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WO2018030203A1 - 表示装置 - Google Patents

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WO2018030203A1
WO2018030203A1 PCT/JP2017/027825 JP2017027825W WO2018030203A1 WO 2018030203 A1 WO2018030203 A1 WO 2018030203A1 JP 2017027825 W JP2017027825 W JP 2017027825W WO 2018030203 A1 WO2018030203 A1 WO 2018030203A1
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mirror
scanning
distortion
screen
virtual image
Prior art date
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Ceased
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PCT/JP2017/027825
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English (en)
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Inventor
研一 笠澄
久保田　孝介
正人 尾形
森　俊也
聡 葛原
裕昭 岡山
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Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K35/00—Instruments specially adapted for vehicles; Arrangement of instruments in or on vehicles
    • B60K35/20—Output arrangements, i.e. from vehicle to user, associated with vehicle functions or specially adapted therefor
    • B60K35/21—Output arrangements, i.e. from vehicle to user, associated with vehicle functions or specially adapted therefor using visual output, e.g. blinking lights or matrix displays
    • B60K35/22—Display screens
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K35/00—Instruments specially adapted for vehicles; Arrangement of instruments in or on vehicles
    • B60K35/20—Output arrangements, i.e. from vehicle to user, associated with vehicle functions or specially adapted therefor
    • B60K35/21—Output arrangements, i.e. from vehicle to user, associated with vehicle functions or specially adapted therefor using visual output, e.g. blinking lights or matrix displays
    • B60K35/23—Head-up displays [HUD]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K35/00—Instruments specially adapted for vehicles; Arrangement of instruments in or on vehicles
    • B60K35/60—Instruments characterised by their location or relative disposition in or on vehicles
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G3/00—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes
    • G09G3/02—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes by tracing or scanning a light beam on a screen

Definitions

  • the present invention relates to a display device.
  • a head-up display (Head-Up Display, hereinafter also referred to as HUD) is known.
  • the HUD displays, for example, figures such as numbers, letters, and arrows as information related to the vehicle state and route.
  • Patent Document 1 discloses a technique for changing a projection position of a virtual image by moving a screen scanned with a laser beam in order to form an image in the optical axis direction.
  • the present invention provides a display device capable of reducing distortion of a virtual image visually recognized by a user.
  • a display device is a display device that displays a virtual image using a display medium, and includes a light source unit, a screen, a scanning unit, and an optical system.
  • the screen is disposed on the optical path from the light source unit to the display medium.
  • the scanning unit performs scanning on the screen using the light emitted from the light source unit.
  • the optical system is disposed on the optical path in order to display an image formed on the screen by scanning as a virtual image on the display medium. At least one of the screen and the optical system is arranged so as to reduce the distortion of the virtual image caused by the scanning.
  • the display device of the present invention can reduce distortion of a virtual image visually recognized by a user.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a usage example of the display device according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a view of the windshield (front glass) viewed from the inside of the vehicle.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a virtual image perceived by the driver through the windshield.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a specific configuration of the display device according to the embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating distortion of an image formed on the screen, which is generated by scanning of the scanning unit.
  • FIG. 6 is a schematic diagram for explaining an example in which distortion is reduced by arrangement of screens.
  • FIG. 7 is a schematic diagram for explaining an example in which distortion is reduced by the arrangement of the first mirror.
  • FIG. 8 is a schematic diagram for explaining an example in which distortion is reduced by the arrangement of the second mirror.
  • FIG. 9 is a schematic diagram for explaining an example in which distortion is reduced depending on the mounting direction of the second mirror.
  • HUD distortion may occur in an image formed on a screen by scanning with laser light. Such distortion also appears in a virtual image visually recognized by the user.
  • a display device is a display device that displays a virtual image using a display medium, and includes a light source unit, a screen disposed on an optical path from the light source unit to the display medium, and emission from the light source unit.
  • a scanning unit that performs scanning using the generated light on the screen, and an optical system that is disposed on the optical path to display an image formed on the screen by scanning as a virtual image on the display medium. At least one of the optical systems is arranged to reduce virtual image distortion caused by scanning.
  • Such a display device can reduce distortion of a virtual image visually recognized by the user.
  • the optical system may include a mirror, and the mirror may be arranged so that the incident angle of the light to the mirror is an angle that reduces the distortion of the virtual image caused by scanning.
  • Such a display device can reduce distortion of a virtual image visually recognized by the user by arranging the mirror at an inclination.
  • the mirror may be a concave mirror for enlarging and displaying the image as a virtual image on the display medium.
  • Such a display device can reduce distortion of a virtual image visually recognized by the user by arranging the concave mirror to be inclined.
  • the screen may be arranged so that the incident angle of light to the screen is an angle that reduces the distortion of the virtual image generated by scanning.
  • Such a display device can reduce distortion of a virtual image visually recognized by the user by arranging the screen at an inclination.
