JP7131397B2 - 虚像表示装置 - Google Patents

Description

この明細書による開示は、虚像表示装置に関する。

従来、画像の表示光を反射部に反射されることにより、表示虚像を表示する虚像表示装置が知られている。特許文献１に開示の装置は、画像表示パネル、バックライトを備えている。画像表示パネルは、画像を表示する表示画面を有する。バックライトは、光源面を分割するように配置された複数の照明セグメントを有し、光源面から画像表示パネルを照明する。バックライトは、各照明セグメントの点灯状態と消灯状態を個別に切り替えて、ローカルディミング制御される。ここで、各照明セグメントのうち、画像表示パネルが画像を表示する領域の直下の照明セグメントのみ、選択的に点灯状態となる。

特許第６２９９５２３号公報

さて、画像の表示光を反射部に反射させて表示虚像を表示する虚像表示装置においては、表示虚像の視認者が頭を動かす等して、視点が移動した場合に、表示虚像の輝度低下等により、視認性が低下する問題がある。とりわけバックライトがローカルディミング制御される態様においては、この問題はより深刻なものとなる。

具体的に特許文献１の装置のように、表示画面において画像が表示された表示部分直下の照明セグメントのみを点灯状態とすると、視認者の視点が正面からずれて表示虚像を斜めから見た場合に、表示虚像と、その背後に形成される光源面虚像との間に視差が発生する。視点から表示虚像への視線の延長線上において、照明セグメントの虚像が消灯状態である可能性がある。この場合、実質的に表示虚像が十分に照明されていないように視認されるので、当該表示虚像の視認性が低下することが懸念されている。

この明細書の開示による目的のひとつは、表示虚像の視認性が良好な虚像表示装置を提供することにある。

ここに開示された態様のひとつは、画像の表示光を反射部（３ａ）に反射させることにより、表示虚像（ＶＤＰ）を表示する虚像表示装置であって、
画像を表示する表示画面（２２ａ）を有する画像表示パネル（２２）と、
光源面（２６）を分割するように配置された複数の照明セグメント（２５）を有し、光源面から画像表示パネルを照明するバックライト（２４）と、
各照明セグメントの点灯状態と消灯状態とを個別に切り替えて、バックライトをローカルディミング制御するバックライト制御部（５４，２５４）と、を備え、
表示虚像の背後に、光源面の光源面虚像（ＶＬＳ）が形成され、
表示虚像と、表示虚像を視認する視認者の視点として想定される視点想定位置（ＰＥ）とを通る仮想線（Ｌｖ）を定義すると、
バックライト制御部は、各照明セグメントのうち、光源面虚像において仮想線が交差する交差位置（ＰＣ）に対応する照明セグメントを、点灯状態とし、それ以外の照明セグメントを、消灯状態としている。

このような態様によると、バックライトにおいて、光源面を分割するように配置された複数の照明セグメントのうち、表示虚像の背後に形成された光源面虚像において仮想線が交差する交差位置に対応する照明セグメントが、点灯状態とされる。この仮想線は、表示虚像と、表示虚像を視認する視認者の視点として想定される視点想定位置を通る線として、定義される。すなわち、視点想定位置から表示虚像への視線の延長線上に、点灯状態の照明セグメントの虚像が存在することとなる。したがって、視認者が視点想定位置から表示虚像を見た場合に、当該表示虚像がバックライトによって照明されているように視認される。故に、バックライトがローカルディミング制御されていても、視認者の視点から視認される表示虚像の輝度低下が抑制されているので、当該表示虚像の視認性は良好なものとなる。

なお、括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。

第１実施形態のＨＵＤ装置の車両への搭載状態を示す図である。 第１実施形態の表示器の構成を模式的に示す図である。 第１実施形態の表示器と制御ユニットとの関係を示すブロック図である。 第１実施形態の光源面と表示画面との関係を模式的に示す図である。 第１実施形態の分割領域と拡張判定領域との関係を示す図である。 第１実施形態の仮想線を説明するための模式図である。 第１実施形態において正面から右にずれて斜めに表示虚像を見た場合を説明するための図である。 第１実施形態のバックライト制御部によるフローチャートである。 第２実施形態における図３に対応する図である。 第２実施形態の数式ｆの各パラメータ及び概念を説明するための図である。 第２実施形態のバックライト制御部によるフローチャートである。 変形例２のうちの一例における拡張判定領域を示す図である。 変形例２のうちの他の一例における拡張判定領域を示す図である。

以下、複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合せることができる。

（第１実施形態）
図１に示すように、本開示の第１実施形態による虚像表示装置は、車両１に用いられ、当該車両１のインストルメントパネル２内に収容されるヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤ装置）１０である。ＨＵＤ装置１０は、車両１のウインドシールド３に設定された反射部３ａへ向けて画像の表示光を投影する。これにより、ＨＵＤ装置１０は、画像を、視認者としての乗員により視認可能な表示虚像ＶＤＰとして表示する。すなわち反射部３ａにて反射される画像の表示光が、車両１の室内に設定された視認領域ＥＢに到達することにより、視認領域ＥＢに視点が位置する乗員が各種情報を認識することができる。

表示される各種情報としては、例えば車速、燃料残量等の車両１の状態を示す情報、又は視界補助情報、道路情報等のナビゲーション情報が挙げられる。

以下において、特に断り書きがない限り、前、後、上、下、左及び右が示す各方向は、水平面ＨＰ上の車両１を基準として記載される。

車両１のウインドシールド３は、例えばガラスないし合成樹脂により透光性の板状に形成された透過部材であり、インストルメントパネル２よりも上方に配置されている。ウインドシールド３は、前方から後方へ向かう程、インストルメントパネル２とは離間するように傾斜して配置されている。ウインドシールド３は、画像の表示光が投影される反射部３ａを、滑らかな凹面状又は平面状に形成している。なお、反射部３ａは、ウインドシールド３に設けられていなくてもよい。例えば車両１と別体となっているコンバイナを車両１内に設置して、当該コンバイナに反射部３ａが設けられていてもよい。

