JP5021094B2

JP5021094B2 - ヘッドアップディスプレイ

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Publication number: JP5021094B2
Application number: JP2011225862A
Authority: JP
Inventors: 祥夫棚橋
Original assignee: Pioneer Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 2011-10-13
Filing date: 2011-10-13
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2030-09-21
Also published as: JP2012071825A

Description

本発明は、情報を表示する技術に関する。

従来から、車両の運転に関する情報の表示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技術が存在する。例えば、特許文献１には、表示源を収容したハウジング及びコンバイナを上下に移動可能に構成することで、アイポイントの上下位置の変化に対する視線方向の不変性を確保する技術が開示されている。その他、本発明に関連する技術が特許文献２及び特許文献３に開示されている。

特開２００２−０５２９５３号公報特開平０５−０７７６５７号公報特開２００２−２９３１６１号公報

一般に、運転者のアイポイントから虚像を視認できるように表示源とコンバイナの位置や角度を調整した場合、表示源とコンバイナとの相対位置が変化すると、光学系の構成が変化してしまう。従って、コンバイナ又は表示源を独立して移動させた場合、光学系の構成が変化して虚像に歪みが生じる可能性がある。

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、虚像を安定して視認させることが可能な表示装置を提供することを主な目的とする。

請求項１に記載の発明は、移動体に搭載されるヘッドアップディスプレイであって、照射される光の少なくとも一部を反射させることで、虚像を表示させる光学素子と、前記光学素子に対して、前記虚像を表示させるための光を照射させる光源ユニットと、前記光学素子と前記光源ユニットを取り付ける支持部材であって、長手方向の端部である第一端部に前記光学素子を取り付け、前記第一端部と反対側の端部である第二端部に前記光学素子から所定の一定間隔をあけて前記光源ユニットを取り付けた前記支持部材と、前記光学素子に設けられ、前記ヘッドアップディスプレイを前記移動体の天井部に取り付けるための支持軸部と、を備え、前記移動体に取り付けられた前記光源ユニット、前記光学素子、及び前記支持部材が、前記支持軸部に対して回動可能となっていることを特徴とする。

第１実施例における表示装置の概略構成の一例である。（ａ）標準状態での表示装置の状態を示す。（ｂ）標準状態からコンバイナ及び光源ユニットを回動させた後の表示装置の状態を示す。左から順に、標準状態、標準状態から時計回りに所定角度だけ光源ユニット及びコンバイナを回動させた状態、標準状態から反時計回りに所定角度だけ光源ユニット及びコンバイナを回動させた状態の各表示装置を示す。車室内での表示装置の設置位置を模式的に示した図の一例である。表示装置がコンパクトカーに搭載された場合であって、標準的な座高を有する運転者が搭乗した場合の車室内の模式図である。（ａ）表示装置がコンパクトカーに搭載された場合であって、比較的高い座高を有する運転者が搭乗した場合の車室内の模式図を示す。（ｂ）表示装置がコンパクトカーに搭載された場合であって、比較的低い座高を有する運転者が搭乗した場合の車室内の模式図である。表示装置がセダンに搭載された場合であって、標準的な座高を有する運転者が搭乗した場合の車室内の模式図である。（ａ）表示装置がセダンに搭載された場合であって、比較的高い座高を有する運転者が搭乗した場合の車室内の模式図である。（ｂ）表示装置がセダンに搭載された場合であって、比較的低い座高を有する運転者が搭乗した場合の車室内の模式図である。表示装置がミニバンに搭載された場合であって、標準的な座高を有する運転者が搭乗した場合の車室内の模式図である。（ａ）表示装置がミニバンに搭載された場合であって、比較的高い座高を有する運転者が搭乗した場合の車室内の模式図である。（ｂ）表示装置がミニバンに搭載された場合であって、比較的低い座高を有する運転者が搭乗した場合の車室内の模式図である。（ａ）第２実施例において表示装置が車室内に設置された状態を模式的に示した図である。（ｂ）表示装置を矢印Ｙ３の方向から俯瞰した図である。第３実施例に係る表示装置のブロック図の一例を示す。（ａ）回動角度調整処理の実行前の表示装置の状態を示す。（ｂ）回動角度調整処理の実行完了後の表示装置の状態を示す。第３実施例において制御部が実行する回動角度調整処理の手順を示すフローチャートの一例である。支持軸部がコンバイナの上端部と下端部との間に設けられた表示装置の動作例を示す。支持軸部がコンバイナの下端部に設けられた表示装置の動作例を示す。虚像の位置及び大きさを説明するための図である。アイボックスの領域を説明するための図である。入射角度を説明するための図である。

本発明の１つの好適な実施形態では、車両に設置され、表示像を構成する光を照射する光源ユニットと、前記光を反射することで当該表示像を拡大した虚像として表示させる光学素子と、前記光学素子に対して前記光が入射する角度である入射角度が維持された状態、かつ、前記光源ユニットと前記光学素子との距離が一定に保たれた状態で、前記光学素子及び前記光源ユニットの位置を移動可能な可動部と、を備える。

