JP2019164239A - 表示装置及び機器 - Google Patents

Abstract

【課題】画質を損なうことなく、外光による影響を低減させる。【解決手段】表示装置１は、光を射出する発光部１２と、発光部１２から射出された光を用いて画像光を生成する画像生成部１３と、画像光を拡散させる拡散板１５と、拡散板１５により拡散された光を受け、集光機能を有する集光素子１６とを備える。発光部１２から拡散板１５の間の光路中にある構成物は、集光素子１６を介し拡散板１５を透過した外光６１の集光部分６５とは異なる位置に配置されている。【選択図】図１０

Description

本発明は、表示装置及び機器に関する。

車両等の移動体において、観察者（運転者）が少ない視線移動で各種情報（例えば速度情報、交通情報、ナビゲーション情報、警告情報等）を認知できるようにするＨＵＤ（ヘッドアップディスプレイ）等の表示装置が利用されている。このような表示装置は、一般的に、レーザ光の走査によりスクリーン上に形成された元画像をフロントガラス等の透過反射部材に投射することにより、観察者が視認可能な虚像を表示させるものである。

車両用のＨＵＤにおいて、元画像（表示像）を大型化すると共に外光（太陽光）による影響を低減させることを目的として、元画像が形成されるスクリーン（表示器）から射出された光を反射させる第１凹面鏡と、第１凹面鏡から射出された光をフロントガラスに反射させる第２凹面鏡との間の光路上に、可視光線を透過させ赤外線を反射させる透過部材を配置し、透過部材の近傍に熱伝導率又は耐熱温度が高い部材を配置する構成が開示されている（特許文献１）。

ＨＵＤにおける虚像形成には、一般に、凹面ミラーのような集光素子が用いられる。太陽光等の外光が表示装置内に入り込むと、当該集光素子の集光作用により外光が装置内で集光し、集光部分近傍に表示装置の構成物が存在すると、当該構成物の温度上昇により装置の構成物（例えば光学素子、電子デバイス、ケーシング部材等）が損傷する可能性がある。例えば、集光素子により集光された外光がスクリーンを透過し、発光機構、走査機構等に損傷を与える可能性がある。従って、スクリーンの光学的特徴は、外光による影響の大きさを変動させる要因となる。

スクリーンに求められる基本的な機能は、被投射面として画像を形成することである。しかし、輝度の確保という点において、虚像を形成する光にするためのスクリーンの拡散特性は重要である。すなわち、虚像とならない方向に光を拡散しても光の無駄となり、光利用効率は低下する。従って、スクリーンの拡散角を適切に設定することで、虚像となる光を効率よく確保でき、輝度の高い明るい表示装置が得られる。

スクリーンとして用いられる部材として、マイクロレンズアレイがある。特定の光学的特徴（拡散特性）を有するマイクロレンズアレイをスクリーンとして用いることにより、輝度の確保やそれに伴う画質の向上等を図ることができる。しかしながら、マイクロレンズアレイの光学的特徴によっては、凹面ミラーにより反射された外光の集光性を促進させる等の不具合が生ずる場合がある。従って、輝度の確保、画質の向上、及び外光による影響の低減を同時に達成することは困難であった。従来技術によってはこのような問題を解決することができない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、画質を損なうことなく、外光による影響を低減させることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一形態である表示装置は、光を射出する発光部と、前記発光部から射出された光を用いて画像光を生成する画像生成部と、前記画像光を拡散させる拡散板と、前記拡散板により拡散された光を受け、集光機能を有する集光素子と、を備え、前記発光部から前記拡散板の間の光路中にある構成物は、前記集光素子を介し前記拡散板を透過した外光の集光部分とは異なる位置に配置されている、ことを特徴とする。

