WO2021234993A1 - ヘッドアップディスプレイシステム - Google Patents

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WO2021234993A1
WO2021234993A1 PCT/JP2020/048252 JP2020048252W WO2021234993A1 WO 2021234993 A1 WO2021234993 A1 WO 2021234993A1 JP 2020048252 W JP2020048252 W JP 2020048252W WO 2021234993 A1 WO2021234993 A1 WO 2021234993A1
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WO
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display
unit
light
head
light source
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PCT/JP2020/048252
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French (fr)
Inventor
和博 南
裕昭 岡山
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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Publication date
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Priority to EP20936270.6A priority patent/EP4155809A4/en
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Priority to US17/988,156 priority patent/US12055713B2/en

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    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
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    • G09G2380/10—Automotive applications

Definitions

  • This disclosure relates to a head-up display system that displays a virtual image.
  • Patent Document 1 discloses a vehicle information projection system that performs augmented reality (AR) display using a head-up display device.
  • the head-up display device projects a light representing a virtual image onto the windshield of the vehicle so that the driver can see the virtual image together with the actual view of the outside world of the vehicle. It is described that the position of the driver's eye is detected and the superimposed display area for superimposing and displaying the virtual image is changed according to the position of the driver's eye.
  • AR augmented reality
  • Patent Document 1 in order to change the superimposed region, the tilt angle of the reflection mirror that reflects the image displayed by the display unit to the windshield is adjusted.
  • the depression angle of the virtual image changes, and the superimposition between the actual view of the outside world and the virtual image may shift.
  • the present disclosure provides a head-up display system in which the position of a virtual image can be adjusted according to the height of the observer's eyes and the superposition deviation between the actual view of the outside world and the virtual image is reduced.
  • the head-up display system of the present disclosure is a head-up display system that superimposes a virtual image on a real scene that can be seen through a window, and has a display unit that emits a light source that is visually recognized by an observer as a virtual image, and a light source. Controls the display area of the display unit according to the operation of the operation unit by the observer, the optical system that guides the image to the window unit, the light source unit that emits light, the operation unit for adjusting the vertical position of the virtual image.
  • a control unit is provided, and the light beam emitted from the display unit is reflected by the window unit to reach a visible area where the observer can visually recognize the virtual image, and the light emitted from the light source unit has the light beam emitted from the window unit. It is reflected in the reflected area to reach the visual recognition area, and the virtual image and the light from the light source unit are superimposed and visible.
  • the position of the virtual image can be adjusted according to the height of the observer's eyes, and the superimposition deviation between the actual view of the outside world and the virtual image can be reduced.
  • Diagram to illustrate the heads-up display system Schematic diagram showing the configuration of the head-up display system in the first embodiment Explanatory drawing showing an optical path of light emitted from a light source unit Explanatory drawing showing an example of a displayable area of a display unit and a displayed image Explanatory drawing showing the range in which the image is to be superimposed and the range in which the virtual image can be displayed.
  • FIG. 1 is a diagram showing a cross section of a vehicle 3 equipped with the head-up display system 1 according to the present disclosure.
  • a head-up display device hereinafter referred to as a HUD device
  • Observer D recognizes the image projected from the HUD device 9 as a virtual image Iv.
  • the head-up display system 1 superimposes and displays the virtual image Iv on the real scene that can be visually recognized through the windshield 5.
  • a wall portion 13 extending upward from the dashboard 7 is provided.
  • the wall portion 13 is, for example, a plate-shaped member.
  • FIG. 2A is a schematic diagram showing the configuration of the HUD device 9 according to the present embodiment.
  • FIG. 2B is an explanatory diagram showing an optical path of light Lg emitted from the light source unit 15.
  • the HUD device 9 includes a display unit 21, a projection optical system 22, a control unit 23, a case 24 for accommodating the display unit 21, a transparent member 25 provided in the opening 24a of the case 24, and the transparent member 25.
  • the opening 24a of the case 24 is arranged, for example, in accordance with the position of the opening provided on the upper surface of the dashboard 7.
  • the display unit 21 is an optical member having a diffusion characteristic, and the light flux of the image displayed on the display unit 21 is projected onto the windshield 5.
  • the projected light beam is reflected by the windshield 5 as a window portion and guided to the visual recognition area Ac of the observer D.
  • the HUD device 9 causes the observer D to visually recognize the virtual image Iv.
  • the visible area Ac is an area in which the observer D can visually recognize the virtual image Iv without missing it.
  • the front is the direction in which the windshield 5 of the vehicle 3 is located when viewed from the observer D.
  • the rear is the opposite direction of the front.
  • the lower direction is the direction of the ground on which the vehicle 3 travels.
  • the upper direction is the opposite direction of the lower direction.
  • the vertical direction is the vertical direction.
  • the light rays that reach the visual recognition area Ac are referred to as light rays Lc.
  • the display unit 21 displays an image based on the control by the control unit 23.
  • a liquid crystal display device with a backlight Liquid Crystal Display
  • an organic light emitting diode Organic Light-Emitting Diode
  • a plasma display or the like
  • an image may be generated by using a screen that diffuses or reflects light, a projector, or a scanning laser.
  • the display unit 21 can display various information such as a road progress guidance display, a distance to a vehicle in front, a remaining battery level of the vehicle, and a current vehicle speed.
  • the display unit 21 shifts the display pixels having a plurality of wavelengths for each display position in advance according to the chromatic aberration generated in the projection optical system 29, so that the observer D can visually recognize a good virtual image Iv.
  • the display unit 21 has a displayable area 21a that is larger in the vertical direction than the image Pc to be displayed.
  • the display position of the image Pc can be adjusted in the vertical direction.
  • an arrow guiding the destination is shown as an example of the image Pc.
  • the projection optical system 22 includes, for example, a lens 31 having a light collecting action and a mirror 33.
  • the projection optical system 22 enlarges the image displayed on the display unit 21 and projects it onto the windshield 5. Therefore, the size of the screen of the display unit 21 can be reduced. Further, the mirror 33 has a size sufficient to reflect all the images projected from the display unit 21.
  • the transparent member 25 is a member that covers the opening 24a.
  • the transparent member 25 is made of a resin such as PET (Polyethylene terephthalate).
  • the transmittance of the transparent member 25 is about 50% to 90%, and the reflectance is about 10 to 50%.
  • the transparent member 25 is arranged on the optical path between the projection optical system 22 and the windshield 5.
  • the light reflected from the mirror 33 passes through the transparent member 25 and reaches the windshield 5.
  • the region where the image of the display unit 21 is projected and reflected is defined as the reflection region Ra.
  • the transparent member 25 transmits a part of the incident light and reflects a part of the light.
  • the transparent member 25 has a predetermined curvature.
  • a light source unit 15 is installed on the wall unit 13.
  • the light source unit 15 is controlled to emit light by the control unit 23.
  • the light source unit 15 is, for example, an LED, which is an optical element having a divergence angle.
  • the divergence angle is, for example, about 60 ° because the range of the light flux from the light source unit 15 may be wider than the visual recognition area Ac as a result of narrowing the light flux from the light source unit 15 by the curvature of the transparent member 25 and the windshield 5. It is the size.
  • the light Lg emitted from the light source unit 15 is reflected by the transparent member 25 so as to be a light ray corresponding to the depression angle when a virtual image at a desired position is viewed from within the visual recognition area Ac, and reaches the windshield 5.
  • the light Lg that has reached the windshield 5 is reflected in the reflection region Ra of the windshield 5 and reaches the visual recognition region Ac.
  • the shape of the transparent member 25 and the light source unit correspond to the shape of the windshield 5 so that the light Lg emitted from the light source unit 15 is reflected by the transparent member 25 and the windshield 5 and reaches the visual recognition area Ac. Fifteen positions are designed.
