JP5661788B2 - 透過型表示装置、移動体及び制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、透明表示板に映像を投射して、その虚像と透過背景を同時にユーザに視認せしめるＨＵＤ（ヘッドアップディスプレイ）等の透過型表示装置、当該透過型表示装置を備えた移動体及び画像表示部を制御する制御装置に関する。

従来より、透明表示板に映像を投影して、その虚像と透明表示板越しに見える透過背景を同時に視認しうる透過型表示装置が提案されている。特に、自動車等の運転時に速度や各種警告表示を前方視界の中に表示するため、フロントガラスに映像を投影表示する、いわゆるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）が開発されている。

このような透過型の表示装置を用いると、運転者は前方外界を視認しながら同時に、運転に関する情報（例えば地図やスピードメータ）を見ることができるため、より安全に運転を行うことができる。

図１０は従来のＨＵＤの例を示す。この例ではフロントガラス部分で、表示光を運転者に向けて反射することで前方外界と表示光の視認を同時に行うことを可能にしている。

図１０において、１０１はＨＵＤが搭載されている車体である。１０２はダッシュボード内部に格納されたＨＵＤ光学ユニットであり、内部に表示部１０３、偏向部１０４を含む。表示部１０３は、例えば液晶素子および光源からなり、運転者の視点１０７に表示すべき情報を表示する。表示部１０３で表示される表示光は、偏向部１０４に向かって投影される。偏向部１０４はミラーなどで構成され、表示部１０３からの表示光を、フロントガラス１０６上の表示領域１０５に向けて偏向する。フロントガラス１０６の表示領域１０５は、ＨＵＤ光学ユニット１０２からの表示光を運転者の視点１０７に向けて反射し、表示画像の虚像１０８を形成する。運転者は、フロントガラス１０６の表示領域１０５によって反射された表示光を見ることで、運転に関する情報を視認することが可能になる。

フロントガラス１０６の可視光透過率は、外界の視界を保つため、可視光の垂直透過率が規定されている。例えば日本の「道路運送車両の保安基準」では７０％以上とされている。従って、表示領域１０５の反射率は、少なくとも可視光の垂直透過率が規定値以上となるように制限される。通常、ガラスの表面反射率は、入射角や偏光方向によって変わる。垂直入射では約４％であるが、乗用車に多いフロントガラス１０６の傾斜角が３０°程度の場合、視点１０７の位置に表示光を投射するには入射角は６０〜７０°となり、反射率は１０〜１２％程度となる。

このようなフロントガラス１０６で表示光を反射する従来のＨＵＤにおいては二重像が発生する。

図１１はフロントガラス１０６の構成を示す図である。フロントガラス１０６は通常、中間膜２０１を介して内側ガラス２０２と外側ガラス２０３が接合されている。表示部１０３のある画素点Ｐから発せられ、フロントガラス１０６に対して入射する入射光２０４は、内側ガラス２０２の表面の点Ａ１１によって反射され、表面反射光２０５となって、表示像点２０７を生成する。また、入射光２０４は、外側ガラス２０３の裏面の点Ｂ１１によって反射され、裏面反射光２０６となって、ゴースト像点２０８を生成する。

このように、視点１０７に到達する光路が２通りあるので、表示部１０３から投射された映像が、図１２（ａ）に示されるように鮮明な映像にならず、図１２（ｂ）に示されるように、上下に二重に重なって視認されることとなる。

この二重像を低減する方法がいくつか提案されている。

例えば、フロントガラスの表面に光学干渉膜を設ける方法が挙げられる（特許文献１）。特定範囲の波長の光だけを高い反射率で反射し、それ以外の波長の光を高い透過率で透過するフィルタを用いて、表示部から発する表示光の波長スペクトルと合わせることで、高い透過率を確保しながら、表示光の反射率も高くするというものである。表示光の反射率が高ければ、その分、裏面反射光となって視点に到達する光量が減るので、二重像が低減される。

また、表示光をＳ偏光にしてフロントガラスに対してブリュースター角で入射するという方法もある（特許文献２）。ブリュースター角では、Ｐ偏光の反射率がゼロとなり、反射光は全てＳ偏光となる性質を利用し、透過したＳ偏光の光をフロントガラスの内部に設けた波長板等でＰ偏光に回転させことで、裏面反射光をＰ偏光として反射をなくして二重像を防止する。ブリュースター角は、屈折率で決まる角度であり、屈折率１．５のガラスでは約５６°となる。

また、フロントガラス内にホログラムを設け、表面を透過した表示光を回折し、裏面反射光が視点に到達しないようにそらすという方法がある（特許文献３）。ホログラムの回折効率を１００％近くに設計し、十分大きな回折角が取れれば、効果的に二重像を防止できる。

しかしながら、上記の方法では次のような課題があった。

特許文献１の方法では、高い透過率を確保するには光学干渉膜の反射波長幅を非常に狭くする必要があるため、反射膜の角度依存性が高くなり画面全体を明るく表示することが困難であった。例えば、画面中央の入射角に合わせて干渉膜を設計すると、画面の上下部からの入射角では反射率が下がってしまい画面が暗くなった。また、反射率が低い領域ではやはり透過した光が裏面反射して二重像が生じることとなる。

特許文献２の方法では、視点位置に対して、フロントガラスへの入射角をブリュースター角に合わせるように設定するには、フロントガラスの設置角度が制限され、色々なデザインの車種に対応できないという課題があった。

特許文献３の方法では、フロントガラスの表面を透過した光を偏向して、視点方向へ到達しないようにして二重像が視認されないようにするにはホログラムの回折効率を１００％近くにする必要がある。ホログラムで回折されない光はそのまま透過するので、二重像の原因となる。回折効率を高くするほど、ホログラムの波長依存性、角度依存性が高くなり表示の均一化が困難となる。すなわち、光学干渉膜を用いた場合と同様、画面中央の入射角度に対して高い回折効率のホログラムを用いると、画面の上下で回折効率が低下し二重像防止効果が薄れてしまう。

さらに、ホログラムを用いた場合は、街灯や対向車のヘッドライトなどの外来光が偏向されて視点に到達する場合がある。すなわち、フロントガラスの表面を透過した光が視点へ到達しないように偏向するには、視点の上方へそらす場合と下方へそらす場合が考えられるが、いずれにしても、上方からの外光が視点に到達するか、または下方からの外光が視点に到達する場合が生じる。上方の外向としては街灯などがあり、下方からの外光としては対向車のヘッドライトなどがある。このように、運転者が表示領域を通して前方外界を見ている時に、視線方向とは異なる方向からの光が視点に到達して視認されると迷光となって問題となる。この迷光は、ホログラムの回折効率を低く抑えれば低減できるが、その場合は、裏面反射で視点に到達する表示光が増えて、二重像防止効果が期待できなくなる。

以上のように、フロントガラスの透過率を高く保ちつつ、また、迷光が目立たないようにして、裏面反射光を抑えて二重像を防止することが困難であった。

特開昭６０−１２４５３２号公報 特開平２−１４１７２０号公報 特許第２７５１４３６号公報

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、表示領域の透過率を高く保ちつつ、二重像の発生を防止することが可能な透過型表示装置、移動体及び制御装置を提供することを目的とする。

本発明の一局面に従う透過型表示装置は、外部光を透過する透明表示板と、画像を表す表示光を前記透明表示板の一部に設定された表示領域に向けて投射する表示部と、前記透明表示板の前記表示領域に設けられ、前記透明表示板の前記表示領域の表面側で前記表示光が反射された表面反射光の観察者の視点に届く光量に対する、前記透明表示板の表面を透過した前記表示光が前記透明表示板の裏面で反射された裏面反射光の前記視点に届く光量の比率を変更することが可能に構成され、かつ、光透過率が変更可能に構成された比率変更部と、前記比率変更部を第１の状態と第２の状態とに所定のデューティ比で交互に切り替える制御部と、を備え、前記比率変更部は、前記第１の状態のときには、前記第２の状態のときに比べて前記裏面反射光の前記視点に届く光量を低下させることにより前記比率を低下させ、前記第２の状態のときには、前記第１の状態のときに比べて前記光透過率が高くなる。

本発明の他の局面に従う移動体は、上記透過型表示装置と、前記観察者により操作される操作部と、移動のための駆動力を発生する駆動源と、前記観察者による前記操作部の操作に応じて前記駆動源を制御する駆動制御部と、を備える。

