JP2017015918A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示距離を経時的及び空間的に変化させる虚像と表示距離を変化させない虚像とを、虚像の表示領域内に共存させることができる表示装置を提供する。
【解決手段】表示媒体２００を用いて虚像を表示する表示装置１０は、光を出射する光源部１１０と、光源部１１０から出射された光を用いた走査を行う走査部１２０と、光源部１１０から表示媒体２００までの光路上に固定して配置されている固定スクリーン１３０ａと、前記光路上に配置されている可動スクリーン１３０ｂと、可動スクリーン１３０ｂを、前記光路に沿って移動させる駆動部１４０とを備え、走査部１２０は、固定スクリーン１３０ａ及び可動スクリーン１３０ｂを前記光で走査することによって、虚像として表示されるための第１画像を固定スクリーン１３０ａ上に結像させ、虚像として表示されるための第２画像を可動スクリーン１３０ｂ上に結像させる。
【選択図】図６

Description

本発明は、表示装置に関する。

車両用の表示装置として、ヘッドアップディスプレイ（Ｈｅａｄ‐Ｕｐ Ｄｉｓｐｌａｙ、以下、ＨＵＤとも表記する）が知られている。ＨＵＤは、例えば、数字、文字及び矢印などの図形の画像を用いて車両の状態や経路に関する情報を表示する。

例えば車両用のＨＵＤには、これらの画像として、ウインドシールドの前方に結像する虚像を運転者に提示するものがある（特許文献１参照）。特許文献１に記載のＨＵＤは、画像を結像させるために走査されるスクリーンを光軸方向に移動させることによって虚像の投影位置（運転者から見た、虚像の奥行き方向の位置、以下、表示距離ともいう）を変化させることができる技術の適用例である。このように投影位置を可変にすることで、車両の走行速度に応じて表示距離を変えて運転中の運転者の視点移動を小さくすることができる。

特開２００９−１５０９４７号公報

しかしながら特許文献１に記載のＨＵＤでは、ユーザがある情報を得るために見る画像の表示距離が、その情報を見るたびに変わるおそれがある。

本発明は、ユーザが見易い画像を表示する表示装置を提供する。

本発明の一態様に係る表示装置は、表示媒体を用いて虚像を表示する表示装置であって、光を出射する光源部と、前記光源部から出射された光を用いた走査を行う走査部と、前記光源部から前記表示媒体までの光路上に固定して配置されている固定スクリーンと、前記光路上に配置されている可動スクリーンと、前記可動スクリーンを、前記光路に沿って移動させる駆動部とを備える。前記走査部は、前記固定スクリーン及び前記可動スクリーンを前記光で走査することによって、前記虚像として表示されるための第１画像を前記固定スクリーン上に結像させ、前記虚像として表示されるための第２画像を前記可動スクリーン上に結像させる。

なお、これらの包括的又は具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム又はコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

本発明の表示装置は、ユーザが見易い画像を表示することができる。

図１は、実施の形態における表示装置の使用例を示す図である。 図２は、実施の形態における表示装置によって表示される画像の領域の一例を示す図である。 図３は、実施の形態における表示装置によって表示される画像の一例、及び走行中の車の運転者から見た、車前方の景色と前記画像の重畳の一例を示す図である。 図４は、実施の形態における表示装置の機能構成を示すブロック図である。 図５は、実施の形態における表示装置の内部構成の一例を示す図である。 図６は、実施の形態における光学系の光透過特性の一例を示す図である。 図７は、実施の形態におけるスクリーンの構成の一例を模式的に示す図である。 図８は、実施の形態における固定スクリーン及び可動スクリーンと、画像が投影される領域内のサブ領域との対応を示す図である。 図９は、実施の形態におけるスクリーンの走査の一例を示す図である。 図１０は、実施の形態の変形例におけるスクリーンの構成及び表示される画像の他の一例を示す図である。 図１１は、実施の形態の変形例におけるスクリーンの構成及び表示される画像のさらに他の一例を示す図である。

（本発明の基礎となった知見）
本発明者は、「背景技術」の欄において記載した表示装置に関し、以下の問題が生じることを見出した。

特許文献１の表示装置は、ウインドシールドを介して虚像を表示させるためのスクリーンを複数枚並べて用い、この複数枚のスクリーンの間で光軸方向の位置に変化を付けることによって、表示距離が異なる複数の虚像を同一時間に表示することができる。また、各スクリーンは光軸方向に移動可能であり、光軸に沿って移動することによって、虚像の表示距離を経時的に変化させることができる。これにより、車両とその周囲にあるもの、例えば曲がるべき交差点や他の車両、障害物等を示す虚像を、当該車両の進行に従って表示距離を変えながら表示することができる。

しかしながら、複数枚のスクリーンはいずれも可動であるため、どの虚像も、表示距離が変化する。したがって特許文献１の表示装置では、ある情報を確認するためにユーザがその情報を示す画像に目の焦点を合わせようとすると、その画像までの表示距離がその都度変わるおそれがある。その結果、その画像に目の焦点を合わせるのに時間が掛かり、情報の確認に時間が掛かる、また、その間に他の情報を見逃すおそれがあるという問題がある。

このような問題を解決するために、本発明の一態様に係る表示装置は、表示媒体を用いて虚像を表示する表示装置であって、光を出射する光源部と、前記光源部から出射された光を用いた走査を行う走査部と、前記光源部から前記表示媒体までの光路上に固定して配置されている固定スクリーンと、前記光路上に配置されている可動スクリーンと、前記可動スクリーンを、前記光路に沿って移動させる駆動部とを備える。前記走査部は、前記固定スクリーン及び前記可動スクリーンを前記光で走査することによって、前記虚像として表示されるための第１画像を前記固定スクリーン上に結像させ、前記虚像として表示されるための第２画像を前記可動スクリーン上に結像させる。

