表示装置、表示方法及び車両
【課題】知覚される奥行き感の誤差を低減し、観視者の片目の位置の変化に対応させて映像を含む光束を片目に向けて投影する表示装置、表示方法及び車両を提供する。
【解決手段】表示オブジェクトを有する映像を含む光束１１２を観視者の片目１０１に向けて投影する映像投影部１１５と、片目１０１の位置と光束１１２の投影領域１１４の位置とを推定する位置推定部２１０と、推定された片目の位置と投影領域の位置との差に基づいて、片目の位置と投影領域とが重なるように投影領域の位置を変化させる制御部２５０と、を備える表示装置を提供する。制御部は、片目の位置が投影領域の内側部に位置するときよりも、片目の位置が投影領域の縁部または前記縁部よりも外側に位置するときの方が、投影領域の位置を大きく変化させる。
【解決手段】表示オブジェクトを有する映像を含む光束１１２を観視者の片目１０１に向けて投影する映像投影部１１５と、片目１０１の位置と光束１１２の投影領域１１４の位置とを推定する位置推定部２１０と、推定された片目の位置と投影領域の位置との差に基づいて、片目の位置と投影領域とが重なるように投影領域の位置を変化させる制御部２５０と、を備える表示装置を提供する。制御部は、片目の位置が投影領域の内側部に位置するときよりも、片目の位置が投影領域の縁部または前記縁部よりも外側に位置するときの方が、投影領域の位置を大きく変化させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置、表示方法及び車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
表示装置の一例としてＨＵＤ（Head-Up Display）がある。ＨＵＤは、例えば車両用の表示装置や航空機のコックピット用の表示装置として用いられ、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＣＲＴ（Cathode Ray Tube）などの画像形成装置により形成された表示映像を、フロントガラス等に設けられるハーフミラー等のコンバイナ（半透過反射体）に反射させて、車両や航空機を操縦する観視者に与える。ＨＵＤは、コンバイナで反射して観視者に到る表示映像と、コンバイナを透過して観察者に到る外界映像と、を重畳させて観視者に与える。その結果、観視者は表示映像と外界映像とを同時に見ることが可能であり、自然で見易い映像を提供できる。
【０００３】
通常のＨＵＤの場合、ＨＵＤの表示は両眼で観視される。ＨＵＤによって表示される表示映像の奥行き位置は、光学的な虚像位置であり、多くの場合操縦者から２〜３ｍ先の位置に設定される。従って、両眼視のＨＵＤの場合、操縦者が操縦中に遠方を見ながらＨＵＤの表示を同時に見ようとすると、ＨＵＤの表示映像は２重像となって認識されるため、見難い。逆に、ＨＵＤの表示映像を見ようとすると、両眼視差によって表示像は２〜３ｍ先に認識されるために、背景の遠方を同時に認識し難い。
【０００４】
さらに、ＨＵＤにおいては、表示映像は、所定の厚みを有するフロントガラス等のコンバイナで反射して観視者に投影されるので、この映像を両眼で見ると二重像が発生し、表示が見難くなる。
【０００５】
このような両眼視差に起因した見難さを解決するために、片目で表示像を観察する単眼視ＨＵＤが提案されている。また、上記の二重像を防止する目的で、片目のみに表示像を呈示する技術が提案されている（特許文献１）。
【０００６】
この時、表示映像は片目のみに呈示されるため、映像を含む光束が観視者の片目の位置に精度良く制御されて投影されることが必要である。
【０００７】
このために、例えば、観視者の片目の位置を検出し、その検出結果に基づいて投影光学系の例えばミラーの角度等を調整して、片目の位置が光束の投影領域の内部に入るように、光束の投影領域の位置を制御することが考えられる。このようにして投影領域の位置を変化させた場合、片目から見たときの映像形成位置の角度、例えば俯角が変化する。片目での観視において俯角が変化すると、知覚される奥行き感が大きく変化してしまうため、設定された奥行き位置と知覚される奥行き感との間に誤差が生じ、実用上問題となる。
【０００８】
従来の技術では、この問題を解決して、映像を含む光束を観視者の片目の位置に精度良く配置する技術は知られていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平７−２２８１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、知覚される奥行き感の誤差を低減し、観視者の片目の位置の変化に対応させて映像を含む光束を片目に向けて投影する表示装置、表示方法及び車両を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様によれば、表示オブジェクトを有する映像を含む光束を観視者の片目に向けて投影する映像投影部と、前記片目の位置と前記光束の投影領域の位置とを推定する位置推定部と、前記位置推定部によって推定された前記片目の位置と前記投影領域の位置との差に基づいて、前記映像投影部を制御することにより、前記片目の位置と前記投影領域とが重なるように前記投影領域の位置を変化させる制御部と、を備え、前記制御部は、前記片目の位置が前記投影領域の内側部に位置するときよりも、前記片目の位置が前記投影領域の縁部または前記縁部よりも外側に位置するときの方が、前記投影領域の位置を大きく変化させることを特徴とする表示装置が提供される。
【００１２】
本発明の別の一態様によれば、表示オブジェクトを有する映像を含む光束を観視者の片目に向けて投影する映像投影部と、前記片目の位置と前記光束の投影領域の位置とを推定する位置推定部と、前記位置推定部によって推定された前記片目の位置と前記投影領域の位置との差に基づいて、前記映像投影部を制御することにより、前記片目の位置と前記投影領域とが重なるように前記投影領域の位置を変化させる制御部と、を備え、前記制御部は、前記片目の位置が前記投影領域の縁部または前記縁部よりも外側に位置するときに、前記片目の位置と、前記投影領域の前記縁部よりも内側の内側部と、が重なるように前記投影領域の位置を変化させることを特徴とする表示装置が提供される。
【００１３】
本発明の別の一態様によれば、観視者の片目の位置を推定し、表示オブジェクトを有する映像を含む光束を前記観視者の前記片目に投影して前記光束の投影領域の位置を推定し、推定された前記片目の位置が前記投影領域の内側部に位置するときよりも、前記片目の位置が前記投影領域の縁部または前記縁部よりも外側に位置するときの方が、前記投影領域の位置の移動距離を大きくして、前片目の位置が前記内側部に入るように、前記投影領域の位置を移動することを特徴とする表示方法が提供される。
【００１４】
本発明の別の一態様によれば、上記のいずれかに記載の表示装置と、前記表示装置から出射される前記光束を前記観視者に向けて反射させるフロントガラスと、を備えたことを特徴とする車両が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、知覚される奥行き感の誤差を低減し、観視者の片目の位置の変化に対応させて映像を含む光束を片目に向けて投影する表示装置、表示方法及び車両が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る表示装置の動作を示す模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る表示装置の構成を示す模式図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る表示装置の要部の構成を示す模式図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る表示装置の動作を示す模式図である。
【図５】比較例の表示装置の動作を示す模式図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る表示装置及び比較例の表示装置の特性を示す模式図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る表示装置の動作を示す模式図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る表示装置の動作を示す模式図である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係る表示装置の動作を示す模式図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る表示方法を示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【００１８】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置の動作を示す模式図である。
図２は、本実施形態に係る表示装置の構成を示す模式図である。
図３は、本実施形態に係る表示装置の要部の構成を示す模式図である。
まず、図２及び図３により、本実施形態に係る表示装置の構成の概要について説明する。
【００１９】
図２及び図３に表したように、本発明の第１の実施形態に係る表示装置１１は、映像投影部１１５と位置推定部２１０と制御部２５０とを備える。
【００２０】
表示装置１１は、片目で見る表示装置であり、任意の用途に用いることができるが、以下では、車載用のＨＵＤとして用いる場合について説明する。
すなわち、表示装置１１は、車両７３０（移動体）に搭載される。
車両７３０は、表示装置１１が呈示する映像を観視する観視者１００が搭乗する自動車、二輪車、列車及び航空機等の各種の移動体である。観視者１００は、車両７３０に搭乗するヒトであり、例えば車両７３０を操縦する操縦者（運転者）とすることができる。
【００２１】
表示装置１１は、例えば車両７３０の中、すなわち、例えば、観視者１００から見て車両７３０のダッシュボード７２０の奥に設けられる。
【００２２】
映像投影部１１５は、表示オブジェクト１８０を有する映像を含む光束１１２を観視者１００の片目１０１に向けて投影する。
【００２３】
表示オブジェクト１８０とは、表示装置１１が観視者１００に呈示する映像に設けられるものであり、例えば、表示装置１１が搭載される車両７３０の運行情報に関する各種の像である。表示オブジェクト１８０は、例えば、車両７３０の進路を示す矢印、注意及び警告等の表示内容である。また、表示オブジェクト１８０は、例えば、車両７３０の外界の任意の場所の番地等の位置情報、及び、道路の名称や周辺の建物等の名称情報等の任意の外界情報を含むことができる。さらに、表示オブジェクト１８０は、例えば、車両７３０の現在位置や速度や燃料等の任意の車両情報を含むことができる。
【００２４】
映像投影部１１５は、例えば、映像生成部１３０と映像形成部１１０と投影部１２０とを有する。
【００２５】
映像生成部１３０は、表示オブジェクト１８０を含む映像に対応する映像信号を生成し、映像形成部１１０に供給する。
【００２６】
映像形成部１１０は、供給された映像信号に基づいて、映像形成部１１０の画面に映像を形成する。
映像形成部１１０としては、例えば、ＬＣＤを用いることができる。ただし、後述するように、映像形成部１１０にはＬＣＤ以外の任意の画像形成装置を用いることができる。
【００２７】
投影部１２０は、映像形成部１１０で形成された映像を観視者１００の片目１０１に投影する。
投影部１２０は、例えば、光源１２１とアパーチャ１２４とミラー１２６とを含む。光源１２１から出射した光は、映像形成部１１０に入射し、映像形成部１１０で形成された映像に基づいて変調された光束１１２となる。そして、アパーチャ１２４によって光束１１２の形状は整形され、光束１１２は、ミラー１２６を経て車両７３０の例えばフロントガラス７１０（ウインドシールド、透明板）に向けて出射する。この時、投影部１２０の図示しない各種の光学部品によって光束１１２の発散角（拡散角）が制御される。
【００２８】
例えば、図３に表したように、映像投影部１１５においては、光源１２１と映像形成部１１０との間にライトガイド１２２が設けられ、光源１２１からの光源光が映像形成部１１０に導入される。映像形成部１１０の光出射側には、リレーレンズ１２３、凹レンズ１２５及びミラー１２６がこの順に設けられる。リレーレンズ１２３は、光の進む方向に順に配置された第１〜第４レンズ１２３ａ〜１２３ｄを有し、第２レンズ１２３ｂと第３レンズ１２３ｃとの間にアパーチャ１２４が設けられている。本具体例では、光源１２１、ライトガイド１２２、リレーレンズ１２３、凹レンズ１２５及びミラー１２６が、投影部１２０に含まれる。
【００２９】
光源１２１から出射した光源光は、映像形成部１１０によって映像を含む光束１１２となり、光束１１２は、リレーレンズ１２３、アパーチャ１２４、凹レンズ１２５及びミラー１２６を経て、観視者１００に投影される。
【００３０】
すなわち、図２に表したように、ミラー１２６で反射された光束１１２は、例えばフロントガラス７１０に設けられる反射体７１１により反射され、観視者１００の片目１０１に投影される。そして観視者１００は、反射体７１１を介して、虚像形成位置１８１ａの位置に形成された虚像１８１を知覚する。反射体７１１は、透光性と反射性の両方を有するように設計され、観視者１００は、外界の背景と、光束１１２に含まれる表示オブジェクト１８０を有する映像と、を同時に見ることができる。このように、表示装置１１は、ＨＵＤとして使用できる。
【００３１】
すなわち、映像投影部１１５は、光束１１２を反射して観視者１００の片目１０１に向けて投影する車両７３０のフロントガラス７１０を介して映像を観視者１００に観視可能とさせる。このときフロントガラス７１０には、反射体７１１が含まれる。
【００３２】
なお、本具体例は、投影部１２０と映像形成部１１０の構成の一例であり、映像を含む光束１１２を観視者１００に投影できる構成であれば、投影部１２０及び映像形成部１１０には任意の構成を使用できる。
【００３３】
