JP2019215495A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のスクリーンを有する表示装置において、光の利用効率を維持しつつ黒浮きを抑制して、高効率に高品質の画像を表示することが可能である表示装置を提供する。【解決手段】光源１１と、前記光源から出射される出射光の光路上に設けられた第１のスクリーン１３と、前記光路上に設けられ、前記光源からの前記光路上の距離が前記第１のスクリーンよりも長い第２のスクリーン１７と、前記光源と前記第２のスクリーンとの間の前記光路上に設けられ、前記第２のスクリーンに向かう前記出射光の向きを変化させる偏向光学系と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、表示装置に関する。

透光性の表示部材に画像を表示する表示装置であるヘッドアップディスプレイが知られている。例えば、移動体の運転席付近に設けられたヘッドアップディスプレイは、コンバイナ又はフロントガラスに画像を投影して移動体の前方に虚像として表示する。例えば、ヘッドアップディスプレイによって、ナビゲーション情報等の運転支援情報が表示される。

当該運転支援情報は、当該移動体の運転者からは車両前方の景色に重なって視認される。従って、ヘッドアップディスプレイは、運転者の視線をほとんど移動させることなく、運転者に当該運転支援情報を提供することができる。

例えば、特許文献１には、第１投影光と第２投影光とを含む投影光を受光するスクリーン装置であって、第１投影光を受けて結像し、前記第１投影光が表す第１の像を表示する第１スクリーンと、前記第１投影光よりも結像するまでの距離が長い第２投影光を受けて結像し、前記第２投影光が表す第２の像を表示する第２スクリーンと、前記第１スクリーンが前記第１投影光を受けた面の反対の面から、前記第１の像の表示に伴い射出される光が、前記第２スクリーンに到達することを防止する光遮蔽部と、を備えるスクリーン装置が開示されている。

特開２０１７−１５７７６号公報

特許文献１のような複数のスクリーンを有するスクリーン装置において、光遮蔽部によって拡散された光が迷光となり、形成される画像領域に白い靄のようなものが生じる、いわゆる「黒浮き」が発生する可能性があることが課題の一例として挙げられる。

また、特許文献１のようなスクリーン装置では、光遮蔽部によって遮蔽された光は画像の表示に使われず、光の利用効率が低下する可能性があることが課題の一例として挙げられる。

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、複数のスクリーンを有する表示装置において、光の利用効率を維持しつつ黒浮きを抑制して、高効率に高品質の画像を表示することが可能である表示装置を提供することを目的の一つとしている。

請求項１に記載の発明は、光源と、前記光源から出射される出射光の光路上に設けられた第１のスクリーンと、前記光路上に設けられ、前記光源からの前記光路上の距離が前記第１のスクリーンよりも長い第２のスクリーンと、前記光源と前記第２のスクリーンとの間の前記光路上に設けられ、前記第２のスクリーンに向かう前記出射光の向きを変化させる偏向光学系と、を有する。

実施例１に係る表示装置を用いて虚像表示を行う態様の一例を示す図である。 実施例１に係る表示装置の一部を示す斜視図である。 実施例１に係る表示装置の一部を示す平面図である。 実施例１に係る表示装置の一部を示す断面図である。 実施例１に係る表示装置の一部を示す上面図である。 実施例２に係る表示装置を用いて虚像表示を行う態様の一例を示す図である。 実施例２に係る表示装置の一部を示す斜視図である。 実施例２に係る表示装置の一部を示す断面図である。 実施例２に係る表示装置の一部を示す上面図である。 実施例３に係る表示装置を用いて虚像表示を行う態様の一例を示す図である。 実施例３に係る表示装置の一部を示す斜視図である。 実施例３に係る表示装置の一部を示す側面図である。 実施例３に係る表示装置の一部を示す側面図である。 実施例３に係る表示装置によって表示された虚像の一例を示す図である。 実施例３に係る表示装置によって表示された虚像の一例を示す図である。

以下に本発明の実施例について詳細に説明する。なお、以下の説明及び添付図面においては、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符号を付している。

図１は、実施例１に係る表示装置１０及び表示装置１０を用いて虚像を表示する態様の一例を模式的に示す図である。本実施例において、表示装置１０が車両の運転席付近に搭載されている例について説明する。図１中に、表示装置１０の構成の概略を示す側面図を示している。図１において、当該虚像の観察者である運転者の眼ＥＹ、フロントガラスＦＷ、フロントガラスＦＷを用いて投影される第１の虚像ＶＧ１及び第２の虚像ＶＧ２を表示装置１０と共に示している。

本実施例では、図１に示すように、第１の虚像ＶＧ１は、長方形の一方の長辺に半円形の切欠きが形成されている形状を有している。第２の虚像ＶＧ２は、第１の虚像ＶＧ１の当該切欠きに対応した形状を有している。このように、第１の虚像ＶＧ１と第２の虚像ＶＧ２とは相補的な形状を有している。

光源１１は、表示装置１０によって表示される画像を形成し得る光を光出射口１１Ａから出射する光源装置である。例えば、光源１１は、所定の照射領域をレーザ光で走査するレーザ走査型プロジェクタである。例えば、光源１１は、パルス光を出射することが可能である光源装置であってもよい。

例えば、光源１１は、運転支援情報を示す文字及び画像となる出射光を出射する。光出射口１１Ａは、例えば、光走査装置及び開口部又は光透過性の窓部を含み、走査光が当該開口部又は窓部から出射される。

以下、表示装置１０において、光源１１から光が出射される方向を前方とし、その反対の方向を後方として説明する。また、当該前後方向をＸ方向、図１の紙面に垂直な方向をＹ方向、Ｘ方向及びＹ方向に垂直な方向をＺ方向として説明する。図１中、光源１１の光出射口１１Ａから出射された出射光を出射光ＥＬ１及び出射光ＥＬ２として示している。

第１のスクリーン１３は、例えば、マイクロレンズアレイ、ホログラフィックディフューザ又は拡散板等の板状の透過型スクリーンである。第１のスクリーン１３は、光源１１からの出射光ＥＬ１の光路上に設けられており、出射光ＥＬ１を透過させつつ拡散する。より詳細には、第１のスクリーン１３は、光源１１と対向している一方の面で出射光ＥＬ１を受光し、当該出射光ＥＬ１を散乱及び拡散して他方の面から当該出射光ＥＬ１に応じた画像を表示するための投影光ＳＬ１を出射する。

