JP6607957B2 - 表示装置、移動体、および光源装置 - Google Patents

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関連出願へのクロスリファレンス

本出願は、日本国特許出願２０１５−２３０９１１号（２０１５年１１月２６日出願）及び日本国特許出願２０１６−１６７０５５号（２０１６年８月２９日出願）の優先権を主張するものであり、当該出願の開示全体を、ここに参照のために取り込む。

本開示は、表示装置、移動体、および光源装置に関する。

従来、車両等の移動体に搭載され、移動体の運転者等の利用者に虚像を視認させる装置が知られている。例えば特開２０１１−９０２１７号公報には、投影部内に設けられる拡散シート等の拡散透過部材の拡散透過率を高めて平行透過率を低下させることで、広い視角範囲で輝度均一性を得る技術が開示されている。例えば特開２０１５−１６８３８２号公報には、周囲の明るさに応じて光源の光量を制御する技術が開示されている。

本開示の一実施形態に係る表示装置は、利用者に虚像を視認させる。虚像は、輝度の視角依存性が所定方向に沿って変化する輝度特性を有する。

本開示の一実施形態に係る表示装置は、利用者に画像の虚像を視認させる。表示装置は、光源装置と、１以上の光学部材と、を備える。光源装置は、画像を表示する表示面を有する。１以上の光学部材は、表示面から出る画像の投影光を実空間上の所定領域に到達させる。表示面における第１領域からである投影光の輝度が最大となる第１方向と、表示面における第２領域から出る投影光の輝度が最大となる第２方向とが、異なる。

本開示の一実施形態に係る移動体は、利用者に画像の虚像を視認させる。移動体は、光源装置と、１以上の光学部材と、を備える。光源装置は、画像を表示する表示面を有する。１以上の光学部材は、表示面から出る画像の投影光を実空間上の所定領域に到達させる。表示面における第１領域から出る投影光の輝度が最大となる第１方向と、表示面における第２領域から出る投影光の輝度が最大となる第２方向とが、異なる。

本開示の一実施形態に係る光源装置は、画像を表示する表示面を有する。表示面における第１領域から出る投影光の輝度が最大となる第１方向と、表示面における第２領域から出る投影光の輝度が最大となる第２方向とが、異なる。

本発明の一実施形態に係る移動体および表示装置を示す図である。 図１の表示装置の概略構成を示す図である。 図２の光源装置の光軸に沿った断面図である。 第１の変形例に係る光源装置の光軸に沿った断面図である。 第２の変形例に係る光源装置の光軸に沿った断面図である。 光源装置が備えるディスプレイの断面図である。 光源装置が備えるディスプレイの断面図である。 光源装置の表示面における各微小領域から出る光の放射方向と、各微小領域から出る光の輝度と、の関係を示すグラフである。 図１の表示装置が利用者に視認させる虚像の概略図である。 図９の虚像の各点における輝度特性を示すグラフである。 利用者が虚像の中央正面から虚像を見たときの虚像と利用者との間の位置関係を示す上面図である。 図１１に示す位置関係のときに利用者に視認させる表示面の輝度分布を示す図である。 利用者が虚像の左端正面から虚像を見たときの虚像と利用者との間の位置関係を示す上面図である。 図１３に示す位置関係のときに利用者に視認させる表示面の輝度分布を示す図である。

以下、本開示の一実施形態について、図面を参照して説明する。

（移動体および表示装置の概要）
図１を参照して、一実施形態に係る移動体１０および表示装置１１について説明する。移動体１０は、表示装置１１を備える。

移動体１０は、例えば車両、船舶、および航空機等を含んでよい。車両は、例えば自動車、産業車両、鉄道車両、生活車両、および滑走路を走行する固定翼機等を含んでよい。自動車は、例えば乗用車、トラック、バス、二輪車、およびトロリーバス等を含んでよい。産業車両は、例えば農業および建設向けの産業車両等を含んでよい。産業車両は、例えばフォークリフトおよびゴルフカート等を含んでよい。農業向けの産業車両は、例えばトラクター、耕耘機、移植機、バインダー、コンバイン、および芝刈り機等を含んでよい。建設向けの産業車両は、例えばブルドーザー、スクレーバー、ショベルカー、クレーン車、ダンプカー、およびロードローラ等を含んでよい。車両は、人力で走行するものを含んでよい。車両の分類は、上述した例に限られない。例えば、自動車は、道路を走行可能な産業車両を含んでよい。複数の分類に同じ車両が含まれてよい。船舶は、例えばマリンジェット、ボート、およびタンカー等を含んでよい。航空機は、例えば固定翼機および回転翼機等を含んでよい。