視認領域ＥＢは、表示虚像ＶＤＰが視認可能となる空間領域であって、アイボックスとも称される。視認領域ＥＢは、典型的には、車両１に設定されたアイリプスと重なるように設定される。アイリプスは、乗員のアイポイント（すなわち視点）の空間分布を統計的に表したアイレンジに基づいて、仮想の楕円体状に設定されている。アイリプスは、通常、座席のヘッドレストから少し前方の空間に設定される。そして、乗員の正面姿勢（首を傾けない姿勢）においては、左眼及び右眼が左右方向に並んで位置するので、視認領域ＥＢは、左右方向を長手方向とする左右に長い矩形状に設定される。

このように、本実施形態のＨＵＤ装置１０は、反射部３ａに対する乗員の視点の相対位置が多少変位することを、想定している。ＨＵＤ装置１０の具体的構成を、図２，３も用いて、以下に説明する。ＨＵＤ装置１０は、ハウジング１１、表示器２１、拡大導光部４１及び制御ユニット５１等により構成されている。

図１に示すように、ハウジング１１は、例えば合成樹脂ないし金属等により、表示器２１、拡大導光部４１、及び制御ユニット５１等を収容する中空形状を有しており、車両１のインストルメントパネル２内に設置されている。ハウジング１１は、反射部３ａとは上下方向に対向する上面部に、光学的に開口する窓部１２を有している。窓部１２は、例えば表示光を透過可能な防塵シート１３で覆われている。

表示器２１は、表示画面２２ａに画像を表示し、その画像の表示光を拡大導光部４１へ向けて投射する。本実施形態の表示器２１は、透過型の液晶表示器となっている。表示器２１は、図２，３に示すように、表示画面２２ａを有する画像表示パネル２２、バックライト２４、及び照明光学部３０を有し、例えば遮光性を有する箱状のケーシングにこれらを収容して構成されている。

図１に示すように、拡大導光部４１は、表示器２１の表示画面２２ａから発せられた画像の表示光を導光する光路を形成している。拡大導光部４１は、例えば平面鏡４２及び凹面鏡４４を有している。

平面鏡４２は、例えば合成樹脂ないしガラスからなる基材の表面に、アルミニウムを蒸着させること等により、反射面を形成している。平面鏡４２の反射面は、滑らかな平面状に形成されている。表示器２１から平面鏡４２に入射した表示光は、その反射面により凹面鏡４４へ向けて反射される。

凹面鏡４４は、例えば合成樹脂ないしガラスからなる基材の表面に、アルミニウムを蒸着させること等により、反射面を形成している。凹面鏡４４の反射面は、凹状に湾曲することで、滑らかな凹面状に形成されている。平面鏡４２から凹面鏡４４に入射した表示光は、その反射面により反射部３ａへ向けて反射される。ここで、正の光学パワーを有する凹面鏡４４の反射面での反射によって、表示虚像ＶＤＰを表示画面２２ａの画像に対して拡大することが可能となっている。

こうして凹面鏡４４に反射された表示光は、防塵シート１３を透過することでＨＵＤ装置１０の外部へ射出され、ウインドシールド３の反射部３ａに入射する。反射部３ａに反射された表示光が乗員の視点に到達すると、当該乗員は表示虚像ＶＤＰを視認可能となるのである。ここで、反射部３ａは、透過部材としてのウインドシールド３に設定されているので、表示虚像ＶＤＰは、ウインドシールド３を通して視認される車外の景色と重畳して表示される。

また、凹面鏡４４は、制御ユニット５１によって制御されているステッピングモータの駆動に応じて、左右方向に伸びる回転軸４４ａのまわりに回動可能となっている。こうした回動によって、表示虚像ＶＤＰの表示位置を上下方向に変位するように調整することができる。

以下では、本実施形態の表示器２１及びその制御について詳細に説明する。図２に示すように、表示器２１の画像表示パネル２２は、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor、ＴＦＴ）を用いたＴＦＴ液晶パネルであって、例えば２次元配列にて配列された複数の液晶画素２３から形成されたアクティブマトリクス型の液晶パネルである。

画像表示パネル２２は、長手方向ＬＤ及び短手方向ＳＤを有する矩形状を呈している。液晶画素２３が長手方向ＬＤ及び短手方向ＳＤに直線状に配列されることで、拡大導光部４１側を向き、画像を表示光として射出する表示画面２２ａもまた矩形状を呈している。表示画面２２ａの長手方向ＬＤは表示虚像ＶＤＰにおける左右方向に対応し、表示画面２２ａの短手方向ＳＤは表示虚像ＶＤＰにおける上下方向に対応している。各液晶画素２３では、表示画面２２ａの法線方向に貫通して設けられる透過部と、当該透過部を囲んで形成された配線部とが設けられている。

画像表示パネル２２は、一対の偏光板及び一対の偏光板に挟まれた液晶層等が積層されて形成されていることで、平板状を呈している。各偏光板は、互いに実質直交する透過軸及び吸収軸を有し、透過軸方向に偏光した光を透過させ、吸収軸方向に偏光した光を吸収する性質を有する。一対の偏光板は、透過軸を互いに直交させて配置されている。液晶層は、液晶画素毎の電圧の印加により、印加電圧に応じて液晶層に入射する光の偏光方向を回転させることが可能となっている。こうして画像表示パネル２２は、偏光方向の回転により拡大導光部４１側の偏光板を透過する光の割合、すなわち透過率を、液晶画素２３毎（より厳密にはサブ画素毎）に変えることができる。

