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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024071852
(43)【公開日】2024-05-27
(54)【発明の名称】映像表示装置
(51)【国際特許分類】
G02B 27/01 20060101AFI20240520BHJP
【ＦＩ】
G02B27/01
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022182313
(22)【出願日】2022-11-15
(71)【出願人】
【識別番号】000226057
【氏名又は名称】日亜化学工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100108062
【弁理士】
【氏名又は名称】日向寺 雅彦
(74)【代理人】
【識別番号】100168332
【弁理士】
【氏名又は名称】小崎 純一
(74)【代理人】
【識別番号】100172188
【弁理士】
【氏名又は名称】内田 敬人
(72)【発明者】
【氏名】北原 和
(72)【発明者】
【氏名】有賀 貴紀
(72)【発明者】
【氏名】秋元 肇
【テーマコード（参考）】
2H199
【Ｆターム（参考）】
2H199DA03
2H199DA04
2H199DA13
2H199DA15
2H199DA20
2H199DA30
2H199DA46
(57)【要約】
【課題】焦点距離が異なる虚像を表示可能な映像表示装置を提供する。
【解決手段】映像表示装置は、画像を表示可能な表示装置と、前記表示装置から出射した光が入射され、Ｐ偏光及びＳ偏光のいずれかを選択的に出射可能な液晶素子と、前記液晶素子から出射された、Ｐ偏光及びＳ偏光のいずれか一方の光を反射し、他方の光を透過する反射型偏光部材と、前記他方の光を前記反射型偏光部材によって反射された前記一方の光が進む方向と同一方向に反射する反射部材と、を備える。
【選択図】図１
【解決手段】映像表示装置は、画像を表示可能な表示装置と、前記表示装置から出射した光が入射され、Ｐ偏光及びＳ偏光のいずれかを選択的に出射可能な液晶素子と、前記液晶素子から出射された、Ｐ偏光及びＳ偏光のいずれか一方の光を反射し、他方の光を透過する反射型偏光部材と、前記他方の光を前記反射型偏光部材によって反射された前記一方の光が進む方向と同一方向に反射する反射部材と、を備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
画像を表示可能な表示装置と、
前記表示装置から出射した光が入射され、Ｐ偏光及びＳ偏光のいずれかを選択的に出射可能な液晶素子と、
前記液晶素子から出射された、Ｐ偏光及びＳ偏光のいずれか一方の光を反射し、他方の光を透過する反射型偏光部材と、
前記他方の光を前記反射型偏光部材によって反射された前記一方の光が進む方向と同一方向に反射する反射部材と、
を備えた映像表示装置。
前記表示装置から出射した光が入射され、Ｐ偏光及びＳ偏光のいずれかを選択的に出射可能な液晶素子と、
前記液晶素子から出射された、Ｐ偏光及びＳ偏光のいずれか一方の光を反射し、他方の光を透過する反射型偏光部材と、
前記他方の光を前記反射型偏光部材によって反射された前記一方の光が進む方向と同一方向に反射する反射部材と、
を備えた映像表示装置。
【請求項2】
画像を表示可能な表示装置と、
前記表示装置から出射した光が入射され、Ｐ偏光及びＳ偏光のいずれかを選択的に出射可能な液晶素子と、
前記液晶素子から出射された光が入射する透光性部材と、
を備え、
前記透光性部材は、
前記液晶素子から出射された、Ｐ偏光及びＳ偏光のいずれか一方の光を反射し、他方の光を前記透光性部材内に入射させる第１面と、
前記他方の光を前記第１面によって反射された前記一方の光が進む方向と同一方向に反射する第２面と、
を有する映像表示装置。
前記表示装置から出射した光が入射され、Ｐ偏光及びＳ偏光のいずれかを選択的に出射可能な液晶素子と、
前記液晶素子から出射された光が入射する透光性部材と、
を備え、
前記透光性部材は、
前記液晶素子から出射された、Ｐ偏光及びＳ偏光のいずれか一方の光を反射し、他方の光を前記透光性部材内に入射させる第１面と、
前記他方の光を前記第１面によって反射された前記一方の光が進む方向と同一方向に反射する第２面と、
を有する映像表示装置。
【請求項3】
前記液晶素子から出射した光が入射し、前記画像に応じた第１の像を形成する結像光学系をさらに備え、
前記結像光学系は、前記第１の像側において略テレセントリック性を有し、
前記表示装置から出射する光が略ランバーシアン配光を有する請求項１または２に記載の映像表示装置。
前記結像光学系は、前記第１の像側において略テレセントリック性を有し、
前記表示装置から出射する光が略ランバーシアン配光を有する請求項１または２に記載の映像表示装置。
【請求項4】
前記表示装置から出射する光は、前記表示装置から出射する光の光軸に対して角度θの方向の光度が前記光軸上の光度のｃｏｓｎθ倍で近似される配光パターンを有し、
前記ｎは０より大きい値である請求項３に記載の映像表示装置。
前記ｎは０より大きい値である請求項３に記載の映像表示装置。
【請求項5】
前記ｎは、１１以下である請求項４に記載の映像表示装置。
【請求項6】
前記表示装置は、複数のＬＥＤ素子を有するＬＥＤディスプレイである請求項１または２に記載の映像表示装置。
【請求項7】
前記ＬＥＤ素子から出射する光が、略ランバーシアン配光を有する請求項６に記載の映像表示装置。
【請求項8】
前記表示装置は、前記ＬＥＤ素子上に配置され、前記ＬＥＤ素子から出射する光が入射する波長変換部材をさらに有する請求項６に記載の映像表示装置。
【請求項9】
前記結像光学系は、
前記液晶素子から出射した光が入射する入力素子を含み、前記表示装置において互いに異なる位置から出射して前記入力素子に入射する前に互いに交差して前記第１の像に至る複数の主光線同士が、前記第１の像の前後で略平行になるように前記複数の主光線を屈曲する屈曲部と、
前記入力素子を経由した光が入射する出力素子を含み、前記屈曲部を経由した前記複数の主光線が、前記第１の像の形成位置に向かうように前記複数の主光線の進行方向を変更する方向変更部と、
を有する請求項３に記載の映像表示装置。
前記液晶素子から出射した光が入射する入力素子を含み、前記表示装置において互いに異なる位置から出射して前記入力素子に入射する前に互いに交差して前記第１の像に至る複数の主光線同士が、前記第１の像の前後で略平行になるように前記複数の主光線を屈曲する屈曲部と、
前記入力素子を経由した光が入射する出力素子を含み、前記屈曲部を経由した前記複数の主光線が、前記第１の像の形成位置に向かうように前記複数の主光線の進行方向を変更する方向変更部と、
を有する請求項３に記載の映像表示装置。
【請求項10】
前記液晶素子と前記結像光学系との間に配置され、前記液晶素子から前記結像光学系に向かう光の一部が通過する開口が設けられ、前記液晶素子から前記結像光学系に向かう光の他の一部を遮断する遮光部材をさらに備える請求項３に記載の映像表示装置。
【請求項11】
車両と、
前記車両に搭載された請求項１または２に記載の映像表示装置と、
を備えた自動車。
前記車両に搭載された請求項１または２に記載の映像表示装置と、
を備えた自動車。
【請求項12】
