JP2015022217A - ヘッドアップディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】観察者が視認する虚像の明るさを好適に調整することが可能なヘッドアップディスプレイを提供する。【解決手段】ヘッドアップディスプレイ２は、表示像を構成する光をハーフミラーであるコンバイナ５により反射し、表示像を虚像Ｉｖとして観察者に視認させる。ヘッドアップディスプレイ２は、表示像を構成する光を投射する投射手段である光源ユニット６を有する本体部４と、本体部４に回転自在に結合され、投射された表示像を構成する光を拡散しつつ、コンバイナ５に向けて導く光学素子であるスクリーン部７とを備える。ここで、スクリーン部７は、入射角θｉと同一角度である反射角θｒの方向に拡散された光の強度を最大とし、当該反射角θｒの方向とは異なる方向に拡散された光の強度を当該反射角θｒの方向から離れるに伴い徐々に低下させる。【選択図】図８

Description

本発明は、観察者に虚像を視認させるヘッドアップディスプレイに関する。

従来から、ヘッドアップディスプレイにより視認させる虚像の明るさを調整する技術が知られている。例えば、特許文献１には、表示器から放射された信号光をコンバイナに投射し、このコンバイナで反射された信号光により表示像を視認するよう構成したヘッドアップディスプレイが開示されている。このヘッドアップディスプレイでは、上記表示器から放射される信号光が直線偏光であり、上記表示器とコンバイナとの間には、偏光面を回転させることのできる可動式の偏光板が配置されている。

特開平１０−１３８７９４号公報

特許文献１に記載のヘッドアップディスプレイでは、偏光板と偏光板を回転させる回転機構が必要となるため、装置が大型化するという問題がある。さらに、特許文献１に記載のヘッドアップディスプレイでは、表示器が直線偏光を投射するものに限定されている。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、観察者が視認する虚像の明るさを好適に調整することが可能なヘッドアップディスプレイを提供することを主な目的とする。

請求項に記載の発明は、表示像を構成する光をハーフミラーにより反射し、前記表示像を虚像として観察者に視認させるヘッドアップディスプレイであって、前記表示像を構成する光を投射する投射手段を有する本体部と、前記本体部に回転自在に結合され、投射された前記表示像を構成する光を拡散しつつ、前記ハーフミラーに向けて導く光学素子と、を備え、前記光学素子は、特定方向に拡散された光の強度を最大とし、該特定方向とは異なる方向に拡散された光の強度を該特定方向から離れるに伴い徐々に低下させる特性を有し、前記光学素子が回転することで、前記観察者に視認させる虚像の明るさが変化することを特徴とする。

第１実施例に係る表示システムの構成例を示す。 ナビゲーション装置の構成を示す。 ヘッドアップディスプレイを車室内に設置した状態を模式的に示す。 ヘッドアップディスプレイの側面図を示す。 光源ユニットの構成を概略的に示した図である。 光源ユニットから出射された入射光がスクリーン部の反射面で反射されることにより、各反射光が拡散する様子を示している。 虚像の明るさが最大となるようにスクリーン部の位置調整がなされた場合のヘッドアップディスプレイの側面図を示す。 虚像の明るさを下げるようにスクリーン部の位置調整がなされた場合のヘッドアップディスプレイの側面図を示す。 第３調整部の断面図を示す。 第２実施例に係るヘッドアップディスプレイの側面図を示す。 光源ユニットから出射された入射光がスクリーン部を透過し、各透過光が拡散する様子を示している。 本変形例に係るヘッドアップディスプレイの構成例を示す。

本発明の好適な実施形態によれば、表示像を構成する光をハーフミラーにより反射し、前記表示像を虚像として観察者に視認させるヘッドアップディスプレイは、前記表示像を構成する光を投射する投射手段を有する本体部と、前記本体部に回転自在に結合され、投射された前記表示像を構成する光を拡散しつつ、前記ハーフミラーに向けて導く光学素子と、を備え、前記光学素子は、特定方向に拡散された光の強度を最大とし、該特定方向とは異なる方向に拡散された光の強度を該特定方向から離れるに伴い徐々に低下させる特性を有し、前記光学素子が回転することで、前記観察者に視認させる虚像の明るさが変化する。

上記のヘッドアップディスプレイは、表示像を構成する光をハーフミラーにより反射し、前記表示像を虚像として観察者に視認させる。ここで、「ハーフミラー」は、入射する光の一部を反射し、一部を透過するものであって、入射光と透過光の強さが必ずしも同一でなくともよい。そして、ヘッドアップディスプレイは、本体部と、光学素子とを有する。本体部は、表示像を構成する光を投射する投射手段を有する。光学素子は、本体部に回転自在に結合され、投射された前記表示像を構成する光を拡散しつつ、ハーフミラーに向けて導く。光学素子は、特定方向に拡散された光の強度を最大とし、該特定方向とは異なる方向に拡散された光の強度を該特定方向から離れるに伴い徐々に低下させる特性を有する。そして、光学素子が回転することで、前記観察者に視認させる虚像の明るさが変化する。この態様では、ヘッドアップディスプレイは、光学素子の角度調整により、観察者に視認させる虚像の明るさを好適に変化させることができる。

