導くことができるようになる。故に、表示光の減衰を抑制しつつ光路長を稼ぐための往復光路を構成することが可能となるので、見易い距離を確保しつつ高輝度の虚像を表示することができる。以上により、虚像の視認性が良好な虚像表示装置を提供することができる。

なお、括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。

第１実施形態のＨＵＤ装置の車両への搭載状態を示す模式図である。 第１実施形態のＨＵＤ装置の概略構成を示す図であって、左方から右方の方向にＨＵＤ装置を見た図である。 第１実施形態のＨＵＤ装置の概略構成を示す図であって、上方から下方の方向にＨＵＤ装置を見た図である。 第１実施形態の液晶表示器の概略構成を示す図である。 第１実施形態の液晶パネルから射出された直後の表示光のスペクトルを示すグラフである。 第１実施形態の反射透過部材を説明するための図である。 第１実施形態の光学多層膜の反射率特性を示すグラフである。 第２実施形態における図２に対応する図である。 第２実施形態のレーザ表示器の概略構成を示す図である。 第３実施形態における図２に対応する図である。 第３実施形態における図３に対応する図である。 第３実施形態における図７に対応する図である。 第４実施形態における図２に対応する図である。 第５実施形態における図２に対応する図である。 第６実施形態における図２に対応する図である。 第７実施形態における図２に対応する図である。 第８実施形態における図９に対応する図である。 第８実施形態における図７に対応する図である。 第９実施形態における図２に対応する図である。 第９実施形態における図７に対応する図である。 変形例１における図２に対応する図である。 変形例１における図３に対応する図である。 変形例２における図２に対応する図である。 変形例２における図３に対応する図である。 変形例４のうち一例における図５に対応する図である。 変形例４のうち他の一例における図５に対応する図である。 変形例６のうち一例における図２に対応する図である。 変形例６のうち他の一例における図２に対応する図である。 変形例７のうち一例における図２に対応する図である。 変形例７のうち他の一例における図２に対応する図である。 変形例１３における図２に対応する図である。 変形例１４における図２に対応する図である。 変形例１５における図２に対応する図である。

以下、複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、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により、重複する説明を省略する場合がある。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。また、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せることができる。

（第１実施形態）
図１に示すように、本開示の第１実施形態による虚像表示装置は、車両１に用いられ、当該車両１のインストルメントパネル２内に収容されているヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤ装置）１００となっている。ＨＵＤ装置１００は、車両１のウインドシールド３に設定された投影部３ａへ向けて画像を投影する。これにより、ＨＵＤ装置１００は、画像を、視認者としての乗員により視認可能に虚像表示する。すなわち、投影部３ａにて反射される画像の表示光が、車両１の室内に設定された視認領域ＥＢに到達することにより、視認領域ＥＢにアイポイントＥＰが位置する乗員が当該表示光を虚像ＶＲＩとして知覚する。そして、乗員は、虚像ＶＲＩとして表示される各種情報を認識することができる。画像として虚像表示される各種情報としては、例えば車速、燃料残量等の車両１の状態を示す情報、又は視界補助情報、道路情報等のナビゲーション情報等が挙げられる。

以下において、特に断り書きが無い限り、前方、後方、前後方向、上方、下方、上下方向、左方、右方、及び左右方向は、水平面ＨＰ上の車両１を基準として表記される。

車両１のウインドシールド３は、例えばガラスないしは合成樹脂により透光性の板状に形成され、インストルメントパネル２よりも上方に配置されている。ウインドシールド３は、表示光が投影される投影部３ａを、滑らかな凹面状又は平面状に形成している。なお、投影部３ａは、ウインドシールド３に設けられていなくてもよい。例えば車両１と別体となっているコンバイナを車両１内に設置して、当該コンバイナに投影部３ａが設けられていてもよい。

視認領域ＥＢは、ＨＵＤ装置１００により表示される虚像ＶＲＩが所定の規格を満たすように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、乗員のアイポイントＥＰの空間分布を統計的に表したアイレンジに基づいて、楕円体状に設定されている。

このようなＨＵＤ装置１００の具体的構成を、図２〜７も用いて、以下に説明する。ＨＵＤ装置１００は、図２，３に示すように、ハウジング１０、画像学校部としての液晶表示器２０、反射透過部材４０及び往復反射部材５０等により構成されている。本ＨＵＤ装置１００は、小型化が図られているため、車両１への搭載性が良好なものとなっている。

ハウジング１０は、例えば合成樹脂ないしは金属により、例えば液晶表示器２０、往復反射部材５０等のＨＵＤ装置１００の他の要素を収容する中空形状を有しており、車両１のインストルメントパネル２内に設置されている。ハウジング１０は、投影部３ａと対向する上面部に、光学的に開口する窓部１１を有している。窓部１１は、表示光を透過可能な防塵シート１２で覆われている。

画像発光部は、虚像ＶＲＩとして結像される画像の表示光を、反射透過部材４０へ向けて、発光する。本実施形態の画像発光部は、液晶表示器２０となっている。液晶表示器２０は、バックライト部２１及び液晶パネル２６を有し、例えば箱状のケーシング２０ａにこれらを収容して構成されている。図４に示すようにバックライト部２１は、例えば、光源２２、コンデンサレンズ２３、及びフィールドレンズ２４等により構成されている。

光源２２は、例えば複数の発光素子２２ａを配列することにより構成されている。本実施形態における発光素子２２ａは、光源用回路基板２２ｂ上に配置され、電源と接続されている発光ダイオード素子である。各発光素子２２ａは、通電により電流量に応じた発光量で光を発光する。詳細には、各発光素子２２ａは、例えば青色発光ダイオードを黄色蛍光体で覆うことにより、疑似白色での発光が実現されている。

コンデンサレンズ２３及びフィールドレンズ２４は、光源２２と液晶パネル２６との間に配置されている。コンデンサレンズ２３は、例えば合成樹脂ないしはガラス等により透光性を有して形成されている。特に本実施形態のコンデンサレンズ２３は、複数の凸レンズ素子が発光素子２２ａの数及び配置に合わせて配列されたレンズアレイとなっている。コンデンサレンズ２３は、光源２２側から入射した光を集光してフィールドレンズ２４側へ射出する。

フィールドレンズ２４は、コンデンサレンズ２３と液晶パネル２６との間に配置され、例えば合成樹脂ないしはガラス等により透光性を有して形成されている。フィールドレンズ２４は、コンデンサレンズ２３側から入射した光をさらに集光して、液晶パネル２６側へ向けて射出する。

なお、バックライト部２１の構成としては、上述の構成以外にも、種々の構成を採用することができる。

本実施形態の液晶パネル２６は、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor、ＴＦＴ）を用いた液晶パネルであって、例えば２次元方向に配列された複数の液晶画素から形成されたアクティブマトリクス型の液晶パネルである。液晶パネル２６は、一対の直線偏光板２７ａ，２７ｂ及び一対の直線偏光板２７ａ，２７ｂに挟まれた液晶層等が積層されている。各直線偏光板２７ａ，２７ｂは、透過軸に沿った方向の偏光を透過させると共に、透過軸とは直交する吸収軸に沿った方向の偏光を遮光する性質を有している。一対の直線偏光板２７ａ，２７ｂは、透過軸を互いに実質直交して配置されている。液晶層は、液晶画素毎の電圧印加により、印加電圧に応じて液晶層に入射する光の偏光方向を回転させることが可能となっている。

液晶パネル２６は、バックライト部２１からの光の入射により、液晶画素毎の当該光の透過率を制御して、表示画面２８から射出される表示光によって画像を形成することが可能となっている。ここで、表示光は、射出側の直線偏光板２７ｂの透過軸に沿った直線偏光として、表示画面２８から射出される。

より詳細に、隣り合う液晶画素には、互いに異なる色（例えば、赤色、緑色、及び青色）のカラーフィルタが設けられており、これらの組み合わせにより様々な色が実現されるようになっている。各色のカラーフィルタは、それぞれに固有の透過率の波長特性を有しており、透過率が最大となる透過率最大波長を、互いに異ならせて設定されている。

したがって、バックライト部２１から液晶パネル２６を透過して発せられた表示光は、表示される画像にも依存するものの、例えば図５に示されるような複数のピーク波長ＷＰ１，ＷＰ２，ＷＰ３を有するものとなっている。ここで表示光の複数のピーク波長ＷＰ１，ＷＰ２，ＷＰ３は、各カラーフィルタの透過率最大波長に対応しており、例えば青色のカラーフィルタに対応する約４５０ｎｍ、緑色のカラーフィルタに対応する約５３０ｎｍ、及び赤色のカラーフィルタに対応する約６００ｎｍにそれぞれ対応している。本実施形態の表示光は、３つのピーク波長ＷＰ１，ＷＰ２，ＷＰ３を有しつつも、可視光領域の大半において連続的なスペクトルを有するものとなっている。

