JP6780663B2 - 情報表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、情報表示装置に関する。

近年、視認者が少ない視線移動で情報・警告を認知できる情報表示装置として、視認者の前方に虚像を視認させる装置の開発が盛んに行われている。

このような情報表示装置では、虚像は視認者の見る前方風景に重なって表示されるため、虚像である表示情報の形状を現実空間と整合するように幾何学形状を調整することで、視認者から見て、あたかも情報が現実空間の任意の位置に存在するように知覚させることができる。

例えば、情報表示装置として、前方の風景に重なるように像（図形、文字、記号を含む）を表示し、その表示を移動体の移動に伴う時間経過によって変化させるナビゲーションシステムが開示されている（例えば、特許文献１参照）。この情報表示装置では、交差点までの距離に応じて表示像の大きさを変化させることで、交差点位置に表示像が存在するように知覚できるとされている。

しかしながら、上記の技術では、実際に虚像を投射する装置の構造や光源には触れられていない。例えば、情報表示装置に、液晶パネル等のイメージングデバイスで中間像を形成するパネル方式を用いた場合、全画面発光の部分的遮光で画像を形成するため、画像を描画しない領域（非画像描画領域）も明るく浮かび上がって見える場合があった。

これでは、描画している情報を現実空間に整合するように調整して３次元的に表現しても、明るく浮かび上がった非画像描画領域が平面ディスプレイであることが知覚されるため、実際に、情報が任意の位置に存在していると視認させることは困難である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、情報が現実空間の任意の位置に存在するように視認者に知覚させることが可能な情報表示装置を提供することを課題とする。

本情報表示装置は、透過反射部材に画像を投影するレーザ走査方式の情報表示装置であって、前記画像の表示可能領域内で、表示する前記画像以外の領域の輝度Ｌ＿Ｐと、表示する前記画像以外の領域の背後となる背景輝度Ｌ_Ｂによって求まる値、Ｌ_Ｂ／Ｌ_Ｐが１００以上であり、表示する前記画像のうち最も明るい画像の明るさＬ＿Ｈが、Ｌ＿Ｈ＞１０００×Ｌ＿Ｐを満たし、前記画像の表示可能領域全体の面積に対する、前記表示可能領域に表示する前記画像の面積が、４５％以下となるように、前記表示可能領域に表示する前記画像の大きさを調整することを要件とする。

開示の技術によれば、情報が現実空間の任意の位置に存在するように視認者に知覚させることが可能な情報表示装置を提供できる。

第１の実施の形態に係る情報表示装置を例示する模式図である。 第１の実施の形態に係る情報表示装置の光学部の構成を例示する図である。 第１の実施の形態に係る情報表示装置のハードウェア構成を例示するブロック図である。 第１の実施の形態に係る情報表示装置の機能を例示するブロック図である。 視差角について説明する図である。 輝度L_Pと背景輝度L_Bについて説明する図である。 輝度L_Pと背景輝度L_Bを求める方法について説明する図である。 発光部の面積率とコントラストL_B／L_Pとの関係について説明する図である。 比較例について説明する図である。 実施例について説明する図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

〈第１の実施の形態〉
［情報表示装置の概要］
図１は、第１の実施の形態に係る情報表示装置を例示する模式図である。図１を参照するに、情報表示装置１は、自車両９００に搭載されている。情報表示装置１は、所定の画像を視認者Ｖの前方のフロントウィンドシールド９１０に投影し、視認者Ｖの視界に虚像Ｉとして重畳して表示する機能を有する、所謂ヘッドアップディスプレイ（以下、ＨＵＤとする）である。なお、視認者Ｖは、ここでは自車両９００の乗員である運転者である。フロントウィンドシールド９１０は、入射光の一部を透過させ、残部の少なくとも一部を反射させる透過反射部材としても機能する。

情報表示装置１は、自車両９００のインテリアデザインに準拠して任意の位置に配置してよく、例えば、自車両９００内のダッシュボード上に配置することができる。情報表示装置１を自車両９００のダッシュボード内に埋め込んでもよい。情報表示装置１は、主要な構成要素として、光学部１０と、電気部２０とを有している。

但し、本実施の形態では、情報表示装置１を自車両９００に搭載する例を示すが、これには限定されない。情報表示装置１は、例えば、車両、航空機、船舶、産業用ロボット等の移動体に搭載され、移動体のフロントウィンドシールドを介して、移動体の操縦に必要なナビゲーション情報を視認可能にする。ここで、ナビゲーション情報とは、例えば、移動体の速度、進行方向、目的地までの距離、現在地名称、移動体前方における物体（現実物体）の有無や位置、制限速度等の標識、渋滞情報等の情報である。

