WO2018117012A1 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

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WO2018117012A1
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display device
image
video
display
head
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PCT/JP2017/045269
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裕己 永野
望 下田
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マクセル株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a head-up display device that is mounted on a vehicle or the like and displays various video information.
  • a head-up display that displays various types of information on a windshield (also referred to as a windshield) of a vehicle has been put into practical use as one of the technologies for displaying images superimposed on a real space. For example, by providing information for a driver as video information to be displayed, driving operation of the vehicle can be supported.
  • the basic configuration of the HUD is to project an optically generated image onto the windshield by a concave mirror, the reflected image light enters the driver's eyes, and the driver visually recognizes the virtual image in front of the windshield. is there.
  • a device has been proposed that can change the position of the virtual image visually recognized by the driver, that is, display both at a long distance from the windshield and at a short distance.
  • Patent Document 1 discloses a configuration in which two video display systems are provided, the optical path lengths from the concave mirror to the respective liquid crystal display panels are arranged differently, and the distance between two displayed virtual images is changed. Yes.
  • the virtual image display device described in Patent Document 1 can be used for both long-distance display and short-distance display.
  • two systems of displays light source and liquid crystal display unit
  • the entire apparatus is large. There is a problem that becomes. Therefore, it may be difficult to accommodate a large device in a dashboard where space is limited.
  • a half mirror that transmits one of the two systems of display light and reflects the other is required, the light use efficiency decreases. As a result, the light source becomes larger, and problems such as increased power consumption and increased heat generation occur.
  • An object of the present invention is to provide a small head-up display device that does not require a half mirror and can be used for both long distance display and short distance display.
  • the present invention provides a head-up display device that is mounted on a vehicle and displays a first virtual image and a second virtual image having different display distances in front of a windshield, and a functional film is provided on a glare trap portion of the head-up display device.
  • a first image display device for projecting a first image through the glare trap portion and projecting the first image to the windshield for displaying the first virtual image, and for displaying the second virtual image
  • a second video display device that generates a second video on the functional film and projects the second video onto the windshield.
  • the present invention it is possible to provide a small head-up display device that does not require a half mirror and can be used for both long-distance display and short-distance display.
  • the schematic diagram of the head-up display (HUD) apparatus mounted in the vehicle The figure which shows the example of the hardware constitutions which concern on acquisition of vehicle information.
  • the block diagram which shows the internal structure of a HUD apparatus (projection display system).
  • the block diagram which shows the internal structure of a HUD apparatus (laser scanning system).
  • the schematic diagram which shows the video display state by a HUD apparatus.
  • the figure which shows the internal structure of a HUD apparatus, and the optical path of image light The figure which shows the display position of a perspective virtual image.
  • the flowchart which shows the display switching of a perspective virtual image.
  • the flowchart for performing the simultaneous display of a perspective virtual image suitably.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an outline of a head-up display device (hereinafter abbreviated as a HUD device) mounted on a vehicle.
  • the HUD device 1 mounted on the vehicle 2 projects the respective video lights generated by the two video display devices 30a and 30b onto the windshield (hereinafter referred to as the windshield 3) of the vehicle 2.
  • the image light reflected by the windshield 3 enters the eyes of the driver, and the driver visually recognizes the image from the HUD.
  • the video to be displayed includes information related to driving and supports driving operation.
  • the HUD device 1 includes a vehicle information acquisition unit 10 that acquires various types of vehicle information 4, a control unit 20 that generates video information to be displayed based on the vehicle information acquisition unit 10, a concave mirror 41 and a concave mirror that reflect video light.
  • the vehicle information 4 includes speed information and gear information indicating the driving state of the vehicle.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration related to acquisition of vehicle information 4 in the HUD device 1.
  • an information acquisition device such as various sensors connected to the ECU 21 under the control of an electronic control unit (ECU, Electronic Control Unit) 21 in the control unit 20, for example.
  • ECU Electronic Control Unit
  • the vehicle speed sensor 101 acquires speed information of the vehicle 2.
  • the shift position sensor 102 acquires current gear information of the vehicle 2.
  • the steering wheel angle sensor 103 acquires steering wheel angle information.
  • the headlight sensor 104 acquires lamp lighting information related to ON / OFF of the headlight.
  • the illuminance sensor 105 and the chromaticity sensor 106 acquire external light information.
  • the distance measuring sensor 107 acquires distance information between the vehicle 2 and an external object.
  • the infrared sensor 108 acquires infrared information related to the presence / absence and distance of an object at a short distance of the vehicle 2.
  • the engine start sensor 109 detects engine ON / OFF information.
  • the acceleration sensor 110 and the gyro sensor 111 acquire acceleration gyro information including acceleration and angular velocity as information on the posture and behavior of the vehicle 2.
  • the temperature sensor 112 acquires temperature information inside and outside the vehicle.
  • the road-to-vehicle communication wireless receiver 113 and the vehicle-to-vehicle communication wireless receiver 114 are respectively road-to-vehicle communication information received by road-to-vehicle communication between the vehicle 2 and roads, signs, signals, etc.
  • the vehicle-to-vehicle communication information received by the vehicle-to-vehicle communication with another vehicle is acquired.
  • the camera (inside the vehicle) 115 and the camera (outside the vehicle) 116 respectively capture the moving image of the situation inside and outside the vehicle and acquire camera video information (inside / outside the vehicle).
  • the camera (inside the vehicle) 115 captures, for example, the driver's posture, eye position, movement, and the like. By analyzing the obtained moving image, for example, it is possible to grasp the driver's fatigue status, the position of the line of sight, and the like.
  • the camera (outside the vehicle) 116 captures a situation around the vehicle 2 such as the front or rear. By analyzing the obtained video, for example, it is possible to grasp the presence or absence of moving objects such as other vehicles and people around the building, topography, road surface conditions (rain, snow, freezing, unevenness, etc.) It is.
  • a GPS receiver 117 and a VICS are respectively received GPS information and VICS signals obtained by receiving GPS signals. Obtain the obtained VICS information. It may be implemented as a part of a car navigation system that acquires and uses these pieces of information.
  • the various devices are assumed to exist outside the HUD, they may be provided inside the HUD. Further, it is not always necessary to include all these devices, and other types of devices may be included.
  • a configuration in which a long-distance virtual image and a short-distance virtual image are displayed by two systems of video display devices 30a and 30b will be described.
  • a functional film is provided in the opening of the device, and the generated image is projected onto the functional film surface.
  • Example 1 a case where a variable transmittance film whose transmittance is changed by voltage application is used as the functional film.
  • FIGS. 3A and 3B are block diagrams showing the internal configuration of the HUD device 1.
  • the HUD device 1 includes two systems of video display devices 30a and 30b.
  • the first video display device 30a is for long-distance display and the second video display device 30b is for short-range display. These are referred to as “first” and “second”.
  • FIG. 3A shows a method (projection display method) in which the second image light generated on the image display element (liquid crystal panel or the like) is projected onto the functional film 51.
  • FIG. 3B shows a method (laser scanning method) in which the functional film 51 is scanned with laser light to generate a second image.
  • the first and second video display devices 30a and 30b have light sources 31a and 31b such as LEDs, illumination optical systems 32a and 32b, and display elements 33a and 33b such as liquid crystal elements, respectively.
  • the first image light generated by the first display element 33a is reflected by the concave mirror 41, and then covers the opening of the HUD device 1 and is a glare trap portion (antiglare plate) made of a material that can transmit the image light. Emanates from.
  • the second image light generated by the second display element 33b is projected onto the glare trap part (antiglare plate) without passing through the concave mirror 41.
  • a functional film (variable transmittance film) 51 is attached to the glare trap portion, and the first video light incident on the first video light is transmitted as it is with the functional film 51 being transparent.
  • the functional film 51 is made opaque (white turbid state) with respect to the second image light, and a second image is generated on the film surface. In this way, a first image for a long distance and a second image for a short distance are generated.
  • Various vehicle information 4 is input to the vehicle information acquisition unit 10 and sent to the control unit 20.
