(57)【要約】【課題】虚像の調光精度の向上と、調光による消費電力の増大の抑制とが可能な表示装置を提供する。【解決手段】光源制御値に基づき輝度を変える調光が可能な光源と、光源からの光に基づき当該光の輝度に対応した輝度の像を形成する像形成部と、当該像を変換して当該像の輝度に対応した輝度の虚像を形成する虚像形成光学系と、光源と像形成部との間、または像形成部と虚像形成光学系との間に設けられ、絞り制御値に基づき光源からの光または当該像の光を絞ることで輝度を変える調光が可能な絞りと、調光設定値ごとに、光源制御値および絞り制御値の組合せを規定した制御テーブルを用いて、光源のみによる調光、光源および絞りを併用する調光、ならびに絞りのみによる調光のうち、少なくともいずれか２つで、調光設定値に基づく、調光設定値に対応する光源制御値および絞り制御値による調光を制御する制御部と、を有する。【選択図】図７
2020154027.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源制御値に基づいて輝度を変える調光が可能な光源と、
前記光源からの光に基づいて、前記光の輝度に対応した輝度の像を形成する像形成部と、
前記像形成部が形成した前記像を変換して、前記像の輝度に対応した輝度の虚像を形成する虚像形成光学系と、
前記光源と前記像形成部との間の光軸上、または前記像形成部と前記虚像形成光学系との間の前記光軸上に設けられ、絞り制御値に基づいて、前記光源からの光または前記像の光を絞ることで輝度を変える調光が可能な絞りと、
調光設定値ごとに、前記光源制御値および前記絞り制御値の組合せを規定した制御テーブルを用いて、前記光源のみによる調光、前記光源および前記絞りを併用する調光、ならびに前記絞りのみによる調光のうち、少なくともいずれか２つの調光により、前記調光設定値に基づいて、前記調光設定値に対応する、前記光源制御値および前記絞り制御値の組合せにより、前記光源および前記絞りによる調光を制御する制御部と、
を有する表示装置。
【請求項２】
前記光源制御値および前記絞り制御値は離散値であり、
前記制御テーブルは、
前記光源制御値と光源調光倍率との関係を規定した光源調光テーブルと、前記絞り制御値と絞り調光倍率との関係を規定した絞り調光テーブルと、を用いて、前記調光設定値ごとに予め設定された理想調光倍率に、前記光源調光倍率と絞り調光倍率との積が最も近くなる、前記光源調光倍率および絞り調光倍率にそれぞれ対応する、前記光源制御値および前記絞り制御値の組合せが、前記調光設定値ごとに規定されている、請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記理想調光倍率は、前記調光設定値を指数とする指数関数により算出される、請求項２に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両等に搭載され、車速、カーナビゲーション情報等の画像を、運転者から一定の距離だけ離れた位置に虚像として生成するヘッドアップディスプレイ（以下、「ＨＵＤ」とも称する）が知られている。
【０００３】
しかし、そもそもＨＵＤを車両等に搭載する目的は、運転者の視線移動を最小限に抑えることで、より安全な運転を支援するものであるが、安全運転支援という意味においては、車速などの表示内容だけでは不十分である。例えば、前方の車、歩行者、障害物などをカメラやセンサーで検知し、ＨＵＤを通じて運転者に事前に危険を察知させて事故を未然に防ぐようなシステムの方がより好ましい。こういったシステムを実現するためには、例えば車、人、障害物などの危険を察知させる対象となるシースルー像に対して虚像としての危険信号を重畳させて表示させることが考えられる。
【０００４】
