JP2014026244A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】提示される虚像を違和感なく現実の風景に重畳することができる画像表示装置を提供する。
【解決手段】画像信号生成部１１９は、画像信号を生成する。画像生成部２５０は、前記画像信号に基づく画像を生成し、その画像に係る画像表示光を発する。コンバイナ４００は、画像生成部２５０が発した画像表示光に基づき、前記画像が拡大された虚像を視認させる凹面形状のハーフミラーからなる。画像生成部２５０は、前記虚像が前記画像を視線方向に傾けた像として認識させられるように、所定の姿勢で設置され、画像信号生成部１１９は画像生成部２５０が前記姿勢で設置されることにより生じる前記虚像の歪みを予め補正した画像信号を生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示装置に関し、より詳細には画像表示光に基づく画像を虚像としてユーザに提示することに利用する表示装置に関する。

ヘッドアップディスプレイと呼ばれる画像表示装置が知られており、航空機や自動車に
この画像表示装置は、コンバイナと呼ばれる光学素子を有している。コンバイナは、外来光を透過すると共に、投射レンズから投射された画像表示光を反射する。これによりユーザは、コンバイナを介して、画像表示光に係る画像を虚像として風景に重畳して視認することができる。

このヘッドアップディスプレイと呼ばれる画像表示装置によれば、車の運転者が、車外の景色を視認している運転者が視線方向や焦点位置をほとんど変化させることなく光学ユニットから投射された画像の情報をあわせて認識することができるため、車載用の画像表示装置として近年注目を集めている。

特開平１０−２７８６２９号公報

ヘッドアップディスプレイは、上述の通りコンバイナを介して実像である風景に虚像を重畳してユーザに提示するため、いかにして違和感なく虚像を風景に重畳するかが問題となる。例えば車載用ヘッドアップディスプレイおいて運転者の運転を支援する虚像が提示される場合、運転者は距離感（遠近感）をもって車両前方の風景を視認しているにもかかわらず、提示される虚像が距離感を視認できるものでなかった場合、運転者は提示された虚像に違和感を覚える可能性があることが推察される。運転を支援する画像として車両の進行方向を示す矢印の図形が虚像として提示される場合、車両から前方に遠ざかるほど風景の路面幅は狭く視認されるはずなのに、矢印の虚像は一定の幅で提示される場合などが、その一例としてあげられる。

本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、提示される虚像を違和感なく現実の風景に重畳することができる画像表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のある態様は表示装置である。この装置は、画像信号を生成する画像信号生成部と、前記画像信号に基づく画像を生成し、その画像に係る画像表示光を発する画像生成部と、前記画像生成部が発した画像表示光に基づき、前記画像が拡大された虚像を視認させる凹面形状のハーフミラーからなるコンバイナとを備える。ここで、前記画像生成部は、前記虚像が前記画像を視線方向に傾けた像として認識させられるように、所定の姿勢で設置され、前記画像信号生成部は前記画像生成部が前記姿勢で設置されることにより生じる前記虚像の歪みを予め補正した画像信号を生成する。

本発明によれば、提示される虚像を違和感なく現実の風景に重畳することができる画像表示装置を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る表示装置の側面図である。 本発明の実施の形態に係る表示装置の表示例を示す図である。 画像生成部と虚像との関係を説明する図である。 図４（ａ）−（ｂ）は、画像生成部が直立して設置されている場合の画像信号と虚像との関係を説明する図である。 画像生成部の傾きと虚像との関係を説明する図である。 画像生成部とコンバイナとの間の距離と、そのときの虚像の拡大率との関係を説明する図である。 図７（ａ）−（ｂ）は、画像生成部が傾いて設置されている場合の、画像信号と虚像との関係を説明する図である。 図８（ａ）−（ｂ）は、画像生成部が傾いて設置されている場合の、画像信号と虚像との関係を説明する別の図である。 歪みが補正され、かつ路面に沿う方向に傾斜した虚像の一例を示す図である。 図１０（ａ）−（ｂ）は、画像生成部が傾いて設置されている場合の、画像信号と虚像との関係を説明するさらに別の図である。 本発明の実施の形態の変形例に係る表示装置の側面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。かかる実施形態に示す具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。以下で説明する実施の形態に係る表示装置は車載用のものを前提とするが、実施の形態に係る表示装置は車載用に限られず、航空機やゲーム機、娯楽施設等においても利用することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る表示装置１０の側面図である。実施の形態に係る表示装置１０は、画像信号生成部１１９、画像生成部２５０、およびコンバイナ４００を備える。

