JP5075776B2 - 表示装置及び移動体 - Google Patents

Description

本発明は、表示装置及び移動体に関する。

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。 ここで、表示領域を単に広くすると表示輝度の低下を招くおそれがある。また、広い表示領域において表示輝度の低下を抑制しようとすると、消費電力が増加したり、光源の寿命が低下したりするおそれがある。
そこで、表示領域を必要な部分（例えば、操縦者の目の部分など）に限定することで表示輝度の低下を抑制し、また、低消費電力化、光源の長寿命化を図るようにしている（例えば、特許文献１を参照）。

しかしながら、特許文献１に開示がされた技術では視覚的効果を考慮した表示を行うことができなかった。例えば、外部の背景視野の画像と同化させた方が好ましい表示と、近距離で立体感のある表示をさせた方が好ましい表示とが区別なく同様に表示されていた。 そのため、表示する情報の内容によっては視認がしづらく、円滑で効率の高い運行が阻害されるおそれがあった。
特開平３−２１７３３９号公報

本発明は、視覚的効果を考慮した表示を行うことができる表示装置及び移動体を提供する。

本発明の一態様によれば、映像情報を含む光束を出射する投映部と、前記投映部から出射した光束の方向を変化させる反射体と、前記投映部から出射した光束の光軸に直交する方向の断面寸法を変化させて、単眼視と両眼視との切換を可能とした領域制御部と、を備え、前記領域制御部は、前記映像情報の内容に応じて、前記単眼視と前記両眼視との切換を行う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、映像情報を含む光束を形成する画像形成部を有し、前記画像形成部における使用領域を変化させることにより前記光束の出射位置を変化させて、単眼視と両眼視との切換を可能とした投映部と、前記投映部から出射した前記光束の方向を変化させる反射体と、
を備えた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、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、視覚的効果を考慮した表示を行うことができる表示装置及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の実施形態に係る表示装置を例示するための模式図である。
図１に示すように、本実施の形態に係る表示装置１０は、光束生成部１１０、光束制御部１２０、画像検出部１３０、制御部１４０を備えている。なお、光束生成部１１０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。また、光束生成部１１０において生成された光束１１２は、投映板２１０を経て、観視者１００の頭部１０４に到達するようになっている。

光束生成部１１０は、投映部１１３、領域制御部１１４、レンズ１１９ａ、レンズ１１９ｂを備えている。

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反射体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。

領域制御部１１４は、投映部１１３の光束が出射する側と対向させて設けられている。そして、投映部１１３から出射した光束１１２の光軸に直交する方向の断面寸法を制御する（発散角を制御する）ことで表示領域１１２ａの大きさを変化させる。そして、表示領域１１２ａの大きさを変化させることで、後述する単眼視と両眼視との切換を行う。

領域制御部１１４としては、例えば、投映部１１３から出射した光束１１２を透過させる透過部と、光束１１２の一部を遮光する遮光部と、を有し、この遮光部により光束１１２の一部を遮光することで、光束１１２の光軸に直交する方向の断面寸法を制御する（発散角を制御する）ものなどを例示することができる。なお、領域制御部１１４の詳細については後述する。

レンズ１１９ａは、領域制御部１１４の入射側に設けられている。そして、投映部１１３から出射した光束１１２を平行光線に変換して領域制御部１１４に入射させる。
レンズ１１９ｂは、領域制御部１１４の出射側に設けられている。そして、領域制御部１１４から出射した光束１１２を集光し、反射体１２７に向けて出射させる。

光束制御部１２０は、反射体１２７、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。

反射体１２７は、凹状の反射面を有している。また、反射体１２７は、いわゆるハーフミラーとなっている。そのため、入射する光束１１２の一部を反射し、一部を透過させることができる。また、反射体１２７は、レンズ１１９ｂから出射した光束１１２を反射させて光束１１２の方向を変化させる。

また、反射体１２７には、駆動部１２５が接続されている。また、駆動部１２５により反射体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、反射体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、反射体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。
また、設置時やメンテナンス時などに投映部１１３、領域制御部１１４、レンズ１１９ａ、レンズ１１９ｂ、反射体１２７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、反射体１２７の背面側に設けられている。そのため、撮像部１５０は、ハーフミラーである反射体１２７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。

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、反射体１２７としてハーフミラーを例示したが、可視光を反射し赤外光を透過するもの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と反射体１２７との間に設けられている。調整レンズ１５１は、反射体１２７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。
また、観視者１００の瞳の位置を解析することで観視者１００が観視している方向や位置を知ることができる。そのため、観視者１００がどの表示を観視しようとしているのか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。また、後述するように、領域制御部１１４に設けられた駆動部が制御部１４０と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を制御することで反射体１２７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。

