(57)【要約】【課題】複雑な装置構成や映像処理を必要とせず、奥行き感が増強されて知覚できる表示を実現し、高臨場感の表示を可能とし、また車両等のより安全な運行を支援する、表示装置、表示方法及びヘッドアップディスプレイを提供する。【解決手段】映像情報を含む光束を生成し、前記光束の発散角を制御して観視者の片目に入射させることを特徴とする表示装置、または、映像情報を含む光束を生成する光束生成部と、前記光束を観視者の片目に入射させる視野制御部と、構成する光学素子のうち、前記片目に最も近い光学素子が前記片目と２１．７ｃｍ以上離れて配置され、前記光束に基づいて像を形成する像形成部と、を備えたことを特徴とする表示装置を提供する。【選択図】図１
2011164631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像情報を含む光束を生成し、前記光束の発散角を制御して観視者の片目に前記光束を入射させる表示装置であって、
前記片目に最も近い光学素子と、前記片目と、の距離が２１．７ｃｍ以上であり、
第１の集光光学素子と、第２の集光光学素子と、前記第１の集光光学素子と前記第２の集光光学素子との間に設けられたアパーチャと、を含む発散角制御部を備え、
前記発散角制御部は、前記観視者の前記片目に前記光束を入射させ前記観視者の両目には前記光束を入射させないように前記光束の発散角を制御することを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記第１の集光光学素子は第１焦点距離を有し、前記第２の集光光学素子は第２焦点距離を有し、
前記アパーチャは、前記第１の集光光学素子から前記第１焦点距離で、第２の集光光学素子から前記第２焦点距離の位置に設置されることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項３】
前記観視者は、前記片目で前記映像情報と背景とを同時に観視し、前記片目とは異なる片目で前記背景を観視し前記映像を観視しないことを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記観視者を撮像する撮像部と、
前記撮像部により撮像された画像を処理し、前記観視者の前記片目の位置を導出する画像判断部と、
前記画像判部によって導出された前記片目の位置の情報に基づいて、前記観視者の片目に前記光束を入射させ前記観視者の両目には前記光束を入射させないように前記光束の方向を制御する制御部と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項５】
映像情報を含む光束を生成し、
観視者の片目に最も近い光学素子を前記片目から２１．７ｃｍ以上離して配置して、
第１の集光光学素子と、第２の集光光学素子と、前記第１の集光光学素子と前記第２の集光光学素子との間に設けられたアパーチャと、を含む発散角制御部を用いて前記光束の発散角を制御して前記光束を前記観視者の両目には入射させず前記光束を前記片目に入射させることを特徴とする表示方法。
【請求項６】
前記観視者を撮像し、
前記撮像された画像を処理し、前記観視者の前記片目の位置を導出し、
前記導出された片目の位置の情報に基づいて、前記観視者の片目に前記光束を入射させ前記観視者の両目には前記光束を入射させないように前記光束の方向を制御することをさらに行うことを特徴とする請求項５記載の表示方法。
【請求項７】
映像情報を含む光束を生成し、前記光束の発散角を制御して操縦者の片目に前記光束を入射させる表示装置と、
前記光束が投影される反射層が設けられた透明板と、
を備え、
前記反射層と前記片目との距離が２１．７ｃｍ以上であり、
前記表示装置は、
第１の集光光学素子と、第２の集光光学素子と、前記第１の集光光学素子と前記第２の集光光学素子との間に設けられたアパーチャと、を含み、前記操縦者の前記片目に前記光束を入射させ前記操縦者の両目には前記光束を入射させないように前記光束の発散角を制御する発散角制御部を含むことを特徴とするヘッドアップディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置、表示方法及びヘッドアップディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒトが感じる視覚的なリアリティを再現させる高品質の表示装置の開発が進められている。視覚的なリアリティの一つとして、奥行き感は非常に重要であり、奥行き感を知覚させるための技術開発が重要である。
【０００３】
従来、ヒトが感じる奥行き感は、両眼視差の効果が最も大きいとされていた。すなわち、ヒトが観視対象を注視する際の輻輳により両眼間で異なる像が生成され、この両眼視差により奥行き感の知覚が可能であるといわれている。
【０００４】
この両眼視差の効果に基づいて、例えば、赤や青のフィルタ用いるアナグリフ法、偏光フィルタ眼鏡を用いる方法、液晶シャッタを用いる方法、左右の眼用のイレンターレース画像をレンチキュラー板を介して視認する方法、視認者の頭部に装着するヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ： Head Mounted Display）により左右の眼に独立した映像を呈示する方法等がある。これら両眼視差の効果を用いた各種の方法は、左右の眼用の複数の映像を生成するための映像処理に多大な労力が必要であり、また、表示装置も複雑になるという問題があった。
【０００５】
一方、ＨＭＤにおいて、片目（単眼）に映像呈示を行うことがあるが、目のごく近傍に配置された表示部による小さな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かった。
【０００６】
また一方、車載用の表示装置として、車両の速度等の運行情報をフロントガラスに投影して観視可能とし、外界情報と車両情報とを同時に視認可能とするヘッドアップディスプレイＨＵＤ（Head-Up Display）がある。このＨＵＤにおいて、奥行き感をもたらす技術は、より安全な車両の運行のために強く望まれる。なお、ＨＵＤにおいて、片目のみに表示像を呈示する技術が開示されているが（特許文献１）、両眼視認における２重像を防止するためであり、奥行き知覚を増強する効果はない。
【０００７】
また、視認者の位置を特定するための人物認証に関する技術が特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−２２８１７２号公報
【特許文献２】特許第３２７９９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記の課題の認識に基づいたものであり、その目的は、複雑な装置構成や映像処理を必要とせず、奥行き感が増強されて知覚できる表示を実現し、高臨場感の表示を可能とし、また車両等のより安全な運行を支援する、表示装置、表示方法及びヘッドアップディスプレイを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様によれば、映像情報を含む光束を生成し、前記光束の発散角を制御して観視者の片目に前記光束を入射させる表示装置であって、前記片目に最も近い光学素子と、前記片目と、の距離が２１．７ｃｍ以上であり、第１の集光光学素子と、第２の集光光学素子と、前記第１の集光光学素子と前記第２の集光光学素子との間に設けられたアパーチャと、を含む発散角制御部を備え、前記発散角制御部は、前記観視者の前記片目に前記光束を入射させ前記観視者の両目には前記光束を入射させないように前記光束の発散角を制御することを特徴とする表示装置が提供される。
【００１１】
また、本発明の他の一態様によれば、映像情報を含む光束を生成し、観視者の片目に最も近い光学素子を前記片目から２１．７ｃｍ以上離して配置して、第１の集光光学素子と、第２の集光光学素子と、前記第１の集光光学素子と前記第２の集光光学素子との間に設けられたアパーチャと、を含む発散角制御部を用いて前記光束の発散角を制御して前記光束を前記観視者の両目には入射させず前記光束を前記片目に入射させることを特徴とする表示方法が提供される。
