JP6839806B2 - ヘッドアップディスプレイ装置、及び車両 - Google Patents

Description

本開示は、車両用表示装置に関するものであり、特に、自動車などに用いられるヘッドアップディスプレイ装置に関するものである。

自動車等の情報表示装置として、ヘッドアップディスプレイ（Ｈｅａｄ−Ｕｐ Ｄｉｓｐｌａｙ）装置が知られている。

特許文献１は、凹面鏡をターニングミラーとして用い、凹面鏡の虚の像点を出現させる範囲において、物点としての表示器と凹面鏡との間の距離を、手動又は自動もしくはこれらの組合せによって可変させることにより、虚像の位置を可変させるヘッドアップディスプレイ装置を開示する。

特許文献２は、光源と、光源からの光を２次元にする走査手段と、走査光を結像するスクリーンと、スクリーン上の映像を投影する投影手段とを備え、投影手段とスクリーンとの間の距離を変えることにより、投影された虚像の位置を可変にする車両用ヘッドアップディスプレイ装置を開示する。

特開平６−１１５３８１号公報 特開２００９−１５０９４７号公報

本開示は、虚像の投影距離を変更可能なヘッドアップディスプレイ装置において、虚像の投影を行い易くすることができるヘッドアップディスプレイ装置を提供する。

本開示におけるヘッドアップディスプレイ装置は、虚像を投影する。ヘッドアップディスプレイ装置は、表示部と、第１の光学部材と、第２の光学部材と、調整部とを備える。表示部は、虚像に対応する表示画像となる光を射出する。第１の光学部材は、表示部から入射する光を反射する。第２の光学部材は、虚像が投影されるように、第１の光学部材の反射光を反射あるいは透過する。調整部は、第１の光学部材を移動させて、虚像の投影距離を調整する。調整部は、虚像の投影距離に応じて、第１の光学部材と第２の光学部材との間の距離及び、表示部に対する第１の光学部材の傾斜角度を変化させる。

本開示におけるヘッドアップディスプレイ装置によると、調整部によって第１の光学部材についての距離と傾斜角度とを変化させることにより、虚像の投影距離を変更可能なヘッドアップディスプレイ装置において、虚像の投影を行い易くすることができる。

本開示の実施の形態１におけるヘッドアップディスプレイ装置を利用したナビゲーションシステムを備えた車両の構成例を示す図 実施の形態１におけるヘッドアップディスプレイ装置の構成の例を示すブロック図 実施の形態１におけるヘッドアップディスプレイ装置の光学系部の構成の例を示す図 ヘッドアップディスプレイ装置における調整部の構成例を示す図 ヘッドアップディスプレイ装置における虚像距離の調整方法を説明するための図 ヘッドアップディスプレイ装置における表示部の一例の配光制御を説明するための図 実施の形態２におけるヘッドアップディスプレイ装置の光学系部の構成の例を示す図 実施の形態３におけるヘッドアップディスプレイ装置の光学系部の構成の例を示す図 実施の形態４におけるヘッドアップディスプレイ装置の光学系部の構成の例を示す図 実施の形態５におけるヘッドアップディスプレイ装置の光学系部の構成の例を示す図 実施の形態６におけるヘッドアップディスプレイ装置の光学系部の構成の例を示す図

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面及び以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

なお、全図において、共通な機能を有する要素には同一な符号を付して示し、一度説明したものについては、その重複する説明を省略する。

（実施の形態１）
［１−１．構成］
［１−１−１．車両の構成］
図１は、本開示の実施の形態におけるヘッドアップディスプレイ装置を利用したナビゲーションシステムを備えた車両の構成例を示す図である。図１に示す車両１０は、ナビゲーションシステム１５とカメラ３０を備える。ナビゲーションシステム１５は、ヘッドアップディスプレイ装置１とナビゲーション装置２０とを備える。以下、図１に示す車両１０の垂直方向ｄ１において、正の向きを上方といい、負の向きを下方という場合がある。車両１０は、路面の上方に位置している。

ナビゲーション装置２０は、予め設定された目的地までの経路情報を運転者に提供して、経路案内を行う装置である。ナビゲーション装置２０は、内蔵メモリに地図情報２１を格納している。また、ナビゲーション装置２０は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）等の位置情報取得部２２を備え、自車両の位置情報を取得して内蔵メモリに記憶する。

カメラ３０は、例えば自車両の前方を撮影し、画像情報を生成する。

ヘッドアップディスプレイ装置１は、車両のフロントガラス１７０に映像光を投影することにより、運転者の目１８０に対してフロントガラス１７０の前方に虚像１９０を投影する装置である。ヘッドアップディスプレイ装置１は、ナビゲーション装置２０からの車両の位置情報や地図情報、あるいは、カメラ３０からの画像情報に基づいて、虚像１９０の投影位置を設定する。ここでいう投影位置は主に運転者から虚像１９０までの距離を指す。

［１−１−２．ヘッドアップディスプレイ装置の概略構成］
図２は、本開示の実施の形態１におけるヘッドアップディスプレイ装置１の構成の例を示すブロック図である。

ヘッドアップディスプレイ装置１は、光学系部５０と制御部６０とを備える。

制御部６０は、例えばＣＰＵ又はＭＰＵで構成され、メモリに格納されたプログラムを実行することで、各種の機能を実現する。制御部６０は、専用に設計された電子回路や再構成可能な電子回路などのハードウェア回路（ＡＳＩＣ，ＦＰＧＡ等）で構成されてもよい。制御部６０の機能は、ハードウェアとソフトウェアとの協働で実現されてもよいし、ハードウェア（電子回路）のみで実現されてもよい。