前記画像がフロントウインドシールドより下部に視認可能である請求項１１に記載の自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、映像表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、表示装置から出射した光を、複数のミラーで順次反射し、最後のミラーにおいて反射された光を、ウインドシールド等の反射部材で使用者に向けてさらに反射し、使用者に表示装置が表示する画像に応じた虚像を視認させる技術が開示されている。近年、立体的な虚像を表示したいという要望がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際公開第２０１６／２０８１９５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明の実施形態は、焦点距離が異なる虚像を表示可能な映像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の実施形態に係る映像表示装置は、画像を表示可能な表示装置と、前記表示装置から出射した光が入射され、Ｐ偏光及びＳ偏光のいずれかを選択的に出射可能な液晶素子と、前記液晶素子から出射された、Ｐ偏光及びＳ偏光のいずれか一方の光を反射し、他方の光を透過する反射型偏光部材と、前記他方の光を前記反射型偏光部材によって反射された前記一方の光が進む方向と同一方向に反射する反射部材と、を備える。
【0006】
本発明の実施形態に係る映像表示装置は、画像を表示可能な表示装置と、前記表示装置から出射した光が入射され、Ｐ偏光及びＳ偏光のいずれかを選択的に出射可能な液晶素子と、前記液晶素子から出射された光が入射する透光性部材と、を備える。前記透光性部材は、前記液晶素子から出射された、Ｐ偏光及びＳ偏光のいずれか一方の光を反射し、他方の光を前記透光性部材内に入射させる第１面と、前記他方の光を前記第１面によって反射された前記一方の光が進む方向と同一方向に反射する第２面と、を有する。
【発明の効果】
【0007】
本発明の実施形態によれば、焦点距離が異なる虚像を表示可能な映像表示装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下に、各実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、図面は模式的または概念的なものであり、適宜簡略化又は強調されている。例えば、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。さらに、本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【0010】
＜第１の実施形態＞
（全体構成と動作）
図１は、本実施形態に係る映像表示装置を示す端面図である。
図２は、本実施形態における映像表示装置において、表示装置が表示する画像、液晶素子の状態、及び、反射型偏光部材に結像される虚像の関係を示す図である。
図１においては、光Ｌの光路のうち、Ｓ偏光及びＰ偏光のいずれも通過し得る部分を実線で示し、Ｓ偏光のみが通過する部分及びＳ偏光による虚像が見える方向を一点鎖線で示し、Ｐ偏光のみが通過する部分及びＰ偏光による虚像が見える方向を二点鎖線で示している。後述する図９及び図１０においても同様である。
（全体構成と動作）
図１は、本実施形態に係る映像表示装置を示す端面図である。
図２は、本実施形態における映像表示装置において、表示装置が表示する画像、液晶素子の状態、及び、反射型偏光部材に結像される虚像の関係を示す図である。
図１においては、光Ｌの光路のうち、Ｓ偏光及びＰ偏光のいずれも通過し得る部分を実線で示し、Ｓ偏光のみが通過する部分及びＳ偏光による虚像が見える方向を一点鎖線で示し、Ｐ偏光のみが通過する部分及びＰ偏光による虚像が見える方向を二点鎖線で示している。後述する図９及び図１０においても同様である。
【0011】
図１に示すように、自動車１００は、車両１０１と、車両１０１に搭載された映像表示装置１と、を備える。視認者２００は自動車１００の搭乗者であり、例えば、運転者である。視認者２００のアイボックス２０１は、視認者２００の眼の前の空間のうち、後述する虚像を視認可能な範囲をいう。
【0012】
映像表示装置１は、光源ユニット１０と、反射ユニット２０と、を備える。反射ユニット２０は、光源ユニット１０から離隔し、光源ユニット１０から出射した光を反射する。例えば、光源ユニット１０は、車両１０１の客室の天井板１０２の上方に配置されている。光源ユニット１０から出射した光は、天井板１０２の穴１０３を介して、反射ユニット２０に入射する。反射ユニット２０は、車両１０１のフロントウインドシールド１０４の下方であって客室内に露出している部分、例えば、ダッシュボード１０５付近に配置されている。光源ユニット１０から出射した光は、光源ユニット１０と反射ユニット２０との間の位置Ｐにおいて、第１の像ＩＭ１を形成する。第１の像ＩＭ１は、実像であって中間像である。第１の像ＩＭ１が形成される条件については、後述する。
【0013】
光源ユニット１０は、表示装置１１と、液晶素子１２と、入力素子１３と、中間素子１４と、出力素子１５と、を備える。表示装置１１は画像ＩＭＰ及び画像ＩＭＳ（以下、総称して「画像ＩＭ」ともいう）を表示可能である。表示装置１１は、例えば、複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子を有するＬＥＤディスプレイである。液晶素子１２は、表示装置１１から出射した光が入射され、Ｐ偏光及びＳ偏光のいずれかを選択的に出射可能である。入力素子１３は、液晶素子１２から出射した光が入射し、この光を反射する。中間素子１４は入力素子１３から出射した光が入射し、この光を反射する。出力素子１５は、中間素子１４から出射した光が入射され、この光を反射する。出力素子１５によって反射された光は、光源ユニット１０から出射され、反射ユニット２０に向かう。
【0014】
反射ユニット２０は、反射型偏光部材２１と、反射部材２２と、を備える。反射型偏光部材２１は、液晶素子１２から出射されたＰ偏光及びＳ偏光のいずれか一方の光を反射し、他方の光を透過する。図１に示す例では、反射型偏光部材２１はＳ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過させる。但し、反射型偏光部材２１はＰ偏光を反射し、Ｓ偏光を透過させてもよい。
【0015】
反射部材２２は、反射型偏光部材２１を透過した上述の他方の光（例えば、Ｐ偏光）を、反射型偏光部材２１によって反射された上述の一方の光（例えば、Ｓ偏光）が進む方向と同一方向に反射する。なお、「同一方向」とは、完全に同一な方向には限定されず、上述の一方の光と他方の光が共に視認者２００のアイボックス２０１に入射する程度に同じであればよい。
【0016】
反射型偏光部材２１がＳ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過させる場合、液晶素子１２からＳ偏光が出射したときは、図１に一点鎖線で示すように、このＳ偏光は反射型偏光部材２１によって反射され、視認者２００のアイボックス２０１に入射する。これにより、視認者２００は反射型偏光部材２１の向こう側に、画像ＩＭに応じた虚像ＩＭ２Ｓを視認する。視認者２００から見て、反射型偏光部材２１と虚像ＩＭ２Ｓとの距離は、第１の像ＩＭ１が形成される位置Ｐと反射型偏光部材２１との距離と等しい。
【0017】
反射型偏光部材２１がＳ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過させる場合、液晶素子１２からＰ偏光が出射したときは、図１に二点鎖線で示すように、このＰ偏光は反射型偏光部材２１を透過し、反射部材２２によって反射され、再び反射型偏光部材２１を透過して、視認者２００のアイボックス２０１に入射する。これにより、視認者２００は反射型偏光部材２１の向こう側に、画像ＩＭに応じた虚像ＩＭ２Ｐを視認する。視認者２００から見て、反射型偏光部材２１と虚像ＩＭ２Ｐとの距離は、第１の像ＩＭ１が形成される位置Ｐと反射部材２２との距離と、反射部材２２と反射型偏光部材２１との距離の合計に等しい。
【0018】
したがって、視認者２００から見て、虚像ＩＭ２Ｓ及び虚像ＩＭ２Ｐは、いずれも反射型偏光部材２１の奥側に表示される。そして、視認者２００は、虚像ＩＭ２Ｐを虚像ＩＭ２Ｓよりも遠方に視認する。また、表示装置１１と液晶素子１２を連動させることにより、虚像ＩＭ２Ｓと虚像ＩＭ２Ｐを相互に異なる映像にすることができる。この結果、映像表示装置１は立体的な虚像を表示できる。
【0019】