上記の表示装置は、光源ユニットと、光学素子と、可動部と、を備える。光源ユニットは、車両に設置され、表示像を構成する光を出射する。光学素子は、光源ユニットが射出した光が入射され、その光を反射することで当該表示像を拡大した虚像として表示させる。可動部は、光学素子に対する光源ユニットからの光の入射角度が維持された状態、かつ、前記光源ユニットと前記光学素子との距離が一定に保たれた状態で、光学素子及び光源ユニットの位置を移動可能である。

一般に、光学素子として凹面ミラーのように像を拡大するものを用いた場合、入射角度や光源ユニットと光学素子との距離を変えると光学系の倍率や像の歪みが変化する。これに対し、上記の表示装置は、光学素子及び光源ユニットの位置が移動された場合であっても、光学素子に対する光源ユニットからの光の入射角度が維持され、かつ光源ユニットと光学素子との距離が一定に保たれる。従って、表示装置は、目の位置（アイポイント）に応じて光学素子及び光源ユニットの位置が移動した場合であっても、光学系の構成を保ち、光学系の倍率が変わったり、虚像に歪みが生じるのを抑制することができる。

上記の表示装置の一態様では、前記虚像は、運転者の当該虚像に対する視線が水平方向より上となる範囲に表示される。このようにすることで、表示装置は、例えば道路等と表示が重畳することなく、空などの景色と重畳させて運転者に安全に所望の情報を提示することができる。

上記の表示装置の他の一態様では、前記虚像は、前記車両のフロントウィンドウの上部２０％の範囲と重畳して表示される。このようにすることで、表示装置は、法規上、色つきのガラスの使用や当該部分へのフィルムの貼り付けが許容されるフロントウィンドウの範囲に虚像を重畳して表示させることができる。

上記の表示装置の他の一態様では、前記車両の天井部と前記光学素子との間に設置され、前記光学素子の位置を下げるオフセット部をさらに備える。このように、表示装置は、オフセット部を備えることで、虚像を見る際の運転者の視線を下げ、運転者の負担を低減させることができる。

上記の表示装置の他の一態様では、前記可動部は、前記光学素子の上端部に設けられた支持軸部と、当該支持軸部から延出する支持部材と、を備え、前記支持部材の前記支持軸部から延出した端部には前記光源ユニットが固定され、前記支持軸部を支軸として前記光学素子と光源ユニットが回動する。この態様により、表示装置は、アイポイントに合わせて光学素子と光源ユニットとの位置を変化させた場合であっても、光学素子に入射する光の角度を維持して光学系の構成を保ち、虚像が歪むのを抑制することができる。

上記の表示装置の他の一態様では、前記表示像の表示情報を生成し、当該表示情報を前記光源ユニットへ供給する表示情報生成部をさらに備え、前記表示情報生成部は、前記光源ユニットから離れた位置であって例えば前記車両の天井部に固定される。このようにすることで、表示装置は、光源ユニットの軽量化及び小型化を実現することができ、任意の位置での安定感の向上及び運転者の視覚上の圧迫感の低減を実現することができる。

上記の表示装置の他の一態様では、運転者の目の位置を検出する検出部と、前記目の位置に基づき、運転者が前記虚像を視認可能な位置に前記可動部を移動させる駆動部と、をさらに備える。この態様では、表示装置は、目の位置（アイポイント）に応じて可動部を自動的に適切な位置に移動させることができる。

本発明の他の好適な実施形態では、表示装置は、車両に設置され、表示像を構成する光を出射する光源ユニットと、前記光を反射することで当該表示像を虚像として表示させる光学素子と、を備え、前記虚像は、運転者の当該虚像に対する視線が水平方向より上となる範囲であって、前記車両のフロントウィンドウの上部２０％の範囲と重畳して表示される。このようにすることで、表示装置は、例えば道路等と表示が重畳することなく、空などの景色と重畳させて運転者に安全に所望の情報を提示することができる。

上記の表示装置の一態様では、前記光学ユニットと電気的に接続し、前記表示像の情報を生成する処理部をさらに備え、前記処理部は、前記光源ユニットと離れた位置に固定される。これにより、表示装置は、光源ユニットを小型化及び軽量化を実現することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について、第１実施例乃至第３実施例で説明する。
＜第１実施例＞
［概略構成］
図１は、表示装置１００の概略構成の一例である。表示装置１００は、車両に搭載され、光源ユニット１と、コンバイナ２と、支持軸部３と、支持部材４と、を備える。