このような技術に関連し、下記特許文献１には次の技術が開示されている。照明装置から出射される、画像を構成するＲＧＢの各光の合成光をＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）で反射させることでスクリーン上に画像を表示させる。当該画像を表す表示光を反射光学系によりウィンドシールドで観察者の方向へ反射させることで、ウィンドシールドの前方に虚像を表示する。その際、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）からの要求輝度に基づいて、合成光の各光の光源であるＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）の光量を制御する調光を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１８−２００８１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、光源の光量を制御する調光では、虚像の調光精度の向上が困難であるという問題がある。さらに、光源のみによる調光では、輝度を上げるためには、光源の駆動電流を上昇させる以外にないため、特に高輝度領域で消費電力が増大するという問題がある。
【０００７】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、虚像の調光精度を向上できるとともに、調光による消費電力の増大を抑制できる表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の上記課題は、以下の手段によって解決される。
【０００９】
（１）光源制御値に基づいて輝度を変える調光が可能な光源と、前記光源からの光に基づいて、前記光の輝度に対応した輝度の像を形成する像形成部と、前記像形成部が形成した前記像を変換して、前記像の輝度に対応した輝度の虚像を形成する虚像形成光学系と、前記光源と前記像形成部との間の光軸上、または前記像形成部と前記虚像形成光学系との間の前記光軸上に設けられ、絞り制御値に基づいて、前記光源からの光または前記像の光を絞ることで輝度を変える調光が可能な絞りと、調光設定値ごとに、前記光源制御値および前記絞り制御値の組合せを規定した制御テーブルを用いて、前記光源のみによる調光、前記光源および前記絞りを併用する調光、ならびに前記絞りのみによる調光のうち、少なくともいずれか２つの調光により、前記調光設定値に基づいて、前記調光設定値に対応する、前記光源制御値および前記絞り制御値の組合せにより、前記光源および前記絞りによる調光を制御する制御部と、を有する表示装置。
【００１０】
（２）前記光源制御値および前記絞り制御値は離散値であり、前記制御テーブルは、前記光源制御値と光源調光倍率との関係を規定した光源調光テーブルと、前記絞り制御値と絞り調光倍率との関係を規定した絞り調光テーブルと、を用いて、前記調光設定値ごとに予め設定された理想調光倍率に、前記光源調光倍率と絞り調光倍率との積が最も近くなる、前記光源調光倍率および絞り調光倍率にそれぞれ対応する、前記光源制御値および前記絞り制御値の組合せが、前記調光設定値ごとに規定されている、上記（１）に記載の表示装置。
【００１１】
（３）前記理想調光倍率は、前記調光設定値を指数とする指数関数により算出される、上記（２）に記載の表示装置。
【発明の効果】
【００１２】
光源のみによる調光、光源および絞りを併用する調光、ならびに絞りのみによる調光のうち、少なくともいずれか２つの調光により、調光設定値ごとに、光源制御値および絞り制御値の組合せを規定した制御テーブルを用いて、調光設定値に基づいて、光源および絞りによる調光を制御する。これにより、虚像の調光精度を向上できるとともに、調光による消費電力の増大を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ヘッドアップディスプレイ装置を車両に搭載した状態を側方から見た概略図である。
【図２】ヘッドアップディスプレイ装置を搭載した車両を内側から見た概略図である。
【図３】虚像表示装置の構成を示す模式図である。
【図４】ヘッドアップディスプレイ装置の演算制御系の構成を示すブロック図である。
【図５】虚像の調光に関する、虚像表示装置のブロック図である。
【図６】制御テーブルの例を示す図である。
【図７】光源調光テーブルの例を示す図である。