  • the light Lg from the light source unit 15 reaches the height of each eye of the observer D.
  • the bright spots of these light Lg serve as a reference for calibrating the position of the virtual image Iv for the observer D.
  • the operation unit 11 is a member for inputting an operation instruction from the observer D. An operation signal corresponding to the operation amount of the observer D is transmitted from the operation unit 11 to the control unit 23.
  • the operation unit 11 is, for example, a button, a cursor key, a remote controller, a touch panel, or the like.
  • the control unit 23 can be realized by a semiconductor element or the like.
  • the control unit 23 can be composed of, for example, a microcomputer, a CPU, an MPU, a GPU, a DSP, an FPGA, or an ASIC.
  • the control unit 23 realizes a predetermined function by reading data and programs stored in the built-in storage unit 23a and performing various arithmetic processes.
  • the storage unit 23a is a storage medium for storing programs and data necessary for realizing the functions of the control unit 23.
  • the storage unit 23a can be realized by, for example, a hard disk (HDD), SSD, RAM, DRAM, ferroelectric memory, flash memory, magnetic disk, or a combination thereof.
  • a plurality of image data representing the virtual image Iv are stored in the storage unit 23a.
  • the control unit 23 determines the virtual image Iv to be displayed based on the vehicle-related information acquired from the outside.
  • the control unit 23 reads the image data of the determined virtual image Iv from the storage unit 23a and outputs the image data to the display unit 21.
  • the width of the viewing area Ac in the height direction is increased by increasing the display area of the display unit 21 instead of adjusting the tilt angle of the mirror 33. ..
  • the virtual image Iv can be seen at the same position at any eye height, but in which area of the displayable area 21a of the display unit 21 shown in FIG. 3 the image is displayed. Needs to be calibrated. For example, as shown in FIG. 4, when a range Ap in which an image is desired to be superimposed is set on a road surface 51 at an arbitrary distance from the vehicle 3, the virtual image displayable range 19 and the visual recognition area Ac are wide, so that the eyes of the observer D. The position of the virtual image Iv may be displaced in the vertical direction by the height of.
  • the calibration image Pg as shown in FIG. 5 is displayed from the display unit 21, and the light source unit 15 provided on the wall unit 13 is turned on as shown in FIGS. 2A and 2B to turn on the calibration image Pg.
  • the image can be aligned with the center of the range to be superimposed.
  • the bright point 15c from the light source unit 15 seen by the observer D and the reference point Pr which is the center of the calibration image Pg are deviated from each other.
  • the bright spot 15c serves as a reference light for calibration.
  • the observer D adjusts the area for displaying an image in the displayable area 21a of the display unit 21 according to the instruction from the operation unit 11, and the calibration image Pg moves to the light source unit.
  • the reference point Pr is aligned with the bright point 15c from 15.
  • the observer D starts the calibration of the virtual image Iv by instructing the operation from the operation unit 11.
  • step S1 when the control unit 23 receives an instruction to start calibration from the operation unit 11, the control unit 23 shifts to the calibration mode, turns on the light source unit 15, and emits the light Lg.
  • the light Lg emitted from the light source unit 15 is reflected by the transparent member 25 and reaches the windshield 5, is reflected in the reflection region 5a of the windshield 5, and reaches the visual recognition region Ac.
  • step S2 the control unit 23 switches the display image displayed on the display unit 21 to the calibration image Pg and displays it in the calibration mode.
  • the display unit 21 displays the calibration image Pg in a part of the displayable area 21a.
  • the displayed calibration image Pg is magnified by the lens 31, reflected by the mirror 33 toward the windshield 5, reflected in the reflection region 5a of the windshield 5, and reaches the visual recognition region Ac.
  • step S3 the observer D determines whether or not the bright point 15c of the light Lg from the light source unit 15 and the reference point Pr of the calibration image Pg coincide with each other.
  • the observer D determines that the bright spot 15c due to the light Lg from the light source unit 15 and the reference point Pr of the calibration image Pg do not match (No in S3)
  • step S4 The observer D operates the operation unit 11 to adjust the vertical position of the calibration image Pg so that the reference point Pr of the calibration image Pg is aligned with the bright point 15c. By displacing the display area of the display unit 21 in response to the operation signal of the operation unit 11, the calibration image Pg can be moved in the vertical direction.
  • step S5 Inputs a calibration completion instruction to the operation unit 11.
  • step S6 the light source unit 15 is turned off and the emission of the light Lg is stopped.
  • step S7 the control unit 23 stores the display area of the calibration image Pg in the display unit 21 in the storage unit 23a, ends the calibration mode, and displays the image Pc which becomes the virtual image Iv in this display area in the display unit 21. To display.
  • the head-up display system 1 of the present disclosure includes a display unit 21 that emits a light flux that is visually recognized by the observer D as a virtual image Iv, a projection optical system 22 that guides the light flux to the windshield 5, and a light source unit 15 that emits light.
  • the operation unit 11 for adjusting the vertical position of the virtual image Iv, and the control unit 23 for controlling the display area of the display unit 21 according to the operation of the operation unit 11 by the observer are provided.
  • the luminous flux emitted from the display unit 21 is reflected by the windshield 5 and reaches the visual recognition region Ac where the observer D can visually recognize the virtual image Iv.
  • the light beam emitted from the light source unit 15 is reflected in the reflection region Ra of the windshield 5 and reaches the visual recognition region Ac.
  • the virtual image and the light Lg from the light source unit 15 are superimposed and visible.
  • the reference for calibrating the position of the virtual image Iv emitted from the light source unit 15 which is a light source different from the display unit 21.
  • the light Lg is reflected.
  • This light Lg is corrected so as to be a light ray corresponding to the depression angle when the virtual image Iv at a desired position is viewed from within the visual recognition region Ac.
  • the display area of the display unit 21 can be adjusted based on the light Lg from the light source unit 15, so that the virtual image Iv and the windshield 5 can be used.
  • the positional relationship with the scene of the outside world can be adjusted to be a desired positional relationship. Therefore, the position of the virtual image Iv can be adjusted according to the height of the eye of the observer D, and the superimposition deviation between the actual view of the outside world and the virtual image Iv can be reduced.
  • the wall portion 13 is not limited to a plate-shaped member, but may be a box-shaped member.
  • the light source portion 15 is housed inside the wall portion 13, and the light Lg emitted from the light source portion 15 may be directed toward the transparent member 25 through the through hole provided on the surface of the wall portion 13. Further, the light source portion 15 may be embedded and fixed in the plate-shaped wall portion 13.
  • the light source unit 15 may be arranged on the transparent member 25 instead of the wall unit 13.
  • the light Lg emitted from the light source unit 15 arranged on the transparent member 25 is reflected by the reflection region Ra of the windshield 5 and heads toward the visual recognition region Ac.
  • the control unit 23 displays the image Pc instead of displaying the calibration image Pg on the display unit 21, and the displayable area 21a of the display unit 21 according to the operation amount of the observer D.
  • the position of the virtual image Iv of the image Pc may be adjusted with respect to the bright spot 15c of the light source unit 15.
  • the correction parameter may be stored in the storage unit 23a.
  • the control unit 23 acquires the correction parameters stored in the storage unit 23a in order to correct the distortion of the virtual image Iv according to the display position of the image Pc or the calibration image Pg, and obtains the correction parameters of the image Pc or the calibration image Pg. Image correction may be performed.
  • the light source portion 15 is arranged on the wall portion 13.
  • the light source unit 15 is arranged in the HUD device 9A.
  • the head-up display system 1 and the HUD device 9 of the first embodiment and the head-up display system 1A and the HUD device 9A of the second embodiment are common to each other.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing the configuration of the head-up display system 1A in the second embodiment.
