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WO2013128573A1 - 表示装置及び表示方法 - Google Patents

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WO2013128573A1
WO2013128573A1 PCT/JP2012/054937 JP2012054937W WO2013128573A1 WO 2013128573 A1 WO2013128573 A1 WO 2013128573A1 JP 2012054937 W JP2012054937 W JP 2012054937W WO 2013128573 A1 WO2013128573 A1 WO 2013128573A1
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WO
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display
image
light source
light
mask
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/054937
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English (en)
French (fr)
Inventor
中村　健二
大将 田淵
賢司 児玉
敬高 国丸
吉田　正
Original Assignee
パイオニア株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by パイオニア株式会社 filed Critical パイオニア株式会社
Priority to PCT/JP2012/054937 priority Critical patent/WO2013128573A1/ja
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    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0118—Head-up displays characterised by optical features comprising devices for improving the contrast of the display / brillance control visibility

Definitions

  • the present invention relates to a display device that allows a user to visually recognize a virtual image.
  • Patent Literature 1 discloses a head-up display that includes a light source unit and a combiner and is installed on a vehicle interior ceiling. In this head-up display, a display image is reflected by a combiner so as to be visually recognized by a user.
  • the visibility of a display image is improved by increasing the luminance of the display image emitted from the light source or increasing the reflectivity of the combiner.
  • the brightness of the display image emitted from the light source is increased, so that the visibility is improved, but there are disadvantages such as an increase in power consumption and an increase in the amount of heat generated by the light source. .
  • a burden is placed on the user's eyes.
  • the light leakage of the light forming the display image to the outside of the vehicle windshield increases.
  • the reflectivity of the combiner when the reflectivity of the combiner is increased, the amount of light reaching the user's eyes can be increased, so that the visibility is improved, but it still places a burden on the user's eyes.
  • permeability of a combiner will fall if the reflectance of a combiner is raised, the visibility of the background of a combiner will fall. That is, it becomes difficult for the user to see the background behind the combiner.
  • An object of the present invention is to provide a display device capable of improving the visibility of a display image and reducing light leakage to the outside of the windshield and a burden on a user's eyes.
  • the invention according to claim 1 is a display device having a first light source that emits display image light that forms a display image to be visually recognized by a user, and a predetermined transmittance and reflectance.
  • An optical member that transmits a part of the light emitted from one light source and reflects the remaining part so that the user can visually recognize the display image as a virtual image; and display image light emitted from the first light source
  • a transmittance control means for lowering the transmittance of the optical member in a region irradiated with light and a peripheral region along the region.
  • the invention according to claim 7 is a display method executed by the display device, the step of emitting display image light for forming a display image to be visually recognized by the user by the first light source; A step of allowing a user to visually recognize the display image as a virtual image by transmitting a part of the light emitted from the first light source and reflecting the remaining part by an optical member having a transmittance and a reflectance; Lowering the transmittance of the optical member in a region irradiated with display image light emitted from the first light source and a peripheral region along the region by the transmittance control means.
  • the display device has a first light source that emits display image light that forms a display image that is visually recognized by a user, and has a predetermined transmittance and reflectance.
  • An optical member that transmits a part of the light emitted from one light source and reflects the remaining part so that the user can visually recognize the display image as a virtual image; and display image light emitted from the first light source
  • a transmittance control means for reducing the transmittance of the optical member in a region irradiated with the light and a peripheral region along the region.
  • display image light forming a display image is emitted from the first light source, and this is irradiated onto the optical member.
  • the optical member has transparency and reflectivity, transmits part of the display image light, and reflects part of the display image light toward the user. The user visually recognizes the virtual image of the display image by viewing the display image light reflected by the optical member.
  • the transmittance control means reduces the transmittance of the optical member in a region irradiated with the display image light and a peripheral region along the region. Thereby, the contrast between the display image and the surrounding area is ensured, and the visibility of the display image is improved.
  • the transmittance control means is provided in the optical member, and includes a mask image display body made of a photochromic material, a region irradiated with the display image light, and a periphery along the region. And a second light source that forms a mask image by irradiating the mask image display body with light that reduces transmittance.
  • the transmittance of the optical member is reduced by irradiating light from the second light source to the mask image display body made of the photochromic material.
  • Another aspect of the display device includes a visual direction detection unit that detects a visual direction of the user, and the second light source corresponds to the left and right eyes of the user based on the detected visual direction.
  • a mask image including a pair of mask regions is formed.
  • the viewing direction of the user is detected, and the position of the mask area corresponding to the left and right eyes is determined on the mask image display body based on the detected direction.
  • the transmittance control unit includes a liquid crystal display provided in the optical member, a region irradiated with the display image light, and a peripheral region along the region.
  • a liquid crystal control unit that displays a mask image on the liquid crystal display body.
  • the transmittance of the optical member is reduced by displaying a mask image on the liquid crystal display.
  • the display device is mounted on a moving body, the optical member is disposed in a traveling direction of the moving body rather than the first light source, and the first light source is The display image light is emitted downward in the body traveling direction.
  • the display image light is emitted from the first light source downward in the traveling direction of the moving body, and the display image light is directed toward the user by the optical member disposed on the traveling direction side of the first light source. Reflected.