本発明のさらに他の局面に従う制御装置は、画像表示部を制御する制御装置であって、前記画像表示部は、外部光を透過する透明表示板と、画像を表す表示光を前記透明表示板の一部に設定された表示領域に向けて投射する表示部と、前記透明表示板の前記表示領域に設けられ、前記透明表示板の前記表示領域の表面側で前記表示光が反射された表面反射光の観察者の視点に届く光量に対する、前記透明表示板の表面を透過した前記表示光が前記透明表示板の裏面で反射された裏面反射光の前記視点に届く光量の比率を変更することが可能に構成され、かつ、光透過率が変更可能に構成された比率変更部と、を備え、前記制御装置は、前記比率変更部に制御信号を出力して、前記比率変更部を第１の状態と第２の状態とに所定のデューティ比で交互に切り替える制御部を備え、前記比率変更部は、前記第１の状態のときには、前記第２の状態のときに比べて前記裏面反射光の前記視点に届く光量を低下させることにより前記比率を低下させ、前記第２の状態のときには、前記第１の状態のときに比べて前記光透過率が高くなる。

本発明の実施の形態１におけるＨＵＤが搭載された車両の電気的構成を示すブロック図である。 車両を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態１におけるＨＵＤの構成を模式的に示す図である。 実施の形態１の動作を示すタイミングチャートである。 迷光の発生を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態２におけるＨＵＤの構成を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態３におけるＨＵＤの構成を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態４におけるＨＵＤの構成を模式的に示す図である。 実施の形態４における迷光の発生を模式的に示す部分拡大図である。 従来のＨＵＤの構成図である。 従来の二重像の発生の例を示すフロントガラスの構成図である。 （ａ）は鮮明な映像の例を示す図で、（ｂ）は二重像の見え方の例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）が搭載された車両の電気的構成を示すブロック図である。図２は、上記車両を模式的に示す図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）は、本発明の実施の形態１におけるＨＵＤの構成を模式的に示す図である。図４は本実施の形態１におけるＨＵＤの動作を示すタイミングチャートである。

車両１は、操作部２、エンジン３、電子制御ユニット（ＥＣＵ）４、ＨＵＤ制御部１０、表示部２０、比率変更部３０を備える。ＨＵＤ制御部１０は、表示制御部１１、比率制御部１２、表示駆動部１３、素子駆動部１４を含む。操作部２は、ハンドル５、ブレーキペダル６、アクセルペダル７等を含む。操作部２は、運転者８の操作に応じて操作信号をＥＣＵ４に出力する。エンジン３は、ＥＣＵ４からの制御信号に応じて車両１を移動させる駆動力を発生する。ＥＣＵ４は、操作部２からの操作信号に応じてエンジン３を動作させるなど、車両１全体を制御する。ＥＣＵ４は、運転者の視点１０７に表示すべき情報（例えば車両１の速度）を表す制御信号をＨＵＤ制御部１０に出力する。

フロントガラス１０６は、内側ガラス２０２と、外側ガラス２０３と、内側ガラス２０２及び外側ガラス２０３の間に設けられ、内側ガラス２０２及び外側ガラス２０３を接合する中間膜２０１とを含む。

表示部２０は、例えば液晶素子及び光源を含み、運転者の視点１０７に表示すべき情報（画像）を表す表示光を入射光２０４としてフロントガラス１０６の一部に設けられた表示領域４０に向けて投射する。表示駆動部１３は、表示部２０の液晶素子及び光源を駆動する。表示制御部１１は、ＥＣＵ４からの制御信号に基づき、表示駆動部１３を介して表示部２０の表示動作を制御する。比率変更部３０は、フロントガラス１０６の表示領域４０に設けられる。比率変更部３０は、フロントガラス１０６の表示領域４０で表示部２０からの入射光２０４が反射された表面反射光２０５の視点１０７に届く光量に対する、フロントガラス１０６の表面を透過した入射光２０４が外側ガラス２０３の裏面で反射された裏面反射光２０６の視点１０７に届く光量の比率を変更することが可能に構成されている。比率変更部３０は、上記比率が高くなると可視光の透過率が高くなるように構成されている。素子駆動部１４は、比率変更部３０に電圧を印加する。比率制御部１２は、素子駆動部１４を介して、比率変更部３０の上記比率の変更を制御する。

本実施形態において、運転者の視点１０７が観察者の視点の一例に対応し、フロントガラス１０６が透明表示板の一例に対応し、内側ガラス２０２が内側透明板の一例に対応し、外側ガラス２０３が外側透明板の一例に対応し、入射光２０４が表示光の一例に対応する。また、車両１が移動体の一例に対応し、エンジン３が駆動源の一例に対応し、ＥＣＵ４が駆動制御部の一例に対応し、運転者８が観察者の一例に対応し、表示制御部１１及び比率制御部１２が制御部の一例に対応し、ＨＵＤ制御部１０、表示部２０及び比率変更部３０が透過型表示装置の一例に対応する。また、フロントガラス１０６、表示部２０及び比率変更部３０が画像表示部の一例に対応し、ＨＵＤ制御部１０が制御装置の一例に対応する。

ＨＵＤ制御部１０及び表示部２０は、例えば車両１のダッシュボード９に収納されている。比率変更部３０として、この実施の形態１では、図３（ａ）、３（ｂ）に示されるように、中間膜２０１に設けられたスイッチング回折素子３１が用いられる。

図３（ａ）、３（ｂ）において、フロントガラス１０６、視点１０７等の配置関係は、図１０に示される従来の構成と同様であって、共通の構成要素には同じ番号を付与してある。スイッチング回折素子３１は比率制御部１２によって制御され、その回折特性をオン−オフ可能な素子である。表示制御部１１及び比率制御部１２は、それぞれ、表示部２０及びスイッチング回折素子３１を同期させて制御する。

スイッチング回折素子３１としては、例えば、強誘電液晶などスイッチング速度の速い液晶材料を用いたスイッチングホログラム素子が適用できる。これは透明電極に挟まれたポリマー分散液晶層に二つの交差するコヒーレントなレーザ光による干渉パターンを露光してブラッグ透過型あるいは反射型グレーティングを形成するものである。硬化ポリマーの屈折率を液晶の常光に対する屈折率に等しくなるようにポリマー分散液晶のパラメータを調整することによって、透明電極に電圧を印加した時の回折効率をほぼゼロに近づけることができる。ピークの回折効率はサンプルを適当な厚さにすることによって１００％に近づけることができる。これにより、印加電圧によって極めて高い回折効率をオンオフできるスイッチング回折素子となる。素子駆動部１４は、比率制御部１２からの制御信号に基づき、スイッチング回折素子３１に電圧を印加する。

図３（ａ）は、スイッチング回折素子３１がアクティブな状態、すなわち電圧が印加されていない状態を示している。図３（ｂ）は、スイッチング回折素子３１が非アクティブな状態、すなわち電圧が印加された状態を示している。図４を用いて後述されるように、図３（ａ）に示されるアクティブな状態のときに表示部２０が画像を表示し、図３（ｂ）に示される非アクティブな状態のときに表示部２０が画像の表示を停止するように、表示制御部１１によって表示部２０が制御される。

図３（ａ）において、表示部２０の画素点Ｐから発した光は、フロントガラス１０６の表面の点Ａ１で反射して視点１０７へ向かう表面反射光２０５を含む。この表面反射光２０５に対して、表示部２０の画素点Ｐから発した光が点Ａ２で屈折してフロントガラス１０６の裏面の点Ｂ１で反射し、フロントガラス１０６の表面の点Ｃ１で再度屈折して視点１０７へ到達すると（図３（ａ）中、点線）、二重像として視認される。しかし、スイッチング回折素子３１がアクティブな状態では、点Ａ２で屈折してフロントガラス１０６に入射した光は、スイッチング回折素子３１によって点Ｈ１で回折されて点Ｂ２に向かう。これによって、裏面反射光２０６は視点１０７へは到達せず二重像として視認されない。

スイッチング回折素子３１の回折効率が十分高ければ二重像はほとんど視認されない。また、回折角度は裏面反射光２０６が少しずれた違う経路で視点１０７に到達しないよう、十分大きく取る必要がある。