本発明によれば、画質を損なうことなく、外光による影響を低減させることが可能となる。

図１は、実施形態に係る表示装置及び機器の全体的構成例を示す図である。 図２は、実施形態に係る発光部の構成例を示す図である。 図３は、実施形態に係るマイクロレンズアレイの構成例を示す図である。 図４は、実施形態に係るマイクロレンズアレイの拡散プロファイルと完全拡散板の拡散プロファイルとの比較例を示すグラフである。 図５は、実施形態に係るマイクロレンズアレイの発散角θの例を示すグラフである。 図６は、実施形態に係るマイクロレンズアレイの発散角に関連する虚像距離及び視野範囲の例を示す図である。 図７は、実施形態に係るマイクロレンズアレイの主走査方向及び副走査方向の拡散プロファイルの例を示す図である。 図８は、実施形態に係るマイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズの配置周期の例を示す図である。 図９は、比較例に係るマイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズの配置周期の例を示す図である。 図１０は、実施形態に係る表示装置における外光の影響の例を示す図である。 図１１は、実施形態に係る表示装置において集光部分が形成される状態の例を概念的に示す図である。 図１２は、実施形態の第１の例に係る表示装置の各構成物と集光部分との位置関係の例を概念的に示す上面図である。 図１３は、実施形態の第１の例に係る表示装置の各構成物と集光部分との位置関係の例を概念的に示す側面図である。 図１４は、実施形態の第２の例に係る表示装置の各構成物と集光部分との位置関係の例を概念的に示す上面図である。 図１５は、実施形態の第２の例に係る表示装置の各構成物と集光部分との位置関係の例を概念的に示す側面図である。

以下に添付図面を参照して、表示装置及び機器の実施形態を詳細に説明する。以下の実施形態によって本発明が限定されるものではなく、以下の実施形態における構成要素には当業者が容易に想到できるもの、実質的に同一のもの、及びいわゆる均等の範囲のものが含まれる。以下の実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換、変更、及び組み合わせを行うことができる。

図１は、実施形態に係る表示装置１及び機器２の全体的構成例を示す図である。本実施形態に係る表示装置１は、機器２に搭載されたＨＵＤである。機器２は、例えば車両、航空機、船舶等の移動体、又は操縦シミュレーションシステム、ホームシアターシステム等の非移動体であり得る。ここでは、車両（機器２の一例）に搭載されたＨＵＤ（表示装置１の一例）を例として説明する。

表示装置１は、観察者（車両の運転者）５がフロントガラス６（透過反射部材）を通して視認可能な虚像７を表示する装置である。表示装置１は、筐体１１、発光部１２、走査部１３、折り返しミラー１４、マイクロレンズアレイ１５（拡散板）、及び凹面ミラー１６を含む。

筐体１１は、発光部１２、走査部１３、折り返しミラー１４、及びマイクロレンズアレイ１５を収容するケーシング部材である。筐体１１の素材、形状等は、使用条件に応じて適宜選択されるべきものであるが、堅牢性、耐熱性、軽量性、成形性等に優れた樹脂材等が利用され得る。

発光部１２は、レーザ光を射出する機構である。図２は、実施形態に係る発光部１２の構成例を示す図である。本例に係る発光部１２は、ＬＤ（半導体レーザ素子）２１，２２，２３、カップリングレンズ２５，２６，２７、アパーチャ３１，３２，３３、合成素子３５、及びメニスカスレンズ３６を含む。

ＬＤ２１，２２，２３は、互いに異なる波長（例えば６４０ｎｍ、５３０ｎｍ、及び４４５ｎｍ）の光束を射出する。各ＬＤ２１，２２，２３から射出された光束は、それぞれに対応するカップリングレンズ２５，２６，２７により後続の光学系にカップリングされる。各カップリングレンズ２５，２６，２７から射出された光束は、それぞれに対応するアパーチャ３１，３２，３３により整形される。アパーチャ３１，３２，３３の形状は、使用条件に応じて適宜選択されるべきものであるが、例えば円形、楕円形、長方形、正方形等であり得る。各アパーチャ３１，３２，３３から射出された光束は、合成素子３５により光路合成される。合成素子３５の具体的構成は、使用条件に応じて適宜選択されるべきものであるが、例えばプレート状又はプリズム状のダイクロイックミラー等であり得る。この場合、合成素子３５は、波長に応じて各光束を反射又は透過し、複数の光束の光路を１つに合成する。メニスカスレンズ３６は、走査部１３に対面する面が凹面となるように配置されている。合成素子３５により光路合成された光束は、メニスカスレンズ３６を通して走査部１３に導かれる。

走査部１３は、発光部１２から射出されたレーザ光の進行方向を変化させ、走査光を生成する機構である。走査部１３の具体的構成は、使用条件に応じて適宜選択されるべきものであるが、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー、ＭＥＭＳミラーの動作を制御する回路（マイクロプロセッサ、ロジック回路等）等を利用して構成され得る。

