JP2007292956A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示機を複数備える必要がなく、視認距離を変化させられる表示装置を提供すること。
【解決手段】表示装置１は、右目用の映像情報５７及び左目用の映像情報５９を投射する投射手段３と、右目用の映像情報５７及び左目用の映像情報５９を反射させる半透明な反射手段５とを備え、観察者６３の視点から見て、反射手段５上の右目用の映像情報５７及び左目用の映像情報５９は、それぞれ、反射手段５による右目用の虚像６１Ｒ及び左目用の虚像６１Ｌとして視認可能であり、投射手段３は、単一の映像情報５５を投射する表示手段３と、単一の映像情報５５を、右目用の映像情報５７及び左目用の映像情報５９に分割する分割手段４１とを備える。
【選択図】 図３

Description

本発明は、例えば、自動車等の車両において、前景に虚像を重ねて表示し、乗員に情報を提供する表示装置に関する。

従来より、車両に適用される表示装置として、光学ユニットから、車両のウインドシールドに映像情報を投射することで、乗員に、前景に重畳した虚像を表示するヘッドアップディスプレイ装置がある。この装置は、運転者の視点移動が少なくて済むので、車両の安全性を高めることができる。そして、この装置の有効性を高めるために、両眼立体視機能を利用し、虚像表示に奥行き感を持たせ、視認距離を可変として、前方の実体物に虚像を重ねて表示することで、運転者に実体物の存在を分かりやすくする等の提案がされている（特許文献１参照）。
特開２００５−７０２５５号公報

ヘッドアップディスプレイ装置は、両眼立体視機能を利用するものであるから、右目用の虚像、左目用の虚像をそれぞれ表示しなければならない。そのため、ヘッドアップディスプレイ装置は、右目用の虚像を生成するための映像情報（右目用の映像情報）と、左目用の虚像を生成するための映像情報（左目用の映像情報）とがそれぞれ必要になる。そこで、従来の装置は、右目用の映像情報を生成する表示機と、左目用の映像情報を生成する表示機とを、それぞれ備えていた。しかし、表示機を２つも備えることは、ヘッドアップディスプレイ装置の製造コストを上昇させてしまう。

本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、表示機を複数備える必要がなく、視認距離を変化させられる表示装置を提供することを目的とする。

（１）請求項１記載の表示装置は、表示手段が投射する映像情報を、分割手段で分割することにより、右目用の映像情報と左目用の映像情報とを生成する。そのため、右目用の映像情報を投射する表示手段と、左目用の映像情報を投射する表示手段とを個別に備える必要がない。
（２）請求項２の表示装置では、反射手段上において、右目用の映像情報と、左目用の映像情報とが、左右対称となる。そのことにより、図１０に示すように、映像情報５５に含まれる表示７７の左右位置をどちらかに変えると、右目用の映像情報５７に含まれる表示７７Ｒと、左目用の映像情報５９に含まれる表示７７Ｌは、互いに反対方向に移動するので、それらの間隔を調整することができる。
（３）請求項３の表示装置では、前記分割手段から前記反射手段までの光路において、前記右目用の映像情報の反転回数Ｒと、前記左目用の映像情報の反転回数Ｌとの差が奇数であるため、必然的に、反射手段上において、右目用の映像情報と、左目用の映像情報とが、左右対称となる。
（４）請求項４の表示装置では、前記分割手段から前記右目用の虚像までの光路距離と、前記分割手段から前記左目用の虚像までの光路距離とが等しいので、観察者が虚像をみたときの違和感が少ない。
（５）請求項５の表示装置は、分割手段として、ハーフミラーを備える。そのため、複雑な分割装置が必要なく、簡易に時間遅れなく映像情報を分割できる。
（６）請求項６の表示装置は、映像情報に基づく表示内容（表示の大きさ、上下位置、色、輝度）を調整することにより、右目用の虚像と左目用の虚像との間隔が同一のままでも、体感視認距離を変化させることができる。また、表示内容のみで体感視認距離を変動させることができるので、右目用の虚像と左目用の虚像とは共通で良く、それぞれを別個に生成する必要がない。
（７）請求項７の表示装置は、観察者の目の上下位置に応じて、虚像の上下位置を調整することができる。そのことにより、観察者の目の上下位置が変動しても、観察者から見た、虚像の相対的な上下位置を一定にすることができる。
（８）請求項８の表示装置は、観察者から見て、虚像と重畳する背景における輝度に応じて、虚像の輝度を調整することができる。そのことにより、上記背景の輝度に対する虚像の相対的な輝度を一定とすることができる。
（９）請求項９の表示装置は、観察者の目の幅、観察者の前後位置、またはそれらの両方に応じて、右目用の虚像と、左目用の虚像との間隔を調整することができる。そのことにより、観察者の目の幅や前後位置が変動しても、視認距離を一定にすることができる。
（１０）請求項１０の表示装置は、観察者における両目の幅、反射手段に対する観察者の両目の位置、またはその両方を取得する間隔取得手段を備えているので、それらの正確な値を取得し、右目用の虚像と左目用の虚像との間隔を正確に調整することができる。
（１１）請求項１１の表示装置は、観察者の画像を撮像し、その画像に基づいて、観察者の両目の幅、両目の位置、またはその両方を取得するので、それらの正確な値を取得し、右目用の虚像と左目用の虚像との間隔を正確に調整することができる。
（１２）請求項１２の表示装置は、観察者の両目の幅、両目の位置、またはその両方を入力する入力手段を備えるので、それらの正確な値を取得し、右目用の虚像と左目用の虚像との間隔を正確に調整することができる。
（１３）請求項１３の表示装置は、右目用の虚像と左目用の虚像との間隔を間隔調整手段により変動させ、視認距離を調整することができる。
（１４）請求項１４の表示装置は、右目用の虚像と、左目用の虚像との左右方向における位置を調整することができるので、観察者から見た虚像の相対的な左右位置を変化させることができる。
（１５）請求項１５の表示装置は、観察者の目の左右位置を取得し、その値に基づいて、虚像の左右位置を調整するので、観察者の目の左右位置が変動しても、観察者から見た虚像の相対的な左右位置を設定とおりとすることができる。