制御部６０は、周辺情報取得部６１と、車両情報取得部６２と、光学制御部６３とを備える。

周辺情報取得部６１は、カメラ３０からの車両前方の画像情報を解析することにより、周囲の建物、風景や、路面上の対象物を検出し、自車両から建物や対象物までの距離情報を取得する。路面上の対象物としては例えば交差点である。

車両情報取得部６２は、車両の各種センサから速度情報を取得する。

光学制御部６３は、ナビゲーション装置２０からの地図情報に基づいて、周囲の建物、風景や、路面上の対象物を抽出する。光学制御部６３は、ナビゲーション装置２０からの車両の位置情報、地図情報に基づいて、車両から建物や対象物までの距離情報を求める。光学制御部６３は、求めた距離情報に基づいて、建物や対象物の近傍に虚像１９０が位置するように、光学系部５０に虚像１９０を投影させる。これにより、例えば、ナビゲーション装置２０の情報として、建物の近傍に施設情報を投影したり、交差点の近傍に経路案内情報を投影したりすることができる。

あるいは、光学制御部６３は、周辺情報取得部６１からの、自車両から建物や対象物までの距離情報に基づいて、建物や対象物の近傍に虚像１９０が位置するように、光学系部５０に虚像１９０を投影させてもよい。

また、光学制御部６３は、車両情報取得部６２からの車両の速度情報に基づいて、虚像１９０の投影位置を設定してもよい。たとえば、車両が高速で走行し、運転者の視点が遠くにある場合には、虚像を遠くに投影し、また、車両が低速で走行し、運転者の視点が近くにある場合には、虚像を近くに投影するように、虚像１９０の投影位置を設定してもよい。

光学系部５０は、虚像を投影するための光学系を含む。以下、ヘッドアップディスプレイ装置１の光学系部５０について説明する。なお、図３に示すヘッドアップディスプレイ装置１では光学系部５０のみが示されており、制御部６０を省略している（実施の形態２〜６についても同様）。

［１−１−３．ヘッドアップディスプレイ装置（光学系部）の構成］
図３は、本開示の実施の形態１におけるヘッドアップディスプレイ装置１の光学系部の構成の例を示す図である。

本実施の形態１のヘッドアップディスプレイ装置１は、表示部１１０と、第１の光学部材である可動ミラー１２０と、調整部１３０と、第２の光学部材である第１のミラー１４０と、第２のミラー１５０とを備える。

表示部１１０は、運転者に対して表示する運行情報や経路情報などの表示画像となる光（以下、表示光と称す）を射出する。表示部１１０は、たとえば、液晶表示モジュールであり、液晶表示パネル１１５、バックライト１１６を含む。表示部１１０は、液晶表示パネル駆動用回路基板、導光板、レンズ、拡散板、バックライト用ヒートシンクなどを含んでいてもよい。本実施の形態におけるバックライト１１６は、表示部１１０において複数の配光方向を有する（図６参照）。表示部１１０の配光方向については後述する。

可動ミラー１２０は、表示部１１０から入射する表示光を第１のミラー１４０に向けて反射する。実施の形態１において、可動ミラー１２０は、例えば略平面鏡である。

調整部１３０は、可動ミラー１２０を移動させる駆動機構である。本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置１においては、調整部１３０が、例えば図３に示すように位置Ａと位置Ｂとの間において、可動ミラー１２０をシフトしながら傾きを調整する。調整部１３０の具体的な構成については後述する。

可動ミラー１２０の位置Ａと位置Ｂとは、例えば調整部１３０の可動範囲を示し、第１のミラー１４０から位置Ｂまでの距離は位置Ａまでの距離よりも遠い。可動ミラー１２０の傾きは、ヘッドアップディスプレイ装置１における各種の基準方向に対して可動ミラー１２０が傾斜する傾斜角度として規定できる。

第１のミラー１４０は、可動ミラー１２０が反射した表示光を第２のミラー１５０に向けて反射する。第１のミラー１４０は、たとえば、球面ミラー等の凸面鏡である。

第２のミラー１５０は、第１のミラー１４０が反射した表示光を反射、および、集光させ、フロントガラス１７０に向けて射出させる。第２のミラー１５０は、たとえば凹面鏡である。

［１−１−４．調整部の構成例］
ヘッドアップディスプレイ装置１における調整部１３０の具体的な構成について、図４を用いて説明する。図４は、調整部１３０の構成例を説明するための図である。

図４（ａ）は、調整部１３０の構成の一例を示す。図４（ｂ）は、図４（ａ）の調整部１３０により可動ミラー１２０を移動させた状態を示す。以下、調整部１３０が可動ミラー１２０の位置をシフトする方向ｄ２を「シフト方向」という。

図４（ａ）の構成例において、調整部１３０は、モータ１３１と、送りねじ１３２と、支持部材１３３とを備える。可動ミラー１２０は、側面において調整部１３０の支持部材１３３に取り付けられている。

モータ１３１は、送りねじ１３２を軸回転させるように回転駆動する。モータ１３１は、例えば、上述した車両の各種センサからの検出信号や、ナビゲーション装置２０から出力される運転情報などに基づいて制御部６０により制御される。

送りねじ１３２は、図４（ａ）に示すように、軸方向がシフト方向ｄ２と平行になるように配置される。送りねじ１３２の端部は、モータ１３１に接続されている。送りねじ１３２は、支持部材１３３を挿通している。

支持部材１３３は、可動ミラー１２０を支持する部材である。支持部材１３３は、送りねじ１３２に挿通された挿通部１３４と、可動ミラー１２０に固定されたギヤ部１３５とを備える。挿通部１３４には、ヒンジ１３６を介してギヤ部１３５が取り付けられる。ヒンジ１３６は、送りねじ１３２の軸方向に直交する回転軸を有する。ギヤ部１３５は、送りねじ１３２のねじ溝に係合可能な複数の歯部１３５ａを有する。歯部１３５ａのピッチ及びサイズ等の支持部材１３３における各種寸法は、適宜、設定可能である。

