WO2016117312A1 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

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WO2016117312A1
WO2016117312A1 PCT/JP2016/000181 JP2016000181W WO2016117312A1 WO 2016117312 A1 WO2016117312 A1 WO 2016117312A1 JP 2016000181 W JP2016000181 W JP 2016000181W WO 2016117312 A1 WO2016117312 A1 WO 2016117312A1
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WO
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head
display device
screen
light
reflecting mirror
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Application number
PCT/JP2016/000181
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English (en)
French (fr)
Inventor
剛史 高沢
安藤　浩
坂井　誠
Original Assignee
株式会社デンソー
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Publication date
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Priority to DE112016000439.7T priority patent/DE112016000439B4/de
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    • G02B2027/0159—Head-up displays characterised by mechanical features with movable elements with mechanical means other than scaning means for positioning the whole image

Definitions

  • This disclosure relates to a head-up display device.
  • a head-up display device that displays a virtual image by projecting light representing an image onto a windshield of a vehicle and forming an image at an imaging position in front of the windshield is known.
  • the position of the occupant's viewpoint (hereinafter referred to as the viewpoint position) changes according to the occupant's physique.
  • the viewpoint position changes according to the occupant's physique.
  • the incident position the position at which light is incident on the windshield from the head-up display device (hereinafter referred to as the incident position) according to the viewpoint position.
  • the head-up display device described in Patent Document 1 includes a concave mirror that reflects light toward the windshield, and the incident position is adjusted by rotating the concave mirror.
  • the present disclosure has been made in view of the above points, and provides a head-up display device in which the position of the display image (the depression angle) is less likely to change even if the incident position is adjusted according to the change in the viewpoint position. It is aimed.
  • a head-up display device includes a housing, a projection unit that projects light representing an image, and an optical unit that guides light projected by the projection unit toward a windshield of the vehicle.
  • the optical unit is fixed to the casing, and the magnifying optical unit reflects light toward the windshield, the screen is fixed to the casing and reflects or transmits light toward the magnifying optical unit, and is incident on the screen.
  • an incident angle changing unit that changes the incident angle of light.
  • the head-up display device of the present disclosure even if the position where light is incident on the windshield (incident position) is changed, the virtual image is less likely to change, and the position of the display image (the depression angle) is less likely to change.
  • FIG. 1 is a side sectional view illustrating a configuration of a head-up display device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2A is a side view showing a configuration for moving a reflecting mirror;
  • FIG. 2B is a front view illustrating a configuration for moving the reflecting mirror;
  • FIG. 3 is a block diagram showing an electrical configuration of the head-up display device,
  • FIG. 4 is a flowchart showing distortion correction processing executed by the head-up display device.
  • FIG. 5 is a side sectional view showing the configuration of the head-up display device.
  • FIG. 6A is a side view illustrating a configuration for moving a reflecting mirror;
  • FIG. 6A is a side view illustrating a configuration for moving a reflecting mirror;
  • FIG. 6A is a side view illustrating a configuration for moving a reflecting mirror;
  • FIG. 6A is a side view illustrating a configuration for moving a reflecting mirror;
  • FIG. 6A is a side view illustrating a configuration for
  • FIG. 6B is a front view illustrating a configuration for moving the reflecting mirror
  • FIG. 7 is a side sectional view showing the configuration of the head-up display device
  • FIG. 8A is a side view showing a configuration for moving the reflecting mirror
  • FIG. 8B is a front view illustrating a configuration for moving the reflecting mirror
  • FIG. 9 is a side sectional view showing the configuration of the head-up display device.
  • FIG. 10 is a side sectional view showing the configuration of the head-up display device.
  • FIG. 11 is a side sectional view showing the configuration of the head-up display device.
  • FIG. 12 is a side sectional view showing the configuration of the head-up display device.
  • FIG. 13A is a side view showing a configuration for moving the projection unit
  • FIG. 13B is a front view illustrating a configuration for moving the projection unit
  • FIG. 14 is a perspective view showing another embodiment of the reflecting mirror
  • FIG. 15 is an explanatory diagram showing the relationship between the position of the reflecting mirror and
  • the configuration of the head-up display device 1 will be described with reference to FIGS.
  • the head-up display device 1 is an in-vehicle device mounted on a vehicle. As shown in FIG. 1, the head-up display device 1 projects light 5 representing an image onto a windshield 3 of the vehicle. When viewed from the viewpoint position 7 of the vehicle occupant, the image represented by the light 5 is imaged at an imaging position 9 in front of the windshield 3 and displayed as a virtual image.
  • the head-up display device 1 includes a housing 11, a projection unit 13, and an optical unit 15.
  • the housing 11 accommodates the projection unit 13 and the optical unit 15 therein.
  • the casing 11 is fixed to the vehicle, and the position and orientation with respect to the windshield 3 are constant. Moreover, the housing
  • Projection unit 13 projects light (laser light) representing an image.
  • the projection unit 13 draws an image on a screen 19 to be described later by scanning the laser beam.
  • the projection unit 13 is fixed to the housing 11, and the position and orientation of the projection unit 13 relative to the housing 11 are constant.
  • the optical unit 15 includes a concave mirror 17, a screen 19, and a reflecting mirror 21.
  • the concave mirror 17 is fixed to the housing 11, and the position and orientation with respect to the housing 11 are constant. As described above, since the position and orientation of the housing 11 with respect to the windshield 3 are constant, the position and orientation of the concave mirror 17 with respect to the windshield 3 are also constant.
  • the screen 19 is fixed to the casing 11, and the position and orientation with respect to the casing 11 are constant. As described above, since the position and orientation of the housing 11 with respect to the windshield 3 are constant, the position and orientation of the screen 19 with respect to the windshield 3 are also constant.
  • the screen 19 is a reflective screen and reflects the light 5.
  • the screen 19 is constituted by a micromirror array (MMA).
  • the reflecting surface of the reflecting mirror 21 is a flat surface and has an infinite focal length.
  • the light 5 projected by the projection unit 13 enters the optical unit 15, is sequentially reflected by the reflecting mirror 21, the screen 19, and the concave mirror 17, and is led out toward the windshield 3. That is, the concave mirror 17 reflects the light 5 toward the windshield 3, the screen 19 reflects the light 5 toward the concave mirror 17, and the reflecting mirror 21 reflects the light 5 toward the screen 19.
  • the position of the reflecting mirror 21 with respect to the screen 19 is variable. More specifically, the reflecting mirror 21 is movable in parallel with the light 5A incident on the reflecting mirror 21. The direction of the light 5A and the moving direction of the reflecting mirror 21 are the front-rear direction of the vehicle.
  • the reflecting mirror 21 moves parallel to the light 5A, the angle with respect to the light 5A is changed.
  • the mode of the angle change is to allow the light 5 to be reflected toward the screen 19 regardless of the position of the reflecting mirror 21.
  • the mechanism for moving and changing the angle of the reflecting mirror 21 will be described later.
  • the incident angle of the light 5B incident on the screen 19 changes.
  • the incident position 23 where the light 5 reflected by the screen 19 and the concave mirror 17 enters the windshield 3 changes.
  • the direction in which the incident position 23 changes is the vertical direction (vertical direction) on the windshield 3.
  • the concave mirror 17 is an example of a magnifying optical unit.
  • the reflecting mirror 21 and the mechanism for moving the reflecting mirror 21 are an example of an incident angle changing unit.
  • the reflecting mirror 21 is placed on the bracket 25.
  • the bracket 25 has a pair of outer leg portions 27 and 29 and a center leg portion 31 at a lower portion thereof.
  • Outer legs 27 and 29 are on the rear DB side of the vehicle in bracket 25, and central leg 31 is on the front DF side of the vehicle in bracket 25.
  • the outer leg portions 27 and 29 and the central leg portion 31 can be bent at the joint portion 33, respectively.
  • the outer legs 27 and 29 are slidably attached to the outer guide rails 35 and 37, respectively.
