JP2010097193A - 表示装置及び移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、低コストで汎用性の高い表示装置及び移動体を提供する。
【解決手段】映像情報を含む光束を出射する投影部と、前記投影部から出射した光束の発散角が所定の角度以下となるように制御する発散角制御部と、を備え、前記発散角制御部は、前記投影部から出射した光束を透過させる透過部と、前記光束の一部を遮光する遮光部と、を有し、前記遮光部により前記光束の一部が遮光されることで、前記光束の発散角が所定の角度以下となるように制御されること、を特徴とする表示装置が提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示装置及び移動体に関する。

表示装置を用いて、車両や航空機等の移動体のフロントガラス（ウインドシールド）に各種の情報を表示し、外部の背景視野の画像と合わせて当該映像情報を操縦者に観視させる、いわゆるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ： Head-Up Display）が知られている。 このヘッドアップディスプレイにおいては、表示された映像情報の光学像が二重像となって観視される場合がある。そして、映像情報の光学像が二重像となって観視されると、視認性が低下するという問題がある。

そのため、映像情報の光学像が二重像となって観視されることを抑制する技術が提案されている（特許文献１、２を参照）。
特許文献１においては、偏光方向を調整するフィルムを設けるとともにフロントガラスの表面と裏面とを非平行形状にすることで、映像情報の光学像が二重像となって観視されることを抑制するようにしている。
また、特許文献２においては、複屈折性を有するフィルムをフロントガラスの内部または車室内側に設けることで、映像情報の光学像が二重像となって観視されることを抑制するようにしている。

しかしながら、この様な技術においては、フロントガラスの厚み方向形状を特殊な形状としたり、特殊なフィルムをフロントガラスの内部または車室内側に設けたりする必要がある。そのため、コストの上昇を招くとともに汎用性が著しく低下するおそれがある。

特開平８−２７１８２７号公報 特開平２−２９４６１５号公報

本発明は、低コストで汎用性の高い表示装置及び移動体を提供する。

本発明の一態様によれば、映像情報を含む光束を出射する投影部と、前記投影部から出射した光束の発散角が所定の角度以下となるように制御する発散角制御部と、を備え、前記発散角制御部は、前記投影部から出射した光束を透過させる透過部と、前記光束の一部を遮光する遮光部と、を有し、前記遮光部により前記光束の一部が遮光されることで、前記光束の発散角が所定の角度以下となるように制御されること、を特徴とする表示装置が提供される。

また、本発明の他の一態様によれば、上記の表示装置と、前記表示装置により映像情報が投影される投影板と、を備えたことを特徴とする移動体が提供される。

本発明によれば、低コストで汎用性の高い表示装置及び移動体が提供される。

第１の実施形態に係る表示装置を例示するための模式図である。 映像情報の光学像が二重像となって観視される様子を例示するための模式図である。 観視者が物体を視認する様子を例示するための模式図である。 発散角制御部を例示するための模式図である。 他の実施の形態に係る発散角制御部を例示するための模式図である。 他の実施の形態に係る発散角制御部を例示するための模式図である。 二重像となって観視されることを抑制するための条件を例示するための模式図である。 第２の実施形態に係る表示装置を例示するための模式図である。 第３の実施形態に係る表示装置を例示するための模式図である。 第４の実施形態に係る表示装置を例示するための模式図である。 第５の実施形態に係る表示装置を例示するための模式図である。 本実施の形態に係る移動体を例示するための模式図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図１は、第１の実施形態に係る表示装置を例示するための模式図である。
図１に示すように、本実施の形態に係る表示装置１０は、光束生成部１１０、光束制御部１２０、画像検出部１３０、制御部１４０を備えている。なお、光束生成部１１０において生成される光束１１２には映像情報が含まれている。また、光束生成部１１０において生成された光束１１２は、投影板２１０を経て、観視者１００の頭部１０４に到達するようになっている。

光束生成部１１０は、投影部１１３、投影部１１３の光束が出射する側と対向させて設けられた発散角制御部１１４を備えている。

投影部１１３は、映像情報を含む光束１１２を出射する。また、投影部１１３は、運行情報などの各種映像情報を光学像として投影させる。投影部１１３としては、例えば、液晶プロジェクタやデジタル・ライト・プロセッシング（ＤＬＰ）プロジェクタなどを例示することができる。液晶プロジェクタは、液晶パネルと光源などを備えている。そして、光源からの光束を液晶パネルを透過させることで、映像情報を光学像として投影する。また、デジタル・ライト・プロセッシングプロジェクタは、デジタル・マイクロ・デバイス（ＤＭＤ）と光源とを備えている。そして、シリコン基板上に設けられた独立して動く微細なミラーで光源からの光束を反射させることで、映像情報を光学像として投影する。ただし、投影部１１３は、例示をしたものに限定されるわけではなく、電気信号を光学画像に変換可能なものを適宜選択することができる。

発散角制御部１１４は、投影部１１３から出射した光束１１２の発散角が所定の角度以下となるように制御することで映像情報の光学像が二重像となって観視されることを抑制する。発散角制御部１１４としては、例えば、投影部１１３から出射した光束１１２を透過させる透過部と、光束１１２の一部を遮光する遮光部と、を有し、この遮光部により光束１１２の一部が遮光されることで、光束１１２の発散角が所定の角度以下となるように制御されるものなどを例示することができる。なお、発散角制御部１１４の詳細については後述する。

