(57)【要約】【課題】ユーザが視認する虚像の歪みを低減することができる表示装置を提供する。【解決手段】表示装置１０は、光源部１１と、光源部１１からウインドシールド２０１までの光路上に配置されたスクリーン１３と、光源部１１から出射された光を用いた走査をスクリーン１３上で行う走査部１２と、走査によってスクリーン上に結像した画像を表示媒体に虚像Ｉ１として表示するために、光路上に配置される第２ミラー１５とを備える。スクリーン１３及び第２ミラー１５の少なくとも一方は、走査によって生じる虚像Ｉ１の歪みを低減するように配置されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示媒体を用いて虚像を表示する表示装置であって、
光源部と、
前記光源部から前記表示媒体までの光路上に配置されたスクリーンと、
前記光源部から出射された光を用いた走査を前記スクリーン上で行う走査部と、
前記走査によってスクリーン上に結像した画像を前記表示媒体に前記虚像として表示するために、前記光路上に配置される光学系とを備え、
前記スクリーン及び前記光学系の少なくとも一方は、前記走査によって生じる前記虚像の歪みを低減するように配置されている
表示装置。
【請求項２】
前記光学系には、ミラーが含まれ、
前記ミラーは、当該ミラーへの光の入射角が、前記走査によって生じる前記虚像の歪みを低減する角度になるように配置されている
請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記ミラーは、前記画像を前記表示媒体に前記虚像として拡大表示するための凹面鏡である
請求項２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記スクリーンは、当該スクリーンへの光の入射角が、前記走査によって生じる前記虚像の歪みを低減する角度になるように配置されている
請求項１〜３のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項５】
前記走査部は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）ミラーである
請求項１〜４のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項６】
前記表示媒体は、車両のウインドシールドである
請求項１〜５のいずれか１項に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用の表示装置として、ヘッドアップディスプレイ（Ｈｅａｄ−Ｕｐ  Ｄｉｓｐｌａｙ、以下、ＨＵＤとも表記する）が知られている。ＨＵＤは、例えば、数字、文字及び矢印などの図形を、車両の状態や経路に関する情報として表示する。
【０００３】
また、車両用のＨＵＤには、ウインドシールドの前方に結像する虚像を運転者に提示するものがある。特許文献１には、画像を結像させるためにレーザ光が走査されるスクリーンを、光軸方向に移動させることによって虚像の投影位置を変化させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１５０９４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ＨＵＤでは、レーザ光の走査によってスクリーンに結像される画像に歪みが生じる場合がある。このような歪みは、ユーザが視認する虚像にも表れる。
【０００６】
本発明は、ユーザが視認する虚像の歪みを低減することができる表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る表示装置は、表示媒体を用いて虚像を表示する表示装置であって、光源部と、前記光源部から前記表示媒体までの光路上に配置されたスクリーンと、前記光源部から出射された光を用いた走査を前記スクリーン上で行う走査部と、前記走査によってスクリーン上に結像した画像を前記表示媒体に前記虚像として表示するために、前記光路上に配置される光学系とを備え、前記スクリーン及び前記光学系の少なくとも一方は、前記走査によって生じる前記虚像の歪みを低減するように配置されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の表示装置は、ユーザが視認する虚像の歪みを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施の形態に係る表示装置の使用例を示す図である。
【図２】図２は、車両の内部からウインドシールド（フロントガラス）を見た図である。
【図３】図３は、ウインドシールドを通じて運転者に知覚される虚像の一例を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態に係る表示装置の具体的な構成を示す図である。
