JP6927159B2 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置に関する。
ヘッドアップディスプレイ装置は、車両の運転者の数メートル前方に虚像を表示する。これにより、運転者は、運転時等前方を目視している際に、当該運転者が自身の視線位置や焦点位置をあまり移動させなくても、様々な情報を視認することができる。例えば、特許文献１には、画像投射部から投射された画像表示光に基づく実像が結像される中間像形成部を備え、中間像形成部が透過した画像表示光の主光線の方向を制御することが記載されている。
しかしながら、特許文献１に記載のヘッドアップディスプレイ装置では、アイボックス（運転者が虚像を視認可能な範囲）は限られている。そのため、当該ヘッドアップディスプレイ装置では、運転者以外の同乗者が虚像を目視することは難しく、運転者であっても、前方を目視している以外の状態で虚像を目視することも困難である。
また、特許文献２には、ミラーによって投影手段から出射された画像情報を車両のフロントガラスに向けて所定の角度で反射させて虚像を表示するとともに、ダッシュボード上に設けられたスクリーンに実像を表示させることが記載されている。
特開２０１５−０５９９６９号公報 特開２０１５−０５４６２８号公報
しかし、特許文献２に記載のヘッドアップディスプレイ装置では、実像を表示する光路と虚像を表示する光路とに分けるための光学部品が増えてしまう。また、特許文献２に記載のヘッドアップディスプレイ装置では、虚像と実像とを運転者から見て異なる位置に提示するため、例えば、運転者に対して提示される情報が虚像表示から実像表示に切り替わった場合、運転者が当該情報に気づきにくくなるという問題がある。また、実像はダッシュボード上のスクリーンに表示されるため、スクリーンの向き等によっては、車両の同乗者から目視しにくくなってしまうという問題がある。
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、広い範囲に対して適切に情報を提示することができる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。
本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、可視光レーザによって形成される第１の画像表示光と、紫外光レーザによって形成される第２の画像表示光と、を出力する画像光出力部と、前記第１の画像表示光を拡散して透過するとともに、前記第２の画像表示光を拡散せずに透過するスクリーンと、可視光レーザを反射することによりユーザに虚像を提示するとともに、紫外光レーザを受光して自発光することにより前記ユーザに実像を提示する映像提示板に向けて、前記スクリーンを透過した前記第１の画像表示光及び前記第２の画像表示光を反射するミラーと、を備えるものである。
本発明によれば、広い範囲に対して適切に情報を提示することができるヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。
本発明の実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイ装置の構成を模式的に示す側面図である。 本発明の実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイ装置の画像光出力部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイ装置のレーザ光源部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイ装置のスクリーンの一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係るウィンドシールドの一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイ装置によって提示される虚像と実像の一例を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイ装置によって表示される虚像と実像の他の例を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイ装置における虚像と実像の表示方法の一例を示すフローチャートである。
実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
なお、以下の説明において、本実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置は自動車のダッシュボードに搭載されているとする。なお、ヘッドアップディスプレイ装置は、自動車以外の車両や、車両以外の他の乗物に取り付けられてもよい。
