JP2016212338A - ヘッドアップディスプレイ - Google Patents

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Abstract

【課題】体表示に含まれる情報の差別化を容易にし、立体感のある表示ができる。【解決手段】所定の角度３３０を有するように設けられ、虚像をそれぞれ表示可能な第一虚像表示面３１０及び第二の虚像表示面３２０を生成し、少なくとも第一の虚像表示面３１０に対応する第一の画像生成部１０の第一の表示面１３、または第一の画像生成部１０から出射される第一の表示光２１０を透過反射部２に向ける反射部３０、のいずれかを回転させることで第一の虚像表示面３１０と第二の虚像表示面３２０とのなす角度３３０を変化させる。【選択図】 図７Ｂ

Description

本発明は、虚像を表示するヘッドアップディスプレイに関するものである。
ヘッドアップディスプレイは、自車両前方の風景（実景）に重畳画像を重ねて表示することで、実景に情報などを付加したり、実景における特定の対象を強調したりする拡張現実（ＡＲ：Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）を生成し、車両運転する視認者の視線移動を極力抑えつつ、所望の情報を的確に提供することで、安全で快適な車両運行に寄与するものである。
例えば特許文献１は、２つの画像表示部を備え、これらの画像表示部に画像を表示することで、仮想的な２つの虚像表示面上に虚像を生成するヘッドアップディスプレイを開示し、このヘッドアップディスプレイは、第一、第二の画像表示部の表示面を視認者の視線軸に対して異なる角度でそれぞれ配置することで、第一、第二の画像表示部により生成される２つの虚像表示面の視認角度を異ならせている。具体的には、このヘッドアップディスプレイは、一方の虚像表示面を視認者の視線に対して概ね垂直となるように生成し、他方の虚像表示面をもう一方の虚像表示面より水平方向に傾いて生成する。すなわち、２つの虚像表示面は、平行ではなく、所定の角度を有する。このように２つの虚像表示面を所定の角度だけ傾けて生成することで、それぞれの虚像表示面に虚像を表示した場合、視認者は、前記虚像を立体的に認識することができる。
特開２０１２−０３７２４１号公報
しかしながら、特許文献１に開示されるヘッドアップディスプレイにおいて、２つの虚像表示面の間の角度は固定となっている。したがって、例えば、車両の加減速などの挙動により車両のピッチ角が変化した場合でも、２つの虚像表示面の間の角度は維持されたままであり、車両外の実景に対して表示位置がずれて視認されるのみである。このように、車両の姿勢（ピッチ角）が変化した場合でも２つの虚像表示面に表示されたそれぞれの虚像が同じように実景に対してずれた場合、どちらが一方の虚像表示面に表示された情報で、どちらが他方の虚像表示面に表示された情報であるか認識しづらくなってしまう。すなわち、虚像表示面それぞれに表示される情報を区別して認識しづらくなってしまい、立体的な印象が薄れてしまうという問題があった。
図１１には、車両のピッチ角が変化した際の虚像表示面の位置を表す例として、３つの車両のピッチ角の状態の例が示されている。図１１（ａ）は、車両のピッチ角が概ね路面に平行である場合の第一の虚像表示面５２１ｒ及び第二の虚像表示面５２２ｒの位置を示し、図１１（ｂ）は、車両のピッチ角が路面よりも鉛直方向の上側に向いた場合の第一の虚像表示面５２１ｕ及び第二の虚像表示面５２２ｕの位置を示し、図１１（ｃ）は、車両のピッチ角が路面よりも鉛直方向の下側に向いた場合の第一の虚像表示面５２１ｄ及び第二の虚像表示面５２２ｄの位置を示している。従来のヘッドアップディスプレイは、第一の虚像表示面５２１と第二の虚像表示面５２２との相対的な角は変化しない。そのため、視認している情報のうち、どちらが第一の虚像表示面５２１（第二の虚像表示面５２２）に表示されたものかが認識しづらく、立体的な印象が薄れてしまっていた。
本発明の１つの目的は、立体表示に含まれる情報の差別化を容易にし、立体感のある表示ができるヘッドアップディスプレイを提供することである。
本発明は、前記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明のヘッドアップディスプレイは、所定の角度を有するように設けられ、虚像をそれぞれ表示可能な第一、第二の虚像表示面を生成し、少なくとも第一の虚像表示面に対応する第一の画像生成部の第一の表示面、または前記第一の画像生成部から出射される第一の表示光を透過反射部に向けるリレー光学系、のいずれかを回転させることで第一の虚像表示面と前記第二の虚像表示面とのなす角度を変化させる。これにより、本発明のヘッドアップディスプレイは、第一の虚像表示面と前記第二の虚像表示面とのなす角度を変化させることで、視認する情報のうちどれが第一の虚像表示面（第二の虚像表示面）に表示された情報であるか視認者に認識させることができるため、第一、第二の虚像表示面のそれぞれに表示される虚像をより立体的に認識させることができる、ことをその要旨とする。
