JP2020098270A - 虚像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示虚像に適した照明を実現可能な虚像表示装置を提供する。【解決手段】虚像表示装置は、表示虚像を表示する。虚像表示装置は、表示虚像として結像されることとなる画像を表示する画像表示パネルと、画像表示パネルを照明するバックライトと、画像表示パネルから発せられた画像の表示光を導光する光路を形成し、表示虚像を拡大する拡大導光部と、を備える。バックライトは、１次元配列ないし２次元配列にて配列されて列２６を構成する複数の照明エレメント２５を有する。列２６は、照明エレメント２５が曲線上に配列された曲線上列２７を含む。【選択図】図４

Description

この明細書による開示は、虚像表示装置に関する。

従来、表示虚像を表示する虚像表示装置が知られている。特許文献１に開示の装置は、画像表示パネル、バックライト及び拡大導光部を備えている。バックライトが画像表示パネルを照明することにより、画像表示パネルは表示虚像として結像されることとなる画像を表示するようになっている。

バックライトは、２次元配列にて配列されて列を構成する複数の照明エレメントを有している。こうした照明エレメントは、直線上に配列されている。

特開２００７−８７７９２号公報

さて、虚像表示装置では、画像表示パネルから発せられた画像の表示光を導光する光路を形成し、画像を拡大する拡大導光部を設ける構成が検討されている。拡大導光部を設けると、バックライトの虚像もその影響を受けて歪んでしまう。

ここで、特許文献１に開示された直線上に配列された照明エレメントと、拡大導光部との組み合わせでは、拡大導光部の拡大作用の影響によって、バックライトの虚像における照明エレメントの列も曲線状に歪んでしまう。こうした虚像での照明エレメントの列の歪みを原因として、表示虚像を良好な表示に適した照明が実現困難となることが懸念されている。

この明細書の開示による目的のひとつは、表示虚像に適した照明を実現可能な虚像表示装置を提供することにある。

ここに開示された態様のひとつは、表示虚像（ＶＤＰ）を表示する虚像表示装置であって、
表示虚像として結像されることとなる画像を表示する画像表示パネル（２２）と、
画像表示パネルを照明するバックライト（２４）と、
画像表示パネルから発せられた画像の表示光を導光する光路（ＯＰ）を形成し、表示虚像を拡大する拡大導光部（４１）と、を備え、
バックライトは、１次元配列ないし２次元配列にて配列されて列（２６，２２６）を構成する複数の照明エレメント（２５，２２５）を有し、
列は、照明エレメントが曲線上に配列された曲線上列（２７，２２７）を含む。

このような態様によると、複数の照明エレメントは、１次元配列ないし２次元配列に配列されて列を構成している。こうした列には、照明エレメントが曲線上に配列された曲線上列が含まれている。当該照明エレメントから画像表示パネルを通じて導光される画像の表示光が拡大導光部を経たとしても、予め照明エレメントを曲線上に配置することによれば、バックライトの虚像における照明エレメントの列の歪みを相殺するように、当該虚像における列を直線に近づけることができる。故に、表示虚像を表示するにあたって、実際的な輝度に影響するバックライトの虚像を良好な形態とすることにより、好適な照明が実現されるのである。

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

第１実施形態のＨＵＤ装置の車両への搭載状態を示す図である。 第１実施形態の光学系を示す斜視図である。 第１実施形態の表示器の構成を示す図である。 第１実施形態のレンズアレイ及びバックライトを画像表示パネル側からみた図である。 第１実施形態の表示器と制御ユニットとの関係を示すブロック図である。 比較例におけるローカルディミングを説明するための図である。 第１実施形態におけるローカルディミングを説明するための図である。 第２実施形態のレンズアレイ及びバックライトを画像表示パネル側からみた図である。

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

（第１実施形態）
図１に示すように、本開示の第１実施形態による虚像表示装置は、車両１に用いられ、当該車両１のインストルメントパネル２内に収容されるヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤ装置）１０である。ＨＵＤ装置１０は、車両１のウインドシールド３に設定された投影部３ａへ向けて画像の表示光を投影する。これにより、ＨＵＤ装置１０は、画像を、視認者としての乗員により視認可能な表示虚像ＶＤＰとして表示する。すなわち、投影部３ａにて反射される画像の表示光が、車両１の室内に設定された視認領域ＥＢに到達することにより、視認領域ＥＢにアイポイントＥＰが位置する乗員が各種情報を認識することができる。

