JP6421613B2 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明はヘッドアップディスプレイ装置に関する。

従来、画像を表す光を車両のウインドシールドに投射し、ウインドシールドの前方における結像位置で結像させ、虚像を表示するヘッドアップディスプレイ装置が知られている。

乗員の視点の位置（以下、視点位置とする）は、乗員の体格に応じて変化する。ヘッドアップディスプレイ装置を適切に使用するためには、ヘッドアップディスプレイ装置からウインドシールド上に光が入射する位置（以下、入射位置とする）を、視点位置に応じて調整する必要がある。

特許文献１記載のヘッドアップディスプレイ装置は、ウインドシールドに向けて光を反射する凹面鏡を備えており、その凹面鏡を回転させることで、上記の入射位置を調整する。

特開２０１１−１２３１２６号公報

特許文献１記載の方法では、入射位置を変化させると、それにともない、虚像が動き、表示像の位置（俯角）が変化してしまう。本発明は、こうした問題にかんがみてなされたものであり、視点位置の変化に応じて入射位置を調整しても、表示像の位置（俯角）が変化しにくいヘッドアップディスプレイ装置を提供することを目的としている。

本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、筐体と、画像を表す光を投射する投射ユニットと、投射ユニットにより投射された光を車両のウインドシールドに向けて導出する光学ユニットとを備える。その光学ユニットは、筐体に固定され、光をウインドシールドに向けて反射する拡大光学ユニットと、筐体に固定され、光を拡大光学ユニットに向けて反射又は透過するスクリーンと、スクリーンに入射する光の入射角を変化させる入射角変化ユニットとを含む。

本発明のヘッドアップディスプレイ装置によれば、ウインドシールド上に光が入射する位置（入射位置）が変化しても、虚像は変動しにくく、表示像の位置（俯角）が変化しにくい。

ヘッドアップディスプレイ装置１の構成を表す側断面図である。 図２Ａは反射鏡２１を移動させる構成を表す側面図であり、図２Ｂは同構成を表す正面図である。 ヘッドアップディスプレイ装置１の電気的構成を表すブロック図である。 ヘッドアップディスプレイ装置１が実行する歪補正処理を表すフローチャートである。 ヘッドアップディスプレイ装置１０１の構成を表す側断面図である。 図６Ａは反射鏡２１を移動させる構成を表す側面図であり、図６Ｂは同構成を表す正面図である。 ヘッドアップディスプレイ装置２０１の構成を表す側断面図である。 図８Ａは反射鏡２１を移動させる構成を表す側面図であり、図８Ｂは同構成を表す正面図である。 ヘッドアップディスプレイ装置３０１の構成を表す側断面図である。 ヘッドアップディスプレイ装置４０１の構成を表す側断面図である。 ヘッドアップディスプレイ装置５０１の構成を表す側断面図である。 ヘッドアップディスプレイ装置６０１の構成を表す側断面図である。 図１３Ａは投射ユニット１３を移動させる構成を表す側面図であり、図１３Ｂは同構成を表す正面図である。 反射鏡２１の別形態を表す斜視図である。 反射鏡２１の位置と、反射鏡２１上の入射位置１１１との関係を表す説明図である。

本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
＜第１の実施形態＞
１．ヘッドアップディスプレイ装置１の構成
ヘッドアップディスプレイ装置１の構成を図１〜図３に基づき説明する。ヘッドアップディスプレイ装置１は車両に搭載される車載装置である。ヘッドアップディスプレイ装置１は、図１に示すように、画像を表す光５を、車両のウインドシールド３に投射する。車両の乗員の視点位置７から見て、光５により表される画像は、ウインドシールド３の前方における結像位置９で結像され、虚像として表示される。

ヘッドアップディスプレイ装置１は、筐体１１と、投射ユニット１３と、光学ユニット１５とを備える。筐体１１は、投射ユニット１３及び光学ユニット１５を内部に収容する。筐体１１は、車両に固定され、ウインドシールド３に対する位置及び向きは一定である。また、筐体１１は一定の形状を有する。

投射ユニット１３は、画像を表す光（レーザー光）を投射する。投射ユニット１３は、レーザー光をスキャンすることで、後述するスクリーン１９上に画像を描画する。投射ユニット１３は筐体１１に固定されており、筐体１１に対する投射ユニット１３の位置及び向きは一定である。

光学ユニット１５は、凹面鏡１７と、スクリーン１９と、反射鏡２１とを備える。凹面鏡１７は、筐体１１に固定されており、筐体１１に対する位置及び向きは一定である。上述したように、ウインドシールド３に対する筐体１１の位置及び向きは一定であるから、ウインドシールド３に対する凹面鏡１７の位置及び向きも一定である。

スクリーン１９は、筐体１１に固定されており、筐体１１に対する位置及び向きは一定である。上述したように、ウインドシールド３に対する筐体１１の位置及び向きは一定であるから、ウインドシールド３に対するスクリーン１９の位置及び向きも一定である。スクリーン１９は反射式スクリーンであり、光５を反射する。スクリーン１９はマイクロミラーアレイ（ＭＭＡ）により構成される。反射鏡２１の反射面は平面であり、無限の焦点距離を有する。