一般に、ホログラム素子は、回折角度が大きいほど回折効率の波長選択性や角度依存性が高くなる。したがって、画面（表示領域４０）の中央部の入射角に合わせてホログラムを形成すると、画面の上部及び下部では入射角度が変わるので回折効率が低下する傾向がある。これを防ぐため、画面全体に対する入射角度をカバーするよう角度多重露光をすることができる。

また、表示部２０の光源の波長幅や波長変動をカバーするようホログラムの波長幅を広くするため、波長多重露光してホログラムを形成することもできる。さらに、ＲＧＢ３原色波長で多重露光または積層することでフルカラー表示に対応することもできる。

しかしながら、上記のように、角度多重露光や波長多重露光をするとスイッチング回折素子３１の回折性能は向上するが、回折する光の成分が増えるほど透過率は下がっていく。

透過率が低下すると、前方視界が暗くなって視認性が悪くなり、また、フロントガラス１０６に組み込んだ状態で表示領域４０の透過率が規定値を下回ると、フロントガラスとして使用できなくなる。

そこで、本実施の形態１では、図３（ｂ）に示すように、スイッチング回折素子３１を非アクティブ状態とし、ほぼ完全に透過する状態を作り出し、同時にこの状態では表示部２０の表示を停止することとする。そして、これら、アクティブ状態＝表示期間（図３（ａ））と非アクティブ状態＝非表示期間（図３（ｂ））とを高速に切り替えることで、運転者の視点１０７から表示部２０の表示が継続して見えるようにする。比率制御部１２は、通常は５０〜６０Ｈｚで各状態を切り替えればよい。本実施形態において、図３（ａ）に示されるアクティブ状態が第１の状態の一例に対応し、図３（ｂ）に示される非アクティブ状態が第２の状態の一例に対応する。

図４は、表示制御部１１により制御される表示部２０のオンオフ（輝度）と、比率制御部１２により制御される素子駆動部１４のスイッチング回折素子３１に対する電圧印加のオンオフと、スイッチング回折素子３１の回折効率ηと、透過率Ｔと、を示している。

図４に示されるように、スイッチング回折素子３１がアクティブな状態、すなわち回折効率ηが高い状態（ηhi）では透過率Ｔが低く（Ｔlo）なっており、スイッチング回折素子３１が非アクティブな状態、すなわち回折効率ηが低い状態（ηlo）では透過率Ｔが高く（Ｔhi）なっている。そして、この切替えと同期して表示部２０の表示のオンオフが切り替えられている。ここでの透過率Ｔは、スイッチング回折素子３１とフロントガラス１０６を含む、表示領域４０全体の透過率である。

図４に示されるように、この実施形態では、表示部２０のオンオフの切り替え周期は表示のフレーム期間Ｆ（フレーム周波数６０Ｈｚ）と一致させている。表示期間ＤonのデューティをＤ＝Ｄon／（Ｄon＋Ｄoff）とすると、時間平均の透過率Ｔaveは、
Ｔave＝Ｔhi×（１−Ｄ）＋Ｔlo×Ｄ＞規定値
となるよう設定する。なお、Ｄoffは非表示期間を表し、Ｆ＝Ｄon＋Ｄoffである。

表示期間ＤonのデューティＤに応じて、表示部２０のピーク輝度Ｌ１を設定し、時間平均の表示輝度は連続表示の場合と同等とする。つまり、時間平均の輝度Ｌave＝Ｌ１×Ｄが連続表示の場合と同等となるように、輝度Ｌ１を設定する。この実施の形態１では、表示部２０をオンオフに切り替えており、図４における輝度Ｌ２＝０としている。例えば、デューティＤを１／１０にすると、ピーク輝度Ｌ１は連続表示の場合の輝度の１０倍とする。こうすることで、たとえアクティブ状態でスイッチング回折素子３１の透過率が低くても、透過率が高い非アクティブ状態と切り替えることで、表示領域４０全体の時間平均の透過率Ｔaveを規定値（例えば７０％）以上とすることができる。すなわち、アクティブ状態では、スイッチング回折素子３１の透過率が低いため、視点１０７からの透過視線２０９（図３（ａ）の点線）はフロントガラス１０６の前方を視認できない。一方、非アクティブ状態では、スイッチング回折素子３１の透過率が高いため、視点１０７からの透過視線２０９（図３（ｂ）の実線）はフロントガラス１０６の前方を視認することが可能になっている。非アクティブ期間中は、図３（ｂ）に点線で示されるように、スイッチング回折素子３１の裏面反射光２０６の回折効果はなくなる。しかし、そもそも表示制御部１１により表示部２０をオフにして表示光を停止しているので二重像が発生することはない。

すなわち、本実施の形態１のポイントは、表示領域４０の透過率は低くなるが裏面反射光２０６が視点１０７に到達しない状態（図３（ａ）に示されるアクティブ状態）と、表示領域４０の透過率が高く表示部２０からの表示光を停止した状態（図３（ｂ）に示される非アクティブ状態）とを高速に切り替えることで、透過率の確保と、二重像の原因となる裏面反射光２０６の遮断とを両立させることである。

さらに、本実施の形態１のような、スイッチング回折素子３１を用いた場合は迷光が生じる場合がある。

図５は迷光の発生を模式的に示す図である。図５は、図３（ａ）と同様に、スイッチング回折素子３１がアクティブな状態を示している。

スイッチング回折素子３１がアクティブの状態で、裏面反射光２０６が、表示部２０の画素点Ｐ→内側ガラス２０２の点Ａ２→スイッチング回折素子３１の点Ｈ１→外側ガラス２０３の裏面の点Ｂ２という経路で、フロントガラス１０６の外側ガラス２０３の裏面に到達している。すなわち、実施の形態１のスイッチング回折素子３１は、点Ａ２→点Ｂ１という光を点Ａ２→点Ｈ１→点Ｂ２と回折するホログラムとなっている。このようなホログラムでは、点Ｈ１→点Ｂ２の方向と一致する点Ｄ１→点Ｈ１という光は、必ず点Ｈ１→点Ｂ１へ回折される。

従って、例えば外来光２１１のように、外部からの光がフロントガラス１０６の内側ガラス２０２の表面の点Ｄ１で反射して点Ｈ１で点Ｂ１の方向へ回折されると、視点１０７に到達するので、視認されることとなる。

ホログラムの回折角をどのように取っても、点Ｈ１→点Ｂ２の方向に一致する外来光は必ず存在するので、何らかの迷光は視認されることとなる。二重像を十分除去するためスイッチング回折素子３１の回折効率はほぼ１００％近くに設定する必要があるため、この迷光の強度も高いものとなる。

そこで、上述のように、スイッチング回折素子３１を動作させると、非アクティブな状態では、外来光２１１はスイッチング回折素子３１を透過し、視点１０７に到達することはないので、迷光が視認されることはない。従って、表示期間ＤonのデューティＤに応じて、迷光の視認される強度は低下する。

以上述べたように、実施の形態１では、フロントガラス１０６の内部の中間膜２０１にスイッチング回折素子３１を設けて、比率制御部１２によりアクティブな状態と非アクティブな状態とを高速に切り替え、非アクティブな状態のときには表示制御部１１により表示部２０からの表示光を停止している。これによって、アクティブ状態で透過率が低くても、時間平均の透過率Ｔaveを高く保つことができる。また、迷光の視認される強度も低減しつつ、二重像の原因となる裏面反射光２０６の大部分を遮断することができ、二重像のない表示を実現できる。

（実施の形態２）
図６（ａ）、６（ｂ）は本発明の実施の形態２におけるＨＵＤの構成を模式的に示す図である。実施の形態１と同様、図６（ａ）は表示期間（第１の状態）を示し、図６（ｂ）は非表示期間（第２の状態）を示している。

本実施の形態２では、比率変更部３０（図１）として、スイッチング回折素子３１の代わりに、スイッチング遮光素子３２を使用している。スイッチング遮光素子３２は、電圧の印加によって透過率が変化する素子で、例えば、誘電体の母相に金属粒子を分散させた複合膜を透明導電膜で挟持した層成体であり、電圧を印加すると透過率が低下するよう構成された素子である。

