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WO2013005278A1 - 表示装置 - Google Patents

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WO2013005278A1
WO2013005278A1 PCT/JP2011/065187 JP2011065187W WO2013005278A1 WO 2013005278 A1 WO2013005278 A1 WO 2013005278A1 JP 2011065187 W JP2011065187 W JP 2011065187W WO 2013005278 A1 WO2013005278 A1 WO 2013005278A1
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WO
WIPO (PCT)
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angle
image forming
image
epe
display device
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/065187
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
祥夫 棚橋
Original Assignee
パイオニア株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by パイオニア株式会社 filed Critical パイオニア株式会社
Priority to PCT/JP2011/065187 priority Critical patent/WO2013005278A1/ja
Priority to US14/129,358 priority patent/US20140145913A1/en
Priority to EP20110869139 priority patent/EP2728394A4/en
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
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    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
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    • G—PHYSICS
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    • G02B27/0149—Head-up displays characterised by mechanical features
    • G02B2027/0161—Head-up displays characterised by mechanical features characterised by the relative positioning of the constitutive elements

Definitions

  • the present invention relates to a display device for visually recognizing an image as a virtual image.
  • a display device such as a head-up display that allows a user to visually recognize an image as a virtual image from the position (eye point) of the user's eyes.
  • a display device such as a head-up display that allows a user to visually recognize an image as a virtual image from the position (eye point) of the user's eyes.
  • two concave mirrors for enlarging an image are provided in a light path from an image display device to an observer, and a virtual image is formed by reflecting the image of the image display device twice.
  • a technique for improving the magnification ratio of a virtual image and the shape distortion of a virtual image has been proposed.
  • the display surface of the image display element and the projection surface of the projection optical system are decentered in the YZ section, and the projection surface is a circle with a string directed toward the projection optical system side in the XZ section.
  • a projection optical system that has an arcuate curved surface and has at least one rotationally asymmetric correction optical surface that corrects image distortion has been
  • the virtual image tends to be distorted.
  • distortions having different shapes tend to occur in virtual images observed with the left and right eyes. In this case, the user may be fatigued.
  • the distortion of the virtual image can be reduced.
  • the entire head-up display becomes large, which is disadvantageous for mounting in the vehicle interior. There is a case.
  • an aspherical or free-form optical element is used as in Patent Document 2, it is known that the distortion of a virtual image can be made minute, but inexpensive manufacturing is difficult.
  • An object of the present invention is to provide a display device that can appropriately suppress distortion of a virtual image with a simple configuration.
  • the display device includes an image forming element that forms an image to be displayed, and an optical element that displays a virtual image by reflecting light emitted from the image forming element.
  • the first angle which is the angle of the image forming element with respect to the traveling direction of light traveling from the center of the image forming element to the center of the optical element, is such that distortion of the virtual image displayed by the optical element is reduced. It is set according to a second angle that is an angle of the optical element with respect to the traveling direction of the light.
  • the display device includes an image forming element that forms an image to be displayed, an optical element that displays a virtual image by reflecting light emitted from the image forming element, and the image formation.
  • a first angle changing means for changing an angle of the optical element with respect to a traveling direction of light traveling from the center of the element to the center of the optical element; and the virtual image resulting from a change in the angle of the optical element with respect to the traveling direction of the light.
  • Second angle changing means for changing the angle of the image forming element with respect to the traveling direction of the light so as to reduce the distortion of the light.
  • FIG. 1 shows an overall configuration of a display device according to a first embodiment.
  • the structure of a laser projector is shown.
  • the figure for demonstrating the tilt angle of EPE and a combiner is shown.
  • regulates the tilt angle of EPE and a combiner is shown.
  • the image formed in EPE in simulation is shown.
  • the figure for demonstrating the simulation conditions in an eyebox center is shown.
  • the example of a simulation result in the eyebox center in the first embodiment is shown.
  • the figure for demonstrating the simulation conditions with both eyes is shown.
  • the simulation result example with both eyes in 1st Example is shown.
  • the figure for demonstrating the reason which can suppress distortion of a virtual image by 1st Example is shown.
  • the relationship between the tilt angle of the EPE and the amount of distortion of the virtual image is shown for each radius of curvature of the combiner.
  • An example of simulation results when the tilt angle of the EPE is equal to the tilt angle of the combiner is shown.
  • the specific example of the arrangement state of a laser projector and EPE is shown.
  • amending the distortion of the image formed on EPE is shown.
  • the whole structure of the display apparatus which concerns on 3rd Example is shown.
  • the example of a simulation result in the eyebox center in 3rd Example is shown.
  • the simulation result example with both eyes in 3rd Example is shown.
  • the whole structure of the display apparatus which concerns on the modification 1 is shown.
  • the whole structure of the display apparatus which concerns on the modification 2 is shown.
  • the whole structure of the display apparatus which concerns on the modification 3 is shown.
  • An example of a simulation result when using a field lens according to Modification 4 is shown.
  • a display device includes: an image forming element that forms an image to be displayed; and an optical element that displays a virtual image by reflecting light emitted from the image forming element.
  • the first angle which is the angle of the image forming element with respect to the traveling direction of light traveling from the center of the image forming element to the center of the optical element, is reduced so that distortion of the virtual image displayed by the optical element is reduced. It is set according to a second angle which is an angle of the optical element with respect to the traveling direction of light.
  • the above display device is a device for visually recognizing an image as a virtual image.
  • the image forming element forms an image to be displayed, and the optical element displays a virtual image by reflecting the light emitted from the image forming element.
  • the “first angle” is defined as the angle of the image forming element with respect to the traveling direction of light traveling from the center of the image forming element to the center of the optical element
  • the “second angle” is defined from the center of the image forming element to the optical element. It is defined as the angle of the optical element with respect to the traveling direction of the light traveling toward the center.
  • the first angle of the image forming element is set according to the second angle of the optical element so that the distortion of the virtual image displayed by the optical element is reduced.
  • the image forming element is inclined by the first angle according to the second angle of the optical element so that the distortion of the virtual image is reduced. According to the display device, it is possible to appropriately suppress the distortion of the virtual image.
  • the angle of the image forming element with respect to the light traveling direction is changed so as to reduce distortion of the virtual image due to a change in the angle of the optical element with respect to the light traveling direction.
  • Angle changing means is further provided.
  • the display device further includes means for changing the angle of the optical element.
  • the first angle is set to be larger than the second angle. Therefore, distortion of a virtual image can be suppressed effectively.
  • the first angle is set to be approximately twice the second angle.
  • distortion of a virtual image can be controlled more effectively.
  • the trapezoidal distortion of the virtual image, the difference in the aspect ratio between the image formed on the image forming element and the virtual image, and the difference in the shape of the virtual image observed with both eyes can be appropriately suppressed. Further, by suppressing the difference in the shape of the virtual image observed with both eyes, it becomes easy to correct the distortion of the virtual image by image processing.
  • the optical element has a concave shape in the traveling direction of the light emitted from the image forming element, and the image forming element has a planar shape.
  • the angle changing means reduces the trapezoidal distortion of the virtual image and / or the difference in aspect ratio between the image formed on the image forming element and the virtual image.
  • the angle of the image forming element with respect to the traveling direction can be changed.
  • the angle changing unit is configured to form the image with respect to the traveling direction of the light while maintaining a relative angular relationship between the image forming element and the optical element under a predetermined condition.
  • the angle of the element is changed. More preferably, the angle changing unit changes the angle of the image forming element with respect to the light traveling direction to approximately twice the angle of the optical element with respect to the light traveling direction.
  • a virtual image distortion correction element is disposed between the image forming element and the optical element.
  • the virtual image distortion correction element corrects bow distortion of the virtual image caused by the curvature of the optical element.
  • the image forming element is an exit pupil enlarging element that enlarges an exit pupil of light emitted from a light source.
  • the exit pupil enlarging element is a microlens array in which a plurality of microlenses are arranged.
  • the display device further includes correction means for correcting distortion of an image formed on the image forming element by light emitted from the light source.
  • the correction unit corrects distortion of the image caused by an angle of light emitted from the light source with respect to the image forming element.
  • a liquid crystal display or an organic EL display can be used as the image forming element.
  • the first angle is perpendicular to the traveling direction of light traveling from the center of the image forming element to the center of the optical element, and with respect to an axis passing through the center of the image forming element.
  • An angle formed by a forming element, and the second angle is perpendicular to a traveling direction of light traveling from the center of the image forming element to the center of the optical element and passes through the center of the optical element. The angle formed by the optical element.
  • the display device includes an image forming element that forms an image to be displayed, an optical element that displays a virtual image by reflecting light emitted from the image forming element, and the image forming element.
  • First angle changing means for changing the angle of the optical element with respect to the traveling direction of light traveling from the center of the optical element to the center of the optical element, and the virtual image resulting from the change in the angle of the optical element with respect to the traveling direction of the light
  • Second angle changing means for changing an angle of the image forming element with respect to a traveling direction of the light so as to reduce distortion.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing an overall configuration of a display device 100 according to the first embodiment. Here, the outline
  • the display device 100 mainly includes a laser projector 1, an exit pupil expanding element (hereinafter, appropriately referred to as “EPE (Exit-Pupil Expander)”) 11, A field lens 12 and a combiner 13 are included.
  • the display device 100 is a device that visually recognizes an image as a virtual image from the position (eye point) of the user's eyes.
  • the display device 100 is used as a head-up display, for example.
  • the laser projector 1 includes a red, green, and blue laser light source, a scanning mechanism that scans laser light emitted from the laser light source, and a control unit that controls these.
  • the light emitted from the laser projector 1 enters the EPE 11. Details of the laser projector 1 will be described later.
  • the EPE 11 enlarges the exit pupil of the light emitted from the laser projector 1 and forms an intermediate image of the image presented to the user.
  • the EPE 11 is a microlens array in which a plurality of microlenses are arranged.
  • the light emitted from the EPE 11 enters the field lens 12.
  • the EPE 11 corresponds to an example of the “image forming element” in the present invention. Note that an image without distortion is formed on the EPE 11 as an intermediate image.
  • the field lens 12 is a lens disposed on the exit side of the EPE 11.
  • the field lens 12 has a planar surface on which light from the EPE 11 is incident (that is, an incident surface), and a convex surface having a spherical surface on the side opposite to the surface on which the light from the EPE 11 is incident (that is, an exit surface). It is configured in shape.
  • the field lens 12 is spaced apart from the EPE 11 so that the planar surface is parallel to the surface of the EPE 11.
  • the field lens 12 is arranged such that an axis connecting the center of the field lens 12 and the center of the EPE 11 is parallel to an axis extending in the vertical direction of the EPE 11.
  • the light emitted from the field lens 12 enters the combiner 13.
  • the field lens 12 corresponds to an example of a “virtual image distortion correction element” in the present invention.
  • the combiner 13 is a half mirror that displays the image corresponding to the incident light as an enlarged virtual image by reflecting the light from the field lens 12.
  • the combiner 13 is configured to have a concave surface having a spherical surface on which light from the field lens 12 is incident (that is, an incident surface).
  • the user observes a virtual image from an eye point that is a predetermined distance away from the combiner 13.
  • the combiner 13 corresponds to an example of the “optical element” in the present invention.
  • the EPE 11 and the field lens 12 are integrated with the laser projector 1. That is, in the display device 100, the laser projector 1, the EPE 11, and the field lens 12 are not configured separately, but the laser projector 1, the EPE 11, and the field lens 12 are configured as an integrated device.
  • the laser projector 1 includes an image signal input unit 2, a video ASIC 3, a frame memory 4, a ROM 5, a RAM 6, a laser driver ASIC 7, a MEMS control unit 8, and a laser light source unit 9.
  • the MEMS mirror 10 is provided.
  • the image signal input unit 2 receives an image signal input from the outside and outputs it to the video ASIC 3.
  • the video ASIC 3 is a block that controls the laser driver ASIC 7 and the MEMS control unit 8 based on the image signal input from the image signal input unit 2 and the scanning position information Sc input from the MEMS mirror 10, and is ASIC (Application Specific Integrated). Circuit).
  • the video ASIC 3 includes a synchronization / image separation unit 31, a bit data conversion unit 32, a light emission pattern conversion unit 33, and a timing controller 34.
  • the synchronization / image separation unit 31 separates the image data displayed on the EPE 11 serving as the image display unit and the synchronization signal from the image signal input from the image signal input unit 2 and writes the image data to the frame memory 4.
  • the bit data converter 32 reads the image data written in the frame memory 4 and converts it into bit data.
  • the light emission pattern conversion unit 33 converts the bit data converted by the bit data conversion unit 32 into a signal representing the light emission pattern of each laser.
  • the timing controller 34 controls the operation timing of the synchronization / image separation unit 31 and the bit data conversion unit 32.
  • the timing controller 34 also controls the operation timing of the MEMS control unit 8 described later.
  • the image data separated by the synchronization / image separation unit 31 is written.
  • the ROM 5 stores a control program and data for operating the video ASIC 3. Various data are sequentially read from and written into the RAM 6 as a work memory when the video ASIC 3 operates.
  • the laser driver ASIC 7 is a block that generates a signal for driving a laser diode provided in a laser light source unit 9 described later, and is configured as an ASIC.
  • the laser driver ASIC 7 includes a red laser driving circuit 71, a blue laser driving circuit 72, and a green laser driving circuit 73.
  • the red laser driving circuit 71 drives the red laser LD1 based on the signal output from the light emission pattern conversion unit 33.
  • the blue laser drive circuit 72 drives the blue laser LD2 based on the signal output from the light emission pattern conversion unit 33.
  • the green laser drive circuit 73 drives the green laser LD3 based on the signal output from the light emission pattern conversion unit 33.
  • the MEMS control unit 8 controls the MEMS mirror 10 based on a signal output from the timing controller 34.
  • the MEMS control unit 8 includes a servo circuit 81 and a driver circuit 82.
  • the servo circuit 81 controls the operation of the MEMS mirror 10 based on a signal from the timing controller.
  • the driver circuit 82 amplifies the control signal of the MEMS mirror 10 output from the servo circuit 81 to a predetermined level and outputs the amplified signal.