上記ヘッドアップディスプレイの一態様では、前記光学素子は、当該光学素子の入射面への光の入射角と前記入射面に対する法線を挟んで反対側であり、かつ前記入射角と同一角度である反射角の方向に、反射光の強度が最大となるように前記光を反射し、前記反射角の方向から離れるに伴い前記反射光の強度を徐々に低下させる特性を有する。このような光学素子を備えることで、ヘッドアップディスプレイは、光学素子の角度調整により、観察者に視認させる虚像の明るさを好適に変化させることができる。

上記ヘッドアップディスプレイの他の一態様では、前記光学素子は、当該光学素子への光の入射角にかかわらず、入射された光を出射面の法線方向で透過光の強度が最大となるように前記光を透過させ、前記法線方向から離れるに伴い前記透過光の強度を徐々に低下させる特性を有する。このような光学素子を備えることによっても、ヘッドアップディスプレイは、光学素子の角度調整により、観察者に視認させる虚像の明るさを好適に変化させることができる。

上記ヘッドアップディスプレイの他の一態様では、ヘッドアップディスプレイは、前記光学素子の回転角を検出する検出手段を備え、前記投射手段は、前記検出手段が検出する回転角に応じて、前記表示像を構成する光の強度を変化させて投射する。この態様により、ヘッドアップディスプレイは、光学素子の回転角に応じて、虚像の明るさを好適に変化させることができる。

上記ヘッドアップディスプレイの他の一態様では、前記本体部は、前記投射手段が投射する光が構成する表示像の基となる画像を変形させる変形手段を有し、前記変形手段は、前記光学素子が回転する際に生じる前記虚像の歪みを補正するように、前記表示像の基となる画像を変形させる。この態様により、ヘッドアップディスプレイは、虚像の明るさ調整のために光学素子を回転させることに起因した虚像の歪みを好適に抑制することができる。

上記ヘッドアップディスプレイの他の一態様では、ヘッドアップディスプレイは、前記光学素子が所定角度だけ回転する毎に音を発する角度調整部を備える。この態様により、ヘッドアップディスプレイは、コンバイナの角度調整を観察者に段階的に実行させることができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な第１及び第２実施例について説明する。なお、以後において、「回転」とは、遷移する方向が時計周り及び反時計回りの両方を取り得る場合も含むものとし、かつ、可動範囲（角度）が制限されている場合も含むものとする。

＜第１実施例＞
［構成］
まず、第１実施例に係る各構成について、図１〜図５を参照して説明する。

（１）システム構成
図１は、第１実施例に係る表示システム１００の構成例を示す。図１に示すように、表示システム１００は、車両Ｖｅに搭載され、ナビゲーション装置１と、ヘッドアップディスプレイ２とを備える。なお、図１に示す構成に代えて、ヘッドアップディスプレイ２には、ナビゲーション装置１に相当する機能が組み込まれていてもよい。

ナビゲーション装置１は、出発地から目的地までの経路案内を行う機能などを有する。ナビゲーション装置１は、例えば、車両Ｖｅに設置される据え置き型のナビゲーション装置、ＰＮＤ（Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ）、又はスマートフォンなどの携帯電話とすることができる。

ヘッドアップディスプレイ２は、現在位置を含む地図情報や経路案内情報、走行速度、その他運転を補助する案内情報を表示する画像（「案内画像」とも呼ぶ。）を生成し、当該案内画像を運転者の目の位置（アイポイント）から虚像として視認させる装置である。ヘッドアップディスプレイ２には、車両Ｖｅの位置、車両Ｖｅの走行速度、地図情報、及び施設データなどのナビゲーション処理に用いられる各種情報がナビゲーション装置１から供給される。

なお、ナビゲーション装置１がスマートフォンなどの携帯電話である場合、ナビゲーション装置１は、クレードルなどによって保持されても良い。この場合、ナビゲーション装置１は、クレードルなどを介して、ヘッドアップディスプレイ２と情報の授受を行うこととしても良い。

（２）ナビゲーション装置の構成
図２は、ナビゲーション装置１の構成を示す。図２に示すように、ナビゲーション装置１は、自立測位装置１０、ＧＰＳ受信機１８、システムコントローラ２０、ディスクドライブ３１、データ記憶ユニット３６、通信用インタフェース３７、通信装置３８、インタフェース３９、表示ユニット４０、音声出力ユニット５０、及び入力装置６０を備える。

自立測位装置１０は、加速度センサ１１、角速度センサ１２及び距離センサ１３を備える。加速度センサ１１は、例えば圧電素子からなり、車両Ｖｅの加速度を検出し、加速度データを出力する。角速度センサ１２は、例えば振動ジャイロからなり、車両Ｖｅの方向変換時における車両Ｖｅの角速度を検出し、角速度データ及び相対方位データを出力する。距離センサ１３は、車両Ｖｅの車輪の回転に伴って発生されているパルス信号からなる車速パルスを計測する。

