JP4776669B2

JP4776669B2 - 表示装置および移動体

Info

Publication number: JP4776669B2
Application number: JP2008246649A
Authority: JP
Inventors: 直忠岡田; 一男堀内; 治彦奥村; 隆佐々木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-09-25
Filing date: 2008-09-25
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2028-09-25
Also published as: US20100073579A1; JP2010078860A

Description

本発明は、表示装置および移動体に関する。

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。

この様なヘッドアップディスプレイにおいては、車両や航空機等の移動体に表示装置を搭載する関係上、表示装置の小型化が要求されている。
一般に、移動体のフロントガラスは曲率寸法が小さく、表示輝度の高い画像を投映させるのに適した曲率寸法を有していない。この場合、表示輝度の高い画像を投映させるために大型の光学系（例えば、大型の凹面鏡など）を設けるものとすれば、表示装置の大型化を招くという問題がある。
ここで、ハーフミラーの機能を備えた各種の光学部材をフロントガラスに設ける技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

この場合、フロントガラスに凹面を有する光学部材を設け、反射部分における曲率寸法を大きくすれば、表示輝度の高い画像を投映させることができる。その結果、光学系の小型化を図ることができ、ひいては表示装置の小型化を図ることができる。
しかしながら、この様な光学部材を介して外部の背景視野の画像を観視した場合、背景視野の画像が歪んで見えるという新たな問題が生ずる。
特開平１１−２７１６６５号公報

本発明は、背景視野の画像が歪むことを抑制することができる表示装置および移動体を提供する。

本発明の一態様によれば、光学部材と、前記光学部材に対して光束を入射させる投映部と、を備え、前記光学部材は、凹曲面を有する凹部と、前記凹部の周囲に同心円状に設けられた凹曲面を有する複数の凸条部と、が形成された第１の主面と、前記第１の主面と対向する第２の主面であって、前記凹部と対向して設けられた凸曲面を有する凸部と、前記凸部の周囲に同心円状に設けられ、前記凹曲面を有する複数の凸条部と対向して設けられた凸曲面を有する複数の凸条部と、が形成された第２の主面と、を有する第１の光学層と、前記第１の光学層の第１の主面上に設けられた第２の光学層と、前記第１の光学層の第２の主面上に設けられた第３の光学層と、を備え、前記第１の光学層の屈折率は、前記第２の光学層の屈折率よりも高く、かつ前記第３の光学層の屈折率よりも高く、互いに対向する位置に設けられた前記凹曲面の曲率寸法と前記凸曲面の曲率寸法とが略同一であり、前記投映部は、前記光学部材の凹曲面が設けられた側の主面に対して光束を入射させ、背景視野の画像と、前記投映部による光学像と、を前記光学部材を介して観視者に観視させ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、光学部材と、前記光学部材に対して光束を入射させる投映部と、を備え、前記光学部材は、凹曲面を有する凹部と、前記凹部の周囲に同心円状に設けられた凹曲面を有する複数の凸条部と、が形成された主面を有する第４の光学層と、前記第４の光学層の前記主面上に設けられた半透過層と、前記半透過層の前記第４の光学層とは反対側の主面上に設けられた第５の光学層と、を備え、前記第４の光学層の屈折率と、前記第５の光学層の屈折率と、が略同一であり、前記半透過層は、入射する光束の一部を反射し、前記投映部は、前記光学部材の凹曲面が設けられた側の主面に対して光束を入射させ、背景視野の画像と、前記投映部による光学像と、を前記光学部材を介して観視者に観視させることを特徴とする表示装置が提供される。

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映される投映板と、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、背景視野の画像が歪むことを抑制することができる表示装置および移動体が提供される。

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の実施形態に係る光学部材を例示するための模式図である。なお、図１（ａ）は光学部材の平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ矢視断面図である。
図２は、比較例に係る光学部材を例示するための模式図である。なお、図２（ａ）は、比較例に係る光学部材を例示するための模式断面図、図２（ｂ）は、比較例に係る光学部材を投映板に設けた場合の作用について例示をするための模式断面図である。
まず、比較例に係る光学部材について例示をする。
図２（ａ）に示すように、薄板状を呈する光学部材５０の一方の主面には、凹部５０ａ、複数の凸条部５０ｂが設けられている。光学部材５０（凹部５０ａ、凸条部５０ｂ）は、透明または半透明の有機材料や無機材料などで形成され、入射する光束を透過させることができるようになっている。

