JP6835195B2 - 表示装置、車両 - Google Patents

Description

本発明は、表示装置、車両に関する。

車両に搭載され、運転者の視界に虚像を表示する表示装置（所謂ヘッドアップディスプレイ）が知られている。このような表示装置では、背景の輝度を考慮して、表示する虚像の輝度を調整している。例えば、フロントウインドシールドの前方の所定角度領域を検出領域とする車両外照度センサで、表示装置が表示する虚像に対しての背景輝度を取得し、その値を用いて虚像の輝度を決定する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、上記の技術では、虚像を視る運転者の目線の先は水平よりも下側にあるが、車両外照度センサが取り込む範囲は水平よりも上側である。この構成では、例えば、虚像の位置に壁や停車している車等の物体がある場合、虚像の背景の輝度情報を取り込むことができるが、虚像の奥に壁や車等の物体が何もない場合、虚像より更に奥の背景は空となってしまう。

運転者から視た虚像の背景は道路面上なので、後者の場合、全く違った背景の情報を取得することになる。そのため、正確性の高い背景の輝度情報を得られず、虚像の輝度を適切に調整することが困難であった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、虚像の輝度を適切に調整可能な表示装置を提供することを課題とする。

本表示装置は、車両の搭乗者の前方に虚像を表示する表示装置であって、輝度情報取得部から取得した前記車両の前方の輝度情報に基づいて、表示する画像の輝度を調整する輝度調整部と、前記輝度調整部により輝度が調整された画像を搭乗者の視界に虚像として表示する画像表示部と、を有し、前記輝度情報取得部は、受光部の前方に配置した上すぼまり形状の開口部を介して光を取込むことを要件とする。

開示の技術によれば、虚像の輝度を適切に調整可能な表示装置を提供できる。

第１の実施の形態に係る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表示装置を例示するブロック図である。 画像表示部の構成を例示する図である。 輝度情報取得部の光取込角度範囲を例示する図である。 俯角と虚像の背景に重なる路面の距離との関係を例示する図である。 自車両の上方から輝度情報取得部を視た図である。 輝度情報取得部の構成を例示する図である。 輝度情報取得部の垂直方向の角度特性を例示する図である。 輝度情報取得部の構成を例示する垂直方向の断面図（その１）である。 輝度情報取得部の構成を例示する垂直方向の断面図（その２）である。 水平方向の光取込角度範囲を例示する図である。 輝度情報を取得する領域を台形にする例を示す図である。 輝度情報取得部の構成を例示する正面図である。

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〉
［表示装置の概要］
図１は、第１の実施の形態に係る表示装置を例示する模式図である。図１を参照するに、表示装置１は、自車両１２０に搭載されており、所定の画像を運転者１３０の前方のフロントガラス１２５に投影し、運転者１３０の視界に虚像１１０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である。表示装置１は、自車両１２０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１２０内のダッシュボード上に配置することができる。表示装置１を自車両１２０のダッシュボード内に埋め込んでもよい。なお、輝度情報取得部６０は、虚像１１０の背景の輝度情報を取得して表示装置１に受け渡す部分である。

図２は、第１の実施の形態に係る表示装置を例示するブロック図である。図２を参照するに、表示装置１は、画像処理部２０と、画像表示部４０とを有する。

画像処理部２０は、輝度情報取得部６０から入手した輝度情報に基づいて表示画像に所定の画像処理を施し、画像表示部４０に出力する機能を有する。

具体的には、画像処理部２０は、輝度調整部２１と、画像出力部２２とを有する。画像処理部２０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、メインメモリ等を含む構成とすることができる。この場合、画像処理部２０の各種機能は、ＲＯＭ等に記録されたプログラムがメインメモリに読み出されてＣＰＵにより実行されることによって実現できる。但し、画像処理部２０の一部又は全部は、ハードウェアのみにより実現されてもよい。又、画像処理部２０は、物理的に複数の装置等により構成されてもよい。