  • An electronic control unit (ECU) 21 in the control unit 20 generates two video signals for perspective display displayed by the HUD device 1 based on the input vehicle information 4. Further, based on the vehicle information 4, a control signal for the concave mirror 41 and a sound signal of the speaker 60 are generated.
  • the control unit 20 includes a sound output unit 22 that outputs a sound signal to the speaker 60, a nonvolatile memory 23 that stores a program executed by the ECU 21, and a memory 24 that stores video information and control information.
  • a sound output unit 22 that outputs a sound signal to the speaker 60
  • a nonvolatile memory 23 that stores a program executed by the ECU 21, and a memory 24 that stores video information and control information.
  • light source adjustment units 25a and 25b for controlling the respective light sources 31a and 31b
  • distortion correction units 26a and 26b for correcting distortion of the respective video signals to be displayed
  • correction Display element driving units 27a and 27b for driving the display elements 33a and 33b based on the video signals thus obtained are provided.
  • the first video display device 30a includes a mirror adjustment unit 28 that outputs a drive signal to the mirror drive unit 42 that drives the concave mirror 41.
  • the functional film control unit 52 switches the voltage applied to the functional film 51 to control the transmittance (transparency / cloudiness) of the functional film 51.
  • the second video display device 30b includes a laser light source 34 and a scanning mirror 35 that scans the laser light in a two-dimensional manner.
  • the scanning mirror 35 for example, MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) is used.
  • the control unit 20 includes a light source driving unit 25c that drives the laser light source 34 according to the level of the video signal, and a scanning driving unit 28c that drives the scanning mirror 35 according to the horizontal and vertical synchronization signals of the video signal.
  • the laser beam reflected by the scanning mirror 35 scans the functional film 51 according to the video signal.
  • the functional film controller 52 makes the functional film 51 opaque (white turbid state), thereby generating a second image on the film surface.
  • the laser scanning method of FIG. 3B does not require an illumination optical system in the video display device, and can be made smaller than the projection display method of FIG. 3A. As a result, it is possible to realize a small HUD device capable of displaying two-way video display for both near and far.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a video display state by the HUD device 1.
  • First and second image lights are emitted from the first and second image display devices 30a and 30b installed inside the dashboard of the vehicle 2.
  • the second video display device 30b may be either the “projection display method” shown in FIG. 3A or the “laser scanning method” shown in FIG. 3B. This figure shows an image of the “laser scanning method” in FIG. 3B.
  • the first video light 6 a emitted from the first video display device 30 a is reflected by the first mirror 41 a and the second mirror 41 b and projected toward the glare trap unit 50.
  • the first mirror 41a is fixed, and the second mirror 41b has a concave shape (including a free-form surface shape and an optical axis asymmetric shape), and can be rotated by the mirror drive unit.
  • the second mirror 41b is simply referred to as “concave mirror 41”.
  • the second video light 6 b emitted from the second video display device 30 b is directly projected onto the glare trap unit 50.
  • a functional film 51 is attached to the glare trap section 50, and the transmittance changes with voltage application.
  • the functional film 51 In the case of projecting the first image light 6a, the functional film 51 is set in a transparent state, and the first image light 6a is allowed to pass through as it is.
  • the functional film 51 When projecting the second image light 6b, the functional film 51 is made cloudy and the second image is generated at that position by scattering the light.
  • the first image light 6 a passes through the transparent functional film 51, is reflected by the windshield 3, enters the driver's eyes 8, and forms an image on the retina so that the image can be visually recognized. .
  • the driver sees the first virtual image 9a existing forward from the windshield 3.
  • the position of the first virtual image 9a visually recognized by the driver is determined by the distance from the display element 33a, which is the image generation surface of the first image display device 30a, and the magnification of the projection lens (not shown in the figure) disposed in the optical path. , Displayed at a position far from the windshield 3.
  • the second image light 6b is irradiated onto the functional film 51 in a cloudy state, whereby a second image is generated at that position.
  • the generated second image is reflected by the windshield 3 and is incident on the driver's eyes 8 for visual recognition.
  • the driver visually recognizes the second virtual image 9b existing forward from the windshield 3.
  • the position of the second virtual image 9b to be visually recognized is determined by the distance from the functional film 51 (glare trap portion 50) that is the image generation surface, it is displayed at a short distance from the windshield 3 (in this case, projection). Lens is not used).
  • the functional film 51 is attached to the glare trap section 50, and the transparent and cloudy states are switched by applying a voltage.
  • the functional film 51 is made transparent, and the first video light 6a is projected from the first video display device 30a for long-distance display.
  • the functional film 51 is clouded, and the second video light 6b is projected from the second video display device 30b for short-distance display. In this way, it is possible to switch between the perspective virtual images and display them.
  • the functional film 51 is partially installed on the glare trap part 50, so that a long-distance virtual image can be obtained in the non-installation area of the functional film, and the installation area of the functional film (white turbid state). Then, it is also possible to display a virtual image at a short distance at the same time.
  • FIG. 5 is a diagram showing the appearance of the HUD device.
  • the first and second image lights emitted from the HUD device 1 are projected upward from the glare trap section 50.
  • An opening for projecting image light toward the windshield 3 is formed on the upper surface of the exterior case of the HUD device 1, and the opening is covered with a glare trap 50 (antiglare plate).
  • the glare trap part 50 is made of a concave material capable of transmitting image light, and is a part that performs anti-glare action against external light.
  • the functional film 51 is attached to the entire area or the partial area outside or inside the glare trap portion 50. In this figure, the case where it attaches to substantially the whole area is shown.
  • the functional film 51 is a transmittance variable type film whose transmittance (transparency / cloudiness) changes depending on the applied voltage, and is also called a functional liquid crystal film or a light control film.
  • the functional film 51 includes a type in which the transmittance is increased by voltage application and a type in which the transmittance is decreased by voltage application. In this embodiment, any type can be used. However, in the following description, the latter type, that is, a case where the voltage changes (ON) to the white turbid state and the voltage application (OFF) changes to the transparent state.
  • FIG. 6 is a diagram showing the internal structure of the HUD device 1 and the optical path of the image light. Below the HUD device 1, first and second video display devices 30a and 30b are arranged. A functional film 51 is attached to the upper glare trap portion 50.
  • the first video light 6a emitted from the first video display device 30a (shown by a broken line and grayed out) is enlarged by the projection lens 43, and the first mirror 41a and the second mirror 41b (concave mirror 41). And is projected from the glare trap unit 50.
  • the second image light 6b (indicated by a solid line) emitted from the second image display device 30b is directly emitted to the glare trap unit 50.
  • the functional film 51 attached to the glare trap unit 50 When the functional film 51 attached to the glare trap unit 50 is in a transparent state, the first image light 6a is projected upward as it is. On the other hand, when the functional film 51 attached to the glare trap unit 50 is in a cloudy state, a second image is generated in the film by the second image light 6b and projected upward. In this figure, the generation region of the second video is a partial region of the glare trap unit 50 (functional film 51).
  • the second image display device 30b since the second image display device 30b has a small emission optical system, there are few restrictions on arrangement, and the second image display device 30b can be arranged in a space avoiding the first image display device 30a. Therefore, it is possible to realize a small HUD device 1 while including two systems of video display devices.
  • FIG. 7 is a diagram showing the display position of the perspective virtual image.
  • the functional film 51 When the functional film 51 is in a transparent state and an image is projected from the first image display device 30a, the first virtual image 9a that can be seen by the driver's eyes 8 in the vehicle 2 is displayed at a long distance (for example, 40 m away). .
  • This display distance is variable by selecting the projection lens 43 and adjusting the lens position.
  • the functional film 51 is clouded and the video is emitted from the second video display device 30b
  • the second virtual image 9b is displayed at a short distance (for example, 3 m away).
  • This display distance is determined by the distance from the position of the driver's eyes 8 to the windshield 3 and the distance from the windshield 3 to the glare trap portion 50 to which the functional film 51 is attached. Therefore, the display distance can be changed by changing the position of the glare trap unit 50.