このようなスイッチング遮光素子３２を用いて、図６（ａ）では、比率制御部１２は素子駆動部１４を制御して、素子駆動部１４によりスイッチング遮光素子３２に電圧を印加して透過率を下げた状態で、表示制御部１１は表示駆動部１３を制御して表示部２０から表示光を発する。一方、図６（ｂ）では、比率制御部１２は素子駆動部１４によりスイッチング遮光素子３２に電圧を印加せずに透過率が高い状態で、表示制御部１１は表示部２０の表示光を停止する。これを図４に示される実施の形態１と同様に高速に切り替えることにより、観察者の視点１０７から表示部２０の表示が継続して見えるようにする。

図６（ａ）において、表示部２０からの表示光が内側ガラス２０２の点Ａ２で屈折して点Ｂ１に向かう光はさらに外側ガラス２０３の裏面の点Ｂ１で反射されて内側ガラス２０２の点Ｃ１に向かい、スイッチング遮光素子３２を２回透過する。したがって、表示期間でスイッチング遮光素子３２の透過率が３０％の場合、視点１０７に到達する裏面反射光２０６は、スイッチング遮光素子３２がない場合の９％に低減される。また、スイッチング遮光素子３２の透過率が２０％の場合、視点１０７に到達する裏面反射光２０６は、スイッチング遮光素子３２がない場合の４％に低減される。

この図６（ａ）に示される状態では、フロントガラス１０６として使用するには透過率が低すぎる状態となっている。しかし、スイッチング遮光素子３２を動作させて、図４を用いて説明された実施の形態１と同様に、比率制御部１２は、時間平均の透過率Ｔaveが規定値（例えば７０％）以上となるように、透過率Ｔhi，ＴloとデューティＤを設定する。また、表示制御部１１は、時間平均の表示輝度が連続表示と同等になるように、表示期間における表示部２０の表示輝度（図４のＬ１）を設定する。本実施形態において、図６（ａ）に示される状態が第１の状態の一例に対応し、図６（ｂ）に示される状態が第２の状態の一例に対応する。

本実施形態２のように、回折作用のない素子を用いた場合は、実施形態１のような迷光の問題は生じない。従って、以上述べたように、実施の形態２では、フロントガラス１０６の内部の中間膜２０１にスイッチング遮光素子３２を設けて、比率制御部１２により高透過率−低透過率状態を高速に切り替え、表示制御部１１により高透過率状態には表示部２０からの表示光を停止している。これによって、時間平均の透過率Ｔaveを高く保ちつつ、二重像の原因となる裏面反射光２０６を遮光することができ、二重像を低減できる。

スイッチング遮光素子３２としては、他にも、いわゆるエレクトロクロミック材料を用いた遮光素子等も使用可能であり、透過率の変化幅が十分に大きく、スイッチング速度が十分に高速な材料であれば良い。

（実施の形態３）
図７（ａ）、７（ｂ）は、本発明の実施の形態３におけるＨＵＤの構成を模式的に示す図である。実施の形態１と同様、図７（ａ）は表示期間（第１の状態）を示し、図７（ｂ）は非表示期間（第２の状態）を示している。

本実施の形態３では、比率変更部３０（図１）として、実施の形態１のようにスイッチング回折素子３１をフロントガラス１０６の内部に設ける代わりに、スイッチングミラー素子３３を内側ガラス２０２の内面側（表面側）に設けて表示反射面としている。このスイッチングミラー素子３３は、電圧の印加によって反射率と透過率が同時に変化する素子である。スイッチングミラー素子３３として、例えば、実施の形態１で使用したスイッチング回折素子を反射型のホログラムとして形成したものが使用できる。

本実施の形態３では、スイッチングミラー素子３３として、入射角と反射角が等しい（図７（ａ）中、θ）通常のミラーとして機能し、電圧が印加されていないアクティブ状態では入射光をほぼ１００％近く反射し、電圧が印加された非アクティブ状態では入射光をほぼ１００％透過するような反射型ホログラムを形成する。

スイッチングミラー素子３３は、フロントガラス１０６の内側ガラス２０２の表面に設けられている。したがって、実際のホログラムが形成されるポリマー分散液晶層は透明電極と透明保護基板（図示せず）に覆われている。この透明保護基板は、フロントガラス１０６の厚さよりも十分薄いものでよい。従って、この透明保護基板の表面で反射される表示光は、ホログラム層で反射される表示光とほとんど一致しているので、二重像として全く問題にならない。

実施の形態１で説明したように、角度多重露光で反射角度範囲を広げたり、波長多重露光で反射波長幅を広げたりして、表示部２０の画面の均一性や光源の波長変動に対応した反射面を有するスイッチングミラー素子３３を形成することもできる。この場合、スイッチングミラー素子３３がアクティブ状態のときは反射する光の成分が増える分、透過率は下がることになるが、スイッチングミラー素子３３が非アクティブ状態のときは反射回折しなくなると同時にほぼ全ての光が透過するようになり、すなわちスイッチングミラー素子３３の透過率は高い状態となる。

上記実施の形態１と同様に、本実施の形態３でも、スイッチングミラー素子３３がアクティブ状態のときに表示部２０から表示光を発して表示期間とし（図７（ａ））、スイッチングミラー素子３３が非アクティブ状態のときに表示部２０からの表示光を停止して非表示期間とする（図７（ｂ））。この２つの状態を、図４を用いて説明された実施の形態１と同様に、高速に切り替える。これによって、視点１０７から表示部２０の表示が継続して見えるようにすることができ、フロントガラス１０６としての透過率も規定値以上を確保することができる。

図７（ａ）に示される表示期間中は、表示部２０から発した表示光（入射光２０４）は、スイッチングミラー素子３３により高い反射率で反射される。すなわち、スイッチングミラー素子３３の表面の点Ａ１，Ａ２への入射光２０４は、いずれも高い反射率で反射される。したがって、図７（ａ）において、点Ａ２→点Ｂ１→点Ｃ１が点線で示されるように、フロントガラス１０６の裏面へ透過する成分はほとんどないため、二重像が発生しなくなる。但し、透過視線２０９（図７（ａ）の点線）は、スイッチングミラー素子３３により遮られるため、フロントガラス１０６の前方は視認できない。

一方、図７（ｂ）に示される非表示期間中は、スイッチングミラー素子３３の反射率はほぼゼロであるため、透過視線２０９（図７（ｂ）の実線）は、フロントガラス１０６の前方を透過して視認できる状態である。また、表示部２０は表示光を停止しているので、やはり二重像は発生しない。本実施形態において、図７（ａ）に示される状態が第１の状態の一例に対応し、図７（ｂ）に示される状態が第２の状態の一例に対応する。

前述した実施の形態１、２では、表示部２０からの表示光の反射はフロントガラス１０６の表面反射であり、その反射率自体は一定であった。ガラスの反射率は屈折率と入射角によって決まり、フロントガラス１０６の傾斜角が約３０度の一般的な場合では、入射角は６０度前後で、反射率は１０％程度であった。これと比べ、本実施の形態３では、スイッチングミラー素子３３のアクティブ状態では、スイッチングミラー素子３３の表示面の反射率が１００％近い高い状態に変化するので、表示期間ＤonのデューティＤを下げた時の表示部２０のピーク輝度（図４に示されるＬ１）は低くてよい。

このような、入射角と反射角が等しい通常ミラーとして形成されたホログラムを用いたスイッチングミラー素子３３では、実施形態１で説明したような迷光の問題は生じない。

また、このような構成では、ここで例にあげたスイッチングミラー素子３３に代えて、スイッチング調光ミラー３４（図７（ａ）、７（ｂ））を使用することも考えられる。スイッチング調光ミラー３４は、例えば透明な基材に多層薄膜を形成したマグネシウム・チタン系合金の反射型調光素子で、透明導電膜層、イオン貯蔵層、固体電解質層、触媒層、及びマグネシウム・チタン系合金薄膜を用いた反射調光層を形成した全固体型反射調光エレクトロクロミック素子であり、無色透明な状態とミラーの状態を電気的にスイッチングできるよう構成されている。

（実施の形態４）
図８（ａ）、８（ｂ）は、本発明の実施の形態４におけるＨＵＤの構成を模式的に示す図である。上記実施の形態と同様、図８（ａ）は表示期間（第１の状態）を示し、図８（ｂ）は非表示期間（第２の状態）を示している。