  • the light source unit 15 is arranged in the HUD device 9A, and the light Lg from the light source unit 15 is reflected in the projection optical system 22.
  • the light Lg emitted from the light source unit 15 is reflected by the lens 31 toward the mirror 33, and the light Lg reflected by the mirror 33 is transmitted through the transparent member 25 and reflected in the reflection region Ra of the windshield 5.
  • the light Lg emitted from the light source unit 15 is reflected in the projection optical system 22, reflected by the windshield 5, and reaches the visual recognition area Ac, so that the projection optical system corresponds to the shape of the windshield 5.
  • the position of the light source unit 15 with respect to 22 is designed.
  • the light source unit 15 is arranged in the HUD device 9A and the light Lg from the light source unit 15 is reflected in the projection optical system 22 to reach the visual recognition region Ac, it is the same as the first embodiment. A similar effect can be obtained.
  • the light Lg from the light source unit 15 is reflected in the projection optical system 22.
  • the light Lg from the light source unit 15 is reflected by the display unit 21.
  • the head-up display system 1A and the HUD device 9A of the second embodiment and the head-up display system 1B and the HUD device 9B of the third embodiment are common to each other.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing the configuration of the head-up display system 1B according to the third embodiment.
  • the light source unit 15 is arranged in the HUD device 9B, and the light Lg from the light source unit 15 is reflected by the display unit 21.
  • the light Lg emitted from the light source unit 15 is reflected by the display unit 21 and transmitted through the lens 31, further reflected by the mirror 33 and transmitted through the transparent member 25, and then reflected in the reflection region Ra of the windshield 5 for visual recognition. Reach the region Ac.
  • the light source unit 15 is arranged in the HUD device 9B and the light Lg from the light source unit 15 is reflected by the display unit 21 to reach the visual recognition area Ac, it is the same as that of the first embodiment. The effect can be obtained.
  • the fourth embodiment is a configuration in which the optical element 41 is arranged between the light source unit 15 and the projection optical system 22 in the head-up display system 1A of the second embodiment.
  • the head-up display system 1C and the HUD device 9C of the fourth embodiment and the head-up display system 1A and the HUD device 9A of the second embodiment are common to each other.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing the configuration of the head-up display system 1C according to the fourth embodiment.
  • the light source unit 15 and the optical element 41 are arranged in the HUD device 9C, and the light Lg emitted from the light source unit 15 passes through the optical element 41 and is reflected by the lens 31.
  • the optical element 41 is, for example, a lens having a light collecting action.
  • the optical element 41 is composed of a plurality of or one optical member such as a lens or a mirror, if necessary.
  • the light Lg emitted from the light source unit 15 passes through the optical element 41, is reflected by the lens 31, and is further reflected by the mirror 33.
  • the light Lg reflected by the mirror 33 passes through the transparent member 25 and then is reflected in the reflection region Ra of the windshield 5 to reach the visual recognition region Ac.
  • the light Lg may pass through the optical element 41 and be reflected by the display unit 21.
  • the optical element 41 is arranged between the light source unit 15 and the projection optical system 22 in this way, the light of the light source unit 15 can be corrected. That is, since the degree of freedom in design is improved, the same effect as that of the first embodiment can be obtained while improving the quality of the virtual image Iv.
  • the fifth embodiment is a configuration in which the light source unit 15 is movable in the head-up display system 1 of the first embodiment. Regarding the configuration other than this point and the points described below, the head-up display system 1D of the fifth embodiment and the head-up display system 1 of the first embodiment are common.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing the configuration of the head-up display system 1D according to the fifth embodiment.
  • the light source portion 15 is attached to the wall portion 13 so as to be displaceable toward the transparent member 25.
  • An optical element 41 is arranged on the optical path between the light source unit 15 and the transparent member 25.
  • the light source unit 15 is moved from the accommodation position Ps1 indicated by the broken line of the wall unit 13 to the calibration position Ps2 suitable for calibration by the control unit 23 at the time of calibration of the virtual image Iv, for example, by using a motor and a rack and pinion mechanism. Be controlled. Therefore, when the calibration of the virtual image Iv is completed, it is returned to the accommodation position Ps1 of the wall portion 13. As a result, calibration can be appropriately performed regardless of the position of the wall portion 13 and the shape of the transparent member 25.
  • optical element 41 may be displaceable instead of the light source unit 15 being displaceable. Further, if the light source unit 15 can be displaced, the optical element 41 may be omitted.
  • a sixth embodiment is a configuration in which the light source unit 15 includes a plurality of optical elements in the head-up display system 1 of the first embodiment.
  • the head-up display system 1E of the sixth embodiment and the head-up display system 1 of the first embodiment are common to the configuration other than this point and the points described below.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing the configuration of the head-up display system 1E according to the sixth embodiment.
  • FIG. 13 is an enlarged view of the light source unit 15E.
  • the light source unit 15E has a plurality of optical elements 15a. Each optical element 15a emits directional light.
  • the optical element 15a is, for example, a laser element.
  • Each optical element 15a has a different light irradiation direction. Thereby, the visible optical element 15a can be changed according to the height of the eyes of the observer D. By appropriately designing the position and the projection direction of each optical element 15a in this way, the observer D can visually recognize the reference light for calibration according to the height of the eye, so that the position is appropriate.
  • the virtual image Iv can be adjusted.
  • the wall portion 13F may have a tubular portion 13a extending along the emission direction of each optical element 15a. good.
  • the tubular portion 13a has a tubular shape.
  • the wall portion 13F includes a support plate 13c that supports a plurality of optical elements 15b, and a light-shielding plate 13b having a through hole 13ba formed so that each optical element 15b advances in different emission directions.
  • the optical element 15b is visible according to the height of the eye of the observer D because it has directivity. Can be changed. As a result, the observer D can visually recognize the reference light for calibration according to the height of the eye, so that the virtual image can be adjusted to an appropriate position.
  • the object to which the head-up display system 1 is applied is not limited to the vehicle 3.
  • the object to which the head-up display system 1 is applied may be, for example, a train, a motorcycle, a ship, or an aircraft, or may be an amusement machine without movement.
  • the light flux from the display unit 21 and the light from the light source unit 15 are reflected on a transparent curved plate as a window unit that reflects the light flux emitted from the display unit 21 instead of the windshield 5.
  • the actual scene that can be visually recognized by the user through the transparent curved board may be an image displayed from another image display device. That is, the virtual image by the head-up display system 1 may be superimposed and displayed on the image displayed from another image display device.
  • the opening 24a of the HUD 9 is arranged along the upper surface of the dashboard 7, but the present invention is not limited to this.
  • the HUD 9 may be arranged below the upper surface 7a of the dashboard 7.
  • the upper surface of the dashboard 7 is provided with a hole 7b for passing the light Lc and the light Lg from the HUD 9 and the light source unit 15.
  • the wall portion 13 extends upward from the upper surface of the HUD 9, and the light source portion 15 is attached to the wall portion 13.
  • the wall portion 13 and the light source portion 15 are also arranged below the upper surface 7a of the dashboard 7.
  • the head-up display system of the present disclosure is a head-up display system that superimposes a virtual image on a real scene that can be visually recognized through a window portion, and is a display unit that emits a light source that is visually recognized by an observer as a virtual image.
  • An optical system that guides the light beam to the window, a light source that emits light, an operation unit for adjusting the vertical position of the virtual image, and a display area of the display unit according to the operation of the operation unit by the observer.
  • the light beam emitted from the display unit is reflected by the window unit to reach the visible area where the observer can see the virtual image, and the light emitted from the light source unit has the light beam emitted from the light source unit. It is reflected in the area reflected by the window portion to reach the visual recognition region, and the virtual image and the light from the light source portion are superimposed and visible.
  • the display area of the display unit can be adjusted based on the light from the light source unit, so that the position of the image and the external view from the window unit can be adjusted.