本発明におけるヘッドアップディスプレイは、車両に搭載され、透過反射部に表示光を投影することで、仮想的な第一の虚像表示面上と第二の虚像表示面上とにそれぞれ虚像を表示可能なヘッドアップディスプレイであって、前記第一の虚像表示面に対応する第一の表示面を有し、前記第一の表示面から前記虚像を表示する第一の表示光を発する第一の画像表示部と、前記第二の虚像表示面に対応する第二の表示面を有し、前記第二の表示面から前記虚像を表示する第二の表示光を発する第二の画像表示部と、前記第一、第二の画像表示部が発する前記第一、第二の表示光を前記透過反射部に向けるリレー光学系と、少なくとも前記第一の表示面または前記リレー光学系のいずれかを回転させ、前記第一の虚像表示面が生成される実空間上における角度を調整可能なアクチュエータと、前記アクチュエータを制御し、前記第一の虚像表示面と前記第二の虚像表示面とのなす角度を変化させる制御部と、を備えるものである。
立体表示に含まれる情報の差別化を容易にし、立体感のある表示ができる。
本発明のヘッドアップディスプレイが生成する第一の虚像表示面と第二の虚像表示面の例を説明する図である。 運転席から車両の前方を向いた場合の、実景と図１に示されるヘッドアップディスプレイが表示する虚像とが視認される様子の例を示す図である。 図１に示されるヘッドアップディスプレイの構成の例を示す図である。 図２に示される第一のスクリーンに第一の画像が表示された例を示す図である。 図２に示される制御部の構成の例を示す図である。 図２に示されるヘッドアップディスプレイの動作を説明するフローチャートである。 図２に示されるヘッドアップディスプレイにより、車両のピッチ角が概ね路面に平行である場合の第一、第二の虚像表示面がなす角度の例を説明する図であり、（ａ）が車両のピッチ角の例を示し、（ｂ）が反射部の角度の例を示し、（ｃ）が第一、第二の虚像表示面の配置を示す図である。 図２に示されるヘッドアップディスプレイにより、車両のピッチ角が鉛直方向の上側に向いた場合の第一、第二の虚像表示面がなす角度の例を説明する図であり、（ａ）が車両のピッチ角の例を示し、（ｂ）が反射部の角度の例を示し、（ｃ）が第一、第二の虚像表示面の配置を示す図である。 図２に示されるヘッドアップディスプレイにより、車両のピッチ角が鉛直方向の下側に向いた場合の第一、第二の虚像表示面がなす角度の例を説明する図であり、（ａ）が車両のピッチ角の例を示し、（ｂ）が反射部の角度の例を示し、（ｃ）が第一、第二の虚像表示面の配置を示す図である。 図２に示される第一の画像表示部の第一の表示面において、車両のピッチ角が概ね路面に平行である場合の使用領域の例を説明する図である。 図２に示される第一の表示面において、車両のピッチ角が鉛直方向の上側に向いた場合の使用領域の例を説明する図である。 図２に示される第一の表示面において車両のピッチ角が鉛直方向の下側に向いた場合の使用領域の例を説明する図である。 図２のヘッドアップディスプレイにおいて、車両の姿勢に応じた第一、第二の虚像表示面の配置を説明する図である。 運転席から車両の前方を向いた場合の、実景と図２に示されるヘッドアップディスプレイの変形例が表示する虚像とが視認される様子の例を示す図である。 従来のヘッドアップディスプレイにおいて、車両の姿勢に応じた第一、第二の虚像表示面の配置を説明する図である。
以下に説明する実施形態は、本発明を容易に理解するために用いられ、当業者は、本発明が以下に説明される実施形態によって不当に限定されないことを留意すべきである。
図１を参照して、本発明のヘッドアップディスプレイ（以下、ＨＵＤと記載）１００が生成する仮想的な第一の虚像表示面３１０、第二の虚像表示面３２０について説明する。以下の説明を容易にするために、図１に示されるように、実空間において、例えば、車両１の前方を向いた左右方向をＸ軸（右方向がＸ軸正方向）に規定し、鉛直方向をＹ軸（鉛直方向上側がＹ軸正方向）に規定し、前後方向をＺ軸（後方向がＺ軸正方向）に規定する。
図１に示すように、ＨＵＤ１００は、例えば、車両（移動体の一適用例）１のダッシュボード３内に収納される。例えばＨＵＤ１００は、車両１のフロントウインドシールド（透過反射部の一例）２の一部に車両情報等を示す表示光２００（第一の表示光２１０及び第二の表示光２２０）を投影する。フロントウインドシールド２は、第一の表示光２１０及び第二の表示光２２０を視認者側に向けて反射することで所定のアイボックス（図示しない）を生成する。視認者は、視点（視認者の眼の位置）４を前記アイボックス内におくことで、フロントウインドシールド２を介した前方に、ＨＵＤ１００が仮想的に生成した第一の虚像表示面３１０、第二の虚像表示面３２０上で第一の虚像３１１、第二の虚像３２１を視認することができる。
図１に示される第一の虚像表示面３１０は、例えば、第一の虚像表示面３１０の中心と視点４とを結ぶ線を視線軸４ａとすると、第一の虚像表示面３１０の中心から視認者側の表示領域と視線軸４ａとのなす角３１０ａが鋭角となるように設けられ、路面５の所定の範囲（図１の位置５ａから５ｂ）に亘って重畳して視認される第一の虚像３１１を表示する。具体的に例えば、第一の虚像表示面３１０は、図１の路面５（Ｘ−Ｚ平面からなる水平方向）に平行であり、前記アイボックスから前方方向（車両１の進行方向）に２０ｍ離れた位置５ａから５０ｍ離れた位置５ｂに亘って重なって視認されるように設けられる。なお、第一の虚像表示面３１０は、図１の路面５に平行となる角度から±５度程度傾いて設けられてもよい。