情報表示装置１の投射方式としては、パネル方式やレーザ走査方式を採用することができる。パネル方式は、液晶パネル、ＤＭＤパネル（デジタルミラーデバイスパネル）、蛍光表示管（ＶＦＤ）等のイメージングデバイスで中間像を形成する方式である。一方、レーザ走査方式は、レーザ光源から射出されたレーザビームを２次元走査デバイスで走査し中間像を形成する方式である。

レーザ走査方式は、全画面発光の部分的遮光で画像を形成するパネル方式とは違い、各画素に対して発光／非発光を割り当てることができるため、一般に高コントラストの画像を形成することができる点で好適である。本実施の形態では、情報表示装置１の投射方式としてレーザ走査方式を採用する例を示すが、これには限定されない。

図１において、情報取得部５は、虚像Ｉが表示される領域の背景輝度を取得し、情報表示装置１に送ることができる。但し、情報取得部５は、情報表示装置１の構成要素ではない。

情報取得部５は、視認者Ｖから見て虚像Ｉと重なる風景を含めた、自車両９００の前方風景を画角に捉える形態で配置されている。情報取得部５は、自車両９００のインテリアデザインに準拠して任意の位置に配置してよく、例えば、自車両９００内の天井部に配置することができる。情報取得部５を自車両９００内のダッシュボード上等に配置してもよい。

情報取得部５は、例えば、単眼カメラ、複眼カメラ（ステレオカメラ）、複数のカメラ画像を合成した全方位カメラ等である。情報取得部５は、背景輝度の取得以外に、ドライブレコーダやセンシングとして用いられてもよい。センシングの用途としては、例えば、前方車両や人間、標識等の検出や障害物までの距離の検知等を挙げることができる。

言い換えれば、情報取得部５は、情報表示装置１専用でなくてもよく、ドライブレコーダ等に用いられているものを利用すればよい。但し、情報表示装置１専用の情報取得部５を設けることを否定するものではない。又、情報取得部５は、背景の明るさ取得に特化したフォトトランジスタやフォトダイオード等の照度、日照センサを用いてもよい。

図２は、第１の実施の形態に係る情報表示装置の光学部の構成を例示する図である。図２を参照するに、光学部１０は、大略すると、光源部１０１と、光偏向器１０２と、ミラー１０３と、スクリーン１０４と、凹面ミラー１０５とを有している。

光学部１０からフロントウィンドシールド９１０に対して画像を形成する光（画像光）を照射することにより、視認者Ｖの視点位置Ｅ（左右の目の中間点）から画像の虚像Ｉを視認可能にすることができる。つまり、視認者Ｖは、光学部１０のスクリーン１０４に形成（描画）される画像（中間像）を、フロントウィンドシールド９１０を介して虚像Ｉとして視認することができる。この中間像は、視認者Ｖに対して情報を提供するための情報提供画像である。

以下、光学部１０の構成例について詳しく説明する。光源部１０１は、例えば、ＲＧＢに対応した３つのレーザ光源（以下、ＬＤとする）、カップリングレンズ、アパーチャ、合成素子、レンズ等を備えており、３つのＬＤから出射されたレーザビームを合成して光偏向器１０２の反射面に向かって導く。光偏向器１０２の反射面に導かれたレーザビームは、光偏向器１０２により２次元的に偏向される。

光偏向器１０２としては、例えば、直交する２軸に対して揺動する１つの微小なミラーや、１軸に揺動又は回動する２つの微小なミラー等を用いることができる。光偏向器１０２は、例えば、半導体プロセス等で作製されたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）とすることができる。光偏向器１０２は、例えば、圧電素子の変形力を駆動力とするアクチュエータにより駆動することができる。光偏向器１０２として、ガルバノミラーやポリゴンミラー等を用いてもよい。

光偏向器１０２により２次元的に偏向されたレーザビームは、光学系を介してフロントウィンドシールド９１０に導かれる。具体的には、光偏向器１０２により２次元的に偏向されたレーザビームは、ミラー１０３に入射し、ミラー１０３により折り返され、スクリーン１０４の表面（被走査面）上に２次元の画像（中間像）を描画する。ミラー１０３としては、例えば凹面鏡を用いることができるが、凸面鏡や平面鏡を用いてもよい。スクリーン１０４としては、レーザビームを所望の発散角で発散させる機能を有するマイクロレンズアレイやマイクロミラーアレイを用いると好適であるが、レーザビームを拡散させる拡散板、表面が平滑な透過板や反射板等を用いてもよい。

スクリーン１０４から射出されたレーザビームは、凹面ミラー１０５で反射され、フロントウィンドシールド９１０に入射する。フロントウィンドシールド９１０への入射光束の一部はフロントウィンドシールド９１０を透過し、残部の少なくとも一部は視点位置Ｅに向けて反射される。この結果、視認者Ｖはフロントウィンドシールド９１０を介して中間像の拡大された虚像Ｉを視認可能となる、すなわち、視認者Ｖから見て虚像Ｉがフロントウィンドシールド９１０越しに拡大表示される。