本実施形態４では、比率変更部３０（図１）として、スイッチングミラー素子３５を用いる。スイッチングミラー素子３５は、実施形態３と同様に、スイッチング回折素子を反射型のホログラムとして形成したものであるが、入射角と反射角が異なるよう反射型ホログラムを形成している点が異なっている。表示部２０の画素点Ｐから発した光は、入射角θ１でスイッチングミラー素子３５に入射し、スイッチングミラー素子３５により出射角θ２で回折反射され、回折反射光２１０が視点１０７へ向かう。図８（ａ）に示されるように、θ１＜θ２となるようにホログラムを形成すると、スイッチングミラー素子３５の表面の点Ａ３（図９）で反射した光、すなわち表面反射光２０５は視点１０７よりも下方に向かい、視認されることはない。また、スイッチングミラー素子３５を透過した表示光が、フロントガラス１０６の裏面で反射しても視点１０７に向かう経路は存在しえない。従って、実施の形態４は、元来二重像が発生しない構成となっている。

ここでも、実施の形態１や３と同様、角度多重露光で反射角度範囲を広げたり、波長多重露光で反射波長幅を広げたりして、画面の均一性や光源の波長変動に対応した反射面を有するスイッチングミラー素子３５とすることができる。その場合、スイッチングミラー素子３５がアクティブ状態のときは反射する光の成分が増える分、透過率は下がることになる。一方、スイッチングミラー素子３５が非アクティブ状態のときは反射回折しなくなると同時にほぼ全ての光が透過するようになり、すなわち透過率は高い状態となる。表示制御部１１により、スイッチングミラー素子３５がアクティブ状態のときに表示部２０から表示光を発して表示期間とし、非アクティブ状態のときに表示部２０からの表示光を停止して非表示期間とする。このアクティブ状態と非アクティブ状態とを、図４を用いて説明された実施の形態１と同様に、高速に切り替える。これによって、視点１０７から表示部２０の表示が継続して見えるようにすることができ、フロントガラス１０６として使用できるように、規定値以上の時間平均の透過率を確保することができる。

さらに、本実施形態４のように、入射角と出射角とが異なるホログラムを用いたスイッチングミラー素子３５においては、実施形態１と同様に、迷光が生じうる。

図９は本実施形態４における迷光の発生を模式的に示す部分拡大図である。図９は、図８（ａ）、８（ｂ）において、表示部２０の画素点Ｐから発した表示光である入射光２０４がスイッチングミラー素子３５に入射する領域Ｑ（図８（ａ）、８（ｂ）に示される円）を拡大した図である。

入射光２０４は、スイッチングミラー素子３５を覆う透明保護基板３５１の表面の点Ａ３で屈折入射し、ホログラム層３５２中の点Ｈ２で回折反射され、透明保護基板３５１の表面の点Ａ４から視点１０７へと向かう回折反射光２１０となって、視認される。

この時、外来光のうち、フロントガラス１０６、スイッチングミラー素子３５を透過して透明保護基板３５１の表面の点Ａ３で反射され、点Ｈ２へ向かう方向の外来光２１１が存在する。この外来光２１１は、入射光２０４がホログラム層３５２に入射する方向と一致するため、スイッチングミラー素子３５のホログラム層３５２によって回折反射され、視点１０７に到達することとなる。このような透過視線２０９の方向とは異なる外来光２１１の方向に街灯や対向車のヘッドライトなど強い光源があると、迷光となって視認され問題となる。スイッチングミラー素子３５の反射率を高く設定するほど、迷光の強度も強くなる。

そこで、上述のように、スイッチングミラー素子３５をアクティブな状態と非アクティブな状態とに交互に切り替えるように動作させると、非アクティブな状態（図８（ｂ））のときは、透過視線２０９の方向とは異なる外来光２１１はスイッチングミラー素子３５を透過し、視点１０７に到達することはないので、迷光が視認されることはない。従って、表示期間ＤonのデューティＤに応じて、迷光の視認される強度は低減される。

以上述べたように、実施の形態４では、フロントガラス１０６の内面（内側ガラス２０２の表面）にスイッチングミラー素子３５を設けて、比率制御部１２によりスイッチングミラー素子３５をアクティブ状態と非アクティブ状態とに高速に切り替え、表示制御部１１により非アクティブ状態のときには表示部２０からの表示光を停止している。これによって、スイッチングミラー素子３５がアクティブ状態のときに透過率が低くても時間平均の透過率Ｔaveを高く保つことができる。また、迷光の視認される強度も低減することができる。

なお、このような実施の形態４の構成では、実施形態１のように、スイッチングミラー素子３５をフロントガラス１０６の内部の中間膜２０１に形成しても良い。この場合、内側ガラス２０２が厚くても、表面反射光２０５と回折反射光２１０の方向が異なるように構成しているので二重像は発生しない。従って、前述のように、透過率と迷光の問題を回避しうるように、スイッチングミラー素子３５をアクティブ状態と非アクティブ状態とに交互に切り替えるように駆動することで同様の効果を奏する。

これまでに説明した実施の形態は一例であって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲でさまざまな形態を採りうる。

例えば、上記各実施の形態では、スイッチング回折素子３１等が非アクティブ状態のときに表示部２０の表示光を停止している。つまり、図４において、表示部２０の輝度Ｌ２＝０としている。しかし、本発明はこれに限られない。代替的に、例えば、スイッチング回折素子３１等が非アクティブ状態のときに、０＜Ｌ２＜Ｌ１となるように、輝度Ｌ２を設定してもよい。この場合でも、Ｌ２＜Ｌ１に設定されているため、Ｌ２＝Ｌ１の場合に比べて、スイッチング回折素子３１等が非アクティブ状態のときに二重像が視認されるのを抑制することができる。さらに代替的に、本発明では、Ｌ２＝Ｌ１となるように、輝度Ｌ２を設定してもよい。すなわち、表示部２０の輝度を、非アクティブ状態のときも、アクティブ状態のときと同じ輝度としてもよい。この場合でも、アクティブ状態と非アクティブ状態とを所定のデューティ比で交互に切り替えることにより、二重像が視認されるのをある程度抑制することができるとともに、フロントガラス１０６の外部側をある程度視認することが可能になる。

上記各実施形態では、車両用のＨＵＤを例に説明したが、その他にも航空機や船舶等の他の移動体のＨＵＤに応用することができる。また、めがね型、ゴーグル型などのいわゆるヘッドマウントディスプレイに応用することもできる。さらには、ショーウインドウや美術館の展示ケース、建物の窓など、様々な透明表示板を備えた透過型ディスプレイに応用可能である。

また、上記各実施の形態では、車両１のダッシュボード９にＨＵＤ制御部１０及び表示部２０が収納されている。しかし、本発明は、これに限られない。代替的に、ＨＵＤ制御部１０、表示部２０及び比率変更部３０を車両１の完成後にオプションで取り付けられるように構成されていてもよい。この場合には、例えば、ダッシュボード９の上にＨＵＤ制御部１０及び表示部２０を配置し、比率変更部３０として、実施の形態３，４のようにスイッチングミラー素子３３等を内側ガラス２０２の表面に設ければよい。また、ＥＣＵ４は、オプションで取り付けられるＨＵＤ制御部１０と通信可能なように予め構成しておけばよい。また、ＨＵＤ制御部１０は、ＥＣＵ４と通信可能なように構成すればよい。

なお、上述した具体的実施形態には以下の構成を有する発明が主に含まれている。

本発明の一局面に従う透過型表示装置は、外部光を透過する透明表示板と、画像を表す表示光を前記透明表示板の一部に設定された表示領域に向けて投射する表示部と、前記透明表示板の前記表示領域に設けられ、前記透明表示板の前記表示領域の表面側で前記表示光が反射された表面反射光の観察者の視点に届く光量に対する、前記透明表示板の表面を透過した前記表示光が前記透明表示板の裏面で反射された裏面反射光の前記視点に届く光量の比率を変更することが可能に構成され、かつ、光透過率が変更可能に構成された比率変更部と、前記比率変更部を第１の状態と第２の状態とに所定のデューティ比で交互に切り替える制御部と、を備え、前記比率変更部は、前記第１の状態のときには、前記第２の状態のときに比べて前記裏面反射光の前記視点に届く光量を低下させることにより前記比率を低下させ、前記第２の状態のときには、前記第１の状態のときに比べて前記光透過率が高くなる。

