(57)【要約】【課題】小型化を図るとともに、ウィンドシールドによらず品質の高い虚像を投影することができる表示装置を提供すること。【解決手段】表示装置１０は、ライトフィールドディスプレイ３０と、制御部１２とを備えている。ライトフィールドディスプレイ３０は、表示部ＷＳの直下に配置され、ライトフィールドディスプレイ３０から出射される光の要素は、虚像Ｖ上に結像される水平方向要素と鉛直方向要素を有する。制御部１２は、表示部ＷＳの下方で、鉛直方向要素を集光する鉛直集光線Ｒ１の第１集光位置が、水平方向要素を集光する水平集光線Ｒ２の第２集光位置と異なる奥行位置となるように光を出射する制御を行う。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケースと、このケースに収納され光を出射するライトフィールドディスプレイと、このライトフィールドディスプレイが出射する光を制御する制御部と、を有し、
前記ライトフィールドディスプレイから出射された光を表示部に投射し、視認者に虚像を視認させる表示装置であって、
前記ライトフィールドディスプレイは、前記表示部の直下に配置され、
前記ライトフィールドディスプレイから出射される光の要素は、前記虚像上に結像される水平方向要素と鉛直方向要素を有し、
前記制御部は、前記表示部の下方で、前記鉛直方向要素を集光する鉛直集光線の第１集光位置が、前記水平方向要素を集光する水平集光線の第２集光位置と異なる奥行位置となるように光を出射する制御を行うことを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記表示部の形状による非点収差によって集光する線形状の向きに合わせて前記鉛直集光線と前記水平集光線を形成するように制御することを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示部に光を投射し情報を提供することができる表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一部の車両には、ウィンドシールド等の表示部に光を投射することにより、運転者（視認者）に必要な情報を提供する表示装置（ヘッドアップディスプレイ装置）が搭載されている。このような、表示装置の従来技術として特許文献１に開示される技術がある。
【０００３】
特許文献１に示される表示装置は、光を出射する投射器と、この投射器から出射された光が通過するスクリーンと、これらの投射器及びスクリーンを収納しているケースと、を備えている。
【０００４】
投射器は、ＤＭＤ（Digital Mirror Device）等の光学素子を備えるプロジェクタである。スクリーンは、投射器から出射される光の結像位置に配置されている、透過型のスクリーンである。スクリーンの光が通過する面は、投射器の光を出射する面に対して、傾いて設けられている。即ち、スクリーンは、投射器から出射される光の光軸に対して、傾いて設けられている。
【０００５】
スクリーンの光が通過する面が、投射器の光を出射する面に対して傾いて設けられていることにより、奥行きのある虚像を運転者に認識させることができる。
【０００６】
また、特定の面を通過する光線の分布を再現することにより立体映像を再生するデバイスとして、ライトフィールドディスプレイが知られている。このようなライトフィールドディスプレイの従来技術として特許文献２に開示される技術がある。
【０００７】
特許文献２に示されるライトフィールドディスプレイは、ヘッドアップディスプレイ装置に代わりに、ライトフィールドディスプレイで奥行きのある映像を表示することによって、奥行き方向に斜めに傾いた虚像を表示することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１６―２１２３３８号公報