通常、フロントウィンドシールド９１０は、平面ではなく僅かに湾曲している。このため、凹面ミラー１０５とフロントウィンドシールド９１０の曲面とにより、虚像Ｉの結像位置が決定される。凹面ミラー１０５の集光パワーは、視認者Ｖの視点位置Ｅから虚像Ｉの結像位置までの距離Ｌが４ｍ以上かつ１０ｍ以下（好ましくは６ｍ以下）の位置（奥行位置）に表示されるように設定されることが好ましい。

又、ミラー１０３及び凹面ミラー１０５の少なくとも一方は、フロントウィンドシールド９１０の影響で中間像の水平線が上又は下に凸形状となる光学歪み要素を補正するように設計、配置されることが好ましい。

なお、フロントウィンドシールド９１０よりも視点位置Ｅ側に透過反射部材としてコンバイナを配置してもよい。コンバイナに凹面ミラー１０５からの光を照射するようにしても、フロントウィンドシールド９１０に凹面ミラー１０５からの光を照射した場合と同様に、虚像Ｉを表示することができる。

図３は、第１の実施の形態に係る情報表示装置のハードウェア構成を例示するブロック図である。図３を参照するに、電気部２０は、ＦＰＧＡ２０１と、ＣＰＵ２０２と、ＲＯＭ２０３と、ＲＡＭ２０４と、Ｉ／Ｆ２０５と、バスライン２０６と、ＬＤドライバ２０７と、ＭＥＭＳコントローラ２０８とを有している。ＦＰＧＡ２０１、ＣＰＵ２０２、ＲＯＭ２０３、ＲＡＭ２０４、及びＩ／Ｆ２０５は、バスライン２０６を介して相互に接続されている。

ＦＰＧＡ２０１は、ＬＤドライバ２０７を介して光学部１０の光源部１０１のＬＤを駆動する。又、ＦＰＧＡ２０１は、ＭＥＭＳコントローラ２０８を介して光学部１０の光偏向器１０２を動作させる。

ＣＰＵ２０２は、情報表示装置１の各機能を制御する。ＲＯＭ２０３は、ＣＰＵ２０２が情報表示装置１の各機能を制御するために実行するプログラムを記憶している。ＲＡＭ２０４は、ＣＰＵ２０２のワークエリアとして使用される。Ｉ／Ｆ２０５は、外部コントローラ等と通信するためのインターフェイスであり、例えば、自動車のＣＡＮ（Controller Area Network）等に接続される。

図４は、第１の実施の形態に係る情報表示装置の機能を例示するブロック図である。図４を参照するに、情報表示装置１は、情報入力部８００、画像データ生成部８２０、及び画像描画部８４０を備えている。

情報入力部８００では、情報取得部５等からの情報が受信（入力）される。情報入力部８００への受信は、有線であっても無線であってもよい。情報入力部８００に、例えば、ＣＡＮ等から車両の情報（速度、走行距離等の情報）や、外部ネットワークから車両外部の情報（ＧＰＳからのナビ情報や交通情報等）が入力されてもよい。情報入力部８００に入力される情報には、前方車両等の現実物体の位置、大きさ、形、色、明るさの少なくとも１つを含むことができる。

画像データ生成部８２０は、情報入力部８００から入力される情報に基づいて、描画すべき画像の画像データを生成する。画像データ生成部８２０は、データ調整部８２１０を備え、データ調整部８２１０は、画像データを生成する際に、表示する虚像の位置、大きさ、形、色、明るさ（輝度）の少なくとも１つを調整することができる。

画像描画部８４０は、制御部８４１０を備え、制御部８４１０によって画像データに応じて光学部１０が制御されることにより、フロントウィンドシールド９１０に光を照射する。結果として、視認者Ｖの視点位置Ｅから虚像Ｉが視認可能となる。

［３次元的な表示］
人間は、視界中の２次元的な見え方（絵画的手がかり）、両眼の見え方の差や目の焦点調節動作（動眼的手がかり）、視点移動時の物体の見え方の変化（運動視差）により空間の奥行きを知覚している。この中で、絵画的手がかりを主に利用することにより、情報表示装置１において、虚像である表示情報を、現実空間の任意の位置に存在するように知覚させることができる。

現実空間では、同一の物体が存在した場合、その物体が視認者に距離が近ければ近い程、見かけ上の大きさは大きくなる。又、視認者に距離が近い物体ほど、視界中の下部に見える。他にも、遠い物体ほど、空気の厚みによりかすんで見えたりする。

