JP2018185374A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】投影ミラーと投影面との間にある光学素子で反射した外光の反射光が投影面上の画像表示領域に向かうのを防止できるヘッドアップディスプレイ装置を提供すること。【解決手段】ヘッドアップディスプレイ装置１０１は、レーザ光源ＬＤと、レーザ光源ＬＤからの光で画像を生成する画像生成部１１と、画像生成部１１が生成した画像をウインドシールドＷＳに投影する凹面ミラー２２と、凹面ミラー２２とウインドシールドＷＳとの間の光路に配置される光学フィルタＦ５とを備える。光学フィルタＦ５は、ウインドシールドＷＳ側の任意の方向から反射面に入射する外光を、ウインドシールドＷＳにおける画像表示領域Ｒ１以外の領域に向けて反射させるように姿勢変化可能に構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、画像表示装置に関し、特に、車両に搭載されるヘッドアップディスプレイ装置に関する。

従来、外光の侵入を防ぐためのシャッタ部とそのシャッタ部を制御する制御部を備えたヘッドアップディスプレイ装置が知られている（特許文献１参照。）。シャッタ部は、投影ミラーとフロントガラスの間に配置され、複数のシャッタで構成されている。制御部は、複数のシャッタのそれぞれの状態を透過状態又は不透過状態にする。透過状態は、ヘッドアップディスプレイ装置が出射する表示光を透過させる状態であり、不透過状態は、表示光を透過させない状態である。そして、ヘッドアップディスプレイ装置は、表示光を透過させたい位置にあるシャッタ以外のシャッタを不透過状態にすることで、太陽光等の外光が装置内に侵入するのを防止している。

特開２０１５−１５２７４６号公報

しかしながら、特許文献１のヘッドアップディスプレイ装置は、シャッタ部で反射した外光の反射光がフロントガラス上の画像表示領域に当たってしまい、画像を見えにくくしてしまうおそれがある。なお、フロントガラス上の画像表示領域は、ヘッドアップディスプレイ装置が出射する表示光が当たる領域である。

上述の課題に鑑み、投影ミラーと投影面との間にある光学素子で反射した外光の反射光が投影面上の画像表示領域に向かうのを防止できる画像表示装置を提供することが望ましい。

本発明の実施形態である画像表示装置は、光源と、前記光源からの光で画像を生成する画像生成部と、前記画像生成部が生成した画像を投影面に投影する投影ミラーと、を備える画像表示装置であって、前記投影ミラーと前記投影面との間の光路に配置される光学素子を更に有し、前記光学素子は、前記投影面側の任意の方向から反射面に入射する外光を、前記投影面における前記画像が投影される領域以外の領域に向けて反射させるように姿勢変化可能に構成されている。

上述の手段により、投影ミラーと投影面との間にある光学素子で反射した外光の反射光が投影面上の画像表示領域に向かうのを防止できる画像表示装置を提供できる。

ヘッドアップディスプレイ装置の構成図である。 光学フィルタのフィルタ特性を示すグラフである。 ヘッドアップディスプレイ装置が生成する光と外光の関係を説明する図である。 姿勢調整機構の構成例を示す図である。 光学フィルタ、フォトダイオード及び遮光部の断面図である。 姿勢調整処理のフローチャートである。 ウインドシールド上の画像表示領域の配置例を示す図である。 ウインドシールドを車室内から見たときの状態を示す図である。

図１は、本発明の実施形態であるヘッドアップディスプレイ装置１０１の構成図である。ヘッドアップディスプレイ装置１０１は、車両に搭載される画像表示装置であり、透明な投影面であるウインドシールドＷＳに画像を投影することで運転者（観察者）ＳＴが虚像ＶＭを視認できるようにする。

ヘッドアップディスプレイ装置１０１は、レーザ光Ｌｃを出射するレーザ光源ＬＤと、レーザ光源ＬＤに電力を供給する光源駆動部１４とを備える。また、ヘッドアップディスプレイ装置１０１は、レーザ光Ｌｃを利用して画像を生成する画像生成部１１と、画像に関する光Ｌｆを車両のウインドシールドＷＳの画像表示領域Ｒ１に導く光学部材ＯＰとを備える。観察者ＳＴは、ウインドシールドＷＳを通して、画像生成部１１が生成した画像に対応する虚像ＶＭを視認する。

レーザ光源ＬＤは、図１の例では、赤色用のレーザ光源ＲＬＤ、及び、緑色用のレーザ光源ＧＬＤを含む。レーザ光源ＲＬＤ、ＧＬＤはそれぞれ半導体レーザ素子を含む。レーザ光源ＲＬＤの半導体レーザ素子は、例えば、６４２ｎｍの波長の光を出射する。レーザ光源ＧＬＤの半導体レーザ素子は、例えば、５１５ｎｍの波長の光を出射する。そのため、レーザ光源ＬＤは、高い可干渉性（コヒーレンス）を有したレーザ光Ｌｃを出射できる。また、虚像ＶＭの色を２色にすることで虚像ＶＭの表現を豊かにすることができる。但し、虚像ＶＭの色は１色であってもよく、３色以上であってもよい。３色の場合、レーザ光源ＬＤは、青色用のレーザ光源を追加的に含んでいてもよい。青色用のレーザ光源の半導体レーザ素子は、例えば、４７３ｎｍの波長の光を出射する。