観視者１００の位置における光束１１２の投影領域１１４は、観視者１００が片目１０１で映像を観視できるように制御される。例えば、観視者１００の両眼の間隔は平均６０ｍｍ（ミリメートル）であるので、観視者１００の頭部１０５上における光束１１２の投影領域１１４の左右方向の幅は６０ｍｍ程度に制御され、片目１０１に光束１１２が投影される。なお、映像の見易さから、観視者１００の優位眼に映像を投影することが望ましく、片目１０１としては優位眼が用いられることが望ましい。また、投影領域１１４の投影位置及び投影範囲は、映像投影部１１５に用いられる光学部品を制御部２５０によって制御することで、制御される。
【００３４】
一方、図１に例示した位置推定部２１０は、車両７３０に搭乗する観視者１００の片目１０１の位置と、光束１１２の投影領域１１４の位置と、を推定する。
【００３５】
本具体例では、図１及び図２に例示したように、光束１１２の投影領域１１４の位置を推定するために、映像形成部１１０の近傍にマーカ光放射部４１０が設けられる。マーカ光放射部４１０から放射されたマーカ光４５０も、光束１１２と供に観視者１００に投影される。
【００３６】
マーカ光４５０は、光束１１２に対して予め定められた空間的な関係を有する。例えば、マーカ光４５０の進行方向は、光束１１２の進行方向に対応している。これにより、マーカ光４５０の位置によって、光束１１２の投影領域１１４の位置が推定される。マーカ光放射部４１０には、例えば赤外発光ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等を用いることができる。
【００３７】
例えば、マーカ光４５０の観視者１００の頭部１０５における投影領域は、光束１１２の観視者１００の頭部における投影領域１１４と同じに設定でき、マーカ光４５０の投影領域を推定することによって、光束１１２の投影領域１１４を推定することができる。
【００３８】
位置推定部２１０は、例えば、観視者１００及びマーカ光４５０を撮像する撮像部２１１と、撮像部２１１によって撮像された撮像画像を画像処理する画像処理部２１２と、画像処理部２１２で画像処理されたデータに基づいて、観視者１００の片目１０１の位置を推定する演算部２１３と、を含むことができる。
【００３９】
演算部２１３においては、例えば、特許第３２７９９１３号公報などに記載されている人物認証に関する技術を用いて、観視者１００の顔認識と顔部品としての眼球位置を算出し、観視者１００の映像を投影すべき片目１０１の位置を判断して推定する。
【００４０】
さらに、演算部２１３は、マーカ光４５０の位置を推定する。
ただし、マーカ光４５０の位置は、画像処理部２１２によって画像処理された撮像画像のデータから直接求めても良い。
【００４１】
なお、撮像部２１１は、例えば、車両７３０の運転席の前方や側方に配置され、例えば、操縦者である観視者１００の顔面の像を撮像し、これを用いて上記のように、観視者１００の片目１０１の位置、及び、マーカ光４５０の位置、すなわち、光束１１２の投影領域１１４の位置を推定できる。
【００４２】
なお、後述するように、制御部２５０は、片目１０１の位置が光束１１２の投影領域１１４に重なるように投影領域１１４の位置を制御するので、例えば、投影領域１１４の端の位置によって投影領域１１４の位置を代表させることができる。
【００４３】
また、投影領域１１４の形状と大きさは、映像投影部１１５における光学部品の特性によって定まるので、投影領域１１４の位置として投影領域１１４の中心の位置を採用し、投影領域１１４の端の位置を推定することによって、投影領域１１４の全体の位置を求めることができる。
【００４４】
例えば、マーカ光４５０の位置が投影領域１１４の例えば端や外側に配置されていた場合においても、マーカ光４５０と光束１１２との空間的な関係によって、マーカ光４５０の位置を推定することで光束１１２の投影領域１１４の位置、すなわち、投影領域１１４の中心の位置及び、推定された投影領域１１４の端の位置を推定することができる。
【００４５】
なお、光束１１２の投影領域１１４の位置、及び、片目１０１の位置の推定方法は任意であり、この変形例については後述する。
【００４６】
一方、制御部２５０は、位置推定部２１０によって推定された観視者１００の片目１０１の位置とマーカ光４５０の位置とに基づいて、映像投影部１１５を制御することにより、片目１０１の位置と投影領域１１４とが重なるように、光束１１２の投影領域１１４の位置を移動させる。すなわち、片目１０１の位置とマーカ光４５０の位置との相対的な差に基づいて、光束１１２の投影領域１１４の位置を移動する。
【００４７】
例えば、映像投影部１１５の投影部１２０に用いられるミラー１２６の角度を、制御部２５０の駆動部２６０によって調整する。これにより、光束１１２の投影領域１１４の位置を調整する。なお、駆動部２６０は制御部２５０の内部に設けても良く、制御部２５０とは別に設けても良い。
【００４８】
このように、制御部２５０は、光束１１２の投影領域１１４の境界の空間的な位置を、片目１０１の位置及びマーカ光４５０の位置の推定結果に基づいて制御する。具体的には、光束１１２の投影領域１１４の範囲内に片目１０１が入るように、投影領域１１４の境界の空間的な位置を制御する。
【００４９】
この制御部２５０の動作について説明する。
図１に表したように、光束１１２の投影領域１１４は、縁部４０１と内側部４０２とに区分できる。すなわち、投影領域１１４は、投影領域１１４の縁部４０１と縁部４０１よりも内側の内側部４０２とを有している。
【００５０】
縁部４０１は投影領域１１４の端であり、縁部４０１よりも外側の領域に片目１０１が位置する場合には、片目１０１は光束１１２に含まれる映像を観視できなくなる。
【００５１】
内側部４０２は投影領域１１４の内側の領域であり、内側部４０２に片目１０１が位置する場合には、片目１０１は光束１１２に含まれる映像を良好に観視できる。
【００５２】
縁部４０１は、投影領域１１４の端においてある幅を持った領域としても良いし、縁部４０１は、投影領域１１４の端における投影領域１１４とその外側の領域とを分ける、幅を持たない境界とすることもできる。縁部４０１の幅は、後述する制御部２５０による投影領域１１４の制御の特性に適合させて定めることができる。以下では、縁部４０１が所定の幅を有する場合として説明する。
【００５３】
図１（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態に係る表示装置１１の動作を例示しており、図１（ａ）は、片目１０１が内側部４０２に位置している状態を例示し、図１（ｂ）は、片目１０１が縁部４０１に位置している状態を例示し、図１（ｃ）は、片目１０１の位置が内側部４０２に重なるように投影領域１１４の位置が移動された後の状態を例示している。図１（ｄ）は、内側部４０２が後述する第１部と第２部を有する状態を例示している。
【００５４】
図１（ａ）に表したように、本実施形態に係る表示装置１１においては、制御部２５０は、例えば、片目１０１が内側部４０２に位置するように、光束１１２の投影領域１１４の位置を制御する。この時、観視者１００は光束１１２に含まれる映像を良好に観視できる。
【００５５】
この状態において、例えば、観視者１００の姿勢が変化すると、片目１０１の位置が移動する。例えば、図１（ｂ）に例示したように、片目１０１が縁部４０１に位置する。この状態においては、観視者１００は映像を良好に観視し難くなる。すなわち、片目１０１の位置がさらに移動したときに、片目１０１の位置がすぐに投影領域１１４の外側に出てしまうためである。そして、片目１０１が縁部４０１よりも外の領域に位置すると観視者は映像を観視できなくなる。
【００５６】
この時、制御部２５０は、図１（ｃ）に例示したように、片目１０１の位置が内側部４０２に重なるように、投影領域１１４の位置を移動する。すなわち、片目１０１が投影領域１１４の外に出ないように、投影領域１１４の位置を片目１０１の位置に連れて移動させる。これにより、観視者１００は映像を良好に観視できるようになる。
【００５７】
ただし、図１（ａ）に例示したように、片目１０１が内側部４０２の内側にある場合には、制御部２５０は、光束１１２の投影領域１１４の位置を動かさない。すなわち、制御部２５０における投影領域１１４の位置制御において、内側部４０２は不感領域であり、片目１０１が内側部４０２の内部にある場合には投影領域１１４の位置の移動操作が抑制され、片目１０１が内側部４０２を外れた場合、すなわち、片目１０１が縁部４０１に位置した場合、または、縁部４０１よりも外側に位置した場合に、投影領域１１４の位置の移動操作が行われる。
【００５８】
この動作においては、片目１０１の位置が投影領域１１４を外れそうになる場合、または、投影領域１１４を外れた場合において、投影領域１１４の位置が移動されて、片目１０１が投影領域１１４の内部に入り、片目１０１が投影領域１１４の内側の内側部４０２にある場合には、投影領域１１４は動かない。これにより、片目１０１から見たときの映像が形成される位置の角度、すなわち、視角（特に上下方向の場合には俯角）の変化が抑制され、結果として、観視者１００が得る奥行き感の誤差が縮小できる。
【００５９】
さらに、図１（ｄ）に表したように、内側部４０２は、内側部４０２の縁の第１部４０３と第１部４０３よりも内側の第２部４０４とを有することができる。そして、制御部２５０は、片目１０１が縁部４０１または縁部４０１よりも外側に位置したときに、片目１０１の位置が第１部４０３に重なるように、投影領域１１４の位置を制御することが望ましい。
【００６０】
すなわち、片目１０１が縁部４０１に位置して投影領域１１４を外れそうになった場合、または、片目１０１が縁部４０１よりも外側に位置して投影領域１１４を外れた場合に、片目１０１が投影領域１１４の中心部である第２部４０４ではなく、内側部４０２の縁の第１部４０３に配置されるように、投影領域１１４の位置が移動される。これにより、投影領域１１４の位置の移動距離が最小限に抑えられ、これにより、片目１０１の視角の変化は最小限に抑えられる。これにより、観視者１００が得る奥行き感の誤差がさらに縮小できる。
【００６１】
なお、上記の動作においては、例えば、位置推定部２１０において、光束１１２の投影領域１１４が、片目１０１を推定するための画像上のどこに位置するかが推定される。そして、例えば位置推定部２１０または映像生成部１３０に設けられる判定部（図示しない）において、片目１０１の位置が投影領域１１４のどの位置（縁部４０１よりも外側、縁部４０１及び内側部４０２のいずれの位置）にあるかが判定される。そして、制御部２５０により、投影領域１１４の位置が上記のように制御される。
【００６２】
図４は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置の動作を示す模式図である。
すなわち、同図は、観視者１００の側面から見たときの片目１０１の位置、光束１１２の進路、及び、映像の虚像１８１が形成される位置の関係を例示している。同図（ａ）は、片目１０１が投影領域１１４の内側部４０２の上側の端に位置している状態を例示し、同図（ｂ）は、片目１０１が内側部４０２中心に位置している状態を例示し、同図（ｃ）は、片目１０１が内側部４０２の下側の端に位置している状態を例示している。
【００６３】
図４（ａ）〜（ｃ）に表したように、本実施形態に係る表示装置１１においては、片目１０１が、投影領域１１４の内側部４０２上側の端、中心及び下側の端に位置している場合において、投影領域１１４の位置は変化していない。このため、投影領域１１４の上側の端、中心及び下側の端に位置している場合のいずれにおいても、虚像形成位置１８１ａにおいては、像の中心は実質的に位置Ｐｓに結像し、像の上端は実質的に位置Ｐｕに結像し、像の下端は実質的に位置Ｐｌに結像し、像の結像位置は実質的に変化しない。
【００６４】
図５は、比較例の表示装置の動作を示す模式図である。
この比較例において、光束１１２の投影領域１１４は、片目１０１の位置に常に連動し、具体的には、投影領域１１４の中心に片目１０１が位置するように投影領域１１４の位置が移動される。
【００６５】
図５（ｂ）は、片目１０１が投影領域１１４の内側部４０２の中心に位置している状態を例示している。そして、図５（ａ）は、片目１０１が図５（ａ）に例示した位置から上方向に移動したときに、その片目１０１の移動に連動して投影領域１１４が上方向に移動させられた状態を例示している。そして、図５（ｃ）は、片目１０１が図５（ａ）に例示した位置から下方向に移動したときに、その片目１０１の移動に連動して投影領域１１４が下方向に移動させられた状態を例示している。なお、この移動は、ミラー１２６の角度を変化させることによって行われる。
【００６６】
図５（ａ）〜（ｃ）に表したように、投影領域１１４の中心に片目１０１の位置が配置されるように投影領域１１４が制御された場合は、片目１０１の位置が、上方向に移動した場合と下方向に移動した場合とで、虚像形成位置１８１ａにおける像の結像位置が変化する。すなわち、図５（ａ）に例示した虚像形成位置１８１ａの像の中心、像の上端、及び像の下端の位置の結像位置は、図５（ｂ）に例示した位置Ｐｓ、位置Ｐｕ及び位置Ｐｌから、それぞれ下方向にずれる。一方、図５（ｃ）に例示した虚像形成位置１８１ａの像の中心、像の上端、及び像の下端の位置の結像位置は、図５（ｂ）に例示した位置Ｐｓ、位置Ｐｕ及び位置Ｐｌから、それぞれ上方向にずれる。
【００６７】
すなわち、比較例の表示装置においては、片目１０１の位置が上方向または下方向にずれた場合に、像の結像位置が上下にずれて、俯角が大きく変化し、その結果、知覚される奥行き感が目的とする奥行き位置から大きく外れてしまう。
【００６８】
図６は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置及び比較例の表示装置の特性を示す模式図である。
すなわち、同図は、上下方向に片目１０１の位置がずれたときの片目１０１から映像を見たときの視角（俯角）の変化をシミュレーションした結果を例示している。同図の横軸は、片目１０１のずれ量（基準位置からの移動距離Ｙｅ）を表し、縦軸は、視角の変化量Δθを表している。そして、同図中の特性Ａは本実施形態に係る表示装置１１における特性であり、特性Ｂは図５に関して説明した比較例の表示装置における特性である。