これにより、固定した表示距離にある虚像と、表示距離が可変の虚像とが同一時間に表示される。また、固定した表示距離にある虚像の表示距離と表示距離が可変の虚像の表示距離とはそれぞれ別個のスクリーンの位置に依存するため、相互に影響しない。したがってユーザは、固定した表示距離にある虚像が示す情報は、常に一定の距離にあるものとして速やかに焦点を合わせて取得することができる。本発明の一態様に係る表示装置は、このように見易い画像を表示する。

また例えば、前記表示装置はさらに、前記固定スクリーン及び前記可動スクリーンと、前記表示媒体との間の前記光路上に配置されている光学系を備え、前記第１画像は、前記光学系を経由して前記表示媒体の第１領域に投影されて虚像として表示され、前記第２画像は、前記光学系を経由して前記表示媒体の第２領域に投影されて虚像として表示され、前記第１領域と前記第２領域とは、所定方向に並んで配置されてもよい。例えば、前記所定方向は上下方向又は左右方向であってもよい。

これにより、例えば前記所定方向が上下方向であれば、表示距離が可変の虚像が表示される領域と固定した表示距離にある虚像が表示される領域とが上下に並ぶ。したがってユーザは、虚像の表示領域全体で上の方を見る際は表示距離が可変の虚像、下の方を見る際は固定した表示距離にある虚像を見る（又はその逆）というように、表示領域内で所定の方向にある虚像に対して速やかに目の焦点を合わせることができる。本発明の一態様に係る表示装置は、このように見易い画像を表示する。

また例えば、前記可動スクリーンは、端部に形成された凹部を有し、前記固定スクリーンの少なくとも一部は前記凹部に配置されてしてもよい。このような配置の具体例として、前記固定スクリーンと前記可動スクリーンとは、前記走査部の位置から光路に沿って見て一体として略矩形の輪郭をなし、前記固定スクリーンの輪郭は、前記略矩形の１辺の少なくとも一部を含んでもよい。

この具体例でいえば、固定した表示距離にある虚像と表示距離が可変の虚像とは、略矩形の一領域の中で表示される。そして表示距離が可変の虚像は、その略矩形の領域の、端部の一部を除くサブ領域内で表示される。一方、固定した表示距離にある虚像は、その除かれた一部であるサブ領域内で表示される。したがって、ユーザから見て、固定した表示距離にある虚像は表示領域全体の中で所定の方向に位置するサブ領域内にある。したがって、そのサブ領域内の虚像に対しては、常に速やかに目の焦点を合わせることができる。本発明の一態様に係る表示装置は、このように見易い画像を表示する。

また例えば、前記走査部は、可動スクリーンに対する走査と、固定スクリーンに対する走査とを一連の走査として連続して行ってもよい。

これによれば、走査部は１つの反射体（例：ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラー）を用いてスクリーン全体を効率よく走査することができる。

また例えば、前記表示媒体は車両のウインドシールドであってもよい。

これにより、表示装置のユーザである当該車両の運転者には、上記の固定した表示距離にある虚像及び表示距離が可変の虚像は運転席から見てウインドシールドの反対側（車外側）にあるように見える。そして運転者は運転中において、表示距離が可変の虚像から固定した表示距離にある虚像へも速やかに焦点を合わせることができる。したがって運転者は、固定した表示距離にある虚像が示す情報を速やかに取得することができ、また、それ以外の情報を見逃す可能性を抑えることができる。本発明の一態様に係る表示装置は、このように見易い画像を表示する。

また例えば、前記表示媒体が車両のウインドシールドである場合、前記第１画像は、前記車両の走行速度、燃料残量、バッテリー残量、及び前記車両の周囲の通行体のうち少なくとも１つに関する情報を示す画像であり、前記第２画像は、目的地までの経路の全体若しくは一部、前記経路上の交通状況、路面状況、車線境界線、若しくは路肩、前記車両の周囲の通行体、又はこれらの少なくとも２つ以上に関する情報を示す画像であってもよい。

これにより運転者は、固定した表示距離にある虚像からは車両の走行速度、燃料残量、及びバッテリー残量などに関する情報を所望の時に速やかに取得することができる。その結果、固定した表示距離にある虚像以外から視覚的に得るべき情報を運転者が見逃す可能性を抑えることができる。このような情報のソースの例としては、表示距離が可変の虚像、車両周辺の各種の道路標識、施設の案内看板、周囲の通行体からの合図などが挙げられる。

なお、これらの包括的又は具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム又はコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム又は記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

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、以下で説明される実施の形態は、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、本発明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、最上位概念を示す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。

（実施の形態）
図１は、本実施の形態における表示装置の使用例を示す図である。

本実施の形態における表示装置１０は、車載用のヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）として構成され、車両３００のダッシュボード３０１の上面付近に取り付けられる。

この表示装置１０は、表示媒体であるウインドシールド（フロントガラス）２０１の領域Ｄ１に光を投射する。投射された光はそのウインドシールド２０１に反射される。この反射光は、表示装置１０のユーザである運転席に座る運転者の目に向かう。運転者は、目に入ったその反射光を、ウインドシールド２０１越しに見える実際にある物を背景に、ウインドシールド２０１の反対側（車外側）に見える虚像Ｉ１として捉える。本実施の形態においてはこの一連の状況を、表示装置１０はウインドシールド２０１を用いて虚像Ｉ１を表示する、と表現する。

図２は、本実施の形態における表示装置１０によって光が投射される領域であるＤ１の一例を示す図である。

図２が示すように、ダッシュボード３０１に取り付けられた表示装置１０は例えば、光をウインドシールド２０１の運転席側下寄りに位置する領域Ｄ１（図中破線で囲まれた領域）に投射する。これにより、運転席に座る運転者から見てウインドシールド２０１の反対側（車外側）に見える虚像Ｉ１が表示される。なお、この投射光は、領域Ｄ１内での位置が低いほど、虚像Ｉ１としては３次元の画像空間の奥行き方向で運転者からより近くに、領域Ｄ１内で位置が高いほど、より遠くに見える。

