JP2018039332A - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

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健 川合
Takeshi Kawai
健 川合
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Abstract

【課題】2つの虚像の重複部分の表示品質が良好なヘッドアップディスプレイ装置を提供する。
【解決手段】ヘッドアップディスプレイ装置は、表示制御部211と、判定部213と、を備える。判定部213は、運転者の視点から見たときに2つの虚像が重なって見える部分である重複部分の有無を判定する。表示制御部211は、判定部213により重複部分が有ると判定されると、重複部分において、2つの虚像のいずれか一方の色が他方の色と同系色になるように制御する。
【選択図】図3

Description

本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置に関する。
車両用表示装置として、投影装置であるヘッドアップディスプレイ(HUD:Head−Up Display)装置が知られている(例えば特許文献1参照)。このヘッドアップディスプレイ装置は、2つの表示器とハーフミラーとを用いて、一方の表示器から出射されてハーフミラーを透過する表示光と他方の表示器から出射されてハーフミラーにより反射される表示光とをフロントガラスに投影することで、車両に関する情報を含む虚像を運転者に視認させる。
特開2003−237412号公報
ところで、特許文献1に記載されたヘッドアップディスプレイ装置の場合、視認者から見て、2つの表示器それぞれから出射された2つの表示光により生成される2つの虚像の一部が重なることがある。この場合、2つの虚像の色が異なる場合、2つの虚像の重複部分において、一方の虚像の一部の色が他方の虚像の色の影響を受けて変色してしまう場合がある。そして、この虚像の重複部分の色の変色が顕著になると、視認者に違和感を与える虞がある。
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、2つの虚像の重複部分の表示品質が良好な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する。
上記目的を達成するため、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、
被投射部材へ第1表示光と第2表示光を出射することにより、視認者の視点位置から離れた第1位置に前記第1表示光に対応する第1虚像が存在し、前記視点位置から前記第1位置よりも遠方に離れた第2位置に前記第2表示光に対応する第2虚像が存在するように、視認者に視認させるヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記視認者の視点から見たときに前記第1虚像と前記第2虚像とが重なって見える部分である重複部分の有無を判定する判定部と、
前記判定部により前記重複部分が有ると判定されると、前記重複部分において、前記第1虚像および前記第2虚像のいずれか一方の色が他方の色と同系色になるように制御する表示制御部と、を備える。
本発明によれば、2つの虚像の重複部分の表示品質が良好なヘッドアップディスプレイ装置が提供される。
本発明の実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置を搭載した車両を示す模式図である。 実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の概略構成図である。 実施の形態に係る制御装置の構成を示す図である。 実施の形態に係る制御装置が実行する表示制御処理の流れを示すフローチャートである。 実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の動作説明図である。 (A)は実施の形態に係る第1画像の一例を示す図であり、(B)は実施の形態に係る第2画像の一例を示す図であり、(C)は比較例に係る運転者から見た虚像の一例を示す図である。 実施の形態に係る運転者から見た虚像の一例を示す図である。 (A)は実施の形態に係る第1画像の一例を示す図であり、(B)は実施の形態に係る第2画像の一例を示す図であり、(C)は比較例に係る運転者から見た虚像の一例を示す図である。 実施の形態に係る運転者から見た虚像の一例を示す図である。