したがって、画像表示パネル２２は、バックライト２４側の表面である照明対象面２２ｂからの光源光の入射に対応して、液晶画素２３毎の透過率が制御されることで、表示画面２２ａに画像を表示する。１つの液晶画素２３を構成する複数のサブ画素には、互いに異なる色（例えば赤、緑及び青）のカラーフィルタが設けられており、これらの組み合わせにより様々な色が実現されるようになっている。

バックライト２４は、画像表示パネル２２の照明対象面２２ｂへの照明に用いられる。バックライト２４は、いわゆる直下型又は直下型に準じたバックライトであり、複数の照明セグメント２５及び当該照明セグメント２５を保持する基板２４ａ等により構成されている。

本実施形態において、各照明セグメント２５には、１つの発光ダイオード素子が採用されている。各照明セグメント２５は、基板２４ａ上の照明用回路による配線パターンを通じて、電源と電気的に接続されている。より詳細に、各照明セグメント２５は、チップ状の青色発光ダイオードを、透光性を有する合成樹脂に黄色蛍光剤を混合した黄色蛍光体により封止することにより形成されている。青色発光ダイオードから電流量に応じて発せられた青色光により、黄色蛍光体が励起されて黄色光を発光し、青色光と黄色光との混合により、各照明セグメント２５から疑似白色の光源光が発せられる。各照明セグメント２５は、個別に点灯状態と消灯状態とを切り替え可能となっている。

本実施形態では、基板２４ａの表面に沿って複数の照明セグメント２５が配列されることによって、照明セグメント２５の集合による面光源状の光源面２６が形成されている。各照明セグメント２５は、平面状の光源面２６を分割するように配置されている。より詳細に照明セグメント２５は、矩形状の格子をなすように２次元方向に配列されていることで、各照明セグメント２５の占有領域は、矩形状に定義される。

光源面２６に対して画像表示パネル２２は、傾斜して配置されている。これにより、各照明セグメント２５が光源面２６に実質垂直な方向を強度ピーク方向として光源光が発せられると、表示に寄与する光源光は、画像表示パネル２２を斜めに透過することとなる。

また各照明セグメント２５は、画像表示パネル２２の照明対象面２２ｂないし表示画面２２ａのうち、個別に対応する部分的な領域を、主として照明するようになっている。換言すると、表示画面２２ａには、照明セグメント２５の配列に対応して仮想的に分割された分割領域ＤＡが設定されている。本実施形態では、上記強度ピーク方向に沿うように光源面２６及び画像表示パネル２２を見た場合に、個別対応関係にある照明セグメント２５と分割領域ＤＡとが恰度重畳する位置関係となる。本実施形態において「重畳状態」「非重畳状態」とは、強度ピーク方向に沿うように光源面２６及び画像表示パネル２２を見た場合を基準とする。

照明光学部３０は、バックライト２４の光源面２６と画像表示パネル２２との間に配置されている。照明光学部３０は、照明セグメント２５と分割領域ＤＡとの個別対応関係を保持しつつ、光源光の指向性を調整する。照明光学部３０は、例えばレンズアレイ３１、フレネルレンズ３２及び拡散板３３を有している。

レンズアレイ３１は、複数の凸レンズ素子３１ａが照明セグメント２５の数及び配置に合わせて配列されて形成されている。特に本実施形態の各凸レンズ素子３１ａは、外周輪郭を矩形状に形成し、個別に対応する照明セグメント２５と対向して配置されている。各凸レンズ素子３１ａは、例えば合成樹脂ないしガラス等により透光性を有して形成され、対応する照明セグメント２５からの光源光を集光する。

フレネルレンズ３２は、例えば合成樹脂ないしガラス等により透光性を有して平板状に形成されている。フレネルレンズ３２は、レンズアレイ３１側から入射した光源光をさらに集光して平行化する。

拡散板３３は、画像表示パネル２２の照明対象面２２ｂに対して近接状態又は接着状態に配置され、例えば透光性合成樹脂からなる基材にマイクロビーズ等の拡散粒子を混合することにより、シート状に形成されている。拡散板３３は、フレネルレンズ３２側から入射した光を拡散して、画像表示パネル２２に入射する光源光の指向性をさらに調整する。

図１，３に示す制御ユニット５１は、いわゆるコンピュータであり、少なくとも１つのプロセッサ、メモリ装置、入出力インターフェースを含む電子回路を主体として構成されている。プロセッサは、メモリ装置に記憶されているコンピュータプログラムを実行する演算回路である。メモリ装置は、例えば半導体メモリ等によって提供され、プロセッサによって読み取り可能なコンピュータプログラムを非一時的に格納するための非遷移的実体的記録媒体である。

制御ユニット５１は、表示器２１及び凹面鏡４４のステッピングモータと通信可能に接続されている。加えて、制御ユニット５１は、通信を用いた電気信号の入力によって車両１のＥＣＵ（Electric Control Unit）等からの各種情報を取得可能に構成されている。なお、制御ユニット５１と各要素との間の通信においては、有線通信、無線通信を問わず各種の好適な通信方式が採用され得る。