以上の構成例の調整部１３０によると、可動ミラー１２０は、支持部材１３３においてギヤ部１３５が送りねじ１３２に係合する状態に応じた姿勢（傾き）で支持される。調整部１３０は、モータ１３１で送りねじ１３２を回転させることにより、図４（ｂ）に示すようにシフト方向ｄ２において支持部材１３３をシフトする。この際、支持部材１３３においてギヤ部１３５がヒンジ１３６の回転軸の周りに回転し、これによって可動ミラー１２０の姿勢が変化する。

以上のように、本例の調整部１３０は、モータ１３１の回転制御によって、可動ミラー１２０のシフト方向ｄ２における位置と可動ミラー１２０の向きとを連動して調整することができる。以上のような調整部１３０の構成は一例であり、調整部１３０として種々の構成が採用されてもよい。

［１−２．動作］
［１−２−１．全体の動作］
実施の形態１におけるヘッドアップディスプレイ装置１の動作について説明する。

図１に示すように、表示部１１０より射出された表示光は、可動ミラー１２０で反射され、第１のミラー１４０及び第２のミラー１５０により反射、および、集光され、車のフロントガラス１７０で反射されて運転者の目１８０に到達する。

運転者の目１８０は、フロントガラス１７０の先の遠方に、表示部１１０に表示された表示画像を、虚像１９０として視認する。

運転者の目１８０から虚像１９０までの距離（以下、虚像距離と記載）は、可動ミラー１２０を調整部１３０が位置Ａと位置Ｂの間で移動させることで変更できる。調整部１３０は、例えば、虚像１９０の表示位置を虚像１９０と虚像１９１の間で変更できる。虚像距離の調整方法については後述する。

可動ミラー１２０の位置設定は、ＡＲ（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）−ＨＵＤ用途としては、たとえば、上述したように、車両の走行位置情報、ナビゲーション装置２０の地図情報２１、あるいは、カメラ３０等及び周辺情報取得部６１などからの情報に基づいて、周囲の建物、風景や、路面上の対象物から車両までの距離に基づいて行われる。

また、上述したように、車両の各種センサからの車速情報に基づいて可動ミラー１２０の位置を設定しても良い。たとえば、車両が高速で走行し、運転者の視点が遠くにある場合には、虚像を遠くに投影し、また、車両が低速で走行し、運転者の視点が近くにある場合には、虚像を近くに投影するように、可動ミラー１２０の位置を設定してもよい。これにより、運転者の視点移動を軽減することができる。

さらに、運転者自身が、視力などの生理的要因や、運転姿勢などの好みに応じて虚像を見やすいと感じる距離に適宜調節してもよい。

［１−２−２．虚像距離の調整方法について］
本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置１における虚像距離の調整方法について、以下説明する。本実施の形態では、調整部１３０によって可動ミラー１２０を移動させることにより、虚像距離を調整する。以下では、本方法の一例として、虚像距離を遠くする例を、図５を用いて説明する。図５は、虚像距離の調整方法を説明するための図である。

図５（ａ）は、ヘッドアップディスプレイ装置１における虚像距離の調整前の光路Ｌａおよび可動ミラー１２０を平行移動した場合の光路Ｌｂ’を例示する。図５（ｂ）は、本実施の形態における調整部１３０による虚像距離の調整後の光路Ｌｂを例示する。図５（ａ），（ｂ）では、可動ミラー１２０の傾きの基準方向の一例として、基準方向ｄ３を示している。基準方向ｄ３は、表示部１１０において、第１のミラー１４０に対して遠い側（−ｄ３側）から近い側（＋ｄ３側）に向かう方向である。

図５（ａ）に示す光路Ｌａは、表示部１１０の表示面１１０ａ上のある点Ｐ１からの光が、移動前の位置Ａの可動ミラー１２０によって反射されるときに通る光路を示している。光路Ｌａにおいて、点Ｐ１からの光は、位置Ａの可動ミラー１２０の反射面１２０ａ上の点Ｐ２に入射し、点Ｐ２から第１のミラー１４０に出射している。光路Ｌａを通った光は、ヘッドアップディスプレイ装置１の外部に出射することにより、調整前の虚像１９０（図３）の一部を生成する。

また、光路Ｌｂ’は、虚像距離の調整のために可動ミラー１２０が平行移動された場合に、調整後の虚像において調整前の光路Ｌａと同じ部分を生成する光路を示している。調整前後の光路Ｌａ，Ｌｂ’において、光が第１のミラー１４０を出射する部分は一致しており、第１のミラー１４０に向けて可動ミラー１２０を出射する部分は、同一直線上になっている。調整後の光路Ｌｂ’において、光が可動ミラー１２０に入射する部分は、光が反射後に上記各部を通るような入射角度において、平行移動後の位置Ｂ’の反射面１２０ｂ’上の点Ｐ３と表示面１１０ａ間を繋いでいる。

図５（ａ）に示す光路Ｌｂ’においては、表示部１１０の表示面１１０ａ上の点Ｐ４が、可動ミラー１２０の平行移動前の点Ｐ１から−ｄ３側にずれている。このように、可動ミラー１２０の平行移動によると、虚像距離の調整前後において表示部１１０の表示面１１０ａ上における表示画像の位置がずれることが想定される。この場合、虚像距離を調整する毎に表示面１１０ａ上で表示画像の位置を変更するような画像処理を要すると考えられる。また、虚像の投影距離の調整幅を拡げる仕様変更時などには、表示面１１０ａを大きくする必要が生じ、表示部１１０の大型化を招いてしまう。