  • the mask image has a gradually increasing transmittance toward the outside in a region around the region irradiated with the display image light. Thereby, the edge of the mask image arrange
  • the display method executed by the display device includes a step of emitting display image light for forming a display image to be visually recognized by a user with a first light source, A step of allowing a user to visually recognize the display image as a virtual image by transmitting a part of the light emitted from the first light source and reflecting the remaining part by an optical member having a transmittance and a reflectance; Lowering the transmittance of the optical member in a region irradiated with display image light emitted from the first light source and a peripheral region along the region by the transmittance control means.
  • display image light forming a display image is emitted from the first light source of the display device, and this is irradiated onto the optical member.
  • the optical member has transparency and reflectivity, transmits part of the display image light, and reflects part of the display image light toward the user. The user visually recognizes the virtual image of the display image by viewing the display image light reflected by the optical member.
  • the transmittance control means reduces the transmittance of the optical member in a region irradiated with the display image light and a peripheral region along the region. Thereby, the contrast between the display image and the surrounding area is ensured, and the visibility of the display image is improved.
  • FIG. 1 schematically shows a state in which a head-up display (hereinafter referred to as “HUD”) 10 according to an embodiment is installed in a vehicle cabin.
  • FIG. 1 is a side view of the driver's seat of the vehicle 1, and a user 7 who is a driver's car is sitting on a seat 5 in the passenger compartment.
  • the HUD 10 is installed diagonally upward in front of the user 7. Although details will be described later, the HUD 10 includes a light source unit 11 and a combiner 12.
  • the light source unit 11 emits light (hereinafter, also referred to as “display image light”) that forms a display image that is an image visually recognized by the user as a virtual image. As indicated by a broken line, the light emitted from the light source unit 11 is reflected by the combiner 12 and reaches the eyes of the user 7. Thereby, the user 7 visually recognizes the virtual image VI corresponding to the display image in front of the vehicle. In the virtual image VI, the tip of the arrow indicates the upward direction.
  • FIG. 2 shows the physical configuration of the HUD 10.
  • the HUD 10 includes a light source unit 11, a combiner 12, a mask image display body 13, a pair of arms 14, and a camera 15.
  • the light source unit 11, the combiner 12 and the mask image display body 13 are connected by a pair of arms 14. That is, the pair of arms 14 extending from the light source unit 11 holds the combiner 12 and the mask image display body 13 so as to sandwich the left and right sides.
  • the light source unit 11 includes two light sources inside.
  • the first light source is a display image light source 21 that emits light that forms a display image that is visually recognized by the user as a virtual image.
  • the second light source is a mask image light source 22 for forming a mask image for improving the visibility of the display image.
  • the combiner 12 has a predetermined transmittance and reflectance. As described with reference to FIG. 1, part of the display image light L1 emitted from the display image light source 21 in the light source unit 11 is transmitted through the combiner 12 and the remaining part is reflected by the combiner 12. Reach the eyes of user 7.
  • the mask image display 13 is made of a photochromic material and has a characteristic that the transmittance of the region irradiated with the light changes according to the light irradiated from the outside.
  • the mask image display body 13 is installed outside the combiner 12, that is, behind the combiner 12 when viewed from the light source unit 11.
  • the mask image display 13 has substantially the same shape as the combiner 12 and is provided so as to cover the entire surface of the combiner 12.
  • the combiner 12 and the mask image display body 13 have a planar or curved plate shape, and are fixed to each other by a fixing member or an adhesive material around the periphery. When the mask image display body 13 is a film-like member, it may be attached to the outer surface of the combiner 12.
  • the mask image light source 22 in the light source unit 11 has a light L2 having a wavelength capable of changing the transmittance of the photochromic material constituting the mask image display body 13 (also referred to as “mask image light”) as a mask image display body.
  • the light is emitted toward 13.
  • the mask image display body 13 is a region that is not irradiated with the mask image light L2 in a region irradiated with the mask image light L2, that is, a region where transmittance is reduced in the mask image (hereinafter also referred to as “mask region”).
  • the transmittance is lower than that.
  • the camera 15 is fixed to the combiner 12 with the camera 15 facing the face of the user 7 as indicated by a broken line 19.
  • the camera 15 may be fixed to the arm 14 or another member constituting the HUD 10.
  • the camera 15 captures an image including both eyes of the user 7 and analyzes the position and movement of the user's black eye based on the captured image, thereby detecting the direction that the user 7 is viewing, that is, the viewing direction. To do.
  • FIG. 3 shows the functional configuration of the HUD 10.
  • the light source unit 11 includes a display image generation unit 23 and a mask image generation unit 24 in addition to the display image light source 21 and the mask image light source 22 described above.
  • the display image generation unit 23 generates a display image for the user to visually recognize.
  • the display image includes, for example, a line indicating the traveling direction of the vehicle according to route guidance, an arrow, a road sign mark, and the like.
  • the display image generation unit 23 sends the generated display image to the display image light source 21 and the mask image generation unit 24.
  • the display image light source 21 irradiates the combiner 12 with display image light L1 corresponding to the display image supplied from the display image generation unit 23. Thereby, the user 7 can visually recognize the virtual image VI of the display image as shown in FIG.
  • the camera 15 detects the viewing direction of the user as described above and supplies it to the mask image generation unit 24.
