WO2011033766A1 - 映像情報の表示装置 - Google Patents

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WO2011033766A1
WO2011033766A1 PCT/JP2010/005635 JP2010005635W WO2011033766A1 WO 2011033766 A1 WO2011033766 A1 WO 2011033766A1 JP 2010005635 W JP2010005635 W JP 2010005635W WO 2011033766 A1 WO2011033766 A1 WO 2011033766A1
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WO
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person
light beam
display device
light beams
projection
Prior art date
Application number
PCT/JP2010/005635
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English (en)
French (fr)
Inventor
茂 嶋川
収 永原
治彦 奥村
宏美 鈴木
直忠 岡田
Original Assignee
株式会社 東芝
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Publication date
Application filed by 株式会社 東芝 filed Critical 株式会社 東芝
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K35/00—Instruments specially adapted for vehicles; Arrangement of instruments in or on vehicles
    • B60K35/20—Output arrangements, i.e. from vehicle to user, associated with vehicle functions or specially adapted therefor
    • B60K35/21—Output arrangements, i.e. from vehicle to user, associated with vehicle functions or specially adapted therefor using visual output, e.g. blinking lights or matrix displays
    • B60K35/211—Output arrangements, i.e. from vehicle to user, associated with vehicle functions or specially adapted therefor using visual output, e.g. blinking lights or matrix displays producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
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    • B60K35/21—Output arrangements, i.e. from vehicle to user, associated with vehicle functions or specially adapted therefor using visual output, e.g. blinking lights or matrix displays
    • B60K35/23—Head-up displays [HUD]
    • B60K35/231—Head-up displays [HUD] characterised by their arrangement or structure for integration into vehicles
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    • B60K2360/00—Indexing scheme associated with groups B60K35/00 or B60K37/00 relating to details of instruments or dashboards
    • B60K2360/20—Optical features of instruments
    • B60K2360/33—Illumination features
    • B60K2360/334—Projection means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60K37/00—Dashboards

Definitions

  • the embodiments described herein generally relate to video information display devices.
  • HUD Head-up Display
  • display information such as navigation information is projected onto a windshield, and a person can visually recognize external information and display information at the same time.
  • binocular head-up display binocular parallax occurs between the external information and the display information, and the display becomes difficult to see.
  • Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2009-128565 proposes a monocular display device in which the display is viewed with one eye. According to this display device, a virtual image of a display object can be perceived at a depth position matching the background, and a display with enhanced depth and stereoscopic effect can be provided.
  • Such a monocular display device can be applied to, for example, an in-vehicle head-up display, and binocular parallax does not occur even when external information and display information are viewed simultaneously, and a desired depth position is obtained.
  • the display can be presented and perceived.
  • Such a monocular display device can be applied not only to an in-vehicle head-up display but also to an amusement application such as a game, and a sense of depth and a stereoscopic effect can be enhanced to provide a highly realistic display.
  • a monocular display device In a monocular display device, the projection area of a light beam including display content is controlled to be narrow so that the display cannot be viewed with both eyes. For this reason, if one eye for viewing deviates from the projection area, the person who is trying to view loses sight of the display. Such a monocular display device is desired to make the display easier to see and use.
  • a display device that projects a plurality of light fluxes including video information toward a person.
  • the interval between the plurality of light beams at the position of the person is wider than the distance between the eyes of the person, and at least one of the widths of the light beams at the position of the person is narrower than the distance between the eyes of the person. It can be set as follows.
  • a display device including a video projection unit that projects a plurality of light fluxes including video information toward a person.
  • the video projection unit includes a primary light beam generation unit and a division projection unit.
  • the primary light beam generation unit generates a primary light beam including video information.
  • the split projection unit includes a splitting element that splits the primary light beam into a plurality of light beams, and controls an interval between the plurality of light beams and a width of the plurality of light beams.
  • a display device including a video projection unit that projects a plurality of light fluxes including video information toward a person.
  • the image projection unit includes a plurality of primary light beam generation units, a plurality of projection units, and at least one image formation unit.
  • the plurality of primary light beam generation units generate a primary light beam including video information.
  • the plurality of projection units project a plurality of light beams corresponding to the plurality of primary light beams from the plurality of primary light beam generation units, and the interval between the plurality of light beams, the width of the plurality of light beams, To control.
  • the at least one image forming unit is provided in an optical path between the plurality of primary light beam generation units and the plurality of projection units, and forms an image based on an image signal.
  • the first embodiment will be described.
  • the display device according to the first embodiment is a display device that can be viewed with one eye, and can be applied to an amusement application such as a game in addition to an in-vehicle head-up display.
  • a display of feeling can be provided.
  • the display device according to the present embodiment is applied as a head-up display that is a vehicle-mounted display device will be described as an example.
  • FIG. 1A is a schematic perspective view showing a configuration of a display device according to the first embodiment.
  • FIG. 1B is a diagram for explaining the relationship between the projection areas of two eyes and two light beams.
  • FIG. 2 is a diagram specifically illustrating the configuration of the display device according to the first embodiment.
  • the display device 10 is a display device that projects a plurality of light beams 112 including video information toward a person 100.
  • the plurality of light beams 112 are two, ie, the first light beam 112a and the second light beam 112b.
  • the display device 10 includes a video projection unit 115 that reflects a plurality of light beams 112 by the image forming unit 715 and projects the light beam 112 toward one eye 101 of the person 100.
  • the image forming unit 715 reflects the plurality of light beams 112 to form an image based on the plurality of light beams 112.
  • the image forming unit 715 is, for example, the windshield 710 of the vehicle 730 (moving body), and has reflectivity and translucency.
  • the person 100 can simultaneously view the video information included in the light beam 112 reflected by the image forming unit 715 and the external information of the external environment transmitted through the image forming unit 715.
  • the image forming unit 715 is only required to have reflectivity, and only needs to reflect the plurality of light beams 112 and form an image based on the plurality of light beams 112.
  • the image forming unit 715 may be included in the video projecting unit 115, and the image forming unit 715 and the video projecting unit 115 may be separate. Hereinafter, a case where the image forming unit 715 is provided separately from the video projection unit 115 will be described.
  • the video information includes a display object 180, for example.
  • the display object 180 is provided in a video that the display device 10 presents to the person 100.
  • various display items such as “arrows” indicating the traveling direction regarding the operation information of the vehicle 730 on which the display device 10 is mounted. It is a display content.
  • the video projection unit 115 projects a plurality of light beams 112 toward the head 105 of the person 100.
  • a plurality of light beams 112 emitted from the image projection unit 115 are reflected by the reflection surface 712 of the image forming unit 715 and enter the head 105.
  • the divergence angle of the light beam 112 is controlled as will be described later, and one of the plurality of light beams 112 is incident on one eye 101 of the person 100. Accordingly, the person 100 can view the video information included in the light flux 112 with one eye 101.
  • the image forming unit 715 that is, the windshield 710 is disposed at a position where the distance from the person 100 is 21.7 cm or more.
  • the sense of depth perceived by the person 100 is enhanced, and the person 100 can perceive that the display object 180 is at a desired depth position.
  • HMD Head-Mounted-Display
  • an image may be presented to one eye (monocular), but the image is perceived by a display unit located very close to the eye (position closer to 21.7 cm). However, it cannot display a high sense of presence with a sense of depth.
  • the display device 10 can be provided, for example, in the vehicle 730, that is, for example, in the back of the dashboard 720 of the vehicle 730 when viewed from the person 100 who is the operator.
  • the video projection unit 115 includes, for example, a video data generation unit 130, a video formation unit 110, and a projection unit 120.
  • the video data generation unit 130 generates a video signal corresponding to the video including the display object 180 and supplies the video signal to the video formation unit 110.
  • the image forming unit 110 for example, various optical switches such as a liquid crystal display (LCD), a DMD (Digital Micromirror Device), or a MEMS (Micro-electro-mechanical System) can be used.
  • the video forming unit 110 forms a video on the screen of the video forming unit 110 based on the video signal supplied from the video data generating unit 130.
  • the projection unit 120 uses various light sources, lenses, mirrors, and optical elements that control the divergence angle (diffusion angle).
  • the projection unit 120 has a light source 121, a taper light guide 122, a light source side lens 123, an image emission side lens 124, an optical path changing mirror 127, and a dividing element 128 along the traveling direction of the light that becomes the light beam 112. And an exit side mirror 126.
  • the light source 121 generates light that becomes the light flux 112.
  • a tapered light guide 122 is disposed between the light source 121 and the exit side mirror 126.
  • a light source side lens 123 is disposed between the taper light guide 122 and the output side mirror 126.
  • An image exit side lens 124 is disposed between the light source side lens 123 and the exit side mirror 126.
  • An optical path changing mirror 127 is disposed between the image exit side lens 124 and the exit side mirror 126.
  • a dividing element 128 is provided between the optical path changing mirror 127 and the exit side mirror 126.
  • the optical path changing mirror 127 can be provided with the function of the image exit side lens 124.
  • the optical path changing mirror 127 can be omitted depending on the arrangement of the light source 121, the tapered light guide 122, the light source side lens 123, and the image emission side lens 124.
  • the image forming unit 110 for example, an LCD is disposed between the light source side lens 123 and the image emission side lens 124.
  • the light source 121 various light sources such as a light emitting diode (LED), a high pressure mercury lamp, a halogen lamp, and a laser can be used.
  • LED light emitting diode
  • a high pressure mercury lamp a high pressure mercury lamp
  • a halogen lamp a laser
  • a laser a laser
  • power consumption can be reduced, and the apparatus can be reduced in weight and size.
  • Each configuration of the video data generation unit 130, the video formation unit 110, and the projection unit 120 can be variously modified.
  • the arrangement of the elements included in the video forming unit 110 and the elements included in the projection unit 120 can be arbitrarily determined.
  • the image forming unit 110 or an element included in the image forming unit 110 may be inserted between the elements included in the projection unit 120.
  • the light emitted from the light source 121 is controlled by the taper light guide 122 so that the divergence angle is within a certain range. Then, the light passes through the image forming unit 110 and becomes the primary light flux 112o of the image including the predetermined display object 180.
  • the primary light beam 112o becomes the first light beam 112a and the second light beam 112b by passing through the splitting element 128. Divergence angles of the plurality of light beams 112 are controlled by various optical elements included in the video projection unit 115.
  • the video projection unit 115 of the present embodiment can first generate the primary light beam 112o and divide the primary light beam 112o to generate a plurality of light beams 112. Therefore, the image forming unit 110 and the projection unit 120 included in the image projecting unit 115 are divided into a part that generates the primary light beam 112o (primary light beam generation unit 140) and the primary light beam 112o, and is directed toward the person 100. And can be divided into portions to be projected (divided projection unit 141).
  • the primary light flux generation unit 140 includes, for example, the light source 121, the taper light guide 122 and the light source side lens 123 included in the projection unit 120, and the image forming unit 110.
  • the division projection unit 141 includes, for example, an image emission side lens 124, an optical path changing mirror 127, a division element 128, and an emission side mirror 126 included in the projection unit 120.
  • the primary light beam 112o from the primary light beam generation unit 140 includes video information.
  • the division projection unit 141 controls the interval between the plurality of light beams 112 and the width of the plurality of light beams.
  • Embodiments of the splitting element 128 included in the primary light flux generation unit 140 and the split projection unit 141 will be described later.
  • the exit side mirror 126 has a concave shape, so that the image of the video information included in the light beam 112 can be enlarged and projected onto the person 100.
  • the plurality of light beams 112 are reflected by the output side mirror 126, then reflected by the image forming unit 715 of the vehicle 730, and enter one eye 101 of the person 100.
  • the person 100 perceives the image 181 (virtual image) of the display object 180 formed at the image forming position 181p via the image forming unit 715.
  • the display device 10 can be used as a head-up display HUD.
  • the exit-side mirror 126 can be movable. For example, the position and angle of the exit-side mirror 126 are adjusted manually or automatically in accordance with the position and movement of the head 105 of the person 100 to obtain a luminous flux. 112 can be appropriately projected onto one eye 101.
  • the display device 10 is a display device that can be viewed with one eye, the spread of the plurality of light beams 112 is controlled so that it is not viewed with both eyes, and any one of the plurality of light beams 112 is projected onto one eye and projected onto both eyes. Not.
  • the size of the first projection area 114a of the first light flux 112a at the position 100p of the person 100 is set to a size that only one eye enters and does not enter both eyes.
  • the size of the second projection region 114b of the second light beam 112b at the position 100p of the person 100 is set to a size that allows only one eye and does not allow both eyes.
  • the first projection area 114 a and the second projection area 114 b are separated from each other, and the distance between them is set to be larger than the distance between both eyes of the person 100.
  • the first light beam 112 a is emitted from the image projection unit 115, and the first light beam 112 a is reflected by the image forming unit 715 and projected toward the person 100.
  • the second light beam 112 b is emitted from the image projection unit 115, and the second light beam 112 a is reflected by the image forming unit 715 and projected toward the person 100.
  • the person 100 perceives the image 181 (virtual image) of the display object 180 formed by the image forming unit 715.
  • the direction of the light beam 112 after the light beam 112 emitted from the display device 10 is reflected by the image forming unit 715 is defined as a Z-axis direction.
  • the direction in which the first light beam 112a and the second light beam 112b face each other is taken as the X-axis direction.
  • the first light beam 112a and the second light beam 112b are separated from each other in the X-axis direction.
  • a direction perpendicular to the Z-axis direction and the X-axis direction is taken as a Y-axis direction.
  • the image forming unit 715 is, for example, the windshield 710 of the vehicle 730 and may be inclined with respect to the vertical axis.
  • the position 100p of the person 100, the position where the light beam 112 is reflected by the image forming unit 715, and the position of the image 181 of the display object 180 are along the Z-axis direction. line up.
  • the person 100 views the image 181 of the display object 180 on the extension in the Z-axis direction of the position where the light beam 112 is reflected by the image forming unit 715.
  • the horizontal direction of the person 100 corresponds to the X-axis direction
  • the vertical direction of the person 100 corresponds to the Y-axis direction.
  • the position 100p of the person 100 is a position in the direction along the light beam 112, that is, a position along the Z-axis direction.
  • FIG. 1B illustrates two light beams 112 at the position 100 p of the person 100.
  • the luminous flux interval Wxs is wider than the interval Wxe between the eyes of the person 100.