こうして本実施形態の液晶表示器２０は、前方から後方へ向けて表示光を発するようになっている。

反射透過部材４０は、図２，６に示すように、例えば透光基板４１の片側全面に光学多層膜４３を形成した平板状を呈している。本実施形態の反射透過部材４０は、液晶表示器２０よりも後方において、その法線方向が前方かつ下方及び後方かつ上方を向くように、傾斜配置されている。透光基板４１は、例えば合成樹脂ないしはガラス等により、透過率が高い透光性の平板状に形成されている。

光学多層膜４３は、例えば、反射透過部材４０の表面のうち、液晶表示器２０とは反対側の表面（すなわち往復反射部材５０側の表面）に、蒸着、スピンコートないしはフィルムを貼り付けること等により形成されている。光学多層膜４３は、２種類以上の互いに屈折率の異なる光学材料からなる薄膜状の光学膜を、反射透過部材４０の表面の法線方向に沿って積層して形成されている。光学膜としては、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）、酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）等を採用することが可能である。本実施形態の光学多層膜４３は、酸化チタンからなる光学膜と、酸化シリコンからなる光学膜とを、交互に積層して形成されている。

各光学膜における各膜厚は、事前にコンピュータにより、光の干渉をシミュレートした最適化計算によって適宜設定される。したがって、反射透過部材４０の反射率の波長特性及び透過率の波長特性は、当該光学多層膜４３における光の干渉の結果に基づいて特徴づけられている。

具体的に図７に示すように、反射透過部材４０は、虚像表示に実際に寄与する可視光領域において、光を反射させる波長領域としての反射波長領域ＲＷＲ１，ＲＷＲ２，ＲＷＲ３、及び光を透過させる波長領域としての透過波長領域ＴＷＲ１，ＴＷＲ２，ＴＷＲ３を、交互に有している。反射波長領域ＲＷＲ１，ＲＷＲ２，ＲＷＲ３及び透過波長領域ＴＷＲ１，ＴＷＲ２，ＴＷＲ３は、それぞれ表示光のピーク波長ＷＰ１，ＷＰ２，ＷＰ３と同数以上構成されている。例えば本実施形態では、短波長側から、第１の透過波長領域ＴＷＲ１、第１の反射波長領域ＲＷＲ１、第２の透過波長領域ＴＷＲ２、第２の反射波長領域ＲＷＲ２、第３の透過波長領域ＴＷＲ３、及び第３の反射波長領域ＲＷＲ３が交互に設定されている。

なお、詳細は図示しないが、第１の透過波長領域ＴＷＲ１よりも短波長側に、別の反射波長領域等が設定されていてもよく、第３の反射波長領域ＲＷＲ３よりも長波長側に、別の透過波長領域等が設定されていてもよい。

図２に示すように、反射透過部材４０に、液晶表示器２０からの表示光は、斜め入射する。ここで、液晶表示器２０側からの反射透過部材４０の光学多層膜４３への入射を第１入射と定義し、第１入射における表示光の光学多層膜４３への入射角を第１入射角θ１と定義する。光学多層膜４３は、図７に示すように、第１入射角θ１で表示光が入射する条件下、各ピーク波長ＷＰ１，ＷＰ２，ＷＰ３が透過波長領域ＴＷＲ１，ＴＷＲ２，ＴＷＲ３に含まれるように構成されている。詳細に、青色のカラーフィルタに対応する約４５０ｎｍのピーク波長ＷＰ１が第１の透過波長領域ＴＷＲ１に含まれ、緑色のカラーフィルタに対応する約５３０ｎｍのピーク波長ＷＰ２が第２の透過波長領域ＴＷＲ２に含まれ、及び赤色のカラーフィルタに対応する約６００ｎｍのピーク波長ＷＰ３が第３の透過波長領域ＴＷＲ３に含まれている。

各透過波長領域ＴＷＲ１，ＴＷＲ２，ＴＷＲ３では、反射率が５０％以下、より好適には反射率が２０％以下に設定されている結果、表示光全体に対しても、反射率が５０％以下、より好適には２０％以下となっている。換言すると、第１入射においては、表示光が５０％以上、より好適には８０％以上の透過率で反射透過部材４０を透過するようになっている。なお、ここでいう反射率はエネルギー反射率であり、透過率はエネルギー透過率であるものとする。こうして反射透過部材４０を透過した表示光の先には、往復反射部材５０が配置されている。

往復反射部材５０は、図２，３に示すように、例えば合成樹脂ないしはガラス等からなる基材の表面に、反射面５１としてアルミニウム等の金属を蒸着させることにより金属膜を形成した反射鏡となっている。反射面５１は、曲面状に形成されており、例えば往復反射部材５０の中心が凹むように凹面状に湾曲している。すなわち、往復反射部材５０は、正の光学パワーを有する正の光学素子となっている。本実施形態の反射面５１は、反射透過部材４０よりも後方において、前方を向くように配置されている。

往復反射部材５０は、液晶表示器２０側から反射透過部材４０を経由した表示光を再び反射透過部材４０へ向けて、高い反射率で反射する。こうして往復反射部材５０は、反射透過部材４０との間に表示光を往復させる往復光路ＯＰ１を構成している。往復光路ＯＰ１が構成されることにより、反射面５１への入射角及び反射角が小さくなるように（例えば１０〜１５度の範囲）、反射透過部材４０及び往復反射部材５０を配置することが可能となる。こうした反射面５１への入射角及び反射角の設定により、往復光路ＯＰ１の復路では、往復光路ＯＰ１の往路よりも表示光の向きが若干上方を向くように修正される。

こうして表示光は、再び反射透過部材４０に斜め入射する。ここで、往復光路ＯＰ１の往復反射部材５０側から反射透過部材４０の光学多層膜４３への入射を第２入射と定義し、第２入射における表示光の光学多層膜４３への入射角を第２入射角θ２と定義する。そうすると、第２入射角θ２は、第１入射角θ１と異なり、特に本実施形態では第１入射角θ１よりも大きくなっている。第２入射角θ２と第１入射角θ１との差分は、反射面５１への入射角の２倍程度となるので、例えば２０〜３０度の範囲に設定されている。

ここで、図７に示すように、光学多層膜４３は、光の入射角に応じて反射波長領域ＲＷＲ１，ＲＷＲ２，ＲＷＲ３及び透過波長領域ＴＷＲ１，ＴＷＲ２，ＴＷＲ３がシフトする特性を有している。具体的に、光の入射角が大きくなる程、当該光が光学多層膜４３中の各光学膜を通るときの光路長が長くなるので、反射波長領域ＲＷＲ１，ＲＷＲ２，ＲＷＲ３及び透過波長領域ＴＷＲ１，ＴＷＲ２，ＴＷＲ３が全体的に短波長側にシフトするのである。

本実施形態では、第２入射角θ２が第１入射角θ１よりも大きくなっているので、第２入射において反射波長領域ＲＷＲ１，ＲＷＲ２，ＲＷＲ３及び透過波長領域ＴＷＲ１，ＴＷＲ２，ＴＷＲ３が短波長側にシフトする。この結果、光学多層膜４３は、第２入射角θ２で表示光が入射する条件下、各ピーク波長ＷＰ１，ＷＰ２，ＷＰ３がそれぞれ個別に対応する反射波長領域ＲＷＲ１，ＲＷＲ２，ＲＷＲ３に含まれるように構成されている。詳細に、青色のカラーフィルタに対応する約４５０ｎｍのピーク波長ＷＰ１が第１の反射波長領域ＲＷＲ１に含まれ、緑色のカラーフィルタに対応する約５３０ｎｍのピーク波長ＷＰ２が第２の反射波長領域ＲＷＲ２に含まれ、及び赤色のカラーフィルタに対応する約６００ｎｍのピーク波長ＷＰ３が第３の反射波長領域ＲＷＲ３に含まれている。

各反射波長領域ＲＷＲ１，ＲＷＲ２，ＲＷＲ３では、反射率が５０％以上、より好適には反射率が８０％以上に設定されている結果、表示光全体に対しても、反射率が５０％以上、より好適には８０％以上となっている。換言すると、第２入射においては、表示光が５０％以上、より好適には８０％以上の反射率で反射透過部材４０により反射されるようになっている。

このため、第１入射では表示光の大部分が反射透過部材４０を透過することにより、往復光路ＯＰ１の往復反射部材５０側へ導かれるのに対して、第２入射では表示光の大部分は反射透過部材４０を透過せずに反射される。したがって、第２入射において表示光の大部分が再び液晶表示器２０側に戻ることなく、第１入射角θ１よりも大きな第２入射角θ２によって大きく進行方向を変えて投影部３ａ側へ導かれる。