そこで、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置１では、調整部１３０により、虚像距離の調整時に表示面１１０ａ上の表示画像の位置がずれないように、可動ミラー１２０の位置をシフトしながら可動ミラー１２０の傾きを調整する。図５（ｂ）に、本実施の形態の調整部１３０によって調整された場合の光路Ｌｂを示す。

図５（ｂ）の光路Ｌｂにおいて、光が可動ミラー１２０の点Ｐ３を出射した後の部分は上記の光路Ｌｂ’の場合と同様であり、点Ｐ３に入射する部分が、可動ミラー１２０の傾きに応じて調整されている。図５（ｂ）の場合、調整部１３０は、可動ミラー１２０における＋ｄ３側の端部が、移動前の位置Ａから移動後の位置Ｂへ＋ｄ２向きに移動する移動幅を、−ｄ３側の端部の移動幅よりも大きくするように、移動前後の可動ミラー１２０の傾きを変化させる。これにより、平行移動時の表示部１１０上の点Ｐ１，Ｐ４間のずれを打ち消して、調整後（位置Ｂ）の光路Ｌｂにおける表示部１１０上の点を調整前（位置Ａ）と同じ点Ｐ１にすることができる。

可動ミラー１２０の傾きは、例えば基準方向ｄ３に対する可動ミラー１２０の（反射面の）傾斜角度として規定できる。可動ミラー１２０の傾斜角度は、例えば可動ミラー１２０のシフト方向ｄ２における位置毎に設定される。例えば、可動ミラー１２０が位置Ａ，Ｂ間の種々の位置にある場合に、表示部１１０の点Ｐ１からの光の光路における可動ミラー１２０を出射した後の部分が変わらないように、各位置における可動ミラー１２０の傾斜角度が設定されてもよい。傾斜角度の設定は、例えば、図４の例の調整部１３０におけるギヤ部１３５の歯部１３５ａのピッチ及びサイズの設計等によって実施可能である。以上のような設定は、表示部１１０上の複数の点または表示面１１０ａ全体からの光の光路を考慮して行われてもよい。

以上のような本実施の形態の調整部１３０による虚像距離の調整方法によると、虚像距離の調整前後において、表示面１１０ａ上で同じ位置の表示画像を使用でき、上述のような画像処理を省略したり、表示部１１０の大型化を回避したりすることができる。このように、本実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１によると、虚像距離を調整可能な虚像の投影を行い易くすることができる。

以上の調整方法によると、移動前後の可動ミラー１２０の反射面１２０ａ，１２０ｂ上の位置に応じて移動幅が異なることから、対応する光路の長さも異なることとなる。これにより、図３の例では、調整後の虚像１９１が、調整前の虚像１９０よりも遠ざかりながら、運転手側に倒れるように視認される。調整前後の虚像１９０，１９１の姿勢は、例えばヘッドアップディスプレイ装置１における各種光学系の配置によって適宜、設定されてもよい。

以上の説明では、虚像距離を遠くする例を説明したが、虚像距離を近づける場合においても、上記と同様の調整方法を適用することができる。

［１−２−３．配光制御について］
以上のような虚像距離の調整方法によると、可動ミラー１２０の傾斜角度の調整に伴い、調整前後の光路Ｌａ，Ｌｂ（図５（ａ），（ｂ））において光が表示部１１０から可動ミラー１２０に入射する部分の向きが変更される。そこで、本実施の形態では、可動ミラー１２０の調整と共に、表示部１１０における光の配光方向を制御する。本実施の形態における表示部１１０の配光方向の制御方法について、図６を用いて説明する。

図６は、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置１における表示部１１０の一例の配光制御を説明するための図である。図６（ａ）は、位置Ａの可動ミラー１２０に対する表示部１１０の制御状態を示す。図６（ｂ）は、位置Ｂの可動ミラー１２０に対する表示部１１０の制御状態を示す。

図６の例において、表示部１１０のバックライト１１６は、第１の配光方向ｄ４１を有する第１組の光源素子１１６ａと、第１の配光方向ｄ４１とは異なる第２の配光方向ｄ４２を有する第２組の光源素子１１６ｂとを備える。第１組の光源素子１１６ａと第２組の光源素子１１６ｂとは、例えば交互に配置される。第１組及び第２組の光源素子１１６ａ，１１６ｂは、例えば白色ＬＥＤ等で構成される。

第１の配光方向ｄ４１は、位置Ａの可動ミラー１２０の傾斜角度に対応する方向である（図６（ａ））。例えば、第１の配光方向ｄ４１に沿って表示部１１０の点Ｐ１から射出する光は、位置Ａの反射面１２０ａ上の点Ｐ２に入射する。このような入射光は、当該反射面１２０ａにおいて反射することにより、上述のように図３の位置Ａに対応する虚像１９０を生成する（図５（ａ）参照）。

第２の配光方向ｄ４２は、位置Ｂの可動ミラー１２０の傾斜角度に対応する方向である（図６（ｂ））。例えば、第２の配光方向ｄ４２に沿って表示部１１０の点Ｐ１から射出する光は、位置Ｂの反射面１２０ｂ上の点Ｐ３に入射する。このような入射光は、当該反射面１２０ｂにおいて反射することにより、上述のように図３の位置Ｂに対応する虚像１９１を生成する（図５（ｂ）参照）。