１．第１の実施の形態
（ａ）表示装置１の構成
本発明の表示装置１の全体構成を図１に基づいて説明する。この表示装置１は車両に適用したものである。

表示装置１は、単一の映像情報を光として投射する表示機３、表示機３にて投射された単一の映像情報を右目用の映像情報と左目用の映像情報とに分割し、それぞれを半透明のウインドシールド５にて反射させる光学ユニット７、表示装置１における各種制御を実行する表示処理部９、乗員の両目の上下左右方向（図１における上下方向を「上下方向」とし、奥行き方向を「左右方向」とする）での位置及び両目の幅を取得するために、乗員の顔を正面のやや下方から撮影するカメラ１１、乗員の前後方向（図１における左右方向を「前後方向」とする）における位置（すなわち、乗員の両目の前後位置）を取得するために、シートポジションの前後位置を検出するシートポジションセンサ１３、同じく乗員の前後位置を取得するために、乗員の頭部を側方から撮影するカメラ１５、及び車両の前方（乗員から見て虚像と重畳する方向）における輝度を取得するために、前景を撮影するカメラ１７を備えている。

次に、図２に基づいて、表示処理部９の構成を説明する。表示処理部９は、ＣＰＵ２１、ＲＯＭ２３、ＲＡＭ２５、入出力部２７、描画ＲＡＭ２９、及び表示コントローラ３１から成る。ＣＰＵ２１、ＲＯＭ２３、ＲＡＭ２５、入出力部２７、及び描画ＲＡＭ２９は、周知のプロセッサ及びメモリーモジュールからなり、ＣＰＵ２１がＲＡＭ２５を一時記憶領域として利用し、ＲＯＭ２３に記憶されているプログラムに基づいて各種の処理を実行し、描画ＲＡＭ２９に映像データを記憶する。入出力部２７は、光学ユニット７内の調整機構５１、５３（後述）への出力、カメラ１１、１５、１７からの入力、シートポジションセンサ１３からの入力、及びＣＰＵ２１、ＲＯＭ２３、ＲＡＭ２５、描画ＲＡＭ２９、表示コントローラ３１との入出力を行うインターフェースである。表示コントローラ３１は、描画ＲＡＭ２９に記憶された映像情報を読み出して、表示機３へ出力する。

次に、図３に基づいて、光学ユニット７の構成を説明する。光学ユニット７は、ハーフミラー４１、ミラー４３、ミラー４７、ミラー４９、結像レンズ４５、調整機構５１、及び調整機構５３を備えている。ハーフミラー４１は、表示機３から投射された単一の映像情報５５を右目用の映像情報５７と左目用の映像情報５９とに分割する。すなわち、ハーフミラー４１にて反射したものが右目用の映像情報５７となり、ハーフミラー４１を透過したものが左目用の映像情報５９となる。ミラー４３は、右目用の映像情報５７を反射し、ミラー４７とミラー４９は、左目用の映像情報５９を反射する。結像レンズ４５は、ミラー４３で反射された右目用の映像情報５７と、ミラー４９で反射された左目用の映像情報５９とを結像させる。なお、結像レンズ４５を通過した右目用の映像情報５７と左目用の映像情報５９は、ウインドシールド５に至る。調整機構５１は、ミラー４３の角度を変更することで、ウインドシールド５上における右目用の映像情報５７の位置（左右方向における位置）を調整する。調整機構５３は、ミラー４９の角度を変更することで、ウインドシールド５上における左目用の映像情報５９の位置（左右方向における位置）を調整する。

（ｂ）表示装置１が映像を表示する原理
次に、図４に基づいて、表示装置１が映像を表示する原理を説明する。乗員６３の右目６３Ｒは、ウインドシールド５上の右目用の映像情報を、虚像６１Ｒとして視認し、ウインドシールド５上の左目用の映像情報を、虚像６１Ｌとして視認する。そして、乗員６３は、基本的には、右目６３Ｒ及び虚像６１Ｒを通る直線と、左目６３Ｌ及び虚像６１Ｌを通る直線との交点である基本視認位置７１に、融合した立体視虚像を視認する。ここで、乗員６３の両目６３Ｒ、６３Ｌと、基本視認位置７１との距離を基本視認距離７３とする。

この基本視認距離７３は、概略、視認させる距離範囲の最大距離に予め設定すると良い。なぜなら通常虚像までの結像距離は数ｍ程度で目の焦点調節により近距離に知覚されるが、視認させる距離はそれより遠い場合が多く、その最大距離に設定すれば、目の輻輳は遠距離を見た場合となり遠距離に知覚され、両者の知覚が相殺されることで、表示内容により体感視認距離が決まるためである。