画像処理部２０は、輝度情報取得部６０から輝度情報を取得可能に構成されている。輝度情報取得部６０からの輝度情報は、画像処理部２０の輝度調整部２１に入力される。輝度調整部２１は、輝度情報取得部６０から得た輝度情報（外光の明るさ情報）に基づいて、表示画像の輝度を調整する。例えば、輝度情報取得部６０から得られる輝度情報と適切な輝度との関係を補正テーブル等として予めＲＯＭ等に記憶しておき、記憶した情報に基づいて、輝度調整部２１が外光の明るさに対応した適切な輝度の調整値を選択する。輝度調整部２１が選択した輝度の調整値は画像出力部２２に出力される。

画像出力部２２は、輝度調整部２１による輝度の調整結果（輝度調整部２１から入手した輝度の調整値）に基づいて、画像表示部４０に適切な光量制御を行うよう命令する。例えば、画像表示部４０に、光源であるレーザの光量制御を行うよう命令する。

なお、表示画像とは、運転者１３０の視界に虚像１１０として重畳して表示する画像である。表示画像は、例えば、自車両１２０に搭載された車速センサから取得した車速情報に基づいて生成した、車速を数値等で表示した画像（例えば、６０ｋｍ／ｈ等）である。或いは、予めＲＯＭ等に記憶されていた画像であってもよい。

画像表示部４０は、画像処理部２０から入手した輝度が調整された画像を、運転者１３０の視界に虚像１１０として重畳して表示する機能を有する。画像表示部４０は、内部で生成した中間像をミラーやレンズ等で拡大虚像表示し、運転者１３０の視点から所定の距離感を持って画像を表示することができるモジュールである。画像表示部４０の実現形態としてはパネル投射型やレーザ走査型等があるが、本実施の形態では何れの形態を用いてもよい。以下、レーザ走査型の画像表示部４０の例について説明する。

図３は、画像表示部の構成を例示する図である。図３を参照するに、画像表示部４０は、大略すると、光源部４１と、光偏向器４２と、第１ミラー４３と、被走査面４４と、第２ミラー４５とを有する。

なお、図３において、Ａはアイボックス（虚像認識可能領域）を示している。アイボックスとは、虚像を認識できる運転者１３０の視点位置の範囲である。運転者１３０が頭部を左右上下に動かすと虚像が見えなくなる範囲が定まるが、このとき、虚像の見える範囲（領域）がアイボックスである。つまり、運転者１３０は、アイボックスＡの範囲から虚像１１０を視認可能である。

光源部４１は、例えば、ＲＧＢに対応した３つのレーザ光源、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つのレーザ光源から出射されたレーザ光を合成して光偏向器４２の反射面に向かって導く。光偏向器４２の反射面に導かれたレーザ光は、光偏向器４２により２次元的に偏向される。

光偏向器４２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４２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４２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４２により２次元的に偏向された光束は、第１ミラー４３に入射し、第１ミラー４３により折り返されて被走査面４４に２次元像を描画する。被走査面４４は、第１ミラー４３で反射された光束が入射して２次元像が形成される透過性を有する面である。被走査面４４から射出された光束は、第２ミラー４５及び半透過鏡４９により拡大表示される。第２ミラー４５としては、例えば、凹面ミラーを用いることができる。画像表示部４０は、レンズやプリズム等の透過型光学素子を具備してもよい。

半透過鏡４９は、可視域の透過率が１０〜７０％程度である鏡であり、第２ミラー４５により折り返された光束が入射する側に、例えば、誘電体多層膜或いはワイヤーグリッド等が形成された反射面を有する。半透過鏡４９の反射面は、レーザが出射する光束の波長帯を選択的に反射するものとすることができる。すなわち、ＲＧＢに対応した３つのレーザからの出射光を包含する反射ピークや反射バンドを有するものや、特定の偏向方向に対して反射率を強めるように形成されたものとすることができる。

半透過鏡４９は、例えば、自車両１２０のフロントガラス１２５（図１参照）と一体化することができる。画像表示部４０を自車両１２０において運転者１３０の前方に配置することにより、半透過鏡４９の反射面で反射された光束は、運転席にいる運転者１３０のアイボックスＡの範囲内にある眼球へ入射する。そして、被走査面４４の２次元像が、半透過鏡４９の反射面よりも前方の所定の位置に拡大された虚像１１０として運転者１３０に視認される。