凹部５０ａは、光学部材５０の略中央に設けられている。また、凸条部５０ｂは、凹部５０ａの周囲に同心円状に設けられている。また、凹部５０ａ、凸条部５０ｂの主面には凹曲面が設けられている。また、凹部５０ａ、凸条部５０ｂを覆うように薄膜状を呈する半透過部５１が設けられている。そのため、光学部材５０は、主面に入射する光束の一部を反射させるとともに、一部を透過させることができるようになっている。

凹部５０ａは、凹曲面を有する光学部材５２の中央部分と同じ表面形状を呈している。そのため、凹部５０ａの主面（凹曲面）は光学部材５２の当該部分と略同一の曲率寸法を有している。また、凸条部５０ｂは、光学部材５２を同心円状に切断し、同心円状に切断した光学部材５２の表面部分を平面上に並べたものと同様の形状をしている。そのため、凸条部５０ｂの凹曲面５０ｂ１も光学部材５２の当該部分と略同一の曲率寸法を有している。

すなわち、光学部材５０は、凹曲面を有する光学部材５２の光学的作用を変えることなく薄型化したものである。そして、光学部材５０は、その主面に設けられた半透過部５１により入射光を反射させることで凹面鏡として機能するようになっている。また、光学部材５０は、その主面に設けられた半透過部５１を入射光が透過する際に凹レンズとして機能するようになっている。

次に、光学部材５０を投映板２１０に設けた場合の作用について例示をする。
図２（ｂ）は、光学部材５０を投映板２１０（例えば、移動体のフロントガラスなど）に設け、図示しない投映部からの光束を入射させる場合を例示するものである。
図２（ｂ）に示すように、図示しない投映部から出射した光束Ｌ１は、光学部材５０に入射する。そして、光学部材５０の主面に設けられた半透過部５１により、その一部が反射されて光束Ｌ２となる。この際、光学部材５０は前述した凹面鏡としての機能を有しているので、光束Ｌ２は集光されることになる。そのため、表示輝度を高めることができる。また、図示しない投映部の消費電力の低減、光源の長寿命化を図ることができる。

ここで、光学部材５０をヘッドアップディスプレイに用いる場合には、観視者（例えば、操縦者など）が光学部材５０を介して外部の背景視野の画像を観視できるようになっている。しかしながら、前述したように光学部材５０は凹レンズの機能をも有しているので、透過する光束を屈折させてしまうことになる。そのため、透過する光束Ｌ３の方向が入射方向から所定の角度だけずれてしまうことになる。このことは、凸条部５０ｂにおいてより顕著となる。この様にして光学部材５０を透過する光束が入射方向から所定の角度だけずれてしまうと、外部の背景視野の画像が歪んで見えることになる。そして、外部の背景視野の画像が歪んで見えると、視認性が著しく低下するおそれがある。

次に、図１に戻って第１の実施形態に係る光学部材１について例示をする。
図１（ｂ）に示すように、薄板状を呈する光学部材１には、光学層２、光学層３、光学層４が設けられている。
光学層３は、光学層２の一方の主面の側に密着して設けられている。また、光学層４は、これと対向する主面の側に密着して設けられている。

光学層２の一方の主面には、凹部２ａ、複数の凸条部２ｂが設けられている。
また、図１（ａ）に示すように、凹部２ａは、光学部材１の略中央に設けられている。そして、凹部２ａは、平面視略円形を呈している。また、凸条部２ｂは、凹部２ａの周囲に同心円状に設けられている。また、凹部２ａ、凸条部２ｂの主面には凹曲面が設けられている。