  • the mask image generation unit 24 generates a mask image based on the display image supplied from the display image generation unit 23 and the viewing direction supplied from the camera 15 and supplies the mask image to the mask image light source 22.
  • the mask image light source 22 irradiates the mask image display body 13 with mask image light L2 corresponding to the mask image. As a result, the transmittance of the mask image display 13 is reduced in the mask image region.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a mask image generation method. As described above, the mask image generation unit 24 generates a mask image based on the display image.
  • FIG. 4A shows an example of a display image.
  • the mask image generation unit 24 detects display elements included in the display image.
  • the display image includes an arrow 31 indicating the traveling direction and an entry prohibition sign 32 as display elements.
  • the mask image generation unit 24 creates a mask region by slightly enlarging the outline of the extracted display element.
  • the mask image generation unit 24 creates a pair of mask areas corresponding to the left and right eyes, and a position corresponding to the viewing direction of the user based on the viewing direction of the user 7 supplied from the camera 15.
  • a mask area is arranged in the area. In other words, the pair of mask areas corresponding to the left and right eyes are shifted from each other on the mask image.
  • FIG. 4B shows an example of a mask image.
  • the outline of the arrow 31 is slightly enlarged to create a left-eye mask area 41L and a right-eye mask area 41R.
  • the outline of the sign 32 is slightly enlarged, and a mask area 42L for the left eye and a mask area 42R for the right eye are created.
  • the mask area is a solid area obtained by enlarging the outline of the display element included in the display image. Therefore, the marker 32 has a horizontally long rectangle inside, but the mask regions 42L and 42R are solid-coated circles.
  • Mask areas 41L and 41R corresponding to the arrow 31 are arranged at positions corresponding to the viewing direction of the user detected by the camera 15 in the mask image.
  • the camera 15 uses the center of the combiner 12 in the left-right direction (that is, the center of the mask image display 13 in the left-right direction) as the reference direction, and the viewing direction of the user is shifted to the left and right from this reference direction. Detect whether or not Now, in the example of FIG. 4A, it is assumed that the arrow 31 is at the center in the left-right direction of the display image.
  • the mask image generation unit 24 is shifted by a predetermined shift distance to the left and right with respect to the center of the mask image in the left-right direction.
  • the mask regions 41L and 41R are respectively arranged on the substrate.
  • the “shift distance” corresponds to the parallax between the left and right eyes of the user.
  • the distance from the user's head position to the mask image display 13, the virtual image VI created by the combiner 12 and the combiner 12 (focal length of the combiner 12), the distance between the left and right eyes of the user, and the like.
  • the mask image generation unit 24 shifts the left-eye mask region and the right-eye to the position shifted by the shift distance from side to side with respect to the viewing direction detected by the camera 15.
  • a mask region may be arranged.
  • the mask image generation unit 24 creates a pair of mask areas for one display element, and generates a mask image including the mask areas for all the display elements.
  • a mask image including mask areas 41L and 41R corresponding to the arrow 31 and mask areas 42L and 42R corresponding to the marker 32 is created.
  • FIG. 4C displays the display image shown in FIG. 4A on the combiner 12 and the image that the user 7 visually recognizes when the mask image shown in FIG. 4B is displayed on the mask image display 13. Indicates. As shown in FIG. 4C, the mask image is displayed in the area of the display element included in the display image and the peripheral area along the area, so that the outline of the arrow 51 and the marker 52 appear to be emphasized. Thereby, the visibility of a display image improves. As can be understood from FIG. 4B, the mask area covers all the background portions of the display elements included in the display image, and therefore, external light is blocked in the mask area. Therefore, the brightness in the mask area is sufficiently low, and the contrast with the display image can be ensured. This also improves the visibility of the display image.
  • the outline of the mask area in the mask image is sharp.
  • the outline of the mask area may be blurred by gradation or the like. Good. That is, the transmittance may be increased toward the outer side of the contour portion of the mask area. Thereby, the outer peripheral part of a display element comes to look more natural in the image which a user visually recognizes.
  • FIG. 5A shows a HUD 10x as a comparative example when the mask image display 13 is not provided.
  • the display image light L1 is emitted from the light source 11 to the combiner 12.
  • the user 7 visually recognizes the display image.
  • the contrast of the display image is lowered and the visibility is lowered. That is, the display image is buried in the external light, and the display image is difficult to identify from the image viewed by the user.
  • the reflectivity of the combiner 12 when the reflectivity of the combiner 12 is low, the light leakage of the display image light L1 increases as shown by a bold broken line.
  • the light leakage of the display image light L1 increases, a driver or a pedestrian of the vehicle traveling in the direction opposite to the vehicle traveling direction may recognize the display image.
  • FIG. 10 An example of the HUD 10 according to this embodiment is shown in FIG.
  • a mask image display body 13 is provided on the back surface of the combiner 12. Since a mask image having a mask area with low transmittance is displayed on the mask image display body 13, a reduction in contrast of the display image can be prevented even if the external light Lo is strong in the mask image area. Can be ensured. It is also possible to prevent the display image from being seen from the outside of the vehicle.
  • the left-eye mask area 41L and the right-eye mask area 41R are created.
  • the mask area 41L for the left eye is observed with the right eye as well as with the left eye.