光源ユニット１は、車両の室内天井部位に付設され、現在地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情報を示す表示像を照射部１０よりコンバイナ２へ照射する。具体的には、光源ユニット１は、光源ユニット１内に表示像の実像「Ｉｒ」を生成し、その実像Ｉｒから出射した光をコンバイナ２へ入射することで、虚像「Ｉｖ」を運転者の目の位置（「アイポイントＰｅ」とも呼ぶ。）からコンバイナ２への延長線上に生成する。図１では、破線で示された直線「Ｌ１」は、アイポイントＰｅと虚像Ｉｖの上端部とを結んだ線に相当し、同じく破線で示された直線「Ｌ２」は、アイポイントＰｅと虚像Ｉｖの下端部とを結んだ線であり、これらが虚像Ｉｖのサイズを決定する。なお、虚像Ｉｖの結像する位置は、図１７のように実像Ｉｒの位置、大きさ、コンバイナ２の形状（主に曲率）によって決定される。具体的に図１７では、実像Ｉｒの上端から出射されてコンバイナ２で反射した光の軌跡を示す実線の折れ線、上限光線Ｌ５、下限光線Ｌ６と、下端から射出されてコンバイナ２で反射した光の軌跡を示す実線の折れ線、上限光線Ｌ７、下限光線Ｌ８を、アイポイントＰｅから逆に追った点線Ｌ９、Ｌ１０の交点Ｐ１、また、Ｌ１１、Ｌ１２の交点Ｐ２近傍に虚像Ｉｖが生成される。

虚像Ｉｖは、所定範囲にアイポイントＰｅが存在する場合に運転者により視認される。上述の所定範囲を、以後では、「アイボックスＢｅ」とも呼ぶ。図１では、一点鎖線で示された折れ線「Ｌ３」は、照射部１０から出射し、コンバイナ２で反射してアイボックスＢｅの上端部を通過する光の軌跡を示す。同じく一点鎖線で示された折れ線「Ｌ４」は、照射部１０から出射し、コンバイナ２で反射してアイボックスＢｅの下端部を通る光の軌跡を示す。アイボックスＢｅは、光源ユニット１から出射する光の向き及び広がり角、コンバイナ２の形状、性質、照射部１０から出射した光がコンバイナ２で反射してアイポイントＰｅに到達するまでの光路距離、即ち矢印「Ｙ１」及び矢印「Ｙ２」の長さ等に基づき決定される。具体的には、虚像全体を視認可能なアイボックスＢｅは、図１８で、実像Ｉｒの上端と下端から出射した光がコンバイナ２で反射した光の軌跡を示す実線の折れ線Ｌ５、Ｌ６の間の領域と、Ｌ７、Ｌ８の間の領域が重なる領域である。なおこれは、一点破線の折れ線Ｌ３、Ｌ４で示された実像Ｉｒの中心から出射する光線の広がりとほぼ一致するため、以後はこの広がりでアイボックスＢｅを代表する。

コンバイナ２は、光源ユニット１から出射される光が入射されると共に、その光をアイポイントＰｅへ反射することで当該表示像を虚像Ｉｖとして表示させる。コンバイナ２は、上端部２０ｘが車両の室内天井部位に支持軸部３を介して固定され、上端部２０ｘを中心に回動可能である。そして、上端部２０ｘの他端に相当する下端部２０ｙは、上端部２０ｘを中心として略半円状に移動する。

コンバイナ２は、凹面ミラーであり、虚像Ｉｖを大きく見せたい場合にコンバイナ２として用いられる。また、コンバイナ２は、反射光と透過光をある割合で分割するビームスプリッターであり、例えば反射光と透過光の強さがほぼ１対１に対応するハーフミラーである。これにより、コンバイナ２は、外の景色に重ねて虚像Ｉｖを重畳表示させる。また、コンバイナ２は、ハーフミラーに代えて全反射ミラーであってもよい。この場合、コンバイナ２は、外光を透過せず、虚像Ｉｖのみを表示させる。コンバイナ２は、本発明における「光学素子」の一例である。

支持軸部３は、コンバイナ２の上端部２０ｘに設けられ、コンバイナ２の回動を支軸する。支持部材４は、支持軸部３から延出し、かつ、延出した端には光源ユニット１が固定される。言い換えると、支持部材４は、第１端部４０ｘが支持軸部３に固定されると共に、第２端部４０ｙが光源ユニット１に固定される。従って、支持軸部３は、コンバイナ２に加え、支持部材４及び光源ユニット１の回動の支軸となる。即ち、コンバイナ２と、光源ユニット１及び支持部材４とは、支持軸部３を共有の支軸として回動する。そして、支持軸部３及び支持部材４は、本発明における「可動部」の一例である。

以下では、表示装置１００の詳細について項目ごとに説明する。以後では、「入射角度Ｄｐ」とは、図１９に示すように、光源ユニット１の開口の略中心とコンバイナ２の中心を結んだ直線と、コンバイナ２の光軸が為す角度のことを示す。また、「角度Θ」とは、前記直線と、コンバイナ２の中心とアイボックスの中心を結んだ直線の為す角を示す。

［光源ユニットとコンバイナとの位置関係］
まず、光源ユニット１とコンバイナ２との位置関係について説明する。概略的には、支持軸部３及び支持部材４は、入射角度Ｄｐが維持された状態、かつ、光源ユニット１とコンバイナ２との距離Ｙ１が一定に保たれた状態で、コンバイナ２及び光源ユニット１を回動させる。これにより、コンバイナ２及び光源ユニット１が回動した場合であっても、角度Θが一定となる。よって、表示装置１００は、この場合、光学系の構成を保ち、虚像Ｉｖの歪みの発生と光学系の倍率の変化を抑制する。これについて、図２（ａ）、（ｂ）及び図３を参照して説明する。