また、図１に示される第二の虚像表示面３２０は、例えば、第二の虚像表示面３２０の中心と視点４とを結ぶ線を視線軸４ｂとすると、第二の虚像表示面３２０の中心から鉛直方向の下側の表示領域と視線軸４ｂとのなす角３２０ａが、第一の虚像表示面３１０と視線軸４ａとのなす角３１０ａより大きくなるように設けられ、第二の虚像３２１を表示する。具体的に例えば、第二の虚像表示面３２０は、図１の車両１の進行方向に垂直な方向（Ｘ−Ｙ平面）に概ね平行であり、前記アイボックスから前方方向（車両１の進行方向）の５ｍ〜１０ｍ離れた位置に視認されるように設けられる。なお、第二の虚像表示面３２０は、図１の車両１の進行方向に垂直な方向（Ｘ−Ｙ平面）に平行となる角度から±５度程度傾いて設けられてもよい。
図２は、図１に示されるＨＵＤ１００を備える車両１の運転席に座る視認者から見える風景及び第一の虚像３１１、第二の虚像３２１の例を示す図である。第一の虚像表示面３１０は、この表示面上に、例えば、車両１の経路を示す矢印などの第一の虚像３１１を実景（路面５）に重ねて視認させることで路面５に情報を付加し、第二の虚像表示面３２０は、この表示面上に、例えば、車両１の車速などの実景に直接関係しない第二の虚像３２１を表示する。
図１の車両１には、車両１の姿勢を検出する車両姿勢検出部６が搭載されている。車両姿勢検出部６は、例えば、三軸加速度センサ（図示しない）と、前記三軸加速度センサが検出した三軸加速度を解析することで、水平面を基準とした車両１のピッチ角（車両姿勢）を推定し、車両１のピッチ角に関する情報を含む車両姿勢情報ＧをＨＵＤ１００（制御部７０）に出力する。なお、車両姿勢検出部６は、前述した三軸加速度センサ以外に、車両１のサスペンション近傍に配置されるハイトセンサ（図示しない）で構成されてもよい。このとき、車両姿勢検出部６は、前記ハイトセンサが検出する車両１の地面からの高さを解析することで、前述したように車両１のピッチ角を推定し、車両１のピッチ角に関する情報を含む車両姿勢情報ＧをＨＵＤ１００（制御部７０）に出力する。また、車両姿勢検出部６は、車両１の外部を撮像する撮像カメラ（図示しない）と、この撮像画像を解析する画像解析部（図示しない）から構成されてもよい。このとき、車両姿勢検出部６は、前記撮像画像に含まれる風景の時間変化から車両１のピッチ角（車両姿勢）を推定する。なお、車両姿勢検出部６が、車両１のピッチ角を求める方法は、前述した方法に限定されず、公知のセンサや解析方法を用いて車両１のピッチ角を求めてもよい。
図３は、図１に示されるＨＵＤ１００の構成の例を示す図である。
図１のＨＵＤ１００は、例えば、第一の画像表示部１０、第二の画像生成部２０、反射部３０、アクチュエータ４０、表示合成部５０、凹面ミラー６０、及び制御部７０を有する。ＨＵＤ１００は、一般的に車両１のダッシュボードの中に収納されるが、第一の画像表示部１０、第二の画像生成部２０、反射部３０、アクチュエータ４０、表示合成部５０、凹面ミラー６０及び制御部７０の全部または一部がダッシュボードの外部に配置されてもよい。ＨＵＤ１００（制御部７０）は、車両１に搭載される車載ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）などからなるバス７に接続され、このバス７から車両情報の一部又は全部を入力することができる。
図３の第一の画像表示部１０は、例えば、ＤＭＤやＬＣｏＳなどの反射型表示デバイスを用いたプロジェクタなどからなる第一の投影部１１と、第一の投影部１１からの投影光を受光して第一の画像１４を表示し、この第一の画像１４を示す第一の表示光２１０を反射部３０に向けて出射する第一のスクリーン１２と、から主に構成される。第一の画像表示部１０は、後述する制御部７０から入力する画像データＤに基づき、第一のスクリーン（第一の表示面）１２に第一の画像１４を表示することで、視認者の前方に仮想的に生成される第一の虚像表示面３１０上に第一の虚像３１１を表示させる。
図４は、図３に示される第一のスクリーン（第一の表示面）１２を第一のスクリーン１２と反射部３０との間から視線軸４ａに沿って視認した例の図である。以下の説明の理解を容易にするため、図４に示されるように、視線軸４ａに沿った軸をｄｚ軸と規定し、第一のスクリーン１２の左右方向をｄｘ軸（左方向をｄｘ軸正方向）と規定し、第一のスクリーン１２の上下方向をｄｙ軸（下方向をｄｙ軸正方向）と規定する。図２で示される視認者が車両１の運転席から視認する第一の虚像３１１のＸ軸方向の位置は、図４に示される第一のスクリーン１２上に表示される第一の画像１４のｄｘ軸方向の位置に対応する。同様に、図２で示される視認者が車両１の運転席から視認する第一の虚像３１１のＹ軸方向の位置は、図４に示される第一のスクリーン１２上に表示される第一の画像１４のｄｙ軸方向の位置に対応する。なお、ＨＵＤ１００内の光学部材（第一の画像表示部１０、第二の画像生成部２０、反射部３０、アクチュエータ４０、表示合成部５０、凹面ミラー６０）などの配置などにより、前述した実空間上のＸＹＺ座標軸と、第一のスクリーン１２の説明で用いるｄｘｄｙｄｚ座標軸との関係は、前述した限りではない。
図３の第一のスクリーン１２は、図４に示されるように、第一の画像１４を表示可能な領域１３を有する。第一のスクリーン１２のうち、第一の画像１４を表示可能な領域１３を、例えば、第一の使用領域１３という。第一の虚像表示面３１０は、第一の画像表示部１０の第一の使用領域１３に対応しており、第一の虚像表示面３１０の大きさや実空間上における第一の虚像表示面３１０が生成される位置は、第一のスクリーン１２上の第一の使用領域１３の大きさや第一のスクリーン１２上における第一の使用領域１３の位置に応じて調整することが可能である。なお、第一のスクリーン１２の面は、例えば、第一のスクリーン１２の第一の使用領域１３の中心と視点４とを結ぶ線を視線軸４ａとすると、この視線軸４ａに対して所定の角度で傾いて配置される。
