JP6854448B2 - 表示装置、及びそれを備える移動体 - Google Patents

Description

本発明は、表示装置、及びそれを備える移動体に関し、特に、対象空間に虚像を投影する表示装置、及びそれを備える移動体に関する。

従来、自動車に搭載されるヘッドアップディスプレイ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載のヘッドアップディスプレイ装置は、投影装置と、第一スクリーンと、第二スクリーンと、平面鏡及び凹面鏡からなるリレー光学系と、を備える。ヘッドアップディスプレイ装置では、投影装置が第一スクリーンに投影した第一表示画像と、投影装置が第二スクリーンに投影した第二表示画像とを、リレー光学系が車両のフロントガラス（ウインドシールド）に向けて反射する。これにより、ユーザに対して第一表示画像による第一虚像と、第二表示画像による第二虚像とを視認させている。

このヘッドアップディスプレイ装置では、第二スクリーンに投影される投影光の光軸に対して直交するように第二スクリーンが配置され、第一スクリーンに投影される投影光の光軸に対して斜めに交差するように第一スクリーンが配置されている。これによって、第一表示画像による第一虚像は路面に沿うように表示され、第二表示画像による第二虚像は路面と直交するように表示される。

特許第５９３０２３１号公報

特許文献１に記載のヘッドアップディスプレイ装置では、路面に沿うように表示される第一虚像と、路面に直交するように表示される第二虚像とを表示するために、投影光に対する傾きが異なる第一スクリーンと第二スクリーンを備えている。そして、１つの投影装置からの投影光を、距離が異なる２つのスクリーン（第一スクリーン及び第二スクリーン）に結像させているので、投影装置が備える光学系の焦点深度を大きく（深く）する必要があり、その結果、虚像の解像度が低下するという問題があった。

本発明の目的は、虚像の解像度を向上させることができる表示装置、及びそれを備える移動体を提供することにある。

第１の態様の表示装置は、移動体のウインドシールドに画像を投影する表示装置であって、映像表示部と、光学素子と、投影部とを備える。前記映像表示部は映像を映像表示面に表示する。前記光学素子は、前記映像表示面に表示される前記映像の少なくとも一部が入射面から入射されて、前記入射面から入射した入射映像を出射面から出射する。前記投影部は、前記映像表示部及び前記光学素子から出力される光により前記ウインドシールドに前記画像を投影することによって対象空間に虚像を投影する。前記光学素子の前記出射面の少なくとも一部に、前記映像表示面の少なくとも一部に対して傾斜する傾斜部が設けられている。前記光学素子の前記入射面は、前記映像表示部からの光の投影方向に対して傾斜しており、前記光学素子の前記出射面は、前記映像表示部からの光の投影方向に対して直交しており、前記光学素子の前記出射面に、光を拡散させる光拡散部が設けられている。

第２の態様の表示装置では、第１の態様において、前記虚像は、前記投影部の光軸に対する傾斜角度が所定値より小さい第１仮想面上に投影される第１虚像と、前記投影部の光軸に対する傾斜角度が所定値より大きい第２仮想面上に投影される第２虚像とを含む。

第３の態様の表示装置では、第２の態様において、前記映像表示面の一部に前記光学素子が配置されている。前記傾斜部を透過する光で前記第２虚像が投影され、前記映像表示部を透過する光のうち前記光学素子が配置されている領域以外の領域を透過する光で前記第１虚像が投影される。

第４の態様の表示装置では、第１〜３のいずれかの態様において、前記光学素子が、前記映像表示面に対して光の投影方向の前方に配置されている。

第５の態様の表示装置では、第１〜４のいずれかの態様において、前記映像表示部は、光を投射して前記映像表示面に結像させる投射装置である。

第６の態様の表示装置では、第１〜５のいずれかの態様において、前記映像表示部は、前記映像を表示する映像表示装置である。

第７の態様の移動体は、第１〜６のいずれかの態様の表示装置と、前記映像表示面からの光を反射する反射部材としての前記ウインドシールドと、を備える。

本発明によれば、虚像の解像度を向上させることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る表示装置を備える自動車の概念図である。 図２は、同上の表示装置を用いた場合のユーザの視野を示す概念図である。 図３は、同上の表示装置の構成を示す概念図である。 図４は、同上の表示装置の要部を示す概念図である。 図５Ａは、同上の表示装置のスクリーンを示す正面図である。図５Ｂは、本発明の一実施形態の変形例１に係る表示装置のスクリーンを示す正面図である。 図６は、本発明の一実施形態の変形例２に係る表示装置の要部を示す概念図である。 図７は、本発明の一実施形態の変形例３に係る表示装置の要部を示す概念図である。 図８Ａは、本発明の一実施形態の変形例４に係る表示装置の要部を示す概念図である。図８Ｂは、本発明の一実施形態の変形例５に係る表示装置の要部を示す概念図である。図８Ｃは、本発明の一実施形態の変形例６に係る表示装置の要部を示す概念図である。 図９は、本発明の一実施形態の変形例７に係る表示装置の要部を示す概念図である。

以下に説明する実施形態は、本発明の種々の実施形態の一つに過ぎない。本発明の実施形態は、下記実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外も含み得る。また、下記の実施形態は、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。

（１）概要
本実施形態に係る表示装置１０は、図１に示すように、例えば、移動体としての自動車１００に用いられるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ：Head-Up Display）である。

