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WO2023188935A1 - 表示装置 - Google Patents

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Info

Publication number
WO2023188935A1
WO2023188935A1 PCT/JP2023/005250 JP2023005250W WO2023188935A1 WO 2023188935 A1 WO2023188935 A1 WO 2023188935A1 JP 2023005250 W JP2023005250 W JP 2023005250W WO 2023188935 A1 WO2023188935 A1 WO 2023188935A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
image
light
hologram element
light guide
display device
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/005250
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
圭司 杉山
研一 笠澄
聡 葛原
和博 南
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 filed Critical パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Publication of WO2023188935A1 publication Critical patent/WO2023188935A1/ja

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K35/00—Instruments specially adapted for vehicles; Arrangement of instruments in or on vehicles
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • 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
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/32—Holograms used as optical elements

Definitions

  • the present disclosure relates to a display device.
  • Patent Document 1 discloses a conventional device for generating a virtual image.
  • the device comprises an image generation unit for generating an image, an optical unit for projecting the image onto a curved windshield to generate a virtual image, and a light guide with a rectangular exit hologram.
  • the light representing the image emitted from the emission hologram is projected onto the windshield, but since the windshield has a curved shape, It is preferable that the shape of the exit hologram corresponds to the curved shape of the windshield.
  • the light indicating an image emitted from the rectangular output hologram of the device for generating a virtual image of Patent Document 1 light indicating an image that is not originally used is generated, so there is a problem that the light utilization efficiency is reduced.
  • an object of the present disclosure is to provide a display device that can suppress a decrease in the utilization efficiency of light that shows an image emitted from an emitting hologram element.
  • a display device is a display device that displays a virtual image by projecting an image onto a curved display medium provided on a moving object, and includes an image generation device that generates light that represents the image, and a non-image generation device that generates light that represents the image.
  • a light guide having a first hologram element having a rectangular square shape the first hologram element emits light representing the image propagating inside the light guide toward the display medium. do.
  • the display device of the present disclosure it is possible to suppress a decrease in the utilization efficiency of light representing an image emitted from the emitting hologram element.
  • FIG. 1A is a schematic diagram showing an example of a vehicle in which a display device according to an embodiment is installed.
  • FIG. 1B is a schematic diagram showing the display device and the vehicle according to the embodiment as viewed along the right direction.
  • FIG. 2 is a diagram showing the display device according to the embodiment when viewed along the right direction.
  • FIG. 3A is a perspective view showing a display device according to an embodiment.
  • FIG. 3B is a diagram showing the correspondence between the left-right direction and the X-axis direction, the front-back direction and the Y-axis direction, and the vertical direction and the Z-axis direction.
  • FIG. 4A is a diagram showing a display device.
  • FIG. 4A is a diagram showing a display device.
  • FIG. 4B is a diagram showing an output hologram element according to an embodiment of the invention for a rectangular hologram element.
  • FIG. 4C is a diagram showing the shape and path of image light emitted from the display device.
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a rotating display device and a vehicle according to Modification Example 1 of the embodiment when viewed along the front direction.
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a rotating light guide and a vehicle according to Modification 1 of the embodiment as viewed along the front direction.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing the attitude of the rotated display device.
  • FIG. 8 is a plan view showing a light guide of a display device according to a second modification of the embodiment.
  • each figure is a schematic diagram and is not necessarily strictly illustrated. Moreover, in each figure, the same reference numerals are attached to the same constituent members.
  • substantially parallel or rectangular does not only mean completely parallel or rectangular, but also means substantially parallel or rectangular, that is, including an error of several percent.
  • substantially parallel or rectangular does not only mean completely parallel or rectangular, but also means substantially parallel or rectangular, that is, including an error of several percent.
  • substantially parallel or rectangular means parallel or rectangular to the extent that the effects of the present disclosure can be achieved. The same applies to other expressions using "abbreviation” and "state”.
  • FIG. 1A is a schematic diagram showing an example of a vehicle 2 in which a display device 1 according to an embodiment is installed.
  • FIG. 1B is a schematic diagram showing the display device 1 and the vehicle 2 according to the embodiment as viewed along the right direction.
  • FIG. 2 is a diagram showing the display device 1 according to the embodiment viewed along the right direction.
  • FIG. 3A is a perspective view showing the display device 1 according to the embodiment.
  • FIG. 3B is a diagram showing the correspondence between the left-right direction and the X-axis direction, the front-back direction and the Y-axis direction, and the vertical direction and the Z-axis direction.
  • FIG. 4A is a diagram showing the display device 1.
  • 4A (a) is a front view of the display device 1, FIG.
  • FIG. 4A (b) is a side view of the display device 1
  • FIG. 4A (c) is a front view of the display device 1.
  • FIG. 4B is a diagram showing an output hologram element 43 according to an embodiment of the invention for a rectangular hologram element.
  • FIG. 4C is a diagram showing the shape and path of image light emitted from the display device 1. In FIG. 4C, the progress of the image light is shown by dashed arrows.
  • the direction from the inside of the vehicle 2 to the outside of the vehicle 2 via the front window 3 is defined as the front direction. That is, the forward direction is the traveling direction of the vehicle 2. Further, the direction opposite to the front direction is defined as the rear direction. Further, the direction perpendicular to the front direction and the rear direction and along the entire width direction of the vehicle 2 is defined as the left-right direction. In the left-right direction, when the user views from inside the vehicle 2 along the front direction, the user's right hand side is defined as the right direction, and the user's left hand side is defined as the left direction.
  • the direction of light showing an image that is emitted by the display device 1 toward the front window 3 is defined as an upward direction.
  • the direction opposite to the upward direction is defined as the downward direction.
  • the direction in which the folding hologram elements 42 are arranged with respect to the input hologram element 41 is defined as the X-axis plus direction
  • the direction in which the folding hologram elements 42 are arranged with respect to the output hologram element 43 is defined as the Y-axis plus direction
  • the image generation device 20 The direction in which the incident hologram elements 41 are lined up relative to each other is defined as the Z-axis plus direction.
  • FIG. 3B shows the correspondence between the left-right direction and the X-axis direction, the front-back direction and the Y-axis direction, and the vertical direction and the Z-axis direction. As shown in FIG.
  • the Y-axis direction is inclined with respect to the front-back direction with the X-axis direction as an axis on a virtual plane shown by two-dot chain lines in the up-down direction and the front-back direction.
  • the positive side of the Y-axis corresponds to the front side of the display device 1
  • the negative side of the Y-axis corresponds to the rear side of the display device 1.
  • the positive direction of the X-axis is approximately parallel to the right direction of the display device 1
  • the negative direction of the X-axis is approximately parallel to the left direction of the display device 1
  • the positive direction of the Z-axis is approximately parallel to the top direction of the display device 1.
  • the negative Z-axis direction is substantially parallel to the downward direction of the display device 1.
  • a display device 1 is arranged, for example, on a dashboard (also referred to as an instrument panel) of a vehicle 2 such as an automobile.
  • a front window 3 (also referred to as a front shield) is arranged above the dashboard of the vehicle 2.
  • the light guide 30 of the display device 1 is arranged between the dashboard and the front window 3.
  • the light guide 30 has a structure in which a diffractive optical element is included in a light guide plate 31 having an entrance surface 31a and an exit surface 31b. The specific configuration of the light guide 30 will be described later.
  • the front window 3 is an example of a display medium.
  • the display device 1 displays an image on the user's eyebox by reflecting image light, which is light indicating an image emitted from the light guide 30, onto the front window 3 for a user such as a driver or a fellow passenger. Light can be incident. That is, the display device 1 can display a virtual image corresponding to the image on the front window 3 by projecting the image shown by the image light emitted by the image generation device 20 in front of the front window 3.
  • the image light is light that shows an image, and is light that is displayed as a virtual image in front of the front window 3.
  • the image is a still image or a moving image, and is an image of numbers, characters, figures, or the like.
  • the display device 1 includes an image generation device 20 and a light guide 30.
  • the image generation device 20 can project a predetermined image onto the front window 3 via the light guide 30 by emitting image light representing an image having a rectangular outer shape.
  • the image generation device 20 can emit image light from a rectangular output surface.
  • the image light emitted from the image generation device 20 enters and passes through the light guide 30 and is then emitted from the light guide 30 so that the front window 3 is irradiated with the image light.
  • the image light is reflected by the front window 3, so that the image is projected onto the front window 3, and the user recognizes the virtual image.
  • the image generation device 20 includes a plurality of emitters, a plurality of dichroic mirrors, a condenser lens, a mirror, and an exit surface.
  • Each of the plurality of emitters is different from each other and emits light in a predetermined wavelength band.
  • Each of the plurality of dichroic mirrors is placed on the light beam emitted by the emitter, and can reflect light in a predetermined wavelength band and transmit light in other wavelength bands.