この構成によれば、透明表示板は、外部光を透過する。表示部は、画像を表す表示光を透明表示板の一部に設定された表示領域に向けて投射する。比率変更部は、透明表示板の表示領域に設けられている。比率変更部は、透明表示板の表示領域の表面側で表示光が反射された表面反射光の観察者の視点に届く光量に対する、透明表示板の表面を透過した表示光が透明表示板の裏面で反射された裏面反射光の視点に届く光量の比率を変更することが可能に構成されている。比率変更部は、光透過率が変更可能に構成されている。制御部は、比率変更部を第１の状態と第２の状態とに所定のデューティ比で交互に切り替える。比率変更部は、第１の状態のときには、第２の状態のときに比べて裏面反射光の視点に届く光量を低下させることにより上記比率を低下させ、第２の状態のときには、第１の状態のときに比べて光透過率が高くなる。

したがって、比率変更部が第１の状態のときには、第２の状態のときに比べて、上記比率が低下するため、表面反射光と裏面反射光とが二重像として視認されにくくなる。一方、比率変更部が第２の状態のときには、第１の状態のときに比べて、光透過率が高くなるため、比率変更部が設けられた透明表示板の表示領域を通して、視点から反対側が視認しやすくなる。その結果、比率変更部を第１の状態と第２の状態とに所定のデューティ比で交互に切り替えることにより、表面反射光と裏面反射光とが二重像として視認されるのを抑制することができるとともに、比率変更部が設けられた透明表示板の表示領域を通して視点から反対側を視認することも可能になる。

上記の透過型表示装置において、前記制御部は、前記デューティ比を調整して、前記透明表示板の前記表示領域における時間平均の可視光透過率を予め決められた規定値以上とすることが好ましい。

この構成によれば、制御部は、デューティ比を調整して、透明表示板の表示領域における時間平均の可視光透過率を予め決められた規定値以上とする。制御部は、比率変更部を第１の状態と第２の状態とに所定のデューティ比で交互に切り替える。また、比率変更部が第２の状態のときは、第１の状態のときに比べて光透過率が高い。したがって、制御部により、デューティ比を調整して、透明表示板の表示領域における時間平均の可視光透過率を規定値以上とすることにより、観察者は、比率変更部が設けられた透明表示板の表示領域を通して、反対側を好適に視認することができる。

上記の透過型表示装置において、前記制御部は、前記表示部を制御して、前記比率変更部が前記第１の状態のときに前記表示部から投射する前記表示光の輝度を第１輝度とし、前記比率変更部が前記第２の状態のときに前記表示部から投射する前記表示光の輝度を前記第１輝度より低い第２輝度とすることが好ましい。

この構成によれば、制御部は、表示部を制御して、比率変更部が第１の状態のときに表示部から投射する表示光の輝度を第１輝度とし、比率変更部が第２の状態のときに表示部から投射する表示光の輝度を第１輝度より低い第２輝度とする。比率変更部が第２の状態のときは、第１の状態のときに比べて上記比率が高いため、表面反射光と裏面反射光とが二重像として視認されやすくなるが、表示光の輝度が第１輝度より低い第２輝度とされるため、二重像が視認されるのを抑制することができる。一方、比率変更部が第１の状態では、第２の状態に比べて上記比率が低いため、二重像が視認されにくくなるので、表示光の輝度が第２輝度より高い第１輝度とされることから、表示光を好適に視認することが可能になる。

上記の透過型表示装置において、前記制御部は、前記デューティ比に応じて、前記第１輝度及び前記第２輝度を、前記表示光の時間平均の輝度が所定レベル以上になるような値とすることが好ましい。

この構成によれば、制御部は、デューティ比に応じて、第１輝度及び第２輝度を、表示光の時間平均の輝度が所定レベル以上になるような値とする。したがって、観察者は表示光を好適に視認することができる。

上記の透過型表示装置において、前記制御部は、前記第２輝度をゼロとすることが好ましい。

この構成によれば、制御部は、第２輝度をゼロとする。比率変更部が第２の状態のときは、第１の状態のときに比べて上記比率が高いため、表面反射光と裏面反射光とが二重像として視認されやすくなる。しかしながら、この構成では、比率変更部が第２の状態のときに、第２輝度がゼロとされるため、二重像が視認されることはないという利点がある。

上記の透過型表示装置において、前記透明表示板は、内側透明板と、前記内側透明板に対して前記視点の反対側に設けられた外側透明板と、前記内側透明板と前記外側透明板との間に設けられた中間膜と、を含み、前記比率変更部は、前記中間膜に配置され、回折効率及び前記光透過率が変更可能に構成されたスイッチング回折素子を含み、前記制御部は、前記比率変更部として前記スイッチング回折素子を前記第１の状態と前記第２の状態とに前記所定のデューティ比で交互に切り替え、前記スイッチング回折素子は、前記第１の状態のときには、所定の前記回折効率で入射光を回折し、前記第２の状態のときには、前記第１の状態のときに比べて前記回折効率が低下するとともに前記光透過率が高くなり、前記スイッチング回折素子は、前記第２の状態のときに前記裏面反射光が前記視点に進むような前記表示光を、前記第１の状態のときには、前記所定の回折効率で回折することにより前記視点以外の方向に進ませることが好ましい。

この構成によれば、透明表示板は、内側透明板と、内側透明板に対して視点の反対側に設けられた外側透明板と、内側透明板と外側透明板との間に設けられた中間膜と、を含む。比率変更部は、中間膜に配置され、回折効率及び光透過率が変更可能に構成されたスイッチング回折素子を含む。制御部は、比率変更部としてスイッチング回折素子を第１の状態と第２の状態とに所定のデューティ比で交互に切り替える。スイッチング回折素子は、第１の状態のときには、所定の回折効率で入射光を回折し、第２の状態のときには、第１の状態のときに比べて回折効率が低下するとともに光透過率が高くなる。スイッチング回折素子は、第２の状態のときに裏面反射光が視点に進むような表示光を、第１の状態のときには、所定の回折効率で回折することにより視点以外の方向に進ませる。

スイッチング回折素子の光透過率は、第２の状態のときには第１の状態に比べて高くなるため、スイッチング回折素子が第２の状態のときには、視点から反対側を視認しやすくなり、表示光はスイッチング回折素子を透過しやすくなる。したがって、スイッチング回折素子が第２の状態のときには、スイッチング回折素子を透過し、透明表示板の裏面で反射された裏面反射光が視点に進むような、表示光が存在する。しかし、そのような表示光であっても、スイッチング回折素子は、第１の状態のときには、所定の回折効率で回折することにより、視点以外の方向に進ませる。

したがって、スイッチング回折素子が第１の状態のときには、表面反射光と裏面反射光とが二重像として視認されにくくなる。また、スイッチング回折素子が第２の状態のときには、スイッチング回折素子の光透過率が高いため、観察者はスイッチング回折素子を通して透明表示板の反対側を好適に視認することができる。そして、制御部によりスイッチング回折素子が第１の状態と第２の状態とに所定のデューティ比で交互に切り替えられるため、二重像が視認されるのを抑制することができるとともに、スイッチング回折素子を通して視点から反対側を視認することも可能になる。

上記の透過型表示装置において、前記比率変更部は、前記透明表示板の前記表示領域の前記視点側の表面に配置され、前記光透過率及び光反射率が変更可能に構成されたスイッチング回折素子を含み、前記制御部は、前記比率変更部として前記スイッチング回折素子を前記第１の状態と前記第２の状態とに前記所定のデューティ比で交互に切り替え、前記スイッチング回折素子の前記光透過率は、前記第２の状態のときには前記第１の状態のときに比べて高くなり、前記スイッチング回折素子の前記光反射率は、前記第１の状態のときには前記第２の状態のときに比べて高くなり、前記スイッチング回折素子は、前記第１の状態のときには、前記第２の状態のときに当該スイッチング回折素子を透過して前記裏面反射光を形成するような前記表示光を反射することにより、前記裏面反射光として前記視点に届かないようにすることが好ましい。

この構成によれば、比率変更部は、透明表示板の表示領域の視点側の表面に配置され、光透過率及び光反射率が変更可能に構成されたスイッチング回折素子を含む。制御部は、比率変更部としてスイッチング回折素子を第１の状態と第２の状態とに所定のデューティ比で交互に切り替える。スイッチング回折素子の光透過率は、第２の状態のときには第１の状態のときに比べて高くなり、スイッチング回折素子の光反射率は、第１の状態のときには第２の状態のときに比べて高くなる。スイッチング回折素子は、第１の状態のときには、第２の状態のときに当該スイッチング回折素子を透過して裏面反射光を形成するような表示光を反射することにより、裏面反射光として視点に届かないようにする。その結果、裏面反射光の視点に届く光量が低下する。

