JP6658174B2 - 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係り、例えば、液晶表示装置を用いたヘッドアップディスプレイ装置に関する。

車両のフロントガラスなどに液晶表示装置からの表示光を投射して虚像（表示像）の表示を行うヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）が知られている。ヘッドアップディスプレイでは、バックライトからの照明光が液晶表示装置を透過した表示光を反射鏡で反射させ、この反射光をフロントガラスなどに投射する。これにより、運転者がフロントガラスに表示された虚像を視認でき、また、運転者が運転状態からほとんど視野を動かすことなく情報を認識することができる。

ヘッドアップディスプレイでは、その構造上、太陽光等の車両外部からの光（外光）が、ヘッドアップディスプレイに用いられる液晶表示装置に照射される。この場合、液晶表示装置の表示面で反射した外光に起因して、表示されるべきでない不要な像がフロントガラスに映し出される。これにより、液晶表示装置の表示特性が劣化してしまう。

特開２０１１−２４７９９７号公報

本発明は、表示特性が劣化するのを抑制することが可能なヘッドアップディスプレイ装置を提供する。

本発明の一態様に係るヘッドアップディスプレイ装置は、光源部と、前記光源部からの光を透過し、スクリーンに画像を投影する液晶表示装置と、車両の前方外側の照度を計測する照度センサーと、前記照度センサーの測定結果に応じて、前記液晶表示装置の角度を変化させる第１駆動機構とを具備する。

本発明の一態様に係るヘッドアップディスプレイ装置は、光源部と、前記光源部からの光を透過し、スクリーンに画像を投影する液晶表示装置と、ユーザーが操作可能な第１入力部と、前記第１入力部の情報に応じて、前記液晶表示装置の角度を変化させる第１駆動機構と、制御回路とを具備する。前記第１駆動機構は、前記第１入力部により第１モードが指示された場合に、前記液晶表示装置の上部が前記スクリーンに近づくように、前記液晶表示装置を前記光源部の光軸に垂直な第１方向に対して傾け、前記第１入力部により第２モードが指示された場合に、前記液晶表示装置を前記第１方向に沿って配置する。前記制御回路は、前記第２モードにおいて、前記液晶表示装置の画像を前記第１方向に縮小する。

本発明によれば、表示特性が劣化するのを抑制することが可能なヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。

実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の断面図。 ヘッドアップディスプレイ装置のブロック図。 実施形態に係る液晶表示装置の断面図。 液晶表示装置の回路図。 実施形態に係る駆動機構の斜視図。 実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の動作を説明するフローチャート。 ｄａｙモードにおけるヘッドアップディスプレイ装置の動作を説明する断面図。 ｄａｙモードにおける駆動機構の動作を説明する斜視図。 ｎｉｇｈｔモードにおけるヘッドアップディスプレイ装置の動作を説明する断面図。 ｎｉｇｈｔモードにおける駆動機構の動作を説明する斜視図。 第１変形例に係るヘッドアップディスプレイ装置の動作を説明するフローチャート。 第２変形例に係るヘッドアップディスプレイ装置の動作を説明するフローチャート。

以下、実施形態について図面を参照して説明する。ただし、図面は模式的または概念的なものであり、各図面の寸法および比率等は必ずしも現実のものと同一とは限らないことに留意すべきである。また、図面の相互間で同じ部分を表す場合においても、互いの寸法の関係や比率が異なって表される場合もある。特に、以下に示す幾つかの実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための装置および方法を例示したものであって、構成部品の形状、構造、配置等によって、本発明の技術思想が特定されるものではない。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

［１］ ヘッドアップディスプレイ装置の構成
図１は、本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１０の断面図である。ヘッドアップディスプレイ装置１０は、光源部１１、液晶表示装置１２、駆動機構１３、反射部材１４、ミラー駆動機構１５、ケース１６、支持部材１７、照度センサー１８、制御部１９、及び表示部材２０を備える。

光源部１１は、例えば面形状を持つ光源（面光源）から構成され、液晶表示装置１２にむけて照明光を出射する。光源部１１は、基板３０、発光素子３１、ヒートシンク（熱吸収板）３２、支持部材３３、光源光学系３４、及び支持部材（レンズホルダー）３５を備える。基板３０上には、１個又は複数個の発光素子３１が設けられる。発光素子３１としては、例えば白色の発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）が用いられる。基板３０は、発光素子３１に電源を供給するための配線が設けられた回路基板から構成される。基板３０の底面には、光源部１１の熱を吸収又は放射するためのヒートシンク３２が設けられる。