また、第１のスクリーン１３は、第１の虚像ＶＧ１に対応した形状を有している。すなわち、第１のスクリーン１３の長方形の板面の一方の長辺に半円形の切欠きが形成されている。図１中の投影光ＳＬ１は、出射光ＥＬ１が第１のスクリーン１３を透過した投影光を示している。投影光ＳＬ１は、第１の虚像ＶＧ１に対応している。また、出射光ＥＬ２は、第１のスクリーン１３の半円形の切欠きを通過する。

第２のスクリーン１７は、マイクロレンズアレイ、ホログラフィックディフューザ又は拡散板等の板状の透過型スクリーンである。第２のスクリーン１７は、光源１１から出射される出射光の光路上に設けられており、当該光路上の光源１１と第１のスクリーンとの距離よりも光源１１からの距離が長い位置に設けられている。

第２のスクリーン１７は、第１のスクリーン１３の切欠きを通過した出射光ＥＬ２の光路上に設けられている。すなわち、出射光ＥＬ２は、第２のスクリーン１７に向かう出射光である。

第２のスクリーン１７は、出射光ＥＬ２を透過させつつ拡散する。より詳細には、第２のスクリーン１７は、光源１１と対向している一方の面で出射光ＥＬ２を受光し、当該出射光ＥＬ２を散乱及び拡散して他方の面から当該出射光ＥＬ２に応じた画像を表示するための投影光ＳＬ２を出射する。

また、第２のスクリーン１７は、第２の虚像ＶＧ２に対応した形状を有している。すなわち、第２のスクリーン１７の板面は、第１のスクリーン１３の板面の一方の長辺に形成された切欠きに対応した半円形の形状を有している。従って、第１のスクリーン１３と第２のスクリーン１７とは相補的な形状を有している。

図１中の投影光ＳＬ２は、出射光ＥＬ２が第２のスクリーン１７を透過した投影光を示している。投影光ＳＬ２は、第２の虚像ＶＧ２に対応している。

第１のミラー１９は、投影光ＳＬ１及び投影光ＳＬ２の光路上に設けられた反射部材である。例えば、第１のミラー１９は、合成樹脂やガラス材料からなる基材の表面に蒸着等の手段により反射膜が形成された部材である。第１のミラー１９は、入射した投影光ＳＬ１及び投影光ＳＬ２が後方に向かって反射されるように配置されている。

第２のミラー２１は、第１のミラー１９によって反射された投影光ＳＬ１及び投影光ＳＬ２の光路上に設けられた反射部材である。例えば、第２のミラー２１は、合成樹脂やガラス材料からなる基材の表面に蒸着等の手段により反射膜が形成された部材である。第２のミラー２１は、第２のミラー２１に入射した投影光ＳＬ１及び投影光ＳＬ２が前方に向かって反射されるように配置されている。

第３のミラー２３は、第２のミラー２１によって反射された投影光ＳＬ１及び投影光ＳＬ２の光路上に設けられた凹面鏡である。第３のミラー２３は、第２のミラー２１によって反射された投影光ＳＬ１及び投影光ＳＬ２をフロントガラスＦＷに向けて反射するように配置されている。

図１に示すように、第１のスクリーン１３を透過した投影光ＳＬ１は、第１のミラー１９、第２のミラー２１及び第３のミラー２３によって反射され、フロントガラスＦＷによって反射されて運転者の眼ＥＹによって視認される第１の虚像ＶＧ１を形成する。第１の虚像ＶＧ１は、光源１１から出射された出射光ＥＬ１によって第１のスクリーン１３に投影された画像に応じた虚像となる。

また、第２のスクリーン１７を透過した投影光ＳＬ２は、第１のミラー１９、第２のミラー２１及び第３のミラー２３によって反射され、フロントガラスＦＷによって反射されて運転者の眼ＥＹによって視認される第２の虚像ＶＧ２を形成する。第２の虚像ＶＧ２は、光源１１から出射された出射光ＥＬ２によって第２のスクリーン１７に投影された画像に応じた虚像となる。

第１の虚像ＶＧ１及び第２の虚像ＶＧ２は、車両の前方の景色である前景に重なって視認される。また、図１に示すように、第２の虚像ＶＧ２は、第１の虚像ＶＧ１よりも運転者から見て手前側にあるように視認される。なお、フロントガラスＦＷは、自動車のダッシュボード上に配された透光性を有する板状のイメージコンバイナであってもよい。

第１の虚像ＶＧ１及び第２の虚像ＶＧ２は、例えば、ナビゲーション情報等の運転支援情報である。例えば、第１の虚像ＶＧ１はナビゲーション情報であってもよく、第２の虚像ＶＧ２は、注意喚起のための情報であってもよい。

図２は、図１中の光源１１、第１のスクリーン１３及び第２のスクリーン１７の構成を示す斜視図である。上述したように、第１のスクリーン１３は、長方形の一方の長辺側に半円形の切欠き１３Ａを有している。また、上述したように、光源１１からの出射光ＥＬ１が第１のスクリーン１３を透過して拡散されて投影光ＳＬ１となる。

偏向光学系としてのレンズ２５は、半円形の表面形状を有するレンズである。より詳細には、レンズ２５は、両凸レンズを当該両凸レンズの光軸を通りレンズ面に垂直な面で切断した形状を有している。

レンズ２５は、光源１１と第２のスクリーン１７との間の、出射光ＥＬ２の光路上に設けられている。また、レンズ２５は、第１のスクリーン１３の切欠き１３Ａに収まるように設けられている。

本実施例において、レンズ２５は、第１のスクリーン１３とは別体であり、図示しない固定部材で図示しない支持体に固定されて、当該切欠き１３Ａに収まるように設けられている。なお、レンズ２５は、第１のスクリーン１３と一体的に形成されていてもよい。

