(57)【要約】【課題】狭帯域フィルタの反射波長範囲が狭い場合、狭帯域フィルタへの入射角が変動すると二重像が発生する。【解決手段】狭帯域フィルタへの入射角の変化に応じて光源波長を変更することで、狭帯域フィルタの反射範囲が狭い場合においても二重像の発生を防止する。【選択図】図８
2012078619.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出力する光源と、
光源からの出射光を受けて画像を形成する表示手段と、
可視光線の波長範囲の内、一部分の波長範囲の光を高い反射率で反射し、それ以外の波長範囲の光を透過する特性を有し、前記表示手段からの光をユーザに向けて反射する狭帯域反射手段と、
前記表示手段からの光が、前記狭帯域反射手段に入射する入射角の変化に応じて、前記光源から出力される波長を変更する波長制御手段とを備え、
前記狭帯域反射手段が反射する光の波長範囲である反射波長範囲は、前記狭帯域反射手段に対する光の入射角によって変化することを特徴とする透過型表示装置。
【請求項２】
前記狭帯域反射手段が低屈折率材料と高屈折率材料からなる多層膜フィルタもしくはルゲートフィルタであることを特徴とする請求項１に記載の透過型表示装置。
【請求項３】
前記波長制御手段は、前記狭帯域反射手段に入射する光の入射角が小さい場合には、前記光源の出力波長が前記狭帯域反射手段の反射波長範囲に含まれるように、前記光源の出力波長を長くし、
前記狭帯域反射手段に入射する光の入射角が大きい場合には、前記光源の出力波長が前記狭帯域反射手段の反射波長範囲に含まれるように、前記光源の出力波長を短くすることを特徴とする請求項２に記載の透過型表示装置。
【請求項４】
前記光源がレーザ光源であり、光源温度が高いほど出力する光の波長が長くなることを特徴とする請求項３に記載の透過型表示装置。
【請求項５】
前記波長制御手段は、前記光源の出力波長を制御するために光源温度を変更する温度制御手段と、
前記光源の発熱量を制御するために光源出力を変更する光源出力制御手段とを有することを特徴とする請求項４に記載の透過型表示装置。
【請求項６】
前記光源は、互いに異なる波長を出力する少なくとも二つ以上の個別光源からなり、
前記狭帯域反射手段は、前記二つ以上の個別光源のそれぞれに対して、前記個別光源からの出力波長を反射する個別多層膜フィルタを積層することで構成され、
前記個別多層膜フィルタの入射角の変化による反射波長の変化量が、各個別多層膜フィルタで同一になるように、各個別多層膜フィルタの平均屈折率が設定されていることを特徴とする請求項５に記載の透過型表示装置。
【請求項７】
ユーザが画像を視認することが可能なアイボックスの形状を変更するアイボックス形状制御手段を有し、
前記アイボックス形状制御手段は、前記光源の光源出力が小さいほど前記アイボックスの大きさが小さくなるようにアイボックス形状を変更することを特徴とする請求項５に記載の透過型表示装置。
【請求項８】
前記表示手段から射出された表示光を前記狭帯域反射手段に向けて偏向する偏向手段を有し、
前記偏向手段は、入射された表示光を特定の方向に拡散する拡散性能を有し、前記偏向手段は、入射した表示光が拡散する角度である拡散角が、前記偏向手段上の位置ごとに異なることを特徴とする請求項７に記載の透過型表示装置。
【請求項９】
前記アイボックス形状制御手段は、前記表示手段から射出された表示光が前記偏向手段上で投影される投影範囲の位置を変更することで、アイボックス形状を変更することを特徴とする請求項８に記載の透過型表示装置。
【請求項１０】
前記偏向手段上に入射された表示光の拡散角は、前記偏向手段の右側領域と前記偏向手段の左側領域において拡散角の大きさが異なることを特徴とする請求項９に記載の透過型表示装置。
【請求項１１】
前記アイボックス形状制御手段は、
前記偏向手段の位置を移動させることで、前記偏向手段上の表示光の投影範囲の位置を変更することを特徴とする請求項１０に記載の透過型表示装置。
【請求項１２】
前記表示手段は、出射する表示光の方向を変更する表示光偏向手段を有し、
前記アイボックス形状制御手段は、前記表示光偏向手段によって前記表示手段から前記偏向手段に入射する表示光の入射角を変更することで、前記偏向手段上での表示像の投影範囲の位置を変更することを特徴とする請求項１０に記載の透過型表示装置。
【請求項１３】
前記表示光偏向手段は、前記表示手段の向きを変更することで表示光の出射方向を変更することを特徴とする請求項１２に記載の透過型表示装置。
【請求項１４】
前記表示光偏向手段は、前記表示手段が表示光を出射する開口部分に設置され、電圧を掛けることにより偏向機能の有無を切り替えることができる動的ホログラムであることを特徴とする請求項１２に記載の透過型表示装置。
【請求項１５】
前記偏向手段は、微小な凹面ミラーから構成されるフライアイミラーであり、個々のフライアイミラーの曲率半径が前記偏向手段上の位置によって異なることを特徴とする請求項９に記載の透過型表示装置。
【請求項１６】
前記偏向手段上の点で拡散した光が広がる範囲である拡散角は、前記狭帯域反射手段への入射角が拡散角の値分だけ変化した場合の反射波長の変化量が、前記狭帯域反射手段の反射波長範囲の幅より小さいことを特徴とする請求項９に記載の透過型表示装置。
【請求項１７】
前記偏向手段は、偏向手段の中心に入射された表示光が最も大きな拡散角を有することを特徴とする請求項８に記載の透過型表示装置。
【請求項１８】
前記偏向手段と前記狭帯域反射手段の間に、表示光の拡散角を変更する拡散シートを備え、前記拡散シートは、シート上の位置によってシートを透過する表示光の拡散角の変更度合いが異なる特性を有し、
前記アイボックス形状制御手段は、前記拡散シートの位置を変更することでアイボックス形状を変更することを特徴とする請求項７に記載の透過型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透過型の表示部から見える外界の景色に映像を重ねて表示し、映像と外界の景色を一緒に視認できる透過型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車などの車両を運転するドライバーは、運転中に車外の状況の把握、車両の表示装置の情報の読み取りおよび運転操作等を、安全かつ迅速に行うことが要求されるので、ドライバーの視点移動の範囲が運転中の車外の状況の把握に必要な範囲内で車両の表示装置の情報が読み取れることが望ましい。したがって、例えば車両のフロントガラスなどの透明板の一部に光を照射することなどにより文字または画像を表示する画像表示装置の実現などが期待されている。
【０００３】
このような透過型の表示装置として、自動車のフロントガラスに運転情報を表示するヘッドアップディスプレイ（Ｈｅａｄ−ＵＰ  Ｄｉｓｐｌａｙ。以下、ＨＵＤ）、眼鏡のレンズ部分に情報を表示するヘッドマウントディスプレイ（Ｈｅａｄ−Ｍｏｕｎｔｅｄ  Ｄｉｓｐｌａｙ。以下、ＨＭＤ）などが上げられる。このような透過型の装置を用いると、ドライバーは外界を視認しながら同時に、運転に関する情報（例えば地図やスピードメータ）を見ることができるため、ドライバーがより安全に運転を行うことができると期待されている。
【０００４】
従来のＨＵＤとしては、フロントガラスに虚像を投影するものがあった。図１に従来のＨＵＤの例を示す。この例ではフロントガラス部分で、表示光をドライバーに向けて反射することで外界の視認と表示光の視認を同時に行うことを可能にしている。
【０００５】
図１において、１０１はＨＵＤが搭載されている車体である。１０２はダッシュボード内部に格納されたＨＵＤ光学ユニットであり、内部に表示手段１０３、偏向手段１０４を含む。表示手段１０３は、例えば液晶素子および光源からなり、ドライバー１０７に表示すべき情報を表示する。表示手段１０３で表示される表示光は、偏向手段１０４に向かって投影される。偏向手段１０４はミラーなどで構成され、表示手段１０３からの表示光を、フロントガラス１０６に向けて偏向する。偏向手段１０４によって偏向された表示光は、ＨＵＤ光学ユニット１０２の開口部１０５を通過して、フロントガラス１０６に投影される。フロントガラス１０６は、ＨＵＤ光学ユニット１０２からの表示光をドライバー１０７に向けて反射する。ドライバー１０７は、フロントガラス１０６によって反射された表示光をみることで、運転に関する情報を視認することが可能になる。アイボックス１０８はドライバー１０７が頭を動かしたときに映像が見える範囲を示し、ドライバー１０７の眼がアイボックス１０８内にある場合に、表示光はドライバー１０７の網膜に届き、ドライバー１０７は映像を視認することができる。また、フロントガラス１０６は、ＨＵＤ光学ユニット１０２からの表示光を反射すると同時に、フロントガラスの外部（外界）からの光を透過する。このフロントガラスの性能によって、ドライバー１０７は、表示手段１０３が表示する情報と一緒に、フロントガラス外の外界の光景を見ることができる。このようにＨＵＤでは、ドライバー１０７が外界から視線を逸らさずに表示手段からの情報を見ることができるため、ドライバーは視線を動かす必要が少なくなり、運転時の安全性が向上するとされている。
【０００６】
なお本明細書では、フロントガラス外部からの光がフロントガラスを経由して車内に届く割合を外界透過率と呼ぶ。外界透過率が高いほど、ドライバー１０７はより鮮明に車外の光景を視認することが可能になる。
【０００７】
しかしながら、このようなフロントガラスで表示光を反射する従来のＨＵＤにおいては二重像が発生するという課題がある。この例を図２を用いて示す。図２はフロントガラス１０６の構成を示す図であり、フロントガラスを構成する二枚のガラス２０２と２０３の間に、中間膜２０１が設置されている。このフロントガラスに対して入射する入射光２０４は、図２において図示されるように、前ガラス２０２および後ガラス２０３の両方によって反射され、表示光２０５、及び反射光２０６を発生させる。この際、ガラスの厚みによって表示光２０５の光路と、反射光２０６の光路が異なってしまうため、ドライバーが表示光２０５および反射光２０６を同時に視認すると、二重に見えてしまう。この現象を二重像と呼ぶ。図３に二重像の例を示す。図３において３０１は表示光２０５によってドライバーが視認する像を示す。同様に３０２は反射光２０６によってドライバーが視認する像を示す。図３に示すように、表示像３０１と、反射像３０２の表示位置は異なるため、ドライバーが視認する像は図３に示すように二重に見えることになる。なお本明細書においては、ガラスの表面による反射光と、ガラスの裏面による反射光が同時にドライバーに視認されてしまう問題を二重像問題と呼ぶ。
【０００８】
この二重像問題に対する方法として、フロントガラスの表面に狭帯域フィルタを設ける方法が挙げられる（例えば特許文献１）。ここで狭帯域フィルタとは、特定範囲の波長の光だけを高い反射率で反射し、それ以外の波長の光を高い透過率で透過するフィルタを指す。図５に狭帯域フィルタの反射特性の例を示す。図５は、狭帯域フィルタに対して設計入射角θaで入射した場合の、各波長の光の反射率を示しており、反射波長範囲５０１に含まれる波長の光は反射率Ｒで反射され、それ以外の波長の光は、反射されずに透過する。狭帯域フィルタとして具体的には、低屈折率の材料と高屈折率の材料を積層することによって構成する多層膜フィルタやルゲートフィルタを用いることができ、これらのフィルタを用いることで反射率Ｒを高めることができる。
