JP2016212318A - 表示装置及びヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】観察者により視認される像の質を向上可能な表示装置及びヘッドアップディスプレイ装置を提供する。【解決手段】本発明に係る表示装置１００は、透過層１１１と、透過率を変更可能な調光層１１２と、を積層して形成された複数のスクリーン１１０ａ、１１０ｂ及び１１０ｃと、複数のスクリーンスクリーン１１０ａ、１１０ｂ及び１１０ｃに投影光を出射して投影像を投影する投影部１２０と、複数のスクリーンスクリーン１１０ａ、１１０ｂ及び１１０ｃに投影された投影像を反射させる反射部１３０と、調光層１１２の透過率を変更する制御を行う制御部１４０とを備える。【選択図】図６

Description

本発明は、表示装置及びヘッドアップディスプレイ装置に関する。

従来、透過率を調整可能な調光ガラスを用いた表示装置が知られている。例えば、特許文献１には、複数の調光ガラスのうちいずれか１つの調光ガラスの透過率を下げて、この調光ガラスに投影像を結像させることによってスクリーンとして機能させるとともに、他の調光ガラスの透過率を上げて光を透過させる表示装置が開示されている。この表示装置において、複数の調光ガラスは、結像した投影像を視認する観察者からの距離がそれぞれ異なるように直線上に配置されているため、どの調光ガラスに投影像が結像されたかによって、表示装置は、観察者に奥行き方向の情報を表示できる。

特開平４−２４０６３１号公報

しかしながら、透過率を上げた状態の調光ガラスであっても、光が通過した際に光を拡散させて、拡散光を発生させる。このように透過率を上げた状態の調光ガラスで生じる拡散光が観察者の目に入ると、観察者によって視認される像がぼやけたり、像のコントラストが低下したりする。

かかる観点に鑑みてなされた本発明の目的は、観察者により視認される像の質を向上可能な表示装置及びヘッドアップディスプレイ装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、第１の観点に係る表示装置は、
透過層と、透過率を変更可能な調光層と、を積層して形成された複数のスクリーンと、
前記複数のスクリーンに投影光を出射して投影像を投影する投影部と、
前記複数のスクリーンに投影された前記投影像を反射させる反射部と、
前記調光層の透過率を変更する制御を行う制御部とを備える。

また、第２の観点に係る表示装置では、
前記調光層は、前記複数のスクリーンにおいて、該複数のスクリーンのそれぞれに形成された前記調光層が、前記投影部が出射する前記投影光に対して、互いに重ならない位置に形成されている。

また、第３の観点に係る表示装置では、
前記複数のスクリーンのそれぞれにおいて前記調光層が占める割合は、前記スクリーンの枚数に反比例させた値に基づき決定される。

また、第４の観点に係る表示装置では、
前記制御部は、前記調光層の透過率を、それぞれ独立して変更するように制御する。

また、第５の観点に係るヘッドアップディスプレイ装置は、
上述したいずれかの表示装置を備える。

第１の観点に係る表示装置によれば、例えば最も投影装置から離れたスクリーンにおいて低透過率となった調光層で散乱される投影光は、投影部から出射され、他のスクリーンの透過層を通過して、当該最も投影装置から離れたスクリーンの調光層に照射されうる。この場合、透過層は、高透過率の調光層よりもヘイズ率が低く投影光を散乱しにくいため、他のスクリーンの全体が調光層である場合と比較して、投影光は、他のスクリーンで散乱されにくくなる。そのため、観察者により視認される像がぼやけにくくなり、また、像のコントラストが低下しにくくなる。このようにして、第１の観点に係る表示装置によれば、観察者により視認される像の質を向上可能である。

また、第２の観点に係る表示装置によれば、投影光の出射される方向に調光層１１２が重なることがないため、高透過率の調光層１１２における意図しない投影光の散乱を防止しやすい。

また、第３の観点に係る表示装置によれば、各スクリーンにおいて、結像し得る調光層１１２の面積を等しくできる。

また、第４の観点に係る表示装置によれば、表示位置ごとに異なるスクリーンに投影像を結像できる。そのため、第４の観点に係る表示装置は、投影像によって表示する情報の内容に応じて、観察者に対して、同時に異なる距離感で情報を表示できる。