制御ユニット５１は、画像制御部５２及びバックライト制御部５４等の制御部を、コンピュータプログラムの実行により演算処理を行なう機能部として備える。

画像制御部５２は、ＥＣＵが生成し、当該ＥＣＵから入力された画像が表示画面２２ａに表示されるように、画像表示パネル２２を制御する。あるいは、画像制御部５２は、ＥＣＵからの情報に応じて画像を生成し、当該画像が表示画面２２ａに表示されるように、画像表示パネル２２を制御する。

表示画面２２ａに表示される画像は、車外の景色と重畳する表示虚像ＶＤＰとして結像されることを前提にレイアウトされている。具体的に、表示画面２２ａのうち一部分だけが、画像の表示部分Ｐ１に設定される。表示部分Ｐ１には、文字又は図柄が画像として表示され、当該表示部分Ｐ１では画素２３の透過率が所定値に設定されて表示光が射出される。表示部分Ｐ１を除く他部には、実質的に何も表示されない背景部分Ｐ２が設定される。背景部分Ｐ２では、画素２３の透過率が最小値に設定されて表示光が表示画面２２ａから極力射出されないように、画像表示パネル２２が制御される。

バックライト制御部５４は、図４に示すように、画像制御部５２と連携して、バックライト２４をローカルディミング制御（部分駆動制御ともいう）する。具体的に、バックライト制御部５４は、各照明セグメント２５の点灯状態と消灯状態とを、個別に切り替える。複数の照明セグメント２５のうち、上述の表示部分Ｐ１の視認に関係する照明セグメント２５だけが点灯状態となり、それ以外の照明セグメント２５が消灯状態となる。

なお、図４において、光源面２６側では、点灯状態の照明セグメント２５がハッチングなしで図示されており、消灯状態の照明セグメント２５がドットハッチング入りで図示されている。また、表示画面２２ａ側では、表示部分Ｐ１がハッチングなし図示されており、点灯状態の照明セグメント２５と重畳する分割領域ＤＡが薄いドットハッチング入りで図示されており、消灯状態の照明セグメント２５と重畳する分割領域ＤＡが濃いドットハッチング入りで示されている。表示画面２２ａ側において細線で区分け図示されているのは、液晶画素２３である。なお、図４において照明セグメント２５等の符号は全てに付していない（図５，７も同様）。

各照明セグメント２５の点灯及び消灯の切り換えは、表示画面２２ａにおける表示部分Ｐ１の配置に基づいて、バックライト制御部５４により判定される。

従来のローカルディミング制御では、特定の照明セグメントに個別対応する分割領域内に、表示部分が設定されていれば当該特定の照明セグメントが点灯状態とされ、表示部分が設定されていなければ当該特定の照明セグメントが消灯状態とされる。したがって、表示部分と重畳状態の（換言すると、表示部分直下の）照明セグメントのみが点灯状態に設定される。

ところが本実施形態のローカルディミング制御では、各分割領域ＤＡを拡張した拡張判定領域ＥＪＡ（図５破線参照）が判定に用いられる。具体的に、特定の照明セグメント２５に個別対応する分割領域ＤＡを拡張した拡張判定領域ＥＪＡ内に、表示部分Ｐ１が設定されていれば当該特定の照明セグメント２５が点灯状態とされ、表示部分Ｐ１が設定されていなければ当該特定の照明セグメント２５が消灯状態とされる。

そうすると、表示部分Ｐ１と重畳状態の（換言すると、表示部分Ｐ１直下の）照明セグメント２５ａが点灯状態に設定されることは勿論、当該表示部分Ｐ１とは占有領域全体が非重畳状態の（換言すると、表示部分Ｐ１に非直下の、あるいは背景部分Ｐ２直下の）照明セグメント２５であって、照明セグメント２５ａの周囲の照明セグメント２５も、点灯状態に設定され得る。より詳細に、表示部分Ｐ１とは占有領域全体が非重畳状態の照明セグメントであって、光源面２６において表示部分Ｐ１と重畳する領域（換言すると、表示部分Ｐ１直下の領域）から拡張方向に所定距離以下の範囲に位置する照明セグメント２５ｂが、拡張点灯領域ＥＬＡ（図４の破線参照）として点灯状態となるのである。

ここでいう所定距離は、０よりも大きな値であり、分割領域ＤＡに対する拡張判定領域ＥＪＡの拡張幅に基づいている。拡張幅が大きく設定されている程、実質的な所定距離が大きいということになり、例えば所定距離と拡張幅は一致する。本実施形態では、長手方向ＬＤの拡張幅及び短手方向ＳＤの拡張幅がそれぞれ設定され、矩形状の分割領域ＤＡに対して矩形状の拡張判定領域ＥＪＡが設定されているので、所定距離も、長手方向ＬＤと短手方向ＳＤとで異なっている。

例えば、分割領域ＤＡに対する拡張判定領域ＥＪＡの長手方向ＬＤの拡張幅は、分割領域ＤＡに対する拡張判定領域ＥＪＡの短手方向ＳＤの拡張幅よりも大きく設定されている。特に本実施形態では、短手方向ＳＤの拡張幅は、０とされている。このように、所定距離が光源面２６の接線方向に沿った拡張方向で０よりも大きな値に設定されていれば、所定距離が０の方向（換言すると点灯領域が拡張されない方向）が設定されていてもよい。本実施形態では、拡張方向が長手方向ＬＤに設定されているので、表示部分Ｐ１と重畳する照明セグメント２５ａから長手方向ＬＤにずれた照明セグメント２５ｂも点灯することとなる。

こうして判定に用いられる各拡張判定領域ＥＪＡは、互いに重複部分を有している。この重複部分に表示部分Ｐ１が設定されると、重複部分を構成する各拡張判定領域ＥＪＡに対応する複数の照明セグメント２５がそれぞれ点灯することとなる。