以下、本発明の実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置について、図を参照しながら説明する。
本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置(以下、HUD装置)は、自動車などの車両に搭載される。このHUD装置は、被投射部材へ2つの表示光を出射することにより、視認者の視点位置から離れた第1位置に第1虚像が存在し、視認者の視点位置から第1位置よりも遠方に離れた第2位置に第2虚像が存在するように、視認者に視認させる。図1に示すように、HUD装置100は、例えば車両300のダッシュボードに内蔵され、被投射部材の一例であるフロントガラス310に向けて表示光N1、N2を出射する。表示光N1、N2は、車両300のフロントガラス310で反射して運転者(視認者)Eに至る。これにより、運転者Eは、表示光(第1表示光)N1に対応する虚像(第1虚像)V1と、表示光(第2表示光)N2に対応する虚像(第2虚像)V2と、を視認できる。2つの虚像V1、V2は、いずれも鉛直方向に延びている。各虚像V1、V2は、車両300に関する各種情報を示すアイコンや運転者Eに注意を喚起するアイコン等から構成される。
また、車両300は、運転者Eを撮像する撮像装置210と、車両300の運転操作に関する情報や車載カメラ(図示せず)および車載レーダ(図示せず)により取得された車両周辺の情報を検出する検出部220と、を備える。撮像装置210は、運転者Eに赤外線を照射する赤外線LEDと、赤外線LEDに照射された運転者Eの目を撮像する赤外線カメラと、から構成され、撮像した画像を示す撮像画像情報をHUD装置100へ出力する。検出部220は、車両300の走行速度を示す速度情報や制御パラメータ、車両300の周囲の情報等の各種車両情報をHUD装置100へ出力する。検出部220は、例えば車両300に搭載されたECU(Electronic Control Unit)(図示せず)から速度情報や運転者Eの運転操作内容を示す制御パラメータを取得する。また、検出部220は、例えば車両300に搭載された車載カメラ(図示せず)や車載レーダ(図示せず)から車両300の周囲の情報を取得する。
HUD装置100は、図2に示すように、筐体110と、第1表示器120および第2表示器130と、第1スクリーン140および第2スクリーン150と、ハーフミラー180と、凹面鏡190と、制御部200と、を備える。
筐体110は、概ね箱状の形状を有し各部材を収納する。筐体110の一部には開口部(図示せず)が設けられており、第1スクリーン140および第2スクリーン150からの表示光N1、N2が、この開口部を通過する。開口部は、図示せぬ透光性のカバーで覆われている。
第1表示器120は、表示光M1をフロントガラス310へ出射し、第2表示器130は、表示光M2をフロントガラス310へ出射する。第1表示器120および第2表示器130は、DMD(Digital Micro Mirror Device)やLCOS(登録商標:Liquid Crystal On Silicon)等の反射型表示素子やTFT(Thin Film Transistor)液晶パネルなどの透過型表示素子を有する。第1表示器120および第2表示器130は、制御部200から入力される制御信号により、表示光M1、M2を出射する。第1表示器120および第2表示器130は、プロジェクタから構成される。
第1スクリーン140は、表示光M1が入射することで結像し、その結像した表示画像に対応する表示光N1を出射する。第2スクリーン150は、表示光M2が入射することで結像し、その結像した表示画像に対応する表示光N2を出射する。第1スクリーン140および第2スクリーン150は、ホログラフィックディフューザやマイクロレンズアレイ、拡散板等から構成される透過型スクリーンである。第1スクリーン140は、その表示面が、表示光M1と直交するように配置され、第2スクリーン150は、その表示面が、表示光M2と直交するように配置される。第1表示器120から第1スクリーン140の一面側に表示光M1が入射すると、その他面側に画像が表示される。これに伴って、第1スクリーン140上に表示される画像に対応する表示光N1が、ハーフミラー180に向けて出射される。また、第2表示器130から第2スクリーン150の一面側に表示光M2が入射すると、その他面側に画像が表示される。これに伴って、第2スクリーン150上に表示される画像に対応する表示光N2が、ハーフミラー180に向けて出射される。
