JP7517130B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、表示装置に関し、特に虚像を表示する表示装置に関する。

近年、車両用表示装置としてヘッドアップディスプレイが用いられることがある。ヘッドアップディスプレイは、画像表示光を車両のウィンドシールドなどに投射し、画像表示光に基づく虚像を車外の風景に重畳して表示する。ウィンドシールドには表面と裏面があり、表面と裏面のそれぞれにて反射して視認される画像表示光がずれて重畳され、二重像に見えてしまうことがある。このような二重像の発生を抑制するため、表面で反射する第１の光線と裏面で反射する第２の光線の光路が一致するようにした構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１８－９２０５０号公報

上述の先行技術では、ウィンドシールドなどの透明部材の表面と裏面が平行であることを前提としており、透明部材の製造誤差等によって表面と裏面が厳密に平行ではない場合には二重像が発生してしまう場合がある。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、二重像の発生を抑制した表示装置を適切に調整する技術を提供することを目的とする。

本発明のある態様の表示装置は、画像表示光を生成する表示部と、画像表示光が透明部材に向けて投射されるように画像表示光を反射する凹面鏡と、凹面鏡から表示部までの距離が、凹面鏡から透明部材に向かう画像表示光が平行光となる基準距離以下となる範囲で表示部を移動させる駆動機構と、を備える。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、二重像の発生を抑制した表示装置を調整できる。

実施の形態に係る表示装置の構成を模式的に示す図である。 非平行な透明部材による二重像の発生を模式的に示す図である。 非平行な透明部材による二重像の解消方法を模式的に示す図である。 比較例に係る表示装置において表示部を基準位置よりも遠方に配置した場合を模式的に示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。かかる実施の形態に示す具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、実施の形態に係る表示装置１０の構成を模式的に示す図である。表示装置１０は、いわゆるヘッドアップディスプレイ装置である。表示装置１０は、車両のウィンドシールドなどである透明部材３０に画像表示光を投射してユーザＥの前方に虚像４０を表示する。

表示装置１０は、照明部１２と、表示部１４と、凹面鏡１６と、駆動機構１８とを備える。照明部１２は、画像表示光を生成するための光源であり、表示部１４を照明するための照明光を生成する。照明部１２は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＬＤ（Laser Diode）などの発光素子と、発光素子からの出力光の強度分布や角度分布を調整するための光学素子とを有する。照明部１２は、例えば、ほぼ一様な明るさの白色光を表示部１４に提供する。照明部１２の構成は特に限られないが、発光素子からの出力光を整えるために、例えば、ライトトンネル、フレネルレンズ、光拡散板などの光学素子を用いることができる。

表示部１４は、照明部１２からの照明光を変調して画像表示光を生成する。表示部１４は、画像表示光を生成するための透過型の画像表示素子を含み、透過型の液晶パネルといった表示デバイスを含む。画像表示素子は、例えば、画像信号を取得し、画像信号に対応する表示内容の画像表示光を生成する。表示部１４は、画像表示光の向きや配光角を整えるための光学素子をさらに含んでもよい。表示部１４は、例えば、透過型液晶パネル以外のＤＭＤ（Digital Mirror Device）やＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）方式等のＬＳＭ（Laser Scanning Module）といったプロジェクションユニットと、マイクロレンズアレイシートや光拡散シートといった透過型スクリーンとを組み合わせた構成としてもよい。

凹面鏡１６は、表示部１４からの画像表示光を透明部材３０に向けて反射させる。凹面鏡１６は、表示部１４が基準位置２０に配置されている場合に凹面鏡１６から透明部材３０に向かう画像表示光が平行光となるように構成されている。具体的には、表示部１４が基準位置２０に配置されている場合に表示部１４の任意の点から出射する第１光線Ｌ１と第２光線Ｌ２が平行になって透明部材３０に入射する。ここで、基準位置２０に配置される表示部１４と凹面鏡１６の間の距離のことを「基準距離ｄ０」ともいう。基準距離ｄ０は、表示部１４から凹面鏡１６に向けて画像表示光が進行する方向に沿った距離である。