  • the first projection area width Wxa that is the length along the X-axis direction of the first projection area 114a and the second projection area width Wxb that is the length along the X-axis direction of the second projection area 114b are:
  • the distance between both eyes of the person 100 is narrower than Wxe.
  • one of the first projection region width Wxa and the second projection region width Wxb only needs to be smaller than the distance Wxe between the eyes of the person 100.
  • both the first projection region width Wxa and the second projection region width Wxb are narrower than the interval Wxe between the eyes of the person 100 will be described.
  • the distance between the plurality of light beams 112 at the position 100 p of the person 100 is wider than the distance Wxe between both eyes of the person 100 and at the position 100 p of the person 100.
  • At least one of the first projection region width Wxa and the second projection region width Wxb, which is the width of the plurality of light beams 112 is narrower than the interval Wxe between the eyes of the person 100. Therefore, both eyes of the person 100 do not enter the first projection area 114a and the second projection area 114b of the plurality of light beams 112 at the same time.
  • the other region of the person 100 is in the other region of the light beams 112, for example, the second projection region 114b.
  • One eye 102 does not enter.
  • the display device 10 it is possible to cause the person 100 to view the display with one eye without causing the person 100 to view the display with both eyes.
  • the person 100 can see the display with the other eye 102, and the person 100 can be prevented from losing sight of the display.
  • the display device 10 it is possible to make it difficult for the eyes to see from the projected region of the luminous flux, and it is possible to present a monocular display that is easy to see.
  • the distance Wxe between the eyes of the person 100 is about 60 mm to about 65 mm, although there is variation depending on the person.
  • interval Wxs) between the some light beams 112 in the position 100p of the person 100 is set to a space
  • the widths of the plurality of light beams 112 at the position 100p of the person 100 for example, the first projection area width Wxa and the second projection area width Wxb are set to be narrower than about 60 mm to 65 mm.
  • the first projection area width Wxa and the second projection area width Wxb are, for example, about 55 mm, and the luminous flux interval Wxs at the position 100p of the person 100 is, for example, about 70 mm.
  • the other eye 102 immediately enters the second light beam 112b. In this case, the person 100 immediately switches from one eye 101 to the other eye 102 to view the display.
  • the other eye 102 does not immediately enter the second light beam 112b.
  • the person 100 does not immediately switch from one eye 101 to the other eye 102 to see the display.
  • the person 100 moves the head 105 and searches for the image 181 of the display object 180.
  • the first light beam 112 a is incident on the one eye 101, and the person 100 can see the image 181 with the one eye 101.
  • the second light beam 112b is incident on the other eye 102 and the display can be switched to the other eye 102.
  • the light flux interval Wxs is small, when the position of the head 105 is shifted from the position of the light flux 112, the person who looks at the image 181 is in contact with one eye 101 and the other eye 102. It is thought that the frequency of switching between will increase.
  • the light flux interval Wxs is large, when the position of the head 105 and the light flux 112 are deviated, it is expected that the person 100 performs an operation to compensate for the deviation, and the eye viewing the image 181 It is expected that the one eye 101 will be maintained frequently.
  • the light beam 112 may be incident on the dominant eye of the person 100, or the light beam 112 may be incident on the non-dominant eye.
  • the eye on which the light beam 112 is not incident views the background image of the outside world, and the eye on which the light beam 112 is incident views the image 181 of the display object 180 together with the background image of the outside world.
  • it is possible to select whether the eye into which the light beam 112 is incident is mainly dominant or non-dominant.
  • the frequency of switching between the one eye 101 and the other eye 102 is increased or the one eye 101 is easily maintained when the position of the head 105 and the position of the light beam 112 are shifted depending on the preference of the person 100 , Can be selected.
  • the light flux interval Wxs can be set according to the preference of the person 100 under conditions wider than the distance Wxe between the eyes of the person 100.
  • the luminous flux interval Wxs be not more than twice the interval Wxe between the eyes of the person 100.
  • the light beam interval Wxs is larger than twice the interval Wxe between both eyes of the person 100, for example, when one eye 101 moves out of the first light beam 112 a, the person 100 moves the head 105, but the other eye 102
  • the ease with which the second light beam 112b is incident on the display device 10 is reduced, and the display device 10 becomes difficult to use.
  • the light flux interval Wxs is less than or equal to twice the interval Wxe between the eyes of the person 100, for example, even when one eye 101 deviates from the first light flux 112a, the second eye 102 is easily connected to the second eye 102.
  • the light beam 112b can be made incident and is easy to use.
  • the vertical width of the light beam 112 for example, the length of the first projection region 114 a and the second projection region 114 b in the Y-axis direction is Optional.
  • the cross-sectional shape of the light beam 112, for example, the pattern shape when the first projection region 114a and the second projection region 114b are viewed from the Z-axis direction may be arbitrary, and an ellipse, a circle, a rectangle, and a corner are curved. Various shapes such as a rectangle can be used.
  • the boundary of each of the plurality of light beams 112 is not limited to the boundary that touches the peripheral portion where the brightness is substantially zero.
  • the boundary can be determined based on the brightness ratio with the relatively low portion.
  • the boundary between the portion with relatively high brightness and the portion with relatively low brightness can be used as the boundary of the light beam 112. In a portion where the brightness is relatively high, the person 100 can see the display, and in a portion where the brightness is relatively low, the person 100 cannot see the display.
  • the display device 10 When the display device 10 is applied to an in-vehicle head-up display, the display device 10 can be used under conditions where the surroundings are bright, for example, when viewing the display during the day, and when the surroundings are dark, such as when viewing the display at night.
  • the brightness of the emitted light beam 112 can be changed.
  • the boundary of the light beam 112 is determined not by the absolute value of the brightness of the light beam 112 but by the relative relationship between the high brightness portion and the low brightness portion in each condition. It is done.
  • the luminous flux interval Wxs is wider than the interval Wxe between the eyes of the person 100, and at least one of the first projection region width Wxa and the second projection region width Wxb, which is the width of the luminous flux 112, is It is set narrower than the distance Wxe between the eyes of the person 100.
  • the boundary of the light beam 112 is determined by the relative ratio of brightness, that is, the brightness of the portion with low brightness / brightness of the portion with high brightness, if the relative ratio is set large.
  • the first projection region width Wxa and the second projection region width Wxb which are the widths of the light beam 112, narrow.
  • the relative ratio is set to be small, the light flux interval Wxs is narrowed, and the first projection region width Wxa and the second projection region width Wxb, which are the width of the light flux 112, are widened.
  • FIG. 3A is a schematic view specifically showing an optical path of the display device according to the first embodiment.
  • FIG. 3B is a diagram for explaining the function of the dividing element of the display device according to the first embodiment.
  • the video projection unit 115 includes a primary light beam generation unit 140 that generates a primary light beam 112o including video information, and a split projection unit 141.
  • the primary light beam generation unit 140 uses the light source 121, the tapered light guide 122, and the light source side lens 123 that have already been described.
  • the split projection unit 141 includes a splitting element 128 that splits the primary light beam 112o into a plurality of light beams 112. Further, an image forming unit 715 that reflects the light beam 112 is provided.
  • the divided projection unit 141 controls the interval between the light beams 112 (light beam interval Wxs) and the width of the light beam 112, for example, the first projection region width Wxa and the second projection region width Wxb, at the human position 100p.
  • An image forming unit 110 is provided between the primary light beam generation unit 140 and the split projection unit 141. As shown in FIG. 3A, a light beam 112 is formed.
  • the dividing element 128 of the video projection unit 115 has a reflection surface 128r and a transmission / reflection surface 128t.
  • the reflecting surface 128r of the dividing element 128 reflects the primary light beam 112o.
  • the transmission / reflection surface 128t is arranged non-parallel to the reflection surface 128r, and has transparency and reflectivity to the primary light beam 112o.
  • the video projection unit 115 has, for example, a triangular prism shape.
  • the shape when the dividing element 128 is cut in a direction perpendicular to the axial direction of the triangular prism is, for example, a right triangle.
  • the surface corresponding to the base of the right triangle is the reflection surface 128r, and the surface corresponding to the hypotenuse of the right triangle is the transmission / reflection surface 128t.
  • a reflective film such as silver is formed on the surface that becomes the reflective surface 128r of the triangular prism made of glass or the like, and a metal oxide film, an organic resin film, or the like is formed on the surface that becomes the transmissive reflective surface 128t.
  • the wavelength of the light beam 112 is, for example, visible light, and the dividing element 128 can be transparent to visible light.
  • the dividing element 128 may be substantially transparent, and various resins other than glass may be used.
  • the transmittance of the transmission / reflection surface 128t is, for example, about 62%, and the reflectance can be, for example, about 38%.
  • the reflectance of the reflecting surface 128r is ideally 100%, and reflects all the incident light.
  • the first light beam 112a has a first projection region 114a at the position 100p of the person 100.
  • the other part of the primary light beam 112o incident on the transmission / reflection surface 128t of the splitting element 128 travels inside the splitting element 128, is reflected by the reflecting surface 128r, passes through the output side mirror 126, and passes through the first mirror 126o.
  • a two-beam 112b is projected onto the person 100.
  • the second light beam 112b has a second projection region 114b at the position 100p of the person 100.
  • the splitting element 128 has the reflecting surface 128r and the transmissive reflecting surface 128t arranged non-parallel to the reflecting surface 128r, so that the primary light beam 112o incident on the splitting element 128 is separated into two light beams. And can be projected onto the person 100 as two light beams 112.
  • the difference in the traveling direction of the two light beams 112 is controlled by the optical characteristics of the dividing element 128 and the arrangement of the dividing element 128 on the optical path.
  • the optical element having the aperture function included in the image projection unit 115 and the magnification ratio of the entire image projection unit 115 (including the image forming unit 715 in some cases) as the entire optical system Due to the characteristics of the optical element having the aperture function included in the image projection unit 115 and the magnification ratio of the entire image projection unit 115 (including the image forming unit 715 in some cases) as the entire optical system, And the first projection region width Wxa and the second projection region width Wxb, which are the widths of the respective light beams 112, are controlled.
  • the image output side lens 124 is used as the control element 129 having an aperture function included in the video projection unit 115.
  • the primary light beam 112o that has passed through the image forming unit 110 enters the splitting element 128 via the image exit side lens 124 and the optical path changing mirror 127. Furthermore, an image of the video information included in the primary light beam 112o is formed on the transmission / reflection surface 128t of the dividing element 128.
  • the transmission / reflection surface 128t is an image forming surface.
  • the size and shape of the cross section of the primary light beam 112o incident on the splitting element 128 from the image exit side lens 124 are controlled.
  • the projection area of the two light beams 112 generated by being split from the primary light beam 112o is also controlled by the image emission side lens 124.
  • the size of the aperture of the control element 129 included in the video projection unit 115 is determined based on the first projection area in consideration of the enlargement ratio as the entire optical system of the video projection unit 115 (including the image forming unit 715 in some cases).
  • the width Wxa and the second projection region width Wxb are set to be smaller than the distance Wxe between the eyes of the person 100.
  • the division projection unit 141 of the video projection unit 115 includes the image emission side lens 124 that is the control element 129 that controls the width of the two light beams 112. On the optical path of the light beam 112, the position of the control element 129 and the position 100p of the person 100 are in an imaging relationship.
  • the position 100p of the person 100 can be a position where the video information included in the light flux 112 is viewed, so that the position along the light flux 112 of the image exit side lens 124 that is the control element 129
  • the position 100p is optically conjugate with each other. Therefore, the position along the light beam 112 of the image exit side lens 124 and the position 100p of the person 100 are in an imaging relationship with each other.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the characteristics of the display device according to the first embodiment.
  • an optical element such as a lens is provided on the optical path between the control element 129 serving as an aperture and the person 100.
  • the position of the optical element the distance d 1 of the distance along the light beam 112 between the control device 129 serving as an aperture to.
  • the position of the optical element the distance along the light beam 112 between the position 100p of the human 100 and the distance d 2.
  • the focal length of the optical element is the focal length f 3
  • a distance along the light beam 112 between the principal point obtained by optically integrating the plurality of optical elements and the control element 129 serving as an aperture is defined as a distance d 1 . Its principal point, to the distance along the light beam 112 between the position 100p of the human 100 and the distance d 2.
  • the focal length obtained by optically integrating the plurality of optical elements is the focal length f k .
  • the distance d 1 , the distance d 2, and the focal length f k are set.
  • the optical elements provided on the optical path between the image exit side lens 124 that is the control element 129 and the person 100 are the optical path changing mirror 127, the splitting element 128, the exit side mirror 126, and the image forming unit. 715.
  • the image of the video information formed by the video forming unit 110 of the video projecting unit 115 is formed at the position of the person 100.
  • the person 100 can view the image 181 formed at the image forming position 181p in a good state in focus.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the characteristics of the dividing elements of the display device according to the first embodiment.
  • the dividing element 128 has a reflective surface 128r and a transmissive reflective surface 128t.
  • An angle formed by the reflection surface 128r and the transmission / reflection surface 128t is defined as an inclination angle ⁇ 1.
  • the refractive index of the medium in the space between the reflective surface 128r and the transmissive reflective surface 128t is defined as a medium refractive index n.
  • the medium refractive index n is, for example, 1.33.
  • the refractive index of the space excluding the dividing element 128 is 1.
  • the first light beam 112a reflected by the transmission / reflection surface 128t of the division element 128 has a first emission angle ⁇ ja. It is assumed that the second light beam 112b that is emitted at ⁇ and reflected by the reflecting surface 128r of the splitting element 128 is emitted at the second emission angle ⁇ jb.
  • the output angle difference ⁇ which is the angle formed by the direction of the first light beam 112a and the direction of the second light beam 112b, that is, the absolute value of the difference between the first output angle ⁇ ja and the second output angle ⁇ jb is the inclination angle of the splitting element 128.
  • the medium refractive index n, and the incident angle ⁇ i the relationship between these values is expressed by the following equation (1).
  • FIG. 6A and 6B are schematic views illustrating the optical path of the display device according to the first embodiment.
  • FIG. 6A shows the optical paths of the first and second light beams 112a and 112b when the emission side mirror 126 of FIG. 2 is a plane mirror.
  • FIG. 6B shows the optical paths of the first and second light beams 112a and 112b when the emission side mirror 126 of FIG. 2 is a concave mirror.
  • 6A and 6B show a state in which the second light beam 112b is incident on the incident position IP of the exit side mirror 126.