図３の第二の画像生成部２０は、前述の第一の画像表示部１０と同様に、例えば、ＤＭＤやＬＣｏＳなどの反射型表示デバイスを用いたプロジェクタなどからなる第二の投影部２１と、第二の投影部２１からの投影光を受光して第二の画像２４を表示し、この第二の画像２４を示す第二の表示光２２０を後述する表示合成部５０に向けて出射する第二のスクリーン２２と、から主に構成される。第一の画像表示部１０は、後述する制御部７０から入力する画像データＤに基づき、第二のスクリーン（第二の表示面）２２に第二の画像２４を表示することで、第二の虚像表示面３２０に第二の虚像３２１を表示させる。なお、第二のスクリーン２２は、第二の画像２４を表示可能な領域２３を有する。第二のスクリーン２２のうち、第二の画像２４を表示可能な領域２３を、例えば、第二の使用領域２３という。第二の虚像表示面３２０は、第二の画像生成部２０の第二の使用領域２３に対応しており、第二の虚像表示面３２０の大きさや実空間上における第二の虚像表示面３２０が生成される位置は、第二のスクリーン２２上の第二の使用領域２３の大きさや第二のスクリーン２２上における第二の使用領域２３の位置に応じて調整することが可能である。なお、第二のスクリーン２２の面は、例えば、第二のスクリーン２２の第二の使用領域２３の中心と視点４とを結ぶ線を視線軸４ｂとすると、この視線軸４ｂに対して所定の角度で傾いて配置される。
図３の反射部（リレー光学系）３０は、例えば、平板状の平面鏡で形成され、第一の画像表示部１０から視点４に向かう第一の表示光２１０の光路上に傾いて配置され、第一の画像表示部１０から出射された第一の表示光２１０を表示合成部５０に向けて反射する。反射部３０には、反射部３０を回転させるアクチュエータ４０が備えられている。なお、反射部３０は、平面ではなく、曲面を有していてもよい。
アクチュエータ４０は、例えば、ステッピングモータやＤＣモータなどであり、後述する制御部７０の制御のもと、後述する車両姿勢検出部６が検出する車両姿勢情報Ｇに基づいて反射部３０を回転させることで第一の虚像表示面３１０の角度及び位置を調整する。
図３の表示合成部（リレー光学系）５０は、例えば、透光性の基板の一方の表面に金属反射膜あるいは誘電体多層膜などの半透過反射層を形成した平面のハーフミラーなどで構成される。表示合成部５０は、反射部３０により反射された第一の画像表示部１０からの第一の表示光２１０を凹面ミラー６０に向けて反射し、第二の画像生成部２０からの第二の表示光２２０を凹面ミラー６０側に透過する。表示合成部５０の透過率は、例えば５０％だが、適宜調整することで第一の虚像３１１、第二の虚像３２１の輝度を調整してもよい。
図３の凹面ミラー６０は、例えば、第一の画像表示部１０及び第二の画像生成部２０から視点４に向かう第一の表示光２１０及び第二の表示光２２０の光路上に傾いて配置され、第一の画像表示部１０、第二の画像生成部２０から出射された第一の表示光２１０、第二の表示光２２０を、フロントウインドシールド２に向けて反射する。また、前述した第一の画像表示部１０の第一のスクリーン１２及び第二の画像生成部２０の第二のスクリーン２２は、凹面ミラー６０の焦点距離より凹面ミラー６０側に配置される。なお、より詳細に述べると、第一の画像表示部１０の第一のスクリーン１２及び第二の画像生成部２０は、凹面ミラー６０とフロントウインドシールド（透過反射部）２との光学特性を組み合わせた際の焦点距離よりも凹面ミラー６０側に配置される。これにより、第一のスクリーン１２及び第二のスクリーン２２に表示される第一の画像１４及び第二の画像２４が、第一の虚像３１１及び第二の虚像３２１として表示される。また、前述した第一の画像表示部１０の第一のスクリーン（第一の表示面）１２から凹面ミラー６０までの第一の表示光２１０の光路長は、第二の画像生成部２０の第二のスクリーン（第二の表示面）２２から凹面ミラー６０までの第二の表示光２２０の光路長より長くなるように配置され、これにより、第一の画像表示部１０により生成される第一の虚像３１１は、第二の画像生成部２０により生成される第二の虚像３２１より前記アイボックスから離れた位置に結像される。なお、凹面ミラー６０は、典型的には、第一の画像表示部１０及び第二の画像生成部２０が生成する第一の表示光２１０及び第二の表示光２２０をフロントウインドシールド（透過反射部）２と協働して拡大する機能、フロントウインドシールド２の曲面により生ずる第一の虚像３１１、第二の虚像３２１の歪みを補正し、歪みのない虚像を視認させる機能、第一の虚像３１１、第二の虚像３２１を視認者から所定の距離だけ離れた位置で結像させる機能を有する。
図５は、図３の制御部７０の概略構成例を示す。図５に示されるように、制御部７０は、例えば、処理部７１、記憶部７２及びインターフェース７３を含む。処理部７１は、例えばＣＰＵやＲＡＭで構成され、記憶部７２は、例えばＲＯＭで構成され、インターフェース７３は、バス７に接続される入出力通信インターフェースで構成される。例えば、インターフェース７３は、バス７を介して車両情報や後述する車両姿勢情報Ｇ等を取得することができ、記憶部７２は、入力した車両情報等に基づいて画像データＤを生成するためのデータ、及び入力した車両姿勢情報Ｇに基づいて駆動データＴを生成するためのデータを記憶することができ、処理部７１は、記憶部７２からのデータを読み取り、所定の動作を実行することで画像データＤ及び駆動データＴを生成することができる。なお、インターフェース７３は、例えば、バス７を介して車両姿勢検出部６から車両１の姿勢に関する情報を含む車両姿勢情報Ｇを取得することができ、本発明の請求項に記載の車両姿勢情報取得手段としての機能も有する。なお、制御部７０は、ＨＵＤ１００の内部にあってもよく、その一部または全部の機能がＨＵＤ１００の外側の車両１側に設けられてもよい。