さて、図１に示すように、ＨＵＤ装置１０により表示虚像ＶＤＰを表示する光学系において、バックライト２４は、ウインドシールド３を挟んで視認領域ＥＢとは反対側、詳細には表示虚像ＶＤＰよりも遠方となる当該表示虚像ＶＤＰの背後に、光源面２６の虚像（以下、光源面虚像ＶＬＳ）を形成する。光源面虚像ＶＬＳは、表示虚像ＶＤＰを通して、例えば表示虚像ＶＤＰの輝度分布のような形で乗員により認識され得る。表示虚像ＶＤＰと光源面虚像ＶＬＳとは、バックライト２４の構成及び拡大導光部４１の拡大倍率等に基づいて、互いに離間している。

ここで、図６に示すように、表示虚像ＶＤＰと、表示虚像ＶＤＰを視認する乗員の視点として想定される視点想定位置ＰＥとを通る仮想線Ｌｖを定義する。そうすると、視点想定位置ＰＥから表示虚像ＶＤＰを見た場合に、乗員は、仮想線Ｌｖに沿って光源面虚像ＶＬＳを視認することとなるので、光源面虚像ＶＬＳにおいて仮想線Ｌｖが交差する交差位置ＰＣに対応する照明セグメント２５による輝度を、表示虚像ＶＤＰの輝度として認識することになる。

そして、表示虚像ＶＤＰと光源面虚像ＶＬＳとは上述のように離間しているので、視点想定位置ＰＥから仮想線Ｌｖが表示画面２２ａの虚像をその法線方向に貫通せず、斜めに貫通する場合には、上述の交差位置ＰＣが表示虚像ＶＤＰとは非重畳状態の照明セグメント２５に位置する場合も生じ得る。本実施形態では、こうした交差位置ＰＣの照明セグメント２５が点灯状態となるように、すなわち交差位置ＰＣが拡張点灯領域ＥＬＡに含まれるように、ローカルディミング制御が実施される。

より詳細に、本実施形態では、視点想定位置ＰＥは、左右に長い矩形状の視認領域ＥＢの全体に定義される。すなわち、仮想線Ｌｖは、視認領域ＥＢの各箇所（例えば視認領域ＥＢ内に所定間隔で仮想的な格子状に設定される各箇所）に対応して複数定義される。こうして複数定義された各仮想線Ｌｖに対応する交差位置ＰＣの照明セグメント２５が点灯状態となっているのである。

このため、例えば乗員の視点が正面から右方にずれた場合（図７参照）に、表示部分Ｐ１に対して点灯状態の照明セグメント２５が全体的に右方に変位したように認識され得るが、拡張点灯領域ＥＬＡが視点から表示部分Ｐ１へ向かう視線の延長線上に残存している。

以下、第１実施形態のＨＵＤ装置１０による処理、特にバックライト制御部５４による処理を、図８のフローチャートを用いて説明する。図８のフローチャートは、例えば画像の書き換えが生じる毎に実施され、ＨＵＤ装置１０の作動中には何度も繰返し実施されることとなる。

まず、ステップＳ１１１では、バックライト制御部５４は、表示画面２２ａに表示される画像の輝度について、バックライト２４の照明閾値を超えているか否かを判定する。この照明閾値は、画像データの圧縮時のノイズによる誤点灯を防止するために設定されている。照明閾値以下の輝度の画素２３は、背景部分Ｐ２（ノイズが生じた部分を含む）とみなされる。照明閾値を超える輝度の画素２３は、表示部分Ｐ１とみなされる。ステップＳ１１１の処理後、ステップＳ１１２へ移る。

ステップＳ１１２では、バックライト制御部５４は、各照明セグメント２５について、拡張判定領域ＥＪＡ内に画像の表示部分Ｐ１が設定されているか否かを判定する。拡張判定領域ＥＪＡ内に画像の表示部分Ｐ１が設定されている照明セグメント２５は、点灯すべき照明セグメントである。一方、拡張判定領域ＥＪＡ内に画像の表示部分Ｐ１が設定されていない照明セグメント２５は、点灯の必要性が低い照明セグメントである。ステップＳ１１２の処理後、ステップＳ１１３へ移る。

ステップＳ１１３では、バックライト制御部５４は、点灯すべき照明セグメント２５を点灯する。以上を以って、一連の処理を終了する。このようにして、表示虚像ＶＤＰの視認に好適なローカルディミング制御が実現される。

（作用効果）
以上説明した第１実施形態の作用効果を以下に説明する。

第１実施形態によると、バックライト２４において、光源面２６を分割するように配置された複数の照明セグメント２５のうち、表示虚像ＶＤＰの背後に形成された光源面虚像ＶＬＳにおいて仮想線Ｌｖが交差する交差位置ＰＣに対応する照明セグメント２５が、点灯状態とされる。この仮想線Ｌｖは、表示虚像ＶＤＰと、表示虚像ＶＤＰを視認する視認者の視点として想定される視点想定位置ＰＥを通る線として、定義される。すなわち、視点想定位置ＰＥから表示虚像ＶＤＰへの視線の延長線上に、点灯状態の照明セグメント２５の虚像が存在することとなる。したがって、視認者が視点想定位置ＰＥから表示虚像ＶＤＰを見た場合に、当該表示虚像ＶＤＰがバックライト２４によって照明されているように視認される。故に、バックライト２４がローカルディミング制御されていても、視認者の視点から視認される表示虚像ＶＤＰの輝度低下が抑制されているので、当該表示虚像ＶＤＰの視認性は良好なものとなる。