光源駆動部１４は、例えば、オペアンプが組み込まれた駆動回路である。図１の例では、レーザ光源ＲＬＤに接続されてレーザ光源ＲＬＤを駆動する光源駆動部１４Ｒ、及び、レーザ光源ＧＬＤに接続されてレーザ光源ＧＬＤを駆動する光源駆動部１４Ｇを含む。

画像生成部１１は、例えば、レーザ光Ｌｃを回折させて光Ｌｆを生成するホログラフィック光学素子４１、ホログラフィック光学素子４１を駆動するドライバ５１、及び、ホログラムパターンを作成する演算処理装置７１を含む。ホログラムパターンは、光の強度及び位相に関する情報を含む。

ホログラフィック光学素子４１は、図１の例では、位相変調方式ＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon）で構成されている。画像生成部１１は、例えば、位相変調方式ＬＣＯＳに書き込まれたホログラムパターンにコヒーレント光（レーザ光Ｌｃ）を照射して回折光を発生させる。そして、その回折光をフーリエ変換レンズＦＬ１で光Ｌｆに変換して出射する。

ドライバ５１は、演算処理装置７１により作成されたホログラムパターンを位相変調方式ＬＣＯＳに随時書き込む機能を有している。そのため、ホログラフィック光学素子４１を用いて所望の画像を生成できる。具体的には、虚像ＶＭに対応する画像毎にレーザ光源ＬＤの出力を合わせることができ、光源駆動部１４の出力を細かく調整できる。

光学部材ＯＰは、画像生成部１１からの光Ｌｆを車両のウインドシールドＷＳに導く光学部品を含む。図１の例では、レーザ光源ＬＤからのレーザ光Ｌｃを集光或いはコリメートする光学レンズ４２と、光Ｌｆの光路を変更する平面ミラー１２と、画像の表示範囲を規定するスリッタ５２と、光Ｌｆを拡散するディフューザ１３と、光Ｌｆの光路を変更する投影ミラーとしての凹面ミラー２２と、光Ｌｆの光路に配置される光学フィルタＦ５とを含む。

ディフューザ１３は、光Ｌｆの光路におけるスリッタ５２の後側（ウインドシールドＷＳに近い側）に配置され、透過する光Ｌｆを拡散している。また、ディフューザ１３は、駆動部１３ｄに接続され、駆動部１３ｄによって回転駆動される。この構成により、ディフューザ１３は、コヒーレント光である光Ｌｆの指向性を低減させることができる。そして、コヒーレント光に起因するスペックルパターンを低減させることができ、観察者ＳＴにより視認される虚像ＶＭの画質を向上させることができる。図１の例では、ディフューザ１３を回転させる構成が採用されているが、ディフューザ１３を振動させる構成が採用されてもよい。

光学フィルタＦ５は、投影ミラーと投影面との間の光路に配置される光学素子の一例である。図１の例では、光学フィルタＦ５は、太陽光等の外光がヘッドアップディスプレイ装置１０１内に侵入するのを防止する。この場合、光学フィルタＦ５は「ライトトラップ」とも称される。具体的には、光学フィルタＦ５は、所定の波長の光を透過させ且つその所定の波長以外の波長の光を反射させる反射型バンドパスフィルタであり、光Ｌｆの光路における凹面ミラー２２の後側に配置されている。

図２は、光学フィルタＦ５のフィルタ特性の一例を示したグラフである。横軸は光の波長を示し、縦軸は光の透過率を示している。図２に示すように、光学フィルタＦ５は、波長Ｒｒを有する赤色のレーザ光と、波長Ｒｇを有する緑色のレーザ光とを透過させるように構成されている。そのため、波長Ｒｒの近傍帯域ＮＺＲの波長を有する光と波長Ｒｇの近傍帯域ＮＺＧの波長を有する光の透過率が高い。この構成により、画像生成部１１からウインドシールドＷＳに向かう光Ｌｆは、ほとんど減衰することなく光学フィルタＦ５を透過できる。レーザ光源ＬＤが青色用のレーザ光源を含む場合、光学フィルタＦ５は、青色のレーザ光を追加的に透過させる別のフィルタ特性を有する。他の色のレーザ光源を含む場合についても同様である。

一方、光学フィルタＦ５は、ウインドシールドＷＳを透過して外部から入射してくる外光（主に昼光）のほとんどを反射面で反射するように構成されている。そのため、近傍帯域ＮＺＲ、ＮＺＧ以外の波長を有する光の透過率が低い。すなわち、近傍帯域ＮＺＲ、ＮＺＧの波長を有する光を透過させるが、近傍帯域ＮＺＲ、ＮＺＧ以外の波長を有する光を透過させない。そのため、外光のほとんどは、光Ｌｆの光路における光学フィルタＦ５の前側（画像生成部１１に近い側）に侵入しない。

また、光Ｌｆの光路における凹面ミラー２２の後側（ウインドシールドＷＳに近い側）に光学フィルタＦ５が配置されているので、ウインドシールドＷＳを透過して入射してくる外光は、凹面ミラー２２及びディフューザ１３にほとんど到達しない。そのため、光学フィルタＦ５は、ディフューザ１３での外光の反射を低減し、ディフューザ１３での外光の反射による画像のコントラスト低下を防止できる。更に、光学フィルタＦ５は、図２に示すように、赤外線領域ＩＲＡの波長を有する光をカットするので、外光に含まれる赤外線による凹面ミラー２２及びディフューザ１３の温度上昇を低減でき、凹面ミラー２２及びディフューザ１３の劣化を防止できる。