情報表示装置１では、フロントウィンドシールド９１０に投影する画像は、視認者には前方風景に重なって虚像として視認されるため、現実空間と整合するように虚像中の表示情報の幾何学形状を調整（幾何変換）すれば、表示情報の３次元的な表示が可能となる。すなわち、上記の人間の奥行き知覚を利用することで、視認者から視て、あたかも表示情報が現実空間の任意の位置に３次元的に存在しているように知覚（錯覚）させることが可能となる。

このように、視認者から見て自車両の周囲に存在する現実物体と３次元的に整合する表示情報を表示することにより、表示情報の視認性を向上できる。なお、視認者から見て自車両の周囲に存在する現実物体と３次元的に整合する虚像として視認される画像と、視認者から見て現実物体と３次元的に整合しない虚像として視認される画像をフロントウィンドシールド９１０の前方の表示可能領域内に混在させて表示してもよい。

ところで、情報表示装置１の表示像（虚像）は設計時に決定される位置に２次元的に投影される。そのため、現実空間の任意の位置、例えば視認者の視点の先の路面に存在するように形状や色合いを調整しても、左右の目それぞれの網膜には虚像が表示される位置に応じた映りの差、視差が生じてしまう。

ここで、図５に示すように、前方風景の遠方地点が視認者の目に映る際の視差を表す両目の視線が成す角度（輻輳角）をθ_{ＳＣＥＮＥ}とし、情報表示装置１の虚像が視認者の目に映る際の視差を表す両目の視線が成す角度（輻輳角）をθ_ＨＵＤとする。このとき、｜θ_ＨＵＤ−θ_{ＳＣＥＮＥ}｜を「視差角」と定義する。なお、一般に「輻輳角」とは、視認者が視認対象を見るときの両目の視線が成す角度を意味する。

この「視差角」が１°を超えると、二重像が知覚され、不快感や疲労感が増してしまう。そこで、情報表示装置１では、この「視差角」が１°以下となるように設計することが好ましい。「視差角」を１°以下とすることにより、情報表示装置１において、例えば、距離Ｌ（図２参照）を４ｍ〜６ｍに設定した場合、１０００ｍ程度先の物体に対しても、前方風景に存在する対象物を見たまま不快感少なく虚像による情報を認知することが可能となる。

［ポストカード］
虚像は視認者から見て平面的に投射されるため、虚像の表示可能領域内における虚像以外の領域（表示されていないはずの領域）がうすく光ってしまい黒浮きが見える場合がある。この黒浮きをポストカードと称する。

発明者らは、視認者にポストカードが認識されると、表示情報の３次元的な表示を行ったとしても、視認者は表示しようとしている位置よりも近い距離に表示情報が表示されていると感じてしまうことを新たに発見した。すなわち、視認者にポストカードが認識されると、錯覚させる効果が薄れてしまい、想定している任意の位置に表示情報を知覚させることができなくなることを新たに発見した。この検証方法を以下に記す。

［ポストカードと情報知覚距離の検証］
情報表示装置１の虚像が投影される方向に十分に広い実験環境において、情報表示装置１を設置し、視認者に表示情報（虚像）を視認させる。視認者Ｖの視点位置Ｅと虚像Ｉの結像位置までの距離Ｌは既知であり、その条件から、視認者Ｖから視て１４ｍ先の地面上に存在していると見えるように形状と大きさを調整した表示情報を表示する。

この条件において、ポストカードを表示させた場合と、ポストカードを表示させない場合のそれぞれについて、表示情報が存在すると感じる距離の変化をマグニチュード推定法により被験者に回答させる知覚実験を行った。

その結果、ポストカードが存在すると、視認者は虚像による情報が、調整した１４ｍ先ではなく、虚像Ｉの結像位置に見えることがわかった。これにより、ポストカードが存在すると、現実の任意の位置に虚像が存在すると知覚させることができなくなることが明らかとなった。

上記検証を踏まえると、図２における距離Ｌ＝５ｍである場合に、数１０ｍ先に知覚されるよう表示情報を配置し、かつ、ポストカードが認識できなければ、視認者は、表示情報が数１０ｍ先に表示されていると感じる。一方、ポストカードが認識できると、視認者は、表示情報がポストカードが表示される位置（この場合、距離Ｌ＝５ｍの位置）に表示されていると感じてしまう。

パネル方式を採用した場合、パネル全体を照明する必要がある。そのため、非表示とするための画像信号であったとしても、液晶パネルやＤＭＤパネルの特性上、完全には非表示にし難く、黒浮きが見える場合がある。又、蛍光表示管（ＶＦＤ）では、真空管内での蛍光体を発光させて表示させるが、電子の回り込みや、表示発光した蛍光体の回り込みによって、非発光部の黒浮きを原理的になくすことは困難である。すなわち、パネル方式では、視認者がポストカードを完全に認識できないようにすることは困難である。