反射透過部材４０に反射された表示光は、その後、上方の窓部１１を透過してハウジング１０の外部へ射出され、投影部３ａに投影される。こうして、乗員が虚像ＶＲＩを視認可能となる。

虚像ＶＲＩは、往復反射部材５０の反射面５１を凹面状に湾曲させたことにより、液晶パネル２６の表示画面２８よりも拡大して表示される。虚像ＶＲＩの拡大において、拡大作用を及ぼした反射面５１が、往復光路ＯＰ１の折り返し地点に設定されているので、上述のように反射の際の入射角を１０〜２０度の範囲に小さく設定することが可能となっている。したがって、拡大作用と共に生じ得る上下非対称な（又は左右非対称な）虚像ＶＲＩの歪みを抑制することができる。

また、図２，６に示すように、表示光が液晶表示器２０から反射透過部材４０に入射する第１入射において、当該表示光が反射透過部材４０に入射する反射透過部材４０上の領域を第１入射領域ＩＲ１と定義する。さらに往復光路ＯＰ１の往路終了時に表示光が反射透過部材４０に入射する第２入射において、当該表示光が反射透過部材４０に入射する反射透過部材４０上の領域を第２入射領域ＩＲ２と定義する。基本的に、表示光が進行するにつれて光束が拡がっていくので、第２入射領域ＩＲ２の面積が第１入射領域ＩＲ１よりも広くなる。本実施形態では、第１入射領域ＩＲ１と第２入射領域ＩＲ２が一部重複するように設定されている。このような一部重複により、反射透過部材４０のサイズを小型化しつつ、第１入射角θ１と第２入射角θ２を異ならせる光学系を構成することが可能となる。

さらには、反射透過部材４０が平板状に形成されているので、反射透過部材４０への入射角が、表示光の光束の中央と外側とで大きく異なってしまう事態を抑制することができる。したがって、第１入射領域ＩＲ１の全域でむらの少ない表示光の透過を実現できると共に、第２入射領域ＩＲ２の全域でむらの少ない表示光の反射を実現できる。故に、輝度むらが少ない虚像ＶＲＩを表示させることができる。

（作用効果）
以上説明した第１実施形態の作用効果を以下に改めて説明する。

第１実施形態によると、反射透過部材４０へ表示光の第１入射角θ１と、第２入射角θ２とが互いに異なっている。こうした入射角θ１，θ２の差異により、反射透過部材４０に設けられた光学多層膜４３により実現された反射波長領域ＲＷＲ１，ＲＷＲ２，ＲＷＲ３及び透過波長領域ＴＷＲ１，ＴＷＲ２，ＴＷＲ３は、シフトすることとなる。このようなシフト作用を利用して、第１入射にて表示光が往復光路ＯＰ１の往復反射部材５０側へ導かれると共に、第２入射にて表示光が投影部３ａ側へ導かれる。

詳細に、表示光が第１入射角θ１で入射する条件下、当該表示光の波長が反射波長領域ＲＷＲ１，ＲＷＲ２，ＲＷＲ３及び透過波長領域ＴＷＲ１，ＴＷＲ２，ＴＷＲ３のうち一方に該当していれば、表示光が第２入射角θ２で入射する条件下で当該表示光の波長が反射波長領域ＲＷＲ１，ＲＷＲ２，ＲＷＲ３及び透過波長領域ＴＷＲ１，ＴＷＲ２，ＴＷＲ３のうち他方に該当するように、入射角θ１，θ２を互いに異ならせることで、光学多層膜４３が表示光に及ぼす透過作用及び反射作用を切り替える。こうして、表示光が反射透過部材４０に入射する際に、それぞれ高い割合で所望の方向へ導くことができるようになる。故に、表示光の減衰を抑制しつつ光路長を稼ぐための往復光路ＯＰ１を構成することが可能となるので、見易い距離を確保しつつ高輝度の虚像ＶＲＩを表示することができる。以上により、虚像ＶＲＩの視認性が良好なＨＵＤ装置１００を提供することができる。

また、第１実施形態によると、第１入射にて複数のピーク波長ＷＰ１，ＷＰ２，ＷＰ３がそれぞれ個別に対応する透過波長領域ＴＷＲ１，ＴＷＲ２，ＴＷＲ３に含まれるように第１入射角θ１が設定されて表示光が反射透過部材４０を透過すると共に、第２入射にて複数のピーク波長ＷＰ１，ＷＰ２，ＷＰ３がそれぞれ個別に対応する反射波長領域ＲＷＲ１，ＲＷＲ２，ＲＷＲ３に含まれるように第２入射角θ２が設定されて表示光が反射透過部材４０に反射される。したがって、表示光を構成する主要な各波長成分が、確実に往復光路ＯＰ１で光路長を稼ぎつつ、投影部３ａへ投影されるので、見易い距離を確保しつつ高輝度の虚像ＶＲＩを表示することができる。以上により、虚像ＶＲＩの視認性が良好なＨＵＤ装置１００を提供することができる。

また、第１実施形態によると、第１入射における表示光の反射率が５０％以下であり、かつ、第２入射における表示光の反射率が５０％以上である。こうした反射率の設定により、単純なハーフミラーを用いて往復光路ＯＰ１を構成した場合に比べて、確実にエネルギー効率が高まる。

また、第１実施形態によると、画像発光部は、光を供給するバックライト部２１と、バックライト部２１からの光を透過して、光学多層膜４３の反射波長領域ＲＷＲ１，ＲＷＲ２，ＲＷＲ３及び透過波長領域ＴＷＲ１，ＴＷＲ２，ＴＷＲ３に合わせたスペクトル分布にて表示光を発する液晶パネル２６と、を有する液晶表示器２０である。こうした液晶表示器２０の採用により、光学多層膜４３に好適なスペクトルの表示光を、当該反射透過部材４０に入射させることが可能となるので、反射透過部材４０での表示光の減衰をさらに抑制することができる。

また、第１実施形態によると、光学多層膜４３は、透光基板４１において、第２入射で表示光が入射する側の表面に、形成されている。第２入射にて、当該表示光が透光基板４１を往復することを抑制しつつ光学多層膜４３にて反射されるので、透光基板４１での反射による二重像の発生を抑制することができる。故に、虚像ＶＲＩの視認性をさらに良好なものとすることができる。

（第２実施形態）
図８，９に示すように、第２実施形態は第１実施形態の変形例である。第２実施形態について、第１実施形態とは異なる点を中心に説明する。

第２実施形態の画像発光部は、第１実施形態と同様に、虚像ＶＲＩとして結像される画像の表示光を、発光する。ただし、第２実施形態の画像発光部は、レーザ表示器２２０となっている。レーザ表示器２２０は、詳細を図９に示すように、複数のレーザ発振器２２１ａ，２２１ｂ，２２１ｃ、複数のコリメートレンズ２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃ、折り返しミラー２２３ａ、複数のダイクロイックミラー２２３ｂ，２２３ｃ、走査部２２４、及びスクリーン部材２２５を有している。本実施形態では、レーザ発振器２２１ａ，２２１ｂ，２２１ｃ、コリメートレンズ２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃは３つずつ設けられている。

３つのレーザ発振器２２１ａ，２２１ｂ，２２１ｃは、ピーク波長が互いに異なるレーザ光束を発振する。具体的に、レーザ発振器２２１ａは、例えばピーク波長が４９０〜５３０ｎｍの範囲、好ましくは５１５ｎｍである緑色のレーザ光束を発振するようになっている。レーザ発振器２２１ｂは、例えばピーク波長が４３０〜４７０ｎｍの範囲、好ましくは４５０ｎｍである青色のレーザ光束を発振するようになっている。レーザ発振器２２１ｃは、例えばピーク波長が６００〜６５０ｎｍの範囲、好ましくは６４０ｎｍである赤色のレーザ光束を発振するようになっている。各レーザ発振器２２１ａ，２２１ｂ，２２１ｃから発振された各レーザ光束は、それぞれ対応するコリメートレンズ２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃに入射する。

３つのコリメートレンズ２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃは、それぞれ対応するレーザ発振器２２１ａ，２２１ｂ，２２１ｃに対して、各レーザ光束の進行方向に所定の間隔をあけて配置されている。各コリメートレンズ２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃは、対応する色のレーザ光束を屈折させることにより、当該レーザ光束を略平行化する。

折り返しミラー２２３ａは、コリメートレンズ２２２ａに対して、レーザ光束の進行方向に所定の間隔をあけて配置され、コリメートレンズ２２２ａを透過した緑色のレーザ光束を反射する。