ヘッドアップディスプレイ装置１０１は、上述の構成に加え、光Ｌｆの光強度を検出する光強度検出部３５、及び、光強度検出部３５の検出結果に基づいて光源駆動部１４の出力を制御する制御部５５を備えている。

光強度検出部３５は、例えば、フォトダイオードで構成されている。図１の例では、スリッタ５２の近傍に配置され、レーザ光源ＲＬＤに対応する光強度検出部３５Ｒと、レーザ光源ＧＬＤに対応する光強度検出部３５Ｇとを含んでいる。光強度検出部３５Ｒは、光Ｌｆに含まれる赤色光の強度を検出する。光強度検出部３５Ｇは、光Ｌｆに含まれる緑色光の強度を検出する。レーザ光源ＬＤが青色用のレーザ光源を含む場合、光強度検出部３５は、青色光の強度を検出する光強度検出部を含んでいてもよい。他の色のレーザ光源を含む場合についても同様である。

制御部５５は、光強度検出部３５の検出結果に基づいて、光源駆動部１４の出力を制御する。図１の例では、光強度検出部３５Ｒが光源駆動部１４Ｒに接続され、光強度検出部３５Ｇが光源駆動部１４Ｇに接続されている。この構成により、制御部５５は、レーザ光源ＲＬＤ、ＧＬＤのそれぞれの出力を個別に調整して虚像ＶＭにおける赤色光及び緑色光のそれぞれの光強度（輝度）を所望の値に維持できる。また、制御部５５は、レーザ光源ＬＤの発熱による温度変化に応じて光源駆動部１４の出力を制御してもよい。青色等の他の色のレーザ光源を含む場合についても同様である。

次に、図３を参照し、ヘッドアップディスプレイ装置１０１が生成する光Ｌｆと外光ＤＬの関係について説明する。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、光Ｌｆ及び外光ＤＬのそれぞれの光路を車両の側方から見たときの状態を示す左図と、光Ｌｆ及び外光ＤＬのそれぞれがウインドシールドＷＳ上に生成する像を車室内から見たときの状態を示す右図の組み合わせである。具体的には、図３（Ａ）の組み合わせは、光学フィルタＦ５に対する外光ＤＬの入射角が角度θ_１のときの状態を示す。図３（Ｂ）の組み合わせは、その入射角が角度θ_２のときの状態を示す。

画像生成部１１が生成した光Ｌｆは、左図の二点鎖線矢印で示すように、凹面ミラー２２で反射し、光学フィルタＦ５を通過してウインドシールドＷＳに至る。一方、ウインドシールドＷＳを通過した外光ＤＬは、左図の一点鎖線矢印で示すように、光学フィルタＦ５で反射してウインドシールドＷＳに至る。

図３（Ａ）の左図で示すように、入射角が角度θ_１の場合、外光ＤＬの反射光は、ウインドシールドＷＳにおける、光Ｌｆが照射する領域（画像表示領域）と重複する領域に至る。この場合、外光ＤＬは、図３（Ａ）の右図に示すように、光Ｌｆによって生成される虚像ＶＭと重複するようにベーリンググレアＶＧのような不要な像を生成してしまい、虚像ＶＭの視認性を悪化させてしまう場合がある。

一方、図３（Ｂ）の左図で示すように、同じ外光ＤＬであっても、入射角が角度θ_２の場合、外光ＤＬの反射光は、ウインドシールドＷＳにおける画像表示領域と重複する領域に至ることはない。この場合、外光ＤＬは、図３（Ｂ）の右図に示すように、光Ｌｆによって生成される虚像ＶＭと重複しない位置にベーリンググレアＶＧを生成するため、虚像ＶＭの視認性を悪化させてしまうこともない。

このように、ヘッドアップディスプレイ装置１０１では、ウインドシールドＷＳ側の任意の方向から光学フィルタＦ５の反射面に入射する外光を、ウインドシールドＷＳにおける画像表示領域以外の領域に向けて反射させるように、光学フィルタＦ５が姿勢変化可能に構成されている。そのため、ヘッドアップディスプレイ装置１０１は、光学フィルタＦ５で反射した外光ＤＬの反射光がウインドシールドＷＳ上の画像表示領域に向かうのを防止できる。その結果、外光ＤＬが生成するベーリンググレアＶＧ等の不要な像によって、光Ｌｆが生成する虚像ＶＭの視認性が悪化するのを防止できる。なお、本実施形態では光学フィルタＦ５として反射型バンドパスフィルタを配置する構成としたが、透過率を制御するＮＤフィルタ、透過率可変フィルタ等であってもよい。また、光学フィルタＦ５の代わりに光学レンズ、透過窓部材等の光学素子を配置した構成としてもよい。

ヘッドアップディスプレイ装置１０１では、光学フィルタＦ５は、手作業でその姿勢を変化させることができるように構成されていてもよく、その姿勢が自動的に変更されるように構成されていてもよい。

次に、図４を参照し、光学フィルタＦ５の姿勢を自動的に変更する姿勢調整機構６について説明する。図４は、姿勢調整機構６の構成例を示す図である。なお、図４は、点線矢印で信号線を示し、電力線の図示を省略している。