  • the scanning unit may be a MEMS (Micro Electro Mechanical System) mirror.
  • Such a display device can perform scanning using light emitted from the light source unit by the MEMS mirror.
  • the display medium may be a vehicle windshield.
  • Such a display device can display a virtual image using a windshield of a vehicle.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a usage example of the display device according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a view of the windshield (front glass) viewed from the inside of the vehicle.
  • the display device 10 is an in-vehicle head-up display (HUD), and is attached near the upper surface of a dashboard 301 of a vehicle 300.
  • HUD head-up display
  • the display device 10 projects light onto a region D1 (a region surrounded by a broken line in FIG. 2) of the windshield 201 which is an example of a display medium.
  • the projected light is reflected by the windshield 201.
  • the light reflected by the windshield 201 is directed to the eyes of the driver sitting in the driver's seat who is the user of the display device 10.
  • the driver perceives the reflected light that has entered the eyes as a virtual image I1 located on the opposite side (outside of the vehicle) of the windshield 201 against the background of an actual object that can be seen through the windshield 201.
  • this series of situations is expressed by the display device 10 displaying the virtual image I1 using the windshield 201.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the virtual image I1 perceived by the driver through the region D1 of the windshield 201.
  • the hood 202 of the vehicle 300 is also illustrated.
  • Images P1 to P6 in FIG. 3 are specific examples of the virtual image I1 displayed by the display device 10. Other than these are objects in front of the vehicle 300 (or the windshield 201) that are visible to the driver.
  • the images P1 to P6 appear to be located closer to the driver as the position in the region D1 is lower, and appear to be located farther from the driver as the position is higher in the region D1.
  • Images P1 and P2 each show the position of a pedestrian who is diagonally to the left of the vehicle 300.
  • Image P3 shows a left turn point 80 meters ahead of vehicle 300.
  • Images P4 to P6 show the traveling speed of the vehicle 300, the temperature of the cooling water, and the remaining amount of fuel, respectively.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a specific configuration of the display device 10.
  • the display device 10 includes a light source unit 11, a scanning unit 12, a screen 13, a first mirror 14, and a second mirror 15.
  • the light source unit 11 emits light indicating a virtual image displayed by the display device 10.
  • the light source unit 11 is configured by a pico projector including a laser light source that emits light of red (R), green (G), and blue (B) as a light emitter.
  • the pico projector can display a highly visible virtual image regardless of the color and brightness of objects around the vehicle 300 and the vehicle body.
  • the light source unit 11 can focus by using a laser light source regardless of the distance or angle from the projection plane. Since the light source unit 11 is compact, the occupied space of the display device 10 in the dashboard 301 can be minimized.
  • the scanning unit 12 is disposed on the optical path of the emitted light from the light source unit 11, and performs scanning using the emitted light on the screen 13. That is, the scanning target is the screen 13.
  • the scanning unit 12 is realized by, for example, a MEMS mirror.
  • the screen 13 is constituted by a diffusion screen, for example.
  • the scanning unit 12 forms an image on the screen 13 to be displayed as a virtual image by scanning the screen 13 with light emitted from the light source unit 11.
  • the scanning of the screen 13 by the scanning unit 12 is, for example, two-dimensional scanning such as raster scanning.
  • the scanning unit 12 is controlled by, for example, a CPU (Central Processing Unit) or a processor configured by a control unit (not shown) executing a program stored in a storage unit (not shown).
  • a CPU Central Processing Unit
  • a processor configured by a control unit (not shown) executing a program stored in a storage unit (not shown).
  • a one-dimensional scan from the upper left corner to the upper right corner is first performed.
  • the scanning position is moved on the screen 13 in a direction perpendicular to the one-dimensional scanning (for example, the downward direction), and the next one-dimensional scanning is performed. This is repeated, and the entire screen 13 is scanned two-dimensionally.
  • the screen 13 is disposed on the optical path from the light source unit 11 to the windshield 201.
  • the screen 13 is fixed so as not to move on the optical path.
  • An image is formed on the screen 13 by scanning of the scanning unit 12.
  • the screen 13 is a transmissive screen, and is specifically a rectangular plate-shaped ground glass.
  • the first mirror 14 and the second mirror 15 are optical systems (hereinafter referred to as the optical system) disposed on the optical path in order to display an image formed on the screen 13 by scanning by the scanning unit 12 as a virtual image I1 on the windshield 201.
  • the first mirror 14 and the second mirror 15 are also referred to as virtual image optical systems).
  • the windshield 201 is positioned above such a virtual image optical system (the first mirror 14 and the second mirror 15).
  • the first mirror 14 and the second mirror 15 are fixed so as not to move on the optical path.
  • the first mirror 14 is a reflecting member that projects (reflects) an image formed on the screen 13 onto the second mirror 15.
  • the first mirror 14 is specifically a convex mirror, but may be a plane mirror.