なお、乗員６３の右目６３Ｒと左目６３Ｌとの間隔（以下では「両目の幅」とする）６５、虚像６１Ｒの中心と虚像６１Ｌの中心との間隔（以下では、「虚像間幅」とする）６７、結像距離６９、基本視認距離７３の関係は、図４に示すとおりである。

（ｃ）表示処理部９が実行する処理
次に、図５のフローチャートに基づいて、表示処理部９が実行する処理を説明する。
ステップ１１０では、カメラ１１に、乗員６３の顔を正面から撮像させ、その画像データを取り込む。

ステップ１２０では、前記ステップ１１０で取り込んだ画像データから、乗員６３の両目の幅６５を算出する。
ステップ１３０では、乗員６３の前後位置を算出するために、乗員６３の顔を側面から撮像するカメラ１５を使用するか否かを判断する。ＹＥＳの場合はステップ１４０に進み、ＮＯの場合はステップ１６０に進む。なお、このステップ１３０及び後述するステップ１６０における判断は、乗員６３が予め行った設定によるものであってもよいし、ＲＯＭ２３（図２参照）に記憶されたプログラムに従って判断してもよい。

ステップ１４０では、カメラ１５に、乗員６３の顔を側面から撮像させ、その画像データを取り込む。
ステップ１５０では、前記ステップ１４０で取り込んだ画像データから、乗員６３の両目６３Ｒ、６３Ｌの前後位置を算出する。

一方、前記ステップ１３０にてＮＯと判断した場合は、ステップ１６０に進み、乗員６３の前後位置を算出するために、シートポジションセンサ１３を使用するか否かを判断する。ＹＥＳの場合はステップ１７０に進み、ＮＯの場合はステップ１９０に進む。

ステップ１７０では、シートポジションセンサ１３から信号を取り込む。
ステップ１８０では、前記ステップ１７０で取り込んだ信号から、シートの前後位置（すなわち、乗員６３の両目６３Ｒ、６３Ｌの前後位置）を算出する。

一方、前記ステップ１６０にてＮＯと判断した場合は、ステップ１９０にて、乗員６３の両目６３Ｒ、６３Ｌの前後位置として、予めＲＯＭ２３に記憶しておいた既定値を取得する。

ステップ２００では、予め設定された基本視認距離７３と、前記ステップ１２０で算出した両目の幅６５と、前記ステップ１５０、１８０、１９０のいずれかで取得した、乗員６３の両目６３Ｒ、６３Ｌの前後位置とから、虚像間幅６７を決定する。すなわち、図４において、基本視認距離７３を予め設定された値とし、両目の幅６５を前記ステップ１２０で算出した値とし、結像距離６９を前記ステップ１５０、１８０、１９０のいずれかで取得した、乗員６３の両目６３Ｒ、６３Ｌの前後位置から設定したとき、一義的に定まる虚像間幅６７を決定する。

ステップ２１０では、虚像間幅６７が前記ステップ２００にて決定した値となるように、調整機構５１、調整機構５３を駆動して、ミラー４３及びミラー４９の角度を調整する。

ステップ２２０では、体感視認距離を取得する。この体感視認距離とは、乗員６３が、像６１Ｒ及び虚像６１Ｌに基づく立体視像までの距離として、実際に知覚する距離であり、図４に示す基本視認距離７３は一定であっても、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌにおける表示の大きさ、表示の上下位置、表示の色、表示の輝度等に応じて変動する。体感視認距離は、乗員６３等が図示しない入力部に入力した値であってもよいし、また、ＲＯＭ２３（図２参照）に記憶されたプログラムが設定する値であってもよい。

ステップ２３０では、前記ステップ１１０で取り込んだ、乗員６３の顔を正面から撮像した画像データから、乗員６３の両目６３Ｒ、６３Ｌの上下位置を算出する。
ステップ２４０では、前記ステップ２２０で取得した体感視認距離と、前記ステップ２３０で算出した、乗員６３の両目６３Ｒ、６３Ｌの上下位置とから、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの上下位置を決定する。

まず、乗員６３の両目６３Ｒ、６３Ｌの上下位置が所定の基準位置にあるとの前提で、前記ステップ２２０で取得した体感視認距離に応じて、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの上下位置を決定する。具体的には、体感視認距離が長いほど、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの上下位置を高くし、体感視認距離が短いほど、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの上下位置を低くする。これは、基本視認距離７３が一定であっても、乗員６３から見て、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの上下位置が高いほど、体感視認距離は長くなり、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの上下位置が低いほど、体感視認距離は短くなるからである。

次に、前記ステップ２３０で算出した乗員６３の両目６３Ｒ、６３Ｌの上下位置を用いて、両目６３Ｒ、６３Ｌの上下位置のばらつきに起因する体感視認距離のずれを補正する。すなわち、乗員６３の両目６３Ｒ、６３Ｌの上下位置が所定の基準位置からずれていると、乗員６３から見た虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの相対的な上下位置が、乗員６３の両目６３Ｒ、６３Ｌの上下位置が所定の基準位置にある場合とは違ってしまうので、乗員６３の両目６３Ｒ、６３Ｌの上下位置に応じて、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの上下位置を補正する。具体的には、乗員６３の両目６３Ｒ、６３Ｌの上下位置が高いほど、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの上下位置を高くし、乗員６３の両目６３Ｒ、６３Ｌの上下位置が低いほど、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの上下位置を低くする。この補正により、乗員６３の両目６３Ｒ、６３Ｌの上下位置が変動しても、乗員６３から見た虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの相対的な上下位置を設定とおりとし、結果として、体感視認距離を設定とおりにすることができる。