これに対して、レーザ走査方式を採用した場合、情報表示装置１では、例えば、光偏向器１０２によってスクリーン１０４の被走査面の画像描画領域に対してレーザビームを２次元的に走査（例えば、ラスタースキャン）すると共に、レーザビームの走査位置に応じて光源部１０１のＬＤの発光制御を行う。これにより、画素毎の描画、虚像の表示を行うことができる。

情報表示装置１からは、瞬間的にはレーザビーム径に相当する点像しか投射されないが、非常に高速に走査させるため、一フレーム画像内では十分に人間の目に残像が残っている。この残像現象を利用することで、視認者Ｖには、あたかも表示可能領域に像を投射させているように知覚される。

実際には、スクリーン１０４に映った像が、凹面ミラー１０５とフロントウィンドシールド９１０によって反射されて視認者Ｖに表示可能領域において虚像として知覚される。このような仕組みであるため、虚像を表示させない場合は、ＬＤの発光を停止すればよい。つまり、表示可能領域において虚像が表示される箇所以外の箇所の輝度を実質０にすることが可能である。

このように、レーザ走査方式では、表示したい部分以外では、表示の必要がないためＬＤを消灯したり、光量（輝度）を低下させたりする等の措置を取ることができる。そのため、視認者がポストカードを完全に認識できないようにすることがパネル方式と比較して容易である。しかしながら、レーザ走査方式においても、視認者がポストカードを認識できる場合があるため、レーザ走査方式において、視認者がポストカードを認識できなくなる条件の導出を行った。

［ポストカードが認識される条件の導出］
図６は、輝度L_Pと背景輝度L_Bについて説明する図である。図６において、７１は虚像の表示可能領域、７４は非重畳虚像、７５は道路上の白線を示している。

図６に示すように、視認者Ｖから見た表示可能領域７１の非画像描画領域内の所定位置Ａの輝度をL_Pとし、視認者Ｖから視た所定位置Ａの背後となる背景Ｂの輝度を背景輝度L_Bとする。所定位置Ａの輝度L_Pは、スクリーン１０４に描画される画像の輝度を変化させることで変化させることができる。

所定位置Ａの輝度L_P及び背景輝度L_Bは、例えば、図７に示す方法により求めることができる。まず、視認者Ｖの視点位置（左右の目の中間点）を基準位置とし、２次元輝度計を基準位置に配置する。そして、図７の矢印上側のように、非重畳虚像７４（７０ｋｍ／ｈ）を表示しているときの所定位置Ａの輝度を２次元輝度計で測定する。この時、非画像描画領域の所定位置Ａの輝度L_P＋背景輝度L_Bが測定される。

次に、図７の矢印下側のように、非重畳虚像７４（７０ｋｍ／ｈ）を表示していないときの所定位置Ａの輝度を２次元輝度計で測定する。この時、背景輝度L_Bのみが測定される。以上２回の測定により、所定位置Ａの輝度L_Pと背景輝度L_Bを求めることができる。

表示可能領域７１の所定位置Ａを非画像描画領域内で順次移動させて同様の測定を繰り返すことにより、非画像描画領域内の各々の位置にける輝度L_Pと背景輝度L_Bを求めることができる。

以上を踏まえて、ポストカードが認識される輝度について精査した。具体的には、スクリーン１０４に描画される画像の輝度を変化させることで所定位置Ａの輝度L_Pを変化させ、ポストカードが視認され始める輝度L_Pの値を２次元輝度計を用いて図７に示した方法で測定した。

測定では、所定位置Ａの輝度L_Pの背景輝度L_Bに対するコントラストを、L_B／L_Pと定義した。又、背景輝度L_Bは、実験環境が構築可能な３種類を条件とした。この３種類は、それぞれ低い方から夜間の路面輝度、トンネル照明下の路面輝度、曇りの昼間の路面輝度を想定している。

それぞれの背景輝度L_Bに対して所定位置Ａの輝度L_Pを変化させ、ポストカードが認識されなくなるコントラストL_B／L_Pを求めた。なお、所定位置Ａの輝度L_P、及び背景輝度L_Bは、図７を参照して説明した方法により求めた。結果を表１に示す。

表１に示すように、ポストカードが視認できる輝度L_Pは背景輝度L_Bによって異なり、例えば夜間の路面相当の背景輝度L_Bでは、コントラストL_B／L_Pが１５以上であればポストカードを認識できないことがわかった。又、結果ではL_Bが４６．２［ｃｄ／ｃｍ^２］の場合と２１３［ｃｄ／ｃｍ^２］の場合、でコントラストL_B／L_Pが近い値になっている。

ところで、一般に輝度差弁別閾（人間が輝度の差を認識できる閾値）は環境の明るさによって変動するものの、閾値の輝度／背景輝度が１／１００〜１／１０００程度であると言われている。

