特許 7642832 空中像表示装置

(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】2025-02-28

(45)【発行日】2025-03-10

(54)【発明の名称】空中像表示装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 30/56 20200101AFI20250303BHJP

【ＦＩ】

G02B30/56

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2023542338

(86)(22)【出願日】2022-08-05

(86)【国際出願番号】 JP2022030111

(87)【国際公開番号】W WO2023022024

(87)【国際公開日】2023-02-23

【審査請求日】2024-02-13

(31)【優先権主張番号】P 2021135175

(32)【優先日】2021-08-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006633

【氏名又は名称】京セラ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100075557

【弁理士】

【氏名又は名称】西教 圭一郎

(72)【発明者】

【氏名】河西 宏悦

(72)【発明者】

【氏名】下瀬 主揮

(72)【発明者】

【氏名】草深 薫

【審査官】横井 亜矢子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－１３２３０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１６０１２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０２６８２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１４９９９５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－０９３４１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１２３０６２２７（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ２７／００－３０／６０

Ｂ６０Ｋ ３５／００－３７／０６

Ｇ０９Ｆ ９／００

Ｈ０４Ｎ １３／００－１７／０６

Ｇ０３Ｂ ３５／００－３７／０６

Ｇ０９Ｇ ３／２０

Ｊａｐｉｏ－ＧＰＧ／ＦＸ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

画像光として伝播する画像を表示する表示装置と、
前記画像光を反射し、利用者の視野に実像を結像する第１反射素子と、
前記利用者の眼の位置に応じて前記表示装置に表示する前記画像の一部のみの輝度を増加させるコントローラと、を備える、空中像表示装置。

【請求項2】

請求項１に記載の空中像表示装置であって、
前記コントローラは、前記利用者の眼の位置に応じて前記表示装置に表示する前記画像の前記一部以外の部分の輝度を低下させる、空中像表示装置。

【請求項3】

請求項１に記載の空中像表示装置であって、
前記表示装置は、表示パネルと光源装置とを含む、空中像表示装置。

【請求項4】

請求項３に記載の空中像表示装置であって、
前記コントローラは、前記利用者の眼の位置に応じて前記光源装置を制御して、前記表示装置に表示する前記画像の一部のみの輝度を増加させる、空中像表示装置。

【請求項5】

請求項１に記載の空中像投影装置であって、
前記コントローラは、前記利用者の眼の位置に応じて前記表示装置に表示する画像を制御する、空中像表示装置。

【請求項6】

請求項５に記載の空中像表示装置であって、
前記コントローラは、前記表示装置に表示させる画像の歪み補正用テーブルを有し、前記利用者の眼の位置に応じた歪み補正用テーブルに基づいて、前記表示装置の輝度を変更する、空中像表示装置。

【請求項7】

請求項１に記載の空中像表示装置であって、
前記利用者を撮像可能なカメラをさらに備える、空中像表示装置。

【請求項8】

請求項７に記載の空中像表示装置であって、
前記コントローラは、前記カメラによって撮像された前記利用者の像に基づいて、前記利用者の眼の予測位置を算出し、算出した眼の予測位置に応じて前記表示装置に表示する前記画像の一部のみの輝度を増加させる、空中像表示装置。

【請求項9】

請求項７に記載の空中像表示装置であって、
前記カメラは、前記利用者の眼の瞳孔の画像を取得するように前記利用者を撮影し、
前記コントローラは、前記瞳孔が大きくなるように変化した場合、前記表示装置に表示させる画像の輝度を向上させる、空中像表示装置。

【請求項10】

請求項７に記載の空中像表示装置であって、
前記カメラは、前記利用者の眼の瞳孔の画像を取得するように前記利用者を撮影し、
前記コントローラは、前記瞳孔が大きくなるように変化した場合、前記表示装置に表示させる画像を拡大する、空中像表示装置。

【請求項11】

請求項７に記載の空中像表示装置であって、
前記カメラは、前記利用者の眼の瞳孔の画像を取得するように前記利用者を撮影し、
前記コントローラは、前記瞳孔が大きくなるように変化した場合、前記表示装置に表示させる画像のコントラストを向上させる、空中像表示装置。

【請求項12】

請求項７に記載の空中像表示装置であって、
前記カメラは、前記利用者の眼の瞳孔の画像を取得するように前記利用者を撮影し、
前記コントローラは、前記瞳孔が大きくなるように変化した場合、前記表示装置に表示させる画像のフレーム周波数を高くする、空中像表示装置。

【請求項13】

請求項１に記載の空中像表示装置であって、
前記表示装置と前記第１反射素子との間の前記画像光の光路上に第２反射素子をさらに備える、空中像表示装置。

【請求項14】

請求項１３に記載の空中像表示装置であって、
前記第２反射素子は、前記表示装置から出射された前記画像光の一部を前記第１反射素子に向かって透過させ、前記第１反射素子によって反射された前記画像光の一部を反射させる、空中像表示装置。