光束制御部１２０は、第１のミラー１２２、第２のミラー１２４、レンズ１２６、駆動部１２５を備えている。光束制御部１２０は、光束１１２の方向を制御し、観視者１００の特定の部位の位置（特に目１０５の位置）に光束１１２を入射させるためのものである。

また、第１のミラー１２２は、入射する光束の一部を反射し、一部を透過させるようになっている。なお、可視光を反射し、赤外光を透過させるようになっていてもよい。
第２のミラー１２４は、第１のミラー１２２からの反射光を反射させて光束１１２の方向を変換させる。
また、第２のミラー１２４には、駆動部１２５が接続されている。また、駆動部１２５により第２のミラー１２４の位置を変化させることができるようになっている。そして、第２のミラー１２４の位置を変化させることで照明領域１１２ａの位置を変化させることができるようになっている。例えば、第２のミラー１２４の角度等を変化させることで、照明領域１１２ａの左右上下方向の位置を変化させることができるようになっている。

レンズ１２６は、第２のミラー１２４からの反射光を集光させる。レンズ１２６は必ずしも必要ではなく、必要に応じて適宜設けるようにすればよい。
また、設置時やメンテナンス時などに投影部１１３、発散角制御部１１４、第１のミラー１２２、第２のミラー１２４、レンズ１２６の位置を個々に調整することができるようになっている。

画像検出部１３０は、撮像部１５０、調整レンズ１５１、画像処理部１６０を備えている。
撮像部１５０は、投影板２１０、レンズ１２６、第２のミラー１２４、第１のミラー１２２を介して観視者１００の像１０１を撮像する。撮像部１５０としては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device)カメラやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサーなどを例示することができる。ただし、これらに限定されるわけではなく、映像情報を電気信号に変換可能なものを適宜選択することができる。また、第１のミラー１２２として、可視光を反射し赤外光を透過させるミラーを用いるようにすることが好ましい。また、撮像部１５０は、赤外光によって観視者１００の像１０１を撮像することができるものであることが好ましい。この様な構成にすれば、像中の不要なノイズを低減させることができる。

調整レンズ１５１は、撮像部１５０と第１のミラー１２２との間に設けられている。調整レンズ１５１は、第１のミラー１２２から出射した光束を集光させることで像の大きさとピントとを調整する。なお、調整レンズ１５１は必ずしも必要ではなく、必要に応じて適宜設けるようにすればよい。

画像処理部１６０は、画像処理を行うことで撮像部１５０により撮像された観視者１００の特定の部位の位置を解析する。例えば、観視者１００の顔面の特徴点として、両眼眼球位置、鼻位置、口の位置等を特定し、これにより、観視者１００の頭部、特に目の位置を解析するようにすることができる。画像処理を行うことで、観視者１００の特定の部位の位置（特に目１０５の位置）を知ることができる。

制御部１４０には、投影部１１３、画像処理部１６０、駆動部１２５が電気的に接続されている。また、後述するように、発散角制御部１１４に駆動部（例えば、図５に例示をする駆動部１１８）が設けられている場合には、駆動部が制御部１４０に電気的に接続されている。

制御部１４０は、画像処理部１６０において解析された観視者１００の特定の部位の位置（特に目１０５の位置）に基づいて、駆動部１２５を制御する。すなわち、駆動部１２５を制御することで第２のミラー１２４の角度等を変化させて、観視者１００の特定の部位の位置（特に目１０５の位置）に光束１１２が入射するようにする。

この様に、表示装置１０には、観視者１００の像１０１を撮像する撮像部１５０と、撮像された像１０１に基づいて、観視者１００の特定の部位の位置に光束１１２を入射させる光束制御部１２０とが備えられている。
ここで、発散角制御部１１４により投影部１１３から出射した光束１１２の発散角が所定の角度以下となるようにすれば、照明領域１１２ａが小さくなる。しかしながら、本実施の形態においては、観視者１００の特定の部位の位置（特に目１０５の位置）に光束１１２を入射させることができるので、照明領域１１２ａが小さくなっても視認性が低下することがない。また、観視者１００が頭部を上下左右に動かしたような場合でも、光束１１２の入射位置（照明領域１１２ａの位置）をその動きに追随させることができる。

また、制御部１４０は、投影部１１３に映像情報を含む光束１１２を出射させる。また、発散角制御部１１４に駆動部（例えば、図５に例示をする駆動部１１８）が設けられている場合には、制御部１４０は発散角制御部１１４に発散角を制御させる。なお、発散角の制御については後述する。

また、制御部１４０に図示しない画像表示部を電気的に接続することもできる。そして、図示しない画像表示部の表示画面上に、例えば、照明領域１１２ａの中心を表すクロスバー等を表示させることもできる。そのようにすれば、観視者１００の特定の部位の位置（例えば、片方の目１０５の位置）と照明領域１１２ａの位置との位置合わせを容易に行うことができるようになる。

投影板２１０は、光束１１２を反射可能な部材とすることができる。例えば、自動車などの移動体のフロントガラス（ウインドシールド）とすることができる。この場合、フロントガラスの一部に図示しない高反射部を設け、その部分で光束１１２が反射されるようにすることもできる。
また、表示装置１０を自動車などの移動体に搭載し、フロントガラス（ウインドシールド）を投影板２１０とすることでヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ： Head-Up Display）を構成することができる。

