(57)【要約】【課題】実像で表示された情報と、虚像で表示された情報とを視認する際の視線移動量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（１００）は、光源部（１）、第２のスクリーン（２）及び中間膜（６１）を備える。表示装置（１００）は、透明な第１のスクリーン（７）に映像を投影することで虚像を形成する。光源部（１）は、第１の映像を含む第１の映像光および第２の映像を含む第２の映像光を投射する。第２のスクリーン（２）は、第１の映像光を受けて、中間像として第１の映像を映し出す。中間膜（６１）は、第２の映像光を受けて、自ら発光することで、第２の映像を表示する。第２のスクリーン（２）に映し出された第１の映像は、虚像（５）として形成される。中間膜（６１）は、第１のスクリーン（７）に備えられる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明な第１のスクリーンに映像を投影することで虚像を形成する表示装置において、
第１の映像を含む第１の映像光および第２の映像を含む第２の映像光を投射する光源部と、
前記第１の映像光を受けて、中間像として前記第１の映像を映し出す第２のスクリーンと、
前記第２の映像光を受けて、自ら発光することで、前記第２の映像を表示する中間膜と
を備え、
前記第２のスクリーンに映し出された前記第１の映像は前記虚像として形成され、
前記中間膜は、前記第１のスクリーンに備えられる表示装置。
【請求項２】
前記光源部は、第１の光源、第２の光源及び第３のミラーを備え、
前記第１の光源から出射された第１の光線が前記第３のミラーに入射する際の入射角を第１の入射角とし、前記第２の光源から出射された第２の光線が前記第３のミラーに入射する際の入射角を第２の入射角とすると、前記第１の入射角が、前記第２の入射角と異なり、
前記第３のミラーは、入射する前記第１の光線および前記第２の光線を２次元に走査し、
前記第１の映像光は、前記第３のミラーで走査された前記第１の光線によって形成され、
前記第２の映像光は、前記第３のミラーで走査された前記第２の光線によって形成される請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記光源部は、第３のミラーを備え、
前記第３のミラーは、第３の光線を走査し、
前記第１の映像は、前記第３の光線が第１の走査期間に走査されて形成され、前記第２の映像は、前記第３の光線が第１の走査期間と異なる第２の走査期間に走査されて形成される請求項１に記載の表示装置。
【請求項４】
前記第３の光線は、第１の光線および第２の光線を含み、
前記第１の光線は、前記第１の映像光を形成し、
前記第２の光線は、前記第２の映像光を形成し、
前記第１の光線が前記第３のミラーに入射する際の入射角を第１の入射角とし、前記第２の光線が前記第３のミラーに入射する際の入射角を第２の入射角とすると、前記第１の入射角は、前記第２の入射角に等しい請求項３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、車両の計器板またはナビゲーション情報等の運転者に知らせるべき情報を、車両前方の風景に重ねた状態で表示するヘッドアップディスプレイ型の画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ヘッドアップディスプレイ（Ｈｅａｄ−Ｕｐ  Ｄｉｓｐｌａｙ、以下ＨＵＤという。）を搭載した車種が増加している。ＨＵＤは、運転中に、運転者が視点の小さな動きで情報を確認できる。ＨＵＤは、運転に役立つ様々な情報を虚像として表示する。そして、ＨＵＤは、それらの情報を車両前方の外景に重畳させた状態で映し出す装置である。「重畳」とは、重ねることである。
【０００３】
そのため、運転者は短時間で情報を把握できる。また、ＨＵＤは、運転者の視線の移動と焦点合わせとを軽減できる。通常、ＨＵＤの表示装置は、表示像をフロントウインドシールドに向け投影する。そして、この表示装置は、車両のダッシュボード内に設置されることが多い。
【０００４】
下記の特許文献１は、表示像を虚像によって遠方に表示することで、運転者が前方の視界から目をそらすことなく表示像を視認することができるヘッドアップディスプレイを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１４４０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１では、運転者は、ヘッドアップディスプレイに表示された情報以外を、例えば、ダッシュボードに配置された従来の表示器で確認する必要がある。このため、運転者は、それぞれの情報を同時に視認することができない。そして、それぞれの情報を視認する際の視線移動が大きいという課題があった。