図６は、本実施形態のＨＵＤ１００の動作の例を示すフローチャートである。ＨＵＤ１００は、例えば、車両１が起動されたとき、又は、車両１の電子機器に電力が供給されたとき、又は、車両１の起動または車両１の電子機器の電力供給から所定時間経過したときに以下に説明する処理を開始する。
ステップＳ０１では、制御部７０は、車両姿勢検出部６から車両１の車両姿勢に関する情報を含む車両姿勢情報Ｇを取得する。
ステップＳ０２では、制御部７０が、ステップＳ０１で取得した車両姿勢情報Ｇに対応するアクチュエータ４０の駆動量を含む駆動データＴを決定する。具体的には、制御部７０は、記憶部７２に予め記憶されたテーブルデータを読み出し、ステップＳ０１で取得した車両姿勢情報Ｇに対応する駆動データＴを決定する。なお、ステップＳ０２で、制御部７０は、車両姿勢情報Ｇから駆動データＴを予め設定された算出式を用いて演算により求めてもよい。
ステップＳ０３では、制御部７０は、ステップＳ０２で決定した駆動データＴに基づいてアクチュエータ４０を駆動する。制御部７０は、アクチュエータ４０を駆動し、第一の画像表示部１０が出射する第一の表示光２１０の光路上に位置する反射部３０を回転させることで、第二の虚像表示面３２０に対する第一の画像表示部１０の相対的な角度３３０を変化させる。具体的に例えば、制御部７０は、車両１の車両姿勢が変化した場合であっても第一の虚像表示面３１０が路面５に平行となるようにアクチュエータ４０を制御し、反射部３０を回転させてもよい。
図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃは、本実施形態のＨＵＤ１００が生成する第一の虚像表示面３１０と第二の虚像表示面３２０とがなす角度３３０を変化させる様子を示した図である。図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃにおける（ａ）は、車両１のピッチ角がＸＺ平面からなる路面５に対してどの程度傾いているかのピッチ角（車両姿勢）を示した図であり、（ｂ）は、（ａ）に示される車両姿勢に基づいて反射部３０をどのように回転させるかを示した図であり、（ｃ）は、（ａ）に示される車両姿勢に基づいて第一の虚像表示面３１０と第二の虚像表示面３２０とのなす角度３３０を示す図である。
図７Ａは、車両１が路面５に対して平行である車両姿勢１ｒの場合の第一の虚像表示面３１０と第二の虚像表示面３２０とがなす角度３３０を示す図である。図７Ａの（ａ）に示されるように、車両１が路面５に対して平行である車両姿勢１ｒの場合、反射部３０は、例えば、図６に示されるステップＳ０２で決定された駆動データＴに基づいた図７Ａの（ｂ）に示される角度３０ｒとなり、第一の虚像表示面３１０は、例えば、図７Ａの（ｃ）に示されるように路面５に対して概ね平行となるように調整され、第一の虚像表示面３１０と第二の虚像表示面３２０とがなす角度３３０は、概ね９０度の角度３３０ｒとなる。図７Ａの（ａ）に示される車両１が路面５に対して平行である車両姿勢１ｒを、以下では、基準車両姿勢１ｒとも呼ぶ。また、図７Ａの（ｂ）に示される反射部３０の角度３０ｒを基準角度３０ｒとも呼ぶ。また、図７Ａの（ｃ）に示されるような第一の虚像表示面３１０と第二の虚像表示面３２０とがなす角度３３０ｒを、以下では、基準角度３３０ｒとも呼ぶ。
図７Ｂは、車両１の前方が鉛直方向の上側に傾いた場合の第一の虚像表示面３１０と第二の虚像表示面３２０とがなす角度３３０を示す図である。図７Ｂの（ａ）に示されるように、車両１の前方が基準車両姿勢１ｒよりも鉛直方向の上側に傾いた車両姿勢１ｕの場合、反射部３０は、例えば、図６に示されるステップＳ０２で決定された駆動データＴに基づいて、図７Ｂの（ｂ）に示されるように、基準角度３０ｒに対して時計回り（ＣＷ方向）に回転した角度３０ｕとなり、第一の虚像表示面３１０は、例えば、図７Ｂの（ｃ）に示されるように路面５に対して概ね平行となるように調整され、第一の虚像表示面３１０と第二の虚像表示面３２０とがなす角度３３０は、基準角度３３０ｒより大きい角度３３０ｕとなる。
図７Ｃは、車両１の前方が鉛直方向の下側に傾いた場合の第一の虚像表示面３１０と第二の虚像表示面３２０とがなす角度３３０を示す図である。図７Ｃの（ａ）に示されるように、車両１の前方が基準車両姿勢１ｒよりも鉛直方向の下側に傾いた車両姿勢１ｄの場合、反射部３０は、例えば、図６に示されるステップＳ０２で決定された駆動データＴに基づいて、図７Ｃの（ｂ）に示されるように、基準角度３０ｒに対して反時計回り（ＣＣＷ方向）に回転した角度３０ｄとなり、第一の虚像表示面３１０は、例えば、図７Ｃ（ｃ）に示されるように路面５に対して概ね平行となるように調整され、第一の虚像表示面３１０と第二の虚像表示面３２０とがなす角度３３０は、基準角度３３０ｒより小さい角度３３０ｄとなる。