投射ユニット１３が投射した光５は、光学ユニット１５に入り、反射鏡２１、スクリーン１９、及び凹面鏡１７で順次反射され、ウインドシールド３に向けて導出される。すなわち、凹面鏡１７は光５をウインドシールド３に向けて反射し、スクリーン１９は光５を凹面鏡１７に向けて反射し、反射鏡２１は光５をスクリーン１９に向けて反射する。

反射鏡２１は、スクリーン１９に対する位置が可変である。より詳しくは、反射鏡２１は、反射鏡２１に入射する光５Ａと平行に移動可能である。光５Ａの方向及び反射鏡２１の移動方向は、車両の前後方向である。

また、反射鏡２１は、光５Ａと平行に移動するとき、光５Ａに対する角度を変化させる。その角度変化の態様は、反射鏡２１の位置がどこであっても、光５をスクリーン１９に向けて反射できるようにするものである。反射鏡２１の移動及び角度変化の機構は後述する。

反射鏡２１が移動すると、スクリーン１９に入射する光５Ｂの入射角が変化する。その結果、スクリーン１９及び凹面鏡１７で反射された光５がウインドシールド３に入射する入射位置２３が変化する。入射位置２３が変化する方向は、ウインドシールド３上での縦方向（上下方向）である。

なお、凹面鏡１７は拡大光学ユニットの一例である。また、反射鏡２１及びそれを移動させる機構は、入射角変化ユニットの一例である。
次に、図２Ａ及び図２Ｂに基づき、反射鏡２１の移動及び角度変化の機構を説明する。反射鏡２１はブラケット２５上に載置されている。ブラケット２５は、その下部に、一対の外側脚部２７、２９と、中央脚部３１とを有する。外側脚部２７、２９は、ブラケット２５のうち、車両の後方ＤＢ側にあり、中央脚部３１は、ブラケット２５のうち、車両の前方ＤＦ側にある。外側脚部２７、２９、及び中央脚部３１は、ぞれぞれ、関節部３３において屈曲可能である。

外側脚部２７、２９は、それぞれ、外側ガイドレール３５、３７に、摺動可能に取り付けられている。また、中央脚部３１は、中央ガイドレール３９に、摺動可能に取り付けられている。外側ガイドレール３５、３７及び中央ガイドレール３９は、車両の前後方向に延びている。外側ガイドレール３５、３７は光５と平行である。一方、中央ガイドレール３９は、車両の前方ＤＦでは高く、後方ＤＢでは低くなるように傾斜している。外側ガイドレール３５、３７及び中央ガイドレール３９は、それぞれ、支持部材４１により、筐体１１に固定されている。

ヘッドアップディスプレイ装置１は、ブラケット２５の駆動源としてモーター４５を備える。外側脚部２７はその下端にギヤ４３を備えている。ギヤ４３は、モーター４５に取り付けられたギヤ４７と噛み合っている。よって、モーター４５が回転すると、モーター４５の駆動力がギヤ４３、ギヤ４７を介してブラケット２５に伝わり、ブラケット２５は車両の前後方向に摺動する。

上記のように、ブラケット２５における後方ＤＢ側に位置する外側脚部２７、２９は、水平な外側ガイドレール３５、３７に取り付けられ、ブラケット２５における前方ＤＦ側に位置する中央脚部３１は、前方ＤＦでは高く、後方ＤＢでは低くなるように傾斜した中央ガイドレール３９に取り付けられているので、ブラケット２５が車両の前後方向に摺動したとき、ブラケット２５及び反射鏡２１の角度は徐々に変化する。

具体的には、ブラケット２５が車両の前方ＤＦ方向に摺動するほど、反射鏡２１における前方ＤＦ側が高く、後方ＤＢ側が低くなる。反対に、ブラケット２５が車両の後方ＤＢ方向に摺動するほど、反射鏡２１における前方ＤＦ側が低く、後方ＤＢ側が高くなる。

次に、ヘッドアップディスプレイ装置１の電気的構成を図３に基づき説明する。ヘッドアップディスプレイ装置１は、制御部４９と、投射ユニット１３と、モーター４５とを備える。制御部４９は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備える周知のコンピュータである。制御部４９は、ＲＯＭに記憶したプログラムにより、後述する処理を実行する。

制御部４９は、車両に搭載された他の装置から、表示図形情報を取得する。この表示図形情報は、ヘッドアップディスプレイ装置１により表示する図形を表す情報である。制御部４９は、表示図形情報に対し、後述する歪補正処理を行い、歪補正処理後の表示図形を表す光を、投射ユニット１３に投射させる。