【請求項15】

請求項１～１４のいずれか１項に記載の空中像表示装置であって、
前記表示装置を移動させる駆動装置をさらに備える、空中像表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、空中像表示装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来技術の一例は、特許文献１に記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１１－２５３１２８号公報

【発明の概要】

【0004】

本開示の一実施形態に係る空中像表示装置は、表示装置と、反射光学素子と、コントローラとを備える。前記表示装置は、画像光として伝播する画像を表示する。前記反射光学素子は、前記画像光を反射し、利用者の視野に実像を結像する。前記コントローラは、利用者の眼の位置に応じて前記表示装置の輝度を変更する。

【図面の簡単な説明】

【0005】

本開示の目的、特色、及び利点は、下記の詳細な説明と図面とからより明確になるであろう。

【図1】本開示の一実施形態の空中像表示装置の構成を概略的に示す図である。

【図2】図１に示す空中像表示装置の変形例の構成を概略的に示す図である。

【図3】図１に示す空中像表示装置の変形例の構成を概略的に示す図である。

【図4】図１に示す空中像表示装置の変形例の構成を概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0006】

まず、本開示の空中像表示装置が基礎とする構成の空中像表示装置について説明する。

【0007】

例えば前述の特許文献１に記載されるように、ディスプレイが出射する光を、再帰反射板等の光学素子を用いて、空中像として結像させる装置が知られている。

【0008】

利用者が視認する空中像の表示品位を向上させることが求められる。

【0009】

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明で用いられる図は模式的なものであり、図面上の寸法比率等は現実のものとは必ずしも一致していない。

【0010】

図１は、本開示の一実施形態の空中像表示装置の構成を概略的に示す図であり、図２～４は、図１に示す空中像表示装置の変形例の構成を概略的に示す図である。本実施形態の空中像表示装置１は、例えば図１に示すように、表示装置１０と、第１反射素子２０と、コントローラ３０とを備える。コントローラ３０は、空中像表示装置１の各構成要素を制御する。

【0011】

空中像表示装置１は、利用者を撮像可能なカメラ４０をさらに備えてよい。カメラ４０は、利用者の顔を撮像し、撮像した画像をコントローラ３０へ出力してよい。カメラ４０は、有線通信又は無線通信を介して撮像した画像をコントローラ３０へ出力するように構成されてよい。有線通信は、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）等を含んでよい。

【0012】

コントローラ３０は、カメラ４０から出力される画像に基づいて、利用者の眼５の位置を検出してよい。コントローラ３０は、利用者の左眼の位置及び利用者の右眼の位置を３次元空間の座標として検出してよい。コントローラ３０は、左眼の位置又は右眼の位置を利用者の眼５の位置としてよいし、左眼の位置と右眼の位置とを結ぶ線分の中点を利用者の眼５の位置としてよい。

【0013】

カメラ４０は、赤外光を受光して画像を生成する赤外光カメラであってよい。カメラ４０は、赤外光カメラ及び可視光カメラの両方の機能を有していてよい。カメラ４０は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサを含んでよい。

【0014】

空中像表示装置１は、カメラを備えず、装置外のカメラに接続されていてよい。コントローラ３０は、装置外のカメラからの信号を入力する入力端子を備えてよい。装置外のカメラは、入力端子に直接的に接続されてよい。装置外のカメラは、共有のネットワークを介して入力端子に間接的に接続されてよい。コントローラ３０は、入力端子に入力された画像信号から、利用者の眼５の位置を検出してよい。

【0015】

コントローラ３０は、利用者の眼５の位置を検出しなくてよい。空中像表示装置１は、利用者の眼５の位置を検出する検出部を備えてよい。検出部は、カメラ４０から出力される画像に基づいて、利用者の眼５の位置を検出し、検出した眼５の位置をコントローラ３０へ出力してよい。

【0016】

表示装置１０は、表示面１０ａを有し、画像光Ｌとして伝播する画像を表示面１０ａに表示する。言い換えれば、表示装置１０は、表示面１０ａから画像光Ｌを出射する。

【0017】

表示装置１０は、透過型の表示装置であってよいし、自発光型の表示装置であってよい。透過型の表示装置としては、例えば、液晶表示装置を使用しうる。自発光型の表示装置としては、例えば、発光ダイオード（Light Emitting Diode；ＬＥＤ）素子、有機エレクトロルミネッセンス（Organic Electro Luminescence；ＯＥＬ）素子、有機発光ダイオード（Organic Light Emitting Diode；ＯＬＥＤ）素子、半導体レーザ（Laser Diode；ＬＤ）素子等の自発光素子を含む表示装置を使用しうる。