姿勢調整機構６は、光学フィルタＦ５の姿勢を調整する機構であり、主に、受光素子６０、遮光部６１、演算装置６２、支持アーム６３、電動モータ６４、回転角度センサ６５等で構成されている。

受光素子６０は、光を電気信号に変換する素子であり、例えば、フォトダイオードである。図４の例では、受光素子６０は、光学フィルタＦ５を照らす外光ＤＬの強度を検出するため、光学フィルタＦ５の上面（＋Ｚ側面）に取り付けられている。具体的には、受光素子６０は、画像生成部１１によって生成される光Ｌｆが通過する光学フィルタＦ５の有効領域Ｒ２の外側に取り付けられた１０個のフォトダイオード６０ａ〜６０ｊで構成されている。フォトダイオード６０ａ〜６０ｅは、有効領域Ｒ２の左側（−Ｙ側）に取り付けられ、フォトダイオード６０ｆ〜６０ｊは、有効領域Ｒ２の右側（＋Ｙ側）に取り付けられている。

受光素子６０を構成するフォトダイオードの数は、１個であってもよく、９個以下の複数であってもよく、１１個以上であってもよい。望ましくは、入射角を正確に推定できるように３個以上のフォトダイオードが取り付けられる。フォトダイオードは、有効領域Ｒ２の外側であれば、何れの位置に取り付けられていてもよい。左右対称に配置される必要もない。

受光素子６０は、光学フィルタＦ５を照らす外光ＤＬの強度を検出できるのであれば、光学フィルタＦ５以外の部材に取り付けられていてもよい。すなわち、光学フィルタＦ５と一緒に動く必要はない。この場合、受光素子６０は、例えば、ダッシュボードの上に取り付けられていてもよい。

遮光部６１は、１又は複数の受光素子６０のそれぞれに入射する外光の入射方向を制限する部材であり、例えば、金属、合成樹脂等で構成される。図４の例では、遮光部６１は、受光素子６０と一体に配置され、左遮光部６１Ｌ及び右遮光部６１Ｒを含む。左遮光部６１Ｌは、フォトダイオード６０ａ〜６０ｅのそれぞれに入射する外光ＤＬの入射方向を個別に制限するため、フォトダイオード６０ａ〜６０ｅの上に配置されている。同様に、右遮光部６１Ｒは、フォトダイオード６０ｆ〜６０ｊのそれぞれに入射する外光ＤＬの入射方向を個別に制限するため、フォトダイオード６０ｆ〜６０ｊの上に配置されている。遮光部６１は、光学フィルタＦ５の有効領域Ｒ２を囲むように配置される枠部材であってもよい。

図５は、光学フィルタＦ５、フォトダイオード６０ａ〜６０ｅ及び左遮光部６１Ｌの断面図である。具体的には、図４の一点鎖線Ｌ１を含む鉛直平面を左側（−Ｙ側）から見たときの断面図である。

図５に示すように、左遮光部６１Ｌには５つの孔Ｈａ〜Ｈｅが形成されている。孔Ｈａは、フォトダイオード６０ａに対応し、ＸＺ平面で光学フィルタＦ５の表面（水平面）に対して入射角α_１で入射する外光ＤＬａがフォトダイオード６０ａに当たるように構成されている。この構成により、左遮光部６１Ｌは、入射角α_１又はその近傍の入射角の光以外の光がフォトダイオード６０ａに入射するのを防止できる。

同様に、孔Ｈｂは、フォトダイオード６０ｂに対応し、光学フィルタＦ５の表面に対して入射角α_２又はその近傍の入射角で入射する外光ＤＬｂがフォトダイオード６０ｂに当たるように構成されている。孔Ｈｃは、フォトダイオード６０ｃに対応し、光学フィルタＦ５の表面に対して入射角α_３（＝０度）又はその近傍の入射角で入射する外光ＤＬｃがフォトダイオード６０ｃに当たるように構成されている。孔Ｈｄは、フォトダイオード６０ｄに対応し、光学フィルタＦ５の表面に対して入射角α_４又はその近傍の入射角で入射する外光ＤＬｄがフォトダイオード６０ｄに当たるように構成されている。孔Ｈｅは、フォトダイオード６０ｅに対応し、光学フィルタＦ５の表面に対して入射角α_５又はその近傍の入射角で入射する外光ＤＬｅがフォトダイオード６０ｅに当たるように構成されている。

なお、図５の例では、受光素子６０は、光学フィルタＦ５と遮光部６１の間の個別の空間に１つずつ配置されているが、遮光部６１内に埋め込まれていてもよい。すなわち、受光素子６０と遮光部６１は部分的に接合されていてもよい。

また、孔Ｈａ〜Ｈｅは、ＸＺ平面に平行に延びるように形成されているが、ＹＺ平面に平行に延びるように形成されていてもよく、ＸＺ平面及びＹＺ平面の双方に対して傾斜するように形成されていてもよい。

演算装置６２は、各種演算を実行する装置であり、例えば、ＣＰＵ、メモリ等を備えたマイクロコンピュータである。図４の例では、演算装置６２は、１又は複数の受光素子６０のそれぞれの出力を受信し、それらの出力から光学フィルタＦ５に関する情報を導出する。