図２（ａ）は、支持部材４が水平方向に延在する場合、即ちコンバイナ２が鉛直方向に延在する場合の表示装置１００の状態（以後、「標準状態」とも呼ぶ。）を示し、図２（ｂ）は、標準状態からコンバイナ２及び光源ユニット１を所定角度だけ反時計回りに回動させた後の表示装置１００の状態を示す。以後では、標準状態からコンバイナ２及び光源ユニット１が回動した角度を「回動角度Ｄｒ」と呼ぶ。回動角度Ｄｒは、図２（ｂ）に示すように、標準状態から反時計回りへ回動した角度を正値とする。

図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、回動角度Ｄｒに変化が生じた場合であっても、入射角度Ｄｐ及び角度Θは変化していない。言い換えると、コンバイナ２と光源ユニット１及び支持部材４とは、支持軸部３を共通の支軸とし、一体として回動するため、入射角度Ｄｐ及び角度Θが変化しない。また、コンバイナ２と光源ユニット１との相対位置が変化せず、コンバイナ２と光源ユニット１との距離Ｙ１が一定に保たれている。そして、常に角度Θが一定に保たれ、かつ、コンバイナ２と光源ユニット１との距離が一定に保たれることで、表示装置１００の光学系の構成が不変となる。従って、表示装置１００は、運転者に対し、虚像Ｉｖを一定の精度で安定して視認させることができる。

また、コンバイナ１の鉛直方向に延在する幅は、実際に使用され得る範囲で回動角度Ｄｒが変化した場合であっても、殆ど変化しない。これについて図３を参照して説明する。図３は、左から順に、標準状態、標準状態から時計回りに所定角度だけ光源ユニット１及びコンバイナ２が回動した状態、標準状態から反時計回りに所定角度だけ光源ユニット１及びコンバイナ２が回動した状態の表示装置１００を示す。図３に示すように、標準状態、又は、光源ユニット１及びコンバイナ２が時計回り又は反時計回りに回動した状態であっても、コンバイナ１の鉛直方向に延在する幅は、いずれも破線「Ｌ５」と破線「Ｌ６」との距離におよそ一致する。このように、コンバイナ１の鉛直方向に延在する幅は、回動角度Ｄｒが小さい場合には殆ど変化しない。

［設置位置］
次に、表示装置１００が車両に設置される位置について説明する。概略的には、車両のフロントウィンドウ上端部近傍の天井部にコンバイナ２及び支持軸部３が設置される。これについて図４を参照して説明する。

図４は、車室内での表示装置１００の設置位置を模式的に示した図の一例である。図４に示すように、フロントウィンドウ４０は、水平方向から角度「Ｄｘ」（「ウィンドウ角度Ｄｘ」とも呼ぶ。）で傾斜して延在する。以後では、フロントウィンドウ４０の延在方向での幅を、単に「ウィンドウ幅」とも呼ぶ。そして、コンバイナ２及び支持軸部３は、ハンドル４２の上方であって、フロントウィンドウ４０の上端部４００近傍の車両の天井部４１に取り付けられている。支持軸部３は、具体的には、運転者用の図示しないサンバイザが設置される位置の近傍に設置される。なお、支持軸部３は、上述のサンバイザに代えて設置されてもよい。

ここで、フロントウィンドウ４０の上部２０％の領域、即ち、上端部４００から下端部４１０へ向かってウィンドウ幅の２０％を占める領域（「ウィンドウ許可領域Ｆｒ」とも呼ぶ。）は、法規上色つきのガラスの使用やフィルムの貼り付けが許容される。ここで、比率２０％は、平成２２年８月現在で法規上色つきのガラスの使用やフィルムの貼り付けが許容されるフロントウィンドウ４０の上部の割合を指す。上述の法規とは、具体的には、道路運送車両法の保安基準第２９条第４項第６号を指す。図４では、上端部４００から下端部４１０へ沿ったウィンドウ許可領域Ｆｒの幅「Ｆｗ」（「ウィンドウ許可幅Ｆｗ」とも呼ぶ。）が矢印により示されている。ウィンドウ許可幅Ｆｗは、ウィンドウ幅の２０％に相当する。

このように、コンバイナ２がフロントウィンドウ４０の上端部４００近傍に設置されることで、表示装置１００は、比較的大きな虚像Ｉｖであっても、ウィンドウ許可領域Ｆｒを通して運転者に視認させることができる。

また、表示装置１００は、好適には、ウィンドウ許可領域Ｆｒに貼り付けられた外光の光量を下げるフィルムを備える。このようにすることで、表示装置１００は、外光が明るい場合でも外光の光量を下げた状態でウィンドウ許可領域Ｆｒを通して虚像Ｉｖを運転者に視認させることができる。従って、この場合、表示装置１００は、光源ユニット１から照射する光量を上げることなく運転者に虚像Ｉｖを視認させることができる。