表示される各種情報としては、例えば車速、燃料残量等の車両１の状態を示す情報、又は視界補助情報、道路情報等のナビゲーション情報等が挙げられる。

以下において、特に断り書きが無い限り、前、後、上、下、左及び右が示す各方向は、水平面ＨＰ上の車両１を基準として記載される。

車両１のウインドシールド３は、例えばガラスないし合成樹脂により透光性の板状に形成された透過部材であり、インストルメントパネル２よりも上方に配置されている。ウインドシールド３は、前方から後方へ向かう程、インストルメントパネル２とは離間するように傾斜して配置されている。ウインドシールド３は、画像の表示光が投影される投影部３ａを、滑らかな凹面状又は平面状に形成している。なお、投影部３ａは、ウインドシールド３に設けられていなくてもよい。例えば車両１と別体となっているコンバイナを車両１内に設置して、当該コンバイナに投影部３ａが設けられていてもよい。

視認領域ＥＢは、表示虚像ＶＤＰが所定の規格を満たすように（例えば表示虚像ＶＤＰ全体が所定の輝度以上となるように）視認可能となる空間領域であって、アイボックスとも称される。視認領域ＥＢは、典型的には、車両１に設定されたアイリプスと重なるように設定される。アイリプスは、乗員のアイポイントＥＰの空間分布を統計的に表したアイレンジに基づいて、仮想の楕円体状に設定されている。

このようなＨＵＤ装置１０の具体的構成を、図２〜５も用いて、以下に説明する。ＨＵＤ装置１０は、ハウジング１１、表示器２１、拡大導光部４１、及び制御ユニット５１等により構成されている。

ハウジング１１は、例えば合成樹脂ないし金属等により、表示器２１、拡大導光部４１、及び制御ユニット５１等を収容する中空形状を有しており、車両１のインストルメントパネル２内に設置されている。ハウジング１１は、投影部３ａと対向する上面部に、光学的に開口する窓部１２を有している。窓部１２は、例えば表示光を透過可能な防塵シート１３で覆われている。

表示器２１は、表示画面２２ａに、表示虚像ＶＤＰとして結像されることとなる画像を表示して、その画像の表示光を拡大導光部４１へ向けて投射する。本実施形態の表示器２１は、透過型の液晶表示器となっている。表示器２１は、表示画面２２ａを有する画像表示パネル２２、バックライト２４、及び照明光学部３０を有し、例えば遮光性を有する箱状のケーシングにこれらを収容して構成されている。

拡大導光部４１は、表示器２１の表示画面２２ａから発せられた画像の表示光を導光する光路ＯＰを形成している。拡大導光部４１は、例えば平面鏡４２及び凹面鏡４４を有している。

平面鏡４２は、例えば合成樹脂ないしガラスからなる基材の表面に、アルミニウムを蒸着させること等により、反射面４３を形成している。反射面４３は、滑らかな平面状に形成されている。表示器２１から平面鏡４２に入射した表示光は、反射面４３により凹面鏡４４へ向けて反射される。平面鏡４２は、表示光を反射することにより、光路ＯＰを折り曲げている。こうした折り曲げは、表示画面２２ａの短手方向ＳＤと対応した方向に沿っている。

凹面鏡４４は、例えば合成樹脂ないしガラスからなる基材の表面に、アルミニウムを蒸着させること等により、反射面４５を形成している。反射面４５は、凹状に湾曲することで、滑らかな凹面状に形成されている。平面鏡４２から凹面鏡４４に入射した表示光は、反射面４５により投影部３ａへ向けて反射される。ここで、正の光学パワーを有する反射面４５での反射によって、表示虚像ＶＤＰを表示画面２２ａの画像に対して拡大することが可能となっている。また、凹面鏡４４は、制御ユニット５１により制御されているステッピングモータの駆動に応じて、左右方向に伸びる回転軸４４ａのまわりに回動可能となっており、表示虚像ＶＤＰの表示位置を上下方向に調整することができるようになっている。