光学フィルタＦ５に関する情報は、例えば、光学フィルタＦ５の反射面に入射する外光ＤＬの入射角、光学フィルタＦ５の反射面で反射する外光ＤＬの反射光の進行方向、光学フィルタＦ５の反射面で反射する外光ＤＬの反射光が当たるウインドシールドＷＳ上の領域等に関する情報である。

支持アーム６３は、光学フィルタＦ５を支持する部材である。図４の例では、支持アーム６３は、フレーム部６３Ｃ、可動ピン部６３Ｍ、及び固定ピン部６３Ｆを含む。

フレーム部６３Ｃは、光学フィルタＦ５の長辺の全長にわたって延び、且つ、光学フィルタＦ５の短辺の半分の長さにわたって延びる部材である。

可動ピン部６３Ｍは、フレーム部６３Ｃの両端に相対回転可能に取り付けられる部材である。右側（＋Ｙ側）の可動ピン部６３Ｍは、光学フィルタＦ５の右側（＋Ｙ側）の短辺の中央部分に固定され、左側（−Ｙ側）の可動ピン部６３Ｍは、光学フィルタＦ５の左側（−Ｙ側）の短辺の中央部分に固定されている。

固定ピン部６３Ｆは、フレーム部６３Ｃの中央部分に相対回転不能に取り付けられる部材である。

電動モータ６４は、光学フィルタＦ５を駆動する駆動部であり、演算装置６２からの制御指令に応じて動作する。図４の例では、電動モータ６４は、第１電動モータ６４Ａ及び第２電動モータ６４Ｂを含む。第１電動モータ６４Ａの回転軸は、支持アーム６３の固定ピン部６３Ｆに相対回転不能に連結されている。この構成により、第１電動モータ６４Ａは、光学フィルタＦ５を第１軸Ｌ２の回りで回転させることができる。第２電動モータ６４Ｂの回転軸は、支持アーム６３の左側（−Ｙ側）の可動ピン部６３Ｍに相対回転不能に連結されている。この構成により、第２電動モータ６４Ｂは、光学フィルタＦ５を第２軸Ｌ３の回りで回転させることができる。

回転角度センサ６５は、光学フィルタＦ５の回転角度を検出し、その検出値を演算装置６２に対して出力する。図４の例では、回転角度センサ６５は、第１回転角度センサ６５Ａ及び第２回転角度センサ６５Ｂを含む。第１回転角度センサ６５Ａは、第１電動モータ６４Ａの回転軸の回転角度を検出する。この構成により、第１回転角度センサ６５Ａは、支持アーム６３の固定ピン部６３Ｆの回転角度、すなわち、第１軸Ｌ２の回りの光学フィルタＦ５の回転角度を検出できる。第２回転角度センサ６５Ｂは、第２電動モータ６４Ｂの回転軸の回転角度を検出する。この構成により、第２回転角度センサ６５Ｂは、支持アーム６３の可動ピン部６３Ｍの回転角度、すなわち、第２軸Ｌ３の回りの光学フィルタＦ５の回転角度を検出できる。

次に、図６を参照し、姿勢調整機構６が光学フィルタＦ５の姿勢を調整する処理（以下、「姿勢調整処理」とする。）について説明する。図６は姿勢調整処理のフローチャートである。姿勢調整機構６の演算装置６２は、所定の制御周期で繰り返しこの姿勢調整処理を実行する。

最初に、演算装置６２は、外光ＤＬの強度が閾値を超えているか否かを判定する（ステップＳＴ１）。本実施形態では、演算装置６２は、フォトダイオード６０ａ〜６０ｊのそれぞれの出力のうちで最も高い検出値が閾値を超えている場合に外光ＤＬの強度が閾値を超えていると判定する。

外光ＤＬの強度が閾値を超えていないと判定した場合（ステップＳＴ１のＮＯ）、演算装置６２は、今回の姿勢調整処理を終了させる。外光ＤＬの反射光がベーリンググレアＶＧ等の不要な像を生成するほど強くないと判定できるためである。

外光ＤＬの強度が閾値を超えていると判定した場合（ステップＳＴ１のＹＥＳ）、演算装置６２は、外光ＤＬの反射光が当たる投影面上の領域（以下、「映り込み領域」とする。）を導出する（ステップＳＴ２）。外光ＤＬの反射光がベーリンググレアＶＧ等の不要な像を生成するのに十分な強度であり、ウインドシールドＷＳにおける不要な像の位置によっては虚像ＶＭの視認性を悪化させるおそれがあると判定できるためである。本実施形態では、演算装置６２は、回転角度センサ６５の出力に基づいて光学フィルタＦ５の現在の姿勢を導き出す。そして、最も高い検出値を出力しているフォトダイオードを特定することで、光学フィルタＦ５の表面に対する外光ＤＬの入射角を導き出す。その上で、光学フィルタＦ５の現在の姿勢と、光学フィルタＦ５の表面に対する外光ＤＬの入射角とに基づき、光学フィルタＦ５の表面で反射した外光ＤＬの反射光の進行方向を導き出す。そして、その進行方向に基づき、外光ＤＬの反射光が当たるウインドシールドＷＳ上の映り込み領域を導き出す。なお、演算装置６２は、ステップＳＴ１を省略してもよい。すなわち、外光ＤＬの強度にかかわらず、常に映り込み領域を導き出してもよい。