第１の期間においては、表示装置１１にＳ偏光用の画像ＩＭＳを表示させる。また、液晶素子１２にＳ偏光を透過させる。これにより、視認者は画像ＩＭＳに応じた虚像ＩＭ２Ｓを視認できる。虚像ＩＭ２Ｓには、例えば、自動車１００の状態を示す情報を表示してもよい。図２は、自動車１００の速度を表示する例を示している。
【0020】
第２の期間においては、表示装置１１にＰ偏光用の画像ＩＭＰを表示させる。また、液晶素子１２にＰ偏光を透過させる。これにより、視認者は虚像ＩＭ２Ｐを視認できる。虚像ＩＭ２Ｐには、例えば、自動車１００の周囲の情報やナビゲーション情報を表示してもよい。図２は、自動車１００を右側から追い抜こうとしている他の自動車の存在を表す例を示している。
【0021】
そして、虚像ＩＭ２Ｓを表示する第１の期間と、虚像ＩＭ２Ｐを表示する第２の期間とを、十分に短い周期、例えば、３０ｆｐｓ以上の周期で繰り返すことにより、視認者２００に虚像ＩＭ２Ｓと虚像ＩＭ２Ｐを同時に視認させることができる。このとき、虚像ＩＭ２Ｐは虚像ＩＭ２Ｓよりも遠くに視認される。
【0022】
次に、映像表示装置１の各部の構成について詳細に説明する。
以下、説明をわかりやすくするために、ＸＹＺ直交座標系を採用する。本実施形態では、車両１０１の前後方向を「Ｘ方向」とし、車両１０１の左右方向を「Ｙ方向」とし、車両１０１の上下方向を「Ｚ方向」とする。ＸＹ平面は、車両１０１の水平面である。Ｘ方向のうち矢印の方向（前方）を「＋Ｘ方向」といい、その逆方向（後方）を「－Ｘ方向」ともいう。また、Ｙ方向のうち矢印の方向（左方）を「＋Ｙ方向」といい、その逆方向（右方）を「－Ｙ方向」ともいう。また、Ｚ方向のうち矢印の方向（上方）を「＋Ｚ方向」といい、その逆方向（下方）を「－Ｚ方向」ともいう。
以下、説明をわかりやすくするために、ＸＹＺ直交座標系を採用する。本実施形態では、車両１０１の前後方向を「Ｘ方向」とし、車両１０１の左右方向を「Ｙ方向」とし、車両１０１の上下方向を「Ｚ方向」とする。ＸＹ平面は、車両１０１の水平面である。Ｘ方向のうち矢印の方向（前方）を「＋Ｘ方向」といい、その逆方向（後方）を「－Ｘ方向」ともいう。また、Ｙ方向のうち矢印の方向（左方）を「＋Ｙ方向」といい、その逆方向（右方）を「－Ｙ方向」ともいう。また、Ｚ方向のうち矢印の方向（上方）を「＋Ｚ方向」といい、その逆方向（下方）を「－Ｚ方向」ともいう。
【0023】
【0024】
表示装置１１においては、図３に示すようなＬＥＤ素子１１２が行列状に複数配列されている。表示装置１１の各画素１１ｐには、１つ又は複数のＬＥＤ素子１１２が対応している。
【0025】
表示装置１１において、各ＬＥＤ素子１１２は、基板１１１にフェースダウン実装されている。ただし、各ＬＥＤ素子は、基板にフェースアップ実装されていてもよい。各ＬＥＤ素子１１２は、半導体積層体１１２ａと、アノード電極１１２ｂと、カソード電極１１２ｃと、を有する。
【0026】
半導体積層体１１２ａは、ｐ型半導体層１１２ｐ１と、ｐ型半導体層１１２ｐ１上に配置される活性層１１２ｐ２と、活性層１１２ｐ２上に配置されるｎ型半導体層１１２ｐ３と、を有する。半導体積層体１１２ａには、例えばＩｎＸＡｌＹＧａ１－Ｘ－ＹＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ＜１）で表せる窒化ガリウム系化合物半導体が用いられる。ＬＥＤ素子１１２が発光する光は、本実施形態では可視光である。
【0027】
アノード電極１１２ｂは、ｐ型半導体層１１２ｐ１に電気的に接続される。また、アノード電極１１２ｂは、配線１１８ｂに電気的に接続される。カソード電極１１２ｃは、ｎ型半導体層１１２ｐ３に電気的に接続される。また、カソード電極１１２ｃは、別の配線１１８ａに電気的に接続される。各電極１１２ｂ、１１２ｃには、例えば金属材料を用いることができる。
【0028】
本実施形態では各ＬＥＤ素子１１２の光出射面１１２ｓには、複数の凹部１１２ｔが設けられている。本明細書において「ＬＥＤ素子の光出射面」とは、ＬＥＤ素子の表面のうち、結像光学系１８に入射する光が主に出射する面を意味する。本実施形態では、ｎ型半導体層１１２ｐ３において、活性層１１２ｐ２と対向する面の反対側に位置する面が、光出射面１１２ｓに相当する。
【0029】
以下、各ＬＥＤ素子１１２から出射する光の光軸を、単に「光軸Ｃ」という。光軸Ｃは、例えば、複数の画素１１ｐが配列される出射平面に平行であり、かつ、表示装置１１の光出射側に位置する第１平面Ｐ１において、１つの画素１１ｐからの光が照射される範囲のうち、輝度が最大となる点ａ１と、出射平面に平行であり、第１平面Ｐ１から離隔した第２平面Ｐ２において、このＬＥＤ素子１１２からの光が照射される範囲のうち、輝度が最大となる点ａ２と、を結ぶ直線である。輝度が最大となる点が複数存在する場合、例えば、それらの点の中心点を、輝度が最大となる点としてもよい。なお、生産的な観点からは、光軸Ｃは出射平面と直交していることが望ましい。
【0030】
各ＬＥＤ素子１１２の光出射面１１２ｓに複数の凹部１１２ｔが設けられていることにより、各ＬＥＤ素子１１２から出射する光、すなわち各画素１１ｐから出射する光は、図３に破線で示すように、略ランバーシアン配光を有する。ここで「各画素から出射する光が略ランバーシアン配光を有する」とは、各画素の光軸Ｃに対して角度θの方向の光度が、ｎを０より大きい値として、光軸Ｃ上の光度のｃｏｓｎθ倍で近似できる配光パターンであることを意味する。ここで、ｎは、１１以下であることが好ましく、１であることがより一層好ましい。なお、１つの画素１１ｐから出射する光の光軸Ｃを含む平面は多数存在するが、各平面内においてこの画素１１ｐから出射する光の配光パターンは、略ランバーシアン配光であり、また、ｎの数値も概ね等しい。
【0031】
ただし、各ＬＥＤ素子の構成は、上記に限定されない。例えば、各ＬＥＤ素子の光出射面には複数の凹部ではなく複数の凸部が設けられていてもよいし、複数の凹部および複数の凸部の両方が設けられていてもよい。また、成長基板が透光性を有する場合、半導体積層体から成長基板を剥離させず、光出射面に相当する成長基板の表面に複数の凹部および／または複数の凸部を設けてもよい。これらの形態においても、各ＬＥＤ素子から出射する光は、略ランバーシアン配光を有する。また、各ＬＥＤ素子において基板と対向するようにｎ型半導体層を設け、その上に活性層およびｐ型半導体層をこの順で積層し、ｐ型半導体層において活性層と対向する面の反対側の面を、各ＬＥＤ素子の光出射面としてもよい。また、後述する他の実施形態で説明するように、各ＬＥＤ素子から出射する光が略ランバーシアン配光を有さなくても、各画素から最終的に出射する光が略ランバーシアン配光を有すればよい。
【0032】
（液晶素子）
図４Ａは、本実施形態に係る映像表示装置の液晶素子を示す端面図である。
図４Ｂは、本実施形態に係る映像表示装置の液晶素子の動作を示す図である。
図１に示すように、液晶素子１２は表示装置１１の－Ｚ方向側に配置されている。
図４Ａは、本実施形態に係る映像表示装置の液晶素子を示す端面図である。
図４Ｂは、本実施形態に係る映像表示装置の液晶素子の動作を示す図である。
図１に示すように、液晶素子１２は表示装置１１の－Ｚ方向側に配置されている。
【0033】
図４Ａ及び図４Ｂに示すように、液晶素子１２は、偏光板１２ａと、透明電極板１２ｂと、液晶層１２ｃと、透明電極板１２ｄを備える。偏光板１２ａ、透明電極板１２ｂ、液晶層１２ｃ及び透明電極板１２ｄは、表示装置１１から出射した光の経路に沿ってこの順に積層されている。
【0034】
偏光板１２ａは、表示装置１１から出射した光のうち、Ｓ偏光の一部を遮断するか、Ｐ偏光の一部を遮断し、残りを透過させる。図４Ｂに示す例では、偏光板１２ａはＳ偏光の一部を遮断し、Ｐ偏光の大部分を透過させる。透明電極板１２ｂと透明電極板１２ｄとの間に電圧が印加されていないときは、液晶層１２ｃは入射した光の偏光方向を変換する。図４Ｂに示す例では、Ｐ偏光をＳ偏光に変換する。これにより、液晶素子１２からＳ偏光が出射する。一方、透明電極板１２ｂと透明電極板１２ｄとの間に所定の電圧が印加されると、液晶層１２ｃは入射した光をそのまま透過させる。これにより、液晶素子１２からＰ偏光が出射する。
【0035】
（入力素子、中間素子、出力素子）