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は、領域制御部１１４に設けられた駆動部に光束１１２の光軸に直交する方向の断面寸法（発散角）を制御させる。なお、光束１１２の光軸に直交する方向の断面寸法（発散角）の制御については後述する。

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、光束１１２を反射可能な部材とすることができる。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。この場合、フロントガラスの一部に高反射部２１１を設け（例えば、図１２を参照）、その部分で光束１１２が反射されるようにすることもできる。また、表示装置１０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、領域制御部１１４についてさらに例示をする。
まず、視覚的効果を考慮した表示について例示をする。
図２は、視覚的効果を例示するための模式図である。なお、図２（ａ）はいわゆる両眼視の場合、図２（ｂ）はいわゆる単眼視の場合である。
図２（ａ）に示すように、観視者１００が両方の目１０５で表示を観視する場合（両眼視の場合）には、右目と左目とでは視方向Ｐが異なる。この視方向Ｐの角度差が両眼視差となる。そして、両眼視差があると、観視者１００は立体感を知覚することができる。
そのため、両眼視の場合には、両眼視差が大きくなる近距離の表示の方が立体感を感じやすくなる。一方、表示（虚像）が遠距離にある場合には両眼視差が小さくなるので立体感を感じ難くなる。例えば、３メートル程度以内の表示の場合には立体感を感じやすくなる。また、観視者１００が両方の目１０５で表示を観視する場合（両眼視の場合）には、距離感が固定されやすくなる。

これに対し、図２（ｂ）に示すように、観視者１００が片方の目１０５で表示を観視する場合（単眼視の場合）には、両眼視差がないので立体感を感じにくくなる。しかしながら、遠距離にある表示（虚像）と外部の背景視野の画像とを同化させやすくなる。また、観視者１００が片方の目１０５で表示を観視する場合（単眼視の場合）には、表示（虚像）までの距離によって距離感が変化する。

この様に、観視者１００が両方の目１０５で表示を観視する場合（両眼視の場合）と片方の目１０５で表示を観視する場合（単眼視の場合）とでは、視覚的効果が異なるものとなる。

この場合、例えば、速度計や燃料計などの表示の場合には、距離感が固定されていたり、立体感を持たせることで目立たせたりすることが好ましい。そのため、この様な表示の場合には、観視者１００が両方の目１０５で表示を観視できるようにすることが好ましい。

一方、例えば、運行方向を案内する表示などの場合には、外部の背景視野の画像と同化させたり、表示（虚像）までの距離によって距離感を変化させたりすることが好ましい。そのため、この様な表示の場合には、観視者１００が片方の目１０５で表示を観視できるようにすることが好ましい。

そこで、本実施の形態においては、投映部１１３から出射した光束１１２の光軸に直交する方向の断面寸法を制御する（発散角を制御する）ことで表示領域１１２ａの大きさを変化させて、両眼視の場合と単眼視の場合とを切り換えることができるようにしている。すなわち、表示領域１１２ａの大きさを大きくすることで観視者１００の両方の目１０５に光束１１２が入射するようにしている。また、表示領域１１２ａの大きさを小さくすることで観視者１００の片方の目１０５のみに光束１１２が入射するようにしている。そして、表示する情報の内容によって表示領域１１２ａの大きさを切り換えることで、表示する情報の内容に適した視覚的効果が得られるようにしている。

図３は、表示領域の大きさを変化させることについて例示をするための模式図である。なお、煩雑となるのを避けるため投映部１１３から出射する光束１１２は代表的なもののみ記載するようにしている。また、虚像は虚像面１７０に形成されるものとしている。

図３に示すように、投映部１１３に設けられたＬＥＤ（Light Emitting Diode)などの光源１１３ａから出射した光束は、テーパーライトガイド１１３ｂを介して液晶パネル１１３ｃに入射する。一方、液晶パネル１１３ｃにおいては画像が形成される。そして、入射した光束が液晶パネル１１３ｃを透過することで、映像情報を含む光束１１２が投映部１１３から出射する。投映部１１３から出射した光束１１２は、レンズ１１９ａにより平行光線となって領域制御部１１４に入射する。

領域制御部１１４に入射した光束１１２の光軸に直交する方向の断面寸法（発散角）は、光束１１２が領域制御部１１４を透過する際に制御される。そして、領域制御部１１４から出射した光束１１２は、レンズ１１９ｂ、反射体１２７により集光され、投映板２１０を経て観視者１００の目１０５に入射する。