【図５】図５は、走査部の走査によって生じる、スクリーンに結像する画像の歪みを示す模式図である。
【図６】図６は、スクリーンの配置によって歪みを低減する例を説明するための模式図である。
【図７】図７は、第１ミラーの配置によって歪みを低減する例を説明するための模式図である。
【図８】図８は、第２ミラーの配置によって歪みを低減する例を説明するための模式図である。
【図９】図９は、第２ミラーの取り付けの向きによって歪みを低減する例を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一態様に係る表示装置は、表示媒体を用いて虚像を表示する表示装置であって、光源部と、前記光源部から前記表示媒体までの光路上に配置されたスクリーンと、前記光源部から出射された光を用いた走査を前記スクリーン上で行う走査部と、前記走査によってスクリーン上に結像した画像を前記表示媒体に前記虚像として表示するために、前記光路上に配置される光学系とを備え、前記スクリーン及び前記光学系の少なくとも一方は、前記走査によって生じる前記虚像の歪みを低減するように配置されている。
【００１１】
このような表示装置は、ユーザが視認する虚像の歪みを低減することができる。
【００１２】
また、前記光学系には、ミラーが含まれ、前記ミラーは、当該ミラーへの光の入射角が、前記走査によって生じる前記虚像の歪みを低減する角度になるように配置されていてもよい。
【００１３】
このような表示装置は、ミラーが傾いて配置されることにより、ユーザが視認する虚像の歪みを低減することができる。
【００１４】
また、前記ミラーは、前記画像を前記表示媒体に前記虚像として拡大表示するための凹面鏡であってもよい。
【００１５】
このような表示装置は、凹面鏡が傾いて配置されることにより、ユーザが視認する虚像の歪みを低減することができる。
【００１６】
また、前記スクリーンは、当該スクリーンへの光の入射角が、前記走査によって生じる前記虚像の歪みを低減する角度になるように配置されていてもよい。
【００１７】
このような表示装置は、スクリーンが傾いて配置されることにより、ユーザが視認する虚像の歪みを低減することができる。
【００１８】
また、前記走査部は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）ミラーであってもよい。
【００１９】
このような表示装置は、ＭＥＭＳミラーによって光源部から出射された光を用いた走査を行うことができる。
【００２０】
また、前記表示媒体は、車両のウインドシールドであってもよい。
【００２１】
このような表示装置は、車両のウインドシールドを用いて虚像を表示することができる。
【００２２】
以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００２３】
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。なお、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化される場合がある。
【００２４】
（実施の形態）
［表示装置の概要］
まず、実施の形態に係る表示装置の概要について説明する。図１は、実施の形態に係る表示装置の使用例を示す図である。図２は、車両の内部からウインドシールド（フロントガラス）を見た図である。
【００２５】
図１に示されるように、実施の形態に係る表示装置１０は、車載用のヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）であり、車両３００のダッシュボード３０１の上面付近に取り付けられる。
【００２６】
図１及び図２に示されるように、表示装置１０は、表示媒体の一例であるウインドシールド２０１の領域Ｄ１（図２の破線で囲まれた領域）に光を投射する。投射された光はウインドシールド２０１によって反射される。
【００２７】
ウインドシールド２０１によって反射された光は、表示装置１０のユーザである運転席に座る運転者の目に向かう。運転者は、目に入ったその反射光を、ウインドシールド２０１越しに見える実在の物体を背景とした、ウインドシールド２０１の反対側（車外側）に位置する虚像Ｉ１として知覚する。実施の形態においてはこの一連の状況を、表示装置１０はウインドシールド２０１を用いて虚像Ｉ１を表示する、と表現する。
【００２８】
次に、虚像Ｉ１一例について説明する。図３は、ウインドシールド２０１の領域Ｄ１を通じて運転者に知覚される虚像Ｉ１の一例を示す図である。なお、図３では、車両３００のボンネット２０２も図示されている。
【００２９】
図３全体は、車両３００を運転中の運転者（図示なし）の視界内の景色の一部である。図３における画像Ｐ１〜Ｐ６は、表示装置１０によって表示される虚像Ｉ１の具体例である。これら以外は運転者から見える、車両３００（又はウインドシールド２０１）の前方にある物体である。なお、画像Ｐ１〜Ｐ６は、領域Ｄ１内での位置が低いほど、運転者の近く位置するように見え、領域Ｄ１内で位置が高いほど、運転者の遠くに位置するように見える。