画像信号生成部１１９および画像生成部２５０は、車両のダッシュボード６２０内に設置される。画像信号生成部１１９は、コンバイナ４００に提示させる画像を生成するための画像信号（デジタル画像データ）を生成する。画像生成部２５０は、画像信号生成部１１９が生成した画像信号に基づいて画像を表示する。画像生成部２５０は、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）や有機ＥＬ（Electro Luminescence）等の、自発行する素子からなる画像表示デバイスを用いて実現できる。

コンバイナ４００は、ウィンドシールド（フロントガラス）６１０の車内側に配置される。画像生成部２５０が表示する画像に係る画像表示光は、例えば図示しない投射ミラーによってコンバイナ４００に向かう光路を辿る。そして、コンバイナは画像表示光に係る画像を虚像４５０として運転者等の搭乗者であるユーザに提示する。本実施の形態に係るコンバイナ４００は、ウィンドシールド６１０を介して入射する外来光を透過するとともに、画像表示光を反射して、コンバイナ４００に対して運転者Ｅの視線が向く方向の奥側に、画像生成部２５０が表示する画像が拡大された虚像４５０を運転者Ｅに視認させる凹面形状のハーフミラーである。

運転者Ｅは視線方向に対してコンバイナ４００を見ることで、例えば１．７ｍ〜２．０ｍ前方（車両前方）の、おおむねボンネット６３０の上側付近に虚像４５０が表示されているかのように認識する。なお、以後の説明において、前方・後方、左方・右方及び上方・下方の各方向は以下の通りとする。前方・後方は、表示装置１０が搭載された車両の前方向及び後方向とする。左方・右方は、表示装置１０が搭載された車両の左側方向及び右側方向とする。上方・下方は、表示装置１０が搭載された車両が位置する路面に垂直で、その路面に対し車両側の方向及びその反対方向を意味する。

図２は、本発明の実施の形態に係る表示装置１０の表示例を示す図であり、運転者Ｅの視点からウィンドシールド６１０を介して前方を眺めた場合の景色を例示する図である。図２ではコンバイナ４００の図示を省略しているが、図２に示す矩形領域４０１は、コンバイナ４００が虚像を提示可能な領域を示している。以下、コンバイナ４００が虚像を提示可能な領域を、単に「虚像領域４０１」という。図２に示す例では、虚像領域４０１内に運転者Ｅに右折を促すための右向きの矢印を表す虚像４５０が提示されている。

上述したように、コンバイナ４００はハーフミラーである。このため、運転者であるユーザは、ウィンドシールド６１０越しに望む車外の風景に、虚像４５０が重畳された映像を認識することになる。これにより、ユーザである運転者Ｅは、ウィンドシールド６１０越しに虚像４５０を観察できるため、車両を運転中に視線をほとんど動かすことなく情報を得ることができる。

図３は、画像生成部２５０と虚像４５０との関係を説明する図である。具体的には、コンバイナ４００による画像生成部２５０の虚像４５０が、ユーザである運転者Ｅから見ると路面に対して直立しているように画像生成部２５０とコンバイナ４００とが配置されている場合の例である。ここで、コンバイナ４００が路面に対して直立しているとは、コンバイナ４００の光軸が路面に対して水平である場合のことをいう。

図３に示す例では、画像生成部２５０とコンバイナ４００とがともに路面に対して直立して設置されている場合の画像生成部２５０と虚像４５０との関係を説明する図である。この場合、コンバイナ４００による画像生成部２５０の虚像４５０が、ユーザである運転者Ｅから見ると路面に対して直立しているように見える。