  • a condensing lens is a lens that condenses light beams emitted through a dichroic mirror onto a plurality of mirrors.
  • the exit surface is a screen such as a microlens array or a liquid crystal display element such as a liquid crystal display (LCD), and by being irradiated with light beams in multiple wavelength bands from the mirror side, the transmitted light is converted into image light. It can be emitted as
  • the image generation device 20 may use a reflective liquid crystal element. In this case, by irradiating the reflective liquid crystal element with light beams in a plurality of wavelength bands, the reflected light can be emitted as image light.
  • the light guide 30 is a hologram light guide that displays an image shown by image light to the user.
  • the light guide 30 can emit an image shown in the image light emitted by the image generation device 20 by stretching it in the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • the light guide 30 has a rectangular flat plate shape that is substantially parallel to the XY plane.
  • the light guide 30 is arranged so that the entrance surface 31a faces the image generation device 20.
  • the light guide 30 includes a light guide plate 31, an entrance hologram element 41, a folded hologram element 42, and an output hologram element 43.
  • the light guide plate 31 has a light-transmitting property and is a rectangular flat plate substantially parallel to the XY plane.
  • the light guide plate 31 has an entrance surface 31a and an exit surface 31b.
  • the image light emitted from the output surface of the image generation device 20 enters the entrance surface 31a.
  • the incident surface 31a is a part of the back surface of the rectangular light guide plate 31, and is located at one of the four corners of the back surface.
  • the back surface is the surface of the light guide plate 31 opposite to the output surface 31b.
  • the exit surface 31b is the image light that entered from the entrance surface 31a, and emits the image light that propagated inside the light guide plate 31 toward the front window 3.
  • the exit surface 31b faces the front window 3 and is separated from the front window 3 by a predetermined distance.
  • the output surface 31b is a part of the surface of the light guide plate 31.
  • the incidence hologram element 41 is a light transmission type incidence diffraction optical element included in the light guide plate 31.
  • the incident hologram element 41 has a rectangular plate shape.
  • the incident hologram element 41 is an example of a second hologram element.
  • the incident hologram element 41 and the folded hologram element 42 are arranged side by side along the X-axis direction.
  • the folding hologram element 42 and the output hologram element 43 are arranged side by side along the Y-axis direction.
  • the entrance hologram element 41 receives first polarized light, which is image light that is emitted from the exit surface of the image generation device 20 and travels along the Z-axis plus direction, which is obtained by deflecting the image light that entered from the entrance surface 31a by diffraction. Can be emitted. Specifically, when the image light propagates within the light guide 30, the incident hologram element 41 deflects the image light by diffraction according to its own diffraction efficiency, thereby guiding the image light along the positive direction of the X-axis. The first polarized light (image light) is emitted. The first polarized light that has been deflected by diffraction at the incident hologram element 41 enters the folding hologram element 42 .
  • first polarized light is image light that is emitted from the exit surface of the image generation device 20 and travels along the Z-axis plus direction, which is obtained by deflecting the image light that entered from the entrance surface 31a by diffraction. Can be e
  • the folded hologram element 42 is included in the light guide plate 31 and is a light transmission type output diffraction optical element.
  • the folded hologram element 42 has a long plate shape along the X-axis direction.
  • the folded hologram element 42 is an example of a third hologram element.
  • the folding hologram element 42 is arranged on the X-axis plus direction side of the input hologram element 41 and on the light output side of the input hologram element 41, and is arranged on the Y-axis plus direction side of the output hologram element 43, is arranged along the light incident side of the
  • the first polarized light which is the image light incident on the incident surface and is deflected by diffraction at the incident hologram element 41, enters the folding hologram element 42.
  • the folding hologram element 42 emits a second polarized light (image light) that is obtained by further deflecting the incident first polarized light by diffraction to an output hologram.
  • the light is emitted toward the element 43.
  • the folding hologram element 42 deflects the first polarized light by diffraction according to its own diffraction efficiency when the first polarized light propagates inside the light guide 30 along the X-axis plus direction.
  • the folding hologram element 42 plays the role of stretching the image of the image light in the X-axis direction.
  • the folding hologram element 42 emits the second polarized light in the negative direction of the Y-axis.
  • the second polarized light enters the output hologram element 43.
  • the diffraction efficiency of the folded hologram element 42 may be set to be lower as it is closer to the input hologram element 41 and higher as it is farther away from the input hologram element 41. This can improve the uniformity of the displayed image.
  • the output hologram element 43 is a light transmission type output diffraction optical element included in the light guide plate 31.
  • the output hologram element 43 has a non-rectangular plate shape.
  • the output hologram element 43 is an example of a first hologram element.
  • the output hologram element 43 is located on the Y-axis minus direction side than the folding hologram element 42 and is arranged to face the light incident side of the folding hologram element 42. Further, the output hologram element 43 is arranged so as to overlap and face the output surface 31b of the light guide 30.
  • the rearmost side 43a located furthest back (Y-axis minus direction side) among the four sides of the output hologram element 43 is It is tilted from left to right. That is, of the four sides of the output hologram element 43, the rearmost side 43a located on the user side is tilted with respect to the X-axis direction, and is also tilted with respect to the edge of the light guide plate 31 on the Y-axis negative direction side. ing.
  • the rearmost side 43a is tilted clockwise with respect to the left-right direction when projecting the image onto the right side of the vehicle 2 in the front window 3. That is, when the display device 1 is placed on the right side of the vehicle 2, the rearmost side 43a is inclined clockwise with respect to the left-right direction.
  • the rearmost side 43a is tilted counterclockwise with respect to the left-right direction when projecting the image onto the left side of the vehicle 2 in the front window 3. That is, when the display device 1 is placed on the left side of the vehicle 2, the rearmost side 43a is inclined counterclockwise with respect to the left-right direction.
  • the frontmost side 43b is inclined in the same direction as the rearmost side 43a with respect to the left-right direction. That is, of the four sides of the output hologram element 43, the frontmost side 43b located in the frontmost direction is inclined with respect to the left-right direction, and is also inclined with respect to the longitudinal direction of the folding hologram element 42.
  • 3A and the like illustrate a case where the frontmost side 43b and the rearmost side 43a are tilted clockwise with respect to the left-right direction.
  • the second polarized light emitted from the folding hologram element 42 enters the emission hologram element 43 . Every time the second polarized light that has passed through the folding hologram element 42 is incident (transmitted), the output hologram element 43 converts the incident second polarized light into a predetermined third polarized light (image light) that is further deflected by diffraction. Emits light at an exit angle. Specifically, when the second polarized light deflected by the folding hologram element 42 through diffraction propagates within the light guide 30 along the negative direction of the Y-axis, the output hologram element 43 transmits the light according to its own diffraction efficiency.
  • the second polarized light is deflected by diffraction, and is emitted as third polarized light that propagates along the Z-axis plus direction.
  • the output hologram element 43 serves to further extend the image of the second polarized light that has been extended along the X-axis direction in the Y-axis direction.
  • the output hologram element 43 can emit image light of an image enlarged in the X-axis direction and the Y-axis direction by further extending in the Y-axis direction the image indicated by the image light emitted by the image generation device 20.
  • the output hologram element 43 outputs the third polarized light, that is, the image light, in the Z-axis plus direction.
  • the image light is emitted from the exit surface 31b. Thereby, the image light emitted from the emission surface 31b enters the front window 3.
  • the diffraction efficiency of the output hologram element 43 may be set to be lower as it is closer to the folding hologram element 42 and higher as it is farther from the folding hologram element 42.
  • the output angle of the third polarized light output from the output surface of the output hologram element 43 is the angle of the output light with respect to the normal to the output surface of the output hologram element 43.
  • the output hologram element 43 may diverge the output image light so that the output angles of the third polarized lights are different from each other.
  • the output hologram element 43 may vary the output angle depending on the position (portion) on the output hologram element 43 when deflecting the incident image light by diffraction. Thereby, the output hologram element 43 can make the output angles of some of the image lights deflected by the output hologram element 43 by diffraction different.
  • the image light emitted from the output surface of the image generation device 20 enters the entrance surface 31a of the light guide plate 31, propagates within the light guide 30, and enters the input hologram element 41. .
  • the image light that has entered the input hologram element 41 is deflected by diffraction at the input hologram element 41, and is emitted from the input hologram element 41 as first polarized light.
  • the first polarized light emitted by the input hologram element 41 enters the folding hologram element 42, a part of which is deflected by diffraction and exits from the folding hologram element 42 as a second polarized light, and the rest propagates through the light guide plate 31.
  • the first polarized light is again deflected by diffraction at the folding hologram element 42 and emitted as second polarized light, so that the image light emitted by the image generation device 20 is pulled in the X-axis direction by the folding hologram element 42. It will be extended.
  • the second polarized light emitted by the folding hologram element 42 enters the output hologram element 43, a part of which is deflected by diffraction and output from the output hologram element 43 as third polarized light, and the rest propagates through the light guide plate 31.