  • the first virtual image 9a and the second virtual image 9b exist on substantially the same line of sight as viewed from the driver's eyes 8. It should be noted that the video to be displayed at a long distance is mainly information to be displayed superimposed on the actual scene. In addition, the video to be displayed at a short distance is information to be displayed without being superimposed on the actual scene, such as speed, distance, and sign information.
  • FIG. 8 is a flowchart showing display switching of a perspective virtual image.
  • the display distance is automatically switched according to the type of video to be displayed.
  • the following processing is controlled by an electronic control unit (ECU) 21 of the control unit 20.
  • ECU electronice control unit
  • the short distance display method is the case of the projection display method of FIG. 3A.
  • the vehicle information acquisition unit 10 acquires the vehicle information 4 (S201). First, an appropriate brightness level is calculated from the external light information by the illuminance sensor 105, and the brightness levels of the light sources 31a and 31b are set by controlling the light source adjustment units 25a and 25b (S202). Further, information selected by the driver (for example, current vehicle speed information) is extracted from the acquired vehicle information 4 and a video to be displayed is determined (S203).
  • the display image When the display image is determined, it is determined whether the distance to display it is a long distance or a short distance (S204). Therefore, the relationship between the type of display video and the display distance is stored in the nonvolatile memory 23 in advance. For example, information that is displayed superimposed on the actual scene such as the situation of the road ahead (lane display or the like) is displayed as a long distance display, and information that is displayed without being superimposed on the actual scene such as vehicle speed information is displayed as a short distance display. Processing branches depending on whether the long distance display or the short distance display is performed.
  • the first distortion correction unit 26a corrects the image distortion generated in the projection optical system (for example, the curved shape of the windshield 3) on the displayed image (S205a).
  • the display element driver 27a supplies a drive signal to the first display element 33a (S206a).
  • the functional film control unit 52 turns off the voltage applied to the functional film 51 to make the film transparent (S207a).
  • the light source 31a of the first video display device 30a is turned on (S208a), and the first virtual image for long distance is displayed (S209a).
  • the second distortion correction unit 26b corrects the image distortion generated in the projection optical system for the displayed image (S205b).
  • the display element driving unit 27b supplies a drive signal to the second display element 33b (S206b).
  • the functional film control part 52 turns ON the applied voltage of the functional film 51, and makes a film a cloudiness state (S207b).
  • the light source 31b of the second video display device 30b is turned on (S208b), and the second virtual image for short distance is displayed (S209b).
  • the above display method is to select and display either a long-distance virtual image or a short-distance virtual image. On the other hand, it is possible to divide the display area and display both the long-distance virtual image and the short-distance virtual image at the same time.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating simultaneous display of perspective virtual images.
  • (A) And (b) shows the example of the attachment structure of the functional film 51,
  • (c) shows the display state of the perspective virtual image seen from the vehicle inside.
  • the virtual image display area 90 is divided into a long-distance display area 90a and a short-distance display area 90b. In each region, the long-distance virtual image 9a and the short-distance virtual image 9b emitted from the first and second video display devices 30a and 30b are displayed simultaneously.
  • the functional film 51 for realizing this is as shown in (a), in which the functional film 51 is attached only to the area corresponding to the short distance display area 90b in the glare trap section 50, the voltage is turned on, and the State. Or as shown in (b), the functional film 51 is attached to the whole surface of the glare trap part 50, and only the area
  • FIG. 10 is a diagram showing various division patterns of the functional film.
  • (a1) to (a4) are cases where the functional film is divided into upper and lower parts (51a, 51b) and the respective regions are subjected to voltage ON / OFF control. Thereby, when displaying a long-distance virtual image on the entire surface (a1), displaying a short-distance virtual image on the entire surface (a2), and displaying a long-distance virtual image and a short-distance virtual image simultaneously at the top and bottom (a3, a4). Can be switched.
  • (b1) to (b4) are cases where the functional film is divided into upper and lower parts (51c to 51e). According to this, for example, as shown in (b3), a long-distance virtual image can be displayed in the central region 51d, and a short-distance virtual image (speed and distance information) can be displayed in the upper and lower ends 51c and 51e.
  • the transmittance of the functional film is realized by changing the state (light distribution) of the particles in the film by applying a voltage, but it is predetermined until the transition between the transparent state and the cloudy state is completed. Time is needed. If the display is started in the middle of the transition, the display timing of the long-distance virtual image and the short-distance virtual image that can be seen by the driver is shifted, which makes it difficult to see. In particular, when a perspective virtual image is simultaneously displayed using the functional film division pattern as shown in FIG. 10, it is preferable to adjust the perspective image emission timing in consideration of the transition time of the functional film.
  • FIG. 11 is a flowchart for suitably performing simultaneous display of perspective virtual images.
  • the voltage of the area to be displayed at a short distance is turned on (S301), and the process waits for a predetermined time (t0) until the transition is completed and the cloudy state is obtained (S302).
  • This predetermined time (t0) is an amount determined by the transition time of the film material.
  • the light sources 31a and 31b of the first and second video display devices 30a and 30b are turned on, and the emission of the long-distance video and the short-distance video is started (S303a and S303b). Perform (S304).
  • the light sources 31a and 31b of the first and second video display devices 30a and 30b are turned off, and the emission of the long-distance video and the short-distance video is stopped (S305a). , S305b). Thereafter, the voltage of the functional film is turned off to make a transition to a transparent state (S306). In this way, by turning on and off the light sources 31a and 31b in consideration of the transition time of the functional film, the display timing of the perspective virtual images is aligned, and an easy-to-see display can be performed.
  • each configuration of the first embodiment it is possible to provide a small HUD device that does not require a half mirror and can be used for both long-distance display and short-distance display.
  • Example 2 describes a case where a long-distance virtual image and a short-distance virtual image are alternately displayed. If the display of the perspective virtual image is switched at a high speed, the perspective virtual image appears to be displayed simultaneously. Further, by displaying the long-distance virtual image and the short-distance virtual image alternately at the same position in the display area, the long-distance virtual image and the short-distance virtual image can be displayed in an overlapping manner.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining a method of alternately displaying perspective virtual images.
  • a functional film 51 is attached to the entire surface of the glare trap section 50 of the HUD device 1, and ON / OFF control of the applied voltage is performed in accordance with the emitted long distance / short distance image.
  • (A) is a case where a long-distance video is emitted, and the voltage of the functional film 51 is turned off (transparent), and the first video light 6a for long-distance is emitted from the first video display device 30a.
  • (B) is a case where a short-distance image is emitted, the voltage of the functional film 51 is turned ON (white turbidity), and the second image light 6b for short-distance is emitted from the second image display device 30b. . This is switched alternately.
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of alternate display of perspective virtual images.
  • (A) is a case where the long-distance virtual image 9a is displayed in the display area 90
  • (b) is a case where the short-distance virtual image 9b is displayed in the display area 90.
  • the long-distance virtual image 9a and the short-distance virtual image 9b are simultaneously displayed in the display area 90 as shown in (c).
  • the long-distance virtual image 9a and the short-distance virtual image 9b are displayed at positions separated from each other, but it is also possible to display them in a state in which both of them are overlapped.
  • FIG. 14 is a flowchart showing an alternate display operation of perspective virtual images.
  • the operation of displaying the long-distance virtual image 9a for the time ta and the operation of displaying the short-distance virtual image 9b for the time tb are repeated alternately.
  • the display times ta and tb are set in accordance with, for example, the vertical synchronization timing of the display video.
  • the applied voltage of the functional film 51 is turned off (transparent) (S401), the light source 31a of the first image display device 30a is turned on, and emission of a long distance image is started (S402).
  • the emission of the long distance image is stopped (S404).
  • the applied voltage of the functional film 51 is turned ON (white turbidity) (S405), the light source 31b of the second image display device 30b is turned on, and the short distance image emission is started (S406).
  • the emission of the short distance image is stopped (S408). It is determined whether or not to continue the display (S409). When the display is continued, the process returns to S401 and the above operation is repeated.
  • the perspective virtual images are alternately displayed so that the images are displayed at the same time, and the perspective virtual images can be displayed in an overlapping manner.
  • Example 3 describes a case where a film that generates an image when irradiated with a special laser beam (herein referred to as a self-luminous film) is used as the functional film.