表示装置１１は、例えば移動体１０のダッシュボード内に設置されてよい。表示装置１１は、例えば移動体１０の運転者等の利用者１２に所望の画像の虚像１３を視認させる、ヘッドアップディスプレイとして機能する。具体的には、一実施形態において表示装置１１は、移動体１０に備えられた第１光学部材１４の所定領域に向かって画像の投影光を放射する。一実施形態において、第１光学部材１４はウィンドシールドであってよい。他の実施形態において、第１光学部材１４はコンバイナであってよい。画像の投影光の詳細については後述する。第１光学部材１４の所定領域で反射した画像の投影光は、アイボックス１５に到達する。アイボックス１５は、例えば利用者１２の体格、姿勢、および姿勢の変化等を考慮して、利用者１２の眼が存在し得ると想定される実空間上の空間領域である。図１に示す矢印は、表示装置１１から放射された画像の投影光の一部がアイボックス１５まで到達する経路を示す。利用者１２は、アイボックス１５内に眼が存在する場合、アイボックス１５に到達する画像の投影光によって、当該画像の虚像１３を視認可能である。虚像１３は、例えば移動体１０よりも前方に視認され得る。

（表示装置の構成）
図２を参照して、一実施形態に係る表示装置１１について詳細に説明する。表示装置１１は、光源装置１６と、１以上の第２光学部材１７と、を備える。図２は、表示装置１１に２つの第２光学部材１７ａ、１７ｂが備えられた構成を例示している。

光源装置１６は、表示装置１１の内部において、画像の投影光を放射する。光源装置１６の詳細な構成については後述する。

第２光学部材１７ａおよび１７ｂは、光源装置１６から放射された画像の投影光を表示装置１１の外部に到達させる。一実施形態において、第２光学部材１７ａおよび１７ｂの少なくとも一方は、ミラーであってよい。図２に示す矢印は、光源装置１６から放射された画像の投影光の一部が、第２光学部材１７ａおよび１７ｂによって反射され、表示装置１１の筐体に設けられた窓部を通過し表示装置１１の外部まで到達する経路を示す。表示装置１１の外部に到達した画像の投影光は、図１に示すように移動体１０に備えられた第１光学部材１４の所定領域に到達する。他の実施形態において、第２光学部材１７ａおよび１７ｂの少なくとも一方は、レンズであってもよい。他の実施形態において、第２光学部材１７ａおよび１７ｂの一方がミラーであり、他方がレンズであってよい。

第２光学部材１７ａおよび１７ｂは更に、画像の投影光を拡大する拡大光学系として機能してよい。一実施形態において、第２光学部材１７ａおよび１７ｂの少なくとも一方は、画像の投影光が到達する面の少なくとも一部に凸面形状または凹面形状を有するミラーであってよい。他の実施形態において、第２光学部材１７ａおよび１７ｂの少なくとも一方は、画像の投影光が入射または出射する面の少なくとも一部に凸面形状または凹面形状を有するレンズであってよい。凸面形状および凹面形状の少なくとも一部は、球面形状または非球面形状であってよい。

（光源装置の構成）
図３を参照して、一実施形態に係る光源装置１６について詳細に説明する。光源装置１６は、基板１８と、光源素子１９と、照明光学系と、ディスプレイ２２と、制御部２３と、を備える。照明光学系は、第３光学部材２０と、第４光学部材２１と、を含む。基板１８、第３光学部材２０、第４光学部材２１、およびディスプレイ２２は、光源装置１６の内部において固定的に配置される。光源素子１９および制御部２３は、基板１８上に配置される。

光源素子１９は、例えば１以上の発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emission Diode）またはレーザ装置等を含む。光源素子１９は、制御部２３の制御に応じて光を放射する。

第３光学部材２０は、例えばコリメータレンズを含む。第３光学部材２０は、光源素子１９から入射される光をコリメートする。コリメートされた光は、第３光学部材２０の光軸方向に進行する略平行な光である。

第４光学部材２１は、例えばレンズを含む。一実施形態において、第４光学部材２１は、フレネルレンズを含んでよい。第４光学部材２１は、第４光学部材２１の光軸と第３光学部材２０の光軸とが略一致するように、光源装置１６の内部に配置される。第４光学部材２１は、第３光学部材２０を通過してコリメートされた光を屈折させる。第４光学部材２１による光の屈折によって、利用者１２に視認させる虚像１３の後述する輝度特性が実現可能である。換言すると、虚像１３の後述する輝度特性が得られるように、第４光学部材２１が設計される。