凹面鏡４４は、表示光を反射することにより、光路ＯＰを折り曲げている。図２にしめすように、表示光の凹面鏡４４での反射における入射面（Plane of Incidence）ＰＩは、当然に、反射面４３の法線を含むと共に、前後の光路ＯＰの延伸方向に沿ったものとなる。

こうして凹面鏡４４の反射面４５に反射された表示光は、防塵シート１３を透過することでＨＵＤ装置１０の外部へ射出され、ウインドシールド３の投影部３ａに入射する。投影部３ａに反射された表示光が乗員のアイポイントＥＰに到達すると、当該乗員は表示虚像ＶＤＰを視認可能となるのである。ここで、投影部３ａは、透過部材としてのウインドシールド３に設定されているので、表示虚像ＶＤＰは、ウインドシールド３を通して視認される車外の景色と重畳して表示される。

以下では、本実施形態の表示器２１について詳細に説明する。図３に示すように、表示器２１の画像表示パネル２２は、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor、ＴＦＴ）を用いたＴＦＴ液晶パネルであって、例えば２次元配列にて配列された複数の液晶画素から形成されたアクティブマトリクス型の液晶パネルである。

画像表示パネル２２は、長手方向ＬＤ及び短手方向ＳＤを有する矩形状を呈している。液晶画素が長手方向ＬＤ及び短手方向ＳＤに直線上に配列されることで、拡大導光部４１側を向き画像を表示光として射出する表示画面２２ａもまた矩形状を呈している。各表示画素では、表示画面２２ａの法線方向に貫通して設けられる透過部と、当該透過部を囲んで形成された配線部とが設けられている。

画像表示パネル２２は、一対の偏光板及び一対の偏光板に挟まれた液晶層等が積層されて形成されていることで、平板状を呈している。各偏光板は、互いに実質直交する透過軸及び吸収軸を有し、透過軸方向に偏光した光を透過させ、吸収軸方向に偏光した光を吸収する性質を有する。一対の偏光板は、透過軸を互いに直交させて配置されている。液晶層は、液晶画素毎の電圧の印加により、印加電圧に応じて液晶層に入射する光の偏光方向を回転させることが可能となっている。こうして画像表示パネル２２は、偏光方向の回転により拡大導光部４１側の偏光板を透過する光の割合、すなわち透過率を、液晶画素毎に変えることができる。

したがって、画像表示パネル２２は、バックライト２４側の表面である照明対象面２２ｂからの光源光の入射に対応して、液晶画素毎の透過率が制御されることで、表示画面２２ａに画像を形成する画像形成部として機能する。隣り合う液晶画素には、互いに異なる色（例えば赤、緑及び青）のカラーフィルタが設けられており、これらの組み合わせにより、様々な色が実現されるようになっている。

なお、表示画面２２ａの長手方向ＬＤは、表示虚像ＶＤＰが表示される際の左右方向に対応し、表示画面２２ａの短手方向ＳＤは、表示虚像ＶＤＰが表示される際の上下方向に対応する。

バックライト２４は、画像表示パネル２２の照明対象面２２ｂへの照明に用いられる。バックライト２４は、いわゆる直下型に準じたバックライトであり、複数の照明エレメント２５及び当該照明エレメント２５を保持する基板２４ａ等により構成されている。

本実施形態において、各照明エレメント２５には、１つの発光ダイオード素子が採用されている。各照明エレメント２５は、基板２４ａ上の照明用回路による配線パターンを通じて、電源と電気的に接続されている。より詳細に、各照明エレメント２５は、チップ状の青色発光ダイオードを、透光性を有する合成樹脂に黄色蛍光剤を混合した黄色蛍光体により封止することにより形成されている。青色発光ダイオードから電流量に応じて発せられる青色光により、黄色蛍光体が励起されて黄色光を発光し、青色光と黄色光との混合により、各照明エレメント２５から疑似白色の光源光が発せられる。各照明エレメント２５は、個別に点灯状態と消灯状態とを切り替え可能となっている。