ここで、領域制御部１１４により制御された光束１１２の光軸に直交する方向の断面寸法（直径寸法）２ａと、表示領域１１２ａの断面寸法（直径寸法）２ｂとは相似関係にある。
例えば、レンズ１１９ａの焦点距離をｆ１、入射角をθ１、レンズ１１９ｂの焦点距離をｆ２、集光角をθ２とすれば、断面寸法（直径寸法）２ａは以下の（１）式で表すことができる。

２ａ＝ｆ１×θ１＝ｆ２×θ２ ・・・（１）

また、反射体１２７の曲率半径をＲ、焦点距離をｆ３とすれば、焦点距離ｆ３は以下の（２）式で表すことができる。

ｆ３＝Ｒ／２ ・・・（２）

そして、この様な光学系の場合、表示領域１１２ａの断面寸法（直径寸法）２ｂは以下の（３）式で表すことができる。

２ｂ＝２ａ×（ｆ３／ｆ２） ・・・（３）

すなわち、（３）式から分かるように、領域制御部１１４により制御された光束１１２の光軸に直交する方向の断面寸法（直径寸法）２ａと、表示領域１１２ａの断面寸法（直径寸法）２ｂとは相似関係にある。
そのため、断面寸法（直径寸法）２ａを制御することで、断面寸法（直径寸法）２ｂが所定の値となるように変化させることができる。

図４は、領域制御部を例示するための模式図である。なお、図４（ａ）は領域制御部を例示するための模式断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＡ−Ａ矢視図である。
図４に示すように、領域制御部１１４ａには、遮光部１１６ａ、透過部１１６ｂ、偏光部１１６ｃが設けられている。遮光部１１６ａは金属などの不透明体で形成され、投映部１１３から出射した光束１１２の一部を遮光する。透過部１１６ｂは、投映部１１３から出射した光束１１２を透過する。透過部１１６ｂは、ガラスなどの透明体とすることもできるし、孔とすることもできる。
偏光部１１６ｃには、図示しない駆動部が設けられている。また、図示しない駆動部と制御部１４０とが電気的に接続されている。そして、外部からの電気信号に基づいて図示しない駆動部を駆動することで、透光状態と遮光状態とが切り換えられるようになっている。この様なものとしては、例えば、電圧をかけることで分子の配列方向が変化するという液晶の性質を利用して、透光状態と遮光状態とを切り換えるようなものを例示することができる。

ここで、光束１１２が透過部１１６ｂを透過することで光束１１２の光軸に直交する方向の断面寸法（発散角）が小さくなる。光束１１２の光軸に直交する方向の断面寸法（発散角）が小さくなれば、前述したように、形成される表示領域１１２ａの大きさも小さくなる。そして、表示領域１１２ａの大きさが小さくなれば、観視者１００の片方の目１０５のみに光束１１２を入射させやすくなる。
そのため、透過部１１６ｂの外径寸法（直径寸法）は、単眼視に適した大きさの表示領域１１２ａが形成されるような大きさとされている。なお、観視者１００に単眼視をさせる場合には、光束１１２が透過部１１６ｂのみを透過するように偏光部１１６ｃが遮光状態とされている。

一方、偏光部１１６ｃを透光状態とすれば、光束１１２の光軸に直交する方向の断面寸法（発散角）をより大きくすることができる。そのため、形成される表示領域１１２ａの大きさを大きくすることができる。そして、表示領域１１２ａの大きさが大きくなれば、観視者１００の両方の目１０５に光束１１２を入射させやすくなる。
そのため、偏光部１１６ｃの外径寸法（直径寸法）は、両眼視に適した大きさの表示領域１１２ａが形成されるような大きさとされている。なお、観視者１００に両眼視をさせる場合には、光束１１２が透過部１１６ｂと透光状態にある偏光部１１６ｃとを透過することになる。この場合、透過部１１６ｂと透光状態にある偏光部１１６ｃとが合わされて「透過部」となる。

本実施の形態によれば、偏光部１１６ｃにおける透光状態と遮光状態とを切り換えることで、表示領域１１２ａの大きさを変化させることができる。そのため、単眼視の場合と両眼視の場合とを高速、かつ容易に切り換えることができる。なお、偏光部１１６ｃの大きさや数などは例示を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。この場合、複数の偏光部を同心状に設けるものとすれば、状況に応じて適切な大きさの表示領域１１２ａを形成させることができるようになる。