  • the intermediate image can have a wider angle of view and the optical path length can be shortened, so that the display device 10 can be downsized.
  • the first mirror 14 may be omitted. In this case, the image formed on the screen 13 is projected (reflected) directly onto the windshield 201 by the second mirror 15.
  • the second mirror 15 is a reflecting member that projects (reflects) the image projected (reflected) by the first mirror 14 onto the windshield 201.
  • the second mirror 15 is a concave mirror, and a virtual image I1 in which an image formed on the screen 13 is enlarged is displayed by reflecting light on the concave surface.
  • the second mirror is a concave mirror for enlarging and displaying the image formed on the screen 13 as a virtual image I0 on the windshield 201.
  • the optical member which comprises a virtual image optical system is not specifically limited.
  • the virtual image optical system may include a lens in addition to the mirror.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing distortion of an image formed on the screen 13 caused by scanning of the scanning unit 12.
  • such distortion is reduced by the arrangement (posture) of the screen 13, the arrangement (posture) of the first mirror 14, or the arrangement (posture) of the second mirror 15. That is, at least one of the screen 13 and the virtual image optical system is arranged so as to reduce distortion of the virtual image I1 caused by scanning.
  • the arrangement of these components for reducing distortion will be described.
  • FIG. 6 is a schematic diagram for explaining an example in which distortion is reduced by the arrangement of the screen 13.
  • the incident angle of the laser beam incident on the screen 13 from the scanning unit 12 is ⁇ 1 when the scanning unit 12 is scanning the end where distortion occurs (the end in the vertical direction of the image).
  • the posture of the screen 13 is indicated by a broken line so that the incident angle to the screen 13 becomes ⁇ 2 smaller than ⁇ 1 when the scanning unit 12 scans the end. Tilt to the position shown at 13a. Thereby, distortion can be reduced.
  • ⁇ 2 is set so that a distortion amount that is the same as the distortion amount generated by the scanning of the scanning unit 12 is generated and the distortion is generated in a direction opposite to the direction of the distortion generated by the scanning of the scanning unit 12.
  • the distortion caused by the scanning of the scanning unit 12 can be canceled by the arrangement (posture) of the screen 13 and the distortion can be eliminated.
  • the screen 13 may be arranged so that the incident angle of the light to the screen 13 is an angle that reduces the distortion of the virtual image I1 caused by the scanning of the scanning unit 12.
  • the direction of distortion can be changed by arranging the light source unit 11 at a position 11a indicated by a broken line in FIG. 6 and changing the sign of the incident angle to the scanning unit 12. That is, if distortion occurs when the light source unit 11 is arranged as shown in FIG. 6, the distortion may be reduced by changing the position of the light source unit 11 to the position 11a.
  • FIG. 7 is a schematic diagram for explaining an example in which distortion is reduced by the arrangement of the first mirror 14.
  • the first mirror 14 When light is incident on the first mirror 14 at an incident angle ⁇ 3, if the distortion shown in FIG. 5 occurs, the first mirror 14 is indicated by a broken line 14a so that the incident angle becomes ⁇ 4 larger than ⁇ 3. Tilt to posture. Thereby, the incident angle of the light to the 2nd mirror 15 becomes large. Then, distortion occurs in a direction opposite to the distortion shown in FIG. 5, so that distortion generated by scanning of the scanning unit 12 can be reduced (cancelled).
  • ⁇ 4 is set such that the same distortion amount as that generated by the scanning of the scanning unit 12 occurs, and distortion occurs in the direction opposite to the direction of distortion generated by the scanning of the scanning unit 12. Thereby, the distortion caused by the scanning of the scanning unit 12 can be canceled by the arrangement (posture) of the first mirror 14 and the distortion can be eliminated.
  • distortion can be reduced depending on the mounting direction of the first mirror 14.
  • FIG. 7 it is assumed that distortion occurs when one end 14b of the first mirror 14 is positioned on the upper side and the other end 14c of the first mirror 14 is positioned on the lower side.
  • distortion may be reduced by changing the attachment of the first mirror 14 so that the one end 14b of the first mirror 14 is on the lower side and the other end 14c of the first mirror 14 is on the upper side. In this case, distortion is reduced by the aberration of the first mirror 14.
  • the distortion caused by the scanning of the scanning unit 12 may be reduced depending on the mounting direction of the first mirror 14.
  • FIG. 8 is a schematic diagram for explaining an example in which distortion is reduced by the arrangement of the second mirror 15.
  • ⁇ 6 is set so that the same distortion amount as that generated by the scanning of the scanning unit 12 occurs, and the distortion occurs in a direction opposite to the direction of distortion generated by the scanning of the scanning unit 12. Thereby, the distortion caused by the scanning of the scanning unit 12 can be canceled by the arrangement (posture) of the second mirror 15 and the distortion can be eliminated.