  • the central leg 31 is slidably attached to the central guide rail 39.
  • the outer guide rails 35 and 37 and the central guide rail 39 extend in the front-rear direction of the vehicle.
  • the outer guide rails 35 and 37 are parallel to the light 5.
  • the central guide rail 39 is inclined so as to be high at the front DF of the vehicle and low at the rear DB.
  • the outer guide rails 35 and 37 and the central guide rail 39 are fixed to the housing 11 by a support member 41, respectively.
  • the head-up display device 1 includes a motor 45 as a drive source for the bracket 25.
  • the outer leg 27 has a gear 43 at its lower end.
  • the gear 43 meshes with a gear 47 attached to the motor 45. Therefore, when the motor 45 rotates, the driving force of the motor 45 is transmitted to the bracket 25 via the gear 43 and the gear 47, and the bracket 25 slides in the front-rear direction of the vehicle.
  • the outer legs 27 and 29 located on the rear DB side in the bracket 25 are attached to the horizontal outer guide rails 35 and 37, and the center leg 31 located on the front DF side in the bracket 25 is located on the front side. Since it is attached to the central guide rail 39 inclined so as to be high in DF and low in the rear DB, when the bracket 25 slides in the front-rear direction of the vehicle, the angles of the bracket 25 and the reflecting mirror 21 gradually change. .
  • the bracket 25 slides in the front DF direction of the vehicle, the front DF side of the reflecting mirror 21 is higher and the rear DB side is lower.
  • the bracket 25 slides in the rear DB direction of the vehicle, the front DF side of the reflecting mirror 21 is lower and the rear DB side is higher.
  • the head-up display device 1 includes a control unit 49, the projection unit 13, and a motor 45.
  • the control unit 49 is a known computer that includes a CPU, a RAM, a ROM, and the like.
  • the control unit 49 executes processing to be described later using a program stored in the ROM.
  • the control unit 49 acquires display graphic information from another device mounted on the vehicle.
  • This display graphic information is information representing a graphic displayed by the head-up display device 1.
  • the control unit 49 performs a distortion correction process described later on the display graphic information, and causes the projection unit 13 to project light representing the display graphic after the distortion correction process.
  • control unit 49 acquires operation information from a viewpoint adjustment switch (SW) provided in the vehicle interior of the vehicle.
  • This operation information is information for instructing to move the incident position 23 (see FIG. 1) in any one direction in the vertical direction. That is, the operation information includes information for instructing to move the incident position 23 upward and information for instructing to move the incident position 23 downward.
  • the control unit 49 outputs a motor rotation instruction to the motor 45 according to the operation information.
  • the motor 45 rotates by an amount indicated in the direction indicated by the motor rotation instruction, and the position and angle of the reflecting mirror 21 are changed. As a result, the incident position 23 moves.
  • the control unit 49 can obtain operation information for further movement in that direction.
  • the reflecting mirror 21 is not moved.
  • control unit 49 acquires the rotation state of the motor 45 (that is, the position information of the reflecting mirror 21) from the motor 45.
  • the position information of the reflecting mirror 21 is used for a distortion correction process described later.
  • the control unit 49 is an example of a position acquisition unit and a correction unit.
  • Distortion correction processing executed by the head-up display device 1 The distortion correction processing executed by the head-up display device 1 (especially the control unit 49) will be described with reference to FIG. This process is executed when the display graphic information is output to the control unit 49.
  • step S1 display graphic information is acquired.
  • step S2 position information of the reflecting mirror 21 is acquired from the motor 45.
  • step S3 a distortion map corresponding to the position information of the reflecting mirror 21 acquired in step S2 is selected.
  • the control unit 49 stores a plurality of distortion maps in advance, and any one of the distortion maps is associated with the position information of the reflecting mirror 21.
  • step S4 distortion correction processing is performed using the distortion map selected in step S3.
  • the distortion correction processing is as follows.
  • the distortion correction process is a process of correcting the shape of the graphic represented by the display graphic information so as to reduce the distortion.
  • the distortion map is a map that defines the content of distortion correction processing.
  • step S5 the light representing the display figure after the distortion correction processing is projected onto the projection unit 13.
  • the head-up display device 1 includes a concave mirror 17 fixed to the housing 11 and a screen 19 fixed to the housing 11.
  • the head-up display device 1 changes the incident position 23 by moving the reflecting mirror 21 and changing the incident angle of the light 5 incident on the screen 19.
  • the incident position 23 changes, the incident angle of the light 5 with respect to the windshield 3 does not change significantly (see FIG. 1).
  • the incident position 23 changes the depression angle of the straight line 50 from the viewpoint position 7 through the incident position 23 to the imaging position 9 is hardly changed, and the position of the display image (virtual image) is also hardly changed.
  • the head-up display device 1 includes a reflecting mirror 21 whose position relative to the screen 19 is variable. Thereby, the incident angle of the light 5 incident on the screen 19 can be easily changed.
  • the head-up display device 1 corrects the distortion of the image represented by the light 5 projected by the projection unit 13 according to the position of the reflecting mirror 21. As a result, an image with less distortion can be displayed.
  • the reflecting mirror 21 is movable in parallel with the light 5A. Thereby, the mechanism for moving the reflecting mirror 21 can be simplified.
  • the head-up display device 1 includes a reflective screen 19. Thereby, the configuration of the head-up display device 1 can be simplified.
  • the screen 19 is composed of a micromirror array (MMA). Thereby, the reflectance of the screen 19 can be increased. In addition, since light can be diffused only in a necessary direction, the light use efficiency can be increased.
  • MMA micromirror array
  • (Second Embodiment) 1. Configuration of Head-Up Display Device 101
  • the configuration of the head-up display device 101 will be described based on FIGS. 5, 6A, and 6B.
  • the configuration of the head-up display device 101 is basically the same as that of the head-up display device 1 in the first embodiment. Below, it demonstrates centering around difference with the said 1st Embodiment.
  • the reflecting mirror 21 is movable on an arc orbit centered on the rotation center 51 that is separated from the reflecting mirror 21. As the reflecting mirror 21 moves on the circular arc trajectory, the incident angle of the light 5 incident on the screen 19 changes.
  • the projection unit 13 adjusts the projection direction of the light 5 and projects the light 5 onto the reflecting mirror 21 wherever the reflecting mirror 21 is located on the circular arc trajectory.
  • the reflecting mirror 21 is attached to a bracket 53.
  • the bracket 53 includes a pair of arm portions 55 and 57 extending upward.
  • the arm portions 55 and 57 are rotatably attached to support members 59 and 61 via bearings 63, respectively.
  • the axial direction of the bearing 63 is parallel to the vehicle width direction of the vehicle.
  • the support members 59 and 61 are each fixed to the housing 11. The position of the bearing 63 corresponds to the rotation center 51 described above.
  • the head-up display device 101 includes a motor 45 as a drive source for the bracket 53.
  • the arm portion 55 includes a gear 65 below the shaft support portion 55 ⁇ / b> A supported by the bearing 63.
  • the gear 65 meshes with a gear 47 attached to the motor 45. Therefore, when the motor 45 rotates, the driving force of the motor 45 is transmitted to the bracket 53 via the gear 47 and the gear 65, the bracket 53 rotates around the rotation center 51, and the reflecting mirror 21 centers around the rotation center 51. Move on the arc trajectory. Further, the angle of the reflecting mirror 21 with respect to the light 5 also changes as it moves on the circular arc trajectory.
  • the head-up display device 101 executes distortion correction processing, as in the first embodiment.
  • the reflecting mirror 21 can move on an arc trajectory centered on the rotation center 51 by the mechanism described above. Thereby, when the reflecting mirror 21 moves, the angle of the reflecting mirror 21 can be changed with a simple configuration.
  • FIG. 7 the configuration of the head-up display device 201 is basically the same as that of the head-up display device 1 in the first embodiment. Below, it demonstrates centering around difference with the said 1st Embodiment.