駆動機構１８は、表示部１４を矢印Ｘで示されるように並進移動させ、凹面鏡１６から表示部１４までの距離を変化させる。駆動機構１８によって表示部１４が移動する方向Ｘは、表示部１４から凹面鏡１６に向けて画像表示光が進行する方向と平行である。駆動機構１８は、凹面鏡１６の表示部１４までの距離が基準距離ｄ０以下となる範囲で表示部１４を移動させる。駆動機構１８は、表示部１４が基準位置２０よりも凹面鏡１６に近い位置に向かう第１方向Ｘ１への移動を可能とする。駆動機構１８は、表示部１４が基準位置２０よりも凹面鏡１６から遠い位置に向かう第２方向Ｘ２への移動を不可とする。駆動機構１８による表示部１４の移動範囲は、駆動機構１８の機械的な構造であるハードウェアによって制限されてもよいし、駆動機構１８の動作を制御するソフトウェアによって制限されてもよい。

駆動機構１８は、操作部５０と接続されており、操作部５０への入力操作に応じて駆動する。操作部５０は、表示装置１０が備える専用の操作ボタンであってもよいし、表示装置１０が設置される車両などに設けられる操作ボタンであってもよい。操作部５０は、例えば、車両のセンターコンソールなどに配置されるナビゲーション装置用の操作ボタンやタッチパネルであってもよい。操作部５０は、携帯電話やスマートフォン、タブレットといったモバイル装置であってもよく、モバイル装置から有線または無線で駆動機構１８に操作情報が送信されてもよい。

駆動機構１８は、透明部材３０の平行度の誤差に応じて発生しうる二重像を調整するために表示部１４の位置を変化させる。ユーザＥは、表示装置１０を設置した後、透明部材３０を介して表示される虚像４０を視認しながら操作部５０を操作する。ユーザＥは、例えば、虚像４０として二重像が知覚される場合に二重像が解消されるように操作部５０を操作する。以下、表示装置１０において生じる二重像について説明する。

図１は、透明部材３０の表面３２と裏面３４が平行であり、表面３２と裏面３４の間の厚さｔが均一である場合を示す。凹面鏡１６から透明部材３０に入射する光線Ｌ１，Ｌ２は、透明部材３０の表面３２または裏面３４にて反射してユーザＥに向かう。第１光線Ｌ１は、透明部材３０の表面３２にて反射してユーザＥに向かう。第２光線Ｌ２は、透明部材３０の表面３２にて屈折し、裏面３４にて反射してユーザＥに向かう。

図１の例では、透明部材３０に入射する第１光線Ｌ１と第２光線Ｌ２が平行であり、透明部材３０の表面３２と裏面３４が平行であるため、ユーザＥに向かう第１光線Ｌ１と第２光線Ｌ２の方向（角度）が一致する。その結果、ユーザＥは、第１光線Ｌ１と第２光線Ｌ２のずれによる二重像を知覚することなく虚像４０を視認できる。したがって、透明部材３０が厳密に平行であれば、表示部１４を基準位置２０に配置することで二重像を解消できる。このとき、ユーザＥから虚像４０までの距離、つまり、ユーザＥが虚像４０を知覚する距離（虚像距離ともいう）は、無限遠である。

図２は、非平行な透明部材３０ａによる二重像の発生を模式的に示す図である。図２の透明部材３０ａは、図１の透明部材３０と異なり、表面３２ａと裏面３４ａが非平行である。具体的には、透明部材３０ａの下側の厚みｔ１ａが小さく、透明部材３０ａの上側の厚みｔ２ａが大きくなるような楔形状となっている。図２では、分かりやすさのために、透明部材３０ａの楔形状を強調して示しているが、透明部材３０ａの表面３２ａと裏面３４ａの間の非平行度は、非常に僅かであってもよい。透明部材３０ａの非平行度は、例えば、透明部材３０を形成しようとする場合の製造誤差等によって生じる程度のわずかな値であってもよく、例えば、０．１度以下や０．０１度以下であってもよい。