【０００７】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、フロントウインドシールドに、第１映像を実像として表示し、第２映像を虚像として表示する画像表示装置を得るものである。つまり、虚像として表示される映像と、実像として表示される映像とは、共にフロントウインドシールドに表示されている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の表示装置は、透明な第１のスクリーンに映像を投影することで虚像を形成する表示装置において、第１の映像を含む第１の映像光および第２の映像を含む第２の映像光を投射する光源部と、前記第１の映像光を受けて、中間像として前記第１の映像を映し出す第２のスクリーンと、前記第２の映像光を受けて、自ら発光することで、前記第２の映像を表示する中間膜とを備え、前記第２のスクリーンに映し出された前記第１の映像を前記虚像として形成し、前記中間膜は、前記第１のスクリーンに備えられる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、実像で表示された情報と、虚像で表示された情報とを視認する際の視線移動量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る画像表示装置１００を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る画像表示装置１００により投影された表示映像を運転者の目９５から見た様子を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る画像表示装置１００の光源部１０の構成を示す構成図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係るＭＥＭＳミラー装置１５のラスタ走査に関する模式図である。
【図５】映像の表示領域を分割して第１映像および第２映像を投影する場合を説明するための模式図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係るフロントウインドシールド７の構造を示す構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る画像表示装置１００を概略的に示した構成図である。実施の形態１においては、一例として、レーザースキャン方式の画像表示装置１００について説明する。
【００１２】
図１に示されるように、画像表示装置１００は、光源部１、スクリーン２および自発光中間膜６１を備える。画像表示装置１００は、拡大ミラー３およびミラー４を備えることができる。
【００１３】
光源部１は、例えば、ダッシュボードの内部に配置されている。
【００１４】
光源部１は、映像光を出射する。「映像光」とは、映像情報を有する光のことである。以下において、第１映像および第２映像は、光源部１よって投影される映像である。
【００１５】
スクリーン２は、光源部１から投影された第１映像を中間像として映し出す。スクリーン２は、入射した光線を広げる機能を持っている。スクリーン２は、例えば、マイクロレンズアレイで形成されている。入射した光線の広がる角度は、マイクロレンズアレイの大きさ又は焦点距離などによって決定される。そして、入射光がレーザー光の場合には、レーザーによるスペックルノイズを低減する。
【００１６】
拡大ミラー３は、スクリーン２上に映し出された中間像を、フロントウインドシールド７に向け反射する。また、拡大ミラー３は、虚像５の歪を補正する機能を有している。また、拡大ミラー３は、アイボックスを形成する機能を有している。「アイボックス」とは、「覗き窓」のことで、アイボックスの範囲で、運転者は、虚像５を視認することができる。
【００１７】
ミラー４は、光源部１から投影された第２映像を、フロントウインドシールド７に向け反射する。
【００１８】
自発光中間膜６１は、第２映像の光を受けて、自ら発光することで、第２映像を表示する。例えば、自発光中間膜６１は、励起光で励起されて、蛍光を発する発光粒子を含有している。
【００１９】
第１映像は、スクリーン２に投影される。そして、第１映像の中間像が、スクリーン２上に形成される。中間像は、映像光が透過型スクリーン上に投影された実像である。
【００２０】
スクリーン２上の中間像は、拡大ミラー３によってフロントウインドシールド７上に投影される。運転者の目９５からは、フロントウインドシールド７に投影された第１映像が、虚像５として見える。そして、第１映像は、車両前方の風景に重畳された状態で見える。