  • the reflecting mirror 21 is movable on an elliptical orbit (an example of an elliptical orbit that maintains a constant optical path length from the projection unit 13 to the screen 19) with the projection unit 13 and the screen 19 as a focus.
  • an elliptical orbit an example of an elliptical orbit that maintains a constant optical path length from the projection unit 13 to the screen 19
  • the projection unit 13 adjusts the projection direction of the light 5 and projects the light 5 onto the reflecting mirror 21 wherever the reflecting mirror 21 is on the elliptical orbit.
  • the reflecting mirror 21 is attached to the bracket 67.
  • the bracket 67 includes two leg portions 69 on one side in the vehicle width direction (the direction orthogonal to the paper surface in FIG. 8A, the left-right direction in FIG. 8B), and the two leg portions 71 on the opposite side. Prepare.
  • the leg portions 69 and 71 are located below the bracket 67.
  • the two leg portions 69 are arranged along the front-rear direction of the vehicle.
  • the two leg portions 71 are also arranged along the front-rear direction of the vehicle.
  • Each of the two leg portions 69 includes a pair of guide rollers 73, and the guide rollers 73 sandwich the guide rails 75 from above and below. Therefore, the leg portion 69 can slide along the guide rail 75.
  • Each of the two leg portions 71 includes a pair of guide rollers 77, and the guide rollers 77 sandwich the guide rail 79 from above and below. Therefore, the leg portion 71 can slide along the guide rail 79.
  • the guide rails 75 and 79 extend in the front-rear direction of the vehicle with a constant interval therebetween.
  • the guide rails 75 and 79 are fixed to the housing 11 by a support member 81.
  • the guide rails 75 and 79 have an elliptical orbit shape with the projection unit 13 and the screen 19 as a focal point.
  • the head-up display device 201 includes a motor 45 as a drive source for the bracket 67.
  • a rotation shaft 83 of the motor 45 is connected to an upper portion of the bracket 67 via a link 85. Therefore, when the motor 45 rotates, the bracket 67 and the reflecting mirror 21 slide along the guide rails 75 and 79 by the driving force. As described above, since the guide rails 75 and 79 have an elliptical orbit shape with the projection unit 13 and the screen 19 as a focal point, the reflecting mirror 21 moves on the elliptical orbit.
  • Distortion correction processing executed by the head-up display device 201 The head-up display device 201 executes distortion correction processing as in the first embodiment.
  • the reflecting mirror 21 moves on an elliptical orbit centered on the projection unit 13 and the screen 19. Therefore, even if the reflecting mirror 21 moves, the optical path length from the projection unit 13 to the screen 19 is kept constant. As a result, the influence of image blur on the screen 19 can be suppressed. Further, it is not essential to adjust the focus of the projection unit 13.
  • the reflecting mirror 21 has a finite focal length.
  • the reflecting mirror 21 can be, for example, a concave mirror or a convex mirror.
  • the head-up display device 301 executes distortion correction processing as in the third embodiment.
  • the reflecting mirror 21 has a finite focal length. As a result, the image displayed on the screen 19 can be enlarged or reduced. Further, the degree of freedom in layout of the reflecting mirror 21 and the screen 19 is increased.
  • (Fifth embodiment) Configuration of Head-Up Display Device 401
  • the configuration of the head-up display device 401 will be described with reference to FIG.
  • the configuration of the head-up display device 401 is basically the same as that of the head-up display device 1 in the first embodiment. Below, it demonstrates centering around difference with the said 1st Embodiment.
  • the head-up display device 401 includes a second reflecting mirror 87 that reflects the light 5 projected by the projection unit 13 toward the reflecting mirror 21. Therefore, the light 5 projected by the projection unit 13 is reflected by the second reflecting mirror 87 and then reaches the reflecting mirror 21.
  • the second reflecting mirror 87 is fixed to the housing 11.
  • the second reflecting mirror 87 is an example of a reflecting unit.
  • Distortion correction processing executed by the head-up display device 401 The head-up display device 401 executes distortion correction processing in the same manner as in the first embodiment.
  • the optical path of the light 5 can be bent by the second reflecting mirror 87. Therefore, the head-up display device 401 can be made compact.
  • the head-up display device 501 includes two sets of screens and reflecting mirrors. One of them is a set consisting of a screen 19A and a reflecting mirror 21A, and the other is a set consisting of a screen 19B and a reflecting mirror 21B.
  • the incident position 23A is above the windshield 3 and the virtual image is displayed above.
  • the incident position 23B is below the windshield 3 and the virtual image is displayed below. That is, the direction when the light 5 is led out toward the windshield 3 is different for each group.
  • the projection unit 13 can project the light 5 onto both the reflecting mirrors 21A and 21B by switching the projection direction of the light 5.
  • Distortion correction processing executed by the head-up display device 501 The head-up display device 501 executes distortion correction processing as in the second embodiment.
  • the distortion correction processing is performed for each of a group including the screen 19A and the reflecting mirror 21A and a group including the screen 19B and the reflecting mirror 21B.
  • the head-up display device 501 can switch the display direction (display distance) of the virtual image by properly using the two sets described above.
  • (Seventh embodiment) 1. Configuration of Head-Up Display Device 601
  • the configuration of the head-up display device 601 will be described with reference to FIGS. 12, 13A, and 13B.
  • the configuration of the head-up display device 601 is basically the same as that of the head-up display device 1 in the first embodiment. Below, it demonstrates centering around difference with the said 1st Embodiment.
  • the reflecting mirror 21 is not provided, and the light 5 projected from the projection unit 13 is directly incident on the screen 19.
  • the projection unit 13 is movable, and the incident angle of the light 5 incident on the screen 19 is changed by the movement of the projection unit 13.
  • the projection unit 13 moves on an arc trajectory centered on the screen 19.
  • the projection unit 13 is attached to the bracket 89.
  • An opening 13 ⁇ / b> A (a window through which the light 5 is projected) of the projection unit 13 is on the side opposite to the bracket 89.
  • the bracket 89 includes two leg portions 91 on one side in the vehicle width direction (a direction orthogonal to the plane of the paper in FIG. 13A, the left-right direction in FIG. 13B), and two leg portions 93 on the opposite side to the one. Prepare.
  • the leg portions 91 and 93 are below the bracket 89.
  • the two leg portions 91 are arranged along the front-rear direction of the vehicle.
  • the two leg parts 93 are also located along the front-back direction of the vehicle.
  • Each of the two leg portions 91 includes a pair of guide rollers 95, and the guide rollers 97 sandwich the guide rails 97 from above and below. Therefore, the leg portion 91 can slide along the guide rail 97.
  • Each of the two leg portions 93 includes a pair of guide rollers 99, and the guide rollers 99 sandwich the guide rail 103 from above and below. Therefore, the leg portion 93 can slide along the guide rail 103.
  • the guide rails 97 and 103 extend in the front-rear direction of the vehicle with a constant interval therebetween.
  • the guide rails 97 and 103 are fixed to the housing 11 by a support member 105.
  • the guide rails 97 and 103 have an arc shape with the screen 19 as the center.
  • the head-up display device 601 includes a motor 45 as a drive source for the bracket 89.
  • a rotation shaft 83 of the motor 45 is connected to the upper portion of the bracket 89 via a link 107. Therefore, when the motor 45 rotates, the bracket 89 and the projection unit 13 slide along the guide rails 97 and 103 by the driving force. As described above, since the guide rails 97 and 103 have an arc shape centered on the screen 19, the projection unit 13 moves on an arc trajectory centered on the screen 19.
  • the light 5 projected by the projection unit 13 is directly incident on the screen 19 without being reflected by the reflecting mirror. As a result, a decrease in the amount of light 5 incident on the screen 19 can be suppressed.
  • the reflecting mirror 21 may be a concave mirror shown in FIG.
  • the reflecting surface 109 of the reflecting mirror 21 has a nonuniform curvature distribution. That is, the curvature varies depending on the location of the reflective surface 109.