ディスプレイ２２は、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等の透過型液晶デバイスを含む。透過型液晶デバイスは、例えば、偏光フィルタ、ガラス基板、電極、配向膜、液晶表示素子、カラーフィルタ等を有する。ディスプレイ２２は、制御部２３の制御に応じて画像を表示する表示面２２ａを有する。ディスプレイ２２は、ディスプレイ２２の表示面２２ａの法線方向と、第３光学部材２０または第４光学部材２１の光軸の方向とが略一致するように配置されてよい。ディスプレイ２２は、第４光学部材２１を通過して屈折した光を透過または遮断することによって、表示面２２ａに表示された画像の投影光を光源装置１６の外部に放射する。

制御部２３は、１以上のプロセッサを含む。プロセッサは、特定のプログラムを読み込ませて特定の機能を実行する汎用のプロセッサ、および特定の処理に特化した専用のプロセッサを含んでよい。専用のプロセッサは、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ；Application Specific Integrated Circuit）を含んでよい。プロセッサは、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ；Programmable Logic Device）を含んでよい。ＰＬＤは、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）を含んでよい。制御部２３は、１つまたは複数のプロセッサが協働するＳｏＣ（System-on-a-Chip）、およびＳｉＰ（System In a Package）のいずれかであってよい。制御部２３は、光源装置１６全体の動作を制御する。例えば、制御部２３は、光源素子１９を発光させる。制御部２３は、ディスプレイ２２に画像を表示させる。画像は、文字または図形を含んでよい。

変形例として、光源装置１６は更に、第４光学部材２１とディスプレイ２２との間に拡散板を備えてよい。図４を参照して、光源装置１６の第１の変形例に係る光源装置１６ａについて詳細に説明する。光電装置１６ａにおいて、光源装置１６と同一の構成については、同一の符号を付し、説明は省略する。

光源装置１６ａは、基板１８と、光源素子１９と、照明光学系と、ディスプレイ２２と、制御部２３と、を備える。照明光学系は、第３光学部材２０としての第１レンズ２０ａと、第４光学部材２１としての第２レンズ２１ａと、拡散板２７と、を含む。

図４に示す光源素子１９は、複数のＬＥＤから構成される。光源素子１９は、図４に示すように、基板１８上に、ディスプレイ２２の中心からの垂線との交点付近に近接させて配置してよい。かかる配置により、光源素子１９が点光源とみなせるので、第１レンズ２０ａ及び第２レンズ２１ａによる配光が容易になる。

拡散板２７は、ディスプレイ２２の光源素子１９側の表面を覆うようにして設けられる。拡散板２７は、第２レンズ２１ａからの光を拡散透過してディスプレイ２２に照射する。

光源装置１６ａでは、照明光学系、特に第１レンズ２０ａ及び第２レンズ２１ａによる配光を調整することによって、虚像１３の後述する輝度特性が実現可能である。

図５を参照して、光源装置１６の第２の変形例に係る光源装置１６ｂについて詳細に説明する。光電装置１６ｂにおいて、光源装置１６または光源装置１６ａと同一の構成については、同一の符号を付し、説明は省略する。

光源装置１６ｂは、基板１８と、照明光学系と、光源素子１９と、ディスプレイ２２と、制御部２３と、を備える。照明光学系は、拡散板２７と、プリズムシート２８と、を含む。

拡散板２７は、ディスプレイ２２の光源素子１９側の表面を覆うようにして設けられる。拡散板２７は、光源素子１９から入射される光を拡散透過する。拡散透過された光は、プリズムシート２８に入射する。

プリズムシート２８は、ディスプレイ２２と拡散板２７との間に配置される。プリズムシート２８は、拡散板２７から拡散透過される光をコリメートする。コリメートされた光は、ディスプレイ２２に対して垂直に照射される。プリズムシート２８のディスプレイ２２側の面には、ディスプレイ２２に対して平行な面内の一方向に沿ってプリズム突起が配列している。プリズムシート２８は、このプリズム突起の配列方向に沿って光をコリメートする。プリズムシート２８は、少なくとも２枚配置され、各プリズムシート２８のプリズム突起の配列が互いに直交するように配置される。

光源装置１６ｂでは、照明光学系、特にプリズムシート２８による配光を調整することによって、虚像１３の後述する輝度特性が実現可能である。

（輝度特性）
図６および図７を参照して、一実施形態に係る表示装置１１が利用者１２に視認させる虚像１３の輝度特性、即ち表示装置１１内の光源装置１６に備えられたディスプレイ２２の輝度特性について説明する。概略として、利用者１２がアイボックス１５内の任意の位置から虚像１３を視認した場合に、輝度が略均一な虚像１３、即ち輝度ムラが低減された虚像１３が視認される。以下、具体的に説明する。