  • the relationship can be adjusted to the desired positional relationship. Therefore, the position of the virtual image can be adjusted according to the height of the observer's eyes, and the superimposition deviation between the actual view of the outside world and the virtual image can be reduced.
  • a transparent member installed on the optical path between the optical system and the window portion and transmitting the light flux from the display portion is provided, and the light from the light source portion is a transparent member. Is transmitted through and incident on the window.
  • a transparent member installed on the optical path between the optical system and the window portion and transmitting a light flux from the display portion is provided, and the light from the light source portion is a transparent member. It is reflected by and incident on the window.
  • the light source portion is provided on the wall portion between the window portion and the transparent member.
  • the display unit displays a calibration image for calibration.
  • the calibration image has a reference point for matching the light from the light source unit.
  • the control unit switches the display image displayed on the display unit to the calibration image in the calibration mode.
  • control unit moves the calibration image or the display image within the displayable area of the display unit in the calibration mode.
  • control unit moves the calibration image or the display image within the displayable area and corrects the distortion of the virtual image.
  • control unit stores the display area of the calibrated image in the display unit in the storage unit, and stores the display image in the storage unit. It is displayed in this stored display area in the display unit.
  • control unit controls the movement of the light source unit from the accommodation position to the calibration position in the calibration mode.
  • the window portion is a windshield of a moving body. In this way, it can be applied as a head-up display system for mobile objects.
  • the light source unit has different light sources and different emission directions and emission angles of the light emitted from each of the plurality of light sources. It has a tubular portion that limits to.
  • This disclosure is applicable to a head-up display system that displays a virtual image in front of a window.

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Abstract

窓部を介して視認可能な実景に虚像を重ねて表示するヘッドアップディスプレイシステムであって、虚像として観察者に視認される光束を出射する表示部と、光束を窓部へ導く光学系と、光を出射する光源部と、虚像の縦方向の位置を調整するための操作部と、観察者による操作部の操作に応じて表示部の表示領域を制御する制御部と、を備える。表示部から出射された光束は、窓部で反射されて観察者が虚像を視認可能な視認領域に到達し、光源部から出射された光は、光束が窓部で反射される領域内で反射して視認領域に到達し、虚像と光源部からの光とを重ねて視認可能である。

Description

ヘッドアップディスプレイシステム
　本開示は、虚像を表示するヘッドアップディスプレイシステムに関する。
　特許文献１は、ヘッドアップディスプレイ装置を用いて、拡張現実（ＡＲ）表示を行う車両情報投影システムを開示している。ヘッドアップディスプレイ装置は、車両のウインドシールドに虚像を表す光を投影することで、運転者に、車両の外界の実景とともに虚像を視認させている。運転者の眼の位置を検出し、運転者の眼の位置に応じて虚像を重畳表示する重畳表示領域を変更することが記載されている。
国際公開第２０１９／２２４９２２号
　しかしながら、特許文献１において、重畳領域を変更するために、表示部が表示する画像をウインドシールドへ反射する反射ミラーのチルト角度を調節している。反射ミラーを回転させると、虚像の俯角が変わり、外界の実景と虚像との重畳にズレが生じる場合がある。
　本開示は、観察者の眼の高さに応じて虚像の位置を調整可能で、外界の実景と虚像との重畳ズレを低減した、ヘッドアップディスプレイシステムを提供する。
　本開示のヘッドアップディスプレイシステムは、窓部を介して視認可能な実景に虚像を重ねて表示するヘッドアップディスプレイシステムであって、虚像として観察者に視認される光束を出射する表示部と、光束を窓部へ導く光学系と、光を出射する光源部と、虚像の縦方向の位置を調整するための操作部と、観察者による操作部の操作に応じて表示部の表示領域を制御する制御部と、を備え、表示部から出射された光束は、窓部で反射されて観察者が虚像を視認可能な視認領域に到達し、光源部から出射された光は、光束が窓部で反射される領域内で反射して視認領域に到達し、虚像と光源部からの光とを重ねて視認可能である。
　本開示のヘッドアップディスプレイシステムによれば、観察者の眼の高さに応じて虚像の位置を調整可能で、外界の実景と虚像との重畳ズレを低減することができる。