本実施の形態では、以上のような表示部１１０におけるバックライト１１６の配光方向ｄ４１，ｄ４２を、虚像距離に応じて切り替え制御する。例えば、ヘッドアップディスプレイ装置１の制御部６０（図２）は、可動ミラー１２０が位置Ａにあると判断すると、表示部１１０のバックライト１１６を制御して、図６（ａ）に示すように、第１組の光源素子１１６ａを点灯すると共に、第２組の光源素子１１６ｂを消灯する。

一方、制御部６０は、可動ミラー１２０が位置Ｂにあると判断すると、図６（ｂ）に示すように、第１組の光源素子１１６ａを消灯すると共に、第２組の光源素子１１６ｂが点灯する。制御部６０の判断は、例えば可動ミラー１２０の位置が各位置Ａ，Ｂのいずれに近いかに基づき、行われてもよい。

以上の配光制御によると、可動ミラー１２０が位置Ａ，Ｂ間で調整されたときに、各々の虚像距離における虚像１９０，１９１を投影するための光路に応じて表示部１１０の配光方向が切り替わり、虚像を投影するための光を効率良く得ることができる。

［１−３．まとめ］
以上のように、本実施の形態において、ヘッドアップディスプレイ装置１は、虚像を投影する装置である。ヘッドアップディスプレイ装置１は、表示部１１０と、第１の光学部材の一例である可動ミラー１２０と、第２の光学部材の一例である第１のミラー１４０と、調整部１３０とを備える。表示部１１０は、虚像に対応する表示画像となる光を射出する。可動ミラー１２０は、表示部１１０から入射する光を反射する。第１のミラー１４０は、虚像が投影されるように、可動ミラー１２０の反射光を反射あるいは透過する。調整部１３０は、可動ミラー１２０を移動させて、虚像の投影距離を調整する。調整部１３０は、虚像の投影距離に応じて、可動ミラー１２０と第１のミラー１４０との間の距離及び、表示部１１０に対する可動ミラー１２０の傾斜角度を変化させる。

以上のヘッドアップディスプレイ装置１によると、調整部１３０により、可動ミラー１２０の、第１のミラー１４０までの距離と表示部１１０に対する傾斜角度とを共に変化させて虚像距離が調整される。これにより、虚像距離を変更可能なヘッドアップディスプレイ装置１において、虚像の投影を行い易くすることができる。

本実施の形態において、調整部１３０は、可動ミラー１２０の移動時に、可動ミラー１２０のうちの表示部１１０よりも第１のミラー１４０に近い＋ｄ３側の端部の移動幅が、第１のミラー１４０よりも表示部１１０に近い−ｄ３側の端部の移動幅よりも大きくなるように、傾斜角度を変化させる。これにより、可動ミラー１２０の平行移動時に表示部１１０において生じ得る表示画像の位置ずれを抑制して、ヘッドアップディスプレイ装置１における表示部１１０を構成し易くすることができる。例えば、表示部１１０の小型化を図ることができる。

また、本実施の形態において、調整部１３０は、表示部１１０における特定の位置から射出した光が可動ミラー１２０で反射した後に通る光路が、可動ミラー１２０の移動前後において変わらないように、距離と傾斜角度とを変化させる。これにより、表示部１１０における表示画像の位置ずれを精度良く抑制することができる。

また、本実施の形態において、表示部１１０は、二つの配光方向ｄ４１，ｄ４２を有する光源の一例であるバックライト１１６を備える。第１及び第２の配光方向ｄ４１，ｄ４２は、可動ミラー１２０の位置Ａ，Ｂの各々の傾斜角度に対応する方向である。これにより、各位置Ａ，Ｂに対応する虚像を投影するための光を効率良く得ることができる。なお、第１及び第２の配光方向ｄ４１，ｄ４２は、可動ミラー１２０の位置と共に、第１組の光源素子１１６ａと第２組の光源素子１１６ｂの光量比を変えることにより、制御してもよい。

なお、表示部１１０における光源の配光方向は二つに限らず、例えば、三つ以上の配光方向が用いられてもよい。この場合においても、各配光方向が可動ミラー１２０の互いに異なる傾斜角度に対応して設定されることにより、各々の虚像距離に応じた虚像を投影するための光の配光制御を行える。また、特に配光制御を行わない場合、バックライト１１６の配光方向は一つであってもよい。

なお、本実施の形態において、表示部１１０から射出された表示光が反射されるミラーの配置順は、可動ミラー１２０、第１のミラー１４０、第２のミラー１５０の順として説明したが、必ずしもこの順序に限定されることは無い。例えば、第１のミラー１４０と第２のミラー１５０の間に可動ミラー１２０を配置する構成でもよい。ただし、表示部１１０から射出された光束の光束幅は、ミラーで反射されるごとに太くなる。そのため、表示部１１０から射出された光束を最初に反射するミラーを可動ミラー１２０とすることにより、可動ミラー１２０の面積を小さくすることが可能である。これは、調整部１３０の小型化や、モータ１３１に必要な駆動力を小さく取ることが可能となり、機器設計をする上において好ましい。

なお、本実施の形態では、第１のミラー１４０を凸面球面ミラー、第２のミラー１５０を凹球面ミラーとして、２枚のミラーを用いた虚像投影光学系として説明したが、これに限ったものではない。それぞれのミラーは、球面凹面鏡、球面凸面鏡、非球面凹面鏡、非球面凸面鏡、または、自由曲面鏡であってもよい。

また、虚像投影光学系を構成するミラーの枚数も２枚に限定されず、１枚であっても、３枚以上であっても構わない。

また、本実施の形態において、第１の光学部材の一例である可動ミラー１２０は、例えば略平面鏡である。これに限らず、第１の光学部材は、例えば自由曲面鏡、非球面鏡又は球面鏡であってもよい。

