JP2018173590A - 表示装置、及びそれを備える移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】虚像の解像度を向上させることができる表示装置、及びそれを備える移動体を提供する。【解決手段】表示装置１０は、対象空間に虚像を投影するための映像を映像表示面２２１に表示する映像表示部２０と、光学素子３０と、投影光学系４０とを備える。光学素子３０は、映像表示面２２１に表示される映像の一部である部分映像を、映像の投影方向において映像表示部２０から遠い位置に移動させる。投影光学系４０は、映像表示部２０及び光学素子３０から出力される光により対象空間に虚像を投影する。光学素子３０は、部分映像が入射する入射面と、入射面から入射した部分映像が出射する出射面３２と、を備え、入射面と出射面３２とが平行である。【選択図】図３

Description

本発明は、表示装置、及びそれを備える移動体に関し、特に、対象空間に虚像を投影する表示装置、及びそれを備える移動体に関する。

従来、車両用の情報表示装置として、各種情報を虚像として表示するヘッドアップディスプレイが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の情報表示装置は、運転者の視線において自車両の前方における複数の位置に虚像を形成して運転者に視認させる。

そのため、情報表示装置は、映像投射器から投射される光を結像する結像部として２つのスクリーンを備えている。２つのスクリーンは映像投射器からの光の経路上に配置されており、２つのスクリーンでそれぞれ結像された像が光学部で反射、拡大されて、フロントガラス（ウインドシールド）のような被投影部材に投影される。ここで、運転者から異なる距離に虚像を形成するために、２つのスクリーンのうちの一方から被投影部材までの距離は、２つのスクリーンのうちの他方から被投影部材までの距離よりも長くなっている。

特開２０１５−３４９１９号公報

特許文献１に記載の情報表示装置では、１つの映像投射器からの投射光を、距離が異なる２つのスクリーンに結像させているので、映像投射器が備える光学系の焦点深度を大きく（深く）する必要があり、その結果、虚像の解像度が低下するという問題があった。

本発明の目的は、虚像の解像度を向上させることができる表示装置、及びそれを備える移動体を提供することにある。

第１の態様の表示装置は、映像表示部と、光学素子と、投影部とを備える。前記映像表示部は、映像を映像表示面に表示する。前記光学素子は、前記映像表示面に表示される前記映像の一部である部分映像を、前記映像の投影方向において前記映像表示部から遠い位置に移動させる。前記投影部は、前記映像表示部及び前記光学素子から出力される光により対象空間に虚像を投影する。前記光学素子は、前記部分映像が入射する入射面と、前記入射面から入射した前記部分映像が出射する出射面とを備える。前記入射面と前記出射面とが平行である。

第２の態様の表示装置では、第１の態様において、前記映像表示面の一部に前記光学素子が配置されている。

第３の態様の表示装置では、第１又は第２の態様において、前記映像表示面に複数の前記光学素子が配置されている。

第４の態様の表示装置では、第１〜３のいずれかの態様において、前記映像表示部は、光を投射することによって前記映像表示面に前記映像を結像させる投射装置である。

第５の態様の表示装置では、第１〜３のいずれかの態様において、前記映像表示部は、前記映像を表示する映像表示装置である。

第６の態様の表示装置では、第１〜５のいずれかの態様において、前記光学素子が、前記映像表示面に対して前記投影方向の前方に配置されている。

第７の態様の表示装置では、第１〜６のいずれかの態様において、前記光学素子の前記出射面に、光を拡散させる光拡散部が設けられている。

第８の態様の表示装置では、第１〜７のいずれかの態様において、前記映像表示面は、位置が固定された固定スクリーンの表示面と、移動方向に移動可能な可動スクリーンの表示面とを含み、前記固定スクリーンの表示面に前記光学素子が設けられている。

第９の態様の移動体は、第１〜８のいずれかの態様の表示装置と、前記映像表示面からの光を反射する反射部材と、を備える。

本発明によれば、虚像の解像度を向上させることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る表示装置を備える自動車の概念図である。 図２は、同上の表示装置を用いた場合のユーザの視野を示す概念図である。 図３は、同上の表示装置の構成を示す概念図である。 図４は、同上の表示装置の要部を示す概念図である。 図５Ａは、同上の表示装置のスクリーンを示す正面図である。図５Ｂは、本発明の一実施形態の変形例１に係る表示装置のスクリーンを示す正面図である。 図６は、本発明の一実施形態の変形例２に係る表示装置の要部を示す概念図である。 図７は、本発明の一実施形態の変形例３に係る表示装置の要部を示す概念図である。 図８は、本発明の一実施形態の変形例４に係る表示装置の要部を示す概念図である。 図９は、本発明の一実施形態の変形例５に係る表示装置の要部を示す概念図である。 図１０は、本発明の一実施形態の変形例６に係る表示装置の要部を示す概念図である。 図１１は、本発明の一実施形態の変形例７に係る表示装置の要部を示す概念図である。