各照明エレメント２５は、基板２４ａ上の配列面２４ｂにて、２次元配列にて配列されて列２６を構成している。例えば数学における行列では、行と列とが区別されるが、本実施形態の２次元配列では、行と列とは区別せず、全て列と称する。本実施形態の配列面２４ｂは、平面状となっており、照明対象面２２ｂ及び表示画面２２ａに対して傾斜して配置されている。これにより、各照明エレメント２５から配列面２４ｂに実質垂直な方向を強度ピーク方向として光源光が発せられると、表示に寄与する光源光は、照明対象面２２ｂ及び表示画面２２ａを斜めに透過することとなる。

各照明エレメント２５は、照明対象面２２ｂないし表示画面２２ａのうち、個別に対応する部分的な領域を、照明するようになっている。換言すると、表示画面２２ａには、照明エレメント２５の配列に対応して仮想的に分割された領域が設定されている。

こうした本実施形態の列２６には、照明エレメント２５が曲線上に配列された曲線上列２７が含まれている。

ここで図２に示すように、上述のように凹面鏡４４での反射における入射面ＰＩを光路ＯＰに沿ってバックライト２４側に仮想的に投影していき、最終的にバックライト２４の配列面２４ｂに投影されることで設定される仮想線を、入射面投影線ＰＬと定義する。通常、入射面投影線ＰＬは、凹面鏡４４での表示光の折り曲げ方向と対応付けられた直線となる。

特に本実施形態では、平面鏡４２及び凹面鏡４４において、表示画面２２ａの短手方向ＳＤと対応した方向に沿って、表示光が折り曲げられているので、入射面投影線ＰＬは、当該短手方向ＳＤに沿っている。

各曲線上列２７は、配列面２４ｂ上において、入射面投影線ＰＬを横切るように設定されている。図４に示すように、２次元配列のうち、表示画面２２ａの比較的長手方向ＬＤに延伸し、並列に並ぶ各列が、曲線上に配列された曲線上列２７となっている。特に本実施形態の各曲線上列２７には、それぞれ５つの照明エレメント２５が配列されている。

各曲線上列２７における曲線は、変曲点の形成が規制されるように湾曲している。特に本実施形態では、各曲線上列２７における曲線は、入射面投影線ＰＩを対象軸として対称形状となっている２次曲線（例えば放物線）で表される。こうした曲線の焦点は、例えば、当該曲線よりも、表示画面２２ａに表示される画像における上側となる位置に設定されている。ここでいう焦点とは、光学的な焦点ではなく、配列面２４ｂ上の２次曲線において数学的に定義される焦点である。

また、２次元配列において、各曲線上列２７と交差すると共に、短手方向ＳＤに延伸して並列に並ぶ各交差列２８は、直線上に配列されている。各交差列２８は、画素の配列方向と一致するように、互いに実質平行に配置されている。特に本実施形態の各交差列２８には、それぞれ、各曲線上列２７のエレメント数よりも少ない３つの照明エレメント２５が配列されている。

ここで図２に示すように、バックライト２４は、ウインドシールド３を挟んで視認領域ＥＢとは反対側、より詳細には表示虚像ＶＤＰよりも遠方に、当該バックライトの虚像ＶＢＬを形成する。バックライトの虚像ＶＢＬは、２次元配列された複数の照明エレメント２５の虚像を構成している。バックライトの虚像ＶＢＬは、表示虚像ＶＤＰを通して、例えば表示虚像ＶＤＰの輝度分布のような形で乗員により認識され得る。

こうしたバックライトの虚像ＶＢＬは、照明エレメント２５から発せられた光源光が構成するものである。かかる光源光は、表示画面２２ａから発せられた表示光として拡大導光部４１を経て視認領域ＥＢに到達するから、バックライトの虚像ＶＢＬは、当然に拡大導光部４１により拡大作用を受け、歪み（例えばスマイル歪み）が生じたものとなる。ただし、上述のように曲線上列２７を含むように照明エレメント２５を配置することで、照明エレメント２５による曲線上列２７は、バックライトの虚像ＶＢＬにおいて、歪みの影響で逆に直線上に配列された状態に近づく。すなわち、上述の曲線上列２７の曲線は、拡大導光部４１の影響による歪みを相殺するように逆算されることで設定されている。