また、以下の説明において、ヘッドアップディスプレイ装置が搭載された自動車の方向を基準の方向とする。すなわち、以下の説明において、フロントガラス（ウィンドシールド）側が前方であり、運転者側が後方である。同様に、自動車のルーフ側が上方であり、地面側が下方であり、自動車の横方向（左右方向）が側方である。
図１乃至図５を用いて、ヘッドアップディスプレイ装置１００の構成について詳細に説明する。図１は、実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイ装置１００の構成を模式的に示す側面図である。また、図２は、ヘッドアップディスプレイ装置１００の画像光出力部１の構成を示すブロック図である。また、図３は、ヘッドアップディスプレイ装置１００のレーザ光源部２０の構成を示すブロック図である。また、図４は、ヘッドアップディスプレイ装置１００のスクリーン６の一例を示す断面図である。また、図５は、ウィンドシールド８の一例を示す断面図である。なお、図４及び図５において、断面を示すハッチングは省略されている。
図１に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置１００は、画像光出力部１、スクリーン６、ミラー７等を備え、映像提示板としてのウィンドシールド８に画像表示光を投射する。ヘッドアップディスプレイ装置１００は、画像光出力部１、スクリーン６、ミラー７等に加えて、映像提示板を含む構成であってもよい。
画像光出力部１は、可視光レーザによって形成される第１の画像表示光と、紫外光レーザによって形成される第２の画像表示光と、を出力する。
具体的には、画像光出力部１は、図２に示すように、制御部１０、レーザ光源部２０、スキャナ部３０等を備える。
そして、制御部１０によって制御されたレーザ光源部２０が、可視光レーザによって形成される第１の画像表示光と、紫外光レーザによって形成される第２の画像表示光とを出力する。また、制御部１０によって制御されたスキャナ部３０が、レーザ光源部２０によって出力された第１の画像表示光と第２の画像表示光とをスクリーン６に向かって反射して、走査する。これにより、スクリーン６上に、可視光レーザによって形成される第１の画像表示光に基づく表示画像ＩＭ（中間像）が描画される。また、スクリーン６は、可視光レーザによって形成される第１の画像表示光と紫外光レーザによって形成される第２の画像表示光とを透過する。スクリーン６の詳細については、後述する。
レーザ光源部２０は、レーザ光を出力するレーザモジュール２１、レーザモジュール２１が有するレーザダイオードを駆動するレーザドライバ２２、レーザ光の光量を測定するフォトダイオード２３等を備える。
レーザモジュール２１は、図３に示すように、赤色レーザダイオード２１１Ｒ、緑色レーザダイオード２１１Ｇ、青色レーザダイオード２１１Ｂ、紫外レーザダイオード２１１ＵＶ、各レーザダイオード２１１Ｒ、２１１Ｂ、２１１Ｇ、２１１ＵＶにそれぞれ対応するダイクロイックミラー２１２Ｒ、２１２Ｇ、２１２Ｂ、２１２ＵＶ等を有する。レーザダイオード２１１から出力された各色のレーザ光は、ダイクロイックミラー２１２によって合波されてスキャナ部３０に出力される。
ダイクロイックミラー２１２Ｒは、赤色レーザダイオード２１１Ｒから出力される赤色の波長の光をほぼ１００％反射する特性を有する。
ダイクロイックミラー２１２Ｇは、赤色レーザダイオード２１１Ｒから出力される赤色の波長の光をほぼ１００％透過させるとともに、緑色レーザダイオード２１１Ｇから出力される緑色の波長の光をほぼ１００％反射する特性を有する。
ダイクロイックミラー２１２Ｂは、その特性例として、赤色レーザダイオード２１１Ｒから出力される赤色の波長の光及び緑色レーザダイオード２１１Ｇから出力される緑色の波長の光を約９８％反射するとともに約２％透過させる特性を有する。さらにダイクロイックミラー２１２Ｂは、その特性例として、青色レーザダイオード２１１Ｂから出力される青色の波長の光を約９８％透過させるとともに約２％反射する特性を有する。
ダイクロイックミラー２１２ＵＶは、ダイクロイックミラー２１２Ｂによって反射された赤色の波長の光及び緑色の波長の光並びにダイクロイックミラー２１２Ｂを透過した青色の波長の光をほぼ１００％透過させるとともに、紫外レーザダイオード２１１ＵＶから出力される紫外光をほぼ１００％反射する特性を有する。
このようなダイクロイックミラー２１２の構成により、レーザダイオード２１１から出力された可視光（赤色の波長のレーザ光、緑色の波長のレーザ光及び青色の波長のレーザ光）の約９８％はスキャナ部３０に入射され、当該可視光の約２％は、フォトダイオード２３に入射される。また、レーザダイオード２１１から出力された紫外光の約１００％はスキャナ部３０に入射される。
