JP6569898B2 - 表示装置および表示方法 - Google Patents

Description

本発明は、画像などを表示する表示装置などに関する。

従来、透光性を有する板状の表示媒体に、画像を表す光を投射してその表示媒体に光を反射させることにより、その表示媒体越しの背景をユーザに見せながら、その画像を虚像としてユーザに視認させる表示装置が提案されている。このような表示装置は、いわゆるＡＲ（Augmented Reality）を用いたものであり、実際の背景の中に、その背景に関連する画像を表示することができる。特に、自動車関連の分野などでは、運転時に速度や各種の警告を示す画像を風防ガラス（フロントガラス）の前方に虚像として表示する、いわゆるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）が開発されている（例えば、特許文献１参照）。

このような表示装置を用いると、ユーザである運転手は、前方の外界を見ながら、視線を大きく動かすことなく、運転に関する情報（例えば地図やスピードメータなど）を見ることができるため、より安全に運転を行うことができる。

特開平３−２０９２１０号公報

しかしながら、上記特許文献１のヘッドアップディスプレイでは、二重像が生じ易いという課題がある。

そこで、本発明は、二重像の発生を抑えることが可能な表示装置を提供する。

本発明の一態様に係る表示装置は、板状の透光性を有する表示媒体と、画像を表す光が前記表示媒体に反射されてユーザに向けられるように、前記光を前記表示媒体に投射する投射部とを備え、前記投射部は、光の投射によって前記表示媒体越しに前記ユーザに虚像として視認される画像の位置と、前記ユーザの眼との間の表示距離を変化させ、前記表示媒体は、前記表示媒体の任意の高さにある部位における表面と裏面との間のなす角である楔角が、前記高さが高くなるにしたがって連続的に小さくなるように形成され、前記投射部から投射された前記光は、第１の光路と、前記第１の光路とは異なる第２の光路とを介して前記ユーザに向かい、前記第１の光路は、前記投射部からの光が、前記表示媒体の表面を透過して前記表示媒体の裏面で反射し、前記裏面から前記表面を介して前記ユーザに向かう光路であり、前記第２の光路は、前記投射部からの光が、前記表示媒体の前記表面で反射して前記ユーザに向かう光路である。

なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

本発明の表示装置は、二重像の発生を抑えることができる。

図１は、実施の形態における表示装置の使用例を示す図である。 図２は、実施の形態における表示装置１００によって表示される画像の一例を示す図である。 図３は、実施の形態における投射部の構成を示すブロック図である。 図４Ａは、二重像が現れる状態の例を説明するための図である。 図４Ｂは、二重像の発生が抑えられている状態の例を説明するための図である。 図５は、実施の形態における風防ガラスの断面図である。 図６は、実施の形態における基準高さと基準表示距離と楔角との関係を示す図である。 図７は、実施の形態における、奥行きのある画像が表示されている一例を示す図である。 図８は、実施の形態における、画像の表示距離が変更される一例を示す図である。 図９は、実施の形態における投射部の処理動作を示すフローチャートである。 図１０は、実施の形態におけるシート調整幅と、風防ガラスにおける楔角が変化している範囲とを示す図である。

（本発明の基礎となった知見）
本発明者は、「背景技術」の欄において記載した特許文献１のヘッドアップディスプレイに関し、以下の問題が生じることを見出した。

この特許文献１のヘッドアップディスプレイでは、風防ガラスの表面と裏面との間のなす角である楔角が調整されている。つまり、風防ガラス越しの位置であって、ユーザから奥行き方向に予め定められた距離だけ離れた位置に画像が虚像として表示されるように、その楔角が調整されている。したがって、このような風防ガラスを用いて、奥行き方向の互いに異なる位置に画像を虚像として表示させようとすると、その虚像が二重像となって現れることがある。

このような問題を解決するために、本発明の一態様に係る表示装置は、板状の透光性を有する表示媒体と、画像を表す光が前記表示媒体に反射されてユーザに向けられるように、前記光を前記表示媒体に投射する投射部とを備え、前記投射部は、光の投射によって前記表示媒体越しに前記ユーザに虚像として視認される画像の位置と、前記ユーザの眼との間の表示距離を変化させ、前記表示媒体は、前記表示媒体の任意の高さにある部位における表面と裏面との間のなす角である楔角が、前記高さが高くなるにしたがって連続的に小さくなるように形成されている。

例えば、表示距離が長くなった場合、つまり、虚像として視認される画像の位置が奥行き方向に遠くなった場合には、その画像は表示媒体の高い部位における光の反射によって現れる。逆に、表示距離が短くなった場合、つまり、虚像として視認される画像の位置が奥行き方向に近くなった場合には、その画像は表示媒体の低い部位における光の反射によって現れる。ここで、虚像として現れる画像の位置と楔角との間には一対一の関係がある。したがって、上述のように画像の位置を奥行き方向に異ならせる場合に、表示媒体における互いに高さが異なる各部位で楔角が等しいと、上述の関係が満たされずに、二重像が発生し易くなってしまう。

そこで、本発明の一態様に係る表示装置では、表示媒体の任意の高さにある部位における表面と裏面との間のなす角である楔角が、その高さが高くなるにしたがって連続的に小さくなるように、表示媒体が形成されているため、二重像の発生を抑えることできる。