図５は、他の実施の形態に係る領域制御部を例示するための模式図である。なお、図５（ａ）は領域制御部を例示するための模式断面図、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視図である。
図５に示すように、領域制御部１１４ｂには、遮光部１１７ａ、透過部１１７ｂ、透過部１１７ｃとが設けられている。また、領域制御部１１４ｂには、領域制御部１１４ｂを回転させるための駆動部１１８が設けられている。そして、駆動部１１８と制御部１４０とが電気的に接続されている。透過部１１７ｂの外径寸法（直径寸法）は、単眼視に適した大きさの表示領域１１２ａが形成されるような大きさとされている。また、透過部１１７ｃの外径寸法（直径寸法）は、両眼視に適した大きさの表示領域１１２ａが形成されるような大きさとされている。
また、透過部１１７ｂ、透過部１１７ｃは、領域制御部１１４ｂの回転中心を中心とする同心円上に設けられている。なお、透過部１１７ｂ、透過部１１７ｃの寸法、数、配設位置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。

遮光部１１７ａは金属などの不透明体で形成され、投映部１１３から出射した光束１１２の一部を遮光する。透過部１１７ｂ、透過部１１７ｃは、投映部１１３から出射した光束１１２を透過する。透過部１１７ｂ、透過部１１７ｃは、ガラスなどの透明体とすることもできるし、孔とすることもできる。

本実施の形態においては、大きさの異なる透過部１１７ｂ、透過部１１７ｃを適宜選択することで、単眼視の場合と両眼視の場合とを容易に切り換えることができる。この場合、制御部１４０からの電気信号に基づいて駆動部１１８を駆動し、領域制御部１１４ｂを回転させることで適切な透過部１１７ｂ、透過部１１７ｃを選択できるようになっている。なお、透過部の大きさとして２種類のものを例示したがこれに限定されるわけではない。例えば、３種類以上の大きさの透過部が設けられていてもよい。そのようにすれば、状況に応じてより適切な大きさの表示領域１１２ａを形成させることができるようになる。

図６は、他の実施の形態に係る領域制御部を例示するための模式図である。なお、図６（ａ）は領域制御部を例示するための模式断面図、図６（ｂ）は図６（ａ）におけるＣ−Ｃ矢視図である。
図６に示すように、領域制御部１１４ｃには、遮光部１１８ａと透過部１１８ｂとが設けられている。遮光部１１８ａは金属などの不透明体で形成され、投映部１１３から出射した光束１１２の一部を遮光する。また、遮光部１１８ａは複数の板状体１１８ｃを相互に重なり合わせることにより構成されている。それぞれの板状体１１８ｃは、支持部１１８ｄを中心に回転移動できるように構成されている。支持部１１８ｄが設けられた側の反対側には長穴１１８ｅが設けられている。この長穴１１８ｅには可動ピン１１８ｆが挿入されている。また、この可動ピン１１８ｆの位置よって、各板状体１１８ｃが支持部１１８ｄを中心として回転移動するようになっている。そして、各板状体１１８ｃが回転移動することで透過部１１８ｂの断面方向寸法（直径寸法）が変化するようになっている。また、可動ピン１１８ｆの位置を変化させるための図示しない駆動部が設けられ、図示しない駆動部と制御部１４０とが電気的に接続されている。なお、板状体１１８ｃ、支持部１１８ｄ、長穴１１８ｅ、可動ピン１１８ｆの寸法、形状、数、配設位置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。

本実施の形態においては、透過部１１８ｂの断面方向寸法（直径寸法）を変化させることで、単眼視の場合と両眼視の場合とを容易に切り換えることができる。この場合、制御部１４０からの電気信号に基づいて図示しない駆動部を駆動し、各板状体１１８ｃを回転移動させることで、単眼視の場合と両眼視の場合とを切り換えるようになっている。この様にすれば、表示装置１０が設置される条件などが変化した場合においても、適切な大きさの表示領域１１２ａを形成させることができる。

次に、本実施の形態に係る表示装置１０の作用について例示をする。
まず、図１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から領域制御部１１４に向けて光束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。

領域制御部１１４に入射した光束１１２の一部は領域制御部１１４の遮光部により遮光され、一部は領域制御部１１４の透過部を透過する。この際、投映部１１３から出射した光束１１２の一部が遮られることで、光束１１２の光軸に直交する方向の断面寸法（発散角）が制御される。

領域制御部１１４を透過した光束１１２は、反射体１２７に入射する。反射体１２７に入射した光束１１２は反射されることで投映板２１０に入射する。投映板２１０に入射した光束１１２は反射されることで表示領域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により反射体１２７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、反射体１２７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、反射体１２７、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、反射体１２７の位置が制御される。