また、第５の観点に係るヘッドアップディスプレイ装置によれば、例えば最も投影装置から離れたスクリーンにおいて低透過率となった調光層で散乱される投影光は、投影部から出射され、他のスクリーンの透過層を通過して、当該最も投影装置から離れたスクリーンの調光層に照射される場合には、透過層は、高透過率の調光層よりもヘイズ率が低く投影光を散乱しにくいため、他のスクリーンの全体が調光層である場合と比較して、投影光は、他のスクリーンで散乱されにくくなる。そのため、観察者により視認される像がぼやけにくくなり、また、像のコントラストが低下しにくくなる。このようにして、ヘッドアップディスプレイ装置を使用する観察者により視認される像の質を向上可能である。

本発明の一実施形態に係る表示装置の概略構成を示す図である。 図１のスクリーンの詳細を示す模式図である。 図１の表示装置が備える３枚のスクリーンにおける調光層の配置を示す図である。 図１のスクリーンの調光層による投影光の散乱の一例について模式的に示す図である。 図４に示す投影光の散乱により観察者が視認する投影像の一例を模式的に示す図である。 図１のスクリーンの調光層による投影光の散乱の他の一例について模式的に示す図である。 図６に示す投影光の散乱により観察者が視認する投影像の一例を模式的に示す図である。 図１の表示装置を備えるヘッドアップディスプレイの概略構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る表示装置の概略構成を示す図である。表示装置１００は、図１に示すように、表示装置１００は、複数のスクリーン１１０ａ、１１０ｂ及び１１０ｃと、投影部１２０と、反射部１３０と、制御部１４０とを備える。本実施形態では、表示装置１００が３枚のスクリーン１１０ａ、１１０ｂ及び１１０ｃを備える場合について説明するが、スクリーンの枚数は、３枚に限られず、２枚又は４枚以上であってもよい。３枚のスクリーン１１０ａ、１１０ｂ及び１１０ｃは、投影部１２０から出射される投影光の出射方向（光軸方向）に対して縦列に配置されており、投影部１２０に近い側のスクリーンから順に、１１０ａ、１１０ｂ及び１１０ｃとする。また、以下、３枚のスクリーン１１０ａ、１１０ｂ及び１１０ｃを区別しない場合には、まとめてスクリーン１１０という。

図２は、図１のスクリーン１１０の詳細を示す模式図であり、スクリーン１１０を正面視で示す図である。図２には、説明のため、制御部１４０が示されている。スクリーン１１０は、透過ガラス等により構成される透過層１１１と、調光ガラス等により構成される調光層１１２とを積層して形成される。つまり、正面視において、スクリーン１１０は、透過層１１１と調光層１１２とが縞模様状に積層される。調光層１１２は、透過率を変更可能になっている。

調光層１１２は、例えば液晶分子を備えており、調光層１１２に電圧が印加されていない状態では、調光層１１２中の液晶分子が不規則に並ぶため、透過率が低い状態となる。本明細書において、この状態を、以下「低透過率」ともいう。一方、調光層１１２が電圧を印加された状態では、調光層１１２中の液晶分子が整列するため、低透過率の場合よりも透過率が高い状態となる。本明細書において、この状態を、以下「高透過率」ともいう。各調光層１１２の透過率は、信号線１５０を介して接続された制御部１４０により制御される。すなわち、制御部１４０が、各調光層１１２への電圧の印加を制御する。投影部１２０から出射された投影光は、スクリーン１１０の低透過率の調光層１１２に当たると散乱され、これにより、投影像がスクリーン１１０上に投影される。

なお、従来知られている透過層１１１に使用可能な透過ガラスのヘイズ率は、従来知られている調光層１１２に使用可能な調光ガラスにおける低透過率の状態のヘイズ率よりも低い。つまり、光線は、低透過率の調光層１１２を通過する場合に比べ、透過層１１１を通過する場合の方が、散乱されにくい。

スクリーン１１０において、積層された各調光層１１２における隣接する調光層１１２間の間隔ｄは、スクリーン１１０に投影した投影像を観察する観察者が識別できない程度に狭いことが好ましい。このように間隔ｄを所定の間隔よりも狭くすることにより、観察者は、投影像を観察する際に、投影像が結像される調光層１１２を認識できなくなるため、違和感を覚えることなく投影像を観察できる。なお、調光層１１２は、必ずしも等間隔で積層されていなくてもよい。調光層１１２が積層される間隔は、隣接する調光層１１２間ごとに異なっていてもよい。