  • the second mirror 15 may be arranged so that the incident angle of the light to the second mirror 15 is an angle that reduces the distortion of the virtual image I1 caused by the scanning of the scanning unit 12.
  • FIG. 9 is a schematic diagram for explaining an example in which distortion is reduced depending on the mounting direction of the second mirror 15.
  • the arrangement of the optical system in the display device 10 is substantially symmetric in the left-right direction (the front-rear direction as viewed from the user).
  • the arrangement of the optical system in the display device 10 is substantially symmetric in the left-right direction (the front-rear direction as viewed from the user).
  • light is incident on the second mirror 15 not from the rear (user side) but from the front (virtual image I1 side).
  • the mounting direction of the second mirror 15 is changed as shown in FIGS. 4 to 9, distortion may be reduced due to the aberration of the second mirror 15.
  • the distortion caused by the scanning of the scanning unit 12 may be reduced depending on the mounting direction of the second mirror 15.
  • the distortion caused by the scanning of the scanning unit 12 may be reduced depending on the mounting direction of the first mirror 14.
  • the distortion can be more effectively reduced depending on the mounting direction of the second mirror 15.
  • the virtual image optical system only needs to reduce distortion caused by scanning of the scanning unit 12 in the entire virtual image optical system. That is, even if one optical component included in the virtual image optical system is arranged so as not to reduce (increase or maintain) the distortion caused by the scanning of the scanning unit 12, other optical components included in the virtual image optical system By arranging so as to reduce the distortion caused by the scanning of the scanning unit 12, it is only necessary to reduce the distortion caused by the scanning of the scanning unit 12 as the entire virtual image optical system. All of the optical components included in the virtual image optical system may be arranged so as to reduce distortion caused by scanning of the scanning unit 12.
  • the virtual image optical system may include an optical member other than the mirror.
  • the virtual image optical system may include a lens.
  • the lens is, for example, a lens dedicated to distortion correction. Such a lens may reduce distortion caused by scanning of the scanning unit 12.
  • the display device according to the above embodiment may be mounted on a mobile device other than a vehicle.
  • the display device may be mounted on, for example, an aircraft or a ship.