【００１２】
また、本発明の他の一態様によれば、映像情報を含む光束を生成し、前記光束の発散角を制御して操縦者の片目に前記光束を入射させる表示装置と、前記光束が投影される反射層が設けられた透明板と、を備え、前記反射層と前記片目との距離が２１．７ｃｍ以上であり、前記表示装置は、第１の集光光学素子と、第２の集光光学素子と、前記第１の集光光学素子と前記第２の集光光学素子との間に設けられたアパーチャと、を含み、前記操縦者の前記片目に前記光束を入射させ前記操縦者の両目には前記光束を入射させないように前記光束の発散角を制御する発散角制御部を含むことを特徴とするヘッドアップディスプレイが提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、複雑な装置構成や映像処理を必要とせず、奥行き感が増強されて知覚できる表示を実現し、高臨場感の表示を可能とし、また車両等のより安全な運行を支援する、表示装置、表示方法及びヘッドアップディスプレイが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１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２】本発明の第１の実施形態に係る表示装置の特性についての実験結果を例示するグラフ図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る表示装置の特性を評価する実験光学系を例示する模式図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る表示装置の特性評価の実験結果を例示するグラフ図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式側面断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る表示装置の光束の形状を例示する模式図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る表示装置の発散角制御部を例示する模式図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る表示装置の発散角制御部を例示する模式図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る表示装置の像形成部を例示する模式図である。
【図１０】本発明の第３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１１】本発明の第４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１２】本発明の第５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１３】本発明の第６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１４】本発明の第７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１５】本発明の第８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】本発明の第９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１７】本発明の第１０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１８】本発明の第１１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１９】本発明の第１２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２０】本発明の第１３の実施形態に係る表示方法を例示するフローチャート図である。
【図２１】本発明の第１４の実施形態に係る表示方法を例示するフローチャート図である。
【図２２】本発明の第１５の実施形態に係る表示方法を例示するフローチャート図である。
【図２３】本発明の第１６の実施形態に係るヘッドアップディスプレイの構成を例示する模式図である。
【図２４】本発明の実施形態に係る表示装置、表示方法及びヘッドアップディスプレイの応用例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。  
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１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１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、模式側面断面図、模式側面図、模式正面図である。  
図１（ａ）に表したように、第１の実施形態の表示装置１０は、頭部搭載型表示装置（ＨＭＤ）の一種であり、映像情報を含む光束１１２を生成する光束生成部１１０と、光束１１２に基づいて像を形成する像形成部１３０と、光束１１２を制御し光束１１２を観視者１００の片目１０５に入射させる視野制御部１５０と、を有している。
【００１６】
光束生成部１１０は、例えば、プロジェクタ１１１とすることができ、映像を構成する光束１１２を発生するものであり、図１の例では、観視者１００の頭部の上方に設けられている。像形成部１３０は、例えば、ドーム状のスクリーン１３１であり、観視者１００の前面に設けられ、光束１１２を反射し、像４６１を形成する。また、視野制御部１５０は、図１の例では、液晶シャッタ眼鏡１５１であり、観視者１００の片目１０５に光束１１２を入射させる。なお、液晶シャッタ眼鏡１５１は、観視者１００の優位眼側の目には光束１１２を透過して入射させ、非優位眼側の目には光束１１２を遮断して入射させないように設定できる。  
図１に例示した表示装置１０では、像形成部１３０と観視者１００の目（観視する方の片目１０５）との距離は２７ｃｍに設定されている。すなわち、像形成部１３０を構成する光学素子１９０は、スクリーン１３１であり、観視者１００の片目１０５に最も近い光学素子１９０はスクリーン１３１であり、観視者１００の片目１０５に最も近い光学素子１９０と観視する片目１０５との距離が２７ｃｍに設定されている。
【００１７】
このように構成される表示装置１０によって、観視する片目１０５に映像を呈示することによって、奥行き感が増強された表示を提供できる。これにより、複雑な装置構成や映像処理を必要とせず、奥行き感が増強されて知覚できる映像を簡便に実現し、高臨場感の表示が可能となる。
【００１８】
以下、詳しく説明する。  
図２は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置の特性についての実験結果を例示するグラフ図である。  
図２は、図１に例示した表示装置１０により、片目（単眼）で観視した時と両目（両眼）で観視した時の奥行き感を主観評価した結果を示す。すなわち、図１に例示した表示装置１０では、液晶シャッタ眼鏡１５１を用いているため、これの動作により、単眼状態と両眼状態とを切り替えて、観視できる。そして、各種の試験用の映像を表示し、この映像を両眼視で観視した時に対して、単眼視で観視した時の表示性能について、主観評価を行った。この時、「奥行き感がある」、「立体感がある」、「臨場感がある」の３種の評価項目に対して、０±３値の計７値の評価スケールで評価した。そして、両眼視での観視の主観評価を０（基準）とし、単眼視での観視状態の評価値を求めた。３種の評価項目とも、正の値は、両眼視（基準）より、単眼視が優れていることを示している。図２の横軸は、３種の評価項目を示し、縦軸は、評価項目それぞれの評価値を示す。なお、上記の評価項目において、「奥行き感がある」とは、観視した映像中に現れる複数のモノの奥行き関係を知覚することを主に評価し、「立体感がある」とは、映像中に現れる１つのモノの形状の立体感を知覚すること主に評価し、「臨場感がある」とは、それらを複合して、映像空間をリアルに知覚できるかを主に評価するものである。