  • the windshield 710 image forming unit 715
  • the windshield 710 image forming unit 715
  • the exit-side mirror 126 is a plane mirror
  • the direction of the first light beam 112a that is, the direction of the central light beam of the first light beam 112a
  • the second The angle between the direction of the light beam 112b, that is, the direction of the central light beam of the second light beam 112b is the above-described emission angle difference ⁇
  • the inclination angle ⁇ 1 of the splitting element 128 expressed by the above equation (1) and the medium refraction.
  • the normal angle ⁇ r varies depending on the incident positions of the first and second light beams 112a and 112b on the exit-side mirror 126.
  • the position of the center of the first projection area 114a of the first light flux 112 at the position 100p of the person 100, the position of the splitting element 128, and the center of the curved surface of the concave mirror 126 are arranged on a straight line, and further, the first projection area 114a.
  • ⁇ r sin ⁇ 1 (x IP / r) (2) Using this normal angle ⁇ r, at the position 100p of the person 100, the direction of the first light beam 112a, that is, the direction of the central light beam of the first light beam 112a, and the direction of the second light beam 112b, that is, the direction of the second light beam 112b. The angle formed with the direction of the central ray is ( ⁇ -2 ⁇ r). At the position 100p of the person 100, the center-of-beam distance Wxsc between the center of the first projection region 114a and the center of the second projection region 114b is the inclination angle ⁇ 1, the medium refractive index n of the splitting element 128, and the exit side mirror. 126 depends on the incident position IP of the second light beam 112 b at 126 and the radius of curvature r of the exit side mirror 126.
  • the inclination angle ⁇ 1 of the splitting element 128 can be appropriately set according to the magnification of the entire optical system including the desired center-of-beam distance Wxsc, the desired position 100p of the person 100, and the radius of curvature r of the exit side mirror 126, for example. .
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the function of the dividing element used in another display device according to the first embodiment.
  • the dividing element 128 included in the video projection unit 115 is not a triangular prism shape like the dividing element shown in FIG. 3B.
  • the splitting element 128 is disposed non-parallel to the reflecting surface 128r having a reflecting surface 128r that reflects the primary light beam 112o, and is transmissive and reflective to the primary light beam 112o.
  • a transmissive reflecting plate 128ta having a reflecting surface 128t.
  • the reflective surface 128r and the transmissive reflective surface 128t included in the dividing element 128 are provided as separate bodies, whereby the inclination angle ⁇ 1 formed by the reflective surface 128r and the transmissive reflective surface 128t can be made variable.
  • the tilt angle ⁇ 1 variable By making the tilt angle ⁇ 1 variable, the angle formed by the first and younger brothers' light beams 112a and 112b (the output angle difference ⁇ ) can be made variable, and the first and younger brother's two light beams 112a at the position 100p of the person 100 can be made.
  • the light beam interval Wxs between 112b can be made variable, and a desired light beam interval can be set.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing a configuration of another display device according to the first embodiment. As shown in FIG. 8, in the display device 10b, an aperture 125b is used as the control element 129 included in the video projection unit 115.
  • an image emission side lens 124 is used as an optical element (control element 129) functioning as an aperture included in the video projection unit 115.
  • the aperture 125b is used as the optical element (control element 129).
  • the primary light beam 112o that has passed through the image exit side lens 124 enters the aperture exit side lens 124a through the aperture 125b.
  • the incident primary light beam 112 o is incident on the splitting element 128 through the optical path changing mirror 127. Further, a plurality of light beams 112 are generated by the dividing element 128, and the generated plurality of light beams 112 are projected toward the person 100.
  • an aperture having a variable opening size can be used as the aperture 125b.
  • the width of the plurality of light beams 112 at the position of the person 100 can be made variable.
  • FIG. 9 is a diagram specifically showing an optical path of the display device of FIG. In FIG. 9, one of the plurality of light beams is a first light beam 112a.
  • the position along the plurality of light beams 112 of the aperture 125b and the position 100p of the person 100 are optically conjugate with each other.
  • the relationship between the surface and the light beam is the same at the position along the light beam 112 of the aperture 125 b and the position 100 p of the person 100.
  • the position of the image forming surface 128i of the light beam 112 (in this case, the position of the transmission / reflection surface 128t of the dividing element 128) and the image forming position 181p of the image 181 of the display object 180 in FIG. Is done.
  • the position of the image forming surface 128i of the light beam 112 and the image forming position 181p are in an imaging relationship, and the position of the image forming surface 128i of the light beam 112 and the image of the image forming position 181p are substantially the same. Can be considered.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the relationship between the eyes and the projection areas of the two light beams in the different display devices according to the first embodiment.
  • the first light flux 112 a and the second light flux 112 b are projected toward the person 100.
  • the first projection area width Wxa of the first light beam 112a at the position of the person is narrower than the distance Wxe between the eyes of the person 100, but the second projection area width Wxb of the second light beam 112b at the position of the person. Is wider than the distance Wxe between human eyes. Also in this case, the distance between the first light beam 112a and the second light beam 112b (light beam interval Wxs) is wider than the interval Wxe between the human eyes. Except for these relationships, the display devices 10 and 10b shown in FIGS. 2 and 8 may be used.
  • the size of the aperture 125b is partially changed, or the surface state or surface shape of the dividing element 128 is partially changed. This can be done by changing the distance between the dividing element 128 and the exit side mirror 126.
  • the display device 11 having such a configuration, by setting the first projection region 114a to one eye (for example, one eye 101) viewed by a person, the one eye 101 is disengaged from the first projection region 114a. Little happens. When one person's head 101 moves greatly and one eye 101 deviates from the 1st projection field 114a, one eye 102 which is the other eye enters in the 2nd projection field 114b, and a person does not lose sight of display. . As described above, the second projection is performed such that the boundary of the second projection area 114b opposite to the first projection area 114a (the right boundary of the second projection area 114b in FIG. 10) is separated from the first projection area 114a. Even if the second projection region width Wxb of the region 114b is enlarged, the ease of viewing with one eye of a person is not significantly reduced.
  • the display content can be arranged at an arbitrary depth position of the background image and perceived by the person.
  • both eyes (one eye 101 and one eye 102) of the person may enter the second projection area 114b.
  • Such a situation is a special state in which the initially set one eye 101 moves the head from the situation where it enters the first projection area 114a. In this case, not only the display is seen with one eye, It may be more convenient to keep the display visible with both eyes.
  • the display device When moving the head greatly, it is presumed that the display device is not in a normal use state but a special use state such as an accident in which the visual acuity of one eye suddenly decreases.
  • a display with high safety can be provided when applied to a head-up display for in-vehicle use.
  • the widths of the first and second light beams 112a and 112b can be made variable so that the display can be switched between viewing with one eye or viewing with both eyes as necessary.
  • the distance between the first and second light beams 112a and 112b at the position of the person is set wider than the distance Wxe between the eyes of the person, and the first and second light beams 112a at the position of the person.
  • 112b (the first projection area width Wxa and the second projection area width Wxb) may be set to be narrower than the distance Wxe between the eyes of the human.
  • the light flux interval Wxs is set narrower than the interval Wxe between the eyes or the widths of the first and second light beams 112a and 112b at the position of the person (the first projection region width Wxa and the second projection width). It is only necessary that the projection region width Wxb) can be set to be narrower than the distance Wxe between the eyes.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining the relationship between the eyes and the projection areas of the three light beams in yet another display device according to the first embodiment.
  • the display device 12 projects three light beams including video information, that is, a first light beam 112a, a second light beam 112b, and a third light beam 112c toward a person.
  • the first projection area 114a is disposed between the second projection area 114b and the third projection area 114c.
  • the distance between the first to third light beams 112a to 112c at the human position is wider than the distance Wxe between the human eyes
  • the widths of the plurality of light beams 112 at the human position first At least one of the projection area width Wxa, the second projection area width Wxb, and the third projection area width Wxc) is narrower than the interval Wxe between the eyes of the person.
  • the above three light beams are provided.
  • a human desired eye for example, a dominant eye
  • the human head is positioned in either the left or right direction.
  • 1 eye 101 or the other eye 102 can be put in the second projection region 114b or the third projection region 114c arranged in the left-right direction even when the eye is moved, and the eye to be seen projects any light flux. More difficult to get out of the area.
  • the display device 12 it is possible to present a monocular display that is easy to see because it is difficult for the eyes to see from the projected region of the luminous flux.
  • the width of the first light beam 112a disposed at the center is preferably set to be narrower than the interval Wxe between the eyes of the human.
  • another split is performed on one of the optical paths of the first and second light beams 112a and 112b generated by the splitting element that splits the primary light beam.
  • An element may be arranged. With such a configuration, one of the first light beam 112a and the second light beam 112b can be further divided into two to form three or more light beams.
  • FIG. 12 is a schematic diagram illustrating a configuration of still another display device according to the first embodiment.
  • the specific configuration of the video projection unit 115a is different from that of the display device 10 in FIG.
  • the splitting element 128a included in the video projection unit 115a is a transmissive type, and the primary light beam 112o is incident on one main surface of the splitting element 128a and the other main surface facing this one main surface. Exits from.
  • the dividing element 128a includes a plurality of interfaces arranged non-parallel to each other. At least one of the plurality of interfaces is an interface having transparency and reflectivity. By disposing the plurality of interfaces non-parallel, the primary light beam 112o passing through the plurality of interfaces can be divided into the plurality of light beams 112.
  • the light emitted from the light source 121 passes through the image forming unit 110 and becomes a primary light beam 112 o including image information.
  • the primary light beam 112o enters the image exit side lens 124, and then enters the splitting element 128a via the aperture 125b and the aperture exit side lens 124a. Then, a plurality of light beams 112 including the light beams 112a and 122b are generated by the dividing element 128a.
  • the display device 13 having the transmission type dividing element 128 also makes it difficult for the eyes to see from the projection region of the luminous flux, and it is possible to present a monocular display that is easy to see.
  • FIG. 13A is an exploded view showing a dividing element 128a used in the display device 13 shown in FIG.
  • FIG. 13C is an exploded view showing another splitting element that can be used in the display device 13 shown in FIG.
  • FIG. 13B and FIG. 13D are views showing the assembled state of the dividing elements of FIG. 13A and FIG. 13C, respectively.
  • the dividing element 128a includes a first transmission / reflection element 310 and a second transmission / reflection element 320.
  • the first transmission / reflection element 310 includes a first triangular prism element 311 and a second triangular prism element 312.
  • a first transmission / reflection film 311 t having transparency and reflectivity is formed.
  • the first transmission / reflection film 311t of the first triangular prism element 311 is disposed so as to face and contact the slope of the second triangular prism element 312.
  • the second transmission / reflection element 320 includes a third triangular prism element 313 and a fourth triangular prism element 314. On the slope of the third triangular prism element 313, a second transmission / reflection film 313t having transparency and reflectivity is formed. As shown in FIG. 13B, the second transmission / reflection film 313t of the third triangular prism element 313 is disposed so as to face and contact the slope of the fourth triangular prism element 314.
  • the first transmission / reflection element 310 and the second transmission / reflection element 320 are in contact with each other such that the first transmission / reflection film 311t and the second transmission / reflection film 313t are not parallel to each other. Placed in.
  • a metal or dielectric thin film is used for the first transmission / reflection film 311t and the second transmission / reflection film 313t.
  • Such a thin film is formed on the slopes of the first triangular prism element 311 and the third triangular prism element 313 by a deposition method such as vapor deposition or sputtering, for example.
  • the light is reflected by the one transmission reflection film 311t, becomes the second light beam 112b, and is emitted from the splitting element 128a.
  • the primary light beam 112o is divided into a first light beam 112a and a second light beam 112b.
  • first triangular prism element 311 includes a first triangular prism element 311, a third triangular prism element 313, and a fifth triangular prism element 315.
  • first triangular prism element 311 On the slope of the first triangular prism element 311, a first transmission / reflection film 311 t having transparency and reflectivity is formed.
  • second transmission / reflection film 313t On the slope of the third triangular prism element 313, a second transmission / reflection film 313t having transparency and reflectivity is formed.
  • the slope of the first triangular prism element 311 and the slope of the third triangular prism element 313 are not parallel to each other.
  • the first triangular prism element 311 and the third triangular prism element 313 are arranged so that the first transmissive reflective film 311t and the second transmissive reflective film 313t are non-parallel.
  • the fifth triangular prism element 315 has a slope parallel to the slope of the first triangular prism element 311 and a slope parallel to the slope of the third triangular prism element 313.
  • the fifth triangular prism element 315 includes the slopes of the fifth triangular prism element 315, the first triangular prism element 311, and the third triangular prism element between the first triangular prism element 311 and the third triangular prism element 313. It arrange
  • the primary light beam 112o when the primary light beam 112o is incident on the bottom surface of the first triangular prism element 311 of the splitting element 128b, a part of the primary light beam 112o is converted into the first transmission / reflection film 311t and the second light beam 112o.
  • the light passes through the transmission / reflection film 313t, becomes the first light beam 112a, and is emitted from the splitting element 128b.
  • Another part of the primary light beam 112o is reflected by the second transmission / reflection film 313t, reaches the first transmission / reflection film 311t via the fifth triangular prism element 315, and is reflected by the first transmission / reflection film 311t.
  • the second light flux 112b is emitted from the splitting element 128b.
  • the primary light beam 112o is divided into a first light beam 112a and a second light beam 112b.
  • the refractive indexes of the first triangular prism element 311, the second triangular prism element 312, the third triangular prism element 313, the fourth triangular prism element 314, and the fifth triangular prism element 315 may be the same or different from each other.
  • FIG. 14 is a schematic diagram illustrating a configuration of a further different display device according to the first embodiment.
  • a lenticular sheet 125l is used as the control element 129 of the video projection unit 115.
  • the lenticular sheet 125l is arranged on the emission side of the transmission type dividing element 128a, that is, on the human side of the dividing element 128a on the optical path.
  • the light emitted from the light source 121 passes through the image forming unit 110 to become a primary light beam 112o including image information, and further enters the splitting element 128a through the image emitting side lens 124b.
  • a plurality of light beams 112 are generated by the splitting element 128a, and the generated light beams 112 are incident on the lenticular sheet 125l, whereby the divergence angles of the plurality of light beams 112 are controlled and projected toward a person.
  • the eye to be seen is not easily deviated from the projection region of the luminous flux, and is easy to see. Display can be presented.