  • the self-light-emitting film is usually transparent, but when irradiated with a laser beam having a specific wavelength, the irradiated portion of the light emitter emits light to generate a character or image of a specific color (for example, green).
  • image light other than specific laser light is irradiated, it has the property of transmitting as it is.
  • Examples 1 and 2 a film with variable transmittance was used as the functional film, but instead of this, the above self-luminous film was used.
  • the configuration of the HUD apparatus can use the laser scanning method of FIG. 3B, but the functional film control unit 52 is not necessary.
  • the functional film 51 self-luminous film is attached in the same manner as in FIG. 5, but may be partially attached to the glare trap portion 50.
  • the first video light 6a is emitted from the first video display device 30a, and the first virtual image 9a is displayed through the self-luminous film.
  • the second image light 6b laser light
  • the second image light 6b is scanned to generate a second image on the self-emitting film, and this second image is displayed. Is projected to display the second virtual image 9b. It is also possible to display a long-distance virtual image and a short-distance virtual image at the same time.
  • Example 3 the display color of the short-distance virtual image 9b is fixed, but voltage control on the functional film is not necessary, and the apparatus configuration is simplified.
  • the light use efficiency can be maintained even when the long distance display is performed simultaneously.
  • Example 4 various installation positions of the second video display device 30b will be described.
  • the device 30b can be downsized, so that the installation position has a degree of freedom.
  • FIG. 15A to 15C are diagrams showing examples in which the installation position of the second video display device 30b is changed.
  • FIG. 15A shows a case where the second video display device 30b is installed in the vicinity of the first mirror 41a
  • FIG. 15B shows a case where the second video display device 30b is installed in the vicinity of the concave mirror 41 (41b). It is. In either case, if the second image light 6b is emitted toward the functional film 51, the second image generated by the functional film 51 is reflected by the windshield 3, and the driver can obtain the second virtual image 9b. Can be visually recognized. Further, FIG.
  • 15C shows a case where the second video display device 30b is installed on the ceiling in the vehicle, and the second video light 6b is emitted from the ceiling toward the functional film 51 on the dashboard. This is effective when a space for installing the second video display device 30b in the dashboard cannot be secured.
  • the second video display device 30b can be installed in an empty space of the first video display device 30a, and as a result, the HUD device that displays two perspective images can be downsized. Can be realized.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications.
  • a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment.
  • HUD Head-up display
  • 2 Vehicle
  • 3 Windshield
  • 4 Vehicle information
  • 6a, 6b image light
  • 8 Driver's eyes 9a, 9b: virtual image
  • 10 Vehicle information acquisition unit
  • 20 control unit
  • 21 Electronic control unit (ECU)
  • 25a, 25b light source adjustment unit
  • 25c light source driving unit
  • 26a, 26b distortion correction unit
  • 27a, 27b display element driving unit
  • 28 Mirror adjustment unit
  • 28c a scanning drive unit
  • 30a first video display device
  • 30b second video display device
  • 31a, 31b light source
  • 33a, 33b display elements
  • 34 Laser light source
  • 35 scanning mirror
  • 41 concave mirror
  • 42 Mirror drive unit
  • 50 Glare trap part
  • 52 Functional film control unit
  • 90 Display area.

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Abstract