また、表示する情報の内容によって表示領域１１２ａの大きさが切り換えられる。すなわち、表示する情報の内容によって単眼視の場合と両眼視の場合との切り換えが行われる。表示領域１１２ａの大きさの切り換え（単眼視の場合と両眼視の場合との切り換え）は、制御部１４０からの電気信号に基づいて、領域制御部１１４により行われる。

また、画像検出部１３０により観視者１００の瞳の位置を解析することで、観視者１００が観視している方向や位置を知ることができる。そして、観視者１００がどの表示を観視しようとしているのかを知ることができる。そのため、観視者１００が観視しようとしている表示の内容によって表示領域１１２ａの大きさを切り換える。すなわち、観視者１００が観視しようとしている表示の内容によって単眼視の場合と両眼視の場合との切り換えが行われる。

また、単眼視の場合の映像情報と両眼視の場合の映像情報とを時間分割して投映部１１３から出射させることもできる。この場合、表示領域１１２ａに入射する各映像情報の時間間隔を短くすることができるので（例えば６０Ｈｚ程度）、図７に示すように、観視者１００に単眼視の場合の表示１０６と、両眼視の場合の表示１０７とを合わせて観視させることができる。

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、光束生成部１１０と光束制御部１２０とを構成する光学要素の一部が兼用されていてもよい。また、光束生成部１１０と光束制御部１２０とを構成する光学要素が光束１１２の光軸上で混在して配置されていてもよい。すなわち、これら光学要素は、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、表示する情報の内容によって単眼視の場合と両眼視の場合との切り換えを行うことができる。そのため、表示する情報の内容に適した視覚的効果を得ることができる。例えば、速度計や燃料計などの表示のように距離感を固定したり、立体感を持たせることで目立たせたりすることが好ましいものの場合には、両眼視となるように観視者１００の両方の目１０５に光束１１２を入射させることができる。また、例えば、運行方向を案内する表示などのように外部の背景視野の画像と同化させたり、表示（虚像）までの距離によって距離感を変化させたりすることが好ましいものの場合には、単眼視となるように観視者１００の片方の目１０５に光束１１２を入射させることができる。

また、画像検出部１３０により観視者１００の瞳の位置を解析することで、観視者１００がどの表示を観視しようとしているのかを知ることができる。そのため、観視者１００が観視しようとしている表示の内容によって単眼視の場合と両眼視の場合との切り換えを行うこともできる。

また、単眼視の場合の映像情報と両眼視の場合の映像情報とを時間分割して投映部１１３から出射させることもできる。そして、表示領域１１２ａに入射する各映像情報の時間間隔を短くすることで（例えば６０Ｈｚ程度）、観視者１００に単眼視の場合の表示と、両眼視の場合の表示とを合わせて観視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１０５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。また、例えば、自動車などの移動体の操縦席に表示装置１０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。

図８は、第２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、本実施の形態に係る表示装置２０は、光束生成部１１０ａ、反射体１２７、画像検出部１３０、制御部１４０を備えている。
また、光束生成部１１０ａは、投映部１１３、投映部１１３の光束が出射する側と対向させて設けられた方向制御部１４４を備えている。

投映部１１３は、映像情報を含む光束１１２の出射位置を電気的に制御することで変化させることができる。すなわち、投映部１１３は、電気的な切換を行うことで所定の位置に光束１１２を出射することができる。

そして、光束１１２の出射位置を変化させることで単眼視と両眼視との切換を行うことができる。例えば、所定の位置から光束１１２を出射させることで片方の目に光束１１２を入射させ（単眼視）、他の位置からも光束１１２を出射させることで他方の目にも光束１１２を入射させる（両眼視）ようにすることができる。