また、制御部４９は、車両の車室内に設けられた視点調整スイッチ（ＳＷ）から、操作情報を取得する。この操作情報は、入射位置２３（図１参照）を上下方向におけるいずれか１方に移動させることを指示する情報である。すなわち、操作情報には、入射位置２３を上方向に移動させることを指示する情報と、入射位置２３を下方向に移動させることを指示する情報とがある。

制御部４９は、操作情報に応じて、モーター回転指示をモーター４５に出力する。それに応じ、モーター回転指示で指示された方向に指示された量だけモーター４５が回転し、反射鏡２１の位置及び角度を変化させる。その結果、入射位置２３が移動する。

ただし、反射鏡２１の移動範囲には制限があるので、既に一方の限度まで反射鏡２１が移動しているとき、その方向にさらに移動させる内容の操作情報を取得しても、制御部４９は反射鏡２１を移動させない。

また、制御部４９は、モーター４５から、モーター４５の回転の状態（すなわち、反射鏡２１の位置情報）を取得する。反射鏡２１の位置情報は、後述する歪補正処理に使用する。なお、制御部４９は、位置取得ユニット、及び補正ユニットの一例である。

２．ヘッドアップディスプレイ装置１が実行する歪補正処理
ヘッドアップディスプレイ装置１（特に制御部４９）が実行する歪補正処理を図４に基づき説明する。この処理は、表示図形情報が制御部４９に出力されたときに実行される。

ステップ１では、表示図形情報を取得する。
ステップ２では、モーター４５から反射鏡２１の位置情報を取得する。
ステップ３では、前記ステップ２で取得した反射鏡２１の位置情報に対応する、歪マップを選択する。なお、制御部４９は、予め、複数の歪マップを記憶しており、反射鏡２１の位置情報に対し、いずれかの歪マップが対応付けられている。

ステップ４では、前記ステップ３で選択した歪マップを用い、歪補正処理を行う。ここで、歪補正処理とは以下のものである。反射鏡２１の位置が変化すると、投射ユニット１３からスクリーン１９までの光５の光路長が変化する。光路長の変化にともない、スクリーン１９上の像に歪が生じる。歪補正処理とは、その歪を低減するように、表示図形情報により表される図形の形状を補正する処理である。また、歪マップとは、歪補正処理の内容を規定したマップである。

ステップ５では、歪補正処理後の表示図形を表す光を、投射ユニット１３に投射させる。
３．ヘッドアップディスプレイ装置１が奏する効果
（１Ａ）ヘッドアップディスプレイ装置１は、筐体１１に固定された凹面鏡１７と、筐体１１に固定されたスクリーン１９とを備える。ヘッドアップディスプレイ装置１は、反射鏡２１を移動させ、スクリーン１９に入射する光５の入射角を変化させることで、入射位置２３を変化させる。そのことにより、入射位置２３が変化しても、ウインドシールド３に対する光５の入射角は大きく変化しない（図１参照）。その結果、入射位置２３が変化しても、視点位置７から入射位置２３を通り、結像位置９に至る直線５０の俯角は変化しにくく、表示像（虚像）の位置も変化しにくい。

なお、仮に、特許文献１記載の発明のように、凹面鏡１７を回転させることで、入射位置２３を変化させる方式であると、入射位置２３を変化させたとき、ウインドシールド３に対する光５の入射角は大きく変化する。その結果、入射位置２３が変化すると、視点位置７から入射位置２３を通り、結像位置９に至る直線５０の俯角は大きく変化し、表示像（虚像）の位置も大きく変化してしまう。

（１Ｂ）ヘッドアップディスプレイ装置１は、スクリーン１９に対する位置が可変である反射鏡２１を備える。そのことにより、スクリーン１９に入射する光５の入射角を容易に変化させることができる。

（１Ｃ）ヘッドアップディスプレイ装置１は、反射鏡２１の位置に応じて、投射ユニット１３が投射する光５が表す画像の歪みを補正する。そのことにより、歪みの少ない画像を表示できる。

（１Ｄ）反射鏡２１は、光５Ａと平行に移動可能である。そのことにより、反射鏡２１を移動させる機構を簡易化することができる。
（１Ｅ）ヘッドアップディスプレイ装置１は、反射式のスクリーン１９を備える。そのことにより、ヘッドアップディスプレイ装置１の構成を簡易化することができる。

（１Ｆ）スクリーン１９はマイクロミラーアレイ（ＭＭＡ）により構成される。そのことにより、スクリーン１９の反射率を高くすることができる。また、必要な方向のみに光を拡散することができるので、光の利用効率を高めることができる。
＜第２の実施形態＞
１．ヘッドアップディスプレイ装置１０１の構成
ヘッドアップディスプレイ装置１０１の構成を図５、図６に基づき説明する。図５に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置１０１の構成は、基本的には前記第１の実施形態におけるヘッドアップディスプレイ装置１と同様である。以下では、前記第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