この表示装置１０は、自動車１００のウインドシールド１０１に下方から画像を投影するように、自動車１００の車室内に設置されている。図１の例では、ウインドシールド１０１の下方のダッシュボード１０２内に、表示装置１０が配置されている。表示装置１０からウインドシールド１０１に画像が投影されると、反射部材としてのウインドシールド１０１で反射された画像がユーザ２００（運転者）に視認される。

このような表示装置１０によれば、運転席に着座するユーザ２００には、自動車１００の前方（車外）の対象空間４００に、虚像３００が投影されているように見える。ここでいう「虚像」は、表示装置１０から出射される光がウインドシールド１０１等の反射物にて反射するとき、その反射光線によって、実際に物体があるように結ばれる像を意味する。そのため、自動車１００を運転しているユーザ２００は、自動車１００の前方に広がる実空間に重ねて、表示装置１０にて投影される虚像３００を見ることができる。したがって、表示装置１０によれば、例えば、車速情報、ナビゲーション情報、歩行者情報、前方車両情報、車線逸脱情報、及び車両コンディション情報等の、種々の運転支援情報を、虚像３００として表示し、ユーザ２００に視認させることができる。これにより、ユーザ２００は、ウインドシールド１０１の前方に視線を向けた状態から僅かな視線移動だけで、運転支援情報を視覚的に取得することができる。

本実施形態に係る表示装置１０では、対象空間４００に形成される虚像３００は、少なくとも第１虚像３０１と第２虚像３０２との２種類の虚像を含んでいる。ここでいう「第１虚像」は、第１仮想面５０１上に形成される虚像３００（３０１）である。「第１仮想面」は、表示装置１０の光軸５００に対する傾斜角度αが所定値γよりも小さい（α＜γ）仮想面である。また、ここでいう「第２虚像」は、第２仮想面５０２上に形成される虚像３００（３０２）である。「第２仮想面」は、表示装置１０の光軸５００に対する傾斜角度βが所定値γよりも大きい（β＞γ）仮想面である。ここでいう「光軸」は、後述する投影光学系４０（図３参照）によって対象空間４００に虚像が投影される方向に沿った光軸であって、対象空間４００を通り虚像３００の光路に沿った軸を意味する。所定値γは一例として４５度であって、傾斜角度βは一例として９０度である。

本実施形態では、光軸５００は、自動車１００の前方の対象空間４００において、自動車１００の前方の路面６００に沿っている。そして、第１虚像３０１は、路面６００に略平行な第１仮想面５０１上に形成され、第２虚像３０２は、路面６００に対して略垂直な第２仮想面５０２上に形成される。例えば、路面６００が水平面である場合には、第１虚像３０１は水平面に沿って表示され、第２虚像３０２は鉛直面に沿って表示されることになる。

図２は、ユーザ２００の視野を示す概念図である。すなわち、本実施形態に係る表示装置１０によれば、図２に示すように、路面６００に沿って奥行きをもって視認される第１虚像３０１と、ユーザ２００から一定距離の路面６００上に直立して視認される第２虚像３０２とを表示可能である。したがって、ユーザ２００においては、第１虚像３０１については路面６００に略平行な平面上にあるように見え、第２虚像３０２については路面６００に対して略垂直な平面上にあるように見える。第１虚像３０１は、一例として、ナビゲーション情報として自動車１００の進行方向を示す情報であり、路面６００上に右折又は左折を示す矢印を提示すること等が可能である。第２虚像３０２は、一例として、現在時刻、車速情報、及び車両コンディション情報であり、例えば文字、数字、及び記号、又は燃料計等のメータにてこれらの情報を提示すること等が可能である。ここにおいて、第１虚像３０１は、自動車１００の運転の目安になるよう、ユーザ２００において自動車１００の例えば１０〜２００ｍ前方に表示されているように見えるのが好ましい。第２虚像３０２は、ユーザ２００（運転者）が道路状況を視認するのを邪魔しないように、ウインドシールド１０１の下側部分に表示されており、ユーザ２００において自動車１００の数ｍ（例えば２〜３ｍ）前方に表示されているように見えるのが好ましい。

（２）構成
本実施形態に係る表示装置１０は、図３及び図４に示すように、映像表示部２０と、光学素子３０と、投影部である投影光学系４０と、制御回路５０とを備える。

映像表示部２０は、映像投射装置２１と、スクリーン２２とを備える。

映像投射装置２１は、スクリーン２２の入射面に対して、対象空間４００に虚像３００を形成するための画像を投影する。

スクリーン２２は、例えば、光拡散性を有し、矩形に形成された板状の透過スクリーンからなる（図５Ａ参照）。スクリーン２２は、表示装置１０の筐体等に対して定位置に固定されている。スクリーン２２には、映像投射装置２１から投影される光によって画像が描画され、スクリーン２２を透過する光によってウインドシールド１０１に画像が投影される。ここにおいて、スクリーン２２の表面が、映像を表示する映像表示面２２１となる。

光学素子３０は、例えば、クラッド径が数μｍ〜数十μｍの複数本の光ファイバを束にした集束体であり、前方から見た形状が矩形に形成されている（図５Ａ参照）。光学素子３０の一端側の入射面３１に入射する光は、光学素子３０の他端側の出射面３２にそのまま導かれる。つまり、光学素子３０は、入射面３１から入射した入射映像を出射面３２に伝達し、入射映像を出射面３２から出射する。