また、第１実施形態によると、仮想線Ｌｖは、表示虚像ＶＤＰが視認可能な視認領域ＥＢ全体を視点想定位置ＰＥとして、視認領域ＥＢの各箇所に対応して複数定義される。そして、光源面虚像ＶＬＳにおいて各仮想線Ｌｖが交差する交差位置ＰＣに対応する各照明セグメント２５が、点灯状態とされる。故に、視認者の視点が視認領域ＥＢに存在し、表示虚像ＶＤＰが視認可能となる状態において、当該視点から表示虚像ＶＤＰへの視線の延長線上に、点灯状態の照明セグメント２５の虚像が存在することとなる。故に、視認領域ＥＢから視認される表示虚像ＶＤＰの輝度低下が抑制されているので、当該表示虚像ＶＤＰの視認性は良好なものとなる。

また、第１実施形態によると、バックライト２４において、光源面２６を分割するように配置された複数の照明セグメント２５のうち、画像の表示部分Ｐ１直下の照明セグメント２５ａを点灯状態とすることに加えて、拡張点灯領域ＥＬＡの照明セグメント２５ｂが、点灯状態とされる。拡張点灯領域ＥＬＡの照明セグメント２５ｂとは、占有領域全体が表示部分Ｐ１に非直下の照明セグメントであって、光源面２６において表示部分Ｐ１直下の領域から拡張方向に所定距離以下の範囲に位置する照明セグメントである。したがって、視認者の視点が正面から拡張方向にずれて表示虚像ＶＤＰを斜めから見た場合に、視点から表示虚像ＶＤＰへの視線の延長線上に、点灯状態の照明セグメント２５の虚像が存在する蓋然性を高めることができる。故に、バックライト２４がローカルディミング制御されていても、当該表示虚像ＶＤＰがバックライト２４によって照明されているように視認されることにより、視認者の視点から視認される表示虚像ＶＤＰの輝度低下が抑制されているので、当該表示虚像ＶＤＰの視認性は良好なものとなる。

また、第１実施形態によると、拡張点灯領域ＥＬＡの拡張幅は、上下方向よりも左右方向にて大きい。このようにすると、視認者が左右に並ぶ左眼及び右眼にて表示虚像ＶＤＰを両眼視しても、右眼からみた表示虚像ＶＤＰ及び左眼からみた表示虚像ＶＤＰの両方の輝度低下が抑制されるので、表示虚像ＶＤＰを視認する際の違和感を低減することができる。

（第２実施形態）
図９～１１に示すように、第２実施形態は第１実施形態の変形例である。第２実施形態について、第１実施形態とは異なる点を中心に説明する。

第２実施形態のバックライト制御部５４は、ドライバステータスモニタ（Driver Status Monitor、以下ＤＳＭ）４と共に、虚像表示システムを構成している。制御ユニット５１は、ＤＳＭ４に対して通信可能となっており、バックライト制御部２５４は、ＤＳＭ４と連携して、バックライト２４をローカルディミング制御する。

ＤＳＭ４は、乗員の顔を撮像し、その画像を解析することで、乗員の左眼の位置及び右眼の位置を検出する眼検出部として機能し、さらに好ましくは、乗員の居眠りやわき見を監視する。ＤＳＭ４は、例えばインストルメントパネル２、ウインドシールド３の上方等、車両１において乗員の顔を撮影し易い位置に設置されている。ＤＳＭ４は、照明体、カメラ４ａ（図１０参照）及び画像解析部等により構成されている。

照明体は、乗員の顔を照明光により照明する。照明光は、乗員に感知され難いことが好ましいので、照明体には、照明光として近赤外光を用いた近赤外光源が採用されている。カメラ４ａは、乗員の顔を撮影対象として撮影する。カメラ４ａは、撮像素子、及び撮像素子上に撮影対象を結像するためのレンズ部を有している。撮像素子には、例えばＣＭＯＳセンサ等、近赤外光に良好な感度を持ち、検出する像の解像度が高い素子が採用されている。

画像解析部は、いわゆるコンピュータないしＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の電子回路により実現される制御部である。画像解析部は、撮像素子による画像データを解析する。解析により得られた乗員の左眼の位置及び右眼の位置は、ＨＵＤ装置１０の制御ユニット５１へ向けて逐次出力される。

第２実施形態において、制御ユニット５１のメモリ装置には、予め、数式ｆ（Ｅ（ｐｘ，ｐｙ，ｐｚ），Ａ（ｉｘ，ｉｙ））が記憶されている。数式ｆにおいて、Ｅ（ｐｘ，ｐｙ，ｐｚ）は、視認領域ＥＢ上の視点位置を表す。Ａ（ｉｘ，ｉｙ）は、表示虚像ＶＤＰ上の表示部分Ｐ１の画像座標を表す。そして、数式ｆは、視点位置Ｅ（ｐｘ，ｐｙ，ｐｚ）と画像座標Ａ（ｉｘ，ｉｙ）とを通る仮想線Ｌｖと、光源面虚像ＶＬＳとの交差位置ＰＣを表す式である。なお、ｘ方向は車両１の左右方向に対応し、ｙ方向は車両１の上下方向に対応し、ｚ方向は車両１の前後方向に対応している。

予め記憶される数式ｆは、実機における実験により算出されてもよく、光学シミュレーションにより算出されてもよい。表示虚像ＶＤＰと光源面虚像ＶＬＳとの距離は、拡大導光部４１での拡大の影響を受けて大きくなってしまうので、この影響も当然に数式ｆに組み込まれる。