図３は、本実施の形態における表示装置１０によって表示される画像の一例、及び走行中の車両３００の運転者から見た、車両３００前方の光景と前記画像の重畳の一例を示す図である。

図３全体は、車両３００を運転中の運転者（図示なし）の視界内の景色の一部である。図３における画像Ｐ１からＰ６は、表示装置１０によって表示される虚像Ｉ１の具体例である。これら以外は運転者から見える、車両３００（又はウインドシールド２０１）の前方にある物である。参照符号２０２が示すのは、車両３００のボンネットである。

図３が示すように、画像Ｐ１からＰ６は、これらの物と重畳して見えるように表示される。以下、具体的に説明する。

画像Ｐ１及びＰ２はそれぞれ車両３００の左斜め前方に居る歩行者の位置を示す。これは例えば以下のように実現する。車両３００は図示しない人体検出器を備える。この人体検出器は、車両３００から一定の範囲に居る人の位置情報を取得する。また、車両３００はさらに、運転者の目の位置を取得する図示しない目位置検出器を車内に備える。この検出器は運転者の目の位置情報を取得する。表示装置１０はこのように取得された人体の位置情報と運転者の目の位置情報とに基づいて、虚像Ｉ１が表示される３次元の画像空間内で運転者から見て歩行者と重なって見えるような位置を計算し、その位置に画像Ｐ１及びＰ２を表示する。

画像Ｐ３は、車両３００の８０ｍ先にある左折地点を示す。これは例えば以下のように実現する。車両３００は図示しないカーナビゲーションシステムを備える。このカーナビゲーションシステムは目的地までの経路を取得し、表示すべき案内情報を決定する。また、上記と同様にして運転者の目の位置情報が取得される。表示装置１０はこのように決定された案内情報と取得された運転者の目の位置情報に基づいて、虚像Ｉ１が表示される３次元の画像空間内で運転者から見て左折地点と重なって見えるような位置を計算し、その位置に画像Ｐ３を表示する。なお、画像Ｐ３は運転者から見て手前から奥にかけての奥行き（表示距離の空間的な連続的変化）が感じられる１つの画像として認識されるよう表示されている。

画像Ｐ４からＰ６は、それぞれ車両３００の走行速度、冷却水の温度、燃料の残量を示す。これは例えば以下のように実現する。車両３００は図示しない走行速度、冷却水の温度、燃料の残量の情報を取得する各種センサーを備える。表示装置１０はこのように取得された各種の情報を所定の位置、虚像Ｉ１が表示される３次元の画像空間内で運転者から見て手前の下よりの位置に表示される。結果的に、画像Ｐ４からＰ６は運転者から見てボンネット２０２と重畳して表示される。

ここで、画像Ｐ１及びＰ２が示す歩行者と運転者の目との相対的位置は、歩行者の移動又は車両３００の進行に伴って変化する。また、画像Ｐ３が示す左折地点はと運転者の目との距離は、車両３００の進行に伴って短くなる。したがって運転のための利便性の向上及び安全性の確保のためには、画像Ｐ１からＰ３の表示位置及び表示距離（奥行き感）は、車両３００の進行等に伴って、経時的に変化させる必要がある。

一方、画像Ｐ４から画像Ｐ６は、その外観（例：数字、図形の形状又は姿勢、色）には変化があるが、表示位置や表示距離を変化させる必要はない。むしろ、運転のための利便性の向上及び安全性の確保のためには、表示位置や表示距離は固定であるのが望ましい。表示位置及び表示距離が固定された画像であれば、運転者は随時速やかに視認できるからである。

しかしながら上述のとおり、従来技術ではこのような、虚像の表示領域の一部においては画像では常に表示距離が固定であり、他の一部では経時的及び空間的に表示距離が随時変動可能であるという表示ができない。本実施の形態における表示装置１０では以下に述べる構成によってこれを実現している。

図４は、実施の形態における表示装置１０の機能構成を示すブロック図である。

表示装置１０は、光源部１１０と、走査部１２０と、固定スクリーン１３０ａと、可動スクリーン１３０ｂと、駆動部１４０と、制御部１００とを備える。

光源部１１０は、表示装置１０が表示する虚像を示す光を出射する。例えば、光源部１１０は、発光体として赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色の光を出射する半導体レーザーを備えるピコプロジェクタによって構成される。このようなピコプロジェクタは、車両３００の周囲の物や車体の色、明るさにかかわらず視認性の高い虚像の表示を可能とする。また、レーザー光源を用いることで投影面との距離や角度に関係なく焦点を合わせることができる。さらに、コンパクトであるためダッシュボード３０１における表示装置１０の占有スペースが最小限に抑えられる。なお、図４において、光源部１１０を始点とする一点鎖線の矢印は表示装置１０内の光路を示す。

走査部１２０は、光源部１１０からの出射光の光路上に配置され、当該出射光を用いた走査を行う。走査の対象は固定スクリーン１３０ａ及び可動スクリーン１３０ｂ（以下、あわせてスクリーン１３０ともいう）である。また、走査部１２０は例えばＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーによって実現される。スクリーン１３０は例えば拡散スクリーンによって構成される。走査部１２０は、スクリーン１３０を光源部１１０からの出射光で走査することによって、虚像として表示されるための画像をスクリーン１３０上に結像させる。スクリーン１３０の構成の詳細は、例を用いて後述する。

固定スクリーン１３０ａは、前記光路上に固定して配置されている。一方、可動スクリーン１３０ｂも前記光路上に配置されているが、図中両矢印が示すような、前記光路に沿って往復の平行移動（振動）が可能である。この移動の詳細は後述する。なお、ここでいう「光路」とは光源部１１０から光学系１５０に向かう出射光の光路をいう。上述の走査部１２０によるスクリーン１３０の走査は、例えばラスタースキャンなどの２次元走査である。詳細は後述する。