以下に説明する実施形態は、本発明の種々の実施形態の一つに過ぎない。本発明の実施形態は、下記実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外も含み得る。また、下記の実施形態は、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。

（１）概要
本実施形態に係る表示装置１０は、図１に示すように、例えば、移動体としての自動車１００に用いられるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ：Head-Up Display）である。

この表示装置１０は、自動車１００のウインドシールド１０１に下方から画像を投影するように、自動車１００の車室内に設置されている。図１の例では、ウインドシールド１０１の下方のダッシュボード１０２内に、表示装置１０が配置されている。表示装置１０からウインドシールド１０１に画像が投影されると、反射部材としてのウインドシールド１０１で反射された画像がユーザ２００（運転者）に視認される。

このような表示装置１０によれば、運転席に着座するユーザ２００には、自動車１００の前方（車外）の対象空間４００に、虚像３００が投影されているように見える。ここでいう「虚像」は、表示装置１０から出射される光がウインドシールド１０１等の反射物にて反射するとき、その反射光線によって、実際に物体があるように結ばれる像を意味する。そのため、自動車１００を運転しているユーザ２００は、自動車１００の前方に広がる実空間に重ねて、表示装置１０にて投影される虚像３００を見ることができる。したがって、表示装置１０によれば、例えば、車速情報、ナビゲーション情報、歩行者情報、前方車両情報、車線逸脱情報、及び車両コンディション情報等の、種々の運転支援情報を、虚像３００として表示し、ユーザ２００に視認させることができる。これにより、ユーザ２００は、ウインドシールド１０１の前方に視線を向けた状態から僅かな視線移動だけで、運転支援情報を視覚的に取得することができる。

本実施形態に係る表示装置１０では、対象空間４００に形成される虚像３００は、少なくとも第１虚像３０１と第２虚像３０２との２種類の虚像を含んでいる。ここでいう「第１虚像」は、第１仮想面５０１上に形成される虚像３００（３０１）である。「第１仮想面」は、表示装置１０の光軸５００に対する傾斜角度αが所定値γよりも小さい（α＜γ）仮想面である。また、ここでいう「第２虚像」は、第２仮想面５０２上に形成される虚像３００（３０２）である。「第２仮想面」は、表示装置１０の光軸５００に対する傾斜角度βが所定値γよりも大きい（β＞γ）仮想面である。ここでいう「光軸」は、後述する投影光学系４０（図３参照）によって対象空間４００に虚像が投影される方向に沿った光軸であって、対象空間４００を通り虚像３００の光路に沿った軸を意味する。所定値γは一例として４５度であって、傾斜角度βは一例として９０度である。

本実施形態では、光軸５００は、自動車１００の前方の対象空間４００において、自動車１００の前方の路面６００に沿っている。そして、第１虚像３０１は、路面６００に略平行な第１仮想面５０１上に形成され、第２虚像３０２は、路面６００に対して略垂直な第２仮想面５０２上に形成される。例えば、路面６００が水平面である場合には、第１虚像３０１は水平面に沿って表示され、第２虚像３０２は鉛直面に沿って表示されることになる。

図２は、ユーザ２００の視野を示す概念図である。すなわち、本実施形態に係る表示装置１０によれば、図２に示すように、路面６００に沿って奥行きをもって視認される第１虚像３０１と、ユーザ２００から一定距離の路面６００上に直立して視認される第２虚像３０２とを表示可能である。したがって、ユーザ２００においては、第１虚像３０１については路面６００に略平行な平面上にあるように見え、第２虚像３０２については路面６００に対して略垂直な平面上にあるように見える。第１虚像３０１は、一例として、ナビゲーション情報として自動車１００の進行方向を示す情報であり、路面６００上に右折又は左折を示す矢印を提示すること等が可能である。第２虚像３０２は、一例として、現在時刻、車速情報、及び車両コンディション情報であり、例えば文字、数字、及び記号、又は燃料計等のメータにてこれらの情報を提示すること等が可能である。ここにおいて、第１虚像３０１は、自動車１００の運転の目安になるよう、ユーザ２００において自動車１００の例えば１０〜２００ｍ前方に表示されているように見えるのが好ましい。第２虚像３０２は、ユーザ２００（運転者）が道路状況を視認するのを邪魔しないように、ウインドシールド１０１の下側部分に表示されており、ユーザ２００において自動車１００の数ｍ（例えば２〜３ｍ）前方に表示されているように見えるのが好ましい。