演算装置６２は、例えば、メモリ等に予め記憶されている１又は複数のルックアップテーブルを参照することで、外光ＤＬの反射光が当たるウインドシールドＷＳ上の映り込み領域を導き出す。ルックアップテーブルは、例えば、光学フィルタＦ５の現在の姿勢と、外光ＤＬの入射角と、外光ＤＬの反射光が当たるウインドシールドＷＳ上の映り込み領域との対応関係を記憶した参照テーブルである。演算装置６２は、予め設定されている計算式を用いて映り込み領域の位置を導き出してもよい。

その後、演算装置６２は、画像表示領域と映り込み領域が重複するか否かを判定する（ステップＳＴ３）。本実施形態では、映り込み領域の少なくとも一部が、予め設定されている画像表示領域内に含まれてしまっているか否かを判定する。

ここで、図７を参照し、画像表示領域の配置例について説明する。図７は、右ハンドル仕様の車両に取り付けられているウインドシールドＷＳを車室内から見たときの状態を示す。但し、画像表示領域Ｒ１、映り込み領域Ｒ３、Ｒ４、注視点ＰＧ、中心視野ＣＦ、及び周辺視野ＰＦを表す線又は模様は、それぞれの配置を説明するためのものであり、ウインドシールドＷＳ上に実際に表示されるものではない。

画像表示領域Ｒ１は、例えば、図７に示すような位置に予め設定されている。画像表示領域Ｒ１は、例えば、運転中の運転者の注視点ＰＧの位置に基づいて設定されている。本実施形態では、画像表示領域Ｒ１は、注視点ＰＧの周囲にある中心視野ＣＦの外側に配置されている。また、画像表示領域Ｒ１は、注視点ＰＧの右側にある右視野で、且つ、注視点ＰＧの下側にある下視野に配置されている。そして、画像表示領域Ｒ１の一部は、中心視野ＣＦの周囲にある周辺視野ＰＦに含まれるように配置されている。但し、画像表示領域Ｒ１は、注視点ＰＧに関する別の位置に配置されていてもよい。

図７は、画像表示領域Ｒ１と映り込み領域Ｒ３が部分的に重複している状態を示し、且つ、画像表示領域Ｒ１と映り込み領域Ｒ４が重複していない状態を示す。図７は、便宜上、映り込み領域Ｒ３と映り込み領域Ｒ４とを同時に示しているが、実際には、映り込み領域Ｒ３と映り込み領域Ｒ４とは同時には発生していない。映り込み領域Ｒ３をもたらす外光ＤＬの光学フィルタＦ５の表面に対する入射角は、映り込み領域Ｒ４をもたらす外光ＤＬの光学フィルタＦ５の表面に対する入射角と異なるためである。

画像表示領域と映り込み領域が重複していないと判定した場合（ステップＳＴ３のＮＯ）、演算装置６２は、今回の姿勢調整処理を終了させる。ウインドシールドＷＳにおけるベーリンググレアＶＧの位置が虚像ＶＭの位置から離れているため、虚像ＶＭの視認性を悪化させるおそれがないと判定できるためである。これは、演算装置６２が図７の映り込み領域Ｒ４を導き出した場合に当てはまる。

画像表示領域Ｒ１と映り込み領域が重複していると判定した場合（ステップＳＴ３のＹＥＳ）、演算装置６２は、光学フィルタＦ５の姿勢を変更する（ステップＳＴ４）。これは、演算装置６２が図７の映り込み領域Ｒ３を導き出した場合に当てはまる。本実施形態では、演算装置６２は、画像表示領域Ｒ１と映り込み領域Ｒ３の重複を解消できる光学フィルタＦ５の目標姿勢を導き出す。

そして、演算装置６２は、電動モータ６４に対して制御指令を出力し、光学フィルタＦ５の実際の姿勢をその目標姿勢に合わせるようにする。

ここで、図８を参照し、演算装置６２が光学フィルタＦ５の姿勢を変更して映り込み領域を移動させることによる効果について説明する。図８は、ウインドシールドＷＳを車室内から見たときの状態を示す。具体的には、図８（Ａ）は、虚像ＶＭとベーリンググレアＶＧとが重複しているときの状態、すなわち、ベーリンググレアＶＧを移動させる前の状態を示し、図８（Ｂ）〜図８（Ｄ）のそれぞれは、ベーリンググレアＶＧを移動させた後の状態を示す。

図８（Ａ）に示すように、ベーリンググレアＶＧと虚像ＶＭとが重複していると、虚像ＶＭの視認性は悪化する。演算装置６２は、回転角度センサ６５及び受光素子６０の出力に基づいてこの重複状態を検知する。その上で、演算装置６２は、予め登録されている複数の目標姿勢のうちの１つを今回の目標姿勢として設定する。目標姿勢は、例えば、第１軸Ｌ２（図４参照。）の回転角度と第２軸Ｌ３（図４参照。）の回転角度との組み合わせとして登録されている。

演算装置６２は、各種情報に基づいて光学フィルタＦ５の目標姿勢を動的に決定してもよい。各種情報は、走行速度、走行加速度、操舵角度、走行中の道路の種別、車線数、先行車両の有無、対向車両の有無等を含む。

演算装置６２は、電動モータ６４に制御指令を出力し、第１軸Ｌ２及び第２軸Ｌ３のそれぞれの現在の回転角度が目標姿勢に関する回転角度となるように電動モータ６４を回転させる。