（実施の形態２）
実施の形態２では、虚像距離が遠ざかるほど虚像が路面前方に倒れるように視認されるヘッドアップディスプレイ装置について説明する。

［２−１．構成］
図７は、実施の形態２におけるヘッドアップディスプレイ装置２の光学系部の構成の例を示す図である。図７において、図３と同じ動作を行う構成要素には同符号を付与し、説明を省略する。

本実施の形態におけるヘッドアップディスプレイ装置２は、実施形態１のヘッドアップディスプレイ装置１（図３）と同様の構成において、図７に示すように、第１のミラー１４０に対する可動ミラー１２０及び表示部１１０の配置が変更されている。

図３の例では、可動ミラー１２０が第１のミラー１４０と第２のミラー１５０間の近傍に配置された。図７の例においては、可動ミラー１２０よりも表示部１１０が、第１及び第２のミラー１４０，１５０間の近傍に配置されている。図７では、表示部１１０において、第１のミラー１４０よりも第２のミラー１５０に近い側（−ｄ５側）から、第２のミラー１５０よりも第１のミラー１４０に近い側（＋ｄ５側）に向かう方向を基準方向ｄ５としている。

［２−２．動作］
本実施の形態において、調整部１３０は、可動ミラー１２０の移動時に、可動ミラー１２０の＋ｄ５側の端部の移動幅が−ｄ５側の端部の移動幅よりも大きくなるように、可動ミラー１２０の傾斜角度を変化させる。これにより、可動ミラー１２０における＋ｄ５側で反射した光の光路Ｌ２１は、−ｄ５側で反射した光の光路Ｌ２２よりも大幅に延長されることとなる。

図７の配置例によると、可動ミラー１２０における＋ｄ５側で反射した光の光路Ｌ２１は、車両の垂直方向ｄ１における虚像１９０の上部に対応しており、−ｄ５側で反射した光の光路Ｌ２２は、虚像１９０の下部に対応している。よって、虚像距離を遠くする調整時には、虚像１９０，１９１の上部に対応する光路Ｌ２１が、下部に対応する光路Ｌ２２よりも長く延長される。これにより、運転者の目１８０には、図７に示すように、調整後の虚像１９１が路面に沿って倒れるように視認させることができる。

［２−３．まとめ］
以上のように、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置２は、車両に搭載された場合において、虚像の投影距離が遠くなる程、車両の垂直方向ｄ１における虚像の上部に対応する光の光路Ｌ２１が、虚像の下部に対応する光の光路Ｌ２２よりも長く延長されるように、表示部１１０と可動ミラー１２０と第１のミラー１４０とが配置される。これにより、虚像距離を遠ざけたときに虚像による画面表示等が、路面に重畳するように視認させることができ、ＡＲ−ＨＵＤ用途などにおいて有用である。

以上の説明では、図７の光学系の配置例を用いて虚像の姿勢を変化させる例を説明した。図７の配置例は一例であり、虚像距離が遠ざかるほど路面前方に倒れるような虚像は、虚像距離の調整時における虚像の上部及び下部に対応する光路の延び方を考慮して、種々の光学系の配置によって実現することができる。

（実施の形態３）
［３−１．構成］
図８は、本開示の実施の形態３におけるヘッドアップディスプレイ装置３の構成の例を示す図である。ヘッドアップディスプレイ装置３は、車のフロントガラス１７０近傍に設置されているコンバイナ１７１に表示光を投影するヘッドアップディスプレイ装置である。

ヘッドアップディスプレイ装置３は、表示部１１０、第１の光学部材である可動ミラー１２０、調整部１３０、第２の光学部材である第１のミラー１４０を備える。図８において、図３と同じ動作を行う構成要素には同符号を付与し、説明を省略する。実施の形態１のヘッドアップディスプレイ装置１は、フロントガラス１７０で表示光を反射させている。これに対して、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置３では、第２のミラー１５０を備えておらず、コンバイナ１７１で表示光を反射させている点を除いて、その構成や動作は実施の形態１と同様である。

［３−２．動作］
コンバイナ１７１は入射した光の一部を反射し、一部を透過する光学素子である。運転者の目１８０は、コンバイナ１７１を透過してきた前景の像とコンバイナ１７１で反射された虚像１９０とを視認することが出来る。コンバイナ１７１は、球面の凹面、あるいは、非球面の凹面、あるいは、自由曲面の凹面として構成されている。

本実施の形態においては、表示部１１０からの表示光は、可動ミラー１２０及び、第１のミラー１４０で反射された後、コンバイナ１７１で反射されて運転者の目１８０に到達する。

［３−３．まとめ］
実施の形態３のヘッドアップディスプレイ装置３は、表示部１１０が射出した表示光を可動ミラー１２０と第１のミラー１４０でコンバイナ１７１に向けて反射し、虚像を投影させる。また、調整部１３０は、可動ミラー１２０の位置を変更することができる。

この構成により、調整部１３０は可動ミラー１２０を移動させることで、虚像１９０の表示位置を調整することができる。

（実施の形態４）
［４−１．構成］
図９は、本開示の実施の形態４におけるヘッドアップディスプレイ装置４の光学系部の構成の例を示す図である。ヘッドアップディスプレイ装置５は、車両のフロントガラス１７０に光を投影するタイプのヘッドアップディスプレイ装置である。

ヘッドアップディスプレイ装置４は、表示部１１０、第１の光学部材である可動ミラー１２０、調整部１３０、第２の光学部材である第１のミラー１４０、第２のミラー１５０、及び画像処理部４１０を備える。図９において、図３と同じ構成要素、及び同じ動作を行う構成要素には同符号を付与し、説明を省略する。