ＧＰＳ受信機１８は、複数のＧＰＳ衛星から、測位用データを含む下り回線データを搬送する電波１９を受信する。測位用データは、緯度及び経度情報等から車両Ｖｅの絶対的な位置（「現在位置」とも呼ぶ。）を検出するために用いられる。

システムコントローラ２０は、インタフェース２１、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２２、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）２３及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２４を含んでおり、ナビゲーション装置１全体の制御を行う。

インタフェース２１は、加速度センサ１１、角速度センサ１２及び距離センサ１３並びにＧＰＳ受信機１８とのインタフェース動作を行う。そして、これらから、車速パルス、加速度データ、相対方位データ、角速度データ、ＧＰＳ測位データ、絶対方位データ等をシステムコントローラ２０に入力する。ＣＰＵ２２は、システムコントローラ２０全体を制御する。ＲＯＭ２３は、システムコントローラ２０を制御する制御プログラム等が格納された図示しない不揮発性メモリ等を有する。ＲＡＭ２４は、入力装置６０を介して使用者により予め設定された経路データ等の各種データを読み出し可能に格納したり、ＣＰＵ２２に対してワーキングエリアを提供したりする。

システムコントローラ２０、ＣＤ−ＲＯＭドライブ又はＤＶＤ−ＲＯＭドライブなどのディスクドライブ３１、データ記憶ユニット３６、通信用インタフェース３７、表示ユニット４０、音声出力ユニット５０及び入力装置６０は、バスライン３０を介して相互に接続されている。

ディスクドライブ３１は、システムコントローラ２０の制御の下、ＣＤ又はＤＶＤといったディスク３３から、音楽データ、映像データなどのコンテンツデータを読み出し、出力する。なお、ディスクドライブ３１は、ＣＤ−ＲＯＭドライブ又はＤＶＤ−ＲＯＭドライブのうち、いずれか一方としてもよいし、ＣＤ及びＤＶＤコンパチブルのドライブとしてもよい。

データ記憶ユニット３６は、例えば、ＨＤＤなどにより構成され、地図データなどのナビゲーション処理に用いられる各種データを記憶するユニットである。地図データは、道路に相当するリンクと、道路の接続部分（交差点）に相当するノードとにより表された道路データや、各施設に関する施設情報などを含む。

通信装置３８は、例えば、ＦＭチューナやビーコンレシーバ、携帯電話や専用の通信カードなどにより構成され、通信用インタフェース３７を介して、ＶＩＣＳ（登録商標、Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）センタから配信される渋滞や交通情報などの道路交通情報、その他の情報を受信する。また、通信装置３８は、システムコントローラ２０が決定した案内経路の情報など、ナビゲーション処理に用いられる各種情報をヘッドアップディスプレイ２に送信する。

表示ユニット４０は、システムコントローラ２０の制御の下、各種表示データをディスプレイなどの表示装置に表示する。具体的には、システムコントローラ２０は、データ記憶ユニット３６から地図データを読み出す。表示ユニット４０は、システムコントローラ２０によってデータ記憶ユニット３６から読み出された地図データなどを表示画面上に表示する。表示ユニット４０は、バスライン３０を介してＣＰＵ２２から送られる制御データに基づいて表示ユニット４０全体の制御を行うグラフィックコントローラ４１と、ＶＲＡＭ（Ｖｉｄｅｏ ＲＡＭ）等のメモリからなり即時表示可能な画像情報を一時的に記憶するバッファメモリ４２と、グラフィックコントローラ４１から出力される画像データに基づいて、液晶、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）等のディスプレイ４４を表示制御する表示制御部４３と、ディスプレイ４４とを備える。ディスプレイ４４は、画像表示部として機能し、例えば対角５〜１０インチ程度の液晶表示装置等からなり、車内のフロントパネル付近に装着される。

音声出力ユニット５０は、システムコントローラ２０の制御の下、ＣＤ−ＲＯＭドライブ３１又はＤＶＤ−ＲＯＭ３２、若しくはＲＡＭ２４等からバスライン３０を介して送られる音声デジタルデータのＤ／Ａ（Ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ Ａｎａｌｏｇ）変換を行うＤ／Ａコンバータ５１と、Ｄ／Ａコンバータ５１から出力される音声アナログ信号を増幅する増幅器（ＡＭＰ）５２と、増幅された音声アナログ信号を音声に変換して車内に出力するスピーカ５３とを備えて構成されている。

入力装置６０は、各種コマンドやデータを入力するための、キー、スイッチ、ボタン、リモコン、音声入力装置等から構成されている。入力装置６０は、車内に搭載された当該車載用電子システムの本体のフロントパネルやディスプレイ４４の周囲に配置される。また、ディスプレイ４４がタッチパネル方式の場合、ディスプレイ４４の表示画面上に設けられたタッチパネルも入力装置６０として機能する。

（３）ヘッドアップディスプレイの構成
図３は、ヘッドアップディスプレイ２を車室内に設置した状態を模式的に示す。図３は、車両の運転席を側方から見た図であり、運転者は車室内のシートに座っている。運転者の頭上には車両の外枠を形成するルーフ（板金）２７があり、その下方には車室の内装である天井２８がある。また、運転者の前方には車両のフロントガラス２５及びサンバイザ２９がある。図１では、サンバイザ２９は、天井２８に対して対向した状態（「収納状態」とも呼ぶ。）で固定されている。以後では、収納状態のサンバイザ２９が天井２８と対向する面の短手方向をＸ軸、長手方向をＹ軸、Ｘ軸及びＹ軸に垂直な方向をＺ軸とし、各軸の正方向を図示の方向に定める。