レーザドライバ２２は、制御部１０からのレーザ駆動信号に基づいてレーザダイオード２１１を駆動する。
フォトダイオード２３は入射したレーザ光の光量を測定し、測定結果を制御部１０に出力する。
なお、レーザダイオード２１１及びダイクロイックミラー２１２の配置は図３に示したものに限らず、スキャナ部３０及びフォトダイオード２３に同様の出力がなされれば良い。
スキャナ部３０は、レーザ光源部２０から出力されたレーザ光を反射して走査するスキャナ（走査ミラー部）３１、スキャナ３１を駆動するスキャナドライバ３２、スキャナ３１の走査角を検出する走査角検出部（図示せず）等を有する。
スキャナ３１は、レーザ光を反射して垂直方向に走査する垂直ミラー３１１、レーザ光を反射して水平方向に走査する水平ミラー３１２等を有する。垂直ミラー３１１及び水平ミラー３１２は、ＭＥＭＳ(micro electro mechanical system)ミラー等により構成される。
スキャナドライバ３２は、制御部１０からのスキャナ駆動信号に基づき、スキャナ３１を駆動する。
スキャナ３１を垂直ミラー３１１及び水平ミラー３１２で構成する場合に、一般的には、垂直ミラー３１１はスキャナドライバ３２によって制御される走査角及び揺動周波数で動作し、水平ミラー３１２は揺動周波数が高いために共振による走査角及び揺動周波数で動作する。なお、水平ミラー３１２は垂直ミラー３１１と同様にスキャナドライバ３２によって制御される走査角及び揺動周波数で動作するようにしても良い。
制御部１０は、画像入力部としての画像処理部１１、レーザ光源制御部１２、スキャナ制御部１３、車両情報取得部１４等を有する。制御部１０は例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等で構成される。そして、制御部１０に予め書き込まれたハードウェア言語に従って動作することにより、画像光出力部１の各部を制御する。
なお、制御部１０は、図示しない演算装置及び図示しない記憶部等を備えているものであってもよく、演算装置が記憶部に格納されたプログラムを実行することにより、制御部１０における全ての処理が実現してもよい。この場合、制御部１０のそれぞれの記憶部に格納されるプログラムは、演算装置に実行されることにより、制御部１０のそれぞれにおける処理を実現するためのコードを含む。なお、記憶部は、例えば、このプログラムや、制御部１０における処理に利用される各種情報を格納することができる任意の記憶装置を含んで構成される。記憶装置は、例えば、メモリ等である。制御部１０の各構成要素は、プログラム等のソフトウェアによって実現されることに限られず、ハードウェア、ファームウェア及びソフトウェアのうちのいずれかの組み合わせ等によって実現されても良い。
上述したプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、制御部１０に供給されてもよい。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（random access memory））を含む。
また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によって制御部１０に供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムを制御部１０に供給できる。
画像処理部１１は、入力された表示画像データに対して、例えば、描画の形状や明るさ等の調整等を行って、レーザ光源制御部１２に画像データを入力する。具体的には、画像処理部１１は、レーザ光源制御部１２に、第１の画像表示光を形成するための第１の画像データと、第２の画像表示光を形成するための第２の画像データと、を入力する。なお、第２の画像データは、第１の画像データとは異なる画像データ、又は、第１の画像データと同一の画像データである。例えば、画像処理部１１は、第１の画像データとして、自動車の走行状況を示す画像のデータを入力し、第２の画像データとして、警告を示す画像のデータを入力する。
画像処理部１１に入力される表示画像データは、外部機器（不図示）から入力される。外部機器は、ヘッドアップディスプレイ装置１００で表示するための表示画像データを生成して、画像処理部１１に出力する。外部機器は、例えば、カーナビゲーション装置、ＣＡＮ（Control Area Network）等を経由した自動車の制御装置などである。また、外部機器は、スマートフォンやタブレット端末等の外部端末であってもよい。また、表示画像データは、ヘッドアップディスプレイ装置１００において生成されてもよい。