例えば画像生成部２５０とコンバイナ４００とがともに路面に対して直立して設置された状態から、コンバイナ４００の上端を運転手Ｅの方へ傾けたとする。このとき、ユーザである運転者Ｅから見ると、虚像４５０の上端が運転手Ｅの方に傾いたように見える。また、画像生成部２５０とコンバイナ４００とがともに路面に対して直立して設置された状態から、画像生成部２５０の上端を運転手Ｅの方へ傾けたとする。このとき、ユーザである運転者Ｅから見ると、虚像４５０の上端が運転手Ｅの視線方向に対して奥側に傾いたように見える。

したがって、画像生成部２５０とコンバイナ４００とがともに路面に対して直立して設置された状態から、コンバイナ４００の上端を運転手Ｅの視線方向に対して奥側に傾けるとともに画像生成部２５０の上端を運転手Ｅの視線方向に対して奥側に傾けても、ユーザである運転者Ｅは虚像４５０が路面に対して直立しているように見える。反対に、画像生成部２５０とコンバイナ４００とがともに路面に対して直立して設置された状態から、コンバイナ４００の上端を運転手Ｅの方へ傾けるとともに画像生成部２５０の上端を運転手Ｅの方へ傾けても、ユーザである運転者Ｅは虚像４５０が路面に対して直立しているように見える。

このように、コンバイナ４００による画像生成部２５０の虚像４５０が、ユーザである運転者Ｅから見ると路面に対して直立しているように画像生成部２５０とコンバイナ４００とを配置する方法は様々なバリエーションが存在するが、以下本明細書において、コンバイナ４００は路面に対して垂直に設置されていることを前提とする。なお、図３においては、説明の便宜のため画像信号生成部１１９やダッシュボード６２０、ウィンドシールド６１０、およびボンネット６３０は省略している。後述する図５においても同様である。

図３に示すように、画像生成部２５０が路面に対して直立して設置されている場合、画像生成部２５０が表示する画像の画像表示光は、コンバイナ４００に反射されてユーザである運転者Ｅの視点に届く。このとき、ユーザＥの視点から観察される虚像４５０も、路面に対して直立した映像として観察される。

詳細は後述するが、本実施の形態のようにコンバイナ４００の形状が球面形状である場合において、画像生成部２５０の表示領域の上端からコンバイナ４００までの距離（光路長）と、画像生成部２５０の下端からコンバイナ４００までの距離（光路長）とが等しいとき、コンバイナ４００が提示する虚像４５０のアスペクト比は、画像生成部２５０に表示されている画像のアスペクト比を維持する。図３に示す例では、画像生成部２５０の表示領域の上端からコンバイナ４００までの距離の方が、画像生成部２５０の下端からコンバイナ４００までの距離よりも長くなる。この場合後述するようにコンバイナ４００が提示する虚像４５０に歪みが生じうるが、この歪みは台形補正等の既知の補正手段を用いて解消できる。

図４（ａ）−（ｂ）は、画像生成部２５０が路面に対して直立して設置されている場合の画像信号と虚像４５０との関係を説明する図である。図４（ａ）は、画像信号生成部１１９が生成した画像信号を表示する画像生成部２５０の表示領域２７１を模式的に示す図である。上述したとおり、画像生成部２５０は自発光する素子からなる画像表示デバイスであり、画像信号生成部１１９が生成したデジタル画像信号に基づく画像を、画像生成部２５０の表示領域２７１内の各画素に一対一に対応づけて表示する。そこで、以下、画像生成部２５０の表示領域２７１に表示された画像信号に基づく画像を、単に「元画像」という。図４（ａ）は、画像生成部２５０の表示領域２７１に立方体の元画像２８０が表示されている場合を図示している。

図４（ｂ）は、立方体の元画像２８０に対応して、虚像領域４０１内に立方体の虚像４５０が提示されている場合を図示している。画像生成部２５０が路面に対して直立して設置されている場合、画像生成部２５０の表示領域の上端からコンバイナ４００までの距離と、画像生成部２５０の下端からコンバイナ４００までの距離とがほぼ等しくなるため、コンバイナ４００が提示する虚像４５０は、画像生成部２５０に表示されている画像のアスペクト比をほぼ維持する。このため、図４（ｂ）に示す虚像４５０も、元画像２８０と同様にほぼ立方体の形状を維持する。