光源１１からの出射光ＥＬ２は、第１のスクリーン１３の切欠き１３Ａを通過する。すなわち、出射光ＥＬ２は、レンズ２５に照射される。レンズ２５は、当該出射光ＥＬ２を集光する（集束させる）。従って、レンズ２５は、出射光ＥＬ２を集光する集光光学系である。また、レンズ２５は、光源１１からの出射光ＥＬ２の向きを変化させる偏向光学系であるともいえる。

第２のスクリーン１７は、光源１１からの光路上の距離が第１のスクリーン１３よりも長い位置に設けられている。レンズ２５によって集光された出射光ＥＬ２が第２のスクリーン１７に照射される。このように、光源１１からの出射光ＥＬ２はレンズ２５を経て第２のスクリーン１７を透過して拡散されて投影光ＳＬ２となる。

図３は、光源１１の出射口１１Ａから見た第１のスクリーン１３及び第２のスクリーン１７を模式的に示す図である。説明のため、図３において、レンズ２５を省略して示している。

図３に示すように、第１のスクリーン１３は、切欠き１３Ａを有している。本実施例において、第１のスクリーン１３は、線対称な形状を有している。第２のスクリーン１７は、第１のスクリーン１３の切欠き１３Ａに対応する形状を有している。すなわち、第１のスクリーン１３と第２のスクリーン１７とは、相補的な形状を有している。また、本実施例において、第２のスクリーン１７は、第１のスクリーン１３の切欠き１３Ａよりも小さく、第１のスクリーン１３と第２のスクリーン１７とは光出射口１１Ａから見て互いに離間している。

図４は、表示装置１０の断面図である。より詳細には、図４は、第１のスクリーン１３の線対称の対称軸１３Ｘを通り第１のスクリーン１３の板面に垂直な面で切断した表示装置１０の断面図である。図４は、光源１１、第１のスクリーン１３、第２のスクリーン１７及びレンズ２５の断面を示しており、第１のミラー１９、第２のミラー２１及び第３のミラー２３については省略している。

説明のため、図４において、出射光ＥＬ１、出射光ＥＬ２及び投影光ＳＬ１の経路をそれぞれ一本の実線で模式的に示し、これらが照射されている領域の端部を破線によって模式的に示している。また、投影光ＳＬ１が照射されている領域及びレンズ２５を通過した出射光ＥＬ２が照射されている領域にハッチングを施して示している。

上述したように、出射光ＥＬ１は、第１のスクリーン１３を透過しつつ拡散されて投影光ＳＬ１となる。また、上述したように、出射光ＥＬ２は、第１のスクリーン１３の切欠き１３Ａを通過し、すなわち、レンズ２５を経て、第２のスクリーン１７に照射される。

図４に示すように、第１のスクリーン１３を経た投影光ＳＬ１は拡散している。しかし、当該拡散した投影光ＳＬ１は、第２のスクリーン１７には到達していない。すなわち、第２のスクリーン１７は、拡散した投影光ＳＬ１が到達しない位置に設けられている。

本実施例においては、図３に示したように、第２のスクリーン１７の板面は、第１のスクリーン１３の切欠き１３Ａよりも小さく、光出射口１１Ａから見て第１のスクリーン１３から離間するように配置されている。このように、表示装置１０は、第２のスクリーン１７に投影光ＳＬ１が到達しないように構成されている。

従って、第２のスクリーン１７に投影された画像に応じて虚像ＶＧ２（図１参照）が形成される際に、投影光ＳＬ１の影響が抑制される。具体的には、第２のスクリーン１７に投影光ＳＬ１が照射された場合に、虚像ＶＧ２の中に白く光る部分が生じるような、いわゆる「黒浮き」と呼ばれる現象の発生が抑制される。

さらに、図４に示すように、切欠き１３Ａを通過した出射光ＥＬ２は、レンズ２５によって集光されて第２のスクリーン１７に到達している。従って、切欠き１３Ａに到達した出射光ＥＬ２の殆ど全てが第２のスクリーン１７に到達している。

例えば、第２のスクリーン１７を切欠き１３Ａよりも小さい構成とすることに伴って、出射光ＥＬ２のうち虚像の生成に使用されない出射光が生じたり、それによって、投影光ＳＬ２によって形成される画像の画素数が損なわれたりすることを抑制することができる。つまり、第２のスクリーン１７の板面が切欠き１３Ａよりも小さくても、レンズ２５が設けられていることで、出射光ＥＬ２を高効率で利用することができる。

図５は、図１の表示装置１０のうち破線で囲まれた部分Ａの上面図である。より詳細には、図５は、図１及び図２を参照して説明した光源、第１のスクリーン１３、第２のスクリーン１７及びレンズ２５を、図１におけるＺ方向から見た状態を模式的に示している。

図５において、図４の場合と同様に、出射光ＥＬ１、出射光ＥＬ２、及び投影光ＳＬ１の経路をそれぞれ一本の実線で模式的に示し、これらが照射される領域の端部を破線によって模式的に示している。また、投影光ＳＬ１が照射される領域及びレンズ２５を通過した出射光ＥＬ２が照射される領域にハッチングを施して示している。

投影光ＳＬ１は、レンズ２５を挟んで両側に見える第１のスクリーン１３よりも広範囲に広がっている。一方、第２のスクリーン１７は、当該両側から広がってきた投影光ＳＬ１が到達しない位置に設けられている。

上述したように、本実施例においては、第２のスクリーン１７の板面が第１のスクリーン１３の切欠き１３Ａよりも十分に小さく、第２のスクリーン１７に投影光ＳＬ１が到達し難いように構成されている（図３参照）。具体的には、第２のスクリーン１７は、投影光ＳＬ１が照射される領域内に入らないように小さく構成されている。好ましくは、第２のスクリーン１７の端部は、当該領域から所定の距離以上離間している。このように、図５からも、投影光ＳＬ１は、第２のスクリーン１７には照射され難く、いわゆる「黒浮き」と呼ばれる現象の発生が抑制されているといえる。

また、図５に示すように、切欠き１３Ａを通過した出射光ＥＬ２は、レンズ２５によって集光されて第２のスクリーン１７に到達している。従って、切欠き１３Ａに到達した出射光ＥＬ２の殆ど全てが、第２のスクリーン１７に到達している。従って、第２のスクリーン１７の板面が切欠き１３Ａよりも小さくても、出射光ＥＬ２を高効率で利用することができる。