凹部２ａは、前述した凹曲面を有する光学部材５２の中央部分と同じ表面形状を呈している。そのため、凹部２ａの主面（凹曲面）は光学部材５２の当該部分と略同一の曲率寸法を有している。また、凸条部２ｂは、前述した光学部材５２を同心円状に切断し、同心円状に切断した光学部材５２の表面部分を平面上に並べたものと同様の形状をしている。そのため、凸条部２ｂの主面２ｂ１も光学部材５２の当該部分と略同一の曲率寸法を有している。すなわち、凹部２ａ、凸条部２ｂは、凹曲面を有する光学部材５２の光学的作用を変えることなく薄型化したものである。
そのため、凹部２ａ、凸条部２ｂが設けられた側においては、入射する光束を反射させる際には凹面鏡として機能し、入射する光束を透過させる際には凹レンズとして機能するようになっている。

凹部２ａ、凸条部２ｂが設けられている主面と対向する側の主面には、凸部２ｃ、複数の凸条部２ｄが設けられている。凸部２ｃは、平面視略円形を呈している。また、凸部２ｃは、凹部２ａと同じ直径寸法を有し、凹部２ａと対向させて設けられている。
凸条部２ｄは、凸部２ｃの周囲に同心円状に設けられている。また、凸条部２ｄは、凸条部２ｂと同じ直径方向寸法を有し、凸条部２ｂと対向させて設けられている。

すなわち、光学層２は、一方の主面に設けられた凹曲面を有する凹部２ａと、凹部２ａの周囲に同心円状に設けられた凹曲面を有する複数の凸条部２ｂと、これらが設けられた主面と対向する側の主面に凹部２ａと対向させて設けられた凸曲面を有する凸部２ｃと、凸部２ｃの周囲に同心円状に設けられ、凹曲面を有する複数の凸条部２ｂと対向させて設けられた凸曲面を有する複数の凸条部２ｄと、を備えている。

また、凸部２ｃ、凸条部２ｄの表面形状と、凹部２ａ、凸条部２ｂの表面形状とは対称形状となっている。すなわち、凸部２ｃの主面は凸曲面となっており、凹部２ａの主面と略同一の曲率寸法を有している。また、凸条部２ｄの主面２ｄ１は凸曲面となっており、凸条部２ｂの主面２ｂ１と略同一の曲率寸法を有している。すなわち、互いに対向する位置に設けられた部分の凹曲面と凸曲面との曲率寸法が略同一となっている。

光学層２、光学層３、光学層４は、透明または半透明の有機材料や無機材料などで形成され、入射する光束を透過させることができるようになっている。ここで、光学層２の屈折率は、光学層３の屈折率よりも高く、かつ光学層４の屈折率よりも高いものとされている。この場合、光学層３の屈折率と、光学層４の屈折率と、を略同一とすることもできる。

光学層２は、例えば、高屈折率樹脂からなるものとすることができる。そのようなものとしては、例えば、高屈折率のＴｉＯ_２やＺｒＯ_２からなる粒径が５０ｎｍ以下の微粒子をエポキシ樹脂に混合したものなどを例示することができる。この様なものの場合には、１．８〜２．２程度の屈折率を得ることができる。また、ＴｉＯ_２やＺｒＯ_２などの高屈折材料をスパッタリング等の方法により光学層２の表面に成膜するようにしてもよい。なお、高屈折率を有するＴｉＯ_２（屈折率２．３）やＺｒＯ_２（屈折率２．０）の微粒子を用いる場合を例示したが、これに限定されるわけではない。例えば、ＩＴＯ（屈折率１．８５）、ＨｆＯ_２（屈折率１．９５）、Ｔａ_２Ｏ_５（屈折率２．１）等の各種の高屈折率材料を用いることができる。また、有機チタン材料等を用いてもよい。

光学層３、光学層４は、多孔性シリカ材料、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリアリレート（ＰＡ）、ポリサルフォン（ＰＳＵ）、ポリオレフィン（ＰＯ）等の各種透明材料、半透明材料からなるものとすることができる。ただし、これらに限定されるわけではなく、光学層２の材料よりも低い屈折率を有する透明材料または半透明材料を適宜選択することができる。