【００６９】
なお、本シミュレーションでは、投影領域１１４の上下方向の幅は１００ｍｍであり、観視者１００の片目１０１から反射体７１１までの距離は１０００ｍｍであり、観視者１００から見たときの虚像形成位置１８１ａまでの距離は３０００ｍｍとされた。同図において、例えば、移動距離Ｙｅが０ｍｍ、５０ｍｍ及び１００ｍｍのときは、それぞれ片目１０１が投影領域１１４の下端、中心及び上端に位置する状態に対応する。
【００７０】
図６に表したように、特性Ｂの比較例の表示装置においては、片目１０１の移動距離Ｙｅが大きくなると視角の変化量Δθが著しく増大している。例えば、移動距離Ｙｅが１００ｍｍのときの視角の変化量Δθは５．７°である。
【００７１】
一方、特性Ａの本実施形態に係る表示装置１１においては、片目１０１の移動距離Ｙｅが１００ｍｍ以上の領域では、視角の変化量Δθは、比較例の表示装置の場合と同じ変化率で増大しているが、片目１０１の移動距離Ｙｅが１００ｍｍよりも小さいときは、視角の変化量Δθは小さい。すなわち、片目１０１が移動した場合においても、投影領域１１４を移動させないので、視角の変化量Δθが小さくできる。例えば、移動距離Ｙｅが１００ｍｍのときの視角の変化量Δθは１．９°であり、比較例に対して視角の変化量Δθを１／３に低減できる。
【００７２】
このように、本実施形態に係る表示装置１１においては、片目１０１が投影領域１１４の内側の内側部４０２にある場合には、投影領域１１４は動かないので、映像が形成される位置の視角の変化が抑制され、観視者１００が得る奥行き感の誤差が縮小できる。そして、片目１０１の位置が投影領域１１４を外れそうになる場合や外れた場合において投影領域１１４の位置が移動されて、片目１０１の位置を投影領域１１４の内部に入れることで、片目１０１が投影領域１１４から外れることがなく、観視者１００に所望の映像を呈示できる。すなわち、観視者１００の頭部１０５の移動による映像呈示位置からの外れがなくなり、実用的な観視範囲を広くすることが可能になる。
【００７３】
このように表示装置１１によれば、知覚される奥行き感の誤差を低減し、観視者の片目の位置の変化に対応させて映像を含む光束を片目に向けて投影する表示装置が提供できる。
【００７４】
このような動作は、例えば以下のようにして実施される。
図７は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置の動作を示す模式図である。
すなわち同図は、投影領域１１４の座標を例示している。
以下では、説明の便宜上、ｘ−ｙ直交座標系を用いる。ｘ軸方向は、投影領域１１４の左右方向であり、例えば片目１０１の左右方向である。ｙ軸方向は、投影領域１１４の上下方向であり、例えば片目１０１の上下方向である。
【００７５】
図７に表したように、投影領域１１４の中心の座標を基準座標Ｐ０（ｘ０、ｙ０）とする。そして、ｘ軸方向の一方の端（正の端）において、縁部４０１の外側の端の位置をｘ１１とし、縁部４０１と第１部４０３との境界（すなわち、縁部４０１と内側部４０２との境界）の位置をｘ１２とし、第１部４０３と第２部４０４との境界の位置をｘ１３とする。そして、ｘ軸方向の他方の端（負の端）において、縁部４０１の外側の端の位置をｘ２１とし、縁部４０１と第１部４０３との境界の位置をｘ２２とし、第１部４０３と第２部４０４との境界の位置をｘ２３とする。
【００７６】
また、ｙ軸方向の一方の端（正の端）において、縁部４０１の外側の端の位置をｙ１１とし、縁部４０１と第１部４０３との境界の位置をｙ１２とし、第１部４０３と第２部４０４との境界の位置をｙ１３とする。そして、ｙ軸方向の他方の端（負の端）において、縁部４０１の外側の端の位置をｙ２１とし、縁部４０１と第１部４０３との境界の位置をｙ２２とし、第１部４０３と第２部４０４との境界の位置をｙ２３とする。
【００７７】
そして、片目１０１の位置の座標を座標Ｅ（ｘｅ、ｙｅ）とする。
【００７８】
制御部２５０は、位置推定部２１０によって推定された片目１０１の位置（座標Ｅ（ｘｅ、ｙｅ））と、投影領域１１４の位置（例えば基準座標Ｐ０（ｘ０、ｙ０））との差に基づいて、映像投影部１１５を制御する。投影領域１１４の位置の基準座標Ｐ０（ｘ０、ｙ０）を基準にすると、片目１０１の位置の座標Ｅ（ｘｅ、ｙｅ）によって、投影領域１１４を移動することができる。例えば、片目１０１の位置の座標Ｅ（ｘｅ、ｙｅ）によって、映像投影部１１５のミラーの角度を調整する。
【００７９】
この時、座標Ｅ（ｘｅ、ｙｅ）の変化に対して、所定の係数ＲＳで、投影領域１１４の位置を移動させることができる。係数ＲＳは、片目１０１の位置と投影領域１１４の位置との差に対する投影領域１１４の位置の移動距離の比率の一例である。なお、係数ＲＳは、ｘ軸方向の係数ＲＳｘとｙ軸方向の係数ＲＳｙを有することができる。係数ＲＳｘと係数ＲＳｙとは同じであっても良く、また、互いに異なっていても良い。
【００８０】
図８は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置の動作を示す模式図である。
すなわち、同図（ａ）はｙ軸方向の係数ＲＳｙを例示し、同図（ｂ）は制御部２５０による投影領域１１４の位置の移動におけるｙ軸方向の移動距離Ｌｙを例示している。
図９は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置の動作を示す模式図である。
すなわち、同図（ａ）はｘ軸方向の係数ＲＳｘを例示し、同図（ｂ）は制御部２５０による投影領域１１４の位置の移動におけるｘ軸方向の移動距離Ｌｘを例示している。
【００８１】
本具体例では、ｙ軸方向における投影領域１１４の移動距離Ｌｙは、片目１０１の位置と基準座標との差のｙ軸方向における距離であるｙｅと係数ＲＳｙとの積とされ、ｘ軸方向における投影領域１１４の移動距離Ｌｘは、片目１０１の位置と基準座標との差のｘ軸方向における距離であるｘｅと係数ＲＳｘとの積とされる。
【００８２】
そして、図８（ａ）に例示したように、ｙ軸方向の片目１０１の位置の変化に対して係数ＲＳｙは一定でない。
【００８３】
すなわち、片目１０１の位置が内側部４０２にある場合、すなわち、ｙｅがｙ２２〜ｙ１２である場合には、例えば係数ＲＳｙは零である。
これにより、図８（ｂ）に表したように、投影領域１１４の移動距離Ｌｙは零であり、投影領域１１４の位置は変化しない。
【００８４】
そして、片目１０１の位置が縁部４０１または縁部４０１よりも外側にある場合の係数ＲＳｙは、片目１０１の位置が内側部４０２にあるときの係数ＲＳｙよりも大きくされる。例えば、ｙｅがｙ２２よりも小さい場合には、係数ＲＳｙは所定の大きさの係数ＲＳｙａとされ、ｙｅがｙ１２よりも大きい場合には、係数ＲＳｙは所定の大きさの係数ＲＳｙｂとされる。なお、ここでの大きさは、絶対値である。
【００８５】
すなわち、上記の係数ＲＳｙａと係数ＲＳｙｂとは、それぞれ、片目１０１の位置が投影領域１１４の中（内側部４０２の中）に入るような係数であり、係数ＲＳｙａと係数ＲＳｙｂとによって移動させられる投影領域１１４のｙ軸方向の移動方向は互いに逆の方向である。
【００８６】
これにより、図８（ｂ）に表したように、片目１０１の位置が縁部４０１にある場合、または、縁部４０１よりも外側にある場合は、投影領域１１４の位置が移動距離Ｌｙだけ移動され、片目１０１が投影領域１１４の中（内側部４０２の中）に入るように投影領域１１４が移動される。
【００８７】
また、ｘ軸方向に関しても同様であり、図９（ａ）に例示したように、例えば、ｘ軸方向の片目１０１の位置の変化に対して係数ＲＳｘは一定でない。
【００８８】
すなわち、片目１０１の位置が内側部４０２にある場合、すなわち、ｘｅがｘ２２〜ｘ１２の間にある場合には、例えば係数ＲＳｘは零である。
これにより、図９（ｂ）に表したように、投影領域１１４の移動距離Ｌｘは零であり、投影領域１１４の位置は変化しない。
【００８９】
そして、片目１０１の位置が縁部４０１または縁部４０１よりも外側にある場合の係数ＲＳｘの絶対値は、片目１０１の位置が内側部４０２にあるときの係数ＲＳｘの絶対値よりも大きくされ、例えば、ｘｅの値によって係数ＲＳｘａ及び係数ＲＳｘｂとされる。この場合も、係数ＲＳｘａと係数ＲＳｘｂとは、それぞれ、片目１０１の位置が投影領域１１４の中（内側部４０２の中）に入るような係数であり、係数ＲＳｘａと係数ＲＳｘｂとによって移動させられる投影領域１１４のｘ軸方向の移動方向は互いに逆の方向である。
【００９０】
これにより、図９（ｂ）に表したように、片目１０１の位置が縁部４０１にある場合、または、縁部４０１よりも外側にある場合は、投影領域１１４の位置が移動距離Ｌｘだけ移動され、片目１０１が投影領域１１４の中（内側部４０２の中）に入るように投影領域１１４が移動される。
【００９１】
すなわち、図８（ａ）及び図９（ａ）に例示したように、本実施形態に係る表示装置１１においては、制御部２５０の投影領域１１４の位置の移動における、片目１０１の位置と投影領域１１４の位置との差に対する投影領域１１４の位置の移動距離の比率の絶対値は、片目１０１が縁部４０１または縁部４０１よりも外側に位置するときよりも、片目１０１が内側部４０２に位置するときの方が低い。
【００９２】
そして、図８（ｂ）及び図９（ｂ）に例示したように、制御部２５０の投影領域１１４の位置の移動における投影領域１１４の位置の移動距離（移動距離Ｌｙ及びＬｘの少なくともいずれか）は、片目１０１が縁部４０１または縁部４０１よりも外側に位置するときよりも、片目１０１が内側部４０２に位置するときの方が短い。本具体例では、片目１０１が内側部４０２に位置するときの投影領域１１４の位置の移動距離（移動距離Ｌｙ及びＬｘ）は、零である。
【００９３】
これにより、片目１０１の位置が投影領域１１４を外れそうになる場合または投影領域１１４を外れた場合において投影領域１１４の位置が移動されて、片目１０１が投影領域１１４の内側（内側部４０２）に入り、片目１０１が投影領域１１４の内側の内側部４０２にある場合には、投影領域１１４は動かず、片目１０１から映像を見たときに視角の変化が抑制され、観視者１００が得る奥行き感の誤差が縮小できる。
【００９４】
この時、上記の係数ＲＳｘａ、ＲＳｘｂ、ＲＳｙａ及びＲＳｙｂを適切に設定することで、片目１０１が縁部４０１または縁部４０１よりも外側に位置するときに、片目１０１の位置が第１部４０３に重なるように、投影領域１１４の位置を制御することができる。これにより、投影領域１１４の位置の移動距離が最小限に抑えられ、これにより、片目１０１の視角の変化が小さくなり、観視者１００が得る奥行き感の誤差がさらに縮小できる。
【００９５】
上記においては、ｘ軸方向及びｙ軸方向において、片目１０１の位置と縁部４０１との関係によって投影領域１１４の移動距離を変化させる例を説明したが、ｙ軸方向またはｘ軸方向において上記の移動距離を変化させても良い。
【００９６】
片目１０１における上下方向であるｙ軸方向に沿って片目１０１の位置が変化したときの視角の変化は、俯角の変化となる。このため、ｙ軸方向に沿った片目１０１の位置の変化は、知覚される奥行き位置に大きな影響を与える。このため、ｙ軸方向における片目１０１の位置の変化に対して、上記で説明した動作を適用すると大きな効果を得ることができる。
【００９７】
これに対し、片目１０１における左右方向であるｘ軸方向に沿って片目１０１の位置が変化する場合には、視角の変化は方位角の変化となる。このため、ｘ軸方向に沿った片目１０１の位置の変化が知覚される奥行き位置へ与える影響は小さい。従って、ｘ軸方向に沿った片目１０１の位置の変化に対しては、上記の動作は必ずしも必要ではなく、例えば、比較例で説明したように、片目１０１の位置に常に投影領域１１４の中心が配置される動作を行っても良い。
【００９８】
すなわち、本実施形態に係る表示装置１１において、縁部４０１は、光束１１２の投影領域１１４の片目１０１の上下方向の端に設けられることができ、縁部４０１は、左右方向の端に設けられなくても良い。
【００９９】
なお、図８（ａ）及び図９（ａ）では、係数ＲＳが片目１０１の位置の変化に対してステップ状に変化する例が示されているが、係数ＲＳの変化の特性は任意である。また、図８（ｂ）及び図９（ｂ）では、投影領域１１４の位置の移動距離Ｌｙ及びＬｘが、片目１０１の位置の変化に対して線形に変化する例であるが、移動距離Ｌｙ及びＬｘの変化の特性は任意である。
【０１００】
例えば、係数ＲＳ、移動距離Ｌｙ及び移動距離Ｌｘは、位置推定部２１０による片目１０１及び投影領域１１４の位置の推定精度と推定の過渡特性、制御部２５０による投影領域１１４の制御精度と制御の過渡特性、映像投影部１１５の特性等の他、観視者１００の目の特性に合わせて、適切に設定することができる。
【０１０１】
また、縁部４０１の幅も、位置推定部２１０、制御部２５０及び映像投影部１１５、並びに、観視者の目の特性に合わせて、適切に設定することができる。
【０１０２】
そして、上記においては、投影領域１１４の縁部４０１が所定の幅を有する場合として説明したが、縁部４０１は、投影領域１１４の端における投影領域１１４とその外側の領域とを分ける、幅を持たない境界とすることもできる。
【０１０３】
この場合には、例えば、制御部２５０の投影領域１１４の位置の移動制御における、片目１０１の位置と投影領域１１４の位置との差に対する投影領域１１４の位置の移動距離の比率は、片目１０１が縁部４０１よりも外側に位置するときよりも、片目１０１が内側部４０２に位置するときの方が低く設定することができる。
【０１０４】
そして、制御部２５０の投影領域１１４の位置の移動における投影領域１１４の位置の移動距離（移動距離Ｌｙ及びＬｘ）は、片目１０１が縁部４０１よりも外側に位置するときよりも、片目１０１が内側部４０２に位置するときの方が短く設定することができる。
【０１０５】
これにより、知覚される奥行き感の誤差を低減し、観視者の片目の位置の変化に対応させて映像を含む光束を片目に向けて投影することができる。
【０１０６】