【0018】

透過型の表示装置１０は、光源装置１１と表示パネル１２とを含む液晶表示装置であってよい。表示面１０ａは、表示パネル１２における光源光出射側の面であってよい。光源装置１１は、バックライトとも称される。表示パネル１２は、液晶表示パネルとも称される。

【0019】

光源装置１１は、表示面１０ａの背面側に表示面１０ａに対向して２次元的に配列された複数の光源を含みうる。そのような光源装置１１は、直下型方式の光源装置と称されうる。光源は、例えばＬＥＤ素子、冷陰極蛍光ランプ、ハロゲンランプ、又はキセノンランプであってよい。

【0020】

光源装置１１は、表示パネル１２の外周部に配列された複数の光源を含みうる。光源装置１１は、光源から発せられた光を導光板によって表示面１０ａの背面全体に導光してよい。そのような光源装置１１は、エッジライト方式の光源装置と称されうる。エッジライト方式の光源装置１１は、表示面１０ａに光源から発せられた光を均一化して照射するために、レンズアレイ、導光板、及び拡散板等を含んで構成されてよい。

【0021】

表示パネル１２は、公知の液晶表示パネルの構成を有してよい。公知の液晶表示パネルとしては、ＩＰＳ（In-Plane Switching）方式、ＦＦＳ（Fringe Field Switching）方式、ＶＡ（Vertical Alignment）方式、及びＥＣＢ（Electrically Controlled Birefringence）方式等の種々の液晶表示パネルを採用しうる。表示パネル１２は、第１偏光板、カラーフィルタ基板、液晶層、アレイ基板、及び第２偏光板を含んで構成されてよい。第１偏光板は、表示パネル１２における光源光出射側に位置してよい。

【0022】

第１反射素子２０は、表示装置１０から出射される画像光Ｌの光路上に位置している。第１反射素子２０は、表示装置１０から出射された画像光Ｌを反射し、利用者の視野に実像Ｒを結像する。実像Ｒは、空中像とも称される。第１反射素子２０は、凹面鏡であってよいし、平面鏡又は凸面鏡とレンズとの組み合わせであってよい。以下では、第１反射素子２０が凹面鏡である場合について説明する。

【0023】

第１反射素子２０の反射面２０ａは、球面形状を含んでよいし、非球面形状を含んでよいし、自由曲面形状を含んでよい。

【0024】

第１反射素子２０は、表示装置１０が存在する物体空間側の焦点である物体焦点と、物体空間とは反対側の像空間側の焦点である像焦点とを有している。空中像表示装置１では、第１反射素子２０の物体焦点より遠くに表示装置１０が位置しており、これにより、像空間において、画像光Ｌに応じた空中像Ｒが結像される。

【0025】

コントローラ３０は、例えばプロセッサとして構成される。コントローラ３０は、１以上のプロセッサを含んでよい。プロセッサは、特定のプログラムを読み込ませて特定の機能を実行するように構成される汎用のプロセッサ、及び特定の処理に特化した専用のプロセッサを含んでよい。専用のプロセッサは、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ：Application Specific Integrated Circuit）を含んでよい。プロセッサは、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ：Programmable Logic Device）を含んでよい。ＰＬＤは、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）を含んでよい。コントローラ３０は、１つ又は複数のプロセッサが協働するように構成されるＳｏＣ（System-on-a-Chip）、及びＳｉＰ（System In a Package）のいずれかであってよい。

【0026】

発明者らは、空中像表示装置が画像光を反射する反射素子を有する場合に、利用者が視認する実像における視線中心から離れた部分に輝度低下が発生し、利用者が視認する実像の表示品位が低下することを見出した。本実施形態の空中像表示装置１は、コントローラ３０が、利用者の眼５の位置に応じて表示装置１０の輝度を変更するように構成されている。その結果、利用者が視認する空中像Ｒの輝度を均一化することができ、空中像Ｒの表示品位を向上させることができる。

【0027】

例えば、利用者の眼５が、利用者からみて空中像Ｒの右側に移動した場合、利用者は、空中像Ｒの左側の輝度が低下しているように見える。従って、この場合、コントローラ３０は、空中像Ｒの左側の輝度を向上させるか、または空中像Ｒの右側の輝度を低下させるように制御する。またこの場合、利用者の眼５が、利用者からみて空中像Ｒの右側に移動した場合、空中像Ｒの左側は、利用者から左側に遠くなるに伴って、輝度の低下に傾斜が生じる。その輝度の傾斜に応じて、空中像Ｒの左側の輝度を、左側に向けて漸次向上させてもよい。また、同様に、空中像Ｒの右側の輝度を、右側に向けて漸次低下させてもよい。