【００３０】
画像Ｐ１及びＰ２は、それぞれ車両３００の左斜め前方に居る歩行者の位置を示す。画像Ｐ３は、車両３００の８０ｍ先にある左折地点を示す。画像Ｐ４〜Ｐ６は、それぞれ車両３００の走行速度、冷却水の温度、燃料の残量を示す。
【００３１】
［表示装置の具体的な構成］
次に、表示装置１０の具体的な構成について説明する。図４は、表示装置１０の具体的な構成を示す図である。
【００３２】
表示装置１０は、光源部１１と、走査部１２と、スクリーン１３と、第１ミラー１４と、第２ミラー１５とを備える。
【００３３】
光源部１１は、表示装置１０が表示する虚像を示す光を出射する。例えば、光源部１１は、発光体として赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色の光を出射するレーザ光源を備えるピコプロジェクタによって構成される。ピコプロジェクタは、車両３００の周囲の物や車体の色、明るさにかかわらず視認性の高い虚像の表示が可能である。また、光源部１１は、レーザ光源を用いることで投影面との距離や角度に関係なく焦点を合わせることができる。光源部１１は、コンパクトであるためダッシュボード３０１における表示装置１０の占有スペースが最小限に抑えられる。
【００３４】
走査部１２は、光源部１１からの出射光の光路上に配置され、当該出射光を用いた走査をスクリーン１３上で行う。つまり、走査の対象はスクリーン１３である。走査部１２は、例えば、ＭＥＭＳミラーによって実現される。スクリーン１３は、例えば拡散スクリーンによって構成される。走査部１２は、スクリーン１３を光源部１１からの出射光で走査することによって、虚像として表示されるための画像をスクリーン１３上に結像させる。走査部１２によるスクリーン１３の走査は、例えば、ラスタースキャンなどの２次元走査である。走査部１２の制御は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）又はプロセッサなどによって構成され制御部（図示せず）が記憶部（図示せず）に記憶されたプログラムを実行することによって行われる。
【００３５】
ラスタースキャンにおいては、例えば、左上角から始まり右上角までの１次元的な走査が最初に行われる。次に、スクリーン１３上で１次元走査に対して垂直な方向（例えば、下方向）に走査位置を移して、次の１次元走査が行われる。これが繰り返されてスクリーン１３全体に２次元的に走査が行われる。
【００３６】
スクリーン１３は、光源部１１からウインドシールド２０１までの光路上に配置されている。スクリーン１３は、上記光路上に動かないように固定されている。スクリーン１３には、走査部１２の走査によって画像が結像される。スクリーン１３は、透過型のスクリーンであり、具体的には、矩形板状のすりガラスなどである。
【００３７】
第１ミラー１４及び第２ミラー１５は、走査部１２による走査によってスクリーン１３上に結像した画像をウインドシールド２０１に虚像Ｉ１として表示するために、上記光路上に配置される光学系（以下、第１ミラー１４及び第２ミラー１５を虚像光学系とも記載する）の一例である。ウインドシールド２０１は、このような虚像光学系（第１ミラー１４及び第２ミラー１５）よりも上方に位置する。第１ミラー１４及び第２ミラー１５は、上記光路上に動かないように固定されている。
【００３８】
第１ミラー１４は、スクリーン１３上に結像した画像を第２ミラー１５に投射(反射)する反射部材である。第１ミラー１４は、具体的には、凸面鏡であるが、平面鏡であってもよい。第１ミラー１４が凸面鏡である場合には、中間像をさらに広画角にし、光路長を短くすることができるため、表示装置１０の小型化が可能である。また、第１ミラー１４は省略されてもよく、この場合は、スクリーン１３上に結像した画像は、第２ミラー１５によって直接ウインドシールド２０１に投射（反射）される。
【００３９】
第２ミラー１５は、第１ミラー１４によって投射（反射）された画像を、ウインドシールド２０１に投射（反射）する反射部材である。第２ミラー１５は、具体的には、凹面鏡であり、凹面で光が反射されることにより、スクリーン１３に結像された画像が拡大された虚像Ｉ１が表示される。言い換えれば、第２ミラーは、スクリーン１３に結像された画像をウインドシールド２０１に虚像Ｉ０として拡大表示するための凹面鏡である。
【００４０】
なお、虚像光学系を構成する光学部材は、特に限定されない。例えば、虚像光学系には、ミラーの他にレンズ等が含まれてもよい。
【００４１】
［走査によって生じる歪］
次に、走査部１２の走査によって生じる画像の歪みについて説明する。図５は、走査部１２の走査によって生じる、スクリーン１３に結像する画像の歪みを示す模式図である。