  • the present invention may be realized as a mobile device other than such a vehicle.
  • general or specific aspect of the present invention may be realized as a system, an apparatus, a method, or the like.
  • general or specific aspects of the present invention may be realized by any combination of systems, apparatuses, and methods.
  • the present invention may be realized as a mobile device including the display device of the above-described embodiment. Further, the present invention may be realized as a method for manufacturing or designing a display device. In such a manufacturing method or design method, in the manufacture or design of the display device according to the above-described embodiment, the step of arranging at least one of the screen and the optical system so as to reduce the distortion of the virtual image caused by the scanning of the scanning unit. including.
  • the present invention can be used for a display device that displays a virtual image using a display medium.
  • the present invention can be used for a vehicle HUD that displays a virtual image using a windshield as a display medium.

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Abstract

本発明の表示装置（１０）は、光源部（１１）と、光源部（１１）から表示媒体（２０１）までの光路上に配置されたスクリーン（１３）と、光源部（１１）から出射された光を用いた走査をスクリーン（１３）上で行う走査部（１２）と、走査によってスクリーン（１３）上に結像した画像を表示媒体（２０１）に虚像（Ｉ１）として表示するために、光路上に配置される第２ミラー（１５）とを備える。スクリーン（１３）及び第２ミラー（１５）の少なくとも一方は、走査によって生じる虚像（Ｉ１）の歪みを低減するように配置されている。

Description

表示装置
　本発明は、表示装置に関する。
　車両用の表示装置として、ヘッドアップディスプレイ（Ｈｅａｄ－Ｕｐ　Ｄｉｓｐｌａｙ、以下、ＨＵＤとも表記する）が知られている。ＨＵＤは、例えば、数字、文字及び矢印などの図形を、車両の状態や経路に関する情報として表示する。
　また、車両用のＨＵＤには、ウインドシールドの前方に結像する虚像を運転者に提示するものがある。特許文献１には、画像を結像させるためにレーザ光が走査されるスクリーンを、光軸方向に移動させることによって虚像の投影位置を変化させる技術が開示されている。
特開２００９－１５０９４７号公報
　本発明は、ユーザが視認する虚像の歪みを低減することができる表示装置を提供する。
　本発明の一態様に係る表示装置は、表示媒体を用いて虚像を表示する表示装置であって、光源部と、スクリーンと、走査部と、光学系とを備える。スクリーンは、光源部から表示媒体までの光路上に配置される。走査部は、光源部から出射された光を用いた走査をスクリーン上で行う。光学系は、走査によってスクリーン上に結像した画像を表示媒体に虚像として表示するために、光路上に配置される。スクリーン及び光学系の少なくとも一方は、走査によって生じる虚像の歪みを低減するように配置されている。
　本発明の表示装置は、ユーザが視認する虚像の歪みを低減することができる。
図１は、実施の形態に係る表示装置の使用例を示す図である。 図２は、車両の内部からウインドシールド（フロントガラス）を見た図である。 図３は、ウインドシールドを通じて運転者に知覚される虚像の一例を示す図である。 図４は、実施の形態に係る表示装置の具体的な構成を示す図である。 図５は、走査部の走査によって生じる、スクリーンに結像する画像の歪みを示す模式図である。 図６は、スクリーンの配置によって歪みを低減する例を説明するための模式図である。 図７は、第１ミラーの配置によって歪みを低減する例を説明するための模式図である。 図８は、第２ミラーの配置によって歪みを低減する例を説明するための模式図である。 図９は、第２ミラーの取り付けの向きによって歪みを低減する例を説明するための模式図である。
　本発明の実施の形態の説明に先立ち、従来のＨＵＤにおける問題点を簡単に説明する。ＨＵＤでは、レーザ光の走査によってスクリーンに結像される画像に歪みが生じる場合がある。このような歪みは、ユーザが視認する虚像にも表れる。
　本発明の一態様に係る表示装置は、表示媒体を用いて虚像を表示する表示装置であって、光源部と、光源部から表示媒体までの光路上に配置されたスクリーンと、光源部から出射された光を用いた走査をスクリーン上で行う走査部と、走査によってスクリーン上に結像した画像を表示媒体に虚像として表示するために、光路上に配置される光学系とを備え、スクリーン及び光学系の少なくとも一方は、走査によって生じる虚像の歪みを低減するように配置されている。
　このような表示装置は、ユーザが視認する虚像の歪みを低減することができる。