【０００９】
このような狭帯域フィルタを利用して二重像の発生を防止する例を図４に示す。図４では、フロントガラスの車内側表面に、狭帯域フィルタ４０１を設置している。この時、狭帯域フィルタ４０１が反射する反射波長領域は、入射光２０４に含まれる波長範囲と一致するように設計されており、入射光２０４は狭帯域フィルタ４０１を透過することなく反射される。この時、入射光２０４は裏ガラス２０３に到達しないため、裏ガラス２０３と空気の界面での反射が発生せず、ドライバーは表示光２０５のみを視認することになる。このように狭帯域フィルタを用いることによって二重像問題を解決することが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭５８−１８１００４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、二重像問題に対策するために狭帯域フィルタを用いる場合には、外界透過率の低下とアイボックス位置の変更への対応が問題となる。
【００１２】
狭帯域フィルタは、車外から車内に向けて入射する光（以後、外光と呼ぶ）に対しても作用する。このため狭帯域フィルタが広い範囲の波長を反射する場合、外光に対する透過率が低下する。狭帯域フィルタが図５に示すような反射特性を持つ場合、外光の透過率（外界透過率）のパーセンテージは、可視光の波長範囲をＷ０、狭帯域フィルタの反射波長範囲をＷとしたとき、数１で示される値になる。ドライバーの運転時の視認性を確保する上では、外界透過率は高いほど望ましい。そのため、狭帯域フィルタの反射波長範囲Ｗは、小さい値に設定することが望まれる。
【００１３】
この際に、外界透過率を高めるために反射波長範囲Ｗを小さくしすぎると、二重像が発生する可能性がある。図６に光源の波長範囲が、狭帯域フィルタの反射波長範囲より大きい場合の図を示す。図６のように光源の波長範囲が大きく、狭帯域フィルタの反射波長範囲が小さい場合、狭帯域フィルタの反射波長範囲に含まれない波長域の光（図６の６０２、６０３の波長範囲の光）は、狭帯域フィルタで反射されずに透過してしまう。そのため、図４で示すようにフロントガラス上に狭帯域フィルタを備えていても、裏ガラスに入射光２０４の一部（図６の６０２、６０３の波長範囲の光）が到達することになり、二重像を発生させる反射光が生じてしまう。この問題に対処する方法としては、光源にレーザ光源のような波長範囲の狭い光源を使用する方法が挙げられる。一般に、レーザ光源の波長範囲は数ｎｍと狭いため、狭帯域フィルタの反射波長範囲が小さい場合においても、光源波長範囲をその中に収めることが可能になる。この例を図７に示す。この例では光源波長範囲６０１は、反射波長範囲５０１に収まっているため、光源からの光は全て狭帯域フィルタで反射され、二重像は発生しない。すなわち、レーザ光源などの波長幅の狭い光源を利用することで、狭帯域フィルタの反射波長範囲を小さく設定することができ、外界透過率を高め、かつ二重像の発生を抑えることが可能になる。
【００１４】
しかしながら、アイボックス位置を変更するために表示光の狭帯域フィルタへの入射角を変更する場合に、狭帯域フィルタの角度依存性により、波長幅の小さい光源を使用していても二重像が発生する可能性が生じる。
【００１５】
ここで狭帯域フィルタの角度依存性とは、狭帯域フィルタに入射する光の角度（入射角）によって、狭帯域フィルタが反射する光の波長が変化する性質を指す。一般に、狭帯域フィルタとして利用される多層膜フィルタやルゲートフィルタは、低屈折率材料と高屈折率材料を積層して構成される。この時、狭帯域フィルタに対する入射角が大きくなるほど、狭帯域フィルタが反射する波長は短くなる。この例を図１２に示す。図１２の１２０１は、入射角θaで入射する光に対して、狭帯域フィルタが反射する光の波長範囲を示す。また１２０２は、入射角θb入射する光に対して狭帯域フィルタが反射する光の波長範囲を示している。なお、この時θbはθaよりも大きい。このようにフィルタに入射する光の入射角によって狭帯域フィルタが反射する波長が変化する現象を、本明細書では波長シフトと呼ぶ。アイボックス位置を変更する際に狭帯域フィルタへの入射角を変更すると、この波長シフトが発生するため、二重像が発生する可能性が生じる。以下、アイボックス位置の変更について述べる。
【００１６】
一般にＨＵＤやＨＭＤにおいては、ドライバーの身長や座高、目幅に応じてアイボックス１０８の位置を動かすことが必要になる。図１０、図１１にＨＵＤにおけるアイボックス位置の調節の例を示す。図１０はアイボックス位置が高い場合の例であり、図１１は図１０の状態からアイボックス位置を下げた場合の例を示している。ドライバーの身長・座高が高い場合には、図１０の様にアイボックス位置を高くし、ドライバーの身長・座高が低い場合には図１１の様にアイボックス１０８の位置を低くして、ドライバーの眼の位置とアイボックス１０８の位置を合わせることでドライバーがＨＵＤによる表示像を視認することが可能になる。ここで図１０、図１１の例では、ＨＵＤの開口部１０５から射出される表示光Ｌがフロントガラス１０６に入射する入射角を変更することで、アイボックス１０８の位置を変更している。図１０の例では、フロントガラス１０６に対して表示光Ｌを大きな入射角１００１で入射することで、表示光Ｌのフロントガラスからの出射角を大きくし、アイボックス１０８の位置を高くしている。反対に、図１１の例ではフロントガラス１０６に対して表示光Ｌを図１０の入射角１００１より小さな入射角１１０１で入射することで、表示光Ｌのフロントガラスからの出射角を小さくし、アイボックス１０８の位置を低くしている。このようにフロントガラス１０６に対する表示光の入射角を変更することで、アイボックス１０８の位置を適切に変更することが可能になる。
【００１７】
しかしながら、アイボックス１０８の位置を変更するために、フロントガラス１０６への入射角を変化させると、フロントガラス上の狭帯域フィルタへの入射角も変化する。そのため前述の波長シフトの影響により、狭帯域フィルタの反射波長範囲が変化することになる。その結果、光源の出力波長が狭帯域フィルタの反射波長範囲から外れた場合には、光源からの光は狭帯域フィルタに反射されないため、二重像が発生する事になる。この例を図１３に示す。図１３の１３０１はアイボックス位置を移動させる前の狭帯域フィルタの反射波長範囲を示し、１３０２はアイボックス位置を高くした際の（狭帯域フィルタへの入射角を大きくした際の）狭帯域フィルタの反射波長範囲を示す。この例ではアイボックス位置を移動させる前には、光源の波長範囲６０１は、狭帯域フィルタの反射波長範囲１３０１に含まれているため二重像は発生していない。しかしながら、アイボックス位置を動かした後の狭帯域フィルタの反射波長範囲１３０２には、光源波長範囲６０１が含まれていないため、アイボックス位置を高くした場合には二重像が発生する。
【００１８】
このようなアイボックス位置の変更による狭帯域フィルタの波長シフトに対応するためには、狭帯域フィルタの反射波長範囲が変化した場合でも、光源波長範囲が狭帯域フィルタの反射波長範囲に含まれるように、反射波長範囲を充分に広くする必要がある。しかしながら、前述のように反射波長範囲が大きい場合には、外界透過率の低下を招く。つまり、アイボックス位置の変更への対応と、外界透過率の低下の防止はトレードオフの関係にあり、両立させることが困難となる。
【００１９】
特許文献１では、このような光源の波長範囲やアイボックス位置の変更への対応と、外界透過率の関係について考慮されていない。
【００２０】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、アイボックス位置を変更するために狭帯域フィルタへの入射角を変更する場合でも、光源の出力波長を変化させることで、狭帯域フィルタの反射範囲が狭い場合においても二重像の発生を防止することが可能な透過型表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
前記課題を解決するために、本発明の透過型表示装置は、光を出力する光源と、光源からの出射光を受けて画像を形成する表示手段と、可視光線の波長範囲の内、一部分の波長範囲の光を高い反射率で反射し、それ以外の波長範囲の光を透過する特性を有し、前記表示手段からの光をユーザに向けて反射する狭帯域反射手段と、前記表示手段からの光が、前記狭帯域反射手段に入射する入射角の変化に応じて、前記光源から出力される波長を変更する波長制御手段とを備え、前記狭帯域反射手段が反射する光の波長範囲である反射波長範囲は、前記狭帯域反射手段に対する光の入射角によって変化することを特徴とする。
【００２２】
本構成により、アイボックス位置を動かすために狭帯域フィルタへの入射角が変化した場合においても二重像の発生を防止することが可能になる。
【００２３】
また本発明の前記狭帯域反射手段は、低屈折率材料と高屈折率材料からなる多層膜フィルタもしくはルゲートフィルタであることを特徴とする。
【００２４】
本構成によって狭帯域フィルタが反射する波長を制限することが可能になり、狭帯域フィルタの透過率を高め、ドライバーの外界視認性を向上させることが可能になる。
【００２５】
また本発明の前記波長制御手段は、前記狭帯域反射手段に入射する光の入射角が小さい場合には、前記光源の出力波長が前記狭帯域反射手段の反射波長範囲に含まれるように、前記光源の出力波長を長くし、前記狭帯域反射手段に入射する光の入射角が大きい場合には、前記光源の出力波長が前記狭帯域反射手段の反射波長範囲に含まれるように、前記光源の出力波長を短くすることを特徴とする。
【００２６】
本構成により狭帯域フィルタが反射する光の反射波長範囲が波長シフトの影響により変動した場合においても、二重像の発生を防止することが可能になる。
【００２７】
また本発明の前記光源はレーザ光源であり、光源温度が高いほど出力する光の波長が長くなることを特徴とする。
【００２８】
本構成により光源の温度を変化させることで、光源が出力する表示光の波長を変化させることが可能になる。
【００２９】
また本発明の前記波長制御手段は、前記光源の出力波長を制御するために光源温度を変更する温度制御手段と、前記光源の発熱量を制御するために光源出力を変更する光源出力制御手段とを有することを特徴とする。
【００３０】
本構成によって光源の温度を制御し、狭帯域フィルタに入射する光の波長を制御することが容易になる。
【００３１】
また本発明の前記光源は、互いに異なる波長を出力する少なくとも二つ以上の個別光源からなり、前記狭帯域反射手段は、前記二つ以上の個別光源のそれぞれに対して、前記個別光源からの出力波長を反射する個別多層膜フィルタを積層することで構成され、前記個別多層膜フィルタの入射角の変化による反射波長の変化量が、各個別多層膜フィルタで同一になるように、各個別多層膜フィルタの平均屈折率が設定されていることを特徴とする。
【００３２】
本構成によって複数の光源を使用する場合でも各光源に対する波長シフトの同一にすることが可能になるため、複数光源の波長制御を行うことが容易になる。
【００３３】