【００４２】
一般に、光源部１１から走査部１２へのレーザ光の入射角が大きいほど、大きな歪みが発生する。つまり、走査部１２が画像の端部を走査しているときほど歪が大きくなるため、スクリーン１３上に結像する画像の水平方向における両端部分が鉛直方向上側に歪むことになる。そうすると、虚像Ｉ１にも同様の歪みが生じる。
【００４３】
表示装置１０では、このような歪みは、スクリーン１３の配置（姿勢）、第１ミラー１４の配置（姿勢）、または、第２ミラー１５の配置（姿勢）によって低減される。つまり、スクリーン１３及び虚像光学系の少なくとも一方は、走査によって生じる虚像Ｉ１の歪みを低減するように配置されている。以下、歪みを低減するためのこれらの部品の配置について説明する。
【００４４】
［スクリーンの配置］
まず、スクリーン１３の配置によって歪みを低減する例について説明する。図６は、スクリーン１３の配置によって歪みを低減する例を説明するための模式図である。
【００４５】
歪みが発生する端部（画像の垂直方向の端部）を走査部１２が走査しているときに、走査部１２からスクリーン１３に入射するレーザ光の入射角をθ１とする。このとき、図５のような歪みが生じる場合は、走査部１２が端部を走査しているときのスクリーン１３への入射角がθ１よりも小さいθ２になるように、スクリーン１３の姿勢を破線１３ａで示される姿勢まで傾ける。これにより、歪みを低減することができる。
【００４６】
例えば、θ２は、走査部１２の走査によって生じる歪み量と同じ歪み量が発生し、かつ、走査部１２の走査によって生じる歪みの向きと逆の向きに歪みが発生するように設定される。これにより、走査部１２の走査によって生じる歪みをスクリーン１３の配置（姿勢）によって相殺し、歪みを無くすことができる。
【００４７】
このように、スクリーン１３は、スクリーン１３への光の入射角が、走査部１２の走査によって生じる虚像Ｉ１の歪みを低減する角度になるように配置されればよい。
【００４８】
また、図６に破線で示される位置１１ａに光源部１１を配置し、走査部１２への入射角の符号を変えることで、歪みの向きを変えることができる。つまり、図６のように光源部１１が配置されるときに歪みが発生するのであれば、光源部１１の位置を位置１１ａに変更することで歪みを低減できる場合がある。
【００４９】
［第１ミラーの配置］
次に、第１ミラー１４の配置によって歪みを低減する例について説明する。図７は、第１ミラー１４の配置によって歪みを低減する例を説明するための模式図である。
【００５０】
第１ミラー１４に入射角θ３で光が入射する場合に、図５のような歪みが生じる場合は、入射角がθ３よりも大きいθ４になるように、第１ミラー１４を破線１４ａで示される姿勢まで傾ける。これにより、第２ミラー１５への光の入射角が大きくなる。そうすると、図５に示される歪みとは逆方向に歪が発生するため、走査部１２の走査によって生じる歪を低減（相殺）することができる。
【００５１】
例えば、θ４は、走査部１２の走査によって生じる歪み量と同じ歪み量が発生し、かつ、走査部１２の走査によって生じる歪みの向きと逆の向きに歪みが発生するように設定される。これにより、走査部１２の走査によって生じる歪みを第１ミラー１４の配置（姿勢）によって相殺し、歪みを無くすことができる。
【００５２】
また、第１ミラー１４の取り付け方向によっても歪みを低減できる場合がある。例えば、図７に示されるように第１ミラー１４の一端１４ｂが上側に第１ミラー１４の他端１４ｃが下側に位置するときに歪みが発生しているとする。この場合、第１ミラー１４の一端１４ｂが下側に、第１ミラー１４の他端１４ｃが上側に来るように第１ミラー１４の取り付けを変更することで、歪みが低減される場合がある。この場合、第１ミラー１４が有する収差によって歪みが低減される。
【００５３】
このように、走査部１２の走査により生じる歪みは、第１ミラー１４の取り付けの向きによって低減されてもよい。
【００５４】
［第２ミラーの配置］
次に、第２ミラー１５の配置によって歪みを低減する例について説明する。図８は、第２ミラー１５の配置によって歪みを低減する例を説明するための模式図である。
【００５５】
第２ミラー１５に入射角θ５で光が入射する場合に、図５のような歪みが生じる場合は、入射角がθ５よりも大きいθ６になるように第２ミラー１５を破線１５ａで示される姿勢まで傾ける。これにより、図５に示される歪みとは逆方向に歪が発生するため、走査部１２の走査によって生じる歪を低減（相殺）することができる。
【００５６】
例えば、θ６は、走査部１２の走査によって生じる歪み量と同じ歪み量が発生し、かつ、走査部１２の走査によって生じる歪みの向きと逆の向きに歪みが発生するように設定される。これにより、走査部１２の走査によって生じる歪みを第２ミラー１５の配置（姿勢）によって相殺し、歪みを無くすことができる。
【００５７】