基板３０の上方には、光源光学系３４が設けられる。光源光学系３４は、例えば、平凸レンズＬ１、及び凸レンズ（両凸レンズ）Ｌ２から構成される。平凸レンズＬ１は、基板３０上に設けられた支持部材３３によって支持され、凸レンズＬ２は、ヒートシンク３２上に設けられた支持部材３５によって支持される。光源光学系３４は、発光素子３１からの照明光を集光して一定方向に出射する。光源光学系３４から液晶表示装置１２側へ出射された照明光は、面光源となる。

光源部１１の光路上には、液晶表示装置１２が配置される。液晶表示装置１２は、液晶表示装置１２を駆動する駆動機構１３に物理的に接続される。駆動機構１３は、液晶表示装置１２を所定の角度範囲内で回転させることで、液晶表示装置１２のチルト角を調整する機能を有する。チルト角は、照明光の光軸に垂直な垂直方向に対する液晶表示装置１２の傾きである。駆動機構１３は、ケース１６に物理的に接続された支持部材１７によって支持される。液晶表示装置１２は、光源部１１からの照明光を透過して光変調を行う。そして、液晶表示装置１２は、車速等の運転情報を示す画像を表示する。

反射部材（反射鏡）１４は、平面鏡、又は凹面鏡などから構成される。反射部材１４は、液晶表示装置１２からの表示光を表示部材２０に向けて反射する。反射部材１４として凹面鏡を用いた場合、凹面鏡は、液晶表示装置１２からの表示光を所定の拡大率で拡大することが可能である。反射部材１４は、ミラー駆動機構１５に物理的に接続される。ミラー駆動機構１５は、反射部材１４の角度を調整する。

表示部材（スクリーン）２０は、液晶表示装置１２からの表示光を投射するために使用され、表示光を運転者２２に向けて反射することで、表示光を虚像２３として表示させる。虚像２３として運転者２２に視認される情報としては、車速、エンジン回転数、走行距離、ナビゲーション情報、及び外気温などが挙げられる。

表示部材２０は、例えば車両のフロントガラスである。また、表示部材２０は、ヘッドアップディスプレイ装置１０専用に設けられた半透明（又は透明）なスクリーン（コンバイナー）であってもよい。コンバイナーは、例えば、車両のインストルメントパネル（フロントパネル、ダッシュボードともいう）２１上に配置されたり、運転者２２の前方に配置されたルームミラーに装着されたり、フロントガラスの上部に設置されたサンバイザーに装着されて使用される。コンバイナーは、例えば、曲面を有する板状の合成樹脂製の基材からなり、その基材の表面には酸化チタン、酸化シリコンなどからなる蒸着膜が施され、この蒸着膜によって半透過の機能を備える。

ケース１６は、光源部１１、液晶表示装置１２、駆動機構１３、反射部材１４、及びミラー駆動機構１５を収容する。ケース１６は、反射部材１４によって反射された表示光が通過する開口部１６ａを有する。開口部１６ａに替えて、透光性部材を用いてもよい。ケース１６は、例えば、インストルメントパネル２１内に収容される。インストルメントパネル２１は、表示光を通す開口部２１Ａを有する。

照度センサー１８は、車両の前方の照度を測定する。照度センサー１８は、車両の外側（例えばフロントガラスの外側）の照度を測定可能な位置に配置される。例えば、照度センサー１８は、インストルメントパネル２１上かつ車両のフロントガラス付近に配置される。

制御部１９は、ヘッドアップディスプレイ装置１０内の各モジュールの動作を制御する。図１において、制御部１９と各モジュールとを接続する配線については図示を省略している。制御部１９は、例えば、ケース１６内に配置される。図１の例では、制御部１９は、支持部材３５上に設けられている。なお、図１に示した制御部１９は、その物理的な配置を説明するためのものであり、制御部１９に含まれる回路構成について後述する。

図１に示すように、光源部１１から出射された照明光は、液晶表示装置１２を透過するとともに光変調される。液晶表示装置１２を透過した表示光は、反射部材１４によって反射され、表示部材２０に投射される。この表示部材２０への表示光の投射によって得られる虚像（表示像）が運転者２２に視認される。これにより、運転者２２は、運転席の正面前方に表示される虚像を背景（又は風景）と重畳させて視認することができる。

（ヘッドアップディスプレイ装置１０の回路構成）
次に、ヘッドアップディスプレイ装置１０の回路構成について説明する。図２は、ヘッドアップディスプレイ装置１０のブロック図である。ヘッドアップディスプレイ装置１０は、光源部１１、液晶表示装置１２、駆動機構１３、ミラー駆動機構１５、照度センサー１８、走査ドライバ４０、信号ドライバ４１、共通電圧供給回路４２、入力部４３、電圧発生回路４４、及び制御回路４５を備える。走査ドライバ４０、信号ドライバ４１、共通電圧供給回路４２、電圧発生回路４４、及び制御回路４５は、図１に示した制御部１９に含まれる。なお、液晶表示装置１２が走査ドライバ４０、及び信号ドライバ４１を含むように、液晶表示装置１２の物理的な構成を変更してもよい。