光学素子３０は、入射面３１がスクリーン２２の映像表示面２２１の一部と重なるように、映像表示面２２１に配置されている。光学素子３０は、例えば透光性を有する接着材などで映像表示面２２１に固定されている。

光学素子３０は例えば角柱状であり、光学素子３０の入射面３１はスクリーン２２の表面に沿った傾斜面となっているので、光学素子３０はスクリーン２２の表面からスクリーン２２の表面の法線方向と斜めに交差する方向に向かって突出する。すなわち、図４に示す光学素子３０では、光学素子３０の出射面３２の全体が、映像表示面２２１に対して傾斜する傾斜部３２１となっている。

そして、映像表示面２２１は、映像表示面２２１の法線と、映像の投影方向（図４のＡ１）とが所定角度θ１（０＜θ１＜９０）で交差するように配置されている。また、光学素子３０の出射面３２は映像の投影方向Ａ１に対して直交している。すなわち、傾斜部３２１の表面は映像表示面２２１の全体に対して傾斜している。ここでいう「直交」とは直角に交差しているものに限定されず、人の目で見てほぼ直交しているとみなせる方向であれば、直交方向から多少（数度程度）ずれていてもよい。傾斜部３２１の表面は、映像表示面２２１の全体に対して傾斜しているが、映像表示面２２１の一部に対して傾斜してもよい。

これにより、映像表示面２２１に表示される映像のうち、入射面３１と重なる領域以外の領域２２３に入射される映像は、投影方向Ａ１に対して傾斜した面に表示されるので、この映像により対象空間４００に第１虚像３０１が投影される。また、映像表示面２２１に表示される映像のうち、光学素子３０の入射面３１に入射した入射映像は、投影方向Ａ１に対して直交する面（出射面３２、傾斜部３２１）に表示されるので、この映像により対象空間４００に第２虚像３０２が投影される。

また、光学素子３０の入射面３１に入射された映像は、映像の投影方向（図４のＡ１）において、光学素子３０の全長分だけスクリーン２２（映像表示部２０）から遠い位置に移動される。

これにより、光学素子３０の出射面３２からユーザ２００までの光の経路長は、映像表示面２２１において光学素子３０と重なっていない領域２２３からユーザ２００までの光の経路長よりも短くなる。したがって、出射面３２に表示される映像によって形成される虚像は、映像表示面２２１の領域２２３に表示される映像によって形成される虚像よりも自動車１００に近い位置に表示されることになる。そこで、本実施形態の表示装置１０では、映像表示面２２１の領域２２３に第１虚像３０１を形成するための映像が表示され、出射面３２に第２虚像３０２を形成するための映像が表示される。例えば、第１虚像３０１を自動車１００の１０〜２００ｍ前方に表示させ、第２虚像３０２を自動車１００の数ｍ（例えば２〜３ｍ）前方に表示させるためには、光学素子３０の全長は１〜２０ｍｍ、より好ましくは５〜１０ｍｍに設定されるのが好ましい。

投影光学系４０は、映像表示面２２１及び光学素子３０の出射面３２から出力される光により、対象空間４００に虚像３００を投影する（図１参照）。投影光学系４０は、図３に示すように、第１ミラー４１と、第２ミラー４２とを有している。

第１ミラー４１と第２ミラー４２とは、映像表示面２２１及び光学素子３０の出射面３２から出射する光の経路上に、この順番に配置されている。第１ミラー４１は、映像表示面２２１及び光学素子３０の出射面３２から出射する光を、第２ミラー４２に向けて反射する。第２ミラー４２は、第１ミラー４１からの光を、ウインドシールド１０１（図１及び図３参照）に向けて反射する。すなわち、投影光学系４０は、映像表示面２２１と光学素子３０の出射面３２とに形成される映像を、ウインドシールド１０１に投影することで、対象空間４００に虚像３００を投影する。なお、投影光学系４０は、第１ミラー４１と第２ミラー４２とを備えるものに限定されず、第１ミラー４１及び第２ミラー４２に加えて映像を拡大又は縮小するためのレンズや更なるミラーを備えてもよい。また、レンズ、ミラーなどの投影光学系４０は省略されてもよく、その場合は映像投射装置２１が、対象空間に虚像を投影する投影部を兼用する。

制御回路５０は、映像投射装置２１の動作を制御する。制御回路５０は、例えば、自動車１００に搭載されている運転支援システムからの信号を受けて、投影する虚像３００の内容（コンテンツ）を決定する。制御回路５０は、虚像３００の内容に応じた映像を作成し、作成した映像を映像投射装置２１に表示させる。

ここにおいて、制御回路５０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びメモリを有するマイクロコンピュータにて構成されている。言い換えれば、制御回路５０は、ＣＰＵ及びメモリを有するコンピュータにて実現されており、ＣＰＵがメモリに格納されているプログラムを実行することにより、コンピュータが制御回路５０として機能する。プログラムは、ここでは制御回路５０のメモリに予め記録されているが、インターネット等の電気通信回線を通じて、又はメモリカード等の記録媒体に記録されて提供されてもよい。