  • FIG. 15A and FIG. 15B are schematic views illustrating the configuration of still another display device according to the first embodiment.
  • the display device 14 is provided with a plurality of light sources and a plurality of image forming units.
  • one primary light beam 112 o is divided into a plurality of light beams 112 by the dividing element 128.
  • the primary light beam 112o is not divided, but a plurality of light beams 112 are directly generated from the plurality of light sources.
  • the image projection unit 115 of the display device 14 includes, as a first optical system, a first primary light beam generation unit including a light source 121, a taper light guide 122, and a light source side lens 123, a first image formation unit 110, and the like. And a first projection unit including an image exit side lens 124, an aperture 125b, and an aperture exit side lens 124a.
  • the image projection unit 115 includes, as a second optical system, a second primary light beam generation unit including a light source 121ay, a tapered light guide 122ay, and a light source side lens 123ay, a second image formation unit 110ay, and an image.
  • the second projection unit includes an exit side lens 124y, an aperture 125by, and an aperture exit side lens 124ay.
  • the image projection unit 115 is provided with one exit side mirror 126.
  • the video data generation unit 130 of the video projection unit 115 supplies video data to the first video formation unit 110 and the second video formation unit 110ay.
  • the video projection unit 115 includes a first primary light flux generation unit including a light source 121, a tapered light guide 122, and a light source side lens 123 as a first optical system. And a first projection unit including an image exit side lens 124, an aperture 125b, and an aperture exit side lens 124a.
  • the video projection unit 115 includes, as a second optical system, a second primary light beam generation unit including a light source 121ay, a tapered light guide 122ay, and a light source side lens 123ay, an image emission side lens 124y, an aperture 125by, and an aperture.
  • a second projection unit including the emission side lens 124ay is included.
  • the image forming unit 110 is provided between the light source side lens 123 and the image emission side lens 124 and between the light source side lens 123ay and the image emission side lens 124ay.
  • the image forming unit 110 is shared by the first optical system and the second optical system, and two light beams pass through two regions of the image forming unit 110 to become two light beams 112.
  • At least one image forming unit 110 may be provided in the image projecting unit 115.
  • the display devices 14 and 14a having the configuration shown in FIGS. 15A and 15B can also project a plurality of light beams 112 including video information toward a person, and the first optical system and the second optical system can be projected.
  • the optical axis of the optical system for example, the interval between the plurality of light beams 112 at the human position (light beam interval Wxs) is wider than the distance Wxe between the human eyes, and the width of the plurality of light beams 112 at the human position, for example, At least one of the first projection area width Wxa and the second projection area width Wxb can be set to be narrower than the distance Wxe between both eyes of the human, thereby making it difficult for the eyes to see from the projection area of the light flux, Easy-to-read monocular display can be presented.
  • FIG. 16 is a schematic view illustrating the configuration of a display device according to the second embodiment.
  • the video projection unit 115 of the display device 20 includes an image forming unit 715 that forms an image based on the plurality of light beams 112.
  • the image forming unit 715 only needs to reflect a plurality of light beams 112 to form an image, and a transparent glass plate or a transparent resin plate having translucency and reflectivity can be used. May be a so-called mirror which is not translucent and substantially reflective.
  • a person can see the image formed by the image forming unit 715 with one eye, and the depth feeling and the three-dimensional feeling are enhanced, and a display with a high sense of reality can be provided.
  • the display device 20 is applied to an amusement application such as a game, the effect is particularly effective.
  • the distance between the plurality of light beams 112 at the position 100p of the person 100 is wider than the distance Wxe between the eyes of the person 100, and the width of the plurality of light beams 112 at the position 100p of the person 100, for example, At least one of the first projection area width Wxa and the second projection area width Wxb can be set to be narrower than the interval Wxe between the eyes of the person 100, thereby making it difficult for the eyes to see to be separated from the projection area of the luminous flux, Easy-to-read monocular display can be presented.
  • the distance between the image forming unit 715 and the eyes of the person 100 on the optical path of the plurality of light beams 112 is 21.7 cm or more. Thereby, the sense of depth perceived by the person 100 is enhanced, and the display object 180 can be perceived at a desired depth position.
  • FIG. 17A and FIG. 17B are flowcharts illustrating the display method according to the embodiment, respectively.
  • a plurality of light beams 112 that include video information and that have a mutual interval wider than the interval Wxe between both eyes and a width smaller than the interval Wxe between both eyes. Is projected toward the person 100 (step S101). This corresponds to the display method described with reference to FIG. 1B, FIG. 10, or FIG.
  • the person 100 can see the display with one eye, and at that time, the eye to be seen can hardly come off from the projection region of the luminous flux, and an easy-to-see monocular display can be presented.
  • a primary light beam 112o including video information is generated (step S110). As described with reference to FIGS. 2 and 8, etc., the primary light beam 112o is divided into a plurality of light beams to generate a plurality of light beams 112 including video information. As shown in FIG. 1B, FIG. 10, or FIG.
  • the plurality of light beams 112 are controlled so that the interval between the plurality of light beams 112 is wider than the interval Wxe between both eyes and the width of the plurality of light beams 112 is narrower than the interval Wxe between both eyes.
  • 112 is projected toward the person 100 (step S120).
  • the splitting elements 128, 128a and 128b described above can be used for splitting the primary light beam 112o.
  • the second display method by dividing the primary light beam 112o to generate a plurality of light beams 112, the optical system is simplified and the apparatus can be miniaturized. This method also makes it difficult for the eyes to see from the projected region of the luminous flux and presents a monocular display that is easy to see.