ヘッドアップディスプレイシステムを説明するための図 第１実施形態におけるヘッドアップディスプレイシステムの構成を示す模式図 光源部から出射される光の光路を示す説明図 表示部の表示可能領域と表示される画像の例を示す説明図 画像を重畳したい範囲と虚像の表示可能な範囲を示す説明図 キャリブレーション画像と光源部の輝点とを示す説明図 キャリブレーション画像と光源部の輝点とを示す説明図 第１実施形態における虚像表示のキャリブレーションの流れを示す説明図 第２実施形態におけるヘッドアップディスプレイシステムの構成を示す模式図 第３実施形態におけるヘッドアップディスプレイシステムの構成を示す模式図 第４実施形態におけるヘッドアップディスプレイシステムの構成を示す模式図 第５実施形態におけるヘッドアップディスプレイシステムの構成を示す模式図 第６実施形態におけるヘッドアップディスプレイシステムの構成を示す模式図 第６実施形態における光源部の構成を示す模式図 第６実施形態の変形例における光源部の構成を示す模式図 第６実施形態の変形例における光源部の構成を示す模式図 第１実施形態の変形例におけるヘッドアップディスプレイシステムを説明するための図
（第１実施形態）
　以下、図１～７を参照して、第１実施形態を説明する。
[１－１．構成]
[１－１－１．ヘッドアップディスプレイシステムの全体構成]
　本開示のヘッドアップディスプレイシステム１の具体的な実施の形態及び実施例を説明する。図１は、本開示に係るヘッドアップディスプレイシステム１を搭載した車両３の断面を示す図である。図１に示すように、車両３のウインドシールド５の下方のダッシュボード７の内部に、ヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤ装置と称す）９が配置されている。観察者Ｄは、ＨＵＤ装置９から投射される画像を虚像Ｉｖとして認識する。このようにして、ヘッドアップディスプレイシステム１は、ウインドシールド５を介して視認可能な実景に虚像Ｉｖを重ねて表示する。また、ダッシュボード７から上方に延びる壁部１３が設けられている。壁部１３は、例えば、板状の部材である。
　図２Ａは、本実施の形態に係るＨＵＤ装置９の構成を示す模式図である。図２Ｂは、光源部１５から出射される光Ｌｇの光路を示す説明図である。
　図２Ａに示すように、ＨＵＤ装置９は、表示部２１と、投射光学系２２と、制御部２３と、これらを収容するケース２４と、ケース２４の開口２４ａに設けられた透明部材２５と、を備える。ケース２４の開口２４ａは、例えば、ダッシュボード７の上面に設けられた開口の位置に合わせて配置される。
　ＨＵＤ装置９は、表示部２１が拡散特性を有する光学部材となっており、表示部２１に表示する画像の光束をウインドシールド５に投射する。投射された光束は、窓部としてのウインドシールド５において反射され、観察者Ｄの視認領域Ａｃに導かれる。これにより、ＨＵＤ装置９は、観察者Ｄに虚像Ｉｖを視認させる。視認領域Ａｃとは、観察者Ｄが虚像Ｉｖを欠けることなく視認可能な領域である。
　ここで、本開示において、前方とは、観察者Ｄから見て車両３のウインドシールド５のある方向である。後方とは、前方の反対の方向である。また、下方とは車両３が走行する地面の方向である。上方とは、下方の反対の方向である。縦方向とは、上下方向である。
　ここで、図２Ａに示すように、表示部２１から出射する光線のうち、視認領域Ａｃに到達する光線を光線Ｌｃとする。
　表示部２１は、制御部２３による制御に基づき、画像を表示する。表示部２１には、例えば、バックライト付きの液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ）や有機発光ダイオード（Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｌｉｇｈｔ－Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）、プラズマディスプレイなどを用いることができる。また、表示部２１として、光を拡散または反射するスクリーンと、プロジェクタや走査型レーザを用いて画像を生成してもよい。
　表示部２１は、例えば、道路進行案内表示や、前方車両までの距離、車のバッテリー残量、現在の車速など、各種の情報を表示することができる。表示部２１は、投射光学系２９で発生する色収差に応じて、あらかじめ複数波長の表示画素を表示位置毎にずらして表示することで、観察者Ｄに良好な虚像Ｉｖを視認させることができる。
　図３に示すように、表示部２１は、表示する画像Ｐｃよりも上下方向に大きな表示可能領域２１ａを有する。制御部２３により発光させる画素を制御することで、画像Ｐｃの表示位置を上下方向に調整することができる。図３には、画像Ｐｃの一例として行き先を案内する矢印が示されている。
　図２Ａ及び図２Ｂに示すように、投射光学系２２は、例えば、集光作用を有するレンズ３１とミラー３３を備える。投射光学系２２は、表示部２１に表示された画像を拡大して、ウインドシールド５に投射する。したがって、表示部２１のスクリーンのサイズを小型化できる。また、ミラー３３は、表示部２１から投射される画像を全て反射するのに十分な大きさを有する。
　ケース２４の上部には開口２４ａが形成されている。透明部材２５は、この開口２４ａを蓋する部材である。透明部材２５は、例えば、ＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）等の樹脂製である。透明部材２５の透過率は５０％～９０％程度であり、反射率は１０～５０％程度である。透明部材２５は、投射光学系２２とウインドシールド５との間の光路上に配置されている。ミラー３３を反射した光は、透明部材２５を通過してウインドシールド５に到達する。ウインドシールド５において、表示部２１の画像が投射されて反射される領域を反射領域Ｒａとする。透明部材２５は、入射した光の一部を透過し、光の一部を反射する。透明部材２５は予め定められた曲率を有する。
　壁部１３には、光源部１５が設置されている。光源部１５は、制御部２３により発光が制御される。光源部１５は、例えばＬＥＤであり、発散角を有する光学素子である。発散角は、透明部材２５とウインドシールド５の曲率によって光源部１５からの光束が絞られた結果、光源部１５からの光束の範囲が視認領域Ａｃより広ければよいので、例えば、６０°程度の大きさである。
　光源部１５から出射した光Ｌｇは、視認領域Ａｃ内から所望の位置の虚像を見たときの俯角に相当する光線になるように透明部材２５で反射して、ウインドシールド５に到達する。ウインドシールド５に到達した光Ｌｇは、ウインドシールド５の反射領域Ｒａ内で反射して視認領域Ａｃに到達する。このように、光源部１５から出射した光Ｌｇが透明部材２５及びウインドシールド５で反射して視認領域Ａｃに到達するように、ウインドシールド５の形状に対応して透明部材２５の形状と光源部１５の位置とが設計されている。図２Ｂに示すように、光源部１５からの光Ｌｇは、観察者Ｄのそれぞれの眼の高さに到達する。これらの光Ｌｇの輝点は、観察者Ｄにとって虚像Ｉｖの位置のキャリブレーションの基準となる。
　操作部１１は、観察者Ｄからの操作指示を入力する部材である。観察者Ｄの操作量に応じた操作信号が操作部１１から制御部２３へ送信される。操作部１１は、例えば、ボタン、カーソルキー、リモートコントローラ、または、タッチパネル等である。
　制御部２３は、半導体素子などで実現可能である。制御部２３は、例えば、マイコン、ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＧＰＵ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ、またはＡＳＩＣで構成することができる。制御部２３は、内蔵する記憶部２３ａに格納されたデータやプログラムを読み出して種々の演算処理を行うことで、予め定められた機能を実現する。
　記憶部２３ａは、制御部２３の機能を実現するために必要なプログラム及びデータを記憶する記憶媒体である。記憶部２３ａは、例えば、ハードディスク（ＨＤＤ）、ＳＳＤ、ＲＡＭ、ＤＲＡＭ、強誘電体メモリ、フラッシュメモリ、磁気ディスク、又はこれらの組み合わせによって実現できる。
　記憶部２３ａには、虚像Ｉｖを表す複数の画像データが格納されている。制御部２３は、外部から取得する車両関連情報に基づいて、表示する虚像Ｉｖを決定する。制御部２３は、決定した虚像Ｉｖの画像データを記憶部２３ａから読み出して、表示部２１に出力する。
[１－１－２．虚像位置のキャリブレーション]