  • the light is reflected by the front and back surfaces and enters the output hologram element 43 again.
  • the second polarized light is again deflected by diffraction at the output hologram element 43 and emitted as third polarized light, so that the second polarized light elongated in the X-axis direction by the folding hologram element 42 is emitted. It is stretched in the Y-axis direction by the hologram element 43. Thereby, the image shown by the image light emitted by the image generation device 20 is enlarged.
  • the second polarized light is outputted from the output hologram element 43 as third polarized light, and the third polarized light (image light) is outputted from the output surface 31b. Ru.
  • the output hologram element 43 emits non-rectangular square image light toward the front window 3 of the vehicle 2.
  • the front window 3 changes the shape of the incident non-rectangular square image light into a rectangular image light and reflects it.
  • the image light reflected by the front window 3 is directed toward the eyebox of the user of the vehicle 2.
  • the user can see the virtual image displayed by the display device 1 superimposed on the scenery ahead seen through the front window 3 in the traveling direction of the vehicle 2.
  • the display device 1 is a display device 1 that displays a virtual image by projecting an image onto a curved display medium (front window 3) provided on a moving object (vehicle 2).
  • the image generation device 20 includes an image generation device 20 that generates light representing an image (image light), and a light guide 30 having a first hologram element (output hologram element 43) having a non-rectangular square shape. Then, the first hologram element emits light representing an image propagating inside the light guide 30 toward the display medium.
  • the shape of the output hologram element 43 can be made into a non-rectangular square shape in accordance with the curved front window 3.
  • the non-rectangular image light emitted from the emitting hologram element 43 has a shape similar to the outer shape of the image light emitted by the image generation device 20 after being reflected by the front window 3; In other words, it becomes rectangular. That is, the display device 1 can emit image light related to displaying a virtual image on the front window 3 better than the conventional technology.
  • the display device 1 can suppress a decrease in the utilization efficiency of the light representing the image emitted from the emitting hologram element 43.
  • the display device 1 of the present embodiment compared to the prior art, light unrelated to displaying a virtual image on the front window 3 is less likely to be emitted, so that the generation of stray light can be suppressed.
  • the direction from the inside of the moving body to the outside of the moving body via the display medium in the direction along the entire length of the moving body is defined as the front direction. If the opposite direction is the rear direction, and the direction perpendicular to the front and rear directions and along the full width direction of the moving body is the left-right direction, then the last of the four sides of the first hologram element located on the rearmost side The side 43a is inclined with respect to the left-right direction.
  • the output hologram element is placed between the rearmost side and the edge of the light guide, light unrelated to displaying the virtual image on the front window will be output.
  • the output hologram element 43 is not disposed between the rearmost side 43a and the edge of the light guide 30. It can be done. Therefore, it is possible to suppress the emission of light unrelated to the display of the virtual image on the front window 3.
  • the rearmost side 43a rotates clockwise in the left-right direction when projecting an image to the right side of the moving body on the display medium.
  • the image is projected on the left side of the moving object on the display medium, it is tilted counterclockwise with respect to the left-right direction.
  • the image light reflected by the right front window 3 of the vehicle 2 is reflected by rotating the rearmost side 43a, which is tilted clockwise with respect to the left-right direction, counterclockwise. Further, the image light reflected by the left front window 3 of the vehicle 2 is reflected by rotating the rearmost side 43a, which is tilted counterclockwise with respect to the left-right direction, clockwise. Therefore, a rectangular image having the same shape as the image light emitted by the image generation device 20 can be projected onto the front window 3. Therefore, the image projected onto the front window 3 can be displayed without being distorted.
  • the frontmost side 43b located furthest forward among the four sides of the first hologram element is inclined in the same direction as the rearmost side 43a with respect to the left-right direction.
  • the emission hologram element 43 is disposed between the front edge 43b and the edge of the light guide 30, light unrelated to displaying the virtual image on the front window 3 will be emitted.
  • the output hologram element 43 is not disposed between the frontmost side 43b and the edge of the light guide 30. It can be done. Therefore, it is possible to suppress the emission of light unrelated to the display of the virtual image on the front window 3.
  • the first hologram element emits light indicating a non-rectangular square image toward the display medium of the moving body. Then, the display medium changes the shape of the incident non-rectangular square light into light representing a rectangular image and reflects the light.
  • the non-rectangular square image light emitted by the output hologram element 43 is reflected by the curved front window 3, so that the shape can be changed to a rectangular image light.
  • the rectangular image light enters the user's eyebox, so the user can recognize the virtual image projected onto the front window 3 without feeling uncomfortable.
  • the light guide 30 further includes a rectangular second hologram element (reflection hologram element 42) and a rectangular third hologram element (incident hologram element 41). .
  • the light representing the image emitted by the image generation device 20 is incident on the second hologram element, the light representing the image is deflected by diffraction and propagated inside the light guide 30 .
  • the third hologram element further deflects the light representing the image deflected by the second hologram element by diffraction, and causes the light representing the deflected image to propagate inside the light guide 30 .
  • the first hologram element further deflects the light representing the image deflected by the third hologram element by diffraction, and emits the light representing the deflected image to the outside of the light guide 30.
  • the size of the image indicated by the image light emitted by the image generation device 20 can be increased by the input hologram element 41, the folding hologram element 42, and the output hologram element 43, and can be projected onto the front window 3. Therefore, the image can be displayed in a size that is visible to the user.
  • Modification 1 of the embodiment This modification differs from the display device of the embodiment in that the display device 1a rotates. Unless otherwise specified, other configurations in this modification are the same as those of the display device of the embodiment, and the same configurations are given the same reference numerals and detailed explanations regarding the configurations will be omitted.
  • the configuration of the display device 1a will be explained using FIGS. 5 to 7.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing the rotating display device 1a and the vehicle 2 according to Modification 1 of the embodiment as viewed along the front direction.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing the rotating light guide 30 and the vehicle 2 according to the first modification of the embodiment as viewed along the front direction.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing the attitude of the rotated display device 1a.
  • At least the light guide 30 can rotate around the left-right direction and around the front-back direction.
  • the entire display device 1a may be rotated from a posture in which the surface of the light guide 30 is parallel to the horizontal plane so that it is tilted with respect to the horizontal plane with the left-right direction as an axis. Further, the entire display device 1a may be rotated from a posture in which the surface of the light guide 30 is parallel to the horizontal plane so that it is tilted with respect to the horizontal plane with the front-rear direction as an axis.
  • the light guide 30 rotates from a posture in which the surface of the light guide 30 is parallel to the horizontal plane to a position where the surface thereof is tilted with respect to the horizontal plane with the front-rear direction as an axis. It's okay. Further, in the display device 1a, only the light guide 30 may be rotated from a posture in which the surface of the light guide 30 is parallel to the horizontal plane so that it is tilted with respect to the horizontal plane with the left-right direction as an axis. In this case, the image generation device 20 is fixed to the vehicle 2 and does not rotate.
  • the light guide 30 when the light guide 30 is viewed along the front direction, when projecting an image to the right side of the vehicle 2 in the front window 3, the light guide 30 changes from a state parallel to the left-right direction to a clockwise direction with the front-rear direction as an axis. It may be tilted around. That is, when the display device 1a is disposed on the right side of the vehicle 2, the light guide 30 may be disposed in a clockwise tilted position with respect to a parallel state in the left-right direction.
  • the light guide 30 when viewing the light guide 30 along the front direction, when projecting an image onto the left side of the vehicle 2 in the front window 3, the light guide 30 is rotated from a state parallel to the left-right direction to a state parallel to the front-rear direction. It may be tilted clockwise. That is, when the display device 1a is disposed on the left side of the vehicle 2, the light guide 30 may be disposed in an attitude tilted counterclockwise with respect to a parallel state in the left-right direction.
  • the light guide 30 when the light guide 30 is viewed along the front direction, the light guide 30 is located at the intersection A1 of the principal ray of the image light emitted by the image generation device 20 and the front window 3. It is arranged so as to be approximately parallel to the tangent line of the front window 3. Specifically, at least the attitude of the light guide 30 can be tilted so that the plane in contact with the intersection A1 and the surface of the light guide 30 are substantially parallel.
  • the optical axis of the light representing the image emitted by the image generation device 20 and the principal ray of the light representing the image emitted by the light guide 30 can be approximately Make it parallel.
  • At least the light guide 30 rotates from a posture in which the surface of the light guide 30 is parallel to the horizontal plane to be tilted about the front-rear direction in the horizontal plane.
  • the entire display device 1a rotates, display is performed such that the irradiation direction of the image light emitted by the image generation device 20 and the irradiation direction of the image light emitted from the light guide 30 are parallel to each other.
  • the attitude of the device 1a can be adjusted. Therefore, blurring of the image projected onto the front window 3 can be suppressed.