表１の結果より、背景輝度L_Bがある程度の明るさ（本実験では４６．２［ｃｄ／ｃｍ^２］）以上であれば、ポストカードが視認できるコントラストは一定であると考えられる。表１の結果に上記の輝度差弁別閾を合わせて考えると、コントラストL_B／L_Pが１００以上であれば、背景輝度L_Bによらずポストカードが視認できないと考えられる。

以上より、輝度L_P及び背景輝度L_Bにかかわらず、コントラストL_B／L_Pが、概ね１００以上の場合に、ポストカードを認識できないことがわかった。つまり、情報表示装置１において、実質的にポストカードが認識できない（ポストカードが実質でない）輝度L_Pの値を設定できることがわかった。但し、表１からわかるように、条件によっては、必ずしもコントラストL_B／L_Pを１００以上としなくてもよい。

情報表示装置１では、表示する虚像の輝度を大きくすると輝度L_Pも大きくなり、表示する虚像の輝度を小さくすると輝度L_Pも小さくなる。従って、情報表示装置１のデータ調整部８２１０において、コントラストL_B／L_Pが所定値以上となるように、表示する虚像の輝度を調整することにより、常にポストカードを認識できない状態を実現できる。ここで、所定値は１００であることが好ましい。又、データ調整以外に光学的な設計において、使用時にこの所定値を満たすよう情報表示装置１を設計しても良い。

ところで、パネル方式では、コントラストL_B／L_Pを１００以上にすることは困難であるが、レーザ走査方式では、コントラストL_B／L_Pを１０００〜１００００程度にすることも容易である。よって、ポストカードを認識できない状態を実現するためには、レーザ走査方式を採用することが好ましい。

又、レーザ走査方式を採用していても、表示している虚像の輝度が高い場合、その虚像の大きさによってポストカード部の輝度も向上する場合がある。この表示虚像の大きさとポストカード部分の輝度に関する測定実験を行った。具体的には、背景輝度L_Bが１００００［ｃｄ／ｍ^２］の場合に、表示が十分に見えるように、虚像を発光させ、その状態で、虚像の大きさ（発光部の面積）を変えながら、ポストカード部の輝度L_Pを測定した。その測定の結果、図８に示すように、表示可能領域全体の面積に対する発光部の面積の比率（面積率）が４５％を下回れば、コントラストL_B／L_Pが１００以上となることがわかった。

すなわち、虚像を表示する際に、表示可能領域全体の面積に対する、同時に表示する虚像の面積の合計が、所定の面積率以下（例えば、４５％以下程度）であることが好ましい。このようにすることで、表示する虚像の輝度の上限値をある程度高くしても、コントラストL_B／L_Pを１００以上とすることができる。

又、情報表示装置１は、視認者が車両等の運転者であることが多いため、視認者の視界を妨げないようにすることが好ましい。この点からも、表示可能領域全体を発光させずに、同時に表示する（同時に発光させる）虚像の面積の合計を、表示可能領域全体の面積に対して所定の面積率以下とすることが好ましい。

［比較例と実施例］
ここでは、比較例と実施例を示すことにより、３次元的な表示とポストカードについて、図面を参照しながら改めて説明する。

〈比較例〉
図９（比較例）は、パネル方式のＨＵＤを用いて前方車両にマーキングを行った様子を示す模式図である。パネル方式のＨＵＤは、虚像を描画可能な表示可能領域７１内の任意の場所に虚像を描画可能であり、図９中では、前方車両７２の下に追従して見えるように幾何的な形状を調整し重畳虚像７３（所定形状の図形）を表示している。同時に、背景と重畳させずに、２次元的に情報表示を行った非重畳虚像７４（４５ｋｍ／ｈ）を表示している。なお、７５は道路上の白線を示している。

パネル方式のＨＵＤでは、光源部の光を完全に遮光できないため、表示可能領域７１内において、重畳虚像７３及び非重畳虚像７４が表示されている領域以外の領域（非画像描画領域）も、僅かに光ってしまい、ポストカードが認識される。なお、図９では、非画像描画領域（ポストカード領域）をグレーの塗りつぶしで表現している。

ポストカードが認識されることで、視認者はＨＵＤの表示可能領域７１を視認できてしまう。重畳虚像７３は、幾何的な大きさを調整することで、投射距離よりも遠い、前方車両７２と同一の位置に存在するように錯覚させようとしている。しかし、ポストカードにより視認者にＨＵＤの表示可能領域７１が視認されると、視認者は重畳虚像７３と非重畳虚像７４とが同一平面上に存在していることを認識してしまい、重畳表現の錯覚が困難となる。