例えば図６に示すように、ディスプレイ２２の表示面２２ａ上に多数の微小領域２４を想定した場合に、各微小領域２４からアイボックス１５内の第１位置２５に向かう方向と、各微小領域２４から出る投影光の輝度が最大値αとなる方向と、が略一致する。したがって、利用者１２がアイボックス１５内の第１位置２５から虚像１３を視認した場合に、輝度が最大値αで略均一な虚像１３が視認される。説明の簡便のため、図６においては、光源装置１６とアイボックス１５との間に存在する部材の図示が省略されている。図６においては、多数の微小領域２４のうち、第１領域２４ａ、第２領域２４ｂ、第３領域２４ｃ、および第４領域２４ｄが例示されている。第１位置２５から表示面２２ａにおろした垂線の足は、第３領域２４ｃに一致する。各微小領域２４には、表示面２２ａに表示される画像の一部がそれぞれ表示され得る。例えば、第１領域２４ａは、表示面２２ａにおいて画像の第１部分が表示される領域である。第２領域２４ｂは、表示面２２ａにおいて画像の第２部分が表示される領域である。第３領域２４ｃは、表示面２２ａにおいて画像の第３部分が表示される領域である。第４領域２４ｄは、表示面２２ａにおいて画像の第４部分が表示される領域である。

具体的には、第１領域２４ａから出る投影光（第１投影光）の輝度は、第１領域２４ａの法線方向から第３領域２４ｃに向かって＋θ₂傾いた方向（第１方向）において、最大値αとなる。

第２領域２４ｂから出る投影光（第２投影光）の輝度は、第２領域２４ｂの法線方向から第３領域２４ｃに向かって＋θ₁傾いた方向（第２方向）において、最大値αとなる。ここで、第１領域２４ａと第３領域２４ｃとの間の距離（第１距離）は、第２領域２４ｂと第３領域２４ｃとの間の距離（第２距離）よりも長い。このため、第１領域２４ａの法線方向と第１領域２４ａから出る投影光の輝度が最大値αとなる方向とが成す角度θ₂（第１角度）の絶対値は、第２領域２４ｂの法線方向と第２領域２４ｂから出る投影光の輝度が最大値αとなる方向とが成す角度θ₁（第２角度）の絶対値よりも大きい。

第３領域２４ｃから出る投影光（第３投影光）の輝度は、第３領域２４ｃの法線方向において最大値αとなる。

第４領域２４ｄから出る投影光（第４投影光）の輝度は、第４領域２４ｄの法線方向から第３領域２４ｃに向かって−θ₂傾いた方向において、最大値αとなる。ここで、第４領域２４ｄと第３領域２４ｃとの間の距離は、第１領域２４ａと第３領域２４ｃとの間の距離と同一である。

例えば図７に示すように、各微小領域２４からアイボックス１５内の第２位置２６に向かう方向と、各微小領域２４から出る投影光の輝度が最大値αよりも低い値βとなる方向と、が略一致する。したがって、利用者１２がアイボックス１５内の第２位置２６から虚像１３を視認した場合に、輝度が最大値αよりも低い値βで略均一な虚像１３が視認される。説明の簡便のため、図７においては、光源装置１６とアイボックス１５との間に存在する部材の図示が省略されている。図７においては、多数の微小領域２４のうち、第１領域２４ａ、第２領域２４ｂ、第３領域２４ｃ、および第４領域２４ｄが示されている。第２位置２６から表示面２２ａに下ろした垂線の足は、第４領域２４ｄに一致する。

具体的には、第１領域２４ａから出る投影光の輝度は、第１領域２４ａの法線方向から第４領域２４ｄに向かって＋θ₄傾いた方向において、値βとなる。

第２領域２４ｂから出る投影光の輝度は、第２領域２４ｂの法線方向から第４領域２４ｄに向かって＋θ₃傾いた方向において、値βとなる。ここで、第１領域２４ａと第４領域２４ｄとの間の距離は、第２領域２４ｂと第４領域２４ｄとの間の距離よりも長い。このため、第１領域２４ａの法線方向と第１領域２４ａから出る投影光の輝度が値βとなる方向とが成す角度θ₄の絶対値は、第２領域２４ｂの法線方向と第２領域２４ｂから出る投影光の輝度が値βとなる方向とが成す角度θ₃の絶対値よりも大きい。

第３領域２４ｃから出る投影光の輝度は、第３領域２４ｃの法線方向から第４領域２４ｄに向かって＋θ₂傾いた方向において、値βとなる。ここで、第２領域２４ｂと第４領域２４ｄとの間の距離は、第３領域２４ｃと第４領域２４ｄとの間の距離よりも長い。このため、第２領域２４ｂの法線方向と第２領域２４ｂから出る投影光の輝度が値βとなる方向とが成す角度θ₃の絶対値は、第３領域２４ｃの法線方向と第３領域２４ｃから出る投影光の輝度が値βとなる方向とが成す角度θ₂の絶対値よりも大きい。