つまり、上述のように画像の位置が奥行き方向に遠くなった場合には、その位置に画像を現すための光を反射する表示媒体の部位の位置は高く、その部位における楔角は小さい。したがって、画像の位置が遠くても、その画像を二重像にさせ難くすることができる。逆に、画像の位置が奥行き方向に近くなった場合には、その位置に画像を現すための光を反射する表示媒体の部位の位置は低く、その部位における楔角は大きい。したがって、画像の位置が近くても、その画像を二重像にさせ難くすることができる。したがって、画像の位置が奥行き方向に変化する場合でも、二重像の発生を抑えることができる。

また、前記表示装置は、さらに、前記ユーザの眼の位置の高さを検出する検出部を備え、前記投射部は、前記表示距離を、検出された前記眼の位置の高さに応じて変更してもよい。例えば、前記投射部は、検出された前記眼の位置の高さが基準高さよりも高い場合には、前記表示距離が、前記ユーザの眼が前記基準高さにあるときの基準表示距離よりも長くなるように、前記表示距離を変更する。または、前記投射部は、検出された前記眼の位置の高さが基準高さよりも低い場合には、前記表示距離が、前記ユーザの眼が前記基準高さにあるときの基準表示距離よりも短くなるように、前記表示距離を変更する。

例えば、ユーザの眼の位置が高い場合には、表示媒体における高い部位が画像の表示に用いられ、その部位における楔角は小さい。したがって、表示距離が短い場合には、二重像が生じ易いが、投射部によって表示距離が長くされるため、ユーザの眼の位置が高くても、二重像の発生を抑えることができる。逆に、ユーザの眼の位置が低い場合には、表示媒体における低い部位が画像の表示に用いられ、その部位における楔角は大きい。したがって、表示距離が長い場合には、二重像が生じ易いが、投射部によって表示距離が短くされるため、ユーザの眼の位置が低くても、二重像の発生を抑えることができる。

また、前記表示距離が、当該表示距離の取り得る範囲における最短距離と最長距離との中間の距離と等しく、かつ、前記ユーザの眼の位置の高さが基準高さと等しい場合に、前記表示媒体では、前記表示媒体の表面および裏面のうちの一方によって反射された前記光が前記表示媒体から前記ユーザに向かう第１の光路と、前記表面および裏面のうちの他方によって反射された前記光が前記表示媒体から前記ユーザに向かう第２の光路とが、略一致するように、前記表示媒体の前記光を反射する部位における楔角が調整されていてもよい。

これにより、表示距離が中間の距離であって、ユーザの眼の位置の高さが基準高さである場合には、第１の光路と第２の光路とが略一致するように楔角が調整されているため、二重像の発生を十分に抑えることができる。また、その基準高さを、標準的な人の眼の位置の高さに合わせておけば、どのような人がユーザとして画像を視認しようとしても、且つ、視認される画像がどのような表示距離にあっても、その画像を二重像にさせ難くすることができる。

また、前記表示装置は、さらに、前記画像を視認するユーザが座るシートの高さを調節する調整機構を備え、前記ユーザの候補である複数の候補者のそれぞれが前記シートに座った場合に、何れの候補者の眼の位置の高さも前記基準高さとなるように、前記調整機構による前記シートの高さの調整範囲は、前記複数の候補者の座高差の最大値以上にされていてもよい。

これにより、どのような人がユーザとしてシートに座っても、その人の眼の位置の高さを基準高さに合わせることができ、どのような人に対しても二重像の発生を十分に抑えることができる。

また、前記表示装置は、さらに、前記画像を視認するユーザが座るシートの高さを調節する調整機構を備え、前記調整機構による前記シートの高さの調整範囲は、前記ユーザの候補である複数の候補者のそれぞれが前記シートに座った場合に、各候補者の互いに高さの異なる眼によって前記画像を視認するための視線が、前記表示媒体を横切る範囲と、前記表示媒体において前記楔角が連続的に変化している範囲と、が略一致するように設定されていてもよい。

これにより、表示媒体において楔角が連続的に変化している範囲が一部分に制限されていても、どのような人に対しても二重像の発生を抑えることができる。

なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたは記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。

なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態における表示装置の使用例を示す図である。

本実施の形態における表示装置１００は、いわゆるヘッドアップディスプレイとして構成され、投射部１００ａと、風防ガラス（フロントガラス）１００ｂと、撮像部１００ｃとを備えている。

風防ガラス１００ｂは、板状の透光性を有する表示媒体である。

投射部１００ａは、車両３００の例えばダッシュボード３０１内に取り付けられ、画像を表す光が風防ガラス１００ｂに反射されてユーザ１０に向けられるように、その光を風防ガラス１００ｂに投射する。具体的には、投射部１００ａは、画像ｄ１を表す光を風防ガラス１００ｂに投射し、その風防ガラス１００ｂに反射させる。この反射された光はユーザ１０である運転手に向けられる。その結果、ユーザ１０は、風防ガラス１００ｂ越しの背景を見ながら、その反射された光によって風防ガラス１００ｂの外側（車外側）に虚像として現われる画像ｄ１を視認することができる。つまり、本実施の形態における表示装置１００は、画像ｄ１を虚像として、風防ガラス１００ｂの外側に、言い換えれば風防ガラス１００ｂ越しに表示する。

なお、画像ｄ１は、車両３００に関する情報、またはユーザ１０の運転の支援の為に用いられる各種情報を示す画像である。具体的には、それらの情報は、例えば障害物（他車両または歩行者）に対する警告に関する情報である。または、それらの情報は、ナビゲーション装置で設定された案内経路に基づく情報（右折方向または左折方向を示す矢印等）である。または、それらの情報は、現在車速、案内標識、地図、交通情報、ニュース、天気予報、時刻、表示装置１００に接続されたスマートフォンの画面、またはテレビ番組などの情報である。