【0028】

また、利用者の眼５が、利用者からみて空中像Ｒの左側に移動した場合、利用者は、空中像Ｒの右側の輝度が低下しているように見える。従って、この場合、コントローラ３０は、空中像Ｒの右側の輝度を向上させるか、または空中像Ｒの左側の輝度を低下させるように制御する。またこの場合、利用者の眼５が、利用者からみて空中像Ｒの左側に移動した場合、空中像Ｒの右側は、利用者から右側に遠くなるに伴って、輝度の低下に傾斜が生じる。その輝度の傾斜に応じて、空中像Ｒの右側の輝度を、右側に向けて漸次向上させてもよい。また、同様に、空中像Ｒの左側の輝度を、左側に向けて漸次低下させてもよい。

【0029】

また、利用者の眼５が、利用者からみて空中像Ｒの上側に移動した場合、利用者は、空中像Ｒの下側の輝度が低下しているように見える。従って、この場合、コントローラ３０は、空中像Ｒの下側の輝度を向上させるか、または空中像Ｒの上側の輝度を低下させるように制御する。またこの場合、利用者の眼５が、利用者からみて空中像Ｒの上側に移動した場合、空中像Ｒの下側は、利用者から下側に遠くなるに伴って、輝度の低下に傾斜が生じる。その輝度の傾斜に応じて、空中像Ｒの下側の輝度を、下側に向けて漸次向上させてもよい。また、同様に、空中像Ｒの上側の輝度を、上側に向けて漸次低下させてもよい。

【0030】

また、利用者の眼５が、利用者からみて空中像Ｒの下側に移動した場合、利用者は、空中像Ｒの上側の輝度が低下しているように見える。従って、この場合、コントローラ３０は、空中像Ｒの上側の輝度を向上させるか、または空中像Ｒの下側の輝度を低下させるように制御する。またこの場合、利用者の眼５が、利用者からみて空中像Ｒの下側に移動した場合、空中像Ｒの上側は、利用者から上側に遠くなるに伴って、輝度の低下に傾斜が生じる。その輝度の傾斜に応じて、空中像Ｒの上側の輝度を、上側に向けて漸次向上させてもよい。また、同様に、空中像Ｒの下側の輝度を、下側に向けて漸次低下させてもよい。

【0031】

コントローラ３０は、空中像Ｒにおける輝度低下が発生している部分の輝度を増加させるように、表示装置１０の輝度を変更してよい。これにより、利用者が視認する空中像Ｒの輝度を低下させることなく、空中像Ｒの輝度を均一化することができるため、空中像Ｒの表示品位を向上させることができる。輝度低下が発生している部分は、利用者の眼５の位置に応じて決定しうる、輝度低下が発生していると推定される部分であってよい。あるいは、輝度低下が発生している部分は、利用者の頭部付近に配置されたカメラによって撮像される画像から決定しうる、輝度低下が発生している部分であってよい。

【0032】

コントローラ３０は、利用者の眼５の位置に応じて、表示装置１０の複数の画素の輝度を個別に変更してよい。これにより、利用者が視認する空中像Ｒの輝度を高精度に均一化することができる。その結果、空中像Ｒの表示品位を向上させることができる。

【0033】

コントローラ３０は、表示装置１０の複数の画素を複数の画素群に区分してよい。複数の画素群は、各々、複数の画素を含んでよい。コントローラ３０は、利用者の眼５の位置に応じて、複数の画素群の輝度を個別に変更してよい。コントローラ３０は、複数の画素群の輝度を個別に変更する際、各画素群に含まれる複数の画素の輝度を一様に変更してよい。これにより、コントローラ３０の処理負担を軽減できるため、利用者の眼５の位置に応じて、空中像Ｒの輝度を眼５の位置の変化に追随して高速に均一化することが可能となる。その結果、空中像Ｒの表示品位を向上させることができる。

【0034】

表示装置１０が光源装置１１及び表示パネル１２を含む液晶表示装置である場合、コントローラ３０は、利用者の眼５の位置に応じて光源装置１１を制御して、表示装置１０の輝度を変更してよい。表示装置１０が自発光型の表示装置である場合、コントローラ３０は、表示装置１０の各画素に含まれる少なくとも１つの発光素子を制御して、表示装置１０の輝度を変更してよい。

【0035】

表示装置１０が光源装置１１及び表示パネル１２を含む液晶表示装置である場合、コントローラ３０は、光源装置１１の光量を制御して、表示装置１０の輝度を変更してよい。

【0036】

光源装置１１が直下型方式の光源装置であり、複数の画素に複数の光源がそれぞれ割り当てられている場合、コントローラ３０は、複数の光源の光量を個別に制御して、表示装置１０の各画素の輝度を変更してよい。光源装置１１が直下型方式の光源装置であり、コントローラ３０が表示装置１０の複数の画素を複数の画素群に区分している場合、コントローラ３０は、複数の画素群の輝度を個別に制御して、表示装置１０の各画素の輝度を変更してよい。