【図８】絞り調光テーブルの例を示す図である。
【図９】表示素子のみによる調光と、表示素子および絞りを併用した調光とをする場合の、調光設定値と虚像の輝度との関係を示す図である。
【図１０】表示素子および絞りを併用した調光と、絞りのみによる調光とをする場合の、調光設定値と虚像ｉ２の輝度との関係を示す図である。
【図１１】虚像の表示状態を説明するための斜視図である。
【図１２】第１実施形態に係る虚像表示装置と第２実施形態に係る虚像表示装置とを比較して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る虚像表示装置およびヘッドアップディスプレイ装置について説明する。なお、図面において、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。図面において、上下方向をＺ方向、虚像表示装置を車両に搭載した状態において、車両の進行方向に平行な方向をＹ方向、これらのＺ、Ｙ方向に直行する方向をＸ方向とする。
【００１５】
（第１実施形態）
図１は、ヘッドアップディスプレイ装置１０を車両８００に搭載した状態を側方から見た概略図である。図２は、ヘッドアップディスプレイ装置１０を搭載した車両８００を内側から見た概略図である。ユーザー（運転者）９００は、ハンドル８１３を握って運転席８１６に座っている。
【００１６】
ヘッドアップディスプレイ装置１０に含まれる虚像表示装置２０は、後述する表示素子２１に表示された画像を、表示スクリーン２４３を介してユーザー９００に向けて虚像として表示する。
【００１７】
虚像表示装置２０の表示スクリーン２４３以外の構成は、車体８１１のダッシュボード８１４内にカーナビゲーションなどのディスプレイ８１５の背後に埋め込むように配置されている。虚像表示装置２０は、運転関連情報などを含む虚像に対応する表示光Ｄ１を表示スクリーン２４３に向けて射出する。表示スクリーン２４３は、コンバイナーとも呼ばれ、半透過性を有する凹面鏡、または平面鏡である。表示スクリーン２４３は、下端の支持によってダッシュボード８１４上に立設され、入射する表示光Ｄ１を車体８１１の後方側（Ｙ方向）に向けて反射する。図示される虚像表示装置２０は、表示スクリーン２４３がフロントウィンドウ８１２とは別体で設置される独立型のものである。表示スクリーン２４３で反射された表示光Ｄ１は、運転席８１６に座ったユーザー９００の瞳９１０、およびその周辺位置に対応するアイボックス（図示せず）に導かれる。ユーザー９００は、表示スクリーン２４３で反射された表示光Ｄ１、すなわちあたかも車体８１１の前方にあるかのように所定距離離れた表示像としての虚像ｉ２、を観察できる。一方、ユーザー９００は、表示スクリーン２４３を透過した外界光、すなわち前方景色、自動車などの実像を観察できる。結果的に、ユーザー９００は、表示スクリーン２４３を透過した背後の外界像、すなわちシースルー像に重ねて、表示スクリーン２４３での表示光Ｄ１の反射によって形成される虚像ｉ２を観察できる。
【００１８】
図３は虚像表示装置の構成を示す模式図である。
【００１９】
虚像表示装置２０は、表示素子２１、投影光学系２２、中間スクリーン２３、虚像形成光学系２４、中間スクリーン駆動部２５、表示制御部２６、およびハウジング２７を備える。中間スクリーン２３には、例えば、拡散スクリーンが含まれる。虚像形成光学系２４には、ミラー２４１、２４２、および表示スクリーン２４３が含まれる。ハウジング２７内には、表示スクリーン２４３以外の虚像表示装置２０の構成要素が収納される。中間スクリーン２３は、像形成部を構成する。
【００２０】
表示素子２１、投影光学系２２、および中間スクリーン２３を通り、虚像形成光学系２４のミラー２４１に至るまでの光軸ＡＸは、Ｚ方向で同じ高さに設定される。
【００２１】