また本発明の透過型表示装置は、ユーザが画像を視認することが可能なアイボックスの形状を変更するアイボックス形状制御手段を有し、前記アイボックス形状制御手段は、前記光源の光源出力が小さいほど前記アイボックスの大きさが小さくなるようにアイボックス形状を変更することを特徴とする。
【００３４】
本構成によって、光源出力が小さい場合でも画像の輝度が低下することを防止することが可能になる。
【００３５】
また本発明の透過型表示装置は、前記表示手段から射出された表示光を前記狭帯域反射手段に向けて偏向する偏向手段を有し、前記偏向手段は、入射された表示光を特定の方向に拡散する拡散性能を有し、前記偏向手段は、入射した表示光が拡散する角度である拡散角が、前記偏向手段上の位置ごとに異なることを特徴とする。
【００３６】
本構成によって、表示光が偏向手段に入射する位置に応じてアイボックスの大きさを変更することが可能になる。
【００３７】
また本発明の前記アイボックス形状制御手段は、前記表示手段から射出された表示光が前記偏向手段上で投影される投影範囲の位置を変更することで、アイボックス形状を変更することを特徴とする。
【００３８】
本構成によって光源出力が小さい場合でもアイボックスの大きさを小さくすることで表示輝度を維持することなどが可能になる。
【００３９】
また本発明の透過型表示装置は、前記偏向手段上に入射された表示光の拡散角は、前記偏向手段の右側領域と前記偏向手段の左側領域において拡散角の大きさが異なることを特徴とする。
【００４０】
本構成によって偏向手段上の表示像の投影領域を左右に動かすことで、アイボックス形状を変更することが可能になる。
【００４１】
また本発明の前記アイボックス形状制御手段は、前記偏向手段の位置を移動させることで、前記偏向手段上の表示光の投影範囲の位置を変更することを特徴とする。
【００４２】
本構成によってドライバーが視認する虚像の位置を変更することなく、アイボックスの形状を変更することが可能になる。
【００４３】
また本発明の前記表示手段は、出射する表示光の方向を変更する表示光偏向手段を有し、前記アイボックス形状制御手段は、前記表示光偏向手段によって前記表示手段から前記偏向手段に入射する表示光の入射角を変更することで、前記偏向手段上での表示像の投影範囲の位置を変更することを特徴とする。
【００４４】
本発明によって偏向手段の位置を動かすことなく、アイボックス形状を変更することが可能になる。
【００４５】
また本発明の前記表示光偏向手段は、前記表示手段の向きを変更することで表示光の出射方向を変更することを特徴とする。
【００４６】
本構成によってアイボックス形状を変更する際に光学系を可動させるための容積を小さくすることが可能になる。
【００４７】
また本発明の前記表示光偏向手段は、前記表示手段が表示光を出射する開口部分に設置され、電圧を掛けることにより偏向機能の有無を切り替えることができる動的ホログラムであることを特徴とする。
【００４８】
本構成によって可動部品を用いること無しに、偏向手段上の表示像の投影範囲を異動させることが可能になる。
【００４９】
また本発明の前記偏向手段は、微小な凹面ミラーから構成されるフライアイミラーであり、個々のフライアイミラーの曲率半径が前記偏向手段上の位置によって異なることを特徴とする。
【００５０】
本構成によって偏向手段上の位置に応じて拡散角を変更することが可能になる。
【００５１】
また本発明の透過型表示装置は、前記偏向手段上の点で拡散した光が広がる範囲である拡散角は、前記狭帯域反射手段への入射角が拡散角の値分だけ変化した場合の反射波長の変化量が、前記狭帯域反射手段の反射波長範囲の幅より小さいことを特徴とする。
【００５２】
本構成によって狭帯域フィルタの透過率が高い場合でも、二重像の発生を防止することが可能になる。
【００５３】
また本発明の前記偏向手段は、偏向手段の中心に入射された表示光が最も大きな拡散角を有することを特徴とする。
【００５４】
本構成によって、画面中心部分のアイボックスを広くし、画面中心部分に対するドライバーの視認性を向上させることが可能になる。
【００５５】
また本発明の透過型表示装置は、前記偏向手段と前記狭帯域反射手段の間に、表示光の拡散角を変更する拡散シートを備え、前記拡散シートは、シート上の位置によってシートを透過する表示光の拡散角の変更度合いが異なる特性を有し、前記アイボックス形状制御手段は、前記拡散シートの位置を変更することでアイボックス形状を変更することを特徴とする。
【００５６】
本構成によって、ＨＵＤ光学ユニット内の光学系を稼働させる必要がなくなり、光学ユニットの大きさを削減することが可能になる。
【発明の効果】
【００５７】
本発明の透過型表示装置によれば、狭帯域フィルタへの入射角の変化に応じて光源波長を変更することで二重像の発生を防止しながら、高い外界透過率を維持することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】従来のＨＵＤの構成図
【図２】従来の二重像問題の例を示す図
【図３】二重像の見え方の例を示す図
【図４】狭帯域フィルタによる二重像対策の例を示す図
【図５】狭帯域フィルタの反射特性の例を示す図
【図６】二重像が発生する場合の狭帯域フィルタと光源の波長幅の例を示す図
【図７】二重像が発生しない場合の狭帯域フィルタと光源の波長幅の例を示す図
【図８】本発明の実施の形態１におけるＨＵＤの構成図
【図９】本発明の実施の形態１におけるスクリーンの拡散特性を示す図
【図１０】狭帯域フィルタへの入射角が大きい場合のアイボックス位置の例を示す図
【図１１】狭帯域フィルタへの入射角が小さい場合のアイボックス位置の例を示す図
【図１２】狭帯域フィルタの反射特性の変化（波長シフト）の例を示す図
【図１３】狭帯域フィルタへの入射角を大きくした場合の波長シフトの例を示す図
【図１４】本発明の実施の形態１におけるスクリーン形状の断面形状の例を示す図
【図１５】本発明の実施の形態１におけるスクリーン形状の正面形状および断面形状の例を示す図
【図１６】本発明の実施の形態１における表示手段の構成図
【図１７】本発明の実施の形態１における表示手段の別構成図
【図１８】光源温度による光源の出力波長の変化の例を示す図
【図１９】光源波長と狭帯域フィルタの反射波長範囲が一致している場合の例を示す図
【図２０】光源波長と狭帯域フィルタの反射波長範囲が一致している場合の別例を示す図
【図２１】本実施の形態１におけるアイボックス位置を変更する際の光学系の動作例を示す図
【図２２】本実施の形態１における温度制御手段の構成図
【図２３】本実施の形態１における制御手段の機能ブロックを示す図
【図２４】本実施の形態１におけるアイボックス位置変更手段の機能ブロックを示す図
【図２５】本実施の形態１における制御手段の二重像防止のための制御フローを示す図
【図２６】本実施の形態１における狭帯域フィルタの波長シフトの影響の表を示す図
【図２７】本実施の形態１における光源出力制御の詳細フローを示す図
【図２８】本実施の形態１におけるアイボックス形状制御の詳細フローを示す図
【図２９】スクリーンからの表示光の拡散角とアイボックスサイズの関係の例を示す図
【図３０】本実施の形態１におけるスクリーンの拡散性能と、スクリーン上の表示光の投影領域の位置の例を示す図
【図３１】本実施の形態１におけるスクリーンの拡散性能と、スクリーン上の表示光の投影領域の位置の別例を示す図
【図３２】本実施の形態１におけるスクリーンを使用した場合のアイボックス形状の例を示す図
【図３３】本実施の形態１におけるスクリーンを使用した場合のアイボックス形状の例を示す図
【図３４】本実施の形態１におけるスクリーンの拡散性能と、スクリーン上の表示光の投影領域の位置の別例を示す図
【図３５】本実施の形態１におけるスクリーンを使用した場合のアイボックス形状の例を示す図
【図３６】本実施の形態１におけるスクリーンの水平位置とアイボックスの縦方向サイズの関係を示す図
【図３７】本実施の形態１におけるスクリーンの水平位置とアイボックスの縦方向サイズの関係を示す別の図
【図３８】本実施の形態１におけるスクリーンの拡散性能が垂直方向で異なる場合のスクリーンの構成例を示す図
【図３９】本実施の形態１において開口部分に表示光の拡散角を変更する拡散シートを設けた場合のＨＵＤの構成図
【図４０】アイボックスサイズを削減するためのスクリーンの拡散特性の例を示す図
【図４１】アイボックスサイズを削減するためのスクリーンの拡散特性の別例を示す図
【図４２】本実施の形態１においてＨＵＤ光学ユニットを並行移動させてアイボックス位置を変更させる場合の光学系変化の例を示す図
【図４３】本実施の形態２におけるＨＭＤの構成図
【００５９】
外界透過率を示す計算式
【数１】
2012078619.tif 000003
【００６０】
光源温度による波長変化を示す計算式
【００６１】
【数２】
2012078619.tif 000004
【００６２】
狭帯域フィルタの波長シフトを示す計算式
【００６３】
【数３】
2012078619.tif 000005
【００６４】
ペルチェ素子の吸熱量を示す関係式
【００６５】
【数４】
2012078619.tif 000006
【００６６】
光源出力と、表示性能（輝度・表示像サイズ・アイボックスサイズ）の関係式
【００６７】
【数５】
2012078619.tif 000007
【００６８】
本実施の形態１において表示輝度を求めるための計算式
【００６９】
【数６】
2012078619.tif 000008
【００７０】
スクリーンの拡散角を求めるための計算式
【００７１】
【数７】
2012078619.tif 000009
【００７２】
本実施の形態１においてアイボックスサイズを求めるための計算式
【００７３】
【数８】
2012078619.tif 000010
【００７４】
本実施の形態１においてアイボックスサイズを求めるための計算式
【００７５】
【数９】
2012078619.tif 000011
【発明を実施するための形態】
【００７６】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００７７】
（実施の形態１）
本実施の形態では、アイボックス位置を変更するために、表示光の狭帯域フィルタへの入射角を変更する場合でも、光源波長の温度依存性を利用して光源の出力波長を変化させることで、二重像の発生を防止することができるＨＵＤについて述べる。
【００７８】
一般に、レーザ光源の出力波長は温度によって変化する。温度によるレーザの出力波長の変化を図１８に示す。図１８に示すレーザ光源は、高温になるほど出力波長が増えることを示している。温度をＴ、係数をＣとおいた場合、温度Ｔにおける光源の出力波長は、数２のように示される。そのため、ある温度におけるレーザ光源の波長範囲は狭くても、周辺温度の変化にともなってレーザ光源が出力する波長の範囲は、λminからλmaxまでの範囲（図１８の温度変化範囲Ｗｔ）で変化する。
【００７９】
本発明ではこの光源波長の温度依存性を利用し、波長シフトによって狭帯域フィルタの反射波長範囲が変動した場合に、光源の出力波長が狭帯域フィルタの反射波長範囲に収まるように、光源温度を変化させる。このことでアイボックス位置を変更するために表示光の狭帯域フィルタへの入射角を変更しても、二重像の発生を防止することが可能になる。
【００８０】