図３に示すレーザ走査型の画像表示部４０の場合、画像出力部２２の命令により、輝度調整部２１が調整した輝度の調整値に基づいて、光源部４１を構成するレーザ光源の光量制御が行われる。これにより、適切な輝度の表示画像が運転者１３０の視界に虚像１１０として重畳して表示される。

［輝度情報取得部の光取込角度範囲］
ところで、虚像１１０の背景の明るさは、昼間と夜等で変るため、表示装置１で形成する虚像１１０の明るさも背景の明るさに応じて輝度を調整する。輝度情報取得部６０は、輝度の調整に必要な輝度情報を取得して表示装置１に受け渡す部分であり、自車両１２０の室内や室外に配置される。或いは、自車両１２０の室内において、表示装置１と一体化されている場合もある。つまり、図１〜３に示した表示装置１は輝度情報取得部６０を有していないが、表示装置１が輝度情報取得部６０を有する構成としてもよい。

背景の明るさを精度よく取得するには、輝度情報取得部６０の光取込角度範囲を適切に設定する必要がある。ここでは、自車両１２０の室内において表示装置１の上部に輝度情報取得部６０が一体化されている場合を例にして、輝度情報取得部６０の光取込角度範囲について説明する。

図４は、輝度情報取得部の光取込角度範囲を例示する図であり、自車両１２０の側面から視た図である。図４に示すように、輝度情報取得部６０は、自車両１２０に乗車した運転者１３０のアイボックスＡの下限よりも低い位置に配置されている。

又、輝度情報取得部６０の受光部（後述のフォトセンサ６２）から視た垂直方向の光取込角度範囲（以下、単に、垂直方向の光取込角度範囲とする）の上限は、水平（図４のＨ）よりも下側である。又、垂直方向の光取込角度範囲の下限は、輝度情報取得部６０の受光部よりも自車両１２０の前方側に位置する遮光領域Ｓよりも上側（図４のＬよりも上側）である。言い換えれば、垂直方向の光取込角度範囲は、最大でθｍ以内に制限されている。なお、本明細書において、光取込角度範囲とは、均一な輝度の背景のときに最大値の５０％の光量になる角度範囲をいう。

又、遮光領域Ｓとは、輝度情報取得部６０の受光部よりも自車両１２０の前方側に位置して、輝度情報取得部６０の受光部への入射光を遮る領域であり、例えば、ボンネット、ワイパー、ダッシュボード等である。図４では、一例として、ボンネットの先端部分が遮光領域Ｓとなる場合を示している。

自車両１２０から視た虚像１１０の角度は、多くの場合水平方向（図４のＨの方向）から少し下向きの角度に設定されている。具体的には、俯角（図４のθｆ）と呼ばれる０でない角度に設定されており、下方向に１度から５度の範囲を含むあたりに設定することが適切である。

前述のように、垂直方向の光取込角度範囲は図４のＨよりも下側でＬよりも上側であることが好ましい。これに加え、俯角θｆが下方向に１度から５度の範囲を含むあたりに設定されている点を考慮すると、垂直方向の光取込角度範囲の上限θｕは、水平より下側に１度乃至２度程度とすることが最も望ましい。この理由を、図５を参照して、より詳しく説明する。

図５は、俯角と虚像の背景に重なる路面の距離との関係を例示する図である。図５において、破線は、運転者１３０の目の位置（Ｖ１とする）から視た虚像１１０の背景の路面までの距離と、その位置の運転者１３０から視た俯角との関係を示している。なお、Ｖ１の位置は運転者や車両によって異なるが、ここでは一例として、Ｖ１の高さは、代表的な値である地上高１３００ｍｍとした。

又、実線は、表示装置１の輝度情報取得部６０の受光部から路面までの距離と、輝度情報取得部６０の受光部から視た俯角との関係を示している。なお、輝度情報取得部６０の受光部の高さはＶ１の高さより低いので、ここでは一例として、輝度情報取得部６０の受光部の高さは、地上高１０００ｍｍとした。

図５より、１０ｍ以上先の路面が背景となるとすると、運転者から視た俯角は水平より下側８度以内に収まっていることが分かる。これに対して、輝度情報取得部６０の受光部から同じ距離の路面を視たときの、輝度情報取得部６０の受光部から視た俯角は、常に運転者が見下ろす角度より低く、１０ｍ先の路面を視るとすると、水平より下側５．５度程度となることが分かる。