【0037】

表示装置１０は、光源装置１１がエッジライト方式の光源装置である場合、遮光パネルをさらに含んでよい。遮光パネルは、光源装置１１と表示パネル１２との間に位置してよいし、表示面１０ａの前面側に位置してよい。遮光パネルは、液晶シャッタで構成されてよい。液晶シャッタは、印加する電圧に応じて光の透過率を制御しうる。液晶シャッタは、複数の画素で構成され、各画素における光の透過率を制御してよい。液晶シャッタの複数の画素は、表示装置１０の複数の画素と１対１に対応してよい。液晶シャッタは、光の透過率を第１所定値と第２所定値との間で変更するように構成されてよい。第１所定値は、例えば１００％であってよいし、１００％に近い値であってよい。第２所定値は、例えば０％であってよいし、０％に近い値であってよい。第２所定値は、第１所定値との相対的な比率で規定されうる。第１所定値に対する第２所定値の比率は、１／１００であってよいし、１／１０００であってよい。

【0038】

コントローラ３０は、空中像Ｒにおける輝度低下が発生している部分に対応する遮光パネルの画素における光の透過率を、第１所定値に設定してよい。コントローラ３０は、空中像Ｒにおける輝度低下が発生していない部分に対応する遮光パネルの画素における光の透過率を、第１所定値よりも大きい、第２所定値以下の値に設定してよい。これにより、輝度低下が発生していない部分の輝度を、輝度低下が発生している部分の輝度に近付けることができるため、空中像Ｒの輝度を均一化することができる。その結果、空中像Ｒの表示品位を向上させることができる。

【0039】

コントローラ３０は、遮光パネルによる輝度の均一化を行う際、光源装置１１の光量を増加させてよい。これにより、利用者が視認する空中像Ｒの輝度を低下させることなく、空中像Ｒの輝度を均一化することができるため、空中像Ｒの表示品位を向上させることができる。

【0040】

コントローラ３０は、利用者の眼５の予測位置に応じて、表示装置１０の輝度を変更してよい。これにより、利用者の眼５の位置の細かな変化に対応して、空中像Ｒの輝度を均一化し、空中像Ｒの表示品位を向上させることができる。利用者の眼５の予測位置は、現在時刻より前の時刻における眼５の位置から予測される、現在時刻における眼５の位置であってよい。現在時刻より前の時刻は、現在時刻より前の複数の時刻であってよい。現在時刻より前の時刻における眼５の位置は、カメラ４０から出力される画像から検出された眼５の位置であってよいし、現在時刻より前の時刻における眼５の予測位置であってよい。

【0041】

コントローラ３０は、現在時刻より前の時刻における眼５の位置に基づいて、予測関数を生成してよい。コントローラ３０は、生成した予測関数を用いて、現在時刻における眼５の予測位置を算出してよい。

【0042】

コントローラ３０は、利用者の眼５の位置に応じて表示装置１０に表示する画像を制御してよい。空中像表示装置１が画像光を反射する反射素子を含んで構成される場合、利用者が視認する空中像Ｒに歪みが生じ易い。コントローラ３０は、第１反射素子２０に起因する歪みを低減するために、表示装置１０に表示する画像を制御してよい。第１反射素子２０の反射面２０ａの形状は予め測定できるので、歪み補正には、反射面２０ａの形状に応じて予め作成された歪み補正テーブルを使用すればよい。歪み補正テーブルは、補正前の画像の各画素の位置と補正後の画像の各画素の位置とを対応付けるルックアップテーブルであってよい。補正前の画像は、前画像とも称される。補正後の画像は、後画像とも称される。

【0043】

コントローラ３０は、利用者の眼５の位置と歪み補正テーブルとに基づいて、表示装置１０に表示する画像を制御してよい。これにより、利用者が視認する空中像Ｒの歪みを補正できるので、空中像Ｒの表示品位を向上させることができる。

【0044】

画像光を反射する反射素子を含んで構成され、利用者に実像を視認させる空中像表示装置では、実像の歪んだ部分に輝度低下が発生し、歪みが大きくなるほど輝度低下が顕著になることを発明者らは見出した。コントローラ３０は、歪み補正テーブルに基づいて、表示装置１０の各画素の輝度を変更してよい。コントローラ３０は、歪み補正テーブルによって対応付けられている前画像の各画素の位置と後画像の各画素の位置との間の距離（以下、歪み距離とも称される）に基づいて、表示装置１０の各画素の輝度を変更してよい。例えば、歪み補正テーブルにおいて、後画像における座標（５，０）に位置する画素が前画像における座標（７，２）に位置する画素に対応付けられている場合、歪み距離ｄは、例えば、ｄ＝［（５－７）^２＋（０－２）^２］^１／２で与えられるユークリッド距離であってよい。