各スクリーン１１０の正面視において、スクリーン１１０に対して調光層１１２が占める面積の割合は、任意である。本実施形態の表示装置１００では、３枚のスクリーン１１０ａ、１１０ｂ及び１１０ｃの正面視において調光層１１２が占める面積の割合は、それぞれ３分の１である。つまり、本実施形態における３枚のスクリーン１１０ａ、１１０ｂ及び１１０ｃにおいて、調光層１１２の厚さは１／３ｄであり、透過層１１１の厚さは、２／３ｄである。さらに、本実施形態の表示装置１００において、３枚のスクリーン１１０ａ、１１０ｂ及び１１０ｃのそれぞれに形成された調光層１１２は、図３に示すように、各スクリーン１１０ａ、１１０ｂ及び１１０ｃに形成された調光層１１２が、投影部１２０が出射する投影光に対して、互いに重ならない位置に形成されている。なお、図３に示す破線は、調光層１１２が投影光に対して重ならないことを示すために、記載したものである。上述の構成により、各スクリーン１１０において、結像し得る調光層１１２の面積を等しくできるとともに、スクリーン１１０に対して出射される投影光は、３枚のスクリーン１１０ａ、１１０ｂ又は１１０ｃのいずれかにおいて、調光層１１２に照射される。そのため、投影光を、３枚のスクリーン１１０ａ、１１０ｂ又は１１０ｃのいずれかにおいて、確実に結像させることができる。

なお、各スクリーン１１０の正面視において調光層１１２が占める割合は、表示装置１００が備えるスクリーンの枚数に応じて設定することが好ましい。特に、各スクリーン１１０の正面視において調光層１１２が占める割合は、スクリーンの枚数に反比例させた値とすることが好ましい。例えば、表示装置１００が４枚のスクリーンを有する場合には、各スクリーン１１０の正面視において調光層１１２が占める割合を４分の１とし、表示装置１００が５枚のスクリーンを有する場合には、各スクリーン１１０の正面視において調光層１１２が占める割合を５分の１とすることが好ましい。このようにして調光層１１２が占める割合を決定することにより、各スクリーン１１０において結像し得る調光層１１２の面積を等しくできるとともに、スクリーン１１０に対して出射される投影光を、全てのスクリーン１１０のいずれかの調光層１１２に当てることができる。そのため、投影光を、いずれかのスクリーン１１０において、確実に結像させることができる。

再び図１を参照すると、投影部１２０は、複数のスクリーン１１０に投影光を出射して投影像を投影する。投影部１２０は、例えばバックライトと液晶等の情報表示素子とを備える。

反射部１３０は、スクリーン１１０に投影された投影像を、観察者側に反射させる。観察者は、図１に示すように、反射部１３０よりも奥側に、反射部１３０により反射された投影像の虚像１６０を視認する。ここで、反射部１３０から各スクリーン１１０ａ、１１０ｂ及び１１０ｃまでの距離は、それぞれ異なる。そのため、どのスクリーン１１０に投影像が結像されるかによって、観察者が視認する観察者から虚像１６０までの距離が異なる。具体的には、観察者は、スクリーン１１０ｂにおいて投影像が結像された場合、スクリーン１１０ｃにおいて投影像が結像された場合と比較して、より遠い位置に虚像１６０を視認する。また、観察者は、スクリーン１１０ａにおいて投影像が結像された場合、スクリーン１１０ｂにおいて投影像が結像された場合と比較して、さらに遠い位置に虚像１６０を視認する。

反射部１３０は、例えばハーフミラーにより構成される。反射部１３０をハーフミラーにより構成することで、観察者は、ハーフミラーの前方の景色と、スクリーン１１０に投影された投影画像との双方を同時に見ることができる。