【００２１】
光源部１よって投影された第２映像は、ミラー４でフロントウインドシールド７に向けて投影される。フロントウインドシールド７は、自発光中間膜６１を備える。自発光中間膜６１は、特定の波長領域の光が照射されることで自ら発光する。
【００２２】
ウインドシールドは、自動車などに取り付けられた、風を防ぐためのガラスなどである。ウインドシールドは、ガラス以外に、アクリルなどのプラスチックで作製される場合もある。フロントウインドシールド７は、車両の前側に取り付けられたウインドシールドである。
【００２３】
画像表示装置１００は、透明なスクリーンに映像を投影することで虚像を形成する。フロントウインドシールド７は、この透明なスクリーンの一例である。
【００２４】
ここで、例えば、自発光中間膜６１に照射される光は、レーザー光である。自発光中間膜６１は、例えば、青色半導体レーザー１１Ｂから出射されるレーザー光が照射されることで、自発光する。実施の形態１では、青色半導体レーザー１１Ｂは、第２映像の光源である。
【００２５】
ミラー４からフロントウインドシールド７に向けて反射されたレーザー光は、フロントウインドシールド７上の自発光中間膜６１に照射される。そして、フロントウインドシールド７上に第２映像の実像６が表示される。運転者の目９５からは、第２映像はフロントウインドシールド７上に実像６として視認される。
【００２６】
図２は、画像表示装置１００によって投影された第１映像（虚像５）および第２映像（実像６）を、運転者の目９５から見た様子を示す模式図である。
【００２７】
図２に示すように、車両は右側にハンドルがある。そして、ハンドルの上側の位置のフロントウインドシールド７上に、実像６が表示されている。図２では、実像６は車両の速度表示である。実像６の上側には、虚像５が表示されている。図２では、虚像５は、車両の進行方向を向いた矢印である。また、フロントウインドシールド７を通して、左側には、信号が見えている。
【００２８】
このように、フロントウインドシールド７上に、虚像５の第１映像および実像６の第２映像を映し出すことによって、運転者の目９５の視線移動の時間を短縮して、視認性を向上することができる。
【００２９】
図３は、光源部１の構成を概略的に示す構成図である。
【００３０】
図３に示すように、実施の形態１に係る光源部１は、半導体レーザー１１、合波プリズム１２、レンズ１３、ミラー１４およびＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）ミラー装置１５を備える。
【００３１】
半導体レーザー１１は、赤色半導体レーザー１１Ｒ、緑色半導体レーザー１１Ｇ及び青色半導体レーザー１１Ｂを含んでいる。半導体レーザー１１は、レーザー光線１６を出射する。赤色半導体レーザー１１Ｒは、赤色のレーザー光線１６Ｒを出射する。緑色半導体レーザー１１Ｇは、緑色のレーザー光線１６Ｇを出射する。青色半導体レーザー１１Ｂは、青色のレーザー光線１６Ｂを出射する。
【００３２】
合波プリズム１２は、例えば、赤色半導体レーザー１１Ｒから出射されたレーザー光線１６Ｒを反射する。そして、合波プリズム１２は、緑色半導体レーザー１１Ｇから出射されたレーザー光線１６Ｇを透過する。これによって、これらのレーザー光線１６Ｒ，１６Ｇは、同軸上で合成波（レーザー光線１６ＲＧ）となる。つまり、これらのレーザー光線１６Ｒ，１６Ｇは、同軸上で合成される。
【００３３】
レンズ１３は、例えば、半導体レーザー１１から出射されたレーザー光線１６を集光する。レンズ１３は、半導体レーザー１１から出射されたレーザー光１６の発散角を変更する。
【００３４】
レンズ１３は、レンズ１３ａ、レンズ１３ｂ及びレンズ１３ｃを含む。レンズ１３ａは、赤色半導体レーザー１１Ｒから出射されたレーザー光線１６Ｒを集光する。レンズ１３ｂは、緑色半導体レーザー１１Ｇから出射されたレーザー光線１６Ｇを集光する。レンズ１３ｃは、青色半導体レーザー１１Ｂから出射されたレーザー光線１６Ｂを集光する。
【００３５】
ミラー１４は、ミラー１４ａおよびミラー１４ｂを含む。ミラー１４ａは、赤色半導体レーザー１１Ｒから出射されたレーザー光線１６Ｒおよび緑色半導体レーザー１１Ｇから出射されたレーザー光線１６Ｇを反射する。つまり、ミラー１４ａは、合成されたレーザー光線１６ＲＧを反射する。ミラー１４ｂは、青色半導体レーザー１１Ｂから出射されたレーザー光線１６Ｂを反射する。ミラー１４ａ，１４ｂで反射されたレーザー光線は、ＭＥＭＳミラー装置１５に到達する。
【００３６】