【００１９】
図２に表したように、いずれの評価項目とも正の値を示しており、単眼視で観視すると、両眼視に比べて、「奥行き感がある」、「立体感がある」、「臨場感がある」表示を実現できていることが分かった。
【００２０】
上記の単眼視により得られた奥行き感が増強された知覚は、従来の両眼視差による奥行き感の知覚とは、原理を全く異にしている。  
以下、この単眼視による奥行き知覚の増強効果について行った実験について説明する。  図３は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置の特性を評価する実験光学系を例示する模式図である。  
図３（ａ）は、実験光学系の模式平面図、図３（ｂ）は実験においての観視者の状態を示す模式図である。図３（ａ）に表したように、光束１１２を発生する光束生成部１１０として液晶表示装置（ＬＣＤ： Liquid Crystal Display）２１０を用いた。そして、像形成部１３０としてアクリル製のハーフミラー２３０を用いた。また、視野制御部１５０として、左右の眼で偏光方向が異なる偏光フィルタを有する偏光眼鏡１５２を用いた。ＬＣＤ２１０から出射された光束１１２は、アクリル製のハーフミラー２３０で反射し、この反射で得られた像４６１（虚像４６２）を観視者１００は観視する。この時、ハーフミラー２３０で反射した像に対して、Ａの偏光フィルタ２５１は光透過状態で、もう片方のＢの偏光フィルタ２５２は光遮断状態となるように偏光眼鏡１５２は調整されている。これにより、観視者１００は、観視する片目１０５だけで像を観視でき、もう片方の目１０１では像を観視できない。また、映像プロジェクタ２５０でスクリーン２６０に背景映像２６２を映写した。  
そして、ハーフミラー２３０から観視者１００の観視する方の片目１０５までの距離Ｌを変えながら、ＬＣＤ２１０からの映像について知覚される奥行きの距離を測定した。なお、ＬＣＤ２１０とハーフミラー２３０との距離は３０ｃｍである。ハーフミラー２３０から観測する方の片目１０５までの距離Ｌは、１０ｃｍ〜１００ｃｍの範囲で変えた。なお、ここでハーフミラー２３０との距離の基準位置は、光束１１２がハーフミラー２３０にて反射するエリアの中心点とした。
【００２１】
そして、観視者１００の観視視野の側方に、奥行き方向２７１に沿ってレール２７３を設け、レール２７３の上に所定の視標２７０を配置し、視標２７０が奥行き方向２７１に沿って移動できるようにした。そして、観視者１００が像４６１（虚像４６２）を観視した時に、その像４６１（虚像４６２）に関して知覚される奥行き感と同じ奥行き感の位置に視標２７０を配置し、その時の観視者１００の視点位置から視標２７０までの距離Ｌ１を測定した。そして、この距離Ｌ１を、知覚された奥行き距離Ｌｐとした。なお、図３（ｂ）に表したように、偏光眼鏡１５２の枠部の観視者１００側の面は、ほぼ観視者１００の前額面の位置とし、視標２７０と観視者１００の視点位置までの距離Ｌ１を、片目１０５から測定した。  
なお、図３（ａ）に例示した実験光学系において、ＬＣＤ２１０を用いた光束生成部１１０、ハーフミラー２３０を用いた像形成部１３０、片方の眼に光束を入射させる偏光眼鏡１５２を用いた視野制御部１５０が、本発明の第１の実施形態の表示装置を構成することができる。そして、像形成部１３０を構成する光学素子１９０は、ハーフミラー２３０である。すなわち、像形成部１３０を構成する光学素子１９０のうち、観視者１００の観視する片目１０５に最も近い光学素子１９０は、ハーフミラー２３０である。
【００２２】
図４は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置の特性評価の実験結果を例示するグラフ図である。  
図４の横軸は、ハーフミラー２３０から観視者１００の観視する片目１０５までの距離（光学素子の距離）Ｌを示す。また、図４の縦軸は、虚像４６２の形成位置と観視者１００の片目１０５までの距離Ｌｏと、知覚された奥行き距離Ｌｐとの差（奥行き距離差）ΔＬを示している。すなわち、知覚された奥行きと虚像の位置とが一致した時ΔＬは０であり、正のΔＬ値は、知覚された奥行き距離Ｌｐが虚像の位置の距離Ｌｏより大きいことを示す。すなわち、奥行き距離差ΔＬは、奥行き感の増強の程度を示す。  
図４の実線が実験データであり、光学素子の距離ＬのときのΔＬの平均値と標準偏差を示すエラーバーが表示されている。そして、Ｌが３０ｃｍ以上の実験データに基づき、中心値と標準偏差の上限と下限について近似直線を求め、平均値の近似直線を破線で、標準偏差の上限の近似直線を一点鎖線で、標準偏差の下限の近似直線を二点鎖線で表示している。
【００２３】
図４の実線で表したように、光学素子の距離Ｌが小さい時には、奥行き距離差ΔＬはほぼ０であり、知覚された奥行き感は、虚像までの奥行きとほぼ同じであった。しかし、Ｌが約２０ｃｍを超えると、ΔＬが大きくなり、観視された像が、虚像４６１の位置より奥に知覚されたことを示す。
【００２４】
すなわち、片目で像を観視した時、像を形成する光学素子の距離Ｌが約２０ｃｍより長くなると、奥行き感が増強されることを発見した。
【００２５】
以下、詳細に説明する。  
発明者は、単眼投影するシステムについて検討を続けた結果、表示システムが持つ特質の大きな要因として、観視者１００と最も近い光学素子１９０、すなわち、最近接光学素子の位置に問題があることを見出した。すなわち、表示装置で呈示される映像に対して感じるヒトの奥行き知覚の大きな要因として、眼前に配置される光学素子１９０の位置が重要であった。  
映像システムの表示面は、知覚し得る奥行き感の位置の中で最も前方となるアンカーポイントとなる。このアンカーポイントを一定の値より遠方に配置し、単眼への映像呈示を行うことで、ヒトが持つ奥行き感の調整マージンの中で、より映像を遠方に知覚することが可能であることを発見した。  
本発明は、図４に例示されたヒトの単眼視に関する新たな発見に基づきなされたものである。  
例えば、従来の単眼方式のＨＭＤにおいては、表示部（像形成部）は観視者の眼の直前に配置され、像形成部と眼との距離は数ｃｍ以下であった。このため、像形成部はヒトの調節限界よりも近方にあるために、アンカーポイントとはなり得ない。従って、ヒトはより知覚し易い位置で映像を観視してしまうために、眼の直前に小さな表示面（ディスプレイ）があると知覚するのみであり、奥行きを知覚することはできなかった。  
これに対して、本発明の実施形態の表示装置においては、観視する片目１０５に最も近い光学素子１９０（最近接光学素子）が、一定以上離れて（遠くに配置されて）、片目１０５に映像を呈示しているので奥行き感を増強できる。
【００２６】
ヒトの視覚は、奥行き判断の際に、知覚する対象物と既存の定位点との差分を用いることで、より明確な奥行き距離の判断を行うと考えられる。図３に例示した光学系においては、奥行きの判断の際の最近接定位点（最近接光学素子）として、観視者に最も近い光学素子１９０（図３の例ではハーフミラー２３０）の面を用いると考えられる。最近接定位点が非常に近い場合、虚像４６２の位置は、最近接定位点に引きずられることにより、知覚される奥行き感は近方に配置されるため、虚像４６２までの距離Ｌｏと、知覚された奥行き感Ｌｐとの差は小さい。しかし、最近接定位点（ハーフミラー２３０）を一定の値より遠方に配置することにより、主観的な虚像の奥行き位置は知覚の誤差により、より見易い遠方配置を行うと考えられる。
【００２７】
さらに、図４について説明する。  
図４の一点鎖線で表したように、実験データの標準偏差の上限の近似特性は、ΔＬ＝３．７６１４×Ｌ−８１．６１９（Ｒ２＝０．９６２４）であり、Ｌが２１．７ｃｍ以上で、知覚された奥行き距離が虚像の位置より奥になり始めることが分かった。  