更に、水平より１度下向きの角度では、ちょうど６０ｍ先の路面、２度下向きの角度では２５ｍ〜３０ｍ先の路面の輝度情報を取得できることが分かる。走行時に虚像１１０を重畳させる背景の距離は、おおよそ２５ｍ〜６０ｍ程度である。従って、大半の走行状態において走行情報やナビ情報を表示することを想定した場合、輝度情報取得部６０の受光部の垂直方向の光取込角度範囲の上限は、前述のように、水平より下側に１度乃至２度程度とすることが最も望ましいという結論に至る。

又、垂直方向の光取込角度範囲が下側に大きくなると（例えば、８度〜１０度程度）、自車両１２０の前方側に位置する遮光領域Ｓで光が蹴られてしまう。この場合、背景の輝度ではない情報が取得されるため、垂直方向の光取込角度範囲の下限を、自車両１２０の前方側に位置する遮光領域Ｓよりも上側に制限している。

俯角が大きくなる側では、大抵は、自車両１２０のボンネットによって光が遮られることが多いため、垂直方向の光取込角度範囲の下限は、光がボンネットで遮られる角度より上側に設定することが望ましい。自車両１２０の形にも依存するので、この値は一意的に決まらないが、あらゆる車両に適用するために、なるべくなら下限値を大きくしないことが良く、θｄの値を５〜６度程度に設定することが望ましい。

すなわち、垂直方向の光取込角度範囲θｖは、数度程度、具体的には３度から５度、大きくても１０度程度とすることが望ましい。特に、ボンネットの近くをよぎって取り込まれる光線は、ボンネットの曲面の法線に対して、大きな角度で入射する光線となる場合があり、このような光は反射角度が大きいので反射率が高く、正しくない輝度情報が検出される要因となる。このような正しくない輝度情報の検出を防止するために下限値を設けることは、正しい輝度情報を得るために特段の効果がある。

虚像１１０の位置は、大抵は、水平方向より下側に見えるように背景と重なり合うので、図４の構成を採用することで、虚像１１０の背景の適切な輝度を検出でき、表示装置１において虚像１１０の明るさ、すなわち輝度を適切に設定できる。

図６は、自車両の上方から輝度情報取得部を視た図であり、輝度情報取得部の受光部から視た水平方向の光取込角度範囲（以下、単に、水平方向の光取込角度範囲とする）を示している。虚像１１０が現われる範囲は、横長の画面であることが多いため、背景の輝度情報を得るための水平方向の光取込角度範囲θｈは横長とすることが望ましい。

又、輝度情報取得部６０の受光部は光に対する感度特性を有しているので、取込角度が狭い場合（例えば、数度の場合）、特に夜の情報を正しく取り込めないおそれがある。この点からも、水平方向の光取込角度範囲θｈは広い方が望ましい。

そこで、輝度情報取得部６０の水平方向の光取込角度範囲θｈは、垂直方向の光取込角度範囲の望ましい値（θｖ＝３度から８度程度）より広くしている。具体的には、水平方向の光取込角度範囲θｈは、１０度より大きく９０度より小さい値であることが望ましい。

このように、水平方向の光取込角度範囲を広げることによって、横長の画面に対応した背景の輝度情報を得られる。又、輝度情報取得部６０の受光部への光の取込量を増やし、輝度情報取得部６０の受光部に入射する光の絶対量が少ないという問題を解決することができる。

［輝度情報取得部の構成］
図７は、輝度情報取得部の構成を例示する図であり、図７（ａ）は垂直方向の断面図、図７（ｂ）は正面図（光入射側から視た図）である。

図７に示すように、輝度情報取得部６０において、基板６１上に設けられたフォトセンサ６２と、一定の大きさの開口部６３ｘを有した開口部材６３が、フォトセンサ６２と開口部６３ｘとの位置関係を一定に保つようにケース６４に保持されている。基板６１には信号線６５が接続され、輝度情報取得部６０の外部との電気信号の授受を可能としている。