  • the laser light source unit 9 emits laser light to the MEMS mirror 10 based on the drive signal output from the laser driver ASIC 7.
  • the MEMS mirror 10 as a scanning unit reflects the laser light emitted from the laser light source unit 9 toward the EPE 11. By doing so, the MEMS mirror 10 forms an image to be displayed on the EPE 11.
  • the MEMS mirror 10 moves so as to scan on the EPE 11 under the control of the MEMS control unit 8 in order to display an image input to the image signal input unit 2, and scan position information (for example, at that time) Information such as the angle of the mirror) is output to the video ASIC 3.
  • the laser light source unit 9 includes a case 91, a wavelength selective element 92, a collimator lens 93, a red laser LD1, a blue laser LD2, a green laser LD3, a monitor light receiving element (hereinafter simply referred to as “light receiving element”). 50).
  • light receiving element a monitor light receiving element
  • the red laser LD1, the blue laser LD2, and the green laser LD3 are not distinguished, they are simply referred to as “laser LD”.
  • the case 91 is formed in a substantially box shape with resin or the like.
  • the case 91 is provided with a hole penetrating into the case 91 and a CAN attachment portion 91a having a concave cross section, and a surface perpendicular to the CAN attachment portion 91a. A hole penetrating inward is formed, and a collimator mounting portion 91b having a concave cross section is formed.
  • the wavelength-selective element 92 as a synthesis element is configured by, for example, a trichromatic prism, and is provided with a reflective surface 92a and a reflective surface 92b.
  • the reflection surface 92a transmits the laser light emitted from the red laser LD1 toward the collimator lens 93, and reflects the laser light emitted from the blue laser LD2 toward the collimator lens 93.
  • the reflecting surface 92b transmits most of the laser light emitted from the red laser LD1 and the blue laser LD2 toward the collimator lens 93 and reflects a part thereof toward the light receiving element 50.
  • the reflection surface 92 b reflects most of the laser light emitted from the green laser LD 3 toward the collimator lens 93 and transmits part of the laser light toward the light receiving element 50. In this way, the emitted light from each laser is superimposed and incident on the collimator lens 93 and the light receiving element 50.
  • the wavelength selective element 92 is provided in the vicinity of the collimator mounting portion 91b in the case 91.
  • the collimator lens 93 converts the laser light incident from the wavelength selective element 92 into parallel light and emits it to the MEMS mirror 10.
  • the collimator lens 93 is fixed to the collimator mounting portion 91b of the case 91 with a UV adhesive or the like. That is, the collimator lens 93 is provided after the synthesis element.
  • the red laser LD1 as a laser light source emits red laser light.
  • the red laser LD1 is fixed at a position that is coaxial with the wavelength selective element 92 and the collimator lens 93 in the case 91 while the semiconductor laser light source is in the chip state or the chip is mounted on a submount or the like.
  • a blue laser LD2 as a laser light source emits blue laser light.
  • the blue laser LD2 is fixed at a position where the emitted laser light can be reflected toward the collimator lens 93 by the reflecting surface 92a while the semiconductor laser light source is in the chip state or the chip is mounted on the submount or the like.
  • the positions of the red laser LD1 and the blue laser LD2 may be switched.
  • the green laser LD3 as a laser light source is in a state of being attached to the CAN package or in a state of being attached to the frame package, and emits green laser light.
  • the green laser LD 3 has a semiconductor laser light source chip B that generates green laser light in a CAN package, and is fixed to a CAN mounting portion 91 a of the case 91.
  • the light receiving element 50 receives a part of the laser light emitted from each laser light source.
  • the light receiving element 50 is a photoelectric conversion element such as a photodetector, and supplies a detection signal Sd, which is an electrical signal corresponding to the amount of incident laser light, to the laser driver ASIC 7.
  • the tilt angle ⁇ of the EPE 11 and the tilt angle ⁇ of the combiner 13 will be described with reference to FIG. Note that the tilt angle ⁇ corresponds to a “first angle” in the present invention, and the tilt angle ⁇ corresponds to a “second angle” in the present invention.
  • an axis a corresponding to a line connecting the center C1 of the EPE 11 and the center C2 of the combiner 13 is defined.
  • the angle at which the EPE 11 is inclined with respect to the axis b perpendicular to the axis a and the axis d perpendicular to the axis a and passing through the center C1 of the EPE 11 is the tilt angle of the EPE 11. Define as ⁇ .
  • the angle at which the combiner 13 is inclined with respect to the axis c that intersects the axis a and intersects the axis e parallel to the axis d and passes through the center C2 of the combiner 13 is defined.
  • the tilt angles ⁇ and ⁇ are defined as “positive” in the counterclockwise direction with respect to the respective axes c and b.
  • the field lens 12 is arranged so that the plane-shaped surface thereof is parallel to the surface of the EPE 11, the field lens 12 is also tilted with respect to the axis orthogonal to the axis a, like the EPE 11. Tilt at an angle ⁇ .
  • the above-mentioned axis a will be supplemented.
  • the “center C1” in the EPE 11 is defined as the center of the image formed on the EPE 11, and the “center C2” in the combiner 13 is a virtual image from the eye point. Is defined as the intersection of the line-of-sight direction looking at the center C ⁇ b> 3 and the reflecting surface of the combiner 13.
  • the axis a is defined as a line connecting the centers C1 and C2. Even when the field lens 12 is used, the definition of the axis a is still a line connecting the center C1 and the center C2.
  • the tilt angle ⁇ of the EPE 11 is set from the viewpoint of suppressing the distortion of the virtual image displayed by the combiner 13 (for example, from the viewpoint of suppressing the difference in the shape of the virtual image observed by the left and right eyes). This is set based on the tilt angle ⁇ of the combiner 13. Specifically, the tilt angle ⁇ of the EPE 11 is set to approximately twice the tilt angle ⁇ of the combiner 13 ( ⁇ 2 ⁇ ). In other words, the EPE 11 is installed to be inclined with respect to the axis b by an angle that is approximately twice the angle at which the combiner 13 is inclined with respect to the axis c.
  • the tilt angle ⁇ of the combiner 13 is 12 degrees.
  • the distance between the EPE 11 and the plane of the field lens 12 is 2 mm.
  • -Distance Y1 170 mm between the center C1 of the EPE 11 and the center C2 of the combiner 13
  • -Distance Y2 between the center C2 of the combiner 13 and the eye point: 500 mm
  • the size of the intermediate image formed on the EPE 11 horizontal length 75 mm ⁇ vertical length 25 mm (The intermediate image has a lattice in which squares without distortion are arranged as shown in FIG.
  • FIG. 7 shows an example of simulation results at the eyebox center.
  • the virtual image obtained by the simulation is indicated by a solid line
  • the shape of the reference screen for comparison of the virtual image size and shape is indicated by a one-dot chain line.
  • the size of the reference screen is “horizontal length 450 (mm) ⁇ vertical length 150 (mm)”.
  • FIG. 7A shows an example of a simulation result when the field lens 12 is not installed between the EPE 11 and the combiner 13.
  • FIG. 7A shows that the virtual image is distorted. Specifically, it can be seen that a trapezoidal distortion of a virtual image and a bow distortion of the virtual image are generated.
  • FIG. 7B shows an example of simulation results when the field lens 12 is not installed between the EPE 11 and the combiner 13. From FIG. 7B, it can be seen that the trapezoidal distortion of the virtual image is appropriately removed as compared with FIG. 7A.
  • FIG. 7C shows a simulation result example when the field lens 12 is installed between the EPE 11 and the combiner 13. From FIG. 7 (c), it can be seen that the bow distortion of the virtual image is appropriately removed as compared with FIG. 7 (b).
  • FIG. 9 shows an example of a simulation result with both eyes.
  • the virtual image obtained from the simulation is indicated by a solid line and a broken line
  • the shape of the reference screen is indicated by a one-dot chain line.
  • a virtual image observed with the left eye is indicated by a solid line
  • a virtual image observed with the right eye is indicated by a broken line.
  • FIG. 9A shows an example of a simulation result when the field lens 12 is not installed between the EPE 11 and the combiner 13. It can be seen from FIG. 9A that virtual image distortion such as trapezoidal distortion and bow distortion occurs. It can also be seen that the shape of the distortion of the virtual image observed with the left eye is different from the shape of the distortion of the virtual image observed with the right eye.
  • FIG. 9B shows an example of a simulation result when the field lens 12 is not installed between the EPE 11 and the combiner 13. From FIG. 9B, it can be seen that the trapezoidal distortion of the virtual image is appropriately removed as compared with FIG. 9A. Moreover, it turns out that the difference in the shape of the virtual image observed with each of both eyes is suppressed appropriately.
  • FIG. 9C shows a simulation result example when the field lens 12 is installed between the EPE 11 and the combiner 13. From FIG. 9 (c), it can be seen that the bow distortion of the virtual image is appropriately removed as compared with FIG. 9 (b). Further, it can be seen that the state in which the difference in the shape of the virtual image with both eyes is suppressed as shown in FIG. 9B is appropriately maintained.
  • the distortion of the virtual image can be appropriately suppressed by setting the tilt angle ⁇ of the EPE 11 to be approximately twice the tilt angle ⁇ of the combiner 13. Specifically, the trapezoidal distortion of the virtual image and the difference in the shape of the virtual image observed with both eyes can be appropriately suppressed. Further, according to the first embodiment, by inserting the field lens 12 on the exit side of the EPE 11, it is possible to appropriately suppress the bow distortion of the virtual image.
  • FIG. 10A shows a side view of the EPE 11 and the combiner 13.
  • FIG.10 (b) shows the top view of EPE11 and the combiner 13 observed from the direction shown by arrow A1 in Fig.10 (a).
  • 10A and 10B when the tilt angle ⁇ of the EPE 11 is set to “0 degree”, that is, the tilt angle ⁇ of the EPE 11 is not set to approximately twice the tilt angle ⁇ of the combiner 13. Indicates the state of the case. In this case, as shown in FIG.
  • the position of the surface of the combiner 13 to which the light beam 1 emitted from the upper part of the EPE 11 arrives is a position indicated by reference numeral 13a
  • the light beam 2 emitted from the lower part of the EPE 11 The position of the surface of the combiner 13 that reaches is a position as indicated by reference numeral 13b. From this, it can be seen that the distance until the light beam 2 reaches the surface of the combiner 13 is longer than the distance until the light beam 1 reaches the surface of the combiner 13. Due to such a difference in distance, the height of the light ray in the horizontal direction that hits the surface of the combiner 13 is increased, and it is assumed that the virtual image distortion spreading downward is generated.
  • FIG. 10C is a side view of the EPE 11 and the combiner 13 when the tilt angle ⁇ of the EPE 11 is set to be approximately twice the tilt angle ⁇ of the combiner 13.
  • the distance until the light beam 1 emitted from the upper part of the EPE 11 reaches the surface of the combiner 13 and the distance until the light beam 2 emitted from the lower part of the EPE 11 reaches the surface of the combiner 13 are: It becomes almost equal. Therefore, it is considered that the distortion of the virtual image as described above is reduced.
  • the tilt angle ⁇ of the EPE 11 is not limited to being set to twice the tilt angle ⁇ of the combiner 13. As described above, since the distortion of the virtual image can be reduced if the distances until the light beams emitted from various places of the EPE 11 reach the surface of the combiner 13 are substantially equal, in one example, the EPE 11 The tilt angle ⁇ of the EPE 11 can be set according to the tilt angle ⁇ of the combiner 13 so that the distances until the light beams emitted from various places reach the surface of the combiner 13 are substantially equal. For example, the tilt angle ⁇ of the EPE 11 can be set to an angle that is at least larger than the tilt angle ⁇ of the combiner 13.
  • the tilt angle ⁇ of the EPE 11 may be twice the tilt angle ⁇ of the combiner 13.
  • the tilt angle ⁇ of the EPE 11 may not be strictly set to twice the tilt angle ⁇ of the combiner 13, and the tilt angle ⁇ of the EPE 11 may be set to an angle close to twice the tilt angle ⁇ of the combiner 13. good. If the tilt angle ⁇ of the EPE 11 is approximately twice the tilt angle ⁇ of the combiner 13, it is assumed that the distances until the light beams emitted from various parts of the EPE 11 reach the surface of the combiner 13 are approximately equal. Because it is done.
  • the result when the radius of curvature of the combiner 13 is 400 mm is compared with the result when the radius of curvature of the combiner 13 is 500 mm.
  • the simulation is performed using the following parameters. A case where the radius of curvature of the combiner 13 is 400 mm is appropriately expressed as “R400”, and a case where the radius of curvature of the combiner 13 is 500 mm is appropriately expressed as “R500”.
  • FIG. 11 shows an example of a simulation result of R400 and R500.
  • FIG. 11A shows the amount of distortion of the virtual image at R400 and R500 when the tilt angle of the EPE 11 is set to various values.
  • the “distortion amount of the virtual image” is as indicated by the solid line arrow X2 in FIGS. 11B and 11C with respect to the vertical line of the frame as shown by the one-dot chain line X1 in FIGS. 11B and 11C. It is defined by the absolute value of the angle of the vertical line at the end of the virtual image.
  • FIG. 11A shows the amount of distortion of the virtual image at R400 and R500 when the tilt angle of the EPE 11 is set to various values.
  • the “distortion amount of the virtual image” is as indicated by the solid line arrow X2 in FIGS. 11B and 11C with respect to the vertical line of the frame as shown by the one-dot chain line X1 in FIGS. 11B and 11C. It is defined by the absolute
  • FIG. 11B shows the virtual image distortion observed at the eye box center when the tilt angle ⁇ of the EPE 11 is set to 0 degree when R400 is used
  • FIG. 11C uses R400.
  • the virtual image distortion observed at the eye box center when the tilt angle ⁇ of the EPE 11 is set to 32 degrees is shown.
  • the tilt angle ⁇ of the EPE 11 that minimizes the amount of distortion of the virtual image is 24 degrees (twice the tilt angle ⁇ of the combiner 13) regardless of whether the radius of curvature of the combiner 13 is 400 mm or 500 mm. . That is, it can be said that the optimum setting value regarding the tilt angle ⁇ of the EPE 11 does not change even if the curvature radius of the combiner 13 is 400 mm or 500 mm.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining that the distortion of the virtual image is reduced even when the tilt angle ⁇ of the EPE 11 is set to be equal to the tilt angle ⁇ of the combiner.