図３に示すように、バックライト２４と画像表示パネル２２との間には、照明光学部３０が配置されている。照明光学部３０は、例えばレンズアレイ３１、フレネルレンズ３２及び拡散板３３を有している。

レンズアレイ３１は、複数の凸レンズ素子３１ａが照明エレメント２５の数及び配置に合わせて配列されて形成されている。特に本実施形態の各凸レンズ素子３１ａは、外周輪郭を矩形状に形成され、個別に対応する照明エレメント２５と対向して配置されている。各凸レンズ素子３１ａは、例えば合成樹脂ないしガラス等により透光性を有して形成され、各照明エレメント２５からの光源光を集光する。

各レンズ素子外周輪郭の矩形状の一辺は、交差列２８の延伸方向に沿っている。各凸レンズ素子３１ａは、各交差列２８毎に設定された所定の偏心量分、当該交差列２８の延伸方向に偏心されている。当該所定の偏心量は、曲線上列２７の曲線の当該延伸方向への変位量に実質一致している。

フレネルレンズ３２は、レンズアレイ３１よりも画像表示パネル２２側に配置され、例えば合成樹脂ないしガラス等により透光性を有して平板状に形成されている。フレネルレンズ３２は、レンズアレイ３１側から入射した光源光をさらに集光して平行化する。

拡散板３３は、画像表示パネル２２の照明対象面２２ｂに対して近接状態又は接着状態に配置され、例えば透光性合成樹脂からなる基材にマイクロビーズ等の拡散粒子を混合することにより、シート状又は平板状に形成されている。拡散板３３は、フレネルレンズ３２側から入射した光を拡散して、画像表示パネル２２に入射する光源光の指向性を調整する。

なお、図３，４では、凸レンズ素子３１ａ及び照明エレメント２５の一部にのみ符号が付されている。

図１，５に示す制御ユニット５１は、いわゆるコンピュータであり、少なくとも１つのプロセッサ、メモリ装置、入出力インターフェースを含む電子回路を主体として構成されている。プロセッサは、メモリ装置に記憶されているコンピュータプログラムを実行する演算回路である。メモリ装置は、例えば半導体メモリ等によって提供され、プロセッサによって読み取り可能なコンピュータプログラムを非一時的に格納するための非遷移的実体的記憶媒体である。

制御ユニット５１は、表示器２１及び凹面鏡４４のステッピングモータと通信可能に接続されている。加えて、制御ユニット５１は、通信を用いた電気信号の入力によって車両１のＥＣＵ（Electronic Control Unit）等からの各種情報を取得可能に構成されている。なお、制御ユニット５１と各要素との間の通信においては、有線通信、無線通信を問わず各種の好適な通信方式が採用され得る。

制御ユニット５１は、画像制御部５２及びバックライト制御部５４等の制御部を、コンピュータプログラムの実行により演算処理を行なう機能部として備える。

画像制御部５２は、ＥＣＵが生成し、当該ＥＣＵから入力された画像が表示画面２２ａに表示されるように、画像表示パネル２２を制御する。あるいは、画像制御部５２は、ＥＣＵからの情報に応じて画像を生成し、当該画像が表示画面２２ａに表示されるように、画像表示パネル２２を制御する。

表示画面２２ａに表示される画像は、車外の景色と重畳する表示虚像ＶＤＰとして結像されることを前提にレイアウトされている。具体的に、表示画面２２ａのうち一部に、文字（例えば車速を表す文字）又は図柄（例えば目的地への案内に用いられる矢印）等による表示部分Ｐ１が設定され、他部には、実質的に何も表示されない背景部分Ｐ２が設定される（図２，７も参照）。表示部分Ｐ１では、画素の透過率が所定値に設定されて表示光が表示画面２２ａから射出される一方、背景部分Ｐ２では、景色の視認性低下を抑制するため、画素の透過率が最小値に設定されて表示光が極力表示画面から射出されないように、画像表示パネル２２が制御される。