フォトセンサ６２は、ケース６４に入射した光を受光し、電気信号（アナログ信号）に変換する機能を有する。つまり、フォトセンサ６２は、自車両１２０の周囲環境の外光の明るさ（輝度情報）を検知することができる。フォトセンサ６２としては、例えば、光励起型のフォトダイオードや、強誘電体結晶の永久双極子モーメントを利用した焦電検出器等を用いることができる。

フォトセンサ６２は、光を受光する受光領域を備えており、受光領域の縦方向においては、上限６２ａの位置と、下限６２ｂの位置が存在している。このとき、上限６２ａの位置から距離ｄだけ離れた位置に開口幅Ｄｙの開口部６３ｘがあるとすると、概略としてｔａｎθ＝Ｄｙ／ｄを満たすθが光取込範囲となる。図７（ａ）では光線ａ_１と光線ａ_２の範囲である。同様に、下限６２ｂの位置では、光線ｂ_１とｂ_２の範囲となる。上限６２ａと下限６２ｂの範囲内に連続して受光領域があるので、光線ｂ_１から光線ａ_２の範囲が光取込範囲となる。

このように、図７に示す輝度情報取得部６０では、受光部であるフォトセンサ６２の前方に配置した開口部６３ｘにより垂直方向の光取込角度範囲を制限している。開口部６３ｘを配置した簡易な構成であるため、より安価な輝度情報取得部６０が実現できる。

次に、輝度情報取得部６０の具体的な角度特性について説明する。ここでは、水平方向の角度を０度、それから下向きをマイナスとし、輝度情報取得部６０から−８度の俯角で見下ろしたときに自車両１２０と干渉する状況を想定する。又、図７のｄを２０ｍｍ、Ｄｙを１．５ｍｍ、フォトセンサ６２の受光領域を０．５ｍｍ角とする。

このとき、計算上の最大取込角度は５．７度となる。これは幾何光学的に見積もった結果であり、この範囲外の光は、完全に遮断されるはずであるが、実際には光の回折や、フォトセンサ６２内での散乱等があり、光取込角度範囲を超えても取り込まれる光が存在する。光取込角度範囲とは、このような光を除いた、背景の輝度を決定するために必要な光を取り込む範囲である。

実際に、図７の輝度情報取得部６０を試作し、開口部６３ｘから数ｍ離れた位置で、数ｍｍの点光源を開口部６３ｘに対して横断するように走査し、垂直方向の角度特性を取得した。その結果を、図８に示す。図８において、横軸は取り込み角度、縦軸はその角度で入射したときの受光量（輝度情報）であり、最大値を１００とした。

前述のように、光取込角度範囲とは、均一な輝度の背景のときに最大値の５０％の光量となる範囲である。従って、図８では、Ｗ１（−１．４度〜―５．７度の範囲）が垂直方向の光取込角度範囲となる。Ｗ１が−８度から０度程度の範囲に入るように、輝度情報取得部６０全体を下側に傾けて設置すればよい。これにより、垂直方向の光取込角度範囲は図４のＨよりも下側でＬよりも上側となる。

同様に、水平方向に関しては、その開口幅Ｄｘを１５ｍｍとすると、計算上の最大取込角度は４２．４度となる。これよりも幅を広げたい場合には、開口幅Ｄｘを広げる、距離ｄを小さくする、受光領域が広いフォトセンサを選択する等の様々な手段を採用して適宜設計すればよい。このように、図７に示す輝度情報取得部６０は、非常に簡単な構成で光の取込角度を制限できる点で好適である。

但し、図７は輝度情報取得部６０の一例を示したもので、必ずしも図７の例に限定されるものではない。例えば、ケース６４は表示装置１の筐体と一体としてもよいし、筐体の一部にしてもよい。又、開口部材６３は、ケース６４と一体としてもよい。フォトセンサ６２と開口部６３ｘがあれば、取込角度を制限できる。

このように、第１の実施の形態では、輝度情報取得部６０を運転者１３０のアイボックスＡの下限よりも低い位置に配置し、輝度情報取得部６０のフォトセンサ６２から視た垂直方向の光取込角度範囲の上限を水平よりも下側としている。又、垂直方向の光取込角度範囲の下限をフォトセンサ６２の前方側に位置する自車両１２０の遮光領域Ｓよりも上側としている。