そして、表示装置１００は、種々の車種の車両に搭載された場合であって、かつ、運転者のアイポイントＰｅに合わせて回動角度Ｄｒが変化した場合であっても、ウィンドウ許可領域Ｆｒを通じて虚像Ｉｖを運転者に視認させるように保つことができる。これについて、図５乃至図１０を参照して説明する。

図５は、表示装置１００がコンパクトカーに搭載された場合であって、標準的な座高を有する運転者が搭乗した場合の車室内の模式図である。図５では、天井部４１からアイポイントＰｅまでの距離が２００ｍｍであるとし、ウィンドウ幅が９５０ｍｍであるとする。また、ウィンドウ角度Ｄｘは２５度であるものとする。

この場合、ウィンドウ許可幅Ｆｗは、１９０ｍｍとなる。また、水平方向に対しアイポイントＰｅから虚像Ｉｖへの視線がなす角度（「視線角度Ｄｖ」とも呼ぶ。）は、１２度となる。なお、視線角度Ｄｖは、水平方向よりも視線が上を向いている場合を正値とする。そして、この場合、運転者は、ウィンドウ許可領域Ｆｒを通して虚像Ｉｖを視認する。

図６（ａ）は、表示装置１００がコンパクトカーに搭載された場合であって、比較的高い座高を有する運転者が搭乗した場合の車室内の模式図である。図６（ａ）では、回動角度Ｄｒが５度である。そして、天井部４１からアイポイントＰｅまでの距離が１５０ｍｍである。この場合、視線角度Ｄｖは、７度となる。そして、この場合、運転者は、ウィンドウ許可領域Ｆｒを通して虚像Ｉｖを視認する。

図６（ｂ）は、表示装置１００がコンパクトカーに搭載された場合であって、比較的低い座高を有する運転者が搭乗した場合の車室内の模式図である。図６（ｂ）では、回動角度Ｄｒが−１０度である。そして、天井部４１からアイポイントＰｅまでの距離が３００ｍｍである。この場合、視線角度Ｄｖは、２２度となる。そして、この場合であっても、運転者は、ウィンドウ許可領域Ｆｒを通して虚像Ｉｖを視認する。

図７は、表示装置１００がセダンに搭載された場合であって、標準的な座高を有する運転者が搭乗した場合の車室内の模式図である。図７では、天井部４１からアイポイントＰｅまでの距離が２２０ｍｍであるとし、ウィンドウ幅が８００ｍｍであるとする。ウィンドウ角度Ｄｘは２８度である。また、回動角度Ｄｒは−６度である。そして、ウィンドウ許可幅Ｆｗは、１６０ｍｍとなり、視線角度Ｄｖは、１８度となる。そして、この場合、運転者は、ウィンドウ許可領域Ｆｒを通して虚像Ｉｖを視認する。

図８（ａ）は、表示装置１００がセダンに搭載された場合であって、比較的高い座高を有する運転者が搭乗した場合の車室内の模式図である。図８（ａ）では、回動角度Ｄｒは０度である。そして、天井部４１からアイポイントＰｅまでの距離が１７０ｍｍである。この場合、視線角度Ｄｖは、１２度となる。そして、この場合、運転者は、ウィンドウ許可領域Ｆｒを通して虚像Ｉｖを視認する。

図８（ｂ）は、表示装置１００がセダンに搭載された場合であって、比較的低い座高を有する運転者が搭乗した場合の車室内の模式図である。図８（ｂ）では、回動角度Ｄｒは−１３度である。そして、天井部４１からアイポイントＰｅまでの距離が３２０ｍｍである。この場合、視線角度Ｄｖは、２５度となる。そして、この場合であっても、運転者は、ウィンドウ許可領域Ｆｒを通して虚像Ｉｖを視認する。

図９は、表示装置１００がミニバンに搭載された場合であって、標準的な座高を有する運転者が搭乗した場合の車室内の模式図である。図９では、天井部４１からアイポイントＰｅまでの距離が３４０ｍｍであり、ウィンドウ幅が１０００ｍｍである。また、ウィンドウ角度Ｄｘは３２度であり、回動角度Ｄｒは−２度である。そして、この場合のウィンドウ許可幅Ｆｗは、２００ｍｍであり、視線角度Ｄｖは、２２度である。

ここで、表示装置１００は、コンバイナ２の高さを調整するため、天井部４１と支持軸部３との間にオフセット部７を備える。これについて、補足説明する。ミニバンのように天井部４１が他の車種に比べて高い位置に存在する場合、天井部４１とアイポイントＰｅとの間隔が大きくなる。その結果、他の車種に比べ、視線角度Ｄｖが大きくなる。また、回動角度Ｄｒを大きく設定する必要が生じ、光源ユニット１が他の車種と比較して天井部４１から大きく離れてしまう。これらにより、視線角度Ｄｖが高いことに起因する負担や光源ユニット１が近くなることに起因した圧迫感を運転者に与える可能性がある。一方、ミニバンでは、ウィンドウ幅が他の車種に比べ比較的大きく、また、ウィンドウ角度Ｄｘも大きい。従って、他の車種に比べ、ミニバンでは、ウィンドウ許可領域Ｆｒが視覚上広くなる。