なお、ここでは、説明の便宜上、最初に、乗員６３の両目６３Ｒ、６３Ｌの上下位置が所定の基準位置にあるとの前提で、体感視認距離に応じて虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの上下位置を決定し、次に、乗員６３の両目６３Ｒ、６３Ｌの上下位置に応じて、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの上下位置を補正するとしたが、これらの処理を一度に行うこともできる。例えば、ＲＯＭ２３に、体感視認距離及び乗員６３両目６３Ｒ、６３Ｌの上下位置と、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの上下位置との対応テーブルを記憶させておき、この対応テーブルを用いて、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの上下位置を決定することができる。

ステップ２５０では、カメラ１７に、車外前方（乗員６３から見て、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌと重畳する方向）を撮像させ、その画像を取り込む。
ステップ２６０では、前記ステップ２５０にて取り込んだ画像に基づき、車外前方の輝度を測定する。

ステップ２７０では、前記ステップ２２０で取得した体感視認距離と、前記ステップ２６０で測定した、車外前方の輝度から、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの輝度を決定する。
まず、車外前方の輝度が所定の基準値にあるとの前提で、前記ステップ２２０で取得した体感視認距離に応じて、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの輝度の輝度を決定する。具体的には、体感視認距離が長いほど、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの輝度を低くし、体感視認距離が短いほど、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの上下位置を高くする。これは、基本視認距離７３が一定であっても、乗員６３から見て、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの輝度が低いほど、体感視認距離は長くなり、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの輝度が高いほど、体感視認距離は短くなるからである。

次に、前記ステップ２６０で測定した車外前方の輝度を用いて、車外前方の輝度の変動に起因する体感視認距離のずれを補正する。すなわち、車外前方の輝度が所定の基準値からずれていると、車外前方の輝度に対する虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの相対的な輝度が、車外前方の輝度が基準値である場合とは違ってしまうので、車外前方の輝度に応じて、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの輝度を補正する。具体的には、車外前方の輝度が高いほど、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの輝度を高くし、車外前方の輝度が低いほど、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの輝度を低くする。この補正により、車外前方の輝度が変動しても、乗員６３から見た、車外前方の輝度に対する虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの相対的な輝度を設定とおりとし、結果として、体感視認距離を設定とおりにすることができる。

なお、ここでは、説明の便宜上、最初に、車外前方の輝度が所定の基準値にあるとの前提で、体感視認距離に応じて虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの輝度を決定し、次に、車外前方の輝度に応じて、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの輝度を補正するとしたが、これらの処理を一度に行うこともできる。例えば、ＲＯＭ２３に、体感視認距離及び車外前方の輝度と、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの輝度との対応テーブルを記憶させておき、この対応テーブルを用いて、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの輝度を決定することができる。

ステップ２８０では、前記ステップ２２０で取得した体感視認距離から、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌに含まれる表示の大きさ（映像情報の拡大率）を決定する。具体的には、ＲＯＭ２３に、体感視認距離と、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌに含まれる表示の大きさとの対応テーブルが記憶されており、この対応テーブルを用いて、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌに含まれる表示の大きさを決定する。上記対応テーブルは、取得された体感視認距離が長いほど、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌに含まれる表示を小さくし、取得された体感視認距離が短いほど、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌに含まれる表示を大きくする。基本視認距離７３は一定であっても、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌに含まれる表示が小さいほど、体感視認距離は長くなり、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌに含まれる表示が大きいほど、体感視認距離は短くなるから、上記のように虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌに含まれる表示の大きさを調整することで、体感視認距離を調整し、前記ステップ２２０で取得した値に合わせることができる。

ステップ２９０では、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌを表示する。
その後はステップ１１０→ステップ２２０〜２９０を繰り返すと、調整機構を稼働する必要がなく高速に処理できる。

（ｄ）虚像の表示例
次に、図６に基づいて、表示機３が投射した映像情報５５により生じる、乗員６３から見た虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌを説明する。この図６には、体感視認距離をｄ₁に設定した場合において、虚像６１Ｒに含まれる虚像表示７５Ｒ、及び虚像６１Ｌに含まれる虚像表示７５Ｌが表されている。また、図６には、体感視認距離をｄ₂に設定した場合において、虚像６１Ｒに含まれる虚像表示７７Ｒ、及び虚像６１Ｌに含まれる虚像表示７７Ｌが表されている。ここで、ｄ₁＞ｄ₂である。体感視認距離をｄ₁に設定した場合と、体感視認距離をｄ₂に設定した場合とで、虚像間幅６７は同一であり、基本視認距離７３も同一である。しかしながら、体感視認距離をｄ₁に設定した場合は、虚像表示７５Ｒ及び７５Ｌの上下位置を高くし、表示サイズを小さくし、輝度を小さくすることにより、体感視認距離ｄ₁が大きくなっている（すなわち遠くに見える）。一方、体感視認距離をｄ₂に設定した場合は、虚像表示７７Ｒ及び７７Ｌの上下位置を低くし、表示サイズを大きくし、輝度を大きくすることにより、体感視認距離ｄ₂が小さくなっている（すなわち近くに見える）。