ナビゲーション装置は、進行方向情報（右折、左折、直進等）、目的地までの距離情報等を出力する。自動車の制御装置は、自動車の走行速度情報等を出力する。外部端末は、電話機能やメール機能の着信有無情報を出力する。外部端末がナビゲーションアプリを有する場合、外部端末は、ナビゲーションアプリからの進行方向情報、目的地までの距離情報等を出力する。これらの情報は、数値や文字列等を示すデジタルデータとして、画像処理部１１に入力されてもよく、映像を構成するデジタルデータとして、画像処理部１１に入力されてもよい。さらに、表示画像データは、サイドカメラやリアカメラで撮像した撮像画像を含んでいてもよい。
レーザ光源制御部１２は、第１の画像データおよび第２の画像データに基づいたレーザ駆動信号をレーザドライバ２２に出力して、レーザダイオード２１１の出力を制御する。これにより、レーザ光源制御部１２は、レーザ光源部２０による第１の画像表示光及び第２の画像表示光の出力を制御する。具体的には、レーザ光源制御部１２は、画像処理部１１において生成された画像データに基づく描画画像の色や輝度に応じて、赤色、青色、緑色のレーザダイオード２１１Ｒ、２１１Ｂ、２１１Ｇ及び紫外レーザダイオード２１１ＵＶの駆動を制御する。また、レーザ光源制御部１２は、フォトダイオード２３が検出したレーザ光の強度に基づいて、レーザ光源部２０の状態を判断し、レーザダイオード２１１の駆動電流値を決定してレーザドライバ２２を制御するＡＰＣ（Auto Power Control）処理を行う。
また、レーザ光源制御部１２は、第１の画像表示光と第２の画像表示光とを異なるタイミングで出力するようにレーザ光源部２０を制御してもよい。
あるいは、レーザ光源制御部１２は、第１の画像表示光と第２の画像表示光とを時間的に重なったタイミングで、ウィンドシールド８において重ならない位置に提示されるようにレーザ光源部２０の出力を制御してもよい。
また、レーザ光源制御部１２は、自動車の状態が、運転者が車外を注視する必要がある状態である場合は、第１の画像表示光を出力するようにレーザ光源部２０を制御し、自動車の状態が、運転者が車外を注視する必要がない状態である場合は、第２の画像表示光を出力するようにレーザ光源部２０を制御してもよい。
スキャナ制御部１３は、スキャナ駆動信号をスキャナドライバ３２に出力してスキャナ３１によるレーザ光の走査を制御する。スキャナ制御部１３は、スキャナ３１の走査角を検出する走査角検出部（図示せず）の検出信号を監視して、スキャナ３１の走査角、波形の生成、揺動周波数の制御等を行う。
車両情報取得部１４は、自動車の状態に関する情報（以下、車両状態情報と称する。）を取得する。例えば、車両情報取得部１４は、車両状態情報として、自動車の状態が、当該自動車の運転者が車外を注視する必要がある状態であるか否かを判断するための情報を取得する。具体的には、車両情報取得部１４は、上述した自動車の制御装置等の外部機器（不図示）から、当該自動車が自動運転モードとなっているか否かの情報を取得する。または、車両情報取得部１４は、当該自動車のギヤ情報、パーキングブレーキ情報、現在位置情報など、自動車の状態に関する情報を取得する。
スクリーン６は、第１の画像表示光を拡散して透過するとともに、第２の画像表示光を拡散せずに透過する。つまり、スクリーン６は、可視光レーザを拡散して透過するとともに、紫外光レーザを拡散せずに透過する。また、スクリーン６上に、可視光レーザによって形成される第１の画像表示光に基づく表示画像ＩＭ（中間像）が描画される。なお、当該表示画像ＩＭは、第１の画像表示光がスクリーン６上に投影されることによりスクリーン６上に表示される実像である。具体的には、図４に示すように、スクリーン６は拡散板であり、スクリーン６によって第１の画像表示光が拡散される角度は、スクリーン６の大きさや焦点距離によって決定される。また、スクリーン６に入射する光がレーザ光である場合には、当該レーザ光のスペックルノイズが低減される。
具体的には、スクリーン６は、図４に示すように、レーザ光が入射する面と反対側の表面に屈折率ｎを有する高さｈの凸部６１がランダムに配置された板状部材である。ここで、空気の屈折率をｎａｉｒとし、紫外レーザダイオード２１１ＵＶが出力するレーザ光の波長をλとし、ｍを正の整数とすると、スクリーン６の表面に形成された凸部６１は、次の式（１）を満たす。なお、例えば、λは４０５ｎｍである。
（ｎ−ｎａｉｒ）×ｈ＝ｍ×λ ・・・（１）
スクリーン６の表面に上記式（１）を満たす凸部６１が形成されていることにより、紫外光レーザによって形成される第２の画像表示光は、スクリーン６によって拡散されずに透過される。具体的には、凸部６１を通過した第２の画像表示光の位相と凸部６１と凸部６１の間の凹部６２を通過した第２の画像表示光の位相とは同じになるため、第２の画像表示光、つまり紫外光レーザは、スクリーン６によって拡散されない。