ところで、図２に示すように本発明の実施の形態に係る表示装置１０をナビゲーションシステムとして利用する場合、ナビゲーション情報となる虚像４５０が路面に対して垂直に提示されると、場合によってはユーザに違和感を与えうる。例えば、画像生成部２５０が路面に対して直立して設置されている場合、前方直進を指示する矢印の虚像４５０を提示すると、矢印の虚像４５０の指し示す方向も鉛直上向きとなる。路面上を車両が進むべき方向と矢印の虚像４５０が示す方向がおよそ９０度ずれるので、場合によってはユーザに違和感を与えうる。そのため、前方直進を指示する場合には、路面に沿う方向に矢印が傾斜しているかのように虚像４５０が提示される方がユーザビリティの観点からは好ましい。

ここで画像生成部２５０を傾けて設置することにより、路面に沿う方向に傾斜しているかのように矢印の虚像４５０を提示することを実現できる。

図５は、画像生成部２５０の傾きと虚像４５０との関係を説明する図である。図５に示す例では、画像生成部２５０は、路面に対して垂直な方向から所定の角度θを有するように傾けて設置されている。より具体的には、画像生成部２５０は、画像生成部２５０の下端が上端よりも視線方向の奥側となるように、所定の角度θだけ傾斜して配置されている。ユーザは、画像生成部２５０が表示する画像の画像表示光をコンバイナ４００が提示する虚像４５０として観察する。このため図５に示すように、ユーザの視点Ｅから観察される虚像４５０は、画像生成部２５０がコンバイナ４００に対して反転した映像、すなわち、路面に対して沿う方向に傾いた映像となる。なお、画像生成部２５０の傾きθと、虚像４５０の傾きθ’は必ずしも一致せず、θ≦θ’の関係となる。

このように、画像生成部２５０を路面に対して垂直な軸に対し所定の角度θを有するように傾けて設置することにより、路面に対して沿う方向に傾いた虚像４５０をユーザに提示することができる。一方で、画像生成部２５０を路面に対して垂直な方向から傾斜して設置すると、コンバイナ４００が提示する虚像４５０のアスペクト比は、画像生成部２５０に表示されている画像のアスペクト比を維持せず、映像に歪みが生じる。以下、画像生成部２５０を路面に対して垂直な方向から傾斜して設置した場合に、ユーザが観察ずる虚像４５０が歪む原理について説明する。

図６は、画像生成部２５０とコンバイナ４００との間の距離ａと、そのときの虚像の拡大率ｍとの関係を説明する図である。説明の便宜のため、図６においてはコンバイナ４００は球面の凹面鏡であり、画像生成部２５０はコンバイナ４００の光軸状にあるものとする。

図６において、コンバイナ４００の曲率半径はＯＲであり、曲率中心は点Ｏである。凹面鏡の焦点距離は曲率半径の半分であり、図６においては点ｆで示される。路面に対して垂直に設置された画像生成部２５０に表示された元画像２８０を線分ＰＱで示されており、元画像２８０は焦点ｆとコンバイナ４００との間に位置する。なお、図６において線分ＯＲを含む直線が、コンバイナ４００の光軸である。詳細は省略するが、凹面鏡においては、光軸に対して平行に入射した光線は焦点ｆを通るという性質から、線分ＰＱで表される元画像２８０に対応する虚像４５０は、図６において線分Ｐ’Ｑ’となることを導くことができる。

図６において、元画像２８０からコンバイナ４００までの距離をａ、コンバイナ４００から虚像４５０までの距離をｂ、コンバイナ４００の焦点距離をｆとすると、図６に示すコンバイナ４００に係るレンズの公式は、以下の式（１）で表される。

また、元画像２８０に対する虚像４５０の拡大率ｍは、一般に以下の式（２）表される。

式（１）を変形して、拡大率ｍをｆおよびａを用いて表すと、以下の式（３）を得る。

式（３）は、元画像２８０からコンバイナ４００までの距離ａが大きくなるほど、すなわち、元画像２８０がコンバイナ４００から離れるほど、式（３）の分母の値が小さくなり、結果として拡大率ｍが大きくなることを示している。以上より、ある点からコンバイナ４００までの距離をａとしたとき、ａの値が大きい場合は、ａの値が小さい場合と比較して、拡大率ｍの値が大きくなる。