  • the radius of curvature of the cross section in the portion along aa1 of the reflecting surface 109 is 400 mm
  • the radius of curvature of the cross section in the portion along bb1 is 350 mm
  • c ⁇ c1 The radius of curvature of the cross section in the portion along the line is 300 mm.
  • the reflecting mirror 21 may be a convex mirror having a nonuniform curvature distribution.
  • the incident position 111 where the light 5 enters the reflecting mirror 21 is shifted according to the position of the reflecting mirror 21, and the incident is performed according to the position of the reflecting mirror 21.
  • the curvature of the reflecting surface 109 at the position 111 is changed.
  • the incident position 111 is a portion along c-c1 in the reflecting surface 109, and when the position of the reflecting mirror 21 is ⁇ , the incident position 111 is reflected. Of the surface 109, the portion is along aa1.
  • the position where the light 5 from the projection unit 13 to the screen 19 forms an image is constant on the screen 19 regardless of the position of the reflecting mirror 21. This is because the change in the actual distance from the projection unit 13 to the screen 19 due to the movement of the reflecting mirror 21 and the change in the curvature at the incident position 111 cancel each other, and the image forming position is kept constant.
  • the image forming position does not have to be kept completely constant, and the amount of change in the image forming position is larger than when a reflecting mirror with a uniform curvature on the reflecting surface 109 is used. Should just be suppressed.
  • the projection unit 13 may be of other types.
  • the display unit displaying an image may be irradiated with light from a light source, and the light transmitted through or reflected from the display unit may be used as the light 5 representing the image.
  • a magnifying optical unit other than the concave mirror 17 may be used.
  • a combination of a plurality of concave mirrors and convex mirrors may be used.
  • the screen 19 may be a transmissive screen.
  • the transmissive screen can be constituted by, for example, a microlens array.
  • a prism or a lens may be used instead of the reflecting mirror 21.
  • the virtual image displayed using the set of the screen 19A and the reflecting mirror 21A and the virtual image displayed using the set of the screen 19B and the reflecting mirror 21B are in the horizontal direction.
  • the position at may be different.
  • the optical path length from the projection unit 13 to the screen 19 changes as the reflecting mirror 21 moves.
  • the projection unit 13 is moved so that the optical path length of the light 5 is always the optical path length at which the light 5 is imaged on the screen 19. May be. Further, blur and distortion due to a change in the optical path length may be reduced by a combination of the movement of the projection unit 13 and the above (1).
  • the second reflecting mirror 87 may be provided as in the fifth embodiment. At this time, the light 5 projected by the projection unit 13 can be reflected by the second reflecting mirror 87 and led to the reflecting mirror 21A or the reflecting mirror 21B.
  • a system including the head-up display device as a component, a program for causing a computer to function as a control unit of the head-up display device, a medium on which the program is recorded, a virtual image
  • the present disclosure can also be realized in various forms such as a display method.

Landscapes

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Abstract

　ヘッドアップディスプレイ装置は、筐体（１１）と、画像を表す光を投射する投射ユニット（１３）と、前記投射ユニットにより投射された前記光（５）を車両のウインドシールド（３）に向けて導出する光学ユニット（１５）と、を備え、前記光学ユニットは、前記筐体に固定され、前記光を前記ウインドシールドに向けて反射する拡大光学ユニット（１７）と、前記筐体に固定され、前記光を前記拡大光学ユニットに向けて反射又は透過するスクリーン（１９）と、前記スクリーンに入射する前記光の入射角を変化させる入射角変化ユニット（２１）と、を含む。

Description

ヘッドアップディスプレイ装置 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１５年１月２２日に出願された日本特許出願番号２０１５－０１０２９１号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
　本開示はヘッドアップディスプレイ装置に関する。