〈実施例〉
図１０（実施例）は、レーザ走査方式のＨＵＤを用いて前方車両にマーキングを行った様子を示す模式図である。レーザ走査方式のＨＵＤもパネル方式のＨＵＤと同様に、重畳虚像７３（所定形状の図形）及び非重畳虚像７４（４５ｋｍ／ｈ）を表示している。しかし、レーザ走査方式を用いると、表示可能領域７１においてポストカードを認識できないようにすることができる。なお、破線で示す四角枠は、便宜上、表示可能領域７１の位置を表示したものであって、実際には枠は存在しない（実際には枠は視認できない）。

ポストカードが認識できないと、重畳虚像７３と非重畳虚像７４とは視認者に独立して知覚される。重畳虚像７３は、図９の場合と同様に前方車両に追従して見えるように幾何的に調整して表示しており、更にポストカードが認識できないことで、重畳虚像７３と非重畳虚像７４とは、それぞれ空間中に繋がりなく視認される。そのため、視認者には、重畳したい前方車両７２と同様の距離に重畳虚像７３が存在していると錯覚して認識される。

ポストカードは、前述のとおり、コントラストL_B／L_Pが、所定値（概ね１００）より小さくなると知覚される。コントラストL_B／L_Pを所定値以上とするためには、例えば、情報表示装置１の情報入力部８００が情報取得部５から背景輝度L_Bに関する情報を受信し、情報表示装置１のデータ調整部８２１０が重畳虚像７３と非重畳虚像７４の輝度を調整すればよい。

なお、以上の例では、表示可能領域７１内に重畳虚像７３及び非重畳虚像７４を表示している。しかし、重畳虚像７３は表示せずに、非重畳虚像７４の表示のみを行った場合においても、ポストカードが認識されないことにより、視認者の視認性を妨げないという効果を奏する。

ところで、情報入力部８００が情報取得部５から受信する情報に基づいて、データ調整部８２１０が環境の明るさに合わせて表示情報（重畳虚像７３や非重畳虚像７４）の輝度を調整することができる。例えば、夜間の場合は表示情報の輝度を暗く調整し、視認者に対して眩しい等の不快さを与えないようにすることができる。

虚像の背景となる路面の夜間輝度は１〜１０［ｃｄ／ｍ^２］程度であることが一般的であり、この時、非画像描画領域の輝度が０．０１〜０．１［ｃｄ／ｍ^２］以上になると、ポストカードが認識される。ここで、路面輝度が１［ｃｄ／ｍ^２］の場合、表示情報の輝度は１０［ｃｄ／ｍ^２］程度が適切であることが、知覚実験より明らかになっている。

以上をふまえると、ポストカードが認識されず、かつ適切な明るさの表示情報を表示するには、表示可能領域７１内に表示する虚像のうち最も輝度が高い虚像の輝度L_Hと非画像描画領域の輝度L_Pとの関係がL_H：L_P＝１０００：１を満たすことが好ましいといえる。

更に、情報表示装置１では、状況に応じて、通常よりも表示情報の輝度を高くし、視認者に注意喚起を行う場合がある。そのため、ポストカードが認識されずに表示情報を表示でき、かつ注意喚起できる明るさにまで表示情報を制御可能とするためには、L_H＞１０００×L_Pを満たすことが好ましいといえる。

［物体情報の受信］
情報表示装置１では、視認者の視点位置、虚像位置、視点と虚像との距離、虚像の大きさ、虚像の重畳を行いたい範囲に基づいて、表示する像を決定する。例えば、路面に虚像の重畳を行う場合は、重畳を行いたい位置・距離を任意に決定し、視認者の視点から見て、目的の位置・距離に存在して見えるように幾何変換を行った表示を行うことができる。

路面が平面であることを仮定して虚像の表示を行う場合は、幾何変換を行うのみで表示が可能であるが、カーブや坂道といった路面形状に対応させる場合や、白線に重ねた表示 を行う場合等は、物体情報の取得が必要となる。物体情報とは、例えば、路面において重畳させる位置の座標（位置情報）である。又、前方車両や歩行者等の対象に重畳を行う場合は、これらの対象の位置情報である。又、これら以外の、物体に関する情報であってもよい。

情報取得部５として、例えば、レーザレーダを用いることにより、物体情報として位置情報を取得することができる。レーザレーダは、レーザビームを出射し、物体（例えば、先行車両、停車車両、構造物、歩行者等）からの反射光（散乱光）を受光することで、位置情報（物体までの距離や物体の座標）を測定する装置である。

情報取得部５として、ステレオカメラを用いてもよい。ステレオカメラは、左目用となるカメラ部と、右目用となるカメラ部とを備えており、両カメラ部から得られる視差画像から物体の３次元位置情報を算出することができる。