また、投射部１００ａは、光の投射によって風防ガラス１００ｂ越しにユーザ１０に虚像として視認される画像の位置を、ユーザ１０と風防ガラス１００ｂとを結ぶ奥行き方向に沿って変化させる。つまり、投射部１００ａは、その画像の位置とユーザ１０の眼との間の奥行き方向の距離（以下、表示距離という）Ｌを変化させる。例えば、表示距離Ｌは、例えば２．５ｍ〜２０ｍの間である。

撮像部１００ｃは、例えば車両３００内部の天井付近に取り付けられ、ユーザ１０の眼を含む被写体を撮像し、その撮像によって得られた撮像データを投射部１００ａに出力する。

投射部１００ａは、撮像部２００から出力された撮像データを取得した場合には、その撮像データに基づいて、ユーザ１０の眼の位置の高さを検出する。つまり、投射部１００ａは、例えば地面または車両３００の床からの眼の位置の高さを検出する。そして、表示装置１００は、その眼の位置の高さに基づいて、表示距離Ｌを変化させる。

図２は、本実施の形態における表示装置１００によって表示される画像ｄ１の一例を示す図である。

ダッシュボード３０１に取り付けられた投射部１００ａは、画像ｄ１を表す光を風防ガラス２０１の例えば運転席寄り下側の投射領域に投射することによって、運転手であるユーザ１０から見てその投射領域の奥側（車外側）に、画像ｄ１を虚像として表示する。ここで、投射部１００ａは、図１に示すように、表示距離Ｌの異なる各位置に画像ｄ１を二次元的に表示させてもよく、図２のように、１つの画像ｄ１を３次元的に表示させてもよい。つまり、表示装置１００は、画像内において、下側ほど表示距離Ｌが短く、上側ほど表示距離Ｌが長い画像ｄ１、言い換えれば、奥行きのある画像ｄ１を表示してもよい。具体的には、表示装置１００は、例えば、車両３００側から道路に沿って遠くに伸びる、車両３００の進行方向を示す矢印を含む画像ｄ１を表示してもよい。

図３は、本実施の形態における投射部１００ａの構成を示すブロック図である。

投射部１００ａは、例えばレーザ走査方式（ラスタースキャン方式）などによって画像ｄ１を表わす光を投射する装置であって、光源１０１と、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー１０２と、中間スクリーン１０３と、投射ミラー１０４と、アクチュエータ１０５と、検出部１０６と、制御部１１０とを備える。

光源１０１は、例えば半導体レーザであって、制御部１１０からの制御に応じて、Ｒ、Ｇ、およびＢのそれぞれの色のレーザ光をＭＥＭＳミラー１０２に照射する。

ＭＥＭＳミラー１０２は、光源１０１からのレーザ光を反射して中間スクリーン１０３に照射する。このとき、ＭＥＭＳミラー１０２は、制御部１１０からの制御に応じて、レーザ光による中間スクリーン１０３へのラスタースキャンが行われるように揺動する。

中間スクリーン１０３は、半透明のスクリーンである。この中間スクリーン１０３のＭＥＭＳミラー１０２側の照射面に対するレーザ光のラスタースキャンによって、その照射面に画像が現れる。また、中間スクリーン１０３は半透明であるため、照射面の画像が、中間スクリーン１０３の照射面と反対側の面である透過面にも、照射面の画像と同じ画像が現れる。

投射ミラー１０４は、少なくとも１つのミラーを含み、中間スクリーン１０３の透過面に現れる画像を表す光である画像光を受けて、その画像光を風防ガラス１００ｂに向けて反射する。その画像光は、さらに風防ガラス１００ｂで反射してユーザ１０の眼１０ｉに向かう。なお、投射ミラー１０４は、１つのミラーから構成されていてもよく、複数のミラーから構成されていてもよい。

アクチュエータ１０５は、制御部１１０からの制御に応じて、中間スクリーン１０３の位置を前後に移動させる。中間スクリーン１０３が前に、つまり投射ミラー１０４側に移動すると、虚像として現れる画像ｄ１の表示距離Ｌは短くなる。つまり、画像ｄ１は近くなる。一方、中間スクリーン１０３が後に、つまりＭＥＭＳミラー１０２側に移動すると、画像ｄ１の表示距離Ｌは長くなる。つまり、画像ｄ１の虚像は遠くなる。

検出部１０６は、撮像部１００ｃからの撮像データを取得し、その撮像データに基づいて、ユーザの眼１０ｉの位置の高さを検出する。そして、検出部１０６は、その高さを示す調整高さ信号を制御部１１０に出力する。

制御部１１０は、画像ｄ１の内容を示す画像データを投射部１００ａの外部の装置などから取得し、その画像データに基づいて光源１０１、ＭＥＭＳミラー１０２およびアクチュエータ１０５を制御する。

また、制御部１１０は、検出部１０６から出力された調整高さ信号を取得すると、その調整高さ信号によって示される高さと基準高さとの差を調整高さとして算出する。そして、制御部１１０は、調整高さが大きいほど、画像ｄ１の表示距離が長くなるように、調整高さが小さいほど、画像ｄ１の表示距離が短くなるようにアクチュエータ１０５を制御する。