これにより、表示装置１では、従来の表示装置のように、水平方向よりも上側を含んだ明るさを検出することがないため、虚像の奥の物体の有無にかかわらず、常に運転者から視た虚像の背景の輝度を正しく取得できる。又、自車両１２０の遮光領域Ｓに光が蹴られることがないため、蹴られにより背景の輝度でない誤った情報が取得されることもない。そのため、水平よりも下側に現われる虚像１１０の、正確性の高い背景の輝度情報を検出することができる。その結果、虚像１１０の輝度を、自車両１２０の前方の明るさに応じて適切に調整することが可能となり、視やすい適切な明るさの虚像１１０を得ることができる。

但し、本実施の形態では、輝度情報取得部６０を運転者１３０のアイボックスＡの下限よりも低い位置に配置する例を示したが、これには限定されない。輝度情報取得部６０は、水平より下側の輝度を取得することが可能な任意の位置に配置することができ、この場合も上記と同様の効果を得ることができる。

又、本実施の形態では、垂直方向の光取込角度範囲の下限を輝度情報取得部６０の受光部よりも自車両１２０の前方側に位置する遮光領域Ｓよりも上側とする例を示したが、これには限定されない。例えば、輝度情報取得部６０を自車両１２０のボンネットの先端に配置することも可能であり、この場合、遮光領域Ｓ自体が存在しないため、『遮光領域Ｓよりも上側』という要件は不要となる。

〈第１の実施の形態の変形例１〉
第１の実施の形態の変形例１では、輝度情報取得部の他の例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例１において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図９は、輝度情報取得部の構成を例示する垂直方向の断面図（その１）である。図９に示すように、輝度情報取得部６０Ａでは、フォトセンサ６２と開口部６３ｘの中心を偏芯させている。具体的には、フォトセンサ６２の受光領域の縦方向の下限６２ｂが、開口部６３ｘの上端より上になっていることが好ましい。

つまり、最大取込角度の上限は、光線ｂ_１となり、水平よりも下側になる。又、フォトセンサ６２の受光領域の縦方向の上限６２ａと、開口部６３ｘの下端を結ぶ光線ａ_２が、自車両１２０の本体部分より上側を通過する下側最大（下限の）光線となるようにすればよい。

このように、開口部６３ｘをフォトセンサ６２よりも垂直方向において下側に配置することにより、基板６１や、開口部６３ｘは、表示装置１の基準に対して垂直の状態で組み立てられるため、組み立て性が向上し、組み付けコストが低減できる。又、寸法を決め易く精度を保ちやすい、組み付け作業性が改善される、組み付けバラツキを抑えることができる等のメリットがある。

〈第１の実施の形態の変形例２〉
第１の実施の形態の変形例２では、輝度情報取得部の更に他の例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例２において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図１０は、輝度情報取得部の構成を例示する垂直方向の断面図（その２）である。図１０に示すように、輝度情報取得部６０Ｂでは、開口部材６３の代わりにフォトセンサ６２の前方に集光部材６６を配置している。そして、集光部材６６により、自車両１２０の前方の輝度情報を得たい領域の像をフォトセンサ６２の受光領域に結像させて垂直方向の光取込角度範囲を制限している。

集光部材６６は、正のパワーを有していれば、集光部材６６に取り込まれる有効径で取込範囲が一意的に決まる。フォトセンサ６２の受光領域と背景の輝度情報を得たい領域とを略共役関係としているので、仮想的な絞りレンズ６７を前方に設けることができる。なお、距離ｄ_２はフォトセンサ６２の受光領域と集光部材６６の先端部との距離、距離ｄ_３はフォトセンサ６２の受光領域と仮想的な絞りレンズ６７との距離を示している。

集光部材６６の設計によって距離ｄ_３や絞りレンズ６７の仮想絞りの大きさを設定でき、その選択できる値の自由度が高まる。具体的には、距離ｄ_２の短縮や、絞りレンズ６７の仮想絞りの大きさを広げることが可能となる。

又、距離ｄ_２を短縮することは、輝度情報取得部の小型化に寄与し、表示装置１の筐体の近傍に設置しやすくなる。又、仮想絞りの大きさを広げることにより、取込の光量を増やすことが可能となり、より検出精度を向上させることができる。