一方、スクリーン６の表面に上記式（１）を満たす凸部６１が形成されていることにより、可視光レーザによって形成される第１の画像表示光は、スクリーン６によって拡散されて透過される。具体的には、凸部６１の屈折率と凹部６２の屈折率とが異なるため、第１の画像表示光、つまり可視光レーザは、スクリーン６によって拡散される。なお、上記式（１）において、凸部６１の屈折率はｎであり、凹部６２の屈折率はｎａｉｒである。
ミラー７は、スクリーンを透過した第１の画像表示光及び第２の画像表示光を反射する。また、ミラー７は、第１の画像表示光及び第２の画像表示光を拡大する。ミラー７は、第１の画像表示光及び第２の画像表示光をウィンドシールド８における映像提示範囲に向けて反射する。ミラー７の上方向には、ウィンドシールド８が配置されている。したがって、ミラー７により反射された第１の画像表示光及び第２の画像表示光は、ウィンドシールド８に入射する。また、ミラー７は、ウィンドシールド８が第１の画像表示光を反射することによってユーザが視認する虚像の歪みを補正する機能を有する。ここで、ユーザとは、少なくとも自動車の運転者を含み、当該自動車の同乗者を含んでもよい。
また、ミラー７には、ミラー７によって反射される光の光路を変更する部材（図示省略）が取り付けられていてもよい。当該光路を変更する部材（以下、光路変更部と称する。）は、ミラー７を駆動することにより、第１の画像表示光及び第２の画像表示光の反射光路を変更する。例えば、光路変更部は、サーボモータやギヤ等を有しており、当該サーボモータやギヤ等を作動させることにより、ミラー７の向きを変える。これにより、光路変更部は、ミラー７による第１の画像表示光及び第２の画像表示光の反射光路を変更することができる。
また、ウィンドシールド８は、ミラー７によって反射された第１の画像表示光（可視光レーザ）を反射することによりユーザに虚像を提示する。また、ウィンドシールド８は、ミラー７によって反射された第２の画像表示光（紫外光レーザ）を受光して自発光することによってユーザに実像を提示する。
具体的には、ウィンドシールド８は、例えば、図５に示すように、２枚のガラス板８１と、当該２枚のガラス板８１の間に挟まれた自発光中間膜８２と、を備える。自発光中間膜８２は、紫外光によって励起されて蛍光を発する発光材料８２Ａを含有している。また、自発光中間膜８２は、紫外光以外の光を透過する性質を有する。
そして、ミラー７によって反射されてウィンドシールド８に入射した第１の画像表示光は、ガラス板８１によって運転者へと反射される。これにより、運転者は、第１の画像表示光に基づく虚像を自動車の前方の風景に重畳された状態で視認する。なお、同乗者が自動車に乗車している位置によっては、同乗者も当該虚像を視認することができる。
一方、ミラー７によって反射されてウィンドシールド８に入射した第２の画像表示光によって、自発光中間膜８２が発光する。これにより、運転者及び同乗者は、第２の画像表示光に基づく実像をウィンドシールド８上に視認することができる。
また、第１の画像表示光と第２の画像表示光の画像光出力部１からウィンドシールド８までの光路はほぼ同じである。
例えば、ウィンドシールド８によって第１の画像表示光が運転者へと反射されることにより、図６（Ａ）に示すように、ウィンドシールド８上の映像提示範囲に、自動車の走行状況である走行速度等を示す虚像が表示される。
また、ウィンドシールド８の自発光中間膜８２が第２の画像表示光を受光して自発光することによって、図６（Ｂ）に示すように、ウィンドシールド８上の映像提示範囲に、警告「ＣＡＵＴＩＯＮ」を示す実像が表示される。
図６に示す例では、自動車の走行状況を示す虚像と、警告を示す実像とが、ウィンドシールド８上の映像提示範囲の同じ位置に表示される。この場合、図６（Ａ）に示す第１の画像表示光に基づく虚像と、図６（Ｂ）に示す第２の画像表示光に基づく実像とは、異なるタイミングでウィンドシールド８上の映像提示範囲に表示されてもよい。具体的には、画像処理部１１がレーザ光源制御部１２に、第１の画像データとして、自動車の走行状況を示す画像のデータを入力し、第２の画像データとして、警告を示す画像のデータを入力する。そして、レーザ光源制御部１２は、第１の画像表示光と第２の画像表示光とを異なるタイミングで出力するようにレーザ光源部２０を制御する。
また、図７に示す他の例では、ウィンドシールド８によって第１の画像表示光が運転者へと反射されることにより、図７（Ａ）に示すように、ウィンドシールド８上の映像提示範囲に、自動車の走行状況である走行速度等を示す虚像が表示される。
また、ウィンドシールド８の自発光中間膜８２が第２の画像表示光を受光して自発光することによって、図７（Ｂ）に示すように、ウィンドシールド８上の映像提示範囲内であって、虚像が表示されていない範囲に、警告マークを示す実像が表示される。