２つのダイクロイックミラー２２３ｂ，２２３ｃは、それぞれ対応するコリメートレンズ２２２ｂ，２２２ｃに対して、各レーザ光束の進行方向に所定の間隔をあけて配置されている。各ダイクロイックミラー２２３ｂ，２２３ｃは、対応するコリメートレンズ２２２ｂ，２２２ｃを透過した各レーザ光束のうち、特定波長のレーザ光束を反射し、その他のレーザ光束を透過させる。具体的には、コリメートレンズ２２２ｂに対応するダイクロイックミラー２２３ｂは、青色のレーザ光束を反射し、緑色のレーザ光束を透過させる。コリメートレンズ２２２ｃに対応するダイクロイックミラー２２３ｃは、赤色のレーザ光束を反射し、緑色及び青色のレーザ光束を透過させる。

ここで、折り返しミラー２２３ａによる反射後の緑色のレーザ光束の進行方向には、ダイクロイックミラー２２３ｂが所定の間隔をあけて配置されている。ダイクロイックミラー２２３ｂによる反射後の青色のレーザ光束の進行方向には、ダイクロイックミラー２２３ｃが所定の間隔をあけて配置されている。これら配置形態により、折り返しミラー２２３ａによる反射後の緑色のレーザ光束が、ダイクロイックミラー２２３ｂを透過し、ダイクロイックミラー２２３ｂによる反射後の青色のレーザ光束と重ね合される。また、緑色のレーザ光束と青色のレーザ光束とが、ダイクロイックミラー２２３ｃを透過し、ダイクロイックミラー２２３ｃによる反射後の赤色のレーザ光束と重ね合される。

また各レーザ発振器２２１ａ，２２１ｂ，２２１ｃは、コントローラ２２９と電気的に接続されている。各レーザ発振器２２１ａ，２２１ｂ，２２１ｃは、コントローラ２２９からの電気信号に従って、レーザ光束を発振する。そして、各レーザ発振器２２１ａ，２２１ｂ，２２１ｃから発振される３色のレーザ光束を加色混合することで、様々な色が実現されるようになっている。こうして互いにピーク波長が異なるレーザ光束が重ね合された状態で、当該レーザ光束が走査部２２４へ入射する。

走査部２２４は、走査ミラー２２４ａを有している。走査ミラー２２４ａは、微小電気機械システム（Micro Electro Mechanical Systems：ＭＥＭＳ）を用い、レーザ光束を時間的に走査可能に構成されたＭＥＭＳミラーである。走査ミラー２２４ａにおいて、ダイクロイックミラー２２３ｃと所定の間隔をあけて対向する面には、アルミニウム等の金属蒸着等により金属膜が形成されることで、反射面２２４ｂが設けられている。反射面２２４ｂは、当該反射面２２４ｂに沿って実質直交する２つの回転軸Ａｘ，Ａｙ周りに回動可能となっている。

このような走査ミラー２２４ａは、コントローラ２２９と電気的に接続されており、その走査信号に従って回動することで、反射面２２４ｂの向きを変えることができる。こうして走査部２２４は、走査ミラー２２４ａがコントローラ２２９により制御されることで、レーザ発振器２２１ａ，２２１ｂ，２２１ｃと連動して、例えばレーザ光束の反射面２２４ｂへの入射箇所である偏向点を起点として、時間的にレーザ光束の投射方向を偏向することが可能となっている。偏向点での偏向によって走査部２２４により走査されたレーザ光束は、スクリーン部材２２５に入射するようになっている。

スクリーン部材２２５は、例えば合成樹脂ないしはガラス等からなる基材の表面に、アルミニウムを蒸着させることと等により、ミラーアレイ状に形成された反射型のスクリーンとなっている。詳細を図示しないが、スクリーン部材２２５は、走査ミラー２２４ａ及び反射透過部材２４０側の表面において、複数の光学曲面を格子状に配列している。

スクリーン部材２２５の走査領域ＳＡには、走査部２２４に走査されたレーザ光束の入射により、画像が描画される。具体的に、走査部２２４は、コントローラ２２９による制御により、複数の走査線ＳＬに沿って順次走査される。その結果、走査領域ＳＡにおいてレーザ光束が入射する位置が移動されつつ、レーザ光束が断続的にパルス照射されることで、画像が描画されることとなる。走査領域ＳＡへの投射により描画される画像は、例えば走査線ＳＬにそったｘｓ方向に４８０画素かつ走査線ＳＬと実質垂直なｙｓ方向に２４０画素を有する画像として、毎秒６０フレーム描画される。

ここで、各投射方向に対応するレーザ光束は、各光学曲面での反射により、拡がり角を拡大させつつ、スクリーン部材２２５から射出される。具体的に、凸状又は凹状に湾曲して形成された光学曲面により、各レーザ光束のスポット径が拡大される。こうして、レーザ表示器２２０は、図８に示すように、各レーザ光束のピーク波長に対応した複数のピーク波長ＷＰ１，ＷＰ２，ＷＰ３を有する表示光を反射透過部材２４０へ向けて発光する。

光学多層膜２４３は、第１実施形態と同様に、可視光領域において、反射波長領域ＲＷＲ１，ＲＷＲ２，ＲＷＲ３及び透過波長領域ＴＷＲ１，ＴＷＲ２，ＴＷＲ３を有している。光学多層膜２４３は、第１実施形態と同様に、光の入射角に応じて反射波長領域ＲＷＲ１，ＲＷＲ２，ＲＷＲ３及び透過波長領域ＴＷＲ１，ＴＷＲ２，ＴＷＲ３がシフトする特性を有している。

光学多層膜２４３は、第１入射角θ１で表示光が入射する条件下、各ピーク波長ＷＰ１，ＷＰ２，ＷＰ３が各透過波長領域ＴＷＲ１，ＴＷＲ２，ＴＷＲ３に含まれるように構成されている。詳細に、青色のレーザ光束に対応する約４５０ｎｍのピーク波長ＷＰ１が第１の透過波長領域ＴＷＲ１に含まれ、緑色のレーザ光束に対応する約５１５ｎｍのピーク波長ＷＰ２が第２の透過波長領域ＴＷＲ２に含まれ、及び赤色のレーザ光束に対応する約６４０ｎｍのピーク波長ＷＰ３が第３の透過波長領域ＴＷＲ３に含まれている。特に本実施形態では、表示光の各ピーク波長ＷＰ１，ＷＰ２，ＷＰ３によるスペクトル半値幅が、対応する透過波長領域ＴＷＲ１，ＴＷＲ２，ＴＷＲ３に完全に包含されている。

光学多層膜２４３は、第２入射角θ２で表示光が入射する条件下、各ピーク波長ＷＰ１，ＷＰ２，ＷＰ３が各反射波長領域ＲＷＲ１，ＲＷＲ２，ＲＷＲ３に含まれるように構成されている。詳細に、青色のレーザ光束に対応する約４５０ｎｍのピーク波長ＷＰ１が第１の反射波長領域ＲＷＲ１に含まれ、緑色のレーザ光束に対応する約５１５ｎｍのピーク波長ＷＰ２が第２の反射波長領域ＲＷＲ２に含まれ、及び赤色のレーザ光束に対応する約６４０ｎｍのピーク波長ＷＰ３が第３の反射波長領域ＲＷＲ３に含まれている。特に本実施形態では、表示光の各ピーク波長ＷＰ１，ＷＰ２，ＷＰ３によるスペクトル半値幅が、対応する反射波長領域ＲＷＲ１，ＲＷＲ２，ＲＷＲ３に完全に包含されている。

このため、第１入射では表示光の大部分が反射透過部材２４０を透過することにより、往復光路ＯＰ１の往復反射部材５０側へ導かれるのに対して、第２入射では表示光の大部分は反射透過部材２４０を透過せずに反射される。したがって、第２入射において表示光の大部分が再びレーザ表示器２２０側に戻ることなく、第１入射角θ１よりも大きな第２入射角θ２によって大きく進行方向を変えて投影部３ａ側へ導かれる。

以上説明した第２実施形態によると、画像発光部は、表示光としてレーザ光を発する。レーザ光はスペクトル半値幅が小さいので、反射波長領域ＲＷＲ１，ＲＷＲ２，ＲＷＲ３及び透過波長領域ＴＷＲ１，ＴＷＲ２，ＴＷＲ３をシフトさせたときに、当該レーザ光を所望の反射波長領域ＲＷＲ１，ＲＷＲ２，ＲＷＲ３又は透過波長領域ＴＷＲ１，ＴＷＲ２，ＴＷＲ３に包含させることが容易となるので、反射透過部材２４０での表示光の減衰を最小限に抑制することができる。