【特許文献２】特許第６１４９３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１の表示装置は、投射器、スクリーン、折り返しミラー、凹面鏡、カバーガラス、外装、制御部とからなる。プロジェクタは、映像をスクリーンに投射し、このスクリーンで反射された映像は、凹面鏡で拡大された後、ウィンドシールドへ出射される。ここで、凹面鏡とスクリーンとの間に一定の光路長を設ける必要があるため、装置全体が大きくなる。さらには、スクリーンの光が通過する面は、表示手段の光が出射される面に対して傾いている。このため、スクリーンの一部は、投射器から出射される光の結像位置から外れることがある。結果、虚像が不鮮明になる虞がある。
【００１０】
特許文献２のライトフィールドディスプレイは、虚像を直視することを前提としているため、ウィンドシールドで発生する非点収差によって虚像の品位が低下する虞がある。
【００１１】
本発明は、小型化を図るとともに、ウィンドシールドによらず品質の高い虚像を投影することができる表示装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に係る発明では、ケースと、このケースに収納され光を出射するライトフィールドディスプレイと、このライトフィールドディスプレイが出射する光を制御する制御部と、を有し、
前記ライトフィールドディスプレイから出射された光を表示部に投射し、視認者に虚像を視認させる表示装置であって、
前記ライトフィールドディスプレイは、前記表示部の直下に配置され、
前記ライトフィールドディスプレイから出射される光の要素は、前記虚像上に結像される水平方向要素と鉛直方向要素を有し、
前記制御部は、前記表示部の下方で、前記鉛直方向要素を集光する鉛直集光線の第１集光位置が、前記水平方向要素を集光する水平集光線の第２集光位置と異なる奥行位置となるように光を出射する制御を行うことを特徴とする表示装置が提供される。
【００１３】
請求項２に係る発明では、好ましくは、前記制御部は、前記表示部の形状による非点収差によって集光する線形状の向きに合わせて前記鉛直集光線と前記水平集光線を配置するように制御する。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る発明では、表示装置は、ケースに収納され光を出射するライトフィールドディスプレイと、このライトフィールドディスプレイが出射する光を制御する制御部と、を有する。ライトフィールドディスプレイは、ウィンドシールド（表示部）の直下に配置されているので、従来技術のような凹面鏡及びスクリーンが不要となり装置の小型化を図ることができる。
【００１５】
更に、仮に従来技術のように、鉛直方向要素を集光する鉛直集光線の奥行位置と、水平方向要素を集光する水平集光線の奥行位置とが異なることなく光が出射されると、ウィンドシールドの非点収差によって鉛直方向要素と水平方向要素とがずれてしまい虚像の品質が低下する虞がある。この点、本発明では、制御部は、表示部の下方で、鉛直方向要素を集光する鉛直集光線の第１集光位置が、水平方向要素を集光する水平集光線の第２集光位置と異なる奥行位置となるように光を出射する制御を行う。このため、鉛直方向要素と水平方向要素とをそれぞれウィンドシールドに最適に投影されるように制御できるので、鉛直方向要素と水平方向要素とがずれることがなく、ウィンドシールドの非点収差によらず、品質の高い虚像を投影することができる。
【００１６】
請求項２に係る発明では、制御部は、表示部の形状による非点収差によって集光する線形状の向きに合わせて、鉛直集光線と水平集光線をそれぞれ形成するように制御するので、より品質の高い虚像を投影することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施例による表示装置の模式図である。
【図２】図１に示されたライトフィールドディスプレイから出射される光により投影される虚像について説明する図である。