図４Ａは、二重像が現れる状態の例を説明するための図である。

二重像は、例えば、風防ガラス３０の車内側の面である表面３０ａと車外側の面である裏面３０ｂとが平行である場合に生じる。光源２１からユーザの眼１０ｉに至る光の光路は２つある。例えば、第１の光路は、光路２２および光路２４からなる。つまり、第１の光路では、光源２１からの光は、光路２２に沿って風防ガラス３０に向かい、風防ガラス３０の表面３０ａを透過して裏面３０ｂで反射する。反射した光は、光路２４に沿って、表面３０ａからユーザの眼１０ｉに向かう。第２の光路は、光路２３および光路２５からなる。つまり、第２の光路では、光源２１からの光は、光路２３に沿って風防ガラス３０に向かい、風防ガラス３０の表面３０ａで反射する。反射した光は、光路２５に沿って、表面３０ａからユーザの眼１０ｉに向かう。

ここで、第１の光路における光路２４と、第２の光路における光路２５とは、一致していない。したがって、第１の光路に基づく光源２１の虚像２６と、第２の光路に基づく光源２１の虚像２７とは異なる位置に現れる。これにより、二重像（ゴースト）が現れる。

図４Ｂは、二重像の発生が抑えられている例を説明するための図である。

風防ガラス５０の断面は、二重像の発生を抑えるために、楔形状に形成されている。つまり、風防ガラス５０の車内側の面である表面３０ａと車外側の面である裏面３０ｂとの間のなす角である楔角は、０より大きく有限の数値θに調整されている。このような風防ガラス５０であっても、光源４１からユーザの眼１０ｉに至る光の光路は２つある。しかし、それぞれの光路における、風防ガラス５０から眼１０ｉまでの光路は一致している。

つまり、第１の光路は、光路４２および光路４４からなる。この第１の光路では、光源４１からの光は、光路４２に沿って風防ガラス５０に向かい、風防ガラス５０の表面５０ａを透過して裏面５０ｂで反射する。反射した光は、光路４４に沿って、表面５０ａからユーザの眼１０ｉに向かう。第２の光路は、光路４３および光路４５からなる。この第２の光路では、光源４１からの光は、光路４３に沿って風防ガラス５０に向かい、風防ガラス５０の表面５０ａで反射する。反射した光は、光路４５に沿って、表面５０ａからユーザの眼１０ｉに向かう。

ここで、第１の光路における光路４４と、第２の光路における光路４５とは、一致している。したがって、第１の光路に基づく光源４１の虚像４６と、第２の光路に基づく光源４１の虚像４７とは同一の位置に現れる。これにより、二重像（ゴースト）の発生が抑えられる。

しかし、光源４１の虚像が現れる位置を奥行き方向に変化させる場合、つまり、本実施の形態における投射部１００ａのように、画像ｄ１の表示距離Ｌを変化させる場合には、風防ガラスの断面が楔形状に形成されていても、二重像が生じてしまう。

つまり、楔角θは、所定の表示距離に虚像として現れる画像が、二重像にならないように調整された角度であり、表示距離がその所定の表示距離から変更される場合には、二重像が生じてしまう。

言い換えれば、楔角が大きいほど、表示距離Ｌが短い位置にある画像、つまり近い画像を、二重像の発生を抑えて明確に表示することができるが、逆に、表示距離Ｌが長い位置にある画像、つまり遠い画像を表示するときには、二重像が発生してしまう。また、楔角が小さいほど、表示距離Ｌが長い位置にある画像、つまり遠い画像を、二重像の発生を抑えて明確に表示することができるが、逆に、表示距離Ｌが短い位置にある画像、つまり近い画像を表示するときには二重像が発生してしまう。

そこで、本実施の形態における風防ガラス１００ｂは、その風防ガラス１００ｂの任意の高さにある部位における表面と裏面との間のなす角である楔角が、その高さが高くなるにしたがって連続的に小さくなるように形成されている。

図５は、本実施の形態における風防ガラス１００ｂの断面図である。

本実施の形態における風防ガラス１００ｂは、図５に示すように、風防ガラス１００ｂの高さ方向の位置が高くなるにつれて、その位置における楔角が連続的に小さくなるように、形成されている。

具体的には、風防ガラス１００ｂの裏面１００ｂｂにおける例えば４つの位置Ｈ１ｂ〜Ｈ４ｂの高さは、位置Ｈ１ｂ、位置Ｈ２ｂ、位置Ｈ３ｂ、位置Ｈ４ｂの順に高くなる。

位置Ｈ１ｂの部位における楔角θ１は、裏面１００ｂｂの位置Ｈ１ｂにおける接線と、表面１００ｂａの位置Ｈ１ａにおける接線との間のなす角である。ここで、位置Ｈ１ａと位置Ｈ１ｂとは、ユーザの眼１０ｉからの視線Ｌｉ１に基づいて光学的に互いに対応付けられる位置である。

同様に、位置Ｈ２ｂの部位における楔角θ２は、裏面１００ｂｂの位置Ｈ２ｂにおける接線と、表面１００ｂａの位置Ｈ２ａにおける接線との間のなす角である。ここで、位置Ｈ２ａと位置Ｈ２ｂとは、ユーザの眼１０ｉからの視線Ｌｉ２に基づいて光学的に互いに対応付けられる位置である。