以上を勘案し、ミニバンなどの天井部４１が高い車種では、表示装置１００は、天井部４１と支持軸部３とにより狭持されるオフセット部７を備える。これにより、コンバイナ２の位置が下がり、視線角度Ｄｖが下がる。よって、ミニバンのように天井部４１が高い位置に存在する場合であっても、表示装置１００は、ウィンドウ許可領域Ｆｒを通して虚像Ｉｖを運転者に視認させることができる。

図１０（ａ）は、表示装置１００がミニバンに搭載された場合であって、比較的高い座高を有する運転者が搭乗した場合の車室内の模式図である。図１０（ａ）では、回動角度Ｄｒは０度である。そして、天井部４１からアイポイントＰｅまでの距離が３００ｍｍである。この場合、視線角度Ｄｖは、２０度となる。そして、この場合であっても、運転者は、ウィンドウ許可領域Ｆｒを通して虚像Ｉｖを視認する。

図１０（ｂ）は、表示装置１００がミニバンに搭載された場合であって、比較的低い座高を有する運転者が搭乗した場合の車室内の模式図である。図１０（ｂ）では、ユニット回動角度Ｄｒは−８度である。そして、天井部４１からアイポイントＰｅまでの距離が４００ｍｍである。この場合、視線角度Ｄｖは、２８度となる。そして、この場合であっても、運転者は、ウィンドウ許可領域Ｆｒを通して虚像Ｉｖを視認する。

＜第２実施例＞
次に、第２実施例に係る表示装置１００について説明する。第２実施例では、表示装置１００は、表示像の情報を生成する処理部を光源ユニット１とは別体で備える。これにより、表示装置１００は、光源ユニット１の小型化及び軽量化を実現する。以後では、第１実施例と同様の構成要素について同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。

図１１（ａ）は、表示装置１００ａが車室内に設置された状態を模式的に示した図である。図１１（ａ）に示すように、表示装置１００ａは、主に、光源ユニット１と、コンバイナ２と、表示情報生成部１１と、を備える。表示情報生成部１１は、映像信号を信号処理して表示像の表示情報を生成し、当該表示情報を光源ユニット１へ供給する。表示情報生成部１１は、例えばフレキシブルプリント基板などを介して光源ユニット１と電気的に接続される。そして、表示情報生成部１１は、光源ユニット１と離れた位置であって、天井部４１に固定されている。

図１１（ｂ）は、図１１（ａ）を矢印「Ｙ３」の方向から俯瞰した図である。図１１（ｂ）は、説明の便宜上、天井部４１及び支持部材４が透過されている。図１１（ｂ）に示すように、表示情報生成部１１は、光源ユニット１と離れた状態で設置される。このように、表示装置１００ａでは、表示情報生成部１１が光源ユニット１と別体で独立した位置に配置される。これにより、光源ユニット１の小型化及び軽量化が実現される。従って、表示装置１００ａは、支持軸部３が光源ユニット１及びコンバイナ２を任意の回動角度Ｄｒで保つのに必要な負荷を低減し、安定性を向上させることができる。また、表示装置１００は、光源ユニット１が大きいことに起因した運転者への圧迫感を低減させることができる。

なお、表示情報生成部１１は、天井部４１の他、車両のダッシュボード、床面、又はトランクなどに設置されてもよい。

＜第３実施例＞
第３実施例では、表示装置１００は、現在のアイポイントＰｅの位置を検出するカメラをさらに備え、アイポイントＰｅがアイボックスＢｅ内に収まるように回動角度Ｄｒを自動で調整する処理（「回動角度調整処理」とも呼ぶ。）を行う。これにより、表示装置１００は、運転者の利便性を向上させる。

図１２は、第３実施例に係る表示装置１００ｂのブロック図の一例を示す。図１２に示すように、表示装置１００ｂは、主に、光源ユニット１と、コンバイナ２と、支持軸部３と、支持部材４と、駆動部３０と、カメラ３１と、を備える。

第３実施例では、光源ユニット１は、アイポイントＰｅとアイボックスＢｅとの相対位置を調整する制御部１５を備える。制御部１５は、アイポイント検出部１５１と、回動制御部１５２と、を備える。これについては、後述する。

駆動部（アクチュエータ）３０は、例えばモータであり、支持軸部３を回動させる。駆動部３０は、制御部１５と電気的に接続され、制御部１５から送信される制御信号に基づき回動角度Ｄｒを調整する。

カメラ３１は、一定の画角を有し、想定される範囲の座高を有する任意の運転者が運転席に座った場合に、運転者の顔が撮像範囲に入る位置及び向きに設置される。カメラ３１は、支持軸部３に付設され、光源ユニット１及びコンバイナ２等と共に回動する。そして、カメラ３１は、制御部１５と電気的に接続され、所定の時間間隔で生成した撮像画像「Ｉｅ」を制御部１５に供給する。