制御部１４０は、調光層１１２の透過率を変更する制御を行う。制御部１４０は、調光層１１２の透過率について、様々な制御を行うことができる。例えば、制御部１４０は、１枚のスクリーン１１０ａ、１１０ｂ又は１１０ｃが備える調光層１１２の全てを低透過率又は高透過率にするように制御できる。また、例えば、制御部１４０は、各調光層１１２の透過率を、それぞれ独立して変更するように調整できる。つまり、制御部１４０は、１枚のスクリーン１１０が備える調光層１１２のうち、一部の調光層１１２を高透過率にし、他の調光層１１２を低透過率にするように制御することができる。

制御部１４０は、スクリーン１１０の調光層１１２の透過率の他、例えば、投影部１２０を制御することにより、スクリーン１１０に投影される投影像を制御できる。

次に、図４乃至図７を参照しながら、スクリーン１１０における調光層１１２の透過率と、観察者が視認する投影像との関係について説明する。図４及び図６に示す各調光層１１２において、全体が塗りつぶされている調光層１１２は低透過率状態であることを示し、斜線による網掛けで示されている調光層１１２は高透過率状態であることを示している。

図４に模式的に示す例において、制御部１４０の制御により、スクリーン１１０ａの調光層１１２は全て低透過率となっており、スクリーン１１０ｂ及び１１０ｃの調光層１１２は全て高透過率となっている。この場合、投影部１２０から出射された投影光の入射光線２００ａは、スクリーン１１０ａ及び１１０ｂの透過層１１１を通過して、スクリーン１１０ｃの低透過層の調光層１１２に照射され、当該調光層１１２において散乱される。散乱された散乱光線２００ｂのうち、図４では図示しない反射部１３０に反射されて観察者の目に入ったものが、観察者に投影像として認識される。なお、図４においては、図の見やすさのために一部の光線を省略して図示していない。

図５は、図４に示す投影光の散乱により観察者が視認する投影像の一例を模式的に示す図であり、投影部１２０が、２つの「Ａ」の文字を上下に並べた投影像を投影した場合に観察者が視認する像を示す図である。図５に示すように、観察者は、同一平面上に、上下に並んだ２つの「Ａ」の文字を視認する。

図６に模式的に示す例において、制御部１４０の制御により、スクリーン１１０ａの上半分側に存在する調光層１１２は低透過率となっており、下半分側に存在する調光層１１２は高透過率となっている。また、図６においては、スクリーン１１０ｂの調光層１１２は全て高透過率となっていることを示している。また、図６においては、スクリーン１１０ｃの上半分側に存在する調光層１１２は高透過率となっており、下半分側に存在する調光層１１２は低透過率となっている。

この場合、投影部１２０から出射された投影光のうち入射光線２１０ａは、スクリーン１１０ａの低透過率の調光層１１２に照射され、当該調光層１１２において散乱される。散乱された散乱光線２１０ｂのうち、図６では図示しない反射部１３０に反射されて観察者の目に入ったものが、観察者に投影像として認識される。

また、図６に示すように、投影部１２０から出射された投影光のうち入射光線２２０ａは、スクリーン１１０ａ及び１１０ｂの透過層１１１を通過して、スクリーン１１０ｃの低透過率の調光層１１２に照射され、当該調光層１１２において散乱される。散乱された散乱光線２２０ｂのうち、図６では図示しない反射部１３０に反射されて観察者の目に入ったものが、観察者に投影像として認識される。なお、図６においては、図の見やすさのために一部の光線を省略して図示していない。

図７は、図６に示す投影光の散乱により観察者が視認する投影像の一例を模式的に示す図であり、投影部１２０が、図５と同様の投影光を出射した場合に観察者が視認する像を示す図である。図７に示すように、観察者は、上下に並んだ２つの「Ａ」の文字を視認する。しかしながら、図７に示す例では、図５に示す例と異なり、上側の「Ａ」の文字は、下側の「Ａ」の文字よりも奥に視認される。これは、上側の「Ａ」の文字に対応する投影光が、スクリーン１１０ｃよりも投影部１２０に近いスクリーン１１０ａに結像されているためである。

なお、図６及び図７に示す例は一例にすぎず、制御部１４０は、図６及び図７に示した例の他、表示する情報の内容に応じて、各スクリーン１１０ａ、１１０ｂ及び１１０ｃの各調光層１１２の透過率を変化させることにより、観察者に対して多様な距離感で情報を表示できる。