なお、本実施例においてレンズ２５が設けられていない場合には、第１のスクリーン１３の切欠き１３Ａを通過した出射光ＥＬ２は、集光されずに第２のスクリーン１７に向かって進む。この場合、当該出射光ＥＬ２の一部は、第２のスクリーン１７に照射されない。第２のスクリーンに照射されない光は、虚像の生成に利用されず、出射光ＥＬ２の利用効率が低くなる。

さらに、本実施例において、レンズ２５が設けられていないことに加えて、第２のスクリーン１７の板面が第１のスクリーン１３の切欠き１３Ａよりも十分に小さくない場合には、投影光ＳＬ１が第２のスクリーン１７に照射され易くなる。

例えば、光源１１から見て第１のスクリーン１３との間に間隙が無く、第２のスクリーン１７が、第１のスクリーン１３の切欠き１３Ａと同等の大きさ及び形状である場合に、第２のスクリーン１７に投影光ＳＬ１が照射される。このような場合には、第２のスクリーン１７に対応して生成される虚像中に白く光る部分が生じる、「黒浮き」と呼ばれる現象が発生し易くなる。このように、従来生じていた現象が、本実施例においては抑制される。

なお、本実施例において、偏向光学系としてのレンズ２５が設けられ、レンズ２５は出射光ＥＬ２を集光する集光光学系である場合について説明したが、これに限られない。レンズ２５に代えて、集光しない光学系を用いてもよい。すなわち、偏向光学系として、出射光ＥＬ２の向きを変化させる１以上の光学部材が設けられていればよい。例えば、出射光ＥＬ２の向きを第１のスクリーン１３から遠ざかる方向に変化させる光学部材が設けられていてもよい。

なお、本実施例において、集光光学系としてのレンズ２５が両凸レンズを切断した形状である例について説明したが、これに限られない。レンズ２５に代えて、円形の表面形状を有する両凸レンズ等の、光を集束させる性質を有する他の光学部材が備えられていてもよい。

また、集光光学系は、レンズ２５に代えて、複数の光学部材を含む光学系であってもよい。例えば、凹レンズ、シリンドリカルレンズ等の光学部材を含んでいてもよい。例えば、集光光学系は、複数の凸レンズ及び複数の凹レンズが組み合わされたものであってもよく、出射光ＥＬ２を集光するように設けられていればよい。すなわち、集光光学系は、当該集光光学系を経た出射光ＥＬ２が集光されるように構成されていればよい。

また、レンズ２５が設けられる位置は、第１のスクリーン１３の切欠き１３Ａに収まる位置である例について説明したが、これに限られない。集光光学系としてのレンズ２５は、光源１１と第２のスクリーン１７との間の、光源１１からの出射光の光路上であって、第１のスクリーン１３よりも光源１１に近い位置又は第１のスクリーン１３よりも光源１１から遠い位置に設けられていてもよい。

なお、本実施例における第１の虚像ＶＧ１及び第２の虚像ＶＧ２の形状については、表示装置１０によって表示される虚像の形状の一例として示している。当該虚像の形状は、光源１１からの出射光の出射の態様及び第１のスクリーン１３の形状及び第２のスクリーン１７の形状に応じて様々な形状の虚像を表示することができる。

なお、本実施例のように、第１のスクリーン１３と第２のスクリーン１７とが相補的な形状を有しており、全体として長方形の形状を有していることで、当該長方形の領域に対して、レーザ走査型プロジェクタである光源１１による走査を行うことができる。すなわち、複数のスクリーンが相補的な形状を有していることで、当該複数のスクリーンが組み合わされた全体の形状に対して光源からの出射光を照射することができる。従って、例えば走査型プロジェクタによる走査において、出射光の利用効率を確保し易い。

なお、本実施例の第１のミラー１９及び第２のミラー２１を設ける構成は一例であり、第１のミラー１９及び第２のミラー２１を設けなくともよい。例えば、第１のミラー１９及び第２のミラー２１を設けることで、狭いスペースでも光源１１からの出射光の光路長を確保することができ、光路長を長くするほど、画像を拡大することが可能となる。

以上、詳細に説明したように、本実施例の表示装置１０によれば、光源１１からの距離が第１のスクリーン１３よりも長い第２のスクリーン１７と光源１１との間の光路上に設けられたレンズ２５によって、集束された出射光ＥＬ２を第２のスクリーン１７に照射することができる。

これによって、第２のスクリーン１７に到達した際の、出射光ＥＬ２の照射される面積を小さくしつつ、出射光ＥＬ２の損失を抑制することができる。従って、画素数を低下させることなく、第２のスクリーン１７を小さくすることができる。

第２のスクリーン１７を小さくすることで、第１のスクリーン１３によって拡散された投影光ＳＬ１が第２のスクリーン１７に到達することを抑制することができる。従って、いわゆる「黒浮き」の発生が抑制される。

従って、複数のスクリーンを有する表示装置において、光の利用効率を維持しつつ黒浮きを抑制して、高効率に高品質の画像を表示することが可能である表示装置を提供することができる。

図６は、実施例２に係る表示装置３０及び表示装置３０を用いて虚像を表示する態様の一例を模式的に示す図である。本実施例において、表示装置３０が車両の運転席付近に搭載されている例について説明する。図６中に、表示装置３０の構成の概略を示す側面図を示している。

図６において、虚像の観察者である運転者の眼ＥＹ、フロントガラスＦＷ、フロントガラスＦＷを用いて投影される第１の虚像ＶＧ１及び第２の虚像ＶＧ２を表示装置３０と共に示している。

表示装置３０は、ミラー１９及びレンズ２５を有しておらず、反射部材３１を有している点において表示装置１０と異なる。また、表示装置３０において、第１のスクリーン１３及び第２のスクリーン１７の設けられている位置が表示装置１０とは異なっている。その余の点については、表示装置３０は表示装置１０と同様に構成されている。