上述のように、図７に示す例では、自動車の走行状況を示す虚像と、警告を示す実像とが、ウィンドシールド８上の映像提示範囲の重ならない位置に表示される。換言すれば、図７（Ｂ）に示すように、ウィンドシールド８上の映像提示範囲内において、可視光レーザを用いて第１の画像データを描画する範囲と、紫外光レーザを用いて第２の画像データを描画する範囲とが分けられている。この場合、図７（Ａ）に示す第１の画像表示光に基づく虚像と、図７（Ｂ）に示す第２の画像表示光に基づく実像とは、時間的に重なったタイミングでウィンドシールド８上の映像提示範囲に表示されてもよい。具体的には、画像処理部１１がレーザ光源制御部１２に、第１の画像データとして、自動車の走行状況を示す画像のデータを入力し、第２の画像データとして、警告を示す画像のデータを入力する。そして、レーザ光源制御部１２は、第１の画像表示光と第２の画像表示光とを時間的に重なったタイミングで、ウィンドシールド８において重ならない位置に提示されるように出力するようにレーザ光源部２０を制御する。
また、画像処理部１１がレーザ光源制御部１２に入力する第１の画像データと第２の画像データとが同一の画像データである場合、図８に示すように、車両情報取得部１４によって取得された、自動車の状態に関する情報（車両状態情報）に基づいて、ウィンドシールド８の映像提示範囲に表示される第１の画像表示光に基づく虚像と第２の画像表示光に基づく実像とが切り替えられてもよい。
具体的には、まず、車両情報取得部１４によって取得された車両状態情報に基づいて、制御部１０は、自動車の状態が、運転者が車外を注視する必要がある状態か否かを判断する（ステップＳ１０１）。なお、当該判断は、制御部１０の処理によって実現される、図示しない状態判断部などの構成要素が行ってもよい。運転者が車外を注視する必要がない状態とは、自動運転モードである場合、つまり手動運転モードではない場合である。また、運転者が車外を注視する必要がない状態とは、ギヤの選択がパーキングである場合、または、ギヤの選択がパーキングで自動車の現在位置が道路上ではないことを示している場合などである。
ステップＳ１０１において、自動車の状態が、運転者が車外を注視する必要がある状態である場合（ステップＳ１０１；Ｙｅｓ）、レーザ光源制御部１２は、第１の画像表示光を出力するようにレーザ光源部２０を制御する（ステップＳ１０２）。これにより、ウィンドシールド８の映像提示範囲には、第１の画像表示光に基づく虚像が表示される。
ステップＳ１０１において、自動車の状態が、運転者が車外を注視する必要がない状態である場合（ステップＳ１０１；Ｎｏ）、レーザ光源制御部１２は、第２の画像表示光を出力するようにレーザ光源部２０を制御する（ステップＳ１０３）。これにより、ウィンドシールド８の映像提示範囲には、第２の画像表示光に基づく実像が表示される。
次に、例えば、画像処理部１１による第１の画像データ及び第２の画像データのレーザ光源制御部１２への入力が終了しているか否かなど、映像の提示の終了を判断できる条件に基づいて、レーザ光源制御部１２は、レーザ光源部２０によるレーザ光の出力を終了すべきか否かを判断する（ステップＳ１０４）。
ステップＳ１０４において、レーザ光源部２０によるレーザ光の出力を終了しない場合（ステップＳ１０４；Ｎｏ）、ステップＳ１０１の処理へと戻る。
ステップＳ１０４において、レーザ光源部２０によるレーザ光の出力を終了する場合（ステップＳ１０４；Ｙｅｓ）、本処理を終了する。
なお、画像処理部１１がレーザ光源制御部１２に入力する第１の画像データと第２の画像データとが異なる画像データであり、図６に示すように、第１の画像表示光に基づく虚像と第２の画像表示光に基づく実像とが異なるタイミングでウィンドシールド８上の映像提示範囲に表示される場合も、図８に示すように、車両状態情報に基づいて、ウィンドシールド８の映像提示範囲に表示される当該虚像と当該実像とが切り替えられてもよい。
運転者が車外を注視する必要がない状態に、ウィンドシールド８の映像提示範囲に第２の画像表示光に基づく実像を表示する理由としては、運転者が車外を注視する必要がない状態においては、運転者の目の位置は、アイボックス外にあることが多いためである。例えば、自動運転モードで走行している場合、運転者は車外を注視しない場合が多い。また、車両が駐車中は、運転者は車外を注視しない場合が多い。ここでいう車外を注視するとは、運転者が車外前方に視線を向けて着座している状態、つまり運転者が虚像を見ることができる状態である。
