JP2017105245A - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】情報を通知する画像を、乗員によって的確に気づかれるように虚像表示することが可能なＨＵＤ装置の提供。
【解決手段】ＨＵＤ装置１００は、車両Ａに搭載され、運転者によって視認可能な虚像６０を表示する。ＨＵＤ装置１００は、虚像６０として結像される画像７０の光を射出する表示ユニット４０と、ウインドシールド１３とは別体で設けられたコンバイナユニット２０とを備えている。コンバイナユニットには、互いに異なる画像７０の光が表示ユニット４０によって投影される複数の投影領域３０が設けられている。各投影領域３０は、表示ユニット４０から投影された各画像７０の光を、各投影領域３０から互いに異なる距離の結像位置で結像させる。
【選択図】図１

Description

この明細書による開示は、移動体の乗員によって視認可能な虚像を表示するヘッドアップディスプレイ装置に関する。

従来、例えば特許文献１には、車両に搭載されるヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤ装置）において、ハーフミラー等の投影部材を、車両のウインドシールドとは別体で設けた構成が開示されている。この投影部材は、収納時にメータフードの上面と連続するような凹面形状に湾曲している。こうした投影部材の凹面形状により、投影部材に投影された光が虚像として結像される結像位置は、この投影部材、ひいては乗員の視点位置から遠ざけられる。

特開２０１４−９１４６６号公報

さて、特許文献１のＨＵＤ装置では、投影部材の凹面形状によって規定される一つの結像位置に、種々の画像が結像されることとなる。ここで、近年のＨＵＤ装置には、多種多様な情報を虚像表示によって乗員に通知することが求められてきている。しかし、特許文献１のＨＵＤ装置では、乗員に通知する情報の特性に応じて、情報を通知する画像の結像位置を切り替えることが実質的に不可能である。そのため、乗員は、ＨＵＤ装置によって提示された情報を認識し損ねたり、又は頻繁に提示される情報を煩わしく感じてしまったりし得た。

本開示は、このような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、情報を通知する画像を、乗員によって的確に気づかれるように虚像表示することが可能なＨＵＤ装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、開示された第一の態様は、移動体（Ａ）に搭載され、移動体の乗員によって視認可能な虚像（６０）を表示するＨＵＤ装置であって、虚像として結像される画像（７０）の光を射出する表示器（４０，２４０）と、移動体のウインドシールド（１３）とは別体で設けられ、互いに異なる画像の光が表示器によって投影される複数の投影領域（３０，２３０，３３０）を有し、各投影領域に投影された各画像の光を、各投影領域から互いに異なる距離の結像位置で結像させる投影部材（２０，２２０，３２０）と、を備えるＨＵＤ装置とされる。

この態様では、投影部材がウインドシールドとは別体で設けられているため、投影部材の形状の自由度が確保され得る。故に、互いに異なる複数の投影領域を投影部材に設けたうえで、それぞれの投影領域から互いに異なる距離の結像位置で各画像の光が結像されるように、投影部材の形状を規定することが可能になる。

以上の投影部材を用いれば、投影領域の切り替えにより、乗員に情報を通知する画像の結像位置を、その情報の特性に応じて変更することができる。したがって、ＨＵＤ装置は、情報を通知する画像を、乗員によって的確に気づかれるように虚像表示することが可能になる。

尚、上記括弧内の参照番号は、後述する実施形態における具体的な構成との対応関係の一例を示すものにすぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。

第一実施形態のＨＵＤ装置による虚像表示を運転席から見た状態を模式的に示す正面図である。 センタコンバイナの構成を模式的に示す断面図である。 互いに異なる位置に結像される各虚像の位置関係を、各コンバイナ及び各表示面の配置と共に模式的に示す平面図である。 ＨＵＤ装置の電気系の構成を示すブロック図である。 第二実施形態のＨＵＤ装置による虚像表示を運転席から見た状態を模式的に示す正面図である。 第二実施形態における各虚像の位置関係を、コンバイナ及び表示面の配置と共に模式的に示す平面図である。 第三実施形態のＨＵＤ装置による虚像表示を運転席から見た状態を模式的に示す正面図である。

以下、本開示の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合せることができる。

（第一実施形態）
図１〜図３に示す本開示の第一実施形態によるヘッドアップディスプレイ（Head-Up Display，ＨＵＤ）装置１００は、車両Ａに搭載されている。ＨＵＤ装置１００は、車両Ａの乗員である運転者Ｄによって視認可能な種々の虚像６０を表示する。ＨＵＤ装置１００は、運転者Ｄの正面に配置されている。ＨＵＤ装置１００の本体部分は、コンビネーションメータ１１０の上方を覆うメータフード１１に収容されている。

ＨＵＤ装置１００は、コンバイナユニット２０、表示ユニット４０、ハウジング５０、及び制御回路８０（図４参照）等によって構成されている。

コンバイナユニット２０は、車両Ａのウインドシールド１３から運転者側へ離れた位置に、ウインドシールド１３とは別体で設けられている。コンバイナユニット２０は、複数の投影領域３０を有している。各投影領域３０には、虚像６０として結像される種々の画像７０の光が表示ユニット４０によって投影される。

コンバイナユニット２０は、センタコンバイナ２０ａ及び一対のサイドコンバイナ２０ｂ，２０ｃを備えている。各コンバイナ２０ａ〜２０ｃは、入射する光の一部を透過し他の一部を反射するハーフミラーである。各コンバイナ２０ａ〜２０ｃは、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、及びガラス等の透光性の材料により、湾曲した板状に形成されている。

センタコンバイナ２０ａは、車両Ａの幅方向において、二つのサイドコンバイナ２０ｂ，２０ｃの間に配置されており、運転者Ｄの正面に位置している。センタコンバイナ２０ａは、横長の略矩形状に形成されている。センタコンバイナ２０ａは、車両Ａの横断面に板面方向を沿わせた姿勢にて、メータフード１１から上方へ突き出している。センタコンバイナ２０ａは、運転席側を向く投影面に、凹面状に形成された複数（三つ）の湾曲面部２１〜２３を有している。これら上方湾曲面部２１、中間湾曲面部２２、及び下方湾曲面部２３は、静止状態にある車両Ａの上下方向に並んでいる。