本実施例では、図１に示した例と同様に、第１の虚像ＶＧ１は、長方形の一方の長辺に半円形の切欠きが形成されている形状を有している。第２の虚像ＶＧ２は、第１の虚像ＶＧ１の当該切欠きに対応した形状を有している。すなわち、第１の虚像ＶＧ１と第２の虚像ＶＧ２とは相補的な形状を有している。

以下、表示装置３０において、光源１１から光が出射される方向を前方とし、その反対の方向を後方として説明する。また、当該前後方向をＸ方向、図６の紙面に垂直な方向をＹ方向、Ｘ方向及びＹ方向に垂直な方向をＺ方向として説明する。図６中、図１の場合と同様に、光源１１の光出射口１１Ａからの出射光を出射光ＥＬ１及び出射光ＥＬ２として示している。

反射部材３１は、出射光ＥＬ１及び出射光ＥＬ２の光路上に設けられた反射部材である。例えば、反射部材３１は、合成樹脂やガラス材料からなる基材の表面に蒸着等の手段により反射膜が形成された部材である。反射部材３１は、出射光ＥＬ１及び出射光ＥＬ２が後方に向かって反射されるように配置されている。

図６に示すように、反射部材３１によって反射された出射光ＥＬ１は、第１のスクリーン１３を経て投影光ＳＬ１となり、第２のミラー２１及び第３のミラー２３によって反射される。そして、当該投影光ＳＬ１は、フロントガラスＦＷによって反射されて運転者の眼ＥＹによって視認される第１の虚像ＶＧ１を形成する。第１の虚像ＶＧ１は、出射光ＥＬ１によって第１のスクリーン１３に投影された画像に応じた虚像となる。

反射部材３１によって反射された出射光ＥＬ２は、第２のスクリーン１７を経て投影光ＳＬ２となり、第２のミラー２１及び第３のミラー２３によって反射される。そして、当該投影光ＳＬ２は、フロントガラスＦＷによって反射されて運転者の眼ＥＹによって視認される第２の虚像ＶＧ２を形成する。第２の虚像ＶＧ２は、出射光ＥＬ２によって第２のスクリーン１７に投影された画像に応じた虚像となる。

図７は、図６中の光源１１、第１のスクリーン１３、第２のスクリーン１７及び反射部材３１の構成を示す斜視図である。実施例１の場合と同様に、第１のスクリーン１３は、半円形の切欠き１３Ａを有している。また、第２のスクリーン１７は、第１のスクリーン１３の切欠き１３Ａに対応する形状を有している。

図７に示すように、反射部材３１は、直方体の板状をベースとした形状を有しており、一方の板面に反射膜が形成された面である反射面３１Ａを有している。反射部材３１の反射面３１Ａの長方形の板面の一方の長辺側に、凹部３３が形成されている。凹部３３の表面には、反射膜が形成された面である凹面鏡３３Ａが形成されている。反射面３１Ａは、第１のスクリーン１３に対応した線対称な形状を有している。また、凹部３３は、第１のスクリーン１３の切欠き１３Ａに対応した形状を有している。

光源１１の光出射口１１Ａからの出射光ＥＬ１は、反射部材３１の反射面３１Ａによって反射されて第１のスクリーン１３Ａに照射される。その後、出射光ＥＬ１は、第１のスクリーン１３を透過しつつ拡散されて投影光ＳＬ１となる。

出射光ＥＬ２は、反射部材３１の凹部３３に形成された凹面鏡３３Ａによって反射されて第１のスクリーン１３の切欠き１３Ａを通過し、第２のスクリーン１７に照射される。すなわち、第２のスクリーン１７は、光源１１からの光路上の距離が第１のスクリーン１３よりも長い位置に設けられている。その後、出射光ＥＬ２は、第２のスクリーン１７を透過しつつ拡散されて投影光ＳＬ２となる。

出射光ＥＬ２は、偏向光学系としての凹面鏡３３Ａによって反射されて集光（集束）される。すなわち、凹面鏡３３Ａは、出射光ＥＬ２を集光する集光光学系である。また、反射膜３３は、出射光ＥＬ２の向きを変化させる偏向光学系であるともいえる。

図８は、反射面３１Ａの線対称の対称軸３１Ｘ及び第１のスクリーン１３の線対称の対称軸１３Ｘを通る面で切断した表示装置３０の断面図である。図８は、第１のスクリーン１３、第２のスクリーン１７及び反射部材３１の断面を示しており、第２のミラー２１及び第３のミラー２３については省略している。また、図８において、光源１１を模式的に示している。

説明のため、図８において、出射光ＥＬ１、出射光ＥＬ２、投影光ＳＬ１及び投影光ＳＬ２の経路をそれぞれ一本の実線で示し、これらが照射される領域の端部を破線で示している。また、投影光ＳＬ１が照射される領域及び凹面鏡３３Ａによって反射された出射光ＥＬ２が照射される領域にハッチングを施して示している。

出射光ＥＬ１は、反射面３１Ａによって反射されて第１のスクリーン１３に照射される。当該出射光ＥＬ１は、第１のスクリーン１３を透過しつつ拡散されて投影光ＳＬ１となる。

出射光ＥＬ２は、凹面鏡３３Ａによって反射される際に集光されて第２のスクリーン１７に照射される。当該集光された出射光ＥＬ２は、第２のスクリーン１７を透過しつつ拡散されて投影光ＳＬ２となる。

図８に示すように、第１のスクリーン１３を経た投影光ＳＬ１は拡散している。しかし、当該拡散した投影光ＳＬ１は、第２のスクリーン１７には到達していない。すなわち、第２のスクリーン１７は、拡散した投影光ＳＬ１が到達しない位置に設けられている。

本実施例においては、図３に示したように、第２のスクリーン１７の板面は、第１のスクリーン１３の切欠き１３Ａよりも小さく、光出射口１１Ａから見て第１のスクリーン１３から離間するように配置されている。このように、表示装置３０は、第２のスクリーン１７に投影光ＳＬ１が到達しないように構成されている。

従って、第２のスクリーン１７に投影された画像に応じて虚像ＶＧ２（図６参照）が形成される際に、投影光ＳＬ１の影響が抑制される。具体的には、第２のスクリーン１７に投影光ＳＬ１が照射された場合に、虚像ＶＧ２の中に白く光る部分が生じるような、いわゆる「黒浮き」と呼ばれる現象の発生が抑制される。