この関係を図５に示す例について考える。図５においては、画像生成部２５０は、画像生成部２５０の下端が上端よりも視線方向の奥側となるように、所定の角度θを有するように傾斜して配置されている。すなわち、図５においては、画像生成部２５０の上端からコンバイナ４００までの距離は、画像生成部２５０の下端からコンバイナ４００までの距離と比較して大きくなる。式（３）が示すように、画像生成部２５０の上部の領域に表示される元画像２８０は、画像生成部２５０の下部の領域に表示される元画像２８０よりも拡大率ｍが大きくなるので、結果として虚像４５０に歪みが生じる。

図７（ａ）−（ｂ）は、画像生成部２５０が傾いて設置されている場合の、画像信号と虚像４５０との関係を説明する図である。

図７（ａ）は、表示領域２７１に立方体の元画像２８０が表示されている場合を示す図であり、図４（ａ）に示す場合と同様の図である。一方、図７（ｂ）は、画像生成部２５０が路面に対して所定の角度θを有するように傾斜して配置されている場合における、虚像領域４０１内に提示される虚像４５０示す図である。図７（ｂ）における虚像領域４０１は、図４（ｂ）に示す虚像領域４０１と比較して、Ｙ軸方向の長さが短い。また、図７（ｂ）における虚像領域４０１は、Ｙ座標の値が大きい領域はＹ座標の値が小さい領域と比較して、Ｘ軸方向に拡大している。このため、図７（ｂ）における虚像領域４０１は、下底よりも上底の方が長い台形状の形となり、虚像４５０は立方体ではなく、上面の面積が下面の面積より大きい歪んだ六面体として提示される。

そこで実施の形態に係る画像信号生成部１１９は、画像生成部２５０が路面に対して傾斜して配置されていることによって生じる虚像４５０の歪みを補正するような画像信号を生成する。具体的には、画像信号生成部１１９は、コンバイナ４００によって虚像４５０として提示されたときに歪みのない映像となるように、虚像４５０の歪みを打ち消す方向に歪ませた画像信号を生成する。

図８（ａ）−（ｂ）は、画像生成部２５０が傾いて設置されている場合の、画像信号と虚像４５０との関係を説明する別の図であり、虚像４５０の歪みを補正するため元画像２８０の形状を例示する図である。

図８（ａ）は、画像生成部２５０が傾いて設置されている場合に、立方体の虚像４５０が提示されるための元画像２８０を示す図である。図８（ａ）に示すように、画像生成部２５０が傾斜して配置されていることによって生じる虚像４５０の歪みを打ち消すために、画像信号生成部１１９は、表示領域２７１のＹ座標の値が大きい領域はＹ座標の値が小さい領域と比較して、Ｘ軸方向に縮小した画像表示光が生成されるように画像信号を生成する。

なお、画像信号生成部１１９が虚像４５０の歪みを打ち消すために生成すべき画像信号は、画像生成部２５０が設置される際の傾きの角度θによって変わる。また、画像生成部２５０が設置される際の傾きの角度θは、虚像４５０を路面に沿う方向に傾けるべき角度θ’に基づいて定まる。そこで、画像生成部２５０が虚像４５０の歪みを打ち消す方向に歪ませるべき画像信号の歪み度合いは、想定する角度θ等を鑑みて定めればよい。

具体的には、画像生成部２５０を角度θ傾けた状態で、虚像４５０が格子パターンとなるような元画像２８０のパターンを記録する。虚像４５０の格子点は元画像２８０のパターンに一対一対応するので、虚像４５０が格子パターンを座標系と見立て、虚像４５０として提示させたい映像の座標を、元画像２８０のパターンに写像することにより、画像信号生成部１１９が生成すべき画像信号を得ることができる。また、画像信号生成部１１９が生成すべき画像信号をあらかじめ求めて、画像信号生成部１１９の図示しない画像信号記録部に画像生成部２５０の傾きθと対応づけて格納しておくことで、写像演算をすることなく画像信号を出力してもよい。