駆動部１４０は、例えばアクチュエータによって構成される。駆動部１４０は、後述する制御部１００からの信号に従って、可動スクリーン１３０ｂに上述の方向の往復移動（振動）をさせる。

制御部１００は、外部機器、例えば車載のカーナビゲーションシステム、速度計、水温計、人体検出器、目位置検出器、障害物検出器等から情報を取得し、これらの情報に基づいて、虚像として表示されるべき画像とその位置を算出する。そしてこの算出結果を示す情報を信号として光源部１１０に出力して光源部１１０の光出射を制御する。制御部１００はさらに、走査部１２０及び駆動部１４０に制御信号を出力し、走査部１２０及び可動スクリーン１３０ｂの動作の制御を行う。これらの制御は独立して行われることもあるが、各部間の同期などの調整も含む。このような制御部１００は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）又はプロセッサなどによって構成され、メモリ等の記録媒体からコンピュータプログラムを読み出してそれを実行することによって、上述のような各処理を実行する。なお、この例では外部機器とした機器であっても、表示装置１０の構成要素として取り込まれてもよい。

上述の構成による表示装置１０のスクリーン１３０上に結像された画像は、図中左側の２つのブロック矢印が示すように、光学系１５０を介して表示媒体２００に投影される。

表示媒体２００は、本実施の形態においては車両３００のウインドシールド２０１に相当する。光学系１５０は、レンズ若しくはミラー等の光学素子又はこれらの組み合わせで構成される。例えば、スクリーン１３０以降の光路がこのミラーによって表示媒体２００に向けて折り返されることで、スクリーン１３０上に結像された画像は表示媒体２００に投影される。また、本実施の形態にある車のウインドシールド２０１のように、表示媒体２００上の画像が投影される領域（本実施の形態の場合、領域Ｄ１）が曲面の場合がある。この場合、曲面ミラーをこのミラーとして用いることで、当該領域に投影される画像が歪まないような調整をすることができる。また例えば、スクリーン１３０上に結像された画像は、レンズによって拡大又は方向の調整がなされた上で表示媒体２００に投影される。方向の調整とは、例えばスクリーン１３０上での画像の上下の位置関係を、表示媒体２００上の画像が投影される領域にそのまま反映する、又は上下を反転させて反映することを指す。本実施の形態では、特に記載がない限り、スクリーン１３０上での画像の上下の位置関係がウインドシールド２０１上の領域Ｄ１にそのまま反映される場合を想定して説明している。なお、光学系１５０の全部又は一部は表示装置１０の構成要素に含まれてもよい。

このような構成によって表示装置１０は、上述のような図３が示す態様での虚像の表示を行う。ここで、表示距離が可変の虚像の表示についてさらに説明する。

表示距離が可変の虚像として表示されるのは、スクリーン１３０のうち可動スクリーン１３０ｂ上に結像された画像である（以下、第２画像ともいい、固定スクリーン１３０ａ上に結像された画像を第１画像ともいう）。可動スクリーン１３０ｂは上述のとおり、光路に沿って移動する。すなわち、可動スクリーン１３０ｂは、光路に沿った表示媒体２００までの距離が変動する。可動スクリーン１３０ｂと表示媒体２００との間の光路沿いの距離が短くなると、虚像の表示距離は短くなる。つまり運転者から見て、虚像はより近くに見える。逆に、可動スクリーン１３０ｂと表示媒体２００との間の光路沿いの距離が長くなると、虚像の表示距離は長くなる。つまり運転者から見て、虚像はより遠くに見える。これは従来技術でも同様である。ここで例えば、この移動をさせながら可動スクリーン１３０ｂに対して走査をして画像を結像させると、この動作の間に画像の表示距離を変えることができる。例えば、可動スクリーン１３０ｂが光路沿いの距離で表示媒体２００から最も遠い位置にあるときに、横方向の走査を可動スクリーン１３０ｂの最上部から開始し、可動スクリーン１３０ｂが表示媒体２００に近づくにしたがって走査線を下げる。このようにして結像された画像はＤ１に投影され、下から上に向かって表示距離が遠くなる虚像として運転者には認識される。

本実施の形態の可動スクリーン１３０ｂではこの表示方法において、さらに可動スクリーン１３０ｂに高速の往復移動（振動）、例えば光路に沿っての６０Ｈｚの振動をさせる。また、これに伴い走査も高速で行う。例えば、可動スクリーン１３０ｂが表示媒体２００から最も遠い位置から近づく方向へ移動する間（往路）に可動スクリーン１３０ｂの最上部から走査し、表示媒体２００から最も近い位置から遠ざかる方向へ移動する間（復路）に可動スクリーン１３０ｂの最下部から走査する。これにより、片道の間の走査によって結像されたスクリーン上の画像を１フレームとして、毎秒１２０フレームの映像を用いて表示距離が可変の虚像を表示することができる。

この方法を用いての本実施の形態における画像の表示の例について説明する。例えば図３が示す画像Ｐ３の場合は、光学系１５０によって投影されて画像Ｐ３として表示される画像が、可動スクリーン１３０ｂの往路では上から下へ、復路では下から上へ向かう走査によって可動スクリーン１３０ｂ上に結像させる。これにより、画像Ｐ３は、運転者から見て下から上に向かって近くから遠くに見える、空間上で連続的に表示距離が変化する矢印として認識される虚像として表示される。また、可動スクリーン１３０ｂの位置に対するこの画像の結像のタイミングを調整して、当該矢印が示す左折位置に車両３００が近づくにつれて表示距離が経時的に変化する虚像としても表示させることができる。また、画像Ｐ１及びＰ２については、光学系１５０によって投影されて画像Ｐ１又はＰ２として表示される各画像が、可動スクリーン１３０ｂの往路若しくは復路又はこの両方で、運転者から見てこれらの画像が歩行者と重なって見えるような表示距離に対応する位置にあるときに可動スクリーン１３０ｂ上に結像される。