ハーフミラー180は、表示光N1を反射し、かつ表示光N2を透過する。ハーフミラー180は、透光性を有する板状の基材と、基材の一表面に形成された反射膜と、を有する。基材は、ポリエチレンテレフタレートやポリカーボネート、ポリエチレン、アクリル等の樹脂材料またはガラスから形成されている。反射膜は、アルミニウムのような金属を蒸着することにより形成されている。なお、ハーフミラー180の他方の面に入射した光は反射される。本実施の形態において、ハーフミラー180は、表示光N2を透過し、かつ表示光N1を凹面鏡190に向けて反射するように配置される。
凹面鏡190は、ハーフミラー180から入射する表示光N1、N2をフロントガラス310へ向けて反射する。この凹面鏡190は、合成樹脂やガラス等から形成された基材の一表面に金属の反射膜が形成されてなる。この凹面鏡190と、ハーフミラー180とは、表示光N1、N2をフロントガラス310へ導く光学系を構成している。フロントガラス310に入射した表示光は、運転者Eの方向(アイボックス)に向けて反射する。これにより、運転者Eは、フロントガラス310の向こう側に虚像を視認することができる。なお、「アイボックス」とは、運転者Eの目の位置を含む所定の幅を有する上下左右の領域を意味する。
HUD装置100は、検出部220から入力される各種車両情報に基づいて、車両に関する各種情報を示す虚像V1、V2を表示する。虚像V1は、運転者Eから見て、運転者Eの視線方向に対して直交する垂直方向に延びる。虚像V2は、運転者Eから見て、路面に沿うように水平方向に延びる。すなわち、2つの虚像V1、V2は、運転者Eから見て互いに重なるように、かつ運転者Eから見た距離が異なるように表示される。
制御部200は、フロントガラス310に映し出される虚像V1、V2の表示を制御する。制御部200は、CPU(Central Processing Unit)201と、主記憶部202と、補助記憶部203と、第1表示器120、第2表示器130、撮像装置210および検出部220に接続されるインタフェース(図示せず)と、を備える。
主記憶部202は、RAM(Random Access Memory)等の揮発性メモリから構成されている。主記憶部202は、画像情報を一時的に記憶する画像記憶領域202aを有する。補助記憶部203は、磁気ディスク、半導体メモリ等の不揮発性メモリから構成されている。補助記憶部203は、CPU201が実行するプログラムおよび各種パラメータ等を記憶している。
CPU201は、補助記憶部203が記憶するプログラムを主記憶部202に読み出し
て実行することにより、表示制御部211、視点位置特定部212、判定部213および画像出力部214として機能する。視点位置特定部212は、撮像装置210によって撮像された画像情報から角膜反射の位置(基準点)と瞳孔の位置(動点)を検出し、それらの位置関係から運転者Eの視点位置を特定する。
判定部213は、運転者Eの視点から見たときに虚像V1と虚像V2とが重なって見える部分である重複部分の有無を判定する。具体的には、判定部213は、運転者Eの視点位置と、虚像V1が存在する第1位置と、虚像V2が存在する第2位置とに基づいて、運転者Eの視点(アイボックス)から虚像V1を見たときに虚像V2と重なって見える部分である重複部分の有無を判定する。
表示制御部211は、検出部220から取得した各種車両情報に基づいて、表示光M1に対応する第1画像を示す第1画像情報と表示光M2に対応する第2画像を示す第2画像情報とを生成する。表示制御部211は、生成した第1画像情報および第2画像情報を画像記憶領域202aに記憶させる。そして、表示制御部211は、判定部213により2つの虚像V1、V2の重複部分が有ると判定されると、その重複部分において、虚像V1、V2のいずれか一方の色が他方の色と同系色になるように制御する。具体的には、表示制御部211は、その重複部分において、虚像V1および虚像V2のいずれか一方の色が他方の色と同系色になるように、第1画像情報または第2画像情報を更新する。
画像出力部214は、表示制御部211が生成した画像情報を主記憶部202から取得し、取得した画像情報を第1表示器120、第2表示器130へ出力する。
次に、本実施の形態に係る制御部200が実行する表示制御処理について図4および図5を参照しながら説明する。この表示制御処理は、HUD装置100へ電源が投入されたことを契機として開始される。
まず、表示制御部211は、検出部220から車両300に関する車両情報を取得する(ステップS1)。