図８（ｂ）は、画像生成部２５０が路面に対して傾斜して設置されている場合における、図８（ａ）に対応する虚像４５０示す図である。元画像２８０は虚像４５０の歪みを補正するような画像信号であるため、図８（ｂ）に示すように虚像４５０は立方体として提示される。さらに、図４（ｂ）に示す画像生成部２５０が路面に対して直立して設置されている場合の立方体の虚像４５０と比較して、路面に沿う方向に傾斜した立方体の虚像４５０が提示される。

図９は、歪みが補正され、かつ路面に沿う方向に傾斜した虚像４５０の一例を示す図であり、図４（ｂ）に示す虚像４５０と、図８（ｂ）に示す虚像４５０とを比較のために並べて示す図である。具体的には、図９の左側に示す虚像４５０ａが図４（ｂ）に示す虚像４５０であり、図９の右側に示す虚像４５０ｂが、図８（ｂ）に示す虚像４５０である。図９に示すように、虚像４５０ａと比較して、虚像４５０ｂは、路面に沿う方向に傾斜した立方体となっている。このため、例えば虚像４５０ａの上面の形状と比較して、虚像４５０ｂの上面の形状は、上下方向に縮小したように表示されており、虚像４５０ａにおける上面の対角の関係にある頂点ＡＢ間の距離は、それと対応する虚像４５０ｂにおける上面の対角の関係にある頂点Ａ’Ｂ’間の距離よりも長い。これにより、虚像４５０ｂは、虚像４５０ａと比較して、路面に沿う方向に傾斜していることが表現される。

ところで、画像生成部２５０が路面に対して傾斜して設置されている場合、画像生成部２５０の表示領域２７１に対して垂直な方向にコンバイナ４００が存在しないことになる。一般に、ＬＣＤ等の表示素子においては、表示領域に表示された映像の輝度は、表示領域に対して垂直な方向から見た場合が最も大きくなる。このため、ＬＣＤ等の表示素子を画像生成部２５０として用いている場合、画像生成部２５０を路面に対して傾斜して設置すると、コンバイナ４００に到達する画像表示光が暗くなる。そこで、このような場合、画像生成部２５０の表示領域２７１の表面に、画像表示光の出射方向を偏向する偏向フィルタを備えるのが好ましい。偏向フィルタは、光の進行方向を曲げる機能性シートであり、例えばプリズムアレイシートを用いて実現できる。

以上のように、画像生成部２５０の下端からコンバイナ４００までの距離が、画像生成部２５０の上端からコンバイナ４００までの距離よりも近くなるような姿勢で、画像生成部２５０を路面に対して傾けて配置することにより、コンバイナ４００が提示する虚像４５０を、路面に沿う方向に傾けて提示することが可能となる。また、画像信号生成部１１９が、画像生成部２５０を路面に対して傾けて配置することにより生じる虚像４５０の歪みを補正する元画像２８０が表示されるように画像信号を生成することにより、ユーザに歪みのない虚像４５０を提示することが可能となる。

以上説明したように、本発明の実施の形態に係る表示装置１０によれば、提示される虚像を違和感なく現実の風景に重畳することができる画像表示装置を提供することができる。

特に、本発明の実施の形態に係る表示装置１０によれば、虚像４５０を路面に沿って表示することにより、ユーザによって自然で見やすく、車両の進行方向を指示する矢印等の映像を高品位に提示することが可能となる。運転者であるユーザは、ウィンドシールド６１０を介して進行方向前方の路面を見るときに運転に関する様々なナビゲーション情報を得ることができ、安全運転をサポートすることができる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

［第１の変形例］
上述の実施の形態においては、画像信号生成部１１９は、画像生成部２５０が傾いて設置されている場合に、虚像４５０の歪みを打ち消すための画像信号を生成する場合について説明した。ここで画像生成部２５０が傾いて設置されている場合は虚像４５０も路面に沿う方向に傾いて提示されることに鑑みて、画像信号生成部１１９は、遠近法を考慮した画像信号を生成することもできる。つまり画像信号生成部１１９は、提示される虚像４５０のうち運転者Ｅの視点から遠い部分ほど小さく提示されるような画像信号を生成することができる。以下この場合について説明する。