以下、光源波長の温度依存性を利用した二重像問題への対策方法について詳述する。
【００８１】
図８に、本発明の実施の形態１における、ＨＵＤ（ヘッドアップディスプレイ）の構成図を示す。図８において、１０１はＨＵＤが搭載される車体を示し、ダッシュボード内部にＨＵＤ光学ユニット１０２を備える。ＨＵＤ光学ユニット１０２は、表示手段１０３、スクリーン８０１、制御手段８０２、開口部１０５、アイボックス位置偏向手段８０３より構成される。表示手段１０３は、ドライバー１０７に対して運転情報（スピードメータや地図情報）などを表示する。
【００８２】
本実施の形態における表示手段１０３は、液晶素子およびバックライト光源から構成される。図１６に表示手段１０３の構成例を示す。
【００８３】
本実施の形態においては表示手段の光源はレーザ光源であり、赤色レーザ光源１６０１と青色レーザ光源１６０２と緑色レーザ光源１６０３からの出力レーザ光をコリメータ１６０４を通過させ、ダイクロイックミラー１６０５で合波している。各色レーザ光源からの出力を適切に変調することで、任意の色のレーザ光を出力できる。なお、図１６では１６０１は赤色（Ｒ）の半導体レーザ光源、１６０２は青色（Ｂ）の半導体レーザ光源、１６０３は緑色（Ｇ）の半導体レーザ光源としているが、１６０３は赤外線の半導体レーザ光源と、赤外線を緑色に変換するＳＨＧ（Ｓｅｃｏｎｄ−Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ：第２次高調波発生）素子の組合せであってもよいし、各光源が固体レーザ、液体レーザ、ガスレーザ、発光ダイオードでもよい。
【００８４】
なお、図１６では各レーザ光源でレーザ光の変調を行っているが、レーザ光源から出力された光を変調する手段を、レーザ光源と組み合わせて用いることで、レーザ光を変調してもよい。
【００８５】
レーザ光源１６０１〜１６０３からの光は、照明光学素子１６０６によって拡散された後に、液晶素子１６０７を照射し、表示光Ｌを形成する。液晶からの表示光Ｌは更に投射レンズ１６０８を通過することで、表示手段１０３から出射される。
【００８６】
また表示手段１０３は、レーザ光源１６０１〜１６０３の温度を検知する温度検知手段１６０９を備える。光源の温度を検知することで、温度による光源の出力波長を推定することが可能になる。なお温度検知手段１６０９は全ての光源の温度を検知するものでもよいし、ＲＧＢの光源毎に、異なる温度検知手段を設けても良い。後者の場合、各光源の温度をより正確に検知することが可能になる。
【００８７】
また表示手段１０３は、レーザ光源１６０１〜１６０３の温度を制御する温度制御手段１６１０を備える。光源の温度を制御することで、各光源の出力波長を制御することが可能になる。図２２に温度制御手段１６１０の構成例を示す。本実施の形態では、温度制御手段１６１０は、ペルチェ素子２２０１と、放熱手段２２０２から構成されている。ペルチェ素子２２０１は、素子の片側面からの熱を反対側の面に移動させるための素子であり、電流を流すことにより移動させる熱量を制御することができる。本実施の形態においては、表示手段１０３に備えられたペルチェ素子２２０１は、光源によって発生した熱を放熱手段２２０２に対して移動させる機能を有する。放熱手段２２０１は受け取った熱を放散する機能を有する。本実施の形態ではレーザ光源１６０１〜１６０３からの発熱をペルチェ素子２２０１が放熱手段２２０２に移動させ、放熱手段２２０２がペルチェ素子２２０１からの熱を、表示手段１０３もしくはＨＵＤ光学ユニット１０２の外部に対して放散することで、表示手段１０３もしくはレーザ光源１６０１〜１６０３を冷却することが可能になる。またペルチェ素子２２０１はレーザ光源１６０１〜１６０３側からの熱を受け取るのではなく、逆に外部からの熱をレーザ光源１６０１〜１６０３側に移動させることもできるため、レーザ光源１６０１〜１６０３の温度を上昇させることができる。このような温度制御手段１６１０を用いることで、レーザ光源１６０１〜１６０３の温度を制御することが可能になる。
【００８８】
なお本実施の形態においては、温度制御手段１６１０は、表示手段１０３全体の温度を制御することでレーザ光源１６０１〜１６０３の温度を制御しているが、温度制御手段１６１０を、光源ごとに備える方法を用いても良い。この場合、光源毎に温度を制御することが可能になり、温度特性の異なる光源を複数利用する場合に、光源の出力波長をより正確に制御することが可能になる。
【００８９】
なお放熱手段２２０１としては放熱フィンの代わりに放熱ファンなどを用いても良い。この場合、周辺温度が高い場合においても、光源の温度を冷却することなどが可能になる。
【００９０】
なお本実施の形態では、背面から光源を照射する透過型液晶素子１６０７を使用する構成をとったが、反射型液晶素子を用いてもよい。この場合、光源の光利用効率を向上させることができ、表示手段１０３からの表示光をより明るくすることが可能になる。
【００９１】
なお表示手段１０３を実現する方法として、液晶素子でなく走査手段によってレーザ光源からの出力光を二次元走査することで表示像を形成する方法を用いても良い。この場合、表示手段１０３をより小型化できる効果がある。図１７に走査手段を用いた場合の、表示手段１０３の構成例を示す。
【００９２】
走査手段１７０１は、レーザ光源１６０１〜１６０３からのビームを、開口部１７０２に向けて２次元走査する。走査手段１７０１は角度を２次元的に偏向できる単板小型ミラーで、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ−Ｓｙｓｔｅｍ）マイクロミラーであり、単板小型ミラーを直交する二軸方向に振動させることにより、ミラーに入射するレーザ光を二次元方向に走査する。
【００９３】
なお走査手段１７０１は一枚のミラーを二次元方向に振動させる方法をだけでなく、それぞれが異なる一次元方向に振動する二枚のミラーを組み合わせてレーザ光Ｌを二次元方向に走査する方法をとっても良い。この場合、それぞれのミラーは一次元方向にのみ振動するため各ミラーの角度の制御が簡単になる効果がある。走査手段１７０１からの光は開口部１７０２を通過して表示手段１０３から出力される。
【００９４】
スクリーン８０１は、表示手段１０３からの表示光を受け、フロントガラス１０６に向けて拡散する。本実施の形態におけるＨＵＤにおいて、ドライバー１０７はフロントガラス１０６を経由してスクリーン８０１上に結像された像を視認する形となる。なお、スクリーン８０１は、フロントガラス１０６への入射角を制御するために、スクリーンの場所ごとに異なる拡散特性を有するように設計されている。図９にスクリーン８０１の拡散性能の例を示す。図９に示されるように、スクリーン８０１から投射された表示光は、スクリーン８０１上で結像し、その光がフロントガラス１０６に向かって一定の拡散角で拡散し、拡散光（図９の９０１〜９０３）として狭帯域フィルタ４０１に入射する。この時、スクリーン上の投影位置によって表示光の拡散方向が異なるようにスクリーン８０１は設計されている。なお９０１〜９０３における実線矢印は、スクリーン上の各点から拡散する拡散光のうち、アイボックス１０８の中心に向かう光を示しており、本実施の形態においてはこの光の向きをスクリーン上の点からの拡散方向として扱う。
【００９５】
この例ではスクリーン８０１の中心点に入射した光は、図９の９０１に示されるようにスクリーンの法線９０４と同じ方向を中心として拡散する。しかしながら、スクリーン端に入射した光は、法線９０４に対して傾きを持って拡散される。このため、スクリーン中心に入射した光と、スクリーン端で入射した光では狭帯域フィルタへの入射角が異なる。このようなスクリーン８０１を使用することにより、スクリーン上からの光を効率よくアイボックス１０８内に集光させることが可能になる。
【００９６】
図１４、１５に本実施の形態におけるスクリーン８０１の形状を示す。図１４はスクリーン８０１の垂直方向の断面図であり、図１５の１５０１はスクリーン８０１の水平方向の断面図、１５０２はスクリーン８０１の正面図を示す。図１４、１５に示されるように本実施の形態においてスクリーン８０１は微小な凹面ミラーからなるフライアイミラーとして構成されている。スクリーン８０１にフライアイミラーを用いることで、微小凹面ミラーの曲率によってスクリーン８０１から拡散する光の拡散角を制御することが可能になる。また、図１４に示されるようにスクリーン上の位置によって微小凹面ミラーの傾斜を変えることで、スクリーン上の各点で拡散する光の拡散方向を変更することが可能になる。
【００９７】
なおスクリーン８０１としてフライアイミラーではなく、同様の光学特性を有する反射型のホログラムミラーを利用しても良い。この場合、微小凹面ミラーを成形するための微細加工を行う必要がなくなるため、製造が容易になる効果がある。
【００９８】
なおスクリーン８０１としてフライアイミラーではなく、凹面形状を有する拡散板を用いても良い。拡散板を凹面形状にすることで、拡散板の位置に応じて拡散光の拡散方向を変更することが可能になる。この場合、微小凹面ミラーを整形する必要がないため、製造が容易になる効果がある。
【００９９】
なおスクリーン８０１としてフライアイミラーの代わりにマイクロレンズアレイとミラーを組み合わせることでスクリーン８０１の拡散特性を実現する方法を用いても良い。
【０１００】
フロントガラス１０６は、スクリーン８０１からの光をドライバー１０７に向けて反射する。また前述の二重像問題を解決するために、図４に示される構成を持ち、フロントガラスの車内側の表面に狭帯域フィルタ４０１を備える。狭帯域フィルタは設計入射角θａで入射する光に対して、図７に示すように可視光の波長範囲の内、特定の波長範囲（反射波長範囲５０１）に含まれる光を高反射率で反射するように設計されている。また、反射波長範囲５０１は、レーザ光源１６０１〜１６０３の線幅（特定温度Ｔａにおける波長幅）を含むように設計される。例えば光源波長の線幅が２ｎｍである場合、反射範囲は２ｎｍ以上の幅を有し、温度Ｔａにおける光源の出力波長範囲６０１を包含する。また本実施の形態において、狭帯域フィルタは反射波長範囲の反射率のみを高くすることが多層膜フィルタ（ルゲートフィルタ）で構成されている。
【０１０１】
なお本実施の形態において特定温度Ｔａは、図１８に示される光源動作最低温度Ｔｍｉｎと光源動作最高温度Ｔｍａｘの平均値であり、設計入射角θａはフロントガラス１０６が水平線となす角をθfとしたときに、９０度からθｆを引いた値として扱うが、それぞれ別の値を設定しても良い。例えば、Ｔａは光源動作平均温度としてもよい。この場合、狭帯域フィルタに対する入射角を変更する頻度を削減することが可能になる。
【０１０２】
なお本実施の形態では簡単のため、狭帯域フィルタはＲＧＢ光源（１６０１〜１６０３）の内の単色の波長範囲（例：Ｒ光源）に関する反射特性についてのみ例示するが、狭帯域フィルタはＲＧＢの各光源について反射特性・角度依存性を有する。
【０１０３】
なお狭帯域フィルタ４０１は、ＲＧＢ光源の各波長のみを反射する狭帯域フィルタを三つ積層することで実現してもよいし、ＲＧＢの波長に同時に対応するものを用いても良い。前者の場合各光源の温度特性に応じた狭帯域フィルタの設計が容易になる効果がある。
【０１０４】