なお、可動スクリーン１３０ｂの振動の速さは６０Ｈｚに限定されない。これに合わせた走査によるフレームの更新が、人の目にフリッカーが認識されない程度の間隔で行われる速さであればよい。例えば、動画では毎秒６０フレームの速度で更新することでユーザには滑らかな動きとして認識される。また、振動の速さは一定でなくてもよい。例えば移動の途中で一時的に減速させてもよい。減速している間に結像された画像に基づく虚像は、通常の速度で移動している可動スクリーン１３０ｂに結像された画像に基づく虚像に比べて運転者から見て奥行きが浅く感じられる。さらに、一時的或いは断続的に可動スクリーン１３０ｂを停止させてもよい。この場合は、運転者に垂直に見える虚像が形成される。例えば画像自体に奥行き感がなくてもよい画像Ｐ１又はＰ２はこのような虚像として表示させてもよい。

ここで、可動スクリーン１３０ｂとの比較で固定スクリーン１３０ａについて説明する。

固定スクリーン１３０ａは上述のとおり、光源部１１０から前記表示媒体２００までの光路上に固定して配置されている。より詳細には、光路上の走査部１２０と光学系１５０との間に固定して配置されている。ここでいう固定とは特に、可動スクリーン１３０ｂと異なり、表示媒体２００からの当該光路沿いの距離が変動しないという意味である。したがって、固定スクリーン１３０ａ上に結像した画像（第１画像）は、表示媒体２００に投影され、固定した表示距離の虚像として表示される。仮に固定スクリーン１３０ａと可動スクリーン１３０ｂとの光路上の位置関係が図４に示すものであれば、固定スクリーン１３０ａ上で結像された画像に基づく虚像の固定の表示距離は、可動スクリーン１３０ｂ上で結像された画像に基づく虚像の可変の表示距離のうち最も遠い距離に近似する。なお、この位置関係は説明のための例であり、本実施の形態の表示装置１０の固定スクリーン１３０ａと可動スクリーン１３０ｂとの位置関係はこれに限定されない。また、図４は各構成要素の実際の配置を示すものではない。

次に、本実施の形態における表示装置１０の内部構成をさらに具体的に説明する。図５は、本実施の形態における表示装置１０の内部構成の一例を示す模式図である。参照符号は図４までと共通である。

図５が示す例では、表示装置１０はダッシュボード３０１に内蔵されている。

光源部１１０から走査部１２０、スクリーン１３０、光学系１５０を経て表示媒体２００（ウインドシールド２０１）に到達する２本の破線は光路を示す。

図５が示すように、光源部１１０からの出射光はまず走査部１２０によって反射される。

走査部１２０は姿勢を変えながらこの出射光を反射して、スクリーン１３０を走査する。図５ではスクリーン１３０のうち、可動スクリーン１３０ｂにその光が入射しているところが示されている。ただし本実施の形態では、走査部１２０は固定スクリーン１３０ａ及び可動スクリーン１３０ｂの両方を１つの走査対象として走査する。

可動スクリーン１３０ｂは図５の両矢印が示すとおり、光路に沿って往復移動する。一方、固定スクリーン１３０ａの位置は光路上の走査部１２０と光学系１５０との間で固定されている。

なお、図５が示す光路において、光学系１５０にはスクリーン１３０を透過した光が到達しているが、本実施の形態の表示装置１０はこれに限定されない。例えば、スクリーン１３０が反射した光が光学系１５０に到達する光路であってもよい。

ここまでの光源部１１０と走査部１２０の動作は、図５には図示されていない制御部１００によって制御される。また、可動スクリーン１３０ｂの動作も、図５には図示されていない駆動部１４０を介して制御部１００によって制御される。

スクリーン１３０上に結像された画像は光学系１５０によってウインドシールド２０１上の領域Ｄ１に投影される。図５が示す例では光学系１５０は２枚のミラーからなるが、本実施の形態の光学系１５０はこれに限定されない。上述のとおり、レンズやこれら以外のミラーをさらに備えてもよい。

Ｄ１に投影された画像を、運転者はウインドシールド２０１の反対側（車外側）に見える虚像Ｉ１として捉える。

なお、本実施の形態のように表示装置１０を車両用のＨＵＤとして使用する場合は、外光（太陽光など）が上述の光路を逆行することが考えられる。つまり、外光がウインドシールド２０１を透過して車内に入り、光学系１５０で折り返されてスクリーン１３０まで到達する場合がある。このような外光はスクリーン１３０全体を照らしてスクリーン１３０上の光の輝度差を低下させ、ひいては虚像のコントラストを低下させる。また、特に外光が太陽光の場合は、赤外線が表示装置１０の内部の温度を上昇させたり、紫外線がスクリーン１３０等の部品を劣化させたりするおそれがある。これらの問題を回避するために、光学系１５０の少なくとも一部にコーティングを施す等して、光学系１５０全体として特定の波長の光のみを透過させるようにしてもよい。このような光学系１５０と併せて、波長スペクトル幅の狭いレーザー光源を光源部１４０として用いることで、虚像の表示に不要な紫外光、赤外光、黄色の光等をより効率的に透過させることができる。