さらに、出射光ＥＬ２は、凹面鏡３３Ａによって反射される際に集光されて第２のスクリーン１７に到達している。従って、凹面鏡３３Ａに到達した出射光ＥＬ２の殆ど全てが第２のスクリーン１７に到達している。

例えば、第２のスクリーン１７を切欠き１３Ａよりも十分に小さくして拡散した投影光ＳＬ１が到達しない位置に設けることに伴って、出射光ＥＬ２のうち虚像の形成に使用されない出射光が生じて光の利用効率が低下したり、投影光ＳＬ２によって形成される画像の画素数が損なわれたりすることが懸念される。本実施例においては、凹面鏡３３Ａに到達した出射光ＥＬ２の殆ど全てを第２のスクリーン１７に到達させて利用することで、利用効率を維持しつつ、高品質の画像を表示することができる。

図９は、図６の表示装置３０のうち破線で囲まれた部分Ｂの上面図である。より詳細には、図９は、図６及び図７を参照して説明した光源１１、第１のスクリーン１３、第２のスクリーン１７及び反射部材３１を、図６におけるＺ方向から見た状態を模式的に示している。図９において、切欠き１３Ａを挟んで両側に第１のスクリーン１３の上端部が示されている。

図９においても、第１のスクリーン１３を透過して拡散された投影光ＳＬ１は、第２のスクリーン１７には到達していない。また、凹面鏡３３Ａに到達した出射光ＥＬ２の殆ど全てが第２のスクリーン１７に到達している。

すなわち、出射光ＥＬ２を高い効率で利用しつつ、投影光ＳＬ１が第２のスクリーン１７に到達して生じる黒浮きの発生を抑制できることが、図９からも確認できる。

なお、本実施例において、凹部３３は、反射部材３１と一体的に形成されている例について説明したが、これに限られない。凹部３３と反射部材３１とは、別体で設けられていてもよい。例えば、凹部３３は、反射部材３１に固定されていてもよく、反射部材３１とは別の部分に固定されていてもよい。

なお、本実施例において、出射光ＥＬ２を反射する際に集光する偏向光学系として凹面鏡３３Ａが設けられている例について説明したが、凹面鏡３３Ａに代えて、他の光学部材が設けられていてもよい。例えば、当該偏向光学系は、複数の光学部材が組み合わされたものであってもよい。当該偏向光学系には、凹面鏡又は他の曲面ミラーが含まれていてもよく、出射光ＥＬ２を反射する際に集光して広がりを抑制するように構成されていればよい。

以上、説明したように、本実施例の表示装置３０によれば、光源１１からの距離が第１のスクリーン１３よりも長い第２のスクリーン１７と光源１１との間の光路上に設けられた凹面鏡３３Ａによって、集束された出射光ＥＬ２を第２のスクリーン１７に照射することができる。

これによって、第２のスクリーン１７に到達した際の、出射光ＥＬ２の照射される面積を小さくするとともに、出射光ＥＬ２の損失を抑制することができる。従って、第２のスクリーン１７を小さくすることができる。

第２のスクリーン１７を小さくすることで、第１のスクリーン１３によって拡散された投影光ＳＬ１が第２のスクリーン１７に到達することを抑制することができる。従って、いわゆる「黒浮き」の発生が抑制される。

従って、複数のスクリーンを有する表示装置において、光の利用効率を維持しつつ黒浮きを抑制して、高効率に高品質の画像を表示することが可能である表示装置を提供することができる。

図１０は、実施例３に係る表示装置４０及び表示装置４０を用いて虚像を表示する態様の一例を模式的に示す図である。本実施例において、表示装置４０が車両の運転席付近に搭載されている例について説明する。図１０中に、表示装置３０の構成の概略を示す側面図を示している。

図１０において、虚像の観察者である運転者の眼ＥＹ、フロントガラスＦＷ、フロントガラスＦＷを用いて投影される第１の虚像ＶＧ３及び第２の虚像ＶＧ４を表示装置４０と共に示している。

表示装置４０は、第１のスクリーン１３及び第２のスクリーン１７の代わりに第１のスクリーン４１及び第２のスクリーン４３を有している点において実施例１の表示装置１０と異なる。また、表示装置４０は、レンズ２５の代わりにレンズ４５を有している点において表示装置１０と異なる。その余の点については、表示装置４０は表示装置１０と同様に構成されている。

本実施例では、第１の虚像ＶＧ３は、長方形の形状を有している。第２の虚像ＶＧ２は、円形の形状を有している。また、第１の虚像ＶＧ３と第２の虚像ＶＧ４との間の距離は可変である。

以下、表示装置４０において、光源１１から光が出射される方向を前方とし、その反対の方向を後方として説明する。また、当該前後方向をＸ方向、図１０の紙面に垂直な方向をＹ方向、Ｘ方向及びＹ方向に垂直な方向をＺ方向として説明する。図１０中、図１の場合と同様に、光源１１の光出射口１１Ａからの出射光を出射光ＥＬ１及び出射光ＥＬ２として示している。

第１のスクリーン４１は、例えば、マイクロレンズアレイ、ホログラフィックディフューザ又は拡散板等の板状の透過型スクリーンである。第１のスクリーン４１は、光源１１からの出射光ＥＬ１が照射される位置に設けられており、出射光ＥＬ１を透過させつつ拡散する。また、第１のスクリーン４１は、第１の虚像ＶＧ３に対応した形状を有している。

第２のスクリーン４３は、マイクロレンズアレイ、ホログラフィックディフューザ又は拡散板等の板状の透過型スクリーンである。第２のスクリーン４３は、光源１１と第１のスクリーンとの距離よりも光源１１からの距離が長い位置に設けられている。第２のスクリーン４３は、出射光ＥＬ２が照射される位置に設けられ、当該出射光ＥＬ２を透過させつつ拡散する。また、第２のスクリーン４３は、第２の虚像ＶＧ２に対応した形状を有している。