　また、光学系には、ミラーが含まれ、ミラーは、当該ミラーへの光の入射角が、走査によって生じる虚像の歪みを低減する角度になるように配置されていてもよい。
　このような表示装置は、ミラーが傾いて配置されることにより、ユーザが視認する虚像の歪みを低減することができる。
　また、ミラーは、画像を表示媒体に虚像として拡大表示するための凹面鏡であってもよい。
　このような表示装置は、凹面鏡が傾いて配置されることにより、ユーザが視認する虚像の歪みを低減することができる。
　また、スクリーンは、当該スクリーンへの光の入射角が、走査によって生じる虚像の歪みを低減する角度になるように配置されていてもよい。
　このような表示装置は、スクリーンが傾いて配置されることにより、ユーザが視認する虚像の歪みを低減することができる。
　また、走査部は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍ）ミラーであってもよい。
　このような表示装置は、ＭＥＭＳミラーによって光源部から出射された光を用いた走査を行うことができる。
　また、表示媒体は、車両のウインドシールドであってもよい。
　このような表示装置は、車両のウインドシールドを用いて虚像を表示することができる。
　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。
　また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。なお、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化される場合がある。
　（実施の形態）
　［表示装置の概要］
　まず、実施の形態に係る表示装置の概要について説明する。図１は、実施の形態に係る表示装置の使用例を示す図である。図２は、車両の内部からウインドシールド（フロントガラス）を見た図である。
　図１に示されるように、実施の形態に係る表示装置１０は、車載用のヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）であり、車両３００のダッシュボード３０１の上面付近に取り付けられる。
　図１及び図２に示されるように、表示装置１０は、表示媒体の一例であるウインドシールド２０１の領域Ｄ１（図２の破線で囲まれた領域）に光を投射する。投射された光はウインドシールド２０１によって反射される。
　ウインドシールド２０１によって反射された光は、表示装置１０のユーザである運転席に座る運転者の目に向かう。運転者は、目に入ったその反射光を、ウインドシールド２０１越しに見える実在の物体を背景とした、ウインドシールド２０１の反対側（車外側）に位置する虚像Ｉ１として知覚する。実施の形態においてはこの一連の状況を、表示装置１０はウインドシールド２０１を用いて虚像Ｉ１を表示する、と表現する。
　次に、虚像Ｉ１の一例について説明する。図３は、ウインドシールド２０１の領域Ｄ１を通じて運転者に知覚される虚像Ｉ１の一例を示す図である。なお、図３では、車両３００のボンネット２０２も図示されている。
　図３全体は、車両３００を運転中の運転者（図示なし）の視界内の景色の一部である。図３における画像Ｐ１～Ｐ６は、表示装置１０によって表示される虚像Ｉ１の具体例である。これら以外は運転者から見える、車両３００（又はウインドシールド２０１）の前方にある物体である。なお、画像Ｐ１～Ｐ６は、領域Ｄ１内での位置が低いほど、運転者の近く位置するように見え、領域Ｄ１内で位置が高いほど、運転者の遠くに位置するように見える。
　画像Ｐ１及びＰ２は、それぞれ車両３００の左斜め前方に居る歩行者の位置を示す。画像Ｐ３は、車両３００の８０ｍ先にある左折地点を示す。画像Ｐ４～Ｐ６は、それぞれ車両３００の走行速度、冷却水の温度、燃料の残量を示す。
　［表示装置の具体的な構成］
　次に、表示装置１０の具体的な構成について説明する。図４は、表示装置１０の具体的な構成を示す図である。
　表示装置１０は、光源部１１と、走査部１２と、スクリーン１３と、第１ミラー１４と、第２ミラー１５とを備える。
　光源部１１は、表示装置１０が表示する虚像を示す光を出射する。例えば、光源部１１は、発光体として赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色の光を出射するレーザ光源を備えるピコプロジェクタによって構成される。ピコプロジェクタは、車両３００の周囲の物や車体の色、明るさにかかわらず視認性の高い虚像の表示が可能である。また、光源部１１は、レーザ光源を用いることで投影面との距離や角度に関係なく焦点を合わせることができる。光源部１１は、コンパクトであるためダッシュボード３０１における表示装置１０の占有スペースが最小限に抑えられる。
　走査部１２は、光源部１１からの出射光の光路上に配置され、当該出射光を用いた走査をスクリーン１３上で行う。つまり、走査の対象はスクリーン１３である。走査部１２は、例えば、ＭＥＭＳミラーによって実現される。スクリーン１３は、例えば拡散スクリーンによって構成される。走査部１２は、スクリーン１３を光源部１１からの出射光で走査することによって、虚像として表示されるための画像をスクリーン１３上に結像させる。走査部１２によるスクリーン１３の走査は、例えば、ラスタースキャンなどの２次元走査である。走査部１２の制御は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）又はプロセッサなどによって構成され制御部（図示せず）が記憶部（図示せず）に記憶されたプログラムを実行することによって行われる。
　ラスタースキャンにおいては、例えば、左上角から始まり右上角までの１次元的な走査が最初に行われる。次に、スクリーン１３上で１次元走査に対して垂直な方向（例えば、下方向）に走査位置を移して、次の１次元走査が行われる。これが繰り返されてスクリーン１３全体に２次元的に走査が行われる。
　スクリーン１３は、光源部１１からウインドシールド２０１までの光路上に配置されている。スクリーン１３は、上記光路上に動かないように固定されている。スクリーン１３には、走査部１２の走査によって画像が結像される。スクリーン１３は、透過型のスクリーンであり、具体的には、矩形板状のすりガラスなどである。
