(57)【要約】奥行きがありながらも鮮明な虚像を投影することができる表示装置を提供すること。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（３０）と、を有している。表示装置（１０）は、ライトフィールドディスプレイ（３０）から出射された光を、ケース（２０）の外部に配置された表示部（Ｆｒ）に投射し、視認者（Ｍｎ）に虚像（Ｉ）を視認させる。表示装置（１０）は、ケース（２０）の内部で反射された外光が投射され、ケース（２０）の外部へ漏れることを抑制する遮光部（２１）、（２２）を有している。
2020059620.tif 000002
【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、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、前記ケースの外部に配置された表示部に投射し、視認者に虚像を視認させる表示装置であって、
前記ケースの外部から入射し前記ケースの内部で反射された外光が投射され、前記ケースの外部へ漏れることを抑制する遮光部を有していることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記ライトフィールドディスプレイは、前記外光が前記表示部に向かって反射することを防ぐよう、傾けて配置されていることを特徴とする請求項１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、フロントガラス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。【０００５】
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。【０００６】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１６―２１２３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の表示装置では、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。【０００９】
本発明は、奥行きがありながらも鮮明な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】
【００１０】
請求項１による発明によれば、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、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、前記ケースの外部に配置された表示部に投射し、視認者に虚像を視認させる表示装置であって、
前記ケースの外部から入射し前記ケースの内部で反射された外光が投射され、前記ケースの外部へ漏れることを抑制する遮光部を有していることを特徴とする表示装置が提供される。【００１１】
請求項２に記載のごとく、好ましくは、前記ライトフィールドディスプレイは、前記外光が前記表示部に向かって反射することを防ぐよう、傾けて配置される。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に係る発明では、表示装置は、ライトフィールドディスプレイから出射された光を、ケースの外部に配置された表示部に投射し、視認者に虚像を視認させるよう設計されている。ライトフィールドディスプレイは、ライトフィールドディスプレイの光を出射する面の一端から他端に亘って連続して結像位置の異なる光を出射し、立体的な虚像を視認者に視認させることができる。つまり、ライトフィールドディスプレイ自体から、奥行きのある虚像を投影する光を出射することができる。従って、奥行きのある虚像を投影するために、特許文献１に示したような光学部品（投射器及びスクリーン）等を用いる必要がない。このため、光が結像する位置からスクリーンの一部が外れる、という問題が生じない。結果、奥行きがありながらも視認者に鮮明な像を視認させることができる表示装置を提供することができる。【００１３】
加えて、表示装置は、ケースの外部から入射しケースの内部で反射された外光が投射され、ケースの外部へ漏れることを抑制する遮光部を有している。ケースが遮光部を有していることにより、ケース内部で反射された外光は、遮光部に入射すると共に遮光部によって遮断される。つまり、ケース内に入射した外光が外部に漏れる、ということが抑制される。結果、外光が表示部に投射され虚像の視認性が低下する、という現象が生じることを抑制することができる。【００１４】
請求項２に係る発明では、ライトフィールドディスプレイは、ケースの外部から入射した外光が表示部に向かって反射することを防ぐよう、傾けて配置されている。つまり、ライトフィールドディスプレイに入射した光がケースの外部に漏れないよう、ライトフィールドディスプレイが傾けられている。これにより、ライトフィールドディスプレイに入射した外光が遮光部に向かって反射される。つまり、ライトフィールドディスプレイによって反射された外光の光路上に、光を遮断する遮断部が設けられることになる。結果、ケース内に入射した外光が外部に漏れる、ということをより確実に抑制することができる。即ち、外光が表示部に投射され虚像の視認性が低下する、という現象が生じることをより確実に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例による表示装置の断面図である。
【図２】図１に示されたライトフィールドディスプレイの斜視図である。
【図３】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４】本発明の作用について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。なお、説明中、左右とは車両の乗員を基準として左右、前後とは車両の進行方向を基準として前後を指す。また、図中Ｆｒは前、Ｒｒは後、Ｌｅは乗員から見て左、Ｒｉは乗員から見て右、Ｕｐは上、Ｄｎは下を示している。
＜実施例＞
【００１７】