第４領域２４ｄから出る投影光の輝度は、第４領域２４ｄの法線方向において値βとなる。

図８は、上述した第１領域２４ａ乃至第４領域２４ｄの輝度特性を示すグラフである。図８の横軸は表示面２２ａの法線方向を基準とした角度で示す投影光の放射方向を示す。図８の縦軸は投影光の輝度を示す。

例えば、第１領域２４ａから出る投影光は、第１領域２４ａの法線方向から＋θ₂傾いた放射方向で輝度が最大値αでピークとなり、第１領域２４ａの法線方向から＋θ₄傾いた放射方向で輝度が値βとなる輝度特性を有する。

第２領域２４ｂから出る投影光は、第２領域２４ｂの法線方向から＋θ₁傾いた放射方向で輝度が最大値αでピークとなり、第２領域２４ｂの法線方向から＋θ₃傾いた放射方向で輝度が値βとなる輝度特性を有する。

第３領域２４ｃから出る投影光は、第３領域２４ｃの法線方向で輝度が最大値αでピークとなり、第３領域２４ｃの法線方向から＋θ₂傾いた放射方向で輝度が値βとなる輝度特性を有する。

第４領域２４ｄから出る投影光は、第４領域２４ｄの法線方向から−θ₂傾いた放射方向で輝度が最大値αでピークとなり、第４領域２４ｄの法線方向で輝度が値βとなる輝度特性を有する。

以上述べたように、一実施形態に係る表示装置１１は、表示装置１１が備える光源装置１６の表示面２２ａにおける任意の微小領域２４から出る投影光の輝度が最大となる方向と、表示面２２ａにおける他の微小領域２４から出る投影光の輝度が最大となる方向と、が異なる。かかる構成によれば、以下に説明するように、利用者１２に視認させる虚像１３の輝度特性が向上する。

透過型液晶デバイスを備える従来公知の光源装置では、画像の表示面２２ａにおける各微小領域２４から出る投影光の輝度が最大となる方向が、表示面２２ａの法線方向に略一致する構成が一般的である。従来公知の光源装置を用いて利用者１２に虚像１３を視認させる場合、虚像１３は、虚像１３上のある点で輝度が最大となり、当該点から離れるに従って輝度が低下する輝度特性を有する。したがって、利用者１２がある位置から虚像１３を視認する場合に、虚像１３に輝度ムラが生じる。

これに対し、一実施形態に係る光源装置１６は、表示面２２ａにおける任意の微小領域２４から出る投影光の輝度が最大となる方向と、表示面２２ａにおける他の微小領域２４から出る投影光の輝度が最大となる方向と、が異なる。このため、利用者１２がある位置から虚像１３を視認する場合に、虚像１３上で輝度が最大となる点から離れた位置における輝度の低下、即ち虚像１３の輝度ムラが低減可能である。

（虚像１３）
ところで、虚像１３の輝度特性は、利用者１２の姿勢及び動きによる影響が特に大きい水平方向に沿って変化するように構成されてよい。ここで、本明細書において「虚像１３の輝度特性」とは、虚像１３の任意の一点における輝度の視角依存性を意味する。すなわち、「虚像１３の輝度特性が水平方向に沿って変化する」とは、虚像１３の各点における輝度の視角依存性が、虚像１３の水平方向に沿って変化することを意味する。

図９を参照して、一実施形態に係る表示装置１１が利用者１２に視認させる虚像１３について説明する。虚像１３は、例えば縦横比１：２であってよい。虚像１３は、利用者１２に、利用者１２の眼球から例えば２．５ｍ前方に縦１４２ｍｍ×横２８４ｍｍの大きさで視認させてよい。虚像１３において、上下方向中心付近を水平方向に沿う直線上の点を、左から右の順に、第１点Ａ、第２点Ｂ、第３点Ｃ、第４点Ｄ、第５点Ｅとする。第１点Ａは虚像１３の左端付近にある。第３点Ｃは虚像１３の中心点である。第５点Ｅは虚像１３の右端付近にある。第２点Ｂは第１点Ａと第３点Ｃとの中間点である。第４点Ｄは第３点Ｃと第５点Ｅとの中間点である。

図１０を参照して、虚像１３の第１点Ａから第５点Ｅまでの各点における輝度特性について説明する。横軸は視角［°］を示す。縦軸は輝度［ｃｄ／ｍｍ²］を示す。視角は、虚像１３上の注目する点（注目点）を通る虚像１３に対する法線上を０°としたとき、利用者１２の眼球と注目点とを結ぶ直線が当該法線に対してなす水平方向に沿う傾きを示す。視角は、利用者１２の眼球が当該法線に対して右側にあるときを正とする。