上方湾曲面部２１は、三つの湾曲面部２１〜２３のうちで最も上方に規定されている。上方湾曲面部２１は、水平視線軸線ＨＶＡよりも下方に位置しており、他の二つの湾曲面部２２，２３よりも水平視線軸線ＨＶＡに近接している。水平視線軸線ＨＶＡは、静止状態の車両Ａにおいて、水平な地面に沿って前方を見た運転者Ｄの視線を想定した仮想の軸線である。上方湾曲面部２１の基準となる曲率は、他の二つの湾曲面部２２，２３の曲率よりも大きく設定されている。上方湾曲面部２１には、遠方投影領域３１が規定されている。

中間湾曲面部２２は、上方湾曲面部２１及び下方湾曲面部２３の間に位置している。中間湾曲面部２２の基準となる曲率は、上方湾曲面部２１の曲率よりも小さく設定されており、且つ、下方湾曲面部２３の曲率よりも大きく設定されている。中間湾曲面部２２には、中間投影領域３２が設定されている。

下方湾曲面部２３は、中間湾曲面部２２の下方に位置している。下方湾曲面部２３の基準となる曲率は、他の二つの湾曲面部２１，２２の曲率よりも小さく設定されている。下方湾曲面部２３には、近傍投影領域３３が規定されている。

以上のように、上方湾曲面部２１、中間湾曲面部２２、及び下方湾曲面部２３のそれぞれには、投影領域３０が一つずつ規定されている。これら遠方投影領域３１、中間投影領域３２、及び近傍投影領域３３は、各湾曲面部２１の中に、それぞれ横長の略矩形状に規定されている。各投影領域３１〜３３は、互いに異なる曲率で形成された各湾曲面部２１〜２３の形状により、それぞれ異なる拡大率を備えた凹面鏡として機能する。上述した各湾曲面部２１〜２３の曲率の相関から、遠方投影領域３１の拡大率は、中間投影領域３２の拡大率よりも大きくなり、近傍投影領域３３の拡大率は、中間投影領域３２の拡大率よりも小さくなる。

こうした構成によれば、各投影領域３１〜３３に投影された各画像７０の光は、これら投影領域３１〜３３から互いに異なる距離の結像位置で結像される。詳記すると、遠方投影領域３１に投影された画像７０の光が遠方虚像６１として結像される結像位置は、中間投影領域３２に投影された画像７０の光が中間虚像６２として結像される結像位置よりも、センタコンバイナ２０ａから離れた位置となる。同様に、近傍投影領域３３に投影された画像７０の光が近傍虚像６３として結像される結像位置は、中間虚像６２の結像位置よりもセンタコンバイナ２０ａに近い位置となる。具体的に、遠方虚像６１は、遠方投影領域３１から１．５メートル程度前方に結像される。また、中間虚像６２は、中間投影領域３２から０．７メートル程度前方に結像される。そして、近傍虚像６３は、近傍投影領域３３から０．５メートル程度前方に結像される。

以上の各投影領域３１〜３３は、投影面上において互いに重ならないように、互いに離れた位置に規定されている。そのため、センタコンバイナ２０ａには、二つの接続部分２６ａ，２６ｂが形成されている。接続部分２６ａは、センタコンバイナ２０ａにおいて、遠方投影領域３１と中間投影領域３２との間に位置している。接続部分２６ａは、互いに異なる曲率で湾曲した上方湾曲面部２１と中間湾曲面部２２とを連続させている。一方、接続部分２６ｂは、センタコンバイナ２０ａにおいて、中間投影領域３２と近傍投影領域３３との間に位置している。接続部分２６ｂは、互いに異なる曲率で湾曲した中間投影領域３２と近傍投影領域３３とを連続させている。

これら接続部分２６ａ，２６ｂのうちでウインドシールド１３と対向する背面領域には、遮光部２８ａ，２８ｂがそれぞれ設けられている。各遮光部２８ａ，２８ｂは、遮光性の塗料によって薄膜状に形成されている。遮光部２８ａは、接続部分２６ａの背面領域を覆うことにより、接続部分２６ａへの外光の入射を遮っている。遮光部２８ｂは、接続部分２６ｂの背面領域を覆うことにより、接続部分２６ａへの外光の入射を遮っている。これら遮光部２８ａ，２８ｂは、薄板状に成形された遮光性の樹脂材料によって形成されてもよい。

各サイドコンバイナ２０ｂ，２０ｃは、車両Ａの幅方向において、センタコンバイナ２０ａの両側に一つずつ配置されている。各サイドコンバイナ２０ｂ，２０ｃは、車両Ａの前後方向において、センタコンバイナ２０ａよりも僅かに後方（運転席側）に配置されている。サイドコンバイナ２０ｂは、運転者Ｄから見てセンタコンバイナ２０ａの左側に位置している。サイドコンバイナ２０ｃは、運転者Ｄから見てセンタコンバイナ２０ａの右側に位置している。

各サイドコンバイナ２０ｂ，２０ｃは、それぞれ略四辺形状に形成されている。各サイドコンバイナ２０ｂ，２０ｃは、センタコンバイナ２０ａを左右対称に分割する仮想の中心面に対し、面対称な形状及び配置とされている。各サイドコンバイナ２０ｂ，２０ｃは、画像７０の光が投影される投影面が運転席側を向くように、センタコンバイナ２０ａに対して傾斜した姿勢で設置されている。