ここで、光学層２の屈折率を光学層３の屈折率よりも高くすれば、光学層３を介して入射する光束の一部を光学層２と光学層３との界面において反射させることができる。そのため、光学層２の凹部２ａ、凸条部２ｂが設けられた側においては、入射する光束を反射する際には凹面鏡の機能を有することになる。一方、入射する光束を透過する際には凹レンズの機能を有することになる。
これに対し、光学層２の凸部２ｃ、凸条部２ｄが設けられた側においては、透過する光束に対して凸レンズの機能を有することになる。

次に、光学部材１を投映板２１０に設けた場合の作用について例示をする。
図３は、光学部材１の作用を例示するための模式断面図である。
なお、図３は、光学部材１を投映板２１０（例えば、移動体のフロントガラスなど）に設け、図示しない投映部からの光束を入射させる場合を例示するものである。
図３に示すように、図示しない投映部から出射した光束Ｌ１は、光学部材１に入射する。そして、光学層２と光学層３との界面において、その一部が反射されて光束Ｌ２となる。この際、光学層２は、凹部２ａ、凸条部２ｂが設けられた側においては凹面鏡としての機能を有しているので、光束Ｌ２は集光されることになる。

ここで、光学層２の凹部２ａ、凸条部２ｂが設けられた側を光束が透過する際には、光学層２が凹レンズとして機能するため透過する光束が屈折する。しかしながら、光学層２の凸部２ｃ、凸条部２ｄが設けられた側を光束が透過する際には、光学層２が凸レンズとして機能するために凹レンズとして機能する場合と逆の方向に光束が屈折する。この場合、凹レンズとして機能する側（凹部２ａ、凸条部２ｂが設けられた側）と凸レンズとして機能する側（凸部２ｃ、凸条部２ｄが設けられた側）とは、対向する部分において略同一の曲率寸法を有しているので、互いに相殺される方向に透過する光束が屈折することになる。

そのため、光学部材１に入射する光束の方向と、光学部材１から出射する光束の方向とが略平行となるようにすることができる。また、光学層２の厚み寸法を薄くすることができるので、光学部材１に入射する光束の光軸と、光学部材１から出射する光束の光軸とのズレを少なくすることができる。

本実施の形態によれば、光学層２の凹部２ａ、凸条部２ｂが設けられた側においては、凹面鏡としての機能を有しているので、反射される光束Ｌ２を集光させることができる。そのため、表示輝度を高めることができる。また、図示しない投映部の消費電力の低減、光源の長寿命化を図ることができる。
また、凹レンズとして機能する側（凹部２ａ、凸条部２ｂが設けられた側）と凸レンズとして機能する側（凸部２ｃ、凸条部２ｄが設けられた側）とは、対向する部分において略同一の曲率寸法を有しているので、互いに相殺される方向に光束を屈折させることができる。そのため、外部の背景視野の画像が歪むことを抑制することができる。また、視認性を向上させることもできる。

図４は、第２の実施形態に係る光学部材を例示するための模式図である。なお、図４（ａ）は光学部材の平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視断面図である。
図４（ｂ）に示すように、薄板状を呈する光学部材１０には、光学層１２、光学層１３、半透過層１４が設けられている。
光学層１２の一方の主面には、凹部１２ａ、複数の凸条部１２ｂが設けられている。
また、図４（ａ）に示すように、凹部１２ａは、光学部材１０の略中央に設けられている。そして、凹部１２ａは、平面視略円形を呈している。また、凸条部１２ｂは、凹部１２ａの周囲に同心円状に設けられている。また、凹部１２ａ、凸条部１２ｂの主面には凹曲面が設けられている。

凹部１２ａは、前述した凹曲面を有する光学部材５２の中央部分と同じ表面形状を呈している。そのため、凹部１２ａの主面（凹曲面）は光学部材５２の当該部分と略同一の曲率寸法を有している。また、凸条部１２ｂは、前述した光学部材５２を同心円状に切断し、同心円状に切断した光学部材５２の表面部分を平面上に並べたものと同様の形状をしている。そのため、凸条部１２ｂの主面１２ｂ１も光学部材５２の当該部分と略同一の曲率寸法を有している。すなわち、凹部１２ａ、凸条部１２ｂは、凹曲面を有する光学部材５２の光学的作用を変えることなく薄型化したものである。
そのため、凹部１２ａ、凸条部１２ｂが設けられた側においては、入射する光束を反射させる際には凹面鏡として機能し、入射する光束を透過させる際には凹レンズとして機能するようになっている。