図１０に示すように、虚像１３は、輝度の視角依存性が水平方向に沿って変化する輝度特性を有する。すなわち、虚像１３の任意の一点における輝度特性は、その一点から水平方向に沿う一方側（右側又は左側）に位置する虚像１３の他の一点における輝度特性よりも、その一方側の視角からの輝度が大きい。例えば、図１０に示すように、第１点Ａにおける輝度特性は、虚像１３の一点である第１点Ａから水平方向に沿う右側に位置する虚像１３の他の一点である第５点Ｅにおける輝度特性よりも、右側の視角からの輝度が大きい分布を持つ。

ここで、図１０では、図９に示した虚像１３の第１点Ａから第５点Ｅまでの断続的な各点における輝度特性について示したが、虚像１３における輝度特性は、虚像１３上の水平方向に沿って連続的に変化する。

また、図１０に示すように、虚像１３の中心点である第３点Ｃにおける輝度特性は、虚像１３の法線方向の視角（０°）からの輝度を最大とし、その法線を中心として水平方向に沿う両側の視角からの輝度が対称である。例えば、第３点Ｃにおける輝度特性は、視角が「０°」のとき輝度が最大値をとる。また、第３点Ｃにおける輝度特性は、視角の絶対値が等しいときの輝度がほぼ等しい。例えば、視角が「１°」のときの輝度と視角が「−１°」のときの輝度がほぼ等しい。また、視角が「３°」のときの輝度と視角が「−３°」のときの輝度がほぼ等しい。

また、図１０に示すように、虚像１３の中心点である第３点Ｃ以外の任意の一点における輝度特性は非対称性を有する。この非対称性は、虚像１３の中心点である第３点Ｃを中心として水平方向に沿って対称に分布する。例えば、第３点Ｃ以外の第１点Ａ、第２点Ｂ、第４点Ｄ及び第５点Ｅの何れにおける輝度特性も、水平方向に沿う両側の視角からの輝度が非対称である。また、第３点Ｃから水平方向に沿って等距離に位置する第２点Ｂ及び第４点Ｄにおけるそれぞれの輝度特性は、互いに視角について対称、すなわち視角の正負が互いに入れ替わった関係となっている。

以下、一実施形態に係る表示装置１１の動作について説明する。

図１１を参照して、虚像１３と利用者１２との間の位置関係について説明する。図１１に示す位置関係は、利用者１２が虚像１３の中央正面、すなわち虚像１３の中心点である第３点Ｃを通る法線上から虚像１３を見たときの位置関係である。虚像１３の水平方向の幅Ｗは約２８４ｍｍである。利用者１２の眼球と虚像１３との間の距離Ｌは、約２５００ｍｍである。よって、利用者１２の眼球から虚像１３の水平方向両端に対する視角θ₁₁は、約６．５０°である。

図１２を参照して、図１１に示す位置関係のときに利用者１２に視認させる虚像１３の輝度分布について説明する。この位置関係では、虚像１３の各点における利用者１２の眼球に対する視角は、第１点Ａでは約３．０°、第２点Ｂでは約１．５°、第３点Ｃでは約０°、第４点Ｄでは約−１．５°、第５点Ｅでは約−３．０°である。図１２は、図１０に示した第１点Ａから第５点Ｅまでの各点についての輝度特性のグラフにおいて、上述の利用者１２の眼球に対する視角に相当する座標をＰ₁からＰ₅とし、近似曲線を加えたものである。

図１２に示すように、利用者１２が虚像１３の中心点を通る法線上から虚像１３を見るとき、利用者１２が視認する虚像１３の輝度は、虚像１３の水平方向全体に亘って、輝度が比較的高い値を保って分布する。従って、利用者１２が虚像１３の中央正面から虚像１３を見るとき、高い輝度均一性が得られる。

図１３を参照して、虚像１３と利用者１２との間の位置関係について説明する。図１３に示す位置関係は、利用者１２が虚像１３の左端正面、すなわち虚像１３の左端を通る法線上から虚像１３を見たときの位置関係である。上述の通り、虚像１３の水平方向の幅Ｗは、約２８４ｍｍである。また、上述の通り、利用者１２の眼球と虚像１３との間の距離Ｌは、約２５００ｍｍである。よって、利用者１２の眼球から虚像１３の水平方向両端に対する視角θ₁₂は約６．４８°である。

図１４を参照して、図１３に示す位置関係のときに利用者１２に視認させる虚像１３の輝度分布について説明する。この位置関係では、虚像１３の各点における利用者１２の眼球に対する視角は、第１点Ａでは約０°、第２点Ｂでは約−１．５°、第３点Ｃでは約−３．０°、第４点Ｄでは約−４．５°、第５点Ｅでは約−６．０°である。図１４は、図１０に示した第１点Ａから第５点Ｅまでの各点についての輝度特性のグラフにおいて、上述の利用者１２の眼球に対する視角に相当する座標をＱ₁からＱ₅とし、近似曲線を加えたものである。