図６は、本実施の形態において上述の問題を回避するための光学系１５０を構成するミラーの光透過特性の一例を示す図である。図６によれば、光学系１５０を構成するミラーは紫外光（４１０ｎｍ以下）及び赤外光（７００ｎｍ以上）をほぼ透過させる。したがって光学系１５０はこれらの光をスクリーン１３０に到達させない。これにより上記のような外光の影響による温度上昇や部品の劣化を防ぐことができる。一方、可視光の帯域では、このミラーは一部を除く波長の光をほとんど反射する。特に光源部１１０が出射する三原色の波長（図中Ｒ、Ｇ、Ｂ）付近の光はほぼ１００％反射する。つまり光源部１１０が虚像を表示させるために出射してスクリーン１３０の出射面に到達した光は、光路に沿ってウインドシールド２０１まで最大限が到達する。このような光透過特性を持つミラーを備える光学系１５０を用いることで、表示装置１０が車両用のＨＵＤとして使用される場合も、外光の影響による虚像のコントラスト低下を防ぐことができる。なお、このミラーが、図５が示すように黄色の光を及びその近辺の波長スペクトル（５５０〜６００ｎｍ）の光を最大で６０％以上透過させているのも、虚像の表示には不要な光であって、スクリーン１３０上の光の輝度差を低下させる光を減じることによって虚像のコントラストの低下を極力防ぐためである。

具体的な実施の例としては、図５が示すミラーの少なくとも１枚にコーティング等によってこのような特性を持たせることが挙げられる。

光学系１５０が複数枚のミラーを含む場合には、例えば、第１のミラーには赤外光と紫外光とを透過させ、第２のミラーには虚像の表示に用いない不要な可視光を透過させるように複数枚のミラーに機能を分散させてもよい。ミラーを透過した不要な光は、図示しないミラーホルダなどで熱に変わる。このように複数のミラーに機能を分散させた場合には、上記熱は分離した複数の場所で吸収される。したがって、熱が１箇所のみで吸収される場合に比べて各場所での温度上昇を抑える効果が得られる。

またこの場合、第１のミラーは第２のミラーよりも大きい面積を有する構成がより好ましい。可視光を透過させるミラーは例えば誘電体多層膜を用いて作製されるため、より製造コストがかかる。したがって、より面積の小さい第２のミラーを用いれば製造コストを抑える効果が得られる。さらに、赤外光と紫外光とを透過させるミラーは熱吸収量がより大きいため、より面積の大きいミラーでこれらの透過させることで温度上昇を抑える効果が得られる。

次に、例を用いてスクリーン１３０の構成の詳細を説明する。

図７は、本実施の形態におけるスクリーン１３０の構成の一例を示す図である。図７は走査部１２０の位置から光路に沿って見たスクリーン１３０を模式的に示している。図７が示す例では、可動スクリーン１３０ｂは図の下方の端部に凹部を有し、固定スクリーン１３０ａは当該凹部を占め、可動スクリーン１３０ｂと一体をなして見えるように配置されている。また、この例では固定スクリーン１３０ａ及び可動スクリーン１３０ｂは一体として見て略矩形をなしている。固定スクリーン１３０ａはこの略矩形の図中下方の端部に位置するため、固定スクリーン１３０ａの輪郭は、その一部としてこの略矩形の下方の１辺の一部を含む。

このような構成を有するスクリーン１３０の固定スクリーン１３０ａ及び可動スクリーン１３０ｂは、ウインドシールド２０１上の、画像が投影される領域であるＤ１内のサブ領域と対応する。

図８は、本実施の形態におけるスクリーン１３０と、画像が投影されるウインドシールド２０１上の領域である領域Ｄ１内のサブ領域との対応を示す図である。また、図８ではさらに、図３に示された虚像である画像Ｐ１からＰ６をスクリーン１３０及び領域Ｄ１に重ね、各虚像に対応する画像のスクリーン１３０又は領域Ｄ１の上での結像又は投影された位置を示す。

図８において、領域Ｄ１はＤ１１とＤ１２のサブ領域に分割される。サブ領域Ｄ１１は領域Ｄ１の中で、固定スクリーン１３０ａに対応するサブ領域であり、図８では領域Ｄ１の中で固定スクリーン１３０ａと重ねられている部分である。サブ領域Ｄ１２は領域Ｄ１の中で、可動スクリーン１３０ｂに対応するサブ領域であり、図８では領域Ｄ１の中で可動スクリーン１３０ｂと重ねられている部分である。このように、サブ領域Ｄ１１とサブ領域Ｄ１２は、固定スクリーン１３０ａとの可動スクリーン１３０ｂとの位置関係に対応して上下方向に並ぶ。ここでいう上下方向に並ぶとは、サブ領域Ｄ１１全体とサブ領域Ｄ１２全体との位置関係を指し、図示のように、一部（図８では下端側）において左右方向に並ぶ範囲がある場合も許容する。なお、サブ領域Ｄ１１は表示媒体２００の第１領域の例であり、サブ領域Ｄ１２は表示媒体２００の第２領域の例である。

また、図８が示すように、光学系１５０によってウインドシールド２０１に投影されて画像Ｐ４からＰ６として表示される画像は、スクリーン１３０においては固定スクリーン１３０ａ上に結像された画像（第１画像）である。第１画像は光学系１５０によってウインドシールド２０１のサブ領域Ｄ１１に投影される。

同様に、光学系１５０によってウインドシールド２０１に投影されて画像Ｐ１からＰ３として表示される画像は、スクリーン１３０においては可動スクリーン１３０ｂに結像された画像（第２画像）である。第２画像は光学系１５０によってウインドシールド２０１のサブ領域Ｄ１２に投影される。

つまり、第１画像は光学系１５０を経由してウインドシールド２０１のサブ領域Ｄ１１に投影されて虚像として表示される。また、第２画像は光学系１５０を経由してウインドシールド２０１のサブ領域Ｄ１２に投影される。そしてサブ領域Ｄ１１とサブ領域Ｄ１２は上述のとおり上下方向に並ぶ。

このように、第１画像と第２画像とは、所定の表示領域（Ｄ１）の中で所定の方向にあるそれぞれのサブ領域（Ｄ１１及びＤ１２）内に投影されて虚像として表示される。このサブ領域の位置関係は固定しているため、第１画像に由来する、表示距離が変化しない虚像は、運転者から見て視界内で常に一定の範囲内にある。