ここで、図７Ａ（ｃ）、図７Ｂ（ｃ）、図７Ｃ（ｃ）を参照すると、第一の虚像表示面３１０と第二の虚像表示面３２０とのなす角度３３０が、車両１の車両姿勢に応じて変化している。図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃに示される例のように、例えば、車両１の前方が鉛直方向の上側にいくにつれて、第一の虚像表示面３１０と第二の虚像表示面３２０とがなす角度３３０が大きくなる。その一方で、例えば、車両１の前方が鉛直方向の下側にいくにつれて、第一の虚像表示面３１０と第二の虚像表示面３２０とがなす角度３３０が大きくなる。
その結果、車両１の車両姿勢に基づいて、第一の虚像表示面３１０と第二の虚像表示面３２０とがなす角度３３０が変化するため、視認する虚像のうちどれが第一の虚像表示面３１０または第二の虚像表示面３２０に表示された情報であるか視認者に認識させることができるため、第一の虚像表示面３１０、第二の虚像表示面３２０のそれぞれに表示される第一の虚像３１１、第二の虚像３２１とをより立体的に認識させることができる。
また、本実施形態のＨＵＤ１００において、第一の虚像表示面３１０は、第二の虚像表示面３２０より水平方向に傾いて生成され、アクチュエータ４０の駆動により、実景に対する角度が調整される。水平方向に傾いた虚像表示面（第一の虚像表示面３１０）の実景に対する角度調整は、鉛直方向に傾いた虚像表示面（第一の虚像表示面３１０）の実景に対する角度調整よりも、虚像表示面の一定の角度変化に対する視認者に与える印象が大きい。したがって、水平方向に傾いた虚像表示面（第一の虚像表示面３１０）を角度調整することにより、第一の虚像表示面３１０に表示される第一の虚像３１１と、第二の虚像表示面３２０に表示される第二の虚像３２１と、を区別しやすくなり、第一の虚像表示面３１０、第二の虚像表示面３２０のそれぞれに表示される第一の虚像３１１、第二の虚像３２１とをより立体的に認識させることができる。
これより、本発明の実施形態の変形例を説明する。以上の説明では、第一の表示光２１０と第二の表示光２２０とを同じ方向に向ける表示合成部５０までの第一の表示光２１０の光路上に位置する反射部３０をアクチュエータ４０により回転させることで、第一の虚像表示面３１０と第二の虚像表示面３２０とがなす角度３３０を変化させたが、表示合成部５０をアクチュエータ４０により回転させてもよい。この場合においても、前述した反射部３０を回転させるものと同様に、第二の虚像表示面３２０の角度を調整させずに、実景に対する第一の虚像表示面３１０の角度のみを調整することができる。
なお、反射部３０または表示合成部５０を回転させることで、実景に対する第一の虚像表示面３１０の角度を調整した場合、図２に示す視認者が運転席から見る第一の虚像表示面３１０の鉛直方向の実景に対する相対位置が変化してしまう。図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃは、車両１の姿勢変化に基づいて反射部３０または表示合成部５０を回転させることで実景に対する第一の虚像表示面３１０の鉛直方向の位置が変化してしまう問題に対応したＨＵＤ１００の第一の画像表示部１０の動作を説明する図であり、第一のスクリーン１２上の第一の使用領域１３の位置及び第一の使用領域１３の大きさの変化を示す図である。図９は、図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃに示される第一の画像表示部１０により生成される第一の虚像表示面３１０（第一の虚像表示面３１０ｒ、第一の虚像表示面３１０ｕ、第一の虚像表示面３１０ｄ）を示した図である。
制御部７０は、車両１のピッチ角に基づいて、第一の画像表示部１０を制御することで、第一のスクリーン１２上で第一の画像１４を表示可能な第一の使用領域１３の位置及び大きさを変化させることが可能である。以下に車両１のピッチ角と第一のスクリーン１２上の第一の使用領域１３の位置及び大きさとの関係について説明する。
図８Ａは、車両１の路面５に対するピッチ角が概ね平行である場合の第一のスクリーン１２上の第一の使用領域１３を表している。例えば、車両姿勢検出部６から取得される車両姿勢情報Ｇが、車両１の路面５に対するピッチ角が概ね平行であることを示すとき、第一の画像表示部１０は、第一のスクリーン１２における第一の使用領域１３の位置を図８Ａに示される第一の使用領域１３ｒに決定する。以下、図８Ａに示される、両１の路面５に対するピッチ角が概ね平行である場合の第一の使用領域１３ｒを第一の基準使用領域１３ｒとも呼ぶ。ＨＵＤ１００は、第一の画像表示部１０の第一の基準使用領域１３rに対応した図９に示される第一の虚像表示面３１０ｒを生成する。
図８Ｂは、車両１のピッチ角が路面５よりも鉛直方向の上側に向いた場合の第一のスクリーン１２上の第一の使用領域１３を表している。例えば、車両姿勢検出部６から取得される車両姿勢情報Ｇが、車両１のピッチ角が路面５よりも鉛直方向の上側に向いたことを示すとき、第一の画像表示部１０は、第一のスクリーン１２における第一の使用領域１３の位置を、図８Ｂに示される第一の使用領域１３ｕに決定する。
図８Ｂに示される第一の使用領域１３ｕは、第一の基準使用領域１３ｒと比較して、ｄｙ軸正方向側に位置する。また、図８Ｂに示される第一の使用領域１３ｕにおけるＩｙ軸方向の長さ１３１ｕは、第一の基準使用領域１３ｒにおけるＩｙ軸方向の長さ１３ｒと比較して、短くなっている。その結果、図９に示されるように、第一の使用領域１３ｕに対応する第一の虚像領域３１０ｕは、第一の基準使用領域１３ｒに対応する第一の基準虚像表示面３１０ｒと比較して、実空間上の鉛直方向上側（Ｙ軸正方向）かつ車両１の進行方向の後側（Ｚ軸正方向）に位置し、且つ、実空間上の車両１の進行方向における長さが短くなる。