次に、表示制御部211は、取得した車両情報を用いて、虚像V1に対応する第1画像を示す第1画像情報と、虚像V2に対応する第2画像を示す第2画像情報と、を生成する(ステップS2)。ここで、表示制御部211は、生成した第1画像情報と第2画像情報とを主記憶部202の画像記憶領域202aに記憶させる。
続いて、視点位置特定部212は、撮像装置210から撮像装置210で生成された撮像画像情報を取得する(ステップS3)。
その後、視点位置特定部212は、取得した撮像画像情報に基づいて、運転者Eの視点位置を特定する(ステップS4)。
次に、判定部213は、運転者Eの視点(アイボックス)から虚像V1、V2を見たときに、虚像V1、V2の重複部分が有るか否かを判定する(ステップS5)。図5に示すように、運転者Eの視点の位置をP0(Xe、Ye)、虚像V1が存在する第1位置を規定する仮想面をPL1、虚像V2が存在する第2位置を規定する仮想面をPL2とする。仮想面PL1、PL2は、いずれも鉛直方向に平行であり且つ運転者Eの視線に直交している。この場合、判定部213は、視点位置P0(Xe、Ye)と、仮想面PL2内に存在する虚像V2の一部の位置P2(X2、Y2)と、を結ぶ仮想直線LVと、仮想面PL1との交点の位置P1(X1、Y1)を算出する。具体的には、判定部213は、下記式(1)の関係式を用いて、位置P1を算出する。
X1=L1/L2(X2−Xe)+Xe、X2=L1/L2(Y2−Ye)+Ye
・・・式(1)
ここで、L1は、仮想面PL1、PL2に直交する方向における、視点位置P0と仮想面PL1との間の距離を示し、L2は、仮想面PL1、PL2に直交する方向における、視点位置P0と仮想面PL2との間の距離を示す。
そして、判定部213は、位置P1(X1、Y1)に、虚像V1の一部が存在するか否かを判定する。判定部213は、仮想面PL2内に存在する虚像V2に含まれる全ての位置P2(X2、Y2)について位置P1(X1、Y1)を算出し、算出した位置P1(X1、Y1)それぞれについて虚像V1の一部が存在するか否かを判定する。判定部213は、位置P1(X1、Y1)のいずれかに、虚像V1の一部が存在する場合、虚像V1、V2の中に重複部分が有ると判定する。
図4に戻って、判定部213により虚像V1、V2の中に重複部分が無いと判定されると(ステップS5:No)、そのまま後述のステップS7の処理が実行される。一方、判定部213が、虚像V1、V2の中に重複部分が有ると判定したとする(ステップS5:Yes)。この場合、表示制御部211は、その重複部分において、虚像V1および虚像V2のいずれか一方の色が他方の色と同系色になるように、主記憶部202の画像記憶領域202aに記憶された第1画像情報または第2画像情報を更新する(ステップS6)。ここで、表示制御部211は、予め設定された虚像V1の優先度と虚像V2の優先度とに基づいて、虚像V1および虚像V2のいずれか一方の輝度を変更する。例えば虚像V1の優先度が虚像V2の優先度よりも高く設定されている場合、表示制御部211は、虚像V1、V2の重複部分における虚像V2の輝度が低下するように、本例では輝度がゼロになるように第2画像情報を更新する。言い換えると、このとき虚像V2は、重複部分について欠落するように表示される。一方、虚像V2の優先度が虚像V1の優先度よりも高く設定されている場合、表示制御部211は、虚像V1、V2の重複部分における虚像V1の輝度が低下するように、本例では輝度がゼロになるように第1画像情報を更新する。言い換えると、このとき虚像V1は、重複部分について欠落するように表示される。虚像V1、V2の内容がレーンはみ出しや速度超過、車両接近、車両異常等の警告を行うものであれば、その優先度は比較的高く設定される。一方、虚像V1、V2の内容が車両300の走行速度や車輪の回転数、時刻表示等であれば、その優先度は比較的低く設定される。
続いて、画像出力部214は、主記憶部202が記憶する第1画像情報および第2画像情報を、それぞれ第1表示器120および第2表示器130へ出力する(ステップS7)。その後、再びステップS1の処理が実行される。
次に、本実施の形態に係るHUD装置100の動作について比較例と比較しながら説明する。比較例に係るHUD装置は、HUD装置100と同様の構成であり、表示制御処理において、図4のステップS3乃至S6の処理を実行しない点がHUD装置100と相違する。第1画像情報および第2画像情報が、それぞれ例えば図6(A)、(B)に示すような車両の接近等について注意喚起する警告表示アイコンを含む第1画像G11、ナビ表示アイコンを含む第2画像G12を示すとする。この場合、比較例に係るHUD装置の場合、図6(C)に示すように、第1画像G11に対応する虚像V1(警告表示アイコン)と第2画像G12に対応する虚像V2(ナビ表示アイコン)との重複部分P11において、虚像V1(警告表示アイコン)の一部が変色した形で表示されてしまう。これに対して、HUD装置100では、虚像V1の優先度を虚像V2の優先度よりも高く設定し、重複部分P11における虚像V2(ナビ表示アイコン)の輝度がゼロとなるように第2画像情報を更新する。これにより、図7に示すように、虚像V1に含まれる情報と虚像V2に含まれる情報とが互いに重複する部分P12において、虚像V1(警告表示アイコン)の変色が防止される。