図１を参照する。表示装置１０は、例えば、車両Ｖｅに搭載され、車体の前部にあるフロントガラスＦｒ（表示部Ｆｒ）に光を投射する。フロントガラスＦｒに光が投射されることにより、運転者Ｍｎ（視認者Ｍｎ）は、フロントガラスＦｒの前方に像Ｉ（虚像Ｉ）が投影されているように認識する。
【００１８】
表示装置１０により投影される像Ｉは、上部が車両Ｖｅの前方側に傾いている。この上部が傾いた像Ｉ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。
【００１９】
表示装置１０は、箱状を呈するケース２０と、このケース２０内に固定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から出射された光を反射する平面鏡４０と、この平面鏡４０が反射した光をフロントガラスＦｒに向かって反射する凹面鏡５０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。
【００２０】
ケース２０は、上部が開口している下ケース２１と、この下ケース２１に被せられた上ケース２２と、この上ケース２２に嵌め込まれると共に透明な樹脂からなるカバー２３と、を有している。ケース２０は、ライトフィールドディスプレイ３０、平面鏡４０及び凹面鏡５０を収納している。
【００２１】
下ケース２１及び上ケース２２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、下ケース２１及び上ケース２２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２１、２２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２１、２２ということもできる。遮光部２１、２２に関する詳細は後述する。
【００２２】
図２及び図３を参照する。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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
図１を参照する。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（図１参照）の外部からレンズアレイ３２に入射した外光を遮光部２１、２２に向かって反射するよう、遮光部２１、２２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。
【００２７】
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。
【００２８】
図３を参照する。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】
図１及び図３を参照する。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下ケース２１に固定されている。
【００３２】
図１を参照する。平面鏡４０は、上ケース２２に固定された樹脂製の平面鏡支持部４１と、この平面鏡支持部４１に回転可能に支持された平面鏡ベース部４２と、この平面鏡ベース部４２の表面に形成されると共に入射した光を凹面鏡５０に向かって反射する平面鏡反射部４３と、を含んでいるフルミラーである。
【００３３】
平面鏡反射部４３は、レンズアレイ３２を通過した光の光路上に配置されている。平面鏡反射部４３は、例えば、アルミニウムや銀等の金属が薄膜状に形成されてなる。
【００３４】
凹面鏡５０は、下ケース２１に固定された樹脂製の凹面鏡支持部５１と、この凹面鏡支持部５１に回転可能に支持された凹面鏡ベース部５２と、この凹面鏡ベース部５２の表面に形成され入射した光をフロントガラスＦｒに向かって反射する凹面鏡反射部５３と、を含んでいる。
【００３５】
凹面鏡反射部５３は、平面鏡反射部４３で反射された光の光路上に配置されており、平面鏡反射部４３で反射された光をフロントガラスＦｒに向かって反射する。凹面鏡反射部５３を介してフロントガラスＦｒに光が投射されることにより、運転者Ｍｎが視認する像Ｉが拡大される。平面鏡反射部４３は、例えば、アルミニウムや銀等の金属が薄膜状に形成されてなる。
【００３６】
図１及び図３を参照する。制御部１２は、レンズアレイ３２を通過した光が平面鏡４０に入射するように、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。
【００３７】
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フロントガラスＦｒに投射されることにより、角度がθだけ前方に傾いた像Ｉが投影されているよう認識する。このような像Ｉは、フロントガラスＦｒ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、奥行きのある像Ｉ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（像Ｉを形成する光）を出射する必要がある。
【００３８】
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（図中において左端３２ｃ）から他端３２ｄ（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像Ｉ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、像Ｉ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の視認する任意の像Ｉが投影される。
【００３９】
次に、本発明の作用を説明する。
【００４０】
図１を参照する。表示装置１０は、例えば、車両Ｖｅに搭載されフロントガラスＦｒに向かって光を出射する。フロントガラスＦｒに光が投射されると、運転者ＭｎはフロントガラスＦｒの前方に投影された任意の像Ｉ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。
【００４１】