（ｅ）表示装置１が奏する効果
(i)表示装置１は、表示機３が投射する映像情報５５を、ハーフミラー４１で分割することにより、右目用の映像情報５７と左目用の映像情報５９とを生成する。そのため、右目用の映像情報５７を投射する表示機と、左目用の映像情報５９を投射する表示機とを個別に備える必要がない。また、映像情報５５を分割する手段としてハーフミラー４１を用いているので、複雑な分割装置が必要なく、簡易に時間遅れなく映像情報５５を分割できる。
(ii) 表示装置１は、虚像表示７５Ｒ及び７５Ｌにおける表示内容（表示の上下位置、表示サイズの大きさ、表示の輝度）を調整することにより、虚像間幅６７が同一（すなわち基本視認距離７３が同一）のままでも、体感視認距離を変化させることができる。また、表示内容のみで体感視認距離を変動させることができるので、虚像表示７５Ｒと虚像表示７５Ｌとは共通で良く、それぞれを別個に生成する必要がない。
(iii) 表示装置１は、乗員６３の両目６３Ｒ、６３Ｌの上下位置に応じて、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの上下位置を調整することができる（図５のステップ２３０〜２５０）。そのことにより、乗員６３の両目６３Ｒ、６３Ｌの上下位置が変動しても、乗員６３から見た虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの相対的な上下位置を一定にすることができる。また、表示装置１は、カメラ１１で撮像した画像を用いることにより、乗員６３の両目６３Ｒ、６３Ｌの上下位置を正確に測定することができる。
(iv) 表示装置１は、車外前方における輝度に応じて、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの輝度を調整することができる（図５のステップ２５０〜２８０）。そのことにより、車外前方の輝度に対する虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの相対的な輝度を一定とすることができる。また、表示装置１は、カメラ１７で撮像した画像を用いることにより、車外前方の輝度を正確に測定することができる。
(v) 表示装置１は、乗員６３の両目の幅６５、乗員６３の前後位置に応じて、虚像間隔６７を調整することができる（図５のステップ１１０〜２１０）。そのことにより、乗員６３の両目の幅６５や、乗員６３の前後位置が変動しても、基本視認距離７３を一定にすることができる。また、表示装置１は、カメラ１１で撮像した画像を用いることにより、両目の幅６５を正確に測定することができ、カメラ１５で撮像した画像又はシートポジションセンサ１３からの信号を用いることにより、乗員６３の前後位置を正確に測定することができる。
(vi) 表示装置１は、ハーフミラー４１から虚像６１Ｒまでの光路距離と、ハーフミラー４１から虚像６１Ｌまでの光路距離とが等しいように構成されている。そのことにより、乗員６３が虚像をみたときの違和感が少ない。
２．第２の実施の形態
（ａ）表示装置１の構成
表示装置１の構成は、基本的には前記第１の実施の形態（図１〜図３）と同一であるが、光学ユニット７の構成において一部相違する。光学ユニット７の構成のうち、前記第１の実施の形態と相違する部分を中心に、図７に基づいて説明する。光学ユニット７は、ハーフミラー４１、ミラー１０１、１０３、１０５、１０７、１０９、１１１、結像レンズ４５、調整機構１１３、及び調整機構１１５を備えている。ハーフミラー４１は、表示機３から投射された単一の映像情報５５を右目用の映像情報５７と左目用の映像情報５９に分割する。すなわち、ハーフミラー４１にて反射したもの右目用の映像情報５７となり、ハーフミラー４１を透過したものが左目用の映像情報５９となる。ミラー１０１、１０３、１０５は、右目用の映像情報５７を順次反射し、ミラー１０７、１０９、１１１は、左目用の映像情報５９を順次反射する。結像レンズ４５は、ミラー１０５で反射された右目用の映像情報５７と、ミラー１１１で反射された左目用の映像情報５９とを結像させる。なお、結像レンズ４５を通過した右目用の映像情報５７と左目用の映像情報５９は、ウインドシールド５に至る。調整機構１１３は、表示機３及び光学ユニット７全体の左右方向における位置を調整する。また、調整機構１１５は、調整機構１１３と同期して、結像レンズ４５の左右方向における位置を調整する。従って、表示機３及び光学ユニット７と、結像レンズ４５との相対的な位置関係は、整機構１１３及び調整機構１１５を動作させても変わらない。

（ｂ）表示装置１の表示処理部９が実行する処理
次に、図８のフローチャートに基づいて、表示処理部９が実行する処理を説明する。
ステップ３１０では、カメラ１１に、乗員６３の顔を正面から撮像させ、その画像データを取り込む。

ステップ３２０では、前記ステップ３１０で取り込んだ画像データから、乗員６３の両目６３Ｒ、６３Ｌの左右位置を算出する。
ステップ３３０では、乗員６３に視認させる位置を考慮し、乗員６３から見たときの背景（車外前方の風景）の中における虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの左右位置を取得する。例えば、図９は、乗員６３が見た車外前方の風景と、そこに重畳して表示された虚像に含まれる虚像表示を示しているが、虚像表示１１９Ｒ及び虚像表示１１９Ｌの左右位置は、虚像表示１１７Ｒ及び虚像表示１１７Ｌよりも左である。

ステップ３４０では、前記ステップ３３０で取得した、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの左右位置と、前記ステップ３２０で算出した乗員６３の目の左右位置に応じて、調整機構１１３、１１５を用い、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの左右位置（車両を基準とした左右位置）を調整する。