また、図４の破線で表したように、中心値の近似特性は、ΔＬ＝２．２２２１×Ｌ−５６．６３４（Ｒ２＝０．９４９５）であり、Ｌが２５．５ｃｍ以上であれば、知覚された奥行き距離は虚像の位置より奥になる。  
また、図４の二点鎖線で表したように、標準偏差の下限の近似特性は、ΔＬ＝１．２０２９×Ｌ−７６．２３７（Ｒ２＝０．８８７１）であり、Ｌが６３．４ｃｍ以上では、ほぼ全ての観視者が、虚像の形成位置より奥に、奥行き感を知覚することが分かった。
【００２８】
従って、本発明の第１の実施形態の表示装置１０においては、構成する光学素子１９０のうち、観視者１００の片目１０５に最も近い光学素子１９０（最近接光学素子）と片目１０５との距離が、望ましくは２１．７ｃｍ以上、さらに望ましくは２５．５ｃｍ以上、さらに望ましくは６３．４ｃｍ以上離れて配置される。  
なお、図１に例示した表示装置１０のように、スクリーン１３１の一部に半透過部１５９を設け、像４６１（虚像４６２）と同時に外界の背景像を観視できるようにしても良い。
【００２９】
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態について説明する。  
図５は、本発明の第２の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式側面断面図である。  
図５に表したように、第２の実施形態の表示装置２０は、ＨＭＤの一種であり、映像情報を含む光束１１２を生成する光束生成部１１０と、光束１１２に基づいて像を形成する像形成部１６０と、光束１１２の発散角を制御して観視者の片目に入射させる発散角制御部１７０と、を有している。なお、「制御」とはアクティブコントロールのみならず、ある光束１１２が発散角制御部１７０に入射した際、所定の発散角に発散させる様なパッシブコントロールを含む。
【００３０】
光束生成部１１０には、例えば、プロジェクタ１１１を用いることができ、映像を構成する光束１１２を発生する。像形成部１６０には、例えば、ドーム状のスクリーン１６１を用いることができ、観視者１００の前面に設けられ、光束１１２を反射し像４６３を形成する。また、発散角制御部１７０には、レンズ１７１等を用いることができ、光束１１２の発散角を制御し、観視者１００の片目１０５に光束１１２を入射させることができる。スクリーン１６１は、発散角制御部１７０によって発散角が制御された光束１１２が片目に入射されるよう、光拡散性がある程度低減されたものが望ましく、拡散性が実質的にないアクリル樹脂等を用いることができる。
【００３１】
このように、図５に例示した表示装置２０は、発散角を制御し、観視者１００の片方の目に光束１１２を入射させているので、両目に入射させた時のように広い領域の光束を観視者１００に呈示するよりも、高輝度の映像を低消費電力で提供することができる。
【００３２】
さらに、図５に例示した表示装置２０は、スクリーン１６１と観視者１００の観視する片目１０５までの距離は２７ｃｍに設定されている。これにより、上に説明した、奥行き感の知覚の増強効果が得られる。すなわち、図５に例示した表示装置２０においては、光束生成部１１０、像形成部１６０、発散角制御部１７０と、を構成する光学素子のうち、観視する片目１０５に最も近い光学素子１９０（最近接光学素子）は、像形成部１６０（スクリーン１６１）であり、これと、観視する片目１０５との距離が２７ｃｍとなっている。  
これにより、複雑な装置構成や映像処理を必要とせず、奥行き感が増強されて知覚できる表示を簡便に実現し、高臨場感の表示が可能となる。
【００３３】
上記の表示装置２０において、光束１１２の発散角を制御して、観視者１００の片方の片目１０５に映像を呈示するが、この時の光束１１２の観視者１００へ照射状態を説明する。  
図６は、本発明の第２の実施形態に係る表示装置の光束の形状を例示する模式図である。  
図６（ａ）〜（ｆ）は、本実施形態の表示装置において良好な光束１１２の状態を例示している。また図６（ｇ）、（ｈ）は、良好でない状態の光束１１２の状態を例示している。  
図６（ａ）〜（ｆ）に表したように、光束１１２の観視者１００への照射領域１１２ａは、観視者１００の観視しない方の片目１０１に重ならず、観視する方の片目１０５に重なれば良く、その領域の形状は任意である。すなわち、図６（ａ）、（ｄ）に例示するように横広の形状でも良く、図６（ｃ）、（ｄ）に例示されているように縦長の形状でも良く、あるいは、図６（ｅ）、（ｆ）に例示されているように、斜めに傾いた形状でも良い。逆に、図６（ｇ）、（ｈ）に例示されているように、両目に光束が入射されないようにする。
【００３４】
このような観視者１００への光束１１２の照射領域１１２ａの制御は、光束１１２の発散角の制御により実現できる。すなわち、図５に例示したレンズ１７１等で実現できる。さらには、各種の光学素子１９０によって実現できる。
【００３５】
図７は、本発明の第２の実施形態に係る表示装置の発散角制御部を例示する模式図である。  
図７（ａ）に表したように、発散角制御部１７０（３７０）には、例えば、第１のレンズ３７１と、アパーチャ３７３と、第２のレンズ３７２の光学素子を用いることができる。そして、第１のレンズの焦点距離をｆ１、第２のレンズの焦点距離をｆ２とすると、アパーチャ３７３は、第１のレンズ３７１からｆ１の距離で、第２のレンズ３７２からｆ２の距離の位置に設置されている。そして、この構成の発散角制御部３７０は、例えば光源３７４とコリメート部３７５、及び、映像を形成する例えば液晶表示素子を用いた画像装置３７６と組み合わせて使用できる。そして、コリメート部３７５の出射位置から第１のレンズ３７１までの距離がｆ１となるように設置し、また、第２のレンズ３７２と画像装置３７６との距離がｆ２となるように設置する。これにより、光源３７４からの光束は、アパーチャ３７３で集光し、さらに第２のレンズ３７２により発散角が制御された状態で画像装置３７６に入射する。そして、画像装置３７６に入射した光束は、拡散角が制御された光束として観視者へ至る。この時、アパーチャ３７３の径を変えることより、簡便に光束１１２の照射領域１１２ａを制御することが可能であり、観視者１００の片方の目に光束を入射することができる。
【００３６】
また、図７（ｂ）に表したように発散角制御部１７０には、例えば、レンチキュラー板１７２を用いることができる。図７（ｃ）に表したように、レンチキュラー板１７２の半円柱状レンズ１７２ａの例えば曲率を変えることにより、発散角を制御することができる。例えば、図６（ｃ）〜（ｆ）に例示したように、縦方向（一方向）に集光された発散角を実現する時に、このレンチキュラー板を用いることができる。
【００３７】
また、図７（ｄ）に表したように、発散角制御部１７０には、ホログラフィックディフューザ１７３を用いることができる。図７（ｅ）に表したように、ホログラフィックディフューザ１７３は、表面に微小な凹凸１７３ａを有しており、この微小な凹凸１７３ａの形状や大きさ、配置密度等を変えることにより発散角を制御することができる。
【００３８】
さらに、発散角制御部１７０には、各種の光学素子を用いることができる。  
図８は、本発明の第２の実施形態に係る表示装置の発散角制御部を例示する模式図である。  
図８（ａ）に表したように、発散角制御部１７０には、２枚のレンチキュラー板１７２を、半円柱状レンズ１７２ａの延在方向が略直交するように、半円柱状レンズ１７２ａが対向するように配置した光学素子を用いることができる。  
また、図８（ｂ）に表したように、平板の上にドーム状の微小レンズ１７４が、直線状に配列したマイクロレンズアレイを有する光学素子を用いることもできる。  
また、図８（ｃ）に表したように、平板の上にドーム状の微小レンズ１７４が、六方稠密に配列したマイクロレンズアレイを有する光学素子を用いることができる。  
さらに、図８（ｄ）に表したように、平板に略円形状に屈折率分布を持たせた、グレーテッドインデクス型マイクロレンズ１７５を２次元的に配置したマイクロレンズアレイを有する光学素子でも良い。
【００３９】