図４（ａ）を参照する。図４（ａ）には、光を出射する面が上方に向けられたライトフィールドディスプレイ１３０が設けられている図が示されている。制御部は、レンズアレイ１３２の一端１３２ｃから他端１３２ｄに亘って連続して結像位置の異なる光をライトフィールドディスプレイ１３０が出射するよう、各画素１３１ａが出射する光を制御する。レンズアレイ１３２の一端１３２ｃから出射される光は、フロントガラスＦｒから距離Ｌ１だけ離れた位置で結像し、レンズアレイ１３２の他端１３２ｄから出射される光は、フロントガラスＦｒから距離Ｌ２だけ離れた位置で結像することになる。これらの関係は、Ｌ１＜Ｌ２である。これにより、車両Ｖｅの進行方向に向かって角度θだけ傾いた像Ｉを視認させる。
【００４２】
図４（ｂ）を参照する。図４（ｂ）には、図４（ａ）においてライトフィールドディスプレイ１３０に外光が入射している図が示されている。このような表示装置１１０では、ライトフィールドディスプレイ１３０が平面鏡に臨んでいるため、レンズアレイ３２に入射した外光が平面鏡を介して、フロントガラスＦｒに反射されることがある。このため、運転者Ｍｎが視認する像の視認性が低下する虞がある。
【００４３】
図４（ｃ）を参照する。図４（ｃ）には、光を出射する面がケース２０の内壁２０ａに向かって傾けられたライトフィールドディスプレイ３０が設けられている図が示されている。制御部１２（図１参照）は、レンズアレイ３２の一端３２ｃから他端３２ｄに亘って連続して結像位置の異なる光をライトフィールドディスプレイ３０が出射すると共に、レンズアレイ３２から出射される光が所定の方向に向かうよう各画素３１ａが出射する光を制御する。更に、制御部１２は、ライトフィールドディスプレイ３０が傾いて設けられた状態においても、像Ｉの傾きが図４（ａ）の場合と同一になるよう各画素３１ａが出射する光を制御する。これにより、車両Ｖｅの進行方向に向かって角度θだけ傾いた像Ｉを視認させることができる。
【００４４】
図４（ｄ）を参照する。図４（ｄ）には、図４（ｃ）においてライトフィールドディスプレイ３０に外光が入射している図が示されている。下ケース２１及び上ケース２２は、光を遮光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の内壁２０ａ（下ケース２１及び上ケース２２）は、光を遮断する遮光部２１、２２である、ということができる。ここで、ライトフィールドディスプレイ３０の光を出射する面が遮光部２１、２２側に傾けられているため、レンズアレイ３２に入射した外光は、遮光部２１、２２に向かって反射され、遮光部２１、２２によって遮断される。結果、外光がフロントガラスＦｒに向かって反射されることが抑制される。即ち、運転者Ｍｎが視認する像の視認性が低下することを抑制することができる。
【００４５】
次に、本発明の効果を説明する。
【００４６】
図１を参照する。表示装置１０は、ライトフィールドディスプレイ３０から出射された光を、ケース２０の外部に配置された表示部Ｆｒに投射し、視認者Ｍｎに虚像Ｉを視認させるよう設計されている。ライトフィールドディスプレイ３０は、ライトフィールドディスプレイ３０の光を出射する面の一端３２ｃから他端３２ｄに亘って連続して結像位置の異なる光を出射し、立体的な虚像Ｉを視認者に視認させることができる。つまり、ライトフィールドディスプレイ３０自体から、奥行きのある虚像Ｉを投影する光を出射することができる。従って、奥行きのある虚像Ｉを投影するために、特許文献１に示したような光学部品（投射器及びスクリーン）等を用いる必要がない。このため、光が結像する位置からスクリーンの一部が外れる、という問題が生じない。結果、奥行きがありながらも視認者Ｍｎに鮮明な像Ｉを視認させることができる表示装置１０を提供することができる。
【００４７】
加えて、表示装置１０は、ケース２０の外部から入射しケース２０の内部で反射された外光が投射され、ケース２０の外部へ漏れることを抑制する遮光部２１、２２を有している。ケース２０が遮光部２１、２２を有していることにより、ケース２０内部で反射された外光は、遮光部２１、２２に入射すると共に遮光部２１、２２によって遮断される。つまり、ケース２０内に入射した外光が外部に漏れる、ということが抑制される。結果、外光が表示部Ｆｒに投射され虚像Ｉの視認性が低下する、という現象が生じることを抑制することができる。
【００４８】
更に、ライトフィールドディスプレイ３０は、ケース２０の外部から入射した外光が表示部Ｆｒに向かって反射することを防ぐよう、傾けて配置されている。つまり、ライトフィールドディスプレイ３０に入射した光がケース２０の外部に漏れないよう、ライトフィールドディスプレイ３０が傾けられている。これにより、ライトフィールドディスプレイ３０に入射した外光が遮光部２１、２２に向かって反射される。つまり、ライトフィールドディスプレイ３０によって反射された外光の光路上に、光を遮断する遮光部２１、２２が設けられることになる。結果、ケース２０内に入射した外光が外部に漏れる、ということをより確実に抑制することができる。即ち、外光が表示部Ｆｒに投射され虚像Ｉの視認性が低下する、という現象が生じることをより確実に抑制することができる。
【００４９】
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。
【００５０】
また、実施例に示されている反射鏡及び凹面鏡は必須の構成要素ではない。つまり、必要に応じて反射鏡及び／又は凹面鏡を廃すこともできる。また逆に、表示手段から表示部までの光路長を長くするために、必要に応じて反射鏡及び／又は凹面鏡を増やすこともできる。
【００５１】
更に、実施例において、表示部はフロントガラス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
１１…ヒートシンク
１２…制御部
２０…ケース
２１…遮光部（下ケース）
２２…遮光部（上ケース）
３０…ライトフィールドディスプレイ
３１…表示器
３１ａ…画素
３２…レンズアレイ
３２ｂ…レンズ
３３…外縁壁部
Ｆｒ…表示部（フロントガラス）
Ｉ…虚像（像）
Ｍｎ…視認者（運転者）
Ｖｅ…車両
【図１】
2020059620.tif 000003
【図２】
2020059620.tif 000004
【図３】
2020059620.tif 000005
【図４】
2020059620.tif 000006
【国際調査報告】
2020059620.tif 000007
2020059620.tif 000008
2020059620.tif 000009
2020059620.tif 000010