また見方を変えれば、第１入射角θ１と第２入射角θ２との差を小さくしても、表示光に対する反射波長領域ＲＷＲ１，ＲＷＲ２，ＲＷＲ３及び透過波長領域ＴＷＲ１，ＴＷＲ２，ＴＷＲ３の切り替えを容易に実現可能となる。故に、反射透過部材２４０の第１入射領域ＩＲ１と第２入射領域ＩＲ２とをより重複させることが可能となり、反射透過部材２４０の体格増加、延いてはＨＵＤ装置１００の体格増加を抑制することができる。

（第３実施形態）
図１０〜１２に示すように、第３実施形態は第１実施形態の変形例である。第３実施形態について、第１実施形態とは異なる点を中心に説明する。

図１０，１１に示すように、第３実施形態において画像発光部に相当している液晶表示器３２０は、第１実施形態と同様の内部構成であるが、前方かつ上方の斜め方向に表示光を発光するようになっている。

第３実施形態の反射透過部材３４０は、ハウジング１０の内部に収容され、液晶表示器３２０よりも上方において、その法線方向が上方かつ僅かに前方及び下方かつ僅かに後方を向くように、傾斜配置されている。反射透過部材３４０は、第１実施形態と同様に、透光基板３４１の片側全面に光学多層膜３４３を形成した平板状を呈している。より詳細に、光学多層膜３４３は、例えば、反射透過部材３４０の表面のうち、液晶表示器３２０及び往復反射部材３５０側の表面に、蒸着、スピンコートないしはフィルムを貼り付けること等により形成されている。

ここで第３実施形態の光学多層膜３４３は、図１２に示すように、短波長側から、第１の反射波長領域ＲＷＲ１、第１の透過波長領域ＴＷＲ１、第２の反射波長領域ＲＷＲ２、第２の透過波長領域ＴＷＲ２、第３の反射波長領域ＲＷＲ３、及び第３の透過波長領域ＴＷＲ３が交互に設定されている。なお、詳細は図示しないが、第１の反射波長領域ＲＷＲ１よりも短波長側に、別の透過波長領域等が設定されていてもよく、第３の透過波長領域ＴＷＲ３よりも長波長側に、別の反射波長領域等が設定されていてもよい。

そして、光学多層膜３４３は、第１入射角θ１で表示光が入射する条件下、各ピーク波長ＷＰ１，ＷＰ２，ＷＰ３が反射波長領域ＲＷＲ１に含まれるように構成されている。詳細に、青色のカラーフィルタに対応する約４５０ｎｍのピーク波長ＷＰ１が第１の反射波長領域ＲＷＲ１に含まれ、緑色のカラーフィルタに対応する約５３０ｎｍのピーク波長ＷＰ２が第２の反射波長領域ＲＷＲ２に含まれ、及び赤色のカラーフィルタに対応する約６００ｎｍのピーク波長ＷＰ３が第３の反射波長領域ＲＷＲ３に含まれている。

各反射波長領域ＲＷＲ１，ＲＷＲ２，ＲＷＲ３では、反射率が５０％以上、より好適には反射率が８０％以上に設定されている結果、表示光全体に対しても、反射率が５０％以上、より好適には８０％以上となっている。換言すると、第１入射においては、表示光が５０％以上、より好適には８０％以上の反射率で反射透過部材３４０により反射されるようになっている。こうして反射透過部材３４０により反射された表示光の先には、往復反射部材３５０が配置されている。

第３実施形態の往復反射部材３５０の反射面３５１は、反射透過部材３４０よりも下方かつ液晶表示器２０よりも前方において、上方かつ僅かに後方を向くように配置されている。こうして往復反射部材３５０は、第１実施形態と同様、反射透過部材３４０との間に表示光を往復させる往復光路ＯＰ１を構成している。

第３実施形態においても、第２入射角θ２が第１入射角θ１よりも大きくなっているので、第２入射において反射波長領域ＲＷＲ１，ＲＷＲ２，ＲＷＲ３及び透過波長領域ＴＷＲ１，ＴＷＲ２，ＴＷＲ３が短波長側にシフトする。この結果、光学多層膜３４３は、第２入射角θ２で表示光が入射する条件下、各ピーク波長ＷＰ１，ＷＰ２，ＷＰ３が透過波長領域ＴＷＲ１，ＴＷＲ２，ＴＷＲ３に含まれるように構成されている。詳細に、青色のカラーフィルタに対応する約４５０ｎｍのピーク波長ＷＰ１が第１の透過波長領域ＴＷＲ１に含まれ、緑色のカラーフィルタに対応する約５３０ｎｍのピーク波長ＷＰ２が第２の透過波長領域ＴＷＲ２に含まれ、及び赤色のカラーフィルタに対応する約６００ｎｍのピーク波長ＷＰ３が第３の透過波長領域ＴＷＲ３に含まれている。

各透過波長領域ＴＷＲ１，ＴＷＲ２，ＴＷＲ３では、反射率が５０％以下、より好適には反射率が２０％以下に設定されている結果、表示光全体に対しても、反射率が５０％以下、より好適には２０％以下となっている。換言すると、第２入射においては、表示光が５０％以上、より好適には８０％以上の透過率で反射透過部材３４０を透過するようになっている。

このため、第１入射では表示光の大部分が反射透過部材３４０により反射されることにより、往復光路ＯＰ１の往復反射部材３５０側へ導かれるのに対して、第２入射では表示光の大部分は反射透過部材３４０に反射されずに透過する。したがって、第２入射において表示光の大部分が再び液晶表示器３２０側に戻ることなく、第１入射角θ１よりも大きな第２入射角θ２によって投影部３ａ側へ導かれる。

以上説明した第３実施形態によると、第１入射にて複数のピーク波長ＷＰ１，ＷＰ２，ＷＰ３がそれぞれ個別に対応する反射波長領域ＲＷＲ１，ＲＷＲ２，ＲＷＲ３に含まれるように第１入射角θ１が設定されて表示光が反射透過部材３４０に反射されると共に、第２入射にて複数のピーク波長ＷＰ１，ＷＰ２，ＷＰ３がそれぞれ個別に対応する透過波長領域ＴＷＲ１，ＴＷＲ２，ＴＷＲ３に含まれるように第２入射角θ２が設定されて表示光が反射透過部材３４０を透過する。したがって、表示光を構成する主要な各波長成分が、確実に往復光路ＯＰ１で光路長を稼ぎつつ、投影部３ａへ投影されるので、見易い距離を確保しつつ高輝度の虚像ＶＲＩを表示することができる。以上により、虚像ＶＲＩの視認性が良好なＨＵＤ装置１００を提供することができる。

また、第３実施形態によると、第１入射における表示光の反射率が５０％以上であり、かつ、第２入射における表示光の反射率が５０％以下である。こうした反射率の設定により、単純なハーフミラーを用いて往復光路ＯＰ１を構成した場合に比べて、確実にエネルギー効率が高まる。

また、第３実施形態によると、光学多層膜３４３は、透光基板３４１において、第１入射で表示光が入射する側の表面部に、形成されている。第１入射にて、当該表示光が透光基板３４１を往復することを抑制しつつ光学多層膜３４３にて反射されるので、透光基板３４１での反射による二重像の発生を抑制することができる。故に、虚像ＶＲＩの視認性をさらに良好なものとすることができる。

（第４実施形態）
図１３に示すように、第４実施形態は第３実施形態の変形例である。第４実施形態について、第３実施形態とは異なる点を中心に説明する。

第４実施形態の反射透過部材４４０は、ハウジング１０の窓部１１の全体を塞ぐように配置されている。すなわち、反射透過部材４４０は、異物（例えば塵、埃、水）がハウジング１０の外部からハウジング１０の内部へと侵入することを防止する防塵シートと兼用されている。

また、こうした反射透過部材４４０の配置により、例えばウインドシールド３を透過して窓部１１に入射する太陽光等の外光の一部を、当該反射透過部材４４０が反射することで、ハウジング１０の内部への外光の侵入も抑制される。

以上説明した第４実施形態によると、反射透過部材４４０は、窓部１１を塞ぐことにより、防塵シートと兼用されている。往復光路ＯＰ１が構成された光学系を実現する部品と、防塵シートを実現する部品とが共通化されているので、部品点数を抑制することで、ＨＵＤ装置１００の体格増加を抑制しつつ、虚像ＶＲＩの高い視認性を実現することができる。

（第５実施形態）
図１４に示すように、第５実施形態は第１実施形態の変形例である。第５実施形態について、第１実施形態とは異なる点を中心に説明する。

第５実施形態のＨＵＤ装置１００は、光遮断部５７０をさらに有している。光遮断部５７０は、例えば黒色等の暗色に着色されたポリウレタンにより光吸収性を有して形成され、光遮断フード部５７１及び光遮断積層部５７３を一体的に有している。