走査部１３は、レーザ光を被投射面である拡散板上を走査することで中間画像を形成する。すなわち、表示されるべき画像情報に基づいて、走査タイミングに同期されたレーザ光をオンオフするなどの制御を行い、拡散板上に中間画像を形成する。さらに、この中間画像は、凹面ミラー１６の集光作用によって、フロントガラス６を介して虚像７を形成している。すなわち、被投射面の拡散機能によって中間画像が形成され、その画像を虚像７としている。この拡散機能がなければ、投射光線はそのまま進み、画像として認識されなくなるため、虚像７が形成されなくなる。つまり、拡散板は虚像７の形成において重要な機能を有している。しかしながら、拡散特性としてまんべんなく入射光を拡散させるなど、たとえば完全拡散にすると、光の無駄となる。つまり、観察光学系として虚像７を形成する凹面ミラー１６により取り込まれる画角以上の発散光があっても、その光は観察者５には届かなくなるため、無駄な光となるわけである。そのため、輝度を上げるためには、マイクロレンズアレイ１５などの発散角度を制限した拡散板が有効である。マイクロレンズアレイ１５は、その曲面の形状による光の屈折作用を利用して屈折力を調整できるため、無用な広い拡散角を発生させないように所望の曲面の形状を形成して拡散角を制御設定できる。ここで重要なのは直進する光の強度を直進しない周辺の光の強度以下にしないような拡散機能を持たせることである。つまり、このような機能を有する拡散板であれば、マイクロレンズアレイ１５でなくても構わない。すなわち、プリズムアレイを用いた拡散板でも構わないし、マイクロフレネルレンズや微小回折格子を用いてもよい。直進する光線の強度が周辺の強度より強くなる拡散機能を持たせることができればどのような手段でも構わない。以下、本実施形態においては、拡散板としてマイクロレンズアレイ１５を用いる例を説明する。

折り返しミラー１４は、走査部１３から射出されたレーザ光（走査光）を反射させるミラーである。折り返しミラー１４を配置することにより、表示装置１の小型化、搭載位置の形状的制約への対応等が可能となる。

マイクロレンズアレイ１５は、折り返しミラー１４により反射された走査光を透過し、所定の発散角で拡散させる。マイクロレンズアレイ１５は、虚像７の元となる元画像（中間画像）が形成されるスクリーンとして機能する。

凹面ミラー１６は、マイクロレンズアレイ１５に形成された元画像を観察者から数ｍ先に虚像７として形成させるために、発散光を集束光とする機能を持つ。本実施形態では凹面ミラー１６を例として説明するが、当該機能を有する素子（集光素子）であれば、他のものを用いることも可能である。例えば、集光素子として、透過型のレンズ素子や、フレネルレンズ、フレネル反射素子、回折格子などを用いてもよい。なお、一般に、反射型の集光素子には、高反射率のアルミや銀などの金属薄膜が、蒸着やスパッタリングなどで形成されている。これにより、光利用効率を最大限に上げることで輝度の高い虚像が得られる。しかしその反面、投射光にはない波長分布を持つ太陽光などの外光（３００ｎｍの紫外光域から８００ｎｍを超え２５００ｎｍに至る近赤外光域）の反射率も高くなり、特に反射型集光素子により集光された外光の影響を増大させる場合がある。

図３は、実施形態に係るマイクロレンズアレイ１５の構成例を示す図である。本例に係るマイクロレンズアレイ１５は、六角形状を有する複数のマイクロレンズ４１が隙間なく配列された構造を有している。各マイクロレンズ４１は、幅２００μｍ程度の大きさを有するものであり得る。このような六角形状により各マイクロレンズ４１を最密に配列することができる。なお、マイクロレンズ４１の形状は六角形に限られるものではなく、四角形、三角形等であってもよい。また、ここでは各マイクロレンズ４１が規則正しく配列された構造を例示しているが、マイクロレンズ４１の配列は、各マイクロレンズ４１の中心を互いに偏心させた不規則な配列（偏心配列）であってもよい。偏心配列を採用した場合には、各マイクロレンズ４１は互いに異なる形状となる。