  • FIG. 12A shows an example of the R400 simulation result
  • FIG. 12B shows an example of the R500 simulation result.
  • FIG. 12A shows the virtual image distortion observed at the eye box center when the tilt angle ⁇ of the EPE 11 is set to 12 degrees when R400 is used
  • FIG. The virtual image distortion observed at the eye box center when the tilt angle ⁇ of the EPE 11 is set to 12 degrees when R500 is used.
  • the simulation parameters are the same as those used in the simulation shown in FIG.
  • the distortion of the virtual image can be reduced to some extent even when the tilt angle ⁇ of the EPE 11 is set to the same level as the tilt angle ⁇ of the combiner. If the tilt angle ⁇ of the EPE 11 is further increased from this state, it is presumed that the distortion of the virtual image is further reduced.
  • the second embodiment is different from the first embodiment in that the distortion of the image formed on the EPE 11 is corrected by the light emitted from the laser projector 1. Specifically, in the second embodiment, the light emitted from the laser projector 1 does not enter the EPE 11 vertically when the light emitted from the laser projector 1 does not enter the EPE 11 vertically. The distortion of the image formed on the EPE 11 that may be caused by this is corrected.
  • the configuration not particularly described here is the same as that of the first embodiment.
  • the configuration in which the tilt angle ⁇ of the EPE 11 is set to approximately twice the tilt angle ⁇ of the combiner 13 is also applied to the second embodiment.
  • FIG. 13 shows a specific example of the arrangement state of the laser projector 1 and the EPE 11.
  • FIG. 13A shows an arrangement state in which light from the laser projector 1 enters the EPE 11 perpendicularly. In this arrangement state, light for drawing the center of the image is projected perpendicularly from the laser projector 1 to the EPE 11.
  • FIG. 13B shows an arrangement state in which light from the laser projector 1 does not enter the EPE 11 perpendicularly. In this arrangement state, light for drawing the center of the image is projected obliquely from the laser projector 1 to the EPE 11 at a predetermined incident angle ( ⁇ 0 degree).
  • trapezoidal distortion may occur in an image formed on the EPE 11 (meaning a real image; the same shall apply hereinafter).
  • processing for correcting such trapezoidal distortion is performed.
  • the arrangement state shown in FIG. 13A basically, trapezoidal distortion does not occur in the image formed on the EPE 11.
  • the arrangement state of FIG. 13A it is difficult to ensure the head clearance when the display device 100 is installed in the upper portion of the vehicle interior. Therefore, it can be said that the arrangement state of FIG. 13B is more advantageous than the arrangement state of FIG. 13A from the viewpoint of securing the head clearance when the display device 100 is installed in the upper part of the vehicle interior.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining a method of correcting the trapezoidal distortion of an image formed on the EPE 11.
  • FIG. 14A shows a specific example of trapezoidal distortion of an image formed on the EPE 11 that can occur when the arrangement state shown in FIG. 13B is applied.
  • an image that cancels such trapezoidal distortion is drawn on the EPE 11 by the laser projector 1.
  • an image whose length gradually changes from the upper side to the lower side as shown in FIG. 14B is drawn on the EPE 11 by compressing the vertical width of the input image. Forms a lattice image without distortion as shown in FIG.
  • the laser driver ASIC 7 (see FIG. 2) in the laser projector 1 performs control to change the light emission period of the laser LD in the laser light source unit 9 (that is, control to change the timing at which the laser LD emits light). Then, an image as shown in FIG. 14B is drawn by the laser projector 1 so that the number of pixels does not change in any horizontal line of the image formed on the EPE 11. In this example, the laser driver ASIC 7 performs control so that the light emission period of the laser LD gradually decreases from the top to the bottom of the image formed on the EPE 11 (in other words, the bottom of the image formed on the EPE 11). From the top to the top, control is performed so that the light emission period of the laser LD gradually increases).
  • the MEMS control unit 8 controls the MEMS mirror 10 to reduce the interval between horizontal lines to be drawn with respect to the input image, in other words, to increase the line density.
  • the video ASIC 3 (see FIG. 2) in the laser projector 1 performs image processing on the image input from the image signal input unit 2 to obtain an image as shown in FIG. Draw on EPE11.
  • the video ASIC 3 performs image processing for transforming the original image input from the image signal input unit 2 into an image as shown in FIG.
  • the laser driver ASIC 7 and the video ASIC 3 in the laser projector 1 correspond to an example of “correction means” in the present invention.
  • the display device 100 when the display device 100 is installed in the vehicle interior, it is possible to adopt an appropriate arrangement that ensures head clearance while suppressing the occurrence of problems such as distortion of the image formed on the EPE 11. Become.
  • the tilt angle ⁇ of the EPE 11 is automatically changed according to the changed tilt angle ⁇ . And different. Specifically, in the third embodiment, control is performed to change the tilt angle ⁇ of the EPE 11 while maintaining the relative angular relationship between the EPE 11 and the combiner 13 under a predetermined condition. Specifically, control is performed to change the tilt angle ⁇ of the EPE 11 in accordance with the change of the tilt angle ⁇ of the combiner 13 so that the condition “ ⁇ 2 ⁇ ” is satisfied.
  • the driver when the display device is installed and used in the passenger compartment, the driver's eye point varies depending on the driver's sitting height, seat position, and the like, so the driver adjusts the tilt angle ⁇ of the combiner 13. There is a tendency. Therefore, in the third embodiment, assuming that the driver changes the tilt angle ⁇ of the combiner 13, when the tilt angle ⁇ is changed, the tilt angle ⁇ of the EPE 11 is automatically changed accordingly. It was.
  • FIG. 15 is a block diagram schematically showing the overall configuration of the display apparatus 101 according to the third embodiment.
  • symbol is attached
  • the display device 101 according to the third embodiment is different from the display device 100 according to the first embodiment in that it includes a laser projector 1a instead of the laser projector 1 and also includes an angle sensor 15 and an actuator 16.
  • the angle sensor 15 detects the tilt angle ⁇ of the combiner 13.
  • the actuator 16 performs control to change the tilt angle ⁇ of the EPE 11.
  • the laser projector 1a includes the same components (see FIG. 2) as the laser projector 1, and also includes a control unit 1aa that controls the actuator 16.
  • the control unit 1aa in the laser projector 1 acquires a detection signal S15 corresponding to the tilt angle ⁇ detected by the angle sensor 15, and generates a control signal S16 for changing the tilt angle ⁇ of the EPE 11 based on the detection signal S15. Supply to the actuator 16. Specifically, the control unit 1aa performs control to set the tilt angle ⁇ of the EPE 11 to approximately twice the tilt angle ⁇ of the combiner 13. That is, when the tilt angle ⁇ of the combiner 13 is changed, the control unit 1aa performs control to change the tilt angle ⁇ of the EPE 11 to an angle approximately twice the changed tilt angle ⁇ .
  • the controller 1aa and the actuator 16 correspond to an example of “angle changing means” in the present invention.
  • FIG. 16 shows an example of a simulation result at the eye box center.
  • the virtual image obtained from the simulation is shown by a solid line
  • the shape of the reference screen is shown by a one-dot chain line.
  • An example of a simulation result in the case of maintaining the above is shown.
  • FIG. 16A shows an example of simulation results when the field lens 12 is not installed between the EPE 11 and the combiner 13. It can be seen from FIG. 16A that a virtual image is distorted. Specifically, when compared with the result in the initial state before changing the tilt angle ⁇ of the combiner 13 shown in FIG.
  • FIG. 16B shows a simulation result example when the field lens 12 is installed between the EPE 11 and the combiner 13. From FIG. 16 (b), compared with FIG. 16 (a), the bow distortion of the virtual image is suppressed, but the initial state before changing the tilt angle ⁇ of the combiner 13 shown in FIG. 7 (c). It can be seen that a new distortion of the virtual image is generated as compared with the result of.
  • An example of a simulation result when changed is shown.
  • FIG. 16C shows a simulation result example when the field lens 12 is not installed between the EPE 11 and the combiner 13.
  • FIG. 16C shows that the distortion of the virtual image is appropriately reduced as compared with FIG.
  • FIG. 16D shows a simulation result example when the field lens 12 is installed between the EPE 11 and the combiner 13. From FIG. 16D, it can be seen that the distortion of the virtual image is appropriately removed as compared with FIG. 16B. Further, as compared with FIG. 16C, it can be seen that the bow distortion of the virtual image is appropriately removed.
  • FIG. 17 shows an example of a simulation result with both eyes.
  • the virtual image obtained from the simulation is indicated by a solid line and a broken line
  • the shape of the reference screen is indicated by a one-dot chain line.
  • a virtual image observed with the left eye is indicated by a solid line
  • a virtual image observed with the right eye is indicated by a broken line.
  • FIG. 17A shows an example of a simulation result when the field lens 12 is not installed between the EPE 11 and the combiner 13. It can be seen from FIG. 17A that a virtual image is distorted. Specifically, when compared with the result in the initial state before changing the tilt angle ⁇ of the combiner 13 shown in FIG. 9B, new virtual image distortion occurs and It can be seen that the difference in the shape of the observed virtual image is large.
  • FIG. 17B shows an example of simulation results when the field lens 12 is installed between the EPE 11 and the combiner 13. From FIG. 17 (b), compared with FIG. 17 (a), the bow distortion of the virtual image is suppressed, but the initial state before changing the tilt angle ⁇ of the combiner 13 shown in FIG. 9 (c). Compared with the results in, it can be seen that a new distortion of the virtual image has occurred, and that the difference in the shape of the virtual image observed with both eyes has increased.
  • An example of a simulation result when changed is shown.
  • FIG. 17C shows a simulation result example when the field lens 12 is not installed between the EPE 11 and the combiner 13. From FIG. 17 (c), compared with FIG. 17 (a), the distortion of the virtual image is appropriately reduced, and the difference in the shape of the virtual image observed by each of both eyes is appropriately reduced. Recognize.
  • FIG. 17D shows a simulation result example when the field lens 12 is installed between the EPE 11 and the combiner 13. From FIG. 17D, compared to FIG. 17B, the distortion of the virtual image is appropriately reduced, and the difference in the shape of the virtual image observed with both eyes is appropriately reduced. Recognize. Further, as compared with FIG. 17C, it can be seen that the bow distortion of the virtual image is appropriately removed.
  • the tilt angle ⁇ of the EPE 11 is appropriately changed (specifically, approximately 2 of the changed tilt angle ⁇ ).
  • the distortion of the virtual image caused by the change in the tilt angle ⁇ of the combiner 13 can be appropriately suppressed.
  • the tilt angle ⁇ of the EPE 11 may not be strictly changed to twice the changed tilt angle ⁇ . That is, the tilt angle ⁇ of the EPE 11 may be changed to an angle near twice the tilt angle ⁇ after the change in the combiner 13.
  • the third embodiment can be implemented in combination with the second embodiment described above. That is, when the tilt angle ⁇ of the combiner 13 is changed, control is performed to change the tilt angle ⁇ of the EPE 11 to approximately twice the changed tilt angle ⁇ , and the light emitted from the laser projector 1 is controlled on the EPE 11. It is possible to perform processing for correcting the distortion of the image formed on the surface.
  • Modification 1 In the above-described embodiments, the display devices 100 and 101 configured to allow the user to look up the virtual image are shown, but the first modification relates to a display device configured to allow the user to look down on the virtual image.
  • FIG. 18 is a block diagram schematically showing the overall configuration of the display device 102 according to the first modification.
  • symbol is attached
  • the display device 102 according to the modified example 1 is different from the display device 100 according to the first example in that the virtual image can be observed when the user looks down.
  • the EPE 11 and the combiner 13 are tilted in the counterclockwise direction with respect to the axes b and c so that the virtual image can be observed when the user looks up.
  • the EPE 11 and the combiner 13 are rotated clockwise with respect to the axes b and c so that the virtual image can be observed when the user looks down. Tilt with tilt angles ⁇ and ⁇ .
  • the tilt angle ⁇ of the EPE 11 is set to approximately twice the tilt angle ⁇ of the combiner 13 as in the first embodiment (in the first modification, the axes b, c The clockwise direction is defined as “positive”).
  • Modification 2 is different from the above-described embodiment in that a mirror is provided between the EPE 11 and the combiner 13.
  • FIG. 19 is a block diagram schematically showing the overall configuration of the display device 103 according to the second modification.
  • symbol is attached
  • a plane mirror 19 is provided between the EPE 11 and the combiner 13.
  • the plane mirror 19 is disposed between the field lens 12 and the combiner 13.
  • the plane mirror 19 reflects the light from the field lens 12 and makes it incident on the combiner 13.
  • the plane mirror 19 makes light that has passed through the center of the EPE 11 enter at an incident angle of 45 degrees, and reflects the light at a reflection angle of 45 degrees to enter the center of the combiner 13.
  • Such a plane mirror 19 is provided from the viewpoint of shortening the overall length of the display device 103, for example.
  • an axis corresponding to the traveling direction of light incident on the plane mirror 19 from the center C1 of the EPE 11 is defined as “a1”
  • an axis corresponding to the traveling direction of light incident on the center C2 of the combiner 13 from the plane mirror 19. Is defined as “a2”.
  • the axis a1 and the axis a2 correspond to axes obtained by bending the axis a (see FIG. 3) connecting the center C1 of the EPE 11 and the center C2 of the combiner 13 described above.
  • an angle at which the EPE 11 is inclined with respect to the axis b1 that is orthogonal to the axis a1 and passes through the center C1 of the EPE 11 is defined as a tilt angle ⁇ of the EPE 11.
  • the angle at which the combiner 13 is tilted with respect to the axis c1 that is orthogonal to the axis a2 and passes through the center C2 of the combiner 13 is defined as the tilt angle ⁇ of the combiner 13.