本発明は、遠距離表示と近距離表示の両用が可能なヘッドアップディスプレイ装置を提供する。ヘッドアップディスプレイ装置１のグレアトラップ部５０に機能性フィルム５１を取り付ける。第１の映像表示装置３０ａは、第１の虚像９ａを表示するため、グレアトラップ部を通過してウィンドシールド３へ第１の映像６ａを投射する。第２の映像表示装置３０ｂは、表示距離の異なる第２の虚像９ｂを表示するため、機能性フィルム上に第２の映像６ｂを生成し、第２の映像をウィンドシールドへ投射する。機能性フィルム５１には、印加電圧に応じて光透過率が変化する可変透過率フィルム、または、特定波長のレーザ光を照射すると照射された部分が発光する透明な自発光フィルムを用いる。

Description

ヘッドアップディスプレイ装置
　本発明は、車両等に搭載し各種映像情報を表示するヘッドアップディスプレイ装置に関するものである。
　近年、映像を現実空間に重ねて表示する技術の１つとして、車両のフロントガラス（ウィンドシールドともいう）に各種情報を表示するヘッドアップディスプレイ（Head Up Display：ＨＵＤ）が実用化されている。例えば表示する映像情報として運転者向けの情報を提供することで、車両の運転操作を支援することができる。
　ＨＵＤの基本構成は、光学的に生成した映像を凹面ミラーによりフロントガラスに投射し、反射した映像光が運転者の眼に入射し、運転者はその虚像をフロントガラスの前方に視認するものである。その際、運転者が視認する虚像の位置を変えること、すなわち、フロントガラスから遠距離に表示する場合と近距離に表示する場合との両方が可能な装置が提案されている。
　例えば特許文献１には、２系統の映像表示系を備え、凹面鏡からそれぞれの液晶表示パネルまでの光路長を異ならせて配置し、表示される２つの虚像までの距離を変える構成が開示されている。
特開２０１３－１１６４５号公報
　特許文献１に記載の虚像表示装置では、遠距離表示と近距離表示の両用が可能であるが、ほぼ同等性能の表示器（光源および液晶表示部）を２系統配置するため、装置全体が大型化してしまう課題がある。そのため、スペースが限られているダッシュボード内に大型の装置を収納することが困難な場合が生じる。また、２系統の表示光の一方を透過し、他方を反射させるハーフミラーが必要となるために、光の利用効率が低下する。その分、光源が大型化し、消費電力の増大、発熱量の増加などの課題が生じる。
　本発明の目的は、ハーフミラーを不要とし、遠距離表示と近距離表示の両用が可能な小型のヘッドアップディスプレイ装置を提供することである。
　本発明は、車両に搭載し、ウィンドシールドの前方に表示距離の異なる第１の虚像と第２の虚像を表示するヘッドアップディスプレイ装置において、前記ヘッドアップディスプレイ装置のグレアトラップ部に機能性フィルムを取り付け、前記第１の虚像を表示するため、前記グレアトラップ部を通過して前記ウィンドシールドへ第１の映像を投射する第１の映像表示装置と、前記第２の虚像を表示するため、前記機能性フィルム上に第２の映像を生成し、該第２の映像を前記ウィンドシールドへ投射する第２の映像表示装置と、を備える構成とする。
　本発明によれば、ハーフミラーを不要とし、遠距離表示と近距離表示の両用が可能な小型の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。
車両に搭載したヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置の模式図。 車両情報の取得に係るハードウェア構成の例を示す図。 ＨＵＤ装置の内部構成を示すブロック図（投影表示方式）。 ＨＵＤ装置の内部構成を示すブロック図（レーザ走査方式）。 ＨＵＤ装置による映像表示状態を示す模式図。 ＨＵＤ装置の外観を示す図。 ＨＵＤ装置の内部構造と映像光の光路を示す図。 遠近虚像の表示位置を示す図。 遠近虚像の表示切り替えを示すフローチャート。 遠近虚像の同時表示を説明する図。 機能性フィルムの各種分割パターンを示す図。 遠近虚像の同時表示を好適に行うためのフローチャート。 遠近虚像の交互表示の方法を説明する図。 遠近虚像の交互表示の例を示す図。 遠近虚像の交互表示動作を示すフローチャート。 第２の映像表示装置の設置位置を変えた例を示す図。 第２の映像表示装置の設置位置を変えた例を示す図。 第２の映像表示装置の設置位置を変えた例を示す図。
　始めに、２系統の映像表示系を備えるヘッドアップディスプレイ装置の基本構成について説明する。
  図１は、車両に搭載したヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤ装置と略す）の概要を説明する模式図である。車両２に搭載されたＨＵＤ装置１は、２系統の映像表示装置３０ａ，３０ｂで生成したそれぞれの映像光を車両２のフロントガラス（以下、ウィンドシールド３と呼ぶ）に投射する。ウィンドシールド３で反射した映像光は運転者の目に入射し、運転者はＨＵＤからの映像を視認する。表示する映像には運転に関連する情報が含まれ、運転操作を支援するものとなる。ＨＵＤ装置１の内部は、各種の車両情報４を取得する車両情報取得部１０と、これをもとに表示する映像情報を生成する制御部２０と、映像光を反射する凹面ミラー４１および凹面ミラー４１を駆動するミラー駆動部４２、運転者に音声情報を出力するスピーカ６０などを有する。車両情報４には、車両の運転状態を示す速度情報やギア情報などが含まれる。
　図２は、ＨＵＤ装置１における車両情報４の取得に係るハードウェア構成の例を示す図である。ここでは主に車両情報取得部１０および制御部２０の一部のハードウェア構成について示す。車両情報４の取得は、例えば、制御部２０内の電子制御ユニット（ＥＣＵ、Electronic Control Unit）２１の制御の下、ＥＣＵ２１に接続された各種のセンサ等の情報取得デバイスにより行われる。これらのデバイスには以下のものが含まれる。
　車速センサ１０１は、車両２の速度情報を取得する。シフトポジションセンサ１０２は、車両２の現在のギア情報を取得する。ハンドル操舵角センサ１０３は、ハンドル操舵角情報を取得する。ヘッドライトセンサ１０４は、ヘッドライトのＯＮ／ＯＦＦに係るランプ点灯情報を取得する。照度センサ１０５および色度センサ１０６は、外光情報を取得する。測距センサ１０７は、車両２と外部の物体との間の距離情報を取得する。赤外線センサ１０８は、車両２の近距離における物体の有無や距離等に係る赤外線情報を取得する。エンジン始動センサ１０９は、エンジンＯＮ／ＯＦＦ情報を検知する。
　加速度センサ１１０およびジャイロセンサ１１１は、車両２の姿勢や挙動の情報として、加速度や角速度からなる加速度ジャイロ情報を取得する。温度センサ１１２は車内外の温度情報を取得する。路車間通信用無線受信機１１３および車車間通信用無線受信機１１４は、それぞれ、車両２と道路や標識、信号等との間の路車間通信により受信した路車間通信情報、および車両２と周辺の他の車両との間の車車間通信により受信した車車間通信情報を取得する。
　カメラ（車内）１１５およびカメラ（車外）１１６は、それぞれ、車内および車外の状況の動画像を撮影してカメラ映像情報（車内／車外）を取得する。カメラ（車内）１１５では、例えば、運転者の姿勢や、眼の位置、動き等を撮影する。得られた動画像を解析することにより、例えば、運転者の疲労状況や視線の位置などを把握することが可能である。また、カメラ（車外）１１６では、車両２の前方や後方等の周囲の状況を撮影する。得られた動画像を解析することにより、例えば、周辺の他の車両や人等の移動物の有無、建物や地形、路面状況（雨や積雪、凍結、凹凸等）などを把握することが可能である。
　ＧＰＳ受信機１１７およびＶＩＣＳ（Vehicle Information and Communication System：道路交通情報通信システム、登録商標（以下同様））受信機１１８は、それぞれ、ＧＰＳ信号を受信して得られるＧＰＳ情報およびＶＩＣＳ信号を受信して得られるＶＩＣＳ情報を取得する。これらの情報を取得して利用するカーナビゲーションシステムの一部として実装されていてもよい。
　なお、各種デバイスはＨＵＤの外部に存在するものとしたが、ＨＵＤの内部に備えていてもよい。また、必ずしもこれら全てのデバイスを備えている必要はなく、また、他の種類のデバイスを備えていてもよい。
　実施例１では、２系統の映像表示装置３０ａ，３０ｂでそれぞれ遠距離虚像と近距離虚像を表示する構成について説明する。近距離虚像用の映像表示装置では、装置開口部に機能性フィルムを設けて、機能性フィルム面に生成した映像を投射する構成としている。実施例１では、機能性フィルムとして電圧印加により透過率が変化する可変透過率フィルムを使用する場合を取り上げる。
　図３Ａと図３Ｂは、ＨＵＤ装置１の内部構成を示すブロック図である。ＨＵＤ装置１は２系統の映像表示装置３０ａ、３０ｂを備え、第１の映像表示装置３０ａは遠距離表示用、第２の映像表示装置３０ｂは近距離表示用とし、それぞれの系統の構成要素を「第１」、「第２」と呼んで区別することにする。