　第１ミラー１４及び第２ミラー１５は、走査部１２による走査によってスクリーン１３上に結像した画像をウインドシールド２０１に虚像Ｉ１として表示するために、上記光路上に配置される光学系（以下、第１ミラー１４及び第２ミラー１５を虚像光学系とも記載する）の一例である。ウインドシールド２０１は、このような虚像光学系（第１ミラー１４及び第２ミラー１５）よりも上方に位置する。第１ミラー１４及び第２ミラー１５は、上記光路上に動かないように固定されている。
　第１ミラー１４は、スクリーン１３上に結像した画像を第２ミラー１５に投射(反射)する反射部材である。第１ミラー１４は、具体的には、凸面鏡であるが、平面鏡であってもよい。第１ミラー１４が凸面鏡である場合には、中間像をさらに広画角にし、光路長を短くすることができるため、表示装置１０の小型化が可能である。また、第１ミラー１４は省略されてもよく、この場合は、スクリーン１３上に結像した画像は、第２ミラー１５によって直接ウインドシールド２０１に投射（反射）される。
　第２ミラー１５は、第１ミラー１４によって投射（反射）された画像を、ウインドシールド２０１に投射（反射）する反射部材である。第２ミラー１５は、具体的には、凹面鏡であり、凹面で光が反射されることにより、スクリーン１３に結像された画像が拡大された虚像Ｉ１が表示される。言い換えれば、第２ミラーは、スクリーン１３に結像された画像をウインドシールド２０１に虚像Ｉ０として拡大表示するための凹面鏡である。
　なお、虚像光学系を構成する光学部材は、特に限定されない。例えば、虚像光学系には、ミラーの他にレンズ等が含まれてもよい。
　［走査によって生じる歪］
　次に、走査部１２の走査によって生じる画像の歪みについて説明する。図５は、走査部１２の走査によって生じる、スクリーン１３に結像する画像の歪みを示す模式図である。
　一般に、光源部１１から走査部１２へのレーザ光の入射角が大きいほど、大きな歪みが発生する。つまり、走査部１２が画像の端部を走査しているときほど歪が大きくなるため、スクリーン１３上に結像する画像の水平方向における両端部分が鉛直方向上側に歪むことになる。そうすると、虚像Ｉ１にも同様の歪みが生じる。
　表示装置１０では、このような歪みは、スクリーン１３の配置（姿勢）、第１ミラー１４の配置（姿勢）、または、第２ミラー１５の配置（姿勢）によって低減される。つまり、スクリーン１３及び虚像光学系の少なくとも一方は、走査によって生じる虚像Ｉ１の歪みを低減するように配置されている。以下、歪みを低減するためのこれらの部品の配置について説明する。
　［スクリーンの配置］
　まず、スクリーン１３の配置によって歪みを低減する例について説明する。図６は、スクリーン１３の配置によって歪みを低減する例を説明するための模式図である。
　歪みが発生する端部（画像の垂直方向の端部）を走査部１２が走査しているときに、走査部１２からスクリーン１３に入射するレーザ光の入射角をθ１とする。このとき、図５のような歪みが生じる場合は、走査部１２が端部を走査しているときのスクリーン１３への入射角がθ１よりも小さいθ２になるように、スクリーン１３の姿勢を破線１３ａで示される姿勢まで傾ける。これにより、歪みを低減することができる。
　例えば、θ２は、走査部１２の走査によって生じる歪み量と同じ歪み量が発生し、かつ、走査部１２の走査によって生じる歪みの向きと逆の向きに歪みが発生するように設定される。これにより、走査部１２の走査によって生じる歪みをスクリーン１３の配置（姿勢）によって相殺し、歪みを無くすことができる。
　このように、スクリーン１３は、スクリーン１３への光の入射角が、走査部１２の走査によって生じる虚像Ｉ１の歪みを低減する角度になるように配置されればよい。
　また、図６に破線で示される位置１１ａに光源部１１を配置し、走査部１２への入射角の符号を変えることで、歪みの向きを変えることができる。つまり、図６のように光源部１１が配置されるときに歪みが発生するのであれば、光源部１１の位置を位置１１ａに変更することで歪みを低減できる場合がある。
　［第１ミラーの配置］
　次に、第１ミラー１４の配置によって歪みを低減する例について説明する。図７は、第１ミラー１４の配置によって歪みを低減する例を説明するための模式図である。
　第１ミラー１４に入射角θ３で光が入射する場合に、図５のような歪みが生じる場合は、入射角がθ３よりも大きいθ４になるように、第１ミラー１４を破線１４ａで示される姿勢まで傾ける。これにより、第２ミラー１５への光の入射角が大きくなる。そうすると、図５に示される歪みとは逆方向に歪が発生するため、走査部１２の走査によって生じる歪を低減（相殺）することができる。
　例えば、θ４は、走査部１２の走査によって生じる歪み量と同じ歪み量が発生し、かつ、走査部１２の走査によって生じる歪みの向きと逆の向きに歪みが発生するように設定される。これにより、走査部１２の走査によって生じる歪みを第１ミラー１４の配置（姿勢）によって相殺し、歪みを無くすことができる。
　また、第１ミラー１４の取り付け方向によっても歪みを低減できる場合がある。例えば、図７に示されるように第１ミラー１４の一端１４ｂが上側に第１ミラー１４の他端１４ｃが下側に位置するときに歪みが発生しているとする。この場合、第１ミラー１４の一端１４ｂが下側に、第１ミラー１４の他端１４ｃが上側に来るように第１ミラー１４の取り付けを変更することで、歪みが低減される場合がある。この場合、第１ミラー１４が有する収差によって歪みが低減される。
　このように、走査部１２の走査により生じる歪みは、第１ミラー１４の取り付けの向きによって低減されてもよい。
　［第２ミラーの配置］
　次に、第２ミラー１５の配置によって歪みを低減する例について説明する。図８は、第２ミラー１５の配置によって歪みを低減する例を説明するための模式図である。
　第２ミラー１５に入射角θ５で光が入射する場合に、図５のような歪みが生じる場合は、入射角がθ５よりも大きいθ６になるように第２ミラー１５を破線１５ａで示される姿勢まで傾ける。これにより、図５に示される歪みとは逆方向に歪が発生するため、走査部１２の走査によって生じる歪を低減（相殺）することができる。