同様に、位置Ｈ３ｂの部位における楔角θ３は、裏面１００ｂｂの位置Ｈ３ｂにおける接線と、表面１００ｂａの位置Ｈ３ａにおける接線との間のなす角である。ここで、位置Ｈ３ａと位置Ｈ３ｂとは、ユーザの眼１０ｉからの視線Ｌｉ３に基づいて光学的に互いに対応付けられる位置である。

同様に、位置Ｈ４ｂの部位における楔角θ４は、裏面１００ｂｂの位置Ｈ４ｂにおける接線と、表面１００ｂａの位置Ｈ４ａにおける接線との間のなす角である。ここで、位置Ｈ４ａと位置Ｈ４ｂとは、ユーザの眼１０ｉからの視線Ｌｉ４に基づいて光学的に互いに対応付けられる位置である。

このような場合、位置Ｈ１ｂ〜Ｈ４ｂのそれぞれの部位における楔角は、θ１＞θ２＞θ３＞θ４の関係を満たす。このような、風防ガラス１００ｂの高さ方向の位置と楔角との関係は、上述の位置Ｈ１ｂ〜Ｈ４ｂと楔角θ１〜θ４との間だけではなく、任意の複数の位置と、それらの位置における楔角との間においても満たされている。

また、ユーザは、視認対象の画像（虚像）の表示距離Ｌが長いほど、風防ガラス１００ｂの上側を見ようとする。逆に、ユーザは、視認対象の画像の表示距離Ｌが短いほど、風防ガラス１００ｂの下側を見ようとする。つまり、ユーザは、視線Ｌｉ１にしたがって、短い表示距離Ｌの位置にある画像を見ようとし、視線Ｌｉ１よりも上側に向けられた視線Ｌｉ２にしたがって、少し長い表示距離Ｌの位置にある画像を見ようとする。また、ユーザは、視線Ｌｉ２よりも上側に向けられた視線Ｌｉ３にしたがって、長い表示距離Ｌの位置にある画像を見ようとし、視線Ｌｉ３よりも上側に向けられた視線Ｌｉ４にしたがって、より長い表示距離Ｌの位置にある画像を見ようとする。

したがって、本実施の形態における風防ガラス１００ｂでは、ユーザは、視認対象の画像の表示距離Ｌが長いほど、風防ガラス１００ｂの上側を見ようとするため、そのときのユーザの視線に応じた楔角を小さくすることができる。その結果、本実施の形態における表示装置１００は、その遠い画像を、二重像の発生を抑えて明確に表示することができる。逆に、本実施の形態における風防ガラス１００ｂでは、ユーザは、視認対象の画像の表示距離Ｌが短いほど、風防ガラス１００ｂの下側を見ようとするため、そのときのユーザの視線に応じた楔角を大きくすることができる。その結果、本実施の形態における表示装置１００は、その近い画像を、二重像の発生を抑えて明確に表示することができる。

また、基準高さにユーザの眼１０ｉがあるときには、ユーザの眼１０ｉから奥行き方向に基準表示距離だけ離れた位置に虚像として現れる画像ｄ１が、二重像の発生を十分に抑えて明確に表示されるように、風防ガラス１００ｂの楔角は調整されている。

図６は、基準高さと基準表示距離と楔角との関係を示す図である。

基準高さＨｓは、例えば地面または車両３００の床からの予め定めた高さである。また、基準表示距離Ｌｓは、表示距離Ｌの取り得る範囲である表示可能範囲における最短距離Ｌｍｉｎと最長距離Ｌｍａｘとの中間の距離である。なお、表示可能範囲は、アクチュエータ１０５によって移動される中間スクリーン１０３の移動幅によって定まる。

表示距離Ｌが基準表示距離Ｌｓと等しく、かつ、ユーザ１０の眼１０ｉの高さが基準高さＨｓと等しい場合、風防ガラス１００ｂの特定の部位における楔角θｓは、二重像が十分に抑えられるように調整されている。その特定の部位は、投射部１００ａから投射された、基準表示距離Ｌｓの位置に画像を虚像として現す光を反射して、基準高さＨｓにあるユーザ１０の眼１０ｉに向ける、風防ガラス１００ｂの部位である。つまり、図４Ｂに示す例と同様に、２つの光路とが略一致するように、風防ガラス１００ｂの光を反射する上述の特定の部位における楔角がθｓに調整されている。その２つの光路のうちの第１の光路は、風防ガラス１００ｂの表面および裏面のうちの一方によって反射された光が風防ガラス１００ｂからユーザ１０に向かう光路である。また、２つの光路のうちの第２の光路は、表面および裏面のうちの他方によって反射された光が風防ガラス１００ｂからユーザ１０に向かう光路である。

このように、本実施の形態では、表示距離Ｌが中間の距離であって、ユーザの眼の位置の高さが基準高さＨｓである場合には、第１の光路と第２の光路とが略一致するように楔角が調整されているため、二重像の発生を十分に抑えることができる。また、その基準高さＨｓを、標準的な人の眼の位置の高さに合わせておけば、どのような人がユーザとして画像を視認しようとしても、且つ、視認される画像がどのような表示距離Ｌにあっても、その画像を二重像にさせ難くすることができる。

ここで、表示装置１００は、画像ｄ１を視認するユーザが座るシート３０２の高さを調節する調整機構１００ｄを備えていてもよい。例えば、この調整機構１００ｄによるシート３０２の高さの調整範囲は、例えば２００ｍｍ以上である。つまり、ユーザ１０の候補である複数の候補者のそれぞれがシート３０２に座った場合に、何れの候補者の眼の高さも基準高さＨｓとなるように、調整機構１００ｄによるシート３０２の高さの調整範囲は、その複数の候補者の座高差の最大値以上にされている。