図１に示すように、入力素子１３は、液晶素子１２の－Ｚ方向側に位置し、液晶素子１２と対向するように配置される。入力素子１３は、凹面状のミラー面１３ａを有するミラーである。入力素子１３は、液晶素子１２から出射した光を反射する。
図１に示すように、入力素子１３は、液晶素子１２の－Ｚ方向側に位置し、液晶素子１２と対向するように配置される。入力素子１３は、凹面状のミラー面１３ａを有するミラーである。入力素子１３は、液晶素子１２から出射した光を反射する。
【0036】
中間素子１４は、入力素子１３よりも－Ｘ＋Ｚ方向側に位置し、入力素子１３と対向するように配置される。中間素子１４は、凹面状のミラー面１４ａを有するミラーである。中間素子１４は、入力素子１３が反射した光をさらに反射する。
【0037】
入力素子１３および中間素子１４は、表示装置１１の互いに異なる位置から出射した複数の主光線Ｌ同士が略平行になるように、複数の主光線Ｌを屈曲させる屈曲部１６を構成する。ミラー面１３ａ及び１４ａは、本実施形態では、バイコーニック面である。ただし、ミラー面１３ａ及び１４ａは、球面の一部であってもよいし、自由曲面であってもよい。
【0038】
出力素子１５は、表示装置１１、液晶素子１２、入力素子１３及び中間素子１４よりも＋Ｘ方向側に位置し、中間素子１４と対向するように配置される。出力素子１５は、平坦なミラー面１５ａを有するミラーである。出力素子１５は、入力素子１３及び中間素子１４を経由した光を、第１の像ＩＭ１の形成位置Ｐに向けて反射する。具体的には、出力素子１５には、屈曲部１６によって略平行となった複数の主光線Ｌが入射する。ミラー面１５ａは、－Ｚ方向に向かうほど＋Ｘ方向に向かうように、車両１０１の水平面であるＸＹ平面に対して傾斜している。これにより、出力素子１５は、中間素子１４が反射した光を、－Ｚ方向に向かうほど＋Ｘ方向に向かうようにＺ方向に対して傾斜した方向に反射する。このように、出力素子１５は、屈曲部１６によって略平行となった複数の主光線Ｌが、第１の像ＩＭ１の形成位置Ｐに向かうように、複数の主光線Ｌの方向を変更する方向変更部１７を構成する。
【0039】
入力素子１３、中間素子１４及び出力素子１５は、それぞれ、ガラス又は樹脂材料等からなる本体部材と、本体部材の表面に設けられてミラー面１３ａ、１４ａ、１５ａを構成する金属膜や誘電体多層膜等の反射膜と、により構成されていてもよい。また、入力素子１３、中間素子１４及び出力素子１５は、それぞれ、全体が金属材料により構成されていてもよい。
【0040】
入力素子１３、中間素子１４及び出力素子１５により、結像光学系１８が構成されている。結像光学系１８は、液晶素子１２から出射した光が入射し、画像ＩＭに応じた第１の像ＩＭ１を形成する。結像光学系１８は、第１の像ＩＭ１を所定の位置に結像させるのに必要な全ての光学素子を含む光学系である。なお、結像光学系１８には、中間素子１４が設けられていなくてもよい。中間素子１４があってもなくても、出力素子１５には入力素子１３を経由した光が入射する。
【0041】
結像光学系１８は、第１の像ＩＭ１側において略テレセントリック性を有する。ここで「結像光学系１８が、第１の像ＩＭ１側において略テレセントリック性を有する」とは、表示装置１１における互いに異なる位置から出射して、結像光学系１８を経由し、第１の像ＩＭ１に至る複数の主光線Ｌ同士が、第１の像ＩＭ１の前後において、略平行であることを意味する。異なる位置とは、例えば異なる画素１１ｐである。「複数の主光線Ｌ同士が略平行」とは、光源ユニット１０の構成要素の製造精度や組み立て精度等による誤差を許容するような実用的な範囲で、概ね平行であることを意味する。「複数の主光線Ｌ同士が略平行」である場合、例えば、主光線Ｌ同士のなす角は、１０度以下である。
【0042】
結像光学系１８が第１の像ＩＭ１側において略テレセントリック性を有する場合、複数の主光線Ｌ同士は、入力素子１３に入射する前に交差する。以下、複数の主光線Ｌ同士が交差するポイントを「焦点Ｆ」という。そのため、結像光学系１８が第１の像ＩＭ１側において略テレセントリック性を有するか否かは、例えば、光の逆進性を利用して以下の方法で確認できる。先ず、第１の像ＩＭ１が形成される位置付近に、レーザ光源等の平行光を出射可能な光源を配置する。この光源から出射した光を、結像光学系１８の出力素子１５に照射する。この光源から出射して出力素子１５を経由した光は、中間素子１４を介して入力素子１３に入射する。そして、入力素子１３から出射した光が液晶素子１２に到達する前に、集光するポイント、すなわち焦点Ｆが存在する場合は、結像光学系１８が第１の像ＩＭ１側において略テレセントリック性を有すると判断できる。
【0043】
結像光学系１８が第１の像ＩＭ１側において略テレセントリック性を有するため、結像光学系１８には、各画素１１ｐから出射する光のうち、焦点Ｆ及びその近辺を通過する光が主に入射する。
【0044】
なお、結合光学系の構成及び位置は、第１の像側において略テレセントリック性を有する限り、上記に限定されない。例えば、方向変更部を構成する光学素子の数は、２以上であってもよい。
【0045】
（反射型偏光部材）
図５は、本実施形態に係る映像表示装置の反射型偏光部材を示す斜視図である。
反射型偏光部材２１は、光源ユニット１０から出射した光が入射する位置に配置されている。図５に示すように、反射型偏光部材２１は、例えば、ワイヤグリッド偏光板である。反射型偏光部材２１は、透明板２１ａ、透明な樹脂フィルム２１ｂ、及び、複数の金属ワイヤ２１ｃを有する。反射型偏光部材２１においては、透明板２１ａの表面に、透明な樹脂フィルム２１ｂが配置されており、樹脂フィルム２１ｂ上に、複数の金属ワイヤ２１ｃが相互に平行に等間隔で配列されている。
図５は、本実施形態に係る映像表示装置の反射型偏光部材を示す斜視図である。
反射型偏光部材２１は、光源ユニット１０から出射した光が入射する位置に配置されている。図５に示すように、反射型偏光部材２１は、例えば、ワイヤグリッド偏光板である。反射型偏光部材２１は、透明板２１ａ、透明な樹脂フィルム２１ｂ、及び、複数の金属ワイヤ２１ｃを有する。反射型偏光部材２１においては、透明板２１ａの表面に、透明な樹脂フィルム２１ｂが配置されており、樹脂フィルム２１ｂ上に、複数の金属ワイヤ２１ｃが相互に平行に等間隔で配列されている。
【0046】
また、透明板２１ａにおける樹脂フィルム２１ｂが配置された表面は、凹面となっている。これにより、反射型偏光部材２１は、ＬＥＤ素子から出射した光のうち、Ｐ偏光及びＳ偏光の一方を透過させ、他方を反射する。本実施形態においては、反射型偏光部材２１は、Ｐ偏光を透過させ、Ｓ偏光を反射する。図１に示すように、反射されたＳ偏光は視認者２００のアイボックス２０１に入射する。
【0047】
（反射部材）
図１に示すように、反射部材２２は、反射型偏光部材２１を透過した偏光（例えば、Ｐ偏光）が入射する位置に配置されている。反射部材２２は凹面状の反射面２２ａを有し、反射面２２ａによって、反射型偏光部材２１から出射され反射面２２ａに入射した光を反射型偏光部材２１に向けて反射する。反射部材２２によって反射された光は、反射型偏光部材２１を透過して、アイボックス２０１に入射する。反射部材２２によって反射された光（例えば、Ｐ偏光）の進行方向は、反射型偏光部材２１によって反射された光（例えば、Ｓ偏光）の進行方向に対して略同一方向である。
図１に示すように、反射部材２２は、反射型偏光部材２１を透過した偏光（例えば、Ｐ偏光）が入射する位置に配置されている。反射部材２２は凹面状の反射面２２ａを有し、反射面２２ａによって、反射型偏光部材２１から出射され反射面２２ａに入射した光を反射型偏光部材２１に向けて反射する。反射部材２２によって反射された光は、反射型偏光部材２１を透過して、アイボックス２０１に入射する。反射部材２２によって反射された光（例えば、Ｐ偏光）の進行方向は、反射型偏光部材２１によって反射された光（例えば、Ｓ偏光）の進行方向に対して略同一方向である。
【0048】