第２実施形態のバックライト制御部５４は、ＤＳＭ４から入力された左眼の位置及び右眼の位置と、現在表示しようとしている表示部分Ｐ１の画像座標Ａ（ｉｘ，ｉｙ）とを取得する。バックライト制御部５４は、取得したこれらの値を数式ｆに代入することによって、仮想線Ｌｖと光源面虚像ＶＬＳとの交差位置ＰＣを求め、当該交差位置ＰＣに基づいて、点灯状態にするバックライト位置Ｌ（ｌｘ，ｌｙ）を決定する。換言すると、バックライト制御部５４は、以下の等式を解く。
ｆ（Ｅ（ｐｘ，ｐｙ，ｐｚ），Ａ（ｉｘ，ｉｙ））----＝Ｌ（ｌｘ，ｌｙ）

すなわち、ＤＳＭ４により検出された乗員の左眼の位置及び右眼の位置を視点想定位置ＰＥとして、仮想線Ｌｖが定義されていることになる。本実施形態では、左眼の位置を数式ｆに代入し、交差位置ＰＣを求めると共に、右眼の位置を数式に代入し、交差位置ＰＣを求め、各交差位置ＰＣに対応する照明セグメント２５が点灯状態に設定される。

また本実施形態では、数式ｆに代入される表示部分Ｐ１の画像座標Ａ（ｉｘ，ｉｙ）は、表示部分Ｐ１が複数の画素２３により構成されて面積をもつ場合が多いので、表示部分Ｐ１の各画素２３の座標を数式ｆに代入し、各画素２３毎の交差位置ＰＣを求め、各画素２３毎の交差位置ＰＣに対応する照明セグメント２５が点灯状態に設定される。

すなわち、本実施形態では、眼の総数と表示部分Ｐ１の画素２３の総数との積だけ、数式ｆの計算がなされる。なお、後述する変形例４～６のように計算を簡略化することもできる。

以下、第２実施形態のＨＵＤ装置２１０による処理、特にバックライト制御部２５４による処理を、図１１のフローチャートを用いて説明する。図１１のフローチャートによる処理は、例えば所定時間毎に実施され、ＨＵＤ装置１０の作動中、何度も繰返し実施されることとなる。

まず、ステップＳ２１１では、バックライト制御部２５４は、ＤＳＭ４にて検出された視点位置Ｅ（ｐｘ，ｐｙ，ｐｚ）を取得する。ステップＳ２１１の処理後、ステップＳ２１２へ移る。

ステップＳ２１２では、第１実施形態のステップＳ１１１と同様に、バックライト制御部２５４は、表示画面２２ａに表示される画像の輝度について、バックライト２４の照明閾値を超えているか否かを判定する。ステップＳ２１２の処理後、ステップＳ２１３へ移る。

ステップＳ２１３では、バックライト制御部２５４は、表示画面２２ａの点灯状態の画像座標Ａ（ｉｘ，ｉｙ）について、数式ｆを用いてバックライト位置Ｌ（ｌｘ，ｌｙ）を算出する。ステップＳ２１３の処理後、ステップＳ２１４へ移る。

ステップＳ１１３では、バックライト制御部２５４は、点灯すべきバックライト位置Ｌ（ｌｘ，ｌｙ）に対応する照明セグメント２５を点灯する。以上を以って、一連の処理を終了する。このようにして、表示虚像ＶＤＰの視認に好適なローカルディミング制御が実現される。

以上説明した第２実施形態によると、仮想線Ｌｖは、視認者の眼の位置を検出するＤＳＭ４により検出された眼の位置を視点想定位置ＰＥとして、定義される。ＤＳＭ４を用いて視点想定位置ＰＥが狭い領域に絞り込まれることにより、表示虚像ＶＤＰの輝度低下を抑制しつつも、より多くの照明セグメント２５を消灯状態に設定することができる。したがって、より高効率のローカルディミング制御を実現することができる。

（他の実施形態）
以上、複数の実施形態について説明したが、本開示は、それらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。

具体的に第１実施形態に関する変形例１としては、拡張点灯領域ＥＬＡとして点灯された照明セグメント２５ｂの輝度が、画像の表示部分Ｐ１直下の照明セグメント２５ａの輝度よりも小さくなるように、バックライト制御部５４がバックライト２４を制御する。このようにすると、表示虚像ＶＤＰを斜めから見た場合の輝度低下を抑制しつつも、表示虚像ＶＤＰの視認態様として斜めから見る場合よりも正面から見る場合が選択される可能性が高いという傾向を鑑みて、拡張点灯領域ＥＬＡでのエネルギー効率を高めることが可能となる。

第１実施形態に関する変形例２としては、拡張点灯領域ＥＬＡの拡張方向を、左右方向及び上下方向の両方としてもよい。この場合では、図１２，１３に示すように、分割領域ＤＡに対する拡張判定領域ＥＪＡの長手方向ＬＤの拡張幅が０より大きな値に設定されると共に、短手方向ＳＤの拡張幅が０より大きな値に設定される。図１２の例では、長手方向ＬＤの拡張幅と短手方向ＳＤの拡張幅とが等しく設定されている。また図１３の例では、長手方向ＬＤの拡張幅は、短手方向ＳＤの拡張幅よりも大きく設定されている。

第１実施形態に関する変形例３としては、視点想定位置ＰＥが左右に長い矩形状の視認領域ＥＢの全体に定義され、仮想線Ｌｖが視認領域ＥＢの各箇所に対応して複数定義される構成において、拡張判定領域ＥＪＡによる判定に代えて、第２実施形態のように数式ｆを用いて点灯状態の照明セグメント２５を決定するようにしてもよい。例えば視認領域ＥＢ内に所定間隔で仮想的な格子状に設定される複数の視点位置Ｅ（ｐｘ，ｐｙ，ｐｚ）をそれぞれ数式ｆに代入し、視点位置Ｅ（ｐｘ，ｐｙ，ｐｚ）毎に算出されたバックライト位置Ｌ（ｌｘ，ｌｙ）に対応する照明セグメント２５が全て点灯状態となる。