　次に、従来と本開示のヘッドアップディスプレイシステムの違いを説明する。従来のヘッドアップディスプレイシステムは、観察者Ｄの眼の高さに応じて、視認領域Ａｃの高さを上下方向に調整する必要がある。従来のヘッドアップディスプレイシステムは、ミラー３３を回転させることで、視認領域Ａｃを変位させていた。しかしながら、ミラー３３を回転させると、観察者Ｄから見た虚像Ｉｖの俯角が変わるので、外界と画像との重畳にズレが発生し、観察者Ｄの眼の高さによって、虚像Ｉｖの位置がズレることがあった。
　第１実施形態のヘッドアップディスプレイシステム１は、ミラー３３のチルト角度を調整するのではなく、表示部２１の表示領域を大きくすることで、視認領域Ａｃの高さ方向の幅を大きくしている。これにより、図４に示すように、どの眼の高さでも同じ位置に虚像Ｉｖを見ることができるが、画像を図３に示す表示部２１の表示可能領域２１ａのどの領域に表示させるかをキャリブレーションする必要がある。例えば、図４に示すように、車両３から任意の距離離れた走路面５１上に画像を重畳したい範囲Ａｐを設定した場合、虚像表示可能範囲１９及び視認領域Ａｃが広いので観察者Ｄの眼の高さに虚像Ｉｖの位置が上下方向にずれている場合がある。
　そこで、図５に示すようなキャリブレーション画像Ｐｇを表示部２１から表示させると共に、図２Ａ及び２Ｂに示すように壁部１３に設けられた光源部１５を点灯させることで、キャリブレーション画像Ｐｇの基準点Ｐｒに光源部１５からの光を合わせることで、重畳したい範囲の中心に映像を一致させることができる。
　図５に示す状態の場合、観察者Ｄが見る光源部１５からの輝点１５ｃとキャリブレーション画像Ｐｇの中心である基準点Ｐｒとがズレている。輝点１５ｃは、キャリブレーションの基準光となる。これを、図６に示すように、観察者Ｄは操作部１１からの指示により表示部２１の表示可能領域２１ａにおいて画像を表示する領域を調整し、キャリブレーション画像Ｐｇが移動して、光源部１５からの輝点１５ｃに基準点Ｐｒが合わさる。
　次に、図７を参照して、虚像表示のキャリブレーションの流れを説明する。
　観察者Ｄが操作部１１から操作指示することで、虚像Ｉｖのキャリブレーションを開始する。
　ステップＳ１において、制御部２３は、操作部１１からキャリブレーション開始の指示を受けると、キャリブレーションモードに移行し、光源部１５を点灯させて光Ｌｇを出射させる。光源部１５から出射した光Ｌｇは、透明部材２５で反射されてウインドシールド５に到達し、ウインドシールド５の反射領域５ａ内で反射して視認領域Ａｃへ到達する。
　ステップＳ２において、制御部２３は、キャリブレーションモードにおいて、表示部２１において表示している表示画像をキャリブレーション画像Ｐｇに切り替えて表示させる。表示部２１は、表示可能領域２１ａの一部の領域にキャリブレーション画像Ｐｇを表示する。表示されたキャリブレーション画像Ｐｇは、レンズ３１で拡大され、ミラー３３でウインドシールド５に向けて反射され、ウインドシールド５の反射領域５ａ内で反射して視認領域Ａｃへ到達する。
　ステップＳ３において、観察者Ｄは、光源部１５からの光Ｌｇの輝点１５ｃとキャリブレーション画像Ｐｇの基準点Ｐｒとが一致しているか否かを判断する。図５に示すように、観察者Ｄが光源部１５からの光Ｌｇによる輝点１５ｃとキャリブレーション画像Ｐｇの基準点Ｐｒとが一致していないと判断すると（Ｓ３のＮｏ）、ステップＳ４において、観察者Ｄは操作部１１を操作して、キャリブレーション画像Ｐｇの基準点Ｐｒを輝点１５ｃに合わせるようにキャリブレーション画像Ｐｇの上下位置を調整する。この操作部１１の操作信号に応じて、制御部２３が表示部２１の表示領域を変位させることで、キャリブレーション画像Ｐｇを上下方向に移動することができる。
　この操作により、観察者Ｄが光源部１５からの光Ｌｇによる輝点１５ｃとキャリブレーション画像Ｐｇの基準点Ｐｒとが一致していると判断すると（Ｓ３のＹｅｓ）、ステップＳ５において、観察者Ｄは、キャリブレーション完了指示を操作部１１に入力する。
　制御部２３は、操作部１１からキャリブレーション完了指示を示す信号を受信すると、ステップＳ６において、光源部１５を消灯させて光Ｌｇの出射を停止する。
　ステップＳ７において、制御部２３は、表示部２１におけるキャリブレーション画像Ｐｇの表示領域を記憶部２３ａに記憶させし、キャリブレーションモードを終了し、虚像Ｉｖとなる画像Ｐｃを表示部２１におけるこの表示領域に表示させる。
[１－２．効果等]
　本開示のヘッドアップディスプレイシステム１は、虚像Ｉｖとして観察者Ｄに視認される光束を出射する表示部２１と、光束をウインドシールド５へ導く投射光学系２２と、光を出射する光源部１５と、虚像Ｉｖの縦方向の位置を調整するための操作部１１と、観察者による操作部１１の操作に応じて表示部２１の表示領域を制御する制御部２３と、を備える。表示部２１から出射された光束は、ウインドシールド５で反射されて観察者Ｄが虚像Ｉｖを視認可能な視認領域Ａｃに到達する。光源部１５から出射された光は、光束がウインドシールド５の反射領域Ｒａ内で反射して視認領域Ａｃに到達する。虚像と光源部１５からの光Ｌｇとを重ねて視認可能である。
　虚像となる表示部２１からの画像が反射されるウインドシールド５の反射領域Ｒａで、表示部２１とは別の光源である光源部１５から出射された、虚像Ｉｖの位置のキャリブレーションの基準となる光Ｌｇが反射される。この光Ｌｇは、視認領域Ａｃ内から所望の位置の虚像Ｉｖを見たときの俯角に相当する光線になるように補正されている。これにより、観察者Ｄの眼の位置が上下方向に変わっても、光源部１５からの光Ｌｇを基準に表示部２１の表示領域を調整することができるので、虚像Ｉｖとウインドシールド５からの外界の光景との位置関係が所望の位置関係となるように調整することができる。したがって、観察者Ｄの眼の高さに応じて虚像Ｉｖの位置を調整可能で、外界の実景と虚像Ｉｖとの重畳ズレを低減することができる。
　なお、壁部１３は、板状部材に限らずボックス状の部材でもよい。この場合、光源部１５が壁部１３の内部に収容され、光源部１５から出射した光Ｌｇは、壁部１３の面に設けられた貫通孔を通して透明部材２５に向かってもよい。また、光源部１５は、板状の壁部１３に埋め込まれて固定されてもよい。
　また、光源部１５は、壁部１３ではなく透明部材２５に配置されてもよい。透明部材２５に配置された光源部１５から出射した光Ｌｇはウインドシールド５の反射領域Ｒａで反射して視認領域Ａｃへ向かう。
　また、制御部２３は、キャリブレーションモードにおいて、表示部２１にキャリブレーション画像Ｐｇを表示させる代わりに画像Ｐｃを表示させて、観察者Ｄの操作量に応じて表示部２１の表示可能領域２１ａの中で画像Ｐｃを移動させることで、光源部１５の輝点１５ｃに対して画像Ｐｃの虚像Ｉｖの位置を調節してもよい。画像Ｐｃまたはキャリブレーション画像Ｐｇの位置を調整する際、画像Ｐｃまたはキャリブレーション画像Ｐｇの表示位置に応じて、画像Ｐｃまたはキャリブレーション画像Ｐｇを構成する光線Ｌｃが透過・反射する光学部材及びウインドシールド５での位置が変わるので、画像Ｐｃまたはキャリブレーション画像Ｐｇが投射された虚像Ｉｖが歪む場合がある。この歪みは、画像Ｐｃまたはキャリブレーション画像Ｐｇの表示位置に応じて予測することができるので、記憶部２３ａに補正パラメータを記憶させておいてもよい。制御部２３は、画像Ｐｃまたはキャリブレーション画像Ｐｇの表示位置に応じて虚像Ｉｖの歪みを補正するために、記憶部２３ａに記憶されている補正パラメータを取得して、画像Ｐｃまたはキャリブレーション画像Ｐｇの画像補正をしてもよい。
（第２実施形態）
　第１実施形態では、光源部１５が壁部１３に配置されていた。第２実施形態では、光源部１５がＨＵＤ装置９Ａ内に配置されている。この点および以下に説明する点以外の構成については、第１実施形態のヘッドアップディスプレイシステム１及びＨＵＤ装置９と第２実施形態のヘッドアップディスプレイシステム１Ａ及びＨＵＤ装置９Ａとはそれぞれ共通である。
　図８は、第２実施形態におけるヘッドアップディスプレイシステム１Ａの構成を示す模式図である。
　第２実施形態では、光源部１５がＨＵＤ装置９Ａ内に配置され、光源部１５からの光Ｌｇが投射光学系２２内で反射されている。例えば、光源部１５から出射した光Ｌｇは、レンズ３１でミラー３３に向けて反射し、さらにミラー３３で反射した光Ｌｇは透明部材２５を透過してウインドシールド５の反射領域Ｒａ内で反射して視認領域Ａｃに到達する。このように、光源部１５から出射した光Ｌｇが投射光学系２２内で反射され、ウインドシールド５で反射して視認領域Ａｃに到達するように、ウインドシールド５の形状に対応して投射光学系２２に対する光源部１５の位置が設計されている。