反射部材２２は、ガラスまたは樹脂材料等からなる本体部材と、本体部材の表面に設けられて反射面２２ａを構成する金属膜や誘電体多層膜等の反射膜と、により構成されていてもよい。また、反射部材２２は、全体が金属材料により構成されていてもよい。一例では、反射面２２ａはバイコーニック面である。ただし、ミラー面は、球面の一部であってもよいし、自由曲面であってもよい。
【0049】
（効果）
本実施形態に係る映像表示装置１によれば、図２に示すように、視認者２００に、距離が相互に異なる２種類の虚像ＩＭ２Ｓ及びＩＭ２Ｐを視認させることができる。これにより、映像表示装置１は焦点距離が相互に異なる虚像を表示可能である。画像ＩＭＳ及び画像ＩＭＰを十分に短い周期で交互に表示することにより、視認者２００に虚像ＩＭ２Ｓと虚像ＩＭ２Ｐを同時に視認させ、立体的な虚像を視認させることができる。
本実施形態に係る映像表示装置１によれば、図２に示すように、視認者２００に、距離が相互に異なる２種類の虚像ＩＭ２Ｓ及びＩＭ２Ｐを視認させることができる。これにより、映像表示装置１は焦点距離が相互に異なる虚像を表示可能である。画像ＩＭＳ及び画像ＩＭＰを十分に短い周期で交互に表示することにより、視認者２００に虚像ＩＭ２Ｓと虚像ＩＭ２Ｐを同時に視認させ、立体的な虚像を視認させることができる。
【0050】
また、本実施形態においては、結像光学系１８が第１の像ＩＭ１側において略テレセントリック性を有することにより、小型で高品位な映像を表示できる。以下、この効果について詳細に説明する。
図６Ａは、本実施形態に係る光源ユニットの原理を示す模式図である。
図６Ｂは、実施例２０に係る光源ユニットの原理を示す模式図である。
実施例２０の光学的特性については、後述する。
図６Ａは、本実施形態に係る光源ユニットの原理を示す模式図である。
図６Ｂは、実施例２０に係る光源ユニットの原理を示す模式図である。
実施例２０の光学的特性については、後述する。
【0051】
図６Ｂに示すように、実施例２０に係る光源ユニット２０１１においては、表示装置２１１０は、複数の画素２１１０ｐを含むＬＣＤ（Liquid Crystal Display）である。図６Ａでは、本実施形態における表示装置１１の複数の画素１１ｐのうちの２つの画素１１ｐから出射する光の配光パターンを破線で示している。同様に、図６Ｂでは、実施例２０における表示装置２１１０の複数の画素２１１０ｐのうちの２つの画素２１１０ｐから出射する光の配光パターンを破線で示している。また、図６Ａおよび図６Ｂでは、結像光学系１８、２１２０を簡略化して示している。
【0052】
図６Ｂに示すように、実施例２０における表示装置２１１０では、各画素２１１０ｐから出射する光は、光出射面２１１０ｓの法線方向に主に配光される。また、１つの画素２１１０ｐから出射する光の光軸を含む平面は多数存在するが、ＬＣＤである表示装置２１１０では、各平面内において１つの画素２１１０ｐから出射する光の配光パターンは、相互に異なる。そして、複数の平面のうちの一の平面内において、各画素２１１０ｐから出射する光は、光軸に対して角度θの方向の光度が、光軸上の光度のｃｏｓ20θ倍で近似される配光パターンを有する。
【0053】
このような表示装置２１１０においては、表示装置２１１０の同じ位置から出射した光でも、視認者の見る角度によって光度や色度が変化する。したがって、仮に結像光学系２１２０が、法線方向以外の方向から表示装置２１１０から出射する光を取り込んだ場合、全ての画素から出射する光の輝度を均一にしたとしても、第１の像ＩＭ１において輝度や色度のばらつきが生じる。すなわち、第１の像ＩＭ１の品位が低下する。したがって、第１の像ＩＭ１の品位が低下しないようにするためには、表示装置２１１０の各画素２１１０ｐから出射した光を法線方向から取り込む必要がある。その結果、結像光学系２１２０が大型化する。
【0054】
これに対して、本実施形態に係る光源ユニット１０では、結像光学系１８は、第１の像ＩＭ１側において略テレセントリック性を有し、表示装置１１から出射する光が略ランバーシアン配光を有する。そのため、光源ユニット１０を小型化しつつ、第１の像ＩＭ１の品位を向上できる。
【0055】
具体的には、表示装置１１から出射する光が略ランバーシアン配光を有するため、表示装置１１の各画素１１ｐから出射した光の光度や色度の角度に対する依存性は、実施例２０における表示装置２１１０の各画素２１１０ｐから出射する光の光度や色度の角度に対する依存性と比較して低い。特に、厳密なランバーシアン配光に近づくほど、すなわち、配光パターンの近似式であるcosｎθのｎが１に近づくほど、表示装置１１の各画素１１ｐから出射した光の光度や色度は、角度によらず概ね均一になる。そのため、図６Ａに示すように、結像光学系１８が焦点Ｆを通過した光を取り込んだとしても、すなわち、法線方向以外の方向から光を取り込んだとしても、第１の像ＩＭ１の輝度や色度のばらつきを抑制し、第１の像ＩＭ１の品位を向上できる。
【0056】
また、結像光学系１８は、主に焦点Ｆを通過した光で第１の像ＩＭ１を形成するため、結像光学系１８に入射する光の光径が広がることを抑制できる。これにより、入力素子１３を小型化できる。さらに、出力素子１５から出射する複数の主光線Ｌは、互いに略平行である。出力素子１５から出射する複数の主光線Ｌ同士が互いに略平行であるということは、出力素子１５において結像に寄与する光が照射される範囲が、第１の像ＩＭ１のサイズと概ね同じであるということである。そのため、結像光学系１８の出力素子１５も小型化できる。以上より、小型かつ品位が高い第１の像ＩＭ１を形成可能な光源ユニット１０を提供できる。
【0057】
また、第１の像ＩＭ１は、光源ユニット１０と反射ユニット２０との間に形成される。このような場合、表示装置１１のある一つの点から出射した光は、出力素子１５を経由した後に、第１の像ＩＭ１の形成位置において集光する。一方、光源ユニット１０と反射ユニット２０との間に第１の像ＩＭ１が形成されない場合、表示装置１１のある一つの点から出射した光の光径は、入力素子１３から反射ユニット２０に向けて、徐々に広がる。したがって、本実施形態では、出力素子１５において、表示装置１１のある一つの点から出射した光が照射される範囲を、第１の像ＩＭ１が形成されない場合と比較して、小さくできる。そのため、出力素子１５を小型化できる。
【0058】
また、本実施形態に係る光源ユニット１０は小型であるため、光源ユニット１０を車両１０１内の限られたスペースに容易に配置できる。
【0059】
本実施形態においては、フロントウインドシールド１０４の奥側に虚像を視認させる一般的なヘッドアップディスプレイ（Head Up Display：ＨＵＤ）とは異なり、虚像ＩＭ２Ｐ及び虚像ＩＭ２Ｓは、フロントウインドシールド１０４より下部に位置する、反射型偏光部材２１の奥側に視認される。すなわち、自動車１００においては、反射型偏光部材２１がフロントウインドシールド１０４よりも下方に配置されているため、視認者２００はフロントウインドシールド１０４よりも下方の位置に第２の像ＩＭ２を視認できる。このため車外の明るい景色によって虚像ＩＭ２Ｐ及び虚像ＩＭ２Ｓの視認性が低下する可能性が少なく、虚像ＩＭ２Ｐ及び虚像ＩＭ２Ｓが表示する情報を視認者２００に伝達しやすくなる。
なお、反射型偏光部材２１の手前に、例えば透明な保護スクリーン等を設置しても構わない。
なお、反射型偏光部材２１の手前に、例えば透明な保護スクリーン等を設置しても構わない。
【0060】
また、本実施形態における結像光学系１８は、屈曲部１６と、方向変更部１７と、を有する。このように、結像光学系１８において、主光線Ｌ同士を平行にする機能を有する部分と、第１の像ＩＭ１を所望の位置に形成する部分と、を別々にすることで、結像光学系１８の設計が容易になる。
【0061】
また、結像光学系１８内の光路の一部は、Ｚ方向と直交するＸＹ平面と交差する方向に延びる。そのため、結像光学系１８をＸＹ平面に沿う方向にある程度小型化できる。
【0062】
また、結像光学系１８内の光路の他の一部は、Ｚ方向と直交するＸＹ平面に沿う方向に延びる。そのため、結像光学系１８をＺ方向にある程度小型化できる。
【0063】
＜実施例＞
次に、実施例に係る光源ユニットについて説明する。
図７は、実施例１、１１、２０において、１つの発光エリアから出射する光の配光パターンを示すグラフである。