  • the mask region 41R for the right eye is observed with the left eye simultaneously with the right eye.
  • the mask area 41R for the right eye observed with the left eye and the mask area 41L for the left eye observed with the right eye are observed at substantially the same position. Therefore, when a virtual image is observed with both eyes, three mask images are recognized at the same time, and as a whole, the size of the mask image may be larger than expected.
  • the position where the mask image is drawn should be close enough to the observer. That is, it is only necessary that the mask area 41L for the left eye does not enter the viewing angle of the right eye and the mask area 41R for the right eye does not enter the viewing angle of the left eye so close to the observer.
  • the combiner should be close to the observer.
  • a mode in which a combiner is attached to a helmet worn by a user is also conceivable, but in this case, a mode similar to a head-mounted display as described in Modification Example 3 below will be used.
  • a photochromic material is used as the mask image display body 13, and the mask image light is emitted from the mask image light source 22 to display the mask image on the mask image display body 13.
  • a liquid crystal display can be used as the mask image display 13.
  • a liquid crystal controller may be provided instead of the mask image light source 22, and the liquid crystal controller may drive the liquid crystal element of the liquid crystal display according to the mask image generated by the mask image generator 24 to display the mask image. Thereby, the transmittance of the mask area included in the mask image can be lowered.
  • the present invention is applied to the HUD, but the present invention may be applied to a head mounted display (HMD) instead. Since the head mounted display also includes a light source section and an optical member corresponding to a combiner, a mask image display body may be provided on the optical member to display a mask image.
  • HMD head mounted display
  • the present invention can be used for a display system using a transmissive display.
  • it can be used for a head-up display installed on a moving body such as a vehicle, a head-mounted display mounted on a user's head, and the like.

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Abstract

本発明は、表示画像の視認性を改善するとともに、フロントガラス外への光漏れや利用者の目への負担を低減することが可能な表示装置を提供することを目的とする。本発明の表示装置（１０）は、利用者に視認させる表示画像を形成する表示画像光を出射する第１の光源と、所定の透過率及び反射率を有し、前記第１の光源から出射された光（Ｌ１）の一部を透過するとともに残りの部分を反射して、前記表示画像を虚像として利用者に視認させる光学部材（１２）と、前記第１の光源から出射された表示画像光が照射される領域及び当該領域に沿った周辺の領域において、前記光学部材の透過率を低下させる透過率制御手段（１３）とを有する。