【0045】

コントローラ３０は、例えば、歪み距離ｄが０である後画像の画素の輝度を変更せず、歪み距離ｄが０より大きい後画像の画素の輝度を増加させるように、表示装置１０の輝度を変更してよい。これにより、空中像Ｒの歪みを補正し、かつ空中像Ｒの輝度を均一化することができるので、空中像Ｒの表示品位を効果的に向上させることができる。コントローラ３０は、歪み距離ｄが大きくなるほど輝度の増加量を大きくしてよい。

【0046】

歪み補正テーブルは、歪み距離ｄを格納してよいし、歪み距離ｄを格納しなくてよい。歪み距離ｄが歪み補正テーブルに格納されていない場合、コントローラ３０は、歪み補正テーブルによって対応付けられている前画像の各画素の位置と後画像の各画素の位置とに基づいて、歪み距離ｄを算出してよい。コントローラ３０が算出する歪み距離ｄは、前画像の各画素の座標と後画像の各画素の座標との間のユークリッド距離又はマンハッタン距離等であってよい。歪み距離ｄが前画像の各画素の座標と後画像の各画素の座標との間のマンハッタン距離である場合、コントローラ３０の処理負担を軽減できるため、利用者の眼５の位置に応じて、空中像Ｒの輝度を眼５の位置の変化に追随して高速に均一化することが可能となる。その結果、空中像Ｒの表示品位を向上させることができる。

【0047】

空中像表示装置１は、以下の他の実施形態としてもよい。カメラ４０は、利用者の眼５の瞳孔の画像を取得するように利用者を撮影し、コントローラ３０は、瞳孔が大きくなるように変化した場合、表示装置１０に表示させる画像の輝度を向上させる制御を行ってもよい。利用者の瞳孔が大きくなるように変化した場合、利用者は画像または画像の一部を注視していることになる。このとき、表示装置１０に表示させる画像の輝度を向上させることによって、利用者が画像または画像の一部を視認することを容易にする。その結果、例えば利用者が乗り物に搭乗している場合であれば、利用者が危険を回避することが容易になる。画像の輝度の向上率は１倍を超え１０倍程度以下であってもよいが、この範囲に限らない。また、利用者が画像のどの部位を注視しているかを検出することにより、利用者が注視している画像の一部のみの輝度を向上させてもよい。

【0048】

カメラ４０は、利用者の眼５の瞳孔の画像を取得するように利用者を撮影し、コントローラ３０は、瞳孔が大きくなるように変化した場合、表示装置１０に表示させる画像を拡大させる制御を行ってもよい。この場合も上記と同様の効果を奏し、例えば利用者が乗り物に搭乗している場合であれば、利用者が危険を回避することが容易になる。画像の拡大率は１倍を超え３倍程度以下であってもよいが、この範囲に限らない。また、利用者が画像のどの部位を注視しているかを検出することにより、利用者が注視している画像の一部のみを拡大させてもよい。

【0049】

カメラ４０は、利用者の眼５の瞳孔の画像を取得するように利用者を撮影し、コントローラ３０は、瞳孔が大きくなるように変化した場合、表示装置１０に表示させる画像のコントラストを向上させる制御を行ってもよい。この場合も上記と同様の効果を奏し、例えば利用者が乗り物に搭乗している場合であれば、利用者が危険を回避することが容易になる。画像のコントラストの向上率は１倍を超え２倍程度以下であってもよいが、この範囲に限らない。また、利用者が画像のどの部位を注視しているかを検出することにより、利用者が注視している画像の一部のみのコントラストを向上させてもよい。

【0050】

カメラ４０は、利用者の眼の瞳孔の画像を取得するように利用者を撮影し、コントローラ３０は、瞳孔が大きくなるように変化した場合、表示装置１０に表示させる画像のフレーム周波数を向上させる制御を行ってもよい。この場合も上記と同様の効果を奏し、例えば利用者が乗り物に搭乗している場合であれば、利用者が危険を回避することが容易になる。画像のフレーム周波数の向上率は１倍を超え８倍程度以下であってもよいが、この範囲に限らない。例えば、元の画像のフレーム周波数が３０Ｈｚであった場合、画像のフレーム周波数を、３０Ｈｚを超え２４０Ｈｚ程度以下としてもよい。

【0051】

空中像表示装置１は、例えば図２に示すように、第２反射素子５０をさらに備えてよい。第２反射素子５０は、表示装置１０と第１反射素子２０との間の画像光Ｌの光路上に位置してよい。第２反射素子５０は、表示装置１０から出射された画像光Ｌの一部を第１反射素子２０に向かって透過させ、第１反射素子２０によって反射された画像光Ｌの一部を反射させてよい。第２反射素子５０は、例えばハーフミラー、ワイヤグリッド偏光子、反射型偏光板、又はビームスプリッタ等であってよい。