本実施形態では、反射鏡２１は、反射鏡２１から離れた回転中心５１を中心とする円弧軌道上を移動可能である。反射鏡２１が円弧軌道上を移動することにより、スクリーン１９に入射する光５の入射角が変化する。投射ユニット１３は、反射鏡２１が円弧軌道上のどこにあっても、光５の投射方向を調整し、反射鏡２１に光５を投射する。

次に、図６Ａ、図６Ｂに基づき、反射鏡２１を円弧軌道に沿って移動させる構成を説明する。反射鏡２１はブラケット５３に取り付けられている。ブラケット５３は、上方に延びる一対の腕部５５、５７を備えている。腕部５５、５７は、それぞれ、支持部材５９、６１に、軸受け６３を介して回動自在に取り付けられている。軸受け６３の軸方向は、車両の車幅方向と平行である。支持部材５９、６１は、それぞれ、筐体１１に固定されている。軸受け６３の位置が、上述した回転中心５１に該当する。

ヘッドアップディスプレイ装置１０１は、ブラケット５３の駆動源としてモーター４５を備える。腕部５５は、軸受け６３により軸支される軸支部５５Ａの下側にギヤ６５を備える。ギヤ６５は、モーター４５に取り付けられたギヤ４７と噛み合っている。よって、モーター４５が回転すると、モーター４５の駆動力がギヤ４７、ギヤ６５を介してブラケット５３に伝わり、ブラケット５３は回転中心５１を中心に回転し、反射鏡２１は、回転中心５１を中心とする円弧軌道上を移動する。また、反射鏡２１の光５に対する角度も、円弧軌道上を移動するにともない変化する。

２．ヘッドアップディスプレイ装置１０１が実行する歪補正処理
ヘッドアップディスプレイ装置１０１は、前記第１の実施形態と同様に、歪補正処理を実行する。

３．ヘッドアップディスプレイ装置１０１が奏する効果
以上詳述した第２の実施形態によれば、前述した第１の実施形態の効果（１Ａ）〜（１Ｃ）、（１Ｅ）、（１Ｆ）に加え、以下の効果が得られる。

（２Ａ）反射鏡２１は、上述した機構により、回転中心５１を中心とする円弧軌道上を移動可能である。そのことにより、反射鏡２１が移動するとき、反射鏡２１の角度を簡易な構成で変化させることができる。
＜第３の実施形態＞
１．ヘッドアップディスプレイ装置２０１の構成
ヘッドアップディスプレイ装置２０１の構成を図７、図８に基づき説明する。図７に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置２０１の構成は、基本的には前記第１の実施形態におけるヘッドアップディスプレイ装置１と同様である。以下では、前記第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

本実施形態では、反射鏡２１は、投射ユニット１３及びスクリーン１９を焦点とした楕円軌道（投射ユニット１３からスクリーン１９までの光路長を一定に保つ楕円軌道の一例）上を移動可能である。反射鏡２１が上記の楕円軌道上を移動することにより、スクリーン１９に入射する光５の入射角が変化する。投射ユニット１３は、反射鏡２１が楕円軌道上のどこにあっても、光５の投射方向を調整し、反射鏡２１に光５を投射する。

次に、図８Ａ、図８Ｂに基づき、反射鏡２１を楕円軌道に沿って移動させる構成を説明する。反射鏡２１はブラケット６７に取り付けられている。ブラケット６７は、その車幅方向（図８Ａにおいて紙面に直交する方向、図８Ｂにおける左右方向）における一方の側に２つの脚部６９を備え、前記一方とは反対の側に２つの脚部７１を備える。脚部６９、７１は、ブラケット６７の下部にある。２つの脚部６９は、車両の前後方向に沿って並んでいる。また、２つの脚部７１も、車両の前後方向に沿って並んでいる。

２つの脚部６９は、それぞれ、一対のガイドローラー７３を備え、そのガイドローラー７３でガイドレール７５を上下から挟んでいる。よって、脚部６９は、ガイドレール７５に沿って摺動可能である。また、２つの脚部７１は、それぞれ、一対のガイドローラー７７を備え、そのガイドローラー７７でガイドレール７９を上下から挟んでいる。よって、脚部７１は、ガイドレール７９に沿って摺動可能である。

ガイドレール７５、７９は、それらの間に一定の間隔をおいて、車両の前後方向に延びている。ガイドレール７５、７９は、支持部材８１により、筐体１１に固定されている。ガイドレール７５、７９は、投射ユニット１３及びスクリーン１９を焦点とした楕円軌道の形状を有する。

ヘッドアップディスプレイ装置２０１は、ブラケット６７の駆動源としてモーター４５を備える。モーター４５の回転軸８３は、リンク８５を介して、ブラケット６７の上部と連結している。よって、モーター４５が回転すると、その駆動力により、ブラケット６７及び反射鏡２１はガイドレール７５、７９に沿って摺動する。上述したように、ガイドレール７５、７９は、投射ユニット１３及びスクリーン１９を焦点とした楕円軌道の形状を有するので、反射鏡２１は、その楕円軌道上を移動する。