Description

表示装置及び表示方法
　本発明は、利用者に虚像を視認させる表示装置に関する。
　車両の運転席近傍に取り付けられるヘッドアップディスプレイが知られている。例えば、特許文献１は、光源部とコンバイナとを備え、車両の室内天井部に設置されるヘッドアップディスプレイを開示している。このヘッドアップディスプレイは、表示画像をコンバイナにより反射させて利用者に視認させている。
　上記のようなヘッドアップディスプレイでは、表示画像を形成する光は、車両前方からの外光と同じ方向から利用者の目に至るため、視認性の向上が大きな課題である。一般的には、光源から出射する表示画像の輝度を上げる、又は、コンバイナの反射率を上げるなどの手法により表示画像の視認性を向上させている。
特許第４８４７６２７号公報
　しかし、光源から出射する表示画像の輝度を上げると、利用者が視認する画像の輝度が上がるので視認性は向上するが、消費電力が増加する、光源の発熱量が増加するなどの欠点がある。また、利用者が視認する画像の輝度が上がると利用者の目に負担がかかる。さらには、表示画像を形成する光の、車両のフロントガラス外への光漏れが増大する。
　一方、コンバイナの反射率を上げると、利用者の目に至る光量を増加させることができるので視認性は向上するが、やはり利用者の目に負担がかかる。また、コンバイナの反射率を上げるとコンバイナの透過率が下がるため、コンバイナの背景の視認性が低下する。即ち、利用者はコンバイナ後方の背景が見にくくなってしまう。
　本発明が解決しようとする課題としては、上記のものが例として挙げられる。本発明は、表示画像の視認性を改善するとともに、フロントガラス外への光漏れや利用者の目への負担を低減することが可能な表示装置を提供することを目的とする。
　請求項１に記載の発明は、表示装置であって、利用者に視認させる表示画像を形成する表示画像光を出射する第１の光源と、所定の透過率及び反射率を有し、前記第１の光源から出射された光の一部を透過するとともに残りの部分を反射して、前記表示画像を虚像として利用者に視認させる光学部材と、前記第１の光源から出射された表示画像光が照射される領域及び当該領域に沿った周辺の領域において、前記光学部材の透過率を低下させる透過率制御手段と、を備えることを特徴とする。
　請求項７に記載の発明は、表示装置により実行される表示方法であって、第１の光源により、利用者に視認させる表示画像を形成するための表示画像光を出射する工程と、所定の透過率及び反射率を有する光学部材により、前記第１の光源から出射された光の一部を透過するとともに残りの部分を反射して、前記表示画像を虚像として利用者に視認させる工程と、透過率制御手段により、前記第１の光源から出射された表示画像光が照射される領域及び当該領域に沿った周辺の領域において、前記光学部材の透過率を低下させる工程と、を有することを特徴とする。
実施例に係るヘッドアップディスプレイを模式的に示す図である。 ヘッドアップディスプレイの物理的構成を示す図である。 ヘッドアップディスプレイの機能的構成を示すブロック図である。 マスク画像の生成方法を説明する図である。 実施例による視認性の改善効果について説明する図である。
　本発明の１つの好適な実施形態では、表示装置は、利用者に視認させる表示画像を形成する表示画像光を出射する第１の光源と、所定の透過率及び反射率を有し、前記第１の光源から出射された光の一部を透過するとともに残りの部分を反射して、前記表示画像を虚像として利用者に視認させる光学部材と、前記第１の光源から出射された表示画像光が照射される領域及び当該領域に沿った周辺の領域において、前記光学部材の透過率を低下させる透過率制御手段と、を備える。
　上記の表示装置では、第１の光源から表示画像を形成する表示画像光が出射され、これが光学部材に照射される。光学部材は、透過性と反射性とを有し、表示画像光の一部を透過し、一部を利用者の方向へ反射する。利用者は、光学部材により反射された表示画像光を見ることにより、表示画像の虚像を視認する。ここで、透過率制御手段は、表示画像光が照射される領域及び当該領域に沿った周辺の領域において、光学部材の透過率を低下させる。これにより、表示画像とその周辺の領域とのコントラストが確保され、表示画像の視認性が改善される。
　上記の表示装置の一態様では、前記透過率制御手段は、前記光学部材に設けられ、フォトクロミック材料からなるマスク画像表示体と、前記表示画像光が照射される領域及び当該領域に沿った周辺の領域において、前記マスク画像表示体に対して透過率を低下させる光を照射してマスク画像を形成する第２の光源と、を備える。この態様では、フォトクロミック材料からなるマスク画像表示体に対して第２の光源から光を照射することにより、光学部材の透過率を低下させる。
　上記の表示装置の他の一態様は、利用者の目視方向を検出する目視方向検出手段を備え、前記第２の光源は、検出された目視方向に基づいて、利用者の左右の目に対応する一対のマスク領域を含むマスク画像を形成する。この態様では、利用者の目視方向が検出され、それに基づいて、マスク画像表示体上において左右の目に対応するマスク領域の位置が決定される。
　上記の表示装置の他の一態様では、前記透過率制御手段は、前記光学部材に設けられた液晶表示体と、前記表示画像光が照射される領域及び当該領域に沿った周辺の領域において、前記液晶表示体上にマスク画像を表示する液晶制御部と、を備える。この態様では、液晶表示体にマスク画像を表示することにより光学部材の透過率を低下させる。
　上記の表示装置の他の一態様は、移動体に搭載され、前記光学部材は前記第１の光源よりも前記移動体の進行方向よりに配置されており、前記第１の光源は、前記移動体の進行方向下方へ向かって前記表示画像光を出射する。この態様では、第１の光源から移動体の進行方向下方へ向かって表示画像光が出射され、第１の光源よりも進行方向側に配置された光学部材により表示画像光が利用者の方向へ反射される。