なお本実施の形態において、狭帯域フィルタは多層膜フィルタによって実現されるが、角度依存性をもつホログラムなどを用いても良い。この場合、フィルタからの出射角を入射角と異なる値に設定することなどが可能になり、ＨＵＤの光学レイアウトの自由度を向上させることが可能になる。
【０１０５】
制御手段８０２は、狭帯域フィルタ４０１に対する表示光の入射角に応じて、表示手段１０３から出射される表示光の波長を制御する機能を持つ。図２３に、本実施の形態における制御手段８０２の持つ制御ブロックを示す。制御手段８０２は、波長推定手段２３０１、入射角推定手段２３０２、波長制御手段２３０３、光源出力制御手段２３０４、アイボックス形状制御手段２３０５を含み、二重像問題への対処のための処理を行う。各機能ブロック２３０１〜２３０５の詳細については、後述する。
【０１０６】
アイボックス位置変更手段８０３は、ドライバー１０７からの操作を受け付け、アイボックス１０８の位置を変更する機能を持つ。図２４に本実施の形態におけるアイボックス位置変更手段８０３の機能構成図を示す。図２４に示すようにアイボックス位置変更手段８０３は、ドライバー１０７が所望のアイボックス位置を入力するための操作手段２４０１およびＨＵＤ光学ユニット１０２からの表示光がフロントガラス１０６に入射する入射角を変更するための入射角変更手段２４０２から構成される。
【０１０７】
操作手段２４０１は、アイボックス１０８の位置をドライバー１０７が調節するための手段であり、本実施の形態ではＨＵＤを搭載する車体１０１のダッシュボード上に操作ボタンとして備えられており、少なくとも上下左右に対応する四つのボタンを有する。ドライバー１０７は、アイボックス１０８を移動させたい方向に対応する操作ボタンを押すことで、アイボックス１０８の位置に対する変更指示を、アイボックス位置変更手段８０３に対して指示を入力することが可能になる。
【０１０８】
なお操作ボタンの位置はダッシュボードではなく、ハンドル上に備えていてもよい。この場合、ドライバー１０７は運転中にハンドルから手を離すことなく、アイボックス１０８の調節を行うことができる。また操作手段２４０１は、操作ボタンではなく、タッチパネルなどで実現されていても良い。この場合、車のデザイン性を向上させることが可能になる。また操作ボタンではなく、ドライバーの音声によって操作指示を受け付ける方法を用いても良い。この場合、ドライバーはハンドルから手を放すことなく、アイボックス位置の変更を行うことができる。
【０１０９】
入射角変更手段２４０２は、操作手段２４０１に対して入力されたドライバー１０７からのアイボックス位置変更指示に基づいてアイボックス１０８の位置を移動させる。本実施の形態ではＨＵＤ光学ユニット１０２が自身の向きを回転させる回転機能を備え、入射角変更手段２４０２は、ＨＵＤ光学ユニット１０２の回転機能を利用して、フロントガラス１０６に対する表示光の入射角を変更する。この例を図２１に示す。図２１の２１０１は、アイボックス１０８の位置が高い場合のＨＵＤ光学ユニット１０２の状態を示している。この時、ＨＵＤ光学ユニット１０２は水平線に対して水平となっており、フロントガラス１０６に対する表示光の入射角は大きくなるように設置されている。この状態からアイボックス１０８の位置を下方に移動させるために、入射角変更手段２４０２は図２１の２１０２に示すようにＨＵＤ光学ユニット１０２の回転機構を使用して、ＨＵＤ光学ユニット１０２を車体１０１の前方方向に回転させる。この時、フロントガラス１０６に対する表示光の入射角は小さくなるため、２１０２に示されるようにアイボックス１０８の位置を下方に移動させることができる。入射角変更手段２４０２は、操作手段２４０１からの指示に従って、ＨＵＤ光学ユニット１０２の回転方向および回転量を制御する。
【０１１０】
なお本実施の形態においては、ＨＵＤ光学ユニット１０２全体を回転させることで、フロントガラス１０６への入射角を変更したが、スクリーン８０１の向きを変更することでフロントガラス１０６への入射角を変更する手段を用いても良い。またスクリーン８０１から開口部１０５までの光路に折り返しミラーを設置し、この折り返しミラーの向きを変更することで、フロントガラス１０６への表示光の入射角を変更してもよい。この場合はＨＵＤ光学ユニット１０２全体を動かす必要がなくなるため、ＨＵＤ光学ユニット１０２の回転のための余分なスペースを備える必要が無くなる。
【０１１１】
なおフロントガラス１０６への表示光の入射角を変更するためには、開口部１０５とスクリーン８０１の間に偏向素子を備え、偏向素子によって表示光の方向を変更することでフロントガラス１０６に対する入射角を変更する方法を用いても良い。偏向素子には、電気光学素子・音響光学素子、可変ホログラム素子（液晶素子に回折格子を記録し、電圧によって回折機能を制御可能な素子）を使用することができる。この場合、可動部品を用いることなくスクリーン８０１上での画像の表示位置を変更することが可能になる。
【０１１２】
なお本実施の形態においては、アイボックス１０８の位置は、ドライバー１０７が操作手段２４０１を直接操作することで調節を行ったが、他の方法によりアイボックス１０８の位置を決定しても良い。アイカメラによりドライバーの眼球位置を検知し、ドライバーの眼球位置がアイボックス１０８に含まれるようにアイボックス１０８の位置を調節する方法を用いても良い。この場合、車の振動などによりドライバーの眼の位置が頻繁に変動する場合においても、ドライバーがＨＵＤ表示を視認することが可能になる。
【０１１３】
なおアイボックス１０８の位置を変更する際に、フロントガラスへの表示光の入射角を変更するのではなく、ＨＵＤ光学ユニット１０２を並行移動する方法を用いても良い。この例を図４２に示す。図４２の４２０１はアイボックス１０８の位置が高い場合のＨＵＤ構成図を示し、４２０２はアイボックス１０８の位置が低い場合のＨＵＤ構成図を示している。図４２に示されるように、ＨＵＤ光学ユニット１０２全体を前方に移動させて表示光がフロントガラス１０６に入射する位置を低くすることで、アイボックス１０８の位置を低くすることが可能になる。この場合、狭帯域フィルタ４０１に対する表示光の入射角は変化しないため狭帯域フィルタの波長シフトを防止することが可能になる。またフロントガラスへの入射角を変更する方法と、ＨＵＤ光学ユニットを並行移動させる方法を組み合わせることでアイボックス１０８の位置を変更する方法を用いても良い。この場合、ＨＵＤ光学ユニット１０２を動かすためのスペースを削減することが可能になる。
【０１１４】
アイボックス位置変更手段８０３によりアイボックス位置が変更された場合に、制御手段８０２が二重像の発生を防止する際の具体的な手順について以下に示す。本実施の形態における透過型表示装置は、図２５に示すステップ２５０１〜２５０７の処理を行うことにより、二重像の発生を防止する。なお、以下では簡単のためＲＧＢ波長のうち、一色（Ｒ波長）について、狭帯域フィルタへの入射角制御の変化に対応するための、光源の波長制御の例について述べる。
【０１１５】
［ステップ２５０１］（光源波長の推定）
本ステップでは、波長推定手段２３０１が表示手段１０３に含まれる光源の出力波長を推定する。波長推定手段２３０１は、図１８に示されるような光源の温度と波長の関係を示すデータを保持しており、現在の光源温度を温度検知手段１６０９から取得することにより、現在の光源の出力波長を推定する。
【０１１６】
なお本実施の形態では、光源温度から光源の出力波長を推定する方法を用いたが、表示手段１０３にスペクトルアナライザーを設け、光源の出力波長を直接測定する方法を用いても良い。この場合、光源の出力波長をより正確に測定することが可能になる。
【０１１７】
波長推定手段２３０１は、推定した光源の出力波長の情報を波長制御手段２３０３に通知する。
【０１１８】
［ステップ２５０２］（入射角判定）
本ステップでは、入射角推定手段２３０２が、入射角変更手段２４０２からの情報を用いて、スクリーン８０１から狭帯域フィルタ４０１に入射する表示光の入射角を判定する。
【０１１９】
本実施の形態では、入射角変更手段２４０２は、アイボックス１０８の位置を移動させるためにフロントガラス１０６への表示光の入射角を変更する。その際、入射角変更手段２４０２はあらかじめ設定されている初期入射角の値と、アイボックス位置変更のためにＨＵＤ光学ユニットを回転させた角度の値を保持し、現在入射角の値を計算する。入射角変更手段２４０２は、入射角推定手段２３０２からの問い合わせに応じて、保持している入射角の値を入射角推定手段２３０２へと通知する。
【０１２０】
なお図９に示すように、スクリーン８０１から拡散する光の拡散角が大きい場合（図９に示す９０１〜９０３の点線矢印がなす角が大きい場合）には、スクリーン８０１上の点からアイボックス１０８の中心に向かう光（図９０１〜９０３の実線矢印）の入射角を、スクリーン８０１から狭帯域フィルタ４０１に入射する光の入射角として使用する。
【０１２１】
なお入射角としては、アイボックス中心に向かう光以外がフロントガラスに入射する角度を、入射角として使用しても良い。例えば、車内にドライバーの眼球位置を撮影するアイカメラを設置し、ドライバーの眼球が位置するアイボックス上の位置に向かう光を、入射角の決定に使用しても良い。この場合、実際にドライバーが視認している表示光の入射角をより正確に判定することが可能になる。またスクリーン上の各点から拡散する光のうち、中心となる光のフロントガラスに対する入射角を表示光の入射角として決定しても良い。
【０１２２】
また画像が表示されている領域内においてフロントガラスへの入射角が異なる場合（例：図９の領域Ａ全体に画像が表示されている場合、画像上部の拡散方向９０２と画像下部の拡散方向９０１が異なるような場合など）には、表示画像の中心画素が表示されているスクリーン部分の表示光がフロントガラスに入射する入射角を使用する。この場合、重要な情報が表示されやすい画面中心において二重像の発生をより正確に防止することが可能になる。
【０１２３】
なお画像が表示されている領域内においてフロントガラスへの入射角が異なる場合、画面中心画素が表示されている部分以外の領域に基づいて入射角を決定しても良い。例えば、画像が表示されている領域全体の入射角の平均値を用いてもよいし、アイカメラによってドライバーの注視点を測定し、ドライバーが見ている画素に対応するスクリーンの位置から入射角の判定を行っても良い。
【０１２４】
入射角推定手段２３０２は、推定した狭帯域フィルタへの表示光の入射角に関する情報を波長制御手段２３０３に通知する。
【０１２５】
［ステップ２５０３］（反射波長範囲判定）
本ステップでは、波長制御手段２３０３が前ステップ２５０２で取得した狭帯域フィルタ４０１に対する入射角の値から、波長シフトの影響を計算し、狭帯域フィルタ４０１が反射する光の波長範囲（反射波長範囲）を計算する。
【０１２６】
波長制御手段２３０３は、設計入射角θａに対する狭帯域フィルタの反射波長範囲の情報（図５に示される反射波長範囲と反射率）および、狭帯域フィルタの波長シフトに関する情報を有し、前ステップにおいて入射角推定手段２３０２から取得した入射角に基づいて現在の狭帯域フィルタの反射波長範囲の判定を行う。
【０１２７】