（２）構成
本実施形態に係る表示装置１０は、図３及び図４に示すように、映像表示部２０と、光学素子３０と、投影部である投影光学系４０と、制御回路５０とを備える。

映像表示部２０は、投射装置である映像投射装置２１と、スクリーン２２とを備える。

映像投射装置２１は、スクリーン２２の入射面に対して、対象空間４００に虚像３００を形成するための画像を投影する。

スクリーン２２は、例えば、光拡散性を有し、矩形に形成された板状の透過スクリーンからなる（図５Ａ参照）。スクリーン２２は、表示装置１０の筐体等に対して定位置に固定されている。スクリーン２２には、映像投射装置２１から投影される光によって画像が描画され、スクリーン２２を透過する光によってウインドシールド１０１に画像が投影される。ここにおいて、スクリーン２２の表面が、映像を表示する映像表示面２２１となる。

光学素子３０は、例えば、クラッド径が数μｍ〜数十μｍの複数本の光ファイバを束にした集束体であり、前方から見た形状が矩形に形成されている（図５Ａ参照）。光学素子３０の一端側の入射面３１に入射する光は、光学素子３０の他端側の出射面３２にそのまま導かれる。光学素子３０の入射面３１と出射面３２とは平行である。ここで、入射面３１と出射面３２とが平行であるとは、入射面３１と出射面３２とが交わらない状態にあることに限定されず、人の目で見て略平行していると見なせる状態であれば、入射面３１と出射面３２とが数度程度の角度で交差していてもよい。

光学素子３０は、入射面３１がスクリーン２２の映像表示面２２１の一部と重なるように、映像表示面２２１に配置されている。光学素子３０は、例えば透光性を有する接着材などで映像表示面２２１に固定されている。したがって、映像表示面２２１に表示される映像のうち、入射面３１と重なる領域に表示される部分映像は、光学素子３０の出射面３２にそのまま伝達される。よって、映像表示面２２１に表示される映像のうち、入射面３１と重なる領域に表示される部分映像は、映像の投影方向（図４のＡ１）において、光学素子３０の全長Ｌ１だけスクリーン２２（映像表示部２０）から遠い位置に移動される。

これにより、光学素子３０の出射面３２からユーザ２００までの光の経路長は、映像表示面２２１において光学素子３０と重なっていない領域２２３からユーザ２００までの光の経路長よりも短くなる。したがって、出射面３２に表示される映像によって形成される虚像は、映像表示面２２１の領域２２３に表示される映像によって形成される虚像よりも自動車１００に近い位置に表示されることになる。そこで、本実施形態の表示装置１０では、映像表示面２２１の領域２２３に第１虚像３０１を形成するための映像が表示され、出射面３２に第２虚像３０２を形成するための映像が表示される。例えば、第１虚像３０１を自動車１００の１０〜２００ｍ前方に表示させ、第２虚像３０２を自動車１００の数ｍ（例えば２〜３ｍ）前方に表示させるためには、光学素子３０の全長は１〜２０ｍｍ、より好ましくは５〜１０ｍｍに設定されるのが好ましい。

投影光学系４０は、映像表示面２２１及び光学素子３０の出射面３２から映像が入射し、この映像により対象空間４００に虚像３００を投影する（図１参照）。投影光学系４０は、図３に示すように、第１ミラー４１と、第２ミラー４２とを有している。

第１ミラー４１と第２ミラー４２とは、映像表示面２２１及び光学素子３０の出射面３２から出射する光の経路上に、この順番に配置されている。第１ミラー４１は、映像表示面２２１及び光学素子３０の出射面３２から出射する光を、第２ミラー４２に向けて反射する。第２ミラー４２は、第１ミラー４１からの光を、ウインドシールド１０１（図１及び図３参照）に向けて反射する。すなわち、投影光学系４０は、映像表示面２２１と光学素子３０の出射面３２とに形成される映像を、ウインドシールド１０１に投影することで、対象空間４００に虚像３００を投影する。なお、投影光学系４０は、第１ミラー４１と第２ミラー４２とを備えるものに限定されず、第１ミラー４１及び第２ミラー４２に加えて映像を拡大又は縮小するためのレンズや更なるミラーを備えてもよい。また、レンズ、ミラーなどの投影光学系４０は省略されてもよく、その場合は映像投射装置２１が、対象空間に虚像を投影する投影部を兼用する。

制御回路５０は、映像投射装置２１の動作を制御する。制御回路５０は、例えば、自動車１００に搭載されている運転支援システムからの信号を受けて、投影する虚像３００の内容（コンテンツ）を決定する。制御回路５０は、虚像３００の内容に応じた映像を作成し、作成した映像を映像投射装置２１に表示させる。

ここにおいて、制御回路５０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びメモリを有するマイクロコンピュータにて構成されている。言い換えれば、制御回路５０は、ＣＰＵ及びメモリを有するコンピュータにて実現されており、ＣＰＵがメモリに格納されているプログラムを実行することにより、コンピュータが制御回路５０として機能する。プログラムは、ここでは制御回路５０のメモリに予め記録されているが、インターネット等の電気通信回線を通じて、又はメモリカード等の記録媒体に記録されて提供されてもよい。