次に、発散角制御部１１４についてさらに例示をする。
まず、映像情報の光学像が二重像となって観視されることについて例示をする。
図２は、映像情報の光学像が二重像となって観視される様子を例示するための模式図である。
図３は、観視者が物体を視認する様子を例示するための模式図である。なお、図３（ａ）は、近くにある物体を視認する様子を表し、図３（ｂ）は、遠くにある物体を視認する様子を表している。
図２に示すように、図示しない拡散光源から出射した光Ｌは、複数の方向から投影板２１０（例えば、フロントガラスなど）に入射する。これらのうち、光Ｌ１の一部は、投影板２１０の表面２１０ａで反射されて、その反射光Ｌ１１が観視者１００の目１０５に入射する。また、光Ｌ１の一部は、投影板２１０の内部を直進し投影板２１０の裏面２１０ｂで反射されて、その反射光Ｌ１２が観視者１００の目１０５に入射する。また、反射光Ｌ１１と反射光Ｌ１２とは互いに略平行な光となる。
また、表示装置１０をヘッドアップディスプレイなどに用いた場合には、運行情報などの各種映像情報の光学像が、数メートル先の虚像面に虚像として見えることになる。

ここで、図３（ａ）に示すように、近くにある物体Ａを視認する場合には、取込角度α１が大きくなる。そのため、観視者１００は距離と入射方向とに基づいて物体Ａを視認することになる。一方、図３（ｂ）に示すように、遠くにある物体Ａを視認する場合には、取込角度α２が小さくなる。そのため、観視者１００は入射方向に基づいて物体Ａを視認することになる。

すなわち、表示装置１０をヘッドアップディスプレイなどに用いた場合のように映像情報の光学像（虚像）が遠くにある場合には、観視者１００は入射方向に基づいて映像情報の光学像を視認することになる。この場合、反射光Ｌ１１と反射光Ｌ１２とは互いに略平行な光であるため入射方向が同じになり、映像情報の光学像は二重像となって観視されないことになる。

一方、光Ｌ１の光軸から所定の角度だけ光軸がずれた光Ｌ２の一部は、投影板２１０の内部を直進し投影板２１０の裏面２１０ｂで反射されて、その反射光Ｌ２２が観視者１００の目１０５に入射する。なお、投影板２１０の表面２１０ａで反射された反射光Ｌ２１は観視者１００の目１０５には入射されない。また、光Ｌ１の光軸から大きく光軸がずれた光Ｌ３も観視者１００の目１０５には入射されない。

そのため、反射光Ｌ１１、反射光Ｌ１２と入射方向が異なる反射光Ｌ２２が観視者１００の目１０５に入射することで、映像情報の光学像が二重像となって観視されることになる。例えば、図２に例示をしたものの場合には、上下方向の二重像となって観視されることになる。

この場合、光Ｌ１の光軸と光Ｌ２の光軸とがなす角度が観視者１００の目１０５の分解能よりも小さければ、映像情報の光学像が二重像となって観視されることはない。この場合、視力が１．０程度の場合、人間の目の分解能は０．２９ｍｒａｄ程度となる。一方、投影板２１０に反射をさせて虚像を形成させることや、ある程度の大きさの照明領域１１２ａを確保することなどを考慮するとある程度大きさの発散角が必要となる。
そのため、光Ｌ１の光軸と光Ｌ２の光軸とがなす角度を観視者１００の目１０５の分解能よりも小さくすることは、非常に困難である。
特に、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やランプなどの拡散光源の場合は、発散角が大きくなるので観視者１００の目１０５の分解能よりも小さくすることは非常に困難である。

ここで、本発明者らの行った検討の結果、投影部１１３から出射した光束１１２の発散角を所定の角度以下に抑制すれば、映像情報の光学像が二重像となって観視されることを抑制することができることが判明した。
本発明者らの得た知見について、表示装置１０をヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）に用いた場合を例にとって説明する。
発散角の大きさは、投影部１１３（光源）からの距離と照明領域１１２ａの大きさにより決められる。例えば、一般的なヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）の場合には投影部１１３からの光路に沿った距離は３メートル程度となる。この様な場合、照明領域１１２ａの大きさを直径８ミリメートルとすれば、発散角の大きさは半角で１．３３ｍｒａｄとなる。

ここで本発明者らの得た知見によれば、投影部１１３からの光路に沿った距離が３メートル程度の一般的なヘッドアップディスプレイにおいては、発散角の大きさを半角で１．４ｍｒａｄ未満とすれば映像情報の光学像が二重像となって観視されることを抑制することができる。
そのため、投影部１１３からの光路に沿った距離が３メートル程度の一般的なヘッドアップディスプレイにおいては、照明領域１１２ａの大きさを直径８ミリメートル以下とすれば映像情報の光学像が二重像となって観視されることを抑制することができることになる。
なお、投影部１１３（光源）からの距離を長くとれるようなものに表示装置１０を用いる場合には、照明領域１１２ａの大きさを前述したものより大きくすることができる。
映像情報の光学像が二重像となって観視されることを抑制するために、本実施の形態においては、投影部１１３の光束が出射する側と対向させて発散角制御部１１４を設けるようにしている。そして、発散角制御部１１４により投影部１１３から出射した光束１１２の発散角を制御するようにしている。