２．ヘッドアップディスプレイ装置２０１が実行する歪補正処理
ヘッドアップディスプレイ装置２０１は、前記第１の実施形態と同様に、歪補正処理を実行する。

３．ヘッドアップディスプレイ装置２０１が奏する効果
以上詳述した第３の実施形態によれば、前述した第１の実施形態の効果（１Ａ）〜（１Ｃ）、（１Ｅ）、（１Ｆ）に加え、以下の効果が得られる。

（３Ａ）反射鏡２１は、投射ユニット１３及びスクリーン１９を焦点とした楕円軌道上を移動する。そのため、反射鏡２１が移動しても、投射ユニット１３からスクリーン１９までの光路長は一定に保たれる。そのことにより、スクリーン１９上での画像のボケの影響を抑制できる。また、投射ユニット１３の焦点を調整することが必須ではなくなる。
＜第４の実施形態＞
１．ヘッドアップディスプレイ装置３０１の構成
ヘッドアップディスプレイ装置３０１の構成を図９に基づき説明する。図９に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置３０１の構成は、基本的には前記第３の実施形態におけるヘッドアップディスプレイ装置２０１と同様である。以下では、前記第３の実施形態との相違点を中心に説明する。

本実施形態では、反射鏡２１は、有限の焦点距離を持つ。この反射鏡２１は、例えば、凹面鏡又は凸面鏡とすることができる。
２．ヘッドアップディスプレイ装置３０１が実行する歪補正処理
ヘッドアップディスプレイ装置３０１は、前記第３の実施形態と同様に、歪補正処理を実行する。

３．ヘッドアップディスプレイ装置３０１が奏する効果
以上詳述した第４の実施形態によれば、前述した第３の実施形態の効果（１Ａ）〜（１Ｃ）、（１Ｅ）、（１Ｆ）、（３Ａ）に加え、以下の効果が得られる。

（４Ａ）反射鏡２１は、有限の焦点距離を持つ。そのことにより、スクリーン１９上に表示する画像を拡大又は縮小することができる。また、反射鏡２１、スクリーン１９等のレイアウトの自由度が高くなる。
＜第５の実施形態＞
１．ヘッドアップディスプレイ装置４０１の構成
ヘッドアップディスプレイ装置４０１の構成を図１０に基づき説明する。図１０に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置４０１の構成は、基本的には前記第１の実施形態におけるヘッドアップディスプレイ装置１と同様である。以下では、前記第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

ヘッドアップディスプレイ装置４０１は、投射ユニット１３が投射した光５を反射鏡２１に向けて反射する第２の反射鏡８７を備える。よって、投射ユニット１３が投射した光５は、第２の反射鏡８７で反射されてから、反射鏡２１に至る。第２の反射鏡８７は、筐体１１に固定されている。なお、第２の反射鏡８７は反射ユニットの一例である。

２．ヘッドアップディスプレイ装置４０１が実行する歪補正処理
ヘッドアップディスプレイ装置４０１は、前記第１の実施形態と同様に、歪補正処理を実行する。

３．ヘッドアップディスプレイ装置４０１が奏する効果
以上詳述した第５の実施形態によれば、前述した第１の実施形態の効果（１Ａ）〜（１Ｃ）、（１Ｅ）、（１Ｆ）に加え、以下の効果が得られる。

（５Ａ）本実施形態よれば、光５の光路を第２の反射鏡８７で曲げることができる。そのため、ヘッドアップディスプレイ装置４０１をコンパクトにすることができる。
＜第６の実施形態＞
１．ヘッドアップディスプレイ装置５０１の構成
ヘッドアップディスプレイ装置５０１の構成を図１１に基づき説明する。図１１に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置５０１の構成は、基本的には前記第２の実施形態におけるヘッドアップディスプレイ装置１０１と同様である。以下では、前記第２の実施形態との相違点を中心に説明する。

ヘッドアップディスプレイ装置５０１は、スクリーンと反射鏡とから成る組を２つ備える。その１つは、スクリーン１９Ａと反射鏡２１Ａとから成る組であり、他方は、スクリーン１９Ｂと反射鏡２１Ｂとから成る組である。

スクリーン１９Ａと反射鏡２１Ａとから成る組を用いて表示を行った場合、入射位置２３Ａは、ウインドシールド３の上方となり、虚像は上方に表示される。また、スクリーン１９Ｂと反射鏡２１Ｂとから成る組を用いて表示を行った場合、入射位置２３Ｂは、ウインドシールド３の下方となり、虚像は下方に表示される。すなわち、組ごとに、光５をウインドシールド３に向けて導出するときの方向が異なる。

投射ユニット１３は、光５の投射方向を切り替えることで、反射鏡２１Ａ、２１Ｂのいずれにも光５を投射することができる。
２．ヘッドアップディスプレイ装置５０１が実行する歪補正処理
ヘッドアップディスプレイ装置５０１は、前記第２の実施形態と同様に、歪補正処理を実行する。歪補正処理は、スクリーン１９Ａ及び反射鏡２１Ａから成る組と、スクリーン１９Ｂ及び反射鏡２１Ｂから成る組とのそれぞれについて行う。