これにより、どのような人がユーザとしてシートに座っても、その人の眼の位置の高さを基準高さＨｓに合わせることができ、どのような人に対しても二重像の発生を十分に抑えることができる。

図７は、奥行きのある画像が表示されている状態の一例を示す図である。

表示装置１００は、奥行きのある画像である矢印ｄ２を表示する。この矢印ｄ２は、例えば車両３００の進行方向を示し、矢印ｄ２の根元が近くに表示される。そして、矢印ｄ２の奥行き方向に沿う各部分は、先端に近い部分ほど遠くに表示される。つまり、矢印ｄ２の根元の位置Ｐ５の表示距離Ｌ１と、矢印ｄ２の中央部分の位置Ｐ６の表示距離Ｌ２と、矢印ｄ２の先端部分の位置Ｐ７の表示距離Ｌ３とは、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３の関係にある。

なお、このような奥行きのある矢印ｄ２を表示するときには、投射部１００ａは、中間スクリーン１０３を移動させながらラスタースキャンを行うことによって、表示距離が異なる部分を有する矢印ｄ２を表示する。

ここで、ユーザは視線を下側に向ける。つまり、ユーザの眼１０ｉが風防ガラス１００ｂの下側にある位置５ａ，５ｂに向けられる。風防ガラス１００ｂの下側にある位置５ａ，５ｂに応じた楔角は、上述のように小さい。したがって、表示距離Ｌが短い位置Ｐ５（Ｌ＝Ｌ１）にある矢印ｄ２の根元を、二重像の発生を抑えて明確に表示することができる。

また、ユーザは視線を少し上側に向ける。つまり、ユーザの眼１０ｉが風防ガラス１００ｂの位置５ａ，５ｂよりも上側にある位置６ａ，６ｂに向けられる。風防ガラス１００ｂの少し上側にある位置６ａ，６ｂに応じた楔角は、位置５ａ，５ｂに応じた楔角よりも小さい。したがって、表示距離Ｌが少し長い位置Ｐ６（Ｌ＝Ｌ２）にある矢印ｄ２の中央部分を、二重像の発生を抑えて明確に表示することができる。

また、ユーザは視線をさらに上側に向ける。つまり、ユーザの眼１０ｉが風防ガラス１００ｂの位置６ａ，６ｂよりも上側にある位置７ａ，７ｂに向けられる。風防ガラス１００ｂのさらに上側にある位置７ａ，７ｂに応じた楔角は、位置６ａ，６ｂに応じた楔角よりも小さい。したがって、表示距離Ｌが長い位置Ｐ７（Ｌ＝Ｌ３）にある矢印ｄ２の先端部分を、二重像の発生を抑えて明確に表示することができる。

図８は、画像の表示距離が変更される状態の一例を示す図である。

表示装置１００は、図７に示す例と同様に、奥行きのある画像である矢印ｄ２を表示する。

ここで、撮像部１００ｃは、ユーザの眼を含む被写体を撮像している。そして、投射部１００ａ内の検出部１０６は、その撮像結果を示す撮像データに基づいて、ユーザの眼１０ｉの位置の高さを検出する。制御部１１０は、その検出されたユーザの眼１０ｉの位置の高さ（検出高さ）が、予め定められた基準高さＨｓであれば、図７に示すように、矢印ｄ２が表示距離Ｌ１〜Ｌ３の範囲に表示されるように、アクチュエータ１０５を移動させる。一方、制御部１１０は、その検出高さが基準高さＨｓよりも高ければ、図８に示すように、矢印ｄ２が表示距離Ｌ４〜Ｌ５の範囲に表示されるように、アクチュエータ１０５を移動させる。この表示距離Ｌ４〜Ｌ５の範囲は、表示距離Ｌ１〜Ｌ３の範囲よりもユーザの眼１０ｉから遠くに離れている。具体的には、制御部１１０は、検出高さから基準高さＨｓを減算することによって調整高さを算出する。そして、制御部１１０は、その調整高さが大きいほどユーザの眼１０ｉから遠くに離れた位置（範囲）に矢印ｄ２が表示されるように、アクチュエータ１０５を移動させる。逆に、制御部１１０は、その検出高さが基準高さよりも低ければ、矢印ｄ２が表示距離Ｌ４〜Ｌ５の範囲よりもユーザの眼１０ｉに近い範囲に表示されるように、アクチュエータ１０５を移動させる。

図９は、本実施の形態における投射部１００ａの処理動作を示すフローチャートである。

まず、投射部１００ａの検出部１０６は、ユーザの眼の位置の高さを検出高さとして検出する（ステップＳ１０）。次に、投射部１００ａの制御部１１０は、検出高さから基準高さＨｓを減算することによって調整高さを算出する（ステップＳ１１）。次に、制御部１１０は、その調整高さに応じて表示距離Ｌを変更する（ステップＳ１２）。