すなわち、車両姿勢検出部６によって検出された車両姿勢情報Ｇに基づき、車両１のピッチ角が鉛直方向上側にいくにつれて、第一のスクリーン１２の第一の使用領域１３の位置がｄｙ軸正方向側に位置するように決定される。また、車両姿勢検出部６によって検出された車両姿勢情報Ｇに基づき、車両１のピッチ角が鉛直方向上側にいくにつれて、第一のスクリーン１２の第一の使用領域１３のｄｙ軸方向の長さが短くなるように決定される。その結果、車両１のピッチ角が鉛直方向上側にいくにつれて、第一の虚像表示面３１０は、実空間上の鉛直方向上側に位置し、且つ、実空間上の鉛直方向の長さが短くなる。
図８Ｃは、車両１のピッチ角が路面５よりも鉛直方向の下側に向いた場合の第一のスクリーン１２上の第一の使用領域１３を表している。例えば、車両姿勢検出部６から取得される車両姿勢情報Ｇが、車両１のピッチ角が路面５よりも鉛直方向の下側に向いたことを示すとき、第一の画像表示部１０は、第一のスクリーン１２における第一の使用領域１３の位置を、図８Ｃに示される第一の使用領域１３ｄに決定する。
図８Ｃに示される第一の使用領域１３ｄは、第一の基準使用領域１３ｒと比較して、ｄｙ軸負方向側に位置する。また、図８Ｂに示される第一の使用領域１３ｕにおけるＩｙ軸方向の長さ１３１ｄは、第一の基準使用領域１３ｒにおけるＩｙ軸方向の長さ１３ｒと比較して、長くなっている。その結果、図９に示されるように、第一の使用領域１３ｄに対応する第一の虚像領域３１０ｄは、第一の基準使用領域１３ｒに対応する第一の基準虚像表示面３１０ｒと比較して、実空間上の鉛直方向下側（Ｙ軸負方向）かつ車両１の進行方向の前側（Ｚ軸負方向）に位置し、且つ、実空間上の車両１の進行方向における長さが長くなる。
すなわち、車両姿勢検出部６によって検出された車両姿勢情報Ｇに基づき、車両１のピッチ角が鉛直方向下側にいくにつれて、第一のスクリーン１２の第一の使用領域１３の位置がｄｙ軸負方向側に位置するように決定される。また、車両姿勢検出部６によって検出された車両姿勢情報Ｇに基づき、車両１のピッチ角が鉛直方向下側にいくにつれて、第一のスクリーン１２の第一の使用領域１３のｄｙ軸方向の長さが長くなるように決定される。その結果、車両１のピッチ角が鉛直方向下側にいくにつれて、第一の虚像表示面３１０は、実空間上の鉛直方向下側に位置し、且つ、実空間上の車両１の進行方向における長さが長くなる。
以上に説明したように、車両１のピッチ角（車両姿勢）の変化に応じて、反射部３０を回転させ、第一の画像表示部１０の第一の使用領域１３の位置及びｄｙ軸の長さを調整することで、車両１のピッチ角（車両姿勢）の変化の前後において、第一の虚像表示面３１０と路面５とがなす角度が保持され、且つ、第一の虚像表示面３１０が重畳する路面５の位置５ａ〜５ｂが一定に保たれる。他方、第二の虚像表示面３２０は、車両１のピッチ角（車両姿勢）の変化の前後において、第一の虚像表示面３１０及び路面５とのなす角度や位置が変化する。したがって、第一の虚像表示面３１０に表示される第一の虚像３１１と、第二の虚像表示面３２０に表示される第二の虚像３２１と、を区別しやすくなり、第一の虚像表示面３１０、第二の虚像表示面３２０のそれぞれに表示される第一の虚像３１１、第二の虚像３２１とをより立体的に認識させることができる。
なお、第一の虚像表示面３１０と第二の虚像表示面３２０とがなす角度３３０の調整は、前述した車両１の車両姿勢の変化を契機とする以外に、車両１側から所定の信号を入力したこと、または車両１の外部から所定の情報を入力したこと、または、第一の虚像表示面３１０、第二の虚像表示面３２０の表示内容を切り替えたことなどを契機としてもよい。具体的に例えば、車両１に異常が発生したり、車外ネットワークからお勧めの経路が入力されたりした場合に、第一の虚像表示面３１０と第二の虚像表示面３２０とがなす角度３３０を変化させることで、第一の虚像表示面３１０に表示される第一の虚像３１１と、第二の虚像表示面３２０に表示される第二の虚像３２１と、を区別しやすくなり、第一の虚像表示面３１０、第二の虚像表示面３２０のそれぞれに表示される第一の虚像３１１、第二の虚像３２１とをより立体的に認識させることができ、視認者に対して情報をより印象深く伝達することが可能である。
また、本発明のＨＵＤ１００は、第一の画像表示部１０の表示面（第一のスクリーン１２）をアクチュエータ４０で回転させることで、第一の虚像表示面３１０と第二の虚像表示面３２０とのなす角度３３０を変化させてもよい。
なお、アクチュエータ４０は、反射部３０、表示合成部５０、第一の画像表示部１０の表示面（第一のスクリーン１２）の中心を回転軸ＡＸとする必要はなく、それぞれの光学部材の所定の位置（端部を含む）を回転軸ＡＸとしてもよい。また、それぞれの光学部材と離間した位置に回転軸ＡＸを設けてもよい。
図１０は、運転席から車両１の前方を向いた場合の、実景と図２に示されるＨＵＤ１００の変形例が表示する第一の虚像３１１、第二の虚像３２１とが視認される様子の例を示す図である。本発明のＨＵＤ１００は、図１０に示されるように、第一の画像表示部１０が生成する第一の虚像表示面３１０と、第二の画像生成部２０が生成する第二の虚像表示面３２０とが離間して視認されるようにしてもよい。具体的に例えば、この変形例におけるＨＵＤ１００は、第一の画像表示部１０から第一の表示光２１０が入射する表示合成部５０上の領域と、第二の画像表示部２０から第二の表示光２２０が入射する表示合成部５０上の領域と、を離間させることで構成されていてもよい。