  • each element such as a video projection unit, a video data generation unit, a video formation unit, a projection unit, a primary light beam generation unit, a division projection unit, a control element, and a division element constituting the display device, Those skilled in the art can appropriately select from a known range.

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Abstract

　一つの実施形態によれば、映像情報を含む複数の光束を人に向けて投影する表示装置が提供される。前記人の位置における前記複数の光束どうしの間隔は、前記人の両目の間隔よりも広く、前記人の位置における前記複数の光束の幅の少なくとも１つは、前記人の両目の間隔よりも狭いように設定が可能である。

Description

映像情報の表示装置 関連出願の引用
　本出願は、２００９年９月１６日に出願した先行する日本国特許出願第２００９－２１４８２６号による優先権の利益に基礎をおき、かつ、その利益を求めており、その内容全体が引用によりここに包含される。
　ここで説明する実施形態は、全般的に映像情報の表示装置に関する。
　近年、奥行き感を知覚させる高品質の表示装置の開発が進められている。
　奥行き感を知覚させるための表示方式として、両眼視差を利用した方式が種々提案されている。このような方式では、両眼用の複数の画像の生成のために高度な画像処理が必要であり、表示のための光学系も複雑になる。
　車載用のヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ：Head-up Display）では、ナビゲーション情報等の表示情報をフロントガラスに投影して、人が外界情報と表示情報とを同時に視認することができる。両眼用のヘッドアップディスプレイでは、外界情報と表示情報とで両眼視差が発生し、表示が見難くなる。
　特開２００９－１２８５６５号公報は、片目で表示を視るようにした単眼用の表示装置を提案している。この表示装置によれば、背景にマッチした奥行き位置に表示オブジェクトの虚像を知覚させることができ、奥行き感や立体感が増強された表示を提供できる。
　このような単眼用の表示装置は、例えば、車載用のヘッドアップディスプレイに応用することができ、外界情報と表示情報とを同時に視認したときにおいても両眼視差は発生せず、所望の奥行き位置に表示を呈示して知覚させることができる。
　このような単眼用の表示装置は、車載用のヘッドアップディスプレイの他に、ゲームなどのアミューズメント用途にも応用でき、奥行き感や立体感が増強され、高臨場感の表示を提供できる。
　単眼用の表示装置においては、表示が両目で視られないように、表示内容を含む光束の投影領域が狭く制御される。このため、視るための片目がその投影領域から外れると、視ようとしている人は表示を見失ってしまう。このような単眼用の表示装置は、表示をより見易く、より使い易くすることが望まれている。
特開２００９－１２８５６５号公報
第１の実施形態に係る表示装置の構成を示す模式的な斜視図である。 両目と２つの光束の投影領域の関係を説明するための図である。 第１の実施形態に係る表示装置の構成を具体的に示す図である。 図２の表示装置の光路を具体的に示す図である。 分割素子の機能を説明するための図である。 第１の実施形態に係る表示装置の特性を説明するための模式図である。 分割素子の特性を説明するための図である。 第１の実施形態に係る表示装置の光路を例示する模式図である。 第１の実施形態に係る表示装置の光路を例示する模式図である。 別の分割素子の機能を説明するための図である。 第１の実施形態に係る別の表示装置の構成を示す模式図である。 図８の表示装置の光路を具体的に示す図である。 両目と２つの光束の投影領域の別の関係を説明するための図である。 両目と２つの光束の投影領域のさらに別の関係を説明するための図である。 実施形態に係るさらに別の表示装置の構成を示す模式図である。 さらに別の分割素子を例示する模式図である。 さらに別の分割素子を例示する模式図である。 さらに別の分割素子を例示する模式図である。 さらに別の分割素子を例示する模式図である。 第１の実施形態に係る異なる表示装置の構成を示す模式図である。 第１の実施形態に係る異なる表示装置の構成を示す模式図である。 第１の実施形態に係る異なる表示装置の構成を示す模式図である。 第２の実施形態に係る表示装置の構成を示す模式図である。 実施形態による表示方法を例示するフローチャートである 実施形態による表示方法を例示するフローチャートである。
実施形態
　一つの実施形態によれば、映像情報を含む複数の光束を人に向けて投影する表示装置が提供される。前記人の位置における前記複数の光束どうしの間隔は、前記人の両目の間隔よりも広く、前記人の位置における前記複数の光束の幅の少なくとも１つは、前記人の両目の間隔よりも狭いように設定が可能である。
　別の実施形態によれば、映像情報を含む複数の光束を人に向けて投影する映像投影部を備えた表示装置が提供される。前記映像投影部は、１次光束生成部および分割投影部を有する。前記１次光束生成部は、映像情報を含む１次光束を生成する。前記分割投影部は、前記１次光束を複数の光束に分割する分割素子を有し、前記複数の光束どうしの間隔と、前記複数の光束の幅とを制御する。
　さらに別の実施形態によれば、映像情報を含む複数の光束を人に向けて投影する映像投影部を備えた表示装置が提供される。前記映像投影部は、複数の１次光束生成部、複数の投影部、および、少なくとも１つの映像形成部を有する。前記複数の１次光束生成部は、映像情報を含む１次光束を生成する。前記複数の投影部は、前記複数の１次光束生成部からの複数の１次光束に対応して複数の光束を投影するとともに、前記複数の光束どうしの間隔と、前記複数の光束の幅とを制御する。前記少なくとも１つの映像形成部は、前記複数の１次光束生成部と前記複数の投影部の間の光路に設けられ、映像信号に基づき映像を形成する。
　以下に、更なる（複数の）実施形態について、図面を参照しながら説明する。図面において、同一の符号は、同一または類似部分を示している。
　第１の実施形態について説明する。
　第１の実施形態に係る表示装置は、片目で視る表示装置であり、車載用のヘッドアップディスプレイの他、ゲームなどのアミューズメント用途にも適用でき、奥行き感や立体感が増強され、高臨場感の表示を提供できる。以下では、本実施形態に係る表示装置が、車載用の表示装置であるヘッドアップディスプレイとして応用される場合を例として説明する。
　図１Ａは、第１の実施形態に係る表示装置の構成を示す模式的な斜視図である。図１Ｂは、２つの目と２つの光束の投影領域の関係を説明するための図である。図２は、第１の実施形態に係る表示装置の構成を具体的に示す図である。
　図２により、本実施形態に係る表示装置１０の構成について説明する。
　図２に示したように、表示装置１０は、映像情報を含む複数の光束１１２を人１００に向けて投影する表示装置である。以下では、説明を簡単にするために、複数の光束１１２が２つであり、第１光束１１２ａ及び第２光束１１２ｂである場合として説明する。
　表示装置１０は、複数の光束１１２を、像形成部７１５で反射させて人１００の片目１０１に向けて投影する映像投影部１１５を備える。
　像形成部７１５は、複数の光束１１２を反射して複数の光束１１２に基づいた像を形成する。本実施形態では、像形成部７１５は、例えば、車両７３０（移動体）のフロントガラス７１０であり、反射性と透光性とを有している。人１００は、像形成部７１５で反射した光束１１２に含まれる映像情報と、像形成部７１５を透過する外界の外界情報と、を同時に視ることができる。像形成部７１５は反射性を有していれば良く、複数の光束１１２を反射して複数の光束１１２に基づいた像を形成できれば良い。像形成部７１５は、映像投影部１１５に含まれても良く、また、像形成部７１５と映像投影部１１５とは別体であっても良い。以下では、像形成部７１５が映像投影部１１５とは別体として設けられる場合を説明する。
　映像情報は、例えば表示オブジェクト１８０を含む。表示オブジェクト１８０は、表示装置１０が人１００に呈示する映像に設けられるものであり、例えば、表示装置１０が搭載される車両７３０の運行情報に関する、進行方向を示す「矢印」のような各種の表示内容である。
　映像投影部１１５は、複数の光束１１２を人１００の頭部１０５に向けて投影する。映像投影部１１５から出射された複数の光束１１２は、像形成部７１５の反射面７１２で反射され、頭部１０５に入射する。この時、後で述べるように光束１１２の発散角が制御されており、複数の光束１１２のうちのいずれかが、人１００の片目１０１に入射する。これにより、人１００は、光束１１２に含まれる映像情報を片目１０１で視ることができる。
　像形成部７１５、即ち、フロントガラス７１０は、人１００からの距離が２１．７ｃｍ以上の位置に配置される。これにより、特開２００９－１２８５６５号公報に記載されているように、人１００が知覚する奥行き感が増強され、人１００に、表示オブジェクト１８０が所望の奥行き位置にあることを知覚させることができる。ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ：Head Mounted Display）において、片目（単眼）に映像呈示を行うことがあるが、目のごく近傍（２１．７ｃｍよりも近い位置）に配置された表示部による映像を知覚するだけであり、奥行き感を持った高い臨場感の表示はできない。
　図２に例示したように、表示装置１０は、例えば車両７３０の中、すなわち、例えば、操縦者である人１００から見て車両７３０のダッシュボード７２０の奥に設けることができる。
　映像投影部１１５は、例えば、映像データ生成部１３０と、映像形成部１１０と、投影部１２０と、を有する。
　映像データ生成部１３０は、表示オブジェクト１８０を含む映像に対応する映像信号を生成し、映像形成部１１０に供給する。
　映像形成部１１０としては、例えば、液晶表示装置（ＬＣＤ）、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）、あるいは、ＭＥＭＳ（Micro-electro-mechanical System）のような各種の光スイッチを用いることができる。映像形成部１１０は、映像データ生成部１３０から供給された映像信号に基づいて、映像形成部１１０の画面に映像を形成する。
　投影部１２０には、以下に述べるように、各種の光源、レンズ、ミラー、及び、発散角（拡散角）を制御する光学素子が用いられる。　
　本実施形態では、投影部１２０は、光束１１２となる光の進行方向に沿って、光源１２１、テーパライトガイド１２２、光源側レンズ１２３、画像出射側レンズ１２４、光路変化用ミラー１２７、分割素子１２８、および、出射側ミラー１２６を備えている。
　光源１２１は光束１１２となる光を生成する。光源１２１と出射側ミラー１２６との間にテーパライトガイド１２２が配置される。テーパライトガイド１２２と出射側ミラー１２６との間に光源側レンズ１２３が配置される。光源側レンズ１２３と出射側ミラー１２６との間に画像出射側レンズ１２４が配置される。画像出射側レンズ１２４と出射側ミラー１２６との間に光路変化用ミラー１２７が配置される。光路変化用ミラー１２７と出射側ミラー１２６との間に分割素子１２８が設けられる。
　光路変化用ミラー１２７に画像出射側レンズ１２４の機能を持たせることもできる。光源１２１、テーパライトガイド１２２、光源側レンズ１２３及び画像出射側レンズ１２４の配置によっては、光路変化用ミラー１２７は省略可能である。
　本実施形態では、光源側レンズ１２３と画像出射側レンズ１２４との間に、映像形成部１１０、例えばＬＣＤが配置されている。
　光源１２１には、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）、高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ、レーザのような各種の光源を用いることができる。光源１２１にＬＥＤを用いる場合は、消費電力を低減でき、また装置を軽量化でき、小型化できる。
　映像データ生成部１３０、映像形成部１１０及び投影部１２０のそれぞれの構成は、種々の変形が可能である。映像形成部１１０に含まれる要素と、投影部１２０に含まれる要素と、の配置は任意に決定することができる。例えば、投影部１２０に含まれる要素どうしの間に、映像形成部１１０、または、それに含まれる要素が挿入されていても良い。
　光源１２１から出射された光は、テーパライトガイド１２２において発散角がある程度の範囲に制御される。そして、その光は、映像形成部１１０を経ることで、所定の表示オブジェクト１８０を含む映像の１次光束１１２ｏとなる。
　１次光束１１２ｏが、分割素子１２８を経ることで、第１光束１１２ａ及び第２光束１１２ｂとなる。複数の光束１１２の発散角は、映像投影部１１５に含まれる種々の光学素子によって制御される。
　上述したように、本実施形態の映像投影部１１５は、まず１次光束１１２ｏを生成し、その１次光束１１２ｏを分割し複数の光束１１２を生成することができる。従って、映像投影部１１５に含まれる映像形成部１１０及び投影部１２０を、１次光束１１２ｏを生成する部分（１次光束生成部１４０）と、１次光束１１２ｏを分割して、人１００に向けて投影する部分（分割投影部１４１）とに、分けることができる。
　１次光束生成部１４０は、例えば、上記の投影部１２０に含まれる光源１２１、テーパライトガイド１２２及び光源側レンズ１２３、並びに、映像形成部１１０を含む。分割投影部１４１は、例えば、投影部１２０に含まれる画像出射側レンズ１２４、光路変化用ミラー１２７、分割素子１２８及び出射側ミラー１２６を含む。
　１次光束生成部１４０からの１次光束１１２ｏは、映像情報を含む。　
　分割投影部１４１は、複数の光束１１２同士の間隔と、複数の光束の幅とを制御する。
　１次光束生成部１４０、並びに、分割投影部１４１に含まれる分割素子１２８の実施形態については、後述する。
　本実施形態では、出射側ミラー１２６は、凹面状であり、これにより、光束１１２に含まれる映像情報の像を拡大して人１００に投影できる。
　図２に示したように、複数の光束１１２は、出射側ミラー１２６で反射した後、車両７３０の像形成部７１５で反射して、人１００の片目１０１に入る。
　人１００は、像形成部７１５を介して、像形成位置１８１ｐの位置に形成された表示オブジェクト１８０の像１８１（虚像）を知覚する。表示装置１０は、ヘッドアップディスプレイＨＵＤとして使用できる。
　出射側ミラー１２６は可動式とすることができ、例えば、人１００の頭部１０５の位置や動きに合わせて、手動で、または、自動で、出射側ミラー１２６の位置や角度を調節し、光束１１２を片目１０１に適切に投影させることができる。
　表示装置１０は、片目で視る表示装置であるため、両目で視られないように、複数の光束１１２の広がりが制御され、複数の光束１１２のいずれかが片目に投影され、両目には投影されない。
　図１Ａに示したように、第１光束１１２ａの、人１００の位置１００ｐにおける第１投影領域１１４ａの大きさは、片目だけが入り、両目が入らない大きさに設定される。同様に、第２光束１１２ｂの、人１００の位置１００ｐにおける第２投影領域１１４ｂの大きさは、片目だけが入り、両目が入らない大きさに設定される。そして、第１投影領域１１４ａと第２投影領域１１４ｂとは、互いに離間しており、その間の距離は、人１００の両目の間の距離よりも大きく設定される。