サイドコンバイナ２０ｂは、運転者側を向く投影面に、側方湾曲面部２４を有している。側方湾曲面部２４には、左方投影領域３４が規定されている。サイドコンバイナ２０ｃは、運転者側を向く投影面に、側方湾曲面部２５を有している。側方湾曲面部２４には、右方投影領域３５が規定されている。各サイドコンバイナ２０ｂ，２０ｃ取り付け姿勢により、左方投影領域３４及び右方投影領域３５は、車両Ａの幅方向に沿って各投影領域３１〜３３から離れるに従い、運転席（運転者Ｄ）側へ傾斜した姿勢となっている（図３参照）。左方投影領域３４及び右方投影領域３５は、実質的に同一の曲率で形成されており、同一の拡大率を備えた凹面鏡として機能する。左方投影領域３４及び右方投影領域３５の基準となる曲率は、各投影領域３１〜３３のいずれの曲率とも異なっている。

以上の左方投影領域３４及び右方投影領域３５に投影された画像７０の光がそれぞれ左方虚像６４及び右方虚像６５として結像される結像位置は、運転者Ｄの正面から左右にずれた位置となる。左方虚像６４及び右方虚像６５は、運転者Ｄを囲むような左方投影領域３４及び右方投影領域３５の斜め配置により、車両Ａの横断面に対して傾斜した姿勢で結像される。その結果、左方虚像６４及び右方虚像６５は、運転者Ｄから見て、車両Ａの前後方向に奥行きを持った態様で表示される。

具体的に、運転者Ｄの左前方に表示される左方虚像６４は、左方投影領域３４から０．７メートル程度の所定範囲に、奥行きを持って結像される。同様に、運転者Ｄの右前方に表示される右方虚像６５は、右方投影領域３５から０．７メートル程度の所定範囲に、前後の奥行きを持って結像される。このように、各投影領域３４，３５から各虚像６４，６５の結像位置までの距離は、各投影領域３１，３３から各虚像６１，６３の結像位置までの距離と異なっている。

ここで、各湾曲面部２１〜２５において基準となる曲率は、各投影領域３０の中心において各投影領域３０と直交し且つ上下方向に沿った基準断面において、各中心に規定された曲率である。各投影領域３０の曲率は、中心の曲率で一定であってもよく、或いは中心から離れるに従って徐々に変化していてもよい。加えて、各投影領域３０の拡大率も、各投影領域３０の中心の曲率に基づいて設定される。さらに、各投影領域３０の中心において各投影領域３０と直交し且つ水平方向に沿った水平断面において、各投影領域３０の曲率は、中心の曲率で一定であってもよく、或いは中心から離れるに従って徐々に変化していてもよい。

尚、各投影領域３０の中心は、便宜的に投影領域３０の重心位置とする。各画像７０の光の光軸は、各投影領域３０の中心に入射するものとする。加えて、各投影領域３０を形成する各湾曲面部２１〜２５は、複数に分割された湾曲面が板厚方向にずらして配置されたフレネルレンズ形状であってもよい。

表示ユニット４０は、コンバイナユニット２０に形成された複数の投影領域３０へ向けて、画像７０の光を射出する構成である。表示ユニット４０は、車両Ａの前後方向において、センタコンバイナ２０ａの後方に配置されている。表示ユニット４０は、各投影領域３１〜３５のそれぞれに、互いに異なった画像７０の光を投影可能である。表示ユニット４０は、図２〜図４に示すように、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）方式の複数の液晶パネル４５〜４７と、各液晶パネル４５〜４７を透過照明する投影光源４８等によって構成されている。

各液晶パネル４５〜４７は、それぞれ表示面４１〜４３を有している。各表示面４１〜４３は、それぞれ矩形の平板状に形成されている。各表示面４１〜４３は、互いに異なる投影領域３０へ向けて画像７０の光を射出する。各表示面４１〜４３には、多数の画素が二次元状に配列されている。各画素には、赤色、緑色、及び青色のサブ画素が設けられている。各液晶パネル４５〜４７は、サブ画素の光の透過率を制御することにより、表示面４１〜４３上に種々の画像７０をカラー表示可能である。

液晶パネル４５は、中央表示面４１をセンタコンバイナ２０ａの各投影領域３１〜３３と向かい合わせた姿勢にて、ハウジング５０内に設置されている。中央表示面４１は、各投影領域３１〜３３へ向けて、画像７０の光を射出する。中央表示面４１には、各投影領域３１〜３３での反射によって生じる歪みを補正した形態で、各虚像６１〜６３として結像される画像７０が形成される。液晶パネル４５は、各投影領域３１〜３３から外れた接続部分２６ａ，２６ｂに画像７０を投影しないよう、中央表示面４１の表示を制御される。

液晶パネル４６は、左方表示面４２をサイドコンバイナ２０ｂの左方投影領域３４と向かい合わせた姿勢にて、ハウジング５０内に設置されている。左方表示面４２は、左方投影領域３４へ向けて、画像７０の光を射出する。左方表示面４２には、左方投影領域３４での反射によって生じる歪みを補正した形態で、左方虚像６４として結像される画像７０が形成される。

液晶パネル４７は、右方表示面４３をサイドコンバイナ２０ｃの右方投影領域３５と向かい合わせた姿勢にて、ハウジング５０内に設置されている。右方表示面４３は、右方投影領域３５へ向けて、画像７０の光を射出する。右方表示面４３には、右方投影領域３５での反射によって生じる歪みを補正した形態で、右方虚像６５として結像される画像７０が形成される。

以上の液晶パネル４５と液晶パネル４６，４７とでは、各表示面４１〜４３から、これら表示面４１〜４３によって画像７０の光を投影される各投影領域３０までの各光路の距離が互いに異なっている。尚、光路距離は、各表示面４１〜４３のうちで画像７０を表示する範囲の中心から、各投影領域３０の中心までの距離とする。

投影光源４８は、白色の光源光を放射する複数のＬＥＤと、各ＬＥＤから放射された光を各液晶パネル４５〜４７へ導光するプリズムとを有している。各ＬＥＤから放射された光は、各表示面４１〜４３の背面側に導光され、各表示面４１〜４３に形成された画像７０を透過照明する。各表示面４１〜４３を通過した光は、各投影領域３１〜３５に投影される。