光遮断フード部５７１は、液晶表示器２０と反射透過部材４０との間において、表示光の進行方向に沿って、かつ表示光の光束を遮らないように、壁状に形成されている。光遮断フード部５７１は、外光等の迷光を吸収等により遮断することで、迷光が多重反射により虚像ＶＲＩに映り込んでしまうこと等を抑制している。

光遮断積層部５７３は、反射透過部材４０のうち第１入射領域ＩＲ１を除く領域において、反射透過部材４０の液晶表示器２０側の面と貼り合わせられて又は密着して配置されていることで、反射透過部材４０と積層された状態で配置されている。光遮断積層部５７３は、外光のうち反射透過部材４０を吸収等により遮断することで、液晶表示器２０の液晶パネル２６等の劣化又は損傷を抑制する。

さらには、往復反射部材５０にて反射され、再び反射透過部材４０に入射した表示光の一部が光学多層膜４３を透過してしまったとしても、この透過光を光遮断積層部５７３が吸収する。これにより、係る透過光が反射透過部材４０の液晶表示器２０側の面にて投影部３ａ側に反射されて虚像ＶＲＩに二重像が発生してしまう事態も抑制可能である。

以上説明した第５実施形態によると、反射透過部材４０の液晶表示器２０側のうち第１入射領域ＩＲ１を除く領域に対応して配置され、反射透過部材４０と積層状態の光遮断積層部５７３は、反射透過部材４０を往復反射部材５０側から液晶表示器２０側へ透過しようとする光を遮断する。こうした光の遮断により、液晶表示器２０の劣化又は損傷が抑制されるので、長きに亘って虚像ＶＲＩの高い視認性を維持することができる。

（第６実施形態）
図１５に示すように、第６実施形態は第１実施形態の変形例である。第６実施形態について、第１実施形態とは異なる点を中心に説明する。

第６実施形態のハウジング６１０は、その内部において、往復反射部材保持壁６１３、反射透過部材保持壁６１４、及び表示穴６１５を有している。

往復反射部材保持壁６１３は、往復反射部材５０において反射面５１とは反対側と当接するように壁状に形成されている。往復反射部材保持壁６１３は、貼り合わせ、嵌合、又は締結等により、往復反射部材５０を保持している。

反射透過部材保持壁６１４は、反射透過部材４０において往復反射部材５０とは反対側（すなわち液晶表示器２０側）のうち一部分に当接するように壁状に形成されている。反射透過部材保持壁６１４は、貼り合わせ、嵌合、又は締結等により、反射透過部材４０を保持している。

詳細に、反射透過部材保持壁６１４は、反射透過部材４０の液晶表示器６２０側の面のうち第１入射領域ＩＲ１を除く領域に、表面６１４ａを密着させている。反射透過部材保持壁６１４の表面６１４ａは、例えば光の反射を抑制可能な暗色（例えば黒色）に形成されている。この結果、反射透過部材保持壁６１４は、第５実施形態の光遮断積層部５７３と同様に、外光のうち反射透過部材４０を透過する光の遮断作用、及び二重像の抑制作用を発揮する。

表示穴６１５は、反射透過部材４０の第１入射領域ＩＲ１に対応した部分において、反射透過部材保持壁６１４に開口する穴状に形成されている。本実施形態の表示穴６１５は、ハウジング６１０を貫通する貫通穴状に形成されているが、有底穴状に形成されていてもよい。表示穴６１５は、反射透過部材４０から離間する程、漸次狭くなる四角錐台状の穴となっている。

第６実施形態において画像発光部に相当する液晶表示器６２０は、表示穴６１５において反射透過部材４０から離間した位置に配置されている。液晶表示器６２０は、液晶パネル２６を反射透過部材４０と対向させると共に、バックライト部２１の一部分をハウジング１０の外部に配置させている。このため、液晶表示器６２０は、表示穴６１５の側壁６１５ａに第５実施形態の光遮断フード部５７１のように迷光遮断作用を生じさせつつ、バックライト部２１にて発生した熱を、ハウジング６１０外に容易に放熱可能となっている。

以上説明した第６実施形態によると、反射透過部材４０を保持すると共に、反射透過部材４０の液晶表示器６２０側に表面６１４ａを密着させている反射透過部材保持壁６１４は、反射透過部材４０を往復反射部材５０側から液晶表示器６２０側へ透過しようとする光を遮断する。光の遮断により、液晶表示器６２０の劣化又は損傷が抑制されるので、長きに亘って虚像ＶＲＩの高い視認性を維持することができる。そして、反射透過部材４０の保持構造と光の遮断構造とを共通化することにより、部品点数を抑制することで、ＨＵＤ装置１００の体格増加を抑制しつつ、虚像ＶＲＩの高い視認性を実現することができる。

（第７実施形態）
図１６に示すように、第７実施形態は第１実施形態の変形例である。第７実施形態について、第１実施形態とは異なる点を中心に説明する。

第７実施形態において、画像発光部としての液晶表示器７２０から反射透過部材４０へ至る表示光の光路上には、凸面鏡７７５が設けられている。凸面鏡７７５は、反射面７７６としてアルミニウム等の金属を蒸着させること等により、金属膜を形成している。反射面７７６は、曲面状に形成されており、例えば凸面鏡７７５の中心が突出するように凸状に湾曲している。すなわち、凸面鏡７７５は、負の光学パワーを有する負の光学素子となっている。本実施形態の反射面７７６は、反射透過部材４０に隣接した位置において、後方かつ下方の斜め方向を向くように配置されている。

第７実施形態において液晶表示器７２０は、凸面鏡７７５へ向けて、前方かつ上方へ表示光を発する。液晶表示器７２０が発した表示光が反射面７７６に反射されることで、当該表示光が反射透過部材４０へ入射するようになっている。本実施形態では、ここでの反射透過部材４０への入射が、第１入射に相当する。

以上説明した第７実施形態によると、液晶表示器７２０から反射透過部材４０へ至る光路上において、負の光学パワーを有する凸面鏡７７５が設けられている。こうした凸面鏡７７５により、虚像ＶＲＩとして結像される表示光について、液晶表示器７２０側のテレセントリック性を高めることができる。すなわち、液晶表示器７２０の視野角を狭く構成して画像の品質を高めつつ、視認領域ＥＢのサイズを確保することができる。したがって、虚像ＶＲＩの高い視認性を実現することができる。

（第８実施形態）
図１７，１８に示すように、第８実施形態は第２実施形態の変形例である。第８実施形態について、第２実施形態とは異なる点を中心に説明する。

第８実施形態の画像発光部は、第２実施形態と同様、レーザ光を発するレーザ表示器８２０である。ただし、レーザ表示器８２０は、図１７に示すように、１つのレーザ発振器８２１、１つのコリメートレンズ８２２、走査部８２４、及びスクリーン部材８２５を有している。

レーザ発振器８２１は、例えばピーク波長が６００〜６５０ｎｍの範囲、好ましくは６４０ｎｍである赤色のレーザ光束を発振するようになっている。レーザ発振器８２１から発振された各レーザ光束は、コリメートレンズ８２２に入射する。コリメートレンズ８２２は、レーザ光束を屈折させることにより、当該レーザ光束を略平行化する。こうしてコリメートレンズ８２２を透過したレーザ光束が走査部８２４へ入射し、第２実施形態と同様に、スクリーン部材８２５の走査領域ＳＡに描画される。こうして、レーザ表示器８２０は、赤色のレーザ光束のピーク波長に対応した１つのピーク波長ＷＰを有する表示光を反射透過部材８４０へ向けて発光する。

光学多層膜８４３は、図１８に示すように、可視光領域において、反射波長領域ＲＷＲ１及び透過波長領域ＴＷＲ１，ＴＷＲ２を有している。例えば本実施形態では、短波長側から、第１の透過波長領域ＴＷＲ１、第１の反射波長領域ＲＷＲ１、及び第２の透過波長領域ＴＷＲ１，ＴＷＲ２が設定されている。光学多層膜８４３は、第２実施形態と同様に、光の入射角に応じて反射波長領域ＲＷＲ１及び透過波長領域ＴＷＲ１，ＴＷＲ２がシフトする特性を有している。

光学多層膜８４３は、第１入射角θ１で表示光が入射する条件下、ピーク波長ＷＰが第１の透過波長領域ＴＷＲ１に含まれるように構成されている。特に本実施形態では、表示光のピーク波長ＷＰによるスペクトル半値幅が、第１の透過波長領域ＴＷＲ１に完全に包含されている。

光学多層膜８４３は、第２入射角θ２で表示光が入射する条件下、ピーク波長ＷＰが第１の反射波長領域ＲＷＲ１に含まれるように構成されている。特に本実施形態では、表示光のピーク波長ＷＰによるスペクトル半値幅が、第１の反射波長領域ＲＷＲ１に完全に包含されている。