　第２の映像表示装置３０ｂについては２つの表示方式が可能であるが、いずれも、ＨＵＤ装置１の開口部に設置した機能性フィルム５１にて第２の映像を生成させ、それをウィンドシールド３に向けて投射する構成である。図３Ａは、映像表示素子（液晶パネルなど）に生成した第２の映像光を機能性フィルム５１に投射する方式（投影表示方式）である。図３Ｂは、レーザ光を機能性フィルム５１に走査して第２の映像を生成する方式（レーザ走査方式）である。以下、それぞれの方式について説明する。
　図３Ａの投影表示方式において、第１、第２の映像表示装置３０ａ，３０ｂは、それぞれ、ＬＥＤなどの光源３１ａ，３１ｂ、照明光学系３２ａ，３２ｂ、液晶素子などの表示素子３３ａ，３３ｂを有する。第１の表示素子３３ａで生成された第１の映像光は凹面ミラー４１で反射された後、ＨＵＤ装置１の開口部を覆い、映像光が透過できる素材からなるグレアトラップ部（防眩板）から出射する。第２の表示素子３３ｂで生成された第２の映像光は、凹面ミラー４１を介さずに、グレアトラップ部（防眩板）に投射される。
　グレアトラップ部には機能性フィルム（可変透過率フィルム）５１を取り付けてあり、第１の映像光に対しては機能性フィルム５１を透明にして入射する第１の映像光をそのまま透過させる。第２の映像光に対しては機能性フィルム５１を不透明（白濁状態）にして、フィルム面に第２の映像を生成させる。このようにして、遠距離用の第１の映像と、近距離用の第２の映像を生成する。
　車両情報取得部１０には各種の車両情報４が入力され制御部２０へ送られる。制御部２０内の電子制御ユニット（ＥＣＵ）２１は、入力した車両情報４に基づきＨＵＤ装置１が表示する遠近表示用の２系統の映像信号を生成する。また、車両情報４に基づき、凹面ミラー４１に対する制御信号やスピーカ６０の音声信号を生成する。
　制御部２０内には、スピーカ６０に音声信号を出力する音声出力部２２、ＥＣＵ２１が実行するプログラムを格納する不揮発性メモリ２３、映像情報や制御情報を記憶するメモリ２４を有する。第１、第２の映像表示装置３０ａ，３０ｂに対し、それぞれの光源３１ａ，３１ｂを制御する光源調整部２５ａ，２５ｂ、表示するそれぞれの映像信号の歪みを補正する歪み補正部２６ａ，２６ｂ、補正された映像信号に基づきそれぞれの表示素子３３ａ，３３ｂを駆動する表示素子駆動部２７ａ，２７ｂを有する。
　また、第１の映像表示装置３０ａにおいては、凹面ミラー４１を駆動するミラー駆動部４２に対して駆動信号を出力するミラー調整部２８を有する。機能性フィルム制御部５２は、機能性フィルム５１に印加する電圧を切り替えて、機能性フィルム５１の透過率（透明／白濁）を制御する。
　図３Ｂに示すレーザ走査方式においては、第２の映像表示装置３０ｂは、レーザ光源３４とレーザ光を２次元状に走査する走査ミラー３５を有する。走査ミラー３５には、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を用いる。制御部２０には、映像信号のレベルに応じてレーザ光源３４を駆動する光源駆動部２５ｃと、映像信号の水平、垂直同期信号に応じて走査ミラー３５を駆動する走査駆動部２８ｃを有する。
　走査ミラー３５で反射されたレーザ光は映像信号に従い機能性フィルム５１上を走査する。その際、機能性フィルム制御部５２により機能性フィルム５１を不透明（白濁状態）とすることで、フィルム面に第２の映像を生成させる。
　図３Ａの投影表示方式と図３Ｂのレーザ走査方式においては、第１、第２の映像光を投射するために、いずれもハーフミラーを不要としており、ハーフミラー使用による光利用効率の低下がない。また、第２の映像表示装置３０ｂ側の出射光学系には凹面ミラーが存在しないので、第１の映像表示装置３０ａ側の出射光学系よりも簡単な構成で小型化が可能になる。特に、図３Ｂのレーザ走査方式は図３Ａの投影表示方式よりも、映像表示装置内の照明光学系が不要になるので、より小型化が可能になる。その結果、遠近両用の２系統の映像表示が可能な小型のＨＵＤ装置を実現できる。
　図４は、ＨＵＤ装置１による映像表示状態を示す模式図である。車両２のダッシュボードの内部に設置された第１、第２の映像表示装置３０ａ，３０ｂから、第１、第２の映像光が出射される。第２の映像表示装置３０ｂは、図３Ａに示した「投影表示方式」と図３Ｂに示した「レーザ走査方式」のいずれでもよい。この図では、図３Ｂの「レーザ走査方式」のイメージを示している。
　第１の映像表示装置３０ａから出射した第１の映像光６ａは、第１のミラー４１ａと第２のミラー４１ｂで反射され、グレアトラップ部５０に向けて投射される。第１のミラー４１ａは固定されており、第２のミラー４１ｂは凹面形状（自由曲面形状、光軸非対称の形状を含む）を有し、ミラー駆動部４２により回転可能となっている。以下の説明では、第２のミラー４１ｂを単に「凹面ミラー４１」と呼ぶことにする。一方、第２の映像表示装置３０ｂから出射した第２の映像光６ｂは、直接グレアトラップ部５０に投射される。
　グレアトラップ部５０には機能性フィルム５１が取り付けてあり、電圧印加により透過率が変化する。第１の映像光６ａを投射する場合は機能性フィルム５１を透明状態とし、第１の映像光６ａをそのまま通過させる。第２の映像光６ｂを投射する場合は機能性フィルム５１を白濁状態とし、光を散乱させることでその位置で第２の映像が生成される。
　第１の映像光６ａは透明状態の機能性フィルム５１を通過し、ウィンドシールド３にて反射され運転者の目８に入射して網膜上に結像することで、映像を視認することができる。このとき運転者は、ウィンドシールド３から前方に存在する第１の虚像９ａを見ていることになる。運転者の視認する第１の虚像９ａの位置は、第１の映像表示装置３０ａの映像生成面である表示素子３３ａからの距離と、光路に配置した投射レンズ（図では省略）の倍率で決まり、ウィンドシールド３から遠距離の位置に表示される。
　一方第２の映像光６ｂは、白濁状態の機能性フィルム５１に照射されることで、その位置で第２の映像が生成される。生成された第２の映像はウィンドシールド３にて反射され、運転者の目８に入射して視認することができる。このとき運転者は、ウィンドシールド３から前方に存在する第２の虚像９ｂを視認する。ただし視認する第２の虚像９ｂの位置は、映像生成面である機能性フィルム５１（グレアトラップ部５０）からの距離で決まるので、ウィンドシールド３から近距離の位置に表示される（この場合投射レンズは使用しない）。
　このように、グレアトラップ部５０に機能性フィルム５１を取り付け、電圧印加により透明と白濁状態を切り替えるようにする。遠距離の虚像９ａを表示するときは機能性フィルム５１を透明状態とし、遠距離表示用の第１の映像表示装置３０ａから第１の映像光６ａを投射する。近距離の虚像９ｂを表示するときは機能性フィルム５１を白濁状態とし、近距離表示用の第２の映像表示装置３０ｂから第２の映像光６ｂを投射する。このようにして、遠近両用の虚像を切り替えて表示することができる。
　なお、後述するように、グレアトラップ部５０に対し機能性フィルム５１を部分的に設置することで、機能性フィルムの非設置領域では遠距離の虚像を、機能性フィルム（白濁状態）の設置領域では近距離の虚像を、同時に表示することも可能である。
　図５は、ＨＵＤ装置の外観を示す図である。ＨＵＤ装置１から出射された第１、第２の映像光は、グレアトラップ部５０から図面上方へ投射される。ＨＵＤ装置１の外装ケースの上面には、映像光がウィンドシールド３に向かって投射される開口部が形成されており、当該開口部はグレアトラップ部５０（防眩板）によって覆われている。グレアトラップ部５０は映像光を透過できる凹面状の素材からなり、外光に対して防眩作用を行う部分である。本実施例ではこのグレアトラップ部５０の外側または内側の全領域、あるいは一部の領域に、機能性フィルム５１を取り付けている。この図では、ほぼ全領域に取り付けた場合を示す。
　機能性フィルム５１は、印加する電圧により透過率（透明／白濁）が変化する透過率可変型フィルムであり、機能性液晶フィルムや調光フィルムなどとも呼ばれる。機能性フィルム５１は、電圧印加により透過率が増大するタイプと、電圧印加により透過率が減少するタイプとが存在する。本実施例ではいずれのタイプでも使用可能であるが、以下の説明では、後者のタイプ、すなわち、電圧印加（ＯＮ）で白濁状態に、電圧印加（ＯＦＦ）で透明状態に変化する場合とする。
　図６は、ＨＵＤ装置１の内部構造と映像光の光路を示す図である。ＨＵＤ装置１の下部には、第１、第２の映像表示装置３０ａ，３０ｂが配置されている。上部のグレアトラップ部５０には、機能性フィルム５１が取り付けられている。
　第１の映像表示装置３０ａから出射された第１の映像光６ａ（破線、灰色塗りつぶしで示す）は、投射レンズ４３で拡大され、第１のミラー４１ａと第２のミラー４１ｂ（凹面ミラー４１）で反射され、グレアトラップ部５０から投射される。一方、第２の映像表示装置３０ｂから出射された第２の映像光６ｂ（実線で示す）は直接グレアトラップ部５０に出射する。
　グレアトラップ部５０に取り付けた機能性フィルム５１が透明状態のとき、第１の映像光６ａはそのまま上方へ投射される。一方、グレアトラップ部５０に取り付けた機能性フィルム５１が白濁状態のとき、第２の映像光６ｂによりフィルム内に第２の映像が生成されて上方へ投射される。この図では、第２の映像の生成領域はグレアトラップ部５０（機能性フィルム５１）の一部領域としている。