なお、観視者１００の片目１０１の推定を容易にするために、赤外光を発光する例えばＬＥＤを用いた照明装置２１４を車両７３０の室内、特に操縦席の前方に設けることができる。照明装置２１４は撮像部２１１に付属させることができる。なお、この照明装置２１４は、周囲の明るさの環境に関係なく常時発光しても良く、また、周囲の明るさに応じて発光と非発光とを切り換えるようにしても良い。この照明装置２１４の明るさは、例えば太陽光に含まれる赤外線の強度と同程度かそれよりも弱く設定され得る。
【０１０７】
なお、映像の観視の邪魔にならないように、この照明光には例えば赤外光を用いることが望ましい。また、表示装置１１が、車載用のＨＵＤ以外の用途である場合において、例えば表示装置１１が用いられる環境が一定の明るさを有する場所であるならば、上記の照明装置２１４は省略できる。
【０１０８】
上記の具体例では、光束１１２の投影領域１１４を推定するために、マーカ光４５０を用いている。マーカ光４５０は、映像を含む光束１１２の投影領域１１４の位置を示すものであれば、映像を含む光束１１２とは別の光源から放射された光でも良く、また、マーカ光４５０は光束１１２に含まれても良い。
【０１０９】
例えば、マーカ光４５０は、マーカ光放射部４１０から出射された光であり、例えば、マーカ光放射部４１０は、映像形成部１１０の表示画面のアクティブエリアの境界近傍や投影領域１１４の形状を決めるアパーチャ等の開口部の境界部分に設けることができる。
【０１１０】
また、マーカ光４５０には、光束１１２に含まれる映像の内容の視認を妨げないように、映像に用いられる光束１１２の波長とは異なる光を用いることが望ましい。映像を含む光束１１２には可視光が用いられるので、マーカ光４５０には、赤外光を用いることができる。
【０１１１】
一方、マーカ光４５０の強度は、例えば太陽光よりも強く、そして、照明装置２１４からの照明光よりも強く設定されることが望ましい。
【０１１２】
このようなマーカ光４５０を用いることによって、投影領域１１４の位置を推定できる。そして、例えば予め定めた投影領域１１４の形状と大きさから、上記の縁部４０１、内側部４０２、第１部４０３及び第２部４０４を定めることができ、これに基づいて上記の動作を行うことができる。
【０１１３】
片目１０１及びマーカ光４５０のそれぞれ推定の精度を向上するために、片目１０１の推定のための光と、マーカ光４５０の光と、を別の光とすることが望ましい。
【０１１４】
このために、片目１０１の推定のための光とマーカ光４５０との空間的な配置を変えることができる。これには、例えば、マーカ光４５０の光路の途中に所定に形状と所定の波長特性を有するフィルタを設置し、マーカ光４５０が投影される領域を所望の形状に制御する方法を採用することができる。
【０１１５】
また、片目１０１の推定のための光とマーカ光４５０とで、波長を変えても良い。これにより、片目１０１とマーカ光４５０との区別が容易になる。
【０１１６】
さらに、片目１０１の推定のための光とマーカ光４５０とで、時間的な特性を変えても良い。例えば、マーカ光４５０を間欠的に観視者１００に向けて投影し、マーカ光４５０が投影されている期間において光束１１２の投影領域１１４を推定し、マーカ光４５０が投影されていない期間に片目１０１を推定する動作を行っても良い。
【０１１７】
このように、片目１０１の位置及び投影領域１１４の位置の推定方法は、各種の変形が可能である。
【０１１８】
なお、表示装置１１において、映像形成部１１０としては、ＬＣＤの他に、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）、及び、ＭＥＭＳ（Micro-electro-mechanical System）等の各種光スイッチを用いることができる。また、映像形成部１１０には、レーザプロジェクタやＬＥＤプロジェクタなどを用いることもでき、その場合は、レーザビームやＬＥＤからの光により映像を形成する。
【０１１９】
また、光源１２１には、ＬＥＤや高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ、レーザなど各種のものを用いることができる。
【０１２０】
また、投影部１２０のリレーレンズ１２３及び凹レンズ１２５は、任意の構成を有することができる。さらに、ミラー１２６には、例えばパワーを有する凹面鏡を用いることができ、映像を所定の比率で拡大または縮小できる。なお、投影部１２０には、例えば、非球面フレネルレンズ等を設け、フロントガラス７１０の形状に合わせて光束１１２の形（断面形状など）を制御できるように設計することもできる。
【０１２１】
また、位置推定部２１０の撮像部２１１は、映像投影部１１５に含まれる各種の光学部品（例えばミラー等）から得られる光を分離して、観視者１００の顔面の像を間接的に撮像しても良い。この場合は、撮像部２１１は、映像投影部１１５に付設される。
【０１２２】
また、制御部２５０は、例えば、投影部１２０に用いられる各種の光学部品を制御して、光束１１２の投影範囲を制御しても良い。
【０１２３】
なお、制御部２５０は、例えば、映像形成部１１０を制御して映像の輝度やコントラストなどを調整しても良い。
【０１２４】
なお、上記においては、表示装置１１が車両７３０等の移動体に搭載されるＨＵＤとして応用される例について説明したが、本発明はこれに限らず、片目で見る任意の表示装置に応用できる。例えば、片目で見ることで奥行き知覚を増強して呈示する、ゲームなどの娯楽用の他、医療用や各種のデザイン用に用いられる各種の表示装置にも応用することが可能である。
【０１２５】
（第２の実施の形態）
図１０は、本発明の第２の実施形態に係る表示方法を示すフローチャート図である。
図１０に表したように、本実施形態に係る表示方法においては、まず、観視者１００の片目１０１の位置を推定する（ステップＳ１０）。
【０１２６】
そして、表示オブジェクト１８０を有する映像を含む光束１１２を観視者１００の片目１０１に投影して光束１１２の投影領域１１４の位置を推定する（ステップＳ２０）。
【０１２７】
上記のステップＳ１０及びステップＳ２０においては、既に説明した位置推定部２１０を用いることができる。
【０１２８】
そして、推定された片目１０１の位置が投影領域１１４の内側部４０２に位置するときよりも、片目１０１の位置が投影領域１１４の縁部４０１または縁部４０１よりも外側に位置するときの方が、投影領域１１４の位置の移動距離を大きくして、片目１０１の位置が内側部４０２に入るように、投影領域１１４の位置を移動する（ステップＳ３０）。
すなわち、図１、図４、図７〜図９に関して説明した方法を実施する。
【０１２９】
例えば、片目１０１の位置と投影領域１１４の位置との差に対する投影領域１１４の位置の移動距離の比率を、片目１０１が内側部４０２に位置するときよりも、片目１０１が縁部４０１または縁部４０１よりも外側に位置するときの方が高くして、投影領域１１４の位置を移動させる。
【０１３０】
すなわち、例えば、片目１０１が内側部４０２に位置するときは投影領域１１４の位置を変えない。そして、片目１０１が縁部４０１または縁部４０１よりも外側に位置するときに片目１０１の位置が投影領域１１４の内側部４０２に重なるように投影領域１１４の位置を移動する。
【０１３１】
これにより、片目１０１が投影領域１１４から外れそうになった場合または外れた場合に投影領域１１４を移動させ、視角（例えば俯角）の変化を小さくすることで、知覚される奥行き感の誤差を低減し、観視者の片目の位置の変化に対応させて映像を含む光束を片目に向けて投影することができる。
【０１３２】
そして、この場合にも、内側部４０２に、内側部４０２の縁の第１部４０３と第１部４０３よりも内側の第２部４０４とを設け、片目１０１が縁部４０１または縁部４０１よりも外側に位置するときに、片目１０１の位置が第１部４０３に重なるように投影領域１１４の位置を移動することができ、これにより、投影領域１１４の移動距離がさらに小さくでき、知覚される奥行き感の誤差をさらに低減することができる。
【０１３３】
なお、本実施形態に係る表示方法は、車両７３０におけるＨＵＤ表示に応用できるだけでなく、例えば、片目で見ることで奥行き知覚を増強して呈示する、ゲームなどの娯楽用の他、医療用や各種のデザイン用に用いられる各種の表示方法にも応用できる。
【０１３４】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施形態に係る車両には、上記の表示装置１１が搭載される。
すなわち、図２に表したように、本実施形態に係る車両７３０は、本発明の実施形態に係る表示装置１１と、表示装置１１から出射される光束１１２を観視者１００に向けて反射させるフロントガラス７１０と、を備える。フロントガラス７１０は、それに付設される反射体７１１を含む。
【０１３５】
本実施形態に係る車両によれば、知覚される奥行き感の誤差を低減し、観視者の片目の位置の変化に対応させて映像を含む光束を片目に向けて投影するＨＵＤを備えた車両が提供でき、安全で便利な車両の運行が可能となる。
【０１３６】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、表示装置及び車両を構成する各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【０１３７】
その他、本発明の実施の形態として上述した表示装置、表示方法及び車両を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての表示装置、表示方法及び車両も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【０１３８】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０１３９】
１１ 表示装置
１００ 観視者
１０１ 片目
１０５ 頭部
１１０ 映像形成部
１１２ 光束
１１４ 投影領域
１１５ 映像投影部
１２０ 投影部
１２１ 光源
１２２ ライトガイド
１２３ リレーレンズ
１２３ａ〜１２３ｄ 第１〜第４レンズ
１２４ アパーチャ
１２５ 凹レンズ
１２６ ミラー
１３０ 映像生成部
１８０ 表示オブジェクト
１８１ 虚像
１８１ａ 虚像形成位置
２１０ 位置推定部
２１１ 撮像部
２１２ 画像処理部
２１３ 演算部
２１４ 照明装置
２５０ 制御部
２６０ 駆動部
４０１ 縁部
４０２ 内側部
４０３ 第１部
４０４ 第２部
４１０ マーカ光放射部
４５０ マーカ光
７１０ フロントガラス
７１１ 反射体
７２０ ダッシュボード
７３０ 車両（移動体）
Ｅ 座標
Ｌｘ、Ｌｙ 移動距離
Ｐ０ 基準座標
Ｐｌ、Ｐｓ、Ｐｕ 位置
ＲＳ、ＲＳｘ、ＲＳｘａ、ＲＳｘｂ、ＲＳｙ、ＲＳｙａ、ＲＳｙｂ 係数
ｘ１１、ｘ１２、ｘ１３、ｘ２１、ｘ２２、ｘ２３、ｙ１１、ｙ１２、ｙ１３、ｙ２１、ｙ２２、ｙ２３ 位置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置、表示方法及び車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
表示装置の一例としてＨＵＤ（Head-Up Display）がある。ＨＵＤは、例えば車両用の表示装置や航空機のコックピット用の表示装置として用いられ、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＣＲＴ（Cathode Ray Tube）などの画像形成装置により形成された表示映像を、フロントガラス等に設けられるハーフミラー等のコンバイナ（半透過反射体）に反射させて、車両や航空機を操縦する観視者に与える。ＨＵＤは、コンバイナで反射して観視者に到る表示映像と、コンバイナを透過して観察者に到る外界映像と、を重畳させて観視者に与える。その結果、観視者は表示映像と外界映像とを同時に見ることが可能であり、自然で見易い映像を提供できる。
【０００３】
通常のＨＵＤの場合、ＨＵＤの表示は両眼で観視される。ＨＵＤによって表示される表示映像の奥行き位置は、光学的な虚像位置であり、多くの場合操縦者から２〜３ｍ先の位置に設定される。従って、両眼視のＨＵＤの場合、操縦者が操縦中に遠方を見ながらＨＵＤの表示を同時に見ようとすると、ＨＵＤの表示映像は２重像となって認識されるため、見難い。逆に、ＨＵＤの表示映像を見ようとすると、両眼視差によって表示像は２〜３ｍ先に認識されるために、背景の遠方を同時に認識し難い。
【０００４】
さらに、ＨＵＤにおいては、表示映像は、所定の厚みを有するフロントガラス等のコンバイナで反射して観視者に投影されるので、この映像を両眼で見ると二重像が発生し、表示が見難くなる。
【０００５】
このような両眼視差に起因した見難さを解決するために、片目で表示像を観察する単眼視ＨＵＤが提案されている。また、上記の二重像を防止する目的で、片目のみに表示像を呈示する技術が提案されている（特許文献１）。
【０００６】
この時、表示映像は片目のみに呈示されるため、映像を含む光束が観視者の片目の位置に精度良く制御されて投影されることが必要である。
【０００７】
このために、例えば、観視者の片目の位置を検出し、その検出結果に基づいて投影光学系の例えばミラーの角度等を調整して、片目の位置が光束の投影領域の内部に入るように、光束の投影領域の位置を制御することが考えられる。このようにして投影領域の位置を変化させた場合、片目から見たときの映像形成位置の角度、例えば俯角が変化する。片目での観視において俯角が変化すると、知覚される奥行き感が大きく変化してしまうため、設定された奥行き位置と知覚される奥行き感との間に誤差が生じ、実用上問題となる。
【０００８】