さらに画像制御部５２は、拡大導光部４１に起因して発生する表示虚像ＶＤＰの歪みを逆算して、表示画面２２ａに表示される画像を変形表示させる。例えば、画像を、表示画面２２ａの長手方向ＬＤにおいて中央部に近づくほど画像上側に変位させることで、画像を変形表示させる。これにより、表示虚像ＶＤＰにおいて、恰も歪みが無かったかのように、文字又は図柄が表示される。

表示部分Ｐ１を構成する文字又は図柄は、変形処理される前の元データでは、仮想的な矩形状枠又は複数の矩形状枠の組み合わせからなる図形（以下、矩形状図形）内に納まるように形成されている。しかし、変形処理後に表示画面２２ａに表示された画像においては、変形が付与されて、矩形を歪ませた状態で表示される。ところが、この変形表示は拡大導光部４１に起因する歪みを逆算したものであるため、表示虚像ＶＤＰにおける文字又は図柄は、また元データのように、仮想的な矩形状図形内に納まるような表示に戻る。

バックライト制御部５４は、画像制御部５２と連携して、バックライト２４をローカルディミング制御（部分駆動制御ともいう）する。具体的に、バックライト制御部５４は、複数の照明エレメント２５のうち、上述の表示部分Ｐ１を包含する分割領域に対応する照明エレメント２５だけを、点灯状態とし、それ以外の照明エレメント２５を消灯状態とする。

以下に、２次元配列の照明エレメント９２５を全て直線上に（すなわち矩形格子状に）配列した比較例（図６参照）と、本実施形態（図７参照）とを比較する。

比較例においても、画像制御部が表示画面に表示される画像を変形表示することにより、表示虚像ＶＤＰにおいて、恰も歪みが無かったかのように、文字又は図柄の表示部分Ｐ１を表示することができる。しかしながら、バックライトの虚像ＶＢＬにおいて照明エレメント９２５の列２６は、拡大導光部４１の影響で歪み、曲線上に配列された状態になってしまう。このため、表示虚像ＶＤＰにおいて仮想的な矩形状図形内に納まるような表示部分Ｐ１を全てカバーするように点灯する照明エレメント９２５を選択すると、点灯する照明エレメント９２５が増加し、効果的なローカルディミング制御が実施できない。

これに対し、本実施形態では、バックライトの虚像ＶＢＬにおいて照明エレメント２５の曲線上列２７は、拡大導光部４１の影響で逆に直線上に配列された状態に近づくので、表示虚像ＶＤＰにおいて仮想的な矩形状図形内に納まるような表示部分Ｐ１を、より少ない数の照明エレメント２５の点灯で効率良く照明することができる。

なお、図６，７のバックライトの虚像ＶＢＬでは、点灯状態の照明エレメント９２５，２５を薄いドットハッチングで表し、消灯状態の照明エレメント９２５，２５を濃いドットハッチングで表している。また図６，７の表示虚像ＶＤＰでは、ドットハッチングの濃淡で輝度を表現している（ドットが濃い程、低輝度となる）。

（作用効果）
以上説明した第１実施形態の作用効果を以下に改めて説明する。

第１実施形態によると、複数の照明エレメント２５は、１次元配列ないし２次元配列に配列されて列２６を構成している。こうした列２６には、照明エレメント２５が曲線上に配列された曲線上列２７が含まれている。当該照明エレメント２５から画像表示パネル２２を通じて導光される画像の表示光が拡大導光部４１を経たとしても、予め照明エレメント２５を曲線上に配置することによれば、バックライトの虚像ＶＢＬにおける照明エレメント２５の列２６の歪みを相殺するように、当該虚像ＶＢＬにおける列２６を直線に近づけることができる。故に、表示虚像ＶＤＰを表示するにあたって、実際的な輝度に影響するバックライトの虚像ＶＢＬを良好な形態とすることにより、好適な照明が実現されるのである。

また、第１実施形態によると、曲線上列２７は、入射面投影線ＰＬを横切るように設定されている。すなわち、拡大作用が発生する凹面鏡４４反射時の光路ＯＰの折り曲げ方向を基準として、曲線上列２７が設定されるので、凹面鏡４４に起因したスマイル歪み等の歪みを高精度に相殺し、バックライトの虚像ＶＢＬにおける列２６を直線に近づけることができる。