（３）動作
本実施形態に係る表示装置１０の動作について、図１〜図４を参照して説明する。

制御回路５０は、映像投射装置２１を制御して、映像投射装置２１からスクリーン２２に光を照射させる。スクリーン２２に映像投射装置２１から光が照射されると、スクリーン２２の表面２２１又は裏面２２２に映像が形成（投影）される。ここで、スクリーン２２の厚み方向における両側面のうち映像投射装置２１と対向する面を裏面２２２、反対側の面を表面２２１という。本実施形態では、一例として、スクリーン２２の表面が光拡散性を有しているので、スクリーン２２の表面（映像表示面２２１）に映像が形成される。そして、映像表示面２２１に形成される映像のうち、光学素子３０と重なる領域に形成される部分映像は、光学素子３０の入射面３１に入射し、光学素子３０によって光学素子３０の出射面３２に伝達される。したがって、映像表示面２２１において光学素子３０が重なっていない領域２２３と、光学素子３０の出射面３２とにそれぞれ映像が表示される。そして、映像表示面２２１の領域２２３と光学素子３０の出射面３２とにそれぞれ表示される映像は、第１ミラー４１と第２ミラー４２とに反射されて、ウインドシールド１０１に投影される。これにより、映像表示面２２１の領域２２３と光学素子３０の出射面３２とにそれぞれ表示される映像は、自動車１００の車室内であってウインドシールド１０１の下方から、ウインドシールド１０１に投影される。

投影光学系４０からウインドシールド１０１に映像が投影されると、ウインドシールド１０１は、投影光学系４０からの光を、車室内のユーザ２００（運転者）に向けて反射する。これにより、ウインドシールド１０１で反射された映像が、ユーザ２００に視認される。その結果、ユーザ２００は、自動車１００の前方（車外）に投影された虚像３００（第１虚像３０１又は第２虚像３０２）を、ウインドシールド１０１越しに視認する。つまり、ユーザ２００は、ウインドシールド１０１越しに見える車外の景色に、虚像３００（第１虚像３０１又は第２虚像３０２）を重ねて見ることができる。

本実施形態の表示装置１０では、光学素子３０によって、映像表示面２２１に表示される映像の一部（部分映像）が、映像表示面２２１に対して光学素子３０の全長Ｌ１だけ、映像投射装置２１から離れる方向に移動させられる。したがって、本実施形態の表示装置１０では、光学素子３０の出射面３２とユーザ２００との間の光の経路長を、映像表示面２２１の領域２２３とユーザ２００との間の光の経路長よりも光学素子３０の全長Ｌ１だけ短くできる。よって、光学素子３０の出射面３２に表示される映像によって投影される第２虚像３０２は、映像表示面２２１の領域２２３に表示される映像によって投影される第１虚像３０１よりも手前に表示されることになる。また、表示装置１０では、スクリーン２２の裏面２２２において領域２２３に対応する部位と映像投射装置２１との間の距離と、スクリーン２２の裏面２２２において光学素子３０の入射面３１に対応する部位と映像投射装置２１との間の距離とがほぼ同じになる。よって、映像投射装置２１から投射された光が結像する２つのスクリーンが離れた位置に置かれている場合に比べて、映像投射装置２１の焦点深度を小さくできる。これにより、映像表示面２２１の領域２２３及び光学素子３０の出射面３２に表示される映像の解像度を向上でき、第１虚像３０１及び第２虚像３０２の解像度を向上させることができる。

また、視距離が異なる虚像を表示するために２つのスクリーンを使用する場合は、２つのスクリーンの間に隙間ができ、映像投射装置２１からの直接光が２つのスクリーンの間の隙間を通ってユーザ２００に入射する可能性がある。特に、映像投射装置２１からの光の投影方向Ａ１において２つのスクリーンが離れた位置にあると、投影方向Ａ１に対して斜めに交差する方向からみたときに、２つのスクリーンの間にできる隙間が大きくなる。ここにおいて、「視距離」とは、ユーザ２００が虚像を見たときにユーザによって認識される虚像までの距離のことをいう。また、２つのスクリーンの間を通る光が、スクリーンの角に当たって散乱光が発生する可能性もあった。それに対して、本実施形態では、映像表示面２２１において光学素子３０が配置されている領域と光学素子３０が配置されていない領域との間に隙間ができない。よって、本実施形態では、映像投射装置２１からの直接光がユーザに入射されにくく、またスクリーン２２のエッジ部分に光が当たることで発生する散乱光を低減できる、という利点がある。

（４）変形例
上記実施形態において、光学素子３０は、前方から見た形状が矩形のものに限定されず、図５Ｂに示すように前方から見た形状が円形のものでもよく、円形のメータ等を表示するのに好適である（変形例１）。また、虚像３００を投影するための映像が表示可能であれば、光学素子３０の形状は矩形以外の多角形、楕円形などの形状でもよい。同様に、虚像３００を投影するための映像が表示可能であれば、スクリーン２２の形状は矩形以外の多角形、楕円形、円形などの形状でもよい。