ヘッドアップディスプレイ２は、運転者の前方斜め上方向に設置される。ヘッドアップディスプレイ２は、主に、光源ユニット６が収容された本体部４と、コンバイナ５と、スクリーン部７と、接続部材８と、クリップ部９とを備える。

本体部４に収容された光源ユニット６は、観察者に視認させる情報を示す中間像を構成する光をスクリーン部７に向けて出射する。光源ユニット６の具体的な構成については、図５を参照して後述する。

コンバイナ５は、スクリーン部７で生成された中間像を構成する光が投影されると共に、その投影光を運転者のアイポイント「Ｐｅ」へ一部反射することで虚像「Ｉｖ」を観察者に視認させる光学部材である。なお、虚像Ｉｖは矢印の先端が上方向を示す。コンバイナ５の表示光の反射面は、略凹面形状を有する。これにより、コンバイナ５は、虚像Ｉｖを拡大表示させる。コンバイナ５は、本発明における「ハーフミラー」の一例である。

接続部材８は、本体部４からフロントガラス２５の方向に延出し、コンバイナ５を支持する。接続部材８は、例えば一対のアームであり、本体部４の両側面に一端がそれぞれ取り付けられ、他端によりコンバイナ５を狭持する。

スクリーン部７は、中間像を生成する反射型の光学部材であり、射出瞳拡大器（ＥＰＥ）として機能する。スクリーン部７は、例えば、光源ユニット６からの光が入射される面には複数のマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイが形成され、かつ、マイクロレンズアレイと反対側の面に反射面が形成される。スクリーン部７は、本発明における「光学素子」の一例である。

また、スクリーン部７は、入射角と同一角度である反射角の方向に、反射光の強度が最大となるように光を反射し、入射角と同一角度の反射角の方向から離れるに伴い反射光の強度を徐々に低下させる反射特性を有する鏡面反射型のスクリーンである。この場合、例えば、スクリーン部７の反射面には、パール系樹脂が塗布される。

クリップ部９は、天井２８と対向する本体部４の上面に取り付けられ、サンバイザ２９を挟み込んだ状態で本体部４をサンバイザ２９に取り付ける。クリップ部９は、略Ｊ型に湾曲した板状の弾性体であり、サンバイザ２９を狭持する方向に付勢する弾性力を有する。

また、コンバイナ５、接続部材８、及びスクリーン部７は、それぞれ固定される回転角度（即ち傾き）が調整可能に構成される。図４は、ヘッドアップディスプレイ２の側面図を示す。図４は、説明便宜上、クリップ部９を図示していない。

図４に示すように、コンバイナ５は、接続部材８の一端に設けられた第１調整部８１を回転軸として、ＸＺ平面上の矢印７１及び矢印７２の両方向に回転自在である。また、接続部材８は、本体部４の前方に設けられた第２調整部８２を回転軸として、ＸＺ平面上の矢印７３及び矢印７４の両方向に回転自在である。さらに、スクリーン部７は、本体部４の後方に設けられた第３調整部８３を回転軸として、ＸＺ平面上の矢印７５及び矢印７６が示す両方向に回転自在である。そして、コンバイナ５及び接続部材８及びスクリーン部７は、回転後の任意の位置で維持される。第３調整部８３は、本発明における「角度調整部」の一例である。

（４）光源ユニットの構成
図５は、光源ユニット６の構成を概略的に示した図である。図５に示すように、光源ユニット６は、光源５４と、制御部５５と、通信部５６とを有する。

光源５４は、例えば赤色、青色及び緑色の各色のレーザ光源を有し、制御部５５の制御に基づき、コンバイナ５に照射させる表示像を構成する光（「表示光」とも呼ぶ。）を出射する。光源５４は、本発明における「投射手段」の一例である。通信部５６は、制御部５５の制御に基づき、ナビゲーション処理に用いられる各種情報をナビゲーション装置１から受信する。例えば、通信部５６は、目的地が設定されたときに、ナビゲーション装置１から案内経路の情報を受信する。

制御部５５は、ＣＰＵ、ＣＰＵが実行する制御プログラムやデータなどを記憶するＲＯＭ、ＣＰＵが動作する際のワークメモリとして各種データが逐次読み書きされるＲＡＭなどを有し、ヘッドアップディスプレイ２の全般的な制御を行う。例えば、制御部５５は、ナビゲーション装置１から受信した案内経路の情報等に基づき、案内画像を構成する光を光源５４に出射させることで、運転者の前方風景に重なるように案内画像をコンバイナ５に表示する。

［明るさ調整］
ヘッドアップディスプレイ２は、スクリーン部７の反射特性を利用し、スクリーン部７の角度を調整することにより、観察者に視認させる虚像Ｉｖの明るさを調整することが可能である。これについて具体的に説明する。