制御回路４５は、照度センサー１８から測定値を受ける。制御回路４５は、照度センサー１８の測定値を用いて、駆動機構１３を制御する。そして、駆動機構１３は、制御回路４５の制御に基づいて、液晶表示装置１２のチルト角を調整する。

入力部４３は、運転者２２の指示（又は操作）を受け付けるものであり、スイッチ形状の素子、及び／又は押しボタン形状の素子などを備える。本実施形態では、運転者２２は、入力部４３を用いて、反射部材１４の角度を指示することが可能である。制御回路４５は、入力部４３からの情報に基づいて、ミラー駆動機構１５を制御する。ミラー駆動機構１５は、制御回路４５の制御に基づいて、反射部材１４の角度を調整する。

電圧発生回路４２は、外部から電源を受ける。電圧発生回路４２は、外部からの電源を用いて、ヘッドアップディスプレイ装置１０内で必要な各種電圧を生成する。電圧発生回路４２によって生成された電圧は、対応するモジュールに供給される。

走査ドライバ４０、信号ドライバ４１、共通電圧供給回路４２の動作については後述する。

［２］ 液晶表示装置１２の構成
次に、液晶表示装置１２の構成について説明する。図３は、本実施形態に係る液晶表示装置１２の断面図である。

液晶表示装置１２は、ＴＦＴ及び画素電極等が形成されるＴＦＴ基板５１と、カラーフィルター及び共通電極等が形成されかつＴＦＴ基板５１に対向配置されるカラーフィルター基板（ＣＦ基板）５２と、ＴＦＴ基板５１及びＣＦ基板５２間に挟持された液晶層５３とを備える。ＴＦＴ基板５１及びＣＦ基板５２の各々は、透明基板（例えば、ガラス基板）から構成される。ＴＦＴ基板５１は、例えば、光源部１１側に配置され、光源部１１からの照明光は、ＴＦＴ基板５１側から液晶層５３に入射する。液晶表示装置１２の２つの主面のうち光源部１１と反対側の主面が、液晶表示装置１２の表示面である。

液晶層５３は、ＴＦＴ基板５１及びＣＦ基板５２間を貼り合わせるシール材（図示せず）によって封入された液晶材料により構成される。シール材によって囲まれた領域が、液晶表示装置１２の表示領域である。液晶材料は、ＴＦＴ基板５１及びＣＦ基板５２間に印加された電界に応じて液晶分子の配向が操作されて光学特性が変化する。液晶モードとしては、ＶＡ（Vertical Alignment）モード、ＴＮ（Twisted Nematic）モード、及びホモジニアスモードなど種々の液晶モードを用いることができる。

シール材は、例えば、紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂、又は紫外線・熱併用型硬化樹脂等からなり、製造プロセスにおいてＴＦＴ基板５１又はＣＦ基板５２に塗布された後、紫外線照射、又は加熱等により硬化させられる。シール材の中には、ＴＦＴ基板とＣＦ基板との間隔（即ち、ギャップ）を所定値とするためのグラスファイバ或いはガラスビーズ等のギャップ材が散布されている。なお、シール材にギャップ材を混入させることに加えて若しくは代えて、画像表示領域の周辺に位置する周辺領域にギャップ材を配置するようにしてもよい。

ＴＦＴ基板５１の液晶層５３側には、複数のスイッチング素子（アクティブ素子）５４が設けられる。スイッチング素子５４としては、例えばＴＦＴ（Thin Film Transistor）が用いられ、またｎチャネルＴＦＴが用いられる。ＴＦＴ５４は、走査線ＧＬに電気的に接続されるゲート電極と、ゲート電極上に設けられたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に設けられた半導体層（例えばアモルファスシリコン層）と、半導体層に部分的に接しかつ互いに離間して設けられたソース電極及びドレイン電極とを備える。ソース電極は、信号線ＳＬに電気的に接続される。

ＴＦＴ５４上には、絶縁層５５が設けられる。絶縁層５５上には、複数の画素電極５６が設けられる。絶縁層５５内かつＴＦＴ５４のドレイン電極上には、画素電極５６に電気的に接続されたコンタクトプラグ５７が設けられる。