上記実施形態において、光学素子３０は、光ファイバを束ねた集束体からなるものに限定されず、鉱物の細長い結晶が平行連晶したような繊維状結晶群（いわゆるテレビ石）でもよい。

上記実施形態では、映像表示部２０が、映像の全体を同時に投影して映像表示面２２１に結像させる映像投射装置であったが、図６に示すような、レーザスキャンタイプの映像投射装置２１Ａ（投射装置）を備える映像表示部２０Ａでもよい（変形例２）。なお、上記実施形態と共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。

映像投射装置２１Ａは、レーザ光を出力するレーザ光源と、レーザ光源から出力されるレーザ光をスキャンするＭＥＭＳミラーなどの走査光学系とを備えている。映像投射装置２１Ａが、レーザ光源から出力されるレーザ光を走査光学系でスキャンすることによって、スクリーン２２の映像表示面２２１の領域２２３と光学素子３０の出射面３２とに映像が描画される。

また、映像表示部２０は、光をスクリーン２２に投影する映像投射装置２１，２１Ａを備えるものに限定されず、図７に示すような、液晶パネルのようなフラットパネルディスプレイ２２４とバックライト２２５とで構成される映像表示部２０Ｂでもよい（変形例３）。なお、上記実施形態と共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。

バックライト２２５は、例えば、発光ダイオードと導光板とを組み合わせた面状光源である。導光板はフラットパネルディスプレイの背面に沿って配置されており、発光ダイオードの光が導光板のエッジ部分から入射すると、導光板の前面の全体が発光することでフラットパネルディスプレイ２２４の表面から映像が出力される。なお、バックライト２２５は、発光ダイオードと拡散板とを組み合わせた面状光源でもよい。拡散板はフラットパネルディスプレイの背面に沿って配置されており、発光ダイオードから入射する光を拡散することで、拡散板の全体が発光し、フラットパネルディスプレイ２２４の表面から映像が出力される。

変形例３では、フラットパネルディスプレイ２２４の表面が映像表示面２２１Ｂとなり、映像表示面２２１Ｂ（フラットパネルディスプレイ２２４の表面）の一部に光学素子３０が配置されている。なお、フラットパネルディスプレイ２２４は液晶パネルに限定されず、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイなどの自発光型のフラットパネルディスプレイでもよく、その場合はバックライト２２５を省略できる。なお、変形例３の構成は上記の変形例１に適用してもよい。

また、図７に示した変形例３の表示装置１０では、映像が表示される映像表示面２２１Ｂに１つの光学素子３０が配置されているが、図８に示すように映像表示面２２１Ｂに２つの光学素子３０Ａ，３０Ｂが配置されていてもよい（変形例４）。なお、変形例３と共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。

変形例４では、映像表示面２２１Ｂにおいて光学素子３０Ａ，３０Ｂが配置されていない領域の映像と、光学素子３０Ａ，３０Ｂの出射面３２Ａ，３２Ｂの映像とで、視距離が異なる３種類の虚像を投影することができる。なお、映像表示面２２１Ｂには３つ以上の光学素子が配置されていてもよい。また、上記の実施形態及び変形例１〜３においても、複数の光学素子３０が映像表示面に配置されていてもよい。

また、上記の実施形態では、スクリーン２２の表面の一部に光学素子３０が配置されているが、図９に示すように、スクリーン２２と光学素子３０とを並べて配置してもよい（変形例５）。なお、上記実施形態と共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。

スクリーン２２と光学素子３０とは、表示装置１０の筐体等に対して定位置に固定されている。ここにおいて、スクリーン２２の裏面２２２と、光学素子３０の入射面３１とは、映像投射装置２１から光が投射される方向において、ほぼ同じ位置にある。また、光学素子３０の出射面３２には、光拡散性を有する光拡散部３３が接着材などで固定されている。光拡散部３３は、透明樹脂に当該透明樹脂と光屈折率が異なる光拡散剤を分散させた樹脂材料により形成される。なお、光拡散部３３は、透明樹脂又は透明ガラスの平板の表面にマイクロプリズムが形成されたものでもよい。

映像投射装置２１から投射された光は、スクリーン２２の裏面２２２と、光学素子３０の入射面３１とにそれぞれ入射する。これにより、スクリーン２２の表面である映像表示面２２１と、光学素子３０の出射面３２に固定された光拡散部３３の表面とに映像が表示される。すなわち、変形例５では、スクリーン２２の表面と、光学素子３０の出射面３２に固定された光拡散部３３の表面とが、映像を表示する映像表示面になり、これらの映像表示面に表示された映像によって対象空間に虚像が投影される。