図４は、発散角制御部を例示するための模式図である。なお、図４（ａ）は発散角制御部を例示するための模式断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視図である。また、図４は発散角の値を固定的に制御する場合を例示するものである。
図４に示すように、発散角制御部１１４ａには、遮光部１１６ａと透過部１１６ｂとが設けられている。遮光部１１６ａは金属などの不透明体で形成され、投影部１１３から出射した光束１１２の一部を遮光する。透過部１１６ｂは、投影部１１３から出射した光束１１２を透過する。透過部１１６ｂは、ガラスなどの透明体とすることもできるし、孔とすることもできる。また、透過部１１６ｂの光束の方向と略直交する方向の断面寸法（以下、単に断面方向寸法と称する）は、投影部１１３から出射した光束１１２の軸に直交する方向の断面寸法よりも小さくなっている。そのため、投影部１１３から出射した光束１１２は、その一部が遮光部１１６ａにより遮光される。また、光束１１２の一部が透過部１１６ｂを透過して第１のミラー１２２に向けて出射される。

また、投影部１１３から出射した光束１１２の一部が遮光されることで発散角が小さくなる。すなわち、投影部１１３から出射した際の発散角θ１より、透過部１１６ｂを透過した際の発散角θ２の方が小さくなる。また、透過部１１６ｂを透過した際の発散角θ２は、透過部１１６ｂの断面方向寸法を変えることにより変化させることができる。そのため、透過部１１６ｂの断面方向寸法を適切な値とすることで、発散角θ２が所定の角度以下となるようにすることができる。そして、発散角θ２を所定の角度以下にすることで、映像情報の光学像が二重像となって観視されることを抑制することができる。

また、表示装置１０を、例えば、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ： Head-Up Display）のように観視の姿勢がほぼ固定されている状態で使用する場合には、透過部１１６ｂの断面方向寸法を設計上決定することができる。すなわち、透過部１１６ｂの断面方向寸法を固定して発散角θ２の値を固定的に制御するようにすることができる。そのようにすれば、低コスト化を図ることができる。また、自動車などのような移動体に表示装置１０を搭載する場合には、発散角制御部１１４ａに振動が加わるおそれがある。しかしながら、発散角制御部１１４ａには複雑な機構を設けていないので、故障の発生を低減させることができる。

図５は、他の実施の形態に係る発散角制御部を例示するための模式図である。なお、図５（ａ）は発散角制御部を例示するための模式断面図、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるＣ−Ｃ矢視図である。また、図５は発散角の値を可変的に制御する場合を例示するものである。
図５に示すように、発散角制御部１１４ｂには、遮光部１１７ａと透過部１１７ｂ〜１１７ｅとが設けられている。また、発散角制御部１１４ｂには、発散角制御部１１４ｂを回転させるための駆動部１１８が設けられている。そして、駆動部１１８と制御部１４０とが電気的に接続されている。透過部１１７ｂ〜１１７ｅの断面方向寸法はそれぞれ異なるものとされている。また、透過部１１７ｂ〜１１７ｅは、発散角制御部１１４ｂの回転中心を中心とする同心円上に設けられている。なお、透過部１１７ｂ〜１１７ｅの寸法、数、配設位置などは例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。

遮光部１１７ａは金属などの不透明体で形成され、投影部１１３から出射した光束１１２の一部を遮光する。透過部１１７ｂ〜１１７ｅは、投影部１１３から出射した光束１１２を透過する。透過部１１７ｂ〜１１７ｅは、ガラスなどの透明体とすることもできるし、孔とすることもできる。

また、透過部１１７ｂ〜１１７ｅの断面方向寸法は、投影部１１３から出射した光束１１２の軸に直交する方向の断面寸法よりも小さくなっている。そのため、投影部１１３から出射した光束１１２は、その一部が遮光部１１７ａにより遮光される。また、光束１１２の一部が透過部１１７ｂ〜１１７ｅを透過して第１のミラー１２２に向けて出射される。

また、投影部１１３から出射した光束１１２の一部が遮光されることで発散角が小さくなる。すなわち、投影部１１３から出射した際の発散角θ１より、透過部１１７ｂ〜１１７ｅを透過した際の発散角θ２の方が小さくなる。また、透過部１１７ｂ〜１１７ｅを透過した際の発散角θ２は、透過部１１７ｂ〜１１７ｅの断面方向寸法を変えることにより変化させることができる。そのため、断面方向寸法の異なる透過部１１７ｂ〜１１７ｅを設け、発散角θ２が所定の角度以下となるように透過部１１７ｂ〜１１７ｅを適宜選択することができるようになっている。この場合、制御部１４０からの電気信号に基づいて駆動部１１８を駆動し、発散角制御部１１４ｂを回転させることで適切な透過部１１７ｂ〜１１７ｅを選択できるようになっている。本実施の形態においては、駆動部１１８が複数の透過部から適切な透過部を選択する選択部となる。すなわち、発散角制御部１１４ｂは、断面方向寸法（光束の方向と略直交する方向の断面寸法）が異なる複数の透過部１１７ｂ〜１１７ｅと、これら複数の透過部１１７ｂ〜１１７ｅから適切な透過部を選択する選択部とを有している。この場合、映像情報の光学像の状態を観視者１００が認識し、制御部１４０に必要な情報を入力することで適切な透過部を選択させることもできる。

この様に、適切な透過部１１７ｂ〜１１７ｅを選択することで、発散角θ２を所定の角度以下にすることができる。そして、発散角θ２を所定の角度以下にすることで、映像情報の光学像が二重像となって観視されることを抑制することができる。本実施の形態によれば、表示装置１０が設置される条件などが変化した場合においても、発散角θ２が所定の角度以下となるように制御することができる。