本実施の形態においては、波長制御手段２３０３は、図２６に示される入射角と設計入射角の差と、波長シフトの量の関係表を有する。現在の入射角が設計入射角より５度大きい場合、図２６の関係表から、狭帯域フィルタの反射波長範囲は、図５に示される反射波長範囲を全体に８ｎｍだけ短波長側にシフトさせたもの位置にあると判定する。
【０１２８】
なお波長シフト量の算出の際には、図２６に示されるような関係表を用いるのではなく、多層膜フィルタに対する波長シフトの計算式を用いても良い。数３に多層膜フィルタにおける波長シフトの計算式の例を示す。この数式を用いて設計入射角における反射波長と、現在の入射角における反射波長の差を計算することで波長シフトの量を決定することができる。この方法を用いることで、より詳細に波長シフトの量を計算することが可能になる。
【０１２９】
波長制御手段２３０３は、算出した現在の反射波長範囲の数値を用いて二重像の発生の有無を判定する。
【０１３０】
［ステップ２５０４］（二重像判定）
本ステップでは、波長制御手段２３０３が前ステップ２５０１で判定した光源の出力波長と、前ステップ２５０３で判定した狭帯域フィルタの反射波長範囲を比較することで二重像の発生の有無を判定する。
【０１３１】
光源の出力波長が現在の狭帯域フィルタの反射波長範囲にある場合（図７の状態にある場合）、光源からの光は全て狭帯域フィルタで反射されており二重像は発生していない。そのため波長制御手段２３０３は処理を終了する。
【０１３２】
光源の出力波長が現在の狭帯域フィルタの反射波長範囲にない場合、光源からの表示光の内、一部もしくは全ての波長範囲の光が狭帯域フィルタで反射されないため二重像が発生する。この場合、波長制御手段２３０３は光源波長の変更処理を行うためステップ２５０５の処理を実施する。
【０１３３】
［ステップ２５０５］（光源波長の変更）
本ステップでは、光源の出力波長を狭帯域フィルタの反射範囲に収めるために光源の出力波長の変更を行う。
【０１３４】
波長制御手段２３０３は、光源の出力波長の最大値と狭帯域フィルタの反射波長範囲の最大値の差を計算し、波長誤差の量を計算する。ここで光源の出力波長が狭帯域フィルタの反射波長範囲よりも大きい場合には、光源の温度を下げて光源出力波長を小さくし、光源の出力波長が狭帯域フィルタの反射波長範囲よりも小さい場合には、光源の温度を上げて光源の出力波長を大きくする処理を行う。
【０１３５】
波長制御手段２３０３は、図１８に示される表を用いて、波長誤差の量だけ光源の出力波長を変動させるための目標温度Ｔｂを決定する。波長誤差の値が８nmの場合（光源の出力波長の最大値が、狭帯域フィルタの反射波長よりも８nm大きい場合）には、光源の出力波長を現在より８nm低下させるための目標光源温度Ｔｂを決定する。この時、目標温度Ｔｂは現在の光源温度より小さい値に設定される。
【０１３６】
波長制御手段２３０３は、決定した目標温度Ｔｂの値を、温度制御手段１６１０に通知することで、光源の温度の制御を行う。光源温度の制御によって二重像が防止される例を図１９、図２０に示す。図１９の例は、狭帯域フィルタへの入射角が大きくなった結果、光源波長が狭帯域フィルタの反射波長範囲よりも大きくなった場合の例である。この時、光源温度を低くすることで光源波長を１９０１の位置まで移動させることで二重像の発生を防止することができる。また図２０の例は、狭帯域フィルタへの入射角が小さくなった結果、光源波長が狭帯域フィルタの反射波長範囲よりも小さくなった場合の例である。この時、光源温度を高くすることで光源波長を２００１の位置まで移動させることで二重像の発生を防止することができる。
【０１３７】
なお、波長誤差を計算する際には、光源の出力波長の最小値と狭帯域フィルタの反射波長範囲の最小値の差を計算してもよい。また光源の出力波長が反射波長範囲に対して短波長側にずれている際には、光源の出力波長の最小値と狭帯域フィルタの反射波長範囲の最小値の差を波長誤差とし、光源の出力波長が反射波長範囲に対して長波長側にずれている際には、光源の出力波長の最大値と狭帯域フィルタの反射波長範囲の最大値の差を波長誤差とする方法を用いても良い。この場合、波長誤差の値を小さく抑えることができ、必要な入射角の変更を低減することが可能になる。
【０１３８】
波長制御手段２３０３は、更に目標温度Ｔｂを光源出力制御手段２３０４に通知して、本ステップ２５０５の処理を終了する。
【０１３９】
［ステップ２５０６］（光源出力の制御）
本ステップでは光源出力制御手段２３０４が、光源温度が前ステップ２５０５で波長制御手段２３０３が設定した目標温度となるように光源出力の制御を行う。
【０１４０】
光源出力制御手段２３０４は、一定時間Ｔｃが経過した後、光源出力を制御するための処理を行う。図２７に本実施の形態において、光源出力制御手段２３０４が行う処理の詳細フローを示す。図２７に示されるステップ２７０１〜２７０７の処理を行うことで、光源温度を目標温度Ｔｂにするための光源出力制御を行うことが可能になる。なお本実施の形態において、一定時間Ｔｃは光源出力制御手段２３０４が保持している数値であり、温度制御手段１６１０が光源温度を変化させるために必要な時間が設定される。Ｔｃの数値は固定の数値であってもよいし、必要に応じて光源出力制御手段２３０４が変動させる数値であってもよい。後者の場合、周辺の温度が高く、光源の冷却に時間がかかる場合などにはＴｃの数値を大きくするなど、周辺環境に合わせた制御が可能になる。
【０１４１】
以下、本ステップにおいて光源出力制御の詳細について図２７に示す処理フロー２７０１〜２７０７に基づいて述べる。
【０１４２】
（ステップ２７０１）
本ステップでは、光源出力制御手段２３０４は、温度検知手段１６０９から光源の現在温度Ｔｐを取得する。
【０１４３】
（ステップ２７０２）
本ステップでは、光源出力制御手段２３０４は、光源の現在温度Ｔｐと目標温度Ｔｂの値を比較し、光源の現在温度Ｔｐが目標温度Ｔｂよりも高い場合、ステップ２７０３の処理を行い光源の出力を低減する。それ以外の場合には、ステップ２７０４の処理を行う。
【０１４４】
（ステップ２７０３）
本ステップでは、光源温度が目標温度Ｔｂを下回らない場合、光源出力制御手段２３０４は、温度制御手段１６１０が光源温度を冷却できない事態が生じていると判断する。
【０１４５】
本実施の形態において、光源を目標温度に冷却する際には、温度制御手段１６１０を構成するペルチェ素子２２０１が光源からの熱を吸熱し、放熱手段２２０２へと移動させる。この時、ペルチェ素子２２０１が吸熱すべき熱量（吸熱量）は数４に示される関係式で表わされる。ここで周辺熱量とは、光源外部から光源に対して流入する熱量であり、光源外部の温度（ＨＵＤ光学ユニット１０２の内部温度など）が高いほど値は大きくなる。また光源発熱量とは、光源自身が発生する熱量であり、光源出力が大きい場合（表示光が明るい場合）ほど、光源発熱量は大きくなる。その他に該当する部分は、表示手段１０３に含まれる部品（表示素子１６０７など）や、制御手段８０２を実現する制御回路の発熱などが該当する。一般に、ペルチェ素子２２０１の冷却効率は、吸熱量が大きいには低下する。このような場合、ペルチェ素子２２０１が光源を充分に冷却できないため、光源を目標温度Ｔｂまで冷却できない事態が生じる。
【０１４６】
この問題に対処するために、本実施の形態においては、一定時間が経過したあとも光源温度が下がらない場合に、光源出力制御手段２３０４は光源出力を低減する方法を用いる。一般に、光源発熱量は光源出力に比例するため、光源出力を低下させることで光源発熱量を低減することが可能になり、ペルチェ素子２２０１の吸熱量を低下させることが可能になる。
【０１４７】
本ステップ２７０３では光源出力制御手段２３０４は、光源出力を一割低下させることで光源発熱量を低減し、一定時間Ｔｄ毎経過後にステップ２７０１の処理に戻る。ステップ２７０１〜２７０３の処理を繰り返すことで、光源出力を段階的に低下させながら、光源の現在温度Ｔｐを目標温度Ｔｂへと近づけることが可能になる。
【０１４８】
なお本実施の形態において、一定時間Ｔｄは光源出力制御手段２３０４が保持している数値であるが、固定の数値であってもよいし、必要に応じて光源出力制御手段２３０４が変動させる数値であってもよい。後者の場合、周辺の温度が高く、光源の冷却に時間がかかる場合などにはＴｄの数値を大きくするなど、周辺環境に合わせた制御が可能になる。
【０１４９】
なお本実施の形態においては、光源出力制御手段２３０４は、光源出力を一割ずつ低減する方法を用いたが、光源出力の変化度合いは一割でなくともよい。例えば一定値（例：１０ｍＷ）ずつ出力を低下させる方法を用いてもよいし、更に周辺温度に応じて変化度合いを制御しても良い（例：周辺低温時には１０ｍＷ、周辺高温時には２０ｍＷずつ出力を低下させる）。この場合、ＨＵＤの使用環境にあわせて、光源の温度変化の度合いを調節することなどが可能になる。
【０１５０】
（ステップ２７０４）
本ステップでは、光源出力制御手段２３０４は、光源の現在温度Ｔｐと目標温度Ｔｂの値を比較し、光源の現在温度Ｔｐが目標温度Ｔｂよりも低い場合、ステップ２７０５の処理を行い光源の出力を増加する。それ以外の場合には、ステップ２７０６の処理を行う。
【０１５１】
光源温度が目標温度Ｔｂを上回らない場合、光源出力制御手段２３０４は、温度制御手段１６１０が光源温度を加熱できない事態が生じていると判断する。この場合、光源出力制御手段２３０４は、光源出力を増加させることで、光源発熱量を増加させ、光源温度を上昇させるために、ステップ２７０５の処理を実行する。
【０１５２】
（ステップ２７０５）
本ステップ２７０５では光源出力制御手段２３０４は、光源出力を一割増加させることで光源発熱量を増加させ、一定時間Ｔｄ毎経過後にステップ２７０１の処理に戻る。ステップ２７０１、２７０２、２７０４、２７０５の処理を繰り返すことで、光源出力を段階的に低下させながら、光源の現在温度Ｔｐを目標温度Ｔｂへと近づけることが可能になる。
【０１５３】
あるいは２７０１、２７０２、２７０４、２７０６（後述）、２７０７（後述）の処理を繰り返すことで、光源温度を一定に保ったまま、光源出力を増加させることが可能になる。
【０１５４】
なお本実施の形態において、一定時間Ｔｄは光源出力制御手段２３０４が保持している数値であるが、固定の数値であってもよいし、必要に応じて光源出力制御手段２３０４が変動させる数値であってもよい。後者の場合、周辺の温度が低く、光源の加熱に時間がかかる場合などにはＴｄの数値を大きくするなど、周辺環境に合わせた制御が可能になる。
【０１５５】
なお本実施の形態においては、光源出力制御手段２３０４は、光源出力を一割ずつ増加する方法を用いたが、光源出力の変化度合いは一割でなくともよい。例えば一定値（例：１０ｍＷ）ずつ出力を増加させる方法を用いてもよいし、更に周辺温度に応じて変化度合いを制御しても良い（例：周辺低温時には２０ｍＷずつ、周辺高温時には１０ｍＷずつ出力を増加させる）。この場合、ＨＵＤの使用環境にあわせて、光源の温度変化の度合いを調節することなどが可能になる。
【０１５６】
（ステップ２７０６）
本ステップでは光源出力制御手段２３０４が、現在の光源温度制御手段１６１０が使用している使用電力Ｐ、および光源温度制御手段１６１０使用することが可能な最大電力Ｐｍａｘを光源温度制御手段１６１０から取得する。
【０１５７】