偏向光学系としてのレンズ４５は、光源１１と第２のスクリーン４３との間の、出射光ＥＬ２の光路上に設けられている。レンズ４５は、円形の凸レンズであり、出射光ＥＬ２を集光する（集束させる）。従って、レンズ４５は、出射光ＥＬ２を集光する集光光学系である。また、レンズ４５は、光源１１からの出射光ＥＬ２の向きを変化させる偏向光学系であるともいえる。レンズ２５によって集光された出射光ＥＬ２は第２のスクリーン４３を透過しつつ拡散されて投影光ＳＬ２となる。

図１０に示すように、第１のスクリーン４１を透過した投影光ＳＬ１は、第１のミラー１９、第２のミラー２１及び第３のミラー２３によって反射され、フロントガラスＦＷによって反射されて運転者の眼ＥＹによって視認される第１の虚像ＶＧ３を形成する。第１の虚像ＶＧ３は、出射光ＥＬ１によって第１のスクリーン４１に投影された画像に応じた虚像となる。

また、第２のスクリーン４３を透過した投影光ＳＬ２は、第１のミラー１９、第２のミラー２１及び第３のミラー２３によって反射され、フロントガラスＦＷによって反射されて運転者の眼ＥＹによって視認される第２の虚像ＶＧ４を形成する。第２の虚像ＶＧ４は、出射光ＥＬ２によって第２のスクリーン４３に投影された画像に応じた虚像となる。

図１１は、表示装置４０の光源１１、第１のスクリーン４１、第２のスクリーン４３及びレンズ４５の構成を示す斜視図である。図１１に示すように、レンズ４５は、第１のスクリーン４１の上方に配置されている。レンズ４５は、図示しない固定部材によって表示装置４０内に固定されている。

また、レンズ４５は、図示しない駆動機構に接続されている。レンズ４５は、当該駆動機構によって駆動されて移動する。例えば、レンズ４５は、回転軸ＬＸを中心に回転する。当該回転によって、レンズ４５によって集光された出射光ＥＬ２の向きが変化する。すなわち、偏向光学系としてのレンズ４５は、出射光ＥＬ２を方向可変に偏向可能に構成されている。

第２のスクリーン４３は、図示しない駆動機構に接続されており、レンズ４５の移動による出射光ＥＬ２の向きの変化に応じて移動する。例えば、第２のスクリーン４５は、レンズ４５の回転による出射光ＥＬ２の偏向方向の変化に応じて、出射光ＥＬ２が照射される位置に移動する。すなわち、第２のスクリーン４３は、レンズ４５による出射光ＥＬ２の偏向方向に応じて移動可能に設けられている。

図１２Ａは、図１０の表示装置４０のうち破線で囲まれた部分Ｃの拡大図である。すなわち、図１２Ａは、光源１１、第１のスクリーン４１、第２のスクリーン４３及びレンズ４５の側面図である。

図１２Ａにおいて、出射光ＥＬ１、出射光ＥＬ２及び投影光ＳＬ１の経路をそれぞれ一本の実線で模式的に示し、これらが照射される領域の端部を破線によって模式的に示している。また、投影光ＳＬ１が照射される領域及びレンズ４５を通過した出射光ＥＬ２が照射される領域にハッチングを施して示している。

図１２Ａに示すように、第１のスクリーン４１を経た投影光ＳＬ１は拡散している。しかし、当該拡散した投影光ＳＬ１は、第２のスクリーン４３には到達していない。すなわち、第２のスクリーン１７は、拡散した投影光ＳＬ１が到達しない位置に設けられている。

本実施例においては、第２のスクリーン４３の板面は、レンズ４５よりも小さく、第１のスクリーン４１から離間して設けられている。すなわち、第２のスクリーン４３は、投影光ＳＬ１が到達しないように構成されている。

従って、第２のスクリーン４３に投影された画像に応じて虚像ＶＧ４（図１０参照）が形成される際に、投影光ＳＬ１の影響が抑制される。第２のスクリーン４３に投影光ＳＬ１が照射された場合に、虚像ＶＧ４の中に白く光る部分が生じるような、いわゆる「黒浮き」と呼ばれる現象の発生が抑制される。

加えて、図１２Ａに示すように、出射光ＥＬ２は、レンズ４５によって集光されて第２のスクリーン４３に到達している。従って、レンズ４５に到達した出射光ＥＬ２の殆ど全てが第２のスクリーン４３に到達している。

従って、出射光ＥＬ２のうち虚像ＶＧ４の形成に使用されない出射光が生じる等の、出射光ＥＬ２の利用効率の低下は起こり難い。つまり、出射光ＥＬ２を高効率で利用することができる。

図１２Ｂは、図１２Ａにおいてレンズ４５が回転して移動した状態を示している。また、図１２Ｂにおいて、レンズ４５の回転に伴って、第２のスクリーン４３も移動した状態を示している。

図１２Ｂにおいても、投影光ＳＬ１は、第２のスクリーン４３に到達していない。また、レンズ４５に到達した出射光ＥＬ２の殆ど全てが第２のスクリーン４３に到達している。

このように、レンズ４５及び第２のスクリーン４３を移動させても、出射光ＥＬ２の利用効率を維持しつつ、いわゆる「黒浮き」等の影響の少ない高品質の画像として虚像ＶＧ３及びＶＧ４を表示することができる。換言すれば、第２のスクリーン４３に投影光ＳＬ１が到達しない範囲内でレンズ４５及び第２のスクリーン４３の移動方向及び移動量を決定すればよい。

図１３は、フロントガラスＦＷから車両の運転者によって視認される外景５０に重畳して、表示装置４０によって表示された虚像ＶＧ３及びＶＧ４の一例を示す図である。図１３において、虚像ＶＧ３は上方に位置し、虚像ＶＧ４は虚像ＶＧ３の下方に位置している。

虚像ＶＧ３は、周囲の道路情報を表示している。虚像ＶＧ３には、例えば、地図情報などの運転に関する情報が表示されていても良い。また、図１３において、虚像ＶＧ４は、ナビゲーション情報を表示している。

図１３は、平常時の運転状況における運転支援の画像を示している。平常時において、虚像ＶＧ４が示すナビゲーション情報を特に強調する必要は無く、虚像ＶＧ４は虚像ＶＧ３から離れた位置に表示されている。