まず、乗員６３の両目６３Ｒ、６３Ｌの左右位置が所定の基準位置にあるとの前提で、前記ステップ３３０で取得した、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの左右位置に応じて、調整機構１１３及び１１５を用いて、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの左右位置（車両を基準とした左右位置）を決定する。具体的には、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの左右位置が右であるほど、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌを右方向に移動させ、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの左右位置が左であるほど、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌを左方向に移動させる。

次に、前記ステップ３２０で算出した乗員６３の両目６３Ｒ、６３Ｌの左右位置を用いて、両目６３Ｒ、６３Ｌの左右位置のばらつきに起因する虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの左右位置のずれを補正する。すなわち、乗員６３の両目６３Ｒ、６３Ｌの左右位置が所定の基準位置からずれていると、乗員６３から見た虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの左右位置が、乗員６３の両目６３Ｒ、６３Ｌの左右位置が所定の基準位置にある場合とは違ってしまうので、乗員６３の両目６３Ｒ、６３Ｌの左右位置に応じて、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの左右位置を補正する。具体的には、乗員６３の両目６３Ｒ、６３Ｌの左右位置が右にあるほど、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの左右位置も右に補正し、乗員６３の両目６３Ｒ、６３Ｌの左右位置が左にあるほど、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの左右位置を左に補正する。この補正により、乗員６３の両目６３Ｒ、６３Ｌの左右位置が変動しても、乗員６３から見た虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの左右位置を設定とおりとすることができる。

なお、ここでは、説明の便宜上、最初に、乗員６３の両目６３Ｒ、６３Ｌの左右位置が所定の基準位置にあるとの前提で、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの左右位置の設定値に応じて虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの左右位置を決定し、次に、乗員６３の両目６３Ｒ、６３Ｌの左右位置に応じて、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの左右位置を補正するとしたが、これらの処理を一度に行うこともできる。例えば、ＲＯＭ２３に、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの左右位置及び乗員６３の両目６３Ｒ、６３Ｌの左右位置と、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの左右位置との対応テーブルを記憶させておき、この対応テーブルを用いて、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの左右位置を決定することができる。

ステップ３５０では、前記ステップ３１０で取り込んだ画像データから、乗員６３の両目の幅６５を算出する。
ステップ３６０では、乗員６３の前後位置（すなわち、乗員６３の両目６３Ｒ、６３Ｌの前後位置）を算出するために、乗員６３の顔を側面から撮像するカメラ１５を使用するか否かを判断する。ＹＥＳの場合はステップ３７０に進み、ＮＯの場合はステップ３９０に進む。

ステップ３７０では、カメラ１５に、乗員６３の顔を側面から撮像させ、その画像データを取り込む。
ステップ３８０では、前記ステップ３７０で取り込んだ画像データから、乗員６３の両目６３Ｒ、６３Ｌの前後位置を算出する。

一方、前記ステップ３６０にてＮＯと判断した場合は、ステップ３９０に進み、乗員６３の前後位置を算出するために、シートポジションセンサ１３を使用するか否かを判断する。ＹＥＳの場合はステップ４００に進み、ＮＯの場合はステップ４２０に進む。

ステップ４００では、シートポジションセンサ１３から信号を取り込む。
ステップ４１０では、前記ステップ４００で取り込んだ信号から、シートの前後位置（すなわち、乗員６３の両目６３Ｒ、６３Ｌの前後位置）を算出する。

一方、前記ステップ３９０にてＮＯと判断した場合は、ステップ４２０にて、乗員６３の両目６３Ｒ、６３Ｌの前後位置として、予めＲＯＭ２３に記憶しておいた既定値を取得する。

ステップ４３０では、視認させる距離と、前記ステップ３５０で算出した乗員の両目の幅６５と、前記ステップ３８０、４１０、４２０のいずれかで取得した、乗員６３の両目６３Ｒ、６３Ｌの前後位置とから、虚像間幅６７を決定する。すなわち、図４において、基本視認距離７３を視認させる距離とし、両目の幅６５を前記ステップ３５０で算出した値とし、結像距離６９を前記ステップ３８０、４１０、４２０のいずれかで取得した、乗員６３の両目６３Ｒ、６３Ｌの前後位置から設定したとき、一義的に定まる虚像間幅６７を決定する。

この虚像間幅６７を決定することは、すなわち、虚像６１Ｒに含まれる表示７７と、虚像６１Ｌに含まれる表示との間隔を決定することを意味する。この間隔の決定方法を図１０に基づいて説明する。図１０の（ａ）は、表示機３が投射する映像情報５５において、中央に三角形の虚像表示７７がある場合である。このとき、映像情報５５を分割して成る右目用の映像情報５７（及びそれに基づく虚像６１Ｒ）と左目用の映像情報５９（及びそれに基づく虚像６１Ｌ）においても、虚像表示７７は中心にある。図１０の（ｂ）、（ｃ）は、表示機３が投射する映像情報５５において、三角形の虚像表示７７が左右どちらかに寄った場合である。ところで、右目用の映像情報５７（及びそれに基づく虚像６１Ｒ）と、左目用の映像情報５９（及びそれに基づく虚像６１Ｌ）とは、光学ユニット７における反転回数の差が奇数（１回）であるから、左右対称となる。そのため、虚像６１Ｒにおいて虚像表示７７Ｒが右寄りにあれば、虚像６１Ｌにおいて虚像表示７７Ｌは左寄りとなり、両者の間隔は広がる。反対に、虚像６１Ｒにおいて虚像表示７７Ｒが左寄りにあれば、虚像６１Ｌにおいて虚像表示７７Ｌは右寄りとなり、両者の間隔は狭まる。すなわち、映像情報５５において、三角形の虚像表示７７の左右位置を変えることにより、虚像６１Ｒにおける虚像表示７７Ｒと、虚像６１Ｌにおける虚像表示７７Ｌとの間隔を調整することができる。