　例えば、映像投影部１１５から、第１光束１１２ａが出射され、第１光束１１２ａは、像形成部７１５で反射して、人１００に向かって投影される。同様に、映像投影部１１５から、第２光束１１２ｂが出射され、第２光束１１２ａは、像形成部７１５で反射して、人１００に向かって投影される。これにより、人１００は、像形成部７１５によって形成される表示オブジェクト１８０の像１８１（虚像）を知覚する。
　ここで、表示装置１０から出射した光束１１２が像形成部７１５で反射した後の光束１１２の方向をＺ軸方向とする。第１光束１１２ａ及び第２光束１１２ｂが互いに対向する方向をＸ軸方向とする。第１光束１１２ａ及び第２光束１１２ｂは、互いにＸ軸方向に離間している。Ｚ軸方向とＸ軸方向とに対して垂直な方向をＹ軸方向とする。像形成部７１５は、例えば車両７３０のフロントガラス７１０であり、鉛直軸に対して傾斜していても良い。
　図１Ａにおいて、例えば、人１００の位置１００ｐと、像形成部７１５において光束１１２が反射する位置と、表示オブジェクト１８０の像１８１の位置（像形成位置１８１ｐ）と、は、Ｚ軸方向に沿って並ぶ。人１００は、像形成部７１５において光束１１２が反射する位置のＺ軸方向の延長上において、表示オブジェクト１８０の像１８１を視る。人１００の左右方向はＸ軸方向に対応し、人１００の上下方向はＹ軸方向に対応する。上述したように、人１００の位置１００ｐとは、光束１１２に沿った方向の位置であり、すなわち、Ｚ軸方向に沿った位置である。
　図１Ｂは、人１００の位置１００ｐにおける２つの光束１１２を例示している。　
　図１Ｂに示したように、第１光束１１２ａの人１００の位置１００ｐにおける第１投影領域１１４ａと、第２光束１１２ｂの人１００の位置１００ｐにおける第２投影領域１１４ｂと、の間の間隔である光束間隔Ｗｘｓは、人１００の両目の間隔Ｗｘｅよりも広い。
　第１投影領域１１４ａのＸ軸方向に沿った長さである第１投影領域幅Ｗｘａと、第２投影領域１１４ｂのＸ軸方向に沿った長さである第２投影領域幅Ｗｘｂと、は、人１００の両目の間隔Ｗｘｅよりも狭い。後述するように、第１投影領域幅Ｗｘａ及び第２投影領域幅Ｗｘｂのいずれかが、人１００の両目の間隔Ｗｘｅよりも狭ければ良い。以下では、第１投影領域幅Ｗｘａ及び第２投影領域幅Ｗｘｂの両方が、人１００の両目の間隔Ｗｘｅよりも狭い場合を説明する。
　上述したように、表示装置１０においては、人１００の位置１００ｐにおける複数の光束１１２どうしの間隔（光束間隔Ｗｘｓ）が、人１００の両目の間隔Ｗｘｅよりも広く、かつ、人１００の位置１００ｐにおける複数の光束１１２の幅である第１投影領域幅Ｗｘａ及び第２投影領域幅Ｗｘｂの少なくとも一方が、人１００の両目の間隔Ｗｘｅよりも狭い。従って、複数の光束１１２の第１投影領域１１４ａ及び第２投影領域１１４ｂのいずれかの中に人１００の両目が同時に入ることがない。
　複数の光束１１２の一方の領域、例えば第１投影領域１１４ａに人１００の一方の片目１０１が入っているときに、複数の光束１１２の他方の領域、例えば第２投影領域１１４ｂに人１００の他方の片目１０２が入ることがない。
　上述したように、表示装置１０によれば、人１００に両目で表示を視させることがなく、人１００に片目で表示を視させることができる。
　光束１１２が複数設けられることで、人１００の一方の片目１０１が、光束１１２の投影領域、例えば第１投影領域１１４ａから外れ、人１００が表示を見失いそうになった時に、人１００の他方の片目１０２が別の投影領域、例えば第２投影領域１１４ｂに入ることで、人１００は他方の片目１０２で表示を見ることができ、人１００が表示を見失うことを防止できる。
　上述したように、表示装置１０によれば、視る目が光束の投影領域から外れ難くでき、見易い単眼方式の表示が呈示できる。
　人１００の両目の間隔Ｗｘｅは、人によるばらつきもあるが、６０ｍｍ程度から６５ｍｍ程度である。このため、人１００の位置１００ｐにおける複数の光束１１２どうしの間隔（光束間隔Ｗｘｓ）は、６０ｍｍ程度から６５ｍｍ程度の幅よりも広い間隔に設定される。人１００の位置１００ｐにおける複数の光束１１２の幅、例えば第１投影領域幅Ｗｘａ及び第２投影領域幅Ｗｘｂは、６０ｍｍ程度から６５ｍｍ程度の幅よりも狭い幅に設定される。第１投影領域幅Ｗｘａ及び第２投影領域幅Ｗｘｂは例えば約５５ｍｍであり、人１００の位置１００ｐにおける光束間隔Ｗｘｓは例えば約７０ｍｍである。
　人１００の位置１００ｐにおける光束間隔Ｗｘｓが小さいと、例えば第１光束１１２ａから一方の片目１０１が外れたときに、他方の片目１０２が第２光束１１２ｂに直ぐに入る。この場合には、人１００は一方の片目１０１から、他方の片目１０２に直ちに切り替えて表示を視ることになる。
　人１００の位置１００ｐにおける光束間隔Ｗｘｓが大きいと、例えば第１光束１１２ａから一方の片目１０１が外れたときに、他方の片目１０２が第２光束１１２ｂに直ぐには入らない。この場合、人１００は一方の片目１０１から、他方の片目１０２に直ちに切り替えて表示を見るのではない。例えば、人１００は頭部１０５を動かして表示オブジェクト１８０の像１８１を探す。その結果として、再び、例えば第１光束１１２ａを一方の片目１０１に入射させて、人１００が一方の片目１０１で像１８１を見ることができる。或いは、他方の片目１０２に第２光束１１２ｂを入射させて、他方の片目１０２に切り替えて表示を視ることができる。
　上述したように、光束間隔Ｗｘｓが小さい場合は、頭部１０５の位置と光束１１２との位置がずれたときには、像１８１を視る目を、人が一方の片目１０１と他方の片目１０２との間で切り替える頻度が高くなると考えられる。光束間隔Ｗｘｓが大きい場合は、頭部１０５の位置と光束１１２との位置がずれたときに、人１００がそのずれを補償する動作を行うものと見込まれ、像１８１を視る目が、一方の片目１０１に維持されることが多くなるものと見込まれる。
　一般的に、ヒトには、優位眼があるとされている。表示装置１０が表示を呈示する場合に、人１００の優位眼に光束１１２を入射しても良く、或いは、非優位眼に光束１１２を入射させても良い。光束１１２が入射されない方の目は、外界の背景像を視て、光束１１２が入射された方の目は、外界の背景像と共に、表示オブジェクト１８０の像１８１を視る。人１００の好みによって、光束１１２を入射させる目を、主に優位眼とするか、主に非優位眼にするかを選択できる。
　人１００の好みによって、頭部１０５の位置と光束１１２との位置がずれた場合に、一方の片目１０１と他方の片目１０２に切り替わる頻度を高くするか、一方の片目１０１に維持し易くするか、を選択できる。上述したように、光束間隔Ｗｘｓは、人１００の両目の間隔Ｗｘｅよりも広い条件の中で、人１００の好みによって設定することができる。
　光束間隔Ｗｘｓは、人１００の両目の間隔Ｗｘｅの２倍以下とすることが望ましい。光束間隔Ｗｘｓが人１００の両目の間隔Ｗｘｅの２倍よりも大きくなると、例えば第１光束１１２ａから一方の片目１０１が外れたときに、人１００は頭部１０５を動かしても、他方の片目１０２に第２光束１１２ｂを入射させることの容易さが低減され、表示装置１０が使い難くなる。
　これに対し、光束間隔Ｗｘｓが人１００の両目の間隔Ｗｘｅの２倍以下の場合には、例えば第１光束１１２ａから一方の片目１０１が外れたときにも、簡単に他方の片目１０２に第２光束１１２ｂを入射させることができ、使い易くなる。
　表示装置１０においては、光束１１２が両目に入射されないようにされれば良いので、光束１１２の縦方向の幅、例えば第１投影領域１１４ａ及び第２投影領域１１４ｂのＹ軸方向の長さは、任意で良い。さらに、光束１１２の断面形状、例えば第１投影領域１１４ａ及び第２投影領域１１４ｂをＺ軸方向から見たときのパターン形状は任意で良く、楕円形、円形、長方形、角部が曲線とされた長方形のような種々の形状を用いることができる。
　複数の光束１１２のそれぞれ境界は、明るさが実質的に零である周辺部分と接する境界には限定されず、光束１１２の中で明るさが相対的に高い部分と、周辺部において明るさが相対的に低い部分との明るさの比に基づいて境界を定めることができる。言い換えれば、複数の光束１１２のそれぞれにおいて、明るさが相対的に高い部分と、それに対して明るさが相対的に低い部分との境界を光束１１２の境界とすることができる。明るさが相対的に高い部分において、人１００は表示を視ることができるものとされ、明るさが相対的に低い部分において人１００は表示を視ることができないものとされる。
　表示装置１０を車載用のヘッドアップディスプレイに応用する場合、周囲が明るい条件、例えば日中に表示を視る場合と、周囲が暗い条件、例えば夜間に表示を見る場合とで、表示装置１０から出射される光束１１２の明るさを変えることができる。この場合、光束１１２の境界は、それぞれの条件において、光束１１２の明るさの絶対値ではなく、明るさが高い部分と明るさが低い部分との相対的な関係によって光束１１２の境界部が定められる。この相対的に定められた境界に基づいて、光束間隔Ｗｘｓが人１００の両目の間隔Ｗｘｅよりも広く、光束１１２の幅である第１投影領域幅Ｗｘａ及び第２投影領域幅Ｗｘｂの少なくとも一方が人１００の両目の間隔Ｗｘｅよりも狭く設定される。
　光束１１２の境界を、明るさの相対的な比、即ち、明るさが低い部分の明るさ／明るさが高い部分の明るさで定めた場合において、相対的な比を大きく設定すると、光束間隔Ｗｘｓが広がると共に、光束１１２の幅である第１投影領域幅Ｗｘａ及び第２投影領域幅Ｗｘｂが狭まる。一方、相対的な比を小さく設定すると、光束間隔Ｗｘｓが狭まると共に、光束１１２の幅である、第１投影領域幅Ｗｘａ及び第２投影領域幅Ｗｘｂが広がる。
　以下、映像投影部１１５の具体例について説明する。図３Ａは、第１の実施形態に係る表示装置の光路を具体的に示す模式図である。図３Ｂは、第１の実施形態に係る表示装置の分割素子の機能を説明するための図である。
　図３Ａに示したように、映像投影部１１５は、映像情報を含む１次光束１１２ｏを生成する１次光束生成部１４０と、分割投影部１４１とを有する。１次光束生成部１４０には、既に説明した光源１２１、テーパライトガイド１２２及び光源側レンズ１２３が用いられている。分割投影部１４１は、１次光束１１２ｏを複数の光束１１２に分割する分割素子１２８を有する。さらに、光束１１２を反射する像形成部７１５が設けられている。分割投影部１４１は、人の位置１００ｐにおける、光束１１２どうしの間隔（光束間隔Ｗｘｓ）と、光束１１２の幅、例えば第１投影領域幅Ｗｘａ及び第２投影領域幅Ｗｘｂを制御する。１次光束生成部１４０と分割投影部１４１の間には、映像形成部１１０が設けられる。図３Ａに示したように、光束１１２が形成される。
　図３Ｂに示したように、映像投影部１１５の分割素子１２８は、反射面１２８ｒと、透過反射面１２８ｔを有する。分割素子１２８の反射面１２８ｒは、１次光束１１２ｏを反射する。透過反射面１２８ｔは、反射面１２８ｒに対して非平行に配置され、１次光束１１２ｏに対して透過性と反射性とを有する。
　分割素子１２８には、光学的に透明な、例えばガラス等が用いられる。映像投影部１１５は、例えば、三角柱の形状を有する。この三角柱の軸方向に対して垂直な方向で分割素子１２８を切断した場合の形状は例えば、直角三角形である。この直角三角形の底辺に相当する面が、反射面１２８ｒとされ、直角三角形の斜辺に相当する面が透過反射面１２８ｔとされる。このような分割素子１２８は、ガラスなどによる三角柱の反射面１２８ｒとなる面に例えば銀などの反射膜を形成し、透過反射面１２８ｔとなる面に例えば金属酸化膜や有機樹脂膜などを形成することによって得られる。光束１１２の波長は例えば可視光であり、分割素子１２８は可視光に対して透過性を有することができる。分割素子１２８は、実質的に透明であれば良く、ガラスの他に、種々の樹脂を用いても良い。
　透過反射面１２８ｔの透過率は、例えば、６２％程度であり、反射率は、例えば、３８％程度とすることができる。一方、反射面１２８ｒの反射率は理想的には１００％であり、入射する光の全てを反射する。
　図３Ｂに示したように、分割素子１２８の透過反射面１２８ｔに入射する１次光束１１２ｏのうちの一部は、透過反射面１２８ｔで反射され、出射側ミラー１２６を経て、第１光束１１２ａとなり、人１００に向かって投影される。第１光束１１２ａは、人１００の位置１００ｐにおいて、第１投影領域１１４ａを有する。
　一方、分割素子１２８の透過反射面１２８ｔに入射する１次光束１１２ｏのうちの他の一部は、分割素子１２８の内部を進行し、反射面１２８ｒで反射され、出射側ミラー１２６を経て、第２光束１１２ｂになり、人１００に向かって投影される。第２光束１１２ｂは、人１００の位置１００ｐにおいて、第２投影領域１１４ｂを有する。
　上述したように、分割素子１２８が、反射面１２８ｒと、反射面１２８ｒに非平行に配置された透過反射面１２８ｔを有することにより、分割素子１２８に入射する１次光束１１２ｏを２つの光束に分離することができ、２つの光束１１２として、人１００に投影することができる。
　分割素子１２８の光学特性と、分割素子１２８の光路上での配置とによって、２つの光束１１２の進行方向の差が制御される。
　映像投影部１１５に含まれるアパーチャの機能を有する光学素子の特性と、映像投影部１１５（場合によっては像形成部７１５も含む）の全体の光学系としての拡大率と、によって、光束１１２の間の間隔（光束間隔Ｗｘｓ）と、各光束１１２の幅である第１投影領域幅Ｗｘａ及び第２投影領域幅Ｗｘｂが制御される。
　本実施形態では、映像投影部１１５に含まれるアパーチャの機能を有する制御素子１２９として、画像出射側レンズ１２４が用いられる。　
　映像形成部１１０を経た１次光束１１２ｏが、画像出射側レンズ１２４及び光路変化用ミラー１２７を介して、分割素子１２８に入射する。さらに、分割素子１２８の透過反射面１２８ｔに１次光束１１２ｏに含まれる映像情報の像が形成される。透過反射面１２８ｔが像形成面となる。画像出射側レンズ１２４の大きさや形状によって、画像出射側レンズ１２４から分割素子１２８に入射する１次光束１１２ｏの断面の大きさや形状が制御される。１次光束１１２ｏから分割されて生成される２つの光束１１２の投影領域も、画像出射側レンズ１２４によって制御される。
　映像投影部１１５に含まれる制御素子１２９のアパーチャのサイズは、映像投影部１１５（場合によっては像形成部７１５も含む）の全体の光学系としての拡大率を考慮した上で、第１投影領域幅Ｗｘａ及び第２投影領域幅Ｗｘｂが人１００の両目の間隔Ｗｘｅよりも小さくなるように設定される。
　上述したように、映像投影部１１５の分割投影部１４１は、２つの光束１１２の幅を制御する制御素子１２９である画像出射側レンズ１２４を有する。光束１１２の光路上において、制御素子１２９の位置と人１００の位置１００ｐとは結像関係とされる。
　言い換えれば、人１００の位置１００ｐは、光束１１２に含まれる映像情報を視る位置とすることができるので、制御素子１２９である画像出射側レンズ１２４の光束１１２に沿った位置と、人１００の位置１００ｐとが互いに光学的に共役の関係とされる。したがって、画像出射側レンズ１２４の光束１１２に沿った位置と、人１００の位置１００ｐとは互いに結像関係とされる。
　図４は、第１の実施形態に係る表示装置の特性を説明するための図である。　
　図４に示したように、アパーチャとなる制御素子１２９と人１００との間の光路上にレンズのような光学素子が設けられるとする。この光学素子の位置と、アパーチャとなる制御素子１２９との間の光束１１２に沿った距離を距離ｄ１とする。その光学素子の位置と、人１００の位置１００ｐとの間の光束１１２に沿った距離を距離ｄ２とする。その光学素子の焦点距離を焦点距離ｆ３とした場合に、（１／ｄ１）＋（１／ｄ２）＝（１／ｆ３）の関係を満たすように、距離ｄ１、距離ｄ２及び焦点距離ｆ３が設定される。