図６は、他の実施の形態に係る発散角制御部を例示するための模式図である。なお、図６（ａ）は発散角制御部を例示するための模式断面図、図６（ｂ）は図６（ａ）におけるＤ−Ｄ矢視図である。また、図６は発散角の値を可変的に制御する場合を例示するものである。

図６に示すように、発散角制御部１１４ｃには、遮光部１１８ａと透過部１１８ｂとが設けられている。遮光部１１８ａは金属などの不透明体で形成され、投影部１１３から出射した光束１１２の一部を遮光する。また、遮光部１１８ａは複数の板状体１１８ｃを相互に重なり合わせることにより構成されている。それぞれの板状体１１８ｃは、支持部１１８ｄを中心に回転移動できるように構成されている。支持部１１８ｄが設けられた側の反対側には長穴１１８ｅが設けられている。この長穴１１８ｅには可動ピン１１８ｆが挿入されている。また、この可動ピン１１８ｆの位置よって、各板状体１１８ｃが支持部１１８ｄを中心として回転移動するようになっている。そして、各板状体１１８ｃが回転移動することで透過部１１８ｂの断面方向寸法が変化するようになっている。また、可動ピン１１８ｆの位置を変化させるための図示しない駆動部が設けられ、図示しない駆動部と制御部１４０とが電気的に接続されている。本実施の形態においては、図示しない駆動部が断面方向寸法（光束の方向と略直交する方向の断面寸法）を変化させる断面寸法変化部となる。なお、板状体１１８ｃ、支持部１１８ｄ、長穴１１８ｅ、可動ピン１１８ｆの寸法、形状、数、配設位置などは例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。

透過部１１８ｂの断面方向寸法は、投影部１１３から出射した光束１１２の軸に直交する方向の断面寸法よりも小さくなるように制御される。そのため、投影部１１３から出射した光束１１２は、その一部が遮光部１１８ａにより遮光される。また、光束１１２の一部が透過部１１８ｂを透過して第１のミラー１２２に向けて出射される。

また、投影部１１３から出射した光束１１２の一部が遮られることで発散角が小さくなる。すなわち、投影部１１３から出射した際の発散角θ１より、透過部１１８ｂを透過した際の発散角θ２の方が小さくなる。また、透過部１１８ｂを透過した際の発散角θ２は、透過部１１８ｂの断面方向寸法を変えることにより変化させることができる。そのため、制御部１４０からの電気信号に基づいて図示しない駆動部を駆動し、各板状体１１８ｃを回転移動させることで、発散角θ２を所定の角度以下にすることができる。この場合、映像情報の光学像の状態を観視者１００が認識し、制御部１４０に必要な情報を入力することで透過部１１８ｂの断面方向寸法が適切な値となるように制御することもできる。

そして、発散角θ２を所定の角度以下にすることで、映像情報の光学像が二重像となって観視されることを抑制することができる。本実施の形態によれば、表示装置１０が設置される条件などが変化した場合においても、発散角θ２が所定の角度以下となるように制御することができる。

また、表示装置１０に設けられた各要素の寸法や配置などを適宜設定することで光学像が二重像となって観視されることを抑制することもできる。
図７は、二重像となって観視されることを抑制するための条件を例示するための模式図である。
例えば、日本国内の普通自動車１種免許における要求視力は片眼０．３以上かつ両眼０．７以上である。この場合、片眼視力０．３に相当する角度分解能は略１ｍｒａｄとなる。
そのため、表示装置１０を自動車に搭載し、フロントガラス（ウインドシールド）を投影板２１０とすることでヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ： Head-Up Display）を構成する場合には、虚像の方向２３０と二重像の見える方向２４０とのなす角度θ_ｄが片眼視力０．３に相当する角度分解能より小さくなるようにすれば映像情報の光学像が二重像となって観視されることを抑制することができる。すなわち、この様な場合には、虚像の方向２３０と二重像の見える方向２４０とのなす角度θ_ｄが略１ｍｒａｄ以下となるようにすればよい。

ここで、図７に示すように、投影板２１０の屈折率をｎ、厚みをｄ、観視者１００の目１０５から虚像面２２０までの距離をＬ、投影板２１０への光束１１２の入射角をθとすると、虚像の方向２３０と二重像の見える方向２４０とのなす角度θ_ｄはおよそ、θ_ｄ＝ｄsin２θ／ｎLとなる。
なお、さらに詳細には、観視者１００の目１０５から投影板２１０までの距離をＬｉｎ、第２のミラー１２４（実像面）から投影板２１０までの距離をＬｏｕｔとすると、観視者１００の目１０５から虚像面２２０までの距離をＬは、Ｌ＝Ｌｉｎ＋Ｌｏｕｔとなる。
そして、虚像の方向２３０と二重像の見える方向２４０とのなす角度θ_ｄは、以下の（１）式で表すことができる。
ここで、θが十分に小さいとき（sinθ≒ｔａｎθが成立つとき）は、前述したθ_ｄ＝ｄ×sin２θ／ｎＬを用いることができる。

そのため、角度θ_ｄが略１ｍｒａｄ以下となるような各要素の寸法関係とすれば光学像が二重像となって観視されることを抑制することができることになる_。
そして、発散角が前述した所定の角度以下となるようにするとともに、虚像の方向２３０と二重像の見える方向２４０とのなす角度θ_ｄが略１ｍｒａｄ以下となるような各要素の寸法関係とすれば、映像情報の光学像が二重像となって観視されることをさらに抑制することができることになる。