このような各種の光学素子１９０を用いて構成される発散角制御部１７０において、半円柱状レンズ１７２ａやドーム状の微小レンズ１７４の形状や用いる材料の屈折率、グレーテッドインデクス型マイクロレンズ１７５の屈折率分布を制御することにより、光束１１２の発散角を制御できる。なお、上記の他、例えば、三角柱状の山と溝が複数平行に配列したプリズムシートや、各種のルーバーシート、切頭三角錐状の導波管を複数配列させたもの等、各種光学素子を発散角制御部１７０に用いることができる。
【００４０】
一方、本実施形態の表示装置２０において、像形成部１６０として各種の構成の光学素子を用いることができる。  
図９は、本発明の第２の実施形態に係る表示装置の像形成部を例示する模式図である。
図９（ａ）〜（ｄ）に例示したように、像形成部１６０には、平板ミラー１６２ａ、凹面ミラー１６３ａ、プリズム１６４ａ、拡散スクリーン１６５ａ等の光学素子を用いることができる。  
さらに、図９（ｅ）〜（ｇ）に例示したように、半透過性の平板ミラー１６２ｂ、凹面ミラー１６３ｂ、プリズム１６４ｂ等の光学素子を像形成部１６０として使用できる。  
また、図９（ｈ）に例示したように、緩い曲線の光透過板１６６ｂとその上に設けた高反射層１６７との積層光学体１６８等の光学素子を用いることもできる。また、上記の平板ミラー１６２ａ、凹面ミラー１６３ａ、プリズム１６４ａ、拡散スクリーン１６５ａ、及び、半透過性の平板ミラー１６２ｂ、凹面ミラー１６３ｂ、プリズム１６４ｂ、のそれぞれの表面に高反射層１６７を設けた構造も使用できる。高反射層１６７は、各種の無機化合物及び有機化合物の膜や積層膜で構成できる。  
このように、半透過性のある光学素子を用いることで、例えば、背景の映像と同時に投射された映像を観視でき、例えば、ＨＵＤ等に応用し易い。
【００４１】
さらに、像形成部１６０は、上記の各種光学素子を複数組み合わせて構成することができる。  
すなわち、図９（ｉ）〜（ｌ）に例示したように、平板ミラー１６２ａ、凹面ミラー１６３ａ、プリズム１６４ａ、拡散スクリーン１６５ａと、平板ミラー１６２ａを組み合わせた構造を使用できる。  
また、図９（ｍ）〜（ｐ）に例示したように、平板ミラー１６２ａ、凹面ミラー１６３ａ、プリズム１６４ａ、拡散スクリーン１６５ａと、凹面ミラー１６３ａを組み合わせた構造も使用できる。  
また、図９（ｑ）〜（t）に例示したように、半透過性の平板ミラー１６２ｂ、凹面ミラー１６３ｂ、プリズム１６４ｃ、及び、光透過板１６６ｂと高反射層１６７との積層光学体１６８と、凹面ミラー１６３ａを組み合わせた構造も使用できる。  
さらに、光学素子としては、多面ミラー、ペンタゴナルプリズム、ペンタゴナルミラー、多角形プリズム、多角形ミラー等の各種の光路を曲げる手段を用いることができる。また、微小な平板ミラーを複数配置して構成した凹面状のミラー等でも良い。  
また、これらの光学素子と、例えば、非球面フレネルレンズ等の集光光学素子を組み合わせたものを像形成部１６０としても良い。
【００４２】
また、発散角制御部１７０と像形成部１６０とは、兼用される場合もある。また、発散角制御部１７０を構成する光学素子が、像形成部１６０を構成する光学素子の一部を兼用しても良い。また、発散角制御部１７０が複数の光学素子Ａ１〜Ａｎで構成され、また、像形成部１６０が複数の光学素子Ｂ１〜Ｂｎから構成されていた時、これら光学素子Ａ１〜Ａｎ、Ｂ１〜Ｂｎの配置は、その性能を発揮する限り任意とすることができ、例えば、光束１１２の進行方向に対して、Ａ１、Ａ２、Ａ３…Ａｎ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３…Ｂｎの順で配置することもでき、また、例えば、Ａ１、Ｂ１、Ｂ２、Ａ２、Ｂ３、Ａ３…の順などのように混在して配置することもできる。すなわち、発散角制御部１７０と像形成部１６０とを構成する光学素子が互いに混在して配置されても良い。
【００４３】
一方、本実施形態の表示装置２０において、光束生成部１１０も、各種の構成を取り得る。例えば、レーザやＬＥＤ（Light Emitting Diode）、ハロゲンランプなどの各種の光源と、光源で生成された光束を走査（スキャン）するミラー等の光学素子とを組み合わせた構造が使用できる。また、各種の光源とＬＣＤやＭＥＭＳ等の各種光スイッチからなる光学素子とを組み合わせた構造等も使用できる。すなわち、映像情報を含む光束１１２を生成できれば任意の構成を取り得る。  
なお、光束生成部１１０が光学素子を有する場合、発散角制御部１７０と像形成部１６０とを構成する光学素子と兼用されても良い。また、光束生成部１１０を構成する光学素子と、発散角制御部１７０と像形成部１６０とを構成する光学素子が互いに混在して配置されても良い。
【００４４】
本実施形態の表示装置２０においては、光束生成部１１０、像形成部１６０、発散角制御部１７０、を構成する光学素子のうち、観視者１００の観視する片目１０５に最も近い光学素子（最近接光学素子）と、観視する片目１０５との距離が２１．７ｃｍ以上とすることができる。これにより、図４で説明した奥行き感知覚の増強効果が得られる。  
すなわち、図４で説明したように、最近接光学素子と観視する片目１０５との距離は、望ましくは２１．７ｃｍ以上、さらに望ましくは２５．５ｃｍ以上、さらに望ましくは６３．４ｃｍ以上離れて配置される。これにより、奥行き感知覚の増強効果が得られる。  
このように、本実施形態の表示装置２０は、複雑な装置構成や映像処理を必要とせず、奥行き感が増強されて知覚できる表示を簡便に実現し、高臨場感の表示が可能となる。  
なお、観視者１００が身につけている、例えば、視力等を矯正するための眼鏡や、サングラスは、光束生成部１１０、像形成部１６０、発散角制御部１７０、を構成する光学素子とはせず、観視者１００の一部と見なされる。
【００４５】
（第３の実施の形態）  
次に第３の実施の形態について説明する。  
図１０は、本発明の第３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１０に表したように、第３の実施形態の表示装置２３は、光束生成部１１０として、映像情報を含む光束１１２を発生するプロジェクタ１１１を用いる。光束１１２は、投影レンズ３７８を経て、レンチキュラー板４０１に投影され、レンチキュラー板４０１上に結像され、実像を形成する。この像は、半透過性の球面状の凹面ミラー１６３ｂにより反射され、虚像化されて観視者１００に投影される。球面状の凹面ミラー１６３ｂにより、虚像は拡大されて与えられる。そして、凹面ミラー１６３ｂの曲率により観視者１００が得られる映像の視野を変えることができる。なお、レンチキュラー板４０１としては、入射側の開口数ＮＡ（Numerical Aperture）が０．０３、出射側の開口数ＮＡが０．１のものが例示されるが、これには限定されない。  
図１０の表示装置においては、光束生成部１１０は、プロジェクタ１１１、投影レンズ３７８、レンチキュラー板４０１を有する。また、像形成部１６０と発散角制御部１７０は、レンチキュラー板４０１と凹面ミラー１６３ｂで構成されている。すなわち、凹面ミラー１６３ｂは、レンチキュラー板４０１上に形成された実像の光束１１２に基づいて虚像４６２を形成している。また、レンチキュラー板４０１の発散角と凹面ミラー１６３ｂの曲率により光束１１２の発散角が制御可能であり、観視者１００の位置で光束１１２の照射領域１１２ａを、直径６ｃｍの略円形とすることができる。これにより、観視者１００の片目に光束１１２が入射され、片目に映像を呈示することができる。
【００４６】
そして、表示装置２３では、光束生成部１１０、像形成部１６０、発散角制御部１７０を構成する光学素子１９０のうち、観視者１００の観視する片目に近い光学素子１９０（最近接素子）は、凹面ミラー１６３ｂであり、凹面ミラー１６３ｂと観視する片目１０５との距離Ｌは、１００ｃｍに設定されている。
【００４７】