また、第１実施形態によると、拡大導光部４１に起因して発生する表示虚像ＶＤＰの歪みを逆算して、画像表示パネル２２に表示される画像は、変形表示される。さらに、変形表示された画像を表示する画像表示パネル２２を照明するバックライト２４は、ローカルディミング制御される。表示虚像ＶＤＰの背後に形成されるバックライトの虚像ＶＢＬにおいて、照明エレメント２５の列２６は、直線化されているので、点灯する照明エレメント２５を、歪み相殺後の表示虚像ＶＤＰの表示部分Ｐ１の形状に合うように効率的に選択することができる。故に、表示虚像ＶＤＰに適した照明が実現されるのである。

また、第１実施形態によると、各曲線上列２７と交差する各交差列２８は、互いに平行な直線上に配列されている。このようにすると、バックライト２４の設計ないし製造において、例えば照明用回路を交差列２８の延伸方向に沿って直線的に並べることが可能となるので、照明エレメント２５の列２６に曲線上列２７が含まれていても、設計ないし製造が容易である。

また、第１実施形態によると、レンズアレイ３１は、曲線上列２７に合わせて配列してなる複数の凸レンズ素子３１ａを有し、各凸レンズ素子３１ａが個別に対応する照明エレメント２５と対向して配置されている。このようにすると、照明エレメント２５の列２６に曲線上列２７が含まれていても、各照明エレメント２５から発せられる光源光を、個別に集光することが可能となる。

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

第２実施形態においても、各照明エレメント２２５は、２次元配列にて列２２６を構成している。各曲線上列２２７における曲線は、入射面投影線ＰＩを対象線として対称形状となっている２次曲線（例えば円弧）で表される。曲線上列２２７の曲線の曲率中心は、に表示される画像における上側となる位置に設定されている。

２次元配列において、各曲線上列２２７と交差すると共に、表示画面２２ａの短手方向ＳＤに延伸して並列に並ぶ各交差列２２８は、当該曲率中心から放射状に延伸するように配列されている。バックライトの虚像ＤＢＬの結像距離が、上下方向（すなわち表示画面２２ａの短手方向ＳＤに対応する方向）に相違し、それに伴って、バックライトの虚像ＶＢＬに台形歪みが生じていたとしても、交差列２２８を放射状とすることで、当該台形歪みが相殺され得る。

また、照明光学部２３０のレンズアレイ２３１において、各凸レンズ素子２３１ａの外周輪郭は、交差列２２８の放射状の配列に合わせて、曲率中心側を上底とする台形状に形成されている。なお、図８では、凸レンズ素子２３１ａ及び照明エレメント２２５の一部にのみ符号が付されている。

以上説明した第２実施形態によると、各曲線上列２２７と交差する各交差列２２８は、放射状に配列されている。このような放射状の配列では、バックライトの虚像ＶＢＬの台形歪みも相殺することができるので、曲線上列２２７及び交差列２２８からなる照明エレメント２２５の２次元配列を、碁盤の目のような矩形格子状に近づけることができる。故に、表示虚像ＶＤＰを表示するにあたって、実際的な輝度に影響するバックライトの虚像ＶＢＬを良好な形態とすることにより、表示虚像ＶＤＰに適した照明が実現されるのである。

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

具体的に変形例１としては、１つの照明エレメント２５に、複数の発光ダイオード素子が配置されていてもよい。

変形例２としては、各照明エレメント２５に、独立した光源が配置されていなくてもよい。例えばＯＬＥＤ（Organic Light-Emitting Diode）を用いた１つの面光源が配列面２４ｂに設けられていてもよい。かかる面光源を、制御的に分割領域に分割し、当該分割領域毎に個別に点灯状態及び消灯状態を切り替え可能に構成することにより、各分割領域を照明エレメント２５として機能させることができる。

変形例３としては、２次元配列において曲線上列２７と交差する交差列２８について、照明エレメント２５が曲線上に配列されるようにしてもよい。

変形例４としては、照明エレメント２５は、１次元配列にて配列されて列２６を構成してもよい。この場合、列２６が合計１列であるため、この１列が曲線上列２７に設定される。