ハウジング５０は、図２及び図３に示すように、樹脂材料によって箱状に形成されたＨＵＤ装置１００の筐体である。ハウジング５０は、表示ユニット４０及び制御回路８０を収容している。ハウジング５０は、運転者Ｄから視認され難いように、メータフード１１に収容されている。ハウジング５０は、コンバイナユニット２０を支持しおり、各コンバイナ２０ａ〜２０ｃを特定の姿勢で固定している。

ハウジング５０には、投射開口５１が形成されている。投射開口５１は、ハウジング５０の天井壁のうちで、各表示面４１〜４３から各投影領域３１〜３５へ射出される光の照射範囲に形成された貫通開口である。投射開口５１は、各表示面４１〜４３から各投影領域３１〜３５への光の投射を可能にしている。投射開口５１には、蓋部材５２が嵌め込まれている。蓋部材５２は、透光性の樹脂材料によって板状に形成されている。蓋部材５２は、画像７０の光の透過を許容しつつ、投射開口５１を物理的に塞ぐことにより、ハウジング５０内への塵及び埃の侵入を防いでいる。

制御回路８０は、図４及び図３に示すように、各虚像６０の表示を制御する回路である。制御回路８０は、プロセッサ、ＲＡＭ、及び記憶媒体等を有するマイクロコントローラ８１を主体に構成されている。制御回路８０は、各液晶パネル４５〜４７及び投影光源４８に加えて、車両Ａに搭載された表示制御装置８８と接続されている。

表示制御装置８８は、車両Ａに搭載された通信バス８９と接続されている。通信バス８９には、種々の搭載センサによる検出結果に基づいた車両Ａの情報が出力されている。表示制御装置８８は、通信バス８９を通じて車両Ａの情報を取得する。表示制御装置８８は、取得した車両Ａの情報を運転者Ｄに通知するための画像７０を選定する。加えて表示制御装置８８は、取得した車両Ａの情報の特性に基づき、選定した画像７０を投影する投影領域３０を決定する。表示制御装置８８は、決定した投影領域３０に選定した画像７０を投影させるための制御信号を、制御回路８０へ出力する。制御回路８０は、表示制御装置８８から出力された制御信号に従い、各液晶パネル４５〜４７の表示制御と投影光源４８の発光制御とを実施する。

以上の制御回路８０及び表示制御装置８８による制御に基づき、ＨＵＤ装置１００が表示する各虚像６０の詳細を、図１及び図２に基づいて説明する。

遠方投影領域３１には、緊急度及び重要度の少なくとも一方が高く、運転者Ｄに直ちに認識して欲しい情報を通知する画像７０の光が投影される。具体的には、予防安全表示及び道案内表示等に係る画像７０の光が、遠方投影領域３１に投影され、遠方虚像６１として水平視線軸線ＨＶＡ近くに結像される。予防安全表示の一種として、例えば車両Ａに搭載された衝突被害軽減（自動）ブレーキの作動を通知又は予告するＡＥＢ（Autonomous Emergency Braking）インジケータ画像７１ａ等が、遠方虚像６１として表示される。また道案内表示の一種として、例えば右左折するポイントを通知するターンバイターン画像７１ｂ等が、遠方虚像６１として表示される。ＡＥＢインジケータ画像７１ａ及びターンバイターン画像７１ｂは、通知する情報が有効な期間に限って一時的に表示される。

中間投影領域３２には、主に運転者Ｄの入力に対するフィードバックとしての情報を通知する画像７０の光が投影される。具体的には、車両Ａに搭載されたエンターテイメント系の機器、及びコンフォート系の機器に関連する画像７０の光が、中間投影領域３２に投影され、中間虚像６２として結像される。中間虚像６２は、運転者Ｄからの見かけ上において、遠方虚像６１の下方に位置している。例えば、運転者Ｄによって選択された楽曲の情報を通知するトラック画像７２、運転者Ｄによって選択された空調機器の設定温度を通知する画像等が、中間虚像６２として表示される。トラック画像７２等は、運転者Ｄ等の乗員によって操作が入力された場合に、操作実施後の所定期間に限って表示される。

近傍投影領域３３には、主に車両Ａの走行状態を通知する画像７０の光が投影される。例えば、車両Ａの走行速度を示す車速画像７３ａ、車両Ａの瞬間燃費に基づくエコドライブインジケータ画像７３ｂ等が、近傍虚像６３として結像される。近傍虚像６３は、運転者Ｄからの見かけ上において、中間虚像６２の下方に位置している。車速画像７３ａ及びエコドライブインジケータ画像７３ｂは、少なくとも車両Ａが走行しているうちは、常に表示されている。 左方投影領域３４及び右方投影領域３５には、車両Ａの左右の状況を通知する画像７０の光が投影される。例えば、運転支援システムにて区画線が正しく認識されているか否かを示す区画線インジケータ画像７４ａが、左方虚像６４と右方虚像６５とを組み合わせた態様で表示される。加えて、前側方から接近する歩行者を通知する歩行者警告画像７４ｂ、及び隣接車線を走行する後続車の接近を通知するブラインドスポットモニタ（ＢＳＭ）画像７４ｃ等が、左方虚像６４及び右方虚像６５として表示可能とされている。

ここまで説明した第一実施形態では、コンバイナユニット２０がウインドシールド１３とは別体で設けられているため、各コンバイナ２０ａ〜２０ｃの形状の自由度が確保されている。故に、互いに異なる複数の投影領域３０を各コンバイナ２０ａ〜２０ｃに設けたうえで、それぞれの投影領域３０から互いに異なる距離の結像位置で各画像７０の光が結像されるように、各コンバイナ２０ａ〜２０ｃの形状を規定することが可能になる。

こうした構成のコンバイナユニット２０を用いれば、画像７０を投影する投影領域３０の切り替えにより、運転者Ｄに情報を通知する画像７０の結像位置を、その情報の特性に応じて変えることができる。したがって、ＨＵＤ装置１００は、情報を通知する画像７０を、運転者Ｄによって的確に気づかれるように虚像表示することが可能になる。