具体的には、投映部１１３には、光束１１２を形成する画像形成部が設けられている。画像形成部は、例えば、複数の画素を有し、それぞれの画素における光の透過率を可変としたパネルである。あるいは、画像形成部は、複数の画素を有し、それぞれの画素における光の反射率を可変としたパネルである。あるいは、画像形成部は、複数の画素を有し、それぞれの画素における発光強度や発光色を可変としたパネルである。あるいは、画像形成部は、レーザなどの光を走査することにより光束１１２を形成する。
そして、これら画像形成部において使用領域を変化させることで、単眼視と両眼視とを切り換えることができる。つまり、画像形成部における使用領域を制御することで、右目に入射させるための位置と左目に入射させるための位置とからそれぞれ光束１１２を出射させて両眼視に供することができる。一方、画像形成部における使用領域を制御することで、片方の目（右目または左目）に入射させるための位置から光束１１２を出射させて単眼視に供することができる。
例えば、投映部１１３が液晶プロジェクタの場合には液晶パネル部分において電気的な切換が行われる。つまり、液晶パネル部分において、右目に入射させるための位置と左目に入射させるための位置にある画素を電気的に切り換えて、それぞれの位置から光束１１２を出射させることで両眼視に供することができる。また、片方の目（右目または左目）に入射させるための位置にある画素を電気的に切り換えて、その位置から光束１１２を出射させることで単眼視に供することができる。この場合、両眼視に供する光束１１２を形成する画素の数は、単眼視に供する光束１１２を形成する画素の数よりも多くなる。
一方、投映部１１３がデジタル・ライト・プロセッシング（ＤＬＰ）プロジェクタの場合にはデジタル・マイクロ・デバイス（ＤＭＤ）部分において電気的な切換が行われる。つまり、ＤＭＤ部分において、使用領域を変化させることにより、右目および左目に入射させるための位置からそれぞれ光束１１２を出射させることで両眼視に供することができる。また、右目または左目に入射させるための位置から光束１１２を出射させることで単眼視に供することができる。この場合にも、両眼視に供する光束１１２を形成する画素の数は、単眼視に供する光束１１２の画素の数よりも多くなる。
あるいは、投映部１１３においてレーザ光を走査して画像を形成する場合には、レーザ光の走査範囲を電気的に切り換えて使用範囲を変化させる。そして、使用領域を変化させることにより、右目および左目に入射させるための位置からそれぞれ光束１１２を出射させることで両眼視に供することができる。また、レーザ光の走査範囲を電気的に切り換えて使用範囲を変化させることにより、右目または左目に入射させるための位置から光束１１２を出射させる。そのようにすれば、単眼視に供することができる。

方向制御部１４４は、投映部１１３から出射された光束の方向を制御して、所定の表示領域に向かうようにする。方向制御部１４４としては、例えば、小型のレンズを平面上に複数配設したようなものを例示することができる。また、小型のレンズを平面上に複数配設したようなものの場合には、各レンズに対して複数の光束が入射できるようなレンズの大きさ、配置とされている。例えば、投映部１１３が液晶プロジェクタである場合には、液晶パネルの複数の画素にまたがるようなレンズの大きさ、配置とされている。

ここで、投映部１１３がデジタル・ライト・プロセッシング（ＤＬＰ）プロジェクタなどのように反射型デバイス（例えば、デジタル・マイクロ・デバイスなど）を用いる場合には、投映部１１３と方向制御部１４４とを密着させると反射型デバイスへの入射光束もレンズの作用を受けてしまうおそれがある。そのような場合には、投映部１１３と方向制御部１４４との間に反射型デバイスからの光束を結像させる図示しない結像部を設けるようにすればよい。

また、小型のレンズを平面上に複数配設したものとしては、レンチキュラーシートやアレイレンズなどを例示することができる。
レンチキュラーシートは、断面が円筒形状を呈しており、光束の一軸方向の方向制御に用いることができる。また、アレイレンズは、断面が球面形状を呈しており、光束の二軸方向の方向制御に用いることができる。この場合、レンチキュラーシートを二枚重ね合わせることでアレイレンズと同様の光学的な作用を生じさせることもできる。

図９、図１０は、表示装置の作用について例示をするための模式図である。なお、図９、図１０に示すものは、主に、光束生成部１１０ａの作用を例示するものである。また、投映部１１３の光束１１２が出射する側と対向させて設けられた方向制御部１４４は、小型のレンズ１４４ａを平面上に複数配設したものとしている。この場合、例えば、方向制御部１４４をレンチキュラーシートやアレイレンズなどとすることができる。また、反射体１２７は、凹状の反射面を有する凹面鏡としている。この場合、方向制御部１４４と、反射体１２７（凹面鏡）と、が協働して観視者１００の特定の部位の位置（特に目１０５の位置）に光束１１２を入射させることになる。
なお、レンズ１４４ａの数、形状、配置などは例示を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。