このように、本実施の形態における投射部１００ａは、ユーザの眼１０ｉと、画像が虚像として現れる位置との間の奥行き方向の距離である表示距離Ｌを、検出された眼１０ｉの位置の高さに応じて変更する。具体的には、投射部１００ａは、検出された眼１０ｉの位置の高さが基準高さよりも高い場合には、表示距離Ｌが、ユーザの眼１０ｉが基準高さにあるときの基準表示距離よりも長くなるように、表示距離Ｌを変更する。つまり、制御部１１０は、矢印ｄ２の根元の表示距離Ｌが、ユーザの眼１０ｉが基準高さＨｓにあるときの基準表示距離Ｌ１よりも長くなるように、その表示距離Ｌを表示距離Ｌ４に変更する。逆に、投射部１００ａは、検出された眼１０ｉの位置の高さが基準高さＨｓよりも低い場合には、表示距離Ｌが、ユーザの眼１０ｉが基準高さにあるときの基準表示距離よりも短くなるように、表示距離Ｌを変更する。つまり、制御部１１０は、矢印ｄ２の根元の表示距離Ｌが、ユーザの眼１０ｉが基準高さＨｓにあるときの基準表示距離Ｌ１よりも短くなるように、その表示距離Ｌを変更する。

つまり、本実施の形態では、ユーザの眼の位置が高い場合には、風防ガラス１００ｂにおける高い部位が画像の表示に用いられ、その部位における楔角は小さい。したがって、表示距離が短い場合には、二重像が生じ易いが、投射部１００ａによって表示距離Ｌが長くされるため、ユーザの眼１０ｉの位置が高くても、二重像の発生を抑えることができる。逆に、ユーザの眼１０ｉの位置が低い場合には、風防ガラス１００ｂにおける低い部位が画像の表示に用いられ、その部位における楔角は大きい。したがって、表示距離Ｌが長い場合には、二重像が生じ易いが、投射部１００ａによって表示距離Ｌが短くされるため、ユーザの眼１０ｉの位置が低くても、二重像の発生を抑えることができる。

なお、上述の例では、ユーザの眼１０ｉの位置の高さに応じて表示距離Ｌを変更したが、シート３０２の調整機構によって、二重像の発生を抑えてもよい。例えば、表示装置１００を搭載する車両３００が自家用車である場合、調整範囲（調整可能な全範囲）は２００ｍｍ以上であればよい。この場合、ユーザの眼１０ｉの位置の高さを調整することによって、各ユーザに対して表示距離Ｌを変更することなく、二重像を無視できる程度に抑えることができる。また、調整範囲を１５０ｍｍ以上にすれば、各ユーザに対して変更される表示距離Ｌの変更幅を小さく抑えることができ、その各ユーザに対して、表示距離に違和感を生じさせることなく画像を表示することができる。

また、風防ガラス１００ｂにおいて楔角が連続的に変化している範囲は、風防ガラス１００ｂの全体であっても、風防ガラス１００ｂのうちの一部の範囲であってもよい。この場合、調整機構１００ｄによるシート３０２の調整範囲（シート調整幅）は、その楔角が変化している範囲に応じて設定されてもよい。

図１０は、シート調整幅と、風防ガラス１００ｂにおける楔角が変化している範囲とを示す図である。

例えば、背の高いユーザが運転手としてシート３０２に座る場合、シート３０２は調整機構１００ｄによって低く下げられる。逆に、背の低いユーザが運転手としてシート３０２に座る場合、シート３０２は調整機構１００ｄによって高く上げられる。しかし、調整機構１００ｄのシート調整幅には限界があるため、シート３０２を最も低く下げても、背の高いユーザの眼１０ｉの位置は高く、シート３０２を最も高く上げても、背の低いユーザの眼１０ｉの位置は低くなることがある。したがって、シート３０２の高さを調整しても、各ユーザの眼１０ｉの位置は、最高視点位置と最低視点位置との間で異なる。

そこで、ユーザの眼１０ｉの位置が最高視点位置と最低視点位置との間のどの位置にあっても、風防ガラス１００ｄ越しに現れる画像（虚像）を見る視線が、風防ガラス１００ｄを横切る部位は、楔角が変化している範囲内である必要がある。つまり、眼１０ｉが最高視点位置にあるときの最も高い視線が、風防ガラス１００ｄを横切る部位と、眼１０ｉが最低視点位置にあるときの最も低い視線が、風防ガラス１００ｄを横切る部位との間（視線通過範囲）は、楔角が変化している範囲に一致する。言い換えれば、視線通過範囲が、楔角が変化している範囲に一致するように、調整機構１００ｄのシート調整幅が設定されている。これにより、風防ガラス１００ｂにおいて楔角が連続的に変化している範囲が一部分に制限されても、どのような背の高さのユーザが運転手としてシート３０２に座っても、そのユーザに視認される画像（虚像）が二重像になってしまうことを抑えることができる。

なお、上記実施の形態において、制御部１１０および検出部１０６などの構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵまたはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。ここで、上記実施の形態の表示装置１００を実現するコンピュータプログラムは、コンピュータに、図９に示すステップＳ１０〜Ｓ１２を実行させる。

また、上記実施の形態では、表示装置１００は車載用のものであるが、車載用のものでなくてもよい。例えば、表示装置１００は、ウェアラブルデバイスとして構成される眼鏡に搭載されてもよい。この場合、表示装置１００は、例えば、画像を表す光を眼鏡の左右のレンズ（表示媒体）に投射する。このような眼鏡に表示装置１００が搭載される場合であっても、上記実施の形態と同様に、二重像の発生を抑えることができる。

また、上記実施の形態における風防ガラス１００ｂは、一枚のガラス板で構成されていてもよく、中間膜と、その中間膜を挟み込む二枚のガラス板とから構成されていてもよい。中間膜の素材は、例えば、透明な熱可塑性樹脂であれば特に限定されず、例えば、ポリビニルブチラール、ポリウレタン、エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂等が挙げられる。