図１４に示すように、利用者１２が虚像１３の左端を通る法線上から虚像１３を見るとき、利用者１２が視認する虚像１３の輝度は、虚像１３の水平方向全体に亘って、輝度が比較的高い値を保って分布する。従って、利用者１２が虚像１３の左端正面から虚像１３を見るときも、高い輝度均一性が得られる。また、上述のとおり虚像１３の中心点である第３点Ｃ以外の任意の一点における輝度特性が第３点Ｃを中心として水平方向に沿って対称に分布する。従って、利用者１２が虚像１３の右端正面から虚像１３を見るときも、同様に高い輝度均一性が得られる。

また、上述のとおり虚像１３における輝度視覚特性は虚像１３上の水平方向に沿って連続的に変化する。従って、利用者１２が虚像１３の任意の一点の正面から虚像１３を見るとき、高い輝度均一性が得られる。

以上述べたように、一実施形態に係る表示装置１１によると、虚像１３における輝度特性が水平方向に沿って変化する。したがって、法線方向に所定の輝度を確保するための高出力の光源が不要となる。このため、消費電力の増大を抑制しつつ、一定の視角範囲内で高い輝度均一性を担保することができる。

また、一実施形態に係る表示装置１１によると、虚像１３の任意の一点における輝度特性は、当該一点から水平方向に沿う一方側（例えば右側）に位置する虚像１３の他の一点における輝度特性よりも、その一方側の視角からの輝度が大きい。したがって、一定の視角範囲内で高い輝度均一性をより確実に担保することができる。

また、一実施形態に係る表示装置１１によると、虚像１３の中心点における輝度特性は、虚像１３の法線方向の視角からの輝度を最大とし、法線を中心として水平方向側に沿う両側の視角からの輝度が対称である。したがって、虚像１３の中央正面方向の利用者１２に対して、高い輝度の虚像１３を視認させることができる。

また、一実施形態に係る表示装置１１によると、虚像１３の中心点以外の任意の一点における輝度特性は非対称性を有する。当該非対称性は、虚像１３の中心点を中心として水平方向に沿って対称に分布する。したがって、利用者１２に、左右の何れか一方に輝度のムラが生じない水平方向に対称な輝度である虚像１３を視認させることができる。

また、一実施形態に係る表示装置１１によると、虚像１３の輝度特性は、照明光学系による光のディスプレイ２２に対する配光によって調整される。したがって、輝度の低下を抑えることで消費電力の増大を抑制しつつ、一定の視角範囲内で高い輝度均一性を担保することができる。

本発明を諸図面や実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部やステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

また、虚像１３の輝度特性は、水平方向に沿って変化するとして説明した。しかしながら、水平方向には限定されず、任意の所定方向、例えば垂直方向に沿って変化してもよいし、任意の２以上の所定方向に沿って変化してもよい。

さらに、虚像１３の輝度特性は、照明光学系によるディスプレイ２２に対する配光によって調整されるとして説明した。しかしながら、照明光学系による調整には限定されず、光源素子１９としての複数のＬＥＤの配置の仕方によって、ディスプレイ２２に対する配光を調整してもよい。

１０ 移動体
１１ 表示装置
１２ 利用者
１３ 虚像
１４ 第１光学部材
１５ アイボックス
１６、１６ａ、１６ｂ 光源装置
１７、１７ａ、１７ｂ 第２光学部材
１８ 基板
１９ 光源素子
２０ 第３光学部材（照明光学系）
２０ａ 第１レンズ（照明光学系）
２１ 第４光学部材（照明光学系）
２１ａ 第２レンズ（照明光学系）
２２ ディスプレイ
２２ａ 表示面
２３ 制御部
２４ 微小領域
２４ａ 第１領域
２４ｂ 第２領域
２４ｃ 第３領域
２４ｄ 第４領域
２５ 第１位置
２６ 第２位置
２７ 拡散板（照明光学系）
２８ プリズムシート（照明光学系）

Claims (15)