　さらに、例えば、アパーチャとなる制御素子１２９と人１００との間の光路上に複数の光学素子が設けられる場合には、以下のように設定される。その複数の光学素子を光学的に統合して得られる主点と、アパーチャとなる制御素子１２９との間の光束１１２に沿った距離を距離ｄ１とする。その主点と、人１００の位置１００ｐとの間の光束１１２に沿った距離を距離ｄ２とする。その複数の光学素子を光学的に統合して得られる焦点距離を焦点距離ｆｋとした場合に、（１／ｄ１）＋（１／ｄ２）＝（１／ｆｋ）の関係を満たすように、距離ｄ１、距離ｄ２及び焦点距離ｆｋが設定される。
　本実施形態の場合、制御素子１２９である画像出射側レンズ１２４と人１００との間の光路上に設けられる光学素子は、光路変化用ミラー１２７、分割素子１２８、出射側ミラー１２６および像形成部７１５である。
　上述した関係により、映像投影部１１５の映像形成部１１０によって形成された映像情報の像が、人１００の位置において結像される。人１００は、像形成位置１８１ｐに形成された像１８１を、ピントが合った良好な状態で視ることができる。
　以下に、分割素子１２８の特性について説明する。　
　図５は、第１の実施形態に係る表示装置の分割素子の特性を説明するための図である。　
　図５に示したように、分割素子１２８は、反射面１２８ｒと透過反射面１２８ｔとを有している。反射面１２８ｒと透過反射面１２８ｔとがなす角を傾斜角θ１とする。反射面１２８ｒと透過反射面１２８ｔとの間の空間の媒質の屈折率を媒質屈折率ｎとする。分割素子１２８として例えばガラスの三角柱を用いた場合には、媒質屈折率ｎは、例えば、１．３３になる。分割素子１２８を除く空間の屈折率は、１とする。
　分割素子１２８の透過反射面１２８ｔに対して、図２の１次光束１１２ｏが入射角θｉで入射したとき、分割素子１２８の透過反射面１２８ｔで反射した第１光束１１２ａは、第１出射角θｊａで出射し、分割素子１２８の反射面１２８ｒで反射した第２光束１１２ｂは、第２出射角θｊｂで出射するとする。第１光束１１２ａの方向と、第２光束１１２ｂの方向のなす角である出射角度差α、すなわち第１出射角θｊａと第２出射角θｊｂとの差の絶対値は、分割素子１２８の傾斜角θ１と、媒質屈折率ｎと、入射角θｉと、に依存し、これらの値の関係は、以下の式（１）で表される。

　　　θ１＝（１／２）・ｓｉｎ－１（（ｓｉｎα）／ｎ）　　　（１）

　出射角度差αと、光学系全体の倍率と、分割素子１２８と図２の出射側ミラー１２６との間の光束１１２に沿った距離ｄ１と、出射側ミラー１２６と図２の人１００の位置１００ｐとの間の光束１１２に沿った距離ｄ２とによって、人１００の位置１００ｐにおける第１光束１１２ａと第２光束１１２ｂとの間の距離、即ち、第１投影領域幅Ｗｘａの中心と、第２投影領域幅Ｗｘｂの中心との間の距離が定まる。
　図６Ａおよび図６Ｂは、第１の実施形態に係る表示装置の光路を例示する模式図である。　
　図６Ａは、図２の出射側ミラー１２６が平面ミラーである場合における第１および第２光束１１２ａ、１１２ｂの光路を示している。図６Ｂは、図２の出射側ミラー１２６が凹面ミラーである場合における第１および第２光束１１２ａ、１１２ｂの光路を示している。図６Ａおよび図６Ｂは、第２光束１１２ｂは、出射側ミラー１２６の入射位置ＩＰに入射している状態を示している。以下の説明では、説明を簡単にするために、フロントガラス７１０（像形成部７１５）は平板であるとしている。
　図６Ａに示したように、出射側ミラー１２６が平面ミラーである場合には、人１００の位置１００ｐにおいて、第１光束１１２ａの方向、即ち、第１光束１１２ａの中心光線の方向と、第２光束１１２ｂの方向、即ち、第２光束１１２ｂの中心光線の方向とのなす角は、上記の出射角度差αとなり、上記の式（１）で表される分割素子１２８の傾斜角θ１及び媒質屈折率ｎに依存する。人１００の位置１００ｐにおいて、第１投影領域１１４ａの中心、即ち、第１光束１１２ａの中心と、第２投影領域１１４ｂの中心、即ち、第２光束１１２ｂの中心との間の光束中心間距離Ｗｘｓｃは、分割素子１２８の傾斜角θ１及び媒質屈折率ｎに依存する。光束中心間距離Ｗｘｓｃは、Ｗｘｓｃ＝Ｗｘｓ＋（Ｗｘａ＋Ｗｘｂ）／２で表される。
　図６Ｂに示したように、出射側ミラー１２６が凹面ミラーである場合には、出射側ミラー１２６における第１および弟２の光束１１２ａ、１１２ｂの入射位置によって、法線角θｒが変わる。人１００の位置１００ｐにおける第１光束１１２の第１投影領域１１４ａの中心の位置と、分割素子１２８の位置と、凹面ミラー１２６の曲面の中心が直線上に配置され、さらに、第１投影領域１１４ａの中心の位置と、出射側ミラー１２６における第２光束１１２ｂの入射位置ＩＰとのＸ軸方向の距離を入射位置距離ｘＩＰとし、出射側ミラー１２６の曲率半径を曲率半径ｒとした場合、法線角θｒは、以下の式（２）で表される。

　　　　θｒ＝ｓｉｎ－１（ｘＩＰ／ｒ）　　　（２）

　この法線角θｒを用いると、人１００の位置１００ｐにおいて、第１光束１１２ａの方向、即ち、第１光束１１２ａの中心光線の方向と、第２光束１１２ｂの方向、即ち、第２光束１１２ｂの中心光線の方向とのなす角は、（α－２θｒ）となる。人１００の位置１００ｐにおいて、第１投影領域１１４ａの中心と、第２投影領域１１４ｂの中心との間の光束中心間距離Ｗｘｓｃは、分割素子１２８の傾斜角θ１及び媒質屈折率ｎ、出射側ミラー１２６における第２光束１１２ｂの入射位置ＩＰ、並びに、出射側ミラー１２６の曲率半径ｒに依存する。
　分割素子１２８の傾斜角θ１は、所望の光束中心間距離Ｗｘｓｃ、人１００の所望の位置１００ｐ、及び、例えば出射側ミラー１２６の曲率半径ｒを含む光学系全体の倍率によって適宜設定することができる。
　図７は、第１の実施形態に係る別の表示装置に使用する分割素子の機能を説明するための図である。図７に示したように、表示装置１０ａにおいては、映像投影部１１５に含まれる分割素子１２８は、図３Ｂに示した分割素子のような三角柱状ではない。分割素子１２８は、１次光束１１２ｏを反射する反射面１２８ｒを有する反射板１２８ｒａと、反射面１２８ｒに対して非平行に配置され、１次光束１１２ｏに対して透過性と反射性とを有する透過反射面１２８ｔを有する透過反射板１２８ｔａとを備えた構造を有する。
　分割素子１２８に含まれる反射面１２８ｒと透過反射面１２８ｔとが別体として設けられており、これにより、反射面１２８ｒと透過反射面１２８ｔとがなす傾斜角θ１を可変にすることができる。傾斜角θ１を可変にすることにより、第１および弟２の光束１１２ａ、１１２ｂの互いになす角（出射角度差α）を可変にでき、人１００の位置１００ｐにおける第１および弟２の光束１１２ａ、１１２ｂ間の光束間隔Ｗｘｓを可変にでき、所望の光束間隔を設定することができる。
　図８は、第１の実施形態に係る別の表示装置の構成を示す模式図である。図８に示したように、表示装置１０ｂにおいては、映像投影部１１５に含まれる制御素子１２９としてアパーチャ１２５ｂが用いられる。
　図２により説明した表示装置１０においては、映像投影部１１５に含まれるアパーチャとして機能する光学素子（制御素子１２９）として、画像出射側レンズ１２４が用いられている。一方、本実施形態の表示装置１０ｂにおいては、上記光学素子（制御素子１２９）として、アパーチャ１２５ｂが用いられている。
　画像出射側レンズ１２４を経た１次光束１１２ｏは、アパーチャ１２５ｂを経て、アパーチャ出射側レンズ１２４ａに入射する。入射した１次光束１１２ｏは、光路変化用ミラー１２７を経て、分割素子１２８に入射する。さらに、分割素子１２８によって複数の光束１１２が生成され、生成された複数の光束１１２が人１００に向かって投影される。
　アパーチャ１２５ｂとしては、開口部の大きさが可変のアパーチャを用いることができる。この場合には、人１００の位置における複数の光束１１２の幅を可変にできる。これにより、より使い易い表示装置が提供できる。
　図９は、図８の表示装置の光路を具体的に示す図である。図９において、複数の光束の１つが第１光束１１２ａである。
　図９に示したように、アパーチャ１２５ｂの複数の光束１１２に沿った位置と、人１００の位置１００ｐとが互いに光学的に共役の関係とされる。言い換えれば、アパーチャ１２５ｂの光束１１２に沿った位置と、人１００の位置１００ｐとにおいて面と光線の関係は同じである。
　光束１１２の像形成面１２８ｉの位置（この場合は、分割素子１２８の透過反射面１２８ｔの位置）と、図８の表示オブジェクト１８０の像１８１の像形成位置１８１ｐとは光学的に共役の関係とされる。言い換えれば、光束１１２の像形成面１２８ｉの位置と、像形成位置１８１ｐと、は結像関係であり、光束１１２の像形成面１２８ｉの位置と像形成位置１８１ｐの像は、実質的に同じものと見なすことができる。
　図１０は、第１の実施形態に係る異なる表示装置における両目と２つの光束の投影領域の関係を説明するための図である。
　図１０に示したように、表示装置１１において、第１光束１１２ａ及び第２光束１１２ｂが、人１００に向けて投影される。
　表示装置１１においては、人の位置における第１光束１１２ａの第１投影領域幅Ｗｘａは、人１００の両目の間隔Ｗｘｅよりも狭いが、人の位置における第２光束１１２ｂの第２投影領域幅Ｗｘｂは、人の両目の間隔Ｗｘｅよりも広い。この場合も、第１光束１１２ａ及び第２光束１１２ｂとの間隔（光束間隔Ｗｘｓ）は、人の両目の間隔Ｗｘｅよりも広い。これらの関係以外は、図２および図８に示した表示装置１０、１０ｂと同様で良い。第１投影領域幅Ｗｘａおよび第２投影領域幅Ｗｘｂを異なるものにするには、例えば、アパーチャ１２５ｂの大きさを部分的に変更することや、分割素子１２８の表面状態又は表面形状を部分的に変更することや、分割素子１２８と出射側ミラー１２６間の距離を部分的に調整することによって行うことが可能である。
　このような構成の表示装置１１の場合、第１投影領域１１４ａを、人の視る方の一方の目（例えば片目１０１）に設定しておくことで、片目１０１が第１投影領域１１４ａから外れることはほとんど生じない。人の頭部が大きく動き、第１投影領域１１４ａから片目１０１が外れた場合、他方の目である片目１０２が、第２投影領域１１４ｂ内に入ることにより、人は、表示を見失うことがない。上述したように、第２投影領域１１４ｂの第１投影領域１１４ａとは反対側の境界（図１０中、第２投影領域１１４ｂの右側の境界）が第１投影領域１１４ａから離れるように第２投影領域１１４ｂの第２投影領域幅Ｗｘｂが拡大しても、人の片目での観視のし易さは大きくは低下しない。
　　このような表示装置１１によっても、人が片目で表示を視ることにより、表示内容を背景像の任意の奥行き位置に配置して、人に知覚させることができる。
　さらに、人が頭部を移動すると、人の両方の目（片目１０１及び片目１０２）の両方が、第２投影領域１１４ｂの内部に入ることもあり得る。このような状況は、当初設定した片目１０１が第１投影領域１１４ａに入る状況からかなり大きく頭部を動かした特殊な状態であり、この場合には、表示を片目で視ることだけでなく、表示を両目で見えるようにしておく方が便利な場合がある。
　頭部を大きく動かす場合は、表示装置の通常の使用状態ではなく、例えば、片目の視力が突然低下する事故のような特殊な使用状態であると推測される。この場合には、上述したように、表示装置１１による表示を両目でも見えるようにしておくことにより、例えば、車載用途のヘッドアップディスプレイなどに応用する場合において安全性が高い表示が提供できる。
　表示装置１１において、必要に応じて、表示を片目で視たり、或いは、両目で視たりすることが切り替えられるように、第１および第２光束１１２ａ、１１２ｂの幅を可変にすることもできる。この場合、人の位置における第１および第２光束１１２ａ、１１２ｂどうしの間隔（光束間隔Ｗｘｓ）が、人の両目の間隔Ｗｘｅよりも広く設定されつつ、人の位置における第１および第２光束１１２ａ、１１２ｂの幅（第１投影領域幅Ｗｘａ及び第２投影領域幅Ｗｘｂ）の少なくとも一方を人の両目の間隔Ｗｘｅよりも狭く設定することができれば良い。表示装置１１によっては、光束間隔Ｗｘｓが、両目の間隔Ｗｘｅよりも狭く設定される動作、または、人の位置における第１および第２光束１１２ａ、１１２ｂの幅（第１投影領域幅Ｗｘａ及び第２投影領域幅Ｗｘｂ）が両目の間隔Ｗｘｅよりも狭く設定される動作が可能であれば良い。
　図１１は、第１の実施形態に係るさらに異なる表示装置における両目と３つの光束の投影領域の関係を説明するための図である。
　図１１に示したように、表示装置１２は、映像情報を含む３つの光束、即ち、第１光束１１２ａ、第２光束１１２ｂ及び第３光束１１２ｃを人に向けて投影する。この表示装置１２では、第２投影領域１１４ｂと第３投影領域１１４ｃとの間に第１投影領域１１４ａが配置される。
　この場合も、人の位置における第１乃至第３光束１１２ａ―１１２ｃどうしの間隔（光束間隔Ｗｘｓ）は、人の両目の間隔Ｗｘｅよりも広く、人の位置における複数の光束１１２の幅（第１投影領域幅Ｗｘａ、第２投影領域幅Ｗｘｂ及び第３投影領域幅Ｗｘｃ）の少なくともいずれかは、人の両目の間隔Ｗｘｅよりも狭い。
　このような構成であっても、実質的に、人に両目で表示を視させることがなく、人に片目で表示を視させることができる。さらに、以下に述べるように、人が表示を見失うことを、より効率的に抑制できる。
　表示装置１２では、上記３つの光束を設けている。３つの光束の内、中央の第１光束１１２ａの第１投影領域１１４ａに、初期の設定状態として、人の所望の目、例えば優位眼を配置すれば、人の頭部が左右のどちらの方向に移動した場合にも、左右方向に配置された第２投影領域１１４ｂまたは第３投影領域１１４ｃに一方の片目１０１または他方の片目１０２を入れることができ、視る目がいずれかの光束の投影領域からより外れ難い。
　したがって、人が表示を見失うことをさらに効果的に抑制することができる。表示装置１２によれば、視る目が光束の投影領域から外れ難く、見易い単眼方式の表示が呈示できる。
　３つの光束１１２のうちで中央に配置される第１光束１１２ａの幅（第１投影領域幅Ｗｘａ）は、人の両目の間隔Ｗｘｅよりも狭く設定されることが望ましい。第１投影領域幅Ｗｘａを、人の両目の間隔Ｗｘｅよりも狭く設定することにより、初期状態において、人は表示を片目で視ることができる。
　上述したように、３つ以上の光束を投影するには、例えば、１次光束を分割する分割素子により生成される第１および第２光束１１２ａ、１１２ｂのいずれかの光路上に、別の分割素子を配置しても良い。このような構成により、第１光束１１２ａ及び第２光束１１２ｂのいずれかを更に２つに分割して、３つ以上の光束を形成することができる。
　図１２は、第１の実施形態に係るさらに別の表示装置の構成を示す模式図である。　
　図１２に示したように、表示装置１３においては、映像投影部１１５ａの具体的な構成が図２の表示装置１０とは異なる。表示装置１３では、映像投影部１１５ａに含まれる分割素子１２８ａは透過型であり、１次光束１１２ｏが分割素子１２８ａの一方の主面に入射し、この一方の主面に対向する他方の主面から出射する。
　後で述べるように、分割素子１２８ａは、互いに非平行に配置された複数の界面を含む。この複数の界面の少なくとも一方は、透過性と反射性とを有する界面である。この複数の界面が、非平行に配置されることで、これらの複数の界面を通過する１次光束１１２ｏを複数の光束１１２に分割することができる。
　表示装置１３では、光源１２１から出射した光は、映像形成部１１０を経て、映像情報を含む１次光束１１２ｏとなる。１次光束１１２ｏは、画像出射側レンズ１２４に入射し、その後、アパーチャ１２５ｂ及びアパーチャ出射側レンズ１２４ａを経て、分割素子１２８ａに入射する。そして、分割素子１２８ａによって、光束１１２ａ、１２２ｂを含む複数の光束１１２が生成される。
　上述したように透過型の分割素子１２８を有する表示装置１３によっても、視る目が光束の投影領域から外れ難くでき、見易い単眼方式の表示が呈示できる。
　図１３Ａは、図１２に示した表示装置１３に用いられる分割素子１２８ａを示す分解図である。図１３Ｃは、図１２に示した表示装置１３に用いることが可能な別の分割素子を示す分解図である。図１３Ｂおよび図１３Ｄは、それぞれ、図１３Ａおよび図１３Ｃの分割素子を組み立てた状態を示す図である。