また、第1画像情報および第2画像情報が、それぞれ例えば図8(A)、(B)に示すような時刻表示アイコンを含む第1画像G21、ラインはみ出しについて注意喚起する警告表示アイコンを含む第2画像G22を示すとする。この場合、比較例に係るHUD装置の場合、図8(C)に示すように、第1画像G21に対応する虚像V1(時刻表示アイコン)と第2画像G22に対応する虚像V2(警告表示アイコン)との重複部分P21において、虚像V2(警告表示アイコン)の一部が変色した形で表示されてしまう。これに対して、HUD装置100では、虚像V2の優先度を虚像V1の優先度よりも高く設定し、重複部分P21における虚像V1(時刻表示アイコン)の輝度がゼロとなるように第1画像情報を更新する。これにより、図9に示すように、虚像V1、V2の重複部分P22において、虚像V2(警告表示アイコン)の変色が防止される。
以上説明したように、本実施の形態に係るHUD装置100によれば、虚像V1、V2の重複部分において、虚像V1、V2のうちの一方の輝度を低下させる(例えば一方の輝度をゼロにする)。これにより、虚像V1、V2のうち色が変更されなかった他方について、虚像V1、V2の重複部分の表示品質が向上するという利点がある。
また、本実施の形態に係る表示制御部211は、予め設定された虚像V1、V2それぞれの優先度に基づいて、虚像V1および虚像V2のいずれか一方の輝度を変更する。これにより、例えば運転者Eの注意喚起に関する情報のような比較的重要な情報を含む画像情報の優先度を高く設定しておくことにより、比較的重要な情報を運転者Eに正確に伝えることが可能となる。
更に、本実施の形態に係るHUD装置100では、制御部200が、運転者Eを撮像する撮像装置から取得した撮像画像情報に基づいて、運転者Eの視点位置を特定する視点位置特定部212を有する。そして、判定部213は、視点位置特定部212により特定された視点位置と虚像V1が存在する第1位置と虚像V2が存在する第2位置とに基づいて、虚像V1と虚像V2との重複部分の有無を判定する。これにより、運転者Eが運転中に視点位置を変更しても、判定部213は、虚像V1、V2の重複部分の有無を正確に判定できる。
(変形例)
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は前述の実施の形態の構成に限定されるものではない。例えば、表示制御部211が、虚像V1、V2それぞれの優先度を判定しない構成であってもよい。具体的には、表示制御部211が、判定部213により虚像V1、V2の中に重複部分が有ると判定されると、虚像V1、V2の優先度(虚像V1、V2に含まれる情報の重要度)に関わらず、虚像V1の輝度のみを変更する構成であってもよい。或いは、表示制御部211が、判定部213により虚像V1、V2の中に重複部分が有ると判定されると、虚像V1、V2の優先度に関わらず、虚像V2の輝度を変更する構成であってもよい。
本構成によれば、表示制御部211が実行する処理の簡素化が図られる。
実施の形態では、プロジェクタから構成される表示器120、130とスクリーン140、150とを備える構成について説明したが、これに限らず、LEDバックライトと液晶ディスプレイとを備える構成であってもよい。
実施の形態では、撮像装置210を備え、撮像装置210により撮像された撮像画像に基づき視点位置特定部212が運転者の視点位置を特定する構成について説明した。但し、これに限らず、例えば撮像装置210の代わりに赤外線センサを備え、視点位置特定部212が、赤外線センサから入力される信号に基づいて、運転者の視点位置を特定する構成であってもよい。或いは、撮像装置210を備えない構成であってもよい。この場合、例えば標準的な運転者の視点位置が予め設定されており、判定部213が、この標準的な運転者の視点位置に基づいて、虚像V1、V2に重複部分が存在するか否かを判定するようにすればよい。