ステップ４４０では、体感視認距離を取得する。この体感視認距離の意味は上述したとおりである。
ステップ４５０では、前記ステップ３１０で取り込んだ、乗員６３の顔を正面から撮像した画像データから、乗員６３の両目６３Ｒ、６３Ｌの上下位置を算出する。

ステップ４６０では、前記ステップ４４０で取得した体感視認距離と、前記ステップ４５０で算出した、乗員６３の両目６３Ｒ、６３Ｌの上下位置とから、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの上下位置を決定する。その決定方法は、前記第１の実施の形態と同様である。

ステップ４７０では、カメラ１７に、車外前方（乗員６３から見て、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌと重畳する方向）を撮像させ、その画像を取り込む。
ステップ４８０では、前記ステップ４７０にて取り込んだ画像に基づき、車外前方の輝度を測定する。

ステップ４９０では、前記ステップ４４０で取得した体感視認距離と、前記ステップ４９０で測定した、車外前方の輝度から、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの輝度を決定する。その決定の方法は、前記第１の実施の形態と同様である。

ステップ５００では、前記ステップ４４０で取得した体感視認距離に応じて、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌに含まれる表示の大きさ（映像情報の拡大率）を決定する。決定の方法は前記第１の実施の形態と同様である。

ステップ５１０では、虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌを表示する。
（ｃ）虚像の表示例
次に、図９に基づいて、表示機３が投射した映像情報５５により生じる、乗員６３から見た虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌを説明する。この図９には、体感視認距離をｄ₁に設定した場合において、虚像６１Ｒに含まれる虚像表示１２１Ｒ、及び虚像６１Ｌに含まれる虚像表示１２１Ｌが表されている。また、図９には、体感視認距離をｄ₂に設定した場合において、虚像６１Ｒに含まれる虚像表示１１７Ｒ、及び虚像６１Ｌに含まれる虚像表示１１７Ｌが表されている。さらに、図９には、体感視認距離をｄ₂に設定し、左右位置を、左寄りにした場合に、虚像６１Ｒに含まれる虚像表示１１９Ｒ、及び虚像６１Ｌに含まれる虚像表示１１９Ｌが表されている。

ここで、ｄ₁＞ｄ₂である。体感視認距離をｄ₁に設定した場合の虚像間幅６７は、体感視認距離をｄ₂に設定した場合の虚像間幅６７よりも大きい。虚像間幅６７を変化させる方法は、図１０に基づいて説明したとおりである。虚像間幅６７を大きくすることにより、体感視認距離を大きくすることができる。

また、体感視認距離をｄ₁に設定した場合は、虚像表示１２１Ｒ及び１２１Ｌの上下位置を高くし、虚像表示の表示サイズを小さくし、輝度を小さくすることにより、体感視認距離ｄ₁が大きくなっている（すなわち遠くに見える。）一方、体感視認距離をｄ₂に設定した場合は、虚像表示１１７Ｒ及び１１７Ｌの上下位置を低くし、表示サイズを大きくし、輝度を大きくすることにより、体感視認距離ｄ₂が小さくなっている（すなわち近くに見える）。

また、本第２の実施の形態では、虚像表示の左右位置を変化させることができる。例えば、虚像表示１１７Ｒ及び１１７Ｌのように中央に表示することもできるし、虚像表示１１９Ｒ及び１１９Ｌのように、左寄りに表示することもできる。
（ｄ）表示装置１が奏する効果
(i) 表示装置１の光学ユニット７では、右目用の映像情報５７の反転回数（４回）と、左目用の映像情報の反転回数（３回）との差が奇数（１回）である。そのため、右目用の映像情報５７に基づく虚像６１Ｒと、左目用の映像情報５９に基づく虚像６１Ｌとは、左右対称となる。そのことにより、映像情報５５において、虚像表示７７の左右位置を変えることにより、虚像６１Ｒにおける虚像表示７７Ｒと、虚像６１Ｌにおける虚像表示７７Ｌとの間隔を調整することができる（図１０参照）。

(ii) 表示装置１は、虚像６１Ｒ及び６１Ｌの左右位置を変化させることができる。また、表示装置１は、乗員６３の両目６３Ｒ、６３Ｌの左右位置を取得し、その値に基づいて、虚像６１Ｒ及び６１Ｌの左右位置を補正するので、乗員６３の両目６３Ｒ、６３Ｌの左右位置が変動しても、乗員６３から見た虚像６１Ｒ及び虚像６１Ｌの左右位置を設定とおりとすることができる。
(iii)その他、前記第１の実施の形態と同様の効果も奏する。

尚、本発明は前記実施の形態になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
例えば、虚像表示の色を変化させることにより、体感視認距離を調整してもよい。つまり、体感視認距離が長いときは、虚像表示の色を青系統の色とし、体感視認距離が短いときは、虚像表示の色を赤系統の色とする。これは、赤い表示は近く感じ、青い表示は遠く感じるという特性を利用するものである。

また、両目の幅６５、乗員６３の両目６３Ｒ、６３Ｌ前後位置や左右位置、車外前方の輝度などは、カメラやセンサで取得するのではなく、乗員６３が、表示装置１が備える、図示しない入力手段に入力するようにしてもよい。