図２の例では、表示部１４が基準位置２０に配置されており、透明部材３０ａに入射する第１光線Ｌ１と第２光線Ｌ２が平行である。そうすると、表面３２ａと裏面３４ａが非平行であるため、ユーザＥに向かう第１光線Ｌ１と第２光線Ｌ２の間に方向（角度）のずれが生じる。その結果、ユーザＥは、第１光線Ｌ１と第２光線Ｌ２のずれによる二重像が発生した虚像４２を視認することとなる。

図３は、非平行な透明部材３０ａによる二重像の解消方法を模式的に示す図である。図３の透明部材３０ａは、図２と同じである。図３では、表示部１４の位置が異なっており、基準位置２０よりも凹面鏡１６の近くである近方位置２１に表示部１４が配置されている。図３の例では、凹面鏡１６から表示部１４までの距離ｄ１が基準距離ｄ０よりも短い。駆動機構１８によって表示部１４を基準位置２０から第１方向Ｘ１に移動させることで、表示部１４を近方位置２１に配置できる。

図３の例では、表示部１４が基準位置２０よりも凹面鏡１６に近い近方位置２１に配置されるため、凹面鏡１６から透明部材３０ａに向かう第１光線Ｌ１ａと第２光線Ｌ２ａが非平行となる。具体的には、第１光線Ｌ１ａおよび第２光線Ｌ２ａは、透明部材３０ａに向けて発散するように進行する。このとき、透明部材３０ａに向かう第１光線Ｌ１ａおよび第２光線Ｌ２ａの発散角を適切に調整することで、透明部材３０ａからユーザＥに向かう第１光線Ｌ１ａと第２光線Ｌ２ａの方向（角度）を一致させることができる。その結果、第１光線Ｌ１ａと第２光線Ｌ２ａのずれによる二重像を知覚することなく虚像４４を視認できる。このとき、ユーザＥが視認する虚像４４の虚像距離は、無限遠ではなく有限となる。

図４は、比較例に係る表示装置１１０において表示部１１４を基準位置２０よりも遠方に配置した場合を模式的に示す図であり、凹面鏡１６から表示部１１４までの距離ｄ２が基準距離ｄ０よりも長い。図４の表示装置１１０は、上述の実施の形態と異なり、表示部１１４を基準位置２０から第２方向Ｘ２に移動可能であり、表示部１１４を遠方位置２２に配置できる。上述の実施の形態では、表示部１４を基準位置２０から第２方向Ｘ２に移動不可であり、表示部１４を遠方位置２２に配置できない。

図４の例では、透明部材３０ｂが非平行であるが、図３とは透明部材３０ｂの厚さｔ１ｂ，ｔ２ｂの大小関係が逆となっている。具体的には、透明部材３０ｂの下側の厚みｔ１ｂが大きく、透明部材３０ｂの上側の厚みｔ２ｂが小さくなるような楔形状となっている。この場合、表示部１１４を基準位置２０よりも遠方の遠方位置２２に配置することで、透明部材３０ｂからユーザＥに向かう第１光線Ｌ１ｂおよび第２光線Ｌ２ｂの方向（角度）を一致させることができ、第１光線Ｌ１ｂおよび第２光線Ｌ２ｂのずれによる二重像を解消できる。

しかしながら、図４の例では、第１光線Ｌ１ｂおよび第２光線Ｌ２ｂは、透明部材３０ｂに向けて収束するように進行する。その結果、ユーザＥに視認される虚像４６の虚像距離は、無限遠よりも遠い状態である「オーバーインフィニティ」となり、ユーザＥは虚像４６にピントを合わせることができなくなる。つまり、ユーザＥは鮮明な画像を視認できず、ユーザＥが無理にピントを合わせようとすることでユーザＥの目に過大な負担がかかる。ユーザＥの目の負担を考慮すると、このような状態は避けることが好ましい。そこで、本実施の形態では、オーバーインフィニティとなって虚像にピントが合わない状態となることを避けるため、表示部１４が基準位置２０よりも遠方に配置されることを不可とする。