1. 利用者に虚像を視認させる表示装置であって、
   前記虚像は、輝度の視角依存性が所定方向に沿って変化する輝度特性を有し、
   前記虚像の中心点における輝度特性は、前記虚像の法線方向の視角からの輝度を最大とし、前記法線を中心として前記所定方向に沿う両側の視角からの輝度が対称であり、
   前記虚像の前記中心点以外の任意の一点における輝度特性は非対称性を有し、当該非対称性は、前記中心点を中心として前記所定方向に沿って対称に分布し、
   前記利用者が前記虚像を視認するアイボックスの中心位置及び当該中心位置と異なる位置の各々において、前記虚像の前記中心点の輝度が当該虚像の輝度分布で最も大きい、表示装置。
2. 前記虚像の任意の一点における輝度特性は、当該一点から所定方向に沿う一方側に位置する前記虚像の他の一点における輝度特性よりも、当該一方側の視角からの輝度が大きい輝度特性である、請求項１に記載の表示装置。
3. 前記中心位置における前記虚像の前記中心点の輝度は、前記異なる位置における前記虚像の前記中心点の輝度に比べて大きい、請求項１又は２に記載の表示装置。
4. 前記中心位置及び前記異なる位置における前記虚像の輝度分布は、前記所定方向において前記アイボックスの周囲に位置するほど小さくなる、請求項１から３の何れか一項に記載の表示装置。
5. 前記所定方向は水平方向である、請求項１から４の何れか一項に記載の表示装置。
6. 光源素子と、
   ディスプレイと、
   前記光源素子からの光を前記ディスプレイに照射する照明光学系と、を備え、
   前記虚像は、前記ディスプレイによる投影光が光学部材で反射することで視認される虚像であり、
   前記虚像の輝度特性は、前記照明光学系による前記ディスプレイに対する配光によって調整される、
   請求項１から５の何れか一項に記載の表示装置。
7. 前記照明光学系はレンズを含み、
   前記虚像の輝度特性は、前記レンズによる前記ディスプレイに対する配光によって調整される、
   請求項６に記載の表示装置。
8. 前記照明光学系は、
   拡散板と、
   前記ディスプレイと前記拡散板との間に配置されるプリズムシートと、を含み、
   前記虚像の輝度特性は、前記プリズムシートによる前記ディスプレイに対する配光によって調整される、
   請求項６に記載の表示装置。
9. 利用者に画像の虚像を視認させる表示装置であって、
   前記画像を表示する表示面を有する光源装置と、
   前記表示面から出る前記画像の投影光を実空間上の所定領域に到達させる１以上の光学部材と、を備え、
   前記表示面における第１領域から出る投影光の輝度が最大となる第１方向と、前記表示面における第２領域から出る投影光の輝度が最大となる第２方向とが異なり、
   前記利用者が前記虚像を視認するアイボックスの中心位置及び当該中心位置と異なる位置の各々において、前記虚像の中心点の輝度が当該虚像の輝度分布で最も大きい、表示装置。
10. 請求項９に記載の表示装置であって、
    前記表示面における前記第１領域は、前記表示面において前記画像の第１部分が表示される領域であり、
    前記表示面における前記第２領域は、前記表示面において前記画像の第２部分が表示される領域である、表示装置。
11. 請求項９又は１０に記載の表示装置であって、
    前記表示面は、法線方向において投影光の輝度が最大となる第３領域を含み、
    前記第１方向は、前記第１領域の法線方向から前記第３領域に向かって傾いており、
    前記第２方向は、前記第２領域の法線方向から前記第３領域に向かって傾いている、表示装置。
12. 請求項１１に記載の表示装置であって、
    前記第１領域と前記第３領域との間の第１距離は、前記第２領域と前記第３領域との間の第２距離よりも長く、
    前記第１領域の法線方向と前記第１方向とが成す第１角度は、前記第２領域の法線方向と前記第２方向とが成す第２角度よりも大きい、表示装置。
13. 利用者に画像の虚像を視認させる移動体であって、
    前記画像を表示する表示面を有する光源装置と、
    前記表示面から出る前記画像の投影光を実空間上の所定領域に到達させる１以上の光学部材と、を備え、
    前記表示面における第１領域から出る投影光の輝度が最大となる第１方向と、前記表示面における第２領域から出る投影光の輝度が最大となる第２方向とが異なり、
    前記利用者が前記虚像を視認するアイボックスの中心位置及び当該中心位置と異なる位置の各々において、前記虚像の中心点の輝度が当該虚像の輝度分布で最も大きい、移動体。
14. 請求項１３に記載の移動体であって、
    前記１以上の光学部材は、ウィンドシールドまたはコンバイナを含む、移動体。
15. 画像を表示する表示面を有する光源装置であって、
    前記表示面における第１領域から出る投影光の輝度が最大となる第１方向と、前記表示面における第２領域から出る投影光の輝度が最大となる第２方向とが異なり、
    前記利用者が前記虚像を視認するアイボックスの中心位置及び当該中心位置と異なる位置の各々において、前記虚像の中心点の輝度が当該虚像の輝度分布で最も大きい、光源装置。
    

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