図８は、実施例１～１２および実施例２０における第２の像の輝度の均一性を示すグラフである。
次に、実施例に係る光源ユニットについて説明する。
図７は、実施例１、１１、２０において、１つの発光エリアから出射する光の配光パターンを示すグラフである。
図８は、実施例１～１２および実施例２０における第２の像の輝度の均一性を示すグラフである。
【0064】
実施例１～１２および実施例２０に係る映像表示装置は、光源ユニットと、反射ユニットと、を備え、光源ユニットは、行列状に配列された複数の発光エリアと、結像光学系とを備えるように、シミュレーションソフト上で設定した。各発光エリアが、第１の実施形態における表示装置１１の各画素１１ｐに相当する。
【0065】
図７では、横軸は発光エリアの光軸に対する角度であり、縦軸は、その角度における光度を光軸上の光度で除算することにより正規化した光度である。実施例１に係る表示装置は、図７に示すように、各発光エリアから出射する光が、光軸に対して角度θの方向の光度が光軸上の光度のｃｏｓθ倍で表される配光パターンを有するように、シミュレーションソフト上で設定した。すなわち、実施例１では、各発光エリアから出射する光は、厳密なランバーシアン配光を有する。
【0066】
実施例２～１２では、各発光エリアから出射する光が、光軸に対して角度θの方向の光度が光軸上の光度のｃｏｓｎθ倍で表される配光パターンを有するように、シミュレーションソフト上で設定した。なお、実施例２では、ｎ＝２であり、実施例２から実施例１２まで順に、ｎが１ずつ大きくなるように設定した。
【0067】
また、ＬＣＤの画素から出射する光の一の平面内の配光パターンを調査したところ、図７に細い破線で示すような配光パターンであることがわかった。そして、前述したように、この配光パターンは、光軸に対して角度θの方向の光度が光軸上の光度のｃｏｓ20θ倍で表される配光パターンに近似できることがわかった。そこで、実施例２０では、各発光エリアの光軸に対して角度θの方向の光度が、光軸上の光度のｃｏｓ20θ倍で表される配光パターンを有するように、シミュレーションソフト上で設定した。
【0068】
実施例１～１２および実施例２０における結像光学系は、いずれも第１の像側においてテレセントリック性を有するように設定した。
【0069】
次に、実施例１～１２および実施例２０のそれぞれについて、全ての発光エリアの輝度を一定にした場合に形成される第２の像の輝度分布をシミュレーションした。「第２の像」とは、上述の「虚像ＩＭ２Ｓ」及び「虚像ＩＭ２Ｐ」の総称である。この際、第２の像は、長辺が１１１．２ｍｍ、短辺が２７．８ｍｍの長方形とした。また、この際、第２の像が形成される平面を１ｍｍの辺を有する正方形のエリアに区画し、各エリアの輝度値をシミュレーションした。そして、その際の第２の像の輝度の均一性を評価した。ここで、「輝度の均一性」とは、第２の像内の輝度の最大値に対する最小値の割合を百分率で表した値である。その結果を、図８に示す。なお、図８では、横軸は、各実施例であり、縦軸は輝度の均一性である。
【0070】
図８に示すように、ｎが大きくなるほど、輝度の均一性が低下することがわかった。これは、ｎが大きくなるほど、第２の像において中心から離れる位置の輝度が低下するためである。特に、実施例１１、すなわちｎ＝１１で、輝度の均一性が３０％であることがわかった。使用者は、第２の像と第２の像が形成されていない領域とを判別し易いため、第２の像の輝度の均一性は、３０％以上あればよいと考えられる。
【0071】
したがって、結像光学系が略テレセントリック性を有するように構成した場合に、第１の像および第２の像の輝度ムラを抑制するためには、表示装置から出射する光が略ランバーシアン配光を有することが好ましいことがわかった。具体的には、配光パターンの近似式であるcosｎθのｎは、１１以下であることが好ましく、１であることがより一層好ましいことがわかった。なお上記のようにｎが１から外れるに従って第２の像の輝度の均一性が低下するが、このような輝度の不均一性を補完できるように、予め表示装置１１の表示輝度に所定の輝度分布を設けておくことができる。例えば、表示装置１１の各画素１１ｐから出射する光が結像光学系１８を経由することで、第２の像の外縁部の輝度が中心部の輝度より低下し易い場合は、表示装置１１の外縁側の画素１１ｐのＬＥＤ素子１１２の出力を中心側の画素１１ｐのＬＥＤ素子１１２の出力よりも大きくなるように、表示装置１１を制御してもよい。
【0072】
なお、実施例２０においては、表示装置２１１０の各画素２１１０ｐから出射する光が略ランバーシアン配光ではないため、表示装置２１１０が大型化する。但し、第１の実施形態と同様に、焦点距離が相互に異なる２種類の虚像を表示できる。
【0073】
＜第２の実施形態＞
図９は、本実施形態に係る映像表示装置を示す端面図である。
図９に示すように、本実施形態に係る映像表示装置２は、第１の実施形態に係る映像表示装置１と比較して、反射型偏光部材２１及び反射部材２２の替わりに、透光性部材２３が設けられている点が異なっている。透光性部材２３は、液晶素子１２から出射した光が入射する位置に配置されている。
図９は、本実施形態に係る映像表示装置を示す端面図である。
図９に示すように、本実施形態に係る映像表示装置２は、第１の実施形態に係る映像表示装置１と比較して、反射型偏光部材２１及び反射部材２２の替わりに、透光性部材２３が設けられている点が異なっている。透光性部材２３は、液晶素子１２から出射した光が入射する位置に配置されている。
【0074】
透光性部材２３は、透光性材料、例えば、樹脂又はガラスにより形成されたブロックであり、第１面２４と、第２面２５と、を有する。第１面２４は第１の実施形態における反射型偏光部材２１と同様に機能し、第２面２５は第１の実施形態における反射部材２２と同様に機能する。
【0075】
第１面２４は、液晶素子１２から出射されたＰ偏光及びＳ偏光のいずれか一方の光を反射し、他方の光を透光性部材２３内に入射させる。本実施形態においては、例えば、第１面２４はＳ偏光を反射しＰ偏光を入射させる。但し、Ｐ偏光を反射しＳ偏光を入射させてもよい。第１面２４は、例えば、ワイヤーグリッドフィルムによって構成されていてもよい。ワイヤーグリッドフィルムは、例えば、図５に示す透明な樹脂フィルム２１ｂ及び複数の金属ワイヤ２１ｃを含む。
【0076】
第２面２５は、第１面２４を介して透光性部材２３内に入射した上述の他方の光（例えばＳ偏光）を、第１面２４に向けて反射する。第２面２５によって反射された光（例えばＳ偏光）の進行方向は、第１面２４によって反射された上述の一方の光（例えばＰ偏光）が進む方向と同一である。第２面２５は、例えば、金属膜や誘電体多層膜等の反射膜により構成することができる。一例では、第２面２５はバイコーニック面である。ただし、第２面２５は球面の一部であってもよいし、自由曲面であってもよい。
【0077】
本実施形態によれば、単一の透光性部材２３の第１面２４及び第２面２５によって第１の実施形態における反射型偏光部材２１及び反射部材２２と同様な機能を実現することができる。これにより、第１面２４と第２面２５の位置関係が安定すると共に、反射ユニット２０の低コスト化を図ることができる。また、透光性部材２３がフロントウインドシールド１０４よりも下方に配置されているため、第１の実施形態と同様に、視認者２００はフロントウインドシールド１０４よりも下方の位置に第２の像ＩＭ２を視認できる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、第１の実施形態と同様である。
【0078】
【0079】
図１０に示すように、本実施形態に係る映像表示装置３においては、反射ユニット２０から出射した光が、車両１０１のフロントウインドシールド１０４の内面において反射されて、視認者２００のアイボックス２０１に到達する。
【0080】
これにより、図１１に示すように、視認者２００は、フロントウインドシールド１０４越しに虚像ＩＭ２Ｐ及びＩＭ２Ｓを視認することができる。虚像ＩＭ２Ｐは虚像ＩＭ２Ｓよりも遠くに視認される。図１１に示す例では、虚像ＩＭ２Ｓは車両１０１の情報、例えば、速度を表しており、虚像ＩＭ２Ｐはナビゲーション情報、例えば、前方にあるコーナーの方向を表している。但し、虚像ＩＭ２Ｐ及びＩＭ２Ｓの内容はこれには限定されない。