情報表示装置１は、情報取得部５からの物体情報（例えば物体の３次元位置情報）を情報入力部８００で受信し、受信した物体情報を画像データ生成部８２０に送る。画像データ生成部８２０は、物体情報に基づいて、表示情報（虚像）のパラメータ（虚像の結像位置、大きさ、形、色、明るさの少なくとも１つ）を調整する。現実物体と３次元的に整合する表示情報を表示する場合には、虚像のパラメータは、現実物体の位置、形、大きさに応じた遠近感が出るように調整されることが好ましい。

なお、情報表示装置１は、例えば、交通情報（例えば、渋滞情報や交通ルール等）や気象情報等の情報を情報入力部８００で受信し、受信した情報を、現実物体と３次元的に整合するように虚像として表示してもよい。

又、情報表示装置１は、例えば、自車両の位置情報を情報入力部８００で受信し、受信した情報を、現実物体と３次元的に整合するように虚像として表示してもよい。自車両の位置情報は、例えばＧＰＳを搭載した装置（例えば、カーナビゲーションシステム）から受信することができる。

以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

本国際出願は２０１６年２月１０日に出願した日本国特許出願２０１６−０２４０５１号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願２０１６−０２４０５１号の全内容を本国際出願に援用する。

１ 情報表示装置
１０ 光学部
２０ 電気部
７１ 表示可能領域
７２ 前方車両
７３ 重畳虚像
７４ 非重畳虚像
１０１ 光源部
１０２ 光偏向器
１０３ ミラー
１０４ スクリーン
１０５ 凹面ミラー
２０１ ＦＰＧＡ
２０２ ＣＰＵ
２０３ ＲＯＭ
２０４ ＲＡＭ
２０５ Ｉ／Ｆ
２０６ バスライン
２０７ ＬＤドライバ
２０８ ＭＥＭＳコントローラ
８００ 情報入力部
８２０ 画像データ生成部
８４０ 画像描画部
８２１０ データ調整部
８４１０ 制御部

特開２００６‐１７６２６号公報

Claims (11)

1. 透過反射部材に画像を投影するレーザ走査方式の情報表示装置であって、
   前記画像の表示可能領域内で、表示する前記画像以外の領域の輝度Ｌ＿Ｐと、表示する前記画像以外の領域の背後となる背景輝度Ｌ_Ｂによって求まる値、Ｌ_Ｂ／Ｌ_Ｐが１００以上であり、
   表示する前記画像のうち最も明るい画像の明るさＬ＿Ｈが、Ｌ＿Ｈ＞１０００×Ｌ＿Ｐを満たし、
   前記画像の表示可能領域全体の面積に対する、前記表示可能領域に表示する前記画像の面積が、４５％以下となるように、前記表示可能領域に表示する前記画像の大きさを調整することを特徴とする情報表示装置。
2. 前記表示可能領域に複数の前記画像を表示する場合は、
   前記表示可能領域全体の面積に対する、同時に表示する前記画像の面積の合計が、４５％以下となるように、前記表示可能領域に同時に表示する前記画像の大きさを調整することを特徴とする請求項１に記載の情報表示装置。
3. 移動体の乗員である視認者に対して前記画像を視認させることを特徴とする請求項１又は２に記載の情報表示装置。
4. 前記視認者から見て前記移動体の周囲に存在する現実物体と３次元的に整合する前記画像を前記表示可能領域内に表示することを特徴とする請求項３に記載の情報表示装置。
5. 前記視認者から見て前記移動体の周囲に存在する前記現実物体と３次元的に整合する前記画像と、前記視認者から見て前記現実物体と３次元的に整合しない前記画像を前記表示可能領域内に混在させて表示することを特徴とする請求項４に記載の情報表示装置。
6. 前記移動体の周囲に存在する前記現実物体に関する情報である物体情報を受信する情報入力部を備えることを特徴とする請求項４又は５に記載の情報表示装置。
7. 前記物体情報に基づいて前記画像の位置、大きさ、形、色、明るさの少なくとも１つを調整することを特徴とする請求項６に記載の情報表示装置。
8. 前記物体情報は、前記現実物体の位置、大きさ、形、色、明るさの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項６又は７に記載の情報表示装置。
9. 前記情報入力部は、前記移動体に関係する交通情報を更に受信し、
   前記物体情報に基づいて、前記視認者から見て前記現実物体と３次元的に整合するように前記交通情報を前記表示可能領域内に前記画像として表示することを特徴とする請求項６乃至８の何れか一項に記載の情報表示装置。
10. 前記情報入力部は、前記移動体の位置情報を更に受信し、
    前記位置情報に基づいて、前記視認者から見て前記現実物体と３次元的に整合するように前記画像を表示可能領域内に表示することを特徴とする請求項６乃至９の何れか一項に記載の情報表示装置。
11. レーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザビームを偏向する光偏向器と、前記光偏向器により偏向された前記レーザビームを前記透過反射部材に導く光学系と、を有することを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載の情報表示装置。

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