したがって、スイッチング回折素子が第１の状態のときには、表面反射光と裏面反射光とが二重像として視認されにくくなる。また、スイッチング回折素子が第２の状態のときには、第１の状態のときに比べてスイッチング回折素子の光透過率が高いため、観察者はスイッチング回折素子を通して透明表示板の反対側を好適に視認することができる。そして、制御部によりスイッチング回折素子が第１の状態と第２の状態とに所定のデューティ比で交互に切り替えられるため、二重像が視認されるのを抑制することができるとともに、スイッチング回折素子を通して視点から反対側を視認することも可能になる。

上記の透過型表示装置において、前記比率変更部は、前記透明表示板の前記表示領域の前記視点側の表面に配置され、前記光透過率及び光反射率が変更可能に構成されたスイッチング調光ミラーを含み、前記制御部は、前記比率変更部として前記スイッチング調光ミラーを前記第１の状態と前記第２の状態とに前記所定のデューティ比で交互に切り替え、前記スイッチング調光ミラーの前記光透過率は、前記第２の状態のときには前記第１の状態のときに比べて高くなり、前記スイッチング調光ミラーの前記光反射率は、前記第１の状態のときには前記第２の状態のときに比べて高くなり、前記スイッチング調光ミラーは、前記第１の状態のときには、前記第２の状態のときに当該スイッチング調光ミラーを透過して前記裏面反射光を形成するような前記表示光を反射することにより、前記裏面反射光として前記視点に届かないようにすることが好ましい。

この構成によれば、比率変更部は、透明表示板の表示領域の視点側の表面に配置され、光透過率及び光反射率が変更可能に構成されたスイッチング調光ミラーを含む。制御部は、比率変更部としてスイッチング調光ミラーを第１の状態と第２の状態とに所定のデューティ比で交互に切り替える。スイッチング調光ミラーの光透過率は、第２の状態のときには第１の状態のときに比べて高くなり、スイッチング調光ミラーの光反射率は、第１の状態のときには第２の状態のときに比べて高くなる。スイッチング調光ミラーは、第１の状態のときには、第２の状態のときに当該スイッチング調光ミラーを透過して裏面反射光を形成するような表示光を反射することにより、裏面反射光として視点に届かないようにする。

したがって、スイッチング調光ミラーが第１の状態のときには、表面反射光と裏面反射光とが二重像として視認されにくくなる。また、スイッチング調光ミラーが第２の状態のときには、第１の状態のときに比べてスイッチング調光ミラーの光透過率が高いため、観察者はスイッチング調光ミラーを通して透明表示板の反対側を好適に視認することができる。そして、制御部によりスイッチング調光ミラーが第１の状態と第２の状態とに所定のデューティ比で交互に切り替えられるため、二重像が視認されるのを抑制することができるとともに、スイッチング調光ミラーを通して視点から反対側を視認することも可能になる。

上記の透過型表示装置において、前記透明表示板は、内側透明板と、前記内側透明板に対して前記視点の反対側に設けられた外側透明板と、前記内側透明板と前記外側透明板との間に設けられた中間膜と、を含み、前記比率変更部は、前記中間膜に配置され、前記光透過率が変更可能に構成されたスイッチング遮光素子を含み、前記制御部は、前記比率変更部として前記スイッチング遮光素子を前記第１の状態と前記第２の状態とに前記所定のデューティ比で交互に切り替え、前記スイッチング遮光素子の前記光透過率は、前記第１の状態のときには、前記第２の状態のときに比べて低くなり、前記スイッチング遮光素子は、前記第１の状態のときには、前記第２の状態のときに当該スイッチング遮光素子を透過して前記裏面反射光を形成するような前記表示光を、前記第２の状態のときに比べて低い光透過率で透過させることにより、前記裏面反射光として前記視点に届く光量を低下させることが好ましい。

この構成によれば、透明表示板は、内側透明板と、内側透明板に対して視点の反対側に設けられた外側透明板と、内側透明板と外側透明板との間に設けられた中間膜と、を含む。比率変更部は、中間膜に配置され、光透過率が変更可能に構成されたスイッチング遮光素子を含む。制御部は、比率変更部としてスイッチング遮光素子を第１の状態と第２の状態とに所定のデューティ比で交互に切り替える。スイッチング遮光素子の光透過率は、第１の状態のときには、第２の状態のときに比べて低くなる。スイッチング遮光素子は、第１の状態のときには、第２の状態のときに当該スイッチング遮光素子を透過して裏面反射光を形成するような表示光を、第２の状態のときに比べて低い光透過率で透過させることにより、裏面反射光として視点に届く光量を低下させる。

したがって、スイッチング遮光素子が第１の状態のときには、表面反射光と裏面反射光とが二重像として視認されにくくなる。また、スイッチング遮光素子が第２の状態のときには、第１の状態のときに比べてスイッチング遮光素子の光透過率が高いため、観察者はスイッチング遮光素子を通して透明表示板の反対側を好適に視認することができる。そして、制御部によりスイッチング遮光素子が第１の状態と第２の状態とに所定のデューティ比で交互に切り替えられるため、二重像が視認されるのを抑制することができるとともに、スイッチング遮光素子を通して視点から反対側を視認することも可能になる。

本発明の他の局面に従う移動体は、上記の透過型表示装置と、前記観察者により操作される操作部と、移動のための駆動力を発生する駆動源と、前記観察者による前記操作部の操作に応じて前記駆動源を制御する駆動制御部と、を備える。

この構成によれば、操作部は、観察者により操作される。駆動源は、移動のための駆動力を発生する。駆動制御部は、観察者による操作部の操作に応じて駆動源を制御する。上記の透過型表示装置を備えることにより、観察者により二重像が視認されるのを抑制することができるとともに、観察者の視点から反対側を視認することも可能になる。したがって、観察者は、操作部を好適に操作することができる。

本発明のさらに他の局面に従う制御装置は、画像表示部を制御する制御装置であって、前記画像表示部は、外部光を透過する透明表示板と、画像を表す表示光を前記透明表示板の一部に設定された表示領域に向けて投射する表示部と、前記透明表示板の前記表示領域に設けられ、前記透明表示板の前記表示領域の表面側で前記表示光が反射された表面反射光の観察者の視点に届く光量に対する、前記透明表示板の表面を透過した前記表示光が前記透明表示板の裏面で反射された裏面反射光の前記視点に届く光量の比率を変更することが可能に構成され、かつ、光透過率が変更可能に構成された比率変更部と、を備え、前記制御装置は、前記比率変更部に制御信号を出力して、前記比率変更部を第１の状態と第２の状態とに所定のデューティ比で交互に切り替える制御部を備え、前記比率変更部は、前記第１の状態のときには、前記第２の状態のときに比べて前記裏面反射光の前記視点に届く光量を低下させることにより前記比率を低下させ、前記第２の状態のときには、前記第１の状態のときに比べて前記光透過率が高くなる。

この構成によれば、画像表示部は、透明表示板と、表示部と、比率変更部とを備える。透明表示板は、外部光を透過する。表示部は、画像を表す表示光を透明表示板の一部に設定された表示領域に向けて投射する。比率変更部は、透明表示板の表示領域に設けられている。比率変更部は、透明表示板の表示領域の表面側で表示光が反射された表面反射光の観察者の視点に届く光量に対する、透明表示板の表面を透過した表示光が透明表示板の裏面で反射された裏面反射光の視点に届く光量の比率を変更することが可能に構成され、かつ、光透過率が変更可能に構成されている。制御装置は、制御部を備える。制御部は、比率変更部に制御信号を出力して、比率変更部を第１の状態と第２の状態とに所定のデューティ比で交互に切り替える。比率変更部は、第１の状態のときには、第２の状態のときに比べて裏面反射光の視点に届く光量を低下させることにより上記比率を低下させ、第２の状態のときには、第１の状態のときに比べて光透過率が高くなる。