半透過層１４は、凹部１２ａ、凸条部１２ｂを覆うようにして設けられている。半透過層１４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。例えば、金属や誘電体からなる多層膜や、光反射性の材料（例えば、アルミニウムなど）を薄膜状に成膜したもの（例えば、スパッタリング法などを用いて膜厚１００ｎｍ〜５００ｎｍ程度に成膜したものなど）などとすることができる。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ものを適宜選択することができる。
光学層１３は、半透過層１４に密着させるようにして設けられている。

すなわち、光学部材１０は、一方の主面に設けられた凹曲面を有する凹部１２ａと、凹部１２ａの周囲に同心円状に設けられた凹曲面を有する複数の凸条部１２ｂと、を備える光学層１２と、凹部１２ａ、凸条部１２ｂが設けられた主面に設けられた半透過層１４と、半透過層１４の光学層１２に設けられた側と対向する側の主面に設けられた光学層１３と、を有している。

ここで、光学層１２、光学層１３は、透明または半透明の有機材料や無機材料などで形成され、入射する光束を透過させることができるようになっている。そして、光学層１２の屈折率と、光学層１３の屈折率とが略同一となるようになっている。
光学層１２、光学層１３の材料としては、多孔性シリカ材料、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリアリレート（ＰＡ）、ポリサルフォン（ＰＳＵ）、ポリオレフィン（ＰＯ）等の各種透明材料、半透明材料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、適宜変更することができる。

この場合、光学層１２の屈折率と、光学層１３の屈折率とが略同一となるように、光学層１２と光学層１３とが同じ材料で形成されるようにすることができる。ただし、光学層１２の屈折率と、光学層１３の屈折率とが略同一となれば、光学層１２と光学層１３とが異なる材料で形成されるようにすることもできる。

次に、光学部材１０を投映板２１０に設けた場合の作用について例示をする。
図５は、光学部材１０の作用を例示するための模式断面図である。
なお、図５は、光学部材１０を投映板２１０（例えば、移動体のフロントガラスなど）に設け、図示しない投映部からの光束を入射させる場合を例示するものである。

図５に示すように、図示しない投映部から出射した光束Ｌ１は、光学部材１０に入射する。そして、光学層１３を透過した光束Ｌ１は、半透過層１４において、その一部が反射されて光束Ｌ２となる。この際、光学層１２は、凹部１２ａ、凸条部１２ｂが設けられた側においては凹面鏡としての機能を有しているので、光束Ｌ２は集光されることになる。

ここで、光学層１２の屈折率と、光学層１３の屈折率とが略同一となっているので、光学層１２、光学層１３を透過する光束が屈折することが抑制される。そのため、光学層１２または光学層１３から入射した光束は、光学部材１０の内部を略直進することができる。

その結果、光学部材１０に入射する光束の方向と、光学部材１０から出射する光束の方向とが略平行となるようにすることができる。また、光学部材１０の厚み寸法を薄くすることができるので、光学部材１０に入射する光束の光軸と、光学部材１０から出射する光束の光軸とのズレを少なくすることができる。

本実施の形態によれば、光学層１２の凹部１２ａ、凸条部１２ｂが設けられた側においては、凹面鏡としての機能を有しているので、反射される光束Ｌ２を集光させることができる。そのため、表示輝度を高めることができる。また、図示しない投映部の消費電力の低減、光源の長寿命化を図ることができる。
また、光学層１２の屈折率と、光学層１３の屈折率とが略同一となっているので、光学層１２または光学層１３から入射した光束は、光学部材１０の内部を略直進することができる。また、光学部材１０の厚み寸法を薄くすることができる。そのため、入射する光束の方向と出射する光束の方向とを略平行とすることができる。また、入射する光束の光軸と出射する光束の光軸とのズレを少なくすることができる。その結果、外部の背景視野の画像が歪むことを抑制することができる。また、視認性を向上させることもできる。