また、虚像における１つの画素に相当する部分に対する視点位置から見た見込み角度をθpとするとき、角度θ_ｄが略θp以下となるようにすれば、映像情報の光学像が二重像となって観視されることを抑制することができる。
そして、発散角が前述した所定の角度以下となるようにするとともに、角度θ_ｄが略θp以下となるようにすれば、映像情報の光学像が二重像となって観視されることをさらに抑制することができることになる。
なお、映像情報の画素が大きい場合（解像度が低い場合）には、角度θ_ｄが略θp以下となるようにしやすいので、映像情報の画素が小さい場合（解像度が高い場合）に比べて前述した発散角の範囲を大きくすることができる。その結果、照明領域を広げることができる_。

次に、本実施の形態に係る表示装置１０の作用について例示をする。
まず、図１に示すように、制御部１４０からの電気信号に基づいて、投影部１１３から発散角制御部１１４に向けて光束１１２が出射される。また、投影部１１３から出射される光束１１２には映像情報が含まれている。

発散角制御部１１４に入射した光束１１２の一部は発散角制御部１１４の遮光部により遮光され、一部は発散角制御部１１４の透過部を透過する。この際、投影部１１３から出射した光束１１２の一部が遮られることで発散角が制御される。

発散角制御部１１４を透過することで発散角が制御された光束１１２は、第１のミラー１２２により方向を変えられて第２のミラー１２４に入射する。第２のミラー１２４に入射した光束１１２は反射されることでレンズ１２６に向けて出射される。レンズ１２６に入射した光束１１２は集光された後、投影板２１０を介して照明領域１１２ａに至る。

この際、制御部１４０からの電気信号に基づいて、駆動部１２５により第２のミラー１２４の位置を制御する。そして、観視者１００の特定の部位の位置（特に、片方の目１０５の位置）に照明領域１１２ａの位置を合わせるようにする。

また、観視者１００の特定の部位の位置（特に、片方の目１０５の位置）が移動した場合には、制御部１４０からの電気信号に基づいて、第２のミラー１２４の位置を制御する。この場合、観視者１００の特定の部位の位置（特に、片方の目１０５の位置）は、前述した画像検出部１３０により解析される。すなわち、観視者１００の像１０１は、投影板２１０、レンズ１２６、第２のミラー１２４、第１のミラー１２２、調整レンズ１５１を介して撮像部１５０により撮像される。撮像部１５０により撮像された画像のデータは、画像処理部１６０により画像処理される。そして、画像処理を行うことで得られた解析データに基づいて、第２のミラー１２４の位置が制御される。

なお、投影部１１３として例示をしたプロジェクタの他にも各種のものを使用することができる。例えば、レーザやＬＥＤ（Light Emitting Diode)、ハロゲンランプなどの各種の光源と、光源で生成された光束を走査する可動ミラーやＭＥＭＳ等の光学素子を組み合わせたものを用いることができる。また、各種の光源とＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等の光スイッチを組み合わせるようにしてもよい。また、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）や蛍光表示管（ＶＦＤ： Vacuum Fluorescent Display）、ＰＤＰ（Plasma Display Panel）、ＥＬ(Electro Luminescence）表示装置、有機ＥＬ表示装置等の各種の方式のディスプレイを用いるようにしてもよい。

また、光束制御部１２０にも各種の光学要素を用いることができる。例えば、光束を反射・屈折・半透過させる、平板ミラー、プリズム、フレネルレンズ等を用いるようにしてもよい。また、各種のレンズ、アパーチャ、レンチキュラーシート、ホログラフィックディフューザ、拡散スクリーン、マイクロレンズアレイ、グレーテッドインデクス型マイクロレンズ、各種のプリズムシート、ルーバーシート、切頭三角錐状の導波管を複数配列させたもの等を用いるようにしてもよい。そして、上記の各種光学要素を適宜組み合わせて用いることもできる。

また、光束生成部１１０と光束制御部１２０とを構成する光学要素の一部が兼用されていてもよい。また、光束生成部１１０と光束制御部１２０とを構成する光学要素が光束１１２の光軸上で混在して配置されていてもよい。すなわち、これら光学要素は、技術的に可能な範囲で兼用・置換・削除が可能である。

ここで、照明領域１１２ａの位置を目の部分に限定するようにすれば、表示輝度の向上、消費電力の低減、光源の長寿命化を図ることができる。しかしながら、照明領域１１２ａの位置を目の部分のみに限定する場合には、観視者１００の目１０５の位置に適正に光束１１２が入射することが必要となる特に、照明領域１１２ａの位置を片目だけの狭い範囲とする場合には、照明領域１１２ａと片目との位置がずれると表示を観視できなくなるおそれがある。

本実施の形態によれば、画像処理部１６０により観視者１００の目１０５の位置を解析し、その位置に合わせて光束を入射させることができる。また、例えば、自動車などの移動体の操縦席に表示装置１０を設けるような場合には、観視者１００（操縦者）の背の高さなどに合わせて目１０５の位置に適正に光束１１２が入射するようにすることができる。また、観視者１００が頭部を上下左右に動かしたような場合でも、光束１１２をそれらの動きに追随させることができる。その結果、表示を観視させ続けることが可能となる。また、照明領域１１２ａの位置を目１０５の部分に限定することができるので、高輝度で視認性の良い表示を実現することができる。また、消費電力の低減、光源の長寿命化を図ることができる。なお、観視者１００の片方の目１０５のみに光束１１２を入射するような場合には大きな効果を発揮することができる。