３．ヘッドアップディスプレイ装置５０１が奏する効果
以上詳述した第６の実施形態によれば、前述した第２の実施形態の効果（１Ａ）〜（１Ｃ）、（１Ｅ）、（１Ｆ）、（２Ａ）に加え、以下の効果が得られる。

（６Ａ）ヘッドアップディスプレイ装置５０１は、上述した２つの組を使い分けることにより、虚像の表示方向（表示距離）を切り換えることができる。
＜第７の実施形態＞
１．ヘッドアップディスプレイ装置６０１の構成
ヘッドアップディスプレイ装置６０１の構成を図１２、図１３に基づき説明する。図１２に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置６０１の構成は、基本的には前記第１の実施形態におけるヘッドアップディスプレイ装置１と同様である。以下では、前記第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

本実施形態では、反射鏡２１は設けられておらず、投射ユニット１３から投射された光５が直接スクリーン１９に入射する。投射ユニット１３は移動可能であり、投射ユニット１３の移動により、スクリーン１９に入射する光５の入射角が変化する。投射ユニット１３は、スクリーン１９を中心とする円弧軌道上を移動する。

次に、図１３Ａ、図１３Ｂに基づき、投射ユニット１３を上記のように移動させる構成を説明する。投射ユニット１３はブラケット８９に取り付けられている。投射ユニット１３の開口部１３Ａ（光５を投射する窓）は、ブラケット８９とは反対側にある。ブラケット８９は、その車幅方向（図１３Ａにおいて紙面に直交する方向、図１３Ｂにおける左右方向）における一方の側に２つの脚部９１を備え、前記一方とは反対の側に２つの脚部９３を備える。脚部９１、９３は、ブラケット８９の下部にある。２つの脚部９１は、車両の前後方向に沿って並んでいる。また、２つの脚部９３も、車両の前後方向に沿って並んでいる。

２つの脚部９１は、それぞれ、一対のガイドローラー９５を備え、そのガイドローラー９５でガイドレール９７を上下から挟んでいる。よって、脚部９１は、ガイドレール９７に沿って摺動可能である。また、２つの脚部９３は、それぞれ、一対のガイドローラー９９を備え、そのガイドローラー９９でガイドレール１０３を上下から挟んでいる。よって、脚部９３は、ガイドレール１０３に沿って摺動可能である。

ガイドレール９７、１０３は、それらの間に一定の間隔をおいて、車両の前後方向に延びている。ガイドレール９７、１０３は、支持部材１０５により、筐体１１に固定されている。ガイドレール９７、１０３は、スクリーン１９を中心とする円弧形状を有する。

ヘッドアップディスプレイ装置６０１は、ブラケット８９の駆動源としてモーター４５を備える。モーター４５の回転軸８３は、リンク１０７を介して、ブラケット８９の上部と連結している。よって、モーター４５が回転すると、その駆動力により、ブラケット８９及び投射ユニット１３は、ガイドレール９７、１０３に沿って摺動する。ガイドレール９７、１０３の形状は、上記のように、スクリーン１９を中心とする円弧形状であるから、投射ユニット１３は、スクリーン１９を中心とする円弧軌道上を移動する。

２．ヘッドアップディスプレイ装置６０１が奏する効果
以上詳述した第７の実施形態によれば、前述した第１の実施形態の効果（１Ａ）〜（１Ｃ）、（１Ｅ）、（１Ｆ）に加え、以下の効果が得られる。

（７Ａ）本実施形態では、投射ユニット１３が投射した光５は、反射鏡により反射されることなく、直接スクリーン１９に入射する。そのことにより、スクリーン１９に入射する光５の光量低下を抑制できる。
＜その他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得る。

（１）前記第１〜第７の実施形態において、反射鏡２１は、図１４に示す凹面鏡であってもよい。この反射鏡２１の反射面１０９は、不均一な曲率分布を有する。すなわち、反射面１０９の場所により、曲率が異なる。例えば、図１４において、反射面１０９のうち、ａ−ａ’に沿った部分における断面の曲率半径は４００ｍｍであり、ｂ−ｂ’に沿った部分における断面の曲率半径は３５０ｍｍであり、ｃ−ｃ’に沿った部分における断面の曲率半径は３００ｍｍである。また、反射鏡２１は、不均一な曲率分布を有する凸面鏡であってもよい。

上記の反射鏡２１を用いる場合、図１５に示すように、反射鏡２１の位置に応じて、反射鏡２１に光５が入射する入射位置１１１をずらし、反射鏡２１の位置に応じて、入射位置１１１における反射面１０９の曲率を変化させる。例えば、反射鏡２１の位置がαであるとき、入射位置１１１は、反射面１０９のうち、ｃ−ｃ’に沿った部分となり、反射鏡２１の位置がβであるとき、入射位置１１１は、反射面１０９のうち、ａ−ａ’に沿った部分となる。