次に、本実施の形態に係る表示装置について例示をする。
図６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６に示すように、本実施の形態に係る表示装置２０は、投映部１１３、光束制御部１２０、画像検出部１３０、制御部１４０を備えている。また、投映板２１０には、本実施形態に係る光学部材１（または光学部材１０）が設けられている。なお、投映部１１３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。

投映部１１３は、映像情報を含む光束１１２を出射する。また、投映部１１３は、運行情報などの各種映像情報を光学像として投映させる。投映部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映する。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映する。ただし、投映部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。

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表示領域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、表示領域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映部１１３、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、投映板２１０に設けられた光学部材１（または光学部材１０）、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、投映部１１３、画像処理部１６０、駆動部１２５が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２０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、表示領域１１２ａを観視者１００の目１０５の部分に限定することができれば、表示輝度を上げ、また、低消費電力化、光源の長寿命化を図ることができる。しかしながら、表示領域１１２ａを目１０５の部分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、表示領域１１２ａを片目だけの狭い範囲とする場合には、表示領域１１２ａと片目との位置合わせが重要となる。

本実施の形態によれば、観視者１００の特定の部位の位置（特に目１０５の位置）を解析し、これに基づいて光束１１２を入射させることができる。そのため、表示領域１１２ａが狭い範囲であっても表示領域１１２ａと観視者１００の特定の部位の位置（特に目１０５の位置）との位置合わせを正確に行うことができる。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の入射位置（表示領域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、投映部１１３に映像情報を含む光束１１２を出射させる。
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、表示領域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）と表示領域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。

投映板２１０は、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。また、投映板２１０には、前述した光学部材１（または光学部材１０）が設けられている。この場合、光学部材の凹曲面が設けられた側の主面に対して投映部１１３からの光束が入射されるような向きに設けられる。例えば、光学部材１においては、凹部２ａ、凸条部２ｂが設けられた側の主面に対して投映部１１３からの光束が入射されるように設けられる。また、光学部材１０においては、凹部１２ａ、凸条部１２ｂが設けられた側の主面に対して投映部１１３からの光束が入射されるように設けられる。
また、表示装置２０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）を投映板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、本実施の形態に係る表示装置２０の作用について例示をする。
まず、図６に示すように、制御部１４０からの電気信号に基づいて、投映部１１３から光束１１２が出射される。また、投映部１１３から出射される光束１１２には映像情報が含まれている。

投映部１１３から出射された光束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、光学部材１（または光学部材１０）に入射する。この際、光学部材１（または光学部材１０）の凹曲面が設けられた側の主面に対して光束が入射することになる。光学部材１（または光学部材１０）に入射した光束１１２は、その一部が反射されて表示領域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）に表示領域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、投映板２１０に設けられた光学部材１（または光学部材１０）、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、投映部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、前述した光学要素は、技術的に可能な範囲で兼用・置換・削除が可能である。

本実施の形態によれば、前述した光学部材１（または光学部材１０）が凹面鏡としての機能を有しているので、反射される光束１１２を集光させることができる。そのため、表示輝度を高めることができる。また、投映部１１３の消費電力の低減、光源の長寿命化を図ることができる。
また、光学部材１（または光学部材１０）に入射する光束１１２の方向と出射する光束１１２の方向とを略平行とすることができる。また、入射する光束１１２の光軸と出射する光束１１２の光軸とのズレを少なくすることができる。そのため、外部の背景視野の画像が歪むことを抑制することができる。また、視認性を向上させることもできる。

また、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１１２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２０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、表示領域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。

図７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７に示すように、表示装置３０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３０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１１２を入射させることができる。この表示装置３０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８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８に示すように、表示装置４０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７に例示をした表示装置３０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表示領域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、表示領域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の曲率によっても表示領域１１２ａの位置を制御することができる。そのため、表示領域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。

なお、前述した光学部材１（または光学部材１０）が凹面鏡としての機能を有しているので、必ずしも第２のミラー１２４に換えて凹面ミラー１２７を用いる必要はない。ただし、凹面ミラー１２７を用いるものとすれば、さらに高輝度で視認性の良い表示を実現できる。

図９は、第６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６０には、投映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。このような構成にすれば、表示装置６０の小型化を図ることができる。