ヘッドアップディスプレイ装置４は、実施の形態１と異なり、表示部１１０に表示する映像または画像を補正するための画像処理部４１０を有している。画像処理部４１０は、上記した制御部６０内に設けてもよいし、制御部６０とは別に設けてもよい。

［４−２．動作］
実施の形態１の構成では、表示部１１０に表示される映像または画像に対する、投影される虚像の倍率は虚像距離に比例して変化する。したがって、虚像距離の変化に対し、運転者から視認される虚像の画角が変わる。すなわち、運転者から任意の距離における虚像を見た場合の見かけ上のサイズが変わる。また、虚像距離を変えることにより、第１のミラー１４０及び第２のミラー１５０によって形成される虚像投影光学系による歪曲収差の量が変化する。

また、歪曲収差により虚像が歪み、実質的な虚像サイズが拡大、または、縮小するため、虚像距離を変えることにより、見かけ上の虚像サイズはさらに変化する。

したがって、同一の映像または画像を視認しながら虚像距離を変えると、虚像の見かけ上のサイズ及び歪み具合が変化し、虚像の視認性が低下するという課題がある。

図９の構成は、上記課題を解決するものである。ヘッドアップディスプレイ装置４は、可動ミラー１２０の位置情報に同期した信号である虚像距離信号を受信し、虚像距離信号が示す虚像距離に連動して、画像処理部４１０により表示部１１０に表示する映像または画像を拡大、または、縮小する。なお、虚像距離信号は、制御部６０によって、可動ミラー１２０の移動量、又は、虚像の投影距離の調整量に基づいて生成される。これにより、虚像距離が変化しても、運転者から見た任意の距離における虚像のサイズを一定とすることが可能となる。

また、前述した、虚像距離の変化により発生する虚像の歪みは、表示部１１０に表示する映像または画像を、予め取得した補正量に基づき、虚像の歪みと逆方向に故意に歪ませることで、補正を行うことが可能である。したがって、画像処理部４１０により、虚像位置信号に連動して、表示部１１０に表示する映像または画像を前記補正により歪ませることで、運転者から見た任意の距離における虚像の形状を一定とすることが可能となり、投影される虚像の歪みを低減できる。

［４−３．まとめ］
本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置４は、表示部１１０が表示する映像または画像を補正するための画像処理部４１０を備える。

これにより、虚像距離を変更しても、虚像の見かけ上のサイズを一定に保ち、歪曲収差を低減することができる。

なお、本実施の形態では、画像処理部４１０は、虚像距離を変更しても虚像のサイズを一定とするように、表示画像の表示倍率を調整した。しかし、画像処理部４１０は、虚像距離に応じて虚像のサイズを変更するように、表示画像の表示倍率を調整してもよい。例えば、画像処理部４１０は、虚像距離が遠い場合には虚像のサイズが小さくなり、虚像距離が近い場合には虚像のサイズが大きくなるように、表示部１１０に表示する映像を拡大、または、縮小する。このように、虚像のサイズを一定にするのではなく、遠近法を利用しても、虚像の視認性を高めることができる。

（実施の形態５）
［５−１．構成］
図１０は、本開示の実施の形態５におけるヘッドアップディスプレイ装置５の光学系部の構成の例を示す図である。ヘッドアップディスプレイ装置５は、車両のフロントガラス１７０に光を投影するヘッドアップディスプレイ装置である。

ヘッドアップディスプレイ装置５は、表示部１１０、第１の光学部材である可動ミラー１２０、調整部１３０、第２の光学部材である第１のミラー１４０、第２のミラー１５０および、第３のミラー５１０を備える。図１０において、図３と同じ構成要素、及び同じ動作を行う構成要素には同符号を付与し、説明を省略する。

図１０は、図３の構成に、第３のミラー５１０を加えている。これにより、１つの装置に、それぞれ虚像距離の異なる２つの虚像を表示する光学系を配置したヘッドアップディスプレイ装置を構成する。

第３のミラー５１０は、可動ミラー１２０が反射しなかった表示光を反射する。第３のミラー５１０の位置は、固定されている。

［５−２．動作］
図１０において、表示部１１０の一部より射出された第１の表示光は、図３と同様に、可動ミラー１２０で反射され、第１のミラー１４０及び第２のミラー１５０により集光された後、フロントガラス１７０で反射されて運転者の目１８０に到達する。運転者の目１８０は、フロントガラス１７０の先の遠方に、表示部１１０に射出された第１の表示光を、第１の虚像１９０として視認する。

また、表示部１１０の他の一部から射出された第２の表示光は、第３のミラー５１０により反射され、第１のミラー１４０及び第２のミラー１５０により集光された後、フロントガラス１７０で反射され、運転者の目１８０に到達する。運転者の目１８０は、フロントガラス１７０の先の遠方に、表示部１１０から射出された第２の表示光を、第２の虚像１９２として視認する。第２の表示光は、可動ミラー１２０が反射しない表示光である。

図１０において、可動ミラー１２０を位置Ａから位置Ｂに移動させることにより、第１の虚像の虚像距離を虚像１９０から虚像１９１の範囲で変更することができる。また、第２の虚像の虚像距離は可動ミラー１２０の位置によらず虚像１９２の位置に表示される。

これにより、前景の任意の虚像距離に適宜表示したい情報は、前記第１の虚像として表示し、例えば速度や警告などの前景に重ねる必要のない情報は、前記第２の虚像として、常に一定の虚像距離に配置することができる。このように、２つの画面を表示可能なヘッドアップディスプレイ装置を実現することが可能となる。

［５−３．まとめ］
本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置５は、ヘッドアップディスプレイ装置１の構成に第３の光学部材である第３のミラー５１０を設けた。可動ミラー１２０は、表示部１１０が射出する一部の第１の表示光を反射し、第３のミラー５１０は、表示部１１０が射出する光のうち、可動ミラー１２０が反射しなかった光の一部の第２の表示光を反射する。