ＣＦ基板５２の液晶層５３側には、カラーフィルター５８が設けられる。カラーフィルター５８は、複数の着色フィルター（着色部材）を備え、具体的には、複数の赤フィルター５８−Ｒ、複数の緑フィルター５８−Ｇ、及び複数の青フィルター５８−Ｂを備える。一般的なカラーフィルターは光の三原色である赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）で構成される。隣接したＲ、Ｇ、Ｂの三色のセットが表示の単位（画素）となっており、１つの画素中のＲ、Ｇ、Ｂのいずれか単色の部分はサブピクセル（サブ画素）と呼ばれる最小駆動単位である。ＴＦＴ５４及び画素電極５６は、サブピクセルごとに設けられる。以下の説明では、画素とサブ画素との区別が特に必要な場合を除き、サブ画素を画素と呼ぶものとする。

赤フィルター５８−Ｒ、緑フィルター５８−Ｇ、及び青フィルター５８−Ｂの境界部分、及び画素（サブピクセル）の境界部分には、遮光用のブラックマトリクス（遮光膜）５９が設けられる。すなわち、ブラックマトリクス５９は、網目状に形成される。ブラックマトリクス５９は、例えば、着色部材間の不要な光を遮蔽し、コントラストを向上させるために設けられる。

カラーフィルター５８及びブラックマトリクス５９上には、共通電極６０が設けられる。共通電極６０は、液晶表示装置１２の表示領域全体に平面状に形成される。

ＴＦＴ基板５１の液晶層５３と反対側には、位相差板６１、及び偏光板６２が設けられる。ＣＦ基板５２の液晶層５３と反対側には、位相差板６３、及び偏光板６４が設けられる。偏光板６２、６４は、ランダムな方向の振動面を有する光から、透過軸と平行な一方向の振動面を有する光、すなわち直線偏光の偏光状態を有する光を取り出すものである。偏光板６２、６４は、面内において吸収軸及び透過軸がそれぞれ直交するように配置される。

位相差板６１、６３は、屈折率異方性を有しており、面内において遅相軸及び進相軸がそれぞれ直交するように配置される。位相差板６１、６３は、遅相軸と進相軸とをそれぞれ透過する所定波長の光の間に所定のリタデーション（λを透過する光の波長としたとき、λ／４の位相差）を与える機能を有する。すなわち、位相差板６１、６３は、λ／４板から構成される。位相差板６１、６３の遅相軸はそれぞれ、偏光板６２、６４の透過軸に対して概略４５°に設定される。

なお、前述した偏光板及び位相差板を規定する角度は、所望の動作を実現可能な誤差、及び製造工程に起因する誤差を含むものとする。例えば、前述した概略４５°は、４５°±５°の範囲を含むものとする。例えば、前述した直交は、９０°±５°の範囲を含むものとする。

画素電極５６、コンタクトプラグ５７、及び共通電極６０は、透明電極から構成され、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）が用いられる。絶縁層５５としては、透明な絶縁材料が用いられ、例えば、シリコン窒化物（ＳｉＮ）が用いられる。

図４は、液晶表示装置１２の回路図（等価回路図）である。液晶表示装置１２は、複数の画素６５がマトリクス状（Ｘ方向とこれに交差するＹ方向）に配列された画素アレイを備える。図４では、４つの画素６５を抽出して示している。

画素６５は、ＴＦＴ５４、液晶容量（液晶素子）Ｃｌｃ、及び蓄積容量Ｃｓを備える。ＴＦＴ５４のソースは、信号線ＳＬに電気的に接続される。ＴＦＴ５４のゲートは、走査線ＧＬに電気的に接続される。ＴＦＴ５４のドレインは、液晶容量Ｃｌｃに電気的に接続される。液晶素子としての液晶容量Ｃｌｃは、画素電極５６と、共通電極６０と、これらに挟まれた液晶層とにより構成される。

蓄積容量Ｃｓは、液晶容量Ｃｌｃに並列接続される。蓄積容量Ｃｓは、画素電極５６に生じる電位変動を抑制すると共に、画素電極５６に印加された駆動電圧を次の信号に対応する駆動電圧が印加されるまでの間保持する機能を有する。蓄積容量Ｃｓは、画素電極５６と、蓄積電極（図示せず）と、これらに挟まれた絶縁層とにより構成される。共通電極６０及び蓄積電極には、共通電圧Ｖｃｏｍが印加される。

走査ドライバ４０は、複数の走査線ＧＬに接続される。走査ドライバ４０は、制御回路４５から送られる垂直制御信号に基づいて、画素６５に含まれるＴＦＴ５４をスイッチング制御（オン／オフ）するための走査信号を液晶表示装置１２に送る。

信号ドライバ４１は、複数の信号線ＳＬに接続される。信号ドライバ４１は、制御回路４５から水平制御信号、及び画像データを受ける。信号ドライバ４１は、水平制御信号に基づいて、画像データに対応する階調信号（駆動電圧）を液晶表示装置１２に送る。