従来の技術では、この問題を解決して、映像を含む光束を観視者の片目の位置に精度良く配置する技術は知られていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平７−２２８１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、知覚される奥行き感の誤差を低減し、観視者の片目の位置の変化に対応させて映像を含む光束を片目に向けて投影する表示装置、表示方法及び車両を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様によれば、表示オブジェクトを有する映像を含む光束を観視者の片目に向けて投影する映像投影部と、前記片目の位置と前記光束の投影領域の位置とを推定する位置推定部と、前記位置推定部によって推定された前記片目の位置と前記投影領域の位置との差に基づいて、前記映像投影部を制御することにより、前記片目の位置と前記投影領域とが重なるように前記投影領域の位置を変化させる制御部と、を備え、前記制御部は、前記片目の位置が前記投影領域の内側部に位置するときよりも、前記片目の位置が前記投影領域の縁部または前記縁部よりも外側に位置するときの方が、前記投影領域の位置を大きく変化させることを特徴とする表示装置が提供される。
【００１２】
本発明の別の一態様によれば、表示オブジェクトを有する映像を含む光束を観視者の片目に向けて投影する映像投影部と、前記片目の位置と前記光束の投影領域の位置とを推定する位置推定部と、前記位置推定部によって推定された前記片目の位置と前記投影領域の位置との差に基づいて、前記映像投影部を制御することにより、前記片目の位置と前記投影領域とが重なるように前記投影領域の位置を変化させる制御部と、を備え、前記制御部は、前記片目の位置が前記投影領域の縁部または前記縁部よりも外側に位置するときに、前記片目の位置と、前記投影領域の前記縁部よりも内側の内側部と、が重なるように前記投影領域の位置を変化させることを特徴とする表示装置が提供される。
【００１３】
本発明の別の一態様によれば、観視者の片目の位置を推定し、表示オブジェクトを有する映像を含む光束を前記観視者の前記片目に投影して前記光束の投影領域の位置を推定し、推定された前記片目の位置が前記投影領域の内側部に位置するときよりも、前記片目の位置が前記投影領域の縁部または前記縁部よりも外側に位置するときの方が、前記投影領域の位置の移動距離を大きくして、前片目の位置が前記内側部に入るように、前記投影領域の位置を移動することを特徴とする表示方法が提供される。
【００１４】
本発明の別の一態様によれば、上記のいずれかに記載の表示装置と、前記表示装置から出射される前記光束を前記観視者に向けて反射させるフロントガラスと、を備えたことを特徴とする車両が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、知覚される奥行き感の誤差を低減し、観視者の片目の位置の変化に対応させて映像を含む光束を片目に向けて投影する表示装置、表示方法及び車両が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る表示装置の動作を示す模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る表示装置の構成を示す模式図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る表示装置の要部の構成を示す模式図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る表示装置の動作を示す模式図である。
【図５】比較例の表示装置の動作を示す模式図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る表示装置及び比較例の表示装置の特性を示す模式図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る表示装置の動作を示す模式図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る表示装置の動作を示す模式図である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係る表示装置の動作を示す模式図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る表示方法を示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【００１８】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置の動作を示す模式図である。
図２は、本実施形態に係る表示装置の構成を示す模式図である。
図３は、本実施形態に係る表示装置の要部の構成を示す模式図である。
まず、図２及び図３により、本実施形態に係る表示装置の構成の概要について説明する。
【００１９】
図２及び図３に表したように、本発明の第１の実施形態に係る表示装置１１は、映像投影部１１５と位置推定部２１０と制御部２５０とを備える。
【００２０】
表示装置１１は、片目で見る表示装置であり、任意の用途に用いることができるが、以下では、車載用のＨＵＤとして用いる場合について説明する。
すなわち、表示装置１１は、車両７３０（移動体）に搭載される。
車両７３０は、表示装置１１が呈示する映像を観視する観視者１００が搭乗する自動車、二輪車、列車及び航空機等の各種の移動体である。観視者１００は、車両７３０に搭乗するヒトであり、例えば車両７３０を操縦する操縦者（運転者）とすることができる。
【００２１】
表示装置１１は、例えば車両７３０の中、すなわち、例えば、観視者１００から見て車両７３０のダッシュボード７２０の奥に設けられる。
【００２２】
映像投影部１１５は、表示オブジェクト１８０を有する映像を含む光束１１２を観視者１００の片目１０１に向けて投影する。
【００２３】
表示オブジェクト１８０とは、表示装置１１が観視者１００に呈示する映像に設けられるものであり、例えば、表示装置１１が搭載される車両７３０の運行情報に関する各種の像である。表示オブジェクト１８０は、例えば、車両７３０の進路を示す矢印、注意及び警告等の表示内容である。また、表示オブジェクト１８０は、例えば、車両７３０の外界の任意の場所の番地等の位置情報、及び、道路の名称や周辺の建物等の名称情報等の任意の外界情報を含むことができる。さらに、表示オブジェクト１８０は、例えば、車両７３０の現在位置や速度や燃料等の任意の車両情報を含むことができる。
【００２４】
映像投影部１１５は、例えば、映像生成部１３０と映像形成部１１０と投影部１２０とを有する。
【００２５】
映像生成部１３０は、表示オブジェクト１８０を含む映像に対応する映像信号を生成し、映像形成部１１０に供給する。
【００２６】
映像形成部１１０は、供給された映像信号に基づいて、映像形成部１１０の画面に映像を形成する。
映像形成部１１０としては、例えば、ＬＣＤを用いることができる。ただし、後述するように、映像形成部１１０にはＬＣＤ以外の任意の画像形成装置を用いることができる。
【００２７】
投影部１２０は、映像形成部１１０で形成された映像を観視者１００の片目１０１に投影する。
投影部１２０は、例えば、光源１２１とアパーチャ１２４とミラー１２６とを含む。光源１２１から出射した光は、映像形成部１１０に入射し、映像形成部１１０で形成された映像に基づいて変調された光束１１２となる。そして、アパーチャ１２４によって光束１１２の形状は整形され、光束１１２は、ミラー１２６を経て車両７３０の例えばフロントガラス７１０（ウインドシールド、透明板）に向けて出射する。この時、投影部１２０の図示しない各種の光学部品によって光束１１２の発散角（拡散角）が制御される。
【００２８】
例えば、図３に表したように、映像投影部１１５においては、光源１２１と映像形成部１１０との間にライトガイド１２２が設けられ、光源１２１からの光源光が映像形成部１１０に導入される。映像形成部１１０の光出射側には、リレーレンズ１２３、凹レンズ１２５及びミラー１２６がこの順に設けられる。リレーレンズ１２３は、光の進む方向に順に配置された第１〜第４レンズ１２３ａ〜１２３ｄを有し、第２レンズ１２３ｂと第３レンズ１２３ｃとの間にアパーチャ１２４が設けられている。本具体例では、光源１２１、ライトガイド１２２、リレーレンズ１２３、凹レンズ１２５及びミラー１２６が、投影部１２０に含まれる。
【００２９】
光源１２１から出射した光源光は、映像形成部１１０によって映像を含む光束１１２となり、光束１１２は、リレーレンズ１２３、アパーチャ１２４、凹レンズ１２５及びミラー１２６を経て、観視者１００に投影される。
【００３０】
すなわち、図２に表したように、ミラー１２６で反射された光束１１２は、例えばフロントガラス７１０に設けられる反射体７１１により反射され、観視者１００の片目１０１に投影される。そして観視者１００は、反射体７１１を介して、虚像形成位置１８１ａの位置に形成された虚像１８１を知覚する。反射体７１１は、透光性と反射性の両方を有するように設計され、観視者１００は、外界の背景と、光束１１２に含まれる表示オブジェクト１８０を有する映像と、を同時に見ることができる。このように、表示装置１１は、ＨＵＤとして使用できる。
【００３１】
すなわち、映像投影部１１５は、光束１１２を反射して観視者１００の片目１０１に向けて投影する車両７３０のフロントガラス７１０を介して映像を観視者１００に観視可能とさせる。このときフロントガラス７１０には、反射体７１１が含まれる。
【００３２】
なお、本具体例は、投影部１２０と映像形成部１１０の構成の一例であり、映像を含む光束１１２を観視者１００に投影できる構成であれば、投影部１２０及び映像形成部１１０には任意の構成を使用できる。
【００３３】
観視者１００の位置における光束１１２の投影領域１１４は、観視者１００が片目１０１で映像を観視できるように制御される。例えば、観視者１００の両眼の間隔は平均６０ｍｍ（ミリメートル）であるので、観視者１００の頭部１０５上における光束１１２の投影領域１１４の左右方向の幅は６０ｍｍ程度に制御され、片目１０１に光束１１２が投影される。なお、映像の見易さから、観視者１００の優位眼に映像を投影することが望ましく、片目１０１としては優位眼が用いられることが望ましい。また、投影領域１１４の投影位置及び投影範囲は、映像投影部１１５に用いられる光学部品を制御部２５０によって制御することで、制御される。
【００３４】
一方、図１に例示した位置推定部２１０は、車両７３０に搭乗する観視者１００の片目１０１の位置と、光束１１２の投影領域１１４の位置と、を推定する。
【００３５】
本具体例では、図１及び図２に例示したように、光束１１２の投影領域１１４の位置を推定するために、映像形成部１１０の近傍にマーカ光放射部４１０が設けられる。マーカ光放射部４１０から放射されたマーカ光４５０も、光束１１２と供に観視者１００に投影される。
【００３６】
マーカ光４５０は、光束１１２に対して予め定められた空間的な関係を有する。例えば、マーカ光４５０の進行方向は、光束１１２の進行方向に対応している。これにより、マーカ光４５０の位置によって、光束１１２の投影領域１１４の位置が推定される。マーカ光放射部４１０には、例えば赤外発光ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等を用いることができる。
【００３７】
例えば、マーカ光４５０の観視者１００の頭部１０５における投影領域は、光束１１２の観視者１００の頭部における投影領域１１４と同じに設定でき、マーカ光４５０の投影領域を推定することによって、光束１１２の投影領域１１４を推定することができる。
【００３８】
位置推定部２１０は、例えば、観視者１００及びマーカ光４５０を撮像する撮像部２１１と、撮像部２１１によって撮像された撮像画像を画像処理する画像処理部２１２と、画像処理部２１２で画像処理されたデータに基づいて、観視者１００の片目１０１の位置を推定する演算部２１３と、を含むことができる。
【００３９】
演算部２１３においては、例えば、特許第３２７９９１３号公報などに記載されている人物認証に関する技術を用いて、観視者１００の顔認識と顔部品としての眼球位置を算出し、観視者１００の映像を投影すべき片目１０１の位置を判断して推定する。
【００４０】
さらに、演算部２１３は、マーカ光４５０の位置を推定する。
ただし、マーカ光４５０の位置は、画像処理部２１２によって画像処理された撮像画像のデータから直接求めても良い。
【００４１】
なお、撮像部２１１は、例えば、車両７３０の運転席の前方や側方に配置され、例えば、操縦者である観視者１００の顔面の像を撮像し、これを用いて上記のように、観視者１００の片目１０１の位置、及び、マーカ光４５０の位置、すなわち、光束１１２の投影領域１１４の位置を推定できる。
【００４２】
なお、後述するように、制御部２５０は、片目１０１の位置が光束１１２の投影領域１１４に重なるように投影領域１１４の位置を制御するので、例えば、投影領域１１４の端の位置によって投影領域１１４の位置を代表させることができる。
【００４３】
また、投影領域１１４の形状と大きさは、映像投影部１１５における光学部品の特性によって定まるので、投影領域１１４の位置として投影領域１１４の中心の位置を採用し、投影領域１１４の端の位置を推定することによって、投影領域１１４の全体の位置を求めることができる。
【００４４】
例えば、マーカ光４５０の位置が投影領域１１４の例えば端や外側に配置されていた場合においても、マーカ光４５０と光束１１２との空間的な関係によって、マーカ光４５０の位置を推定することで光束１１２の投影領域１１４の位置、すなわち、投影領域１１４の中心の位置及び、推定された投影領域１１４の端の位置を推定することができる。
【００４５】
なお、光束１１２の投影領域１１４の位置、及び、片目１０１の位置の推定方法は任意であり、この変形例については後述する。
【００４６】
一方、制御部２５０は、位置推定部２１０によって推定された観視者１００の片目１０１の位置とマーカ光４５０の位置とに基づいて、映像投影部１１５を制御することにより、片目１０１の位置と投影領域１１４とが重なるように、光束１１２の投影領域１１４の位置を移動させる。すなわち、片目１０１の位置とマーカ光４５０の位置との相対的な差に基づいて、光束１１２の投影領域１１４の位置を移動する。
【００４７】