  • the attitude of the light guide 30 with respect to the image generation device 20 can be changed, so that the irradiation direction of the image light emitted by the image generation device 20 and the direction of the light guide 30 can be changed.
  • the attitude of the light guide 30 can be adjusted so that the irradiation direction of the image light emitted from the light guide 30 is parallel to the irradiation direction. Therefore, blurring of the image projected onto the front window 3 can be suppressed.
  • the light guide 30 when the light guide 30 is viewed along the front direction, when projecting an image to the right side of the moving body on the display medium, the light guide 30 is parallel to the left and right direction. It is tilted clockwise with respect to the state, and when an image is projected on the left side of the moving body on the display medium, it is tilted counterclockwise with respect to the state parallel to the left and right direction.
  • the attitude of the light guide 30 can be adjusted so that the light guide 30 and the front window 3 are substantially parallel. Therefore, it is possible to prevent the acute angle in the non-rectangular square shape of the output hologram element 43 from becoming too small. As a result, since the emitting hologram element 43 is prevented from becoming elongated, it is possible to prevent the light guide 30 from increasing in size.
  • the light guide 30 is configured such that when the light guide 30 is viewed along the front direction, the principal ray of light representing the image emitted by the image generation device 20 and the display medium are connected to each other. It is arranged so as to be approximately parallel to the tangent to the display medium at the intersection A1.
  • the light guide 30 can be arranged so that the surface of the light guide 30 and the front window 3 are substantially parallel. Therefore, it is possible to more reliably prevent the acute angle in the non-rectangular square shape of the output hologram element 43 from becoming too small. As a result, elongation of the output hologram element 43 is suppressed, so that the enlargement of the light guide 30 can be suppressed more reliably.
  • the optical axis of the light representing the image emitted by the image generation device 20 and the chief ray of the light representing the image emitted by the light guide 30 are substantially parallel.
  • the image light emitted by the image generation device If the optical axis of the light representing the image emitted by the image generation device and the principal ray of the light representing the image emitted by the light guide are non-parallel, the image light emitted by the image generation device to the light guide The incident angle and the emission angle of the principal ray of the image light emitted from the light guide are non-parallel. In this case, blurring of the image projected onto the front window occurs.
  • Modification 2 of embodiment This modification is different from the display device of the embodiment in that the output hologram element 43 is arranged so that the rearmost side 43a of the output hologram element 43 of the display device 1b is substantially parallel to the longitudinal direction of the folded hologram element 42. differ. Unless otherwise specified, other configurations in this modification are the same as those of the display device of the embodiment, and the same configurations are given the same reference numerals and detailed explanations regarding the configurations will be omitted.
  • FIG. 8 is a plan view showing a light guide 30a of a display device 1b according to a second modification of the embodiment.
  • the light guide 30a of this modification is based on a posture in which the surface is substantially parallel to the XY plane, with respect to the light guide before rotation as in the embodiment shown by the two-dot chain line.
  • the rotation is clockwise or counterclockwise with respect to the X-axis direction and the Y-axis direction. That is, the light guide 30a is rotated clockwise or counterclockwise around the Z-axis direction, compared to the light guide before rotation as in the embodiment.
  • the exit hologram element 43 of this modification has substantially the same arrangement position within the vehicle 2 as the exit hologram element of the embodiment.
  • the display device 1b when the display device 1b is disposed on the right side of the vehicle 2, the display device 1b except for the output hologram element 43 is rotated clockwise around the Z-axis direction.
  • the display device 1b when the display device 1b is arranged on the left side of the vehicle 2, the display device 1b except for the output hologram element 43 is arranged counterclockwise around the Z-axis direction.