　上記の表示装置の他の一態様では、前記マスク画像は、前記表示画像光が照射される領域の周辺の領域において、外側へ向かって透過率が徐々に高くなっている。これにより、表示画像の周辺の領域に配置されるマスク画像のエッジが自然に表示される。
　本発明の他の好適な実施形態では、表示装置により実行される表示方法は、第１の光源により、利用者に視認させる表示画像を形成するための表示画像光を出射する工程と、所定の透過率及び反射率を有する光学部材により、前記第１の光源から出射された光の一部を透過するとともに残りの部分を反射して、前記表示画像を虚像として利用者に視認させる工程と、透過率制御手段により、前記第１の光源から出射された表示画像光が照射される領域及び当該領域に沿った周辺の領域において、前記光学部材の透過率を低下させる工程と、を有することを特徴とする。
　上記の表示方法では、表示装置の第１の光源から表示画像を形成する表示画像光が出射され、これが光学部材に照射される。光学部材は、透過性と反射性とを有し、表示画像光の一部を透過し、一部を利用者の方向へ反射する。利用者は、光学部材により反射された表示画像光を見ることにより、表示画像の虚像を視認する。ここで、透過率制御手段は、表示画像光が照射される領域及び当該領域に沿った周辺の領域において、光学部材の透過率を低下させる。これにより、表示画像とその周辺の領域とのコントラストが確保され、表示画像の視認性が改善される。
　以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。
　[構成]
　図１は、実施例に係るヘッドアップディスプレイ（以下、「ＨＵＤ」と記す。）１０を車両の車室内に設置した状態を模式的に示す。図１は、車両１の運転席を側方から見た図であり、運転車である利用者７は車室内のシート５に座っている。利用者７の頭上には車両のルーフ２があり、その下方には車室の天井３がある。また、利用者７の前方には車両１のフロントガラス４がある。
　ＨＵＤ１０は、利用者７の前方斜め上方向に設置される。詳細は後述するが、ＨＵＤ１０は、光源部１１とコンバイナ１２とを備える。光源部１１は、利用者に虚像として視認させる画像である表示画像を形成する光（以下、「表示画像光」とも呼ぶ。）を出射する。破線で示すように、光源部１１から出射された光は、コンバイナ１２で反射され、利用者７の目に至る。これにより、利用者７は車両前方に表示画像に相当する虚像ＶＩを視認する。なお、虚像ＶＩは矢印の先端が上方向を示す。
　図２はＨＵＤ１０の物理的構成を示す。ＨＵＤ１０は、光源部１１と、コンバイナ１２と、マスク画像表示体１３と、一対のアーム１４と、カメラ１５とを備える。光源部１１と、コンバイナ１２及びマスク画像表示体１３とは、一対のアーム１４により接続されている。即ち、光源部１１から延びる一対のアーム１４は、コンバイナ１２及びマスク画像表示体１３を左右から挟むように保持している。
　光源部１１は、内部に２つの光源を備える。第１の光源は、利用者に虚像として視認させる表示画像を形成する光を出射する表示画像光源２１である。第２の光源は、表示画像の視認性を向上させるためのマスク画像を形成するためのマスク画像光源２２である。
　コンバイナ１２は、所定の透過率及び反射率を有する。図１を参照して説明したように、光源部１１内の表示画像光源２１から出射された表示画像光Ｌ１は、その一部がコンバイナ１２を透過し、残りの部分がコンバイナ１２により反射されて利用者７の目に到達する。
　マスク画像表示体１３は、フォトクロミック材料により構成され、外部から照射される光に応じて、その光が照射された領域の透過率が変化する特性を有する。マスク画像表示体１３は、コンバイナ１２の外側、即ち、光源部１１から見てコンバイナ１２の背後に設置される。マスク画像表示体１３は、コンバイナ１２とほぼ同一の形状を有し、コンバイナ１２の全面を覆うように設けられている。コンバイナ１２及びマスク画像表示体１３は平面状又は湾曲状のプレート形状を有し、その周囲において固定部材又は接着材などにより相互に固定される。マスク画像表示体１３がフィルム状の部材である場合は、それをコンバイナ１２の外側面に貼付すればよい。
　光源部１１内のマスク画像光源２２は、マスク画像表示体１３を構成するフォトクロミック材料の透過率を変化させることが可能な波長の光Ｌ２（「マスク画像光」とも呼ぶ。）をマスク画像表示体１３へ向けて出射する。マスク画像表示体１３は、マスク画像光Ｌ２が照射された領域、即ちマスク画像において透過率が低下する領域（以下、「マスク領域」とも呼ぶ。）において、マスク画像光Ｌ２が照射されていない領域よりも透過率が低下する。マスク画像表示体１３に照射するマスク画像光Ｌ２の光量（強度）を調整することにより、マスク領域における透過率を調整することができる。
　カメラ１５は、破線１９に示すように、利用者７の顔の方向に向けた状態で、コンバイナ１２に固定されている。なお、カメラ１５は、アーム１４又はＨＵＤ１０を構成する他の部材に固定されてもよい。カメラ１５は、利用者７の両目を含む画像を撮影し、撮影した画像に基づいて利用者の黒目の位置、移動を解析することにより、利用者７が見ている方向、即ち目視方向を検出する。
　図３に、ＨＵＤ１０の機能的構成を示す。光源部１１は、上述の表示画像光源２１及びマスク画像光源２２に加え、表示画像生成部２３と、マスク画像生成部２４とを備える。
　表示画像生成部２３は、利用者に視認させるための表示画像を生成する。表示画像は、例えば、ルート案内による車両の進行方向を示す線や矢印、道路標識のマークなどを含む。表示画像生成部２３は、生成した表示画像を表示画像光源２１及びマスク画像生成部２４へ送る。
　表示画像光源２１は、表示画像生成部２３から供給された表示画像に対応する表示画像光Ｌ１をコンバイナ１２へ照射する。これにより、利用者７は、図１に示すように表示画像の虚像ＶＩを視認することができる。