（３）動作
本実施形態に係る表示装置１０の動作について、図１〜図４を参照して説明する。

制御回路５０は、映像投射装置２１を制御して、映像投射装置２１からスクリーン２２に光を照射させる。スクリーン２２に映像投射装置２１から光が照射されると、スクリーン２２の表面２２１又は裏面２２２に映像が形成（投影）される。ここで、スクリーン２２の厚み方向における両側面のうち映像投射装置２１と対向する面を裏面２２２、反対側の面を表面２２１という。本実施形態では、一例として、スクリーン２２の表面が光拡散性を有しているので、スクリーン２２の表面（映像表示面２２１）に映像が形成される。そして、映像表示面２２１に形成される映像のうち、光学素子３０と重なる領域に形成される映像は、光学素子３０の入射面３１に入射する。光学素子３０の入射面３１から入射した入射映像は、光学素子３０によって光学素子３０の出射面３２に伝達される。したがって、映像表示面２２１において光学素子３０が重なっていない領域２２３と、光学素子３０の出射面３２とにそれぞれ映像が表示される。そして、映像表示面２２１の領域２２３と光学素子３０の出射面３２とにそれぞれ表示される映像は、第１ミラー４１と第２ミラー４２とに反射されて、ウインドシールド１０１に投影される。これにより、映像表示面２２１の領域２２３と光学素子３０の出射面３２とにそれぞれ表示される映像は、自動車１００の車室内であってウインドシールド１０１の下方から、ウインドシールド１０１に投影される。

投影光学系４０からウインドシールド１０１に映像が投影されると、ウインドシールド１０１は、投影光学系４０からの光を、車室内のユーザ２００（運転者）に向けて反射する。これにより、ウインドシールド１０１で反射された映像が、ユーザ２００に視認される。その結果、ユーザ２００は、自動車１００の前方（車外）に投影された虚像３００（第１虚像３０１又は第２虚像３０２）を、ウインドシールド１０１越しに視認する。つまり、ユーザ２００は、ウインドシールド１０１越しに見える車外の景色に、虚像３００（第１虚像３０１又は第２虚像３０２）を重ねて見ることができる。

本実施形態の表示装置１０では、光学素子３０の出射面３２に、映像表示面２２１に対して傾斜する傾斜部３２１が設けられている。したがって、映像表示面２２１において光学素子３０と重なっていない領域２２３に表示される映像に対して、光学素子３０の傾斜部３２１に表示される映像の傾きを異ならせることができる。映像表示面２２１の領域２２３の映像で投影される虚像（第１虚像３０１）の路面６００に対する角度と、光学素子３０の傾斜部３２１の映像で投影される虚像（第２虚像３０２）の路面６００に対する角度とを異ならせることができる。ここで、光学素子３０は映像表示面２２１に設けられており、映像表示面２２１において光学素子３０が重なっていない領域２２３と、光学素子３０の入射面３１との間に隙間がないので、映像表示部２０からユーザ２００に直接照射される漏れ光を低減できる。

また、スクリーン２２だけでは、路面６００に沿った第１虚像３０１しか投影できないが、傾斜部３２１を有する光学素子３０をスクリーン２２に配置することで、第２虚像３０２を投影することもできる。

また、本実施形態の表示装置１０では、光学素子３０によって、映像表示面２２１に表示される映像の一部（入射面３１に入射される入射映像）が、映像表示面２２１に対して光学素子３０の全長分だけ、映像投射装置２１から離れる方向に移動させられる。したがって、本実施形態の表示装置１０では、光学素子３０の出射面３２とユーザ２００との間の光の経路長を、映像表示面２２１の領域２２３とユーザ２００との間の光の経路長よりも光学素子３０の全長分だけ短くできる。よって、光学素子３０の出射面３２に表示される映像で投影される第２虚像３０２は、映像表示面２２１の領域２２３に表示される映像で投影される第１虚像３０１よりも手前に表示されることになる。

また、本実施形態の表示装置１０では、光学素子３０が、映像表示面２２１に対して光の投影方向Ａ１の前方に配置されており、第１虚像３０１と第２虚像３０２とを表示するための映像表示面２２１を１つのスクリーン２２で構成できる。

また、本実施形態の表示装置１０では、図４に示すように、映像表示面２２１の一部のみに光学素子３０が配置されている。光学素子３０の入射面３１は、映像投射装置２１からの光の出射方向（投影方向Ａ１）に対して傾斜し、光学素子３０の出射面３２は、映像投射装置２１からの光の出射方向（投影方向Ａ１）に対して直交している。したがって、光学素子３０の出射面３２は、映像表示面２２１に対して傾斜する傾斜部３２１となる。よって、傾斜部３２１を透過する光で対象空間４００に第２虚像３０２を投影することができ、映像表示面２２１の領域２２３を透過する光で第１虚像３０１が投影される。

（４）変形例
上記実施形態において、光学素子３０は、前方から見た形状が矩形のものに限定されず、図５Ｂに示すように前方から見た形状が円形のものでもよく、円形のメータ等を表示するのに好適である（変形例１）。また、虚像３００を投影するための映像が表示可能であれば、光学素子３０の形状は矩形以外の多角形、楕円形などの形状でもよい。同様に、虚像３００を投影するための映像が表示可能であれば、スクリーン２２の形状は矩形以外の多角形、楕円形、円形などの形状でもよい。

上記実施形態において、光学素子３０は、光ファイバを束ねた集束体からなるものに限定されず、鉱物の細長い結晶が平行連晶したような繊維状結晶群（いわゆるテレビ石）でもよい。