  • the tilt angle ⁇ of the EPE 11 the counterclockwise direction with respect to the axis b 1 is defined as “positive”, and for the tilt angle ⁇ of the combiner 13, the clockwise direction with respect to the axis c 1 is defined as “positive”. It is defined as
  • the tilt angles ⁇ and ⁇ are defined in this way, the tilt angles ⁇ and ⁇ that can appropriately suppress the distortion of the virtual image are “ ⁇ 2 ⁇ ” as in the first embodiment. Therefore, also in the modified example 2, the tilt angle ⁇ of the EPE 11 is set to approximately twice the tilt angle ⁇ of the combiner 13.
  • the tilt angle ⁇ of the EPE 11 is set to approximately twice the tilt angle ⁇ of the combiner 13 (however, the direction in which the EPE 11 and the combiner 13 are tilted (clockwise or counterclockwise depending on the manner in which the mirror is provided). ) Will change).
  • Modification 3 is different from the above-described embodiment in that a liquid crystal display is used instead of the laser projector 1 and the EPE 11.
  • FIG. 20 is a block diagram schematically showing the overall configuration of the display device 104 according to the third modification.
  • symbol is attached
  • the display device 104 according to the modification 3 is different from the display device 100 according to the first embodiment in that it includes a liquid crystal display 200 instead of the laser projector 1 and the EPE 11.
  • the liquid crystal display 200 corresponds to an example of the “image forming element” of the present invention.
  • the liquid crystal display 200 is also disposed at a tilt angle ⁇ that is approximately twice the tilt angle ⁇ of the combiner 13 as in the first embodiment.
  • liquid crystal display 200 instead of the laser projector 1 and EPE11.
  • an organic EL display can be used in place of the laser projector 1 and the EPE 11.
  • the organic EL display corresponds to an example of the “image forming element” of the present invention.
  • the configuration of the field lens arranged on the emission side of the EPE 11 is different from the above-described embodiment.
  • the surface on which light from EPE 11 is incident that is, the incident surface
  • the surface opposite to the surface on which light from EPE 11 is incident. That is, the exit surface
  • the field lens according to Modification 4 has a biconvex spherical shape.
  • the field lens according to the modification 4 is arranged such that an axis connecting the center of the field lens and the center of the EPE 11 is parallel to an axis extending in the vertical direction of the EPE 11.
  • the light emitted from the field lens enters the combiner 13.
  • the field lens according to Modification 4 corresponds to an example of “virtual image distortion correction element” in the present invention.
  • FIG. 21 shows an example of a simulation result when the field lens according to Modification 4 is used. It is assumed that the simulation was performed using the following parameters. -Distance between EPE 11 and field lens entrance surface: 2 mm (EPE 11 and the center of the field lens coincide) -Distance Y1: 170 mm between the center C1 of the EPE 11 and the center C2 of the combiner 13 -Distance Y2 between the center C2 of the combiner 13 and the eye point: 500 mm -Curvature radius of combiner 13: 400 mm (combiner 13 is spherical) -Tilt ⁇ of the combiner 13: 12 degrees-Tilt ⁇ of the EPE 11: 24 degrees-Intermediate image size on the EPE 11: horizontal length 75 mm x vertical length 25 mm -Radius of curvature on the incident side of the field lens: 800mm -Radius of curvature on exit side of field lens: 170mm ⁇ Center thickness of field
  • 21A shows an example of a simulation result at the eye box center when the field lens according to the modification 4 is used
  • FIG. 21B shows the case when the field lens according to the modification 4 is used.
  • An example of simulation results with both eyes is shown. 21 (a) and 21 (b), it can be seen that virtual image distortion (such as bow distortion) can be appropriately suppressed even when a field lens configured with a biconvex spherical surface is used.
  • the present invention can be used for a display device that visually recognizes an image as a virtual image, such as a head-up display.

Landscapes

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Abstract

　表示装置は、表示すべき画像を形成する画像形成素子と、画像形成素子から出射された光を反射することで虚像を表示させる光学素子と、を備え、画像形成素子の中心から光学素子の中心へと進む光の進行方向に対する画像形成素子の角度である第１角度が、光学素子によって表示される虚像の歪みが小さくなるように、当該光の進行方向に対する光学素子の角度である第２角度に応じて設定されている。

Description

表示装置
　本発明は、虚像として画像を視認させる表示装置に関する。
　従来から、ユーザの目の位置（アイポイント）から虚像として画像を視認させるヘッドアップディスプレイなどの表示装置が知られている。例えば、特許文献１には、画像表示装置から観察者に至る光の経路に、画像を拡大するための凹面鏡を２枚設け、画像表示装置の画像を２回反射させて虚像を形成することで、虚像の拡大率や虚像の形状歪などを改善することを図った技術が提案されている。また、例えば特許文献２には、映像表示素子の表示面と投影光学系の投影面がＹ－Ｚ断面内で偏心し、投影面はＸ－Ｚ断面で投影光学系側に弦を向けた円弧状の曲面で構成され、像歪みを補正する少なくとも一つの回転非対称な補正光学面を有する投影光学系が提案されている。
　その他にも、本発明に関連する技術が、例えば特許文献３乃至５に提案されている。
特開平８－２９７２３号公報 特開２０１０－１６４９４４号公報 特許第３９１２２３４号公報 特許第３８５５４６１号公報 特開平６－２７０７１６号公報
　ところで、上記したようなヘッドアップディスプレイでは、例えば大きな画角を得るために曲率半径の小さな凹面ミラーをチルトして使用すると、虚像に歪みが生じる傾向にある。また、左右の眼で観察した虚像に、形状の異なる歪みが生じる傾向にある。この場合には、ユーザに疲労を与えてしまう可能性がある。上記の特許文献１に記載された反射面を２面使用する構成では、虚像の歪みを軽減することができるが、この構成ではヘッドアップディスプレイ全体が大きくなり、車室内への取り付けに不利となる場合がある。また、特許文献２のように非球面や自由曲面の光学素子を用いると、虚像の歪を微小にする事が可能であるが安価な製造が難しい事が知られている。
　本発明が解決しようとする課題は上記のようなものが例として挙げられる。本発明は、簡便な構成にて虚像の歪みを適切に抑制することが可能な表示装置を提供することを課題とする。
　請求項１に記載の発明では、表示装置は、表示すべき画像を形成する画像形成素子と、前記画像形成素子から出射された光を反射することで虚像を表示させる光学素子と、を備え、前記画像形成素子の中心から前記光学素子の中心へと進む光の進行方向に対する前記画像形成素子の角度である第１角度が、前記光学素子によって表示される前記虚像の歪みが小さくなるように、前記光の進行方向に対する前記光学素子の角度である第２角度に応じて設定されている。
　請求項１８に記載の発明では、表示装置は、表示すべき画像を形成する画像形成素子と、前記画像形成素子から出射された光を反射することで虚像を表示させる光学素子と、前記画像形成素子の中心から前記光学素子の中心へと進む光の進行方向に対する前記光学素子の角度を変化させる第１角度変更手段と、前記光の進行方向に対する前記光学素子の角度の変化に起因する前記虚像の歪みを小さくするように、前記光の進行方向に対する前記画像形成素子の角度を変化させる第２角度変更手段と、を備える。
第１実施例に係る表示装置の全体構成を示す。 レーザプロジェクタの構成を示す。 ＥＰＥ及びコンバイナのチルト角を説明するための図を示す。 ＥＰＥ及びコンバイナのチルト角を規定する軸を、より具体的に説明するための図を示す。 シミュレーションにおいてＥＰＥに形成される画像を示す。 アイボックスセンターでのシミュレーション条件を説明するための図を示す。 第１実施例における、アイボックスセンターでのシミュレーション結果例を示す。 両眼でのシミュレーション条件を説明するための図を示す。 第１実施例における、両眼でのシミュレーション結果例を示す。 第１実施例により虚像の歪みを抑制できる理由を説明するための図を示す。 コンバイナの曲率半径ごとに、ＥＰＥのチルト角度と虚像の歪み量の関係を示す。 ＥＰＥのチルト角がコンバイナのチルト角と等しい場合のシミュレーション結果例を示す。 レーザプロジェクタとＥＰＥとの配置状態の具体例を示す。 ＥＰＥ上に形成される像の歪みを補正する方法を説明するための図を示す。 第３実施例に係る表示装置の全体構成を示す。 第３実施例における、アイボックスセンターでのシミュレーション結果例を示す。 第３実施例における、両眼でのシミュレーション結果例を示す。 変形例１に係る表示装置の全体構成を示す。 変形例２に係る表示装置の全体構成を示す。 変形例３に係る表示装置の全体構成を示す。 変形例４に係るフィールドレンズを用いた場合の、シミュレーション結果例を示す。