　カメラ１５は、前述のように利用者の目視方向を検出し、これをマスク画像生成部２４へ供給する。マスク画像生成部２４は、表示画像生成部２３から供給された表示画像とカメラ１５から供給された目視方向とに基づいてマスク画像を生成し、マスク画像光源２２へ供給する。マスク画像光源２２は、マスク画像に対応するマスク画像光Ｌ２をマスク画像表示体１３に照射する。これにより、マスク画像の領域において、マスク画像表示体１３の透過率が低下する。
　[マスク画像]
　次に、マスク画像について説明する。図４はマスク画像の生成方法を説明する図である。前述のように、マスク画像生成部２４は、表示画像に基づいてマスク画像を生成する。図４（Ａ）は表示画像の一例を示す。
　まず、マスク画像生成部２４は、表示画像に含まれる表示要素を検出する。図４（Ａ）の例では、表示画像は、表示要素として、進行方向を示す矢印３１と進入禁止の標識３２とを含んでいる。マスク画像生成部２４は、抽出した表示要素の輪郭を少し拡大してマスク領域を作成する。
　ここで、マスク画像生成部２４は、左右の目に対応して一対のマスク領域を作成し、カメラ１５から供給される利用者７の目視方向に基づいて、利用者の目視方向に対応する位置にマスク領域を配置する。即ち、左右の目に対応する一対のマスク領域は、マスク画像上で左右にずれて配置される。
　図４（Ｂ）にマスク画像の例を示す。図示のように、矢印３１の輪郭を少し拡大して、左目用のマスク領域４１Ｌと右目用のマスク領域４１Ｒとが作成される。また、標識３２の輪郭を少し拡大して、左目用のマスク領域４２Ｌと、右目用のマスク領域４２Ｒとが作成される。図４（Ｂ）から理解されるように、マスク領域は、表示画像に含まれる表示要素の輪郭を拡大して得た領域をベタ塗りしたものである。よって、標識３２は内部に横長の四角形を有するが、マスク領域４２Ｌ、４２Ｒはベタ塗の円形となる。
　矢印３１に対応するマスク領域４１Ｌ、４１Ｒは、マスク画像中で、カメラ１５が検出した利用者の目視方向に対応する位置に配置される。例えば、カメラ１５は、コンバイナ１２の左右方向の中央（即ち、マスク画像表示体１３の左右方向の中央）の方向を基準方向とし、利用者の目視方向がこの基準方向から左右にどれだけずれているかを検出する。いま、図４（Ａ）の例において、矢印３１が表示画像の左右方向の中央にあると仮定する。利用者の目視方向が基準方向、即ちコンバイナ１２の左右方向の中央と一致する場合、マスク画像生成部２４は、マスク画像の左右方向の中央を基準として、左右に所定のシフト距離ずつずれた位置にマスク領域４１Ｌ、４１Ｒをそれぞれ配置する。ここで、「シフト距離」は、利用者の左右の眼の視差に相当し、実際には利用者の頭の位置からマスク画像表示体１３までの距離、コンバイナ１２によって作成される虚像ＶＩとコンバイナ１２との距離（コンバイナ１２の焦点距離）、利用者の左右の眼の間隔などに基づいて決定される。具体的には、
　（虚像ＶＩ～利用者の目の距離）：（虚像～コンバイナの距離）
　　＝（利用者の左右の眼の間隔）：（左目用マスク領域と右目用マスク領域との間隔）
となる。そして、
　シフト距離＝（左目用マスク領域と右目用マスク領域との間隔）／２
となる。
　一方、利用者の目視方向が基準方向からずれている場合、マスク画像生成部２４は、カメラ１５が検出した目視方向を中心に左右に上記シフト距離ずつずれた位置に左目用マスク領域と右目用マスク領域を配置すればよい。
　こうして、マスク画像生成部２４は、１つの表示要素について一対のマスク領域を作成し、全ての表示要素についてのマスク領域を含むマスク画像を生成する。図４（Ｂ）のマスク画像の例では、矢印３１に対応するマスク領域４１Ｌ、４１Ｒと、標識３２に対応するマスク領域４２Ｌ、４２Ｒとを含むマスク画像が作成されている。
　図４（Ｃ）は、図４（Ａ）に示す表示画像をコンバイナ１２に表示し、図４（Ｂ）に示すマスク画像をマスク画像表示体１３に表示したときに利用者７が視認する画像を示す。図４（Ｃ）に示すように、表示画像に含まれる表示要素の領域及びその領域に沿った周辺の領域にマスク画像が表示されるため、矢印５１及び標識５２は輪郭が強調されて見える。これにより、表示画像の視認性が向上する。また、図４（Ｂ）から理解されるように、マスク領域は表示画像に含まれる表示要素の背景部分を全てカバーしているので、マスク領域においては外光が遮られる。よって、マスク領域内の輝度は十分に低く、表示画像とのコントラストを確保することができる。これによっても、表示画像の視認性が向上する。
　なお、図４（Ｂ）、４（Ｃ）の例では、マスク画像中のマスク領域の輪郭はシャープであるが、図４（Ｄ）に示すようにマスク領域の輪郭をグラデーションなどによりぼかしてもよい。即ち、マスク領域の輪郭部分を、外側に行くほど透過率が上がるようにしてもよい。これにより、利用者が視認する画像において表示要素の外周部分がより自然に見えるようになる。
　次に、本実施例による視認性の改善効果について説明する。図５（Ａ）は、比較例として、マスク画像表示体１３を設けない場合のＨＵＤ１０ｘを示す。ＨＵＤ１０ｘでは、光源１１から表示画像光Ｌ１がコンバイナ１２に照射される。これにより利用者７は表示画像を視認する。ここで、車両の外部又は進行方向が明るく外光Ｌｏが強い場合、表示画像のコントラストが低下し視認性が低下する。即ち、表示画像が外光に埋もれるような状態となり、利用者が見る画像では表示画像が識別しにくくなる。
　また、コンバイナ１２の反射率が低い場合には、太字の破線で示すように表示画像光Ｌ１の光漏れが大きくなる。表示画像光Ｌ１の光漏れが大きくなると、車両の左右を車両の進行方向とは逆方向に進む車両の運転手や歩行者が表示画像を認識することもある。
　本実施例によるＨＵＤ１０の例を図５（Ｂ）に示す。本実施例では、マスク画像表示体１３がコンバイナ１２の背面に設けられている。マスク画像表示体１３には、透過率が低いマスク領域を有するマスク画像が表示されるので、マスク画像の領域では外光Ｌｏが強くても表示画像のコントラスト低下を防止することができ、表示画像の視認性を確保することができる。また、表示画像が車両外部から見えてしまうことを防止することもできる。
　[変形例１]