上記実施形態では、映像表示部２０が、映像の全体を同時に投影して映像表示面２２１に結像させる映像投射装置であったが、図６に示すような、レーザスキャンタイプの映像投射装置２１Ａを備える映像表示部２０Ａでもよい（変形例２）。なお、上記実施形態と共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。

映像投射装置２１Ａは、レーザ光を出力するレーザ光源と、レーザ光源から出力されるレーザ光をスキャンするＭＥＭＳミラーなどの走査光学系とを備えている。映像投射装置２１Ａが、レーザ光源から出力されるレーザ光を走査光学系でスキャンすることによって、スクリーン２２の映像表示面２２１の領域２２３と光学素子３０の出射面３２とに映像が描画される。

上記実施形態及び変形例１、２において、「映像表示面」は、スクリーン２２において画像を形成するための面であればよく、スクリーン２２の表面２２１に限らず、例えばスクリーン２２の裏面２２２であってもよい。更に、スクリーン２２の表面２２１（又は裏面２２２）の全域が「映像表示面」でなくてもよく、「映像表示面」はスクリーン２２の表面２２１（又は裏面２２２）の一部の領域であってもよい。この場合、画像はスクリーン２２の表面２２１（又は裏面２２２）のうち一部の領域にのみ形成される。

また、スクリーン２２は、表面２２１にのみ光拡散性を有する構成に限らず、例えば、裏面２２２にのみ、又は表面２２１及び裏面２２２の両方に光拡散性を有していてもよい。スクリーン２２の裏面２２２に光拡散性を有する場合、画像はスクリーン２２の裏面２２２に形成される。

また、映像表示部２０は、光をスクリーン２２に投影する映像投射装置２１，２１Ａを備えるものに限定されず、図７に示すような、液晶パネルのようなフラットパネルディスプレイ２２４とバックライト２２５とで構成される映像表示部２０Ｂでもよい（変形例３）。なお、上記実施形態と共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。

バックライト２２５は、例えば、発光ダイオードと導光板とを組み合わせた面状光源である。導光板はフラットパネルディスプレイの背面に沿って配置されており、発光ダイオードの光が導光板のエッジ部分から入射すると、導光板の前面の全体が発光することでフラットパネルディスプレイ２２４の表面から映像が出力される。なお、バックライト２２５は、発光ダイオードと拡散板とを組み合わせた面状光源でもよい。拡散板はフラットパネルディスプレイの背面に沿って配置されており、発光ダイオードから入射する光を拡散することで、拡散板の全体が発光し、フラットパネルディスプレイ２２４の表面から映像が出力される。

変形例３では、フラットパネルディスプレイ２２４の表面が映像表示面２２１Ｂとなり、映像表示面２２１Ｂ（フラットパネルディスプレイ２２４の表面）の一部に光学素子３０が配置されている。なお、フラットパネルディスプレイ２２４は液晶パネルに限定されず、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイなどの自発光型のフラットパネルディスプレイでもよく、その場合はバックライト２２５を省略できる。なお、変形例３の構成は上記の変形例１に適用してもよい。

また、光学素子３０は、映像表示面２２１Ｂとなるフラットパネルディスプレイ２２４の表面に対して光の投影方向Ａ１の前方に配置されている。したがって、第１虚像３０１と第２虚像３０２とを表示するための映像表示面２２１を１つのフラットパネルディスプレイ２２４で構成できる。

上記実施形態及び変形例１〜３の表示装置１０では、映像が表示される映像表示面２２１，２２１Ｂに１つの光学素子３０が配置されているが、映像表示面２２１，２２１Ｂに複数の光学素子３０が配置されてもよい。

また、変形例３に係る表示装置１０では、光学素子３０の入射面３１が、映像表示部２０Ｂからの光の出射方向Ａ１に対して傾斜し、光学素子３０の出射面３２が、出射方向Ａ１に対して直交しているが、その逆でもよい（変形例４）。

図８Ａは変形例４に係る表示装置１０の要部の概念図である。図８Ａでは、映像表示装置２２４及び光学素子３０Ａ以外の構成については図示を省略している。

上記実施形態及び変形例１〜３では、映像表示面２２１の法線方向と出射方向Ａ１とが０度より大きく９０度より小さい所定の角度（例えば５〜４５度の角度）で交差しているが、図８Ａに示す変形例４では、映像表示装置２２４の映像表示面２２１Ｂの法線方向が出射方向Ａ１と平行している。変形例４では映像表示面２２１Ｂの全体に光学素子３０Ａが設けられている。光学素子３０Ａの入射面３１は、映像表示部２０Ｂからの光の出射方向Ａ１と直交し、光学素子３０Ａの出射面３２の一部に映像表示面２２１Ｂに対して傾斜する傾斜部３２１Ａが設けられている。これにより、出射面３２に設けられた傾斜部３２１Ａの法線方向と出射方向Ａ１とは、０度より大きく９０度よりも小さい所定の角度（例えば５度〜４５度）で交差する。一方、出射面３２のうち傾斜部３２１Ａ以外の領域３２２は、入射面３１と平行している。