　本発明の１つの観点では、表示装置は、表示すべき画像を形成する画像形成素子と、前記画像形成素子から出射された光を反射することで虚像を表示させる光学素子と、を備え、前記画像形成素子の中心から前記光学素子の中心へと進む光の進行方向に対する前記画像形成素子の角度である第１角度が、前記光学素子によって表示される前記虚像の歪みが小さくなるように、前記光の進行方向に対する前記光学素子の角度である第２角度に応じて設定されている。
　上記の表示装置は、虚像として画像を視認させる装置である。画像形成素子は、表示すべき画像を形成し、光学素子は、画像形成素子から出射された光を反射することで虚像を表示させる。「第１角度」は、画像形成素子の中心から光学素子の中心へと進む光の進行方向に対する画像形成素子の角度と定義され、「第２角度」は、画像形成素子の中心から光学素子の中心へと進む光の進行方向に対する光学素子の角度と定義される。この場合、画像形成素子の第１角度は、光学素子によって表示される虚像の歪みが小さくなるように、光学素子の第２角度に応じて設定される。つまり、虚像の歪みが小さくなるように、光学素子の第２角度に応じて、画像形成素子を第１角度だけ傾けて配置する。上記の表示装置によれば、虚像の歪みを適切に抑制することができる。
　上記の表示装置の一態様では、前記光の進行方向に対する前記光学素子の角度の変化に起因する前記虚像の歪みを小さくするように、前記光の進行方向に対する前記画像形成素子の角度を変化させる角度変更手段を更に備える。これにより、光学素子のチルト角が変化された場合に、画像形成素子のチルト角を適切に変化させることで、光学素子のチルト角の変化によって生じる虚像の歪みを適切に抑制することができる。
　好適には、上記の表示装置は、前記光学素子の角度を変化させる手段を更に備える。
　上記の表示装置において好適には、前記第１角度は、前記第２角度よりも大きな角度となるように設定される。これにより、虚像の歪みを効果的に抑制することができる。
　上記の表示装置において更に好適には、前記第１角度は、前記第２角度の略２倍の角度となるように設定される。これにより、虚像の歪みをより効果的に抑制することができる。具体的には、虚像の台形歪みや画像形成素子上に形成された画像と虚像とのアスペクト比の違い、両眼のそれぞれで観察される虚像の形状の違いを適切に抑制することができる。また、両眼で観察される虚像の形状の違いを抑制することにより、画像処理によって虚像の歪を補正する事が容易になる。
　好適な例では、前記光学素子は、前記画像形成素子から出射された光の進行方向に向かって凹形状を有しており、前記画像形成素子は、平面形状である。
　上記の表示装置において好適には、前記角度変更手段は、前記虚像の台形歪み及び／又は前記画像形成素子上に形成された画像と前記虚像とのアスペクト比の違いを小さくするように、前記光の進行方向に対する前記画像形成素子の角度を変化させることができる。
　また、上記の表示装置において好適には、前記角度変更手段は、前記画像形成素子と前記光学素子との相対的な角度関係を所定の条件に維持したまま、前記光の進行方向に対する前記画像形成素子の角度を変化させる。より好ましくは、前記角度変更手段は、前記光の進行方向に対する前記画像形成素子の角度を、前記光の進行方向に対する前記光学素子の角度の略２倍に変化させる。
　上記の表示装置の他の一態様では、前記画像形成素子と前記光学素子との間に、虚像歪補正素子が配置されている。この場合、好適には、前記虚像歪補正素子は、前記光学素子が曲率を有することに起因する、前記虚像の弓なりの歪みを補正する。このような虚像歪補正素子を用いることで、虚像の弓なりの歪みを適切に補正することができる。
　上記の表示装置の他の一態様では、前記画像形成素子は、光源から照射された光の射出瞳を拡大する射出瞳拡大素子である。例えば、射出瞳拡大素子は、複数のマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイである。
　上記の表示装置の他の一態様では、前記光源から照射された光によって前記画像形成素子上に形成される像の歪みを補正する補正手段を更に備える。好適には、前記補正手段は、前記光源より照射された光の前記画像形成素子に対する角度に起因する、前記像の歪みを補正する。これにより、例えば光源より照射された光が画像形成素子に垂直に入射しないことに起因する像の歪みを、適切に補正することができる。
　上記の表示装置の他の一態様では、前記画像形成素子として、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイを用いることができる。
　好適な例では、前記第１角度は、前記画像形成素子の中心から前記光学素子の中心へと進む光の進行方向に直行し、且つ前記画像形成素子の中心を通る軸に対して、前記画像形成素子がなす角度であり、前記第２角度は、前記画像形成素子の中心から前記光学素子の中心へと進む光の進行方向に直行し、且つ前記光学素子の中心を通る軸に対して、前記光学素子がなす角度である。
　本発明の他の観点では、表示装置は、表示すべき画像を形成する画像形成素子と、前記画像形成素子から出射された光を反射することで虚像を表示させる光学素子と、前記画像形成素子の中心から前記光学素子の中心へと進む光の進行方向に対する前記光学素子の角度を変化させる第１角度変更手段と、前記光の進行方向に対する前記光学素子の角度の変化に起因する前記虚像の歪みを小さくするように、前記光の進行方向に対する前記画像形成素子の角度を変化させる第２角度変更手段と、を備える。
　以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。
　［第１実施例］
　まず、本発明の第１実施例について説明する。
　（装置構成）
　図１は、第１実施例に係る表示装置１００の全体構成を概略的に示したブロック図である。ここでは、表示装置１００の各構成要素の概要について説明する。
　図１に示すように、第１実施例に係る表示装置１００は、主に、レーザプロジェクタ１と、射出瞳拡大素子（以下、適宜「ＥＰＥ（Exit-Pupil Expander）」と表記する）１１と、フィールドレンズ１２と、コンバイナ１３と、を有する。表示装置１００は、画像をユーザの目の位置（アイポイント）から虚像として視認させる装置である。表示装置１００は、例えばヘッドアップディスプレイとして利用される。
　レーザプロジェクタ１は、赤色、緑色、青色のレーザ光源や、レーザ光源から出射されたレーザ光を走査するスキャン機構（走査機構）や、これらを制御する制御部などを有する。レーザプロジェクタ１から照射された光は、ＥＰＥ１１に入射する。なお、レーザプロジェクタ１の詳細は後述する。
　ＥＰＥ１１は、レーザプロジェクタ１から照射された光の射出瞳を拡大し、ユーザに提示する画像の中間像を形成する。例えば、ＥＰＥ１１は、複数のマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイである。ＥＰＥ１１から出射された光は、フィールドレンズ１２に入射する。なお、ＥＰＥ１１は、本発明における「画像形成素子」の一例に相当する。なお、ＥＰＥ１１には、中間像として歪みの無い画像が形成される。
　フィールドレンズ１２は、ＥＰＥ１１の射出側に配置されたレンズである。フィールドレンズ１２は、ＥＰＥ１１からの光が入射する面（つまり入射面）が平面形状に構成されていると共に、ＥＰＥ１１からの光が入射する面と反対側の面（つまり出射面）が球面の凸面形状に構成されている。フィールドレンズ１２は、平面形状の面がＥＰＥ１１の面と平行になるように、ＥＰＥ１１と離間して配置されている。また、フィールドレンズ１２は、その中心とＥＰＥ１１の中心とを結んだ軸が、ＥＰＥ１１の鉛直方向に延びる軸と平行になるように配置されている。フィールドレンズ１２から出射された光は、コンバイナ１３に入射する。なお、フィールドレンズ１２は、本発明における「虚像歪補正素子」の一例に相当する。
　コンバイナ１３は、フィールドレンズ１２からの光を反射することで、入射光に対応する像を拡大した虚像として表示させるハーフミラーである。具体的には、コンバイナ１３は、フィールドレンズ１２からの光が入射する面（つまり入射面）が球面の凹面形状に構成されている。このようにコンバイナ１３によって反射された光により、ユーザは、コンバイナ１３から所定距離離れたアイポイントから虚像を観察する。なお、コンバイナ１３は、本発明における「光学素子」の一例に相当する。
　なお、例えば、ＥＰＥ１１及びフィールドレンズ１２は、レーザプロジェクタ１と一体に構成される。つまり、表示装置１００では、レーザプロジェクタ１とＥＰＥ１１及びフィールドレンズ１２とが別体にて構成されているわけではなく、レーザプロジェクタ１とＥＰＥ１１及びフィールドレンズ１２とが一体の装置として構成されている。
　次に、図２を参照して、レーザプロジェクタ１の構成について説明する。図２に示すように、レーザプロジェクタ１は、画像信号入力部２と、ビデオＡＳＩＣ３と、フレームメモリ４と、ＲＯＭ５と、ＲＡＭ６と、レーザドライバＡＳＩＣ７と、ＭＥＭＳ制御部８と、レーザ光源ユニット９と、ＭＥＭＳミラー１０とを備える。
　画像信号入力部２は、外部から入力される画像信号を受信してビデオＡＳＩＣ３に出力する。ビデオＡＳＩＣ３は、画像信号入力部２から入力される画像信号及びＭＥＭＳミラー１０から入力される走査位置情報Ｓｃに基づいてレーザドライバＡＳＩＣ７やＭＥＭＳ制御部８を制御するブロックであり、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）として構成されている。
　ビデオＡＳＩＣ３は、同期／画像分離部３１と、ビットデータ変換部３２と、発光パターン変換部３３と、タイミングコントローラ３４と、を備える。同期／画像分離部３１は、画像信号入力部２から入力された画像信号から、画像表示部であるＥＰＥ１１に表示される画像データと同期信号とを分離し、画像データをフレームメモリ４へ書き込む。ビットデータ変換部３２は、フレームメモリ４に書き込まれた画像データを読み出してビットデータに変換する。発光パターン変換部３３は、ビットデータ変換部３２で変換されたビットデータを、各レーザの発光パターンを表す信号に変換する。タイミングコントローラ３４は、同期／画像分離部３１、ビットデータ変換部３２の動作タイミングを制御する。また、タイミングコントローラ３４は、後述するＭＥＭＳ制御部８の動作タイミングも制御する。
　フレームメモリ４には、同期／画像分離部３１により分離された画像データが書き込まれる。ＲＯＭ５は、ビデオＡＳＩＣ３が動作するための制御プログラムやデータなどを記憶している。ＲＡＭ６には、ビデオＡＳＩＣ３が動作する際のワークメモリとして、各種データが逐次読み書きされる。
　レーザドライバＡＳＩＣ７は、後述するレーザ光源ユニット９に設けられるレーザダイオードを駆動する信号を生成するブロックであり、ＡＳＩＣとして構成されている。レーザドライバＡＳＩＣ７は、赤色レーザ駆動回路７１と、青色レーザ駆動回路７２と、緑色レーザ駆動回路７３と、を備える。赤色レーザ駆動回路７１は、発光パターン変換部３３が出力する信号に基づき、赤色レーザＬＤ１を駆動する。青色レーザ駆動回路７２は、発光パターン変換部３３が出力する信号に基づき、青色レーザＬＤ２を駆動する。緑色レーザ駆動回路７３は、発光パターン変換部３３が出力する信号に基づき、緑色レーザＬＤ３を駆動する。
　ＭＥＭＳ制御部８は、タイミングコントローラ３４が出力する信号に基づきＭＥＭＳミラー１０を制御する。ＭＥＭＳ制御部８は、サーボ回路８１と、ドライバ回路８２と、を備える。サーボ回路８１は、タイミングコントローラからの信号に基づき、ＭＥＭＳミラー１０の動作を制御する。ドライバ回路８２は、サーボ回路８１が出力するＭＥＭＳミラー１０の制御信号を所定レベルに増幅して出力する。
　レーザ光源ユニット９は、レーザドライバＡＳＩＣ７から出力される駆動信号に基づいて、レーザ光をＭＥＭＳミラー１０へ出射する。走査手段としてのＭＥＭＳミラー１０は、レーザ光源ユニット９から出射されたレーザ光をＥＰＥ１１に向けて反射する。こうすることで、ＭＥＭＳミラー１０は、ＥＰＥ１１上に表示すべき画像を形成する。また、ＭＥＭＳミラー１０は、画像信号入力部２に入力された画像を表示するためにＭＥＭＳ制御部８の制御によりＥＰＥ１１上を走査（スキャン）するように移動し、その際の走査位置情報（例えばミラーの角度などの情報）をビデオＡＳＩＣ３へ出力する。
　次に、レーザ光源ユニット９の詳細な構成を説明する。レーザ光源ユニット９は、ケース９１と、波長選択性素子９２と、コリメータレンズ９３と、赤色レーザＬＤ１と、青色レーザＬＤ２と、緑色レーザＬＤ３と、モニタ用受光素子（以下、単に「受光素子」と呼ぶ。）５０と、を備える。以下では、赤色レーザＬＤ１、青色レーザＬＤ２及び緑色レーザＬＤ３を区別しない場合には、単に「レーザＬＤ」と表記する。
　ケース９１は、樹脂などにより略箱状に形成される。ケース９１には、緑色レーザＬＤ３を取り付けるために、ケース９１内へ貫通する孔が設けられているとともに断面が凹状のＣＡＮ取付部９１ａと、ＣＡＮ取付部９１ａと直交する面に設けられ、ケース９１内へ貫通する孔が設けられているとともに断面が凹状のコリメータ取付部９１ｂと、が形成されている。
　合成素子としての波長選択性素子９２は、例えばトリクロイックプリズムにより構成され、反射面９２ａと反射面９２ｂが設けられている。反射面９２ａは、赤色レーザＬＤ１から出射されたレーザ光をコリメータレンズ９３へ向かって透過させ、青色レーザＬＤ２から出射されたレーザ光をコリメータレンズ９３へ向かって反射させる。反射面９２ｂは、赤色レーザＬＤ１および青色レーザＬＤ２から出射されたレーザ光の大部分をコリメータレンズ９３へ向かって透過させ、その一部を受光素子５０へ向かって反射させる。また、反射面９２ｂは、緑色レーザＬＤ３から出射されたレーザ光の大部分をコリメータレンズ９３へ向かって反射させ、その一部を受光素子５０へ向かって透過させる。こうして、各レーザからの出射光が重ね合わされて、コリメータレンズ９３および受光素子５０に入射される。なお、波長選択性素子９２は、ケース９１内のコリメータ取付部９１ｂの近傍に設けられている。コリメータレンズ９３は、波長選択性素子９２から入射したレーザ光を平行光にしてＭＥＭＳミラー１０へ出射する。コリメータレンズ９３は、ケース９１のコリメータ取付部９１ｂに、ＵＶ系接着剤などで固定される。即ち、合成素子の後段にコリメータレンズ９３が設けられている。
　レーザ光源としての赤色レーザＬＤ１は、赤色のレーザ光を出射する。赤色レーザＬＤ１は、半導体レーザ光源がチップ状態のまま、又は、チップがサブマウントなどに載置された状態で、ケース９１内の波長選択性素子９２及びコリメータレンズ９３と同軸となる位置に固定されている。レーザ光源としての青色レーザＬＤ２は、青色のレーザ光を出射する。青色レーザＬＤ２は、半導体レーザ光源がチップ状態のまま、又は、チップがサブマウントなどに載置された状態で、出射したレーザ光が反射面９２ａによってコリメータレンズ９３へ向かって反射できる位置に固定されている。この赤色レーザＬＤ１と青色レーザＬＤ２の位置は入れ替わってもよい。レーザ光源としての緑色レーザＬＤ３は、ＣＡＮパッケージに取り付けられた状態又はフレームパッケージに取り付けられた状態であり、緑色のレーザ光を出射する。緑色レーザＬＤ３は、ＣＡＮパッケージ内に緑色のレーザ光を発生する半導体レーザ光源チップＢが取り付けられており、ケース９１のＣＡＮ取付部９１ａに固定されている。受光素子５０は、各レーザ光源から出射されたレーザ光の一部を受光する。受光素子５０は、フォトディテクタなどの光電変換素子であり、入射したレーザ光の光量に応じた電気信号である検出信号ＳｄをレーザドライバＡＳＩＣ７へ供給する。