なお、本実施の形態に係る表示装置１０において、図４に示されるような非平行な透明部材３０ｂが使用される場合、第１光線Ｌ１ｂと第２光線Ｌ２ｂのずれによる二重像を解消することはできない。しかしながら、本実施の形態によれば、オーバーインフィニティとなって虚像にピントが合わない状態となることを防止し、ユーザＥの目に過大な負担がかかることを防止できる。

つまり、駆動機構１８は、透明部材３０の表面３２と裏面３４が平行であることを前提とした表示部１４の基準位置２０から、表示部１４の位置を凹面鏡１６に近い位置に向かう方向への調整を可能とし、凹面鏡１６から遠い位置に向かう方向への調整を制限する。言い換えると、駆動機構１８は、凹面鏡１６に対する表示部１４の位置を、ユーザが虚像を無限遠として知覚する位置を基準として、ユーザが虚像を有限距離として知覚する方向への調整を可能とし、オーバーインフィニティとなる方向への調整を制限する。

本実施の形態によれば、図１のように厳密に平行な透明部材３０である場合、図３のように下側の厚みｔ１ａが相対的に小さい楔形状である透明部材３０ａである場合、凹面鏡１６から表示部１４までの距離を駆動機構１８によって変化させることで、二重像を解消できる。本実施の形態によれば、図４のように下側の厚みｔ１ｂが相対的に大きい楔形状である透明部材３０ｂである場合、二重像を解消することはできないが、虚像距離がオーバーインフィニティとなってユーザＥが虚像にピントを合わせることができなくなる状況の発生を防ぐことができる。したがって、本実施の形態によれば、凹面鏡１６から表示部１４までの距離が固定されている表示装置や、凹面鏡１６から表示部１４までの距離の変化に制約がない表示装置に比べて、より好適な虚像をユーザＥに提示できる。

以上、本発明を上述の実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、各表示例に示す構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。

上述の実施の形態では、透明部材３０と表示部１４の間の光路に凹面鏡１６のみが配置される場合について示した。別の実施の形態では、表示部１４と凹面鏡１６の間に別の光学素子が追加されてもよく、折り返しミラーや凸レンズなどが追加されてもよい。表示部１４と凹面鏡１６の間に凸レンズが追加される場合、凸レンズを通過して凹面鏡１６にて反射された後の画像表示光が平行光となるように表示部１４の基準位置２０が設定される。

１０…表示装置、１２…照明部、１４…表示部、１６…凹面鏡、１８…駆動機構、２０…基準位置、２１…近方位置、３０…透明部材、３２…表面、３４…裏面、４０…虚像。

Claims (3)

1. 画像表示光を生成する表示部と、
   前記画像表示光が透明部材に向けて投射されるように前記画像表示光を反射する凹面鏡と、
   前記凹面鏡から前記表示部までの距離が、前記凹面鏡から前記透明部材に向かう前記画像表示光が平行光となる基準距離となる場合と、前記基準距離よりも短い距離となる場合とを含む範囲で前記表示部を移動させる駆動機構と、を備えることを特徴とする表示装置。
2. 前記駆動機構は、前記凹面鏡から前記表示部までの距離が前記基準距離以下となる範囲での前記表示部の移動を可能とし、前記凹面鏡から前記表示部までの距離が前記基準距離を超える範囲での前記表示部の移動を制限することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記基準距離は、前記透明部材の表面と裏面が平行であり、前記表示装置のユーザが、前記透明部材に投射された前記画像表示光を、無限遠にある虚像として知覚する場合における、前記凹面鏡から前記表示部までの距離であ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。

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