  • the output hologram element 43 is arranged inside the light guide plate 31 in such a manner that the frontmost side 43b or the rearmost side 43a of the output hologram element 43 is substantially parallel to the longitudinal direction parallel to the long side of the folded hologram element 42.
  • the output hologram element 43 is arranged inside the light guide plate 31 so that the rearmost side 43a of the output hologram element 43 is approximately parallel to the long side of the folded hologram element 42.
  • the front edge 43b is arranged inside the light guide plate 31 so as to be orthogonal to the second polarized light emitted from the folded hologram element 42.
  • the second hologram element is elongated in the left-right direction, which is the direction along the entire width of the moving body.
  • the first hologram element is placed inside the light guide 30 such that the rearmost side 43a of the four sides of the first hologram element is substantially parallel to the long side of the second hologram element. It is located.
  • the space between the rearmost side 43a and the folded hologram element 42 can be made small, the rearmost side 43a and the folded hologram element 42 are arranged inside the light guide 30 so as to be non-parallel. Compared to the case where the light guide plate 31 is increased in size, it is possible to suppress the increase in size of the light guide plate 31.
  • the present disclosure can be used in a vehicle head-up display device, etc.

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Abstract

本発明の表示装置（１）は、車両に設けられる曲面状のフロントウインドに画像を投影して虚像を表示する表示装置（１）であって、画像を示す光（画像光）を生成する画像生成装置（２０）と、非矩形の四角形状をなした出射ホログラム素子（４３）を有する導光体（３０）と、を備える。そして、出射ホログラム素子（４３）は、導光体（３０）の内部を伝播する画像を示す光をフロントウインドに向けて出射する。

Description

表示装置
　本開示は、表示装置に関する。
　特許文献１には、従来の虚像を生成する装置が開示されている。この装置は、画像を生成する画像生成ユニットと、虚像を生成するために湾曲したフロントガラスに向けて画像を投影する光学ユニットと、矩形状の出射ホログラムを有する光導光体とを備えている。
特表２０２１－５２８６８１号公報
　特許文献１の虚像を生成する装置をＨＵＤ（Ｈｅａｄ－Ｕｐ　Ｄｉｓｐｌａｙ）として使用する場合、出射ホログラムから出射された画像を示す光がフロントガラスに投影されるが、フロントガラスは曲面形状を有するため、出射ホログラムの形状をフロントガラスの曲面形状に応じた形状にすることが好ましい。しかしながら、特許文献１の虚像を生成する装置の矩形状の出射ホログラムから出射された画像を示す光では、本来使用されない画像を示す光が生じるため、光の利用効率が低下するという課題がある。
　そこで、本開示は、出射ホログラム素子から出射された画像を示す光の利用効率が低下することを抑制することができる表示装置を提供することを目的とする。
　本開示の一態様に係る表示装置は、移動体に設けられる曲面状の表示媒体に画像を投影して虚像を表示する表示装置であって、画像を示す光を生成する画像生成装置と、非矩形の四角形状をなした第１ホログラム素子を有する導光体と、を備え、前記第１ホログラム素子は、前記導光体の内部を伝播する前記画像を示す光を前記表示媒体に向けて出射する。
　本開示の表示装置によれば、出射ホログラム素子から出射された画像を示す光の利用効率が低下することを抑制することができる。
図１Ａは、実施の形態に係る表示装置が設置される車両の一例を示す模式図である。 図１Ｂは、実施の形態に係る表示装置及び車両を右方向に沿って見た場合を示す模式図である。 図２は、実施の形態に係る表示装置を右方向に沿って見た場合を示す図である。 図３Ａは、実施の形態に係る表示装置を示す斜視図である。 図３Ｂは、左右方向とＸ軸方向、前後方向とＹ軸方向、及び、上下方向とＺ軸方向の対応関係を示す図である。 図４Ａは、表示装置を示す図である。 図４Ｂは、矩形状のホログラム素子に対する実施の形態の出射ホログラム素子を示す図である。 図４Ｃは、表示装置から出射した画像光の形状と経路を示す図である。 図５は、実施の形態の変形例１に係る回動する表示装置及び車両を前方向に沿って見た場合を示す模式図である。 図６は、実施の形態の変形例１に係る回動する導光体及び車両を前方向に沿って見た場合を示す模式図である。 図７は、回動した表示装置の姿勢を示す模式図である。 図８は、実施の形態の変形例２に係る表示装置の導光体を示す平面図である。
　以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
　なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
　また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、同じ構成部材については同じ符号を付している。
　また、以下の実施の形態において、略平行又は矩形状等の表現を用いている。例えば、略平行又は矩形状は、完全に平行又は矩形であることを意味するだけでなく、実質的に平行又は矩形である、すなわち数％程度の誤差を含むことも意味する。また、略平行又は矩形状は、本開示による効果を奏し得る範囲において平行又は矩形という意味である。他の「略」、「状」を用いた表現についても同様である。
　（実施の形態）
　＜構成＞
　まず、表示装置１の構成について図１Ａ～図４Ｃを用いて説明する。
　図１Ａは、実施の形態に係る表示装置１が設置される車両２の一例を示す模式図である。図１Ｂは、実施の形態に係る表示装置１及び車両２を右方向に沿って見た場合を示す模式図である。図２は、実施の形態に係る表示装置１を右方向に沿って見た場合を示す図である。図３Ａは、実施の形態に係る表示装置１を示す斜視図である。図３Ｂは、左右方向とＸ軸方向、前後方向とＹ軸方向、及び、上下方向とＺ軸方向の対応関係を示す図である。図４Ａは、表示装置１を示す図である。図４Ａの（ａ）は表示装置１の正面図、図４Ａの（ｂ）は表示装置１の側面図、図４Ａの（ｃ）は表示装置１の前面図である。図４Ｂは、矩形状のホログラム素子に対する実施の形態の出射ホログラム素子４３を示す図である。図４Ｃは、表示装置１から出射した画像光の形状と経路を示す図である。図４Ｃでは、画像光が進む様子を破線の矢印で示している。
　図１Ａでは、車両２の全長方向に沿った方向において、車両２の内部からフロントウインド３を介して車両２の外部に向かう方向を前方向としている。つまり、前方向は車両２の進行方向である。また、前方向とは反対の方向を後方向とする。また、前方向及び後方向に直交し車両２の全幅方向に沿った方向を左右方向とする。左右方向において、ユーザが車両２の内部から前方向に沿って見た場合、ユーザの右手側を右方向とし、ユーザの左手側を左方向とする。表示装置１がフロントウインド３に向けて出射する画像を示す光の方向を上方向とする。また、上方向とは反対の方向を下方向とする。図３Ａでは、入射ホログラム素子４１に対する折返ホログラム素子４２の並び方向をＸ軸プラス方向と規定し、出射ホログラム素子４３に対する折返ホログラム素子４２の並び方向をＹ軸プラス方向と規定し、画像生成装置２０に対する入射ホログラム素子４１の並び方向をＺ軸プラス方向と規定する。また、左右方向とＸ軸方向、前後方向とＹ軸方向、及び、上下方向とＺ軸方向の対応関係を図３Ｂに示している。図３Ｂに示すように、Ｙ軸方向は、上下方向と前後方向の二点鎖線で示す仮想平面上において、Ｘ軸方向を軸として前後方向に対して傾いている。Ｙ軸プラス方向側は表示装置１の前方向側に対応し、Ｙ軸マイナス方向側は表示装置１の後方向側に対応している。また、Ｘ軸プラス方向は表示装置１の右方向と略平行であり、Ｘ軸マイナス方向は表示装置１の左方向と略平行であり、Ｚ軸プラス方向は表示装置１の上方向と略平行であり、Ｚ軸マイナス方向は表示装置１の下方向と略平行である。図３Ｂの対応関係は、各図に適用される。
　図１Ａ及び図１Ｂに示すように、表示装置１は、例えば、自動車等の車両２のダッシュボード（インストルメントパネルともいう）に配置されている。車両２のダッシュボードの上方には、フロントウインド３（フロントシールドともいう）が配置されている。表示装置１の導光体３０は、ダッシュボードとフロントウインド３との間に配置されている。導光体３０は、入射面３１ａ及び出射面３１ｂを有する導光板３１に回折光学素子を内包した構成である。導光体３０の具体的な構成については後述する。また、フロントウインド３は、表示媒体の一例である。