次に、アイポイント検出部１５１及び回動制御部１５２が実行する処理について、図１２及び図１３（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。図１３（ａ）は、回動角度調整処理の実行前の表示装置１００ｂの状態を示し、図１３（ｂ）は、回動角度調整処理の実行完了後の表示装置１００ｂの状態を示す。

アイポイント検出部１５１は、カメラ３１から供給される撮影画像Ｉｅに基づき、現在のアイポイントＰｅの位置を特定する。そして、アイポイント検出部１５１は、図１３（ａ）に示すように、検出したアイポイントＰｅと、当該アイポイントＰｅの所定の目標位置（「目標位置Ｐｅｔａｇ」とも呼ぶ。）とのずれ量（「アイポイントずれ量Ｄｅ」とも呼ぶ。）を算出する。目標位置Ｐｅｔａｇは、例えば実験等に基づきアイボックスＢｅ内の所定の位置に予め設定される。アイポイントずれ量Ｄｅは、符号を含めた相対的な距離であり、例えば撮影画像Ｉｅ内のアイポイントＰｅと目標位置Ｐｅｔａｇとの所定方向、例えばＹ座標を基準とした相対的な差を指す。そして、アイポイント検出部１５１は、算出したアイポイントずれ量Ｄｅを回動制御部１５２に供給する。

回動制御部１５２は、アイポイント検出部１５１から供給されたアイポイントずれ量Ｄｅに基づき、回動角度Ｄｒの目標角度（「目標回動角度」とも呼ぶ。）と現在の回動角度Ｄｒとの相対角度（「回動角度変更量ｄＤｒ」とも呼ぶ。）を算出する。例えば、回動制御部１５２は、所定のマップ又は式を参照し、アイポイントずれ量Ｄｅから上述の回動角度変更量ｄＤｒを決定する。上述のマップ等は、例えば実験等に基づき予め定められ、メモリに予め記憶される。そして、回動制御部１５２は、回動角度変更量ｄＤｒに基づき駆動部３０を駆動させる。

そして、その後、アイポイント検出部１５１及び回動制御部１５２は、アイポイントずれ量Ｄｅが所定の閾値（「閾値Ｄｅｔｈ」とも呼ぶ。）以下になるまで、上述の処理を繰り返し実行する。ここで、閾値Ｄｅｔｈは、例えばアイポイントＰｅがアイボックスＢｅ内に収まるアイポイントずれ量Ｄｅの範囲に定められる。

図１４は、第３実施例において制御部１５が実行する回動角度調整処理の手順を示すフローチャートの一例である。制御部１５は、図１４に示すフローチャートの処理を、例えば車両の起動時などの所定のタイミングで実行する。

まず、アイポイント検出部１５１は、撮影画像Ｉｅをカメラ３１から取得する（ステップＳ１０１）。そして、アイポイント検出部１５１は、撮影画像ＩｅからアイポイントＰｅの位置を検出する（ステップＳ１０２）。例えば、アイポイント検出部１５１は、周知の顔認識技術又は視線認識技術に基づき撮影画像ＩｅからアイポイントＰｅを表す画素を特定する。そして、アイポイント検出部１５１は、アイポイントずれ量Ｄｅを算出する（ステップＳ１０３）。具体的には、アイポイント検出部１５１は、検出したアイポイントＰｅと目標位置Ｐｅｔａｇとの撮影画像Ｉｅ中の相対的な距離をアイポイントずれ量Ｄｅに定める。

次に、アイポイント検出部１５１は、アイポイントずれ量Ｄｅが閾値Ｄｅｔｈ以下であるか否か判定する（ステップＳ１０４）。そして、アイポイント検出部１５１は、アイポイントずれ量Ｄｅが閾値Ｄｅｔｈ以下であると判断した場合（ステップＳ１０４；Ｙｅｓ）、アイポイントＰｅが目標位置Ｐｅｔａｇに十分近く、アイボックスＢｅ内に存在すると判断する。そして、制御部１５は、回動角度調整処理を終了する。

一方、アイポイント検出部１５１がアイポイントずれ量Ｄｅが閾値Ｄｅｔｈより大きいと判断した場合（ステップＳ１０４；Ｎｏ）、回動制御部１５２は、アイポイントずれ量Ｄｅから回動角度変更量ｄＤｒを算出する（ステップＳ１０５）。そして、回動制御部１５２は、回動角度変更量ｄＤｒに基づき駆動部３０を駆動させる（ステップＳ１０６）。そして、制御部１５は、ステップＳ１０１へ処理を戻す。
＜変形例＞
以下、上述の第１実施例乃至第３実施例に好適な変形例について説明する。以下の変形例は、任意に組み合わせて上述の第１実施例乃至第３実施例のいずれに適用してもよい。

（変形例１）
図１等では、コンバイナ２の上端部２０ｘに支持軸部３が設けられていた。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、支持軸部３は、コンバイナ２の中間部又は下端部２０ｙに設けられていてもよい。