　図１３Ａに示したように、分割素子１２８ａは、第１透過反射素子３１０と第２透過反射素子３２０を有する。第１透過反射素子３１０は、第１三角柱素子３１１と第２三角柱素子３１２とを有す。第１三角柱素子３１１の斜面には、透過性と反射性とを有する第１透過反射膜３１１ｔが形成されている。図１３Ｂに示したように、第１三角柱素子３１１の第１透過反射膜３１１ｔは、第２三角柱素子３１２の斜面と対面して接触するように配置される。
　第２透過反射素子３２０は、第３三角柱素子３１３と第４三角柱素子３１４とを有す。第３三角柱素子３１３の斜面には、透過性と反射性とを有する第２透過反射膜３１３ｔが形成されている。図１３Ｂに示したように、第３三角柱素子３１３の第２透過反射膜３１３ｔは、第４三角柱素子３１４の斜面と対面して接触するように配置される。
　図１３Ｂに示したように、第１透過反射素子３１０と第２透過反射素子３２０は、相互に接触して、第１透過反射膜３１１ｔと第２透過反射膜３１３ｔとが互いに非平行になるように配置される。
　第１透過反射膜３１１ｔ及び第２透過反射膜３１３ｔには、金属や誘電体の薄膜が用いられる。このような薄膜は、例えば、第１三角柱素子３１１及び第３三角柱素子３１３の斜面に、蒸着やスパッタリングのような堆積方法によって形成される。
　図１３Ｂに示したように、分割素子１２８ａの第１三角柱素子３１１の底面に、１次光束１１２ｏが入射すると、１次光束１１２ｏのうちの一部の光は、第１透過反射膜３１１ｔ及び第２透過反射膜３１３ｔを透過して、第１光束１１２ａとなって、分割素子１２８ａから出射する。そして、１次光束１１２ｏのうちの別の一部の光は、第２透過反射膜３１３ｔで反射し、第４三角柱素子３１４及び第２三角柱素子３１２を経て第１透過反射膜３１１ｔに至り、第１透過反射膜３１１ｔで反射して、第２光束１１２ｂとなって、分割素子１２８ａから出射する。分割素子１２８ａを用いることにより、１次光束１１２ｏは、第１光束１１２ａと第２光束１１２ｂとに分割される。
　図１３Ｃに示した分割素子１２８ｂは、第１三角柱素子３１１、第３三角柱素子３１３、および第５三角柱素子３１５を有す。第１三角柱素子３１１の斜面には、透過性と反射性とを有する第１透過反射膜３１１ｔが形成されている。第３三角柱素子３１３の斜面には、透過性と反射性とを有する第２透過反射膜３１３ｔが形成されている。第１三角柱素子３１１の斜面と、第３三角柱素子３１３の斜面と、は互いに非平行である。第１透過反射膜３１１ｔと第２透過反射膜３１３ｔとが非平行になるように、第１三角柱素子３１１と第３三角柱素子３１３とが配置される。第５三角柱素子３１５は、第１三角柱素子３１１の斜面に平行な斜面と、第３三角柱素子３１３の斜面に平行な斜面とを有する。図１３Ｄに示したように、第５三角柱素子３１５は、第１三角柱素子３１１と第３三角柱素子３１３との間に、第５三角柱素子３１５の両斜面と第１三角柱素子３１１および第３三角柱素子３１３の斜面が対面し、接触するように配置される。
　図１３Ｄに示したように、分割素子１２８ｂの第１三角柱素子３１１の底面に１次光束１１２ｏが入射すると、１次光束１１２ｏのうちの一部の光は、第１透過反射膜３１１ｔ及び第２透過反射膜３１３ｔを透過して、第１光束１１２ａとなって、分割素子１２８ｂから出射する。１次光束１１２ｏのうちの別の一部の光は、第２透過反射膜３１３ｔで反射し、第５三角柱素子３１５を経て第１透過反射膜３１１ｔに至り、第１透過反射膜３１１ｔで反射して、第２光束１１２ｂとなって、分割素子１２８ｂから出射する。分割素子１２８ｂを用いることにより、１次光束１１２ｏは、第１光束１１２ａと第２光束１１２ｂに分割される。
　上記の第１三角柱素子３１１、第２三角柱素子３１２、第３三角柱素子３１３、第４三角柱素子３１４及び第５三角柱素子３１５の屈折率は同じでも良く、また、互いに異なっていても良い。
　図１４は、第１の実施形態に係るさらに異なる表示装置の構成を示す模式図である。　
　図１４に示したように、表示装置１３ａにおいては、映像投影部１１５の制御素子１２９としてレンチキュラー・シート（lenticular Sheet）１２５ｌが用いられる。このレンチキュラー・シート１２５ｌは、透過型の分割素子１２８ａの出射側、即ち、光路上において分割素子１２８ａの人の側に配置されている。
　光源１２１から出射した光は、映像形成部１１０を経て、映像情報を含む１次光束１１２ｏとなり、さらに、画像出射側レンズ１２４ｂを経て、分割素子１２８ａに入射する。分割素子１２８ａによって複数の光束１１２が生成され、生成された複数の光束１１２がレンチキュラー・シート１２５ｌに入射することにより、複数の光束１１２の発散角が制御され、人に向かって投影される。
　上述したように透過型の分割素子１２８ａを有し、また、制御素子１２９としてレンチキュラー・シート１２５ｌを用いた表示装置１３ａによっても、視る目が光束の投影領域から外れ難くでき、見易い単眼方式の表示が呈示できる。
　図１５Ａおよび図１５Ｂは、第１の実施形態に係るさらに異なる表示装置の構成を示す模式図である。　
　図１５Ａに示したように、表示装置１４においては、複数の光源と複数の映像形成部が設けられる。例えば既に説明した図２の表示装置１０においては、１つの１次光束１１２ｏを分割素子１２８により複数の光束１１２に分割している。これに対し、表示装置１４においては、１次光束１１２ｏを分割するのではなく、前記複数の光源から直接的に複数の光束１１２が生成される。
　表示装置１４の映像投影部１１５は、１つ目の光学系として、光源１２１、テーパライトガイド１２２および光源側レンズ１２３を含む第１の１次光束生成部と、第１の映像形成部１１０と、画像出射側レンズ１２４、アパーチャ１２５ｂおよびアパーチャ出射側レンズ１２４ａとを含む第１の投影部を有する。
　さらに、映像投影部１１５は、２つ目の光学系として、光源１２１ａｙ、テーパライトガイド１２２ａｙおよび光源側レンズ１２３ａｙを含む第２の１次光束生成部と、第２の映像形成部１１０ａｙと、画像出射側レンズ１２４ｙ、アパーチャ１２５ｂｙおよびアパーチャ出射側レンズ１２４ａｙとを含む第２の投影部を有する。　
　本実施形態では、映像投影部１１５には、１つの出射側ミラー１２６が設けられている。映像投影部１１５の映像データ生成部１３０は、１つ目の映像形成部１１０と、２つ目の映像形成部１１０ａｙに映像データを供給する。
　図１５Ｂに示したように、表示装置１４ａにおいても、映像投影部１１５は、１つ目の光学系として、光源１２１、テーパライトガイド１２２および光源側レンズ１２３を含む第１の１次光束生成部と、画像出射側レンズ１２４、アパーチャ１２５ｂおよびアパーチャ出射側レンズ１２４ａとを含む第１の投影部を有する。
　さらに、映像投影部１１５は、２つ目の光学系として、光源１２１ａｙ、テーパライトガイド１２２ａｙおよび光源側レンズ１２３ａｙを含む第２の１次光束生成部と、画像出射側レンズ１２４ｙ、アパーチャ１２５ｂｙおよびアパーチャ出射側レンズ１２４ａｙを含む第２の投影部を有する。
　光源側レンズ１２３と画像出射側レンズ１２４との間、及び、光源側レンズ１２３ａｙと画像出射側レンズ１２４ａｙとの間に、映像形成部１１０が設けられている。映像形成部１１０が、１つ目の光学系と、２つ目の光学系とで兼用されており、映像形成部１１０の２つの領域を２つの光束が通過し、２つの光束１１２となる。映像形成部１１０は、映像投影部１１５に少なくとも１つ設けられれば良い。
　図１５Ａおよび図１５Ｂに示すような構成を有する表示装置１４及び１４ａによっても、映像情報を含む複数の光束１１２を人に向けて投影することができ、１つ目の光学系と２つ目の光学系の例えば光学軸の設定により、人の位置における複数の光束１１２どうしの間隔（光束間隔Ｗｘｓ）を、人の両目の間隔Ｗｘｅよりも広く、人の位置における複数の光束１１２の幅、例えば第１投影領域幅Ｗｘａ及び第２投影領域幅Ｗｘｂの少なくともいずれかを、人の両目の間隔Ｗｘｅよりも狭く設定することができ、これにより、視る目が光束の投影領域から外れ難くでき、見易い単眼方式の表示が呈示できる。
　図１６は、第２の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式図である。　
　図１６に示したように、表示装置２０の映像投影部１１５は、複数の光束１１２に基づいた像を形成する像形成部７１５を含む。
　像形成部７１５は、複数の光束１１２を反射して像を形成できれば良く、透光性と反射性とを有している透明なガラス板や、透明な樹脂板などを用いることができ、さらには、透光性がなく、実質的に反射性を有するいわゆるミラーであっても良い。
　像形成部７１５で形成された像を人は片目で視ることができ、奥行き感や立体感が増強され、高臨場感の表示を提供できる。表示装置２０をゲームなどのアミューズメント用途に応用した場合に、特にその効果が効果的に発揮される。
　この場合も、人１００の位置１００ｐにおける複数の光束１１２どうしの間隔（光束間隔Ｗｘｓ）を、人１００の両目の間隔Ｗｘｅよりも広く、人１００の位置１００ｐにおける複数の光束１１２の幅、例えば第１投影領域幅Ｗｘａ及び第２投影領域幅Ｗｘｂの少なくともいずれかを、人１００の両目の間隔Ｗｘｅよりも狭く設定することができ、これにより、視る目が光束の投影領域から外れ難くでき、見易い単眼方式の表示が呈示できる。
　複数の光束１１２の光路上における像形成部７１５と人１００の目との距離は２１．７ｃｍ以上とされる。これにより、人１００が知覚する奥行き感が増強され、また、表示オブジェクト１８０を所望の奥行き位置に知覚させることができる。
　図１７Ａおよび図１７Ｂは、それぞれ、実施形態に係る表示方法を例示するフローチャートである。　
　図１７Ａに示したように、実施形態に係る第１の表示方法においては、映像情報を含み、互いの間隔が両目の間隔Ｗｘｅよりも広く、幅が両目の間隔Ｗｘｅよりも狭い複数の光束１１２を人１００に向けて投影する（ステップＳ１０１）。これは図１Ｂ、図１０、或いは図１１を参照して説明した表示方法に対応している。
　このような方法により、人１００は、片目で表示を見ることができ、そのときに、視る目が光束の投影領域から外れ難くでき、見易い単眼方式の表示が呈示できる。
　複数の光束１１２を発生させるために、映像情報を含む１次光束を生成し、さらに、生成した１次光束を複数に分割する方法を採用できる。　
　図１７Ａに示したように、実施形態に係る第２の表示方法においては、映像情報を含む１次光束１１２ｏを生成する（ステップＳ１１０）。図２、図８等を参照して説明したように、１次光束１１２ｏを複数に分割し、映像情報を含む複数の光束１１２を生成する。図１Ｂ、図１０、或いは図１１に示すように、複数の光束１１２の間隔が両目の間隔Ｗｘｅよりも広く、複数の光束１１２の幅が両目の間隔Ｗｘｅよりも狭く制御して、複数の光束１１２を人１００に向けて投影する（ステップＳ１２０）。　
　１次光束１１２ｏの分割には、例えば上述した分割素子１２８、１２８ａ及び１２８ｂを用いることができる。第２の表示方法によれば、１次光束１１２ｏを分割して複数の光束１１２を生成することにより、光学系が簡略化され、装置が小型化できる。この方法によっても、視る目が光束の投影領域から外れ難くでき、見易い単眼方式の表示が呈示できる。
　　以上において幾つかの実施形態を述べたが、これらの実施形態は、単に例として示したもので、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。実際、ここにおいて述べた新規な装置および方法は、種々の他の形態に具体化されても良いし、さらに、本発明の主旨又はスピリットから逸脱することなくここにおいて述べた装置および方法の形態における種々の省略、置き換えおよび変更を行っても良い。付随する請求項およびそれらの均等物又は均等方法は、本発明の範囲および主旨又はスピリットに入るようにそのような形態若しくは変形を含むことを意図している。
　例えば、表示装置を構成する映像投影部、映像データ生成部、映像形成部、投影部、１次光束生成部、分割投影部、制御素子、分割素子等の各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することができる。
　１１０、１１０ｙ　映像形成部
　１１４ａ　第１投影領域
　１１４ｂ　第２投影領域
　１１４ｃ　第３投影領域
　１１５　映像投影部
　１２０　投影部
　１２１、１２１ｙ　光源
　１２４、１２４ｂ、１２４ｂｙ　画像出射側レンズ
　１２４ａ、１２４ａｙ　アパーチャ出射側レンズ
　１２５ｂ、１２５ｂｙ　アパーチャ
　１２５ｌ　レンチキュラー・シート
　１２６　出射側ミラー
　１２７　光路変化用ミラー
　１２８、１２８ａ、１２８ｂ　分割素子
　１２９　制御素子
　１３０　映像データ生成部
　１４０　１次光束生成部
　１４１　分割投影部
　７１５　像形成部

Claims (14)

  1. 　映像情報を含む複数の光束を人に向けて投影する表示装置であって、
    　前記人の位置における前記複数の光束どうしの間隔は、前記人の両目の間隔よりも広く、前記人の位置における前記複数の光束の幅の少なくとも１つは、前記人の両目の間隔よりも狭いように設定が可能な表示装置。
  2. 　映像情報を含む複数の光束を人に向けて投影する映像投影部を備えた表示装置であって、前記映像投影部は、
    　映像情報を含む１次光束を生成する１次光束生成部と、
    　前記１次光束を複数の光束に分割する分割素子を有し、前記複数の光束どうしの間隔と、前記複数の光束の幅とを制御する分割投影部を有するもの。
  3. 　前記分割投影部は、人の位置における前記複数の光束どうしの間隔は、前記人の両目の間隔よりも広く、前記人の位置における前記複数の光束の幅の少なくとも１つは、前記人の両目の間隔よりも狭くなるように設定が可能である請求項２に記載の表示装置。
  4. 　前記分割素子は、前記１次光束を反射する反射面と、前記反射面に対して非平行に配置され、前記１次光束に対して透過性と反射性とを有する透過反射面とを有する請求項２に記載の表示装置。
  5. 　前記分割素子は、前記１次光束に対して透過性と反射性を有する透過反射面と、前記反射面に対して非平行に配置され、前記１次光束に対して透過性と反射性とを有する透過反射面とを有する請求項２に記載の表示装置。
  6. 　前記分割投影部は、前記複数の光束の幅を制御する制御素子をさらに有る請求項２に記載の表示装置。
  7. 　前記複数の光束の光路上において、前記制御素子の位置と人の位置とは光学的に共役の関係にある請求項６に記載の表示装置。
  8. 　前記制御素子は、前記分割素子から前記１次光束生成部側に設けられる請求項６に記載の表示装置。
  9. 　前記制御素子は、前記分割素子からの前記複数の光束の出射側に設けられる請求項６に記載の表示装置。
  10. 　前記制御素子は、レンズまたはアパーチャである請求項７に記載の表示装置。
  11. 　前記制御素子は、レンチキュラー・シートである請求項９に記載の表示装置。
  12. 　前記映像投影部は、さらに、前記１次光束生成部と前記投影部の間の光路に設けられ、映像信号に基づき映像を形成する映像形成部を備える請求項２に記載の表示装置。
  13. 　映像情報を含む複数の光束を人に向けて投影する映像投影部を備えた表示装置であって、前記映像投影部は、
    　映像情報を含む１次光束を生成する複数の１次光束生成部と、
    　前記複数の１次光束生成部からの複数の１次光束に対応して複数の光束を投影するとともに、前記複数の光束どうしの間隔と、前記複数の光束の幅とを制御する複数の投影部と、
    　前記複数の１次光束生成部と前記複数の投影部の間の光路に設けられる少なくとも１つの映像形成部とを有するもの。
  14. 　前記複数の投影部は、人の位置における前記複数の光束どうしの間隔は、前記人の両目の間隔よりも広く、前記人の位置における前記複数の光束の幅の少なくとも１つは、前記人の両目の間隔よりも狭くなるように設定が可能な請求項１３に記載の表示装置。
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