　従来、画像を表す光を車両のウインドシールドに投射し、ウインドシールドの前方における結像位置で結像させ、虚像を表示するヘッドアップディスプレイ装置が知られている。
　乗員の視点の位置（以下、視点位置とする）は、乗員の体格に応じて変化する。ヘッドアップディスプレイ装置を適切に使用するためには、ヘッドアップディスプレイ装置からウインドシールド上に光が入射する位置（以下、入射位置とする）を、視点位置に応じて調整する必要がある。
　特許文献１記載のヘッドアップディスプレイ装置は、ウインドシールドに向けて光を反射する凹面鏡を備えており、その凹面鏡を回転させることで、上記の入射位置を調整する。
特開２０１１－１２３１２６号公報
　特許文献１記載の方法では、入射位置を変化させると、それにともない、虚像が動き、表示像の位置（俯角）が変化してしまう。
　本開示は、上記点にかんがみてなされたものであり、視点位置の変化に応じて入射位置を調整しても、表示像の位置（俯角）が変化しにくい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している。
　本開示の一態様によるヘッドアップディスプレイ装置は、筐体と、画像を表す光を投射する投射ユニットと、投射ユニットにより投射された光を車両のウインドシールドに向けて導出する光学ユニットとを備える。その光学ユニットは、筐体に固定され、光をウインドシールドに向けて反射する拡大光学ユニットと、筐体に固定され、光を拡大光学ユニットに向けて反射又は透過するスクリーンと、スクリーンに入射する光の入射角を変化させる入射角変化ユニットとを含む。
　本開示のヘッドアップディスプレイ装置によれば、ウインドシールド上に光が入射する位置（入射位置）が変化しても、虚像は変動しにくく、表示像の位置（俯角）が変化しにくい。
　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、本開示の一実施例によるヘッドアップディスプレイ装置の構成を表す側断面図であり、 図２Ａは、反射鏡を移動させる構成を表す側面図であり、 図２Ｂは、反射鏡を移動させる構成を表す正面図であり、 図３は、ヘッドアップディスプレイ装置の電気的構成を表すブロック図であり、 図４は、ヘッドアップディスプレイ装置が実行する歪補正処理を表すフローチャートであり、 図５は、ヘッドアップディスプレイ装置の構成を表す側断面図であり、 図６Ａは、反射鏡を移動させる構成を表す側面図であり、 図６Ｂは、反射鏡を移動させる構成を表す正面図であり、 図７は、ヘッドアップディスプレイ装置の構成を表す側断面図であり、 図８Ａは、反射鏡を移動させる構成を表す側面図であり、 図８Ｂは、反射鏡を移動させる構成を表す正面図であり、 図９は、ヘッドアップディスプレイ装置の構成を表す側断面図であり、 図１０は、ヘッドアップディスプレイ装置の構成を表す側断面図であり、 図１１は、ヘッドアップディスプレイ装置の構成を表す側断面図であり、 図１２は、ヘッドアップディスプレイ装置の構成を表す側断面図であり、 図１３Ａは、投射ユニットを移動させる構成を表す側面図であり、 図１３Ｂは、投射ユニットを移動させる構成を表す正面図であり、 図１４は、反射鏡の別形態を表す斜視図であり、 図１５は、反射鏡の位置と、反射鏡上の入射位置との関係を表す説明図である。
　本開示の実施形態を図面に基づき説明する。
　（第１の実施形態）
　１．ヘッドアップディスプレイ装置１の構成
　ヘッドアップディスプレイ装置１の構成を図１～図３に基づき説明する。ヘッドアップディスプレイ装置１は車両に搭載される車載装置である。ヘッドアップディスプレイ装置１は、図１に示すように、画像を表す光５を、車両のウインドシールド３に投射する。車両の乗員の視点位置７から見て、光５により表される画像は、ウインドシールド３の前方における結像位置９で結像され、虚像として表示される。
　ヘッドアップディスプレイ装置１は、筐体１１と、投射ユニット１３と、光学ユニット１５とを備える。筐体１１は、投射ユニット１３及び光学ユニット１５を内部に収容する。筐体１１は、車両に固定され、ウインドシールド３に対する位置及び向きは一定である。また、筐体１１は一定の形状を有する。
　投射ユニット１３は、画像を表す光（レーザー光）を投射する。投射ユニット１３は、レーザー光をスキャンすることで、後述するスクリーン１９上に画像を描画する。投射ユニット１３は筐体１１に固定されており、筐体１１に対する投射ユニット１３の位置及び向きは一定である。
　光学ユニット１５は、凹面鏡１７と、スクリーン１９と、反射鏡２１とを備える。凹面鏡１７は、筐体１１に固定されており、筐体１１に対する位置及び向きは一定である。上述したように、ウインドシールド３に対する筐体１１の位置及び向きは一定であるから、ウインドシールド３に対する凹面鏡１７の位置及び向きも一定である。
　スクリーン１９は、筐体１１に固定されており、筐体１１に対する位置及び向きは一定である。上述したように、ウインドシールド３に対する筐体１１の位置及び向きは一定であるから、ウインドシールド３に対するスクリーン１９の位置及び向きも一定である。スクリーン１９は反射式スクリーンであり、光５を反射する。スクリーン１９はマイクロミラーアレイ（ＭＭＡ）により構成される。反射鏡２１の反射面は平面であり、無限の焦点距離を有する。
　投射ユニット１３が投射した光５は、光学ユニット１５に入り、反射鏡２１、スクリーン１９、及び凹面鏡１７で順次反射され、ウインドシールド３に向けて導出される。すなわち、凹面鏡１７は光５をウインドシールド３に向けて反射し、スクリーン１９は光５を凹面鏡１７に向けて反射し、反射鏡２１は光５をスクリーン１９に向けて反射する。
　反射鏡２１は、スクリーン１９に対する位置が可変である。より詳しくは、反射鏡２１は、反射鏡２１に入射する光５Ａと平行に移動可能である。光５Ａの方向及び反射鏡２１の移動方向は、車両の前後方向である。
　また、反射鏡２１は、光５Ａと平行に移動するとき、光５Ａに対する角度を変化させる。その角度変化の態様は、反射鏡２１の位置がどこであっても、光５をスクリーン１９に向けて反射できるようにするものである。反射鏡２１の移動及び角度変化の機構は後述する。
　反射鏡２１が移動すると、スクリーン１９に入射する光５Ｂの入射角が変化する。その結果、スクリーン１９及び凹面鏡１７で反射された光５がウインドシールド３に入射する入射位置２３が変化する。入射位置２３が変化する方向は、ウインドシールド３上での縦方向（上下方向）である。
　なお、凹面鏡１７は拡大光学ユニットの一例である。また、反射鏡２１及びそれを移動させる機構は、入射角変化ユニットの一例である。
　次に、図２Ａ及び図２Ｂに基づき、反射鏡２１の移動及び角度変化の機構を説明する。反射鏡２１はブラケット２５上に載置されている。ブラケット２５は、その下部に、一対の外側脚部２７、２９と、中央脚部３１とを有する。外側脚部２７、２９は、ブラケット２５のうち、車両の後方ＤＢ側にあり、中央脚部３１は、ブラケット２５のうち、車両の前方ＤＦ側にある。外側脚部２７、２９、及び中央脚部３１は、ぞれぞれ、関節部３３において屈曲可能である。
　外側脚部２７、２９は、それぞれ、外側ガイドレール３５、３７に、摺動可能に取り付けられている。また、中央脚部３１は、中央ガイドレール３９に、摺動可能に取り付けられている。外側ガイドレール３５、３７及び中央ガイドレール３９は、車両の前後方向に延びている。外側ガイドレール３５、３７は光５と平行である。一方、中央ガイドレール３９は、車両の前方ＤＦでは高く、後方ＤＢでは低くなるように傾斜している。外側ガイドレール３５、３７及び中央ガイドレール３９は、それぞれ、支持部材４１により、筐体１１に固定されている。
　ヘッドアップディスプレイ装置１は、ブラケット２５の駆動源としてモーター４５を備える。外側脚部２７はその下端にギヤ４３を備えている。ギヤ４３は、モーター４５に取り付けられたギヤ４７と噛み合っている。よって、モーター４５が回転すると、モーター４５の駆動力がギヤ４３、ギヤ４７を介してブラケット２５に伝わり、ブラケット２５は車両の前後方向に摺動する。
　上記のように、ブラケット２５における後方ＤＢ側に位置する外側脚部２７、２９は、水平な外側ガイドレール３５、３７に取り付けられ、ブラケット２５における前方ＤＦ側に位置する中央脚部３１は、前方ＤＦでは高く、後方ＤＢでは低くなるように傾斜した中央ガイドレール３９に取り付けられているので、ブラケット２５が車両の前後方向に摺動したとき、ブラケット２５及び反射鏡２１の角度は徐々に変化する。
　具体的には、ブラケット２５が車両の前方ＤＦ方向に摺動するほど、反射鏡２１における前方ＤＦ側が高く、後方ＤＢ側が低くなる。反対に、ブラケット２５が車両の後方ＤＢ方向に摺動するほど、反射鏡２１における前方ＤＦ側が低く、後方ＤＢ側が高くなる。
　次に、ヘッドアップディスプレイ装置１の電気的構成を図３に基づき説明する。ヘッドアップディスプレイ装置１は、制御部４９と、投射ユニット１３と、モーター４５とを備える。制御部４９は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備える周知のコンピュータである。制御部４９は、ＲＯＭに記憶したプログラムにより、後述する処理を実行する。