また、本実施の形態における表示装置１００は、中間スクリーンの移動によって表示距離Ｌを変更したが、例えば、映像を映し出す液晶パネルを移動させるなどの他の手法によって、表示距離Ｌを変更してもよい。

以上、一つまたは複数の態様に係る表示装置１００について、上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものも、本発明の範囲内に含まれてもよい。

本発明は、二重像の発生を抑えることができるという効果を奏し、例えば、車載用のヘッドアップディスプレイなどに適用することができる。

１０ ユーザ
１０ｉ 眼
１００ 表示装置
１００ａ 投射部
１００ｂ 風防ガラス
１００ｃ 撮像部
１００ｄ 調整機構
１０１ 光源
１０２ ＭＥＭＳミラー
１０３ 中間スクリーン
１０４ 投射ミラー
１０５ アクチュエータ
１０６ 検出部
１１０ 制御部
３００ 車両
３０１ ダッシュボード
３０２ シート
ｄ１ 画像
ｄ２ 矢印

Claims (8)

1. 板状の透光性を有する表示媒体と、
   画像を表す光が前記表示媒体に反射されてユーザに向けられるように、前記光を前記表示媒体に投射する投射部とを備え、
   前記投射部は、光の投射によって前記表示媒体越しに前記ユーザに虚像として視認される画像の位置と、前記ユーザの眼との間の表示距離を変化させ、
   前記表示媒体は、前記表示媒体の任意の高さにある部位における表面と裏面との間のなす角である楔角が、前記高さが高くなるにしたがって連続的に小さくなるように形成され、
   前記投射部から投射された前記光は、第１の光路と、前記第１の光路とは異なる第２の光路とを介して前記ユーザに向かい、
   前記第１の光路は、前記投射部からの光が、前記表示媒体の表面を透過して前記表示媒体の裏面で反射し、前記裏面から前記表面を介して前記ユーザに向かう光路であり、
   前記第２の光路は、前記投射部からの光が、前記表示媒体の前記表面で反射して前記ユーザに向かう光路である
   表示装置。
2. 前記表示装置は、さらに、
   前記ユーザの眼の位置の高さを検出する検出部を備え、
   前記投射部は、前記表示距離を、検出された前記眼の位置の高さに応じて変更する
   請求項１に記載の表示装置。
3. 前記投射部は、
   検出された前記眼の位置の高さが基準高さよりも高い場合には、前記表示距離が、前記ユーザの眼が前記基準高さにあるときの基準表示距離よりも長くなるように、前記表示距離を変更する
   請求項２に記載の表示装置。
4. 前記投射部は、
   検出された前記眼の位置の高さが基準高さよりも低い場合には、前記表示距離が、前記ユーザの眼が前記基準高さにあるときの基準表示距離よりも短くなるように、前記表示距離を変更する
   請求項２または３に記載の表示装置。
5. 前記表示距離が、当該表示距離の取り得る範囲における最短距離と最長距離との中間の距離と等しく、かつ、前記ユーザの眼の位置の高さが基準高さと等しい場合に、
   前記表示媒体では、
   前記第１の光路のうちの前記光が前記表示媒体から前記ユーザに向かう光路と、前記第２の光路のうちの前記光が前記表示媒体から前記ユーザに向かう光路とが、略一致するように、前記表示媒体の前記光を反射する部位における楔角が調整されている
   請求項１〜４の何れか１項に記載の表示装置。
6. 前記表示装置は、さらに、
   前記画像を視認するユーザが座るシートの高さを調節する調整機構を備え、
   前記ユーザの候補である複数の候補者のそれぞれが前記シートに座った場合に、何れの候補者の眼の位置の高さも前記基準高さとなるように、前記調整機構による前記シートの高さの調整範囲は、前記複数の候補者の座高差の最大値以上にされている
   請求項５に記載の表示装置。
7. 前記表示装置は、さらに、
   前記画像を視認するユーザが座るシートの高さを調節する調整機構を備え、
   前記調整機構による前記シートの高さの調整範囲は、
   前記ユーザの候補である複数の候補者のそれぞれが前記シートに座った場合に、各候補者の互いに高さの異なる眼によって前記画像を視認するための視線が、前記表示媒体を横切る範囲と、前記表示媒体において前記楔角が連続的に変化している範囲と、が略一致するように設定されている
   請求項１〜５の何れか１項に記載の表示装置。
8. 画像を表す光が板状の透光性を有する表示媒体に反射されてユーザに向けられるように、前記光を前記表示媒体に投射する投射ステップを含み、
   前記投射ステップでは、光の投射によって前記表示媒体越しに前記ユーザに虚像として視認される画像の位置と、前記ユーザの眼との間の表示距離を変化させ、
   前記表示媒体は、前記表示媒体の任意の高さにある部位における表面と裏面との間のなす角である楔角が、前記高さが高くなるにしたがって連続的に小さくなるように形成され、
   前記投射ステップで投射された前記光は、第１の光路と、前記第１の光路とは異なる第２の光路とを介して前記ユーザに向かい、
   前記第１の光路は、投射された前記光が、前記表示媒体の表面を透過して前記表示媒体の裏面で反射し、前記裏面から前記表面を介して前記ユーザに向かう光路であり、
   前記第２の光路は、投射された前記光が、前記表示媒体の前記表面で反射して前記ユーザに向かう光路である
   表示方法。

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