【0081】
本実施形態によれば、視認者２００はフロントウインドシールド１０４越しに虚像ＩＭ２Ｐ及び虚像ＩＭ２Ｓを視認することができる。これにより、視認者２００は自動車１００の前方から視線を外さずに、虚像ＩＭ２Ｐ及び虚像ＩＭ２Ｓに表示された内容を認識できる。このように、本実施形態に係る映像表示装置３は、例えば自動車１００のＨＵＤを構成する。
【0082】
また、本実施形態によれば、フロントウインドシールド１０４に対する光源ユニット１０及び反射ユニット２０の位置を調整することにより、虚像ＩＭ２Ｐと虚像ＩＭ２Ｓの位置関係を制御できる。例えば、図１１に示す例では、より遠方に視認される虚像ＩＭ２Ｐを虚像ＩＭ２Ｓよりも上方（＋Ｚ方向）に表示することができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、第１の実施形態と同様である。
【0083】
【0084】
本実施形態における表示装置７１０は、ｎ型半導体層７１２ｐ３において活性層１１２ｐ２と対向する面の反対側に位置する面が概ね平坦であり、保護層７１４、波長変換部材７１５、およびカラーフィルタ７１６をさらに有する点で、第１の実施形態における表示装置１１と相違する。
【0085】
保護層７１４は、行列状に配列された複数のＬＥＤ素子７１２を覆っている。保護層７１４には、例えば、硫黄（Ｓ）含有置換基もしくはリン（Ｐ）原子含有基を有する高分子材料、または、ポリイミド等の高分子マトリックスに高屈折率の無機ナノ粒子を付加した高屈折率ナノコンポジット材料等の透光性材料を用いることができる。
【0086】
波長変換部材７１５は、保護層７１４上に配置される。波長変換部材７１５は、一般的な蛍光体材料、ペロブスカイト蛍光体材料、または量子ドット（Quantum Dot：ＱＤ）等の波長変換材料を１種以上含む。各ＬＥＤ素子７１２から出射した光は、波長変換部材７１５に入射する。波長変換部材７１５に含まれる波長変換材料は、各ＬＥＤ素子７１２から出射した光が入射することにより、各ＬＥＤ素子７１２の発光ピーク波長と異なる発光ピーク波長の光を発する。波長変換部材７１５が発する光は、略ランバーシアン配光を有する。
【0087】
カラーフィルタ７１６は、波長変換部材７１５上に配置される。カラーフィルタ７１６は、ＬＥＤ素子７１２から出射した光の大部分を遮断可能である。これにより、各画素１１ｐからは、主に波長変換部材７１５が発する光が出射する。そのため、各画素１１ｐから出射する光は、図１２に破線で示すように、略ランバーシアン配光を有する。なお、ＬＥＤ素子から出射する光の大部分が波長変換部材に吸収される場合は、表示装置にカラーフィルタを設けなくてもよい。このように、ＬＥＤ素子の光出射面に複数の凹部または凸部を設けなくても、各画素から出射する光がランバーシアン配光を有するように構成できる。
【0088】
本実施形態においては、ＬＥＤ素子７１２の発光ピーク波長は、紫外光の領域であってもよいし、可視光の領域であってもよい。なお、少なくとも一つの画素１１ｐから青色光を出射させたい場合、例えば、この画素１１ｐのＬＥＤ素子７１２から青色光を出射させ、この画素１１ｐには、波長変換部材７１５及びカラーフィルタ７１６を設けなくとも良い。この場合、このＬＥＤ素子７１２を覆うように光散乱パーティクルを含む光散乱部材を設けることで、この画素１１ｐから出射する光が略ランバーシアン配光を有するように構成してもよい。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、第１の実施形態と同様である。
【0089】
＜第５の実施形態＞
次に、第５の実施形態について説明する。
図１３は、本実施形態に係る映像表示装置の光源ユニットを示す端面図である。
図１３に示すように、本実施形態に係る映像表示装置の光源ユニット３０は、第１の実施形態に係る光源ユニット１０の構成に加えて、遮光部材１９が設けられている点が異なっている。
次に、第５の実施形態について説明する。
図１３は、本実施形態に係る映像表示装置の光源ユニットを示す端面図である。
図１３に示すように、本実施形態に係る映像表示装置の光源ユニット３０は、第１の実施形態に係る光源ユニット１０の構成に加えて、遮光部材１９が設けられている点が異なっている。
【0090】
遮光部材１９は、液晶素子１２から入力素子１３に向かう光路上に配置されている。遮光部材１９には、液晶素子１２から入力素子１３に向かう光の一部が通過する開口１９ａが設けられている。遮光部材１９は、液晶素子１２から入力素子１３に向かう光の他の一部を遮断する。
【0091】
本実施形態によれば、遮光部材１９が設けられていることにより、迷光の発生を抑制し、虚像の品質をより一層向上させることができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、第１の実施形態と同様である。
【0092】
なお、上述の各実施形態においては、視認者２００に虚像ＩＭ２Ｐ及び虚像ＩＭ２Ｓを同時に認識させる例を示したが、これには限定されない。視認者２００に虚像ＩＭ２Ｐ又は虚像ＩＭ２Ｓのいずれか一方のみを定常的に視認させてもよい。例えば、視認者２００が偏光サングラスを着用している場合は、Ｓ偏光又はＰ偏光が偏光サングラスによって遮られる場合がある。この場合は、偏光サングラスによって遮られる偏光による表示は行わずに、遮られない偏光による表示のみを有効にしてもよい。
【0093】
また、上述の各実施形態においては、反射部材２２又は透光性部材２３の第２面２５によって反射された光が、反射型偏光部材２１又は透光性部材２３の第１面２４を透過する例を示したが、これには限定されない。光源ユニット１０と反射型偏光部材２１と反射部材２２の位置関係によっては、反射部材２２によって反射された光は反射型偏光部材２１を透過せずに、直接的または間接的にアイボックス２０１に入射してもよい。
【0094】
前述の各実施形態は、本発明を具現化した例であり、本発明はこれらの実施形態には限定されない。例えば、前述の各実施形態において、いくつかの構成要素又は工程を追加、削除又は変更したものも本発明に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【0095】
実施形態は、以下の態様を含む。
【0096】
（付記１）
画像を表示可能な表示装置と、
前記表示装置から出射した光が入射され、Ｐ偏光及びＳ偏光のいずれかを選択的に出射可能な液晶素子と、
前記液晶素子から出射された、Ｐ偏光及びＳ偏光のいずれか一方の光を反射し、他方の光を透過する反射型偏光部材と、
前記他方の光を前記反射型偏光部材によって反射された前記一方の光が進む方向と同一方向に反射する反射部材と、
を備えた映像表示装置。
画像を表示可能な表示装置と、
前記表示装置から出射した光が入射され、Ｐ偏光及びＳ偏光のいずれかを選択的に出射可能な液晶素子と、
前記液晶素子から出射された、Ｐ偏光及びＳ偏光のいずれか一方の光を反射し、他方の光を透過する反射型偏光部材と、
前記他方の光を前記反射型偏光部材によって反射された前記一方の光が進む方向と同一方向に反射する反射部材と、
を備えた映像表示装置。
【0097】
（付記２）
画像を表示可能な表示装置と、
前記表示装置から出射した光が入射され、Ｐ偏光及びＳ偏光のいずれかを選択的に出射可能な液晶素子と、
前記液晶素子から出射された光が入射する透光性部材と、
を備え、
前記透光性部材は、
前記液晶素子から出射された、Ｐ偏光及びＳ偏光のいずれか一方の光を反射し、他方の光を前記透光性部材内に入射させる第１面と、
前記他方の光を前記第１面によって反射された前記一方の光が進む方向と同一方向に反射する第２面と、
を有する映像表示装置。
画像を表示可能な表示装置と、
前記表示装置から出射した光が入射され、Ｐ偏光及びＳ偏光のいずれかを選択的に出射可能な液晶素子と、
前記液晶素子から出射された光が入射する透光性部材と、
を備え、
前記透光性部材は、