図８（Ｂ）は、演算装置６２が第１電動モータ６４Ａを時計回りに回転させてベーリンググレアＶＧを右側（＋Ｙ側）に移動させた後の状態を示す。図８（Ｃ）は、演算装置６２が第１電動モータ６４Ａを反時計回りに回転させてベーリンググレアＶＧを左側（−Ｙ側）に移動させた後の状態を示す。図８（Ｄ）は、演算装置６２が第１電動モータ６４Ａを時計回りに回転させてベーリンググレアＶＧを右側（＋Ｙ側）に移動させ、且つ、第２電動モータ６４Ｂを時計回りに回転させてベーリンググレアＶＧを上側（＋Ｚ側）に移動させた後の状態を示す。

このように、ヘッドアップディスプレイ装置１０１は、虚像ＶＭとベーリンググレアＶＧとが重複すると判定した場合に、姿勢調整機構６で光学フィルタＦ５の姿勢を変更してその重複が解消されるようにする。そのため、ベーリンググレアＶＧによって虚像ＶＭの視認性が悪化するのを防止できる。

上述のように、ヘッドアップディスプレイ装置１０１は、レーザ光源ＬＤと、レーザ光源ＬＤからのレーザ光Ｌｃで画像を生成する画像生成部１１と、画像生成部１１が生成した画像をウインドシールドＷＳに投影する凹面ミラー２２と、凹面ミラー２２とウインドシールドＷＳとの間の光路に配置される光学フィルタＦ５と備える。そして、光学フィルタＦ５は、ウインドシールドＷＳ側の任意の方向から反射面に入射する外光ＤＬを、画像表示領域Ｒ１以外の領域に向けて反射させるように姿勢変化可能に構成されている。この構成により、ヘッドアップディスプレイ装置１０１は、外光ＤＬの反射光が画像表示領域Ｒ１に向かうのを防止できる。その結果、外光ＤＬの反射光によって虚像ＶＭの視認性が悪化するのを防止できる。また、外光ＤＬが強い環境下であっても虚像ＶＭを見易くすることができる。

ヘッドアップディスプレイ装置１０１は、望ましくは、１又は複数の受光素子６０と、１又は複数の受光素子６０のそれぞれに入射する外光ＤＬの入射方向を制限する遮光部６１と、１又は複数の受光素子６０のそれぞれの出力から、光学フィルタＦ５の反射面で反射する外光ＤＬの反射光が当たるウインドシールドＷＳ上の映り込み領域を導出する演算装置６２とを備える。この構成により、ヘッドアップディスプレイ装置１０１は、映り込み領域の位置を正確に導き出すことができる。そのため、画像表示領域と映り込み領域が重複するか否かを正確に判定できる。

そして、１又は複数の受光素子６０と遮光部６１は、望ましくは、光学フィルタＦ５と一体に配置されている。この構成により、ヘッドアップディスプレイ装置１０１は、光学フィルタＦ５の表面に入射する外光ＤＬの入射角を正確に導き出すことができる。そのため、映り込み領域の位置をより正確に導き出すことができ、画像表示領域と映り込み領域が重複するか否かをより正確に判定できる。

ヘッドアップディスプレイ装置１０１は、望ましくは、光学フィルタＦ５を駆動する駆動部としての電動モータ６４を備える。電動モータ６４は、演算装置６２の導出結果（映り込み領域の位置）に応じて光学フィルタＦ５の姿勢を変化させ、ウインドシールドＷＳ上における画像表示領域Ｒ１以外の領域に向けて外光ＤＬを反射させる。この構成により、ヘッドアップディスプレイ装置１０１は、画像表示領域と映り込み領域が重複すると判定した場合、光学フィルタＦ５の姿勢を自動的に変更できる。ヘッドアップディスプレイ装置１０１は、光学フィルタＦ５の姿勢を手動で変更するように観察者ＳＴに通知してもよい。この場合、電動モータ６４は省略されてもよい。

光学フィルタＦ５は、望ましくは、レーザ光源ＬＤの波長帯の光に関しては透過率が高く、それ以外の波長帯の光に関しては反射率が高い。この構成により、光学フィルタＦ５は、画像生成部１１からの光ＬｆがウインドシールドＷＳに至るのを妨げることなく、ウインドシールドＷＳの外部からの外光ＤＬを画像表示領域Ｒ１以外の領域に向けて反射させることができる。

光学フィルタＦ５は、平板形状を有していてもよく、非平板形状を有していてもよい。具体的には、外光ＤＬを反射する面が凸面形状、凹面形状等の非平板形状であってもよい。凸面形状、凹面形状は、１つの曲率で表される形状であってもよく、２つ以上の曲率で表される形状であってもよい。また、高次の関数で表される形状であってもよく、複数の平面で構成される形状であってもよく、１又は複数の平面と１又は複数の曲面とで構成される形状であってもよい。

また、ヘッドアップディスプレイ装置１０１は、反射防止コートが施されたディフューザ１３を有していてもよい。この構成により、光学フィルタＦ５を透過する外光ＤＬがディフューザ１３で反射して観察者ＳＴの目に入るのを防止できる。この場合、ディフューザ１３は、外光ＤＬのうち光学フィルタＦ５を透過する波長を有する光に対する反射防止コートが施されていればよく、他の波長を有する光に対する反射防止コートが施される必要はない。他の波長を有する光は、光学フィルタＦ５で反射して投影面に向けられるためである。そのため、ディフューザ１３は、外光ＤＬに含まれる全波長域の光に対する反射防止コートが施される場合に比べ、低コストで製造され得る。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳説した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態に制限されることはない。上述した実施形態は、本発明の範囲を逸脱することなしに、種々の変形、置換、改良等が適用され得る。