表示素子２１は、２次元的な表示面２１ａを有する。表示面２１ａに形成された像は、投影光学系２２で拡大されて中間スクリーン２３に投影される。これにより、中間スクリーン２３において像が形成される。この際、二次元表示が可能な表示素子２１を用いることで、中間スクリーン２３への投影像の切換えを比較的高速に行える。表示素子２１は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）と、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）やＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）等の反射素子とにより構成され得る。表示素子２１としてＤＭＤを用いると、明るさを維持しつつ画像を高速で切り換えることが容易になり、虚像ｉ２が形成される、ユーザー９００からの投影距離（以下、「虚像距離」と称する）を変化させる表示に有利である。ＬＥＤとＤＭＤの組合せ、およびＬＥＤとＬＣＯＳの組合せは、それぞれ光源を構成する。
【００２２】
以下、説明を簡単にするために、特記する場合を除いて、表示素子２１は、ＬＥＤとＤＭＤにより構成されるものとして説明する。
【００２３】
表示素子２１は、表示しようとする虚像距離ごとに十分なフレームレートで表示を行えるだけのフレームレートで像を形成する。例えば、３０ｆｐｓ以上、好ましくは９０ｆｐｓのフレームレートで動作する。これにより、異なる虚像距離に複数の虚像ｉ２が同時に表示されているように見せることが容易になる。
【００２４】
投影光学系２２は、固定焦点のレンズ系であり、複数のレンズ（図示せず）を有する。投影光学系２２は、表示素子２１の表示面２１ａに形成された画像を中間像ｉ１として、光軸ＡＸ上にある中間スクリーン２３に適当な倍率で拡大投影する。これにより、中間スクリーン２３において、投影された中間像（像）ｉ１が形成される。中間スクリーン２３における中間像ｉ１の形成は、表示素子２１の表示動作が前提となる。なお、投影光学系２２は、この投影光学系２２の中間スクリーン２３側に配置された絞り２２１を有する。このように絞り２２１を配置することで、表示素子２１からの光の光量を変える調光が可能になるとともに、投影光学系２２の中間スクリーン２３側のＦナンバーの設定や調整が比較的容易になる。
【００２５】
中間スクリーン２３は、配光角を所望の角度に制御するための拡散板であり、結像位置（すなわち中間像ｉ１の結像予定位置、またはその近傍の焦点深度内）において中間像ｉ１を形成する。この結果、中間スクリーン２３を光軸ＡＸ方向へ移動させることにより、中間像ｉ１の位置も光軸ＡＸ方向へ移動する。中間スクリーン２３としては、例えば摺りガラス、レンズ拡散板、マイクロレンズアレイを用い得る。
【００２６】
中間スクリーン駆動部２５は、中間スクリーン２３を光軸ＡＸに沿って所望の位置に移動させる。中間スクリーン駆動部２５は、中間スクリーン駆動部２５を支持する支持枠部（図示せず）の光軸ＡＸ方向の移動を案内するガイド部２５１と、当該支持枠部を中間スクリーン２３とともに光軸ＡＸ方向に所望の速度で往復移動させる駆動部２５２とを備える。中間スクリーン駆動部２５により中間スクリーン２３を光軸ＡＸに沿って特定方向に往復移動させることで、虚像距離を変化させることができる。このように、投影される虚像ｉ２の位置を変化させるとともに、表示内容をその位置に応じたものとすることで、虚像距離を変化させつつ虚像ｉ２を変化させることになる。これにより、一連の投影像としての虚像ｉ２を３次元的なものとすることができる。ここで、中間スクリーン２３の光軸ＡＸに沿った特定方向の移動範囲は、中間像ｉ１の結像予定位置またはその近傍であるが、投影光学系２２の中間スクリーン２３側の焦点深度の範囲内とすることが望ましい。これにより、虚像ｉ２を比較的ピントが合った良好な状態に形成できる。
【００２７】
なお、中間スクリーン駆動部２５は拡散スクリーン１６を光軸ＡＸに沿って往復運動させるものであるが、例えばモーターによる往復運動は加速と減速を繰り返すものであるため、モーターに相当な負荷がかかり、熱が発生しやすくなる。結果として所望の運動速度が得られなくなることが想定される。この点を解決する手段としてはガイド部２５１にバネを挿入し、その弾性力によって加速と減速を補助することが考えられる。あるいは、カム構造、スライダークランク機構等を利用し回転運動を往復運動にすることも考えられる。