このため、第１入射では表示光の大部分が反射透過部材８４０を透過することにより、往復光路ＯＰ１の往復反射部材５０側へ導かれるのに対して、第２入射では表示光の大部分は反射透過部材８４０を透過せずに反射される。したがって、第２入射において表示光の大部分が再びレーザ表示器８２０側に戻ることなく、第１入射角θ１よりも大きな第２入射角θ２によって大きく進行方向を変えて投影部３ａ側へ導かれる。

以上説明した第８実施形態によると、第１入射にて１つのピーク波長ＷＰが透過波長領域ＴＷＲ１に含まれるように第１入射角θ１が設定されて表示光が反射透過部材８４０を透過すると共に、第２入射にて１つのピーク波長ＷＰが反射波長領域ＲＷＲ１に含まれるように第２入射角θ２が設定されて表示光が反射透過部材８４０に反射される。したがって、表示光を構成するピーク波長ＷＰの成分が、確実に往復光路ＯＰ１で光路長を稼ぎつつ、投影部３ａへ投影されるので、見易い距離を確保しつつ高輝度の虚像ＶＲＩを表示することができる。また、１つのピーク波長ＷＰを考慮して光学多層膜８４３を設計すればよいので、当該光学多層膜８４３を簡易な構成とすることができる。以上により、虚像ＶＲＩの視認性が良好なＨＵＤ装置１００を容易に提供することができる。

（第９実施形態）
図１９，２０に示すように、第９実施形態は第８実施形態の変形例である。第９実施形態について、第８実施形態とは異なる点を中心に説明する。

第９実施形態は、図１９に示すように、第８実施形態のレーザ表示器８２０と、第３実施形態の反射透過部材３４０及び往復反射部材３５０の配置形態とを、組み合わせたものである。ただし、本実施形態の反射透過部材９４０の光学多層膜９４３の構成は、第３，８実施形態の構成とは異なる。

光学多層膜９４３は、図２０に示すように、反射波長領域ＲＷＲ１及び透過波長領域ＴＷＲ１，ＴＷＲ２を有している。例えば本実施形態では、短波長側から、第１の透過波長領域ＴＷＲ１、第１の反射波長領域ＲＷＲ１、及び第２の透過波長領域ＴＷＲ２が設定されている。光学多層膜９４３は、第８実施形態と同様に、光の入射角に応じて反射波長領域ＲＷＲ１及び透過波長領域ＴＷＲ１，ＴＷＲ２がシフトする特性を有している。

光学多層膜９４３は、第１入射角θ１で表示光が入射する条件下、ピーク波長ＷＰが第１の反射波長領域ＲＷＲ１に含まれるように構成されている。特に本実施形態では、表示光のピーク波長ＷＰによるスペクトル半値幅が、第１の反射波長領域ＲＷＲ１に完全に包含されている。

光学多層膜９４３は、第２入射角θ２で表示光が入射する条件下、ピーク波長ＷＰが第２の透過波長領域ＴＷＲ２に含まれるように構成されている。特に本実施形態では、表示光のピーク波長ＷＰによるスペクトル半値幅が、第２の透過波長領域ＴＷＲ２に完全に包含されている。

このため、第１入射では表示光の大部分が反射透過部材３４０により反射されることにより、往復光路ＯＰ１の往復反射部材３５０側へ導かれるのに対して、第２入射では表示光の大部分は反射透過部材３４０に反射されずに透過する。したがって、第２入射において表示光の大部分が再びレーザ表示器８２０側に戻ることなく、第１入射角θ１よりも大きな第２入射角θ２によって投影部３ａ側へ導かれる。

以上説明した第９実施形態によると、第１入射にて１つのピーク波長ＷＰが反射波長領域ＲＷＲ１に含まれるように第１入射角θ１が設定されて表示光が反射透過部材３４０に反射されると共に、第２入射にて１つのピーク波長ＷＰが透過波長領域ＴＷＲ２に含まれるように第２入射角θ２が設定されて表示光が反射透過部材３４０を透過する。したがって、表示光を構成する主要なピーク波長ＷＰの成分が、確実に往復光路ＯＰ１で光路長を稼ぎつつ、投影部３ａへ投影されるので、見易い距離を確保しつつ高輝度の虚像ＶＲＩを表示することができる。また、１つのピーク波長ＷＰを考慮して光学多層膜９４３を設計すればよいので、当該光学多層膜９４３を簡易な構成とすることができる。以上により、虚像ＶＲＩの視認性が良好なＨＵＤ装置１００を容易に提供することができる。

（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及び組み合わせに適用することができる。

変形例１としては、特に第１，２，５〜８実施形態に関して、画像発光部、反射透過部材４０、及び往復反射部材５０等は、異なる配置となっていてもよい。具体的に第１実施形態の配置を変更した図２１，２２の例では、画像発光部としての液晶表示器２０は、前方から後方へ向けて表示光を発する。反射透過部材４０は、液晶表示器２０よりも前方において、その法線方向が後方かつ下方及び前方かつ上方を向くように、傾斜配置されている。往復反射部材５０の反射面５１は、反射透過部材４０よりも前方において、後方を向くように配置されている。

変形例２としては、特に第３，４，９実施形態に関して、画像発光部、反射透過部材４０、及び往復反射部材５０等は、異なる配置となっていてもよい。具体的に第３実施形態の配置を変更した図２３，２４の例では、画像発光部としての液晶表示器３２０は、前方から後方へ向けて表示光を発する。反射透過部材３４０は、液晶表示器３２０よりも後方において、その法線方向が前方かつ下方及び後方かつ上方を向くように、傾斜配置されている。往復反射部材３５０の反射面３５１は、反射透過部材３４０よりも下方において、上方かつ僅かに後方となる方向を向くように配置されている。この例では、第２入射角θ２が第１入射角θ１よりも小さく設定されているので、第２入射において反射波長領域ＲＷＲ１，ＲＷＲ２，ＲＷＲ３及び透過波長領域ＴＷＲ１，ＴＷＲ２，ＴＷＲ３は、第１入射よりも長波長側にシフトする。

変形例３としては、反射透過部材４０において光学多層膜４３は、透光基板４１に対していずれの側に設けられてもよい。

変形例４としては、反射透過部材４０において光学多層膜４３は、反射透過部材４０の全面ではなく一部の領域にのみ形成されていてもよい。図２５，２６に示すように、第１入射領域ＩＲ１にのみ光学多層膜４３が配置されていてもよく、反射透過部材４０のうち第１入射領域ＩＲ１を除く領域は、反射面５１としてアルミニウム等の金属を蒸着させることにより金属膜が形成されていてもよい。また図２６のように、表示光のうち一部が反射透過部材４０を経由し、他部は反射透過部材４０の側方をそのまま透過して往復光路ＯＰ１に至る構成であってもよい。

変形例５としては、反射透過部材４０の光学多層膜４３が設けられていない側の面及び防塵シート１２の各面等、表示光が透過する面には、当該光学多層膜４３とは別の、光の反射を防止するための光学多層膜が設けられていてもよい。

変形例６としては、図２７，２８に示すように、反射透過部材４０は、曲板状に形成されていてもよく、その表面は、球面状、円筒面状、又は鞍点を含んだ自由曲面状等に形成されていてもよい。同様に、往復反射部材５０の反射面５１は、球面状、円筒面状、又は鞍点を含んだ自由曲面状等に形成されていてもよい。

変形例７としては、図２９，３０に示すように、反射透過部材４０又は往復反射部材５０の向きを変更する向き変更部５７がさらに設けられていてもよい。向き変更部５７は、ステッピングモータを用いて、例えば左右方向に延伸する回転軸５８まわりに、反射透過部材４０又は往復反射部材５０を回動することにより、反射透過部材４０又は往復反射部材５０の向きを変更することが可能となっている。ここで、反射透過部材４０又は往復反射部材５０の向きは、各ピーク波長ＷＰ１，ＷＰ２，ＷＰ３と反射波長領域ＲＷＲ１，ＲＷＲ２，ＲＷＲ３及び透過波長領域ＴＷＲ１，ＴＷＲ２，ＴＷＲ３との関係が維持される範囲、すなわち表示光の透過及び反射の機能が切り替わらない範囲で、変更されることが好ましい。反射透過部材４０又は往復反射部材５０の向きが変更されると、第２入射後の表示光の進行方向が変更される。よって、投影部３ａにおいて虚像ＶＲＩが表示される位置が上下に変更される。

第４実施形態に関する変形例８としては、防塵シートと兼用されている反射透過部材４４０は、曲板状に形成されていてもよい。

第５実施形態に関する変形例９としては、光遮断積層部５７３は、ポリウレタン以外の例えば遮光フィルム又は反射透過部材４０への塗装膜の形成等により設けられていてもよい。