　例えば、θ６は、走査部１２の走査によって生じる歪み量と同じ歪み量が発生し、かつ、走査部１２の走査によって生じる歪みの向きと逆の向きに歪みが発生するように設定される。これにより、走査部１２の走査によって生じる歪みを第２ミラー１５の配置（姿勢）によって相殺し、歪みを無くすことができる。
　このように、第２ミラー１５は、第２ミラー１５への光の入射角が、走査部１２の走査によって生じる虚像Ｉ１の歪みを低減する角度になるように配置されればよい。
　また、第２ミラー１５の取り付けの向きによっても歪みを低減できる場合がある。例えば、図９に示されるように、第２ミラー１５による光の反射方向が変わるように光学系が配置されることで、歪みが低減される場合がある。図９は、第２ミラー１５の取り付けの向きによって歪みを低減する例を説明するための模式図である。
　図９と上述の図４とを比較すると、表示装置１０における光学系の配置が、左右方向（ユーザから見て前後方向）において、略対称になっている。例えば、図９の例では、図４と異なり、第２ミラー１５には後方（ユーザ側）からではなく前方（虚像Ｉ１側）から光が入射する。図４から図９のように第２ミラー１５の取り付けの向きが変更されると、第２ミラー１５が有する収差によって歪みが低減される場合がある。
　このように、走査部１２の走査により生じる歪みは、第２ミラー１５の取り付けの向きによって低減されてもよい。
　なお、走査部１２の走査により生じる歪みは、第１ミラー１４の取り付けの向きによって低減されてもよい。しかしながら、表示装置１０においては、第１ミラー１４よりも第２ミラー１５の表面湾曲が大きいため、第２ミラー１５の取付の向きによって、より効果的に歪みを低減することが可能である。
　［その他の光学系を用いた歪みの低減］
　なお、虚像光学系は、虚像光学系全体で走査部１２の走査によって生じる歪みを低減できればよい。つまり、虚像光学系に含まれる一の光学部品が、走査部１２の走査によって生じる歪みを減少させない（増加または維持する）ように配置されていても、虚像光学系に含まれる他の光学部品が走査部１２の走査によって生じる歪みを減少させるように配置されていることにより、虚像光学系全体として、走査部１２の走査によって生じる歪みを低減していればよい。また、虚像光学系に含まれる光学部品の全てが、走査部１２の走査によって生じる歪みを低減するように配置されていてもよい。
　また、虚像光学系には、ミラー以外の光学部材が含まれてもよい。例えば、虚像光学系には、レンズが含まれてもよい。レンズは、例えば、歪み補正専用のレンズである。このようなレンズにより、走査部１２の走査によって生じる歪みを減少させてもよい。
　（その他の実施の形態）
　以上、実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
　例えば、上記実施の形態に係る表示装置は、車両以外の移動体装置に搭載されてもよい。表示装置は、例えば、航空機または船舶に搭載されてもよい。また、本発明は、このような車両以外の移動体装置として実現されてもよい。
　また、本発明の全般的または具体的な態様は、システム、装置、または方法などとして実現されてもよい。また、本発明の全般的または具体的な態様は、システム、装置、または方法の任意な組み合わせで実現されてもよい。
　例えば、本発明は、上記実施の形態の表示装置を備える移動体装置として実現されてもよい。また、本発明は、表示装置の製造方法または設計方法として実現されてもよい。このような製造方法または設計方法は、上記実施の形態に係る表示装置の製造または設計において、スクリーン及び光学系の少なくとも一方を、走査部の走査によって生じる虚像の歪みを低減するように配置するステップを含む。
　以上、実施の形態について説明したが、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や、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
　本発明は、表示媒体を用いて虚像を表示する表示装置に利用可能であり、例えば表示媒体としてウインドシールドを用いて虚像を表示する、車両用のＨＵＤに利用することができる。
　１０　表示装置
　１１　光源部
　１１ａ　位置
　１２　走査部
　１３　スクリーン
　１３ａ，１４ａ，１５ａ　破線
　１４　第１ミラー
　１４ｂ　一端
　１４ｃ　他端
　１５　第２ミラー
　２０１　ウインドシールド
　２０２　ボンネット
　３００　車両
　３０１　ダッシュボード
　Ｄ１　領域
　Ｉ０，Ｉ１　虚像
　Ｐ１～Ｐ６　画像

Claims (6)

  1. 　表示媒体を用いて虚像を表示する表示装置であって、
    　光源部と、
    　前記光源部から前記表示媒体までの光路上に配置されたスクリーンと、
    　前記光源部から出射された光を用いた走査を前記スクリーン上で行う走査部と、
    　前記走査によってスクリーン上に結像した画像を前記表示媒体に前記虚像として表示するために、前記光路上に配置される光学系とを備え、
    　前記スクリーン及び前記光学系の少なくとも一方は、前記走査によって生じる前記虚像の歪みを低減するように配置されている
    　表示装置。
  2. 　前記光学系には、ミラーが含まれ、
    　前記ミラーは、当該ミラーへの光の入射角が、前記走査によって生じる前記虚像の歪みを低減する角度になるように配置されている
    　請求項１に記載の表示装置。
  3. 　前記ミラーは、前記画像を前記表示媒体に前記虚像として拡大表示するための凹面鏡である
    　請求項２に記載の表示装置。
  4. 　前記スクリーンは、当該スクリーンへの光の入射角が、前記走査によって生じる前記虚像の歪みを低減する角度になるように配置されている
    　請求項１～３のいずれか１項に記載の表示装置。
  5. 　前記走査部は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍ）ミラーである
    　請求項１～４のいずれか１項に記載の表示装置。
  6. 　前記表示媒体は、車両のウインドシールドである
    　請求項１～５のいずれか１項に記載の表示装置。
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