また、上記実施形態では、第一の虚像表示面３１０を生成する第一の画像表示部１０と、第二の虚像表示面３２０を生成する第二の画像生成部２０とを設けていたが、画像表示部が単体であってもよい。この変形例におけるＨＵＤ１００は、単体の投影部（図示しない）からの投影光を複数のスクリーン（表示面）（図示しない）に投影し、一方の前記スクリーンをアクチュエータで回転させることで、第一の虚像表示面３１０と第二の虚像表示面３２０とのなす角度３３０を調整してもよい。
また、上記実施形態では、第一の虚像表示面３１０の実景に対する角度を調整することで、第一の虚像表示面３１０と第二の虚像表示面３２０とのなす角度３３０を調整していたが、第一の虚像表示面３１０と第二の虚像表示面３２０との双方の実景に対する角度をそれぞれ調整し、角度調整量を異ならせることで、第一の虚像表示面３１０と第二の虚像表示面３２０とのなす角度３３０を調整してもよい。
また、第一の画像表示部１０は、例えば、液晶表示素子などの透過型表示パネルや、有機ＥＬ素子などの自発光表示パネルや、レーザー光を走査する走査型表示装置などを適用してもよい。
１…車両、２…フロントウインドシールド（透過反射部）、３…ダッシュボード、４…視点、５…路面５、６…車両姿勢検出部、７…バス、１０…第一の画像表示部、２０…第二の画像生成部、３０…反射部（リレー光学系）、４０…アクチュエータ、５０…表示合成部（リレー光学系）、６０…凹面ミラー、７０…制御部、７１…処理部、７２…記憶部、７３…インターフェース（車両姿勢情報取得手段）、１００…ＨＵＤ（ヘッドアップディスプレイ）、２００…表示光、２１０…第一の表示光、２２０…第二の表示光、３１０…第一の虚像表示面、３１１…第一の虚像、３２０…第二の虚像表示面、３２１…第二の虚像、３３０…角度、ＡＸ…回転軸、Ｄ…画像データ、Ｇ…車両姿勢情報

Claims (9)

  1. 車両に搭載され、透過反射部に表示光を投影することで、仮想的な第一の虚像表示面上と第二の虚像表示面上とにそれぞれ虚像を表示可能なヘッドアップディスプレイであって、
    前記第一の虚像表示面に対応する第一の表示面を有し、前記第一の表示面から前記虚像を表示する第一の表示光を発する第一の画像表示部と、
    前記第二の虚像表示面に対応する第二の表示面を有し、前記第二の表示面から前記虚像を表示する第二の表示光を発する第二の画像表示部と、
    前記第一、第二の画像表示部が発する前記第一、第二の表示光を前記透過反射部に向けるリレー光学系と、
    少なくとも前記第一の表示面または前記リレー光学系のいずれかを回転させ、前記第一の虚像表示面が生成される実空間上における角度を調整可能なアクチュエータと、
    前記アクチュエータを制御し、前記第一の虚像表示面と前記第二の虚像表示面とのなす角度を変化させる制御部と、を備える、
    ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ。
  2. 前記第一の虚像表示面は、前記第二の虚像表示面より水平方向に傾いて生成される、
    ことを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
  3. 前記第一の虚像表示面は、前記第二の虚像表示面より前記視認者から離れた位置に生成される、
    ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ。
  4. 前記第一の虚像表示面は、水平方向に平行に配置される、
    ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ。
  5. 前記第一の虚像表示面と前記第二の虚像表示面とは、視認者から見て、離間して配置される、
    ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ。
  6. 前記車両の車両姿勢に関する情報を含む車両姿勢情報を取得する車両姿勢情報取得手段をさらに備え、
    前記制御部は、前記車両姿勢情報取得手段が取得した前記車両姿勢情報に基づき、前記アクチュエータを駆動する、
    ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ。
  7. 前記制御部は、前記車両姿勢情報取得手段が取得した前記車両姿勢の変化の大きさに応じて、前記アクチュエータの駆動量を大きくする、
    ことを特徴とする請求項６に記載のヘッドアップディスプレイ。
  8. 前記制御部は、前記車両姿勢情報取得手段が取得した前記車両姿勢の変化を取得した場合、前記第一の虚像表示面と前記車両が走行する路面とのなす角度が前記車両の挙動が発生する前の角度に維持されるように、前記アクチュエータを駆動する、
    ことを特徴とする請求項６または７のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ。
  9. 前記制御部は、前記車両姿勢情報取得手段が取得した前記車両姿勢の変化の大きさに応じて、前記第一の画像表示部の前記第一の表示面のうちの一部である前記画像の表示に使用する使用領域を決定する、
    ことを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ。
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