　このように、光源部１５がＨＵＤ装置９Ａ内に配置され、光源部１５からの光Ｌｇが投射光学系２２内で反射されて視認領域Ａｃに到達する構成であっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
（第３実施形態）
　第２実施形態では、光源部１５からの光Ｌｇが投射光学系２２内で反射されていた。第３実施形態では、光源部１５からの光Ｌｇが表示部２１で反射されている。この点及び以下に説明する点以外の構成については、第２実施形態のヘッドアップディスプレイシステム１Ａ及びＨＵＤ装置９Ａと第３実施形態のヘッドアップディスプレイシステム１Ｂ及びＨＵＤ装置９Ｂとはそれぞれ共通である。
　図９は、第３実施形態におけるヘッドアップディスプレイシステム１Ｂの構成を示す模式図である。
　第３実施形態では、光源部１５がＨＵＤ装置９Ｂ内に配置され、光源部１５からの光Ｌｇが表示部２１で反射されている。光源部１５から出射した光Ｌｇは、表示部２１で反射してレンズ３１を透過し、さらにミラー３３で反射して透明部材２５を透過した後にウインドシールド５の反射領域Ｒａ内で反射して視認領域Ａｃに到達する。
　このように、光源部１５がＨＵＤ装置９Ｂ内に配置され、光源部１５からの光Ｌｇが表示部２１で反射されて視認領域Ａｃに到達する構成であっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
（第４実施形態）
　第４実施形態は、第２実施形態のヘッドアップディスプレイシステム１Ａにおいて、光源部１５と投射光学系２２との間に光学素子４１を配置した構成である。この点及び以下に説明する点以外の構成については、第４実施形態のヘッドアップディスプレイシステム１Ｃ及びＨＵＤ装置９Ｃと第２実施形態のヘッドアップディスプレイシステム１Ａ及びＨＵＤ装置９Ａとはそれぞれ共通である。
　図１０は、第４実施形態におけるヘッドアップディスプレイシステム１Ｃの構成を示す模式図である。
　第４実施形態では、光源部１５及び光学素子４１がＨＵＤ装置９Ｃ内に配置され、光源部１５から出射した光Ｌｇが光学素子４１を通過して、レンズ３１で反射されている。光学素子４１は、例えば、集光作用のあるレンズである。光学素子４１は必要に応じてレンズやミラー等の複数または１つの光学部材で構成される。光源部１５から出射した光Ｌｇは、光学素子４１を透過し、レンズ３１で反射し、さらにミラー３３で反射する。ミラー３３で反射した光Ｌｇは、透明部材２５を透過した後にウインドシールド５の反射領域Ｒａ内で反射して視認領域Ａｃに到達する。なお、光源部１５から出射した光Ｌｇが光学素子４１を通過してレンズ３１で反射させる代わりに、光学素子４１を通過して表示部２１で反射させてもよい。
　このように、光源部１５と投射光学系２２との間に光学素子４１が配置されているので、光源部１５の光を補正することができる。つまり設計自由度が向上するので、虚像Ｉｖの品質を高めながら、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
（第５実施形態）
　第５実施形態は、第１実施形態のヘッドアップディスプレイシステム１において、光源部１５が移動可能な構成である。この点及び以下に説明する点以外の構成については、第５実施形態のヘッドアップディスプレイシステム１Ｄと第１実施形態のヘッドアップディスプレイシステム１とは共通である。
　図１１は、第５実施形態におけるヘッドアップディスプレイシステム１Ｄの構成を示す模式図である。光源部１５は、透明部材２５に向けて変位可能に壁部１３に取り付けられている。光源部１５と透明部材２５との間の光路上には、光学素子４１が配置されている。光源部１５は、虚像Ｉｖのキャリブレーション時に制御部２３により、例えば、モータ及びラックピニオン機構を用いて、壁部１３の、破線で示す収容位置Ｐｓ１からキャリブレーションに適したキャリブレーション位置Ｐｓ２に移動制御される。したがって、虚像Ｉｖのキャリブレーションが終了すると、壁部１３の収容位置Ｐｓ１に戻される。これにより、壁部１３の位置や透明部材２５の形状に関係なく、キャリブレーションを適切に行うことができる。
　なお、光源部１５が変位可能な代わりに、光学素子４１が変位可能であってもよい。また、光源部１５が変位可能な場合は、光学素子４１を省略してもよい。
（第６実施形態）
　第６実施形態は、第１実施形態のヘッドアップディスプレイシステム１において、光源部１５が複数の光学素子を備える構成である。この点及び以下に説明する点以外の構成については、第６実施形態のヘッドアップディスプレイシステム１Ｅと第１実施形態のヘッドアップディスプレイシステム１とは共通である。
　図１２は、第６実施形態におけるヘッドアップディスプレイシステム１Ｅの構成を示す模式図である。図１３は、光源部１５Ｅの拡大図である。
　光源部１５Ｅは複数の光学素子１５ａを有する。各光学素子１５ａは指向性のある光を射出する。光学素子１５ａは、例えば、レーザ素子である。各光学素子１５ａは、光の照射方向が異なる。これにより、観察者Ｄの眼の高さに応じて見える光学素子１５ａを変えることができる。このように、各光学素子１５ａの位置と投射方向とを適切に設計することで、観察者Ｄは眼の高さに応じたキャリブレーションの基準光を視認することができるので、適切な位置に虚像Ｉｖを調整することができる。
　また、各光学素子１５ａから出射される光に指向性を持たすために、図１４に示すように、壁部１３Ｆは、各光学素子１５ａの出射方向に沿って延びる筒部１３ａを有してもよい。筒部１３ａは筒形状を有する。光源部１５Ｆの各光学素子１５ｂから照射されるそれぞれの光が筒部１３ａによって制限された結果、指向性を有するので、観察者Ｄの眼の高さに応じて見える光学素子１５ｂを変えることができる。これにより、観察者Ｄは眼の高さに応じたキャリブレーションの基準光を視認することができるので、適切な位置に虚像Ｉｖを調整することができる。また、筒部１３ａが設けられているので、光学素子１５ｂは、指向性を有していなくてもよく、大きな拡散角を有していなくてもよい。
　また、光学素子１５ｂから出射される光に指向性を持たせる部材は、図１５に示すような形態でもよい。壁部１３Ｆは、複数の光学素子１５ｂを支持する支持板１３ｃと、それぞれの光学素子１５ｂが異なる出射方向に進行するように形成された貫通孔１３ｂａを有する遮光板１３ｂと、を備える。この構成によっても、光源部１５Ｆの光学素子１５ｂから照射されるそれぞれの光が貫通孔１３ｂａによって制限された結果、指向性を有するので、観察者Ｄの眼の高さに応じて見える光学素子１５ｂを変えることができる。これにより、観察者Ｄは眼の高さに応じたキャリブレーションの基準光を視認することができるので、適切な位置に虚像を調整することができる。
（他の実施形態）
　以上のように、本出願において開示する技術の例示として、上記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施形態にも適用可能である。そこで、以下、他の実施形態を例示する。
　上記実施形態では、ヘッドアップディスプレイシステム１を自動車などの車両３に適用した場合について説明した。しかしながら、ヘッドアップディスプレイシステム１を適用する対象物は車両３に限らない。ヘッドアップディスプレイシステム１を適用する対象物は、例えば、列車、オートバイ、船舶、又は航空機であってもよいし、移動を伴わないアミューズメント機でもよい。アミューズメント機の場合、ウインドシールド５の代わりに表示部２１から出射された光束を反射する窓部としての透明曲板に表示部２１からの光束と光源部１５からの光が反射される。また、ユーザが透明曲板を介して視認可能な実景は、別の映像表示装置から表示される映像であってもよい。すなわち、別の映像表示装置から表示される映像にヘッドアップディスプレイシステム１による虚像を重ねて表示してもよい。
　上記実施形態では、ダッシュボード７の上面に沿ってＨＵＤ９の開口２４ａが配置されていたが、これに限られない。図１６に示すように、ＨＵＤ９は、ダッシュボード７の上面７ａより下方に配置されてもよい。ダッシュボード７の上面には、ＨＵＤ９及び光源部１５からの光Ｌｃ及び光Ｌｇが通過するための孔７ｂが設けられている。なお、ＨＵＤ９の上面から壁部１３が上方に延び、光源部１５が壁部１３に取り付けられている。壁部１３及び光源部１５もダッシュボード７の上面７ａより下方に配置されている。
（実施形態の概要）