このように、第２ミラー１５は、第２ミラー１５への光の入射角が、走査部１２の走査によって生じる虚像Ｉ１の歪みを低減する角度になるように配置されればよい。
【００５８】
また、第２ミラー１５の取り付けの向きによっても歪みを低減できる場合がある。例えば、図９に示されるように、第２ミラー１５による光の反射方向が変わるように光学系が配置されることで、歪みが低減される場合がある。図９は、第２ミラー１５の取り付けの向きによって歪みを低減する例を説明するための模式図である。
【００５９】
図９と上述の図４とを比較すると、表示装置１０における光学系の配置が、左右方向（ユーザから見て前後方向）において、略対称になっている。例えば、図９の例では、図４と異なり、第２ミラー１５には後方（ユーザ側）からではなく前方（虚像Ｉ１側）から光が入射する。図４から図９のように第２ミラー１５の取り付けの向きが変更されると、第２ミラー１５が有する収差によって歪みが低減される場合がある。
【００６０】
このように、走査部１２の走査により生じる歪みは、第２ミラー１５の取り付けの向きによって低減されてもよい。
【００６１】
なお、走査部１２の走査により生じる歪みは、第１ミラー１４の取り付けの向きによって低減されてもよい。しかしながら、表示装置１０においては、第１ミラー１４よりも第２ミラー１５の表面湾曲が大きいため、第２ミラー１５の取付の向きによって、より効果的に歪みを低減することが可能である。
【００６２】
［その他の光学系を用いた歪みの低減］
なお、虚像光学系は、虚像光学系全体で走査部１２の走査によって生じる歪みを低減できればよい。つまり、虚像光学系に含まれる一の光学部品が、走査部１２の走査によって生じる歪みを減少させない（増加または維持する）ように配置されていても、虚像光学系に含まれる他の光学部品が走査部１２の走査によって生じる歪みを減少させるように配置されていることにより、虚像光学系全体として、走査部１２の走査によって生じる歪みを低減していればよい。また、虚像光学系に含まれる光学部品の全てが、走査部１２の走査によって生じる歪みを低減するように配置されていてもよい。
【００６３】
また、虚像光学系には、ミラー以外の光学部材が含まれてもよい。例えば、虚像光学系には、レンズが含まれてもよい。レンズは、例えば、歪み補正専用のレンズである。このようなレンズにより、走査部１２の走査によって生じる歪みを減少させてもよい。
【００６４】
（その他の実施の形態）
以上、実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
【００６５】
例えば、上記実施の形態に係る表示装置は、車両以外の移動体装置に搭載されてもよい。表示装置は、例えば、航空機または船舶に搭載されてもよい。また、本発明は、このような車両以外の移動体装置として実現されてもよい。
【００６６】
また、本発明の全般的または具体的な態様は、システム、装置、または方法などとして実現されてもよい。また、本発明の全般的または具体的な態様は、システム、装置、または方法の任意な組み合わせで実現されてもよい。
【００６７】
例えば、本発明は、上記実施の形態の表示装置を備える移動体装置として実現されてもよい。また、本発明は、表示装置の製造方法または設計方法として実現されてもよい。このような製造方法または設計方法は、上記実施の形態に係る表示装置の製造または設計において、スクリーン及び光学系の少なくとも一方を、走査部の走査によって生じる虚像の歪みを低減するように配置するステップを含む。
【００６８】
以上、実施の形態について説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、表示媒体を用いて虚像を表示する表示装置に利用可能であり、例えば表示媒体としてウインドシールドを用いて虚像を表示する、車両用のＨＵＤに利用することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１０  表示装置
１１  光源部
１１ａ  位置
１２  走査部
１３  スクリーン
１３ａ、１４ａ、１５ａ  破線
１４  第１ミラー
１４ｂ  一端
１４ｃ  他端
１５  第２ミラー
２０１  ウインドシールド
２０２  ボンネット
３００  車両
３０１  ダッシュボード
Ｄ１  領域
Ｉ１  虚像
Ｐ１〜Ｐ６  画像
【図１】
2018025693.tif 000003
【図２】
2018025693.tif 000004
【図３】
2018025693.tif 000005
【図４】
2018025693.tif 000006
【図５】
2018025693.tif 000007
【図６】
2018025693.tif 000008
【図７】
2018025693.tif 000009
【図８】
2018025693.tif 000010
【図９】
2018025693.tif 000011