　（ＥＰＥ及びコンバイナのチルト角）
　次に、図３を参照して、ＥＰＥ１１のチルト角β及びコンバイナ１３のチルト角αについて説明する。なお、チルト角βは本発明における「第１角度」に相当し、チルト角αは本発明における「第２角度」に相当する。
　図３（ａ）に示すように、ＥＰＥ１１の中心Ｃ１とコンバイナ１３の中心Ｃ２とを結んだ線に対応する軸ａを定義する。そして、軸ａと軸ａに垂直に交差する軸ｄに直行すると共にＥＰＥ１１の中心Ｃ１を通る軸ｂに対して（図３（ｂ）参照）、ＥＰＥ１１が傾いている角度を、ＥＰＥ１１のチルト角βとして定義する。同様に、軸ａと軸ａに交差し軸ｄに平行な軸ｅに直行すると共にコンバイナ１３の中心Ｃ２を通る軸ｃに対して（図３（ｂ）参照）、コンバイナ１３が傾いている角度を、コンバイナ１３のチルト角αとして定義する。また、チルト角α、βは、それぞれの軸ｃ、ｂに対して反時計回りの方向を「正」と定義する。なお、上記したようにフィールドレンズ１２は平面形状の面がＥＰＥ１１の面と平行になるように配置されているため、フィールドレンズ１２も、ＥＰＥ１１と同様に、軸ａに直行する軸に対してチルト角βで傾いている。
　ここで、図４を参照して、上記した軸ａについて補足する。図４に示すように、フィールドレンズ１２が無い光学系において、ＥＰＥ１１における「中心Ｃ１」は、ＥＰＥ１１上に形成される画像の中心と定義され、コンバイナ１３における「中心Ｃ２」は、アイポイントから虚像の中心Ｃ３を見つめる視線方向と、コンバイナ１３の反射面との交点と定義される。そして、軸ａは、このような中心Ｃ１と中心Ｃ２とを結んだ線と定義される。なお、フィールドレンズ１２を用いる場合でも、軸ａの定義は中心Ｃ１と中心Ｃ２とを結んだ線であることに変わりはない。
　本実施例では、コンバイナ１３によって表示される虚像の歪みを抑制するといった観点より（例えば左右の眼のそれぞれで観察される虚像の形状の違いを抑制するといった観点より）、ＥＰＥ１１のチルト角βをコンバイナ１３のチルト角αに基づいて設定する。具体的には、ＥＰＥ１１のチルト角βを、コンバイナ１３のチルト角αの略２倍（β≒２α）に設定する。言い換えると、軸ｃに対してコンバイナ１３が傾いている角度の略２倍の角度だけ、軸ｂに対してＥＰＥ１１を傾けて設置する。
　（シミュレーション結果）
　次に、ＥＰＥ１１のチルト角βをコンバイナ１３のチルト角αの略２倍に設定した場合のシミュレーション結果について説明する。
　以下では、下記のようなパラメータを用いてシミュレーションを行った場合について例示する。なお、「Ｙ１」及び「Ｙ２」については図３（ａ）を参照されたい。
・コンバイナ１３のチルト角α：１２度
・ＥＰＥ１１とフィールドレンズ１２の平面との間隔：２ｍｍ
・ＥＰＥ１１の中心Ｃ１とコンバイナ１３の中心Ｃ２との間隔Ｙ１：１７０ｍｍ
・コンバイナ１３の中心Ｃ２とアイポイントとの間隔Ｙ２：５００ｍｍ
・ＥＰＥ１１上に形成された中間像のサイズ：水平方向の長さ７５ｍｍ×垂直方向の長さ２５ｍｍ（なお、中間像の形状は、図５に示すように、歪みの無い正方形が並べられた格子像である）
・コンバイナ１３の凹面の曲率半径：４００ｍｍ
・フィールドレンズ１２の凸面の曲率半径：１５０ｍｍ
・フィールドレンズ１２の中心厚み：８ｍｍ
・フィールドレンズ１２の屈折率：１．５２６
　まず、図６及び図７を参照して、アイボックスセンターでのシミュレーション結果について説明する。ここでは、図６に示すように、アイボックスセンターから「Ｙ３＝１５００ｍｍ」だけ前方の位置に虚像が形成される場合について例示する。ここで、アイボックスセンターとは両眼のほぼ中央であり、虚像をほぼ真正面から観測できる理想的な観測点を指す。
　図７は、アイボックスセンターでのシミュレーション結果の一例を示している。図７（ａ）～（ｃ）では、シミュレーションより得られた虚像を実線で示しており、虚像サイズや形状の比較を行うための参照スクリーンの形状を一点鎖線の枠で示している。ここで参照スクリーンのサイズは「水平方向の長さ４５０（ｍｍ）×垂直方向の長さ１５０（ｍｍ）」である。
　図７（ａ）は、ＥＰＥ１１のチルト角βを「０度」に設定した場合、つまりＥＰＥ１１のチルト角βをコンバイナ１３のチルト角α（＝１２度）の略２倍に設定しなかった場合のシミュレーション結果例を示している。また、図７（ａ）は、ＥＰＥ１１とコンバイナ１３との間にフィールドレンズ１２を設置しなかった場合のシミュレーション結果例を示している。図７（ａ）より、虚像に歪みが生じていることがわかる。具体的には、虚像の台形歪みや、虚像の弓なりの歪みなどが生じていることがわかる。
　図７（ｂ）は、ＥＰＥ１１のチルト角βを「２４度」に設定した場合、つまりＥＰＥ１１のチルト角βをコンバイナ１３のチルト角α（＝１２度）の２倍に設定した場合のシミュレーション結果例を示している。また、図７（ｂ）は、ＥＰＥ１１とコンバイナ１３との間にフィールドレンズ１２を設置しなかった場合のシミュレーション結果例を示している。図７（ｂ）より、図７（ａ）と比較すると、虚像の台形歪みが適切に除去されていることがわかる。
　図７（ｃ）は、ＥＰＥ１１のチルト角βを「２４度」に設定した場合、つまりＥＰＥ１１のチルト角βをコンバイナ１３のチルト角α（＝１２度）の２倍に設定した場合のシミュレーション結果例を示している。また、図７（ｃ）は、ＥＰＥ１１とコンバイナ１３との間にフィールドレンズ１２を設置した場合のシミュレーション結果例を示している。図７（ｃ）より、図７（ｂ）と比較すると、虚像の弓なりの歪みが適切に除去されていることがわかる。
　次に、図８及び図９を参照して、両眼でのシミュレーション結果について説明する。ここでは、図８に示すように、両眼の間隔Ｗが「７０ｍｍ」であり、左眼と右眼との間の中心に位置する点から「Ｙ４＝１５００ｍｍ」だけ前方の位置に虚像が形成される場合について例示する。
　図９は、両眼でのシミュレーション結果の一例を示している。図９（ａ）～（ｃ）では、シミュレーションより得られた虚像を実線及び破線で示しており、参照スクリーンの形状を一点鎖線の枠で示している。具体的には、左眼で観察される虚像を実線で示しており、右眼で観察される虚像を破線で示している。
　図９（ａ）は、ＥＰＥ１１のチルト角βを「０度」に設定した場合、つまりＥＰＥ１１のチルト角βをコンバイナ１３のチルト角α（＝１２度）の略２倍に設定しなかった場合のシミュレーション結果例を示している。また、図９（ａ）は、ＥＰＥ１１とコンバイナ１３との間にフィールドレンズ１２を設置しなかった場合のシミュレーション結果例を示している。図９（ａ）より、台形歪みや弓なりの歪みなどの虚像の歪みが生じていることがわかる。また、左眼で観察される虚像の歪みの形状と、右眼で観察される虚像の歪みの形状とが、異なることがわかる。
　図９（ｂ）は、ＥＰＥ１１のチルト角βを「２４度」に設定した場合、つまりＥＰＥ１１のチルト角βをコンバイナ１３のチルト角α（＝１２度）の２倍に設定した場合のシミュレーション結果例を示している。また、図９（ｂ）は、ＥＰＥ１１とコンバイナ１３との間にフィールドレンズ１２を設置しなかった場合のシミュレーション結果例を示している。図９（ｂ）より、図９（ａ）と比較すると、虚像の台形歪みが適切に除去されていることがわかる。また、両眼のそれぞれで観察される虚像の形状の違いが適切に抑制されていることがわかる。
　図９（ｃ）は、ＥＰＥ１１のチルト角βを「２４度」に設定した場合、つまりＥＰＥ１１のチルト角βをコンバイナ１３のチルト角α（＝１２度）の２倍に設定した場合のシミュレーション結果例を示している。また、図９（ｃ）は、ＥＰＥ１１とコンバイナ１３との間にフィールドレンズ１２を設置した場合のシミュレーション結果例を示している。図９（ｃ）より、図９（ｂ）と比較すると、虚像の弓なりの歪みが適切に除去されていることがわかる。また、図９（ｂ）に示したような両眼での虚像の形状の違いが抑制された状態が、適切に維持されていることがわかる。
　以上のことから、第１実施例によれば、ＥＰＥ１１のチルト角βをコンバイナ１３のチルト角αの略２倍に設定することで、虚像の歪みを適切に抑制することができる。具体的には、虚像の台形歪みや、両眼のそれぞれで観察される虚像の形状の違いを適切に抑制することができる。また、第１実施例によれば、ＥＰＥ１１の射出側にフィールドレンズ１２を挿入することで、虚像の弓なりの歪みを適切に抑制することができる。
　ここで、図１０を参照して、ＥＰＥ１１のチルト角βをコンバイナ１３のチルト角αの略２倍に設定することで虚像の歪みを抑制することができる理由について考察する。
　図１０（ａ）は、ＥＰＥ１１及びコンバイナ１３の側面図を示す。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）中の矢印Ａ１で示す方向から観察した、ＥＰＥ１１及びコンバイナ１３の上面図を示す。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、ＥＰＥ１１のチルト角βを「０度」に設定した場合、つまりＥＰＥ１１のチルト角βをコンバイナ１３のチルト角αの略２倍に設定しなかった場合の状態を示している。この場合、図１０（ｂ）に示すように、ＥＰＥ１１の上部より射出された光線１が到達するコンバイナ１３の面の位置は符号１３ａで示すような位置となり、ＥＰＥ１１の下部より射出された光線２が到達するコンバイナ１３の面の位置は符号１３ｂで示すような位置となる。これより、光線２がコンバイナ１３の面に到達するまでの距離が、光線１がコンバイナ１３の面に到達するまでの距離よりも長いことがわかる。このような距離の差により、コンバイナ１３の面に当たる水平方向の光線高さが大きくなることで、下に広がった虚像歪みが生じるものと推測される。
　図１０（ｃ）は、ＥＰＥ１１のチルト角βをコンバイナ１３のチルト角αの略２倍に設定した場合の、ＥＰＥ１１及びコンバイナ１３の側面図を示す。この場合には、ＥＰＥ１１の上部より射出された光線１がコンバイナ１３の面に到達するまでの距離と、ＥＰＥ１１の下部より射出された光線２がコンバイナ１３の面に到達するまでの距離とが、概ね等しくなる。そのため、上記したような虚像の歪みが軽減されるものと考えられる。
　なお、ＥＰＥ１１のチルト角βをコンバイナ１３のチルト角αの２倍に設定することに限定はされない。上記したように、ＥＰＥ１１の種々の箇所から射出された光線がコンバイナ１３の面に到達するまでの距離が概ね等しくなれば、虚像の歪みを軽減することができるので、１つの例では、ＥＰＥ１１の種々の箇所から射出された光線がコンバイナ１３の面に到達するまでの距離が概ね等しくなるように、コンバイナ１３のチルト角αに応じてＥＰＥ１１のチルト角βを設定することができる。例えば、ＥＰＥ１１のチルト角βを、コンバイナ１３のチルト角αよりも少なくとも大きな角度に設定することができる。但し、上記したようなシミュレーション結果より、ＥＰＥ１１のチルト角βをコンバイナ１３のチルト角αの２倍に設定することが好適であると言える。しかしながら、ＥＰＥ１１のチルト角βをコンバイナ１３のチルト角αの２倍に厳密に設定しなくても良く、ＥＰＥ１１のチルト角βをコンバイナ１３のチルト角αの２倍付近の角度に設定しても良い。ＥＰＥ１１のチルト角βがコンバイナ１３のチルト角αの２倍付近の角度であれば、ＥＰＥ１１の種々の箇所から射出された光線がコンバイナ１３の面に到達するまでの距離が概ね等しくなるものと想定されるからである。
　上記ではコンバイナ１３の曲率半径が４００ｍｍである場合の結果を示したが、以下では、ＥＰＥ１１の最適なチルト角βが、コンバイナ１３の曲率半径に依らないことを説明する。
　ここでは、コンバイナ１３の曲率半径が４００ｍｍである場合の結果と、コンバイナ１３の曲率半径が５００ｍｍである場合の結果とを比較する。シミュレーションは、下記のようなパラメータを用いて行ったものとする。なお、コンバイナ１３の曲率半径が４００ｍｍである場合を適宜「Ｒ４００」と表記し、コンバイナ１３の曲率半径が５００ｍｍである場合を適宜「Ｒ５００」と表記する。
・ＥＰＥ１１上の中間像サイズ：水平方向の長さ７５ｍｍ×垂直方向の長さ２５ｍｍ
・目から虚像までの距離：１５００ｍｍ
・コンバイナ１３のチルト角α：１２度
・Ｒ４００のコンバイナ１３の曲率半径：４００ｍｍ
・Ｒ４００のコンバイナ１３とＥＰＥ１１との間隔：１７０ｍｍ
・Ｒ４００のコンバイナ１３に用いた参照スクリーンサイズ：水平方向の長さ４５０ｍｍ×垂直方向の長さ１５０ｍｍ
・Ｒ５００のコンバイナ１３の曲率半径：５００ｍｍ
・Ｒ５００のコンバイナ１３とＥＰＥ１１との間隔：２００ｍｍ
・Ｒ５００のコンバイナ１３に用いた参照スクリーンサイズ：水平方向の長さ３６０ｍｍ×垂直方向の長さ１２０ｍｍ
　図１１は、Ｒ４００及びＲ５００のシミュレーション結果の一例を示す。ここでは、フィールドレンズ１２を用いなかった場合の結果を示す。図１１（ａ）は、ＥＰＥ１１のチルト角を種々の値に設定した場合の、Ｒ４００及びＲ５００での虚像の歪量を示している。「虚像の歪量」は、図１１（ｂ）及び（ｃ）中の一点鎖線Ｘ１で示すような枠の縦線に対する、図１１（ｂ）及び（ｃ）中の実線矢印Ｘ２で示すような虚像端部の縦線の角度の絶対値にて定義される。図１１（ｂ）は、Ｒ４００を用いた場合の、ＥＰＥ１１のチルト角βを０度に設定した際のアイボックスセンターで観察される虚像歪みを示し、図１１（ｃ）は、Ｒ４００を用いた場合の、ＥＰＥ１１のチルト角βを３２度に設定した際のアイボックスセンターで観察される虚像歪みを示している。
　図１１（ａ）より、コンバイナ１３の曲率半径が４００ｍｍでも５００ｍｍでも、虚像の歪量が最も小さくなるＥＰＥ１１のチルト角度βが２４度（コンバイナ１３のチルト角αの２倍）であることがわかる。つまり、コンバイナ１３の曲率半径が４００ｍｍでも５００ｍｍでも、ＥＰＥ１１のチルト角度βに関する最適な設定値が変わらないと言える。
　また、図１１（ａ）より、ＥＰＥ１１のチルト角度βが２４度（β＝２α）であるときに虚像の歪量が最も小さくなるが、チルト角度βが２４度でなくても、チルト角度βが２４度付近の角度であれば、虚像の歪量が小さいことがわかる。この結果より、ＥＰＥ１１のチルト角βをコンバイナ１３のチルト角αの２倍に設定しなくても、ＥＰＥ１１のチルト角βをコンバイナ１３のチルト角αの２倍付近の角度に設定すれば、虚像の歪みを軽減できるといった本実施例による効果が得られることが実証された。