　表示装置１は、運転者又は同乗者等であるユーザに対して、導光体３０から出射された画像を示す光である画像光をフロントウインド３に反射させることで、ユーザのアイボックスに画像光を入射させることができる。つまり、表示装置１は、画像生成装置２０が出射する画像光に示される画像をフロントウインド３の前方に投影させることで、画像に対応する虚像をフロントウインド３に表示させることができる。画像光は、画像を示す光であり、フロントウインド３の前方に虚像として表示される光である。画像は、静止画像又は動画像であり、数字、文字又は図形等の画像である。
　図１Ａ及び図２に示すように、表示装置１は、画像生成装置２０と、導光体３０とを備える。
　＜画像生成装置２０＞
　画像生成装置２０は、外形が矩形状の画像を示す画像光を出射することで、所定の画像を、導光体３０を介してフロントウインド３に投影させることができる。画像生成装置２０は、矩形状の出射面から画像光を出射することができる。画像生成装置２０から出射された画像光は、導光体３０に入射して透過した後に、導光体３０から出射されることで、フロントウインド３に照射される。これにより、画像光がフロントウインド３に反射されることで、画像がフロントウインド３に投影されてユーザに虚像が認識される。
　画像生成装置２０は、複数のエミッタと、複数のダイクロイックミラーと、集光レンズと、ミラーと、出射面とを有する。
　複数のエミッタのそれぞれは、互いに異なり、所定の波長帯域の光である光線を出射する。複数のダイクロイックミラーのそれぞれは、エミッタが出射する光線上に配置され、所定の波長帯域の光線を反射させ、他の波長帯域の光線を透過させることができる。集光レンズは、ダイクロイックミラーを介して出射された光線を複数のミラーに対して集光するレンズである。出射面は、マイクロレンズアレイ等のスクリーン、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ）等の液晶表示素子であり、ミラー側から複数の波長帯域の光線が照射されることで、透過した光を画像光として出射することができる。
　なお、画像生成装置２０は、反射型液晶素子を用いてもよい。この場合、反射型液晶素子に複数の波長帯域の光線が照射されることで、反射した光を画像光として出射することができる。
　＜導光体３０＞
　図２、図３Ａ及び図４Ａに示すように、導光体３０は、画像光が示す画像をユーザに表示するホログラム導光体である。導光体３０は、画像生成装置２０が出射した画像光に示される画像をＸ軸方向及びＹ軸方向に引き延ばして出射することができる。
　導光体３０は、ＸＹ平面と略平行な矩形状をなした平板状をなしている。導光体３０は、入射面３１ａが画像生成装置２０と対向するように配置されている。
　導光体３０は、導光板３１と、入射ホログラム素子４１と、折返ホログラム素子４２と、出射ホログラム素子４３とを有する。
　導光板３１は、透光性を有し、ＸＹ平面と略平行な矩形状をなした平板状である。導光板３１は、入射面３１ａと、出射面３１ｂとを有する。
　入射面３１ａは、画像生成装置２０の出射面から出射された画像光が入射する。入射面３１ａは、矩形状をなした導光板３１の裏面の一部であり、裏面における４つの角部のうちの１つの角部に位置している。裏面は、導光板３１の出射面３１ｂと反対側の面である。
　出射面３１ｂは、入射面３１ａから入射した画像光であり、導光板３１の内部を伝播した画像光をフロントウインド３に向けて出射する。出射面３１ｂは、フロントウインド３と対向し、フロントウインド３と所定距離離れている。出射面３１ｂは、導光板３１の表面の一部である。
　入射ホログラム素子４１は、導光板３１に内包された光透過型の入射回折光学素子である。入射ホログラム素子４１は、矩形状の板状をなしている。入射ホログラム素子４１は、第２ホログラム素子の一例である。
　入射ホログラム素子４１及び折返ホログラム素子４２は、Ｘ軸方向に沿って並んで配置されている。折返ホログラム素子４２及び出射ホログラム素子４３は、Ｙ軸方向に沿って並んで配置されている。
　入射ホログラム素子４１は、画像生成装置２０の出射面から出射されたＺ軸プラス方向に沿って進む画像光であって、入射面３１ａから入射した画像光を回折によって偏向させた第１偏向光を出射することができる。具体的には、入射ホログラム素子４１は、画像光が導光体３０内を伝播する際に、自身の回折効率に応じて、画像光を回折によって偏向することでＸ軸プラス方向に沿って導光する第１偏向光（画像光）として出射する。入射ホログラム素子４１で回折によって偏向された第１偏向光は、折返ホログラム素子４２に入射する。
　折返ホログラム素子４２は、導光板３１に内包され、光透過型の出射回折光学素子である。折返ホログラム素子４２は、Ｘ軸方向に沿って長尺な板状をなしている。折返ホログラム素子４２は、第３ホログラム素子の一例である。
　折返ホログラム素子４２は、入射ホログラム素子４１のＸ軸プラス方向側であり、入射ホログラム素子４１の光出射側に配置され、かつ、出射ホログラム素子４３のＹ軸プラス方向側であり、出射ホログラム素子４３の光入射側に沿って配置されている。
　折返ホログラム素子４２には、入射面に入射した画像光であって、入射ホログラム素子４１で回折によって偏向された第１偏向光が入射する。折返ホログラム素子４２は、入射ホログラム素子４１を透過した第１偏向光が入射（透過）するたびに、入射した第１偏向光をさらに回折によって偏向させた第２偏向光（画像光）を出射ホログラム素子４３に向けて出射する。具体的には、折返ホログラム素子４２は、第１偏向光がＸ軸プラス方向に沿って導光体３０内を伝播する際に、自身の回折効率に応じて、第１偏向光を回折によって偏向することでＹ軸マイナス方向に沿って伝播する第２偏向光（画像光）として出射する。このとき、折返ホログラム素子４２は、画像光の画像をＸ軸方向に引き延ばす役割を果たす。折返ホログラム素子４２は、Ｙ軸マイナス方向に第２偏向光を出射する。第２偏向光は、出射ホログラム素子４３に入射する。
　なお、折返ホログラム素子４２の回折効率は、入射ホログラム素子４１に近いほど低く、入射ホログラム素子４１から離れるほど高く設定されていてもよい。このことにより、表示する画像の均一性を向上させることができる。
　出射ホログラム素子４３は、導光板３１に内包された光透過型の出射回折光学素子である。出射ホログラム素子４３は、非矩形状をなした板状をなしている。出射ホログラム素子４３は、第１ホログラム素子の一例である。
　出射ホログラム素子４３は、折返ホログラム素子４２よりも、Ｙ軸マイナス方向側であり、折返ホログラム素子４２の光入射側と対向するように配置されている。また、出射ホログラム素子４３は、導光体３０の出射面３１ｂと重なりかつ対向するように配置されている。
　図４Ａの（ａ）に示すように、導光体３０を平面視した場合、出射ホログラム素子４３の４つの辺のうち最も後方向側（Ｙ軸マイナス方向側）に位置する最後辺４３ａは、左右方向に対して傾いている。つまり、出射ホログラム素子４３の４つの辺のうちのユーザ側に位置する最後辺４３ａは、Ｘ軸方向に対して傾いており、導光板３１のＹ軸マイナス方向側の端縁に対しても傾いている。
　具体的には、最後辺４３ａは、出射ホログラム素子４３を平面視した場合、画像をフロントウインド３における車両２の右側に投影するときには、左右方向に対して時計回りに傾いている。つまり、表示装置１を車両２の右側に配置した場合、最後辺４３ａは、左右方向に対して時計回りに傾いている。
　また、最後辺４３ａは、出射ホログラム素子４３を平面視した場合、画像をフロントウインド３における車両２の左側に投影するときには、左右方向に対して反時計回りに傾いている。つまり、表示装置１を車両２の左側に配置した場合、最後辺４３ａは、左右方向に対して反時計回りに傾いている。
　最前辺４３ｂは、左右方向に対して最後辺４３ａと同じ方向に傾いている。つまり、出射ホログラム素子４３の４つの辺のうちの最も前方向に位置する最前辺４３ｂは、左右方向に対して傾いており、折返ホログラム素子４２の長手方向に対しても傾いている。図３Ａ等では、最前辺４３ｂ及び最後辺４３ａが左右方向に対して時計回りに傾いている場合を例示している。
　出射ホログラム素子４３には、折返ホログラム素子４２から出射された第２偏向光が入射する。出射ホログラム素子４３は、折返ホログラム素子４２を透過した第２偏向光が入射（透過）するたびに、入射した第２偏向光をさらに回折によって偏向させた第３偏向光（画像光）を所定の出射角をもって出射する。具体的には、出射ホログラム素子４３は、折返ホログラム素子４２が回折によって偏向した第２偏向光がＹ軸マイナス方向に沿って導光体３０内を伝播する際に、自身の回折効率に応じて、第２偏向光を回折によって偏向し、Ｚ軸プラス方向に沿って伝播する第３偏向光として出射する。このとき、出射ホログラム素子４３は、Ｘ軸方向に沿って引き延ばされた第２偏向光の画像をさらにＹ軸方向に引き延ばす役割を果たす。つまり、出射ホログラム素子４３は、画像生成装置２０が出射した画像光が示す画像をさらにＹ軸方向に引き延ばすことで、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に拡大した画像の画像光を出射することができる。また、出射ホログラム素子４３は、第３偏向光つまり画像光をＺ軸プラス方向に出射する。画像光は、出射面３１ｂから出射される。これにより、出射面３１ｂから出射された画像光は、フロントウインド３に入射する。
　なお、出射ホログラム素子４３の回折効率は、折返ホログラム素子４２に近いほど低く、折返ホログラム素子４２から離れるほど高く設定されていてもよい。
　出射ホログラム素子４３の出射面から出射される第３偏向光の出射角は、出射ホログラム素子４３の出射面の法線に対して出射する光の角度である。
　また、出射ホログラム素子４３は、第３偏向光の出射角のそれぞれが異なるように、出射する画像光を発散させてもよい。出射ホログラム素子４３は、入射する画像光を回折によって偏向させる際に、出射ホログラム素子４３上の位置（部分）によって出射角を異ならせてもよい。これにより、出射ホログラム素子４３は、出射ホログラム素子４３が回折によって偏向した画像光のうちの一部の画像光の出射角をそれぞれ異ならせることができる。
　＜動作＞