このように、光学素子３０の出射面３２には光拡散部３３が設けられているので、例えば日光などの外光が光拡散部３３に当たっても、光拡散部３３で拡散反射されるから、日光を正反射した光線を弱め、眩しい光がユーザ２００に当たりにくくなる。ここにおいて上記の実施形態及び変形例１〜４においても、複数の光学素子３０が映像表示面に配置されていてもよい。

ここで、図９に示す変形例５では、光学素子３０の入射面３１と、スクリーン２２の裏面２２２とが平行であったが、図１０に示すように、光学素子３０の入射面３１に対してスクリーン２２の裏面２２２が所定の角度θで交差してもよい（変形例６）。この場合、スクリーン２２の映像表示面２２１に表示される映像により、第１仮想面５０１上に路面６００に沿って第１虚像３０１を投影することができる。

なお、変形例６の構成を上記実施形態及び変形例１〜４に適用してもよい。すなわち、スクリーン２２の映像表示面２２１において、光学素子３０が配置されている領域の後面と、光学素子３０が配置されていない領域２２３の後面とが所定の角度で交差してもよい。この場合にも、領域２２３に表示される映像によって、第１仮想面５０１上に路面６００に沿って第１虚像３０１を投影することができる。

また、上記実施形態では、１つのスクリーン２２に光学素子３０が配置されているが、図１１に示すようにスクリーンにおいて光学素子３０が配置されている部分と光学素子３０が配置されていない部分とが分離されていてもよい（変形例７）。

変形例７の映像表示部２０Ｄは、２つのスクリーン２２Ｄ，２２Ｅと、スクリーン２２Ｄ，２２Ｅに映像を投影する映像投射装置２１Ａと、駆動部５１とを備えている。

スクリーン２２Ｅは、表示装置１０の筐体等に対して定位置に固定されている。スクリーン２２Ｅの前面には接着剤などで光学素子３０が固定されている。

スクリーン２２Ｄは、表示装置１０の筐体等に対して、移動方向Ｘ（図１１に矢印Ｘ１−Ｘ２で示す方向）に移動可能に構成されている。つまり、表示装置１０がダッシュボード１０２内に配置されている場合には、固定スクリーンであるスクリーン２２Ｅはダッシュボード１０２内の定位置に固定され、可動スクリーンであるスクリーン２２Ｄはダッシュボード１０２内を移動方向Ｘに移動可能である。

駆動部５１は、スクリーン２２Ｄを移動方向Ｘに移動させる。駆動部５１は、例えば、ボイスコイルモータ等の電気駆動型のアクチュエータからなり、制御回路５０からの制御信号に応じてスクリーン２２Ｄを移動させる。

制御回路５０は、駆動部５１を制御してスクリーン２２Ｄを移動方向Ｘに沿って移動させながら、映像投射装置２１を制御してスクリーン２２Ｄに光を投射させることで、第１虚像３０１を描画する。つまり、移動方向Ｘに対して直交するように配置されているスクリーン２２Ｄを移動方向Ｘに移動させながら、映像投射装置２１によりスクリーン２２Ｄをレーザ光でスキャンすることで、移動方向Ｘに対して斜めに配置されているスクリーンに映像を描画するのと同じ状態となる。また、スクリーン２２Ｄを任意の位置で停止させた状態で、映像投射装置２１によりスクリーン２２Ｄをレーザ光でスキャンすれば、移動方向Ｘに対して直交するように配置されたスクリーンに映像を描画することができる。

ここにおいて、固定スクリーンであるスクリーン２２Ｅの表示面（表面又は裏面）と、可動スクリーンであるスクリーン２２Ｄの表示面（表面又は裏面）とで、映像表示面が構成される。

変形例７ではスクリーン２２Ｄが移動方向Ｘにおいて移動することで、スクリーン２２Ｅの裏面と、スクリーン２２Ｄの裏面２２２の位置とが、移動方向Ｘにおいてずれることになる。この場合でも、スクリーン２２Ｄを移動させる範囲は、光学素子３０が無い場合に比べて、スクリーン２２Ｅの裏面とスクリーン２２Ｄの裏面２２２との位置ずれを小さくでき、映像投射装置２１Ａの焦点深度を小さくできる。これにより、スクリーン２２Ｄの映像表示面２２１及び光学素子３０の出射面３２に表示される映像の解像度を向上でき、第１虚像３０１及び第２虚像３０２の解像度を向上させることができる。変形例７では、光学素子３０が配置されているスクリーン２２Ｅが固定スクリーンであり、光学素子３０が配置されていないスクリーン２２Ｄを移動させているので、駆動部５１の負荷を小さくできるが、その逆でもよい。つまり、光学素子３０が配置されていないスクリーン２２Ｄを固定スクリーンとし、光学素子３０が配置されているスクリーン２２Ｅを移動方向Ｘに移動させてもよい。また、実施形態１及び変形例１〜４において光学素子３０が配置されたスクリーン２２の全体を移動方向Ｘに移動させてもよい。また、光学素子３０の入射面３１にスクリーン２２Ｅが固定されているが、光学素子３０の出射面３２に光拡散部が固定されていてもよい。