以上に説明した、実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイ装置１００によれば、画像光出力部１によって出力された可視光レーザによって形成される第１の画像表示光がスクリーン６によって拡散されて透過され、画像光出力部１によって出力された紫外光レーザによって形成される第２の画像表示光がスクリーン６によって拡散されずに透過され、ミラー７によってスクリーン６を透過した第１の画像表示光及び第２の画像表示光が、可視光レーザを反射することによりユーザに虚像を提示するとともに、紫外光レーザを受光して自発光することによりユーザに実像を提示するウィンドシールド８に向かって反射される。また、第１の画像表示光と第２の画像表示光の画像光出力部１からウィンドシールド８までの光路はほぼ同じであるため、第１の画像表示光に基づく虚像と第２の画像表示光に基づく実像とは同一の映像提示範囲内に表示される。そのため、運転者は、自身の視線位置や焦点位置をあまり移動させなくても、第１の画像表示光に基づく虚像と第２の画像表示光に基づく実像との双方を視認することができる。また、ウィンドシールド８は、第２の画像表示光を受光して自発光することによってユーザに実像を提示するため、運転者だけでなく同乗者が当該実像を視認することができる。これにより、広い範囲に対して適切に情報を提示することができるヘッドアップディスプレイ装置１００を提供することができる。
また、スクリーン６は、第１の画像表示光を拡散して透過するため、第１の画像表示光に基づく虚像の視認性を良好に保つことができる。また、スクリーン６は、第２の画像表示光を拡散せずに透過する。そのため、ウィンドシールド８の自発光を促すのに十分なエネルギーを確保することができる。また、スクリーン６によって第２の画像表示光は拡散されないため、ウィンドシールド８の不要な箇所を発光させずに済み、ウィンドシールド８の視認性を不要に妨げずに済む。
また、画像処理部１１は、第１の画像表示光を形成するための第１の画像データと、第１の画像データとは異なる画像データであって第２の画像表示光を形成するための第２の画像データと、をレーザ光源制御部１２に入力する。そのため、第１の画像表示光に基づく虚像によってユーザに提示する情報と、第２の画像表示光に基づく実像によってユーザに提示する情報とを異ならせることができ、ユーザにより適切に情報を提示することができる。
また、レーザ光源制御部１２は、第１の画像表示光と第２の画像表示光とを異なるタイミングで出力するようにレーザ光源部２０を制御する。そのため、第１の画像表示光に基づく虚像によってユーザに提示する情報と、第２の画像表示光に基づく実像によってユーザに提示する情報とが異なっていても、虚像と実像との双方の視認性を損なわずに済む。
また、レーザ光源制御部１２は、第１の画像表示光と第２の画像表示光とを時間的に重なったタイミングで、ウィンドシールド８において重ならない位置に提示されるように出力するようにレーザ光源部２０を制御する。そのため、そのため、第１の画像表示光に基づく虚像によってユーザに提示する情報と、第２の画像表示光に基づく実像によってユーザに提示する情報とが異なっていても、虚像と実像との双方の視認性を損なわずに済む。また、ユーザは、所望するタイミングで、虚像と実像との双方を確認することができる。
また、画像処理部１１は、第１の画像データとして、自動車の走行状況を示す画像のデータを入力し、第２の画像データとして、警告を示す画像のデータを入力する。そのため、より緊急性を要する警告情報が実像として表示されるため、運転手だけでなく同乗者も当該警告情報を視認することができる。
また、車両情報取得部１４によって、車両状態情報として、自動車の状態が、当該自動車の運転者が車外を注視する必要がある状態であるか否かに関する情報が取得され、レーザ光源制御部１２は、自動車の状態が、運転者が車外を注視する必要がある状態である場合は、第１の画像表示光を出力するようにレーザ光源部２０を制御し、自動車の状態が、運転者が車外を注視する必要がない状態である場合は、第２の画像表示光を出力するようにレーザ光源部２０を制御する。そのため、例えば、手動運転時等、運転者が車外を注視する必要がある場合には、運転手は、車外を注視することによって自動車の前方に表示される虚像を視認することができる。また、自動運転時等、運転者が車外を注視する必要がない場合には、運転手及び同乗者は、ウィンドシールド８上に表示される実像を視認することができる。運転者が車外を注視する必要がない場合、自動車の前方に表示される虚像を見落とす可能性があるが、ウィンドシールド８上に実像を表示することによって、運転者及び同乗者に適切に情報を提示することができる。
また、このとき、画像処理部１１がレーザ光源制御部１２に入力する第１の画像データと第２の画像データとが同一の画像データであることにより、手動運転時等、運転者が車外を注視する必要がある場合と、自動運転時等、運転者が車外を注視する必要がない場合との双方において、ユーザは、適切に情報を視認することができる。