例えば、映像投影部１１５の投影部１２０に用いられるミラー１２６の角度を、制御部２５０の駆動部２６０によって調整する。これにより、光束１１２の投影領域１１４の位置を調整する。なお、駆動部２６０は制御部２５０の内部に設けても良く、制御部２５０とは別に設けても良い。
【００４８】
このように、制御部２５０は、光束１１２の投影領域１１４の境界の空間的な位置を、片目１０１の位置及びマーカ光４５０の位置の推定結果に基づいて制御する。具体的には、光束１１２の投影領域１１４の範囲内に片目１０１が入るように、投影領域１１４の境界の空間的な位置を制御する。
【００４９】
この制御部２５０の動作について説明する。
図１に表したように、光束１１２の投影領域１１４は、縁部４０１と内側部４０２とに区分できる。すなわち、投影領域１１４は、投影領域１１４の縁部４０１と縁部４０１よりも内側の内側部４０２とを有している。
【００５０】
縁部４０１は投影領域１１４の端であり、縁部４０１よりも外側の領域に片目１０１が位置する場合には、片目１０１は光束１１２に含まれる映像を観視できなくなる。
【００５１】
内側部４０２は投影領域１１４の内側の領域であり、内側部４０２に片目１０１が位置する場合には、片目１０１は光束１１２に含まれる映像を良好に観視できる。
【００５２】
縁部４０１は、投影領域１１４の端においてある幅を持った領域としても良いし、縁部４０１は、投影領域１１４の端における投影領域１１４とその外側の領域とを分ける、幅を持たない境界とすることもできる。縁部４０１の幅は、後述する制御部２５０による投影領域１１４の制御の特性に適合させて定めることができる。以下では、縁部４０１が所定の幅を有する場合として説明する。
【００５３】
図１（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態に係る表示装置１１の動作を例示しており、図１（ａ）は、片目１０１が内側部４０２に位置している状態を例示し、図１（ｂ）は、片目１０１が縁部４０１に位置している状態を例示し、図１（ｃ）は、片目１０１の位置が内側部４０２に重なるように投影領域１１４の位置が移動された後の状態を例示している。図１（ｄ）は、内側部４０２が後述する第１部と第２部を有する状態を例示している。
【００５４】
図１（ａ）に表したように、本実施形態に係る表示装置１１においては、制御部２５０は、例えば、片目１０１が内側部４０２に位置するように、光束１１２の投影領域１１４の位置を制御する。この時、観視者１００は光束１１２に含まれる映像を良好に観視できる。
【００５５】
この状態において、例えば、観視者１００の姿勢が変化すると、片目１０１の位置が移動する。例えば、図１（ｂ）に例示したように、片目１０１が縁部４０１に位置する。この状態においては、観視者１００は映像を良好に観視し難くなる。すなわち、片目１０１の位置がさらに移動したときに、片目１０１の位置がすぐに投影領域１１４の外側に出てしまうためである。そして、片目１０１が縁部４０１よりも外の領域に位置すると観視者は映像を観視できなくなる。
【００５６】
この時、制御部２５０は、図１（ｃ）に例示したように、片目１０１の位置が内側部４０２に重なるように、投影領域１１４の位置を移動する。すなわち、片目１０１が投影領域１１４の外に出ないように、投影領域１１４の位置を片目１０１の位置に連れて移動させる。これにより、観視者１００は映像を良好に観視できるようになる。
【００５７】
ただし、図１（ａ）に例示したように、片目１０１が内側部４０２の内側にある場合には、制御部２５０は、光束１１２の投影領域１１４の位置を動かさない。すなわち、制御部２５０における投影領域１１４の位置制御において、内側部４０２は不感領域であり、片目１０１が内側部４０２の内部にある場合には投影領域１１４の位置の移動操作が抑制され、片目１０１が内側部４０２を外れた場合、すなわち、片目１０１が縁部４０１に位置した場合、または、縁部４０１よりも外側に位置した場合に、投影領域１１４の位置の移動操作が行われる。
【００５８】
この動作においては、片目１０１の位置が投影領域１１４を外れそうになる場合、または、投影領域１１４を外れた場合において、投影領域１１４の位置が移動されて、片目１０１が投影領域１１４の内部に入り、片目１０１が投影領域１１４の内側の内側部４０２にある場合には、投影領域１１４は動かない。これにより、片目１０１から見たときの映像が形成される位置の角度、すなわち、視角（特に上下方向の場合には俯角）の変化が抑制され、結果として、観視者１００が得る奥行き感の誤差が縮小できる。
【００５９】
さらに、図１（ｄ）に表したように、内側部４０２は、内側部４０２の縁の第１部４０３と第１部４０３よりも内側の第２部４０４とを有することができる。そして、制御部２５０は、片目１０１が縁部４０１または縁部４０１よりも外側に位置したときに、片目１０１の位置が第１部４０３に重なるように、投影領域１１４の位置を制御することが望ましい。
【００６０】
すなわち、片目１０１が縁部４０１に位置して投影領域１１４を外れそうになった場合、または、片目１０１が縁部４０１よりも外側に位置して投影領域１１４を外れた場合に、片目１０１が投影領域１１４の中心部である第２部４０４ではなく、内側部４０２の縁の第１部４０３に配置されるように、投影領域１１４の位置が移動される。これにより、投影領域１１４の位置の移動距離が最小限に抑えられ、これにより、片目１０１の視角の変化は最小限に抑えられる。これにより、観視者１００が得る奥行き感の誤差がさらに縮小できる。
【００６１】
なお、上記の動作においては、例えば、位置推定部２１０において、光束１１２の投影領域１１４が、片目１０１を推定するための画像上のどこに位置するかが推定される。そして、例えば位置推定部２１０または映像生成部１３０に設けられる判定部（図示しない）において、片目１０１の位置が投影領域１１４のどの位置（縁部４０１よりも外側、縁部４０１及び内側部４０２のいずれの位置）にあるかが判定される。そして、制御部２５０により、投影領域１１４の位置が上記のように制御される。
【００６２】
図４は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置の動作を示す模式図である。
すなわち、同図は、観視者１００の側面から見たときの片目１０１の位置、光束１１２の進路、及び、映像の虚像１８１が形成される位置の関係を例示している。同図（ａ）は、片目１０１が投影領域１１４の内側部４０２の上側の端に位置している状態を例示し、同図（ｂ）は、片目１０１が内側部４０２中心に位置している状態を例示し、同図（ｃ）は、片目１０１が内側部４０２の下側の端に位置している状態を例示している。
【００６３】
図４（ａ）〜（ｃ）に表したように、本実施形態に係る表示装置１１においては、片目１０１が、投影領域１１４の内側部４０２上側の端、中心及び下側の端に位置している場合において、投影領域１１４の位置は変化していない。このため、投影領域１１４の上側の端、中心及び下側の端に位置している場合のいずれにおいても、虚像形成位置１８１ａにおいては、像の中心は実質的に位置Ｐｓに結像し、像の上端は実質的に位置Ｐｕに結像し、像の下端は実質的に位置Ｐｌに結像し、像の結像位置は実質的に変化しない。
【００６４】
図５は、比較例の表示装置の動作を示す模式図である。
この比較例において、光束１１２の投影領域１１４は、片目１０１の位置に常に連動し、具体的には、投影領域１１４の中心に片目１０１が位置するように投影領域１１４の位置が移動される。
【００６５】
図５（ｂ）は、片目１０１が投影領域１１４の内側部４０２の中心に位置している状態を例示している。そして、図５（ａ）は、片目１０１が図５（ａ）に例示した位置から上方向に移動したときに、その片目１０１の移動に連動して投影領域１１４が上方向に移動させられた状態を例示している。そして、図５（ｃ）は、片目１０１が図５（ａ）に例示した位置から下方向に移動したときに、その片目１０１の移動に連動して投影領域１１４が下方向に移動させられた状態を例示している。なお、この移動は、ミラー１２６の角度を変化させることによって行われる。
【００６６】
図５（ａ）〜（ｃ）に表したように、投影領域１１４の中心に片目１０１の位置が配置されるように投影領域１１４が制御された場合は、片目１０１の位置が、上方向に移動した場合と下方向に移動した場合とで、虚像形成位置１８１ａにおける像の結像位置が変化する。すなわち、図５（ａ）に例示した虚像形成位置１８１ａの像の中心、像の上端、及び像の下端の位置の結像位置は、図５（ｂ）に例示した位置Ｐｓ、位置Ｐｕ及び位置Ｐｌから、それぞれ下方向にずれる。一方、図５（ｃ）に例示した虚像形成位置１８１ａの像の中心、像の上端、及び像の下端の位置の結像位置は、図５（ｂ）に例示した位置Ｐｓ、位置Ｐｕ及び位置Ｐｌから、それぞれ上方向にずれる。
【００６７】
すなわち、比較例の表示装置においては、片目１０１の位置が上方向または下方向にずれた場合に、像の結像位置が上下にずれて、俯角が大きく変化し、その結果、知覚される奥行き感が目的とする奥行き位置から大きく外れてしまう。
【００６８】
図６は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置及び比較例の表示装置の特性を示す模式図である。
すなわち、同図は、上下方向に片目１０１の位置がずれたときの片目１０１から映像を見たときの視角（俯角）の変化をシミュレーションした結果を例示している。同図の横軸は、片目１０１のずれ量（基準位置からの移動距離Ｙｅ）を表し、縦軸は、視角の変化量Δθを表している。そして、同図中の特性Ａは本実施形態に係る表示装置１１における特性であり、特性Ｂは図５に関して説明した比較例の表示装置における特性である。
【００６９】
なお、本シミュレーションでは、投影領域１１４の上下方向の幅は１００ｍｍであり、観視者１００の片目１０１から反射体７１１までの距離は１０００ｍｍであり、観視者１００から見たときの虚像形成位置１８１ａまでの距離は３０００ｍｍとされた。同図において、例えば、移動距離Ｙｅが０ｍｍ、５０ｍｍ及び１００ｍｍのときは、それぞれ片目１０１が投影領域１１４の下端、中心及び上端に位置する状態に対応する。
【００７０】
図６に表したように、特性Ｂの比較例の表示装置においては、片目１０１の移動距離Ｙｅが大きくなると視角の変化量Δθが著しく増大している。例えば、移動距離Ｙｅが１００ｍｍのときの視角の変化量Δθは５．７°である。
【００７１】
一方、特性Ａの本実施形態に係る表示装置１１においては、片目１０１の移動距離Ｙｅが１００ｍｍ以上の領域では、視角の変化量Δθは、比較例の表示装置の場合と同じ変化率で増大しているが、片目１０１の移動距離Ｙｅが１００ｍｍよりも小さいときは、視角の変化量Δθは小さい。すなわち、片目１０１が移動した場合においても、投影領域１１４を移動させないので、視角の変化量Δθが小さくできる。例えば、移動距離Ｙｅが１００ｍｍのときの視角の変化量Δθは１．９°であり、比較例に対して視角の変化量Δθを１／３に低減できる。
【００７２】
このように、本実施形態に係る表示装置１１においては、片目１０１が投影領域１１４の内側の内側部４０２にある場合には、投影領域１１４は動かないので、映像が形成される位置の視角の変化が抑制され、観視者１００が得る奥行き感の誤差が縮小できる。そして、片目１０１の位置が投影領域１１４を外れそうになる場合や外れた場合において投影領域１１４の位置が移動されて、片目１０１の位置を投影領域１１４の内部に入れることで、片目１０１が投影領域１１４から外れることがなく、観視者１００に所望の映像を呈示できる。すなわち、観視者１００の頭部１０５の移動による映像呈示位置からの外れがなくなり、実用的な観視範囲を広くすることが可能になる。
【００７３】
このように表示装置１１によれば、知覚される奥行き感の誤差を低減し、観視者の片目の位置の変化に対応させて映像を含む光束を片目に向けて投影する表示装置が提供できる。
【００７４】
このような動作は、例えば以下のようにして実施される。
図７は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置の動作を示す模式図である。
すなわち同図は、投影領域１１４の座標を例示している。
以下では、説明の便宜上、ｘ−ｙ直交座標系を用いる。ｘ軸方向は、投影領域１１４の左右方向であり、例えば片目１０１の左右方向である。ｙ軸方向は、投影領域１１４の上下方向であり、例えば片目１０１の上下方向である。
【００７５】
図７に表したように、投影領域１１４の中心の座標を基準座標Ｐ０（ｘ０、ｙ０）とする。そして、ｘ軸方向の一方の端（正の端）において、縁部４０１の外側の端の位置をｘ１１とし、縁部４０１と第１部４０３との境界（すなわち、縁部４０１と内側部４０２との境界）の位置をｘ１２とし、第１部４０３と第２部４０４との境界の位置をｘ１３とする。そして、ｘ軸方向の他方の端（負の端）において、縁部４０１の外側の端の位置をｘ２１とし、縁部４０１と第１部４０３との境界の位置をｘ２２とし、第１部４０３と第２部４０４との境界の位置をｘ２３とする。
【００７６】
また、ｙ軸方向の一方の端（正の端）において、縁部４０１の外側の端の位置をｙ１１とし、縁部４０１と第１部４０３との境界の位置をｙ１２とし、第１部４０３と第２部４０４との境界の位置をｙ１３とする。そして、ｙ軸方向の他方の端（負の端）において、縁部４０１の外側の端の位置をｙ２１とし、縁部４０１と第１部４０３との境界の位置をｙ２２とし、第１部４０３と第２部４０４との境界の位置をｙ２３とする。
【００７７】
そして、片目１０１の位置の座標を座標Ｅ（ｘｅ、ｙｅ）とする。
【００７８】
制御部２５０は、位置推定部２１０によって推定された片目１０１の位置（座標Ｅ（ｘｅ、ｙｅ））と、投影領域１１４の位置（例えば基準座標Ｐ０（ｘ０、ｙ０））との差に基づいて、映像投影部１１５を制御する。投影領域１１４の位置の基準座標Ｐ０（ｘ０、ｙ０）を基準にすると、片目１０１の位置の座標Ｅ（ｘｅ、ｙｅ）によって、投影領域１１４を移動することができる。例えば、片目１０１の位置の座標Ｅ（ｘｅ、ｙｅ）によって、映像投影部１１５のミラーの角度を調整する。
【００７９】