【図３】鉛直集光線の奥行位置と水平集光線の奥行位置を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。尚、説明中、左右とは、車内の乗員（視認者）を基準として左右をいい、前後とは車両の進行方向を基準として前後をいう。また、図中Ｆｒは前、Ｒｒは後、Ｕｐは上、Ｄｎは下、を示している。
【実施例】
【００１９】
本発明の基本構成について説明する。図１に示されるように、表示装置１０は、例えば、車両Ｖｅに搭載され、車体の前部にあるウィンドシールド（表示部）ＷＳに光を投射する。ウィンドシールドＷＳに光が投射されることにより、運転者（視認者）Ｍｎは、ウィンドシールドＷＳの前方に虚像（像）Ｖが投影されているように認識する。
【００２０】
表示装置１０により投影される像Ｖは、上部が車両Ｖｅの前方側に傾いている。この上部が傾いた虚像Ｖに車速やナビゲーション情報等の情報を含ませることにより、運転者Ｍｎは走行時に必要な情報を得ることができる。
【００２１】
表示装置１０は、ケース２０と、このケース２０に収納され光を出射するライトフィールドディスプレイ（ＬＦＤ）３０と、このライトフィールドディスプレイ３０に当接しているヒートシンク１１と、ライトフィールドディスプレイ３０が出射する光を制御する制御部１２と、を有している。
【００２２】
ケース２０が車両Ｖｅに取り付けられることで、ライトフィールドディスプレイ３０がウィンドシールドＷＳの直下に配置されている。ケース２０は、遮光性を有する合成樹脂によって形成されている。このため、ケース２０は、外部からライトフィールドディスプレイ３０に入射した光が、車室内に反射することを防ぐ遮光部である、ということができる。更には、ケース２０の内壁２０ａを遮光部ということもできる。
【００２３】
ライトフィールドディスプレイ３０は、ヒートシンク１１上に設けられ光を出射する表示器３１と、この表示器３１から出射された光が通過するレンズ３２ｂが複数配列されてなるレンズアレイ３２と、これらのレンズアレイ３２及び表示器３１の外縁を囲う外縁壁部３３と、を含んでいる。
【００２４】
表示器３１には、例えば、平面ディスプレイを用いることができる。表示器３１は、レンズアレイ３２に向かって光を出射する画素３１ａを複数有している。尚、表示器３１が出射する光は、各画素３１ａが出射する光の束である。
【００２５】
各画素３１ａは、赤・緑・青の副画素により構成されている。副画素が発光することにより、各レンズ３２ｂに向かって光が出射される。尚、各副画素の発光を組み合わせることで、画素３１ａから出射される光の明度、色相、彩度を異ならせることができる。
【００２６】
レンズアレイ３２は、平板状のベース板部３２ａと、このベース板部３２ａに複数配列され画素３１ａから出射された光が通過するレンズ３２ｂと、を有している。
【００２７】
レンズアレイ３２は、各画素３１ａから出射された光を所定方向に屈折させる。レンズアレイ３２は、ケース２０の外部からレンズアレイ３２に入射した外光を遮光部としての内壁２０ａに向かって反射するよう、内壁２０ａ側に傾けられている。レンズアレイ３２は、例えば、フューズドシリカ、光学ガラス、プラスチック等からなる。
【００２８】
ベース板部３２ａは、表示器３１の光を出射する面に対して平行に設けられている。レンズ３２ｂの形状は、例えば、凸形状、凹形状、球面形状及び非球面形状等からなる。各レンズ３２ｂは、各画素３１ａに対応して設けられ、各画素３１ａから出射された光を屈折させる。
【００２９】
外縁壁部３３は、遮光性を有する合成樹脂によって形成され、表示器３１とレンズアレイ３２との間に外光が入射することを防止する。
【００３０】
ここで、ライトフィールドディスプレイ３０が出射する光とは、各画素３１ａ（表示器３１）から出射された光であってレンズアレイ３２を通過した光のことをいう。つまり、各画素３１ａから出射された光がレンズアレイ３２を通過することによって、ライトフィールドディスプレイ３０から光が出射される、ということができる。
【００３１】