　制御部４９は、車両に搭載された他の装置から、表示図形情報を取得する。この表示図形情報は、ヘッドアップディスプレイ装置１により表示する図形を表す情報である。制御部４９は、表示図形情報に対し、後述する歪補正処理を行い、歪補正処理後の表示図形を表す光を、投射ユニット１３に投射させる。
　また、制御部４９は、車両の車室内に設けられた視点調整スイッチ（ＳＷ）から、操作情報を取得する。この操作情報は、入射位置２３（図１参照）を上下方向におけるいずれか１方に移動させることを指示する情報である。すなわち、操作情報には、入射位置２３を上方向に移動させることを指示する情報と、入射位置２３を下方向に移動させることを指示する情報とがある。
　制御部４９は、操作情報に応じて、モーター回転指示をモーター４５に出力する。それに応じ、モーター回転指示で指示された方向に指示された量だけモーター４５が回転し、反射鏡２１の位置及び角度を変化させる。その結果、入射位置２３が移動する。
　ただし、反射鏡２１の移動範囲には制限があるので、既に一方の限度まで反射鏡２１が移動しているとき、その方向にさらに移動させる内容の操作情報を取得しても、制御部４９は反射鏡２１を移動させない。
　また、制御部４９は、モーター４５から、モーター４５の回転の状態（すなわち、反射鏡２１の位置情報）を取得する。反射鏡２１の位置情報は、後述する歪補正処理に使用する。なお、制御部４９は、位置取得ユニット、及び補正ユニットの一例である。
　２．ヘッドアップディスプレイ装置１が実行する歪補正処理
　ヘッドアップディスプレイ装置１（特に制御部４９）が実行する歪補正処理を図４に基づき説明する。この処理は、表示図形情報が制御部４９に出力されたときに実行される。
　ステップＳ１では、表示図形情報を取得する。
　ステップＳ２では、モーター４５から反射鏡２１の位置情報を取得する。
　ステップＳ３では、ステップＳ２で取得した反射鏡２１の位置情報に対応する、歪マップを選択する。なお、制御部４９は、予め、複数の歪マップを記憶しており、反射鏡２１の位置情報に対し、いずれかの歪マップが対応付けられている。
　ステップＳ４では、ステップＳ３で選択した歪マップを用い、歪補正処理を行う。ここで、歪補正処理とは以下のものである。反射鏡２１の位置が変化すると、投射ユニット１３からスクリーン１９までの光５の光路長が変化する。光路長の変化にともない、スクリーン１９上の像に歪が生じる。歪補正処理とは、その歪を低減するように、表示図形情報により表される図形の形状を補正する処理である。また、歪マップとは、歪補正処理の内容を規定したマップである。
　ステップＳ５では、歪補正処理後の表示図形を表す光を、投射ユニット１３に投射させる。
　３．ヘッドアップディスプレイ装置１が奏する効果
　（１Ａ）ヘッドアップディスプレイ装置１は、筐体１１に固定された凹面鏡１７と、筐体１１に固定されたスクリーン１９とを備える。ヘッドアップディスプレイ装置１は、反射鏡２１を移動させ、スクリーン１９に入射する光５の入射角を変化させることで、入射位置２３を変化させる。そのことにより、入射位置２３が変化しても、ウインドシールド３に対する光５の入射角は大きく変化しない（図１参照）。その結果、入射位置２３が変化しても、視点位置７から入射位置２３を通り、結像位置９に至る直線５０の俯角は変化しにくく、表示像（虚像）の位置も変化しにくい。
　なお、仮に、特許文献１記載の開示のように、凹面鏡１７を回転させることで、入射位置２３を変化させる方式であると、入射位置２３を変化させたとき、ウインドシールド３に対する光５の入射角は大きく変化する。その結果、入射位置２３が変化すると、視点位置７から入射位置２３を通り、結像位置９に至る直線５０の俯角は大きく変化し、表示像（虚像）の位置も大きく変化してしまう。
　（１Ｂ）ヘッドアップディスプレイ装置１は、スクリーン１９に対する位置が可変である反射鏡２１を備える。そのことにより、スクリーン１９に入射する光５の入射角を容易に変化させることができる。
　（１Ｃ）ヘッドアップディスプレイ装置１は、反射鏡２１の位置に応じて、投射ユニット１３が投射する光５が表す画像の歪みを補正する。そのことにより、歪みの少ない画像を表示できる。
　（１Ｄ）反射鏡２１は、光５Ａと平行に移動可能である。そのことにより、反射鏡２１を移動させる機構を簡易化することができる。
　（１Ｅ）ヘッドアップディスプレイ装置１は、反射式のスクリーン１９を備える。そのことにより、ヘッドアップディスプレイ装置１の構成を簡易化することができる。
　（１Ｆ）スクリーン１９はマイクロミラーアレイ（ＭＭＡ）により構成される。そのことにより、スクリーン１９の反射率を高くすることができる。また、必要な方向のみに光を拡散することができるので、光の利用効率を高めることができる。
　（第２の実施形態）
　１．ヘッドアップディスプレイ装置１０１の構成
　ヘッドアップディスプレイ装置１０１の構成を図５、図６Ａ，図６Ｂに基づき説明する。図５に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置１０１の構成は、基本的には上記第１の実施形態におけるヘッドアップディスプレイ装置１と同様である。以下では、上記第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
　本実施形態では、反射鏡２１は、反射鏡２１から離れた回転中心５１を中心とする円弧軌道上を移動可能である。反射鏡２１が円弧軌道上を移動することにより、スクリーン１９に入射する光５の入射角が変化する。投射ユニット１３は、反射鏡２１が円弧軌道上のどこにあっても、光５の投射方向を調整し、反射鏡２１に光５を投射する。
　次に、図６Ａ、図６Ｂに基づき、反射鏡２１を円弧軌道に沿って移動させる構成を説明する。反射鏡２１はブラケット５３に取り付けられている。ブラケット５３は、上方に延びる一対の腕部５５、５７を備えている。腕部５５、５７は、それぞれ、支持部材５９、６１に、軸受け６３を介して回動自在に取り付けられている。軸受け６３の軸方向は、車両の車幅方向と平行である。支持部材５９、６１は、それぞれ、筐体１１に固定されている。軸受け６３の位置が、上述した回転中心５１に該当する。
　ヘッドアップディスプレイ装置１０１は、ブラケット５３の駆動源としてモーター４５を備える。腕部５５は、軸受け６３により軸支される軸支部５５Ａの下側にギヤ６５を備える。ギヤ６５は、モーター４５に取り付けられたギヤ４７と噛み合っている。よって、モーター４５が回転すると、モーター４５の駆動力がギヤ４７、ギヤ６５を介してブラケット５３に伝わり、ブラケット５３は回転中心５１を中心に回転し、反射鏡２１は、回転中心５１を中心とする円弧軌道上を移動する。また、反射鏡２１の光５に対する角度も、円弧軌道上を移動するにともない変化する。
　２．ヘッドアップディスプレイ装置１０１が実行する歪補正処理
　ヘッドアップディスプレイ装置１０１は、上記第１の実施形態と同様に、歪補正処理を実行する。
　３．ヘッドアップディスプレイ装置１０１が奏する効果
　以上詳述した第２の実施形態によれば、前述した第１の実施形態の効果（１Ａ）～（１Ｃ）、（１Ｅ）、（１Ｆ）に加え、以下の効果が得られる。
　（２Ａ）反射鏡２１は、上述した機構により、回転中心５１を中心とする円弧軌道上を移動可能である。そのことにより、反射鏡２１が移動するとき、反射鏡２１の角度を簡易な構成で変化させることができる。
　（第３の実施形態）
　１．ヘッドアップディスプレイ装置２０１の構成
　ヘッドアップディスプレイ装置２０１の構成を図７、図８Ａ，図８Ｂに基づき説明する。図７に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置２０１の構成は、基本的には上記第１の実施形態におけるヘッドアップディスプレイ装置１と同様である。以下では、上記第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
　本実施形態では、反射鏡２１は、投射ユニット１３及びスクリーン１９を焦点とした楕円軌道（投射ユニット１３からスクリーン１９までの光路長を一定に保つ楕円軌道の一例）上を移動可能である。反射鏡２１が上記の楕円軌道上を移動することにより、スクリーン１９に入射する光５の入射角が変化する。投射ユニット１３は、反射鏡２１が楕円軌道上のどこにあっても、光５の投射方向を調整し、反射鏡２１に光５を投射する。
　次に、図８Ａ、図８Ｂに基づき、反射鏡２１を楕円軌道に沿って移動させる構成を説明する。反射鏡２１はブラケット６７に取り付けられている。ブラケット６７は、その車幅方向（図８Ａにおいて紙面に直交する方向、図８Ｂにおける左右方向）における一方の側に２つの脚部６９を備え、一方とは反対の側に２つの脚部７１を備える。脚部６９、７１は、ブラケット６７の下部にある。２つの脚部６９は、車両の前後方向に沿って並んでいる。また、２つの脚部７１も、車両の前後方向に沿って並んでいる。
　２つの脚部６９は、それぞれ、一対のガイドローラー７３を備え、そのガイドローラー７３でガイドレール７５を上下から挟んでいる。よって、脚部６９は、ガイドレール７５に沿って摺動可能である。また、２つの脚部７１は、それぞれ、一対のガイドローラー７７を備え、そのガイドローラー７７でガイドレール７９を上下から挟んでいる。よって、脚部７１は、ガイドレール７９に沿って摺動可能である。