共通電圧供給回路４２は、共通電圧Ｖｃｏｍを生成してこれを液晶表示装置１２に供給する。例えば、液晶表示装置１２では、液晶を挟む画素電極５６及び共通電極６０間の電界の極性を所定周期で反転させる反転駆動（交流駆動）が行われる。この場合、共通電圧Ｖｃｏｍと駆動電圧との極性は、所定期間ごとに反転される。

［３］ 駆動機構１３の構成
次に、液晶表示装置１２を動かす駆動機構１３の構成について説明する。図５は、駆動機構１３の斜視図である。駆動機構１３は、フレーム７０、回転軸７１、７２、及び回転駆動素子７３を備える。

フレーム７０は、液晶表示装置１２を囲み、液晶表示装置１２の外形と同じ四角形を有する。フレーム７０は、図１に示した支持部材１７に固定される。フレーム７０を特定の位置に固定できさえすれば、支持部材１７の形状は任意に設計可能である。支持部材１７の数、及び支持部材１７とフレーム７０との接続箇所の数も任意に設計可能である。また、フレーム７０は、液晶表示装置１２を完全に囲んでいる形状に限定されず、液晶表示装置１２を少なくとも部分的に囲んでいてもよい。「少なくとも部分的に囲む」とは、四角形のように完全に閉じた空間として囲む場合だけでなく、その一部が欠けた状態（すなわち、一部が開口しているために不完全に閉じた空間として囲む場合）をも含む意味である。なお、この形態の場合でも、フレーム７０は、支持部材１７に固定される機能と、後述する回転軸に接続される機能とを実現するための最低限の形状が必要である。

回転軸７１は、液晶表示装置１２の一側部に固定され、水平方向に延びる。回転軸７１は、フレーム７０によって支持され、また、フレーム７０に対して動くことが可能である。具体的には、回転軸７１は、フレーム７０の開口部にはめ込まれ、フレーム７０に対して回転可能である。

回転軸７２は、液晶表示装置１２の他方の側部に固定され、水平方向に延びる。回転軸７２は、フレーム７０によって支持され、また、フレーム７０に対して動くことが可能である。具体的には、回転軸７２は、フレーム７０の開口部にはめ込まれ、フレーム７０に対して回転可能である。

回転駆動素子７３は、例えばモータから構成される。回転駆動素子７３は、回転軸７２に物理的に接続される。回転駆動素子７３は、制御回路４５の制御に基づいて、回転軸７２を所定の角度範囲内で回転させる。

なお、図５に示した駆動機構１３の構成は一例であり、液晶表示装置１２の角度を調整可能であれば、図５の構成に限られない。例えば、液晶表示装置１２の４つの角部にそれぞれ４つのアームを取り付け、これら４つのアームの長さを変えることで、駆動機構１３の角度を調整するようにしてもよい。

［４］ 動作
上記のように構成されたヘッドアップディスプレイ装置１０の動作について説明する。図６は、ヘッドアップディスプレイ装置１０の動作を説明するフローチャートである。

前述したように、照度センサー１８は、車両の外側（例えばフロントガラスの外側）の照度を測定可能な位置に配置されている。照度センサー１８は、自身が配置された位置の照度を測定している。制御回路４５は、照度センサー１８の測定値（測定結果）を受ける（ステップＳ１００）。

続いて、制御回路４５は、所定期間内において照度センサー１８から受けた複数の測定値を平均する（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１の動作を行うために、例えば、制御回路４５は、タイマーを備え、このタイマーを用いて上記所定期間を計測する。ステップＳ１０１の動作は、所定期間ごとに繰り返される。

ステップＳ１０１で測定値の平均をとることで、例えば一瞬だけ照度が大きく変化した場合に、この急激な変化が後の動作に反映されない。この結果、ヘッドアップディスプレイ装置１０の安定動作が可能となる。なお、ステップＳ１０１は、本実施形態における必須の要件ではない。平均をとらずに、所定期間ごとに照度センサー１８から受けた測定結果をそのまま用いてもよい。

続いて、制御回路４５は、ステップＳ１０１の平均値が閾値より大きいか否かを判定する（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０２の閾値は、車両の外側（背景ともいう）の照度が明るいか暗いかを判定するための照度である。大まかには、ステップＳ１０２において、制御回路４５は、昼か夜かを判定する。ステップＳ１０２の閾値は、例えば、１０００ルクス（ｌｘ）である。ステップＳ１０２の閾値は、ヘッドアップディスプレイ装置１０に要求される仕様に応じて任意に設定可能である。