加えて第一実施形態では、凹面状の曲率が互いに異なった複数の湾曲面部２１〜２５に各投影領域３０が規定されている。こうした構成であれば、各投影領域３０は、表示ユニット４０から入射する画像７０の光を、異なる拡大率をもって虚像６０として結像させることができる。その結果、各投影領域３０による各虚像６０は、確実に異なった位置に結像される。以上のように、虚像６０の結像位置を変更可能にするＨＵＤ装置１００を実現させるために、曲率の異なった複数の湾曲面部２１〜２５を有するコンバイナユニット２０は、特に好適なのである。

また第一実施形態では、センタコンバイナ２０ａにおいて最も上方に位置する遠方投影領域３１が、他の投影領域３０よりも遠い位置に遠方虚像６１を結像させている。こうした構成であれば、運転者Ｄの中心視の範囲内又はその近傍に遠方虚像６１が結像されるので、運転者Ｄは、僅かな視線方向及び焦点距離の変更だけで、遠方虚像６１を認知できるようになる。故に、ＨＵＤ装置１００は、遠方虚像６１を通じた通知により、緊急度及び重要度の高い情報を、運転者Ｄに確実に気付かせることができる。したがって、センタコンバイナ２０ａの上方に拡大率の大きな遠方投影領域３１を設ける構成は、運転者Ｄによって的確に気づかれる虚像表示を実現するために、好適な構成なのである。

さらに第一実施形態では、運転者Ｄを囲むようにして左右のサイドコンバイナ２０ｂ，２０ｃが斜め方向に向けられている。故に、左方虚像６４及び右方虚像６５は、運転者Ｄから見て、奥行きのある表示とる。以上によれば、ＨＵＤ装置１００は、虚像表示の表現の幅を広げることができるため、運転者Ｄにさらに気づかれ易い情報提示を実施し得る。

加えて第一実施形態のＨＵＤ装置１００では、複数の液晶パネル４５〜４７が用いられることで、各表示面４１〜４３から各投影領域３０までの光路の距離にも差が設けられている。以上の構成では、各投影領域３０の拡大率の差だけでなく、光路距離の差によっても、各虚像６０の結像位置に違いを設けることが可能になる。そのため、虚像６０の結像位置に明確な差を設けることがいっそう容易となる。

また第一実施形態では、投影領域３０毎に曲率等の形状が異なっている。そのため、隣接する二つの投影領域３０の間となる接続部分２６ａ，２６ｂでは、形状の変化が円滑になり難く、変曲点が生じ易い。故に、こうした接続部分２６ａ，２６ｂに画像７０の光が投影されないように、隣接する二つの投影領域３０は、互いに接しないように、離れた位置に規定されることが望ましい。

さらに第一実施形態では、遮光部２８ａ，２８ｂによって接続部分２６ａ，２６ｂへの外光の入射が遮られている。上述したように、接続部分２６ａ，２６ｂは、形状の変化が円滑ではないため、入射した外光を運転者Ｄ側へ反射させて、目立ってしまう虞がある。故に、遮光部２８ａ，２８ｂを設ける構成は、異なる曲率の各湾曲面部２１〜２３を一つのセンタコンバイナ２０ａに並べて形成するＨＵＤ装置１００において、見映えの悪化を防止するために、特に必要な構成となる。

尚、第一実施形態において、車両Ａが「移動体」に相当し、コンバイナユニット２０が「投影部材」に相当し、上方湾曲面部２１，中間湾曲面部２２、下方湾曲面部２３、側方湾曲面部２４，２５が「湾曲面部」に相当する。また、遠方投影領域３１が「上方投影領域」及び「正面投影領域」に相当し、中間投影領域３２が「正面投影領域」に相当し、近傍投影領域３３が「下方投影領域」及び「正面投影領域」に相当する。さらに、左方投影領域３４及び右方投影領域３５が「側方投影領域」に相当する。表示ユニット４０が「表示器」に相当し、中央表示面４１、左方表示面４２、及び右方表示面４３がそれぞれ「表示面」に相当する。

（第二実施形態）
図５及び図６に示す第二実施形態のＨＵＤ装置２００は、第一実施形態の変形例である。第二実施形態によるＨＵＤ装置２００は、第一実施形態のコンバイナユニット２０及び表示ユニット４０（図１参照）に相当する構成として、複数の投影領域２３０を有するコンバイナ２２０と表示ユニット２４０とを備えている。

コンバイナ２２０は、第一実施形態の各コンバイナ２０ａ〜２０ｃ（図１参照）と同様に、透光性の樹脂材料又はガラス等の板材によって形成されている。コンバイナ２２０は、複数箇所にて屈曲されており、立体的な形状とされている。コンバイナ２２０は、正面湾曲面部２２１、側方湾曲面部２２４，２２５、及び段差部２２６ａ，２２６ｂを有している。

正面湾曲面部２２１及び各側方湾曲面部２２４，２２５は、運転席側を向くコンバイナ２２０の投影面に形成されている。正面湾曲面部２２１は、コンバイナ２２０の幅方向の中央に設けられている。正面湾曲面部２２１は、横長の略矩形状に形成されている。正面湾曲面部２２１には、正面投影領域２３１が規定されている。

正面投影領域２３１は、運転者Ｄの正面に位置している。正面投影領域２３１は、凹面状に湾曲する正面湾曲面部２２１の形状により、所定の拡大率を備えた凹面鏡として機能する。正面投影領域２３１に投影された画像７０の光は、遠方虚像６１として、正面投影領域２３１から１．５メートル程度前方に結像される。

第二実施形態では、ＡＥＢインジケータ画像７１ａ、ターンバイターン画像７１ｂ、車速画像７３ａ、及びエコドライブインジケータ画像７３ｂ等が遠方虚像６１として表示される。ＡＥＢインジケータ画像７１ａ及びターンバイターン画像７１ｂ等の期限付きで表示される各画像７０は、複数の遠方虚像６１のうちで、水平視線軸線ＨＶＡ（図２参照）に近接した上方に結像される。一方、車速画像７３ａ及びエコドライブインジケータ画像７３ｂ等の常時表示される各画像７０は、複数の遠方虚像６１のうちで、下方に結像される。