このような構成の表示装置２３は、観視者１００の片目１０５に光束１１２が入射され、また、最も近い光学素子と観視する片目との距離Ｌが２１．７ｃｍ以上であるので、図４で説明した、奥行き感知覚の増強効果が得られる。例えば、図１０に例示した表示装置２３では、虚像４６２の形成位置と観視する片目１０５との距離Ｌｏは３００ｃｍであったが、それより奥方向に像が配置されているように知覚され、例えば、３５０ｃｍ〜６００ｃｍの距離に知覚される。
【００４８】
このように、本実施形態の表示装置２３により、奥行き感が増強されて知覚できる表示を簡便に実現でき、高臨場感の表示が可能となる。
【００４９】
（第４の実施の形態）  
次に第４の実施の形態について説明する。  
図１１は、本発明の第４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１１に表したように、第４の実施形態の表示装置２４は、図１０に例示した表示装置２３において、凹面ミラー１６３ｂの代わりに、平板ミラー１６２ａと、積層光学体１６８と、を用い、さらにそれらの間に、集光光学素子として非球面フレネルレンズ４０２を配置したものである。積層光学体１６８は、光透過板１６６ｂとその上に設けた半透過性の高反射層１６７で構成されている。  
図１１に例示した表示装置２４においては、レンチキュラー板４０１の光学特性により、光束１１２の発散角が制御可能であり、観視者１００の位置で光束１１２の照射領域１１２ａを、直径６ｃｍの略円形とすることができる。これにより、観視者１００の片目に光束１１２が入射され、片目に映像を呈示することができる。
【００５０】
また、最近接光学素子は、積層光学体１６８である。この積層光学体１６８と観視する片目１０５との距離Ｌは、１００ｃｍに設定されている。これにより、表示装置２４は、奥行き感が増強されて知覚できる表示を簡便に実現でき、高臨場感の表示が可能となる。
【００５１】
なお、図１１に例示した表示装置２４は、観視者１００の観視視野４０３の下方に平板ミラー１６２ａを配置しているので、図１０に例示した表示装置２３に比べ、装置構成が小型にできるという利点がある。また、平板ミラー１６２ａの角度の調整により、出射する光束１１２の方向を制御することができ、観視者１００の位置が変化した場合に、その変化に合わせて、光束１１２の出射方向を調整することで、観視者１００の片目１０５に映像を呈示することができる。  
なお、集光光学素子としては、上記の非球面フレネルレンズ４０２の他、通常の球面レンズや凹面ミラー等を使用することもできる。また、平板ミラー１６２ａは、凹面状のミラー１６３ａに代えることができる。
【００５２】
図１１に例示された表示装置２４は、光透過板１６６ｂを車両等のフロントガラスとすることで、ＨＵＤとして利用するができる。  
すなわち、ＨＵＤにおいては、車両情報などの映像は、フロントガラスに投影された虚像として呈示される。この時、通常のＨＵＤでは、虚像の形成位置は観視者から１．５〜２．５ｍ程度（車両の先端位置とほぼ同じ位置）であるが、通常の運転状況では、運転者が注視している対象は、運転車両の前方の車両や道路状況等であり、運転している車両の先端位置より遠方を視認している場合が多く、虚像の形成位置とは異なっていた。このため、従来のＨＵＤでは、映像の視認性が悪かった。これに対し、本実施形態の表示装置２４をＨＵＤに応用すれば、虚像形成位置より奥に虚像を知覚できるので、視認性の良いＨＵＤが実現でき、車両等のより安全な運行を支援することができる。
【００５３】
なお、平板ミラー１６２ａの設置位置や角度の他、例えば、プロジェクタ１１１、投影レンズ３７８、レンチキュラー板４０１等の設置位置や角度を調節する制御部６０１を設けることで、より安定して、観視者１００に良好な映像を呈示することができる。
【００５４】
（第５の実施の形態）  
次に第５の実施の形態について説明する。  
図１２は、本発明の第５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１２に表したように、第５の実施形態の表示装置２５は、図１１に例示した表示装置２４において、光束生成部１１０としてバックライトを有するＬＣＤ４０４を用いたものである。そして、その前面には、発散角制御部１７０として、レンチキュラー板４０１が配置されている。  
図１２に例示した表示装置２５においては、レンチキュラー板４０１の光学特性により、光束１１２の発散角が制御可能であり、観視者１００の位置で光束１１２の照射領域１１２ａを、直径６ｃｍの略円形とすることができる。これにより、観視者１００の片目に光束１１２が入射され、片目に映像を呈示することができる。
【００５５】
また、最近接光学素子は、積層光学体１６８であり、この積層光学体１６８と観視する片目１０５との距離Ｌは１００ｃｍに設定されている。これにより、表示装置２５は、奥行き感が増強されて知覚できる表示を簡便に実現でき、高臨場感の表示が可能となる。  
なお、図１２に例示した表示装置２５は、光束生成部１１０としてＬＣＤ４０４を用いているので、図１０に例示した表示装置２３に比べ、装置構成がさらに小型にできる利点がある。また、ＬＣＤ４０４に代えて、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）や蛍光表示管（ＶＦＤ： Vacuum Fluorescent Display）、ＰＤＰ（Plasma Display Panel）、ＥＬ(Electro Luminescence）表示装置、有機ＥＬ表示装置等の各種の方式のディスプレイを用いることができる。
【００５６】
（第６の実施の形態）  
次に第６の実施の形態について説明する。  
図１３は、本発明の第６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１３に表したように、第６の実施形態の表示装置２６は、図１１に例示した表示装置２４において、積層光学体１６８の代わりに、第２の平板ミラー１６２ａ２を用いたものである。  
表示装置２６は、表示装置２４と同様に、奥行き感が増強されて知覚できる表示を簡便に実現でき、高臨場感の表示が可能である。  
また、図１１に例示された表示装置２４の場合は、生成された映像と、観視視野４０３の背景情報との両方を観視することができたが、図１３に例示した表示装置２６では、生成された映像を観視するので、より臨場感のある映像を知覚させることが可能であり、鑑賞用やゲーム用、あるいは、所定の環境状況を生成する各種の用途に適した表示が提供できる。
【００５７】
（第７の実施の形態）  
次に第７の実施の形態について説明する。  
図１４は、本発明の第７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１４に表したように、第７の実施形態の表示装置２７は、図１３に例示した表示装置２６において、非球面フレネルレンズ４０２の設置位置を、平板ミラー１６２ａと第２の平板ミラー１６２ａ２との間から、第２の平板ミラー１６２ａ２と観視者１００の間に、変更したものである。この場合、最近接光学素子は、非球面フレネルレンズ４０２となり、非球面フレネルレンズ４０２と観視者１００の観視する片目との距離は７０ｃｍとされた。  
図１４に例示された表示装置２７は、観視者１００の片目に映像を呈示し、また、最近接光学素子と観視する片目１０５との距離Ｌは２１．７ｃｍ以上であり、奥行き感が増強されて知覚できる表示を簡便に実現でき、高臨場感の表示が可能となる。
【００５８】
（第８の実施の形態）  
次に第８の実施の形態について説明する。  
図１５は、本発明の第８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１５に表したように、第８の実施形態の表示装置２８は、図１３に例示した表示装置２６において、第２の平板ミラー１６２ａ２の代わりに、プリズム１６４ａを用いたものである。なお、表示装置２８において、最近接光学素子はこのプリズム１６４ａであり、プリズム１６４ａと観視者１００の観視する片目１０５との距離は９０ｃｍとされた。  
表示装置２８は、表示装置２６と同様に、観視者１００の片目に映像を呈示し、また、最近接光学素子と観視する片目１０５との距離Ｌは２１．７ｃｍ以上であり、奥行き感が増強されて知覚できる表示を簡便に実現でき、高臨場感の表示が可能となる。