そして、発散角制御部１１４により、投影部１１３から出射した光束１１２の発散角を所定の角度以下にすることができるので、映像情報の光学像が二重像となって観視されることを抑制することができる。そのため、表示品質、視認性をさらに向上させることができる。この場合、投影板２１０の厚み方向形状を特殊な形状としたり、特殊なフィルムを設けたりする必要がないので、低コストで汎用性の高い表示装置を提供することができる。

図８は、第２の実施形態に係る表示装置を例示するための模式図である。
図８に示すように、表示装置２０には観視者１００を照射する赤外ＬＥＤ（Light Emitting Diode)１９０がさらに設けられている。そのため、夜間のように暗い状況においても、観視者１００の像１０１を安定的に撮像することができる。

これにより、表示装置２０は、暗い状況においても安定して観視者１００の特定の部位の位置（特に目１０５の位置）を解析することができる。そして、観視者１００の特定の部位の位置（特に目１０５の位置）に合わせて安定的に光束を入射させることができる。この表示装置２０は、夜間も使用されるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ： Head-Up Display）に用いることが好ましい。なお、観視者１００を照射する光源は、赤外ＬＥＤ（Light Emitting Diode)以外でもよく、各種のランプなどを用いることができる。

図９は、第３の実施形態に係る表示装置を例示するための模式図である。
図９に示すように、表示装置３０は、光束制御部１２０ａを備えている。また、光束制御部１２０ａには、凹面ミラー１２７が設けられている。凹面ミラー１２７は、図８に例示をした表示装置２０の第２のミラー１２４に換えて設けられたものである。凹面ミラー１２７には、駆動部１２５が接続されている。また、駆動部１２５により凹面ミラー１２７の位置を変化させることができるようになっている。そして、凹面ミラー１２７の位置を変化させることで照明領域１１２ａの位置を変化させることができるようになっている。例えば、凹面ミラー１２７の角度等を変化させることで、照明領域１１２ａの左右上下方向の位置を変化させることができるようになっている。なお、凹面ミラー１２７の曲率によっても照明領域１１２ａの位置を制御することができる。そのため、照明領域１１２ａの位置制御をさらに効率的に行うことができるようになる。また、表示装置の小型化を図ることもできる。

表示装置３０によれば、照明領域１１２ａの位置制御の効率化、表示装置の小型化を図ることができる。また、観視者１００に対する照明領域１１２ａの位置とピントを高精度に制御することができる。また、高輝度で視認性の良い表示を実現できる。

図１０は、第４の実施形態に係る表示装置を例示するための模式図である。
図１０に示すように、表示装置４０は、光束生成部１１０ａを備えている。また、光束生成部１１０ａには、投影部としてバックライトを備えた液晶表示装置１１５が設けられている。また、液晶表示装置１１５の表示面側（光束が出射する側）と対向させて発散角制御部１１４が設けられている。このような構成にすれば、表示装置４０の小型化を図ることができる。

図１１は、第５の実施形態に係る表示装置を例示するための模式図である。
図１１に示すように、表示装置５０は、光束制御部１２０ｂを備えている。また、光束制御部１２０ｂには、入射する光束の一部を反射し、一部を透過させることができる第２のミラー１２４ａが設けられている。そして、第２のミラー１２４ａの背面側には撮像部１５０が設けられている。そのため、撮像部１５０は、第２のミラー１２４ａを透過して得られた観視者１００の像１０１を撮像できるようになっている。

この場合、第２のミラー１２４ａは、可視光を反射し赤外光を透過させることができるものであることが好ましい。また、撮像部１５０は、赤外光によって観視者１００の像１０１を撮像することができるものであることが好ましい。この様な構成にすれば、像中の不要なノイズを低減させることができる。

なお、前述した各実施形態においては、撮像部１５０を第１のミラー１２２や第２のミラー１２４ａの背面側に設ける場合を例示したが、光束１１２の光軸の延長上において像１０１を撮像できる位置に撮像部１５０を設ければよい。また、例えば、観視者１００を直接撮像することができる位置に撮像部１５０を設けてもよい。

また、前述した各実施形態に係る表示装置を、例えば、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ： Head-Up Display）のように観視の姿勢がほぼ固定されている状態で使用する場合には、照明領域１１２ａの形状を縦長形状（略鉛直方向に長い形状）とすることもできる。そのようにすれば、目１０５の位置と照明領域１１２ａの位置との位置合わせを水平方向のみで行うことができるようになる。そのため、照明領域１１２ａの位置制御が容易となり、使い易いだけでなく、低コスト化を図ることができるようになる。

また、前述した各実施形態に係る表示装置において例示をした投影板２１０を、自動車などの移動体に設けられるフロントガラス（ウインドシールド）などとすることができる。投影板２１０をフロントガラスなどとした場合には、フロントガラスなどの外部の背景視野の画像と合わせて各種の映像情報（例えば、運行情報など）をフロントガラスなどに表示させることができる。そのため、操縦者が視線を大きく動かすことなく映像情報を視認することができるようになる。