図１５は、支持軸部３がコンバイナ２の上端部２０ｘと下端部２０ｙとの間に設けられた表示装置１００ｃの動作例を示す。具体的には、図１５では、左から順に、回動角度Ｄｒが０度の場合、回動角度Ｄｒが負値の場合、回動角度Ｄｒが正値の場合の表示装置１００ｃを示す。図１５に示すように、この場合であっても、光源ユニット１及びコンバイナ２は、支持軸部３を共通の支軸として一体的に回動する。そして、入射角度Ｄｐ及び角度Θは、回動角度Ｄｒが変化した場合であっても変化しない。また、コンバイナ１の鉛直方向に延在する幅は、回動によってもほぼ変わらない。

図１６は、支持軸部３がコンバイナ２の下端部２０ｙに設けられた表示装置１００ｄの動作例を示す。具体的には、図１６では、左から順に、回動角度Ｄｒが０度の場合、回動角度Ｄｒが負値の場合、回動角度Ｄｒが正値の場合の表示装置１００ｄを示す。図１６に示すように、この場合であっても、光源ユニット１及びコンバイナ２は、支持軸部３を共通の支軸として一体的に回動する。そして、入射角度Ｄｐ及び角度Θは、回動角度Ｄｒが変化した場合であっても変化しない。また、コンバイナ１の鉛直方向に延在する幅は、回動によってもほぼ変わらない。

以上のように、支持軸部３がコンバイナ２の中央部又は下端部２０ｙに設けられている場合であっても、コンバイナ２及び光源ユニット１は、回動角度Ｄｒによらず光学系の構成を保つことができる。従って、表示装置１００ｃ、１００ｄは、運転者に対し、虚像Ｉｖを一定の精度で安定して視認させることができる。

（変形例２）
図９の説明では、表示装置１００は、天井部４１が高い位置に存在する車種では、視線角度Ｄｖを所定値以下に抑制するため、天井部４１と支持軸部３との間にオフセット部７を備えた。これに代えて、又は、これに加えて、表示装置１００は、天井部４１が高い位置に存在する車種では、その他の車種に比べて、角度Θを大きく設定してもよい。具体的に設定する角度Θは、例えば車種ごとに視線角度Ｄｖを所定値以下に抑制可能な値に設定される。これによっても、表示装置１００は、視線角度Ｄｖを所定値以下まで下げることができる。

（変形例３）
［設置位置］のセクションの説明では、表示装置１００は、フロントウィンドウ４０の上部２０％の領域であるウィンドウ許可領域Ｆｒに重畳する範囲で虚像Ｉｖが視認されるように設計された。これに代えて、表示装置１００は、視線角度Ｄｖが０度より大きくなる範囲、即ち、運転者の虚像Ｉｖに対する視線が水平方向より上となる範囲になるように設計されてもよい。これによっても、表示装置１００は、例えば、虚像Ｉｖを道路等と重畳させることなく、空などの景色と重畳させて運転者に安全に所望の情報を提示することができる。

また、ウィンドウ許可領域Ｆｒを規定する比率２０％は、平成２２年８月現在での法規に基づくものであり、法規が変更された場合、変更後の法規に基づく比率でウィンドウ許可領域Ｆｒが設定されてもよい。

本発明は、経路案内や車両の情報を運転者に視認させるシステムに好適に適用することができる。

１光源ユニット
２コンバイナ
３支持軸部
４支持部材
１５制御部
３０駆動部
３１カメラ
４０フロントウィンドウ
４１天井部
４２ハンドル
４３運転席
１００、１００ａ〜１００ｄ表示装置

Claims

移動体に搭載されるヘッドアップディスプレイであって、
照射される光の少なくとも一部を反射させることで、虚像を表示させる光学素子と、
前記光学素子に対して、前記虚像を表示させるための光を照射させる光源ユニットと、
前記光学素子と前記光源ユニットを取り付ける支持部材であって、長手方向の端部である第一端部に前記光学素子を取り付け、前記第一端部と反対側の端部である第二端部に前記光学素子から所定の一定間隔をあけて前記光源ユニットを取り付けた前記支持部材と、
前記光学素子に設けられ、前記ヘッドアップディスプレイを前記移動体の天井部に取り付けるための支持軸部と、
を備え、
前記移動体に取り付けられた前記光源ユニット、前記光学素子、及び前記支持部材が、前記支持軸部に対して回動可能となっていることを特徴とするヘッドアップディスプレイ。
前記光学素子は、凹面ミラーであ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。
前記支持軸部は、前記光学素子の短手方向における上端若しくは下端又は前記短手方向における中央部分に設けられることを特徴とする請求項１または２に記載のヘッドアップディスプレイ。
前記虚像は、前記車両のフロントウィンドウの上部２０％の範囲と重畳して表示されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ。
前記支持軸部は、前記移動体の進行方向に対して、運転者の斜め上方向に取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ。
前記支持軸部は、前記移動体のサンバイザ位置に取り付けるためのものであることを特
徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ。