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特許7177397表示装置

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-15

(45)【発行日】2022-11-24

(54)【発明の名称】表示装置

(51)【国際特許分類】

G02B 27/01 20060101AFI20221116BHJP

B60K 35/00 20060101ALI20221116BHJP

【ＦＩ】

G02B27/01

B60K35/00 A

【請求項の数】 21

(21)【出願番号】P 2019547044

(86)(22)【出願日】2018-10-05

(86)【国際出願番号】 JP2018037491

(87)【国際公開番号】W WO2019070080

(87)【国際公開日】2019-04-11

【審査請求日】2021-10-04

(31)【優先権主張番号】P 2017195300

(32)【優先日】2017-10-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(31)【優先権主張番号】P 2017206634

(32)【優先日】2017-10-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(31)【優先権主張番号】P 2017221361

(32)【優先日】2017-11-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000001270

【氏名又は名称】コニカミノルタ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109221

【弁理士】

【氏名又は名称】福田充広

(72)【発明者】

【氏名】野村英司

(72)【発明者】

【氏名】中村彰宏

(72)【発明者】

【氏名】菅原和弘

(72)【発明者】

【氏名】橋村淳司

(72)【発明者】

【氏名】山田範秀

(72)【発明者】

【氏名】小嶋俊之

【審査官】山本貴一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－０７３２２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５８－１４５９１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－１２６９１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－２８９８４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０７３２０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１２５９７４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／１３４８７６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２６６４７７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】欧州特許出願公開第０７５８７７８（ＥＰ，Ａ２）

【文献】米国特許出願公開第２００９／００８００４８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平０３－０４８２３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０８４３６５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ２７／０１，３０／００

Ｂ６０Ｋ３５／００

Ｇ０８Ｇ１／１６

Ｇ０３Ｂ２１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

描画デバイスによって形成された映像光を投影する第１投影光学系と、
前記第１投影光学系による投影位置において光を拡散させる中間スクリーンと、
前記中間スクリーンに形成された中間像を拡大投影する第２投影光学系と、
前記中間スクリーンを基準軸の周りに回転させることにより前記中間スクリーンの機能領域を光軸方向に移動させる駆動部と、を備え、
前記中間スクリーンは、回転により前記機能領域の前記光軸方向の位置が変化する立体形状部を含む回転体に支持され、
前記回転体は、前記立体形状部の端に対応する位置で前記光軸方向に段差を有し、前記段差を繋ぐとともに前記中間スクリーンを回転させる前記基準軸を含む平面に対して傾斜した接続面を有する、表示装置。

【請求項2】

前記立体形状部は、前記機能領域の前記光軸方向の位置が回転に伴って連続的に変化する、請求項１に記載の表示装置。

【請求項3】

前記立体形状部は、連続的な螺旋面に沿って形成されている、請求項１及び２のいずれか一項に記載の表示装置。

【請求項4】

前記中間スクリーンは、一周期又は複数周期に対応する範囲に形成されている、請求項１～３のいずれか一項に記載の表示装置。

【請求項5】

前記回転体は、前記光軸方向に関して等しい厚みを有する、請求項１～４のいずれか一項に記載の表示装置。

【請求項6】

投影距離を少なくとも一部に関して段階的に変化させる段差部を有する、請求項１～５のいずれか一項に記載の表示装置。

【請求項7】

前記立体形状部の前記光軸方向の位置は、前記立体形状部の回転位置に対して所定の一次関数で変化する、請求項６に記載の表示装置。

【請求項8】

前記立体形状部において、投影距離が最も近距離側となる領域を前記立体形状部の回転に対して前記中間スクリーンの前記光軸方向の位置に変化がない平面形状とした、請求項６及び７のいずれか一項に記載の表示装置。

【請求項9】

前記立体形状部は、前記中間スクリーンの回転の周方向に沿って前記機能領域をそれぞれカバーする複数の平坦領域に分割され、前記複数の平坦領域間に前記段差部を有する、請求項６～８のいずれか一項に記載の表示装置。

【請求項10】

前記立体形状部は、近距離に対応する側に前記段差部を有する、請求項９に記載の表示装置。

【請求項11】

前記立体形状部の回転位置に応じて前記第２投影光学系による投影距離を略線形的に変化させる、請求項１～５のいずれか一項に記載の表示装置。

【請求項12】

前記立体形状部の回転位置に対する前記機能領域の前記光軸方向の位置が、所定の間隔で等差的に投影距離が変化する一次分数関数に従って変化する、請求項１１に記載の表示装置。

【請求項13】

前記中間スクリーンは、前記段差部及び前記段差の少なくともいずれかにおいて、前記光軸方向から見て重畳して配置されている、請求項１～１３のいずれか一項に記載の表示装置。

【請求項14】

前記立体形状部は、前記光軸方向に前記機能領域の位置が連続的、かつ周期的に往復運動するよう設定された面を有する、請求項１～５のいずれか一項に記載の表示装置。

【請求項15】

前記中間スクリーンを回転させる前記基準軸は、前記立体形状部の軸であり、前記光軸方向に対して傾斜して配置されている、請求項１～５のいずれか一項に記載の表示装置。

【請求項16】

前記中間スクリーンは、前記光軸に略平行に延びる前記基準軸の周りに回転する、請求項６～１３のいずれか一項に記載の表示装置。

【請求項17】

前記中間スクリーンは、前記機能領域が前記光軸方向に対して略直交するように配置される、請求項１５及び１６のいずれか一項に記載の表示装置。

【請求項18】

前記中間スクリーンは、光透過性を有する中空の枠体の中に配置されている、請求項１～１７のいずれか一項に記載の表示装置。

【請求項19】

前記中空の枠体は、円筒形状を有する、請求項１８に記載の表示装置。

【請求項20】

検出領域内に存在するオブジェクトを検出するとともに、検出されたオブジェクトに対して虚像として関連情報像を付加的に投影する、請求項１～１９のいずれか一項に記載の表示装置。

【請求項21】

前記機能領域は、前記中間スクリーンの回転の周方向に沿って複数の部分領域に分割されている、請求項１～２０のいずれか一項に記載の表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、虚像の投影位置を可変としたヘッドアップディスプレイ装置その他の表示装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来のヘッドアップディスプレイ（以下ＨＵＤとも称する）装置は、虚像を運転者からある一定の距離に生成するのが一般的であり、表示内容は、車速、カーナビ情報等に限られていた。そもそもＨＵＤ装置を車に搭載する目的は、運転者の視線移動を最小限に抑えることで、より安全な運転を支援するものであるが、安全運転支援という意味においては、上記のような表示内容だけでは不十分であり、例えば前方の車、歩行者、障害物等をカメラその他のセンサーで検知し、ＨＵＤ装置を通して運転者に事前に危険を察知させて事故を未然に防ぐようなシステムの方がより好ましい。こういったシステムを実現するには、車、人、障害物等に対して枠状の危険信号を重畳させて表示させることが考えられる（特許文献１参照）が、運転者から虚像までの距離が一定だと運転者の眼の位置がずれた場合、実物と危険信号との位置関係がずれてしまい、ズレが過度となった場合、運転者が誤認してしまうという課題がある。

【0003】

なお、虚像の表示距離を変化させるＨＵＤ装置として、走査型の像形成手段と、拡散スクリーンと、投影手段と、拡散スクリーン位置を変える可動手段とを備え、拡散スクリーン位置を変化させることで虚像の奥行き方向の投影位置を変化させるものが公知となっている（特許文献２参照）。このＨＵＤ装置は、車の速度に伴って人間が注視する距離が変わることを鑑み、虚像の表示距離を近づけたり遠ざけたりして、運転者の視線移動を少なくするものであり、車、人、障害物等のオブジェクトに対して虚像の表示位置を調整しようとするものではない。

【0004】

ところで、車、人、障害物等のオブジェクトに対して虚像の表示位置を重ねる、又はその近傍に表示させて運転者に危険を伝えるといった目的でＨＵＤ装置を使用する場合、運転時の危険というものは視線の遠近に関係なく存在するものであるため、遠距離も近距離にも同時に危険信号を表示できることが好ましい。そのためには、拡散スクリーンを高速駆動し、それと同期させた映像を像形成手段によって生成することで、人間の目には同時に表示されているかのように見せることが考えられる。しかしながら、特許文献２のようなＨＵＤ装置では、拡散スクリーンの位置を可動にする機構の説明はあるが、同時表示のために拡散スクリーンを高速移動させるための工夫については説明がない。また、走査型の像形成手段では、高フレームレートでの表示切替えに対応することが難しいため、複数距離に虚像を同時に表示させる構成には向いていない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１５－１２７１６０号公報

【文献】特開２００９－１５０９４７号公報

【発明の概要】

【0006】

本発明は、奥行き方向を含めて表示位置が異なる虚像を高速で変化させながら表示することができる表示装置を提供することを目的とする。

【0007】

上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映した表示装置は、描画デバイスによって形成された映像光を投影する第１投影光学系と、第１投影光学系による投影位置において光を拡散させる中間スクリーンと、中間スクリーンに形成された中間像を拡大投影する第２投影光学系と、前記中間スクリーンを基準軸の周りに回転させることにより中間スクリーンの機能領域を光軸方向に移動させる駆動部と、を備え、前記中間スクリーンは、回転により機能領域の光軸方向の位置が変化する立体形状部を含む回転体に支持され、回転体は、立体形状部の端に対応する位置で記光軸方向に段差を有し、段差を繋ぐとともに中間スクリーンを回転させる基準軸を含む平面に対して傾斜した接続面を有する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１Ａは、第１実施形態の表示装置又はヘッドアップディスプレイ装置を車体に搭載した状態を示す側方断面図であり、図１Ｂは、ヘッドアップディスプレイ装置を説明する車内側からの正面図である。

【図2】ヘッドアップディスプレイ装置を構成する投影光学系等の具体的な構成例を説明する拡大側方断面図である。

【図3】図３Ａ及び３Ｂは、中間スクリーンを組み込んだ拡散部の構造を説明する一部破断平面図及び一部破断側面図であり、図３Ｃは、拡散部中の回転体を説明する斜視図である。

【図4】図４Ａ及び４Ｂは、回転体の基準軸の設定について説明する側面図であり、図４Ｃは、中間スクリーンの回転に伴う機能領域の移動を説明する図である。

【図5】中間像の位置の変化を具体的に例示する図である。

【図6】中間像の位置と投影距離との関係を示すとともに、表示ゾーン及び距離ゾーンを説明する図である。

【図7】ヘッドアップディスプレイ装置の全体構造を説明するブロック図である。

【図8】具体的な表示状態を説明する斜視図である。

【図9】図９Ａは、図５に対応し、図９Ｂ～９Ｄは、図８中の投影像又はフレーム枠に対応している。

【図10】図７に示すヘッドアップディスプレイ装置の動作例を説明する図である。

【図11】表示ゾーンでの表示の切替えの一例を説明する概念図である。

【図12】第２実施形態の表示装置又はヘッドアップディスプレイ装置に組み込まれた画像表示装置を説明する図である。

【図13】第３実施形態の表示装置又はヘッドアップディスプレイ装置に組み込まれた画像表示装置を説明する図である。

【図14】第４実施形態の表示装置又はヘッドアップディスプレイ装置に組み込まれた画像表示装置を説明する図である。

【図15】図１５Ａ及び１５Ｂは、第５実施形態の表示装置又はヘッドアップディスプレイ装置に組み込まれた画像表示装置を説明する図である。

【図16】第６実施形態の表示装置又はヘッドアップディスプレイ装置に組み込まれた画像表示装置を説明する図である。

【図17】第７実施形態の表示装置又はヘッドアップディスプレイ装置を構成する投影光学系等の具体的な構成例を説明する拡大側方断面図である。

【図18】図１８Ａ及び１８Ｂは、中間スクリーンを組み込んだ拡散部の構造を説明する一部破断平面図及び一部破断側面図である。

【図19】中間スクリーンの回転に伴う機能領域の移動を説明する図である。

【図20】中間像の位置の変化を具体的に例示する図である。

【図21】図２１Ａは、中間像の位置と投影距離との関係を示し、図２１Ｂは、表示ゾーンを説明する図である。

【図22】図２２Ａは、拡散部に設けた段差部の具体的な形状を説明する拡大側面図であり、図２２Ｂは、段差部の拡大平面図である。

【図23】図２３Ａは、図２０に対応し、図２３Ｂ～２３Ｄは、図８中の投影像又はフレーム枠に対応している。

【図24】表示ゾーンでの表示の切替えの一例を説明する概念図である。

【図25】第８実施形態のヘッドアップディスプレイ装置に組み込まれた画像表示装置を説明する図である。

【図26】第９実施形態のヘッドアップディスプレイ装置に組み込まれた画像表示装置を説明する図である。

【図27】第１０実施形態のヘッドアップディスプレイ装置に組み込まれた画像表示装置を説明する図である。

【図28】第１１実施形態のヘッドアップディスプレイ装置に組み込まれた画像表示装置を説明する図である。

【図29】図２９Ａ及び２９Ｂは、第１２実施形態の表示装置の中間スクリーンを組み込んだ拡散部の構造を説明する一部破断平面図及び一部破断側面図である。

【図30】中間像の位置の変化を具体的に例示する図である。

【図31】図３１Ａは、中間像の位置と投影距離との関係を示し、図３１Ｂは、表示ゾーンを説明する図である。

【図32】図３２Ａは、図３０に対応し、図３２Ｂ～３２Ｄは、図８中の投影像又はフレーム枠に対応している。

【図33】表示ゾーンでの表示の切替えの一例を説明する概念図である。

【図34】第１３実施形態のヘッドアップディスプレイ装置に組み込まれた画像表示装置を説明する図である。

【図35】図３５Ａは、回転体の変形例を説明する平面図であり、図３５Ｂは、回転体の変形例を説明する側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

〔第１実施形態〕
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る第１実施形態の表示装置としてのヘッドアップディスプレイ装置について説明する。

【0010】

図１Ａ及び１Ｂは、実施形態の表示装置としてのヘッドアップディスプレイ装置のうち画像表示装置１００を説明する概念的な側方断面図及び正面図である。この画像表示装置１００は、例えば自動車の車体２内に搭載されるものであり、投影ユニット１０と表示スクリーン２０とを備える。画像表示装置１００は、投影ユニット１０中の後述する描画デバイス１１に表示されている画像情報を表示スクリーン２０を介してドライバーＶＤに向けて虚像表示するものであり、表示装置とも呼ぶこともある。

【0011】

画像表示装置１００のうち投影ユニット１０は、車体２のダッシュボード４内であってディスプレイ５０の背後に埋め込むように設置されており、運転関連情報等を含む画像に対応する映像光である表示光ＤＬを表示スクリーン２０に向けて射出する。表示スクリーン２０は、コンバイナーとも呼ばれ、半透過性を有する凹面鏡又は平面鏡である。表示スクリーン２０は、下端の支持によってダッシュボード４上に立設され、投影ユニット１０からの表示光（映像光）ＤＬを車体２の後方に向けて反射する。つまり、図示の場合、表示スクリーン２０は、フロントウインドウ８とは別体で設置される独立型のものとなっている。表示スクリーン２０で反射された表示光ＤＬは、運転席６に座ったドライバーＶＤの瞳ＰＵ及びその周辺位置に対応するアイボックス（不図示）に導かれる。ドライバーＶＤは、表示スクリーン２０で反射された表示光ＤＬ、つまり車体２の前方にある虚像としての投影像ＩＭを観察することができる。一方、ドライバーＶＤは、表示スクリーン２０を透過した外界光、つまり前方景色、自動車等の実像を観察することができる。結果的に、ドライバーＶＤは、表示スクリーン２０の背後の外界像又はシースルー像に重ねて、表示スクリーン２０での表示光ＤＬの反射によって形成される運転関連情報等の関連情報を含む投影像（虚像）ＩＭを観察することができる。

【0012】

ここで、表示スクリーン２０をフロントウインドウ８と別体で構成しているが、フロントウインドウ８を表示スクリーンとして用い、フロントウインドウ８内に設定した表示範囲に投影を行って、ドライバーＶＤが投影像ＩＭを観察できる構成としても構わない。この際、フロントウインドウ８のガラスの一部領域の反射率をコート等によって変更することで、反射領域を確保することができる。また、フロントウインドウ８での反射角度が例えば６０度程度であれば、反射率が１５％程度確保され、特にコートを設けなくても透過性を有する反射面として用いることができる。これら以外に、フロントウインドウ８のガラス中にサンドイッチする構成で表示スクリーンを設けることもできる。

【0013】

図２に示すように、投影ユニット１０は、描画デバイス１１を含む虚像型の拡大結像系である本体光学系１３と、本体光学系１３を動作させる表示制御部１８と、本体光学系１３等を収納するハウジング１４とを備える。これらのうち本体光学系１３と表示スクリーン２０と組み合わせたものは、表示光学系３０を構成する。

【0014】

本体光学系１３は、描画デバイス１１のほかに、描画デバイス１１に形成された画像を拡大した中間像ＴＩを形成する第１投影光学系である結像光学系１５と、中間像ＴＩを虚像に変換する第２投影光学系である虚像形成光学系１７と、投影用の両光学系１５，１７間に配置される拡散部１６とを備える。

【0015】

描画デバイス１１は、２次元的な表示面１１ａを有する表示素子である。描画デバイス（表示素子）１１の表示面１１ａに形成された像は、結像光学系（第１投影光学系）１５で拡大されて拡散部１６に設けた螺旋面状の中間スクリーン１９に投影される。この際、２次元表示が可能な描画デバイス１１を用いることで、中間スクリーン１９に対する投影像の切替え、つまり表示スクリーン２０越しに虚像として表示される投影像ＩＭの切替えを比較的高速とできる。描画デバイス１１は、ＤＭＤやＬＣＯＳ等の反射型の素子であっても、液晶等の透過型の素子であってもよい。特に、描画デバイス１１としてＤＭＤやＬＣＯＳを用いると、明るさを維持しつつ画像を高速で切替えること（高速の間欠表示を含む）が容易になり、虚像距離又は投影距離を変化させる表示に有利である。なお、描画デバイス１１は、表示距離又は投影距離を変化させる場合には、それぞれの投影距離に対して３０ｆｐｓ以上、さらに望ましくは６０ｆｐｓ以上のフレームレートで動作する。これにより、異なる投影距離に複数の投影像（虚像）ＩＭをドライバーＶＤに対して同時に表示されているように見せることが可能になる。特に、９０ｆｐｓ以上で表示の切替えを行う場合、ＤＭＤやＬＣＯＳが描画デバイス１１の候補となる。

【0016】

拡散部１６は、結像光学系（第１投影光学系）１５による投影位置又は結像位置（つまり中間像の結像予定位置又はその近傍）に配置され、回転体１６ａと中空枠体１６ｂとを有し、回転駆動部（駆動部）６４に駆動されて例えば一定速度で基準軸ＳＸの周りに回転する。

【0017】

図３Ａは、拡散部１６を説明する正面図であり、図３Ｂは、拡散部１６を説明する側方断面図であり、図３Ｃは、拡散部１６中の回転体１６ａを説明する斜視図である。拡散部１６は、全体として円板に近い輪郭を有する螺旋状の回転体１６ａと、回転体１６ａを収納する円筒状の中空枠体１６ｂとを有する。

【0018】

回転体１６ａは、中央部１６ｃと外周光学部１６ｐとを有する。回転体１６ａの外周光学部１６ｐに形成された一方の表面１６ｆは、平滑面又は光学面に形成されており、表面１６ｆ上には、全域に亘って中間スクリーン１９が形成されている。回転体１６ａの表面１６ｆは、立体形状部１１６として機能する。中間スクリーン１９は、配光角を所望の角度に制御した拡散板である。中間スクリーン１９は、配光角を所望の角度に制御した拡散板である。中間スクリーン１９は、回転体１６ａに貼り付けられるシートとできるが、回転体１６ａの表面に形成された微細な凹凸パターンであってもよい。さらに、中間スクリーン１９は、回転体１６ａの内部に埋め込むように形成されたものであってもよい。中間スクリーン１９は、入射した表示光ＤＬを拡散させることによって中間像ＴＩを形成する（図２参照）。回転体１６ａの外周光学部１６ｐに形成された他方の表面１６ｓは、平滑面又は光学面に形成されている。回転体１６ａは、光透過性を有する螺旋状の部材であり、一対の表面１６ｆ，１６ｓは、基準軸ＳＸを螺旋軸とする螺旋面となっている。結果的に、一方の表面１６ｆ上に形成された中間スクリーン１９も連続的な螺旋面に沿って形成されたものとなっている。中間スクリーン１９は、螺旋の一周期に対応する範囲に形成されている。換言すれば、立体形状部１１６は、その一回転又は一周期において一の螺旋パターンを有し、中間スクリーン１９は、螺旋パターンに対応する範囲に形成されている。つまり、中間スクリーン１９は、螺旋の１ピッチ分の範囲に形成されている。この結果、拡散部１６の周に沿った一箇所に周期間段差（段差）１６ｊが形成され、この周期間段差１６ｊは、螺旋端（立体形状部１１６の端）に対応する位置で光軸ＡＸ方向又は基準軸ＳＸ方向に３０ｍｍ以下の距離差又はピッチを与えるものとなっている。周期間段差１６ｊにより、後述する中間スクリーン１９の機能領域ＦＡの光軸ＡＸ方向の位置を一部において非連続的ながら周期的に変化させることができる。周期間段差１６ｊを３０ｍｍ以内で設定すれば、立体形状部１１６で発生する回転体１６ａの形状非対称性を低減することができ、中間スクリーン１９の平坦性の確保や回転体１６ａの回転の安定性を容易に確保できる。周期間段差１６ｊは、螺旋端間の段差を繋ぐとともに、拡散部１６を回転させる基準軸ＳＸを含む平面に対して傾斜した接続面１６ｋを有する。これにより、回転体１６ａの回転に伴う音の発生を抑制し、回転体１６ａの回転を安定化させることができる。上記のように、回転体１６ａの一対の表面１６ｆ，１６ｓが基準軸ＳＸを螺旋軸とする螺旋面であることから、回転体１６ａは、基準軸ＳＸ又は光軸ＡＸ方向に関して略等しい厚みｔを有する。これにより、回転体１６ａを通過する光路長が一定に保たれるので、結像位置の調整が容易となる。

【0019】

回転体１６ａにおいて、周方向に沿った一箇所は、本体光学系１３の光軸ＡＸが通る機能領域ＦＡとなっており、機能領域ＦＡにおける中間スクリーン１９の部分によって中間像ＴＩが形成される。この機能領域ＦＡは、回転体１６ａの回転に伴って回転体１６ａ上において一定速度で移動する。つまり、回転体１６ａを回転させつつその一部である機能領域ＦＡに表示光（映像光）ＤＬを入射させることで、機能領域ＦＡ又は中間像ＴＩの位置が光軸ＡＸに沿って移動する（描画デバイス１１の表示が動作していなければ、必ずしも表示としての中間像は形成されないが、中間像が形成されるであろう位置も中間像の位置と呼ぶ）。中間スクリーン１９の連続的に変化する立体形状部１１６が連続的な螺旋面に沿って形成されていることにより、中間スクリーン１９の回転に伴って中間スクリーン１９の機能領域ＦＡが螺旋面上で移動する。中間スクリーン１９が一周期に対応する範囲に形成されており、中間スクリーン１９の一回転で中間スクリーン１９の機能領域ＦＡが光軸ＡＸ方向の可動範囲の一端位置から他端位置まで移動するが、その際の移動は一回転で一周期となる。図示の例では、中間スクリーン１９が螺旋の一周期に対応する範囲に形成されているので、回転体１６ａの１回転で中間スクリーン１９の機能領域ＦＡ又は中間像ＴＩは、光軸ＡＸ方向に段差に相当する距離だけ移動することになる。なお、結像光学系（第１投影光学系）１５は、中間スクリーン１９の位置によってピントぼけが生じないように、機能領域ＦＡの移動範囲以上の所定の焦点深度を有している。又は、第１投影光学系である結像光学系１５にフォーカシングする機能を持たせることで、ぼけのない像を得ることも可能である。

【0020】

中空枠体１６ｂは、円柱状の外形輪郭を有し、側面部１６ｅと一対の端面部１６ｇ，１６ｈとで構成される。側面部１６ｅと一対の端面部１６ｇ，１６ｈとは、光透過性を有する同一の材料で形成されている。ただし、側面部１６ｅは、光透過性を有していなくてもよい。一方の端面部１６ｇの主面６３ａ，６３ｂは、互いに平行な平滑面又は光学面となっており、他方の端面部１６ｈの主面６４ａ，６４ｂも、互いに平行な平滑面又は光学面となっている。ここで、主面６３ａ，６３ｂ又は主面６４ａ，６４ｂは必ずしも平行な平面でなくてもよく、少なくとも機能領域ＦＡに相当する範囲を自由曲面形状や非球面形状とすれば、例えば性能確保が難しい高倍率の光学系においても、光学系に要求される歪みや像面性等の像性能を確保することが可能となるので、必要に応じて望ましい面形状を選択すればよい。中空枠体１６ｂ中の回転体１６ａは、一対の中心軸部６５を介して中空枠体１６ｂに固定されており、中空枠体１６ｂと回転体１６ａとは基準軸ＳＸの周りに一体的に回転する。このように、中間スクリーン１９を設けた回転体１６ａを中空枠体１６ｂ中に配置することで、回転体１６ａに塵等が付着することを抑制でき、回転体１６ａの回転に伴う音の発生を抑制することができ、回転体１６ａの高速での回転を安定化させることが容易になる。なお、回転体１６ａは、その外周部分において中空枠体１６ｂに固定してもよい。この場合、回転体１６ａの厚みｔを薄くすることが容易になる。

【0021】

図４Ａ及び４Ｂを参照して、回転体１６ａ（又は立体形状部１１６）の基準軸ＳＸの設定について説明する。回転体１６ａの基準軸ＳＸは、立体形状部１１６の軸であり、光軸ＡＸ方向に対してわずかに傾斜して配置されている。つまり、基準軸ＳＸは、本体光学系１３の光軸ＡＸに対して非平行な状態でわずかに傾いて配置されている。ここで、回転体１６ａ上の中間スクリーン１９は、その局所的な機能領域ＦＡが本体光学系１３の光軸ＡＸ方向に対して略直交するように配置される。結果的に、中間像ＴＩの光軸ＡＸに対する傾きが所望の状態に設定され、かつ中間像ＴＩの光軸ＡＸに対する傾きを低減することができる。つまり、図４Ａに示すように、回転体１６ａを光軸ＡＸから機能領域ＦＡのある横方向に離れた視点で観察した場合、基準軸ＳＸは、光軸ＡＸに対して所定角度αだけ傾斜した状態となっており、図４Ｂに示すように、回転体１６ａを基準として図４Ａの場合と直交する方向に離れた視点で観察した場合、基準軸ＳＸは、光軸ＡＸに対して所定間隔ｄだけ離れた状態となっている。このような構成とすることで、本実施形態にあるような螺旋構造の立体形状部１１６において、回転体の回転軸である基準軸ＳＸと光軸ＡＸの方向を一致させた場合に生じる、例えば画面左右方向での虚像投影距離の傾きを補正することが可能となる。なお、図４Ａにおいて一点鎖線で示す第１位置ＰＯ１は、機能領域ＦＡ又は中間像ＴＩが最も光路上流側に位置した場合を示し、同様に一点鎖線で示す第２位置ＰＯ２は、機能領域ＦＡ又は中間像ＴＩが最も光路下流側に位置した場合を示している。これらの位置ＰＯ１，ＰＯ２間の距離Ｄは、機能領域ＦＡ又は中間像ＴＩの光軸ＡＸ方向の変位量に相当するものである。

【0022】

なお、本実施形態では光軸ＡＸに対して基準軸ＳＸが傾いた状態としているが、立体形状部１１６の螺旋形状の傾きが場所によって異なる場合や、螺旋形状と平板の組合せを用いる場合、傾き方向が変わる立体形状の場合等のように、立体形状部１１６の傾きが一定、又は略一定でない形状となっていると、この傾きが逆に作用して、さらに中間スクリーンが傾く箇所が、中間スクリーンの一部領域で起こってしまう可能性がある。このような場合には、敢えて傾きを設けずに光軸ＡＸと基準軸ＳＸとを一致させた構成とすることもある。

【0023】

図２に戻って、回転駆動部６４によって拡散部１６を一定速度で基準軸ＳＸの周りに回転させることで、回転体１６ａの中間スクリーン１９（又は立体形状部１１６）が光軸ＡＸと交差する位置（つまり機能領域ＦＡ）も光軸ＡＸ方向に移動する。つまり、図４Ｃに示すように、回転体１６ａの回転に伴って、中間スクリーン１９上の機能領域ＦＡは、例えば等角度でずれた位置に設定された隣接する機能領域ＦＡ’に順次シフトし、光軸ＡＸ方向に移動する。このような機能領域ＦＡの光軸ＡＸ方向への移動により、中間像ＴＩの位置も光軸ＡＸ方向に移動させることができる。詳細は後述するが、例えば中間像ＴＩの位置を虚像形成光学系１７側に移動させることにより、投影像ＩＭまでの投影距離又は虚像距離を減少させることができる。また、中間像ＴＩの位置を描画デバイス（表示素子）１１側に移動させることにより、投影像ＩＭまでの投影距離又は虚像距離を増加させることができる。

【0024】

虚像形成光学系（第２投影光学系）１７は、結像光学系（第１投影光学系）１５によって形成された中間像ＴＩを表示スクリーン２０と協働して拡大し、ドライバーＶＤの前方に虚像としての投影像ＩＭを形成する。虚像形成光学系１７は、少なくとも１枚のミラーで構成されるが、図示の例では２枚のミラー１７ａ，１７ｂを含む。虚像形成光学系（第２投影光学系）１７は、回転体１６ａの機能領域ＦＡにおける中間スクリーン１９の湾曲（つまり中間像ＴＩの像面湾曲）を補正するような光学特性を有するものとできる。

【0025】

図２等に示す画像表示装置１００において、表示制御部１８の制御下で回転駆動部６４を動作させることで、拡散部１６が基準軸ＳＸの周りに回転して中間像ＴＩの位置が光軸ＡＸ方向に繰り返し周期的に移動し、虚像形成光学系１７によって表示スクリーン２０の背後に形成される虚像としての投影像ＩＭと観察者であるドライバーＶＤとの距離を大きく、又は小さくすることができる。このように、投影される投影像ＩＭの位置を前後に変化させるとともに、表示制御部１８の制御下で描画デバイス（表示素子）１１による表示内容をその位置に応じたものとすることで、投影像ＩＭまでの投影距離又は虚像距離を変化させつつ投影像ＩＭの表示内容を変化させることになり、一連の投影像としての投影像ＩＭを３次元的なものとすることができる。なお、機能領域ＦＡが光軸ＡＸ方向に移動しても、機能領域ＦＡにおける中間スクリーン１９の湾曲状態は維持されるので、投影像ＩＭの位置に関わらず虚像形成光学系（第２投影光学系）１７による補正の効果は維持される。

【0026】

拡散部１６若しくは回転体１６ａの回転速度又は機能領域ＦＡの移動速度は、虚像としての投影像ＩＭが複数個所又は複数投影距離に同時に表示されているかのように見せることができる速度であることが望ましい。ここで、各表示ゾーンの投影像ＩＭを３０ｆｐｓ以上、望ましくは６０ｆｐｓ以上で切替えれば、表示される複数の画像が連続的な画像として認識される。例えば、拡散部１６の動作に伴って投影像ＩＭが近距離から遠距離までに５段階で順次投影されるものとして、描画デバイス１１に２００ｆｐｓで表示を行わせると、各距離（例えば近距離）の投影像ＩＭは、４０ｆｐｓで表示の切替えが行われることになり、各距離の投影像ＩＭが並列的に行われかつ切替えが略連続的なものとして認識される。

【0027】

図５は、拡散部１６の回転に伴う中間像ＴＩの位置の変化を具体的に例示する図である。拡散部１６の機能領域ＦＡは、光軸ＡＸ方向に沿って鋸歯状の経時パターンＰＡで繰り返し周期的に移動しており、中間像ＴＩの位置も、描画デバイス（表示素子）１１が連続表示を行っている場合、図示のように光軸ＡＸ方向に沿って鋸歯状の経時パターンＰＡで繰り返し周期的に移動する。つまり、中間像ＴＩの位置は、周期間段差１６ｊに対応する箇所で不連続的ながら、拡散部１６の回転に伴って連続的かつ周期的に変化する。この結果、図示を省略するが、投影像（虚像）ＩＭの位置も、スケールは異なるが、中間像ＴＩの位置と同様に光軸ＡＸ方向に沿って繰り返し周期的に移動し、投影距離を連続的に変化させることができる。ここで、描画デバイス１１は、連続表示を行うものでなく、表示内容を切替えつつ間欠的な表示を行うものであるから、中間像ＴＩの表示位置も鋸歯状の経時パターン上における離散的な位置となる。ここで、図５に示す例では中間像ＴＩの位置を鋸歯状に時間に対して一定の傾きで変化させているが、表示させる距離の仕様に対して拡散部の回転も加味して、表示タイミングをコントロールできるように位置を変化させるのが望ましく、表示距離の仕様によっては一定の傾きとならない変化としても構わない。

【0028】

ここで、ある距離ゾーンの画像について表示を行う場合、図５に示すように表示している時間内で中間像ＴＩの位置が変化することで、表示している距離が変化する。この際、そのように距離が変化する表示ゾーンについて観察者（ドライバーＶＤ）に見える表示距離は、その表示時間内で変化する距離の略平均位置となる。このことも加味して、経時パターンＰＡにおいて、最も近距離側の表示位置Ｐｎと最も遠距離側の表示位置Ｐｆとは、マージンを確保して、経時パターンＰＡの両端から離れた位置に設定される。また、経時パターンＰＡの途切れ目ＰＤは、拡散部１６の回転体１６ａに設けた周期間段差１６ｊに対応する。

【0029】

図６は、中間像ＴＩの位置と投影距離との関係又は中間像ＴＩの位置と表示ゾーンとの関係を説明する図である。一点鎖線で示す特性Ｃ１に従って、中間像ＴＩを光軸ＡＸ方向に等しい速度で移動させた場合、各距離ゾーンの切替時間の刻みδを一定値とすれば投影距離の刻み幅は、近距離では短く、遠距離では長くなる。中間像ＴＩの移動の刻み幅Δは、表示する距離ゾーンの切替時間に相当するものとなっている。

【0030】

図５に示す中間像ＴＩの位置両端間を移動する時間を１周期と考えた場合、奥行きを持つ表示の単位を表示ゾーンとして、その１周期の時間が各表示ゾーンの表示時間と、表示ゾーン数ｎの積よりも短い時間であれば、表示ゾーンは複数の距離ゾーンに亘るものとなり、少なくとも隣り合う表示ゾーンで、投影距離範囲に重なりが生じる（図６の表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎ参照）。このように投影距離範囲に関して重ねた表示を行うことで、同一の投影像（虚像）ＩＭを奥行き方向に広がりを持たせて表示することができ、重なりを生じない表示に比較して各表示ゾーンの表示時間を長くすることが可能となり、投影像（虚像）ＩＭの輝度が向上する。

【0031】

図６に示すように、特性Ｃ１に沿ってｎ個の表示ゾーンを設定することができる。ここで、説明の便宜上、最も近距離の表示ゾーンを第１表示ゾーンＤＺ１と呼び、最も遠距離の表示ゾーンを第ｎ表示ゾーンＤＺｎ（ｎは自然数）と呼ぶ。複数の表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎは、近距離から遠距離になるに従って表示する距離幅が広がっている。複数の表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎのうち隣り合う表示ゾーンは、投影距離が部分的に重複しており、各表示ゾーンは、本来投影距離を異ならせるべきものを含む。すなわち、第ｋ表示ゾーンＤＺｋ（ｋはｎより小さい自然数）と第ｋ＋１表示ゾーンＤＺｋ＋１とは、投影距離が部分的に重複し、例えば第２表示ゾーンＤＺ２と第３表示ゾーンＤＺ３とは、投影距離が部分的に重複している。第ｋ表示ゾーンＤＺｋは、そこに表示すべき表示対象の投影距離の本来の表示像に対して、その前、後、又は前後の双方で設定される表示ゾーンで表示する像も合せて表示した複合的な投影像となっている。表示ゾーンは、投影すべき距離が漸次変化するサブゾーンを含む。図示の例では、第ｋ表示ゾーンＤＺｋを表示している間の全体又はある一定時間内では４区間分の距離ゾーン又はサブゾーンＬＺｋ－２～ＬＺｋ＋１に相当するそれぞれの像が重なった状態の表示がされている。この場合、それぞれの表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎで表示される像の表示時間は、表示時間の刻みδのピッチで隣り合う表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎ間でズレがあるため、その分表示されている間の近側と遠側との両端の距離が変動してその平均距離も変動する。人の目又は脳は、その表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎの平均距離で表示像を捉えるので、視覚的に同時に表示を行っている場合でも、それぞれの表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎの表示距離を異なる位置として表示している状態にできる。

【0032】

なお、第ｋ表示ゾーンＤＺｋを重なり合う距離ゾーンが切替わるタイミングで分割して基準サブゾーンＬＺｋを含む投影距離が異なる一連のサブゾーンＬＺｋ－２～ＬＺｋ＋１として考えた場合、描画デバイス（表示素子）１１に適宜表示動作を行わせることにより同一の投影像（虚像）ＩＭをそれぞれのサブゾーンで表示させる。つまり、距離が段階的に変化する一連の複数のサブゾーンＬＺｋ－２～ＬＺｋ＋１の組合せによって表示ゾーンＤＺｋが構成される。見方を変えれば、着目する１つの基準サブゾーンＬＺｋに対応する距離ゾーンに投影したい局所的な像は、例えば４つの表示ゾーンに重複して繰り返し表示されるため、各距離ゾーンに投影される局所的な像は、輝度を一様に向上させたものとなる。この際、投影距離の変化を考慮して、隣り合う表示ゾーンに共通する距離ゾーン（サブゾーンＬＺｋ－２～ＬＺｋ＋１に対応）に投影される共通の局所的な投影像（虚像）ＩＭを位置及び角度サイズが一致するように重ねて表示させる。これにより、投影距離が変化する投影像（虚像）ＩＭをズレや滲みがない状態で表示することができる。また、この時の表示距離が、基準サブゾーンＬＺｋに相当する距離となる。なお、図６では、表示の便宜上、各表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎが横方向に延びるように示されているが、縦軸を中間像ＴＩの位置とした場合、各表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎは、特性Ｃ１に沿って延びるものとなる。

【0033】

第１表示ゾーンＤＺ１～第ｎ表示ゾーンＤＺｎでの表示時間は、全て等しくなっている。各表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎでの表示時間を等しくすることで、各表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎの表示輝度を一致させることができ、観察者であるドライバーＶＤが意図せず特定距離の像に偏って着目する傾向が生じることを防止できる。

【0034】

近距離端の投影に付加している第１～３前補間ゾーンＣＺ１～ＣＺ３は、第１距離ゾーンＬＺ１での表示距離を所望の距離とする観点で付加しているが、必須のものではない。同様に、遠距離端の投影に付加している第１～３後補間ゾーンＣＺ４～ＣＺ６は、第ｎ距離ゾーンＬＺｎでの表示距離を所望の距離とする観点で付加しているが、必須のものではない。

【0035】

画面内の特定の奥行き方向で異なる対象を表示する場合、距離の異なる表示対象が、奥行き方向以外の２次元平面内に置いて重なる、又は略重なるような近い位置にあり、それらに対する表示間の干渉が発生してしまうことが考えられ、これを回避する必要がある。例えば表示ゾーンＤＺｋの表示対象に対して別の表示距離ＤＺｋ’に存在する表示対象が２次元平面内で近傍に位置していてそれぞれの対象に対する表示に干渉が生ずる場合には、干渉領域ではそれらを合成するような表示を行うことが考えられる。具体的には、一対の表示対象が重なる共通領域又は交わり領域では、一対の表示対象が半透過重畳表示されるような画像とし、一対の表示対象が重ならない差分領域又は独立領域では、各部分で標準的な表示を行えば足る。又は、色や大きさ（線の場合は太さも含む）、明るさ、明滅といった手法で違いを出した表示とする方法も考えられ、ドライバーＶＤに伝わるように工夫すればよい。

【0036】

図７は、ヘッドアップディスプレイ装置２００の全体構造を説明する概念的ブロック図であり、ヘッドアップディスプレイ装置２００は、その一部として画像表示装置１００を含む。画像表示装置１００は、図２に示す構造を有するものであり、ここでは説明を省略する。

【0037】

ヘッドアップディスプレイ装置２００は、画像表示装置１００のほかに、環境監視部７２と、主制御部９０とを備える。

【0038】

環境監視部７２は、検出領域内に存在するオブジェクトを検出するオブジェクト検出部であり、前方に近接して存在する移動体や人、具体的には自動車、自転車、歩行者等をオブジェクトとして識別し、オブジェクトの３次元的な位置情報を抽出する３次元計測器を有する。環境監視部（オブジェクト検出部）７２は、３次元計測器として、外部用カメラ７２ａと、外部用画像処理部７２ｂと、判断部７２ｃとを備える。外部用カメラ７２ａは、可視又は赤外域において外界像の撮影を可能にする。外部用カメラ７２ａは、車体２内外の適所に設置されており、ドライバーＶＤ又はフロントウインドウ８の前方の検出領域ＶＦ（後述する図８参照）を外部画像として撮影する。外部用画像処理部７２ｂは、外部用カメラ７２ａで撮影した外部画像に対して明るさ補正等の各種画像処理を行って判断部７２ｃでの処理を容易にする。判断部７２ｃは、外部用画像処理部７２ｂを経た外部画像からオブジェクト画像の抽出又は切り出しを行うことによって自動車、自転車、歩行者等のオブジェクト（具体的には、後述する図８中のオブジェクトＯＢ１，ＯＢ２，ＯＢ３参照）の存否を検出するとともに、外部画像に付随する奥行情報から車体２前方におけるオブジェクトの空間的な位置を算出し３次元的な位置情報として記憶部７２ｍに保管する。判断部７２ｃの記憶部７２ｍには、外部画像からオブジェクト画像の抽出を可能にするソフトウエアが保管されており、外部画像からオブジェクト画像を抽出する動作時には、記憶部７２ｍから必要となるソフトウエアやデータが読み出される。判断部７２ｃにより、例えば得られた画像内の各オブジェクト要素の形状、大きさ、色等から、オブジェクト要素に対応する要素が何かを検出することができる。その際の判断基準は、予め登録されている情報とのパターンマッチングを行ってマッチングの度合からオブジェクトが何かを検出する方法等がある。また、処理速度を高める観点で、画像から車線を検知し、その車線内にあるターゲット又はオブジェクト要素について、上記の形状、大きさ、色等からオブジェクトの検出を行うこともできる。

【0039】

外部用カメラ７２ａは、図示を省略しているが、例えば複眼型の３次元カメラである。つまり、外部用カメラ７２ａは、結像用のレンズと、ＣＭＯＳその他の撮像素子とを一組とするカメラ素子をマトリックス状に配列したものであり、撮像素子用の駆動回路をそれぞれ有する。外部用カメラ７２ａを構成する複数のカメラ素子は、例えば相対的な視差を検出できるようになっており、カメラ素子から得た画像の状態（フォーカス状態、オブジェクトの位置等）を解析することで、検出領域に対応する画像内の各領域又はオブジェクトまでの目標距離を判定できる。

【0040】

なお、上記のような複眼型の外部用カメラ７２ａに代えて、２次元カメラと赤外距離センサーとを組み合わせたものを用いても、撮影した画面内の各部（領域又はオブジェクト）に関して奥行方向の距離情報である目標距離を得ることができる。また、複眼型の外部用カメラ７２ａに代えて、２つの２次元カメラを分離配置したステレオカメラによって、撮影した画面内の各部（領域又はオブジェクト）に関して奥行方向の距離情報である目標距離を得ることができる。その他、単一の２次元カメラにおいて、焦点距離を高速で変化させながら撮像を行うことによっても、撮影した画面内の各部（領域又はオブジェクト）に関して奥行方向の距離情報である目標距離を得ることができる。

【0041】

また、複眼型の外部用カメラ７２ａに代えて、ＬＩＤＡＲ技術を用いても、検出領域内の各部（領域又はオブジェクト）に関して奥行方向の距離情報を得ることができる。ＬＩＤＡＲ技術により、パルス状のレーザー照射に対する散乱光を測定し、遠距離にある対象までの距離や拡がりを計測して視野内のオブジェクトまでの距離情報やオブジェクトの拡がりに関する情報を取得することができる。さらに、例えばＬＩＤＡＲ技術のようなレーダーセンシング技術と画像情報からオブジェクトの距離等を検出する技術とを組み合わせるような複合的な手法、つまり複数のセンサーをフュージョンさせる手法によって、オブジェクトの検出精度を高めることができる。

【0042】

オブジェクトを検出する外部用カメラ７２ａの動作速度は、入力の高速化の観点で、描画デバイス（表示素子）１１の動作速度以上である必要があり、表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎの表示切替速度又は表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎの１周期表示期間が例えば３０ｆｐｓ以上の場合、これより早くすることが望ましい。外部用カメラ７２ａは、例えば１２０ｆｐｓより高速、例えば４８０ｆｐｓや１０００ｆｐｓといった高速動作によってオブジェクトの高速検出を可能にするものが望ましい。また、複数センサーをフュージョンさせる場合、その全てのセンサーが高速である必要は必ずしもなく、少なくとも複数センサーのうち１つのセンサーは高速である必要があるが、それ以外は高速でなくても構わない。この場合、高速のセンサーで検出するデータを基本としながら、高速でないセンサーのデータで補完するという使い方で、センシング精度を上げるといった方法を用いてもよい。

【0043】

表示制御部１８は、主制御部９０の制御下で表示光学系３０を動作させて、表示スクリーン２０の背後に虚像距離又は投影距離が変化する３次元的な投影像ＩＭを表示させる。

【0044】

主制御部９０は、画像表示装置１００、環境監視部７２等の動作を調和させる役割を有する。主制御部９０は、例えば表示制御部１８を介して回転駆動部６４を動作させることによって、表示光学系３０による投影像ＩＭである虚像の投影距離を周期的に変化させる。つまり、主制御部９０等は、投影像ＩＭである虚像の奥行き方向に関する投影位置を周期的に変化させる。また、主制御部９０は、環境監視部７２によって検出したオブジェクトの空間的な位置に対応するように、表示光学系３０によって投影されるフレーム枠ＨＷ（図８参照）の空間的な配置を調整する。すなわち、主制御部９０は、環境監視部７２から受信した表示形状や表示距離を含む表示情報から、表示光学系３０に表示させる投影像ＩＭを生成する。投影像ＩＭの表示内容は、回転駆動部６４の動作に同期したもの、つまり中間像ＴＩの移動に同期させたものとなっている。投影像ＩＭは、例えば表示スクリーン２０の背後に存在する自動車、自転車、歩行者その他のオブジェクトに対してその奥行き位置方向に関して周辺に位置するフレーム枠ＨＷ（図８参照）のような標識とすることができる。このフレーム枠ＨＷは、説明の便宜上奥行きのない状態で示されているが、実際は表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎの奥行き幅に対応して一定の奥行き幅を有するものとなっている。以上のように、主制御部９０は、表示制御部１８と協働して像付加部として機能し、検出されたオブジェクトまでの目標距離が投影距離と略一致するタイミングで、検出されたオブジェクトに対して表示光学系３０によって虚像として関連情報像を付加する。

【0045】

図８は、具体的な表示状態を説明する斜視図である。観察者であるドライバーＶＤの前方は観察視野に相当する検出領域ＶＦとなっている。検出領域ＶＦ内、つまり道路及びその周辺に、歩行者等である人のオブジェクトＯＢ１，ＯＢ３や、自動車等である移動体のオブジェクトＯＢ２が存在すると考える。この場合、主制御部９０は、画像表示装置１００によって３次元的な投影像（虚像）ＩＭを投影させ、各オブジェクトＯＢ１，ＯＢ２，ＯＢ３に対して関連情報像としてのフレーム枠ＨＷ１，ＨＷ２，ＨＷ３を付加する。この際、ドライバーＶＤから各オブジェクトＯＢ１，ＯＢ２，ＯＢ３までの距離が異なるので、フレーム枠ＨＷ１，ＨＷ２，ＨＷ３を表示させる投影像ＩＭ１，ＩＭ２，ＩＭ３までの投影距離は、ドライバーＶＤから各オブジェクトＯＢ１，ＯＢ２，ＯＢ３までの距離に相当するものとなっている。

【0046】

なお、投影像ＩＭ１，ＩＭ２，ＩＭ３の投影距離は、図６に示す表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎの一部に対応する表示ゾーンＤＺａ～ＤＺｃに形成されており、各表示ゾーンＤＺａ～ＤＺｃに対応する奥行き幅を有する。各投影距離の中心、つまり投影像ＩＭ１，ＩＭ２，ＩＭ３の投影距離は、離散的であり、オブジェクトＯＢ１，ＯＢ２，ＯＢ３までの現実の距離に対して常に正確に一致させるということはできない。ただし、投影像ＩＭ１，ＩＭ２，ＩＭ３の投影距離と、オブジェクトＯＢ１，ＯＢ２，ＯＢ３までの現実の距離との差が大きくなければ、ドライバーＶＤの視点が動いても視差が生じにくく、オブジェクトＯＢ１，ＯＢ２，ＯＢ３とフレーム枠ＨＷ１，ＨＷ２，ＨＷ３との配置関係を略維持することができる。

【0047】

図９Ａは、図５に対応し、図９Ｂは、図８中の投影像ＩＭ３又はフレーム枠ＨＷ３に対応し、図９Ｃは、図８中の投影像ＩＭ２又はフレーム枠ＨＷ２に対応し、図９Ｄは、図８中の投影像ＩＭ１又はフレーム枠ＨＷ１に対応している。図９Ａ～９Ｄより明らかなように、投影像ＩＭ１は、回転体１６ａ（又は立体形状部１１６）の機能領域ＦＡ又は中間像ＴＩが表示位置Ｐ１を中心とする所定距離範囲にあるとき、具体的には、この所定距離範囲に応じて図６に示す特性Ｃ１に基づいて決定される所定の表示ゾーンの表示タイミングであるときに、描画デバイス（表示素子）１１の表示面１１ａに形成される一連の表示像に対応する。同様に、投影像ＩＭ２は、回転体１６ａ（又は立体形状部１１６）の機能領域ＦＡが表示位置Ｐ２を中心とする距離範囲にあるときに描画デバイス１１の表示面１１ａに形成される一連の表示像に対応し、投影像ＩＭ３は、回転体１６ａ（又は立体形状部１１６）の機能領域ＦＡが表示位置Ｐ３を中心とする所定の距離範囲にあるときに描画デバイス１１の表示面１１ａに形成される一連の表示像に対応する。中間像ＴＩの移動を基準とする１周期でみた場合、まず表示位置Ｐ１に対応する投影像ＩＭ１又はフレーム枠ＨＷ１が表示され、次いで表示位置Ｐ２に対応する投影像ＩＭ２又はフレーム枠ＨＷ２が表示された後、表示位置Ｐ３に対応する投影像ＩＭ３又はフレーム枠ＨＷ３が表示される。以上の１周期が視覚的に短ければ、投影像ＩＭ１，ＩＭ２，ＩＭ３の切替えが非常に速くなり、観察者であるドライバーＶＤは、フレーム枠ＨＷ１，ＨＷ２，ＨＷ３を奥行きがある画像として同時に観察していると認識する。本実施形態において、例えばこれら表示位置Ｐ１～Ｐ３のうちの少なくともどれか２つの表示位置が、隣り合う表示ゾーンや近い表示ゾーンとして指定される場合、例えば図９Ｂ及び９Ｃの投影像、図９Ｃ及び９Ｄの投影像、又は図９Ｂ、９Ｃ、及び９Ｄの全ての投影像が表示時間内の重なり時間範囲において同時に重ねて表示される時間帯が存在する。

【0048】

図１０は、主制御部９０の動作を説明する概念図である。まず、主制御部９０は、環境監視部７２を利用してオブジェクトＯＢ１，ＯＢ２，ＯＢ３を検出した場合、オブジェクトＯＢ１，ＯＢ２，ＯＢ３に対応するフレーム枠ＨＷ１，ＨＷ２，ＨＷ３に対応する表示データを生成し、不図示の記憶部に保管する（ステップＳ１１）。その後、主制御部９０は、ステップＳ１１で得た表示データを、対応する表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎに振り分けるようなデータの変換を行う（ステップＳ１２）。具体的には、オブジェクトＯＢ１，ＯＢ２，ＯＢ３の位置に応じて、対応するフレーム枠ＨＷ１，ＨＷ２，ＨＷ３を表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎのいずれか１つ（図８の例では表示ゾーンＤＺａ～ＤＺｃ）に割り当てる。次に、主制御部９０は、フレーム枠ＨＷ１，ＨＷ２，ＨＷ３に対応する表示データを割り当てた表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎに適合するように加工し、不図示の記憶部に保管する（ステップＳ１３）。この適合化は、距離ゾーン又はサブゾーンＬＺｋ－２～ＬＺｋ＋１ごとに枠画像の輪郭や配置を補正するといった画像処理を含む。その後、主制御部９０は、ステップＳ１３で適合化させた表示データを既存データと合成する（ステップＳ１４）。表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎによる表示は、時間差があるものの同時並行して行われ、短時間であるが残像を残すような表示が行われるので、新たなオブジェクトＯＢ１，ＯＢ２，ＯＢ３が出現した場合、既存のオブジェクトと新たなオブジェクトとを併存させるように表示内容を組み直す必要があることを考慮したものである。最後に、主制御部９０は、ステップＳ１４で得た表示データを、回転駆動部６４の動作に同期して表示制御部１８に出力し、描画デバイス（表示素子）１１に回転体１６ａの機能領域ＦＡに応じた表示動作を行わせる（ステップＳ１５）。

【0049】

図１１は、描画デバイス（表示素子）１１の動作を説明する図である。この場合、縦方向に並ぶ第１表示領域～第ｎ表示領域は、図６等に示す第１～第ｎ表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎに対応している。回転体１６ａ（又は立体形状部１１６）の１回転に対応する１サイクルで、第１～第ｎ表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎに対応して、描画デバイス（表示素子）１１の表示面１１ａにおいて、第１表示領域～第ｎ表示領域での表示が繰り返される。各表示領域において、信号Ｆ１～Ｆ４は、同一の表示像が４つのサブゾーンで繰り返されることを意味し、信号Ｆ１～Ｆ４のそれぞれにカラー表示用のＲ，Ｇ、及びＢの信号成分が含まれている。

【0050】

以上で説明した第１実施形態のヘッドアップディスプレイ装置２００又は画像表示装置１００によれば、回転駆動部６４が中間スクリーン１９を基準軸ＳＸの周りに回転させることで、中間スクリーン１９の機能領域ＦＡの光軸ＡＸ方向の位置が連続的に変化する。このような、単純な回転運動による中間スクリーン位置の光軸ＡＸ方向の変化を利用することで、簡素な構成で信頼性を確保しつつ奥行き方向を含めて高速で虚像（投影像ＩＭ）の表示位置（例えば表示位置Ｐ１～Ｐ３）を変化させながら表示することが可能となる。

【0051】

〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係る表示装置について説明する。なお、本表示装置は第１実施形態の表示装置を変形したものであり、特に説明しない事項は第１実施形態と同様である。

【0052】

図１２に示すように、第２実施形態の表示装置又はヘッドアップディスプレイ装置の場合、中間スクリーン１９の機能領域ＦＡは、離散的な複数の位置に設定されている。つまり、螺旋状の回転体１６ａ又は立体形状部１１６において、２つ以上の分離した中間スクリーン１９を設けている。この場合、部分的に重複する表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎで虚像を表示するのではなく、離散的な距離ゾーンで虚像を表示することになる。図６を参照して具体的に説明すると、例えば十分離れたサブゾーンＬＺ１，ＬＺ５，ＬＺ９，…で表示を行い、それらの間のサブゾーンでは表示を行わないという表示制御を行うことになる。なお、中間スクリーン１９の分割数は、４つに限らず、２つ以上の様々な分割数とできる。

【0053】

〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態に係る表示装置について説明する。なお、第３実施形態の表示装置は第１実施形態の表示装置を変形したものであり、特に説明しない事項は第１実施形態と同様である。

【0054】

図１３に示すように、第３実施形態の表示装置又はヘッドアップディスプレイ装置の場合、中間スクリーン１９は、複数の位置に設定されている。つまり、螺旋状の回転体１６ａ又は立体形状部１１６において、２つ以上の分離した中間スクリーン１９を設けている。その中の少なくとも１つの中間スクリーン１９において、螺旋等の連続的な表示が可能なエリアを有しているものである。この場合、少なくとも離散的に存在するそれぞれのスクリーン間では重なりのない表示ゾーンで虚像を表示することになる。ここで、同一中間スクリーン１９内では表示ゾーン間で表示時間に部分的重なりを生じさせることができる。図６を参照して具体的な一例を説明すると、例えば表示ゾーンＤＺ１，ＤＺ５，ＤＺ９，…で表示を行い、それらの間の表示ゾーンでは表示を行わないという表示制御を行う例が考えられる。なお、中間スクリーン１９の分割数は、４つに限らず、２つ以上の様々な分割数とできる。

【0055】

〔第４実施形態〕
以下、第４実施形態に係る表示装置について説明する。なお、第４実施形態の表示装置は第１実施形態の表示装置を変形したものであり、特に説明しない事項は第１実施形態と同様である。

【0056】

図１４に示すように、第４実施形態の表示装置又はヘッドアップディスプレイ装置の場合、中間スクリーン１９は、複数の部分１９ａ，１９ｂからなる。ここで、例えば近距離側に相当する部分１９ａは、螺旋面でなく、平面となっており、近距離側を除いた部分１９ｂは、螺旋面となっている。この場合、近距離側の部分１９ａでは、表示時間に部分的重なりを生じさせる表示ゾーンを利用した表示や、表示時間に部分的重なりがない離散的な距離ゾーンを利用した表示を行うことができる。一方、非近距離側の部分１９ｂでは、表示時間に部分的重なりを生じさせる表示ゾーンを利用した表示を行うことができる。

【0057】

〔第５実施形態〕
以下、第５実施形態に係る表示装置について説明する。なお、第５実施形態の表示装置は第１実施形態の表示装置を変形したものであり、特に説明しない事項は第１実施形態と同様である。

【0058】

図１５Ａに示すように、第５実施形態の表示装置又はヘッドアップディスプレイ装置２００の場合、中間スクリーン１９は、逆の傾斜面を組み合わせたものとなっており、中間スクリーン１９が光軸ＡＸと交差する位置の経時パターンＰＡは、サイン波に類似するものとなっている。つまり、第５実施形態の場合、立体形状部１１６に段差を設けていない。立体形状部１１６又は回転体１６ａの機能領域ＦＡは、光軸ＡＸ方向に沿って連続的、かつ周期的に往復運動するよう設定されている。この場合、経時パターンＰＡの前段部ＰＡａでは、中間スクリーン１９の機能領域ＦＡの位置が徐々に増加し、経時パターンＰＡの後段部ＰＡｂでは、中間スクリーン１９の機能領域ＦＡの位置が徐々に減少する。このため、機能領域ＦＡ又は中間像ＴＩは、光軸ＡＸに対して直交せず、傾斜した状態となる場合が生じる。

【0059】

図１５Ｂは、第５実施形態の表示装置又はヘッドアップディスプレイ装置２００による表示制御を説明する図である。この場合、中間スクリーン１９の機能領域ＦＡを基準軸ＳＸのまわりの周方向に沿って複数の部分領域Ａ１～Ａ４に分割して、個別の表示を行わせる。すなわち、描画デバイス（表示素子）１１の表示領域を部分領域Ａ１～Ａ４と同様に分割して、描画デバイス１１の分割表示領域ごとに異なる投影距離の表示を行わせる。具体的には、例えば部分領域Ａ１～Ａ４において、表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎを構成する異なるサブゾーンＬＺｋ－２～ＬＺｋ＋１又は距離ゾーンに対応する個別の表示が行われることになり、回転周期の中ではタイミングがずれて同じサブゾーン又は距離ゾーンの像が各部分領域Ａ１～Ａ４で表示されることになる。このタイミングのズレに対し、高速で回転に同期した像表示を行えば、見かけ上機能領域ＦＡ又は中間像ＴＩの傾きが緩和され、傾きの少ない投影像（虚像）ＩＭを形成することができる。なお、機能領域ＦＡを部分領域に分割する分割数は、図示の４つに限らず、２つ以上の任意の数とでき、分割方向も基準軸ＳＸのまわりの周方向に限らず、基準軸ＳＸの半径方向とすることもできる。

【0060】

第５実施形態のヘッドアップディスプレイ装置２００又は画像表示装置１００によれば、立体形状部１１６に段差を設けないことで、回転体１６ａの回転中に、段差が表示光学系３０の表示領域を通過する期間であって、表示への影響を無くすために設けられる表示を行わない時間を無くすことが可能となり、回転体１６ａの全角度での連続的な表示による輝度確保が可能となる。

【0061】

〔第６実施形態〕
以下、第６実施形態に係る表示装置について説明する。なお、第６実施形態の表示装置は第１実施形態の表示装置を変形したものであり、特に説明しない事項は第１実施形態と同様である。

【0062】

図１６に示すように、第６実施形態の表示装置又はヘッドアップディスプレイ装置の場合、回転体１６ａが複数の部分１１６ａからなり、図示の例では、２つの部分１１６ａからなる。各部分１１６ａには螺旋面の立体形状部１１６が形成され、その表面に中間スクリーン１９が設けられている。つまり、中間スクリーン１９は、複数周期に対応する範囲に形成されている。換言すれば、立体形状部１１６は、その一回転又は一周期において複数の螺旋パターンを有し、中間スクリーン１９は、これらの螺旋パターンに対応する範囲に形成されている。この場合、回転体１６ａの１回転によって、第１実施形態の２周期分の表示が可能になる。

【0063】

〔第７実施形態〕
以下、第７実施形態に係る表示装置について説明する。なお、第７実施形態の表示装置は第１実施形態の表示装置を変形したものであり、特に説明しない事項は第１実施形態と同様である。

【0064】

図１７に示すように、本実施形態において、投影ユニット１０は、描画デバイス１１を含む虚像型の拡大結像系である本体光学系１３と、本体光学系１３を動作させる表示制御部１８と、本体光学系１３等を収納するハウジング１４とを備える。これらのうち本体光学系１３と表示スクリーン２０と組み合わせたものは、表示光学系３０を構成する。

【0065】

拡散部１６は、結像光学系（第１投影光学系）１５による投影位置又は結像位置（つまり中間像の結像予定位置又はその近傍）に配置され、回転体１６ａと中空枠体１６ｂとを有し、回転駆動部６４に駆動されて例えば一定速度で基準軸ＳＸの周りに回転する。回転体１６ａの基準軸ＳＸは、本体光学系１３の光軸ＡＸに対して略平行な状態で配置されている。

【0066】

図１８Ａは、拡散部１６を説明する正面図であり、図１８Ｂは、拡散部１６を説明する側方断面図である。拡散部１６は、全体として円板に近い輪郭を有する螺旋階段状の回転体１６ａと、回転体１６ａを収納する円筒状の中空枠体１６ｂとを有する。

【0067】

回転体１６ａは、中央部１６ｃと外周光学部１６ｐとを有する。回転体１６ａの外周光学部１６ｐは、基準軸ＳＸのまわりに配置される例えば４つの部分領域１６ｐａ～１６ｐｄからなる。これらの部分領域１６ｐａ～１６ｐｄの表面領域１６ｆａ～１６ｆｄに設けられた中間スクリーン１９は、配光角を所望の角度に制御した拡散板である。各部分領域１６ｐａ～１６ｐｄの表面領域１６ｆａ～１６ｆｄは、それぞれが機能領域ＦＡをカバーする平坦領域であり、中間スクリーン１９の立体形状部１１６として機能する。これらの表面領域１６ｆａ～１６ｆｄは、回転体１６ａの一方の表面１６ｆを分割したものとみることができ、中間スクリーン１９は、表面１６ｆの全体に形成されているとともに、各表面領域１６ｆａ～１６ｆｄに形成されている。中間スクリーン１９は、回転体１６ａに貼り付けられるシートとできるが、回転体１６ａの表面に形成された微細な凹凸パターンであってもよい。さらに、中間スクリーン１９は、回転体１６ａの内部に埋め込むように形成されたものであってもよい。中間スクリーン１９は、入射した表示光ＤＬを拡散させることによって中間像ＴＩを形成する（図１７参照）。

【0068】

回転体１６ａは、光透過性を有するとともに、回転位置によって基準軸ＳＸ又は光軸ＡＸ方向の位置が離散的かつ連続的に変化する環状の部材である。回転体１６ａにおいて、部分領域１６ｐａ～１６ｐｄ間の境界には複数の段差部１６ｉが形成されている。段差部１６ｉは、立体形状部１１６の近距離に対応する側に設けられている。これにより、中間スクリーン１９の移動に対する距離感度が低い分、近距離側で投影距離の十分大きな変化を確保することができる。これらの段差部１６ｉは、中間スクリーン１９の一部と見ることができる。段差部１６ｉは、非連続的な部分であり、投影距離を段階的に変化させる。中間スクリーン１９の端部として機能する周期間段差１６ｊは、投影距離をリセットするためのものである。周期間段差１６ｊは、光軸ＡＸ方向又は基準軸ＳＸ方向に投影距離の近距離端と遠距離端の仕様で決まる中間スクリーンの移動量により設定されるもので、例えば３０ｍｍ以下の距離差を与えるものとなっており、段差部１６ｉは、周期間段差１６ｊよりも小さな距離差を与えるものとなっている。段差部１６ｉ又は周期間段差１６ｊは、拡散部１６を回転させる基準軸ＳＸを含む平面に対して平行な接続面１６ｋを有するが、基準軸ＳＸを含む平面に対して傾斜した接続面を有するものであってもよい。回転体１６ａは、各部分領域１６ｐａ～１６ｐｄにおいて基準軸ＳＸ又は光軸ＡＸ方向に関して略等しい厚みｔを有する。ここで、部分領域１６ｐａ～１６ｐｄの表面領域１６ｆａ～１６ｆｄをまとめた一方の表面１６ｆは、平滑面又は光学面に形成され、表面１６ｆに対向する他方の表面１６ｓも、平滑面又は光学面に形成されている。つまり、一方の表面１６ｆと他方の表面１６ｓとの光軸ＡＸ方向の間隔が回転体１６ａの厚みｔとなっている。

【0069】

部分領域１６ｐａ～１６ｐｄ間の境界である段差部１６ｉは、周期間段差１６ｊの位置を基準として、反時計方向に７２°、１４４°、及び２８８°の角度位置に配置されている。つまり、外周光学部１６ｐを周方向に５等分した第１の方位に第１の部分領域１６ｐａが形成され、第２の方位に第２の部分領域１６ｐｂが形成され、第３及び第４の方位に第３の部分領域１６ｐｃが形成され、第５の方位に第４の部分領域１６ｐｄが形成されている。ここで、第３の部分領域１６ｐｃは、投影距離が比較的標準的であり、投影距離の変化が比較的緩やかであり、表示の連続性を優先して、２つの部分領域を融合したような広がりを有するものとなっている。部分領域１６ｐａ～１６ｐｄに対応する各表面領域（平坦領域）１６ｆａ～１６ｆｄは、周方向に沿って連続的であるだけでなく、部分的な螺旋面となっている。つまり、部分領域１６ｐａ～１６ｐｄの各表面領域１６ｆａ～１６ｆｄにおいて、周方向に沿った各点の光軸ＡＸ方向の位置は、各点の角度位置又は方位に応じて一次関数で変化する。各表面領域１６ｆａ～１６ｆｄは、互いに傾斜角が異なるが周方向に一様な傾きの傾斜面となっている。

【0070】

回転体１６ａにおいて、周方向に沿った一箇所は、本体光学系１３の光軸ＡＸが通る機能領域ＦＡとなっており、機能領域ＦＡにおける中間スクリーン１９の部分によって中間像ＴＩが形成される。この機能領域ＦＡは、回転体１６ａの回転に伴って回転体１６ａ上において一定速度で移動する。つまり、回転体１６ａを回転させつつその一部である機能領域ＦＡに表示光（映像光）ＤＬを入射させることで、機能領域ＦＡ又は中間像ＴＩの位置が光軸ＡＸに沿って移動する（描画デバイス１１の表示が動作していなければ、必ずしも表示としての中間像は形成されないが、中間像が形成されるであろう位置も中間像の位置と呼ぶ）。図示の例では、中間スクリーン１９が外周光学部１６ｐを構成する４つの部分領域１６ｐａ～１６ｐｄの表面領域１６ｆａ～１６ｆｄとして形成されているので、回転体１６ａの１回転で中間スクリーン１９の機能領域ＦＡ又は中間像ＴＩは、周期間段差１６ｊに相当する距離だけ光軸ＡＸ方向に移動することになる。なお、結像光学系（第１投影光学系）１５は、中間スクリーン１９の位置によってピントぼけが生じないように、機能領域ＦＡの移動範囲以上の所定の焦点深度を有している。又は、第１投影光学系である結像光学系１５にフォーカシングする機能を持たせることで、ぼけのない像を得ることも可能である。

【0071】

図１７に戻って、回転駆動部６４によって拡散部１６を一定速度で基準軸ＳＸの周りに回転させることで、回転体１６ａの中間スクリーン１９（又は立体形状部１１６）が光軸ＡＸと交差する位置（つまり機能領域ＦＡ）も光軸ＡＸ方向に移動する。つまり、図１９に示すように、回転体１６ａの回転に伴って、中間スクリーン１９上の機能領域ＦＡは、例えば等角度でずれた位置に設定された隣接する機能領域ＦＡ’に順次シフトし、光軸ＡＸ方向に移動する。このような機能領域ＦＡの光軸ＡＸ方向への移動により、中間像ＴＩの位置も光軸ＡＸ方向に移動させることができる。詳細は後述するが、例えば中間像ＴＩの位置を虚像形成光学系１７側に移動させることにより、投影像ＩＭまでの投影距離又は虚像距離を減少させることができる。また、中間像ＴＩの位置を描画デバイス（表示素子）１１側に移動させることにより、投影像ＩＭまでの投影距離又は虚像距離を増加させることができる。

【0072】

図２０は、拡散部１６の回転に伴う中間像ＴＩの位置の変化を具体的に例示する図である。拡散部１６の機能領域ＦＡは、飽和する階段状の経時パターンＰＡで光軸ＡＸ方向に繰り返し周期的に移動しており、中間像ＴＩの位置も、描画デバイス（表示素子）１１が連続表示を行っている場合、図示のように飽和する階段状の経時パターンＰＡで光軸ＡＸ方向に沿って繰り返し周期的に移動する。つまり、中間像ＴＩの位置は、表面領域１６ｆａ～１６ｆｄの傾斜に応じて連続的に増加するとともに、段差部１６ｉに対応する箇所で不連続的ながら全体として次第に増加し、周期間段差１６ｊに対応する途切れ目ＰＤで元に戻るように減少する。つまり、中間像ＴＩの位置は、拡散部１６の回転に伴って連続的に変化する期間の間に不連続に階段的に変化するタイミングを有する複合的パターンで変化し、かつ全体として周期的に変化する。この結果、図示を省略するが、投影像（虚像）ＩＭの位置も、スケールは異なるが、中間像ＴＩの位置と同様に光軸ＡＸ方向に沿って繰り返し周期的に移動し、投影距離を連続的かつ階段的に変化させることができる。ここで、描画デバイス１１は、連続表示を行うものでなく、表示内容を切替えつつ間欠的な表示を行うものであるから、中間像ＴＩの表示位置も飽和する階段状の経時パターン上における離散的な位置となる。

【0073】

ここで、ある距離ゾーンの画像について表示を行う場合、図２０に示すように表示している時間内で中間像ＴＩの位置が変化することで、表示している距離が変化する。この際にそのように距離が変化する表示ゾーンについて観察者（ドライバーＶＤ）に見える表示距離は、その表示時間内で変化する距離の略平均位置となる。

【0074】

図２１Ａは、中間像ＴＩの位置と投影距離との関係を説明する図である。実線の特性Ｃ２は、図２０に示す経時パターンＰＡに対応するものであり、回転体１６ａを構成する部分領域１６ｐａ～１６ｐｄの表面領域１６ｆａ～１６ｆｄに相当する平坦部Ｃ２ａ～Ｃ２ｄを有する。これらの平坦部Ｃ２ａ～Ｃ２ｄの中央を繋いだ曲線Ｃ３は、経時的に飽和する一次分数関数の変化パターンを有するものとなっている。つまり、複数の表面領域１６ｆａ～１６ｆｄ又は複数の立体形状部１１６の光軸ＡＸ方向の位置は、表面領域１６ｆａ～１６ｆｄ又は立体形状部１１６の回転位置に対して投影距離が略線形的に変化する一次分数関数に従って変化する。これにより、立体形状部１１６間では、中間スクリーン１９の移動に対する距離感度を一定にして投影距離を変化させることになり、遠距離及び近距離で均等な表示をすることができる。また、立体形状部１１６の設計や加工が容易となる。実線の特性Ｃ２に従って、中間像ＴＩを速度が段階的に変化しつつ次第に飽和するパターンで光軸ＡＸ方向に移動させた場合、各距離ゾーンの切替時間の刻みδを一定値とすれば、投影距離は、一点鎖線の特性Ｃ１で示すように、近距離でも遠距離でも変化率が比較的近いものとなる。ここで、特性Ｃ１は、経時パターンＰＡの平坦部Ｃ２ａ～Ｃ２ｄに対応する漸増部Ｃ１ａ～Ｃ１ｄを有し、これらの漸増部Ｃ１ａ～Ｃ１ｄの間に投影距離が急激に変化するギャップ部Ｃｇを有している。このギャップ部Ｃｇの近傍では、虚像の投影が困難になるので、このような投影距離を意図的な位置ずらし等によって避ける表示が望ましい。なお、中間像ＴＩの移動の刻みは、回転体１６ａの回転単位角Δに対応し、この回転単位角Δは、表示する距離ゾーンの切替時間に相当するものとなっている。

【0075】

漸増部Ｃ１ａ～Ｃ１ｄを利用した表示に際して、奥行きを持つ表示の単位を表示ゾーンとして、表示ゾーンが複数の距離ゾーンに亘るものとすれば、少なくとも隣り合う表示ゾーンで、投影距離範囲に重なりが生じる（図２１Ｂの表示ゾーンＤＺｋ－１～ＤＺｋ＋１参照）。このように投影距離範囲に関して重ねた表示を行うことで、同一の投影像（虚像）を奥行方向に広がりを持たせて表示することができ、重なりを生じない表示に比較して各表示ゾーンの表示時間を長くすることが可能となり、投影像（虚像）ＩＭの輝度が向上する。

【0076】

図２１Ｂに示すように、特性Ｃ１を構成する各漸増部Ｃ１ａ～Ｃ１ｄに沿って複数の表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎ（ｎは、自然数）を設定することができる。複数の表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎのうち隣り合う表示ゾーンは、投影距離が部分的に重複している。すなわち、第ｋ表示ゾーンＤＺｋ（ｋはｎより小さい自然数）と第ｋ＋１表示ゾーンＤＺｋ＋１とは、投影距離が部分的に重複し、第ｋ―１表示ゾーンＤＺｋ―１と第ｋ表示ゾーンＤＺｋとは、投影距離が部分的に重複している。第ｋ表示ゾーンＤＺｋは、そこに表示すべき表示対象の投影距離の本来の表示像に対して、その前、後、又は前後の双方で設定される表示ゾーンで表示する像も合せて表示した複合的な投影像に対応するものとなっている。この場合、それぞれの表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎで表示される像の表示時間は、表示時間の刻みδのピッチで隣り合う表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎ間でズレがあるため、その分表示されている間の近側と遠側の両端の距離が変動してその平均距離も変動する。人の目又は脳は、その表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎの平均距離で表示像を捉えるので、視覚的に同時に表示を行っている場合でも、それぞれの表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎの表示距離を異なる位置として表示している状態にできる。なお、図２１Ｂでは、表示の便宜上、各表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎが縦方向に延びるように示されているが、横軸を中間像ＴＩの位置とした場合、各表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎは、漸増部Ｃ１ａ～Ｃ１ｄに沿って延びるものとなる。

【0077】

【0078】

【0079】

図２２Ａ及び２２Ｂに例示するように、拡散部１６の回転体１６ａに設けた段差部１６ｉの光源側又は入射側の面Ｓａは、Ｙ方向又は光軸ＡＸに対して平行ではなく、傾斜してオーバーハングした状態とできる。つまり、光軸ＡＸ方向に沿って光源側、すなわち＋Ｙ側から見た場合、一対の表面領域１６ｆａ，１６ｆｂは、オーバーラップした状態になっており、オーバーラップ角σは、拡散部１６のサイズや機能領域ＦＡの広がりにもよるが、数度～１０度程度となっている。結果的に、両表面領域１６ｆａ，１６ｆｂに設けられている中間スクリーン１９のオーバーラップ角σも、数度～１０度程度となっている。この場合、入射側又は図２２Ａの上側の中間スクリーン１９の動作開始が、射出側又は図２２Ａの下側の中間スクリーン１９の動作開始よりも早くなる。なお、図２２Ａに示すように、表面領域１６ｆａ，１６ｆｂ又は中間スクリーン１９のオーバーラップ角σを一定とするのではなく、段差部１６ｉの面Ｓａの傾斜角ηを略一定にすることもできる。この場合、＋Ｙ側から見た中間スクリーン１９のオーバーラップ幅又は量を一様にできる。なお、以上では一対の表面領域１６ｆａ，１６ｆｂがオーバーラップするとしたが、その他の一対の表面領域１６ｆｂ，１６ｆｃや一対の表面領域１６ｆｃ，１６ｆｄも同様にオーバーラップする。

【0080】

表面領域１６ｆａ，１６ｆｂ等を上記のようにオーバーラップさせることで、中間スクリーン１９が段差部１６ｉにおいて光軸ＡＸ方向から見て重畳して配置されていることになり、段差部１６ｉに入射した映像光によって発生する迷光を抑制できる。つまり、段差部１６ｉに入射し通過した光（回転方向に対して段差の手前の中間スクリーン１９と段差の後ろの中間スクリーン１９との間の隙間を通過する表示に関係ない光）が迷光としてドライバーＶＤの前方に虚像を形成しゴースト像が観察されることを抑制できる。

【0081】

以上では、段差部１６ｉがオーバーハングしているとしているが、周期間段差１６ｊも、段差部１６ｉと同様にオーバーハングした状態となっている。

【0082】

中間スクリーン１９を設けていない反光源側で射出側の面Ｓｂについては、表面領域１６ｆａ，１６ｆｂがオーバーラップして見える光源側又は入射側の面Ｓａと重なるように配置することが望ましい。

【0083】

また、図２２Ａでは、スラブ状の板材で中間スクリーン１９又は立体形状部１１６を構成しており、段差部１６ｉにおいて隣り合う領域間で板材が繋がった構成となっているものを示しているが、中間スクリーン１９を薄板又はシートで構成することもでき、この場合、段差部１６ｉで中間スクリーン１９を構成する部材が繋がっていない状態も考えられる。こういった場合、図２２Ａに示されている連結のための面Ｓａが存在せず、空洞となっている場合も考えられる。

【0084】

また、例えば段差量が大きくなる場合には、オーバーラップ量又はオーバーラップ量幅を大きく取らないと迷光が発生してしまう場合も考えられる。その際オーバーラップ量を大きくし過ぎると、図２２Ａで下側となる中間スクリーン１９の面のうち不使用となる領域が大きくなって輝度が低下するといった問題も考えられる。こういった場合には、段差部１６ｉの領域切替の角度位置を、オーバーラップ量を考慮して調整して輝度確保する方法や、逆にオーバーラップ量を極端に減らす、又は無くしてしまい、図２２Ａの面Ｓａにあたる部分を黒塗りにしたり、空洞の場合は蓋となるような不透明な部材を設けたりするといった方法で、迷光除去を行うことも可能である。これらの手法は段差量が大きい或いは小さいに関わらず利用可能な手段である。

【0085】

なお、本実施形態において、投影像ＩＭ１，ＩＭ２，ＩＭ３の投影距離（第１実施形態の図８参照）は、図２１Ｂに示すいずれかの漸増部Ｃ１ａ～Ｃ１ｄの一部に対応する表示ゾーンＤＺａ～ＤＺｃに形成されており、各表示ゾーンＤＺａ～ＤＺｃに対応する奥行き幅を有する。各投影距離の中心、つまり投影像ＩＭ１，ＩＭ２，ＩＭ３の投影距離は、離散的であり、オブジェクトＯＢ１，ＯＢ２，ＯＢ３までの現実の距離に対して常に正確に一致させることが困難となる場合もある。ただし、投影像ＩＭ１，ＩＭ２，ＩＭ３の投影距離と、オブジェクトＯＢ１，ＯＢ２，ＯＢ３までの現実の距離との差が大きくなければ、ドライバーＶＤの視点が動いても視差が生じにくく、オブジェクトＯＢ１，ＯＢ２，ＯＢ３とフレーム枠ＨＷ１，ＨＷ２，ＨＷ３との配置関係を略維持することができる。

【0086】

図２３Ａは、図２０に対応し、図２３Ｂは、図８中の投影像ＩＭ３又はフレーム枠ＨＷ３に対応し、図２３Ｃは、図８中の投影像ＩＭ２又はフレーム枠ＨＷ２に対応し、図２３Ｄは、図８中の投影像ＩＭ１又はフレーム枠ＨＷ１に対応している。図２３Ａ～２３Ｄより明らかなように、投影像ＩＭ１は、回転体１６ａ（又は立体形状部１１６）の機能領域ＦＡ又は中間像ＴＩが表示位置Ｐ１を中心とする所定距離範囲にあるとき、具体的には、この所定距離範囲に応じて図２１Ｂに示す特性Ｃ１に基づいて決定される所定の表示ゾーンの表示タイミングであるときに、描画デバイス（表示素子）１１の表示面１１ａに形成される一連の表示像に対応する。同様に、投影像ＩＭ２は、回転体１６ａ（又は立体形状部１１６）の機能領域ＦＡが表示位置Ｐ２を中心とする距離範囲にあるときに描画デバイス１１の表示面１１ａに形成される一連の表示像に対応し、投影像ＩＭ３は、回転体１６ａ（又は立体形状部１１６）の機能領域ＦＡが表示位置Ｐ３を中心とする所定の距離範囲にあるときに描画デバイス１１の表示面１１ａに形成される一連の表示像に対応する。中間像ＴＩの移動を基準とする１周期でみた場合、まず表示位置Ｐ１に対応する投影像ＩＭ１又はフレーム枠ＨＷ１が表示され、次いで表示位置Ｐ２に対応する投影像ＩＭ２又はフレーム枠ＨＷ２が表示された後、表示位置Ｐ３に対応する投影像ＩＭ３又はフレーム枠ＨＷ３が表示される。以上の１周期が視覚的に短ければ、投影像ＩＭ１，ＩＭ２，ＩＭ３の切替えが非常に速くなり、観察者であるドライバーＶＤは、フレーム枠ＨＷ１，ＨＷ２，ＨＷ３を奥行きがある画像として同時に観察していると認識する。本実施形態において、例えばこれら表示位置Ｐ１～Ｐ３のうちの少なくともどれか２つの表示位置が、隣り合う表示ゾーンや近い表示ゾーンとして指定される場合、例えば図２３Ｂ及び２３Ｃの投影像、図２３Ｃ及び２３Ｄの投影像、又は図２３Ｂ、２３Ｃ、及び２３Ｄの全ての投影像が表示時間内の重なり時間範囲において同時に重ねて表示される時間帯が存在する。

【0087】

以下、第１実施形態の図１０を参照しつつ、主制御部９０の動作を説明する。まず、主制御部９０は、環境監視部７２を利用してオブジェクトＯＢ１，ＯＢ２，ＯＢ３を検出した場合、オブジェクトＯＢ１，ＯＢ２，ＯＢ３に対応するフレーム枠ＨＷ１，ＨＷ２，ＨＷ３に対応する表示データを生成し、不図示の記憶部に保管する（ステップＳ１１）。その後、主制御部９０は、ステップＳ１１で得た表示データを、いずれかの漸増部Ｃ１ａ～Ｃ１ｄにおいて対応する表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎに振り分けるようなデータの変換を行う（ステップＳ１２）。具体的には、オブジェクトＯＢ１，ＯＢ２，ＯＢ３の位置に応じて、対応するフレーム枠ＨＷ１，ＨＷ２，ＨＷ３を対応する漸増部Ｃ１ａ～Ｃ１ｄにおける特定の表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎ（図８の例では表示ゾーンＤＺａ～ＤＺｃ）に割り当てる。次に、主制御部９０は、フレーム枠ＨＷ１，ＨＷ２，ＨＷ３に対応する表示データを割り当てた表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎに適合するように加工し、不図示の記憶部に保管する（ステップＳ１３）。この適合化は、表示ゾーンを構成する距離ゾーンごとに枠画像の輪郭や配置を補正するといった画像処理を含む。その後、主制御部９０は、ステップＳ１３で適合化させた表示データを既存データと合成する（ステップＳ１４）。表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎによる表示は、時間差があるものの同時並行して行われ、短時間であるが残像を残すような表示が行われるので、新たなオブジェクトＯＢ１，ＯＢ２，ＯＢ３が出現した場合、既存のオブジェクトと新たなオブジェクトとを併存させるように表示内容を組み直す必要があることを考慮したものである。最後に、主制御部９０は、ステップＳ１４で得た表示データを、回転駆動部６４の動作に同期して表示制御部１８に出力し、描画デバイス（表示素子）１１に回転体１６ａの機能領域ＦＡに応じた表示動作を行わせる（ステップＳ１５）。

【0088】

図２４は、描画デバイス（表示素子）１１の動作を説明する図である。この場合、縦方向に並ぶ第１表示領域～第ｎ表示領域は、図２１Ｂ等に示す第１～第ｎ表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎに対応している。回転体１６ａの各部分領域１６ｐａ～１６ｐｄ（又は立体形状部１１６）単位で、第１～第ｎ表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎに対応して、描画デバイス（表示素子）１１の表示面１１ａにおいて、第１表示領域～第ｎ表示領域での表示が繰り返される。各表示領域において、信号Ｆ１～Ｆ５は、同一の表示像が５つのサブゾーンで繰り返されることを意味し、信号Ｆ１～Ｆ５のそれぞれにカラー表示用のＲ，Ｇ、及びＢの信号成分が含まれている。

【0089】

以上では、回転体１６ａの外周光学部１６ｐを周方向に５等分して４つの部分領域１６ｐａ～１６ｐｄを割り当てているが、外周光学部１６ｐを周方向に５等分以上又は３等分以下に分割して所望数の部分領域を割り当てることができる。さらに、外周光学部１６ｐを周方向に等分に分割するのではなく、周方向に適宜の比率で分割して所望数の部分領域を割り当てることもできる。

【0090】

以上で説明した第７実施形態のヘッドアップディスプレイ装置２００又は画像表示装置１００によれば、中間スクリーン１９が、機能領域ＦＡの光軸ＡＸ方向の位置が回転に伴って連続的に変化する立体形状部１１６を有するとともに、投影距離を少なくとも一部に関して段階的に変化させる段差部１６ｉを有するので、投影距離を徐々に変化させつつ表示を行うことで表示に奥行きを持たせる連続表示が容易になるとともに、投影距離の変化の刻みが過度に細かくなることを防止できる。なお、上記のような連続的表示を行うことにより、中間スクリーン１９を完全なステップ状として非連続的表示を行う場合に比較して輝度の改善を図ることができる。

【0091】

特に設定する虚像距離の近距離側と遠距離側との距離差が大きい場合には、段差がない構造とすると、例えば一定のスロープを設けた構造では近距離側で中間スクリーン１９が移動しても投影距離が殆ど変化しないのに対し、遠距離側では中間スクリーン１９の移動に対して投影距離の変動が大きくなる。つまり、中間スクリーン１９の移動に対する投影距離変化の感度差が近距離側と遠距離側とで大きく異なる。これによって、例えば中間スクリーン１９の回転角に応じて中間スクリーン１９の位置が一定のピッチで変化するように分割した距離ゾーンの設定を行うと、近距離側では各距離ゾーンにおいて殆ど投影距離が変らず、遠距離側では逆に一気に投影距離が変化してしまい、距離分割の設定が偏ってしまう問題がでてくる。又は、同様に近距離側と遠距離側との距離差が大きい場合において、各距離ゾーンの分割を一定距離で等差的に設定しようとすると、近距離側では中間スクリーン１９の移動量が大きくなるのに対して、遠距離側では中間スクリーン１９の移動が殆どない状態となり、近側から遠側での中間スクリーン１９の移動の変化率に差が出て、特に近距離側で表示画面の左右又は上下の距離差による画像の違和感が出易くなり問題となる。投影距離の少なくとも一部に関して段差を設けた状態とすれば、これらの近距離側と遠距離側との差を低減した形でそれぞれの距離において投影距離変化させる構造とすることができ、望ましい構成であると言える。

【0092】

〔第８実施形態〕
以下、第８実施形態に係る表示装置について説明する。なお、第８実施形態の表示装置は第１又は第７実施形態の表示装置を変形したものであり、特に説明しない事項は第１実施形態等と同様である。

【0093】

図２５は、第８実施形態の表示装置又はヘッドアップディスプレイ装置又は画像表示装置による表示制御を説明する図である。この場合、中間スクリーン１９の機能領域ＦＡを基準軸ＳＸのまわりの周方向に沿って複数の部分領域Ａ１～Ａ４に分割して、個別の表示を行わせる。すなわち、描画デバイス（表示素子）１１の表示領域を部分領域Ａ１～Ａ４と同様に分割して、描画デバイス１１の分割表示領域ごとに異なる投影距離の表示を行わせる。具体的には、例えば部分領域Ａ１～Ａ４において、表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎを構成する異なるサブゾーン又は距離ゾーンに対応する個別の表示が行われることになり、回転周期の中ではタイミングがずれて同じサブゾーン又は距離ゾーンの像が各部分領域Ａ１～Ａ４で表示されることになる。このタイミングのズレに対し、高速で回転に同期した像表示を行えば、見かけ上機能領域ＦＡ又は中間像ＴＩの傾きが緩和され、傾きの少ない投影像（虚像）ＩＭを形成することができる。また、段差部１６ｉを挟むような表示も可能になり、投影距離の欠落部分を減少させることが容易になる。このように段差部１６ｉを挟むような表示を行う場合、図２２Ａ等に示すような回転体１６ａの段差部１６ｉにおけるオーバーハング形状、つまり中間スクリーン１９のオーバーラップによって迷光を除去することがより望ましくなる。なお、機能領域ＦＡを部分領域に分割する分割数は、図示の４つに限らず、２つ以上の任意の数とでき、分割方向も基準軸ＳＸのまわりの周方向に限らず、基準軸ＳＸの半径方向とすることもできる。

【0094】

〔第９実施形態〕
以下、第９実施形態に係る表示装置について説明する。なお、第９実施形態の表示装置は第１又は第７実施形態の表示装置を変形したものであり、特に説明しない事項は第１実施形態等と同様である。

【0095】

図２６は、図２１Ａに対応するものであり、第９実施形態の表示装置又はヘッドアップディスプレイ装置の、中間像ＴＩの位置と投影距離との関係を示している。この場合、実線の特性Ｃ２は、回転体１６ａを構成する２つの部分領域に相当する平坦部Ｃ２ａ，Ｃ２ｂを有し、平坦部Ｃ２ａ，Ｃ２ｂ間には、ギャップ部Ｃｇが設けられている。一方の平坦部Ｃ２ａは、回転体１６ａ又は立体形状部１１６の回転に対して中間スクリーン１９の光軸ＡＸ方向の位置に変化がない平面形状となっている。これにより、中間スクリーン１９の回転位置を変化させながら投影距離を一定に保つことができる。他方の平坦部Ｃ２ｂは、回転体１６ａ又は立体形状部１１６の回転に対して中間スクリーン１９の光軸ＡＸ方向の位置が一次分数関数に従って変化する。つまり、平坦部Ｃ２ａを利用した投影では、中間像ＴＩの位置が一定に保たれて投影像ＩＭが奥行き方向に固定されたものとなり（一点鎖線で示す特性Ｃ１のうち漸増部Ｃ１ａ参照）、平坦部Ｃ２ｂを利用した投影では、回転体１６ａ又は立体形状部１１６の回転位置に対して投影距離が略線形的又は一次関数的に変化する（一点鎖線で示す特性Ｃ１のうち漸増部Ｃ１ｂ参照）。近距離側の平坦部Ｃ２ａは、近距離で距離感度が鈍くなって投影距離が細分化されるのを回避することで安定した投影像ＩＭの形成を容易にしている。一方、遠距離側の平坦部Ｃ２ｂは、投影距離の線形的変化を可能にして投影像ＩＭの距離の割り付けを簡易に正確でバランスが良いものとしている。

【0096】

〔第１０実施形態〕
以下、第１０実施形態に係る表示装置について説明する。なお、第１０実施形態の表示装置は第１又は第７実施形態の表示装置を変形したものであり、特に説明しない事項は第１実施形態等と同様である。

【0097】

図２７は、図２１Ａに対応するものであり、第１０実施形態の表示装置又はヘッドアップディスプレイ装置の、中間像ＴＩの位置と投影距離との関係を示している。この場合、実線の特性Ｃ２は、回転体１６ａを構成する３つの部分領域に相当する平坦部Ｃ２ａ，Ｃ２ｂ，Ｃ２ｃを有し、平坦部Ｃ２ａ，Ｃ２ｂ，Ｃ２ｃ間には、ギャップ部Ｃｇが設けられている。第１の平坦部Ｃ２ａは、最も近距離領域への投影を受け持っており、回転体１６ａ又は立体形状部１１６の回転に対して中間スクリーン１９の光軸ＡＸ方向の位置に変化がない平面形状となっている。第２の平坦部Ｃ２ｂは、次の近距離領域への投影を受け持っており、回転体１６ａ又は立体形状部１１６の回転に対して中間スクリーン１９の光軸ＡＸ方向の位置に変化がない平面形状となっている。第３の平坦部Ｃ２ｃは、回転体１６ａ又は立体形状部１１６の回転に対して中間スクリーン１９の光軸ＡＸ方向の位置が一次分数関数に従って変化する。結果的に、平坦部Ｃ２ａ，Ｃ２ｂを利用した投影では、中間像ＴＩの位置が一定に保たれて投影像ＩＭが奥行き方向に固定されたものとなり（一点鎖線で示す特性Ｃ１のうち漸増部Ｃ１ａ，Ｃ１ｂ参照）、平坦部Ｃ２ｃを利用した投影では、回転体１６ａ又は立体形状部１１６の回転位置に対して投影距離が略線形的又は一次関数的に変化する（一点鎖線で示す特性Ｃ１のうち漸増部Ｃ１ｃ参照）。

【0098】

〔第１１実施形態〕
以下、第１１実施形態に係る表示装置について説明する。なお、第１１実施形態の表示装置は第１又は第７実施形態の表示装置を変形したものであり、特に説明しない事項は第１実施形態等と同様である。

【0099】

図２８に示すように、第１１実施形態の表示装置又はヘッドアップディスプレイ装置の場合、中間スクリーン１９は、逆の傾斜面を組み合わせたものとなっており、中間スクリーン１９が光軸ＡＸと交差する位置の経時パターンＰＡは、サイン波に類似するものとなっているが、前段部（増加飽和部）ＰＡａ及び後段部（飽和減少部）ＰＡｂのほかに、下端側において段差ＰＡｇ及び平坦部ＰＡｆを有する。この場合、立体形状部１１６又は回転体１６ａにおける中間像ＴＩ又は機能領域ＦＡの位置は、前段部（増加飽和部）ＰＡａ及び後段部（飽和減少部）ＰＡｂに対応する領域で、光軸ＡＸ方向に沿って連続的に運動し、平坦部ＰＡｆに対応する領域で、光軸ＡＸ方向に移動しないで一定に保たれ、段差ＰＡｇで飛びが生じるように変化して、全体として周期的に往復運動する。

【0100】

〔第１２実施形態〕
以下、第１２実施形態に係る表示装置について説明する。なお、第１２実施形態の表示装置は第１実施形態の表示装置を変形したものであり、特に説明しない事項は第１実施形態と同様である。

【0101】

本実施形態の拡散部１６は、結像光学系（第１投影光学系）１５による投影位置又は結像位置（つまり中間像の結像予定位置又はその近傍）に配置され、回転体１６ａと中空枠体１６ｂとを有し、回転駆動部６４に駆動されて例えば一定速度で基準軸ＳＸの周りに回転する。本実施形態において、回転体１６ａの基準軸ＳＸは、本体光学系１３の光軸ＡＸに対して略平行な状態で配置されている。

【0102】

図２９Ａは、拡散部１６を説明する正面図であり、図２９Ｂは、拡散部１６を説明する側方断面図である。拡散部１６は、全体として円板に近い輪郭を有する螺旋状の回転体１６ａと、回転体１６ａを収納する円筒状の中空枠体１６ｂとを有する。

【0103】

【0104】

図３０は、拡散部１６の回転に伴う中間像ＴＩの位置の変化を具体的に例示する図である。拡散部１６の機能領域ＦＡは、片側円弧状の経時パターンＰＡで光軸ＡＸ方向に沿って繰り返し周期的に移動しており、中間像ＴＩの位置も、描画デバイス（表示素子）１１が連続表示を行っている場合、図示のように片側円弧状の経時パターンＰＡで光軸ＡＸ方向に沿って繰り返し周期的に移動する。つまり、中間像ＴＩの位置は、周期間段差１６ｊに対応する箇所で不連続的ながら、拡散部１６の回転に伴って連続的かつ周期的に変化する。この結果、図示を省略するが、投影像（虚像）ＩＭの位置も、スケールは異なるが、中間像ＴＩの位置と同様に光軸ＡＸ方向に沿って繰り返し周期的に移動し、投影距離を連続的に変化させることができる。ここで、描画デバイス１１は、連続表示を行うものでなく、表示内容を切替えつつ間欠的な表示を行うものであるから、中間像ＴＩの表示位置も片側円弧状の経時パターン上における離散的な位置となる。ここで、図３０に示す例では一次分数関数の変化パターンが採用されており、中間像ＴＩの位置を時間に対して傾きが徐々に減少するように変化させており、回転体１６ａの中間スクリーン１９（又は立体形状部１１６）の回転位置に対する機能領域ＦＡの光軸ＡＸ方向の位置は、後に詳述するように所定の間隔で等差的に投影距離を変化させるものとなっている。

【0105】

ここで、ある距離ゾーンの画像について表示を行う場合、図３０に示すように表示している時間内で中間像ＴＩの位置が変化することで、表示している距離が変化する。この際にそのように距離が変化する表示ゾーンについて観察者（ドライバーＶＤ）に見える表示距離は、その表示時間内で変化する距離の略平均位置となる。このことも加味して、経時パターンＰＡにおいて、最も近距離側の表示位置Ｐｎと最も遠距離側の表示位置Ｐｆとは、マージンを確保して、経時パターンＰＡの両端から離れた位置に設定される。また、経時パターンＰＡの途切れ目ＰＤは、拡散部１６の回転体１６ａに設けた周期間段差１６ｊに対応する。

【0106】

図３１Ａは、中間像ＴＩの位置と投影距離との関係を説明する図である。実線の特性Ｃ２に従って、中間像ＴＩを光軸ＡＸ方向に速度が飽和するパターンで移動させた場合、各距離ゾーンの切替時間の刻みδを一定値とすれば、投影距離の刻み幅は、一点鎖線の特性Ｃ１で示すように、近距離でも遠距離でも同様とすることができる。なお、中間像ＴＩの移動の刻み幅は、回転体１６ａの回転角度単位に対応し、この回転単位角Δは、表示する距離ゾーンの切替時間に相当するものとなっている（図３１Ｂ参照）。

【0107】

図３０に示す中間像ＴＩの位置両端間を移動する時間を１周期と考えた場合、奥行きを持つ表示の単位を表示ゾーンとして、その１周期の時間が各表示ゾーンの表示時間と、表示ゾーン数ｎの積よりも短い時間であれば、表示ゾーンは複数の距離ゾーンに亘るものとなり、少なくとも隣り合う表示ゾーンで、投影距離範囲に重なりが生じる（図３１Ｂの表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎ参照）。このように投影距離範囲に関して重ねた表示を行うことで、同一の投影像（虚像）を奥行方向に広がりを持たせて表示することができ、重なりを生じない表示に比較して各表示ゾーンの表示時間を長くすることが可能となり、投影像（虚像）ＩＭの輝度が向上する。

【0108】

図３１Ｂに示すように、特性Ｃ１に沿ってｎ個の表示ゾーンを設定することができる。ここで、説明の便宜上、最も近距離の表示ゾーンを第１表示ゾーンＤＺ１と呼び、最も遠距離の表示ゾーンを第ｎ表示ゾーンＤＺｎ（ｎは自然数）と呼ぶ。複数の表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎは、近距離から遠距離まで表示する距離幅が一様になっている。複数の表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎのうち隣り合う表示ゾーンは、投影距離が部分的に重複している。すなわち、第ｋ表示ゾーンＤＺｋ（ｋはｎより小さい自然数）と第ｋ＋１表示ゾーンＤＺｋ＋１とは、投影距離が部分的に重複し、例えば第２表示ゾーンＤＺ２と第３表示ゾーンＤＺ３とは、投影距離が部分的に重複している。第ｋ表示ゾーンＤＺｋは、そこに表示すべき表示対象の投影距離の本来の表示像に対して、その前、後、又は前後の双方で設定される表示ゾーンで表示する像も合せて表示した複合的な投影像に対応するものとなっている。図示の例では、第ｋ表示ゾーンＤＺｋを表示している間の全体又はある一定時間内では５区間分の距離ゾーンに相当するそれぞれの像が重なった状態の表示がされている。この場合、それぞれの表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎで表示される像の表示時間は、表示時間の刻みδのピッチで隣り合う表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎ間でズレがあるため、その分表示されている間の近側と遠側との両端の距離が変動してその平均距離も変動する。人の目又は脳は、その表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎの平均距離で表示像を捉えるので、視覚的に同時に表示を行っている場合でも、それぞれの表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎの表示距離を異なる位置として表示している状態にできる。なお、図３１Ｂでは、表示の便宜上、各表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎが縦方向に延びるように示されているが、横軸を中間像ＴＩの位置とした場合、各表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎは、特性Ｃ１に沿って延びるものとなる。

【0109】

【0110】

【0111】

なお、本実施形態において、投影像ＩＭ１，ＩＭ２，ＩＭ３の投影距離（第１実施形態の図８参照）は、図３１Ｂに示す表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎの一部に対応する表示ゾーンＤＺａ～ＤＺｃに形成されており、各表示ゾーンＤＺａ～ＤＺｃに対応する奥行き幅を有する。各投影距離の中心、つまり投影像ＩＭ１，ＩＭ２，ＩＭ３の投影距離は、離散的であり、オブジェクトＯＢ１，ＯＢ２，ＯＢ３までの現実の距離に対して常に正確に一致させることが困難となる場合もある。ただし、投影像ＩＭ１，ＩＭ２，ＩＭ３の投影距離と、オブジェクトＯＢ１，ＯＢ２，ＯＢ３までの現実の距離との差が大きくなければ、ドライバーＶＤの視点が動いても視差が生じにくく、オブジェクトＯＢ１，ＯＢ２，ＯＢ３とフレーム枠ＨＷ１，ＨＷ２，ＨＷ３との配置関係を略維持することができる。

【0112】

図３２Ａは、図３０に対応し、図３２Ｂは、図８中の投影像ＩＭ３又はフレーム枠ＨＷ３に対応し、図３２Ｃは、図８中の投影像ＩＭ２又はフレーム枠ＨＷ２に対応し、図３２Ｄは、図８中の投影像ＩＭ１又はフレーム枠ＨＷ１に対応している。図３２Ａ～３２Ｄより明らかなように、投影像ＩＭ１は、回転体１６ａ（又は立体形状部１１６）の機能領域ＦＡ又は中間像ＴＩが表示位置Ｐ１を中心とする所定距離範囲にあるとき、具体的には、この所定距離範囲に応じて図３１Ｂに示す特性Ｃ１に基づいて決定される所定の表示ゾーンの表示タイミングであるときに、描画デバイス（表示素子）１１の表示面１１ａに形成される一連の表示像に対応する。同様に、投影像ＩＭ２は、回転体１６ａ（又は立体形状部１１６）の機能領域ＦＡが表示位置Ｐ２を中心とする距離範囲にあるときに描画デバイス１１の表示面１１ａに形成される一連の表示像に対応し、投影像ＩＭ３は、回転体１６ａ（又は立体形状部１１６）の機能領域ＦＡが表示位置Ｐ３を中心とする所定の距離範囲にあるときに描画デバイス１１の表示面１１ａに形成される一連の表示像に対応する。中間像ＴＩの移動を基準とする１周期でみた場合、まず表示位置Ｐ１に対応する投影像ＩＭ１又はフレーム枠ＨＷ１が表示され、次いで表示位置Ｐ２に対応する投影像ＩＭ２又はフレーム枠ＨＷ２が表示された後、表示位置Ｐ３に対応する投影像ＩＭ３又はフレーム枠ＨＷ３が表示される。以上の１周期が視覚的に短ければ、投影像ＩＭ１，ＩＭ２，ＩＭ３の切替えが非常に速くなり、観察者であるドライバーＶＤは、フレーム枠ＨＷ１，ＨＷ２，ＨＷ３を奥行きがある画像として同時に観察していると認識する。本実施形態において、例えばこれら表示位置Ｐ１～Ｐ３のうちの少なくともどれか２つの表示位置が、隣り合う表示ゾーンや近い表示ゾーンとして指定される場合、例えば図３２Ｂ及び３２Ｃの投影像、図３２Ｃ及び３２Ｄの投影像、又は図３２Ｂ、３２Ｃ、及び３２Ｄの全ての投影像が表示時間内の重なり時間範囲において同時に重ねて表示される時間帯が存在する。

【0113】

以下、第１実施形態の図１０を参照しつつ、主制御部９０の動作を説明する。まず、主制御部９０は、環境監視部７２を利用してオブジェクトＯＢ１，ＯＢ２，ＯＢ３を検出した場合、オブジェクトＯＢ１，ＯＢ２，ＯＢ３に対応するフレーム枠ＨＷ１，ＨＷ２，ＨＷ３に対応する表示データを生成し、不図示の記憶部に保管する（ステップＳ１１）。その後、主制御部９０は、ステップＳ１１で得た表示データを、対応する表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎに振り分けるようなデータの変換を行う（ステップＳ１２）。具体的には、オブジェクトＯＢ１，ＯＢ２，ＯＢ３の位置に応じて、対応するフレーム枠ＨＷ１，ＨＷ２，ＨＷ３を表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎのいずれか１つ（図８の例では表示ゾーンＤＺａ～ＤＺｃ）に割り当てる。次に、主制御部９０は、フレーム枠ＨＷ１，ＨＷ２，ＨＷ３に対応する表示データを割り当てた表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎに適合するように加工し、不図示の記憶部に保管する（ステップＳ１３）。この適合化は、表示ゾーンを構成する距離ゾーンごとに枠画像の輪郭や配置を補正するといった画像処理を含む。その後、主制御部９０は、ステップＳ１３で適合化させた表示データを既存データと合成する（ステップＳ１４）。表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎによる表示は、時間差があるものの同時並行して行われ、短時間であるが残像を残すような表示が行われるので、新たなオブジェクトＯＢ１，ＯＢ２，ＯＢ３が出現した場合、既存のオブジェクトと新たなオブジェクトとを併存させるように表示内容を組み直す必要があることを考慮したものである。最後に、主制御部９０は、ステップＳ１４で得た表示データを、回転駆動部６４の動作に同期して表示制御部１８に出力し、描画デバイス（表示素子）１１に回転体１６ａの機能領域ＦＡに応じた表示動作を行わせる（ステップＳ１５）。

【0114】

図３３は、描画デバイス（表示素子）１１の動作を説明する図である。この場合、縦方向に並ぶ第１表示領域～第ｎ表示領域は、図３１Ｂ等に示す第１～第ｎ表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎに対応している。回転体１６ａ（又は立体形状部１１６）の１回転に対応する１サイクルで、第１～第ｎ表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎに対応して、描画デバイス（表示素子）１１の表示面１１ａにおいて、第１表示領域～第ｎ表示領域での表示が繰り返される。各表示領域において、信号Ｆ１～Ｆ５は、同一の表示像が５つのサブゾーンで繰り返されることを意味し、信号Ｆ１～Ｆ５のそれぞれにカラー表示用のＲ，Ｇ、及びＢの信号成分が含まれている。

【0115】

以上で説明した第１２実施形態のヘッドアップディスプレイ装置２００又は画像表示装置１００によれば、立体形状部１１６の回転位置に応じて虚像形成光学系（第２投影光学系）１７による投影距離を略線形的に変化させるので、中間スクリーン１９（又は立体形状部１１６）の移動に対する距離感度を一定にして投影距離を変化させることになり、遠距離及び近距離で均等な表示が可能になる。

【0116】

なお、第１２実施形態において、第５実施形態の表示装置の拡散部１６の構成としてもよい。

【0117】

〔第１３実施形態〕
以下、第１３実施形態に係る表示装置について説明する。なお、第１３実施形態の表示装置は第１又は第１２実施形態の表示装置を変形したものであり、特に説明しない事項は第１実施形態等と同様である。

【0118】

図３４に示すように、第１３実施形態の表示装置又はヘッドアップディスプレイ装置の場合、回転体１６ａが複数の部分１１６ａからなり、図示の例では、２つの部分１１６ａからなる。各部分１１６ａには等差的に投影距離を変化させる連続面である立体形状部１１６が形成され、その表面に中間スクリーン１９が設けられている。この場合、回転体１６ａの１回転によって、第１２実施形態の２周期分の表示が可能になる。

【0119】

〔その他〕
以上では、具体的な実施形態としての表示装置又はヘッドアップディスプレイ装置２００について説明したが、本発明に係る表示装置は、上記のものには限られない。例えば、第１実施形態において、画像表示装置１００の配置を上下反転させて、フロントウインドウ８の上部又はサンバイザー位置に表示スクリーン２０を配置することもでき、この場合、投影ユニット１０の斜め下方前方に表示スクリーン２０が配置される。また、表示スクリーン２０は、自動車の従来のミラーに対応する位置に配置してもよい。

【0120】

以上の第１実施形態等では、中間スクリーン１９又は機能領域ＦＡを本体光学系１３の光軸ＡＸ方向に対して略直交するように配置するとしたが、機能領域ＦＡを光軸ＡＸに対して強制的に傾けることもできる。この場合、虚像形成光学系１７との組み合わせによって傾きが無いか又は所定の傾きの投影像ＩＭを投影することができる。

【0121】

以上の第１実施形態で説明した第１～第ｎ表示ゾーンＤＺ１～ＤＺｎについては、投影距離の全範囲に亘って連続的である必要はなく、表示ゾーンを構成する異なるサブゾーン又は距離ゾーンＬＺ１～ＬＺｎの境界に対応する部分で分離した不連続なものであってもよい。

【0122】

拡散部１６において、中空枠体１６ｂは必須でなく、回転体１６ａのみとすることができる。この場合も、周期間段差１６ｊに傾斜した接続面１６ｋを形成しているので、回転体１６ａの回転に伴う音の発生を抑制することができ、回転体１６ａの回転を安定化させることができる。

【0123】

回転体１６ａに設定する機能領域ＦＡは、図３Ａ等に示すものに限らず、様々な配置、形状等とすることができる。つまり、機能領域ＦＡは、回転体１６ａ上の分離した位置に設定する必要がなく、回転体１６ａ上の連続した所望の位置に設定することができる。

【0124】

投影像ＩＭの投影距離の分割数も、３つに限らず、用途に応じて４つ以上の様々な設定とすることができる。

【0125】

上記実施形態において、表示スクリーン２０の輪郭は、矩形に限らず、様々な形状とすることができる。

【0126】

図２等に示す結像光学系１５や虚像形成光学系１７は、単なる例示であり、これら結像光学系１５及び虚像形成光学系１７の光学的構成については適宜変更することができる。

【0127】

以上では、環境監視部７２によって車体２の前方に存在するオブジェクトＯＢを検出し、画像表示装置１００にオブジェクトＯＢの配置に対応するフレーム枠ＨＷ１，ＨＷ２，ＨＷ３といった関連情報像を表示しているが、オブジェクトＯＢの有無に関わらず、通信ネットワークを利用して付随的な運転関連情報を取得し、このような運転関連情報を画像表示装置１００に表示させることができる。例えば死角に存在する車、障害物等を警告するような表示も可能である。

【0128】

本発明の表示装置は、車その他の移動体に搭載されるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置に限らず、３次元表示を行うヘッドマウント装置、ウェアラブルディスプレイ装置等に適用することができる。

【0129】

第７実施形態の表示装置において、回転体１６ａの外周光学部１６ｐに設けた表面領域１６ｆａ～１６ｆｄの傾斜状態は、図２１Ａに示す平坦部Ｃ２ａ～Ｃ２ｄによって例示される傾斜状態に限らず、適宜傾斜度に設定することができる。さらに、外周光学部１６ｐの表面領域１６ｆａ～１６ｆｄは、傾斜がなく光軸ＡＸと直交する平坦面を有するものとすることもできる。

【0130】

図３５Ａ及び３５Ｂに例示するように、拡散部１６の回転体１６ａに設けた周期間段差１６ｊの光源側又は入射側の面Ｓａは、Ｙ方向又は光軸ＡＸに対して傾斜してオーバーハングした状態とできる。つまり、光軸ＡＸ方向に沿って光源側、すなわち＋Ｙ側から見た場合、表面１６ｆの両端は、オーバーラップした状態になっており、オーバーラップ角σは、拡散部１６のサイズや機能領域ＦＡの広がりにもよるが、数度～１０度程度となっている。結果的に、表面１６ｆの両端に設けられている中間スクリーン１９のオーバーラップ角σも、数度～１０度程度となっている。この場合、入射側又は図３５Ａの上側の中間スクリーン１９端の動作開始が、射出側又は図３５Ａの下側の中間スクリーン１９端の動作開始よりも早くなる。なお、図３５Ａに示すように、表面１６ｆ又は中間スクリーン１９のオーバーラップ角σを一定とするのではなく、周期間段差１６ｊの面Ｓａの傾斜角ηを略一定にすることもできる。この場合、＋Ｙ側から見た中間スクリーン１９のオーバーラップ幅又は量を一様にできる。

【0131】

表面１６ｆの両端を上記のようにオーバーラップさせることで、中間スクリーン１９が周期間段差１６ｊにおいて光軸ＡＸ方向から見て重畳して配置されていることになり、周期間段差１６ｊに入射した映像光によって発生する迷光を抑制できる。つまり、周期間段差１６ｊに入射し通過した光が迷光としてドライバーＶＤの前方に虚像を形成しゴースト像が観察されることを抑制できる。

【0132】

中間スクリーン１９を設けていない反光源側で射出側の面Ｓｂについては、表面１６ｆがオーバーラップして見える光源側又は入射側の面又は周期間段差１６ｊと重なるように配置することが望ましい。

【0133】

また、図３５Ａでは、スラブ状の板材で中間スクリーン１９又は立体形状部１１６の支持体を構成しており、周期間段差１６ｊにおいて隣り合う領域間で板材が繋がった構成となっているものを示しているが、中間スクリーン１９の支持体を薄板又はシートで構成することもでき、この場合、周期間段差１６ｊで中間スクリーン１９を構成する部材が繋がっていない状態も考えられる。こういった場合、図３５Ａに示されている連結のための面Ｓａが存在せず、空洞となっている場合も考えられる。

【0134】

また、例えば段差量が大きくなる場合には、オーバーラップ量又はオーバーラップ量幅を大きく取らないと迷光が発生してしまう場合も考えられる。その際オーバーラップ量を大きくし過ぎると、図３５Ａで下側となる中間スクリーン１９の面のうち不使用となる領域が大きくなって輝度が低下するといった問題も考えられる。こういった場合には、周期間段差１６ｊの領域切替の角度位置を、オーバーラップ量を考慮して調整して輝度確保する方法や、逆にオーバーラップ量を極端に減らす、又は無くしてしまい、図３５Ａの面Ｓａにあたる部分を黒塗りにしたり、空洞の場合は蓋となるような不透明な部材を設けたりするといった方法で、迷光除去を行うことも可能である。これらの手法は段差量が大きい或いは小さいに関わらず利用可能な手段である。

【図1】