次に、本実施の形態に係る移動体について例示をする。
図１２は、本実施の形態に係る移動体を例示するための模式図である。
図１２に示すように、例えば、自動車、列車、船舶、ヘリコプター、飛行機など各種の移動体５１０の、例えば窓を、投影板２１０とすることができる。すなわち、本実施の形態に係る表示装置と、その表示装置により各種の映像情報（例えば、運行情報など）が投影される投影板２１０と、を有する移動体を構成することができる。
本実施の形態によれば、画像処理部１６０により観視者１００の目の位置を解析し、その位置に合わせて光束を入射させることができる。この場合、発散角制御部１１４により、投影部１１３から出射した光束１１２の発散角を所定の角度以下にすることができるので、映像情報の光学像が二重像となって観視されることを抑制することができる。また、投影板２１０の厚み方向形状を特殊な形状としたり、特殊なフィルムを設けたりする必要がないので、低コストでかつ種々の移動体５１０に対応させることができる。そのため、良好な視認性を実現することができるので、安全で、効率の高い運行が可能な移動体を提供することができる。

以上、本実施の形態について例示をした。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。
前述の実施の形態に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。
例えば、表示装置１０、表示装置２０、表示装置３０、表示装置４０、表示装置５０などが備える各要素の形状、大きさ、材質、配置、数などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。

また、前述した各実施の形態が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１０ 表示装置、２０ 表示装置、３０ 表示装置、４０ 表示装置、５０ 表示装置、１００ 観視者、１０１ 像、１０４ 頭部、１０５ 目、１１０ 光束生成部、１１２ 光束、１１２ａ 表示領域、１１３ 投映部、１１４ 発散角制御部、１１４ａ〜１１４ｃ 発散角制御部、１１６ａ 遮光部、１１６ｂ 透過部、１１７ａ 遮光部、１１７ｂ〜１１７ｅ 透過部、１１８ａ 遮光部、１１８ｂ 透過部、１１８ｃ 板状体、１１８ｄ 支持部、１１８ｅ 長穴、１１８ｆ 可動ピン、１２０ 光束制御部、１２０ａ 光束制御部、１２０ｂ 光束制御部、１２２ 第１のミラー、１２４ 第２のミラー、１２４ａ 第２のミラー、１３０ 画像検出部、１４０ 制御部、１５０ 撮像部、１６０ 画像処理部、２１０ 投映板、５１０ 移動体、Ｌ 観視者の視点位置から虚像の位置までの距離、Ｌｉｎ 観視者の目から投影板までの距離、Ｌｏｕｔ 実像面から投影板までの距離、ｎ 屈折率、ｄ 厚み、θ 入射角、θ１ 発散角、θ２ 発散角、θ_ｄ 虚像の方向と二重像の見える方向とのなす角度

Claims (10)

1. 映像情報を含む光束を出射する投影部と、
   前記投影部から出射した光束の発散角が所定の角度以下となるように制御する発散角制御部と、
   を備え、
   前記発散角制御部は、前記投影部から出射した光束を透過させる透過部と、前記光束の一部を遮光する遮光部と、を有し、
   前記遮光部により前記光束の一部が遮光されることで、前記光束の発散角が所定の角度以下となるように制御されること、を特徴とする表示装置。
2. 前記発散角制御部は、前記光束の方向と略直交する方向の断面寸法が異なる複数の透過部と、前記複数の透過部から適切な透過部を選択する選択部と、を有することを特徴とする請求項１記載の表示装置。
3. 前記発散角制御部は、前記透過部の前記光束の方向と略直交する方向の断面寸法を変化させる断面寸法変化部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。
4. 観視者の像を撮像する撮像部と、
   前記撮像された像に基づいて、前記観視者の特定の部位の位置に前記光束を入射させる光束制御部と、
   をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の表示装置。
5. 前記光束制御部は、光束を反射させることで前記光束の方向を変換させるミラーと、前記ミラーの位置を変化させる駆動部と、を有することを特徴とする請求項４記載の表示装置。
6. 前記光束を反射させて前記反射方向に所在する観視者に虚像を視認させるための透明な投影板をさらに備え、
   前記投影板の屈折率をｎ、厚みをｄ、前記観視者の視点位置から前記虚像の位置までの距離をＬ、前記投影板への前記光束の入射角をθとした場合に、θ_ｄ＝ｄ×sin２θ／ｎＬで表される前記虚像の方向と二重像の見える方向とのなす角度θ_ｄが略１ｍｒａｄ以下となることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の表示装置。
7. 前記光束を反射させて前記反射方向に所在する観視者に虚像を視認させるための透明な投影板をさらに備え、
   前記投影板の屈折率をｎ、厚みをｄ、前記観視者の視点位置から前記虚像の位置までの距離をＬ、前記投影板への前記光束の入射角をθとした場合に、以下の式で表される前記虚像の方向と二重像の見える方向とのなす角度θ_ｄが略１ｍｒａｄ以下となることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の表示装置。
   

   
8. 虚像における１つの画素に相当する部分に対する視点位置から見た見込み角度をθpとするとき、前記角度θ_ｄが略θp以下となることを特徴とする請求項６または７に記載の表示装置。
9. 観視者の目から投影板までの距離をＬｉｎ、実像面から投影板までの距離をＬｏｕｔとすると、前記観視者の視点位置から前記虚像の位置までの距離Ｌは、Ｌ＝Ｌｉｎ＋Ｌｏｕｔで表されることを特徴とする請求項６または７に記載の表示装置。
10. 請求項１〜９のいずれか１つに記載の表示装置と、
    前記表示装置により映像情報が投影される投影板と、
    を備えたことを特徴とする移動体。

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