この時、座標Ｅ（ｘｅ、ｙｅ）の変化に対して、所定の係数ＲＳで、投影領域１１４の位置を移動させることができる。係数ＲＳは、片目１０１の位置と投影領域１１４の位置との差に対する投影領域１１４の位置の移動距離の比率の一例である。なお、係数ＲＳは、ｘ軸方向の係数ＲＳｘとｙ軸方向の係数ＲＳｙを有することができる。係数ＲＳｘと係数ＲＳｙとは同じであっても良く、また、互いに異なっていても良い。
【００８０】
図８は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置の動作を示す模式図である。
すなわち、同図（ａ）はｙ軸方向の係数ＲＳｙを例示し、同図（ｂ）は制御部２５０による投影領域１１４の位置の移動におけるｙ軸方向の移動距離Ｌｙを例示している。
図９は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置の動作を示す模式図である。
すなわち、同図（ａ）はｘ軸方向の係数ＲＳｘを例示し、同図（ｂ）は制御部２５０による投影領域１１４の位置の移動におけるｘ軸方向の移動距離Ｌｘを例示している。
【００８１】
本具体例では、ｙ軸方向における投影領域１１４の移動距離Ｌｙは、片目１０１の位置と基準座標との差のｙ軸方向における距離であるｙｅと係数ＲＳｙとの積とされ、ｘ軸方向における投影領域１１４の移動距離Ｌｘは、片目１０１の位置と基準座標との差のｘ軸方向における距離であるｘｅと係数ＲＳｘとの積とされる。
【００８２】
そして、図８（ａ）に例示したように、ｙ軸方向の片目１０１の位置の変化に対して係数ＲＳｙは一定でない。
【００８３】
すなわち、片目１０１の位置が内側部４０２にある場合、すなわち、ｙｅがｙ２２〜ｙ１２である場合には、例えば係数ＲＳｙは零である。
これにより、図８（ｂ）に表したように、投影領域１１４の移動距離Ｌｙは零であり、投影領域１１４の位置は変化しない。
【００８４】
そして、片目１０１の位置が縁部４０１または縁部４０１よりも外側にある場合の係数ＲＳｙは、片目１０１の位置が内側部４０２にあるときの係数ＲＳｙよりも大きくされる。例えば、ｙｅがｙ２２よりも小さい場合には、係数ＲＳｙは所定の大きさの係数ＲＳｙａとされ、ｙｅがｙ１２よりも大きい場合には、係数ＲＳｙは所定の大きさの係数ＲＳｙｂとされる。なお、ここでの大きさは、絶対値である。
【００８５】
すなわち、上記の係数ＲＳｙａと係数ＲＳｙｂとは、それぞれ、片目１０１の位置が投影領域１１４の中（内側部４０２の中）に入るような係数であり、係数ＲＳｙａと係数ＲＳｙｂとによって移動させられる投影領域１１４のｙ軸方向の移動方向は互いに逆の方向である。
【００８６】
これにより、図８（ｂ）に表したように、片目１０１の位置が縁部４０１にある場合、または、縁部４０１よりも外側にある場合は、投影領域１１４の位置が移動距離Ｌｙだけ移動され、片目１０１が投影領域１１４の中（内側部４０２の中）に入るように投影領域１１４が移動される。
【００８７】
また、ｘ軸方向に関しても同様であり、図９（ａ）に例示したように、例えば、ｘ軸方向の片目１０１の位置の変化に対して係数ＲＳｘは一定でない。
【００８８】
すなわち、片目１０１の位置が内側部４０２にある場合、すなわち、ｘｅがｘ２２〜ｘ１２の間にある場合には、例えば係数ＲＳｘは零である。
これにより、図９（ｂ）に表したように、投影領域１１４の移動距離Ｌｘは零であり、投影領域１１４の位置は変化しない。
【００８９】
そして、片目１０１の位置が縁部４０１または縁部４０１よりも外側にある場合の係数ＲＳｘの絶対値は、片目１０１の位置が内側部４０２にあるときの係数ＲＳｘの絶対値よりも大きくされ、例えば、ｘｅの値によって係数ＲＳｘａ及び係数ＲＳｘｂとされる。この場合も、係数ＲＳｘａと係数ＲＳｘｂとは、それぞれ、片目１０１の位置が投影領域１１４の中（内側部４０２の中）に入るような係数であり、係数ＲＳｘａと係数ＲＳｘｂとによって移動させられる投影領域１１４のｘ軸方向の移動方向は互いに逆の方向である。
【００９０】
これにより、図９（ｂ）に表したように、片目１０１の位置が縁部４０１にある場合、または、縁部４０１よりも外側にある場合は、投影領域１１４の位置が移動距離Ｌｘだけ移動され、片目１０１が投影領域１１４の中（内側部４０２の中）に入るように投影領域１１４が移動される。
【００９１】
すなわち、図８（ａ）及び図９（ａ）に例示したように、本実施形態に係る表示装置１１においては、制御部２５０の投影領域１１４の位置の移動における、片目１０１の位置と投影領域１１４の位置との差に対する投影領域１１４の位置の移動距離の比率の絶対値は、片目１０１が縁部４０１または縁部４０１よりも外側に位置するときよりも、片目１０１が内側部４０２に位置するときの方が低い。
【００９２】
そして、図８（ｂ）及び図９（ｂ）に例示したように、制御部２５０の投影領域１１４の位置の移動における投影領域１１４の位置の移動距離（移動距離Ｌｙ及びＬｘの少なくともいずれか）は、片目１０１が縁部４０１または縁部４０１よりも外側に位置するときよりも、片目１０１が内側部４０２に位置するときの方が短い。本具体例では、片目１０１が内側部４０２に位置するときの投影領域１１４の位置の移動距離（移動距離Ｌｙ及びＬｘ）は、零である。
【００９３】
これにより、片目１０１の位置が投影領域１１４を外れそうになる場合または投影領域１１４を外れた場合において投影領域１１４の位置が移動されて、片目１０１が投影領域１１４の内側（内側部４０２）に入り、片目１０１が投影領域１１４の内側の内側部４０２にある場合には、投影領域１１４は動かず、片目１０１から映像を見たときに視角の変化が抑制され、観視者１００が得る奥行き感の誤差が縮小できる。
【００９４】
この時、上記の係数ＲＳｘａ、ＲＳｘｂ、ＲＳｙａ及びＲＳｙｂを適切に設定することで、片目１０１が縁部４０１または縁部４０１よりも外側に位置するときに、片目１０１の位置が第１部４０３に重なるように、投影領域１１４の位置を制御することができる。これにより、投影領域１１４の位置の移動距離が最小限に抑えられ、これにより、片目１０１の視角の変化が小さくなり、観視者１００が得る奥行き感の誤差がさらに縮小できる。
【００９５】
上記においては、ｘ軸方向及びｙ軸方向において、片目１０１の位置と縁部４０１との関係によって投影領域１１４の移動距離を変化させる例を説明したが、ｙ軸方向またはｘ軸方向において上記の移動距離を変化させても良い。
【００９６】
片目１０１における上下方向であるｙ軸方向に沿って片目１０１の位置が変化したときの視角の変化は、俯角の変化となる。このため、ｙ軸方向に沿った片目１０１の位置の変化は、知覚される奥行き位置に大きな影響を与える。このため、ｙ軸方向における片目１０１の位置の変化に対して、上記で説明した動作を適用すると大きな効果を得ることができる。
【００９７】
これに対し、片目１０１における左右方向であるｘ軸方向に沿って片目１０１の位置が変化する場合には、視角の変化は方位角の変化となる。このため、ｘ軸方向に沿った片目１０１の位置の変化が知覚される奥行き位置へ与える影響は小さい。従って、ｘ軸方向に沿った片目１０１の位置の変化に対しては、上記の動作は必ずしも必要ではなく、例えば、比較例で説明したように、片目１０１の位置に常に投影領域１１４の中心が配置される動作を行っても良い。
【００９８】
すなわち、本実施形態に係る表示装置１１において、縁部４０１は、光束１１２の投影領域１１４の片目１０１の上下方向の端に設けられることができ、縁部４０１は、左右方向の端に設けられなくても良い。
【００９９】
なお、図８（ａ）及び図９（ａ）では、係数ＲＳが片目１０１の位置の変化に対してステップ状に変化する例が示されているが、係数ＲＳの変化の特性は任意である。また、図８（ｂ）及び図９（ｂ）では、投影領域１１４の位置の移動距離Ｌｙ及びＬｘが、片目１０１の位置の変化に対して線形に変化する例であるが、移動距離Ｌｙ及びＬｘの変化の特性は任意である。
【０１００】
例えば、係数ＲＳ、移動距離Ｌｙ及び移動距離Ｌｘは、位置推定部２１０による片目１０１及び投影領域１１４の位置の推定精度と推定の過渡特性、制御部２５０による投影領域１１４の制御精度と制御の過渡特性、映像投影部１１５の特性等の他、観視者１００の目の特性に合わせて、適切に設定することができる。
【０１０１】
また、縁部４０１の幅も、位置推定部２１０、制御部２５０及び映像投影部１１５、並びに、観視者の目の特性に合わせて、適切に設定することができる。
【０１０２】
そして、上記においては、投影領域１１４の縁部４０１が所定の幅を有する場合として説明したが、縁部４０１は、投影領域１１４の端における投影領域１１４とその外側の領域とを分ける、幅を持たない境界とすることもできる。
【０１０３】
この場合には、例えば、制御部２５０の投影領域１１４の位置の移動制御における、片目１０１の位置と投影領域１１４の位置との差に対する投影領域１１４の位置の移動距離の比率は、片目１０１が縁部４０１よりも外側に位置するときよりも、片目１０１が内側部４０２に位置するときの方が低く設定することができる。
【０１０４】
そして、制御部２５０の投影領域１１４の位置の移動における投影領域１１４の位置の移動距離（移動距離Ｌｙ及びＬｘ）は、片目１０１が縁部４０１よりも外側に位置するときよりも、片目１０１が内側部４０２に位置するときの方が短く設定することができる。
【０１０５】
これにより、知覚される奥行き感の誤差を低減し、観視者の片目の位置の変化に対応させて映像を含む光束を片目に向けて投影することができる。
【０１０６】
なお、観視者１００の片目１０１の推定を容易にするために、赤外光を発光する例えばＬＥＤを用いた照明装置２１４を車両７３０の室内、特に操縦席の前方に設けることができる。照明装置２１４は撮像部２１１に付属させることができる。なお、この照明装置２１４は、周囲の明るさの環境に関係なく常時発光しても良く、また、周囲の明るさに応じて発光と非発光とを切り換えるようにしても良い。この照明装置２１４の明るさは、例えば太陽光に含まれる赤外線の強度と同程度かそれよりも弱く設定され得る。
【０１０７】
なお、映像の観視の邪魔にならないように、この照明光には例えば赤外光を用いることが望ましい。また、表示装置１１が、車載用のＨＵＤ以外の用途である場合において、例えば表示装置１１が用いられる環境が一定の明るさを有する場所であるならば、上記の照明装置２１４は省略できる。
【０１０８】
上記の具体例では、光束１１２の投影領域１１４を推定するために、マーカ光４５０を用いている。マーカ光４５０は、映像を含む光束１１２の投影領域１１４の位置を示すものであれば、映像を含む光束１１２とは別の光源から放射された光でも良く、また、マーカ光４５０は光束１１２に含まれても良い。
【０１０９】
例えば、マーカ光４５０は、マーカ光放射部４１０から出射された光であり、例えば、マーカ光放射部４１０は、映像形成部１１０の表示画面のアクティブエリアの境界近傍や投影領域１１４の形状を決めるアパーチャ等の開口部の境界部分に設けることができる。
【０１１０】
また、マーカ光４５０には、光束１１２に含まれる映像の内容の視認を妨げないように、映像に用いられる光束１１２の波長とは異なる光を用いることが望ましい。映像を含む光束１１２には可視光が用いられるので、マーカ光４５０には、赤外光を用いることができる。
【０１１１】
一方、マーカ光４５０の強度は、例えば太陽光よりも強く、そして、照明装置２１４からの照明光よりも強く設定されることが望ましい。
【０１１２】
このようなマーカ光４５０を用いることによって、投影領域１１４の位置を推定できる。そして、例えば予め定めた投影領域１１４の形状と大きさから、上記の縁部４０１、内側部４０２、第１部４０３及び第２部４０４を定めることができ、これに基づいて上記の動作を行うことができる。
【０１１３】
片目１０１及びマーカ光４５０のそれぞれ推定の精度を向上するために、片目１０１の推定のための光と、マーカ光４５０の光と、を別の光とすることが望ましい。
【０１１４】
このために、片目１０１の推定のための光とマーカ光４５０との空間的な配置を変えることができる。これには、例えば、マーカ光４５０の光路の途中に所定に形状と所定の波長特性を有するフィルタを設置し、マーカ光４５０が投影される領域を所望の形状に制御する方法を採用することができる。
【０１１５】
また、片目１０１の推定のための光とマーカ光４５０とで、波長を変えても良い。これにより、片目１０１とマーカ光４５０との区別が容易になる。
【０１１６】
さらに、片目１０１の推定のための光とマーカ光４５０とで、時間的な特性を変えても良い。例えば、マーカ光４５０を間欠的に観視者１００に向けて投影し、マーカ光４５０が投影されている期間において光束１１２の投影領域１１４を推定し、マーカ光４５０が投影されていない期間に片目１０１を推定する動作を行っても良い。
【０１１７】
このように、片目１０１の位置及び投影領域１１４の位置の推定方法は、各種の変形が可能である。
【０１１８】
なお、表示装置１１において、映像形成部１１０としては、ＬＣＤの他に、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）、及び、ＭＥＭＳ（Micro-electro-mechanical System）等の各種光スイッチを用いることができる。また、映像形成部１１０には、レーザプロジェクタやＬＥＤプロジェクタなどを用いることもでき、その場合は、レーザビームやＬＥＤからの光により映像を形成する。
【０１１９】
また、光源１２１には、ＬＥＤや高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ、レーザなど各種のものを用いることができる。
【０１２０】
また、投影部１２０のリレーレンズ１２３及び凹レンズ１２５は、任意の構成を有することができる。さらに、ミラー１２６には、例えばパワーを有する凹面鏡を用いることができ、映像を所定の比率で拡大または縮小できる。なお、投影部１２０には、例えば、非球面フレネルレンズ等を設け、フロントガラス７１０の形状に合わせて光束１１２の形（断面形状など）を制御できるように設計することもできる。
【０１２１】