変形例１０としては、画像発光部として、液晶表示器及びレーザ表示器以外の構成を、例えばＤＬＰ（Digital Light Processing；登録商標）方式の表示器を、採用することができる。ＤＬＰ方式の表示器では、発光素子からの光を、オン状態及びオフ状態を切り替え可能かつ微小なデジタルミラー素子の配列へ向けて入射させ、オン状態のデジタルミラー素子のみ光を反射させることで画像が形成され、当該画像の表示光が発せられる。

変形例１１としては、第１，３〜７実施形態の液晶表示器２０において、液晶パネル２６のカラーフィルタを単色にすることで、第８，９実施形態に類似する１つのピーク波長ＷＰの表示光を発する画像発光部が実現されていてもよい。

変形例１２としては、画像発光部が発する表示光は、緑色の波長又は青色の波長等に１つのピーク波長を有するものであってもよい。また、表示光は、可視光領域において、２つ又は４つ以上のピーク波長を有するものであってもよい。

変形例１３としては、第３，４，９実施形態の画像発光部、反射透過部材３４０、及び往復反射部材３５０の構成に対して、第５実施形態のような光遮断フード部５７１を適用してもよい。この場合、図３１に示すように、光遮断フード部５７１が往復光路ＯＰ１と干渉しないように配置されることが好ましい。

変形例１４としては、例えば図３２に示すように、第３，４，９実施形態の画像発光部、反射透過部材３４０、及び往復反射部材３５０の構成に対して、第６実施形態のような反射透過部材保持壁６１４を適用してもよい。

変形例１５としては、第３，４，９実施形態の画像発光部、反射透過部材３４０、及び往復反射部材３５０の構成に対して、図３３に示すように、第７実施形態のような凸面鏡７７５を適用してもよい。この例では、第２入射角θ２が第１入射角θ１よりも小さく設定されている。

変形例１６としては、虚像表示装置は、航空機、船舶、あるいは移動しない筐体等の各種の乗り物に適用することができる。

１００ ＨＵＤ装置（虚像表示装置）、３ａ 投影部、２０，３２０，７２０ 液晶表示器（画像発光部）、２２０、８２０ レーザ表示器（画像発光部）、４０，２４０，３４０，４４０，８４０，９４０ 反射透過部材、４３，２４３，３４３，８４３，９４３ 光学多層膜、５０，３５０ 往復反射部材、ＯＰ１ 往復光路、ＲＷＲ１，ＲＷＲ２，ＲＷＲ３ 反射波長領域、ＴＷＲ１，ＴＷＲ２，ＴＷＲ３ 透過波長領域、θ１ 第１入射角、θ２ 第２入射角

Claims (15)

1. 投影部（３ａ）へ画像を投影することにより、前記画像を視認可能に虚像表示する虚像表示装置であって、
   光学膜を積層してなる光学多層膜（４３，２４３，３４３，８４３，９４３）が設けられていることにより、光を反射させる波長領域としての反射波長領域（ＲＷＲ１，ＲＷＲ２，ＲＷＲ３）と、光を透過させる波長領域としての透過波長領域（ＴＷＲ１，ＴＷＲ２，ＴＷＲ３）と、を有する反射透過部材（４０，２４０，３４０，４４０，８４０，９４０）と、
   前記画像の表示光を、前記反射透過部材へ向けて発する画像発光部（２０，２２０，３２０，７２０，８２０）と、
   前記反射透過部材を経由した前記表示光を再び前記反射透過部材へ向けて反射することにより、前記反射透過部材との間に前記表示光を往復させる往復光路（ＯＰ１）を構成する往復反射部材（５０，３５０）と、を備え、
   前記画像発光部側から前記反射透過部材の前記光学多層膜への前記表示光の第１入射角（θ１）による入射を第１入射と定義し、前記往復光路の前記往復反射部材側から前記反射透過部材の前記光学多層膜への前記表示光の第２入射角（θ２）による入射を第２入射と定義すると、
   前記第１入射角と前記第２入射角とを異ならせることで前記反射波長領域及び前記透過波長領域がシフトするシフト作用を利用して、前記第１入射にて前記表示光を前記往復光路の前記往復反射部材側へ導くと共に、前記第２入射にて前記表示光を前記投影部側へ導く虚像表示装置。
2. 前記画像発光部は、複数のピーク波長（ＷＰ１，ＷＰ２，ＷＰ３）を有する前記表示光を発し、
   前記第１入射にて各前記ピーク波長が前記透過波長領域に含まれるように前記第１入射角が設定されて前記表示光を透過させると共に、前記第２入射にて各前記ピーク波長が前記反射波長領域に含まれるように前記第２入射角が設定されて前記表示光を反射させる請求項１に記載の虚像表示装置。
3. 前記画像発光部は、１つのピーク波長（ＷＰ）を有する前記表示光を発し、
   前記第１入射にて前記ピーク波長が前記透過波長領域に含まれるように前記第１入射角が設定されて前記表示光を透過させると共に、前記第２入射にて前記ピーク波長が前記反射波長領域に含まれるように前記第２入射角が設定されて前記表示光を反射させる請求項１に記載の虚像表示装置。
4. 前記第１入射における前記表示光の反射率が５０％以下であり、かつ、前記第２入射における前記表示光の反射率が５０％以上である請求項２又は３に記載の虚像表示装置。
5. 前記反射透過部材の画像発光部側のうち、前記第１入射において前記表示光が前記反射透過部材に入射する領域に対応して配置され、前記反射透過部材と積層状態の光遮断積層部であって、前記反射透過部材を前記往復反射部材側から前記画像発光部側へ透過しようとする光を遮断する光遮断積層部（５７３）を、さらに備える請求項２から４のいずれか１項に記載の虚像表示装置。
6. 前記反射透過部材を保持すると共に、前記反射透過部材のうち前記画像発光部側に表面（６１４ａ）を密着させている保持壁であって、前記反射透過部材を前記往復反射部材側へ透過しようとする光を遮断する反射透過部材保持壁（６１４）を、さらに備える請求項２から４のいずれか１項に記載の虚像表示装置。
7. 前記反射透過部材は、透光性を有する透光基板（４１）を有し、
   前記光学多層膜は、前記透光基板において、前記第２入射で前記表示光が入射する側の表面部に、形成されている請求項２から６のいずれか１項に記載の虚像表示装置。
8. 前記画像発光部は、複数のピーク波長（ＷＰ１，ＷＰ２，ＷＰ３）を有する前記表示光を発し、
   前記第１入射にて各前記ピーク波長が前記反射波長領域に含まれるようにして前記表示光を反射させると共に、前記第２入射にて各前記ピーク波長が前記透過波長領域に含まれるようにして前記表示光を透過させる請求項１に記載の虚像表示装置。
9. 前記画像発光部は、１つのピーク波長（ＷＰ）を有する前記表示光を発し、
   前記第１入射にて前記ピーク波長が前記反射波長領域に含まれるようにして前記表示光を反射させると共に、前記第２入射にて前記ピーク波長が前記透過波長領域に含まれるようにして前記表示光を透過させる請求項１に記載の虚像表示装置。
10. 前記第１入射における前記表示光の反射率が５０％以上であり、かつ、前記第２入射における前記表示光の反射率が５０％以下である請求項８又は９に記載の虚像表示装置。
11. 前記画像発光部及び前記往復反射部材を収容するハウジング（１０）をさらに備え、
    前記ハウジングは、前記表示光を前記投影部へ向けて前記ハウジングの外部へ射出する窓部を有し、
    前記反射透過部材は、前記窓部を塞ぐことにより、防塵シートと兼用されている請求項８から１０のいずれか１項に記載の虚像表示装置。
12. 前記反射透過部材は、透光性を有する透光基板（３４１）を有し、
    前記光学多層膜は、前記透光基板において、前記第１入射で前記表示光が入射する側の表面部に、形成されている請求項８から１０のいずれか１項に記載の虚像表示装置。
13. 前記画像発光部は、前記表示光としてレーザ光を発する請求項１から１２のいずれか１項に記載の虚像表示装置。
14. 前記画像発光部は、光を供給するバックライト部（２１）と、前記バックライト部からの光を透過して、前記光学多層膜の前記反射波長領域及び前記透過波長領域に合わせたスペクトル分布にて前記表示光を発する液晶パネル（２６）と、を有する液晶表示器である請求項１から１２のいずれか１項に記載の虚像表示装置。
15. 前記画像発光部から前記反射透過部材へ至る光路上において、負の光学パワーを有する負の光学素子（７７５）をさらに備える請求項１から１４のいずれか１項に記載の虚像表示装置。

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