【0052】

第２反射素子５０を配置することで、表示装置１０及び第１反射素子２０の配置の自由度を向上させることができ、例えば、第１反射素子２０を利用者の前方視界を妨げない位置に配置することができる。これにより、空中像表示装置１を車両、船舶及び航空機等の移動体に搭載することが可能となる。

【0053】

空中像表示装置１は、表示装置１０が液晶表示装置であり、かつ第２反射素子５０が偏光子又は偏光板である場合、液晶表示装置の第１偏向板の偏光方向と第２反射素子５０の偏光方向とが略平行となるように構成されてよい。これにより、第２反射素子５０における画像光Ｌの透過率を高めることができるため、空中像表示装置１の光利用率を高めることができる。その結果、空中像Ｒを高輝度化することができ、空中像Ｒの表示品位を向上させることができる。あるいは、光源装置１１の光量を減らし、空中像表示装置１の消費電力を低減することができる。

【0054】

空中像表示装置１は、例えば図３に示すように、表示装置１０を移動させる駆動装置６０を備えてよい。駆動装置６０は、表示装置１０を表示面１０ａに直交する方向と平行に移動させてよい。駆動装置６０は、モータ又は圧電素子等によって表示装置１０を移動させてよい。駆動装置６０は、コントローラ３０によって制御されてよい。

【0055】

空中像表示装置１は、駆動装置６０を備えることで、表示装置１０と第１反射素子２０との間の距離を変更することができるため、利用者が視認する空中像Ｒの結像位置（飛び出し距離ともいう）及び利用者が視認する空中像Ｒのサイズを変更することが可能となる。空中像表示装置１では、空中像Ｒの飛び出し距離を変更すると、飛び出し距離の変更に伴って、空中像Ｒのサイズが変更される。表示装置１０の表示面１０ａに表示する画像（のサイズ）を縮小することで、空中像Ｒの飛び出し距離のみを変更することができる。

【0056】

空中像表示装置１は、例えば図４に示すように、駆動装置６０に代えて、レンズ７０を備えてよい。レンズ７０は、表示装置１０と第１反射素子２０との間の画像光Ｌの光路上に位置してよい。空中像表示装置１が第２反射素子５０を備える場合、レンズ７０は、表示装置１０と第２反射素子５０との間の画像光Ｌの光路上に位置してよい。これにより、空中像Ｒの飛び出し距離及び空中像Ｒのサイズを変更することができる。

【0057】

空中像表示装置１は、レンズ７０を平行移動又は回動させるレンズ駆動装置（図示せず）を備えてよい。レンズ駆動装置は、レンズ７０を画像光Ｌの光路に挿入し、画像光Ｌの光路から離脱させうるように構成されてよい。レンズ駆動装置は、コントローラ３０によって制御されてよい。

【0058】

レンズ７０は、例えば両凸レンズ、平凸レンズ、両凹レンズ、平凹レンズ等であってよい。レンズ７０のレンズ面は、球面形状を含んでよいし、非球面形状を含んでよいし、自由曲面形状を含んでよい。レンズ７０は、レンズ面の一部又は全部にレンズ面における光の反射を抑制する反射抑制膜が形成されていてよい。これにより、空中像表示装置１の光利用率を高めることができる。その結果、空中像Ｒを高輝度化することができ、空中像Ｒの表示品位を向上させることができる。

【0059】

空中像表示装置１は、移動体に搭載されてよい。空中像表示装置１の位置は、移動体の内部及び外部において任意である。例えば、空中像表示装置１は、移動体のダッシュボード内に位置してよい。

【0060】

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

【0061】

空中像表示装置１がカメラ４０を含んでいる場合、カメラ４０は移動体に取り付けられてよい。カメラ４０は、移動体の利用者（運転者）の顔又は上半身などがあると想定される空間を撮像するように構成される。カメラ４０の取り付け位置は、移動体の内部及び外部において任意である。カメラ４０は、例えば、移動体のダッシュボード内に位置してよいし、ダッシュボード上に位置してよい。カメラ４０は、例えば、エアダクト等の他のデバイス中に位置してよい。

【0062】

空中像表示装置１を搭載した移動体は、利用者に高い表示品位の空中像Ｒを視認させることができる。空中像Ｒは、移動体の速度又は姿勢に関する情報、及び、エンジン又はモータ等の原動機の状態に関する情報を含んでよい。