図１０（ａ）−（ｂ）は、画像生成部２５０が傾いて設置されている場合の、画像信号に係る画像と虚像４５０との関係を説明するさらに別の図であり、遠近法を考慮した元画像２８０と虚像４５０とを例示する図である。

図１０（ｂ）は、路面に沿う方向に傾けた矢印の虚像４５０を示す図である。図１０（ｂ）において、虚像領域４０１中のＹ座標が正の方向に大きな領域は、Ｙ座標が正の方向に小さな領域と比較して、ユーザの視点から離れた位置に提示される。そこで表示装置１０は図１０に示すように、遠近法を考慮して、虚像４５０のうちＹ座標が正の方向に大きい領域は、Ｙ座標が正の方向に小さい領域と比較して縮小して提示されるようにする。この結果、本体平行である二つの線分４５２ａおよび４５２ｂは、図１０（ｂ）においては消失点に向かって近づくように提示される。これにより、ユーザに対してより立体感を持たせた虚像４５０を提示することが可能となる。

図１０（ａ）は、遠近法を考慮した虚像４５０を提示するために画像信号生成部１１９が生成した画像信号に基づき、画像生成部２５０が表示する元画像２８０の形状を例示する図である。上述した通り、画像信号生成部１１９は、画像生成部２５０を傾けて設置することによって生じる、提示したい虚像４５０に対する歪みを打ち消す処理を行った上で元画像２８０に係る画像信号を生成する。

上述したように、画像生成部２５０が傾斜して配置されていることによって生じる虚像４５０の歪みを打ち消すためには、画像信号生成部１１９は、表示領域２７１のＹ座標の値が大きい領域はＹ座標の値が小さい領域と比較して、Ｘ軸方向に縮小した画像表示光が生成されるように画像信号を生成する必要がある。遠近法を考慮した虚像４５０を提示する場合、画像信号生成部１１９は、虚像４５０の歪みを打ち消す場合よりもさらに、表示領域２７１のＹ座標の値が大きい領域ほどＸ軸方向に縮小した画像表示光が生成されるように画像信号を生成する。

図１０（ａ）は、Ｙ座標の値が大きい領域はＹ座標の値が小さい領域と比較して、Ｘ軸方向に縮小した矢印の元画像２８０を示している。式（３）を参照して説明したように、画像生成部２５０の上部の領域に表示される元画像２８０は、画像生成部２５０の下部の領域に表示される元画像２８０よりも拡大率が大きくなって虚像４５０として提示される。しかしながら、図１０（ａ）に示す元画像２８０は、式（３）に示す拡大率の相違では打ち消されない程度まで、表示領域２７１のＹ座標の値が大きい領域ほどＸ軸方向に縮小されている。

画像信号生成部１１９が遠近法を考慮した虚像４５０を提示するために生成すべき画像信号も、画像信号生成部１１９が虚像４５０の歪みを打ち消すために生成すべき画像信号の場合と同様に、画像生成部２５０の傾きθによって変わる。また、画像生成部２５０が設置される際の傾きの角度θは、虚像４５０を路面に沿う方向に傾けるべき角度θ’に基づいて定まる。そこで、画像生成部２５０が遠近法を考慮した虚像４５０を提示するために生成すべき画像信号の歪み度合いは、想定する角度θ等を鑑みて実験等によって予め定めればよい。

［第２の変形例］
上述の実施の形態においては、画像生成部２５０は、画像信号生成部１１９が生成した画像信号に基づいて画像を表示する自発光する素子からなる画像表示デバイスである場合について説明した。ここで画像生成部２５０は画像を表示する表示素子である場合に限られず、例えば外部から投射された画像表示光に基づく実像を結像して反射する反射型中間像スクリーンであってもよい。以下この場合について説明するが、既述の説明と重複する箇所については、適宜省略または簡略化して記載する。

図１１は、本発明の実施の形態の変形例に係る表示装置１１の側面図である。実施の形態の変形例に係る表示装置１１は、画像信号生成部１１９、光学ユニット２００、反射型中間像スクリーン３６２、およびコンバイナ４００を備える。