【００５９】
（第９の実施の形態）  
次に第９の実施の形態について説明する。  
図１６は、本発明の第９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に表したように、第９の実施形態の表示装置２９は、図１５に例示した表示装置２８において、プリズム１６４ａの観視者１００側の面側に、光束補正用の非球面フレネルレンズ４０２ａを更に設けた構造をしている。これにより、プリズム１６４ａから出射した光を成形することができ、表示均一性を高めることができる。なお、表示装置２９において、最近接光学素子はこの非球面フレネルレンズ４０２ａであり、非球面フレネルレンズ４０２ａと観視者１００の観視する片目１０５との距離は、８９ｃｍとされた。  
表示装置２９は、表示装置２６と同様に、観視者１００の片目に映像を呈示し、また、最近接光学素子と観視する片目１０５との距離Ｌは２１．７ｃｍ以上であり、奥行き感が増強されて知覚できる表示を簡便に実現でき、高臨場感の表示が可能となる。
【００６０】
（第１０の実施の形態）  
次に第１０の実施の形態について説明する。  
図１７は、本発明の第１０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。
【００６１】
図１７に表したように、第１０の実施形態の表示装置３０は、図１１に例示した表示装置２４において、発散角制御部１７０として、図７（ａ）で説明した発散角制御部３７０を用いている。そして、光源３７４とコリメート部３７５、及び、映像を形成するＬＣＤ３７６と組み合わせている。また、図１１に例示した表示装置２４における平板ミラー１６２ａを、凹面ミラー１６３ａに代えている。  
図１７に例示した表示装置３０は、表示装置２３と同様に、観視者１００の片目に映像を呈示し、また、最近接光学素子と観視する片目１０５との距離Ｌは２１．７ｃｍ以上であり、奥行き感が増強されて知覚できる表示を簡便に実現でき、高臨場感の表示が可能となる。
【００６２】
（第１１の実施の形態）  
次に第１１の実施の形態について説明する。  
図１８は、本発明の第１１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。
【００６３】
図１８に表したように、第１１の実施形態の表示装置３１は、図１２に例示した表示装置２５と同様に、バックライトを有するＬＣＤ４０４とその前面に配置されたレンチキュラー板４０１を用い、また、像形成部１６０には、拡散スクリーン１６５ａを用いている。拡散スクリーン１６５ａの拡散性（発散角）は制御されており、観視者１００の片目１０５に像を呈示できるようにされ、また、最近接光学素子である拡散スクリーン１６５ａと観視者１００の観視する片目１０５との距離Ｌは６０ｃｍに設定されている。
【００６４】
図１８に例示した表示装置３１は、観視者１００の片目に映像を呈示し、また、最近接光学素子と観視する片目１０５との距離Ｌは２１．７ｃｍ以上であり、奥行き感が増強されて知覚できる表示を簡便に実現でき、高臨場感の表示が可能となる。
【００６５】
以上のように、光束生成部１１０、像形成部１６０、発散角制御部１７０は、それぞれ種々の光学部品や光学素子を用いることができ、本発明の実施形態に係る表示装置においては、光束生成部１１０、像形成部１６０、発散角制御部１７０の構成要素を技術的に可能な範囲で兼用・置換、そして一部の光学部品や光学素子の削除が可能である。  
また、以上の各種の実施形態の表示装置においては、図１１で例示した表示装置と同様に、光束生成部１１０、像形成部１６０、発散角制御部１７０を構成する各種の光学素子の位置や角度、光学特性を制御する制御部６０１を設けることができる。これにより、観視者１００の片目１０５に対応して、光束１１２の照射領域１１２ａを効率的に設定でき、また、ピント等が適正化された像を効率的に呈示できる。
【００６６】
（第１２の実施の形態）  
次に第１２の実施の形態について説明する。第１２の実施の形態の表示装置は、観視者の（頭部の）位置に追従して光束の照射位置を制御するものである。  
図１９は、本発明の第１２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。
【００６７】
図１９に表したように、第１２の実施形態の表示装置４０は、図１１に例示した表示装置２４において、観視者１００（の頭部）を撮像する撮像部６０２と、撮像部６０２により撮像された画像を処理し、観視者１００の目の位置を導出する画像判断部６０３と、をさらに有している。そして、平板ミラー１６２ａは可動式とされ、制御部６０１により平板ミラー１６２ａの角度や位置が制御できるように構成されている。なお、プロジェクタ１１１には、画像信号部６０４からの画像信号が与えられている。  
画像判断部６０３は、撮像データを基に、例えば、特許文献２に記載された手法により、観視者１００の顔面の特徴点として、両眼眼球位置、鼻位置、口の位置等を特定することができる。これにより、観視者１００の目の位置を特定し、導出できる。
【００６８】
そして、画像判断部６０３によって導出された観視者１００の目の位置のデータに基づいて、制御部６０１により、例えば、可動式の平板ミラー１６２ａの位置や角度を変化させ、観視者１００の観視する片目１０５に映像を呈示することができる。これにより、観視者１００の頭部が動いた際にも、それに自動的に追従して、映像の呈示位置を制御することが可能となり、観視者１００の頭部の移動による映像呈示位置からの外れが無くなり、実用的な観視範囲を広く取ることが可能となる。これにより、奥行き感が増強された知覚を安定して提供でき、安定した高臨場感の表示が可能となる。  
なお、観視者１００の頭部の撮像は、直接的に撮像しても良いし、表示装置を構成する光学素子のいずれかからの出射光を撮像しても良い。また、観視者１００への映像呈示位置の制御は、図１９に例示した表示装置４０では、可動式の平板ミラー１６２ａによって行ったが、これに限らず、表示装置を構成する各種の光学素子のうち、技術的に可能な範囲の全ての光学素子を調整の対象とすることができる。
【００６９】
また、このように観視者１００の目の位置に自動的に追従して光束１１２の位置を変える本実施形態の表示装置４０は、例えばＨＵＤへの応用が可能であり、奥行き感が増強されて知覚できる表示を安定して提供でき、車両等のより安全な運行を支援することができる。
【００７０】
（第１３の実施の形態）  
次に第１３の実施の形態の表示方法について説明する。  
図２０は、本発明の第１３の実施形態に係る表示方法を例示するフローチャート図である。  
図２０に表したように、第１３の実施形態の表示方法においては、まず、映像情報を含む光束１１２を生成する（ステップＳ１１０）。光束の生成には、既に説明したレーザやＬＥＤ、ハロゲンランプなどの各種の光源と、光源で生成された光束を走査するミラー等の光学素子１９０を組み合わせた構造を用いることができる。また、各種の光源とＬＣＤやＭＥＭＳ等の各種光スイッチからなる光学素子１９０を組み合わせた構造等を用いることができる。  
そして、光束１１２に基づいて像を形成する（ステップＳ１２０）。像の形成には、半透過性や反射性の平板ミラー、凹面ミラー、プリズム、拡散スクリーン、光透過板と高反射層との積層光学体等によって行うことができる。  
そして、光束１１２の発散角を制御して観視者１００の片目に入射させる（ステップＳ１３０）。発散角の制御には、既に説明した、レンズとアパーチャとの組み合わせ、レンチキュラー板、ホログラフィックディフューザ、マイクロレンズアレイ、グレーテッドインデクス型マイクロレンズ、各種のプリズムシート、ルーバーシート、切頭三角錐状の導波管を複数配列させたもの等を用いることができる。  
これにより、高輝度で低い消費電力の表示が得られ、また、最近接光学素子と観視者１００の観視する片目との距離を２１．７ｃｍ以上に設定することによって、奥行き感が増強されて知覚できる表示を簡便に実現し、高臨場感の表示を可能とし、また車両等の安全な運行を支援する、表示が可能となる。