このようにして、本実施の形態における表示装置１０は、表示距離を経時的及び空間的に変化させる虚像と、表示距離を変化させない虚像とを表示領域（Ｄ１）内に共存させ、かつ、固定した表示距離にある虚像が見える範囲を固定することができる。これにより、運転者は、固定した表示距離にある虚像へ目の焦点を速やかに合わせて情報を取得し、安全に運転することができる。

また、本実施の形態における表示装置１０においては、表示距離が可変の虚像と固定した表示距離にある虚像とは別個のスクリーンを用いて表示されているので、互いに制約がない。したがって、表示距離が可変の虚像についても、これを用いて運転者にとって利便性の高い表示を常時実現できる。

なお、図３や図８は第１画像によって示される情報と第２画像によって示される情報の例も示している。これらの図では、走行速度、燃料残量、冷却水の水温など、車両の周囲の景色と重畳させる必要がない情報を示す画像を、表示距離を変化させない画像（第１画像に由来する虚像）として表示させ、歩行者等の周囲の通行体や、経路上の進行方向の変更位置を示す情報を、表示距離が可変の虚像（第２画像に由来する虚像）として表示させている。第１画像に由来する虚像は領域Ｄ１内で下方に位置するサブ領域Ｄ１１内でボンネットと重畳するように表示され、第２画像に由来する虚像は領域Ｄ２内で上方に位置するサブ領域Ｄ１２内で実際の景色と重畳するように表示される。車載用のＨＵＤとして用いられる表示装置１０の表示として、利便性と安全性の観点から合理的な配置の例として挙げるものである。なお、各サブ領域内での虚像の配置や、虚像によって示される情報についてはこの例に限定されない。例えば、第２画像に由来する虚像によって、経路上の路面状況、車線境界線、又は路肩が示されてもよい。、また、歩行者等の周囲の通行体や障害物のピンポイントの位置のように画像自体に奥行き感を付けなくてもよいものは第１画像に由来する虚像によって表示させてもよい。

次に、スクリーン１３０の走査についてより詳しく説明する。

図９は、本実施の形態における、走査部１２０によるスクリーン１３０の走査の一例を示す図である。

スクリーン１３０は例えば、図９が示すようなラスタースキャンの方式で走査される。この図では実線の矢印が走査線と走査の方向を示す。まず、左上角から始まり右上角までの１次元的な走査が行われる。次に、スクリーン１３０上でこの１次元走査に対して垂直な方向、図９では下方向に走査線を移して（破線の矢印）、次の１次元走査が行われる。これが繰り返されてスクリーン１３０全体に２次元的に走査が行われる。また、図９が示すように走査部１２０は、可動スクリーン１３０ｂに対する走査と、固定スクリーン１３０ａに対する走査とを一連の走査として連続して行う。上述のとおり、固定スクリーン１３０ａが可動スクリーン１３０ｂの端部の凹部を占め、可動スクリーン１３０ｂと一体をなしているので、この方法で効率よくスクリーン１３０全体を走査できる。また、この方法であれば、走査部１２０は１つのＭＥＭＳミラーでスクリーン１３０全体を走査することができる。

なお、走査部１２０によるラスタースキャンの進む順序は上述のものに限られない。図４を参照しながらの説明で述べたように、走査部１２０は、スクリーン１３０の下から上に向かって進むラスタースキャンも行う。

（変形例）
次に、上述の実施の形態の変形例について図面を参照しながら説明する。

例えば、スクリーンの構成は図７に示されるものには限定されない。また、表示される画像やその配置も図３及び図７に示されるものに限定されない。以下に他の例を挙げる。

図１０は、変形例におけるスクリーンの構成及び表示される画像の他の一例を示す図である。

図１０の（ａ）は、スクリーン１３０の他の例であるスクリーン１３１及びスクリーン１３１を構成する固定スクリーン１３１ａ及び可動スクリーン１３１ｂを示す。スクリーン１３１がスクリーン１３０と異なるのは、固定スクリーン１３１ａの端部の凹部の形状、及びその凹部を占める可動スクリーン１３１ｂの形状である。その他の点、例えば固定スクリーン１３１ａと可動スクリーン１３１ｂとが一体として略矩形をなしている点は共通である。また、固定スクリーン１３１ａの輪郭は、その一部としてこの略矩形の下方の１辺の一部のみを含む点も共通である。より具体的には、いずれの場合も可動スクリーンがその左右方向の両端で略矩形の上端から下端までを占めている。スクリーンをこのように構成することで、例えば車両の左右からの進路への進入物、又は死角である車両の左右後方からの接近物に対して、少しでも早い段階で表示距離が変更可能な虚像を用いた動的な表示で運転者に注意を促すことができる。

なお図１０の（ｂ）はスクリーン１３１に対応する、領域Ｄ１内の視界の例である。実施の形態で示された例と同様に、固定スクリーン１３１ａに対応するサブ領域Ｄ１１を介して表示距離を変化させない虚像がボンネットに重畳して表示される。また、固定スクリーン１３１ａに対応するサブ領域Ｄ１２を介して、表示距離が可変の虚像が車両の周囲の景色に重畳して表示される。

なお、この変形例では冷却水の温度を示す画像の代わりに走行距離を示す画像が表示されている。また、燃料の残量を示す画像の代わりに、バッテリーの残量を示す画像が表示されている。これらは車載用のＨＵＤとして用いられる表示装置の表示として、表示距離を変化させない虚像によって示される情報の例である。