例えば、ヘッドアップディスプレイ装置１０１は、自動二輪車、電動車椅子等に搭載されていてもよい。

また、レーザ光源ＬＤは、赤色用のレーザ光源ＲＬＤ、及び、緑色用のレーザ光源ＧＬＤに加え、青色用のレーザ光源を含んでいてもよい。更に、黄色用のレーザ光源を含んでいてもよい。更に、５種類以上のレーザ光源を含んでいてもよい。或いは、１種類のレーザ光源のみを用いる構成であってもよい。また、レーザ光源ＬＤの代わりにＬＥＤ光源が利用されてもよい。

また、画像生成部１１は、レーザ光ＬｃをＭＥＭＳミラー等で走査して画像を生成する走査型の画像生成部であってもよい。

また、上述の実施形態では、制御部５５は、光Ｌｆの光強度を検出する光強度検出部３５の検出結果に基づいて光源駆動部１４の出力を制御するが、レーザ光Ｌｃの光強度を検出する光強度検出部３５の検出結果に基づいて光源駆動部１４の出力を制御してもよい。

演算装置６２は、制御部５５又は演算処理装置７１に統合されてもよい。或いは、制御部５５、演算装置６２及び演算処理装置７１は１つに統合されてもよい。

姿勢調整機構６は、光学フィルタＦ５を平行移動させるリニアモータを含んでいてもよい。姿勢調整機構６は、例えば、光学フィルタＦ５をＸ軸方向に平行移動させるリニアモータ、光学フィルタＦ５をＹ軸方向に平行移動させるリニアモータ、及び、光学フィルタＦ５をＺ軸方向に平行移動させるリニアモータのうちの少なくとも１つを含んでいてもよい。

６・・・姿勢調整機構 １１・・・画像生成部 １２・・・平面ミラー １３・・・ディフューザ １３ｄ・・・駆動部 １４、１４Ｇ、１４Ｒ・・・光源駆動部 ２２・・・凹面ミラー ３５、３５Ｇ、３５Ｒ・・・光強度検出部 ４１・・・ホログラフィック光学素子 ４２・・・光学レンズ ５１・・・ドライバ ５２・・・スリッタ ５５・・・制御部 ６０・・・受光素子 ６０ａ〜６０ｊ・・・フォトダイオード ６１・・・遮光部 ６１Ｌ・・・左遮光部 ６１Ｒ・・・右遮光部 ６２・・・演算装置 ６３・・・支持アーム ６３Ｃ・・・フレーム部 ６３Ｆ・・・固定ピン部 ６３Ｍ・・・可動ピン部 ６４・・・電動モータ ６４Ａ・・・第１電動モータ ６４Ｂ・・・第２電動モータ ６５・・・回転角度センサ ６５Ａ・・・第１回転角度センサ ６５Ｂ・・・第２回転角度センサ ７１・・・演算処理装置 １０１・・・ヘッドアップディスプレイ装置 ＣＦ・・・中心視野 ＤＬ・・・外光 Ｆ５・・・光学フィルタ ＦＬ１・・・フーリエ変換レンズ ＩＲＡ・・・赤外線領域 ＬＤ、ＧＬＤ、ＲＬＤ・・・レーザ光源 Ｌｃ・・・レーザ光 Ｌｆ・・・光 ＮＺＧ、ＮＺＲ・・・近傍帯域 Ｒｇ、Ｒｒ・・・波長 ＯＰ・・・光学部材 ＰＦ・・・周辺視野 ＰＧ・・・注視点 ＳＴ・・・観察者 ＶＧ・・・ベーリンググレア ＶＭ・・・虚像 ＷＳ・・・ウインドシールド

Claims (4)

1. 光源と、
   前記光源からの光で画像を生成する画像生成部と、
   前記画像生成部が生成した画像を投影面に投影する投影ミラーと、を備える画像表示装置であって、
   前記投影ミラーと前記投影面との間の光路に配置される光学素子を更に有し、
   前記光学素子は、前記投影面側の任意の方向から反射面に入射する外光を、前記投影面における前記画像が投影される領域以外の領域に向けて反射させるように姿勢変化可能に構成されている、
   画像表示装置。
2. 前記光学素子の姿勢を変化させる駆動部と、
   １又は複数の受光素子と、
   前記１又は複数の受光素子のそれぞれに入射する外光の入射方向を制限する遮光部と、
   前記１又は複数の受光素子のそれぞれの出力から、前記光学素子の反射面で反射する外光の反射光が当たる前記投影面上の領域を導出する演算装置と、を備え、
   前記駆動部は、前記演算装置の導出結果に応じて前記光学素子の姿勢を変化させ、前記投影面における前記画像が投影される領域以外の領域に向けて外光を反射させる、
   請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記１又は複数の受光素子と前記遮光部は、前記光学素子と一体に配置されている、
   請求項２に記載の画像表示装置。
4. 前記光学素子は、前記光源の波長帯の光に関しては透過率が高く、それ以外の波長帯の光に関しては反射率が高い、
   請求項１乃至３の何れか一項に記載の画像表示装置。

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