変形例５としては、曲線上列２７の曲線は、楕円円弧又は放物線であってもよい。さらに曲線は、２次曲線でなくてもよく、自由曲線であってもよい。

変形例６としては、拡大導光部４１は、凹面鏡４４を備えていなくてもよく、例えば凸レンズによって表示虚像ＶＤＰを拡大するものであってもよい。

変形例７としては、照明光学部３０には、種々の構成を採用することができる。また、照明光学部３０が設けられていなくてもよい。

変形例８としては、バックライト２４は、ローカルディミング制御されていなくてもよい。こうしたローカルディミング制御されない態様において、仮にバックライトの虚像ＶＢＬにおいて照明エレメントの列が曲線状に歪むと、表示虚像ＶＤＰの輝度分布が不均一化されるので、表示品位が低下してしまう。すなわち、曲線上列２７が採用されることにより、表示虚像ＶＤＰの表示品位を高めることができる。

変形例９としては、虚像表示装置は、航空機、船舶、あるいはゲーム筐体等の移動しない筐体等の各種の乗り物に適用することができる。また、虚像表示装置は、ヘッドマウンドディスプレイ等の携帯情報端末に適用することができる。

本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサを構成する専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の装置及びその手法は、専用ハードウエア論理回路により、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の装置及びその手法は、コンピュータプログラムを実行するプロセッサと一つ以上のハードウエア論理回路との組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

１０：ＨＵＤ装置（虚像表示装置）、２２：画像表示パネル、２４：バックライト、２５，２２５：照明エレメント、２６，２２６：列、２７，２２７：曲線上列、４１：拡大導光部、ＯＰ：光路

Claims (6)

1. 表示虚像（ＶＤＰ）を表示する虚像表示装置であって、
   前記表示虚像として結像されることとなる画像を表示する画像表示パネル（２２）と、
   前記画像表示パネルを照明するバックライト（２４）と、
   前記画像表示パネルから発せられた前記画像の表示光を導光する光路（ＯＰ）を形成し、前記表示虚像を拡大する拡大導光部（４１）と、を備え、
   前記バックライトは、１次元配列ないし２次元配列にて配列されて列（２６，２２６）を構成する複数の照明エレメント（２５，２２５）を有し、
   前記列は、前記照明エレメントが曲線上に配列された曲線上列（２７，２２７）を含む虚像表示装置。
2. 前記拡大導光部は、前記表示光を反射することにより、前記光路を折り曲げると共に前記表示虚像に拡大作用を及ぼす凹面鏡（４４）を有し、
   前記凹面鏡での反射における入射面（ＰＩ）を、前記光路に沿って前記バックライトに仮想的に投影した入射面投影線（ＰＬ）を、定義すると、
   前記曲線上列は、前記入射面投影線を横切るように設定されている請求項１に記載の虚像表示装置。
3. 前記拡大導光部に起因して発生する前記表示虚像の歪みを逆算して、前記画像表示パネルに表示される前記画像を変形表示させる画像制御部（５２）と、
   前記バックライトをローカルディミング制御するバックライト制御部（５４）と、をさらに備える請求項１又は２に記載の虚像表示装置。
4. 複数の前記照明エレメントは、２次元配列にて配列され、前記曲線上列は、並列に並んで複数構成されており、
   前記列は、各前記曲線上列と交差する複数の交差列（２８）を、並列に並ぶように含み、
   各前記交差列は、互いに平行な直線上に配列されている請求項１から３のいずれか１項に記載の虚像表示装置。
5. 複数の前記照明エレメントは、２次元配列にて配列され、前記曲線上列は、並列に並んで複数構成されており、
   前記列は、各前記曲線上列と交差する複数の交差列（２２８）を、並列に並ぶように含み、
   各前記交差列は、放射状に配列されている請求項１から３のいずれか１項に記載の虚像表示装置。
6. 前記曲線上列に合わせて配列してなる複数の凸レンズ素子（３１ａ，２３１ａ）を有し、各前記凸レンズ素子が個別に対応する前記照明エレメントと対向して配置されているレンズアレイ（３１，２３１）を、さらに備える請求項１から５のいずれか１項に記載の虚像表示装置。

Images