例えば、図１２Ｂに示したように、レンズ４５が移動して出射光ＥＬ２の向きが第１のスクリーン４１から離れる方向に変更されている場合に、図１３に示すような位置関係で虚像ＶＧ３及び虚像ＶＧ４を表示することができる。

図１４は、外景５０に重畳して、表示装置４０によって表示された虚像ＶＧ３及びＶＧ４の別の例を示す図である。図１４において、虚像ＶＧ３中に、車道に向かっている歩行者の画像５１が表示されている。そして、当該歩行者が飛び出してくる可能性に対する注意喚起の表示が虚像ＶＧ４によって示されている。注意喚起のため、虚像ＶＧ４は虚像ＶＧ３に近い位置に表示されている。すなわち、図１４は、注意喚起の必要な運転状況における運転支援の画像を示している。

例えば、図１２Ａに示したように、レンズ４５が移動せずに、レンズ４５のレンズ面と第１のスクリーン４１とが平行に配置されている際に、図１４に示すような位置関係で虚像ＶＧ３及び虚像ＶＧ４を表示することができる。このように、虚像ＶＧ３と虚像ＶＧ４との位置関係を、運転状況等の状況に応じて変更することができる。

なお、本実施例において、レンズ４５が回転して移動する例について説明したが、レンズ４５の移動は回転に限られない。例えば、レンズ４５は、レンズ面に平行に移動可能に設けられていてもよい。例えば、レンズ４５は、図１２Ａにおいて第１のスクリーン４１の板面に平行な方向であって上下方向に移動可能に設けられていてもよい。

すなわち、レンズ４５は、出射光ＥＬ２を方向可変に偏向可能に構成されていればよい。これによって、出射光ＥＬ２に対応して表示される虚像の位置を可変とすることができればよい。また、第２のスクリーン４７は、レンズ４５の回転に応じて移動可能であるかまたはレンズ４５の駆動する範囲に応じた大きさで構成されていればよい。

また、レンズ４５が設けられる位置は、第１のスクリーン４１の上方であってレンズ４５のレンズ面と第１のスクリーン４１とが平行になる位置である例について説明したが、これに限られない。レンズ４５は、光源１１と第２のスクリーン４３との間の光源１１からの出射光の光路上であって、第１のスクリーン４１よりも光源１１に近い位置又は光源１１から遠い位置に設けられていてもよい。

以上、説明したように本実施例の表示装置４０によれば、レンズ４５を移動可能に設け、出射光ＥＬ２を方向可変に偏向可能に構成し、当該出射光ＥＬ２の偏向方向に応じて第２のスクリーン４３を移動させ、虚像ＶＧ４が視認される際の位置を変更することができる。当該レンズ４５及び第２のスクリーン４３の移動の条件を、投影光ＳＬ１が第２のスクリーン４３に到達しない範囲内とすることで、レンズ４５及び第２のスクリーン４３が移動した際にも、黒浮きを抑制し、かつ、レンズ４５に到達した出射光ＥＬ２の殆ど全てを第２のスクリーン４３に到達させることができる。従って、虚像ＶＧ４の位置を変更しても、出射光の利用効率を維持しつつ、高品質な画像を表示させることができる。

なお、上記の実施例１乃至３において、偏向光学系としてのレンズ２５、凹面鏡３３Ａ又はレンズ４５が設けられる例について説明したが、これらの実施例において説明した例に限られない。偏向光学系として、第２のスクリーンに向かう出射光の向きを変化させる光学部材が設けられていればよい。また、偏向光学系は、複数の光学部材が組み合わされたものであってもよい。

なお、実施例１乃至３において、光源１１がレーザ走査型プロジェクタである例について説明したが、これに限られない。例えば、光源１１として、投影型のプロジェクタが用いられてもよい。この場合、第２のスクリーンに到達する出射光の光路長を、第１のスクリーンに到達する出射光の光路長と同一か又は当該光路長よりも短くすることが好ましい。

上述した実施例における構成は例示に過ぎず、用途等に応じて適宜選択及び変更可能である。

１０、３０、４０ 表示装置
１１ 光源
１１Ａ 光出射口
１３、４１ 第１のスクリーン
１３Ａ 切欠き
１７、４３ 第２のスクリーン
１９ 第１のミラー
２１ 第２のミラー
２３ 第３のミラー
２５、４５ レンズ
３１ 反射部材
３１Ａ 反射面
３３ 凹部
３３Ａ 凹面鏡
ＦＷ フロントガラス
ＶＧ１ 第１の虚像
ＶＧ２ 第２の虚像
ＥＬ１、ＥＬ２ 出射光
ＳＬ１、ＳＬ２ 投影光

Claims (9)

1. 光源と、
   前記光源から出射される出射光の光路上に設けられた第１のスクリーンと、
   前記光路上に設けられ、前記光源からの前記光路上の距離が前記第１のスクリーンよりも長い第２のスクリーンと、
   前記光源と前記第２のスクリーンとの間の前記光路上に設けられ、前記第２のスクリーンに向かう前記出射光の向きを変化させる偏向光学系と、を有する表示装置。
2. 前記光源は前記出射光を出射する光出射口を有し、前記第１のスクリーンと前記第２のスクリーンとは、前記光出射口から見て互いに離間している請求項１に記載の表示装置。
3. 前記偏向光学系は、前記出射光を集光する集光光学系を含む請求項１又は２に記載の表示装置。
4. 前記第１のスクリーンと前記第２のスクリーンとは、相補的な形状を有している請求項１乃至３のいずれか１に記載の表示装置。
5. 前記第１のスクリーンは切欠きを有し、
   前記偏向光学系は、前記切欠きを通過する光を集束させるように構成されている請求項４に記載の表示装置。
6. 前記偏向光学系は凸レンズを含む請求項１乃至５に記載の表示装置。
7. 前記偏向光学系は凹面鏡を含む請求項１乃至５に記載の表示装置。
8. 前記偏向光学系は、前記出射光を方向可変に偏向可能に構成されている請求項１乃至７のいずれか１項に記載の表示装置。
9. 前記第２のスクリーンは、前記偏向光学系による前記出射光の偏向方向に応じて移動可能に設けられている請求項８に記載の表示装置。

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