また、上記実施形態において、「映像表示面」は、スクリーン２２〜２２Ｅにおいて画像を形成するための面であればよく、スクリーン２２〜２２Ｅの表面２２１に限らず、例えばスクリーン２２〜２２Ｅの裏面２２２であってもよい。更に、スクリーン２２〜２２Ｅの表面２２１（又は裏面２２２）の全域が「映像表示面」でなくてもよく、「映像表示面」はスクリーン２２〜２２Ｅの表面２２１（又は裏面２２２）の一部の領域であってもよい。この場合、画像はスクリーン２２〜２２Ｅの表面２２１（又は裏面２２２）のうち一部の領域にのみ形成される。

また、スクリーン２２〜２２Ｅは、表面２２１にのみ光拡散性を有する構成に限らず、例えば、裏面２２２にのみ、又は表面２２１及び裏面２２２の両方に光拡散性を有していてもよい。スクリーン２２〜２２Ｅの裏面２２２に光拡散性を有する場合、画像はスクリーン２２〜２２Ｅの裏面２２２に形成される。

また、表示装置１０は、自動車１００の進行方向の前方に設定された対象空間４００に虚像３００を投影する構成に限らず、例えば、自動車１００の進行方向の側方、後方、又は上方等に虚像３００を投影してもよい。

また、表示装置１０は、自動車１００に用いられるヘッドアップディスプレイに限らず、例えば、二輪車、電車、航空機、建設機械、及び船舶等、自動車１００以外の移動体にも適用可能である。さらに、表示装置１０は、移動体に限らず、例えば、アミューズメント施設で用いられてもよいし、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ：Head Mounted Display）等のウェアラブル端末、医療設備、又は据置型の装置として用いられてもよい。

（まとめ）
以上説明したように、第１の態様の表示装置（１０）は、映像表示部（２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ）と、光学素子（３０，３０Ａ，３０Ｂ）と、投影部（４０）とを備える。映像表示部（２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ）は映像を映像表示面（２２１，２２１Ｂ）に表示する。光学素子（３０，３０Ａ，３０Ｂ）は、映像表示面（２２１，２２１Ｂ）に表示される映像の一部である部分映像を、映像の投影方向（Ａ１）において映像表示部（２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ）から遠い位置に移動させる。投影部（４０）は、映像表示部（２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ）及び光学素子（３０，３０Ａ，３０Ｂ）から出力される光により対象空間（４００）に虚像（３００，３０１，３０２）を投影する。光学素子（３０，３０Ａ，３０Ｂ）は、部分映像が入射する入射面（３１）と、入射面（３１）から入射した部分映像が出射する出射面（３２，３２Ａ，３２Ｂ）と、を備える。入射面（３１）と出射面（３２，３２Ａ，３２Ｂ）とが平行である。

この構成によれば、映像表示面（２２１，２２１Ｂ）において光学素子（３０，３０Ａ，３０Ｂ）が配置されていない領域の映像によって形成される虚像（３０１）と、光学素子（３０，３０Ａ，３０Ｂ）の出射面の映像によって形成される虚像（３０２）との視距離を異ならせることができる。しかも、視距離を異ならせるために、映像表示部（２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ）が映像を表示させる映像表示面（２２１，２２１Ｂ）の位置を投影方向（Ａ１）において異ならせる必要がない。よって、映像表示部（２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ）の焦点深度が小さくなり、映像の解像度、すなわち虚像の解像度を向上させることができる。

第２の態様の表示装置（１０）では、第１の態様において、映像表示面（２２１，２２１Ｂ）の一部に光学素子（３０，３０Ａ，３０Ｂ）が配置されている。

この構成によれば、映像表示面（２２１，２２１Ｂ）において光学素子（３０，３０Ａ，３０Ｂ）が配置されている領域の映像を、投影方向（Ａ１）において移動させることができるので、視距離の異なる複数の虚像を投影できる。

第３の態様の表示装置（１０）では、第１又は２の態様において、映像表示面（２２１，２２１Ｂ）に複数の光学素子（３０Ａ，３０Ｂ）が配置されている。

この構成によれば、複数の光学素子（３０Ａ，３０Ｂ）の出射面（３２Ａ，３２Ｂ）に表示される映像によって、視距離が異なる複数の虚像を投影できる。

第４の態様の表示装置（１０）では、第１〜３のいずれかの態様において、映像表示部は、光を投射して映像表示面（２２１，２２１Ｂ）に結像させる投射装置（２０，２０Ａ，２０Ｃ，２０Ｄ）である。