（１）スクリーン部の反射特性
スクリーン部７は、入射角と同一角度である反射角の方向に、反射光の強度が最大となるように光を反射し、入射角と同一角度の反射角の方向から離れるに伴い反射光の強度を徐々に低下させる反射特性を有する。この場合、好適には、スクリーン部７の反射面には、パール系樹脂が塗布される。この反射特性について、図６を参照して具体的に説明する。

図６は、光源ユニット６から出射された入射光「Ｌｉ」がスクリーン部７の反射面で反射されることにより、各反射光「Ｌｒｍ」、「Ｌｒｓ」が拡散する様子を示している。ここで、反射光Ｌｒｍは、入射光Ｌｉの入射角「θｉ」と反射角「θｒ」とが等しくなるように反射された反射光を示し、反射光Ｌｒｓは、反射光Ｌｒｍ以外の反射光を示す。なお、図６では、各反射光Ｌｒｍ、Ｌｒｓを示す矢印の長さは、各反射光の強度を示す。また、図６では、反射光Ｌｒｍの反射角θｒのみが示されている。

図６に示すように、反射光Ｌｒｍ、Ｌｒｓのうち、入射光Ｌｉの入射角θｉと反射角θｒとが等しくなる反射光Ｌｒｍの強度が最も高くなる。ここで、反射光Ｌｒｍは、スクリーン部７の反射面の法線８１を挟んで入射光Ｌｉの反対側に入射角θｉと等しい反射角θｒにより反射されている。また、反射光Ｌｒｍの反射角θｒと離れた反射角θｒを有する反射光Ｌｒｓほど、即ち、反射光Ｌｒｍの反射方向から離れた方向に反射される反射光Ｌｒｓほど、光の強度が小さくなる。その結果、図６の例では、反射光Ｌｒｍを示す矢印を長軸とする楕円８０により、各反射光Ｌｒｍ、Ｌｒｓの強度が規定されている。

なお、スクリーン部７は、反射面にパール系樹脂が塗布される態様に限らず、他の態様により図６により示した反射特性を有してもよい。

（２）明るさ調整の具体例
次に、スクリーン部７の反射特性を利用した虚像Ｉｖの明るさ調整の具体例について、図７及び図８を参照して説明する。

図７は、虚像Ｉｖの明るさが最大となるようにスクリーン部７の位置調整がなされた場合のヘッドアップディスプレイ２の側面図を示す。この場合、入射角θｉと反射角θｒとが一致する最大強度の反射光Ｌｒｍがコンバイナ５の反射面の略中心部分に入射するように、第３調整部８３によりスクリーン部７の回転角度の調整がなされている。これにより、光の強度が強いスクリーン部７の反射光ほど、コンバイナ５の中心の近くで反射される。また、コンバイナ５は、コンバイナ５の反射面の中心部分で反射した光がアイポイントＰｅに到達するように、第１調整部８１により角度調整がなされている。従って、図７の例では、光の強度が最も強い反射光Ｌｒｍがコンバイナ５の反射面の中心部分で反射されてアイポイントＰｅに到達する。この場合、観察者は、光源ユニット６の出射光の強度を一定とした場合に最も明るい状態の虚像Ｉｖを視認することができる。

図８は、虚像Ｉｖの明るさを図７の例と比べて下げるようにスクリーン部７の位置調整がなされた場合のヘッドアップディスプレイ２の側面図を示す。この場合、スクリーン部７は、ユーザ操作に基づき、図７の位置から反時計回り（即ち矢印７６が示す方向）に所定角度だけ回転している。これにより、入射角θｉと反射角θｒとが一致する最大強度の反射光Ｌｒｍがコンバイナ５の反射面に入射する位置が、コンバイナ５の反射面の中心よりも下方にずれる。その結果、反射光Ｌｒｍよりも弱い強度を有する反射光Ｌｒｓがコンバイナ５の反射面の中心部分で反射され、アイポイントＰｅに到達する。従って、図８の例では、観察者は、光源ユニット６の出射光の強度を変えることなく、虚像Ｉｖの明るさを図７の状態から下げることができる。このように、観察者は、スクリーン部７の回転角度の調整を行うことで、光源ユニット６の出射光の強度を変えることなく、虚像Ｉｖの明るさを好適に調整することができる。

（３）第３調整部の構造
次に、スクリーン部７の回転角度の調整に好適な第３調整部８３の構造例について説明する。好適には、第３調整部８３は、スクリーン部７の回転角度を所定角度ずつ段階的に調整可能であり、かつ、スクリーン部７を所定角度ずつ回転させるたびに音を発する構成を有するとよい。これについて、図９を参照して説明する。

図９は、第３調整部８３の断面図を示す。図９に示すように、第３調整部８３は、スクリーン部７の回転軸９１と、回転軸９１を収容し、回転軸９１と共に回転する円筒状の収容部９２とを有する。また、収容部９２の表面には、等間隔ごとに溝が形成された溝部９２ｕが形成されている。そして、溝部９２ｕには、バネ９０が接触している。バネ９０は、鋭角に屈曲し、溝部９２ｕの所定の溝と当接することで第３調整部８３を係止する係止部９０ａと、本体部４の筐体に固定されるコイル部９０ｂとを有する。