本実施形態に係る表示装置１００は、多様な用途に使用することができる。表示装置１００は、例えば、車両に搭載されたヘッドアップディスプレイに使用できる。図８は、図１に示す表示装置１００を備えるヘッドアップディスプレイの概略構成を示す図である。図８に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置３００は、表示装置１００を構成する複数のスクリーン１１０ａ、１１０ｂ及び１１０ｃと、投影部１２０と、反射部１３０と、制御部１４０とに加え、スクリーン１１０に投影された投影像を反射するためのミラー１７０及び凹面鏡１８０を備える。スクリーン１１０と、投影部１２０と、制御部１４０と、ミラー１７０と、凹面鏡１８０とは、例えば車両のダッシュボード内に配置される。また、反射部１３０は、ウインドシールドの一部にハーフミラーを使用することにより実現できる。なお、表示装置１００の使用例は、ヘッドアップディスプレイ装置３００に限られない。

上記説明した本実施形態に係る表示装置１００によれば、例えばスクリーン１１０ｃにおいて低透過率となった調光層１１２で散乱される投影光は、投影部１２０から出射され、スクリーン１１０ａ及び１１０ｂの透過層１１１を通過して、スクリーン１１０ｃの調光層１１２に照射される。透過層１１１は、高透過率の調光層１１２よりもヘイズ率が低く投影光を散乱しにくいため、スクリーン１１０ａ及び１１０ｂの全体が調光層１１２である場合と比較して、投影光は、スクリーン１１０ａ及び１１０ｂで散乱されにくい。特に、上記実施形態において説明したように各スクリーン１１０の調光層１１２を投影光に対して互いに重ならない位置に形成することにより、高透過率の調光層１１２における意図しない投影光の散乱を防止しやすい。そのため、観察者により視認される像がぼやけにくくなり、また、像のコントラストが低下しにくくなる。このようにして、表示装置１００によれば、観察者により視認される像の質を向上可能である。

また、本実施形態に係る表示装置１００によれば、制御部１４０が、各調光層１１２の透過率を、それぞれ独立して変更するように制御するため、例えば図７に示すように、表示位置ごとに異なるスクリーン１１０ａ、１１０ｂ又は１１０ｃに投影像を結像できる。そのため、表示装置１００は、投影像によって表示する情報の内容に応じて、観察者に対して、同時に異なる距離感で情報を表示できる。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段等を１つに組み合わせたり、あるいは分割したりすることが可能である。

例えば、上記実施形態において、図７を参照して説明したように、表示装置１００は、観察者が上下でそれぞれ異なる距離に投影像を視認するように制御を行うと説明したが、表示装置１００が観察者に対して表現できる距離感は、上下方向に限られない。例えば、表示装置１００は、表示装置１００におけるスクリーン１１０を配置する向きによっては、左右方向等、他の方向で、異なる距離間の像を表示することができる。

１００ 表示装置
１１０、１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ スクリーン
１１１ 透過層
１１２ 調光層
１２０ 投影部
１３０ 反射部
１４０ 制御部
１５０ 信号線
１６０ 虚像
１７０ ミラー
１８０ 凹面鏡
２００ａ、２１０ａ、２２０ａ 入射光線
２００ｂ、２１０ｂ、２２０ｂ 散乱光線
３００ ヘッドアップディスプレイ装置

Claims (5)

1. 透過層と、透過率を変更可能な調光層と、を積層して形成された複数のスクリーンと、
   前記複数のスクリーンに投影光を出射して投影像を投影する投影部と、
   前記複数のスクリーンに投影された前記投影像を反射させる反射部と、
   前記調光層の透過率を変更する制御を行う制御部と
   を備える、表示装置。
2. 前記調光層は、前記複数のスクリーンにおいて、該複数のスクリーンのそれぞれに形成された前記調光層が、前記投影部が出射する前記投影光に対して、互いに重ならない位置に形成された、請求項１に記載の表示装置。
3. 前記複数のスクリーンのそれぞれにおいて前記調光層が占める割合は、前記スクリーンの枚数に反比例させた値に基づき決定される、請求項２に記載の表示装置。
4. 前記制御部は、前記調光層の透過率を、それぞれ独立して変更するように制御する、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の表示装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の表示装置を備える、ヘッドアップディスプレイ装置。
   
   
   

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