　上記の実施例では、左目用のマスク領域４１Ｌと右目用のマスク領域４１Ｒとが作成されている。ここで、人間の視覚によれば、必ずしも一方の目で一方のマスク領域のみを観察するわけではない。具体的には左目用のマスク領域４１Ｌは左目で観察すると同時に、右目でも観察される。同様に、右目用のマスク領域４１Ｒは右目で観察すると同時に、左目でも観察される。そして、左目で観察される右目用のマスク領域４１Ｒと右目で観察される左目用のマスク領域４１Ｌが概ね同じ位置に観察される。従って、両目で虚像を観察した場合には、同時に３つのマスク画像が認識されることとなり、全体としては、想定したよりもマスク画像の大きさが大きくなってしまう場合がある。
　これを避けるためには、マスク画像が描画される位置が観察者に十分近ければよい。すなわち、左目用のマスク領域４１Ｌが右目の視野角に入らず、右目用のマスク領域４１Ｒが左目の視野角に入らないくらいないくらい観察者に近接していればよい。
　これを実現するには、コンバイナを観察者に近接させればよい。例えば、図１に表されたような、フロントガラス近くにコンバイナを配置するのではなく、シート５に座った利用者７の眼前に配置する形態が考えられる。また、利用者が装着するヘルメットにコンバイナを取り付ける形態も考えられるが、この場合は以下の変形例３で説明するようなヘッドマウントディスプレイに近い形態となろう。
　[変形例２]
　上記の実施例では、マスク画像表示体１３としてフォトクロミック材料を使用し、マスク画像光源２２からマスク画像光を照射してマスク画像表示体１３にマスク画像を表示した。その代わりに、マスク画像表示体１３として液晶表示体を利用することもできる。この場合、マスク画像光源２２の代わりに液晶制御部を設け、マスク画像生成部２４が生成したマスク画像に従って液晶制御部が液晶表示体の液晶素子を駆動し、マスク画像を表示すればよい。これにより、マスク画像に含まれるマスク領域の透過率を下げることができる。
　[変形例３]
　上記の実施例では、本発明をＨＵＤに適用しているが、その代わりに本発明をヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）に適用してもよい。ヘッドマウントディスプレイも光源部と、コンバイナに相当する光学部材とを備えるので、その光学部材にマスク画像表示体を設けてマスク画像を表示すればよい。
　本発明は、透過型ディスプレイを用いたディスプレイシステムに利用することができる。特に、車両などの移動体に設置するヘッドアップディスプレイ、利用者の頭部に装着するヘッドマウントディスプレイなどに利用することができる。
　１　車両
　３　天井
　４　フロントガラス
　７　利用者
　１０　ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）
　１１　光源部
　１２　コンバイナ
　１３　マスク画像表示体
　２１　表示画像光源
　２２　マスク画像光源
　２３　表示画像生成部
　２４　マスク画像生成部
　１５　カメラ
　ＶＩ　虚像

Claims (7)

  1. 　利用者に視認させる表示画像を形成する表示画像光を出射する第１の光源と、
    　所定の透過率及び反射率を有し、前記第１の光源から出射された光の一部を透過するとともに残りの部分を反射して、前記表示画像を虚像として利用者に視認させる光学部材と、
    　前記第１の光源から出射された表示画像光が照射される領域及び当該領域に沿った周辺の領域において、前記光学部材の透過率を低下させる透過率制御手段と、
    　を備えることを特徴とする表示装置。
  2. 　前記透過率制御手段は、
    　前記光学部材に設けられ、フォトクロミック材料からなるマスク画像表示体と、
    　前記表示画像光が照射される領域及び当該領域に沿った周辺の領域において、前記マスク画像表示体に対して透過率を低下させる光を照射してマスク画像を形成する第２の光源と、
    　を備えることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
  3. 　利用者の目視方向を検出する目視方向検出手段を備え、
    　前記第２の光源は、検出された目視方向に基づいて、利用者の左右の目に対応する一対のマスク領域を含むマスク画像を形成することを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
  4. 　前記透過率制御手段は、
    　前記光学部材に設けられた液晶表示体と、
    　前記表示画像光が照射される領域及び当該領域に沿った周辺の領域において、前記液晶表示体上にマスク画像を表示する液晶制御部と、
    　を備えることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
  5. 　移動体に搭載され、
    　前記光学部材は前記第１の光源よりも前記移動体の進行方向よりに配置されており、
    　前記第１の光源は、前記移動体の進行方向下方へ向かって前記表示画像光を出射することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の表示装置。
  6. 　前記マスク画像は、前記表示画像光が照射される領域の周辺の領域において、外側へ向かって透過率が徐々に高くなっていることを特徴とする請求項２又は３に記載の表示装置。
  7. 　表示装置により実行される表示方法であって、
    　第１の光源により、利用者に視認させる表示画像を形成するための表示画像光を出射する工程と、
    　所定の透過率及び反射率を有する光学部材により、前記第１の光源から出射された光の一部を透過するとともに残りの部分を反射して、前記表示画像を虚像として利用者に視認させる工程と、
    　透過率制御手段により、前記第１の光源から出射された表示画像光が照射される領域及び当該領域に沿った周辺の領域において、前記光学部材の透過率を低下させる工程と、
    　を有することを特徴とする表示方法。
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