　この構成によれば、第２の映像表示装置３０ｂは出射光学系が小型であるため配置の制約が少なく、第１の映像表示装置３０ａを避けた空間に配置することができる。よって、２系統の映像表示装置を備えつつ小型のＨＵＤ装置１を実現することができる。
　図７は、遠近虚像の表示位置を示す図である。機能性フィルム５１を透明状態とし、第１の映像表示装置３０ａから映像を投射すると、車両２内の運転者の目８から見える第１の虚像９ａは遠距離（例えば４０ｍ先）に表示される。この表示距離は、投射レンズ４３の選択とレンズ位置の調整により可変である。一方、機能性フィルム５１を白濁状態とし、第２の映像表示装置３０ｂから映像を出射すると、第２の虚像９ｂは近距離（例えば３ｍ先）に表示される。この表示距離は、運転者の目８の位置からウィンドシールド３までの距離と、ウィンドシールド３から機能性フィルム５１を取り付けたグレアトラップ部５０までの距離で決まる。よって、グレアトラップ部５０の位置を変えることで、表示距離を変えることができる。第１の虚像９ａと第２の虚像９ｂは、運転者の目８から見てほぼ同一視線上に存在する。なお、遠距離表示する映像は、主に実景に重畳して表示する情報である。また、近距離表示する映像は、主に速度・距離・標識情報など実景に重畳しないで表示する情報である。
　図８は、遠近虚像の表示切り替えを示すフローチャートである。表示する映像の種類に応じて、表示距離を自動で切り替える内容としている。以下の処理は制御部２０の電子制御ユニット（ＥＣＵ）２１により制御される。なお、近距離表示方式は、図３Ａの投影表示方式の場合としている。
　エンジン始動センサ１０９により電源（イグニッション）ＯＮの信号を受けると、車両情報取得部１０により車両情報４を取得する（Ｓ２０１）。まず、照度センサ１０５による外光情報から適切な明るさレベルを算出し、光源調整部２５ａ，２５ｂを制御して光源３１ａ，３１ｂの明るさレベルを設定する（Ｓ２０２）。また、取得した車両情報４から運転者が選択した情報（例えば、現在の車速情報）を抽出して、表示する映像を決定する（Ｓ２０３）。
　表示映像が決定されると、それを表示する距離が遠距離であるか近距離であるかを判定する（Ｓ２０４）。そのため不揮発性メモリ２３には、予め表示映像の種類と表示距離との関係を記憶させておく。例えば、前方道路の状況（車線表示など）のように実景に重畳して表示する情報については遠距離表示とし、車速情報など実景に重畳しないで表示する情報については近距離表示とする。遠距離表示を行うか、近距離表示を行うかで処理が分岐する。
　遠距離表示の場合は、表示する映像に対し、第１の歪み補正部２６ａにより投射光学系（例えばウィンドシールド３の曲面形状）で生じる映像歪みの補正を実施する（Ｓ２０５ａ）。表示素子駆動部２７ａにより、第１の表示素子３３ａに対して駆動信号を供給する（Ｓ２０６ａ）。そして、機能性フィルム制御部５２は、機能性フィルム５１の印加電圧をＯＦＦにしてフィルムを透明状態とする（Ｓ２０７ａ）。
　ＨＵＤ表示のＯＮ信号を受けると、第１の映像表示装置３０ａの光源３１ａを点灯させ（Ｓ２０８ａ）、遠距離用の第１の虚像の表示を行う（Ｓ２０９ａ）。
　近距離表示の場合は、表示する映像に対し、第２の歪み補正部２６ｂにより投射光学系で生じる映像歪みの補正を実施する（Ｓ２０５ｂ）。表示素子駆動部２７ｂにより、第２の表示素子３３ｂに対して駆動信号を供給する（Ｓ２０６ｂ）。そして、機能性フィルム制御部５２は、機能性フィルム５１の印加電圧をＯＮにしてフィルムを白濁状態とする（Ｓ２０７ｂ）。
　ＨＵＤ表示のＯＮ信号を受けると、第２の映像表示装置３０ｂの光源３１ｂを点灯させ（Ｓ２０８ｂ）、近距離用の第２の虚像の表示を行う（Ｓ２０９ｂ）。
　以上の表示方法は、遠距離虚像と近距離虚像のいずれかを選択して表示するものである。これに対し、表示領域を分割して、遠距離虚像と近距離虚像の両方を同時に表示することも可能である。
　図９は、遠近虚像の同時表示を説明する図である。（ａ）と（ｂ）は機能性フィルム５１の取り付け構成の例を示し、（ｃ）は車両内から見た遠近虚像の表示状態を示す。
　（ｃ）のように、虚像の表示領域９０は、遠距離用の表示領域９０ａと近距離用の表示領域９０ｂとに分割されている。そして、それぞれの領域には、第１、第２の映像表示装置３０ａ，３０ｂから出射された遠距離虚像９ａと近距離虚像９ｂとが同時に表示されている。
　これを実現するための機能性フィルム５１は、（ａ）のように、グレアトラップ部５０のうち、近距離表示領域９０ｂに対応する領域のみに機能性フィルム５１を取り付け、電圧をＯＮにして白濁状態とする。あるいは（ｂ）のように、グレアトラップ部５０の全面に機能性フィルム５１を取り付け、近距離表示領域９０ｂに対応する領域のみ電圧をＯＮして白濁状態とする。そして、第１の映像表示装置３０ａと第２の映像表示装置３０ｂから、それぞれ第１の映像と第２の映像を同時に出射すればよい。なお、（ｂ）の構成によれば、電圧印加領域の面積を変更することで遠近表示領域の大きさを可変とすることができる。
　図１０は、機能性フィルムの各種分割パターンを示す図である。(ａ１)～（ａ４）は機能性フィルムを上下２分割し（５１ａ，５１ｂ）、それぞれの領域を電圧ＯＮ／ＯＦＦ制御する場合である。これにより、遠距離虚像を全面に表示する場合（ａ１）、近距離虚像を全面に表示する場合（ａ２）、遠距離虚像と近距離虚像を上下に同時に表示する場合（ａ３，ａ４）とを切り替えることができる。
　さらに(ｂ１)～（ｂ４）は機能性フィルムを上下３分割する場合である（５１ｃ～５１ｅ）。これによれば、例えば（ｂ３）のように、中央領域５１ｄに遠距離虚像を表示し、上下端５１ｃ，５１ｅに近距離虚像（速度や距離情報）を表示することができる。
　機能性フィルムの透過率は、電圧印加によりフィルム内粒子の状態（配光性）を変化させることで実現する訳であるが、透明状態と白濁状態の間の遷移が完了するまでには所定の時間が必要となる。もし、遷移途中で表示を開始すると、運転者に見える遠距離虚像と近距離虚像の表示タイミングにずれが生じて、見にくいものとなる。特に、図１０のような機能性フィルムの分割パターンを用いて遠近虚像を同時に表示する場合は、機能性フィルムの遷移時間を考慮して、遠近映像の出射タイミングを調整することが好ましい。
　図１１は、遠近虚像の同時表示を好適に行うためのフローチャートである。機能性フィルム５１のうち、近距離表示する領域の電圧をＯＮにして（Ｓ３０１）、遷移が完了して白濁状態になるまで所定時間（ｔ０）だけ待機する（Ｓ３０２）。この所定時間（ｔ０）はフィルム材料の遷移時間で決まる量である。その後、第１、第２の映像表示装置３０ａ，３０ｂの光源３１ａ，３１ｂを点灯させ、遠距離用映像と近距離用映像の出射を開始して（Ｓ３０３ａ，Ｓ３０３ｂ）、遠近虚像の同時表示を行う（Ｓ３０４）。
　遠近虚像の同時表示を終了するときは、まず、第１、第２の映像表示装置３０ａ，３０ｂの光源３１ａ，３１ｂを消灯させ、遠距離用映像と近距離用映像の出射を停止させる（Ｓ３０５ａ，Ｓ３０５ｂ）。その後、機能性フィルムの電圧をＯＦＦにして、透明状態に遷移させる（Ｓ３０６）。このように、機能性フィルムの遷移時間を考慮して光源３１ａ，３１ｂの点灯／消灯を行うことで、遠近虚像の表示タイミングが揃い、見やすい表示を行うことができる。
　実施例１の各構成によれば、ハーフミラーを不要とし、遠距離表示と近距離表示の両用が可能な小型のＨＵＤ装置を提供することができる。
　実施例２では、遠距離虚像と近距離虚像とを交互に表示する場合について説明する。遠近虚像の表示切り替えを高速で行えば、遠近虚像を同時に表示しているように見える。また、表示領域の同じ位置に遠距離虚像と近距離虚像とを交互に表示することで、遠距離虚像と近距離虚像を重ねて表示することもできる。
　図１２は、遠近虚像の交互表示の方法を説明する図である。ＨＵＤ装置１のグレアトラップ部５０の全面に機能性フィルム５１を取り付けて、出射する遠距離用／近距離用映像に合わせて印加電圧のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。（ａ）は遠距離用映像を出射する場合で、機能性フィルム５１の電圧をＯＦＦ（透明）にして、第１の映像表示装置３０ａから遠距離用の第１の映像光６ａを出射する。（ｂ）は近距離用映像を出射する場合で、機能性フィルム５１の電圧をＯＮ（白濁）にして、第２の映像表示装置３０ｂから、近距離用の第２の映像光６ｂを出射する。これを交互に切り替える。
　図１３は、遠近虚像の交互表示の例を示す図である。（ａ）は表示領域９０に遠距離虚像９ａを表示している場合で、（ｂ）は表示領域９０に近距離虚像９ｂを表示している場合である。これを交互に切り替えると運転者には、（ｃ）のように、表示領域９０には遠距離虚像９ａと近距離虚像９ｂとが同時に表示されているように見える。この例では遠距離虚像９ａと近距離虚像９ｂとが離れた位置に表示されているが、両者の一部を重ねた状態で表示することも可能である。
　図１４は、遠近虚像の交互表示動作を示すフローチャートである。遠距離虚像９ａを時間ｔａだけ表示する動作と、近距離虚像９ｂを時間ｔｂだけ表示する動作を交互に繰り返す。表示時間ｔａ，ｔｂは、例えば表示映像の垂直同期タイミングに合わせて設定する。