第２実施形態に関する変形例４としては、左眼に対応する仮想線Ｌｖ及び右眼に対応する仮想線Ｌｖそれぞれを計算しなくてもよい。ＤＳＭ４に検出された左眼の位置及び右眼の位置の平均値を、視点位置Ｅ（ｐｘ，ｐｙ，ｐｚ）として数式ｆに代入してもよい。

第２実施形態に関する変形例５としては、視点位置Ｅ（ｐｘ，ｐｙ，ｐｚ）のｐｚには、ＤＳＭ４から取得した値ではなく、視認領域ＥＢに設計的に定められた固定値が採用されてもよい。これにより、計算量を低減することができる。

第２実施形態に関する変形例６としては、画像座標Ａ（ｉｘ，ｉｙ）について、表示部分Ｐ１の各画素２３の座標に対応する仮想線Ｌｖをそれぞれ計算しなくてもよい。例えば、表示部分Ｐ１の輪郭に対応する画素２３の座標に対応する仮想線Ｌｖだけを計算して、交差位置ＰＣの集合の内側の照明セグメント２５を点灯する等の方法により、計算を適宜簡素化することができる。また例えば、表示部分Ｐ１の中心座標に対応する画素２３に対応する仮想線Ｌｖだけを計算して、表示部分Ｐ１の形状から点灯すべき照明セグメント２５を推定するようにしてもよい。

第２実施形態に関する変形例７としては、ＤＳＭ４のカメラ４ａの代わりに、距離センサを用いて乗員の左眼の位置及び右眼の位置が検出されてもよい。

変形例８としては、拡大導光部４１には、凹面鏡、平面鏡、凸面鏡、凸レンズ及び凹レンズ等の光学素子を様々に組み合わせた構成が採用され得る。また、拡大導光部４１自体が設けられていなくてもよい。

変形例９としては、照明光学部３０には、直下型に準じたバックライト構成を逸脱しない範囲で、種々の構成を採用することができる。また、照明光学部３０自体が設けられていなくてもよい。

変形例１０としては、１つの照明セグメント２５が複数の発光ダイオード素子により構成されていてもよい。

変形例１１としては、照明セグメント２５毎に、独立した光源が配置されていなくてもよい。例えばＯＬＥＤ（Organic Light-Emitting Diode）を用いた１つの面光源を、制御的に分割して複数の照明セグメント２５が構成され、これらが個別に点灯状態及び消灯状態を切替可能となっていてもよい。

変形例１２としては、制御ユニット５１による処理のうち少なくとも一部は、古典的なアナログ回路、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等によってハードウエア的に実現されてもよく、ニューラルネットワークを用いた人工知能アルゴリズムによって実現されてもよい。

変形例１３としては、虚像表示装置は、航空機、船舶、あるいは移動しない筐体（例えばゲーム筐体）等の各種の乗り物に適用することができる。

本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサを構成する専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の装置及びその手法は、専用ハードウエア論理回路により、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の装置及びその手法は、コンピュータプログラムを実行するプロセッサと一つ以上のハードウエア論理回路との組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

３ａ：反射部、２２：画像表示パネル、２２ａ：表示画面、２４：バックライト、２５，２５ａ，２５ｂ：照明セグメント、２６ 光源面、５４，２５４：バックライト制御部、ＥＬＡ：拡張点灯領域、Ｌｖ：仮想線、Ｐ１：表示部分、ＰＣ：交差位置、ＰＥ：視点想定位置、ＶＤＰ：表示虚像、ＶＬＳ：光源面虚像

Claims (3)

1. 画像の表示光を反射部（３ａ）に反射させることにより、表示虚像（ＶＤＰ）を表示する虚像表示装置であって、
   前記画像を表示する表示画面（２２ａ）を有する画像表示パネル（２２）と、
   光源面（２６）を分割するように配置された複数の照明セグメント（２５）を有し、前記光源面から前記画像表示パネルを照明するバックライト（２４）と、
   各前記照明セグメントの点灯状態と消灯状態とを個別に切り替えて、前記バックライトをローカルディミング制御するバックライト制御部（５４，２５４）と、を備え、
   前記表示虚像の背後に、前記光源面の光源面虚像（ＶＬＳ）が形成され、
   前記表示虚像と、前記表示虚像を視認する視認者の視点として想定される視点想定位置（ＰＥ）とを通る仮想線（Ｌｖ）を定義すると、
   前記バックライト制御部は、各前記照明セグメントのうち、前記光源面虚像において前記仮想線が交差する交差位置（ＰＣ）に対応する前記照明セグメントを、点灯状態とし、それ以外の前記照明セグメントを、消灯状態としている虚像表示装置。
2. 前記表示虚像が視認可能な視認領域（ＥＢ）全体を前記視点想定位置として、前記仮想線が前記視認領域内の各箇所に対応して複数定義され、
   前記バックライト制御部は、前記光源面虚像において各前記仮想線が交差する前記交差位置に対応する各前記照明セグメントを、点灯状態とする請求項１に記載の虚像表示装置。
3. 前記視認者の眼の位置を検出する眼検出部（４）により検出された前記眼の位置を前記視点想定位置として、前記仮想線が定義される請求項１に記載の虚像表示装置。

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