このように、光学素子３０Ａが映像表示面２２１Ｂの全体に設けられており、光学素子３０の出射面３２のうち傾斜部３２１Ａは映像表示面２２１Ｂに対して傾斜し、出射面３２のうち傾斜部３２１Ａ以外の領域３２２は映像表示面２２１Ｂに対して平行している。つまり、光学素子３０Ａの入射面３１は映像表示部２０Ｂからの光の投影方向Ａ１に対して直交し、光学素子３０Ａの出射面３２（傾斜部３２１Ａの表面）は映像表示部２０Ｂからの光の投影方向Ａ１に対して傾斜している。したがって、傾斜部３２１Ａの映像によって対象空間４００には第１虚像３０１が投影され、出射面３２の領域３２２の映像によって対象空間４００には第２虚像３０２が投影される。なお、上記の実施形態及び変形例１〜３に変形例４の構成を適用してもよい。ただし、変形例４の構成は表示装置１０に必須の構成ではなく、適宜省略が可能である。

上記の変形例４では、出射面３２において傾斜部３２１Ａと傾斜部３２１Ａ以外の領域３２２との間に段差が無いが、図８Ｂに示すように、出射面３２において傾斜部３２１Ａと傾斜部３２１Ａ以外の領域３２２との間に段差Ｄ１が設けられてもよい（変形例５）。つまり、光学素子３０の出射面３２側に、傾斜部３２１Ａ以外の部位から出射方向Ａ１に突出する柱状の突出部３２３を設けており、この突出部３２３の先端面が出射面３２における傾斜部３２１Ａ以外の領域３２２となる。

このように、出射面３２において傾斜部３２１Ａと傾斜部３２１Ａ以外の領域３２２との間に段差Ｄ１があるので、傾斜部３２１Ａとユーザ２００との間の光の経路長に比べて、出射面３２の領域３２２とユーザ２００との間の光の経路長を短くできる。よって、出射面３２の領域３２２に表示される映像によって投影される第２虚像３０２は、映像表示面２２１の領域２２３に表示される映像によって投影される第１虚像３０１よりも手前に表示されることになる。上記の実施形態及び変形例１〜３に変形例５の構成を適用してもよい。ただし、変形例５の構成は表示装置１０に必須の構成ではなく、適宜省略が可能である。

また、上記の変形例４，５では、光学素子３０の出射面３２の一部を傾斜部３２１Ａとしているが、図８Ｃに示すように、出射面３２の全体を傾斜部３２１Ｂとしてもよい（変形例６）。

変形例６では、光学素子３０Ｃの出射面３２の全体が傾斜部３２１Ｂとなっており、傾斜部３２１Ｂの映像によって、路面６００に沿った第１虚像３０１が対象空間に投影される。なお、上記の実施形態及び変形例１〜３に変形例６の構成を適用してもよい。ただし、変形例６の構成は表示装置１０に必須の構成ではなく、適宜省略が可能である。

また、変形例６では、光学素子３０Ｃの出射面３２の傾斜部３２１Ｂが１つの平面で構成されているが、角度の異なる複数の平面で構成されていてもよく、複数の平面のそれぞれに表示される映像によって傾きの異なる虚像を投影することができる。

また、上記の実施形態及び変形例１〜６において光学素子３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ３の傾斜部３２１，３２１Ａ，３２１Ｂは平面ではなく曲面でもよい。また、光学素子３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ３の出射面３２（傾斜部３２１，３２１Ａ，３２１Ｂを含む）の形状は、反射部材であるウインドシールド１０１の形状を反映した形状に形成されてもよい。これにより、移動体１００の品種などに応じてウインドシールド１０１の３次元形状が異なる場合でも、所望の虚像３００を投影できる。

また、上記の実施形態では、スクリーン２２１の表面の一部に光学素子３０が配置されているが、図９に示すように、スクリーン２２と光学素子３０とを並べて配置してもよい（変形例７）。なお、上記実施形態と共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。

スクリーン２２と光学素子３０とは、表示装置１０の筐体等に対して定位置に固定されている。ここにおいて、スクリーン２２の表面は映像投射装置２１からの光の投影方向Ａ１に対して傾斜しており、スクリーン２２の裏面２２２の一端部と、光学素子３０の入射面３１とは、光の投影方向Ａ１においてほぼ同じ位置に位置している。ここで、スクリーン２２の表面の法線方向と光の投影方向Ａ１とがなす角度は、０度よりも大きくかつ４５度よりも小さい角度であるのが好ましい。

また、光学素子３０の出射面３２には、光拡散性を有する光拡散部３３が接着材などで固定されている。光拡散部３３は、透明樹脂に当該透明樹脂と光屈折率が異なる光拡散剤を分散させた樹脂材料により形成される。なお、光拡散部３３は、透明樹脂又は透明ガラスの平板の表面にマイクロプリズムが形成されたものでもよい。

映像投射装置２１から投射された光は、スクリーン２２の裏面２２２と、光学素子３０の入射面３１とにそれぞれ入射する。これにより、スクリーン２２の表面と、光学素子３０の出射面３２に固定された光拡散部３３の表面とに映像が表示される。すなわち、変形例７では、スクリーン２２の表面と、光学素子３０の出射面３２に固定された光拡散部３３の表面とが、映像を表示する映像表示面になり、これらの映像表示面に表示された映像によって対象空間に虚像が投影される。