　まず、機能性フィルム５１の印加電圧をＯＦＦ（透明）にして（Ｓ４０１）、第１の映像表示装置３０ａの光源３１ａを点灯させ、遠距離用映像の出射を開始する（Ｓ４０２）。所定時間ｔａだけ表示させたら（Ｓ４０３）、遠距離用映像の出射を停止する（Ｓ４０４）。
　次に、機能性フィルム５１の印加電圧をＯＮ（白濁）にして（Ｓ４０５）、第２の映像表示装置３０ｂの光源３１ｂを点灯させ、近距離用映像の出射を開始する（Ｓ４０６）。所定時間ｔｂだけ表示させたら（Ｓ４０７）、近距離用映像の出射を停止する（Ｓ４０８）。表示を継続するか否かを判定し（Ｓ４０９）、継続する場合はＳ４０１へ戻り、上記動作を繰り返す。
　実施例２の構成によれば、遠近虚像を交互に表示することで同時に表示しているように見せる効果があり、また、遠近虚像を重ねて表示することもできる。
　実施例３では、機能性フィルムとして、特殊なレーザ光を照射すると映像を生成するフィルム（ここでは、自発光フィルムと呼ぶ）を用いる場合について説明する。自発光フィルムは通常透明であるが、ある特定の波長のレーザ光を照射すると、照射された部分の発光体が発光して特定色（例えば緑色）の文字や映像を生成するものである。特定のレーザ光以外の映像光を照射した場合は、そのまま透過する性質がある。
　実施例１，２では、機能性フィルムとして透過率可変のフィルムを使用したが、これに代えて、上記の自発光フィルムを使用する。ＨＵＤ装置の構成は図３Ｂのレーザ走査方式を用いることができるが、機能性フィルム制御部５２は不要となる。また、機能性フィルム５１（自発光フィルム）の取り付けは図５と同様であるが、グレアトラップ部５０に部分的に取り付けてもよい。
　遠距離虚像表示の場合は第１の映像表示装置３０ａから第１の映像光６ａを出射し、自発光フィルムを透過して第１の虚像９ａを表示する。近距離虚像表示の場合は第２の映像表示装置３０ｂから出射する第２の映像光６ｂ（レーザ光）を走査して、自発光フィルム上に第２の映像を生成し、この第２の映像を投射して第２の虚像９ｂを表示する。また、遠距離虚像と近距離虚像を同時に表示することも可能である。
　実施例３によれば、近距離虚像９ｂの表示色が固定されるが、機能性フィルムに対する電圧制御が不要になり、装置構成が簡単化する。また、自発光フィルムの場合、近距離表示ではレーザ光の特定波長のみを効率よく利用するので、遠距離表示を同時に行う場合であっても、光の利用効率を維持することができる。
　実施例４では、第２の映像表示装置３０ｂの様々な設置位置について説明する。近距離表示用の第２の映像表示装置３０ｂとして図３Ｂに示したレーザ走査方式を用いる場合、装置３０ｂの小型化が可能であるため設置位置に自由度がある。
　図１５Ａ～図１５Ｃは、第２の映像表示装置３０ｂの設置位置を変えた例を示す図である。図１５Ａは、第２の映像表示装置３０ｂを第１のミラー４１ａの近傍に設置した場合であり、図１５Ｂは、第２の映像表示装置３０ｂを凹面ミラー４１（４１ｂ）の近傍に設置した場合である。いずれも第２の映像光６ｂを機能性フィルム５１に向けて出射させれば、機能性フィルム５１で生成された第２の映像がウィンドシールド３で反射されて、運転者は第２の虚像９ｂとして視認することができる。さらに図１５Ｃは、第２の映像表示装置３０ｂを車両内の天井に設置した場合であり、天井から第２の映像光６ｂをダッシュボード上の機能性フィルム５１に向けて出射する構成である。これは、ダッシュボード内に第２の映像表示装置３０ｂを設置するスペースが確保できない場合に有効となる。
　実施例４によれば、第２の映像表示装置３０ｂは第１の映像表示装置３０ａの空きスペースに設置することが可能であり、その結果、遠近２系統の映像を表示するＨＵＤ装置の小型化が実現できる。
　本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることが可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の実施例の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
　１：ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置、
　２：車両、
　３：ウィンドシールド、
　４：車両情報、
　６ａ，６ｂ：映像光、
　８：運転者の目、
　９ａ，９ｂ：虚像、
　１０：車両情報取得部、
　２０：制御部、
　２１：電子制御ユニット（ＥＣＵ）、
　２５ａ，２５ｂ：光源調整部、
　２５ｃ：光源駆動部、
　２６ａ，２６ｂ：歪み補正部、
　２７ａ，２７ｂ：表示素子駆動部、
　２８：ミラー調整部、
　２８ｃ：走査駆動部、
　３０ａ：第１の映像表示装置、
　３０ｂ：第２の映像表示装置、
　３１ａ，３１ｂ：光源、
　３３ａ，３３ｂ：表示素子、
　３４：レーザ光源、
　３５：走査ミラー、
　４１：凹面ミラー、
　４２：ミラー駆動部、
　５０：グレアトラップ部、
　５１：機能性フィルム、
　５２：機能性フィルム制御部、
　９０：表示領域。

Claims (8)

  1. 　車両に搭載し、ウィンドシールドの前方に第１の虚像と第２の虚像を表示するヘッドアップディスプレイ装置において、
    　前記ヘッドアップディスプレイ装置のグレアトラップ部に機能性フィルムを取り付け、
    　前記第１の虚像を表示するため、前記グレアトラップ部を通過して前記ウィンドシールドへ第１の映像を投射する第１の映像表示装置と、
    　前記第２の虚像を表示するため、前記機能性フィルム上に第２の映像を生成し、該第２の映像を前記ウィンドシールドへ投射する第２の映像表示装置と、
    　を備えることを特徴とする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において、
    　前記第２の映像表示装置は、表示素子に生成した映像を前記機能性フィルムに投射して前記第２の映像を生成することを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
  3. 　請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
    　前記第２の映像表示装置は、レーザ光を前記機能性フィルムに照射して前記第２の映像を生成することを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
  4. 　請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
    　前記機能性フィルムは、印加電圧に応じて光透過率が変化する可変透過率フィルムであり、
    　前記可変透過率フィルムが透明状態のときは前記第１の映像を透過し、前記可変透過率フィルムが不透明状態のときは前記第２の映像を生成することを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
  5. 　請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
    　前記機能性フィルムは、特定波長のレーザ光を照射すると照射された部分が発光する透明な自発光フィルムであり、
    　前記自発光フィルムは前記第１の映像を透過し、前記特定波長のレーザ光を照射することで前記第２の映像を生成することを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
  6. 　請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
    　前記機能性フィルムを前記グレアトラップ部の一部領域に取り付けて、前記機能性フィルムを取り付けた領域から前記第２の虚像を表示し、前記機能性フィルムを取り付けていない領域から前記第１の虚像を同時に表示することを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
  7. 　請求項４に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
    　前記可変透過率フィルムを分割して前記グレアトラップ部に取り付けて、分割した前記可変透過率フィルムごとに印加電圧を変え、
    　前記可変透過率フィルムが透明状態の領域から前記第１の虚像を表示し、前記可変透過率フィルムが不透明状態の領域から前記第２の虚像を同時に表示することを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
  8. 　請求項４に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
    　投射する前記第１の映像と前記第２の映像を交互に切り替えるとともに、該切り替えに合わせて前記可変透過率フィルムに対する印加電圧の切り替えを行うことで、前記第１の虚像と前記第２の虚像を交互に表示することを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
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