　ガイドレール７５、７９は、それらの間に一定の間隔をおいて、車両の前後方向に延びている。ガイドレール７５、７９は、支持部材８１により、筐体１１に固定されている。ガイドレール７５、７９は、投射ユニット１３及びスクリーン１９を焦点とした楕円軌道の形状を有する。
　ヘッドアップディスプレイ装置２０１は、ブラケット６７の駆動源としてモーター４５を備える。モーター４５の回転軸８３は、リンク８５を介して、ブラケット６７の上部と連結している。よって、モーター４５が回転すると、その駆動力により、ブラケット６７及び反射鏡２１はガイドレール７５、７９に沿って摺動する。上述したように、ガイドレール７５、７９は、投射ユニット１３及びスクリーン１９を焦点とした楕円軌道の形状を有するので、反射鏡２１は、その楕円軌道上を移動する。
　２．ヘッドアップディスプレイ装置２０１が実行する歪補正処理
　ヘッドアップディスプレイ装置２０１は、上記第１の実施形態と同様に、歪補正処理を実行する。
　３．ヘッドアップディスプレイ装置２０１が奏する効果
　以上詳述した第３の実施形態によれば、前述した第１の実施形態の効果（１Ａ）～（１Ｃ）、（１Ｅ）、（１Ｆ）に加え、以下の効果が得られる。
　（３Ａ）反射鏡２１は、投射ユニット１３及びスクリーン１９を焦点とした楕円軌道上を移動する。そのため、反射鏡２１が移動しても、投射ユニット１３からスクリーン１９までの光路長は一定に保たれる。そのことにより、スクリーン１９上での画像のボケの影響を抑制できる。また、投射ユニット１３の焦点を調整することが必須ではなくなる。
　（第４の実施形態）
　１．ヘッドアップディスプレイ装置３０１の構成
　ヘッドアップディスプレイ装置３０１の構成を図９に基づき説明する。図９に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置３０１の構成は、基本的には上記第３の実施形態におけるヘッドアップディスプレイ装置２０１と同様である。以下では、上記第３の実施形態との相違点を中心に説明する。
　本実施形態では、反射鏡２１は、有限の焦点距離を持つ。この反射鏡２１は、例えば、凹面鏡又は凸面鏡とすることができる。
　２．ヘッドアップディスプレイ装置３０１が実行する歪補正処理
　ヘッドアップディスプレイ装置３０１は、上記第３の実施形態と同様に、歪補正処理を実行する。
　３．ヘッドアップディスプレイ装置３０１が奏する効果
　以上詳述した第４の実施形態によれば、前述した第３の実施形態の効果（１Ａ）～（１Ｃ）、（１Ｅ）、（１Ｆ）、（３Ａ）に加え、以下の効果が得られる。
　（４Ａ）反射鏡２１は、有限の焦点距離を持つ。そのことにより、スクリーン１９上に表示する画像を拡大又は縮小することができる。また、反射鏡２１、スクリーン１９等のレイアウトの自由度が高くなる。
　（第５の実施形態）
　１．ヘッドアップディスプレイ装置４０１の構成
　ヘッドアップディスプレイ装置４０１の構成を図１０に基づき説明する。図１０に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置４０１の構成は、基本的には上記第１の実施形態におけるヘッドアップディスプレイ装置１と同様である。以下では、上記第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
　ヘッドアップディスプレイ装置４０１は、投射ユニット１３が投射した光５を反射鏡２１に向けて反射する第２の反射鏡８７を備える。よって、投射ユニット１３が投射した光５は、第２の反射鏡８７で反射されてから、反射鏡２１に至る。第２の反射鏡８７は、筐体１１に固定されている。なお、第２の反射鏡８７は反射ユニットの一例である。
　２．ヘッドアップディスプレイ装置４０１が実行する歪補正処理
　ヘッドアップディスプレイ装置４０１は、上記第１の実施形態と同様に、歪補正処理を実行する。
　３．ヘッドアップディスプレイ装置４０１が奏する効果
　以上詳述した第５の実施形態によれば、前述した第１の実施形態の効果（１Ａ）～（１Ｃ）、（１Ｅ）、（１Ｆ）に加え、以下の効果が得られる。
　（５Ａ）本実施形態よれば、光５の光路を第２の反射鏡８７で曲げることができる。そのため、ヘッドアップディスプレイ装置４０１をコンパクトにすることができる。
　（第６の実施形態）
　１．ヘッドアップディスプレイ装置５０１の構成
　ヘッドアップディスプレイ装置５０１の構成を図１１に基づき説明する。図１１に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置５０１の構成は、基本的には上記第２の実施形態におけるヘッドアップディスプレイ装置１０１と同様である。以下では、上記第２の実施形態との相違点を中心に説明する。
　ヘッドアップディスプレイ装置５０１は、スクリーンと反射鏡とから成る組を２つ備える。その１つは、スクリーン１９Ａと反射鏡２１Ａとから成る組であり、他方は、スクリーン１９Ｂと反射鏡２１Ｂとから成る組である。
　スクリーン１９Ａと反射鏡２１Ａとから成る組を用いて表示を行った場合、入射位置２３Ａは、ウインドシールド３の上方となり、虚像は上方に表示される。また、スクリーン１９Ｂと反射鏡２１Ｂとから成る組を用いて表示を行った場合、入射位置２３Ｂは、ウインドシールド３の下方となり、虚像は下方に表示される。すなわち、組ごとに、光５をウインドシールド３に向けて導出するときの方向が異なる。
　投射ユニット１３は、光５の投射方向を切り替えることで、反射鏡２１Ａ、２１Ｂのいずれにも光５を投射することができる。
　２．ヘッドアップディスプレイ装置５０１が実行する歪補正処理
　ヘッドアップディスプレイ装置５０１は、上記第２の実施形態と同様に、歪補正処理を実行する。歪補正処理は、スクリーン１９Ａ及び反射鏡２１Ａから成る組と、スクリーン１９Ｂ及び反射鏡２１Ｂから成る組とのそれぞれについて行う。
　３．ヘッドアップディスプレイ装置５０１が奏する効果
　以上詳述した第６の実施形態によれば、前述した第２の実施形態の効果（１Ａ）～（１Ｃ）、（１Ｅ）、（１Ｆ）、（２Ａ）に加え、以下の効果が得られる。
　（６Ａ）ヘッドアップディスプレイ装置５０１は、上述した２つの組を使い分けることにより、虚像の表示方向（表示距離）を切り換えることができる。
　（第７の実施形態）
　１．ヘッドアップディスプレイ装置６０１の構成
　ヘッドアップディスプレイ装置６０１の構成を図１２、図１３Ａ，図１３Ｂに基づき説明する。図１２に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置６０１の構成は、基本的には上記第１の実施形態におけるヘッドアップディスプレイ装置１と同様である。以下では、上記第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
　本実施形態では、反射鏡２１は設けられておらず、投射ユニット１３から投射された光５が直接スクリーン１９に入射する。投射ユニット１３は移動可能であり、投射ユニット１３の移動により、スクリーン１９に入射する光５の入射角が変化する。投射ユニット１３は、スクリーン１９を中心とする円弧軌道上を移動する。
　次に、図１３Ａ、図１３Ｂに基づき、投射ユニット１３を上記のように移動させる構成を説明する。投射ユニット１３はブラケット８９に取り付けられている。投射ユニット１３の開口部１３Ａ（光５を投射する窓）は、ブラケット８９とは反対側にある。ブラケット８９は、その車幅方向（図１３Ａにおいて紙面に直交する方向、図１３Ｂにおける左右方向）における一方の側に２つの脚部９１を備え、一方とは反対の側に２つの脚部９３を備える。脚部９１、９３は、ブラケット８９の下部にある。２つの脚部９１は、車両の前後方向に沿って並んでいる。また、２つの脚部９３も、車両の前後方向に沿って並んでいる。
　２つの脚部９１は、それぞれ、一対のガイドローラー９５を備え、そのガイドローラー９５でガイドレール９７を上下から挟んでいる。よって、脚部９１は、ガイドレール９７に沿って摺動可能である。また、２つの脚部９３は、それぞれ、一対のガイドローラー９９を備え、そのガイドローラー９９でガイドレール１０３を上下から挟んでいる。よって、脚部９３は、ガイドレール１０３に沿って摺動可能である。
　ガイドレール９７、１０３は、それらの間に一定の間隔をおいて、車両の前後方向に延びている。ガイドレール９７、１０３は、支持部材１０５により、筐体１１に固定されている。ガイドレール９７、１０３は、スクリーン１９を中心とする円弧形状を有する。
　ヘッドアップディスプレイ装置６０１は、ブラケット８９の駆動源としてモーター４５を備える。モーター４５の回転軸８３は、リンク１０７を介して、ブラケット８９の上部と連結している。よって、モーター４５が回転すると、その駆動力により、ブラケット８９及び投射ユニット１３は、ガイドレール９７、１０３に沿って摺動する。ガイドレール９７、１０３の形状は、上記のように、スクリーン１９を中心とする円弧形状であるから、投射ユニット１３は、スクリーン１９を中心とする円弧軌道上を移動する。
　２．ヘッドアップディスプレイ装置６０１が奏する効果
　以上詳述した第７の実施形態によれば、前述した第１の実施形態の効果（１Ａ）～（１Ｃ）、（１Ｅ）、（１Ｆ）に加え、以下の効果が得られる。