ステップＳ１０２において平均値が閾値より大きい場合、すなわち昼である（背景が明るい）と判定された場合、制御回路４５は、ｄａｙモードを実行する。図７は、ｄａｙモードにおけるヘッドアップディスプレイ装置１０の動作を説明する断面図である。図８は、ｄａｙモードにおける駆動機構１３の動作を説明する斜視図である。

ｄａｙモードにおいて、制御回路４５は、液晶表示装置１２をチルト角Ｐ１に設定する（ステップＳ１０３）。具体的には、制御回路４５の制御に基づいて、駆動機構１３に含まれる回転駆動素子７３は、回転軸７２をチルト角Ｐ１だけ左回りに回転させる。これにより、液晶表示装置１２の表示面は、垂直方向に対してチルト角Ｐ１だけ左側に傾く。チルト角Ｐ１は、例えば、０度より大きく４５度以下であり、より望ましくは、１０度以上３０度以下である。

ここで、前述したように、液晶表示装置１２を透過した表示光は、反射部材１４によって反射され、表示部材２０に投射される。この表示部材２０への表示光の投射によって得られる虚像２３が運転者２２に視認される。

一方で、外光の一部は、表示部材２０を透過して反射部材１４によって反射され、液晶表示装置１２に照射される。外光とは、表示部材２０の外側（液晶表示装置１２が配置される側と反対側）から入射する種々の光であり、例えば太陽光等の外部からの光である。この時、液晶表示装置１２の表示面（画面）と光源部１１の主面（照明光が出射する面）とがほぼ平行、すなわち、外光の光軸と液晶表示装置１２の表示面とがほぼ垂直である場合、液晶表示装置１２により反射された光は、外光と逆の光路を辿り、表示部材２０に投射される。このため、本来、表示されるべきでない不要な像が発生し、運転者２２が視認する表示像の表示品質が低下する。

しかしながら、本実施形態では、液晶表示装置１２の表示面は、光源部１１の主面に対してチルト角Ｐ１だけ傾いている。換言すると、液晶表示装置１２の表示面の垂線は、光源部１１の光路（又は外光の光路）に対してチルト角Ｐ１だけ傾いている。これにより、外光が液晶表示装置１２によって反射された反射光は、液晶表示装置１２の表示光と同じ方向には反射されず、光源部１１の光路に対して角度“２×Ｐ１”の方向に反射される。この結果、液晶表示装置１２の反射光に起因して表示特性が劣化するのを抑制できる。

一方で、ステップＳ１０２において平均値が閾値以下である場合、すなわち夜である（背景が暗い）と判定された場合、制御回路４５は、ｎｉｇｈｔモードを実行する。図９は、ｎｉｇｈｔモードにおけるヘッドアップディスプレイ装置１０の動作を説明する断面図である。図１０は、ｎｉｇｈｔモードにおける駆動機構１３の動作を説明する斜視図である。

ｎｉｇｈｔモードにおいて、制御回路４５は、液晶表示装置１２をチルト角Ｐ２に設定する（ステップＳ１０４）。チルト角Ｐ２は、例えば０度である。すなわち、液晶表示装置１２の表示面は、垂直方向に沿って配置される。例えば、ｄａｙモードからｎｉｇｈｔモードに遷移する場合、駆動機構１３に含まれる回転駆動素子７３は、回転軸７２を右回りに回転させる。

続いて、制御回路４５は、液晶表示装置１２が表示する画像を縦方向（上下方向）に所定サイズだけ縮小する（ステップＳ１０５）。この時、ｎｉｇｈｔモードにおいて運転者２２に視認される虚像の縦方向のサイズが、ｄａｙモードにおいて運転者２２に視認される虚像の縦方向のサイズと概略同じになるように、ステップＳ１０５における縮小後の画像サイズが設定される。

外光が弱い場合は、外光の反射に起因する表示特性の劣化がほとんどない。よって、ｎｉｇｈｔモードでは、光源部１１の光軸に対して表示面が垂直になるように、液晶表示装置１２が配置される。この場合、液晶表示装置１２の特性としては、最大コントラストを利用できるため、夜間におけるコントラストの低下を抑制できる。

本実施形態では、例えば、液晶表示装置１２が表示する画像は、液晶表示装置１２がチルト角Ｐ１だけ傾いている場合に、表示部材２０に表示される画像が最適になる（最適なサイズになる）ように設定される。そして、液晶表示装置１２が垂直に配置されている場合（チルト角Ｐ２＝０度）に、上下において所定サイズだけ画像が縮小される。なお、ステップＳ１０５の画像調整動作は、省略してもよい。

また、反射部材１４の角度を調整することも可能である。図２に示した入力部４３は、運転者２２が反射部材１４の角度を変更する操作を受け付ける機能（押しボタンなど）を備える。制御回路４５は、入力部４３の情報に応じて、ミラー駆動機構１５を制御する。これに応答して、ミラー駆動機構１５は、反射部材１４の角度を変化させる。これにより、運転者２２によって視認される虚像２３をより最適に設定できる。