　（１）本開示のヘッドアップディスプレイシステムは、窓部を介して視認可能な実景に虚像を重ねて表示するヘッドアップディスプレイシステムであって、虚像として観察者に視認される光束を出射する表示部と、光束を窓部へ導く光学系と、光を出射する光源部と、虚像の縦方向の位置を調整するための操作部と、観察者による操作部の操作に応じて表示部の表示領域を制御する制御部と、を備え、表示部から出射された光束は、窓部で反射されて観察者が虚像を視認可能な視認領域に到達し、光源部から出射された光は、光束が窓部で反射される領域内で反射して視認領域に到達し、虚像と光源部からの光とを重ねて視認可能である。
　これにより、観察者の眼の位置が上下方向に変わっても、光源部からの光を基準に表示部の表示領域を調整することができるので、像と窓部からの外界の光景との位置関係が所望の位置関係となるように調整することができる。したがって、観察者の眼の高さに応じて虚像の位置を調整可能で、外界の実景と虚像との重畳ズレを低減することができる。
　（２）（１）のヘッドアップディスプレイシステムにおいて、光学系と窓部との間の光路上に設置され、表示部からの光束が透過する透明部材を備え、光源部からの光は、透明部材を透過して窓部に入射する。
　（３）（１）のヘッドアップディスプレイシステムにおいて、光学系と窓部との間の光路上に設置され、表示部からの光束が透過する透明部材を備え、光源部からの光は、透明部材で反射して窓部に入射する。
　（４）（３）のヘッドアップディスプレイシステムにおいて、光源部は窓部と透明部材の間の壁部に設けられている。
　（５）（１）から（４）のいずれか１つのヘッドアップディスプレイシステムにおいて、表示部は、キャリブレーション用のキャリブレーション画像を表示する。
　（６）（５）のヘッドアップディスプレイシステムにおいて、キャリブレーション画像は、光源部からの光を合わせるための基準点を有する。
　（７）（５）または（６）のヘッドアップディスプレイシステムにおいて、制御部は、キャリブレーションモードにおいて、表示部に表示している表示画像をキャリブレーション画像に切り替える。
　（８）（１）から（７）のいずれか１つのヘッドアップディスプレイシステムにおいて、制御部は、キャリブレーションモードにおいて、表示部の表示可能領域の中でキャリブレーション画像または表示画像を移動させる。
　（９）（８）のヘッドアップディスプレイシステムにおいて、制御部は、キャリブレーション画像または表示画像を表示可能領域の中で移動させると共に虚像の歪みを補正する。
　（１０）（５）から（９）のいずれか１つのヘッドアップディスプレイシステムにおいて、制御部は、表示部における、キャリブレーションが完了したキャリブレーション画像の表示領域を記憶部に記憶させ、表示画像を表示部におけるこの記憶した表示領域に表示させる。
　（１１）（１）から（１０）のいずれか１つのヘッドアップディスプレイシステムにおいて、制御部は、キャリブレーションモードにおいて、光源部を収容位置からキャリブレーション位置へ移動制御する。
　（１２）（１）から（１１）のいずれか１つのヘッドアップディスプレイシステムにおいて、窓部は、移動体のウインドシールドである。このように、移動体のヘッドアップディスプレイシステムとして適用することができる。
　（１３）（１）から（１２）のいずれか１つのヘッドアップディスプレイシステムにおいて、光源部は複数の光源と、複数の光源の各々から出射された光の射出方向と発散角をそれぞれ異ならせるように制限する筒部とを有する。
　本開示は、虚像を窓部の前方に表示するヘッドアップディスプレイシステムに適用可能である。
　　　１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ　ヘッドアップディスプレイシステム
　　　３　　　車両
　　　５　　　ウインドシールド
　　　７　　　ダッシュボード
　　　９、９Ａ、９Ｂ、９Ｃ　ヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ装置）
　　１１　　　操作部
　　１３、１３Ｆ　壁部
　　１３ａ　　筒部
　　１３ｂ　　遮光板
　　１３ｂａ　貫通孔
　　１３ｃ　　支持板
　　１５、１５Ｅ、１５Ｆ　光源部
　　１５ａ、１５ｂ　光学素子
　　１５ｃ　　輝点
　　１９　　　虚像表示可能範囲
　　２１　　　表示部
　　２１ａ　　表示可能領域
　　２２　　　投射光学系
　　２３　　　制御部
　　２３ａ　　記憶部
　　２４　　　ケース
　　２４ａ　　開口
　　２５　　　透明部材
　　３１　　　レンズ
　　３３　　　ミラー
　　４１　　　光学素子
　　　Ａｃ　　視認領域
　　　Ｉ　　　虚像
　　　Ｐｃ　　画像
　　　Ｐｇ　　キャリブレーション画像
　　　Ｒａ　　反射領域

Claims (13)

  1. 　窓部を介して視認可能な実景に虚像を重ねて表示するヘッドアップディスプレイシステムであって、
    　前記虚像として観察者に視認される光束を出射する表示部と、
    　前記光束を前記窓部へ導く光学系と、
    　光を出射する光源部と、
    　前記虚像の縦方向の位置を調整するための操作部と、
    　前記観察者による前記操作部の操作に応じて前記表示部の表示領域を制御する制御部と、を備え、
    　前記表示部から出射された光束は、前記窓部で反射されて観察者が前記虚像を視認可能な視認領域に到達し、
    　前記光源部から出射された光は、前記光束が前記窓部で反射される領域内で反射して前記視認領域に到達し、
    　前記虚像と前記光源部からの前記光とを重ねて視認可能である、
    　ヘッドアップディスプレイシステム。
  2. 　前記光学系と前記窓部との間の光路上に設置され、前記表示部からの光束が透過する透明部材を備え、
    　前記光源部からの前記光は、前記透明部材を透過して前記窓部に入射する、
    　請求項１に記載のヘッドアップディスプレイシステム。
  3. 　前記光学系と前記窓部との間の光路上に設置され、前記表示部からの光束が透過する透明部材を備え、
    　前記光源部からの前記光は、前記透明部材で反射して前記窓部に入射する、
    　請求項１に記載のヘッドアップディスプレイシステム。
  4. 　前記光源部は前記窓部と前記透明部材の間の壁部に設けられている、
    　請求項３に記載のヘッドアップディスプレイシステム。
  5. 　前記表示部は、キャリブレーション用のキャリブレーション画像を表示する、
    　請求項１から４のいずれか１つに記載のヘッドアップディスプレイシステム。
  6. 　前記キャリブレーション画像は、前記光源部からの光を合わせるための基準点を有する、請求項５に記載のヘッドアップディスプレイシステム。
  7. 　前記制御部は、キャリブレーションモードにおいて、前記表示部に表示している表示画像を前記キャリブレーション画像に切り替える、
    　請求項５または６に記載のヘッドアップディスプレイシステム。
  8. 　前記制御部は、キャリブレーションモードにおいて、前記表示部の表示可能領域の中でキャリブレーション画像または表示画像を移動させる、
    　請求項１から７のいずれか１つに記載のヘッドアップディスプレイシステム。
  9. 　前記制御部は、前記キャリブレーション画像または表示画像を前記表示可能領域の中で移動させると共に前記虚像の歪みを補正する、
    　請求項８に記載のヘッドアップディスプレイシステム。
  10. 　前記制御部は、前記表示部における、キャリブレーションが完了したキャリブレーション画像の表示領域を記憶部に記憶させ、表示画像を前記表示部におけるこの記憶した表示領域に表示させる、
    　請求項５から９のいずれか１つに記載のヘッドアップディスプレイシステム。
  11. 　前記制御部は、キャリブレーションモードにおいて、前記光源部を収容位置からキャリブレーション位置へ移動制御する、
    　請求項１から１０のいずれか１つに記載のヘッドアップディスプレイシステム。
  12. 　前記窓部は、移動体のウインドシールドである、
    　請求項１から１１のいずれか１つに記載のヘッドアップディスプレイシステム。
  13. 　前記光源部は複数の光源と、
    　前記複数の光源の各々から出射された光の射出方向と発散角をそれぞれ異ならせるように制限する筒部とを有する、
    　請求項１から１２のいずれか１つに記載のヘッドアップディスプレイシステム。
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