〈第１の実施の形態の変形例３〉
第１の実施の形態の変形例３では、輝度情報取得部の水平方向の取込角を非対称にする例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例３において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図１１は、本実施の形態に係る輝度情報取得部の水平方向の光取込角度範囲について説明する図である。図１１に示すように、本実施の形態では、輝度情報取得部６０の水平方向の光取込角度範囲を絞り込んでいる。輝度情報取得部６０は、運転者１３０の目線の高さより低い位置に配置されているが、対向車２２０のヘッドライト２２５が直接運転者１３０の目に入ってこなくても、輝度情報取得部６０へと向かう光が多くなる場合がある。

この場合、背景の輝度情報が極端に上がってしまい、虚像の正しい輝度が決定できないおそれが生じる。又、ヘッドライト２２５が点灯していなくても、白色の車両や、黒っぽい車両では、外光の反射によって、背景の明るさが変る場合がある。これらの課題を解決する手段として、輝度情報取得部６０の受光部から視た水平方向の光取込角度範囲を左右非対称とした。

一方通行という特別な道路以外は、通常、走行レーンは左右どちらかにシフトしており、走行車両の環境状況も左右非対称である。従って、虚像の明るさを決定するための背景の明るさに関しても、左右非対称とすることで、適切な明るさを設定することが可能となる。

例えば、自車両１２０が左側通行の場合、走行前方を中心として左側は背景が走行に応じて後方に流れていき、その背景の状態に追従して環境の明るさが変化する。これに対して、右側は対向車２２０が走行している影響が大きく、背景の状態変化に加えて対向車２２０があるが故の明るさの変化がある。虚像の明るさを決定する上で、この対向車２２０による明るさの変化がノイズとして検出される場合が多い。

そこで、環境の明るさ以外がノイズとして検出されることを防ぐために、水平方向の光取込角度範囲を非対称にし、ノイズ成分が多い取込範囲を少なくする。これにより、虚像の正確な輝度を決定するための背景輝度を精度よく検出することができる。

具体的には、図１１に示すように、輝度情報取得部６０の水平方向の取込角度について、対向車側の取込範囲を、対向車側とは反対側の取込範囲よりも狭くした。図１１では、日本国では車が左側通行なので、自車両１２０の進行方向を基準とし、左側の取込範囲（角度）に対して、右側の取込範囲（角度）を狭め、対向車２２０のヘッドライト２２５から放たれる光線が輝度情報取得部６０に直接入り込み難くする。

このようにすることで、対向車２２０のヘッドライト２２５の光線のうち、輝度情報取得部６０へ向かう光線を低減でき、特に夜間走行において正しい背景の輝度を算出可能となる。なお、輝度情報取得部６０の配置を左側に向けてもよいが、図９に示す輝度情報取得部６０Ａのように、フォトセンサ６２と開口部６３ｘの中心を偏芯させてもよい。但し、この場合、偏芯させるのは水平方向である。

〈第１の実施の形態の変形例４〉
第１の実施の形態の変形例４では、輝度情報を取得する領域を台形にする例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例４において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図１２において、Ｅ_１は虚像が表示される虚像表示領域、Ｅ_２は輝度情報を取得する輝度情報取得領域を示している。虚像表示領域Ｅ_１はフロントガラス１２５の下部に配置される。虚像の焦点位置は、フロントガラス１２５上ではなく、数ｍ先の位置となるが、このとき、先すぼまりの画像を表示させることで、仮想３次元的な表示が可能となる。

つまり、自車両１２０より遠い背景に重畳される虚像として、上すぼまりの画像を表示することで、あたかも路面上に表示しているかのように見える。そこで、図１２に示すように、虚像表示領域Ｅ_１を略台形となるように設定し、そのときの輝度情報取得領域Ｅ_２も虚像表示領域Ｅ_１の表示範囲に準じて台形にすれば、より正しい背景輝度を算出することができる。