［５］ 第１変形例
上記実施形態では、液晶表示装置１２がチルト角Ｐ１だけ傾いている場合に、表示部材２０に表示される画像が最適になるようにしている。しかし、これに限定されず、液晶表示装置１２が垂直に配置された場合に、表示部材２０に表示される画像が最適になるように構成してもよい。図１１は、第１変形例に係るヘッドアップディスプレイ装置１０の動作を説明するフローチャートである。

ステップＳ１０３において、液晶表示装置１２は、チルト角Ｐ１に設定される。続いて、制御回路４５は、ｄａｙモードにおいて、液晶表示装置１２が表示する画像を縦方向（上下方向）に所定サイズだけ拡大する（ステップＳ１０６）。この時、ｎｉｇｈｔモードにおいて運転者２２に視認される虚像の縦方向のサイズが、ｄａｙモードにおいて運転者２２に視認される虚像の縦方向のサイズと概略同じになるように、ステップＳ１０６における拡大後の画像サイズが設定される。

一方、ステップＳ１０４において、液晶表示装置１２が垂直方向に沿って配置された場合、その後に、画像サイズの調整は行われない。すなわち、第１変形例では、ｎｉｇｈｔモードにおける画像サイズを基準にし、ｄａｙモードにおける画像サイズを調整する。

なお、第１変形例の場合は、画像を拡大する領域を確保するために、ｎｉｇｈｔモード時の最適な画像において、液晶表示装置１２の表示領域のうち上下の一部分が画像表示に使用されないようにする。これにより、ｄａｙモードにおいて、画像（運転者２２に視認される情報を指す）を縦方向に拡大することが可能となる。

［６］ 第２変形例
運転者２２が入力部４３を用いた操作に応じて、液晶表示装置１２の角度を変化させるようにしてもよい。図１２は、第２変形例に係るヘッドアップディスプレイ装置１０の動作を説明するフローチャートである。

図２に示した入力部４３は、運転者２２がｄａｙモード及びｎｉｇｈｔモードのいずれかを選択する操作を受け付ける機能（スイッチなど）を備える。制御回路４５は、入力部４３が運転者２２によって操作されたか否かを監視している（ステップＳ１０７）。

入力部４３を利用してｄａｙモードが選択された場合、制御回路４５は、液晶表示装置１２をチルト角Ｐ１に設定する（ステップＳ１０３）。一方、入力部４３を利用してｎｉｇｈｔモードが選択された場合、制御回路４５は、液晶表示装置１２をチルト角Ｐ２に設定する（ステップＳ１０４）。

なお、照度センサー１８による動作と第２変形例とを併用することも可能であるし、入力部４３による手動のみを用いるようにしてもよい。このように、照度センサー１８に代えて若しくは併用して、入力部４３が受け付けた操作に応じて液晶表示装置１２の角度を変化させることができる。

［７］ 実施形態の効果
以上詳述したように本実施形態では、ヘッドアップディスプレイ装置１０は、光源部１１と、光源部１１からの光を透過し、スクリーン２０に画像を投影する液晶表示装置１２と、車両の周囲の照度を測定する照度センサー１８と、液晶表示装置１２の角度を変化させる駆動機構１３とを備える。そして、駆動機構１３は、照度センサー１８の測定結果に応じて、ｄａｙモード及びｎｉｇｈｔモードのいずれかを実行する。駆動機構１３は、ｄａｙモードにおいて、液晶表示装置１２を垂直方向に対してスクリーン２０側に傾け、ｎｉｇｈｔモードにおいて、液晶表示装置１２を垂直方向に沿って配置するようにしている。

従って本実施形態によれば、車両の周囲が明るい（外光が強い）場合、外光が液晶表示装置１２によって反射された反射光に起因して、ヘッドアップディスプレイ装置１０の表示特性が劣化するのを抑制できる。また、車両の周囲が暗い（外光が弱い）場合、液晶表示装置１２の最大コントラストが利用できるため、表示画像のコントラストを向上させることができる。

また、照度センサー１８の測定結果に応じて、ｄａｙモードとｎｉｇｈｔモードとを切り替えている。これにより、運転者２２の操作を必要とせず、自動でヘッドアップディスプレイ装置１０の表示特性がより良い状態に設定できる。

また、ｎｉｇｈｔモードにおいて、画像サイズを縦方向に縮小するようにしている。これにより、ｄａｙモード及びｎｉｇｈｔモードで画像サイズを概略同じに設定することができる。