なお本実施の形態においては、最大電力Ｐｍａｘの値を光源温度制御手段１６１０から取得したが、あらかじめ光源出力制御手段２３０４がその値を保持していても良い。また最大電力Ｐｍａｘの値は、固定の数値であってもよいし、必要に応じて光源出力制御手段２３０４が変動させる数値であってもよい。後者の場合、消費電力を抑えたい場合にはＰｍａｘの値を低くするなどの制御が可能になる。
【０１５８】
（ステップ２７０７）
本ステップでは、光源出力制御手段２３０４が、現在の光源温度制御手段１６１０の仕様電力Ｐと、最大電力Ｐｍａｘの値を比較する。一般に、ペルチェ素子に対して大きな電力を投入するほど、より多くの熱を吸熱することができる。ステップ２７０７の状態では、光源の現在温度Ｔｐは、目標温度Ｔｂと一致している。この状態でペルチェ素子２２０１が使用している電力が、最大電力に到達していない場合には、光源出力を増加させた場合（光源発熱量を増加させた場合）でも、ペルチェ素子２２０１の使用電力Ｐを増加させることで、光源温度を目標温度Ｔｂのまま維持できる可能性がある。光源出力が高いほど、輝度やアイボックスの大きい表示が可能となり、ドライバーの視認性が向上するため、光源温度制御手段１６１０の使用電力Ｐが最大電力に達していない場合には、光源出力制御手段２３０４は、光源出力を増加させるためステップ２７０５の処理を実行する。
【０１５９】
ステップ２７０１、２７０２、２７０４、２７０６、２７０７の処理を繰り返すことで、光源温度を一定に保ったまま、光源出力を増加させることが可能になる。
【０１６０】
光源温度制御手段１６１０の使用電力Ｐと最大電力Ｐｍａｘが一致している場合には、光源出力制御手段２３０４は、処理を終了し、光源出力の値をアイボックス形状制御手段２３０５に通知する。
【０１６１】
光源の現在温度Ｔｐと目標温度Ｔｂを比較する際に、一定の誤差を許容しても良い。例えば、光源の現在温度が３０℃であり、目標温度が３１℃であっても、１℃の誤差を許容してＴｐとＴｂの値を同一とみなしても良い。この場合、光源温度の制御のコストを低減することが可能になる。
【０１６２】
［ステップ２５０７］（アイボックスサイズの調節）
本ステップでは、アイボックス形状制御手段２３０５が、光源出力の変化に応じてアイボックス形状を変更する処理を行う。
【０１６３】
ＨＵＤにおいて表示される表示像の輝度と、表示像サイズ（面積）、およびアイボックスサイズと、光源出力の関係は数５で表すことができる。前ステップ２５０６で光源出力を低下させていた場合、数５の関係から輝度、表示像サイズ、アイボックスサイズの内、少なくとも一つの項目の数値が低下することがわかる。通常のＨＵＤでは、表示像サイズ・アイボックスサイズは不変であるため、光源出力を低下させるとドライバーに表示される表示像の輝度が低下してしまうことになる。ＨＵＤのように屋外で表示を行う表示装置の場合、視認性の観点から輝度は高い方が望ましい。そのため本実施の形態においては、アイボックス形状制御手段２３０５が、アイボックス１０８の形状を変更することで、アイボックスサイズを削減し、表示像の輝度が低下することを防止する。
【０１６４】
図２８に本実施の形態において、アイボックス形状制御手段２３０５が行う処理の詳細フローを示す。図２８に示されるステップ２８０１〜２８０５の処理を行うことで、光源出力を制御することが可能になる。以下、本ステップにおいてアイボックス形状制御の詳細について図２８に示す処理フロー２８０１〜２８０５に基づいて述べる。
【０１６５】
（ステップ２８０１）
本ステップではアイボックス形状制御手段２３０５が、表示像の現在輝度Ｋｐを計算する。本実施の形態においては、アイボックス形状制御手段２３０５は、光源出力制御手段２３０４から取得した光源出力の値と、アイボックス形状制御手段２３０５が保持している現在のアイボックスサイズの値および定数Ａの値を使用して表示像の輝度を算出する。表示像の輝度の算出のための計算式を数６に示す。ここで定数Ａは光源出力とアイボックスサイズから輝度を算出するための定数であり、例えば表示像サイズの逆数の値が設定される。
【０１６６】
なお定数Ａは、光学系の倍率を考慮して表示像サイズの逆数以外の値を設定しても良い。この場合、ＨＵＤの光学系を考慮して表示像の輝度を算出することが可能になる。
【０１６７】
（ステップ２８０２）
本ステップではアイボックス形状制御手段２３０５が、前ステップ２８０１で算出した現在輝度Ｋｐと、アイボックス形状制御手段２３０５が保持する最低輝度Ｋｍｉｎの数値を比較する。現在輝度Ｋｐが、最低輝度Ｋｍｉｎよりも小さい場合には、アイボックス形状制御手段２３０５は、アイボックスサイズを削減するためステップ２８０３の処理を行う。それ以外の場合においてはステップ２８０４の処理を行う。
【０１６８】
なお最低輝度Ｋｍｉｎの値は固定の数値であってもよいし、必要に応じてアイボックス形状制御手段２３０５が変動させる数値であってもよい。後者の場合、周辺環境に応じてＫｍｉｎの値を変更し、例えば表示が見えづらくなる日中には最適輝度Ｋｍｉｎの値を高くして、ドライバーの視認性を高めるなどの処理が可能になる。
【０１６９】
（ステップ２８０３）
本ステップでは、アイボックス形状制御手段２３０５がアイボックスサイズを削減するために、アイボックス形状の変更を行う。
【０１７０】
本実施の形態では、スクリーン８０１からの表示光の拡散角を変更することでアイボックスサイズを変更する。図２９にスクリーン８０１からの表示光の拡散角とアイボックスの大きさの関係について示す。図２９の２９０１は、スクリーン８０１からの表示光の拡散角が大きい場合であり、この時、スクリーン８０１で拡散した表示光は大きく広がるため、アイボックス１０８の大きさは広くなる。反対に図２９の２９０２はスクリーン８０１からの表示光の拡散角が小さい場合であり、この時、スクリーン８０１で拡散した表示光の広がりは小さいため、アイボックス１０８の大きさは狭くなる。このことから、表示光がスクリーン８０１に入射する位置でのスクリーン８０１の拡散性能を変更することで、アイボックス１０８の大きさを変更することが可能になる。
【０１７１】
図３０、図３１に本実施の形態におけるスクリーン８０１の拡散特性およびスクリーン８０１に対する表示光の投影の例を示す。図３０の３００１スクリーン８０１において表示光の拡散角が大きい部分であり、３００３はスクリーン８０１において表示光の拡散角が小さい部分を示す。図３０の３００３は、表示手段１０３からの表示光がスクリーン８０１上に投影されている投影領域を示す。図３０の例では、表示光は全て表示光の拡散角が大きくなる３００１の部分に投影されている。この部分で表示を行う場合、アイボックスは大きくなる。この時のアイボックスの例を図３２に示す。図３２はドライバー１０７の眼球３２０１と、アイボックス１０８の位置関係を正面からみた図である。この時、ドライバーの両目はアイボックス１０８内に収まっており、表示像を視認することが可能になっている。また、アイボックス１０８の上下方向の大きさは充分に大きいため、ドライバーが頭を上下に動かした場合でも、ドライバーの眼球３２０１がアイボックス１０８内にとどまり、ドライバーが表示像を視認し続けることが可能になる。
【０１７２】
また図３１の例では、表示光は全て表示光の拡散角が小さくなる３００２の部分に投影されている。この部分で表示を行う場合、アイボックスは小さくなる。この時のアイボックスの例を図３３に示す。図３３は、図３２と同様にドライバー１０７の眼球３２０１と、アイボックス１０８の位置関係を正面からみた図である。図３２と比較してアイボックス１０８の上下方向の大きさが小さいため、ドライバー１０７が頭を大きく動かす場合には、ドライバーの眼球３２０１がアイボックス１０８から外れる可能性が大きくなる。しかしながら、アイボックスサイズが小さいため、前述の数６で示されるように表示像の輝度は図３２の状態よりも高くなり、ドライバー１０７は明るい表示を視認することが可能になっている。また図３４は表示像の投影領域３００３が、スクリーン８０１上の拡散角が大きい部分３００１と拡散角が小さい部分３００２にまたがっている場合を示している。この時のアイボックスの形状を図３５に示す。図３５に示される３５０１は、拡散角が大きいスクリーン８０１上の領域３００１に対して投影された画素が形成するアイボックスであり、３５０２は拡散角が小さいスクリーン８０１上の領域３００２に投影された画素が形成するアイボックスを示す。この図に示されるように、アイボックスの形状は画面の右半分と左半分で異なる。画面片側に対してアイボックスは上下に広く、画面の他方に関してアイボックスは上下に狭い形状となっている。このようなアイボックスを使用すると、ドライバーが頭を大きく動かした場合でも、アイボックスが上下に広い画面の領域はドライバーの目がアイボックス内に留まるため、ドライバーは表示像の半分を片目で視認することができる。同時に、画面の他方の側に対応するアイボックスはアイボックスサイズが削減されているため、光源出力が低い場合でも表示像の輝度を向上させることが可能になる。なお図３５の例によって画面の画素によって、アイボックスの大きさが異なる場合、本実施の形態においては各画素が形成するアイボックスの平均値をアイボックスサイズとして扱う。
【０１７３】
なお本実施の形態では、スクリーン８０１は前述のようにフライアイミラーによって構成され、図１４、１５に示される構造を有する。この時、スクリーン８０１からの表示光の拡散角は、スクリーン８０１を構成する微小ミラーの曲率半径Ｒ、微小ミラーの直径をＤとした場合に数７で示される関係になる。本実施の形態では、スクリーン８０１の位置に応じて、微小ミラーの曲率半径Ｒの値を変更することで、スクリーン８０１上の位置毎に表示光の拡散角を変更する。
【０１７４】
本ステップ２８０３において、アイボックス形状制御手段２３０５は、光源出力の値と、最低輝度の値から数８で示される計算式を用いて、形状変更後のアイボックスサイズＳａの計算を行う。ここで定数Ａは前述の数６で示したものと同一であり、説明を省略する。アイボックス形状制御手段２３０５はアイボックスサイズが計算した値Ｓaになるように、スクリーン８０１上での表示像の投影領域３００３を移動させる。本実施の形態では、アイボックス形状制御手段２３０５はスクリーン８０１の位置を左右に移動させる手段を有し、スクリーン８０１を左右に移動させることでスクリーン８０１に入射する表示光の投影範囲を変更する。
【０１７５】
表示像の投影領域３００３のスクリーン８０１上の位置を決定するために、本実施の形態ではアイボックス形状制御手段２３０５は図３６に示すようなスクリーン上の位置とアイボックスサイズの関係を表すデータを有する。図３６は、スクリーン上の水平方向の位置（Ｘ）と、その場所に表示光が投影され拡散された際のアイボックスサイズ（Ｆ（Ｘ））の関係を示している。例えばスクリーン８０１の左端（ＸＬ）に表示光が投影された場合、アイボックスサイズ（Ｆ（ＸＬ））は、Ｙ１であり、スクリーン８０１の右端（ＸＲ）に表示光が投影された場合、アイボックスサイズ（Ｆ（ＸＲ））は、Ｙ２となることを示している。本実施の形態ではアイボックス形状制御手段２３０５は、投影領域３００３の左端Ｘ１から右端Ｘ２までの区間に関して、アイボックスサイズＦ（Ｘ）を積分した値の平均値（積分値をＸ２とＸ１の差で割ったもの）をアイボックスサイズＳｂとして扱う。アイボックス形状制御手段２３０５は、Ｓｂの値が前述のＳａ（最低輝度Ｋｍｉｎを実現するためのアイボックスサイズ）と一致するように、投影領域３００３の位置を決定し、スクリーン８０１の位置を移動させる。