図４は、実施形態に係るマイクロレンズアレイ１５の拡散プロファイルと完全拡散板の拡散プロファイルとの比較例を示すグラフである。当該グラフの横軸「角度」は、マイクロレンズアレイ１５に走査部１３（折り返しミラー１４）側から入射する光束の入射角を示し、縦軸「規格化ビーム強度」は、マイクロレンズアレイ１５を透過した光束の強度の割合を示している。図４中、本実施形態に係るマイクロレンズアレイ１５の拡散プロファイルは実線で示され、比較対象としての完全（均等）拡散板の拡散プロファイルは一点鎖線で示されている。完全拡散板の拡散プロファイルは、入射角０°のときに規格化ビーム強度が最大値となり、入射角の絶対値が大きくなるに従い徐々に小さくなる略真円形状を有する。これに対し、マイクロレンズアレイ１５における拡散プロファイルは、入射角０°のときに規格化ビーム強度が最大値となる比較的鋭いピーク形状を有する。

図５は、実施形態に係るマイクロレンズアレイ１５の発散角θの例を示すグラフである。マイクロレンズアレイ１５は、虚像７の良好な画質が得られる特定の発散角θを有する。ここでの発散角θは、規格化ビーム強度の値が最大値の１／ｅ^２倍になるときの２つの入射角の差分を示している。本実施形態に係るマイクロレンズアレイ１５の発散角θは、３０°〜５０°の範囲内にある。

図６は、実施形態に係るマイクロレンズアレイ１５の発散角θに関連する虚像距離Ｄｖ及び視野範囲Ｒの例を示す図である。車両に搭載されるＨＵＤは、視認性と小型化の観点から、虚像距離Ｄｖが２ｍ〜５ｍであり、且つ視野範囲Ｒがアイリプス領域を包括するように設計されることが好ましい。このような条件を満たそうとする場合、マイクロレンズアレイ１５の発散角θが３０°〜５０°の範囲内にあることが好ましい。上記発散角θを有するマイクロレンズアレイ１５を元画像が形成されるスクリーンとして用いることにより、完全拡散板を用いる場合よりも明るい（高画質な）虚像７を表示することが可能となる。

図７は、実施形態に係るマイクロレンズアレイ１５の主走査方向及び副走査方向の拡散プロファイルの例を示す図である。図７に示すように、本実施形態に係るマイクロレンズアレイ１５においては、主走査方向の発散角θ１が副走査方向の発散角θ２より大きい。このようなプロファイルにより、主走査方向に長い元画像（虚像７）を形成する際に、走査光の主走査方向への移動距離の短縮による処理速度の向上等を図ることが可能となる。また、観察者５が車両の運転者であることを想定した場合、着座した観察者５の頭部の位置は上下方向より左右方向（水平方向）に振れやすい。よって、上下方向より左右方向（水平方向）の発散角が大きい方が、観察者５によっての虚像７の視認性が保たれやすい。また、フロントガラス６が左右方向に長いため、通常は虚像７も左右方向に長いもの（横長）を想定するが、その場合にも上下方向より左右方向（水平方向）の発散角が大きい方が対応しやすい。

図８は、実施形態に係るマイクロレンズアレイ１５におけるマイクロレンズ４１の配置周期Ｄｃの例を示す図である。本実施形態に係るマイクロレンズ４１の配置周期Ｄｃは、走査光５１の光束径Ｄｓより大きい。これにより、マイクロレンズアレイ１５を透過した透過光５２（元画像を構成する光）を所望の発散角θ（主走査方向についてはθ１、副走査方向についてはθ２）で拡散させることが可能となる。

図９は、比較例に係るマイクロレンズアレイ１００１におけるマイクロレンズ１０１１の配置周期Ｄｃの例を示す図である。本比較例に係るマイクロレンズ１０１１の配置周期Ｄｃは、走査光５１の光束径Ｄｓより小さい。この場合、走査光５１は、隣り合う２つのマイクロレンズ１０１１Ａ，１０１１Ｂに同時に入射し、それぞれのマイクロレンズ１０１１Ａ，１０１１Ｂから透過光１０２１Ａ，１０２１Ｂが射出される。このとき、両透過光１０２１Ａ，１０２１Ｂが同時に存在する重複領域１０３１が出現し、干渉光束が発生する。干渉光束は、観察者５の目に入るとスペックルとして視認される。

以上のことから、マイクロレンズ４１の配置周期Ｄｃは、走査光５１の光束径Ｄｓより大きいことが好ましい。なお、上記例では凸面レンズの形態で記述しているが、凹面レンズにおいても同様である。

図１０は、実施形態に係る表示装置１における外光６１の影響の例を示す図である。太陽光等を含む外光６１が、虚像７の表示と逆の光路を辿るようにしてフロントガラス６を通して表示装置１内に侵入すると、凹面ミラー１６の集光作用により集光部分６５が形成される。なお、虚像７の表示とは異なる経路でフロントガラス６を通して表示装置内に入射した場合は、外光６１は筐体１１によって遮蔽されることとなる。