まず、図９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から方向制御部１４４に向けて光束１１２が出射される。この際、投映部１１３は、複数のレンズ１４４ａ毎に光束１１２を出射する。また、各レンズ１４４ａに向かう光束１１２が略平行となるように出射される。また、光束１１２の出射位置が所定の位置となるように電気的に制御される。例えば、投映部１１３が液晶プロジェクタの場合には、内蔵された液晶パネルにより部分的に光束１１２を透過させることで所定の位置に光束１１２が出射されるようにする。投映部１１３がデジタル・ライト・プロセッシングプロジェクタの場合には、デジタル・マイクロ・デバイスにより部分的に光束を反射させることで所定の位置に光束１１２が出射されるようにする。また、各レンズ１４４ａ毎に出射される光束１１２には映像情報が含まれている。また、図中に記載された（１）〜（３）は、光束の出射位置を表している。すなわち、図９に例示をするものの場合には、制御部１４０からの電気信号に基づいて、投映部１１３から（１）に表す領域に向けて光束１１２が出射される。

次に、図１０に示すように、方向制御部１４４に入射した光束１１２は、方向制御部１４４を透過する。この際、レンズ１４４ａの作用により光束１１２は一旦集光され、その後に反射体１２７の反射面１２７ａに入射する。この場合、反射面１２７ａに入射する光束１１２も略平行となる。

次に、反射体１２７の反射面１２７ａに入射した光束１１２は、凹面鏡である反射体１２７の作用により集光される。そして、この集光された位置の近傍が表示領域１１２ａとなるようになっている。また、表示領域１１２ａの位置と観視者１００の片方の目１０５の位置とが合うように予め設定されている。そのため、観視者１００に単眼視により表示を観視させることができるようになる。なお、図示は省略しているが、反射体１２７から出射した光束は、投映板２１０を介して表示領域１１２ａに至るようになっている（図８を参照）。
また、投映部１１３から（１）に表す領域に向けて光束１１２が出射された場合には、虚像面１７０の所定の位置に虚像が見えることになる。

そして、観視者１００に両眼視により表示を観視させる場合には、投映部１１３から方向制御部１４４の複数の領域に向けて光束１１２を出射させるようにする。例えば、投映部１１３から（１）と（２）、（１）と（３）、（２）と（３）などに表す領域に向けてそれぞれ光束１１２を出射する。そのようにすれば、右目および左目にそれぞれ光束１１２を入射させることができるので、観視者１００に両眼視をさせることができるようになる。

また、撮像部１５０により撮像された像１０１に基づいて、観視者１００の特定の部位の位置に光束１１２を入射させるように光束１１２の出射位置を電気的に制御することもできる。例えば、（１）〜（３）に表す領域を適宜選択して、選択された領域に向けて投映部１１３から光束１１２を出射し、表示領域１１２ａが形成される位置を変化させる。そして、表示領域１１２ａが形成される位置を変化させることで、観視者１００の特定の部位の位置に光束１１２を入射させるようにすることもできる。

本実施の形態においては、投映部１１３から出射される光束１１２の出射位置を電気的に制御するようにしている。そして、投映部１１３において電気的な切換を行うことで所定の位置から光束１１２を出射させて、片方の目または両方の目に光束１１２を入射させるようにしている。
そのため、表示する情報の内容によって単眼視の場合と両眼視の場合との切り換えを行うことができる。その結果、表示する情報の内容に適した視覚的効果を得ることができる。

また、画像検出部１３０により観視者１００の瞳の位置を解析することで、観視者１００がどの表示を観視しようとしているのかを知ることができる。そのため、観視者１００が観視しようとしている表示の内容によって単眼視の場合と両眼視の場合との切り換えを行うこともできる。

また、単眼視の場合の映像情報と両眼視の場合の映像情報とを時間分割して投映部１１３から出射させることもできる。そして、表示領域１１２ａに入射する各映像情報の時間間隔を短くすることができるので（例えば６０Ｈｚ程度）、観視者１００に単眼視の場合の表示と、両眼視の場合の表示とを合わせて観視させることができる。

また、撮像部１５０により撮像された像１０１に基づいて、観視者１００の特定の部位の位置に光束１１２を入射させるように光束１１２の出射位置を電気的に制御することもできる。
そのため、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、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。

図１１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１１に示すように、本実施の形態に係る表示装置３０は、光束生成部１１０、光束制御部１２０ａ、画像検出部１３０、制御部１４０を備えている。
光束制御部１２０ａは、反射体１２２、レンズ１２６、反射体１２７、駆動部１２５を備えている。
反射体１２２は、ハーフミラーとなっている。そのため、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。また、反射体１２２の背面側に設けられた撮像部１５０により観視者１００の像１０１を撮像することができるようになっている。この様に、光束１１２の光軸上に反射体１２２などを設けるようにすれば、光束制御部や画像検出部の配置を適宜変更することができる。そのため、表示装置が配設される環境に合わせて最適な配置を選択することができるようになる。なお、反射体１２２の配設位置や数などは例示を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、反射体１２２の背面側に撮像部１５０を設けなければ、反射体１２２をハーフミラーとする必要はない。