各側方湾曲面部２２４，２２５は、幅方向において、正面湾曲面部２２１の両側にそれぞれ設けられている。各側方湾曲面部２２４，２２５は、正面湾曲面部２２１に対して、車両Ａの後方に位置している。各側方湾曲面部２２４，２２５はそれぞれ、正面湾曲面部２２１よりも狭い横長の略矩形状に形成されている。上下方向に沿って延伸する各側方湾曲面部２２４，２２５の二つの縁部のうち、正面湾曲面部２２１から遠い外側の各縁部は、正面湾曲面部２２１に近い内側の各縁部よりも、車両Ａの後方に位置している。運転者Ｄから見て正面湾曲面部２２１の左側に位置する側方湾曲面部２２４には、左方投影領域２３４が規定されている。運転者Ｄから見て正面湾曲面部２２１の右側に位置する側方湾曲面部２２５には、右方投影領域２３５が規定されている。

左方投影領域２３４及び右方投影領域２３５は、上述した各側方湾曲面部２２４，２２５の傾斜姿勢により、運転席側を向けられている。左方投影領域２３４及び右方投影領域２３５は、実質的に同一の曲率で形成されており、同一の拡大率を備えた凹面鏡として機能する。左方投影領域２３４及び右方投影領域２３５の基準となる曲率は、正面湾曲面部２２１の曲率と異なっており、正面湾曲面部２２１の曲率よりも小さい値とされている。そのため、左方投影領域２３４及び右方投影領域２３５の各拡大率は、正面湾曲面部２２１の拡大率よりも小さい値となる。

以上の構成により、各投影領域２３４，２３５に投影された画像７０の光は、第一実施形態と同様に、前後方向の奥行きをもった左方虚像６４及び右方虚像６５として、各投影領域２３４，２３５から０．７メートル程度の所定範囲に、それぞれ結像される。これら左方虚像６４及び右方虚像６５は、遠方虚像６１よりも運転者Ｄに近い位置に結像される。第二実施形態でも、区画線インジケータ画像７４ａ、歩行者警告画像７４ｂ、及びＢＳＭ画像７４ｃ等が左方虚像６４及び右方虚像６５として表示される。

各段差部２２６ａ，２２６ｂは、互いに隣接する二つの投影領域２３０の間に設けられている。各段差部２２６ａ，２２６ｂは、車両Ａの前後方向及び上下方向に沿った略平板状に形成されている。段差部２２６ａは、正面湾曲面部２２１と左方投影領域２３４との間に位置している。段差部２２６ｂは、正面湾曲面部２２１と右方投影領域２３５との間に位置している。各段差部２２６ａ，２２６ｂは、表示ユニット２４０から各投影領域２３１，２３４，２３５に入射する光の入射方向に沿った段差を形成しており、具体的には、左方投影領域２３４及び右方投影領域２３５を正面湾曲面部２２１に対して後方に位置させている。このような各段差部２２６ａ，２２６ｂが設けられることにより、左方投影領域２３４及び右方投影領域２３５は、正面湾曲面部２２１よりも、表示ユニット２４０の近くに位置するようになる。

各段差部２２６ａ，２２６ｂにおいて、前後方向の両端に位置する各縁部は、それぞれ屈曲部分２２７ａ〜２２７ｂを形成している。段差部２２６ａに設けられた屈曲部分２２７ａは、側方湾曲面部２２４と接続されており、この側方湾曲面部２２４を段差部２２６ａに対して幅方向へ向けて約７０度程度、屈曲させている。屈曲部分２２７ｂは、正面湾曲面部２２１と接続されており、この正面投影領域２３１に対して段差部２２６ａを前後方向へ向けて約９０度程度、屈曲させている。

同様に、段差部２２６ｂに設けられた屈曲部分２２７ｃは、側方湾曲面部２２５と接続されており、この側方湾曲面部２２５を段差部２２６ｂに対して幅方向へ向けて約７０度程度、屈曲させている。屈曲部分２２７ｄは、正面湾曲面部２２１と接続されており、この正面投影領域２３１に対して段差部２２６ｂを前後方向へ向けて約９０度、屈曲させている。

各屈曲部分２２７ａ〜２２７ｂの背面領域には、第一実施形態の各遮光部２８ａ，２８ｂ（図２参照）に相当する遮光部２２８ａ〜２２８ｄがそれぞれ設けられている。各遮光部２２８ａ〜２２８ｄは、各屈曲部分２２７ａ〜２２７ｂの背面領域を覆うことにより、これら屈曲部分２２７ａ〜２２７ｂへの外光の入射を遮り、外光の入射に起因した各屈曲部分２２７ａ〜２２７ｂの発光を抑制している。

表示ユニット２４０は、一つの液晶パネル２４５を有している。液晶パネル２４５は、第一実施形態の各液晶パネル４５〜４７を兼ねた構成であり、表示面２４１を正面投影領域２３１、左方投影領域２３４、及び右方投影領域２３５と向かい合わせた姿勢で設置されている。表示面２４１は、正面投影領域２３１、左方投影領域２３４、及び右方投影領域２３５のそれぞれへ向けて、画像７０の光を射出可能である。液晶パネル２４５は、各投影領域２３１，２３４，２３５から外れた各段差部２２６ａ，２２６ｂに画像７０の光を投影しないよう、表示面２４１の表示を制御される。

ここまで説明した第二実施形態でも、第一実施形態と同様の効果を奏することにより、ＨＵＤ装置２００は、結像位置の異なった種々の虚像６０を表示することが可能になる。したがって、ＨＵＤ装置２００は、運転者Ｄによって的確に気づかれるような虚像表示を行うことができる。

加えて第二実施形態では、コンバイナ２２０に各段差部２２６ａ，２２６ｂが形成されることにより、表示面２４１から正面投影領域２３１までの光路距離と、表示面２４１から左右の投影領域２３４，２３５までの光路距離との差が拡大されている。以上によれば、遠方虚像６１と左方虚像６４及び右方虚像６５との間に、さらに明確な結像位置の差を設けることが可能になる。