図９に示す構成では、スクリーン部７を第３調整部８３により回転させる所定以上の力が作用するごとに、係止部９０ａが当接する溝の位置がずれる。このとき、バネ９０の弾性力により係止部９０ａが付勢された状態で次の溝に当接するため、係止部９０ａと溝との衝突音が発生する。

このように、図９では、スクリーン部７は、第３調整部８３によりスクリーン部７を回転させる所定以上の力が作用するごとに、溝部９２ｕでの溝の間隔に相当する所定角度だけ回転し、かつ、音を発生する。これにより、ユーザは、虚像Ｉｖの明るさを調整するためのスクリーン部７の回転角度の調整を好適に実行することができる。なお、バネ９０の形態は、図９に示すものに限定されず、板バネなどの形態であってもよい。また、観察者は、第３調整部８３でのスクリーン部７の回転角度の調整を一度行った際、その時のスクリーン部７の角度が溝部９２ｕの端から所定個数番目にある溝の位置に対応する角度であると記憶しておくことで、次回以降では、第３調整部８３によるスクリーン部７の回転角度の調整を速やかに完了することができる。

以上説明したように、第１実施例に係るヘッドアップディスプレイ２は、表示像を構成する光をハーフミラーであるコンバイナ５により反射し、表示像を虚像Ｉｖとして観察者に視認させる。ヘッドアップディスプレイ２は、表示像を構成する光を投射する投射手段である光源ユニット６を有する本体部４と、本体部４に回転自在に結合され、投射された表示像を構成する光を拡散しつつ、コンバイナ５に向けて導く光学素子であるスクリーン部７とを備える。ここで、スクリーン部７は、入射角θｉと同一角度である反射角θｒの方向に拡散された光の強度を最大とし、当該反射角θｒの方向とは異なる方向に拡散された光の強度を当該反射角θｒの方向から離れるに伴い徐々に低下させる。これにより、ヘッドアップディスプレイ２は、スクリーン部７の回転角度の調整により、虚像Ｉｖの明るさを好適に調整することができる。

＜第２実施例＞
図１０は、第２実施例に係るヘッドアップディスプレイ２の側面図を示す。図１０に示すように、第２実施例では、ヘッドアップディスプレイ２は、反射型のスクリーン部７に代えて、透過型のスクリーン部７Ａを有する点で、第１実施例と異なる。以後では、第１実施例と同様の部分については、適宜同一の符号を付し、その説明を省略する。

図１０に示すように、スクリーン部７Ａは、光源ユニット６とコンバイナ５との間に設けられ、本体部４内に収容されている。また、スクリーン部７Ａは、本体部４の底面から突出したレバー部７７を有する。レバー部７７は、スクリーン部７Ａの傾きを調整するための操作部である。図１０では、レバー部７７をコンバイナ５の方向に寄せた場合と、レバー部７７を光源ユニット６の方向に寄せた場合との両方のスクリーン部７Ａの状態が示されている。

ここで、スクリーン部７Ａは、光の入射角θｉにかかわらず、入射された光を出射面の法線方向で透過光の強度が最大にとなるように光を透過させ、法線方向から離れるに伴い透過光の強度を徐々に低下させる透過特性を有する。図１１は、光源ユニット６から出射された入射光Ｌｉがスクリーン部７Ａを透過し、各透過光「Ｌｔｍ」、「Ｌｔｓ」が拡散する様子を示している。ここで、スクリーン部７Ａの入射面と出射面は平行であり、破線８６は入射面と出射面に対する法線である。透過光Ｌｔｍは、出射面の法線方向に透過した透過光を示し、透過光Ｌｔｓは、透過光Ｌｔｍ以外の透過光を示す。なお、図１１では、各透過光Ｌｔｍ、Ｌｔｓを示す矢印の長さは、各透過光の強度を示す。

図１１に示すように、光の入射角θｉにかかわらず、透過光Ｌｔｍ、Ｌｔｓのうち、出射面の法線方向への透過光Ｌｔｍの強度が最も高くなる。また、透過光Ｌｔｍの透過方向から離れた方向に拡散する透過光Ｌｔｓほど、光の強度が小さくなる。その結果、図１１の例では、透過光Ｌｔｍを示す矢印を長軸とする楕円８５により、各透過光Ｌｔｍ、Ｌｔｓの強度が規定されている。

従って、第２実施例では、スクリーン部７Ａの回転角度を調整することで、光の強度が最大となる透過光Ｌｔｍが入射するコンバイナ５の位置を好適に調整することができる。従って、第１実施例の図７の例と同様に、透過光Ｌｔｍの入射位置をコンバイナ５の中心位置とした場合、ヘッドアップディスプレイ２は、最も明るい状態の虚像Ｉｖを観察者に視認させることができる。一方、第１実施例の図８の例と同様に、スクリーン部７Ａを傾けて透過光Ｌｔｍの入射位置をコンバイナ５の中心位置から離した場合、ヘッドアップディスプレイ２は、明るさを抑制した虚像Ｉｖを観察者に視認させることができる。従って、観察者は、レバー部７７を操作することで、光源ユニット６の出射光の強度を変えることなく、虚像Ｉｖの明るさを好適に調整することができる。