　他方で、図１１（ａ）より、ＥＰＥ１１のチルト角度βが２４度よりも小さいと下に広がった台形形状の虚像歪みが生じ、ＥＰＥ１１のチルト角度βが２４度よりも大きいと上に広がった台形形状の虚像歪みが生じることがわかる。また、図１１（ｂ）及び（ｃ）より、ＥＰＥ１１のチルト角度βが２４度から大きく異なる値になった場合、アスペクト比の理想状態とのずれも大きくなってしまうことがわかる。
　図１２は、ＥＰＥ１１のチルト角βをコンバイナのチルト角αと同程度にした場合でも、虚像の歪みが低減されることを説明するための図である。図１２（ａ）は、Ｒ４００のシミュレーション結果の一例を示し、図１２（ｂ）は、Ｒ５００のシミュレーション結果の一例を示している。具体的には、図１２（ａ）は、Ｒ４００を用いた場合の、ＥＰＥ１１のチルト角βを１２度に設定した際のアイボックスセンターで観察される虚像歪みを示し、図１２（ｂ）は、Ｒ５００を用いた場合の、ＥＰＥ１１のチルト角βを１２度に設定した際のアイボックスセンターで観察される虚像歪みを示している。なお、シミュレーションのパラメータは、図１１に示したシミュレーションと同様のものを用いたものとする。
　図１２（ａ）及び（ｂ）より、ＥＰＥ１１のチルト角βをコンバイナのチルト角αと同程度にした場合でも、虚像の歪みがある程度低減できていることがわかる。この状態からＥＰＥ１１のチルト角βを更に大きくしていくと、虚像の歪みが更に低減するものと推測される。
　［第２実施例］
　次に、本発明の第２実施例について説明する。第２実施例では、レーザプロジェクタ１から照射される光によってＥＰＥ１１上に形成される像の歪みを補正する点で、第１実施例と異なる。具体的には、第２実施例では、レーザプロジェクタ１より照射された光がＥＰＥ１１に垂直に入射しないような配置状態である場合に、レーザプロジェクタ１より照射された光がＥＰＥ１１に垂直に入射しないことにより生じ得る、ＥＰＥ１１上に形成される像の歪みを補正する。
　なお、以下では、上記した第１実施例と同様の構成については、適宜説明を省略する。また、ここで特に説明しない構成については、第１実施例と同様であるものとする。例えば、ＥＰＥ１１のチルト角βをコンバイナ１３のチルト角αの略２倍に設定するといった構成は、第２実施例にも適用される。
　図１３は、レーザプロジェクタ１とＥＰＥ１１との配置状態の具体例を示す。図１３（ａ）は、レーザプロジェクタ１からの光がＥＰＥ１１に垂直に入射するような配置状態を示している。この配置状態では、画像中心を描画するための光が、レーザプロジェクタ１からＥＰＥ１１に対して垂直に投射される。図１３（ｂ）は、レーザプロジェクタ１からの光がＥＰＥ１１に垂直に入射しないような配置状態を示している。この配置状態では、画像中心を描画するための光が、所定の入射角度（≠０度）にて、レーザプロジェクタ１からＥＰＥ１１に対して斜めに投射される。
　図１３（ｂ）に示した配置状態を適用した場合には、ＥＰＥ１１上に形成される像（実像を意味する。以下同様とする。）に台形歪みが発生する場合がある。第２実施例では、このような台形歪みを補正するための処理を行う。なお、図１３（ａ）に示した配置状態を適用した場合には、基本的には、ＥＰＥ１１上に形成される像に台形歪みは発生しない。しかしながら、図１３（ａ）の配置状態では、表示装置１００を車室内の上部に設置した場合に、ヘッドクリアランスを確保しにくくなる。よって、表示装置１００を車室内の上部に設置する場合のヘッドクリアランスを確保するといった観点では、図１３（ａ）の配置状態よりも図１３（ｂ）の配置状態のほうが有利であると言える。
　図１４は、ＥＰＥ１１上に形成される像の台形歪みを補正する方法を説明するための図である。図１４（ａ）は、図１３（ｂ）に示した配置状態を適用した場合に生じ得る、ＥＰＥ１１上に形成される像の台形歪みの具体例を示している。第２実施例では、このような台形歪みをキャンセルするような画像を、レーザプロジェクタ１によってＥＰＥ１１上に描画させる処理を行う。具体的には、図１４（ｂ）に示すような上辺から下辺にかけて長さが徐々に変化するような画像を、入力された画像の縦の幅を圧縮して描画することで、ＥＰＥ１１上には図５に示すような歪の無い格子像が形成される。
　１つの例では、レーザプロジェクタ１内のレーザドライバＡＳＩＣ７（図２参照）が、レーザ光源ユニット９内のレーザＬＤの発光周期を変える制御（つまりレーザＬＤを発光させるタイミングを変える制御）を行うことで、ＥＰＥ１１上に形成される像のどの横のラインでも画素の数が変わらないように、図１４（ｂ）に示すような画像をレーザプロジェクタ１で描画する。この例では、レーザドライバＡＳＩＣ７は、ＥＰＥ１１上に形成される画像の上部から下部にかけて、レーザＬＤの発光周期が徐々に短くなるように制御を行う（言い換えると、ＥＰＥ１１上に形成される画像の下部から上部にかけて、レーザＬＤの発光周期が徐々に長くなるように制御を行う）。同時に、ＭＥＭＳ制御部８は、入力された画像に対して描画する横のラインの間隔を狭める、言い換えると線密度を上げるようにＭＥＭＳミラー１０を制御する。他の例では、レーザプロジェクタ１内のビデオＡＳＩＣ３（図２参照）が、画像信号入力部２から入力された画像に対して画像処理を行うことで、図１４（ｂ）に示すような画像をＥＰＥ１１上に描画させる。この例では、ビデオＡＳＩＣ３は、画像信号入力部２から入力された元画像を、図１４（ｂ）に示すような画像に変形する画像処理を行う。このように、レーザプロジェクタ１内のレーザドライバＡＳＩＣ７やビデオＡＳＩＣ３は、本発明における「補正手段」の一例に相当する。
　以上説明した第２実施例によれば、レーザプロジェクタ１より照射された光がＥＰＥ１１に垂直に入射しないことに起因する、ＥＰＥ１１上に形成される像の歪みを適切に補正することができる。そのため、表示装置１００を車室内に設置する場合に、ＥＰＥ１１上に形成される像の歪みといった不具合の発生を抑制しつつ、ヘッドクリアランスが確保されるような適切な配置を採用することが可能となる。
　［第３実施例］
　次に、本発明の第３実施例について説明する。第３実施例では、コンバイナ１３のチルト角αが変化された場合に、変化後のチルト角αに応じてＥＰＥ１１のチルト角βを自動で変化させる点で、上記した第１及び第２実施例と異なる。具体的には、第３実施例では、ＥＰＥ１１とコンバイナ１３との相対的な角度関係を所定の条件に維持したまま、ＥＰＥ１１のチルト角βを変化させる制御を行う。詳しくは、「β≒２α」といった条件が満たされるように、コンバイナ１３のチルト角αの変化に応じて、ＥＰＥ１１のチルト角βを変化させる制御を行う。
　ここで、表示装置を車室内に設置して利用する場合、ユーザとしての運転者のアイポイントは、運転者の座高やシートポジションなどによって変わるため、運転者はコンバイナ１３のチルト角αを調整する傾向にある。したがって、第３実施例では、運転者がコンバイナ１３のチルト角αを変化させることを想定して、チルト角αが変化された場合に、それに伴ってＥＰＥ１１のチルト角βを自動で変化させることとした。
　図１５は、第３実施例に係る表示装置１０１の全体構成を概略的に示したブロック図である。なお、第１実施例に係る表示装置１００（図１及び図３参照）と同様の構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
　第３実施例に係る表示装置１０１は、レーザプロジェクタ１の代わりにレーザプロジェクタ１ａを有すると共に、角度センサ１５及びアクチュエータ１６を有する点で、第１実施例に係る表示装置１００と異なる。角度センサ１５は、コンバイナ１３のチルト角αを検出する。アクチュエータ１６は、ＥＰＥ１１のチルト角βを変化させる制御を行う。レーザプロジェクタ１ａは、レーザプロジェクタ１と同様の構成要素（図２参照）を有すると共に、アクチュエータ１６を制御する制御部１ａａを有する。
　レーザプロジェクタ１内の制御部１ａａは、角度センサ１５が検出したチルト角αに対応する検出信号Ｓ１５を取得し、検出信号Ｓ１５に基づいて、ＥＰＥ１１のチルト角βを変化させるための制御信号Ｓ１６をアクチュエータ１６に供給する。具体的には、制御部１ａａは、ＥＰＥ１１のチルト角βを、コンバイナ１３のチルト角αの略２倍に設定する制御を行う。つまり、制御部１ａａは、コンバイナ１３のチルト角αが変化された場合に、変化後のチルト角αの略２倍の角度に、ＥＰＥ１１のチルト角βを変化させる制御を行う。なお、制御部１ａａ及びアクチュエータ１６は、本発明における「角度変更手段」の一例に相当する。
　次に、図１６及び図１７を参照して、上記のようにコンバイナ１３のチルト角αに応じてＥＰＥ１１のチルト角βを変化させた場合のシミュレーション結果について説明する。なお、シミュレーションは、コンバイナのチルト角αを除いて第一実施例の図７、図９と同じパラメータを使用して行ったものとする。図１６及び図１７では、初期状態において、コンバイナ１３のチルト角αが第１実施例と同様に「１２度」に設定されており、この状態から「１６度」にチルト角αが変化された場合について例示する。また、ＥＰＥ１１のチルト角βは、初期状態において、第１実施例と同様に「２４度」に設定されているものとする（つまり初期状態においては「β＝２α」に設定されているものとする）。その他のパラメータは、第１実施例と同様の値であるものとする。
　図１６は、アイボックスセンターでのシミュレーション結果の一例を示している。図１６（ａ）～（ｄ）では、シミュレーションより得られた虚像を実線で示しており、参照スクリーンの形状を一点鎖線の枠で示している。
　図１６（ａ）は、ＥＰＥ１１のチルト角βを、コンバイナ１３における変化後のチルト角α（＝１６度）の略２倍に変化させなかった場合、つまりＥＰＥ１１のチルト角βを「２４度」に維持した場合のシミュレーション結果例を示している。また、図１６（ａ）は、ＥＰＥ１１とコンバイナ１３との間にフィールドレンズ１２を設置しなかった場合のシミュレーション結果例を示している。図１６（ａ）より、虚像の歪みが生じていることがわかる。具体的には、図７（ｂ）に示した、コンバイナ１３のチルト角αを変化させる前の初期状態での結果と比較すると、新たな虚像の歪みが生じていることがわかる。
　図１６（ｂ）は、ＥＰＥ１１のチルト角βを、コンバイナ１３における変化後のチルト角α（＝１６度）の略２倍に変化させなかった場合、つまりＥＰＥ１１のチルト角βを「２４度」に維持した場合のシミュレーション結果例を示している。また、図１６（ｂ）は、ＥＰＥ１１とコンバイナ１３との間にフィールドレンズ１２を設置した場合のシミュレーション結果例を示している。図１６（ｂ）より、図１６（ａ）と比較すると、虚像の弓なりの歪みが抑制されているが、図７（ｃ）に示した、コンバイナ１３のチルト角αを変化させる前の初期状態での結果と比較すると、新たな虚像の歪みが生じていることがわかる。
　図１６（ｃ）は、ＥＰＥ１１のチルト角βを、コンバイナ１３における変化後のチルト角α（＝１６度）の略２倍に変化させた場合、つまりＥＰＥ１１のチルト角βを「３２度」に変化させた場合のシミュレーション結果例を示している。また、図１６（ｃ）は、ＥＰＥ１１とコンバイナ１３との間にフィールドレンズ１２を設置しなかった場合のシミュレーション結果例を示している。図１６（ｃ）より、図１６（ａ）と比較すると、虚像の歪みが適切に軽減されていることがわかる。
　図１６（ｄ）は、ＥＰＥ１１のチルト角βを、コンバイナ１３における変化後のチルト角α（＝１６度）の略２倍に変化させた場合、つまりＥＰＥ１１のチルト角βを「３２度」に変化させた場合のシミュレーション結果例を示している。また、図１６（ｄ）は、ＥＰＥ１１とコンバイナ１３との間にフィールドレンズ１２を設置した場合のシミュレーション結果例を示している。図１６（ｄ）より、図１６（ｂ）と比較すると、虚像の歪みが適切に除去されていることがわかる。また、図１６（ｃ）と比較すると、虚像の弓なりの歪みが適切に除去されていることがわかる。
　図１７は、両眼でのシミュレーション結果の一例を示している。図１７（ａ）～（ｄ）では、シミュレーションより得られた虚像を実線及び破線で示しており、参照スクリーンの形状を一点鎖線の枠で示している。具体的には、左眼で観察される虚像を実線で示しており、右眼で観察される虚像を破線で示している。
　図１７（ａ）は、ＥＰＥ１１のチルト角βを、コンバイナ１３における変化後のチルト角α（＝１６度）の略２倍に変化させなかった場合、つまりＥＰＥ１１のチルト角βを「２４度」に維持した場合のシミュレーション結果例を示している。また、図１７（ａ）は、ＥＰＥ１１とコンバイナ１３との間にフィールドレンズ１２を設置しなかった場合のシミュレーション結果例を示している。図１７（ａ）より、虚像の歪みが生じていることがわかる。具体的には、図９（ｂ）に示した、コンバイナ１３のチルト角αを変化させる前の初期状態での結果と比較すると、新たな虚像の歪みが生じていると共に、両眼のそれぞれで観察される虚像の形状の違いが大きくなっていることがわかる。
　図１７（ｂ）は、ＥＰＥ１１のチルト角βを、コンバイナ１３における変化後のチルト角α（＝１６度）の略２倍に変化させなかった場合、つまりＥＰＥ１１のチルト角βを「２４度」に維持した場合のシミュレーション結果例を示している。また、図１７（ｂ）は、ＥＰＥ１１とコンバイナ１３との間にフィールドレンズ１２を設置した場合のシミュレーション結果例を示している。図１７（ｂ）より、図１７（ａ）と比較すると、虚像の弓なりの歪みが抑制されているが、図９（ｃ）に示した、コンバイナ１３のチルト角αを変化させる前の初期状態での結果と比較すると、新たな虚像の歪みが生じていると共に、両眼のそれぞれで観察される虚像の形状の違いが大きくなっていることがわかる。
　図１７（ｃ）は、ＥＰＥ１１のチルト角βを、コンバイナ１３における変化後のチルト角α（＝１６度）の略２倍に変化させた場合、つまりＥＰＥ１１のチルト角βを「３２度」に変化させた場合のシミュレーション結果例を示している。また、図１７（ｃ）は、ＥＰＥ１１とコンバイナ１３との間にフィールドレンズ１２を設置しなかった場合のシミュレーション結果例を示している。図１７（ｃ）より、図１７（ａ）と比較すると、虚像の歪みが適切に軽減されていると共に、両眼のそれぞれで観察される虚像の形状の違いが適切に軽減されていることがわかる。
　図１７（ｄ）は、ＥＰＥ１１のチルト角βを、コンバイナ１３における変化後のチルト角α（＝１６度）の略２倍に変化させた場合、つまりＥＰＥ１１のチルト角βを「３２度」に変化させた場合のシミュレーション結果例を示している。また、図１７（ｄ）は、ＥＰＥ１１とコンバイナ１３との間にフィールドレンズ１２を設置した場合のシミュレーション結果例を示している。図１７（ｄ）より、図１７（ｂ）と比較すると、虚像の歪みが適切に軽減されていると共に、両眼のそれぞれで観察される虚像の形状の違いが適切に軽減されていることがわかる。また、図１７（ｃ）と比較すると、虚像の弓なりの歪みが適切に除去されていることがわかる。