したがって、比率変更部が第１の状態のときには、第２の状態のときに比べて、上記比率が低下するため、表面反射光と裏面反射光とが二重像として視認されにくくなる。一方、比率変更部が第２の状態のときには、第１の状態のときに比べて、光透過率が高くなるため、比率変更部が設けられた透明表示板の表示領域を通して、視点から反対側が視認しやすくなる。その結果、比率変更部を第１の状態と第２の状態とに所定のデューティ比で交互に切り替えることにより、表面反射光と裏面反射光とが二重像として視認されるのを抑制することができるとともに、比率変更部が設けられた透明表示板の表示領域を通して視点から反対側を視認することも可能になる。その結果、画像表示部を好適に制御することができる。

本発明によれば、表面反射光の観察者の視点に届く光量に対する裏面反射光の視点に届く光量の比率を変更することが可能に構成され、かつ、光透過率が変更可能に構成された比率変更部を表示領域に設け、比率変更部を第１の状態と第２の状態とに所定のデューティ比で交互に切り替えている。比率変更部は、第１の状態のときには、第２の状態のときに比べて裏面反射光の視点に届く光量を低下させることにより上記比率を低下させ、第２の状態のときには、第１の状態のときに比べて光透過率が高くなる。その結果、二重像の発生を防止しつつ、表示領域を通して外界を視認することが可能になる。

本発明にかかる透過型表示装置、移動体及び制御装置は、二重像の発生を防止しつつ、表示領域を通して外界を視認する透過型の表示装置、表示システムなどの用途に応用できる。

Claims (11)

1. 外部光を透過する透明表示板と、
   画像を表す表示光を前記透明表示板の一部に設定された表示領域に向けて投射する表示部と、
   前記透明表示板の前記表示領域に設けられ、前記透明表示板の前記表示領域の表面側で前記表示光が反射された表面反射光の観察者の視点に届く光量に対する、前記透明表示板の表面を透過した前記表示光が前記透明表示板の裏面で反射された裏面反射光の前記視点に届く光量の比率を変更することが可能に構成され、かつ、光透過率が変更可能に構成された比率変更部と、
   前記比率変更部を第１の状態と第２の状態とに所定のデューティ比で交互に切り替える制御部と、
   を備え、
   前記比率変更部は、前記第１の状態のときには、前記第２の状態のときに比べて前記裏面反射光の前記視点に届く光量を低下させることにより前記比率を低下させ、前記第２の状態のときには、前記第１の状態のときに比べて前記光透過率が高くなることを特徴とする透過型表示装置。
2. 前記制御部は、前記デューティ比を調整して、前記透明表示板の前記表示領域における時間平均の可視光透過率を予め決められた規定値以上とすることを特徴とする請求項１に記載の透過型表示装置。
3. 前記制御部は、前記表示部を制御して、前記比率変更部が前記第１の状態のときに前記表示部から投射する前記表示光の輝度を第１輝度とし、前記比率変更部が前記第２の状態のときに前記表示部から投射する前記表示光の輝度を前記第１輝度より低い第２輝度とすることを特徴とする請求項１または２に記載の透過型表示装置。
4. 前記制御部は、前記デューティ比に応じて、前記第１輝度及び前記第２輝度を、前記表示光の時間平均の輝度が所定レベル以上になるような値とすることを特徴とする請求項３記載の透過型表示装置。
5. 前記制御部は、前記第２輝度をゼロとすることを特徴とする請求項３または４記載の透過型表示装置。
6. 前記透明表示板は、内側透明板と、前記内側透明板に対して前記視点の反対側に設けられた外側透明板と、前記内側透明板と前記外側透明板との間に設けられた中間膜と、を含み、
   前記比率変更部は、前記中間膜に配置され、回折効率及び前記光透過率が変更可能に構成されたスイッチング回折素子を含み、
   前記制御部は、前記比率変更部として前記スイッチング回折素子を前記第１の状態と前記第２の状態とに前記所定のデューティ比で交互に切り替え、
   前記スイッチング回折素子は、前記第１の状態のときには、所定の前記回折効率で入射光を回折し、前記第２の状態のときには、前記第１の状態のときに比べて前記回折効率が低下するとともに前記光透過率が高くなり、
   前記スイッチング回折素子は、前記第２の状態のときに前記裏面反射光が前記視点に進むような前記表示光を、前記第１の状態のときには、前記所定の回折効率で回折することにより前記視点以外の方向に進ませることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の透過型表示装置。
7. 前記比率変更部は、前記透明表示板の前記表示領域の前記視点側の表面に配置され、前記光透過率及び光反射率が変更可能に構成されたスイッチング回折素子を含み、
   前記制御部は、前記比率変更部として前記スイッチング回折素子を前記第１の状態と前記第２の状態とに前記所定のデューティ比で交互に切り替え、
   前記スイッチング回折素子の前記光透過率は、前記第２の状態のときには前記第１の状態のときに比べて高くなり、前記スイッチング回折素子の前記光反射率は、前記第１の状態のときには前記第２の状態のときに比べて高くなり、
   前記スイッチング回折素子は、前記第１の状態のときには、前記第２の状態のときに当該スイッチング回折素子を透過して前記裏面反射光を形成するような前記表示光を反射することにより、前記裏面反射光として前記視点に届かないようにすることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の透過型表示装置。
8. 前記比率変更部は、前記透明表示板の前記表示領域の前記視点側の表面に配置され、前記光透過率及び光反射率が変更可能に構成されたスイッチング調光ミラーを含み、
   前記制御部は、前記比率変更部として前記スイッチング調光ミラーを前記第１の状態と前記第２の状態とに前記所定のデューティ比で交互に切り替え、
   前記スイッチング調光ミラーの前記光透過率は、前記第２の状態のときには前記第１の状態のときに比べて高くなり、前記スイッチング調光ミラーの前記光反射率は、前記第１の状態のときには前記第２の状態のときに比べて高くなり、
   前記スイッチング調光ミラーは、前記第１の状態のときには、前記第２の状態のときに当該スイッチング調光ミラーを透過して前記裏面反射光を形成するような前記表示光を反射することにより、前記裏面反射光として前記視点に届かないようにすることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の透過型表示装置。
9. 前記透明表示板は、内側透明板と、前記内側透明板に対して前記視点の反対側に設けられた外側透明板と、前記内側透明板と前記外側透明板との間に設けられた中間膜と、を含み、
   前記比率変更部は、前記中間膜に配置され、前記光透過率が変更可能に構成されたスイッチング遮光素子を含み、
   前記制御部は、前記比率変更部として前記スイッチング遮光素子を前記第１の状態と前記第２の状態とに前記所定のデューティ比で交互に切り替え、
   前記スイッチング遮光素子の前記光透過率は、前記第１の状態のときには、前記第２の状態のときに比べて低くなり、
   前記スイッチング遮光素子は、前記第１の状態のときには、前記第２の状態のときに当該スイッチング遮光素子を透過して前記裏面反射光を形成するような前記表示光を、前記第２の状態のときに比べて低い光透過率で透過させることにより、前記裏面反射光として前記視点に届く光量を低下させることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の透過型表示装置。
10. 請求項１ないし９のいずれか１項に記載の透過型表示装置と、
    前記観察者により操作される操作部と、
    移動のための駆動力を発生する駆動源と、
    前記観察者による前記操作部の操作に応じて前記駆動源を制御する駆動制御部と、
    を備えることを特徴とする移動体。
11. 画像表示部を制御する制御装置であって、
    前記画像表示部は、
    外部光を透過する透明表示板と、
    画像を表す表示光を前記透明表示板の一部に設定された表示領域に向けて投射する表示部と、
    前記透明表示板の前記表示領域に設けられ、前記透明表示板の前記表示領域の表面側で前記表示光が反射された表面反射光の観察者の視点に届く光量に対する、前記透明表示板の表面を透過した前記表示光が前記透明表示板の裏面で反射された裏面反射光の前記視点に届く光量の比率を変更することが可能に構成され、かつ、光透過率が変更可能に構成された比率変更部と、を備え、
    前記制御装置は、
    前記比率変更部に制御信号を出力して、前記比率変更部を第１の状態と第２の状態とに所定のデューティ比で交互に切り替える制御部を備え、
    前記比率変更部は、前記第１の状態のときには、前記第２の状態のときに比べて前記裏面反射光の前記視点に届く光量を低下させることにより前記比率を低下させ、前記第２の状態のときには、前記第１の状態のときに比べて前記光透過率が高くなることを特徴とする制御装置。

Images