図１０は、第７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７０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、表示領域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の位置と表示領域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、表示領域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映板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。投映板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。また、外部の背景視野の画像が歪むことを抑制することができるので、視認性を向上させることができる。

次に、本実施の形態に係る移動体について例示をする。
図１１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１１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、投映板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）が投映される投映板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、外部の背景視野の画像が歪むことを抑制することができるので、視認性を向上させることができる。また、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。そのため、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２０、表示装置３０、表示装置４０、表示装置６０、表示装置７０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。

第１の実施形態に係る光学部材を例示するための模式図である。比較例に係る光学部材を例示するための模式図である。光学部材の作用を例示するための模式断面図である。第２の実施形態に係る光学部材を例示するための模式図である。光学部材の作用を例示するための模式断面図である。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。第６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７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。

符号の説明

１光学部材、２光学層、２ａ凹部、２ｂ凸条部、２ｂ１主面、２ｃ凸部、２ｄ凸条部、２ｄ１主面、３光学層、４光学層、１０光学部材、１２光学層、１２ａ凹部、１２ｂ凸条部、１２ｂ１主面、１３光学層、１４半透過層、２０表示装置、３０表示装置、４０表示装置、６０表示装置、５２光学部材、７０表示装置、１００観視者、１０５目、１１２光束、１１２ａ表示領域、１１３投映部、１２０光束制御部、１３０画像検出部、１４０制御部、１５０撮像部、２１０投映板、５１０移動体

Claims

光学部材と、
前記光学部材に対して光束を入射させる投映部と、
を備え、
前記光学部材は、
凹曲面を有する凹部と、前記凹部の周囲に同心円状に設けられた凹曲面を有する複数の凸条部と、が形成された第１の主面と、
前記第１の主面と対向する第２の主面であって、前記凹部と対向して設けられた凸曲面を有する凸部と、前記凸部の周囲に同心円状に設けられ、前記凹曲面を有する複数の凸条部と対向して設けられた凸曲面を有する複数の凸条部と、が形成された第２の主面と、
を有する第１の光学層と、
前記第１の光学層の第１の主面上に設けられた第２の光学層と、
前記第１の光学層の第２の主面上に設けられた第３の光学層と、
を備え、
前記第１の光学層の屈折率は、前記第２の光学層の屈折率よりも高く、かつ前記第３の光学層の屈折率よりも高く、
互いに対向する位置に設けられた前記凹曲面の曲率寸法と前記凸曲面の曲率寸法とが略同一であり、
前記投映部は、前記光学部材の凹曲面が設けられた側の主面に対して光束を入射させ、
背景視野の画像と、前記投映部による光学像と、を前記光学部材を介して観視者に観視させることを特徴とする表示装置。
光学部材と、
前記光学部材に対して光束を入射させる投映部と、
を備え、
前記光学部材は、
凹曲面を有する凹部と、前記凹部の周囲に同心円状に設けられた凹曲面を有する複数の凸条部と、が形成された主面を有する第４の光学層と、
前記第４の光学層の前記主面上に設けられた半透過層と、
前記半透過層の前記第４の光学層とは反対側の主面上に設けられた第５の光学層と、
を備え、
前記第４の光学層の屈折率と、前記第５の光学層の屈折率と、が略同一であり、
前記半透過層は、入射する光束の一部を反射し、
前記投映部は、前記光学部材の凹曲面が設けられた側の主面に対して光束を入射させ、
背景視野の画像と、前記投映部による光学像と、を前記光学部材を介して観視者に観視させることを特徴とする表示装置。
前記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または２に記載の表示装置。
前記観視者の特定の部位の位置は、前記観視者の目の位置であることを特徴とする請求項３記載の表示装置。
前記観視者の特定の部位の位置は、前記観視者の片方の目の位置であることを特徴とする請求項３記載の表示装置。
前記観視者の特定の部位の位置を解析する画像検出部をさらに備え、
前記光束制御部は、前記解析された特定の部位の位置に基づいて、前記光束の入射位置を変化させることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１つに記載の表示装置。
前記第２の光学層の屈折率と、前記第３の光学層の屈折率と、が略同一であること、を特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の表示装置。
請求項１〜７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映される投映板と、
を備えたことを特徴とする移動体。