　（７Ａ）本実施形態では、投射ユニット１３が投射した光５は、反射鏡により反射されることなく、直接スクリーン１９に入射する。そのことにより、スクリーン１９に入射する光５の光量低下を抑制できる。
　（その他の実施形態）
　以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得る。
　（１）上記第１～第７の実施形態において、反射鏡２１は、図１４に示す凹面鏡であってもよい。この反射鏡２１の反射面１０９は、不均一な曲率分布を有する。すなわち、反射面１０９の場所により、曲率が異なる。例えば、図１４において、反射面１０９のうち、ａ－ａ１に沿った部分における断面の曲率半径は４００ｍｍであり、ｂ－ｂ１に沿った部分における断面の曲率半径は３５０ｍｍであり、ｃ－ｃ１に沿った部分における断面の曲率半径は３００ｍｍである。また、反射鏡２１は、不均一な曲率分布を有する凸面鏡であってもよい。
　上記の反射鏡２１を用いる場合、図１５に示すように、反射鏡２１の位置に応じて、反射鏡２１に光５が入射する入射位置１１１をずらし、反射鏡２１の位置に応じて、入射位置１１１における反射面１０９の曲率を変化させる。例えば、反射鏡２１の位置がαであるとき、入射位置１１１は、反射面１０９のうち、ｃ－ｃ１に沿った部分となり、反射鏡２１の位置がβであるとき、入射位置１１１は、反射面１０９のうち、ａ－ａ１に沿った部分となる。
　このとき、投射ユニット１３からスクリーン１９に至る光５が結像する位置は、反射鏡２１の位置によらず、スクリーン１９上で一定となる。それは、反射鏡２１の移動による、投射ユニット１３からスクリーン１９までの実距離の変化と、入射位置１１１における曲率の変化とが相殺して、結像する位置が一定に保たれるからである。
　なお、反射鏡２１が移動したとき、結像する位置は完全に一定に保たれなくてもよく、反射面１０９における曲率が均一な反射鏡を用いた場合に比べ、結像する位置の変化量が抑制されればよい。
　（２）上記第１～第７の実施形態において、投射ユニット１３は、他の形式のものであってもよい。例えば、画像を表示した表示部に光源の光を照射し、その表示部を透過、あるいは反射した光を、画像を表す光５としてもよい。
　（３）上記第１～第７の実施形態において、凹面鏡１７以外の拡大光学ユニットを用いてもよい。例えば、凹面鏡と凸面鏡とを複数組み合わせたものを用いてもよい。
　（４）上記第１～第７の実施形態において、スクリーン１９は透過式スクリーンであってもよい。透過式スクリーンは、例えば、マイクロレンズアレイにより構成することができる。
　（５）上記第１～第７の実施形態において、反射鏡２１に代えて、プリズム、又はレンズを用いてもよい。
　（６）上記第６の実施形態において、スクリーン１９Ａと反射鏡２１Ａとから成る組を用いて表示する虚像と、スクリーン１９Ｂと反射鏡２１Ｂとから成る組を用いて表示する虚像とは、左右方向における位置が異なってもよい。
　（７）上記第１～第７の実施形態において、反射鏡２１が移動するにつれ、投射ユニット１３からスクリーン１９までの光路長が変化する。光路長の変化の影響を抑制するため、上記（１）による方法のほか、光５の光路長が、常にスクリーン１９に光５が結像する光路長となるように、投射ユニット１３を移動させてもよい。また、投射ユニット１３の移動と、上記（１）との組み合わせによって、光路長の変化に起因するボケや歪みを低減してもよい。
　（８）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。
　また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。例えば、上記第６の実施形態において、上記第５の実施形態のように第２の反射鏡８７を設けてもよい。このとき、投射ユニット１３が投射した光５を、第２の反射鏡８７で反射し、反射鏡２１Ａ又は反射鏡２１Ｂに導出することができる。
　なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
　（９）上述したヘッドアップディスプレイ装置の他、当該ヘッドアップディスプレイ装置を構成要素とするシステム、当該ヘッドアップディスプレイ装置の制御部としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した媒体、虚像の表示方法等、種々の形態で本開示を実現することもできる。
　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範畴や思想範囲に入るものである。

Claims (11)

  1. 　筐体（１１）と、
    　画像を表す光を投射する投射ユニット（１３）と、
    　前記投射ユニットにより投射された前記光（５）を車両のウインドシールド（３）に向けて導出する光学ユニット（１５）と、
    　を備え、
    　前記光学ユニットは、
    　前記筐体に固定され、前記光を前記ウインドシールドに向けて反射する拡大光学ユニット（１７）と、
    　前記筐体に固定され、前記光を前記拡大光学ユニットに向けて反射又は透過するスクリーン（１９）と、
    　前記スクリーンに入射する前記光の入射角を変化させる入射角変化ユニット（２１）と、
    　を含むヘッドアップディスプレイ装置。
  2. 　請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
    　前記入射角変化ユニットは、前記スクリーンに対する位置が可変であり、前記スクリーンに向けて前記光を導出する反射鏡、プリズム、又はレンズであるヘッドアップディスプレイ装置。
  3. 　請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
    　前記入射角変化ユニットの位置を取得する位置取得ユニット（４９）と、
    　前記位置取得ユニットにより取得した前記入射角変化ユニットの位置に応じて、前記投射ユニットが投射する前記光における前記画像の歪み補正を行う補正ユニット（４９）と、
    　をさらに備えるヘッドアップディスプレイ装置。
  4. 　請求項１～３のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
    　前記入射角変化ユニットは、前記スクリーンに対する位置が可変であり、前記スクリーンに向けて前記光を反射する反射鏡であり、
    　前記反射鏡は、前記反射鏡に入射する前記光と平行に移動可能であるヘッドアップディスプレイ装置。
  5. 　請求項１～３のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
    　前記入射角変化ユニットは、前記スクリーンに対する位置が可変であり、前記スクリーンに向けて前記光を反射する反射鏡であり、
    　前記反射鏡は、前記反射鏡から離れた点を中心とする円弧軌道上を移動可能であるヘッドアップディスプレイ装置。
  6. 　請求項１～３のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
    　前記入射角変化ユニットは、前記スクリーンに対する位置が可変であり、前記スクリーンに向けて前記光を反射する反射鏡であり、
    　前記反射鏡は、前記光の光路長を一定に保つ楕円軌道上を移動可能であるヘッドアップディスプレイ装置。
  7. 　請求項３～６のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
    　前記反射鏡は有限の焦点距離を有するヘッドアップディスプレイ装置。
  8. 　請求項７に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
    　前記反射鏡の反射面は不均一な曲率分布を有し、
    　前記反射鏡の位置に応じて、前記反射鏡に前記光が入射する入射位置における前記反射面の曲率が変化し、
    　前記反射鏡が移動したときの前記光が結像する位置の変化量は、前記反射面が均一な曲率を有する場合よりも抑制されるヘッドアップディスプレイ装置。
  9. 　請求項１～８のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
    　前記投射ユニットが投射した前記光を前記入射角変化ユニットに向けて反射する反射ユニット（８７）をさらに備えるヘッドアップディスプレイ装置。
  10. 　請求項１～９のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
    　前記スクリーンが反射式スクリーンであるヘッドアップディスプレイ装置。
  11. 　請求項１～１０のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
    　前記スクリーンと、それに対応する前記入射角変化ユニットとを含む組（１９Ａ、２１Ａ、１９Ｂ、２１Ｂ）を複数備え、
    　前記組ごとに、前記光を前記ウインドシールドに向けて導出するときの方向が異なるヘッドアップディスプレイ装置。

     
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