具体的には、図１２に示すように、輝度情報取得領域Ｅ_２に関し、虚像表示領域Ｅ_１を含む背景の領域を、自車両１２０から遠いエリアでは取込範囲Ｌ_１を狭くし、近い側では取込範囲Ｌ_２を広くする略台形形状とすることができる。但し、輝度情報取得領域Ｅ_２は、虚像表示領域Ｅ_１を必ずしも全て含まなくてもよく、虚像表示領域Ｅ_１の一部のみを被っていればよい。例えば、図１２のように、自車両１２０に近い側で、虚像表示領域Ｅ_１が輝度情報取得領域Ｅ_２からはみ出してもよい。

図１２の状態を実現するためには、例えば、図１３に示すように、開口部６３ｘの形状を上すぼまりの略台形とすればよい。なお、図１３は、輝度情報取得部の構成を例示する正面図（光入射側から視た図）である。

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。

例えば、上記実施の形態では、運転者１３０の側に表示装置１を配置する例を示したが、これに代えて、或いはこれに加えて、助手席等の運転者１３０以外の搭乗者用の表示装置を設けてもよい。例えば、助手席の搭乗者用の表示装置を設け、助手席の搭乗者に近隣の店舗情報を虚像として表示する場合等が考えられる。このように、表示装置１は、車両の搭乗者（運転者も含む）の前方に虚像を表示することができる。

又、上記実施の形態では、画像表示部４０において、３つのレーザを用いる例を示したが、単一のレーザを用いて単色の画像を形成する構成としてもよい。この場合には、合成素子等は不要である。

１ 表示装置
２０ 画像処理部
２１ 輝度調整部
２２ 画像出力部
４０ 画像表示部
４１ 光源部
４２ 光偏向器
４３ 第１ミラー
４４ 被走査面
４５ 第２ミラー
４９ 半透過鏡
６０、６０Ａ、６０Ｂ 輝度情報取得部
６１ 基板
６２ フォトセンサ
６３ 開口部材
６３ｘ 開口部
６４ ケース
６５ 信号線
６６ 集光部材
６７ 絞りレンズ
１１０ 虚像
１２０ 自車両
１２５ フロントガラス
１３０ 運転者

特開２０１１‐０９８６３４号公報

Claims (11)

1. 車両の搭乗者の前方に虚像を表示する表示装置であって、
   輝度情報取得部から取得した前記車両の前方の輝度情報に基づいて、表示する画像の輝度を調整する輝度調整部と、
   前記輝度調整部により輝度が調整された画像を搭乗者の視界に虚像として表示する画像表示部と、を有し、
   前記輝度情報取得部は、受光部の前方に配置した上すぼまり形状の開口部を介して光を取込むことを特徴とする表示装置。
2. 前記輝度情報取得部の前記受光部から視た垂直方向の光取込角度範囲の上限は、水平よりも下側であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記輝度情報取得部の受光部から視た水平方向の光取込角度範囲は、前記垂直方向の光取込角度範囲よりも広いことを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
4. 前記輝度情報取得部の受光部から視た水平方向の光取込角度範囲を左右非対称としたことを特徴とする請求項２又は３に記載の表示装置。
5. 前記水平方向の光取込角度範囲は、前記車両の進行方向に対する対向車側の範囲が、前記対向車側とは反対側の範囲より狭いことを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
6. 前記車両に近い位置における光の取込範囲より、前記車両から遠い位置における光の込み範囲を狭くしたことを特徴とする請求項２乃至５の何れか一項に記載の表示装置。
7. 前記開口部は、前記受光部よりも垂直方向において下側に配置されていることを特徴とする請求項２乃至６の何れか一項に記載の表示装置。
8. 前記輝度情報取得部は、前記受光部の前方に配置した集光部材により、前記輝度情報を得たい領域の像を前記受光部に結像させて前記垂直方向の光取込角度範囲を制限することを特徴とする請求項２乃至６の何れか一項に記載の表示装置。
9. 前記輝度情報取得部は、虚像認識可能領域より下側に設けられていることを特徴とする請求項２乃至８の何れか一項に記載の表示装置。
10. 前記垂直方向の光取込角度範囲の下限は、前記受光部の前方側に位置する前記車両の遮光領域よりも上側であることを特徴とする請求項２乃至９の何れか一項に記載の表示装置。
11. 請求項１乃至１０の何れか一項に記載の表示装置を搭載した車両。

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