また、運転者２２の操作に応じて、反射部材１４の角度を調整することができる。これにより、運転者２２の要求に添った画像を表示することが可能となる。

本明細書において、板やフィルムは、その部材を例示した表現であり、その構成に限定されるものではない。例えば、位相差板は、板状の部材に限定されるものではなく、明細書で記載した機能を有するフィルムやその他の部材であってもよい。偏光板は、板状の部材に限定されるものではなく、明細書で記載した機能を有するフィルムやその他の部材であってもよい。

本明細書において、「平行」とは、完全に平行であることが好ましいが、必ずしも厳密に平行である必要はなく、本発明の効果に鑑みて実質的に平行と同視できるものを含み、また、製造プロセス上発生しうる誤差を含んでいてもよい。また、「垂直」とは、必ずしも厳密に垂直である必要はなく、本発明の効果に鑑みて実質的に垂直と同視できるものを含み、また、製造プロセス上発生しうる誤差を含んでいてもよい。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で、構成要素を変形して具体化することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、１つの実施形態に開示される複数の構成要素の適宜な組み合わせ、若しくは異なる実施形態に開示される構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を構成することができる。例えば、実施形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素が削除されても、発明が解決しようとする課題が解決でき、発明の効果が得られる場合には、これらの構成要素が削除された実施形態が発明として抽出されうる。

１０…ヘッドアップディスプレイ装置、１１…光源部、１２…液晶表示装置、１３…駆動機構、１４…反射部材、１５…ミラー駆動機構、１６…ケース、１７…支持部材、１８…照度センサー、１９…制御部、２０…表示部材、２１…インストルメントパネル、３０…基板、３１…発光素子、３２…ヒートシンク、３３，３５…支持部材、３４…光源光学系、４０…走査ドライバ、４１…信号ドライバ、４２…共通電圧供給回路、４３…入力部、４４…電圧発生回路、４５…制御回路、５１，５２…基板、５３…液晶層、５４…スイッチング素子、５５…絶縁層、５６…画素電極、５７…コンタクトプラグ、５８…カラーフィルター、５９…ブラックマトリクス、６０…共通電極、６１，６３…位相差板、６２，６４…偏光板、６５…画素、７０…フレーム、７１，７２…回転軸、７３…回転駆動素子。

Claims (8)

1. 光源部と、
   前記光源部からの光を透過し、スクリーンに画像を投影する液晶表示装置と、
   車両の前方外側の照度を計測する照度センサーと、
   前記照度センサーの測定結果に応じて、前記液晶表示装置の角度を変化させる第１駆動機構と
   を具備することを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記第１駆動機構は、
   前記測定結果が閾値より大きい場合に第１モードを実行し、前記測定結果が前記閾値以下である場合に第２モードを実行し、
   前記第１モードにおいて、前記液晶表示装置の上部が前記スクリーンに近づくように、前記液晶表示装置を前記光源部の光軸に垂直な第１方向に対して傾け、
   前記第２モードにおいて、前記液晶表示装置を前記第１方向に沿って配置する
   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装置。
3. 前記第２モードにおいて、前記液晶表示装置の画像を前記第１方向に縮小する制御回路をさらに具備することを特徴とする請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
4. 光源部と、
   前記光源部からの光を透過し、スクリーンに画像を投影する液晶表示装置と、
   ユーザーが操作可能な第１入力部と、
   前記第１入力部の情報に応じて、前記液晶表示装置の角度を変化させる第１駆動機構と、
   制御回路と
   を具備し、
   前記第１駆動機構は、
   前記第１入力部により第１モードが指示された場合に、前記液晶表示装置の上部が前記スクリーンに近づくように、前記液晶表示装置を前記光源部の光軸に垂直な第１方向に対して傾け、
   前記第１入力部により第２モードが指示された場合に、前記液晶表示装置を前記第１方向に沿って配置し、
   前記制御回路は、前記第２モードにおいて、前記液晶表示装置の画像を前記第１方向に縮小することを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
5. 前記第１モードにおけるチルト角は、０度より大きく４５度以下であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。
6. 前記第１駆動機構は、
   前記液晶表示装置を少なくとも部分的に囲むフレームと、
   前記液晶表示装置に固定され、前記フレームに回転可能なように接続された回転軸と、
   前記回転軸に接続され、前記回転軸を所定の角度範囲で回転させる駆動素子と
   を含む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装置。
7. 前記液晶表示装置を透過した光を前記スクリーンに向けて反射する反射部材をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。
8. ユーザーが操作可能な第２入力部と、
   前記第２入力部の情報に応じて、前記反射部材の角度を変化させる第２駆動機構と
   をさらに具備することを特徴とする請求項７に記載のヘッドアップディスプレイ装置。