以上説明したように、第２実施例に係るヘッドアップディスプレイ２は、表示像を構成する光をハーフミラーであるコンバイナ５により反射し、表示像を虚像Ｉｖとして観察者に視認させる。ヘッドアップディスプレイ２は、表示像を構成する光を投射する投射手段である光源ユニット６を有する本体部４と、本体部４に回転自在に結合され、投射された表示像を構成する光を拡散しつつ、コンバイナ５に向けて導く光学素子であるスクリーン部７Ａとを備える。ここで、スクリーン部７Ａは、光の入射角θｉにかかわらず、入射された光を出射面の法線方向で透過光の強度が最大にとなるように光を透過させ、法線方向から離れるに伴い透過光の強度を徐々に低下させる。従って、ヘッドアップディスプレイ２は、スクリーン部７Ａの角度調整により、虚像Ｉｖの明るさを好適に調整することができる。

＜変形例＞
以下、第１及び第２実施例に好適な変形例について説明する。

（変形例１）
図３に示すヘッドアップディスプレイ２は、クリップ部９によりサンバイザ２９に取り付けられていた。しかし、本発明が適用可能なヘッドアップディスプレイ２の設置位置は、これに限定されない。

例えば、ヘッドアップディスプレイ２は、サンバイザ２９に代えて天井２８に取り付けられてもよい。この場合、例えばサンバイザ２９を取り付けるために設けられた天井２８の取付穴（不図示）によりヘッドアップディスプレイ２が取り付けられる。

他の例では、ヘッドアップディスプレイ２は、ダッシュボードに設置されてもよい。この場合、ヘッドアップディスプレイ２Ａは、第１実施例の図４又は第２実施例の図１０に示す構成を上下反転させた構成を有する。

なお、本実施例においては、ヘッドアップディスプレイが車両に搭載されるものとして説明したが、これに限定されるものではない。例えば、航空機に搭載されてもよいし、航空機の操縦シミュレータや、ゲーム機に搭載されてもよい。

（変形例２）
第１、第２実施例では、ヘッドアップディスプレイ２は、コンバイナ５を有し、コンバイナ５で反射させた光源ユニット３の出射光に基づき運転者に虚像Ｉｖを視認させていた。しかし、本発明が適用可能な構成はこれに限定されない。これに代えて、ヘッドアップディスプレイ２は、接続部材８及びコンバイナ５を有さず、フロントガラス２５で反射させた光源ユニット３の出射光に基づき運転者に虚像Ｉｖを視認させてもよい。

図１２は、本変形例に係るヘッドアップディスプレイ２の構成例を示す。図１２に示すように、本変形例では、スクリーン部７で反射された光源ユニット６からの出射光は、フロントガラス２５により反射されることで、アイポイントＰｅに到達する。この構成であっても、ヘッドアップディスプレイ２は、フロントガラス２５を介してアイポイントＰｅに到達するスクリーン部７の反射光の強度を、第１実施例と同様にスクリーン部７の回転角度を調整することで、好適に変化させることができる。従って、観察者は、スクリーン部７を操作することで、虚像Ｉｖの明るさを好適に調整することができる。なお、本変形例は、透過型のスクリーン部７Ａを有する第２実施例に係る構成に対しても同様に適用される。

（変形例３）
第１、第２実施例の処理に加え、光源ユニット６は、スクリーン部７又はスクリーン部７Ａの角度調整に起因した虚像Ｉｖの歪みを補正するように、スクリーン部７又はスクリーン部７Ａに投射する光が構成する表示像の基となる画像（即ち案内画像）を変形させてもよい。

一般に、虚像Ｉｖの明るさ調整のため、スクリーン部７又はスクリーン部７Ａを初期設定の位置から回転させた場合、その回転角度に応じて虚像Ｉｖに歪みが生じる。以上を勘案し、光源ユニット６は、スクリーン部７又はスクリーン部７Ａの回転角度の調整幅に応じて、スクリーン部７又はスクリーン部７Ａに投射する光が構成する表示像の基となる案内画像を変形させる。

この場合、例えば、ヘッドアップディスプレイ２は、リモートコントローラや本体部４に設けられたボタンなどの入力部を有し、当該入力部への操作量に応じて、案内画像への台形補正などを行う。他の例では、ヘッドアップディスプレイ２は、スクリーン部７又はスクリーン部７Ａの角度を検出するセンサを有し、当該センサにより検出した角度に応じて案内画像への台形補正などを行う。この例では、光源ユニット６は、上述のセンサが検出するスクリーン部７又はスクリーン部７Ａの各角度に対する適切な補正量のマップ等を、予め記憶しておき、当該マップ等を参照することで、案内画像への補正を行う。上述のマップ等は、例えば予め実験等により作成される。