図１１は、実施形態に係る表示装置１において集光部分６５が形成される状態の例を概念的に示す図である。外光６１は平行光束であることが想定され、光源が無限遠とみなせる太陽光などを含む。図１１には、外光６１の光路は記載されていないが、フロントガラス６を通過し、表示装置１の防塵カバーなどを通過して凹面ミラー１６に達した外光６１の光束が凹面ミラー１６により反射した様子が示されている。ここでは煩雑になるので、凹面ミラー１６により反射した外光６１のみを示す。なお、外光６１は、反射光束に含まれる任意の少なくとも２本の光とし、図１１には表示装置１を上からみた水平方向の集光の様子を示している。凹面ミラー１６により反射された外光６１は、マイクロレンズアレイ１５を透過する際に、拡散作用を受けずに直進透過する光である主透過光６３及び拡散作用を受けて拡散される光である拡散透過光６４に分割され、集光部分６５は主透過光６３により形成される。すなわち、ここでいう集光部分６５は、２本の外光６１のそれぞれの主透過光６３が最も近接する箇所である。そのため、集光部分６５のエネルギーは、主透過光６３の強度が高い程高くなる。

ここで、マイクロレンズアレイ１５のような拡散板がなかったことを仮定すると明確な集光点が存在するが、拡散板が介在することで、集光点の強度はなだらかなものとなる。しかしながら、上記説明してきたように、拡散板に直進入射する光は、輝度の観点で周辺光線より強度が強くなっているため、その直進する光路が交差あるいは最も接近する箇所、すなわち仮想の集光部分は、エネルギーが集まりやすくなっている。つまり、この集光部分近傍は必然的に放射照度が高くなっている。もし、この集光部分近傍に表示装置１の構成物が介在したとすれば、その構成物が１００％のエネルギー反射部材でないかぎり、熱吸収によって温度上昇が生じることになる。温度上昇は、環境の温度に加わることとなるが、その上昇は限りなく抑えたい。そのためには、集光部分を避けた場所に、如何なる構成物も存在しないように設計されることとしたい。

拡散板は拡散機能があるので、太陽光などの外光６１が拡散板を通過したあとには明確な集光点を特定しづらい。しかしながら、完全な拡散でない拡散板でない限り、拡散せずに直進する光が集まる部分には光エネルギーが集中しており、集光部分がある。そのような光が集まると予想される集光部分に表示装置１の構成物を設けないようにしたのが、本願の特徴である。もし、本願が定義する集光部分に、構成物がある、あるいは、そのようなことを何も考慮せずに設計していた従来の構成であった場合、表示装置１の構成物（例えば光学素子、電子デバイス、ケーシング部材等）が損傷する可能性があったが、本願の構成を採用することで、その可能性を未然に防ぐことができ、安全性、信頼性の観点で高い性能を有する格段の効果を得ることができた。本願は、その技術的な思想を示すものである。

本実施形態では、集光部分６５を避けて配置される構成物として、筐体１１中の発光部１２や走査部１３、折り返しミラー１４が挙げられる。すなわち、発光部１２を含め、発光部１２から拡散板としてのマイクロレンズアレイ１５の間の光路上にある構成物が、集光部分６５を避けて配置される。なお、折り返しミラー１４のように、主に光を反射（または透過）させる機能のみを有する構成物よりも発光部１２や走査部１３のような駆動部分を含む構成物の方が損傷を受け易いため、これらを優先して集光部分６５を避けて配置するようにするのが好ましい。

ここで、本実施形態に係るマイクロレンズアレイ１５は、上記のような光学的特徴を有するものであり、スクリーンとして使用されることにより虚像７の輝度を向上させることができるものである。その一方で、本実施形態に係るマイクロレンズアレイ１５を用いると、主透過光６３の強度が比較的（完全拡散板を用いた場合より）高くなったり、集光部分６５のエネルギー密度が筐体１１内で高まりやすくなったりする傾向がある。そこで、本実施形態に係る表示装置１は、画質の向上と外光６１による影響の低減との両立を図るために、凹面ミラー１６により反射された外光６１（主透過光６３）の集光部分６５が空間に位置するように、換言すれば、集光部分６５に如何なる構成物も存在しないように設計されている。特に、走査部１３（ＭＥＭＳミラー等）は、虚像７の表示において重大な影響を及ぼすため、集光部分６５とは異なる位置に配置される。