これにより、表示部１１０が射出する表示光に別の光路を設けることが出来る。そのため、２つの虚像を同時に表示可能となる。

なお、本実施の形態においては、１つの表示部１１０から第１の表示光と第２の表示光を射出したが、表示素子を複数設け、第１の表示光と第２の表示光をそれぞれ別の表示素子から射出する構成にしてもよい。

また、第３のミラー５１０は、その位置が固定されたものとして説明したが、第３のミラー５１０にも可動ミラー１２０と同様の可動部を設けて第２の虚像の虚像距離も可変とする構成にしてもよい。

また、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置５では、実施の形態１のヘッドアップディスプレイ装置１の構成を元に構成したが、実施の形態２あるいは実施の形態３のヘッドアップディスプレイ装置においても、第３の光学部材である第３のミラー５１０を設けてもよい。これにより、本実施の形態で説明した装置と同じ機能を実現できる。

（実施の形態６）
図１１は、本開示の実施の形態６におけるヘッドアップディスプレイ装置６の構成例を示す概略側面図である。図１１において、図３と同じ構成要素には同符号を付与し、説明を省略する。

図３に示す実施の形態１では、第２の光学部材における第１のミラー１４０として平面ミラーを用いた。図１１に示す本実施の形態は、第２の光学部材として第１のミラー１４０に代えて球面レンズ６４０を用いる構成で実施の形態１と異なる。

すなわち、本実施の形態では、ヘッドアップディスプレイ装置１は、表示部１１０と、可動ミラー１２０と、球面レンズ６４０及び第２のミラー１５０と、調整部１３０とを備える。表示部１１０は、表示画像となる光を射出する。可動ミラー１２０は、表示部１１０が射出した光を最初に反射する。球面レンズ６４０は可動ミラー１２０の反射光を透過し、第２のミラー１５０は可動ミラー１２０の反射光を反射することにより、球面レンズ６４０及び第２のミラー１５０は虚像１９０を投影させる。調整部１３０は、可動ミラー１２０の位置を調整し、虚像１９０の投影距離を調整する。可動ミラー１２０は、可動ミラー１２０に入射し、可動ミラー１２０が反射する光が、可動ミラー１２０の法線と非平行となる位置に配置される。

これにより、たとえば、反射鏡の代わりにレンズを用いることで、光路を曲げずに投影光学系を構成できるため、小型構成のヘッドアップディスプレイ装置を提供することが可能となる。

なお、球面レンズ６４０に代えて、非球面レンズ、自由曲面レンズなどを用いても良い。

また、第２の光学部材における第２のミラー１５０に代えて、球面レンズ、非球面レンズ、自由曲面レンズなどを用いても良い。この場合、このミラーと、レンズ６４０と、可動ミラー１２０とは直線上に配置される。

また、実施の形態２〜５においても、第２の光学部材としてのミラーの代わりに、球面レンズ、非球面レンズ、自由曲面レンズなどを用いて虚像投影光学系を構成しても良い。

以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１〜６を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施の形態１〜６で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。

本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。

したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

本開示にかかるヘッドアップディスプレイ装置は、車両用のヘッドアップディスプレイ装置に限らず、航空機、電車、船舶、特殊車両などにおいても適用することができる。

１〜６ ヘッドアップディスプレイ装置
１１０ 表示部
１１６ バックライト（光源）
１２０ 可動ミラー（第１の光学部材）
１３０ 調整部
１４０ 第１のミラー（第２の光学部材）

Claims (9)

1. 車両に搭載され、虚像を投影するヘッドアップディスプレイ装置であって、
   前記虚像に対応する表示画像となる光を射出する表示部と、
   前記表示部から入射する光を反射する第１の光学部材と、
   前記虚像が投影されるように、前記第１の光学部材の反射光を反射あるいは透過する第２の光学部材と、
   前記第１の光学部材を移動させて、前記虚像の投影距離を調整する調整部とを備え、
   前記調整部は、前記虚像の投影距離に応じて、前記第１の光学部材と前記第２の光学部材との間の距離及び、前記表示部に対する前記第１の光学部材の傾斜角度を変化させ、
   前記表示部は、前記第１の光学部材の互いに異なる複数の傾斜角度に対応する複数の配光方向を有する光源を備える
   ヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記調整部は、前記第１の光学部材の移動時に、前記第１の光学部材のうちの前記表示部よりも前記第２の光学部材に近い端部の移動幅が、前記第２の光学部材よりも前記表示部に近い端部の移動幅よりも大きくなるように、前記傾斜角度を変化させる
   請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
3. 前記調整部は、前記表示部における特定の位置から射出した光が前記第１の光学部材で反射した後に通る光路が、前記第１の光学部材の移動前後において変わらないように、前記距離と前記傾斜角度とを変化させる
   請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
4. 前記第１の光学部材は、略平面鏡である
   請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
5. 前記虚像の投影距離が遠くなる程、前記車両の垂直方向における前記虚像の上部に対応する光の光路が、前記虚像の下部に対応する光の光路よりも長く延長されるように、前記第１及び第２の光学部材と前記表示部とが配置される
   請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
6. 前記調整部は、前記車両の走行位置情報に基づき虚像の投影位置を調整する
   請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
7. 前記調整部は、車速情報に基づき虚像の投影位置を調整する
   請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
8. 前記表示部が射出した光を反射する第３の光学部材を備え、
   前記第２の光学部材は、前記第３の光学部材の反射光を反射あるいは透過して、前記虚像とは別の虚像を投影させる
   請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
9. 請求項１〜８の何れか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置を備えた車両。

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