また、位置推定部２１０の撮像部２１１は、映像投影部１１５に含まれる各種の光学部品（例えばミラー等）から得られる光を分離して、観視者１００の顔面の像を間接的に撮像しても良い。この場合は、撮像部２１１は、映像投影部１１５に付設される。
【０１２２】
また、制御部２５０は、例えば、投影部１２０に用いられる各種の光学部品を制御して、光束１１２の投影範囲を制御しても良い。
【０１２３】
なお、制御部２５０は、例えば、映像形成部１１０を制御して映像の輝度やコントラストなどを調整しても良い。
【０１２４】
なお、上記においては、表示装置１１が車両７３０等の移動体に搭載されるＨＵＤとして応用される例について説明したが、本発明はこれに限らず、片目で見る任意の表示装置に応用できる。例えば、片目で見ることで奥行き知覚を増強して呈示する、ゲームなどの娯楽用の他、医療用や各種のデザイン用に用いられる各種の表示装置にも応用することが可能である。
【０１２５】
（第２の実施の形態）
図１０は、本発明の第２の実施形態に係る表示方法を示すフローチャート図である。
図１０に表したように、本実施形態に係る表示方法においては、まず、観視者１００の片目１０１の位置を推定する（ステップＳ１０）。
【０１２６】
そして、表示オブジェクト１８０を有する映像を含む光束１１２を観視者１００の片目１０１に投影して光束１１２の投影領域１１４の位置を推定する（ステップＳ２０）。
【０１２７】
上記のステップＳ１０及びステップＳ２０においては、既に説明した位置推定部２１０を用いることができる。
【０１２８】
そして、推定された片目１０１の位置が投影領域１１４の内側部４０２に位置するときよりも、片目１０１の位置が投影領域１１４の縁部４０１または縁部４０１よりも外側に位置するときの方が、投影領域１１４の位置の移動距離を大きくして、片目１０１の位置が内側部４０２に入るように、投影領域１１４の位置を移動する（ステップＳ３０）。
すなわち、図１、図４、図７〜図９に関して説明した方法を実施する。
【０１２９】
例えば、片目１０１の位置と投影領域１１４の位置との差に対する投影領域１１４の位置の移動距離の比率を、片目１０１が内側部４０２に位置するときよりも、片目１０１が縁部４０１または縁部４０１よりも外側に位置するときの方が高くして、投影領域１１４の位置を移動させる。
【０１３０】
すなわち、例えば、片目１０１が内側部４０２に位置するときは投影領域１１４の位置を変えない。そして、片目１０１が縁部４０１または縁部４０１よりも外側に位置するときに片目１０１の位置が投影領域１１４の内側部４０２に重なるように投影領域１１４の位置を移動する。
【０１３１】
これにより、片目１０１が投影領域１１４から外れそうになった場合または外れた場合に投影領域１１４を移動させ、視角（例えば俯角）の変化を小さくすることで、知覚される奥行き感の誤差を低減し、観視者の片目の位置の変化に対応させて映像を含む光束を片目に向けて投影することができる。
【０１３２】
そして、この場合にも、内側部４０２に、内側部４０２の縁の第１部４０３と第１部４０３よりも内側の第２部４０４とを設け、片目１０１が縁部４０１または縁部４０１よりも外側に位置するときに、片目１０１の位置が第１部４０３に重なるように投影領域１１４の位置を移動することができ、これにより、投影領域１１４の移動距離がさらに小さくでき、知覚される奥行き感の誤差をさらに低減することができる。
【０１３３】
なお、本実施形態に係る表示方法は、車両７３０におけるＨＵＤ表示に応用できるだけでなく、例えば、片目で見ることで奥行き知覚を増強して呈示する、ゲームなどの娯楽用の他、医療用や各種のデザイン用に用いられる各種の表示方法にも応用できる。
【０１３４】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施形態に係る車両には、上記の表示装置１１が搭載される。
すなわち、図２に表したように、本実施形態に係る車両７３０は、本発明の実施形態に係る表示装置１１と、表示装置１１から出射される光束１１２を観視者１００に向けて反射させるフロントガラス７１０と、を備える。フロントガラス７１０は、それに付設される反射体７１１を含む。
【０１３５】
本実施形態に係る車両によれば、知覚される奥行き感の誤差を低減し、観視者の片目の位置の変化に対応させて映像を含む光束を片目に向けて投影するＨＵＤを備えた車両が提供でき、安全で便利な車両の運行が可能となる。
【０１３６】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、表示装置及び車両を構成する各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【０１３７】
その他、本発明の実施の形態として上述した表示装置、表示方法及び車両を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての表示装置、表示方法及び車両も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【０１３８】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０１３９】
１１ 表示装置
１００ 観視者
１０１ 片目
１０５ 頭部
１１０ 映像形成部
１１２ 光束
１１４ 投影領域
１１５ 映像投影部
１２０ 投影部
１２１ 光源
１２２ ライトガイド
１２３ リレーレンズ
１２３ａ〜１２３ｄ 第１〜第４レンズ
１２４ アパーチャ
１２５ 凹レンズ
１２６ ミラー
１３０ 映像生成部
１８０ 表示オブジェクト
１８１ 虚像
１８１ａ 虚像形成位置
２１０ 位置推定部
２１１ 撮像部
２１２ 画像処理部
２１３ 演算部
２１４ 照明装置
２５０ 制御部
２６０ 駆動部
４０１ 縁部
４０２ 内側部
４０３ 第１部
４０４ 第２部
４１０ マーカ光放射部
４５０ マーカ光
７１０ フロントガラス
７１１ 反射体
７２０ ダッシュボード
７３０ 車両（移動体）
Ｅ 座標
Ｌｘ、Ｌｙ 移動距離
Ｐ０ 基準座標
Ｐｌ、Ｐｓ、Ｐｕ 位置
ＲＳ、ＲＳｘ、ＲＳｘａ、ＲＳｘｂ、ＲＳｙ、ＲＳｙａ、ＲＳｙｂ 係数
ｘ１１、ｘ１２、ｘ１３、ｘ２１、ｘ２２、ｘ２３、ｙ１１、ｙ１２、ｙ１３、ｙ２１、ｙ２２、ｙ２３ 位置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示オブジェクトを有する映像を含む光束を観視者の片目に向けて投影する映像投影部と、
前記片目の位置と前記光束の投影領域の位置とを推定する位置推定部と、
前記位置推定部によって推定された前記片目の位置と前記投影領域の位置との差に基づいて、前記映像投影部を制御することにより、前記片目の位置と前記投影領域とが重なるように前記投影領域の位置を変化させる制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記片目の位置が前記投影領域の内側部に位置するときよりも、前記片目の位置が前記投影領域の縁部または前記縁部よりも外側に位置するときの方が、前記投影領域の位置を大きく変化させることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記片目が前記内側部に位置するときよりも、前記片目が前記縁部または前記縁部よりも外側に位置するときの方が、前記差に対する前記投影領域の位置の移動距離の比率の絶対値を大きくすることを特徴とする表示装置。
【請求項３】
表示オブジェクトを有する映像を含む光束を観視者の片目に向けて投影する映像投影部と、
前記片目の位置と前記光束の投影領域の位置とを推定する位置推定部と、
前記位置推定部によって推定された前記片目の位置と前記投影領域の位置との差に基づいて、前記映像投影部を制御することにより、前記片目の位置と前記投影領域とが重なるように前記投影領域の位置を変化させる制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記片目の位置が前記投影領域の縁部または前記縁部よりも外側に位置するときに、前記片目の位置と、前記投影領域の前記縁部よりも内側の内側部と、が重なるように前記投影領域の位置を変化させることを特徴とする表示装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記片目が前記内側部に位置するときは前記投影領域の位置を変えないことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項５】
前記内側部は、前記内側部の縁の第１部と前記第１部よりも内側の第２部とを有し、
前記制御部は、前記片目が前記縁部または前記縁部よりも外側に位置するときに前記片目の位置が前記第１部に重なるように、前記投影領域の位置を移動させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項６】
前記縁部は、前記光束の前記投影領域の前記片目の上下方向の端に設けられることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項７】
観視者の片目の位置を推定し、
表示オブジェクトを有する映像を含む光束を前記観視者の前記片目に投影して前記光束の投影領域の位置を推定し、
推定された前記片目の位置が前記投影領域の内側部に位置するときよりも、前記片目の位置が前記投影領域の縁部または前記縁部よりも外側に位置するときの方が、前記投影領域の位置の移動距離を大きくして、前片目の位置が前記内側部に入るように、前記投影領域の位置を移動することを特徴とする表示方法。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の表示装置と、
前記表示装置から出射される前記光束を前記観視者に向けて反射させるフロントガラスと、
を備えたことを特徴とする車両。
【請求項１】
表示オブジェクトを有する映像を含む光束を観視者の片目に向けて投影する映像投影部と、
前記片目の位置と前記光束の投影領域の位置とを推定する位置推定部と、
前記位置推定部によって推定された前記片目の位置と前記投影領域の位置との差に基づいて、前記映像投影部を制御することにより、前記片目の位置と前記投影領域とが重なるように前記投影領域の位置を変化させる制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記片目の位置が前記投影領域の内側部に位置するときよりも、前記片目の位置が前記投影領域の縁部または前記縁部よりも外側に位置するときの方が、前記投影領域の位置を大きく変化させることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記片目が前記内側部に位置するときよりも、前記片目が前記縁部または前記縁部よりも外側に位置するときの方が、前記差に対する前記投影領域の位置の移動距離の比率の絶対値を大きくすることを特徴とする表示装置。
【請求項３】
表示オブジェクトを有する映像を含む光束を観視者の片目に向けて投影する映像投影部と、
前記片目の位置と前記光束の投影領域の位置とを推定する位置推定部と、
前記位置推定部によって推定された前記片目の位置と前記投影領域の位置との差に基づいて、前記映像投影部を制御することにより、前記片目の位置と前記投影領域とが重なるように前記投影領域の位置を変化させる制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記片目の位置が前記投影領域の縁部または前記縁部よりも外側に位置するときに、前記片目の位置と、前記投影領域の前記縁部よりも内側の内側部と、が重なるように前記投影領域の位置を変化させることを特徴とする表示装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記片目が前記内側部に位置するときは前記投影領域の位置を変えないことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項５】
前記内側部は、前記内側部の縁の第１部と前記第１部よりも内側の第２部とを有し、
前記制御部は、前記片目が前記縁部または前記縁部よりも外側に位置するときに前記片目の位置が前記第１部に重なるように、前記投影領域の位置を移動させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項６】
前記縁部は、前記光束の前記投影領域の前記片目の上下方向の端に設けられることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項７】
観視者の片目の位置を推定し、
表示オブジェクトを有する映像を含む光束を前記観視者の前記片目に投影して前記光束の投影領域の位置を推定し、
推定された前記片目の位置が前記投影領域の内側部に位置するときよりも、前記片目の位置が前記投影領域の縁部または前記縁部よりも外側に位置するときの方が、前記投影領域の位置の移動距離を大きくして、前片目の位置が前記内側部に入るように、前記投影領域の位置を移動することを特徴とする表示方法。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の表示装置と、
前記表示装置から出射される前記光束を前記観視者に向けて反射させるフロントガラスと、
を備えたことを特徴とする車両。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−２２４２９３（Ｐ２０１０−２２４２９３Ａ）
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７２３５８（Ｐ２００９−７２３５８）
【出願日】平成２１年３月２４日（２００９．３．２４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２４日（２００９．３．２４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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