ＭＥＭＳミラー装置１５は、ミラー１４ａ，１４ｂで反射されたレーザー光線を二次元に走査する。ＭＥＭＳミラー装置１５は、ＭＥＭＳミラー１５ａを備えている。ＭＥＭＳミラー装置１５は、ＭＥＭＳミラー１５ａの傾きを変えることによって、レーザー光線を二次元に走査する。ＭＥＭＳミラー装置１５で走査された光は、スクリーン２に到達する。
【００３７】
「ＭＥＭＳ」とは、シリコンまたはプラスチックを、微細加工技術で加工することによって作られて、電気的に駆動される小さな機械のことである。ＭＥＭＳミラー装置１５は、ＭＥＭＳミラー１５ａの角度を電気的に変化させることで、映像を映し出す。ここで、ＭＥＭＳミラー１５ａは、光を走査する鏡の一例である。
【００３８】
制御部８は、表示される画像情報９に基づいて、半導体レーザー１１の出力調整、または半導体レーザー１１のオン・オフ制御を行う。ここで、出力調整は、例えば、暗い画像を表示する場合には、半導体レーザー１１の出力を落とし、また、明るい画像を表示する場合には、半導体レーザー１１の出力を上げることである。また、「オン・オフ制御」とは、半導体レーザー１１を点灯または消灯する制御である。各半導体レーザー１１を点滅させることで、スクリーン２上に画像が形成される。
【００３９】
第１映像は、レーザー光線１６ＲＧによって形成される。つまり、第１映像は、赤色半導体レーザー１１Ｒおよび緑色半導体レーザー１１Ｇによって投影される。第２映像は、レーザー光線１６Ｂによって形成される。つまり、第２映像は、青色半導体レーザー１１Ｂによって投影される。
【００４０】
図３に示すように、ＭＥＭＳミラー装置１５に入射する際のレーザー光線１６ＲＧの入射角と、レーザー光線１６Ｂの入射角とは異なる。そのため、第１映像と、第２映像とは異なった位置に投影される。
【００４１】
実施の形態１では、レーザー光線１６ＲＧは、スクリーン２に到達する。そして、レーザー光線１６Ｂは、ミラー４に到達する。第１映像は、レーザー光線１６ＲＧによって形成される。第２映像は、レーザー光線１６Ｂによって形成される。
【００４２】
図４は、ＭＥＭＳミラー装置１５によるレーザー光線１６ＲＧ，１６Ｂの走査を示す模式図である。図４は、図を簡略化するために、ミラー１４ａ，１４ｂよりも前の構成要素を省略している。
【００４３】
図４に示すように、赤色半導体レーザー１１Ｒから出射されたレーザー光線１６Ｒおよび緑色半導体レーザー１１Ｇから出射されたレーザー光線１６Ｇは、合波プリズム１２で合成されてレーザー光線１６ＲＧとなる。レーザー光線１６ＲＧは、ミラー１４ａで反射される。そして、レーザー光線１６ＲＧは、ＭＥＭＳミラー装置１５に入射する。
【００４４】
また、青色半導体レーザー１１Ｂから出射されたレーザー光線１６Ｂは、ミラー１４ｂで反射される。そして、レーザー光線１６Ｂは、ＭＥＭＳミラー装置１５へ入射する。
【００４５】
レーザー光線１６ＲＧ，１６Ｂは、ミラー１４ａ，１４ｂから、それぞれ異なる角度でＭＥＭＳミラー装置１５に入射する。そして、レーザー光線１６ＲＧ，１６Ｂは、ＭＥＭＳミラー装置１５で反射される。
【００４６】
ＭＥＭＳミラー装置１５で反射されたレーザー光線１６ＲＧ，１６Ｂは、例えば、ラスタ走査される。これにより。第１映像の虚像５と第２映像の実像６とは、それぞれ異なる位置に投影される。そして、虚像５の第１映像と実像６の第２映像とは、それぞれ同時に表示される。
【００４７】
「ラスタ走査」とは、フィールド全体をラスタ状に走査して描画をする方法である。ここでは、レーザー光線で走査している。「ラスタ」とは、複数の走査線を並べて作ったパターンのことである。
【００４８】
制御部８が各半導体レーザー１１を制御することで、第１映像および第２映像は形成される。
【００４９】
実施の形態１では、レーザー光線１６ＲＧのＭＥＭＳミラー装置１５への入射角は、レーザー光線１６ＢのＭＥＭＳミラー装置１５への入射角と異なる。レーザー光線１６ＲＧは、第１映像を形成している。レーザー光線１６Ｂは、第２映像を形成している。これにより、画像表示装置１００は、第１映像と第２映像とを別の位置に投影している。
【００５０】
図５は、第１映像（虚像５）と第２映像（実像６）とを分けて投影する例を示した模式図である。図５では、図４と異なり、レーザー光線１６ＲＧ，１６ＢのＭＥＭＳミラー装置１５への入射角は同一である。
【００５１】
そして、レーザー光線１６ＲＧとレーザー光線１６Ｂとは、異なる時間に点灯して、映像を表示している。レーザー光線１６ＲＧは、虚像５を表示している。レーザー光線１６Ｂは、実像６を表示している。
【００５２】