　このような表示装置１では、画像生成装置２０の出射面から出射された画像光は、導光板３１の入射面３１ａに入射して導光体３０内を伝播して入射ホログラム素子４１に入射する。入射ホログラム素子４１に入射した画像光は、入射ホログラム素子４１で回折によって偏向されることで、第１偏向光として入射ホログラム素子４１から出射される。入射ホログラム素子４１が出射した第１偏向光は、折返ホログラム素子４２に入射し、一部が回折によって偏向されて第２偏向光として折返ホログラム素子４２から出射し、残りが導光板３１を伝播しながら表面と裏面とで反射して、再度、折返ホログラム素子４２に入射する。第１偏向光が折返ホログラム素子４２で、再度、回折によって偏向して第２偏向光として出射されることで、画像生成装置２０が出射した画像光は、折返ホログラム素子４２によってＸ軸方向に引き延ばされる。折返ホログラム素子４２が出射した第２偏向光は、出射ホログラム素子４３に入射し、一部が回折によって偏向されて第３偏向光として出射ホログラム素子４３から出射し、残りが導光板３１を伝播しながら表面と裏面とで反射して、再度、出射ホログラム素子４３に入射する。第２偏向光が出射ホログラム素子４３で、再度、回折によって偏向して第３偏向光として出射されることで、折返ホログラム素子４２によってＸ軸方向に引き延ばされた第２偏向光は、出射ホログラム素子４３によってＹ軸方向に引き延ばされる。これにより、画像生成装置２０が出射した画像光が示す画像は、拡大される。出射ホログラム素子４３で再度、回折によって偏向されることで、第２偏向光は、第３偏向光として出射ホログラム素子４３から出射され、第３偏向光（画像光）は、出射面３１ｂから出射される。
　このように、出射ホログラム素子４３は、非矩形の四角形状の画像光を車両２のフロントウインド３に向けて出射する。フロントウインド３は、入射した非矩形の四角形状の画像光を矩形状の画像光に形状変位させて反射する。フロントウインド３で反射された画像光は、車両２のユーザのアイボックスに向かう。
　このため、ユーザは、車両２の進行方向におけるフロントウインド３を介して見える前方の景色上に、表示装置１が表示した虚像を重ね合わせて見ることができる。
　＜作用効果＞
　次に、本実施の形態における表示装置１の作用効果について説明する。
　上述したように、本実施の形態に係る表示装置１は、移動体（車両２）に設けられる曲面状の表示媒体（フロントウインド３）に画像を投影して虚像を表示する表示装置１であって、画像を示す光（画像光）を生成する画像生成装置２０と、非矩形の四角形状をなした第１ホログラム素子（出射ホログラム素子４３）を有する導光体３０と、を備える。そして、第１ホログラム素子は、導光体３０の内部を伝播する画像を示す光を表示媒体に向けて出射する。
　例えば、図４Ｂの二点鎖線で示すように、矩形状の出射ホログラムから出射された画像光では、図４Ｂの斜線のハッチングで示すように、フロントウインドへの虚像の表示に関わりの無い光が出射ホログラムから出射されてしまう。このため、矩形状の出射ホログラムから出射された画像を示す光では、光の利用効率が低下してしまう。
　しかしながら、本実施の形態によれば、曲面状のフロントウインド３に応じて、出射ホログラム素子４３の形状を非矩形の四角形状にすることができる。これにより、図４Ｃに示すように、出射ホログラム素子４３から出射された非矩形の画像光は、フロントウインド３で反射した後で、画像生成装置２０が出射した画像光の外形と同様の形状、つまり矩形状になる。つまり、表示装置１は、従来技術よりも、フロントウインド３への虚像の表示に関わりのある画像光を出射することができる。
　したがって、表示装置１は、出射ホログラム素子４３から出射された画像を示す光の利用効率が低下することを抑制することができる。
　特に、本実施の形態の表示装置１では、従来技術に比べて、フロントウインド３への虚像の表示に関わりの無い光が出射され難いため、迷光の発生を抑制することができる。
　また、本実施の形態に係る表示装置１において、移動体の全長方向に沿った方向において、移動体の内部から表示媒体を介して移動体の外部に向かう方向を前方向とし、前方向とは反対の方向を後方向とし、前方向及び後方向に直交し移動体の全幅方向に沿った方向を左右方向とした場合、第１ホログラム素子の４つの辺のうち最も後方向側に位置する最後辺４３ａは、左右方向に対して傾いている。
　例えば、最後辺と導光体の端縁との間に出射ホログラム素子が配置されていれば、フロントウインドへの虚像の表示に関わりの無い光が出射されてしまう。
　しかしながら、本実施の形態によれば、曲面状のフロントウインド３に応じて最後辺４３ａを傾けることで、最後辺４３ａと導光体３０の端縁との間に出射ホログラム素子４３を配置しないようにすることができる。このため、フロントウインド３への虚像の表示に関わりの無い光が出射されてしまうことを抑制することができる。
　また、本実施の形態に係る表示装置１において、最後辺４３ａは、第１ホログラム素子を平面視した場合、画像を表示媒体における移動体の右側に投影するときには、左右方向に対して時計回りに傾いており、画像を表示媒体における移動体の左側に投影するときには、左右方向に対して反時計回りに傾いている。
　これによれば、車両２の右側のフロントウインド３で反射された画像光は、左右方向に対して時計回りに傾いた最後辺４３ａを反時計回りに回転させて反射する。また、車両２の左側のフロントウインド３で反射された画像光は、左右方向に対して反時計回りに傾いた最後辺４３ａを時計回りに回転させて反射する。このため、画像生成装置２０が出射した画像光の外形と同様の形状である矩形状の画像をフロントウインド３に投影させることができる。したがって、フロントウインド３に投影された画像が歪まないように表示させることができる。
　また、本実施の形態に係る表示装置１において、第１ホログラム素子の４つの辺のうち最も前方向に位置する最前辺４３ｂは、左右方向に対して最後辺４３ａと同じ方向に傾いている。
　例えば、最前辺４３ｂと導光体３０の端縁との間に出射ホログラム素子４３が配置されていれば、フロントウインド３への虚像の表示に関わりの無い光が出射されてしまう。
　しかしながら、本実施の形態によれば、曲面状のフロントウインド３に応じて最前辺４３ｂを傾けることで、最前辺４３ｂと導光体３０の端縁との間に出射ホログラム素子４３を配置しないようにすることができる。このため、フロントウインド３への虚像の表示に関わりの無い光が出射されてしまうことを抑制することができる。
　また、本実施の形態に係る表示装置１において、第１ホログラム素子は、非矩形の四角形状の画像を示す光を移動体の表示媒体に向けて出射する。そして、表示媒体は、入射した非矩形の四角形状の光を矩形状の画像を示す光に形状変位させて反射する。
　これによれば、出射ホログラム素子４３が出射した非矩形の四角形状の画像光が曲面状のフロントウインド３で反射することで、矩形状の画像光に形状変位させることができる。その結果、ユーザのアイボックスに矩形状の画像光が入射するため、ユーザは違和感なくフロントウインド３に投影された虚像を認識することができる。
　また、本実施の形態に係る表示装置１において、導光体３０は、矩形状の第２ホログラム素子（折返ホログラム素子４２）と矩形状の第３ホログラム素子（入射ホログラム素子４１）とをさらに有する。また、第２ホログラム素子は、画像生成装置２０が出射した画像を示す光が入射することで、画像を示す光を回折によって偏向して導光体３０の内部を伝播させる。また、第３ホログラム素子は、第２ホログラム素子が偏向した画像を示す光をさらに回折によって偏向し、当該偏向した画像を示す光を導光体３０の内部を伝播させる。そして、第１ホログラム素子は、第３ホログラム素子が回折によって偏向した画像を示す光をさらに回折によって偏向し、当該偏向した画像を示す光を導光体３０の外部へ出射させる。
　これによれば、画像生成装置２０が出射した画像光が示す画像のサイズを入射ホログラム素子４１と折返ホログラム素子４２と出射ホログラム素子４３とで大きくして、フロントウインド３に投影することができる。このため、ユーザに視認できる画像の大きさにして表示することができる。
　（実施の形態の変形例１）
　本変形例では、表示装置１ａが回動する点で実施の形態の表示装置と相違する。本変形例における他の構成は、特に明記しない場合は、実施の形態の表示装置と同様であり、同一の構成については同一の符号を付して構成に関する詳細な説明を省略する。
　表示装置１ａの構成について図５～図７を用いて説明する。
　図５は、実施の形態の変形例１に係る回動する表示装置１ａ及び車両２を前方向に沿って見た場合を示す模式図である。図６は、実施の形態の変形例１に係る回動する導光体３０及び車両２を前方向に沿って見た場合を示す模式図である。図７は、回動した表示装置１ａの姿勢を示す模式図である。
　本変形例では、図５及び図６に示すように、少なくとも導光体３０が左右方向を軸として回動、前後方向を軸として回動することができる。
　例えば、図５に示すように、表示装置１ａ全体が、導光体３０の表面が水平面に平行な姿勢から、左右方向を軸として水平面に対して傾くように回動してもよい。また、表示装置１ａ全体が、導光体３０の表面が水平面に平行な姿勢から、前後方向を軸として水平面に対して傾くように回動してもよい。
　また、図６に示すように、表示装置１ａにおいて、導光体３０だけが、導光体３０の表面が水平面に平行な姿勢から、前後方向を軸として水平面に対して傾くように回動してもよい。また、表示装置１ａにおいて、導光体３０だけが、導光体３０の表面が水平面に平行な姿勢から、左右方向を軸として水平面に対して傾くように回動してもよい。この場合、画像生成装置２０は、車両２に固定されて回動しない。
　また、導光体３０は、前方向に沿って導光体３０を見た場合、画像をフロントウインド３における車両２の右側に投影するときには、左右方向に平行な状態から前後方向を軸として時計回りに傾いていてもよい。つまり、表示装置１ａを車両２の右側に配置した場合、導光体３０は、左右方向に平行な状態に対して時計回りに傾いた姿勢で配置されてもよい。
　また、導光体３０は、前方向に沿って導光体３０を見た場合、画像をフロントウインド３における車両２の左側に投影するときには、左右方向に平行な状態から前後方向を軸として反時計回りに傾いていてもよい。つまり、表示装置１ａを車両２の左側に配置した場合、導光体３０は、左右方向に平行な状態に対して反時計回りに傾いた姿勢で配置されてもよい。
　また、図７に示すように、導光体３０は、前方向に沿って導光体３０を見た場合、画像生成装置２０が出射した画像光の主光線とフロントウインド３との交点Ａ１におけるフロントウインド３の接線と略平行な姿勢に近づくように配置されている。具体的には、交点Ａ１に接する平面と導光体３０の表面とが略平行となるように、少なくとも導光体３０の姿勢を傾けることができる。
　このように、少なくとも導光体３０の姿勢を調節することで、画像生成装置２０が出射する画像を示す光の光軸と、導光体３０が出射した画像を示す光の主光線とを略平行にする。
　このような本変形例の表示装置１ａにおいて、少なくとも導光体３０は、導光体３０の表面が水平面に平行な姿勢から、水平面において、前後方向を軸として傾くように回動する。