光学ユニット２００は、図示しない光源、画像表示素子、各種光学レンズ、各種投射ミラーが収納される。画像信号生成部１１９が出力した画像信号は、光学ユニット２００の上記各デバイスを介して画像表示光として反射型中間像スクリーン３６２に投射される。

反射型中間像スクリーン３６２は、光学ユニット２００から投射された画像表示光を結像し、実像を生成する。反射型中間像スクリーン３６２で結像した実像に係る画像表示光は図示しない反射ミラー等を介して凹面形状を有するコンバイナ４００に投射される。なお、上述の画像表示素子としては、例えば反射型液晶表示パネルであるＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon）やＤＭＤ（Digital Micromirror Device）、またはMEMS（Micro Electro Mechanical Systems）等を用いたレーザ型の表示装置を用いて実現できる。

図５に示す画像生成部２５０と同様に、図１１において反射型中間像スクリーン３６２は、路面に対して所定の角度θを有するように傾斜して配置されている。このため、上述したようにコンバイナ４００が提示する虚像４５０のアスペクト比は、反射型中間像スクリーン３６２に結像した実像に係る画像のアスペクト比を維持せず、映像に歪みが生じる。そこで画像信号生成部１１９は反射型中間像スクリーン３６２を傾けて設置することによって生じる、提示したい虚像４５０に対する歪みを打ち消す処理を行った上で元画像２８０に係る画像信号を生成する。

光学ユニット２００が投射した画像表示光を反射型中間像スクリーン３６２で結像して実像を形成する場合、ＬＣＤ等の自発光型の画像生成部２５０と比較して、輝度の大きな実像を形成することが可能となる。この結果、画像生成部２５０を用いる場合よりも、ユーザに明るい虚像４５０を提示することができる。

例えば晴れの日の昼間は、車外の環境光は１０００００ルクス程度の非常に大きな照度になるといわれている。したがって、実像の輝度を大きくすることにより、ユーザに提示するナビゲーション情報の視認性を高めることができる。

なお、画像生成部２５０を用いる場合と同様に、反射型中間像スクリーン３６２の下端からコンバイナ４００までの距離が、反射型中間像スクリーン３６２の上端からコンバイナ４００までの距離よりも近くなるように、反射型中間像スクリーン３６２を路面に対して傾けて配置することにより、コンバイナ４００が提示する虚像４５０を、路面に沿う方向に傾けて提示することが可能となる。

この場合、光学ユニット２００が投射した画像表示光をコンバイナ４００の方向に反射させるために、反射型中間像スクリーン３６２は、通常の反射角とは異なる角度で画像表示光を表示させる。これは反射型中間像スクリーン３６２の表面に、光の出射方向を変更する偏向フィルタを設けることで実現できる。

１０，１１ 表示装置、 １１９ 画像信号生成部、 ２００ 光学ユニット、 ２５０ 画像生成部、 ２７１ 表示領域、 ２８０ 元画像、 ３６２ 反射型中間像スクリーン、 ４００ コンバイナ、 ４０１ 虚像領域、 ４５０ 虚像、 ６１０ ウィンドシールド、 ６２０ ダッシュボード、 ６３０ ボンネット。

Claims (3)

1. 画像信号を生成する画像信号生成部と、
   前記画像信号に基づく画像を生成し、その画像に係る画像表示光を発する画像生成部と、
   前記画像生成部が発した画像表示光に基づき、前記画像が拡大された虚像を視認させる凹面形状のハーフミラーからなるコンバイナとを備え、
   前記画像生成部は、前記虚像が前記画像を視線方向に傾けた像として認識させられるように、所定の姿勢で設置され、
   前記画像信号生成部は前記画像生成部が前記姿勢で設置されることにより生じる前記虚像の歪みを予め補正した画像信号を生成する
   ことを特徴とする表示装置。
2. 前記画像生成部は、上端から前記コンバイナまでの距離が、下端から前記コンバイナまでの距離よりも短くなるような姿勢で設置されていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記画像信号生成部はさらに、前記画像が前記視線方向に向かうにしたがって縮小率が漸増していくように前記画像信号を生成することを特徴とする請求項１又は２に記載の表示装置。

Images