（変形例４）
第１実施例及び第２実施例の処理に加え、ヘッドアップディスプレイ２は、スクリーン部７又はスクリーン部７Ａの角度を検出し、検出した角度に応じて表示像の明るさ（即ち、光源ユニット６の出射光の強度）を変化させてもよい。この場合、ヘッドアップディスプレイ２は、スクリーン部７又はスクリーン部７Ａの角度を検出するセンサを有し、当該センサにより検出した角度に応じて表示像の明るさを決定する。

好適には、ヘッドアップディスプレイ２は、第１実施例の場合、スクリーン部７での反射光のうち強度が最も高い反射光Ｌｒｍがコンバイナ５の中心に入射するようなスクリーン部７の角度のとき（即ち図７に示すとき）に、表示像の明るさを最大にする。そして、ヘッドアップディスプレイ２は、表示像の明るさを最大にする角度からスクリーン部７の角度が離れるに従い、これらの角度差に応じて表示像の明るさを減じる。同様に、第２実施例の場合、ヘッドアップディスプレイ２は、スクリーン部７Ａの透過光のうち強度が最も高い透過光Ｌｔｍがコンバイナ５の中心に入射するようなスクリーン部７Ａの角度のときに、表示像の明るさを最大にする。そして、ヘッドアップディスプレイ２は、表示像の明るさを最大にする角度からスクリーン部７Ａの角度が離れるに従い、これらの角度差に応じて表示像の明るさを減じる。

この例によれば、ヘッドアップディスプレイ２は、スクリーン部７の回転角度の単位当たりの調整幅に対する虚像Ｉｖの明るさの変化量を大きくすることができる。従って、観察者は、スクリーン部７の回転角度を変える操作を行うだけで、虚像Ｉｖの明るさを好適に調整することができる。

（変形例５）
第１実施例及び第２実施例の処理に加え、ヘッドアップディスプレイ２は、ユーザ操作に応じて表示像の明るさを変化させてもよい。この場合、ヘッドアップディスプレイ２は、リモートコントローラや本体部４に設けられたボタンなどの入力部を有し、当該入力部への操作量に応じて、表示像の明るさを変化させる。

ここで、光源５４が半導体レーザの場合、キンクの影響を受ける低輝度の範囲では、表示像の明るさを的確に制御するのが困難である。以上を勘案し、好適には、ヘッドアップディスプレイ２は、低輝度となる範囲を除くキンクの影響がない範囲（例えば最大出力の１００％〜５０％）内に限り、入力部への操作量に応じた表示像の明るさの調整を可能にする。そして、ユーザは、入力部への操作により調整可能な表示像の明るさの範囲を超えて虚像Ｉｖの明るさを下げたい場合に、スクリーン部７又はスクリーン部７Ａの回転角度を調整する。これにより、ヘッドアップディスプレイ２は、キンクの影響を受けることなく、表示像の明るさを好適に調整することができる。

なお、ヘッドアップディスプレイ２は、ユーザ操作による表示像の明るさ調整に代えて、又はこれに加えて、照度センサなどにより検知した外界の明るさ（照度）に応じて表示像の明るさを変化させてもよい。この場合であっても、ヘッドアップディスプレイ２は、低輝度となる範囲を除くキンクの影響がない範囲内に限り、表示像の明るさを変化させる。

１ ナビゲーション装置
２ ヘッドアップディスプレイ
４ 本体部
５ コンバイナ
６ 光源ユニット
８ 接続部材
２５ フロントガラス
１００ 表示システム

Claims (6)

1. 表示像を構成する光をハーフミラーにより反射し、前記表示像を虚像として観察者に視認させるヘッドアップディスプレイであって、
   前記表示像を構成する光を投射する投射手段を有する本体部と、
   前記本体部に回転自在に結合され、投射された前記表示像を構成する光を拡散しつつ、前記ハーフミラーに向けて導く光学素子と、
   を備え、
   前記光学素子は、特定方向に拡散された光の強度を最大とし、該特定方向とは異なる方向に拡散された光の強度を該特定方向から離れるに伴い徐々に低下させる特性を有し、前記光学素子が回転することで、前記観察者に視認させる虚像の明るさが変化することを特徴とするヘッドアップディスプレイ。
2. 前記光学素子は、当該光学素子の入射面への光の入射角と前記入射面に対する法線を挟んで反対側であり、かつ前記入射角と同一角度である反射角の方向に、反射光の強度が最大となるように前記光を反射し、前記反射角の方向から離れるに伴い前記反射光の強度を徐々に低下させる特性を有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。
3. 前記光学素子は、当該光学素子への光の入射角にかかわらず、入射された光を出射面の法線方向で透過光の強度が最大となるように前記光を透過させ、前記法線方向から離れるに伴い前記透過光の強度を徐々に低下させる特性を有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。
4. 前記光学素子の回転角を検出する検出手段を備え、
   前記投射手段は、前記検出手段が検出する回転角に応じて、前記表示像を構成する光の強度を変化させて投射することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ。
5. 前記本体部は、前記投射手段が投射する光が構成する表示像の基となる画像を変形させる変形手段を有し、
   前記変形手段は、前記光学素子が回転する際に生じる前記虚像の歪みを補正するように、前記表示像の基となる画像を変形させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ。
6. 前記光学素子が所定角度だけ回転する毎に音を発する角度調整部を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ。

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