なお、反射体１２２は、可視光を反射し赤外光を透過するもの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。
レンズ１２６は、反射体１２７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、観視者１００を照射する赤外ＬＥＤ（Light Emitting Diode)１９０が設けられている。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１２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１２に示すように、本実施の形態に係る表示装置４０は、光束生成部１１０ｂ、光束制御部１２０ｂ、画像検出部１３０、制御部１４０を備えている。
光束制御部１２０ｂは、反射体１２２、レンズ１２６、反射体１２４、駆動部１２５を備えている。
反射体１２４は、平面状の反射面を備えている。

光束生成部１１０ｂ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。また、液晶表示装置１１５の表示面側（光束が出射する側）と対向させて方向制御部１４４が設けられている。光束生成部１１０ｂをこのような構成にすれば、表示装置４０の小型化を図ることができる。

また、投映板２１０の一部に高反射部２１１が設けられ、高反射部２１１により光束１１２が反射されるようになっている。そのようにすれば、投映板２１０の材質や形状（例えば、曲率など）に影響されることなく高い表示輝度の映像情報を得ることができる。また、消費電力の低減や光源の長寿命化を図ることもできる。

なお、前述した各実施形態においては、撮像部１５０を反射体１２２や反射体１２７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。

次に、本実施の形態に係る移動体について例示をする。
図１３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１３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、表示する情報の内容によって単眼視の場合と両眼視の場合との切り換えを行うことができる。そのため、表示する情報の内容に適した視覚的効果を得ることができる。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、良好な視認性を実現することができるとともに、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１０、表示装置２０、表示装置３０、表示装置４０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の実施形態に係る表示装置を例示するための模式図である。 視覚的効果を例示するための模式図である。 表示領域の大きさを変化させることについて例示をするための模式図である。 領域制御部を例示するための模式図である。 他の実施の形態に係る領域制御部を例示するための模式図である。 他の実施の形態に係る領域制御部を例示するための模式図である。 表示の様子を例示するための模式図である。 第２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。 表示装置の作用について例示をするための模式図である。 表示装置の作用について例示をするための模式図である。 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。 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

１０ 表示装置、２０ 表示装置、３０ 表示装置、４０ 表示装置、１００ 観視者、１０１ 像、１０４ 頭部、１０５ 目、１１０ 光束生成部、１１０ａ 光束生成部、１１０ｂ 光束生成部、１１２ 光束、１１２ａ 表示領域、１１３ 投映部、１１４ 領域制御部、１２０ 光束制御部、１２０ａ 光束制御部、１２０ｂ 光束制御部、１２２ 反射体、１２４ 反射体、１２７ 反射体、１３０ 画像検出部、１４０ 制御部、１４４ 方向制御部、１４４ａ レンズ、１５０ 撮像部、１６０ 画像処理部、１９０ 赤外ＬＥＤ、２１０ 投映板、５１０ 移動体

Claims (10)

1. 映像情報を含む光束を出射する投映部と、
   前記投映部から出射した光束の方向を変化させる反射体と、
   前記投映部から出射した光束の光軸に直交する方向の断面寸法を変化させて、単眼視と両眼視との切換を可能とした領域制御部と、
   を備え、
   前記領域制御部は、前記映像情報の内容に応じて、前記単眼視と前記両眼視との切換を行うことを特徴とする表示装置。
   
2. 映像情報を含む光束を形成する画像形成部を有し、前記画像形成部における使用領域を変化させることにより前記光束の出射位置を変化させて、単眼視と両眼視との切換を可能とした投映部と、
   前記投映部から出射した前記光束の方向を変化させる反射体と、
   を備えたことを特徴とする表示装置。
3. 前記反射体は、凹状の反射面を有することを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。
4. 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ように前記反射体の位置を変化させる駆動部と、
   をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の表示装置。
5. 観視者の像を撮像する撮像部をさらに備え、
   前記投映部は、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ように前記光束の出射位置を電気的に制御すること、を特徴とする請求項２記載の表示装置。
6. 前記投映部は、前記光束を前記単眼視の場合の映像情報と、前記両眼視の場合の映像情報と、に時間分割して出射すること、を特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の表示装置。
   
7. 前記撮像部は、前記光束の光軸の延長上において前記像を撮像すること、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。
8. 前記撮像部は、前記像を赤外光により撮像すること、を特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の表示装置。
9. 請求項１〜８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。
10. 前記投映板には高反射部が設けられていること、を特徴とする請求項９記載の移動体。

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