図７で説明した実施形態では、マイクロレンズアレイ１５の主走査方向の発散角θ１が副走査方向の発散角θ２より大きくなっている。そして、視野範囲Ｒについては、主走査方向を水平方向（Ｘ軸方向）と対応させて広くしているので、虚像７を形成する観察光学系である凹面ミラー１６も、水平方向（Ｘ軸方向）の有効径が、垂直方向（Ｙ軸方向）の有効径より大きくなっている。すなわち、マイクロレンズアレイ１５の発散角の大きい方向と、凹面ミラー１６の有効領域の大きい方向が一致している。

一方、凹面ミラー１６が取り込む外光６１についてみると、有効領域が大きい水平方向（Ｘ軸方向）に広く取り込まれることとなる。すなわち、マイクロレンズアレイ１５の主走査方向の発散角θ１が主走査方向に直交する方向である副走査方向の発散角θ２より大きいので、外光６１（主透過光６３）で形成する水平方向の集光部分６５のエネルギー密度を低下させることができる。

なお、凹面ミラー１６によって取り込まれる外光６１は、Ｙ―Ｚ軸断面の図１０に示すように凹面ミラー１６で折り返される光路であるため、必然的に凹面ミラー１６に対しては斜入射となる。そのために、Ｙ軸方向に折り返される断面で見た外光束は一点に集光するようなことは避けられる。一方、Ｚ−Ｘ軸断面での凹面ミラー１６での集光は、凹面ミラー１６の中心軸を中心にした反射となるので、Ｘ軸方向には集まりやすい。また、Ｘ軸方向は取り込む外光６１の光束幅も広い。つまり、集光部分６５のエネルギー密度も必然的に高くなる。したがって、主走査方向、つまり凹面ミラー１６の水平方向断面（Ｘ軸に沿う方向の断面）でみた集光部分６５が空間に位置していて、その近傍に構成物がないようなレイアウトにするのが好ましい。

図１２は、実施形態の第１の例に係る表示装置１の各構成物と集光部分６５との位置関係の例を概念的に示す上面図である。図１３は、実施形態の第１の例に係る表示装置１の各構成物と集光部分６５’との位置関係の例を概念的に示す側面図である。図１２及び図１３において、走査部１３（ＭＥＭＳミラー等）、折り返しミラー１４、マイクロレンズアレイ１５、凹面ミラー１６、及び集光部分６５の位置関係が例示されている。Ｘ軸方向の集光部分６５とＹ軸方向の集光部分６５’は、一致する場合もあるが、必ずしも一致しない。本例に係る集光部分６５は、走査部１３とマイクロレンズアレイ１５との間、より詳細には、走査部１３と折り返しミラー１４との間の空間に位置している。

図１４は、実施形態の第２の例に係る表示装置１の各構成物と集光部分６５との位置関係の例を概念的に示す上面図である。図１５は、実施形態の第２の例に係る表示装置１の各構成物と集光部分６５’との位置関係の例を概念的に示す側面図である。本例においては、集光部分６５が走査部１３の背面側の空間に位置している。

上記２つの例においては、少なくともＸ軸方向における集光部分６５との接触が回避されるべき構成物として走査部１３及び折り返しミラー１４が示されているが、発光部１２及び筐体１１についても同様に集光部分６５との接触が回避されるべきである。また、集光部分６５が位置すべき空間は、筐体１１内の空間でなくてもよい。集光部分６５を筐体１１外の空間に位置させる場合には、表示装置１が搭載される機器２の構成物、例えば車両における計器類、空調機構、操舵機構、ペダル機構等を避けるように設計すべきである。

また、上記２つの例においては、拡散板に形成される画像を生成する機能を有する画像生成部として走査部１３を用いた例を示したが、これに限られない。例えば、画像生成部としてＤＭＤ（Digital Mirror Device）素子や反射型パネル（ＬＣＯＳ）を用いても良い。