ヒートシンク１１は、例えば、熱伝導率が高いアルミニウム合金や銅合金等により形成され、表示器３１に当接すると共に表示器３１から伝わる熱を外部（ケース２０の外部）に放出する。ヒートシンク１１は、一部が外部に露出するようにケース２０に固定されている。
【００３２】
制御部１２は、レンズアレイ３２を通過した光がウィンドシールドＷＳに投射されるように、ライトフィールドディスプレイ３０が出射する光の方向を制御する。つまり、制御部１２は、レンズアレイ３２を通過した光が所定方向に向かうよう各画素３１ａが出射する光を制御する。
【００３３】
運転者Ｍｎは、ライトフィールドディスプレイ３０から出射された光がウィンドシールドＷＳに投射されることにより、角度がθだけ前方に傾いた虚像Ｖが投影されているよう認識する。このような虚像Ｖは、ウィンドシールドＷＳからの結像位置が異なる光が結像することによって投影される。つまり、奥行きのある虚像Ｖを運転者Ｍｎに視認させるためには、ライトフィールドディスプレイ３０が、結像位置の異なる光（虚像Ｖを形成する光）を出射する必要がある。
【００３４】
制御部１２は、ライトフィールドディスプレイ３０がレンズアレイ３２の一端３２ｃ（Ｆｒ方向の端部、図中において左端３２ｃ）から他端３２ｄ（Ｒｒ方向の端部、図中において右端３２ｄ）に亘って連続して結像位置の異なる光を出射し、上部が前方に傾いた虚像Ｖが視認されるよう、各画素３１ａが出射する光を制御する。更に、制御部１２は、各画素３１ａから出射される光を制御して、レンズアレイ３２から出射される光の結像位置を自由に変化させることもできる。これにより、虚像Ｖの傾き角度を自由に変えることができる。制御部１２が各画素３１ａから出射される光を制御することで、運転者Ｍｎの視認する任意の虚像Ｖが投影される。
【００３５】
次に本発明の作用を説明する。
【００３６】
図２、図３に示すように、表示装置１０は、例えば、車両Ｖｅに搭載されウィンドシールドＷＳに向かって光を出射する。ウィンドシールドＷＳに光が投射されると、運転者ＭｎはウィンドシールドＷＳの前方に投影された任意の虚像Ｖを視認する。ここで、表示装置１０は、ライトフィールドディスプレイ３０を含んでいる。
【００３７】
ライトフィールドディスプレイ３０は、ウィンドシールドＷＳ（ディスプレイ面）を直視した場合に視点に入射する光線群が，仮想的な３Ｄ物体が射出する光線群と同等となるように，ウィンドシールドＷＳ上で光線群を射出することにより，３Ｄ映像を表示するものである。
【００３８】
虚像Ｖ上において、車体の水平面と交わるｘ軸と、このｘ軸に直交するｙ軸から構成される座標系Ｓ１とする。運転者Ｍｎの視点を原点として水平軸（ｘ軸）および鉛直軸（ｙ軸）で構成される座標系をＳ２とし、この座標系Ｓ２上の視野範囲をＲとする。
【００３９】
図３に示すように、虚像Ｖの中心から、運転者Ｍｎの視点の移動範囲を示す視野領域Ｒに向かう光線を仮定し、この光線をウィンドシールドＷＳで反射させた場合、鉛直方向に関する光線の鉛直方向要素は、集光線Ｒ１に集光する。更にその先で、水平方向に関する光線の水平方向要素は、集光線Ｒ２に集光する。
【００４０】
ここで一般的には、図２に示すように、座標系Ｓ２における光線をウィンドシールドＷＳの接平面に関して折り返したライトフィールドディスプレイ３０の表面上の像の座標系をＳ２２とすると、この座標系Ｓ２２は、集光線Ｒ１および集光線Ｒ２の向き（集光線Ｒ１と集光線Ｒ２とからなる座標系Ｓ１１）とは必ずしも一致しない。
【００４１】
そこで、図３に示すように、本発明のライトフィールドディスプレイ３０は、水平方向と鉛直方向に関して，それぞれ対応するウィンドシールドＷＳの集光線Ｒ１、Ｒ２の異なる奥行位置から光を発散させるものである。また，ライトフィールドディスプレイ３０の水平軸ｘまたは鉛直軸ｙは、集光線Ｒ１または集光線Ｒ２の向きと、略平行となるように配置されている。
【００４２】