【0063】

本開示において「第１」及び「第２」等の記載は、当該構成を区別するための識別子である。本開示における「第１」及び「第２」等の記載で区別された構成は、当該構成における番号を交換することができる。例えば、第１反射素子は、第２反射素子と識別子である「第１」と「第２」とを交換することができる。識別子の交換は同時に行われる。識別子の交換後も当該構成は区別される。識別子は削除してよい。識別子を削除した構成は、符号で区別される。本開示における「第１」及び「第２」等の識別子の記載のみに基づいて、当該構成の順序の解釈、小さい番号の識別子が存在することの根拠に利用してはならない。

【0064】

本開示の係る空中像表示装置は、次の実施の態様（１）～（１４）が可能である。

【0065】

（１）画像光として伝播する画像を表示する表示装置と、
前記画像光を反射し、利用者の視野に実像を結像する第１反射素子と、
前記利用者の眼の位置に応じて前記表示装置の輝度を変更するコントローラと、を備える、空中像表示装置。

【0066】

（２）上記（１）に記載の空中像表示装置であって、
前記表示装置は、表示パネルと光源装置とを含む、空中像表示装置。

【0067】

（３）上記（２）に記載の空中像表示装置であって、
前記コントローラは、前記利用者の眼の位置に応じて前記光源装置を制御して、前記表示装置の輝度を変更する、空中像表示装置。

【0068】

（４）上記（１）～（３）のいずれか１項に記載の空中像投影装置であって、
前記コントローラは、前記利用者の眼の位置に応じて前記表示装置に表示する画像を制御する、空中像表示装置。

【0069】

（５）上記（４）に記載の空中像表示装置であって、
前記コントローラは、前記表示装置に表示させる画像の歪み補正用テーブルを有し、前記利用者の眼の位置に応じた歪み補正用テーブルに基づいて、前記表示装置の輝度を変更する、空中像表示装置。

【0070】

（６）上記（１）～（５）のいずれか１項に記載の空中像表示装置であって、
前記利用者を撮像可能なカメラをさらに備える、空中像表示装置。

【0071】

（７）上記（６）に記載の空中像表示装置であって、
前記コントローラは、前記カメラによって撮像された前記利用者の像に基づいて、前記利用者の眼の予測位置を算出し、算出した眼の予測位置に応じて前記表示装置の輝度を変更する、空中像表示装置。

【0072】

（８）上記（６）に記載の空中像表示装置であって、
前記カメラは、前記利用者の眼の瞳孔の画像を取得するように前記利用者を撮影し、
前記コントローラは、前記瞳孔が大きくなるように変化した場合、前記表示装置に表示させる画像の輝度を向上させる、空中像表示装置。

【0073】

（９）上記（６）に記載の空中像表示装置であって、
前記カメラは、前記利用者の眼の瞳孔の画像を取得するように前記利用者を撮影し、
前記コントローラは、前記瞳孔が大きくなるように変化した場合、前記表示装置に表示させる画像を拡大する、空中像表示装置。

【0074】

（１０）上記（６）に記載の空中像表示装置であって、
前記カメラは、前記利用者の眼の瞳孔の画像を取得するように前記利用者を撮影し、
前記コントローラは、前記瞳孔が大きくなるように変化した場合、前記表示装置に表示させる画像のコントラストを向上させる、空中像表示装置。

【0075】

（１１）上記（６）に記載の空中像表示装置であって、
前記カメラは、前記利用者の眼の瞳孔の画像を取得するように前記利用者を撮影し、
前記コントローラは、前記瞳孔が大きくなるように変化した場合、前記表示装置に表示させる画像のフレーム周波数を高くする、空中像表示装置。

【0076】

（１２）上記（１）～（１１）のいずれか１項に記載の空中像表示装置であって、
前記表示装置と前記第１反射素子との間の前記画像光の光路上に第２反射素子をさらに備える、空中像表示装置。

【0077】

（１３）上記（１２）に記載の空中像表示装置であって、
前記第２反射素子は、前記表示装置から出射された前記画像光の一部を前記第１反射素子に向かって透過させ、前記第１反射素子によって反射された前記画像光の一部を反射させる、空中像表示装置。

【0078】

（１４）上記（１）～（１３）のいずれか１項に記載の空中像表示装置であって、
前記表示装置を移動させる駆動装置をさらに備える、空中像表示装置。

【0079】

本開示の一実施形態の空中像表示装置によれば、利用者が視認する空中像の表示品位を向上させることができる。

【0080】

本開示は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施できる。したがって、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、本開示の範囲は請求の範囲に示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、請求の範囲に属する変形や変更は全て本開示の範囲内のものである。

【符号の説明】

【0081】

１ 空中像表示装置
５ 眼
１０ 表示装置
１０ａ 表示面
１１ 光源装置
１２ 表示パネル
２０ 第１反射素子（凹面鏡）
２０ａ 反射面
３０ コントローラ
４０ カメラ
５０ 第２反射素子
６０ 駆動装置
７０ レンズ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】