表示装置１の構成を表す説明図である。 表示処理部９の構成を表すブロック図である。 光学ユニット７の構成及び作用を表す説明図である。 虚像と基本視認距離の関係を表す説明図である。 表示処理部９が実行する処理を表すフローチャートである。 乗員６３から見た虚像の例を表す説明図である。 光学ユニット７の構成及び作用を表す説明図である。 表示処理部９が実行する処理を表すフローチャートである。 乗員６３から見た虚像の例を表す説明図である。 虚像表示７７の間隔を変化させる原理を示す説明図である。

符号の説明

１・・・表示装置
３・・・表示機
５・・・ウインドシールド
７・・・光学ユニット
９・・・表示処理部
１１、１５、１７・・・カメラ
４３、４７、４９、１０１、１０３、１０７、１０９、１１１・・・ミラー
４１・・・ハーフミラー
５５・・・映像情報
５７・・・右目用の映像情報
５９・・・左目用の映像情報
６１・・・虚像
６３・・・乗員
６５・・・両目の幅
６７・・・虚像間幅
６９・・・結像距離
７１・・・基本視認位置
７３・・・基本視認距離
７５、７７、１１７、１１９、１２１・・・虚像表示

Claims (15)

1. 右目用の映像情報及び左目用の映像情報を投射する投射手段と、
   前記右目用の映像情報及び前記左目用の映像情報を反射させる半透明な反射手段と、を備え、
   観察者の視点から見て、前記反射手段上の前記右目用の映像情報及び前記左目用の映像情報は、それぞれ、前記反射手段による右目用の虚像及び左目用の虚像として視認可能な表示装置であって、
   前記投射手段は、単一の映像情報を投射する表示手段と、
   前記単一の映像情報を、前記右目用の映像情報及び前記左目用の映像情報に分割する分割手段と、を備えることを特徴とする表示装置。
2. 前記反射手段上において、前記右目用の映像情報と、前記左目用の映像情報とが左右対称であることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
3. 前記分割手段から前記反射手段までの光路において、前記右目用の映像情報の反転回数Ｒと、前記左目用の映像情報の反転回数Ｌとの差が奇数であることを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
4. 前記分割手段から前記右目用の虚像までの光路距離と、前記分割手段から前記左目用の虚像までの光路距離とが等しいことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の表示装置。
5. 前記分割手段は、ハーフミラーであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の表示装置。
6. 観察者と、前記虚像に基づき観察者が視認する立体視虚像との距離として、観察者が体感する距離である体感視認距離を延ばすときは、Ｌ１〜Ｌ４のうちの１以上を実行するとともに、前記体感視認距離を縮めるときは、Ｓ１〜Ｓ４のうちの１以上を実行する体感視認距離変更手段を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の表示装置。
   Ｌ１：前記反射手段上における前記映像情報の大きさを小さくする
   Ｌ２：前記反射手段上における前記映像情報の位置を高くする
   Ｌ３：前記反射手段上における前記映像情報の色を青系とする
   Ｌ４：前記反射手段上における前記映像情報の輝度を低くする
   Ｓ１：前記反射手段上における前記映像情報の大きさを大きくする
   Ｓ２：前記反射手段上における前記映像情報の位置を低くする
   Ｓ３：前記反射手段上における前記映像情報の色を赤系とする
   Ｓ４：前記反射手段上における前記映像情報の輝度を高くする
7. 観察者の目の上下位置を取得する上下位置取得手段を備え、
   前記体感視認距離変更手段は、前記Ｌ２及びＳ２の処理を行う場合は、前記上下位置取得手段にて取得した前記上下位置に応じて前記映像情報の位置を設定することを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
8. 観察者から見て、前記虚像と重畳する背景における輝度を取得する輝度取得手段を備え、
   前記体感視認距離変更手段は、前記Ｌ４及びＳ４の処理を行う場合は、前記輝度取得手段にて取得した前記輝度に応じて前記映像情報の輝度を設定することを特徴とする請求項６又は７に記載の表示装置。
9. 前記右目用の虚像と、前記左目用の虚像との間隔を調整する間隔調整手段を備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の表示装置。
10. 観察者における両目の幅、及び／又は、前記反射手段に対する観察者の両目の位置を取得する間隔取得手段を備え、
    前記間隔調整手段は、前記間隔取得手段にて取得した情報に基づいて調整を行うことを特徴とする請求項９に記載の表示装置。
11. 前記間隔取得手段は、観察者の画像を撮像し、前記画像に基づいて、前記両目の幅、及び／又は、前記両目の位置を取得することを特徴とする請求項１０に記載の表示装置。
12. 前記間隔取得手段は、前記両目の幅、及び／又は、前記両目の位置を入力する入力手段を備え、前記入力手段に入力された値を取得することを特徴とする請求項１０に記載の表示装置。
13. 前記間隔調整手段により、視認距離を調整することを特徴とする請求項９〜１２のいずれかに記載の表示装置。
14. 前記右目用の虚像と、前記左目用の虚像との左右方向における位置を調整する左右位置調整手段を備えることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の表示装置。
15. 観察者の両目の左右位置を取得する左右位置取得手段を備え、
    前記左右位置調整手段は、前記左右位置取得手段にて取得した情報に基づいて調整を行うことを特徴とする請求項１４に記載の表示装置。