　以上説明した第３実施例によれば、コンバイナ１３のチルト角αが変化された場合に、ＥＰＥ１１のチルト角βを適切に変化させることで（具体的には変化後のチルト角αの略２倍にＥＰＥ１１のチルト角βを変化させることで）、コンバイナ１３のチルト角αの変化によって生じる虚像の歪みを適切に抑制することができる。
　なお、上記の第１実施例で述べた理由より、ＥＰＥ１１のチルト角βを変化後のチルト角αの２倍に厳密に変化させなくても良い。つまり、ＥＰＥ１１のチルト角βを、コンバイナ１３における変化後のチルト角αの２倍付近の角度に変化させても良い。
　また、第３実施例は、上記した第２実施例と組み合わせて実施することができる。つまり、コンバイナ１３のチルト角αが変化された場合に、変化後のチルト角αの略２倍にＥＰＥ１１のチルト角βを変化させる制御を行うと共に、レーザプロジェクタ１から照射される光によってＥＰＥ１１上に形成される像の歪みを補正する処理を行うことができる。
　［変形例］
　次に、上記した実施例の変形例について説明する。なお、以下で提示する変形例は、上記した第１乃至第３実施例に適宜組み合わせて実施することができると共に、それぞれを適宜組み合わせて実施することができる。
　（変形例１）
　上記した実施例では、ユーザが虚像を見上げるように構成された表示装置１００、１０１を示したが、変形例１は、ユーザが虚像を見下ろすように構成された表示装置に関する。
　図１８は、変形例１に係る表示装置１０２の全体構成を概略的に示したブロック図である。なお、第１実施例に係る表示装置１００（図１及び図３参照）と同様の構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
　図１８に示すように、変形例１に係る表示装置１０２は、ユーザが見下ろすことで虚像を観察可能に構成されている点で、第１実施例に係る表示装置１００などと異なる。具体的には、第１実施例に係る表示装置１００では、ユーザが見上げることで虚像が観察できるように、ＥＰＥ１１及びコンバイナ１３を、それぞれ軸ｂ、ｃに対して反時計回りの方向にチルト角β、αで傾けていたが、変形例１に係る表示装置１０２では、ユーザが見下ろすことで虚像が観察できるように、ＥＰＥ１１及びコンバイナ１３を、それぞれ軸ｂ、ｃに対して時計回りの方向にチルト角β、αで傾ける。このような変形例１に係る構成でも、第１実施例などと同様に、ＥＰＥ１１のチルト角βがコンバイナ１３のチルト角αの略２倍に設定される（変形例１では、軸ｂ、ｃに対して時計回りの方向を「正」と定義する）。
　（変形例２）
　変形例２は、ＥＰＥ１１とコンバイナ１３との間にミラーが設けられている点で、上記した実施例と異なる。
　図１９は、変形例２に係る表示装置１０３の全体構成を概略的に示したブロック図である。なお、第１実施例に係る表示装置１００（図１及び図３参照）と同様の構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
　図１９に示すように、変形例２に係る表示装置１０３では、ＥＰＥ１１とコンバイナ１３との間に平面ミラー１９が設けられている。具体的には、平面ミラー１９は、フィールドレンズ１２とコンバイナ１３との間に配置されている。平面ミラー１９は、フィールドレンズ１２からの光を反射してコンバイナ１３に入射させる。例えば、平面ミラー１９は、ＥＰＥ１１の中心を通過した光が４５度の入射角にて入射し、当該光を４５度の反射角で反射することでコンバイナ１３の中心に入射させる。このような平面ミラー１９は、例えば表示装置１０３の全長を短くさせるといった観点より設けられる。
　ここで、ＥＰＥ１１の中心Ｃ１から平面ミラー１９に入射する光の進行方向に対応する軸を「ａ１」と定義し、平面ミラー１９からコンバイナ１３の中心Ｃ２に入射する光の進行方向に対応する軸を「ａ２」と定義する。軸ａ１及び軸ａ２は、上記したＥＰＥ１１の中心Ｃ１とコンバイナ１３の中心Ｃ２とを結んだ軸ａ（図３参照）を折り曲げた軸に相当する。この場合、軸ａ１に直行すると共にＥＰＥ１１の中心Ｃ１を通る軸ｂ１に対して、ＥＰＥ１１が傾いている角度を、ＥＰＥ１１のチルト角βとして定義する。同様に、軸ａ２に直行すると共にコンバイナ１３の中心Ｃ２を通る軸ｃ１に対して、コンバイナ１３が傾いている角度を、コンバイナ１３のチルト角αとして定義する。また、ＥＰＥ１１のチルト角βについては、軸ｂ１に対して反時計回りの方向を「正」と定義し、コンバイナ１３のチルト角αについては、軸ｃ１に対して時計回りの方向を「正」と定義する。
　このようにチルト角α、βを定義した場合、虚像の歪みを適切に抑制することができるチルト角α、βは、第１実施例などと同様に「β≒２α」となる。よって、変形例２でも、ＥＰＥ１１のチルト角βがコンバイナ１３のチルト角αの略２倍に設定される。
　なお、上記では、ＥＰＥ１１とコンバイナ１３との間に１つのミラー（平面ミラー１９）のみを設ける構成を示したが、ＥＰＥ１１とコンバイナ１３との間に２つ以上のミラーを設けても良い。この場合にも、ＥＰＥ１１のチルト角βがコンバイナ１３のチルト角αの略２倍に設定される（但し、ミラーを設ける態様などによって、ＥＰＥ１１及びコンバイナ１３をチルトさせる方向（時計回り又は反時計回り）が変わってくる）。
　（変形例３）
　変形例３は、レーザプロジェクタ１及びＥＰＥ１１の代わりに、液晶ディスプレイを用いる点で、上記した実施例と異なる。
　図２０は、変形例３に係る表示装置１０４の全体構成を概略的に示したブロック図である。なお、第１実施例に係る表示装置１００（図１及び図３参照）と同様の構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
　図２０に示すように、変形例３に係る表示装置１０４は、レーザプロジェクタ１及びＥＰＥ１１の代わりに、液晶ディスプレイ２００を有する点で、第１実施例に係る表示装置１００などと異なる。液晶ディスプレイ２００は、本発明の「画像形成素子」の一例に相当する。液晶ディスプレイ２００も、上記した第１実施例などと同様に、コンバイナ１３のチルト角αの略２倍のチルト角βにて配置される。
　なお、レーザプロジェクタ１及びＥＰＥ１１の代わりに、液晶ディスプレイ２００を用いることに限定はされない。他の例では、レーザプロジェクタ１及びＥＰＥ１１の代わりに、有機ＥＬディスプレイを用いることができる。この場合、有機ＥＬディスプレイは、本発明の「画像形成素子」の一例に相当する。
　（変形例４）
　変形例４は、ＥＰＥ１１の射出側に配置されたフィールドレンズの構成が、上記した実施例と異なる。具体的には、変形例４に係るフィールドレンズは、ＥＰＥ１１からの光が入射する面（つまり入射面）が凸面形状に構成されていると共に、ＥＰＥ１１からの光が入射する面と反対側の面（つまり出射面）が凸面形状に構成されている。即ち、変形例４に係るフィールドレンズは、両凸球面の形状を有している。また、変形例４に係るフィールドレンズは、その中心とＥＰＥ１１の中心とを結んだ軸が、ＥＰＥ１１の鉛直方向に延びる軸と平行になるように配置されている。フィールドレンズから出射された光は、コンバイナ１３に入射する。なお、変形例４に係るフィールドレンズも、本発明における「虚像歪補正素子」の一例に相当する。
　図２１は、変形例４に係るフィールドレンズを用いた場合のシミュレーション結果の一例を示す。なお、シミュレーションは、下記のようなパラメータを用いて行ったものとする。
・ＥＰＥ１１とフィールドレンズ入射面との間隔：２ｍｍ（ＥＰＥ１１とフィールドレンズの中心は一致するものとする）
・ＥＰＥ１１の中心Ｃ１とコンバイナ１３の中心Ｃ２との間隔Ｙ１：１７０ｍｍ
・コンバイナ１３の中心Ｃ２とアイポイントとの間隔Ｙ２：５００ｍｍ
・コンバイナ１３の曲率半径：４００ｍｍ（コンバイナ１３の形状は球面）
・コンバイナ１３のチルトα：１２度
・ＥＰＥ１１のチルトβ：２４度
・ＥＰＥ１１上の中間像サイズ：水平方向の長さ７５ｍｍ×垂直方向の長さ２５ｍｍ
・フィールドレンズの入射側の曲率半径：８００ｍｍ
・フィールドレンズの射出側の曲率半径：１７０ｍｍ
・フィールドレンズの中心厚み：８ｍｍ
・フィールドレンズの屈折率：１．５２６
　図２１（ａ）は、変形例４に係るフィールドレンズを用いた場合のアイボックスセンターでのシミュレーション結果の一例を示し、図２１（ｂ）は、変形例４に係るフィールドレンズを用いた場合の両眼でのシミュレーション結果の一例を示している。図２１（ａ）及び（ｂ）より、両凸球面に構成されたフィールドレンズを用いた場合にも、虚像の歪み（弓なりの歪みなど）を適切に抑制できていることがわかる。
　（変形例５）
　上記した実施例では、本発明をレーザプロジェクタ１に適用する例を示したが、本発明は、レーザプロジェクタ１以外にも、液晶プロジェクタなどの種々のプロジェクタに適用することができる。
　（変形例６）
　上記した実施例では、球面形状に構成されたフィールドレンズ１２及びコンバイナ１３に本発明を適用する例を示したが、本発明は、非球面形状に構成されたフィールドレンズ及び／又はコンバイナにも適用することができる。また、上記した実施例では、平面形状に構成されたＥＰＥ１１に本発明を適用する例を示したが、ＥＰＥ１１を平面形状に構成することに限定はされない。
　以上に述べたように、実施例は、上述した実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能である。
　本発明は、ヘッドアップディスプレイなどの、虚像として画像を視認させる表示装置に利用することができる。
　１　レーザプロジェクタ
　１１　射出瞳拡大素子（ＥＰＥ）
　１２　フィールドレンズ
　１３　コンバイナ
　１５　角度センサ
　１６　アクチュエータ
　１９　平面ミラー
　１００　表示装置

Claims (18)

  1. 　表示すべき画像を形成する画像形成素子と、
    　前記画像形成素子から出射された光を反射することで虚像を表示させる光学素子と、を備え、
    　前記画像形成素子の中心から前記光学素子の中心へと進む光の進行方向に対する前記画像形成素子の角度である第１角度が、前記光学素子によって表示される前記虚像の歪みが小さくなるように、前記光の進行方向に対する前記光学素子の角度である第２角度に応じて設定されていることを特徴とする表示装置。
  2. 　前記光の進行方向に対する前記光学素子の角度の変化に起因する前記虚像の歪みを小さくするように、前記光の進行方向に対する前記画像形成素子の角度を変化させる角度変更手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
  3. 　前記光学素子の角度を変化させる手段を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
  4. 　前記第１角度は、前記第２角度よりも大きな角度となるように設定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の表示装置。
  5. 　前記第１角度は、前記第２角度の略２倍の角度となるように設定されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の表示装置。
  6. 　前記光学素子は、前記画像形成素子から出射された光の進行方向に向かって凹形状を有しており、
    　前記画像形成素子は、平面形状であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の表示装置。
  7. 　前記角度変更手段は、前記虚像の台形歪み及び／又は前記画像形成素子上に形成された画像と前記虚像とのアスペクト比の違いを小さくするように、前記光の進行方向に対する前記画像形成素子の角度を変化させることを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
  8. 　前記角度変更手段は、前記画像形成素子と前記光学素子との相対的な角度関係を所定の条件に維持したまま、前記光の進行方向に対する前記画像形成素子の角度を変化させることを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
  9. 　前記角度変更手段は、前記光の進行方向に対する前記画像形成素子の角度を、前記光の進行方向に対する前記光学素子の角度の略２倍に変化させることを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
  10. 　前記画像形成素子と前記光学素子との間に、虚像歪補正素子が配置されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の表示装置。
  11. 　前記虚像歪補正素子は、前記光学素子が曲率を有することに起因する、前記虚像の弓なりの歪みを補正することを特徴とする請求項１０に記載の表示装置。
  12. 　前記画像形成素子は、光源から照射された光の射出瞳を拡大する射出瞳拡大素子であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の表示装置。
  13. 　前記光源から照射された光によって前記画像形成素子上に形成される像の歪みを補正する補正手段を更に備えることを特徴とする請求項１２に記載の表示装置。
  14. 　前記補正手段は、前記光源より照射された光の前記画像形成素子に対する角度に起因する、前記像の歪みを補正することを特徴とする請求項１３に記載の表示装置。
  15. 　前記画像形成素子は、液晶ディスプレイであることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の表示装置。
  16. 　前記画像形成素子は、有機ＥＬディスプレイであることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の表示装置。
  17. 　前記第１角度は、前記画像形成素子の中心から前記光学素子の中心へと進む光の進行方向に直行し、且つ前記画像形成素子の中心を通る軸に対して、前記画像形成素子がなす角度であり、
    　前記第２角度は、前記画像形成素子の中心から前記光学素子の中心へと進む光の進行方向に直行し、且つ前記光学素子の中心を通る軸に対して、前記光学素子がなす角度であることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の表示装置。
  18. 　表示すべき画像を形成する画像形成素子と、
    　前記画像形成素子から出射された光を反射することで虚像を表示させる光学素子と、
    　前記画像形成素子の中心から前記光学素子の中心へと進む光の進行方向に対する前記光学素子の角度を変化させる第１角度変更手段と、
    　前記光の進行方向に対する前記光学素子の角度の変化に起因する前記虚像の歪みを小さくするように、前記光の進行方向に対する前記画像形成素子の角度を変化させる第２角度変更手段と、を備えることを特徴とする表示装置。
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