このとき、投射ユニット１３からスクリーン１９に至る光５が結像する位置は、反射鏡２１の位置によらず、スクリーン１９上で一定となる。それは、反射鏡２１の移動による、投射ユニット１３からスクリーン１９までの実距離の変化と、入射位置１１１における曲率の変化とが相殺して、結像する位置が一定に保たれるからである。

なお、反射鏡２１が移動したとき、結像する位置は完全に一定に保たれなくてもよく、反射面１０９における曲率が均一な反射鏡を用いた場合に比べ、結像する位置の変化量が抑制されればよい。
（２）前記第１〜第７の実施形態において、投射ユニット１３は、他の形式のものであってもよい。例えば、画像を表示した表示部に光源の光を照射し、その表示部を透過、あるいは反射した光を、画像を表す光５としてもよい。

（３）前記第１〜第７の実施形態において、凹面鏡１７以外の拡大光学ユニットを用いてもよい。例えば、凹面鏡と凸面鏡とを複数組み合わせたものを用いてもよい。
（４）前記第１〜第７の実施形態において、スクリーン１９は透過式スクリーンであってもよい。透過式スクリーンは、例えば、マイクロレンズアレイにより構成することができる。

（５）前記第１〜第７の実施形態において、反射鏡２１に代えて、プリズム、又はレンズを用いてもよい。
（６）前記第６の実施形態において、スクリーン１９Ａと反射鏡２１Ａとから成る組を用いて表示する虚像と、スクリーン１９Ｂと反射鏡２１Ｂとから成る組を用いて表示する虚像とは、左右方向における位置が異なってもよい。

（７）前記第１〜第７の実施形態において、反射鏡２１が移動するにつれ、投射ユニット１３からスクリーン１９までの光路長が変化する。光路長の変化の影響を抑制するため、前記（１）による方法のほか、光５の光路長が、常にスクリーン１９に光５が結像する光路長となるように、投射ユニット１３を移動させてもよい。また、投射ユニット１３の移動と、前記（１）との組み合わせによって、光路長の変化に起因するボケや歪みを低減してもよい。

（８）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。

また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。例えば、前記第６の実施形態において、前記第５の実施形態のように第２の反射鏡８７を設けてもよい。このとき、投射ユニット１３が投射した光５を、第２の反射鏡８７で反射し、反射鏡２１Ａ又は反射鏡２１Ｂに導出することができる。

なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。
（９）上述したヘッドアップディスプレイ装置の他、当該ヘッドアップディスプレイ装置を構成要素とするシステム、当該ヘッドアップディスプレイ装置の制御部としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した媒体、虚像の表示方法等、種々の形態で本発明を実現することもできる。

１、１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１…ヘッドアップディスプレイ装置、３…ウインドシールド、５、５Ａ、５Ｂ…光、７…視点位置、９…結像位置、１１…筐体、１３…投射ユニット、１３Ａ…開口部、１５…光学ユニット、１７…凹面鏡、１９、１９Ａ、１９Ｂ…スクリーン、２１、２１Ａ、２１Ｂ…反射鏡、２５…ブラケット、２７、２９…外側脚部、３１…中央脚部、３３…関節部、３５、３７…外側ガイドレール、３９…中央ガイドレール、４１…支持部材、４３…ギヤ、４５…モーター、４７…ギヤ、４９…制御部、５０…直線、５１…回転中心、５３…ブラケット、５５、５７…腕部、５５Ａ…軸支部、５９、６１…支持部材、６３…軸受け、６５…ギヤ、６７…ブラケット、６９、７１…脚部、７３、７７…ガイドローラー、７５、７９…ガイドレール、８１…支持部材、８３…回転軸、８５…リンク、８７…第２の反射鏡、８９…ブラケット、９１、９３…脚部、９５、９９…ガイドローラー、９７、１０３…ガイドレール、１０５…支持部材、１０７…リンク、１０９…反射面

Claims (9)