図１１は、変形例におけるスクリーンの構成及び表示される画像のさらに他の一例を示す図である。

図１１の（ａ）は、スクリーン１３０のさらに他の例であるスクリーン１３２及びスクリーン１３２を構成する固定スクリーン１３２ａ及び可動スクリーン１３２ｂを示す。スクリーン１３２がスクリーン１３０と異なるのは、固定スクリーン１３２ａが端部に凹部を有さない点である。しかし、固定スクリーンと可動スクリーンとが一体として略矩形をなしている点は共通である。このように、固定スクリーンと可動スクリーンとは一体として略矩形をなしながらも、単にその略矩形を直線で分割するような構成であってもよい。また、固定スクリーン１３１ａの輪郭は、その一部としてこの略矩形の１辺の全体を含んでもよい。言いかえると、可動スクリーンがその左右方向の両端で略矩形の上端から下端までを占めなくてもよい。これは表示距離を変化させない虚像が表示されるサブ領域（Ｄ１１）を、図１１の（ｂ）が示すように上述の実施の形態及びその１つの変形例の場合よりも広くとる例である。これにより、サブ領域Ｄ１１を介してより多くの虚像を表示し、運転者に対する情報を増やすことができる。図１１の例では、図３の例に比べて速度とエンジンの回転数を示すゲージが追加されている。なお、この場合もＤ１１を介して表示される虚像は、いずれもボンネットと重畳する。

なお、ここまでの説明でボンネットと重畳して表示される虚像は、ボンネットに代えて、運転者から車両の周囲若しくは前方の景色より下方に見える物と適宜重畳されて表示されてもよい。例えば運転者からボンネットが見えない車両の場合が考えられる。

なお、これらの変形例も本発明に係る表示装置による表示の態様を限定するものではない。

例えば、可動スクリーンと固定スクリーンとがなす領域は矩形でなくてもよい。例えば円形、長円形、多角形若しくは自由曲線で描かれた幾何学的図形、又はこれらの組み合わせからなる図形であってもよい。

また、固定した表示距離にある虚像を表示する領域と表示距離が可変の虚像を表示する領域との位置関係も上述の位置関係に限定するものではない。表示距離を変化させる虚像を表示する領域が表示距離を変化させない領域の下にあってもよいし、これらが左右や斜めに並んで配置されてもよい。この配置は、本発明に係る表示装置の用途や美観のために適宜変更される。上述の配置は車載用のＨＵＤとして本発明に係る表示装置を用いる場合の一例である。

また、車載用のＨＵＤとして本発明に係る表示装置を用いる場合に虚像によって示される情報も上述のものに限られない。例えば表示距離を変化させる虚像は経路上の進行方向の変更位置のみならず、経路上の施設、地名、若しくは経路全体、経路上の渋滞や交通規制等の交通情報、路面状況、車線境界線、又は路肩を示すものでもよい。

なお、上記実施の形態において、各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵ又はプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスク又は半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。

以上、一つ又は複数の態様に係る表示装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、一つ又は複数の態様の範囲内に含まれてもよい。

本発明は、表示媒体を用いて虚像を表示する表示装置に利用可能であり、例えば表示媒体としてウインドシールドを用いて虚像を表示する、車両用のＨＵＤに利用することができる。

１０ 表示装置
１００ 制御部
１１０ 光源部
１２０ 走査部
１３０ａ、１３１ａ、１３２ａ 固定スクリーン
１３０ｂ、１３１ｂ、１３２ｂ 可動スクリーン
１４０ 駆動部
１５０ 光学系
２００ 表示媒体
２０１ ウインドシールド
３００ 車両
３０１ ダッシュボード

Claims (8)

1. 表示媒体を用いて虚像を表示する表示装置であって、
   光を出射する光源部と、
   前記光源部から出射された光を用いた走査を行う走査部と、
   前記光源部から前記表示媒体までの光路上に固定して配置されている固定スクリーンと、
   前記光路上に配置されている可動スクリーンと、
   前記可動スクリーンを、前記光路に沿って移動させる駆動部とを備え、
   前記走査部は、
   前記固定スクリーン及び前記可動スクリーンを前記光で走査することによって、前記虚像として表示されるための第１画像を前記固定スクリーン上に結像させ、前記虚像として表示されるための第２画像を前記可動スクリーン上に結像させる
   表示装置。
2. 前記表示装置はさらに、前記固定スクリーン及び前記可動スクリーンと、前記表示媒体との間の前記光路上に配置されている光学系を備え、
   前記第１画像は、前記光学系を経由して前記表示媒体の第１領域に投影されて虚像として表示され、
   前記第２画像は、前記光学系を経由して前記表示媒体の第２領域に投影されて虚像として表示され、
   前記第１領域と前記第２領域とは、所定方向に並んで配置されている
   請求項１に記載の表示装置。
3. 前記所定方向は上下方向又は左右方向である、
   請求項２に記載の表示装置。
4. 前記可動スクリーンは、端部に形成された凹部を有し、
   前記固定スクリーンの少なくとも一部は前記凹部に配置されている、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の表示装置。
5. 前記固定スクリーンと前記可動スクリーンとは、前記走査部の位置から光路に沿って見て一体として略矩形の輪郭をなし、前記固定スクリーンの輪郭は、前記略矩形の１辺の少なくとも一部を含む
   請求項１から４のいずれか１項に記載の表示装置。
6. 前記走査部は、可動スクリーンに対する走査と、固定スクリーンに対する走査とを一連の走査として連続して行う、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の表示装置。
7. 前記表示媒体は車両のウインドシールドである、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の表示装置。
8. 前記第１画像は、前記車両の走行速度、燃料残量、バッテリー残量、及び前記車両の周囲の通行体のうち少なくとも１つに関する情報を示す画像であり、
   前記第２画像は、目的地までの経路の全体若しくは一部、前記経路上の交通状況、路面状況、車線境界線、若しくは路肩、前記車両の周囲の通行体、又はこれらのうち少なくとも２つ以上に関する情報を示す画像である、
   請求項７に記載の表示装置。

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