図５のように、ＭＥＭＳミラー装置１５へ入射する際のレーザー光線１６ＲＧ，１６Ｂの光軸は同一である。そして、第１映像が表示される領域は、第２映像が表示される領域と異なる。つまり、実像６を表示する領域では、レーザー光源１１Ｒ，１１Ｇを点灯して、レーザー光源１１Ｂを消灯する。一方、虚像５を表示する領域では、レーザー光源１１Ｒ，１１Ｇを消灯して、レーザー光源１１Ｂを点灯する。
【００５３】
図４に示す投影方法の画像表示装置は、図５に示す投影方法の画像表示装置よりも、第１映像が表示される領域および第２映像が表示される領域の大きさを大きくできる。また、図４に示す投影方法の画像表示装置は、第１映像および第２映像の画素数を向上させることができる。
【００５４】
実施の形態１では、第２映像はフロントウインドシールド７に実像６として表示される。そのため、フロントウインドシールド７は、発光層７１を備える必要がある。発光層７１は、特定の波長領域の光で蛍光を発する発光粒子を含有している。
【００５５】
図６は、フロントウインドシールド７の構造を示す構造図である。
【００５６】
図６のフロントウインドシールド７では、一対のガラス板７２，７３の間に発光層７１が積層されている。
【００５７】
実施の形態１に示す発光層７１は、青色半導体レーザー１１Ｂの波長領域の光を照射することで、蛍光を発する。そして、発光層７１は発色する。
【００５８】
そのため、第２映像は、青色半導体レーザー１１Ｂを用いて描かれている。ここで、第２映像は、実像６として表示されている。また、発光層７１は、青色半導体レーザー１１Ｂの波長領域で発色する。
【００５９】
一方、第１映像は、赤色半導体レーザー１１Ｒおよび緑色半導体レーザー１１Ｇを用いて描かれている。ここで、第１映像は、虚像５として表示されている。そして、赤色半導体レーザー１１Ｒおよび緑色半導体レーザー１１Ｇは、発光層７１が発色する波長領域以外の波長の半導体レーザーである。
【００６０】
実施の形態１に係る画像表示装置１００によれば、運転者の目９５から見て、第１映像および第２映像の両方は、フロントウインドシールド７上に表示される。第１映像は、虚像５として表示される。また、第２映像は、実像６として表示される。従って、第１映像の情報と第２映像の情報とをそれぞれ視認する際に、視線移動の量を低減することができる。
【００６１】
また、実施の形態１に係る画像表示装置１００によれば、ＭＥＭＳミラー装置１５への入射角を、レーザー光線１６ＲＧとレーザー光線１１Ｂとで異なる角度としている。そして、レーザー光線１６ＲＧとレーザー光線１１ＢとのＭＥＭＳミラー装置１５への入射角を変えることで、画像表示装置１００は、第１映像および第２映像を、一つのＭＥＭＳミラー装置１５で投影している。そして、画像表示装置１００は、第１映像および第２映像を、同時に表示している。
【００６２】
レーザー光線１６Ｒは、赤色半導体レーザー１１Ｒから出射される。レーザー光線１６Ｇは、緑色半導体レーザー１１Ｇから出射される。レーザー光線１１Ｂは、青色半導体レーザー１１Ｂから出射される。そして、第１映像は、レーザー光線１６Ｒ，１６Ｇによって描かれる。第二映像は、レーザー光線１６Ｂによって描かれる。
【００６３】
従って、第１映像と第２映像とにおいて、それぞれの画角，解像度および輝度は、ＭＥＭＳミラー装置１５が一つの映像を投影する場合と等しくなる。
【００６４】
なお、以上のように本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限るものではない。
【００６５】
また、上述の実施の形態では自動車などの車両に搭載する画像表示装置１００を例に挙げた。しかし、これに限らず、船舶、航空機または工場設備などで使用する各種機器の画像表示機能を備えた装置に適用できる。
【符号の説明】
【００６６】
１００  画像表示装置、  １  光源部、  １１  半導体レーザー、  １１Ｒ  赤色半導体レーザー、  １１Ｇ  緑色半導体レーザー、  １１Ｂ  青色半導体レーザー、  １６，１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂ，１６ＲＧ  レーザー光線、  １２  合波プリズム、  １３  レンズ、  ４，１４  ミラー、  １５  ＭＥＭＳミラー装置、  １５ａ  ＭＥＭＳミラー、  ２  スクリーン、  ３  拡大ミラー、  ５  虚像、  ６  実像、  ７  フロントウインドシールド、  ７１  発光層、  ７２，７３  ガラス板、  ８  制御部、  ９  表示される画像情報、９５  運転者の目。
【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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