実施の形態では、2つの表示器120、130を備える構成について説明したが、これに限らず、1つの表示器のみを備える構成であってもよい。この場合、ハーフミラー180に代えて、1つの表示光を受けて焦点位置が異なる2つの表示光を生成するバイフォーカルミラーを備える構成とすればよい。この場合でも、運転者Eの視点位置から互いに距離が異なる2つの位置それぞれに虚像を表示させることができる。
実施の形態では、表示制御部211が、虚像V1、V2の重複部分において、虚像V1、V2のうち優先度の低い方の輝度がゼロになるようにする例について説明した。但し、これに限らず、表示制御部211は、虚像V1、V2の重複部分について、虚像V1、V2のうち優先度の低い一方の色を変更して、他方の色と同系色にする構成であってもよい。
100:HUD装置、110:筐体、120:第1表示器、130:第2表示器、140:第1スクリーン、150:第2スクリーン、180:ハーフミラー、190:凹面鏡、200:制御部、201:CPU、202:主記憶部、202a:画像記憶領域、203:補助記憶部、210:撮像装置、211:表示制御部、212:視点位置特定部、213:判定部、214:画像出力部、220:検出部、300:車両、310:フロントガラス(被投射部材)、E:運転者、G11,G21:第1画像、G12,G22:第2画像、LV:仮想直線、M1,M2,N1,N2:表示光、P11,P12,P21,P22:重複部分、PL1,PL2:仮想面、V1,V2:虚像

Claims (5)

  1. 被投射部材へ第1表示光と第2表示光を出射することにより、視認者の視点位置から離れた第1位置に前記第1表示光に対応する第1虚像が存在し、前記視点位置から前記第1位置よりも遠方に離れた第2位置に前記第2表示光に対応する第2虚像が存在するように、視認者に視認させるヘッドアップディスプレイ装置であって、
    前記視認者の視点から見たときに前記第1虚像と前記第2虚像とが重なって見える部分である重複部分の有無を判定する判定部と、
    前記判定部により前記重複部分が有ると判定されると、前記重複部分において、前記第1虚像および前記第2虚像のいずれか一方の色が他方の色と同系色になるように制御する表示制御部と、を備える、
    ヘッドアップディスプレイ装置。
  2. 前記表示制御部は、前記判定部により前記重複部分が有ると判定されると、前記重複部分において、前記第1虚像および前記第2虚像のいずれか一方の輝度を低下させるように制御する、
    請求項1に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  3. 前記表示制御部は、前記判定部により前記重複部分が有ると判定されると、前記重複部分において、前記第1虚像および前記第2虚像のいずれか一方の輝度が0となるように制御する、
    請求項1または2に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  4. 前記表示制御部は、予め設定された前記第1虚像の優先度と前記第2虚像の優先度とを比較し、前記第2虚像の優先度よりも前記第1虚像の優先度が高い場合には前記重複部分において前記第2虚像の色を前記第1虚像の色と同系色になるように制御し、前記第1虚像の優先度よりも前記第2虚像の優先度が高い場合には前記重複部分において前記第1虚像の色を前記第2虚像の色と同系色になるように制御する、
    請求項1から3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。
  5. 前記視認者の前記視点位置を特定する視点位置特定部を更に備え、
    前記判定部は、前記視点位置特定部により特定された前記視点位置と前記第1位置と前記第2位置とに基づいて、前記重複部分の有無を判定する、
    請求項1から4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。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2020110580A1 (ja) * 2018-11-30 2020-06-04 株式会社小糸製作所 ヘッドアップディスプレイ、車両用表示システム、及び車両用表示方法

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WO2020110580A1 (ja) * 2018-11-30 2020-06-04 株式会社小糸製作所 ヘッドアップディスプレイ、車両用表示システム、及び車両用表示方法

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