また、発光部１２から拡散板までの光路上にある構成物としては、上記例に限らず、例えば折り返しミラー１４以外のミラーや、レンズ等も考慮され得る。

以上のように、本実施形態によれば、虚像７の画質を向上させることができるマイクロレンズアレイ１５を使用する場合であっても、外光６１による局所的な温度上昇等の問題を防止することが可能となる。これにより、虚像７の画質を損なうことなく、外光６１による影響を低減させることが可能となる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図するものではない。この新規な実施形態はその他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更、及び組み合わせを行うことができる。この実施形態及びその変形は発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 表示装置
２ 機器
５ 観察者
６ フロントガラス（透過反射部材）
７ 虚像
１１ 筐体
１２ 発光部
１３ 走査部
１４ 折り返しミラー
１５ マイクロレンズアレイ（拡散板）
１６ 凹面ミラー
２１〜２３ ＬＤ
２５〜２７ カップリングレンズ
３１〜３３ アパーチャ
３５ 合成素子
３６ メニスカスレンズ
４１ マイクロレンズ
５１ 走査光
５２ 透過光
６１ 外光
６３ 主透過光
６４ 拡散透過光
６５，６５’ 集光部分
１００１ マイクロレンズアレイ
１０１１，１０１１Ａ，１０１１Ｂ マイクロレンズ
１０２１Ａ，１０２１Ｂ 透過光
１０３１ 重複領域
Ｄｃ 配置周期
Ｄｓ 光束径
Ｄｖ 虚像距離
Ｒ 視野範囲
θ 発散角
θ１ （主走査方向の）発散角
θ２ （副走査方向の）発散角

特開２０１７−１７３５５７号公報

Claims (16)

1. 光を射出する発光部と、
   前記発光部から射出された光を用いて画像光を生成する画像生成部と、
   前記画像光を拡散させる拡散板と、
   前記拡散板により拡散された光を受け、集光機能を有する集光素子と、
   を備え、
   前記発光部から前記拡散板の間の光路中にある構成物は、前記集光素子を介し前記拡散板を透過した外光の集光部分とは異なる位置に配置されている、
   表示装置。
2. 前記画像生成部は、前記集光素子により反射され前記拡散板を透過した外光の前記集光部分とは異なる位置に配置されている、
   請求項１に記載の表示装置。
3. 前記発光部は、前記集光素子により反射され前記拡散板を透過した外光の前記集光部分とは異なる位置に配置されている、
   請求項１又は２に記載の表示装置。
4. 前記拡散板は、完全拡散性ではない拡散特性を有する、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の表示装置。
5. 前記集光素子は、前記拡散板により拡散された光を透過反射部材に反射させる凹面ミラーである、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の表示装置。
6. 前記拡散板は、完全拡散性ではないマイクロレンズアレイである、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の表示装置。
7. 前記マイクロレンズアレイの発散角は、３０°〜５０°の範囲内にある、
   請求項６に記載の表示装置。
8. 前記マイクロレンズアレイの主走査方向の発散角は、副走査方向の発散角より大きい、
   請求項６又は７に記載の表示装置。
9. 前記集光部分は、前記発光部、前記画像生成部、及び前記拡散板を収容する筐体内の空間にある、
   請求項１〜８のいずれか１項に記載の表示装置。
10. 前記集光部分は、前記画像生成部と前記拡散板との間の空間にある、
    請求項１〜９のいずれか１項に記載の表示装置。
11. 前記集光部分は、主走査方向からみた集光部分である、
    請求項１〜７のいずれか１項に記載の表示装置。
12. 前記画像生成部は、前記集光素子の水平方向断面における前記集光部分とは異なる位置に配置されている、
    請求項１〜１１のいずれか１項に記載の表示装置。
13. 前記集光部分は、前記集光素子が透過反射部材に向かって反射させる光とは逆の光路で入り込む平行な外光光束に含まれる少なくとも２本の光線が、前記集光素子により反射され、前記拡散板を直進透過し、前記２本の光線の間隔が最も近くなる部分である、
    請求項１〜１２のいずれか１項に記載の表示装置。
14. 請求項１〜１３のいずれか１項に記載の表示装置と、
    透過反射部材と、
    を備える機器。
15. 前記透過反射部材は、曲面を含む部材である、
    請求項１４に記載の機器。
16. 光を射出する発光部と、
    前記発光部から射出された光を用いて画像光を生成する画像生成部と、
    前記画像光を拡散させる拡散板と、
    前記拡散板により拡散された光を透過反射部材に反射させる凹面ミラーと、
    前記透過反射部材と、
    を備える機器であって、
    前記機器を構成する構成物は、前記凹面ミラーにより反射され前記拡散板を透過した外光の集光部分とは異なる位置に配置されている、
    機器。

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