　これによれば、表示装置１ａ全体が回動する場合、画像生成装置２０が出射する画像光の照射方向と、導光体３０から出射される画像光の照射方向とが平行となるように表示装置１ａの姿勢を調節することができる。このため、フロントウインド３に投影された画像の像ボケを抑制することができる。
　また、導光体３０だけが回動する場合、画像生成装置２０に対する導光体３０の姿勢を変更することができるため、画像生成装置２０が出射する画像光の照射方向と、導光体３０から出射される画像光の照射方向とが平行となるように導光体３０の姿勢を調節することができる。このため、フロントウインド３に投影された画像の像ボケを抑制することができる。
　また、本変形例の表示装置１ａにおいて、導光体３０は、前方向に沿って導光体３０を見た場合、画像を表示媒体における移動体の右側に投影するときには、左右方向に平行な状態に対して時計回りに傾いており、画像を表示媒体における移動体の左側に投影するときには、左右方向に平行な状態に対して反時計回りに傾いている。
　例えば、フロントウインドの左側又は右側の曲率が大きいほど、フロントウインドと導光体とが非平行な姿勢となるこことで、出射ホログラム素子の非矩形の四角形状における鋭角の角度が小さくなる傾向にある。この場合、出射ホログラム素子が長尺化するため、導光体が大型化してしまう。
　しかしながら、本変形例によれば、導光体３０とフロントウインド３とが略平行となるように導光体３０の姿勢を調節することができる。このため、出射ホログラム素子４３の非矩形の四角形状における鋭角の角度が小さくなりすぎてしまうことを抑制することができる。その結果、出射ホログラム素子４３の長尺化が抑制されるため、導光体３０の大型化を抑制することができる。
　また、本変形例の表示装置１ａにおいて、導光体３０は、前方向に沿って導光体３０を見た場合、画像生成装置２０が出射した画像を示す光の主光線と表示媒体との交点Ａ１における表示媒体の接線と略平行な姿勢に近づくように配置されている。
　これによれば、導光体３０の表面とフロントウインド３とが略平行となるように導光体３０を配置することができる。このため、出射ホログラム素子４３の非矩形の四角形状における鋭角の角度が小さくなりすぎてしまうことをより確実に抑制することができる。その結果、出射ホログラム素子４３の長尺化が抑制されるため、導光体３０の大型化をより確実に抑制することができる。
　また、本変形例の表示装置１ａにおいて、画像生成装置２０が出射する画像を示す光の光軸と、導光体３０が出射した画像を示す光の主光線とは、略平行である。
　画像生成装置が出射する画像を示す光の光軸と、導光体が出射した画像を示す光の主光線とが非平行であれば、導光体への画像生成装置が出射した画像光の入射角と、導光体が出射した画像光の主光線の出射角とが非平行となる。この場合、フロントウインドに投影された画像の像ボケが発生してしまう。
　しかしながら、本変形例の表示装置１ａによれば、フロントウインド３に投影された画像の像ボケを抑制することができる。
　（実施の形態の変形例２）
　本変形例では、表示装置１ｂの出射ホログラム素子４３の最後辺４３ａが折返ホログラム素子４２の長手方向と略平行となるように出射ホログラム素子４３が配置されている点で実施の形態の表示装置と相違する。本変形例における他の構成は、特に明記しない場合は、実施の形態の表示装置と同様であり、同一の構成については同一の符号を付して構成に関する詳細な説明を省略する。
　表示装置１ｂにおける導光体３０の構成について図８を用いて説明する。
　図８は、実施の形態の変形例２に係る表示装置１ｂの導光体３０ａを示す平面図である。
　本変形例では、二点鎖線で示す実施の形態のような回転前の導光体に対して、本変形例の導光体３０ａは、表面がＸ－Ｙ平面と略平行な姿勢を基準とした場合、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対して時計回り又は反時計回りに回転している。つまり、導光体３０ａは、実施の形態のような回転前の導光体に比べて、Ｚ軸方向を軸として、時計回り又は反時計回りに回転させている。本変形例の出射ホログラム素子４３は、実施の形態の出射ホログラム素子と、車両２内における配置位置が略同一である。
　具体的には、表示装置１ｂを車両２の右側に配置した場合、出射ホログラム素子４３を除く表示装置１ｂの配置位置がＺ軸方向を軸にして、時計回りに回転して配置される。
　また、表示装置１ｂを車両２の左側に配置した場合、出射ホログラム素子４３を除く表示装置１ｂの配置位置がＺ軸方向を軸にして、反時計回りに回転して配置される。
　出射ホログラム素子４３の最前辺４３ｂ又は最後辺４３ａが折返ホログラム素子４２の長辺に平行な長手方向と略平行となる姿勢で、出射ホログラム素子４３が導光板３１の内部に配置されている。図８では、出射ホログラム素子４３は、最後辺４３ａが折返ホログラム素子４２の長辺と平行に近づく姿勢となるように、出射ホログラム素子４３が導光板３１の内部に配置されている。最前辺４３ｂは、折返ホログラム素子４２から出射される第２偏向光と直交するように、導光板３１の内部に配置されている。
　このような本変形例の表示装置１ｂにおいて、第２ホログラム素子は、移動体の全幅方向に沿った方向である左右方向に沿って長尺である。そして、第１ホログラム素子は、第１ホログラム素子の４つの辺のうち最も後方向側に位置する最後辺４３ａが第２ホログラム素子の長辺と略平行となるように導光体３０の内部に配置されている。
　これによれば、最後辺４３ａと折返ホログラム素子４２との間のスペースを小さくすることができるため、最後辺４３ａと折返ホログラム素子４２とが非平行となるように導光体３０の内部に配置する場合に比べて、導光板３１の大型化を抑制することができる。
　（その他の変形例）
　以上、本開示に係る表示装置について、上記実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思い付く各種変形を実施の形態に施したものも、本開示の範囲に含まれてもよい。
　なお、上記の実施の形態に対して当業者が思い付く各種変形を施して得られる形態や、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。
　本開示は、車両のヘッドアップディスプレイ装置等に利用可能である。
　１、１ａ、１ｂ　表示装置
　２　車両（移動体）
　３　フロントウインド（表示媒体）
　２０　画像生成装置
　３０、３０ａ　導光体
　４１　入射ホログラム素子（第２ホログラム素子）
　４２　折返ホログラム素子（第３ホログラム素子）
　４３　出射ホログラム素子（第１ホログラム素子）
　４３ａ　最後辺
　４３ｂ　最前辺

Claims (11)

  1. 　移動体に設けられる曲面状の表示媒体に画像を投影して虚像を表示する表示装置であって、
    　画像を示す光を生成する画像生成装置と、
    　非矩形の四角形状をなした第１ホログラム素子を有する導光体と、を備え、
    　前記第１ホログラム素子は、前記導光体の内部を伝播する前記画像を示す光を前記表示媒体に向けて出射する
    　表示装置。
  2. 　前記移動体の全長方向に沿った方向において、前記移動体の内部から前記表示媒体を介して前記移動体の外部に向かう方向を前方向とし、前記前方向とは反対の方向を後方向とし、前記前方向及び前記後方向に直交し前記移動体の全幅方向に沿った方向を左右方向とした場合、
    　前記第１ホログラム素子の４つの辺のうち最も前記後方向側に位置する最後辺は、前記左右方向に対して傾いている
    　請求項１に記載の表示装置。
  3. 　前記最後辺は、前記第１ホログラム素子を平面視した場合、
    　　前記画像を前記表示媒体における前記移動体の右側に投影するときには、前記左右方向に対して時計回りに傾いており、
    　　前記画像を前記表示媒体における前記移動体の左側に投影するときには、前記左右方向に対して反時計回りに傾いている
    　請求項２に記載の表示装置。
  4. 　前記第１ホログラム素子の４つの辺のうち最も前記前方向に位置する最前辺は、前記左右方向に対して前記最後辺と同じ方向に傾いている
    　請求項２又は３に記載の表示装置。
  5. 　少なくとも前記導光体は、前記導光体の表面が水平面に平行な姿勢から、前記水平面において、前記前後方向を軸として傾くように回動する
    　請求項２～４のいずれか１項に記載の表示装置。
  6. 　前記導光体は、前記前方向に沿って前記導光体を見た場合、
    　　前記画像を前記表示媒体における前記移動体の右側に投影するときには、前記左右方向に平行な状態に対して時計回りに傾いており、
    　　前記画像を前記表示媒体における前記移動体の左側に投影するときには、前記左右方向に平行な状態に対して反時計回りに傾いている
    　請求項５に記載の表示装置。
  7. 　前記導光体は、前記前方向に沿って前記導光体を見た場合、前記導光体が出射した前記画像を示す光の主光線と前記表示媒体との交点における前記表示媒体の接線と略平行な姿勢に近づくように配置されている
    　請求項５又は６に記載の表示装置。
  8. 　前記第１ホログラム素子は、非矩形の四角形状の前記画像を示す光を前記移動体の前記表示媒体に向けて出射し、
    　前記表示媒体は、入射した前記非矩形の四角形状の光を矩形状の前記画像を示す光に形状変位させて反射する
    　請求項１～７のいずれか１項に記載の表示装置。
  9. 　前記画像生成装置が出射する前記画像を示す光の光軸と、前記導光体が出射した前記画像を示す光の主光線とは、略平行である
    　請求項１～８のいずれか１項に記載の表示装置。
  10. 　前記導光体は、矩形状の第２ホログラム素子と矩形状の第３ホログラム素子とをさらに有し、
    　前記第２ホログラム素子は、前記画像生成装置が出射した前記画像を示す光が入射することで、前記画像を示す光を回折によって偏向して前記導光体の内部を伝播させ、
    　前記第３ホログラム素子は、前記第２ホログラム素子が偏向した前記画像を示す光をさらに回折によって偏向し、当該偏向した前記画像を示す光を前記導光体の内部を伝播させ、
    　前記第１ホログラム素子は、前記第３ホログラム素子が回折によって偏向した前記画像を示す光をさらに回折によって偏向し、当該偏向した前記画像を示す光を前記導光体の外部へ出射させる
    　請求項１～９のいずれか１項に記載の表示装置。
  11. 　前記第２ホログラム素子は、前記移動体の全幅方向に沿った方向である左右方向に沿って長尺であり、
    　前記第１ホログラム素子は、前記第１ホログラム素子の４つの辺のうち最も後方向側に位置する最後辺が前記第２ホログラム素子の長辺と略平行となるように前記導光体の内部に配置されている
    　請求項１０に記載の表示装置。
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