【００７１】
（第１４の実施の形態）  
次に第１４の実施の形態の表示方法について説明する。  
図２１は、本発明の第１４の実施形態に係る表示方法を例示するフローチャート図である。  
図２１に表したように、第１４の実施形態の表示方法においては、まず、映像情報を含む光束１１２を生成する（ステップＳ２１０）。  
そして、光束１１２に基づいて像を形成する（ステップＳ２２０）。像の形成は、半透過性や反射性の平板ミラー、凹面ミラー、プリズム、拡散スクリーン、光透過板と高反射層との積層光学体等によって行うことができる。
【００７２】
そして、観視者１００の観視する片目に最も近い光学素子（最近接光学素子）を、観視する片目から２１．７ｃｍ以上離して設置して、像を形成する（ステップＳ２３０）。  
これにより、奥行き感が増強されて知覚できる表示を簡便に実現し、高臨場感の表示が可能となる。
【００７３】
（第１５の実施の形態）  
次に第１５の実施の形態の表示方法について説明する。  
図２２は、本発明の第１５の実施形態に係る表示方法を例示するフローチャート図である。  
第１５の実施形態の表示方法では、第１３の実施形態と第１４の実施形態の表示方法に加え、以下を行う。  
すなわち、図２２に表したように、まず、観視者を撮像する（ステップＳ３１０）。撮像には、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳセンサー等を用いることができる。  
そして、撮像された画像を処理し、観視者の片目の位置を導出する（ステップＳ３２０）。この際、画像処理と認識の方法としては、例えば、特許文献２に記載されているような、観視者１００の顔面の特徴点として、両眼眼球位置、鼻位置、口の位置等を特定し、これにより、観視者１００の目の位置を特定する方法が例示できる（ステップＳ３２０）。  
そして、導出された片目の位置の情報に基づいて、光束の観視者への照射の位置を制御する（ステップＳ３３０）。  
これにより、観視者１００の頭部が動いた際にも、それに自動的に追従して、映像の呈示位置を制御することが可能となり、安定して、奥行き感の知覚が得られる映像を簡便に実現でき、高臨場感の表示が可能となる。またＨＵＤ等に応用することで、車両等のより安全な運行を効果的に支援することができる。
【００７４】
（第１６の実施の形態）  
本発明の第１６の実施形態のヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）は、上述した表示装置及び表示方法を自動車用ヘッドアップディスプレイに用いたものである。  
図２３は、本発明の第１６の実施形態に係るヘッドアップディスプレイの構成を例示する模式図である。  
図２３に表したように、本発明の第１６の実施形態のヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）７０においては、上述のプロジェクタ１１１、投影レンズ３７８、レンチキュラー板４０１、凹面ミラー１６３ａが、操縦者７００（観視者１００）からみて自動車（車両）７３０のダッシュボード７２０の奥に設けられている。プロジェクタ１１１は光束１１２を生成する。その光束１１２は、投影レンズ３７８、レンチキュラー４０１、凹面ミラー１６３ａによって、操縦者７００（観視者１００）の片目１０５に入射されるように発散角が制御されて出射する。すなわち、光束投射部７５０として、プロジェクタ１１１が用いられており、また、発散角制御手段７４０としてレンチキュラー板４０１及び凹面ミラー１６３ａが用いられている例である。  
そして、自動車７３０のフロントガラス（ウインドシールド、透明板）７１０の一部に光束１１２を反射する反射層（ハーフミラー）７１１が設けられている。すなわち、図９（ｈ）で例示した光透過板１６６ｂ、高反射層１６７のそれぞれの機能を、フロントガラス７１０と反射層７１１が果たす。反射層７１１が、ＨＵＤのコンバイナーとして機能する。そして、発散角制御手段７４０によって発散角が制御された光束１１２が、反射層７１１に投影され、そして、操縦者７００（観視者１００）の片目１０５に映像を呈示する。そして、操縦者７００（観視者１００）は、虚像７６２を片目で観視する。これにより、本実施形態のＨＵＤは、奥行き感が増強されて知覚できる表示を操縦者７００に提供でき、車両等のより安全な運行を支援することができる。
【００７５】
図２４は、本発明の実施形態に係る表示装置、表示方法及びヘッドアップディスプレイの応用例を説明するための模式図である。  
上述の表示装置、表示方法及びヘッドアップディスプレイは、自動車等の車両の他、列車、飛行機、ヘリコプター、船舶等、各種の移動体に応用できる。
【００７６】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、表示装置、表示方法及びヘッドアップディスプレイを構成する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により本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。  
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【００７７】
その他、本発明の実施の形態として上述した表示装置、表示方法及びヘッドアップディスプレイを基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての表示装置、表示方法及びヘッドアップディスプレイも、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【００７８】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００７９】
１０、２０、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、４０、  表示装置
７０  ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）
１００  観視者
１０１、１０３、１０５  片目
１１０  光束生成部
１１１  プロジェクタ
１１２  光束
１１２ａ  照射領域
１３０  像形成部
１３１  スクリーン
１５０  視野制御部
１５１  液晶シャッタ眼鏡
１５２  偏光眼鏡
１６０  像形成部
１６２ａ、１６２ｂ  平板ミラー
１６３ａ、１６３ｂ  凹面ミラー
１６４ａ、１６４ｂ  プリズム
１６５ａ  拡散スクリーン
１６６ｂ  光透過板
１６７  高反射層
１６８  積層光学体
１７０、３７０  発散角制御部
１７１  レンズ
１７２、４０１  レンチキュラー板
１７３  ホログラフィックディフューザ
１７２ａ  半円柱状レンズ
１７３ａ  凹凸
１７４  微小レンズ
１７５  グレーテッドインデクス型マイクロレンズ
１９０  光学素子
２３０  ハーフミラー
２５０  映像プロジェクタ
２５１、２５２  偏光フィルタ
２６０  スクリーン
２６２  背景映像
２７０  視標
２７１  方向
３７１、３７２  レンズ
３７３  アパーチャ
３７４  光源
３７５  コリメート部
３７８  投影レンズ
４０２、４０２ａ  非球面フレネルレンズ
４０３  観視視野
４６１、４６３  像
４６２、７６２  虚像
６０１  制御部
６０２  撮像部
６０３  画像判断部
６０４  画像信号部
７００  操縦者
７１０  ウインドシールド（フロントガラス）
７１１  反射層（ハーフミラー）
７２０  ダッシュボード
７３０  自動車（車両）
７４０  発散角制御手段
７５０  光束投射部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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