このように、光学素子３０の出射面３２には光拡散部３３が設けられているので、例えば日光などの外光が光拡散部３３に当たっても、光拡散部３３で拡散反射されるから、日光を正反射した光線を弱め、眩しい光がユーザ２００に当たりにくくなる。また、上記の変形例１〜３においても、複数の光学素子３０が映像表示面に配置されていてもよい。ただし、変形例７の構成は表示装置１０に必須の構成ではなく、適宜省略が可能である。

ここで、図９に示す変形例７では、光学素子３０の入射面３１と、スクリーン２２の裏面２２２とが所定の角度で交差しているが、光学素子３０の入射面３１と、スクリーン２２の裏面２２２とが平行であってもよい。

この場合に、スクリーン２２が、表示装置１０の筐体等に対して、移動方向（図９の左右方向）に移動可能に構成されてもよい。つまり、表示装置１０がダッシュボード１０２内に配置されている場合、光学部品３０はダッシュボード１０２内の定位置に固定され、スクリーン２２がダッシュボード１０２内を移動方向に移動可能である。

表示装置１０は、スクリーン２２を移動方向に移動させる駆動部を備えていればよい。駆動部は、例えば、ボイスコイルモータ等の電気駆動型のアクチュエータからなり、制御回路５０からの制御信号に応じてスクリーン２２を移動させる。また映像表示装置には、レーザスキャンタイプのものが用いられればよい。駆動部がスクリーン２２を移動させながら、映像表示装置がレーザ光をスクリーン２２に投射することで、移動方向に対して斜めに配置されているスクリーンに映像を描画するのと同じ状態になり、対象空間に第１虚像３０１が投影される。

また、表示装置１０は、自動車１００の進行方向の前方に設定された対象空間４００に虚像３００を投影する構成に限らず、例えば、自動車１００の進行方向の側方、後方、又は上方等に虚像３００を投影してもよい。

また、表示装置１０は、自動車１００に用いられるヘッドアップディスプレイに限らず、例えば、二輪車、電車、航空機、建設機械、及び船舶等、自動車１００以外の移動体にも適用可能である。さらに、表示装置１０は、移動体に限らず、例えば、アミューズメント施設で用いられてもよいし、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ：Head Mounted Display）等のウェアラブル端末、医療設備、又は据置型の装置として用いられてもよい。

（まとめ）
第１の態様の表示装置（１０）は、映像表示部（２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ）と、光学素子（３０）と、投影部（４０）とを備える。映像表示部（２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ）は映像を映像表示面（２２１，２２１Ｂ）に表示する。光学素子（３０）は、映像表示面（２２１，２２１Ｂ）に表示される映像の少なくとも一部が入射面（３１）から入射されて、入射面（３１）から入射した入射映像を出射面（３２）から出射する。投影部（４０）は、映像表示部（２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ）及び光学素子（３０）から出力される光により対象空間（４００）に虚像（３００）を投影する。光学素子（３０）の出射面（３２）の少なくとも一部に、映像表示面（２２１，２２１Ｂ）の少なくとも一部に対して傾斜する傾斜部（３２１，３２１Ａ，３２１Ｂ）が設けられている。

この構成によれば、傾斜部（３２１，３２１Ａ，３２１Ｂ）の映像によって対象空間（４００）に虚像（３００）が投影される。したがって、傾きの異なる虚像を投影するために２枚のスクリーンに映像を投影する場合に比べて、映像表示部（２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ）の焦点深度を小さくでき、映像の解像度、すなわち虚像の解像度を向上させることができる。

第２の態様の表示装置（１０）では、第１の態様において、虚像（３００）は、投影部（４０）の光軸（５００）に対する傾斜角度（α）が所定値より小さい第１仮想面（５０１）上に投影される第１虚像（３０１）と、投影部（４０）の光軸（５００）に対する傾斜角度（β）が所定値より大きい第２仮想面（５０２）上に投影される第２虚像（３０２）とを含む。

この構成によれば、映像表示面に表示される映像により第１虚像（３０１）と第２虚像（３０２）とを対象空間（４００）に投影することができる。

第３の態様の表示装置（１０）では、第２の態様において、映像表示面（２２１，２２１Ｂ）の一部に光学素子（３０）が配置されている。傾斜部（３２１，３２１Ａ，３２１Ｂ）を透過する光で第２虚像（３０２）が投影され、映像表示部（２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ）及び光学素子（３０）を透過する光のうち傾斜部（３２１，３２１Ａ，３２１Ｂ）以外を透過する光で第１虚像（３０１）が投影される。

この構成によれば、映像表示部（２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ）から直接ユーザに照射される漏れ光を低減できる。

第４の態様の表示装置（１０）では、第２の態様において、光学素子（３０）の出射面（３２）の一部に傾斜部（３２１，３２１Ａ，３２１Ｂ）が設けられている。傾斜部（３２１，３２１Ａ，３２１Ｂ）を透過する光で第１虚像（３０１）が投影され、出射面（３２）のうち傾斜部（３２１，３２１Ａ，３２１Ｂ）以外の領域を透過する光で第２虚像（３０２）が投影される。

この構成によれば、映像表示部（２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ）から直接ユーザに照射される漏れ光を低減できる。

第５の態様の表示装置（１０）では、第１〜４のいずれかの態様において、光学素子（３０）の入射面（３１）は、映像表示部（２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ）からの光の投影方向（Ａ１）に対して傾斜しており、光学素子（３０）の出射面（３２）は、映像表示部（２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ）からの光の投影方向（Ａ１）に対して直交している。