また第二実施形態では、左方投影領域２３４及び右方投影領域２３５は、表示ユニット２４０の周囲を囲むように、正面投影領域２３１に対して傾斜している。故に、液晶パネル２４５から左方投影領域２３４及び右方投影領域２３５に入射する光の光軸は、左方虚像６４及び右方虚像６５に顕著な歪みを生じさせない姿勢に規定可能となる。したがって、ＨＵＤ装置２００は、虚像６０の表示品質を確保しつつ、一つの液晶パネル３４５で複数の投影領域２３１，２３４，２３５に画像７０の光を投影できるため、コンパクトな体格を維持できる。

尚、第二実施形態では、コンバイナ２２０が「投影部材」に相当し、正面湾曲面部２２１及び側方湾曲面部２２４，２２５が「湾曲面部」に相当し、屈曲部分２２７ａ〜２２７ｄが「接続部分」に相当する。また、左方投影領域２３４及び右方投影領域２３５が「側方投影領域」に相当し、表示ユニット２４０が「表示器」に相当する。

（第三実施形態）
図７に示す第三実施形態のＨＵＤ装置３００は、第二実施形態の変形例である。第三実施形態によるＨＵＤ装置３００は、第二実施形態のコンバイナ２２０（図５参照）に相当する構成として、複数の投影領域３３０を有するコンバイナ３２０を備えている。コンバイナ３２０からは、第二実施形態の各段差部２２６ａ，２２６ｂ及び各遮光部２２８ａ〜２２８ｄ（図６参照）に相当する構成が省略されている。コンバイナ３２０は、互いに曲率の異なった上方湾曲面部３２１、下方湾曲面部３２３、及び側方湾曲面部３２４，３２５を有しており、全体として円滑な部分球面形状に形成されている。コンバイナ３２０は、凹面状に形成された内側の面を運転席側に向けた姿勢で、メータフード１１の上方に配置されている。

各湾曲面部３２１，３２３，３２４，３２５には、それぞれ遠方投影領域３３１，近傍投影領域３３３，左方投影領域３３４，右方投影領域３３５が規定されている。これらの投影領域３３１，３３３，３３４，３３５には、表示ユニット２４０によって画像７０の光が投影される。遠方投影領域３３１、近傍投影領域３３３、及び左方投影領域３３４又は右方投影領域３３５は、互いに曲率の異なった各湾曲面部３２１，３２３〜３２４の形状により、それぞれ異なる拡大率を備えた凹面鏡として機能する。

遠方投影領域３３１及び近傍投影領域３３３は、運転者Ｄ（図６参照）の正面に位置している。遠方投影領域３３１は、コンバイナ３２０において、近傍投影領域３３３の上方に規定され、近傍投影領域３３３よりも大きな拡大率を備えている。遠方投影領域３３１に投影された画像７０の光によって遠方虚像６１が表示され、近傍投影領域３３３に投影された画像７０の光により、遠方虚像６１よりもコンバイナ３２０の近くに近傍虚像６３が表示される。

左方投影領域３３４及び右方投影領域３３５は、コンバイナ３２０において、遠方投影領域３３１及び近傍投影領域３３３の左右に規定されている。左方投影領域３３４及び右方投影領域３３５の各拡大率は、互いに実質同一であり、遠方投影領域３３１の拡大率よりも小さく、近傍投影領域３３３の拡大率よりも大きい。左方投影領域３３４及び右方投影領域３３５に投影される画像７０の光により、遠方虚像６１及び近傍虚像６３の中間となる距離に、左方虚像６４及び右方虚像６５が表示される。

ここまで説明した第三実施形態でも、第一実施形態と同様の効果を奏することにより、ＨＵＤ装置３００は、結像位置の異なった種々の虚像６０を表示することが可能になる。したがって、ＨＵＤ装置３００は、運転者によって的確に気づかれるような虚像表示を行うことができる。

尚、第三実施形態では、コンバイナ３２０が「投影部材」に相当し、上方湾曲面部３２１、下方湾曲面部３２３、側方湾曲面部３２４，３２５が「湾曲面部」に相当する。また、遠方投影領域３３１が「上方投影領域」及び「正面投影領域」に相当し、近傍投影領域３３３が「下方投影領域」及び「正面投影領域」に相当する。左方投影領域３３４及び右方投影領域３３５が「側方投影領域」に相当する。

（他の実施形態）
以上、複数の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。

上記実施形態では、各投影領域に異なった拡大率を設定する構成により、各投影領域から各結像位置までの距離に差が設けられていた。しかし、各投影領域の拡大率を実質同一としたうえで、一つのコンバイナに段差部を設ける構成の採用により、各投影領域から各結像位置までの距離に差が設けられていてもよい。或いは、各投影領域の拡大率を実質同一としたうえで、複数のコンバイナを一つの表示面から異なる距離に配置する構成により、各投影領域から各結像位置までの距離に差が設けられていてもよい。

上記実施形態では、三つ以上の投影領域が、コンバイナ又はコンバイナユニットに規定されていた。しかし、投影部材に規定される投影領域の数は、二つ以上であれば、適宜変更可能である。加えて、三つ以上の投影領域が投影部材に規定される形態であれば、例えば左方投影領域及び右方投影領域のように、同一の距離に虚像を結像させる投影領域が設けられていてもよい。

上記実施形態では、上下方向に並ぶ複数の投影領域のうちで、下方に位置する投影領域よりも上方に位置する投影領域が、遠くに虚像を結像させていた。しかし、例えばコンバイナ等の投影部材が車両Ａの天井から吊り下げられた形態であれば、上方に位置する投影領域よりも下方に位置する投影領域が、遠くに虚像を結像させてもよい。