1. 筐体（１１）と、
   画像を表す光を投射する投射ユニット（１３）と、
   前記投射ユニットにより投射された前記光（５）を車両のウインドシールド（３）に向けて導出する光学ユニット（１５）と、
   を備え、
   前記光学ユニットは、
   前記筐体に固定され、前記光を前記ウインドシールドに向けて反射する拡大光学ユニット（１７）と、
   前記筐体に固定され、前記光を前記拡大光学ユニットに向けて反射又は透過するスクリーン（１９）と、
   前記スクリーンに入射する前記光の入射角を変化させる入射角変化ユニット（２１）と、
   を含み、
   前記入射角変化ユニットは、前記スクリーンに対する位置が可変であり、前記スクリーンに向けて前記光を導出する反射鏡、プリズム、又はレンズであることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置（１、１０１、２０１、３０１、４０１、５０１）。
2. 請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
   前記入射角変化ユニットの位置を取得する位置取得ユニットと（４９）、
   前記位置取得ユニットにより取得した前記入射角変化ユニットの位置に応じて、前記投射ユニットが投射する前記光における前記画像の歪み補正を行う補正ユニット（４９）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装置。
3. 筐体（１１）と、
   画像を表す光を投射する投射ユニット（１３）と、
   前記投射ユニットにより投射された前記光（５）を車両のウインドシールド（３）に向けて導出する光学ユニット（１５）と、
   を備え、
   前記光学ユニットは、
   前記筐体に固定され、前記光を前記ウインドシールドに向けて反射する拡大光学ユニット（１７）と、
   前記筐体に固定され、前記光を前記拡大光学ユニットに向けて反射又は透過するスクリーン（１９）と、
   前記スクリーンに入射する前記光の入射角を変化させる入射角変化ユニット（２１）と、
   を含み、
   前記入射角変化ユニットは、前記スクリーンに対する位置が可変であり、前記スクリーンに向けて前記光を反射する反射鏡であり、
   前記反射鏡は、前記反射鏡に入射する前記光と平行に移動可能であることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置（１、４０１）。
4. 筐体（１１）と、
   画像を表す光を投射する投射ユニット（１３）と、
   前記投射ユニットにより投射された前記光（５）を車両のウインドシールド（３）に向けて導出する光学ユニット（１５）と、
   を備え、
   前記光学ユニットは、
   前記筐体に固定され、前記光を前記ウインドシールドに向けて反射する拡大光学ユニット（１７）と、
   前記筐体に固定され、前記光を前記拡大光学ユニットに向けて反射又は透過するスクリーン（１９）と、
   前記スクリーンに入射する前記光の入射角を変化させる入射角変化ユニット（２１）と、
   を含み、
   前記入射角変化ユニットは、前記スクリーンに対する位置が可変であり、前記スクリーンに向けて前記光を反射する反射鏡であり、
   前記反射鏡は、前記反射鏡から離れた点を中心とする円弧軌道上を移動可能であることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置（１０１、５０１）。
5. 筐体（１１）と、
   画像を表す光を投射する投射ユニット（１３）と、
   前記投射ユニットにより投射された前記光（５）を車両のウインドシールド（３）に向けて導出する光学ユニット（１５）と、
   を備え、
   前記光学ユニットは、
   前記筐体に固定され、前記光を前記ウインドシールドに向けて反射する拡大光学ユニット（１７）と、
   前記筐体に固定され、前記光を前記拡大光学ユニットに向けて反射又は透過するスクリーン（１９）と、
   前記スクリーンに入射する前記光の入射角を変化させる入射角変化ユニット（２１）と、
   を含み、
   前記入射角変化ユニットは、前記スクリーンに対する位置が可変であり、前記スクリーンに向けて前記光を反射する反射鏡であり、
   前記反射鏡は、前記光の光路長を一定に保つ楕円軌道上を移動可能であることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置（２０１、３０１）。
6. 請求項２〜５のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
   前記反射鏡は有限の焦点距離を有することを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
7. 請求項６に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
   前記反射鏡の反射面は不均一な曲率分布を有し、
   前記反射鏡の位置に応じて、前記反射鏡に前記光が入射する入射位置における前記反射面の曲率が変化し、
   前記反射鏡が移動したときの前記光が結像する位置の変化量は、前記反射面が均一な曲率を有する場合よりも抑制されることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
8. 筐体（１１）と、
   画像を表す光を投射する投射ユニット（１３）と、
   前記投射ユニットにより投射された前記光（５）を車両のウインドシールド（３）に向けて導出する光学ユニット（１５）と、
   を備え、
   前記光学ユニットは、
   前記筐体に固定され、前記光を前記ウインドシールドに向けて反射する拡大光学ユニット（１７）と、
   前記筐体に固定され、前記光を前記拡大光学ユニットに向けて反射又は透過するスクリーン（１９）と、
   前記スクリーンに入射する前記光の入射角を変化させる入射角変化ユニット（２１）と、
   を含み、
   前記スクリーンが反射式スクリーンであることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置（１、１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１）。
9. 筐体（１１）と、
   画像を表す光を投射する投射ユニット（１３）と、
   前記投射ユニットにより投射された前記光（５）を車両のウインドシールド（３）に向けて導出する光学ユニット（１５）と、
   を備え、
   前記光学ユニットは、
   前記筐体に固定され、前記光を前記ウインドシールドに向けて反射する拡大光学ユニット（１７）と、
   前記筐体に固定され、前記光を前記拡大光学ユニットに向けて反射又は透過するスクリーン（１９）と、
   前記スクリーンに入射する前記光の入射角を変化させる入射角変化ユニット（２１）と、
   を含み、
   前記スクリーンと、それに対応する前記入射角変化ユニットとを含む組（１９Ａ、２１Ａ、１９Ｂ、２１Ｂ）を複数備え、
   前記組ごとに、前記光を前記ウインドシールドに向けて導出するときの方向が異なることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置（５０１）。