ライトフィールドディスプレイ３０から出射される光の要素は、虚像Ｖ上に結像される水平方向要素と鉛直方向要素を有している。制御部１２は、ウィンドシールドＷＳの下方で、鉛直方向要素を集光する集光線（鉛直集光線）Ｒ１の第１集光位置が、水平方向要素を集光する集光線（水平集光線）Ｒ２の第２集光位置と異なる奥行位置となるように光を出射する制御を行う。鉛直集光線Ｒ１の第１集光位置と水平集光線Ｒ２の第２集光位置との奥行の差はＬである。
【００４３】
更に、制御部１２は、ウィンドシールドＷＳの形状による非点収差によって集光する線形状の向きに合わせて鉛直集光線Ｒ１と水平集光線Ｒ２を形成するように制御する。
【００４４】
次に、本発明の効果を説明する。
【００４５】
図１、図３に示すように、表示装置１０は、ケース２０に収納され光を出射するライトフィールドディスプレイ３０と、このライトフィールドディスプレイ３０が出射する光を制御する制御部１２と、を有する。ライトフィールドディスプレイ３０は、ウィンドシールド（表示部）ＷＳの直下に配置されているので、従来技術のような凹面鏡及びスクリーンが不要となり装置の小型化を図ることができる。
【００４６】
さらに、仮に従来技術のように、鉛直方向要素を集光する鉛直集光線Ｒ１の奥行位置と、水平方向要素を集光する水平集光線Ｒ２の奥行位置とが異なることなく光が出射されると、ウィンドシールドＷＳの非点収差によって鉛直方向要素と水平方向要素とがずれてしまい虚像の品質が低下する虞がある。
【００４７】
この点、本発明では、制御部１２は、ウィンドシールドＷＳの下方で、鉛直方向要素を集光する鉛直集光線Ｒ１の第１集光位置が、水平方向要素を集光する水平集光線Ｒ２の第２集光位置と異なる奥行位置となるように光を出射する制御を行う。このため、鉛直方向要素と水平方向要素とをそれぞれウィンドシールドＷＳに最適に投影されるように制御できるので、鉛直方向要素と水平方向要素とがずれることがなく、ウィンドシールドＷＳの非点収差によらず、品質の高い虚像を投影することができる。
【００４８】
更に、制御部１２は、ウィンドシールドＷＳの形状による非点収差によって集光する線形状の向きに合わせて、鉛直集光線と水平集光線をそれぞれ形成するように制御するので、より品質の高い虚像を投影することができる。
【００４９】
このように、本発明の表示装置１０では、ウィンドシールドＷＳの非点収差と整合の取れた光線が再現されるため、虚像Ｖの品質が向上する。更に、ライトフィールドディスプレイ３０の水平軸ｘ、又は、鉛直軸（垂直軸）ｙの方向が、集光線Ｒ１、Ｒ２の方向に合わせられることにより、最小限の画素で虚像Ｖの点が表現できるので、ライトフィールドディスプレイ３０の画素の利用効率を改善することができる。
【００５０】
尚、本発明による表示装置が搭載される車両は、四輪車の他、二輪車又は三輪車であっても良い。更には、車両以外の乗り物や建機等にも適用が可能である。
【００５１】
更に、実施例において、表示部はウィンドシールドとして説明されている。しかしながら、本発明による表示装置は、いわゆるコンバイナからなる表示部に光を投射することもできる。
【００５２】
即ち、本発明の作用及び効果を奏する限りにおいて、本発明は、実施例に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の表示装置は、車両に搭載するのに好適である。
【符号の説明】
【００５４】
１０…表示装置、１２…制御部、２０…ケース、３０…ライトフィールドディスプレイ、Ｍｎ…視認者（運転者）、Ｖ…虚像（像）、ＷＳ…表示部（ウィンドシールド）、Ｒ１…鉛直集光線、Ｒ２…水平集光線、Ｌ…鉛直集光線Ｒ１と水平集光線Ｒ２の奥行の差、Ｓ１…虚像Ｖ上の座標系、Ｓ２…視点を原点とする座標系、Ｓ１１…鉛直集光線Ｒ１と水平集光線Ｒ２からなるＬＦＤ上の座標系、Ｓ２２…視点からＷＳで折り返した光線のＬＦＤ上での座標系、Ｒ…視野範囲。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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