また、画像処理部１１がレーザ光源制御部１２に入力する第１の画像データと第２の画像データとが異なる画像データである場合でも、車両状態情報に基づいて、ウィンドシールド８の映像提示範囲に表示される当該虚像と当該実像とが切り替えられてもよい。これにより、手動運転時等、運転者が車外を注視する必要がある場合には、運転手は、自動車の前方に表示される虚像を視認することにより、例えば、走行に必要な走行速度等の走行状況に関する情報を取得することができる。また、自動運転時等、運転者が車外を注視する必要がない場合には、運転手及び同乗者は、ウィンドシールド８上に表示される実像を視認することにより、例えば、より緊急性を要する警告情報を取得することができる。
なお、本発明は上述した実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
１００ ヘッドアップディスプレイ装置
１ 画像光出力部
１０ 制御部
１１ 画像処理部（画像入力部）
１２ レーザ光源制御部
１４ 車両情報取得部
２０ レーザ光源部
６ スクリーン
６１ 凸部
６２ 凹部
７ ミラー
８ ウィンドシールド（映像提示板）
ＩＭ 表示画像（中間像）

Claims (5)

  1. 可視光レーザによって形成される第１の画像表示光と、紫外光レーザによって形成される第２の画像表示光と、を出力するレーザ光源部と、前記レーザ光源部による前記第１の画像表示光及び前記第２の画像表示光の出力を制御するレーザ光源制御部と、前記レーザ光源制御部に画像データを入力する画像入力部とを備える、画像光出力部と、
    前記第１の画像表示光を拡散して透過するとともに、前記第２の画像表示光を拡散せずに透過するスクリーンと、
    可視光レーザを反射することによりユーザに虚像を提示するとともに、紫外光レーザを受光して自発光することにより前記ユーザに実像を提示する映像提示板に向けて、前記スクリーンを透過した前記第１の画像表示光及び前記第２の画像表示光を反射するミラーと、
    を備え、
    前記画像入力部は、前記第１の画像表示光を形成するための第１の画像データである車両の走行状況を示す画像のデータと、前記第１の画像データとは異なる画像データであって前記第２の画像表示光を形成するための第２の画像データである警告を示す画像のデータと、を前記レーザ光源制御部に入力する、
    車両に搭載される、ヘッドアップディスプレイ装置。
  2. 前記レーザ光源制御部は、前記第１の画像表示光と前記第２の画像表示光とを異なるタイミングで出力するように前記レーザ光源部を制御する、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  3. 前記レーザ光源制御部は、前記第１の画像表示光と前記第２の画像表示光とを時間的に重なったタイミングで、前記映像提示板において重ならない位置に提示されるように出力するように前記レーザ光源部を制御する、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  4. 可視光レーザによって形成される第１の画像表示光と、紫外光レーザによって形成される第２の画像表示光と、を出力するレーザ光源部と、前記レーザ光源部による前記第１の画像表示光及び前記第２の画像表示光の出力を制御するレーザ光源制御部と、前記レーザ光源制御部に、前記第１の画像表示光を形成するための第１の画像データと前記第１の画像データと同一の画像データであって前記第２の画像表示光を形成するための第２の画像データと、を入力する画像入力部とを備える、画像光出力部と、
    前記第１の画像表示光を拡散して透過するとともに、前記第２の画像表示光を拡散せずに透過するスクリーンと、
    可視光レーザを反射することによりユーザに虚像を提示するとともに、紫外光レーザを受光して自発光することにより前記ユーザに実像を提示する映像提示板に向けて、前記スクリーンを透過した前記第１の画像表示光及び前記第２の画像表示光を反射するミラーと、
    車両の状態が、前記車両の運転者が車外を注視する必要がある状態であるか否かを判断するための情報を取得する車両情報取得部と、
    を備え、
    前記レーザ光源制御部は、
    前記車両の状態が、前記運転者が車外を注視する必要がある状態である場合は、前記第１の画像表示光を出力するように前記レーザ光源部を制御し、
    前記車両の状態が、前記運転者が車外を注視する必要がない状態である場合は、前記第２の画像表示光を出力するように前記レーザ光源部を制御する、
    車両に搭載される、ヘッドアップディスプレイ装置。
  5. 前記画像入力部は、前記第１の画像データ及び前記第２の画像データとして、前記車両の走行状況を示す画像のデータ又は警告を示す画像のデータを入力する、請求項４に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
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