この構成によれば、光学素子（３０）によって、対象空間（４００）に投影される虚像（３００，３０１，３０２）の傾きを変更できる。

第６の態様の表示装置（１０）では、第１〜４のいずれかの態様において、光学素子（３０）の入射面（３１）は、映像表示部（２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ）からの光の投影方向（Ａ１）に対して直交している。光学素子（３０）の出射面（３２）は、映像表示部（２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ）からの光の投影方向（Ａ１）に対して傾斜している。

この構成によれば、光学素子（３０）によって、対象空間（４００）に投影される虚像（３００，３０１，３０２）の傾きを変更できる。

第７の態様の表示装置（１０）では、第１〜６のいずれかの態様において、光学素子（３０）が、映像表示面（２２１，２２１Ｂ）に対して光の投影方向（Ａ１）の前方に配置されている。

この構成によれば、光学素子（３０，３０Ａ，３０Ｂ）は、映像表示面（２２１，２２１Ｂ）に表示される映像の一部を、投影方向（Ａ１）の前方に移動させることができる。また、映像表示面（２２１，２２１Ｂ）を１つのスクリーン又は映像表示装置で構成できる、という利点もある。

第８の態様の表示装置（１０）では、第１〜７のいずれかの態様において、光学素子（３０）の出射面（３２）に、光を拡散させる光拡散部が設けられている。

この構成によれば、出射面（３２，３２Ａ，３２Ｂ）に光拡散部（３３）が設けられているので、例えば日光などの外光が光拡散部（３３）に当たっても、光拡散部（３３）で拡散反射させることができる。

第９の態様の表示装置（１０）では、第１〜８のいずれかの態様において、映像表示部（２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ）は、光を投射して映像表示面（２２１，２２１Ｂ）に結像させる投射装置である。

この構成によれば、映像表示部（２０，２０Ａ，２０Ｃ）の焦点深度を小さくできるので、解像度が高い映像を映像表示面に表示させることができる。

第１０の態様の表示装置（１０）では、第１〜８のいずれかの態様において、映像表示部は、映像を表示する映像表示装置（２０Ｂ）である。

この構成によれば、映像を投射する映像表示部に比べてスクリーンを不要にできる。

第１１の態様の移動体は、第１〜１０のいずれかの態様の表示装置（１０）と、映像表示面（２２１，２２１Ｂ）からの光を反射する反射部材（１０１）と、を備える。

この構成によれば、虚像の解像度を向上させることができる表示装置（１０）を備えた移動体（１００）を提供できる。

１０ 表示装置
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ 映像表示部
２１，２１Ａ 映像投射装置
２２，２２Ｄ，２２Ｅ スクリーン
３０，３０Ａ，３０Ｂ 光学素子
３１ 入射面
３２，３２Ａ，３２Ｂ 出射面
３２１，３２１Ａ，３２１Ｂ 傾斜部
３３ 光拡散部
４０ 投影光学系（投影部）
１００ 自動車（移動体）
１０１ ウインドシールド（反射部材）
２２１，２２１Ｂ 映像表示面
２２４ フラットパネルディスプレイ（映像表示装置）
２２５ バックライト（映像表示装置）
３００ 虚像
３０１ 第１虚像
３０２ 第２虚像
５００ 光軸
５０１ 第１仮想面
５０２ 第２仮想面
Ａ１ 投影方向
α，β 傾斜角度

Claims (7)

1. 移動体のウインドシールドに画像を投影する表示装置であって、
   映像を映像表示面に表示する映像表示部と、
   前記映像表示面に表示される前記映像の少なくとも一部が入射面から入射されて、前記入射面から入射した入射映像を出射面から出射する光学素子と、
   前記映像表示部及び前記光学素子から出力される光により前記ウインドシールドに前記画像を投影することによって対象空間に虚像を投影する投影部とを備え、
   前記光学素子の前記出射面の少なくとも一部に、前記映像表示面の少なくとも一部に対して傾斜する傾斜部が設けられており、
   前記光学素子の前記入射面は、前記映像表示部からの光の投影方向に対して傾斜しており、
   前記光学素子の前記出射面は、前記映像表示部からの光の投影方向に対して直交しており、
   前記光学素子の前記出射面に、光を拡散させる光拡散部が設けられている
   表示装置。
2. 前記虚像は、前記投影部の光軸に対する傾斜角度が所定値より小さい第１仮想面上に投影される第１虚像と、前記投影部の光軸に対する傾斜角度が所定値より大きい第２仮想面上に投影される第２虚像とを含む
   請求項１に記載の表示装置。
3. 前記映像表示面の一部に前記光学素子が配置されており、
   前記傾斜部を透過する光で前記第２虚像が投影され、
   前記映像表示部を透過する光のうち前記光学素子が配置されている領域以外の領域を透過する光で前記第１虚像が投影される
   請求項２に記載の表示装置。
4. 前記光学素子が、前記映像表示面に対して光の投影方向の前方に配置されている
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の表示装置。
5. 前記映像表示部は、光を投射して前記映像表示面に結像させる投射装置である
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の表示装置。
6. 前記映像表示部は、前記映像を表示する映像表示装置である
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の表示装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の表示装置と、
   前記映像表示面からの光を反射する反射部材としての前記ウインドシールドと、を備える
   移動体。

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