上記実施形態では、画像の光を射出する表示器として、液晶パネル及び投影光源を組み合わせたプロジェクタが用いられていた。しかし、表示器の構成は、適宜変更可能である。例えば、多数のマイクロミラーを有するデジタルマイクロデバイス（ＤＭＤ）と、ＤＭＤへ向けて光を投射する投射光源とを有するＤＬＰ（Digital Light Processing，登録商標）方式のプロジェクタが、表示器として採用可能である。さらに、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーと、ＭＥＭＳミラーへ向けて光を投射するレーザ光源とを有するレーザスキャナが、表示器として採用可能である。

上記実施形態では、表示器から射出された画像の光は、各投影領域に直接的に入射していた。しかし、表示面から各投影領域までの光路距離を拡大させるために、ハウジング内にて画像の光を屈折させる一つ又は複数の凹面鏡又は平面鏡、或いはレンズ等を含む光学系が設けられていてもよい。

上記実施形態における表示制御装置８８は、ＨＵＤ装置の虚像表示を制御する専用の制御回路であってもよい。又は、車両Ａに搭載された他の車載機器の制御回路が、表示制御装置８８の機能を兼ねていてもよい。例えば、コンビネーションメータに設けられた制御回路が、当該メータの表示と共に、ＨＵＤ装置の虚像表示を制御可能である。或いは、運転者への情報提示を統合的に制御するＨＣＵ（HMI（Human Machine Interface）Control Unit）が、表示制御装置８８の機能を兼ねていてもよい。さらに、運転者によって車室内に持ち込まれた携帯端末の制御回路が、表示制御装置８８の機能を兼ねていてもよい。

上記実施形態のような車両Ａでは、運転者の眼の位置の分布を統計的に表したアイレンジに基づき、右眼及び左眼のそれぞれに対してアイリプスＥＬＰ（図３参照）が設定可能である。ＨＵＤ装置は、アイリプスＥＬＰ内に左右の眼を位置させた運転者によって視認可能となるよう、各虚像を表示させることが望ましい。尚、本開示の特徴構成は、車両以外の船舶及び航空機等の各種移動体（輸送機器）に搭載されたＨＵＤ装置にも、適用可能である。

Ａ 車両（移動体）、Ｄ 運転者（乗員）、１３ ウインドシールド、２０ コンバイナユニット（投影部材）、２２０，３２０ コンバイナ（投影部材）、２１，３２１ 上方湾曲面部（湾曲面部）、２２１ 正面湾曲面部（湾曲面部）、２２ 中間湾曲面部（湾曲面部）、２３，３２３ 下方湾曲面部（湾曲面部）、２４，２５，２２４，２２５，３２４，３２５ 側方湾曲面部（湾曲面部）、２６ａ，２６ｂ 接続部分、２２６ａ，２２６ｂ 段差部、２２７ａ〜２２７ｄ 屈曲部分（接続部分）、２８ａ，２８ｂ，２２８ａ〜２２８ｄ 遮光部、３０，２３０，３３０ 投影領域、３１，３３１ 遠方投影領域（上方投影領域，正面投影領域）、２３１ 正面投影領域、３２ 中間投影領域（正面投影領域）、３３，３３３ 近傍投影領域（上方投影領域，正面投影領域）、３４，２３４，３３４ 左方投影領域（側方投影領域）、３５，２３５，３３５ 右方投影領域（側方投影領域）、４０，２４０ 表示ユニット（表示器）、４１ 中央表示面（表示面）、４２ 左方表示面（表示面）、４３ 右方表示面（表示面）、６０ 虚像、７０ 画像、１００，２００，３００ ＨＵＤ装置（ヘッドアップディスプレイ装置）

Claims (8)

1. 移動体（Ａ）に搭載され、前記移動体の乗員（Ｄ）によって視認可能な虚像（６０）を表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、
   前記虚像として結像される画像（７０）の光を射出する表示器（４０，２４０）と、
   前記移動体のウインドシールド（１３）とは別体で設けられ、互いに異なる前記画像の光が前記表示器によって投影される複数の投影領域（３０，２３０，３３０）を有し、各前記投影領域に投影された各前記画像の光を、各前記投影領域から互いに異なる距離の結像位置で結像させる投影部材（２０，２２０，３２０）と、を備えるヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記投影部材は、凹面状に形成された複数の湾曲面部（２１〜２５，２２１，２２４，２２５，３２１，３２３〜３２５）を有し、
   各前記湾曲面部には、前記投影領域が規定されており、
   各前記湾曲面部において基準となる曲率は、互いに異なっている請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
3. 前記投影部材は、互いに隣接する二つの前記投影領域の間に、各前記投影領域に入射する光の入射方向に沿った段差を形成する段差部（２２６ａ，２２６ｂ）を有する請求項１又は２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
4. 複数の前記投影領域には、静止状態にある前記移動体の上下方向に並ぶ上方投影領域（３１，３３１）及び下方投影領域（３３，３３３）が含まれ、
   前記上方投影領域は、前記下方投影領域よりも遠方に前記画像の光を結像させる請求項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装置。
5. 複数の前記投影領域には、前記乗員の正面に位置する正面投影領域（２２１）と、前記正面投影領域の側方に位置する側方投影領域（２２４，２２５）とが含まれ、
   前記側方投影領域は、前記移動体の幅方向に沿って前記正面投影領域から離れるに従い、前記乗員側へ傾斜した姿勢である請求項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装置。
6. 前記表示器（４０）は、互いに異なる前記投影領域へ向けて前記画像の光を射出する複数の表示面（４１〜４３）を有し、
   各前記表示面から、各前記表示面によって前記画像の光が投影される各前記投影領域までの各光路の距離が、互いに異なる請求項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装置。
7. 前記投影部材は、隣接する二つの前記投影領域を、互いに離れた位置に規定している請求項１〜６のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
8. 前記投影部材は、隣接する二つの前記投影領域の間に位置する接続部分（２６ａ，２６ｂ，２２７ａ〜２２７ｄ）への外光の入射を遮る遮光部（２８ａ，２８ｂ，２２８ａ〜２２８ｄ）を有する請求項７に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

Images