【０１７６】
なおスクリーン８０１の拡散特性は、図３６で示すように領域ごとに一定の拡散角を有するものではなく、拡散角が連続的に変化するものであっても良い。この例を図３７に示す。この場合に置いても、表示像の投影領域３００３の左端〜右端までの区間でＦ（Ｘ）の値を積分することで、アイボックスサイズＳｂの値を求めることができる。この場合、アイボックスサイズをより詳細に変更することが可能になる。
【０１７７】
なおスクリーン８０１を左右に動かすのではなく、表示手段１０３から表示光が投影される方向を変更することでスクリーン８０１上での投影範囲を変更してもよい。この場合、表示手段１０３全体の向きを傾けることで表示光が投影される方向を変更することができる。この場合、スクリーン８０１の位置を動かす必要がなくなるためＨＵＤ光学ユニット１０２の光学系を小型化することが可能になる。
【０１７８】
なお表示手段１０３からの表示光の投影方向を変える際には、表示手段１０３全体の向きを変えるのではなく、表示手段１０３が表示光を射出する部分に、光の向きを変える偏向素子を配置する方法を用いても良い。偏向素子には、電気光学素子・音響光学素子、可変ホログラム素子（液晶素子に回折格子を記録し、電圧によって回折機能を制御可能な素子）を使用することができる。この場合、表示手段１０３を動かす可動部品を用いることなくスクリーン８０１上での画像の表示位置を変更することが可能になる。
【０１７９】
なお表示手段１０３の表示素子１６０７における画像の表示位置を変更することでスクリーン８０１上での表示像の位置を変更する方法を用いても良い。この場合、部品（スクリーン８０１など）を移動させる必要がなくなるため光学系を小型化することが可能になる。
【０１８０】
（ステップ２８０４）
本ステップではアイボックス形状制御手段２３０５が、前ステップ２８０１で算出した現在輝度Ｋｐと、アイボックス形状制御手段２３０５が保持する最高輝度Ｋｍａｘの数値を比較する。現在輝度Ｋｐが、最高輝度Ｋｍａｘよりも大きい場合には、アイボックス形状制御手段２３０５は、アイボックスサイズを拡大するためステップ２８０５の処理を行う。アイボックスが広い場合には、ドライバーの頭が動いた際に、眼球がアイボックスから外れにくくなるため、ドライバーの視認性を向上させる効果がある。
【０１８１】
なお最高輝度Ｋｍａｘの値は固定の数値であってもよいし、必要に応じてアイボックス形状制御手段２３０５が変動させる数値であってもよい。後者の場合、周辺環境に応じてＫｍａｘの値を変更し、例えば表示が見えづらくなる日中には最高輝度Ｋｍａｘの値を高くして、ドライバーの視認性を高めるなどの処理が可能になる。
【０１８２】
（ステップ２８０５）
本ステップでは、アイボックス形状制御手段２３０５がアイボックスサイズを拡大するために、アイボックス形状の変更を行う。
【０１８３】
本ステップ２８０５において、アイボックス形状制御手段２３０５は、光源出力の値と、最高輝度の値から数９で示される計算式を用いて、形状変更後のアイボックスサイズＳａの計算を行う。ここで定数Ａは前述の数６で示したものと同一であり、説明を省略する。アイボックス形状制御手段２３０５はアイボックスサイズが計算した値Ｓaになるように、スクリーン８０１上での表示像の投影領域３００３を移動させる。本実施の形態では、アイボックス形状制御手段２３０５はスクリーン８０１の位置を左右に移動させる手段を有し、スクリーン８０１を左右に移動させることでスクリーン８０１に入射する表示光の投影範囲を変更する。
【０１８４】
本ステップでもステップ２８０３と同様に、図３６に示すようなスクリーン上の位置とアイボックスサイズの関係を表すデータから、投影領域３００３のスクリーン８０１上の位置に応じたアイボックスサイズＳｂを算出し、Ｓｂの値がＳｓの値と一致するようにスクリーン８０１での投影領域３００３の位置を決定し、スクリーン８０１を移動させる。なおＳｂの計算方法はステップ２８０３で述べたものと同一である。
【０１８５】
ステップ２５０７は、以上のステップ２８０１〜２８０５の処理を実行することでアイボックス形状を変更することが可能になる。
【０１８６】
なお本実施の形態においてはスクリーン８０１からの表示光が直接、フロントガラス１０６に対して入射する形態をとったが、スクリーン８０１とフロントガラス１０６の間に折り返しミラーを配置する形態をとっても良い。この場合、光学系の光路を折り曲げることが可能になり、小型化が容易になる。
【０１８７】
なお本実施の形態においては、スクリーン８０１の拡散性能は水平方向の位置に応じて変化する例をあげたが、スクリーン８０１の垂直方向の位置に応じて拡散性能を変化させても良い。この例を図３８に示す。図３８のスクリーン８０１では、拡散角の大きい領域３００１がスクリーン上半分、拡散角の小さい領域３００２がスクリーンした半分を構成しており、表示像の投影領域３００３の位置をスクリーンの上下方向で移動させることでアイボックスの形状を変更することが可能になる。
【０１８８】
なお図３７に示すようにアイボックス形状が左右で不均一の場合、アイボックスサイズが大きい領域（図３７の例では左側）の方では表示光が広がるため輝度が低下する。これを防止するため表示手段１０３で表示する表示像は、アイボックスの縦方向サイズが大きい部分の画素の輝度を、アイボックスサイズが小さい部分の画素の輝度よりも高くする設定を行っても良い。この場合、アイボックス形状が不均一の場合でも表示像の輝度を均一化することが可能になる。
【０１８９】
なおスクリーン８０１の拡散性能をスクリーン上の位置毎に変更させるのではなく、スクリーン８０１からフロントガラス１０６に至る光路上に表示光の拡散角を変更するための拡散シートを配置する方法を用いても良い。この例を図３９に示す。図３９の３９０１は、光を透過する透明シートであり、シートを透過した光の拡散角を変更する性能を有する。拡散シート３９０１は、シート上の位置に応じて異なる拡散性能を有するように設計されており、アイボックス形状制御手段２３０５は、前述のステップ２５０７においてスクリーン８０１を移動させる代わりに、拡散シート３９０１を移動させることでアイボックス形状の変更を行っても良い。この場合、拡散シートはホログラムなどで構成することができるため、微小なミラーでスクリーン８０１を構成するよりも製造が簡単になる効果がある。
【０１９０】
なおスクリーン８０１を移動させない場合においても、スクリーン上の位置に応じて拡散角を変更する構成を用いても良い。図４０、図４１に画面中心の画素のアイボックスサイズが大きくなるようなスクリーン８０１の拡散特性の例を示す。これらの例では、重要な情報が表示されやすい画面中央部分のアイボックスを広くすることで、ドライバーが重要情報を視認しやすくすることができ、また画面端の画素のアイボックスを小さくすることでアイボックスサイズを削減しており、表示に必要な光源出力の値を削減している。アイボックスサイズが小さくなっている。数５に示されるようにアイボックスサイズが小さいほど、ある輝度を実現するために必要な光源出力は小さくなるため、これらのスクリーン８０１を用いることで、より少ない光源出力で明るい表示を行うことが可能になる。
【０１９１】
なお本実施の形態においては光源温度を制御することにより光源の出力波長を変化させたが、ＲＧＢ毎に波長の異なる複数の光源を用意し、使用する光源を切り替えることでＲＧＢの波長を変化させる方法を用いても良い。この場合、光源温度の制御がより容易になる。
【０１９２】
なお本実施の形態においては簡単のためＲＧＢ光源波長のうちの一つについての光源温度および出力の変更を例に説明を行ったが、他の波長の光源に対しても同様の処理を実施しても良い。
【０１９３】
（実施の形態２）
本実施の形態では、アイボックス位置を変更するために、表示光の狭帯域フィルタへの入射角を変更する場合でも、光源波長の温度依存性を利用して光源の出力波長を変化させることで、二重像の発生を防止することができるＨＭＤについて述べる。
【０１９４】
実施の形態１でしめしたＨＵＤと同様、ＨＭＤにおいてもユーザの目の幅や顔の大きさなどに応じてアイボックス位置を変更する必要が生じる。そのため、ＨＵＤと同様に光源の波長制御を行うことでアイボックス位置変更時の二重像を防止することが可能になる。
【０１９５】
図４３に本実施の形態における透過型表示装置の構成図を示す。なお実施の形態１と同一の構成要素については、同一の符号を用い、説明を省略する。
【０１９６】
４３０１は、本実施の形態において透過型表示装置の本体となる眼鏡フレームを示す。表示手段１０３、スクリーン８０１、制御手段８０２は眼鏡フレーム４３０１のつる部分に設置される。この形状により、従来のＨＭＤの様にユーザの眼前に大きな光学系・機構を備える必要がなくなり、表示装置の外観を向上させることが可能になる。
【０１９７】
４３０２は、眼鏡レンズであり、ユーザの視力に合わせた度数調節が行われている。狭帯域フィルタ４０１はメガネレンズ４３０２の表面に設置され、ユーザの視力を損なうことなく、スクリーン８０１からの表示光をユーザの眼球に向けて反射する。
【０１９８】
なおアイボックス位置変更手段８０３は、眼鏡フレーム４３０１と一体でもよいし、図４３に示すように眼鏡フレームとは別体であってもよい。この場合、アイボックス位置変更手段８０１をリモコンのようにドライバーが手に持って操作することが可能になる。またアイボックス位置変更手段８０３がメガネフレーム４３０１とは別体の場合、無線もしくは有線によって制御手段８０２と接続されることでデータの通信を可能にする。
【０１９９】
本実施の形態においても、光源の波長変化に対して狭帯域フィルタ４０１に対する表示光の波長制御が行われるが、その処理の内容は実施の形態１と同一であるため説明を省略する。
【０２００】
なおこれまでに説明した実施の形態は一例であって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲でさまざまな形態を採りうる。
【産業上の利用可能性】
【０２０１】
本発明にかかる透過型表示装置は、特定波長を反射する狭帯域反射手段を有し、表示装置、表示システム、表示方法、表示プログラム、などの用途にも応用できる。
【符号の説明】
【０２０２】
１０１    透過型表示装置が設置される機器（車体等）
１０５，１７０２    開口部
１０６    フロントガラス
１０７    ドライバー
１０２    光学ユニット
１０３    表示手段
１０４    偏向手段
４０１    狭帯域フィルタ
８０１    スクリーン
８０２    制御手段
１６０１    赤色レーザ光源
１６０２    青色レーザ光源
１６０３    緑色レーザ光源
１６０４    コリメータ
【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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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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