この構成によれば、映像表示部（２０，２０Ａ，２０Ｃ，２０Ｄ）の焦点深度を小さくすることで、解像度が高い映像を映像表示面（２２１，２２１Ｂ）に表示させることができる。

第５の態様の表示装置（１０）では、第１〜３のいずれかの態様において、映像表示部は、映像を表示する映像表示装置（２０Ｂ）である。

この構成によれば、視距離を異ならせるために、映像表示部が映像を表示させる映像表示面の位置を投影方向において異ならせる必要がないから、１つの映像表示装置（２０Ｂ）で映像表示部を実現できる。

第６の態様の表示装置（１０）では、第１〜５のいずれかの態様において、光学素子（３０，３０Ａ，３０Ｂ）が、映像表示面（２２１，２２１Ｂ）に対して投影方向（Ａ１）の前方に配置されている。

この構成によれば、光学素子（３０，３０Ａ，３０Ｂ）は、映像表示面（２２１，２２１Ｂ）に表示される映像の一部を、投影方向（Ａ１）の前方に移動させることができる。また、映像表示面（２２１，２２１Ｂ）を１つのスクリーン又は映像表示装置で構成できる、という利点もある。

第７の態様の表示装置（１０）では、第１〜６のいずれかの態様において、光学素子（３０，３０Ａ，３０Ｂ）の出射面（３２，３２Ａ，３２Ｂ）に、光を拡散させる光拡散部（３３）が設けられている。

この構成によれば、出射面（３２，３２Ａ，３２Ｂ）に光拡散部（３３）が設けられているので、日光などの光が光拡散部（３３）に当たっても、光拡散部（３３）で拡散反射させることができる。

第８の態様の表示装置（１０）では、第１〜７のいずれかの態様において、映像表示面は、位置が固定された固定スクリーン（２２Ｅ）の表示面と、移動方向に移動可能な可動スクリーン（２２Ｄ）の表示面とを含む。固定スクリーン（２２Ｅ）に光学素子（３０）が設けられている。

この構成によれば、可動スクリーン（２２Ｄ）の映像により投影される虚像を、固定スクリーン（２２Ｅ）の映像により投影される虚像に対して傾けることができる。また、可動スクリーン（２２Ｄ）の映像により投影される虚像に比べて、固定スクリーン（２２Ｅ）の映像により投影される虚像の視距離を短くできる。

第２〜第８の態様に係る構成については、表示装置（１０）に必須の構成ではなく、適宜省略可能である。

第９の態様の移動体（１００）は、第１〜８のいずれかの態様の表示装置（１０）と、映像表示面（２２１，２２１Ｂ）からの光を反射する反射部材（１０１）と、を備える。

この構成によれば、虚像の解像度を向上させることができる表示装置（１０）を備えた移動体（１００）を提供できる。

１０ 表示装置
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ 映像表示部
２１，２１Ａ 映像投射装置（投射装置）
２２，２２Ｄ，２２Ｅ スクリーン
３０，３０Ａ，３０Ｂ 光学素子
３１ 入射面
３２，３２Ａ，３２Ｂ 出射面
３３ 光拡散部
４０ 投影光学系（投影部）
１００ 自動車（移動体）
１０１ ウインドシールド（反射部材）
２２１，２２１Ｂ 映像表示面
２２４ フラットパネルディスプレイ（映像表示装置）
２２５ バックライト（映像表示装置）
３００ 虚像
３０１ 第１虚像
３０２ 第２虚像

Claims (9)

1. 映像を映像表示面に表示する映像表示部と、
   前記映像表示面に表示される前記映像の一部である部分映像を、前記映像の投影方向において前記映像表示部から遠い位置に移動させる光学素子と、
   前記映像表示部及び前記光学素子から出力される光により対象空間に虚像を投影する投影部、とを備え、
   前記光学素子は、前記部分映像が入射する入射面と、前記入射面から入射した前記部分映像が出射する出射面と、を備え、
   前記入射面と前記出射面とが平行である
   表示装置。
2. 前記映像表示面の一部に前記光学素子が配置されている
   請求項１に記載の表示装置。
3. 前記映像表示面に複数の前記光学素子が配置されている
   請求項１又は２に記載の表示装置。
4. 前記映像表示部は、光を投射することによって前記映像表示面に前記映像を結像させる投射装置である
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の表示装置。
5. 前記映像表示部は、前記映像を表示する映像表示装置である
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の表示装置。
6. 前記光学素子が、前記映像表示面に対して前記投影方向の前方に配置されている
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の表示装置。
7. 前記光学素子の前記出射面に、光を拡散させる光拡散部が設けられている
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の表示装置。
8. 前記映像表示面は、位置が固定された固定スクリーンの表示面と、移動方向に移動可能な可動スクリーンの表示面とを含み、
   前記固定スクリーンの表示面に前記光学素子が設けられている
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の表示装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の表示装置と、
   前記映像表示面からの光を反射する反射部材と、を備える
   移動体。

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