前記液晶素子から出射された、Ｐ偏光及びＳ偏光のいずれか一方の光を反射し、他方の光を前記透光性部材内に入射させる第１面と、
前記他方の光を前記第１面によって反射された前記一方の光が進む方向と同一方向に反射する第２面と、
を有する映像表示装置。
【0098】
（付記３）
前記液晶素子から出射した光が入射し、前記画像に応じた第１の像を形成する結像光学系をさらに備え、
前記結像光学系は、前記第１の像側において略テレセントリック性を有し、
前記表示装置から出射する光が略ランバーシアン配光を有する付記１または２に記載の映像表示装置。
前記液晶素子から出射した光が入射し、前記画像に応じた第１の像を形成する結像光学系をさらに備え、
前記結像光学系は、前記第１の像側において略テレセントリック性を有し、
前記表示装置から出射する光が略ランバーシアン配光を有する付記１または２に記載の映像表示装置。
【0099】
（付記４）
前記表示装置から出射する光は、前記表示装置から出射する光の光軸に対して角度θの方向の光度が前記光軸上の光度のｃｏｓｎθ倍で近似される配光パターンを有し、
前記ｎは０より大きい値である付記３に記載の映像表示装置。
前記表示装置から出射する光は、前記表示装置から出射する光の光軸に対して角度θの方向の光度が前記光軸上の光度のｃｏｓｎθ倍で近似される配光パターンを有し、
前記ｎは０より大きい値である付記３に記載の映像表示装置。
【0100】
（付記５）
前記ｎは、１１以下である付記４に記載の映像表示装置。
前記ｎは、１１以下である付記４に記載の映像表示装置。
【0101】
（付記６）
前記表示装置は、複数のＬＥＤ素子を有するＬＥＤディスプレイである付記３～５のいずれか１つに記載の映像表示装置。
前記表示装置は、複数のＬＥＤ素子を有するＬＥＤディスプレイである付記３～５のいずれか１つに記載の映像表示装置。
【0102】
（付記７）
前記ＬＥＤ素子から出射する光が、略ランバーシアン配光を有する付記６に記載の映像表示装置。
前記ＬＥＤ素子から出射する光が、略ランバーシアン配光を有する付記６に記載の映像表示装置。
【0103】
（付記８）
前記表示装置は、前記ＬＥＤ素子上に配置され、前記ＬＥＤ素子から出射する光が入射する波長変換部材をさらに有する付記６または７に記載の映像表示装置。
前記表示装置は、前記ＬＥＤ素子上に配置され、前記ＬＥＤ素子から出射する光が入射する波長変換部材をさらに有する付記６または７に記載の映像表示装置。
【0104】
（付記９）
前記結像光学系は、
前記液晶素子から出射した光が入射する入力素子を含み、前記表示装置において互いに異なる位置から出射して前記入力素子に入射する前に互いに交差して前記第１の像に至る複数の主光線同士が、前記第１の像の前後で略平行になるように前記複数の主光線を屈曲する屈曲部と、
前記入力素子を経由した光が入射する出力素子を含み、前記屈曲部を経由した前記複数の主光線が、前記第１の像の形成位置に向かうように前記複数の主光線の進行方向を変更する方向変更部と、
を有する付記３～８のいずれか１つに記載の映像表示装置。
前記結像光学系は、
前記液晶素子から出射した光が入射する入力素子を含み、前記表示装置において互いに異なる位置から出射して前記入力素子に入射する前に互いに交差して前記第１の像に至る複数の主光線同士が、前記第１の像の前後で略平行になるように前記複数の主光線を屈曲する屈曲部と、
前記入力素子を経由した光が入射する出力素子を含み、前記屈曲部を経由した前記複数の主光線が、前記第１の像の形成位置に向かうように前記複数の主光線の進行方向を変更する方向変更部と、
を有する付記３～８のいずれか１つに記載の映像表示装置。
【0105】
（付記１０）
前記液晶素子と前記結像光学系との間に配置され、前記液晶素子から前記結像光学系に向かう光の一部が通過する開口が設けられ、前記液晶素子から前記結像光学系に向かう光の他の一部を遮断する遮光部材をさらに備える付記３～９のいずれか１つに記載の映像表示装置。
前記液晶素子と前記結像光学系との間に配置され、前記液晶素子から前記結像光学系に向かう光の一部が通過する開口が設けられ、前記液晶素子から前記結像光学系に向かう光の他の一部を遮断する遮光部材をさらに備える付記３～９のいずれか１つに記載の映像表示装置。
【0106】
（付記１１）
車両と、
前記車両に搭載された付記１～１０のいずれか１つに記載の映像表示装置と、
を備えた自動車。
車両と、
前記車両に搭載された付記１～１０のいずれか１つに記載の映像表示装置と、
を備えた自動車。
【0107】
（付記１２）
前記画像がフロントウインドシールドより下部に視認可能である付記１１に記載の自動車。
前記画像がフロントウインドシールドより下部に視認可能である付記１１に記載の自動車。
【産業上の利用可能性】
【0108】
本発明は、例えば、ヘッドアップディスプレイなどに利用することができる。
【符号の説明】
【0109】
１、２、３ 映像表示装置
１０ 光源ユニット
１１ 表示装置
１１ｐ 画素
１２ 液晶素子
１２ａ 偏光板
１２ｂ 透明電極板
１２ｃ 液晶層
１２ｄ 透明電極板
１３ 入力素子
１３ａ ミラー面
１４ 中間素子
１４ａ ミラー面
１５ 出力素子
１５ａ ミラー面
１６ 屈曲部
１７ 方向変更部
１８ 結像光学系
１９ 遮光部材
１９ａ 開口
２０ 反射ユニット
２１ 反射型偏光部材
２１ａ 透明板
２１ｂ 樹脂フィルム
２１ｃ 金属ワイヤ
２２ 反射部材
２２ａ 反射面
２３ 透光性部材
２４ 第１面
２５ 第２面
３０ 光源ユニット
１００ 自動車
１０１ 車両
１０２ 天井板
１０３ 穴
１０４ フロントウインドシールド
１０５ ダッシュボード
１１１ 基板
１１２ ＬＥＤ素子
１１２ａ 半導体積層体
１１２ｂ アノード電極
１１２ｂ、１１２ｃ 電極
１１２ｃ カソード電極
１１２ｐ１ ｐ型半導体層
１１２ｐ２ 活性層
１１２ｐ３ ｎ型半導体層
１１２ｓ 光出射面
１１２ｔ 凹部
１１８ａ 配線
１１８ｂ 配線
２００ 視認者
２０１ アイボックス
７１０ 表示装置
７１２ ＬＥＤ素子
７１２ｐ３ ｎ型半導体層
７１４ 保護層
７１５ 波長変換部材
７１６ カラーフィルタ
２０１１ 光源ユニット
２１１０ 表示装置
２１１０ｐ 画素
２１１０ｓ 光出射面
２１２０ 結像光学系
Ｃ 光軸
Ｆ 焦点
ＩＭ、ＩＭＰ、ＩＭＳ 画像
ＩＭ１ 第１の像
ＩＭ２Ｐ、ＩＭ２Ｓ 虚像（第２の像）
Ｌ 主光線
Ｐ 位置
Ｐ１ 第１平面
Ｐ２ 第２平面
ａ１、ａ２ 点
θ 角度
１０ 光源ユニット
１１ 表示装置
１１ｐ 画素
１２ 液晶素子
１２ａ 偏光板
１２ｂ 透明電極板
１２ｃ 液晶層
１２ｄ 透明電極板
１３ 入力素子
１３ａ ミラー面
１４ 中間素子
１４ａ ミラー面
１５ 出力素子
１５ａ ミラー面
１６ 屈曲部
１７ 方向変更部
１８ 結像光学系
１９ 遮光部材
１９ａ 開口
２０ 反射ユニット
２１ 反射型偏光部材
２１ａ 透明板
２１ｂ 樹脂フィルム
２１ｃ 金属ワイヤ
２２ 反射部材
２２ａ 反射面
２３ 透光性部材
２４ 第１面
２５ 第２面
３０ 光源ユニット
１００ 自動車
１０１ 車両
１０２ 天井板
１０３ 穴
１０４ フロントウインドシールド
１０５ ダッシュボード
１１１ 基板
１１２ ＬＥＤ素子
１１２ａ 半導体積層体
１１２ｂ アノード電極
１１２ｂ、１１２ｃ 電極
１１２ｃ カソード電極
１１２ｐ１ ｐ型半導体層
１１２ｐ２ 活性層
１１２ｐ３ ｎ型半導体層
１１２ｓ 光出射面
１１２ｔ 凹部
１１８ａ 配線
１１８ｂ 配線
２００ 視認者
２０１ アイボックス
７１０ 表示装置
７１２ ＬＥＤ素子
７１２ｐ３ ｎ型半導体層
７１４ 保護層
７１５ 波長変換部材
７１６ カラーフィルタ
２０１１ 光源ユニット
２１１０ 表示装置
２１１０ｐ 画素
２１１０ｓ 光出射面
２１２０ 結像光学系
Ｃ 光軸
Ｆ 焦点
ＩＭ、ＩＭＰ、ＩＭＳ 画像
ＩＭ１ 第１の像
ＩＭ２Ｐ、ＩＭ２Ｓ 虚像（第２の像）
Ｌ 主光線
Ｐ 位置
Ｐ１ 第１平面
Ｐ２ 第２平面
ａ１、ａ２ 点
θ 角度
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】