【００２８】
中間スクリーン２３の特定方向への移動速度は、虚像ｉ２が複数個所または複数距離に同時に表示されているかのように見せることができる速度に設定する。例えば、虚像ｉ２が遠距離、中距離、および近距離の３段階で順次投影されるものとして、表示素子２１に９０ｆｐｓのフレームレートで表示を行わせると、各距離の虚像ｉ２は、３０ｆｐｓで表示の切り換えが行われることになる。これにより、人間の目では、遠距離、中距離、および近距離の虚像ｉ２が並列的に行われ、かつ切り換えが連続的なものとして認識される。なお、以上から明らかなように、中間スクリーン２３の移動は、表示素子２１の表示動作と同期するように制御される。
【００２９】
虚像形成光学系２４は、中間スクリーン２３に形成された中間像ｉ１を表示スクリーン２４３と協働して拡大し、ユーザー９００の前方に虚像ｉ２を形成する。虚像形成光学系２４は、少なくとも１つのミラーで構成されるが、図示の例では２つのミラー２４１、２４２を含む。
【００３０】
表示制御部２６は、表示素子２１および中間スクリーン駆動部２５を制御する。これにより、中間スクリーン２３上への中間像ｉ１の形成タイミングを制御し、表示スクリーン２４３の背後に虚像距離が変化する３次元的な虚像ｉ２を順次表示させる。中間像ｉ１の位置、すなわち中間スクリーン２３の位置が光軸ＡＸ上で虚像形成光学系２４に近い位置にあるときは、虚像距離が小さくなる。逆に、中間スクリーン２３の位置が光軸ＡＸ上で虚像形成光学系２４から遠い位置にあるときは、虚像距離が大きくなる。
【００３１】
表示制御部２６は、中間スクリーン２３の位置に応じた像を表示素子２１に形成する。具体的には、近距離の虚像距離に対応する像は、中間スクリーン２３の位置が光軸ＡＸ上で虚像形成光学系２４に近い位置にあるときに表示素子２１に形成する。逆に、遠距離の虚像距離に対応する像は、中間スクリーン２３の位置が光軸ＡＸ上で虚像形成光学系２４から遠い位置にあるときに表示素子２１に形成する。中間スクリーン２３に形成される像は、虚像形成光学系２４により変換され、光軸ＡＸ上の中間スクリーン２３の位置に対応した虚像距離で、虚像ｉ２として形成される。
【００３２】
このように、光軸ＡＸ上で移動可能な中間スクリーン２３を配置することにより、光軸ＡＸ方向に移動可能な中間像ｉ１を形成できるだけでなく、視野角とアイボックスサイズを確保しつつ、光学系の光利用効率を高くできる。なお、中間スクリーン２３による拡散の配光角を大きくしすぎると、光利用効率を高くするために虚像形成光学系２４のＦ値を小さくする必要があるため、焦点深度が浅くなり、表示可能な距離範囲が狭まってしまうことに注意を要する。
【００３３】
図４は、ヘッドアップディスプレイ装置１０の演算制御系の構成を示すブロック図である。ヘッドアップディスプレイ装置１０は、上述した虚像表示装置２０のほかに、運転者検出部７１、環境監視部７２、および主制御部６０を有する。
【００３４】
主制御部６０は、ヘッドアップディスプレイ装置１０全体を制御することで、対向車両、通行者などのオブジェクトに対応させた虚像ｉ２を３次元的に表示する。主制御部６０は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、および、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）等の記憶装置により構成される。
【００３５】
運転者検出部７１は、車両８００内のユーザー９００の存在や視点位置を検出する部分であり、運転席８１６に向けた内部用カメラ７１ａ、運転席用画像処理部７１ｂ、および判断部７１ｃを備える。内部用カメラ７１ａは、車体８１１内のダッシュボード８１４に、運転席８１６に対向して設置されており（図２参照）、運転席８１６に座るユーザー９００の頭部、およびその周辺の画像を撮影する。運転席用画像処理部７１ｂは、内部用カメラ７１ａで撮影した画像に対して明るさ補正などの各種画像処理を行い、判断部７１ｃでの処理を容易にする。判断部７１ｃは、運転席用画像処理部７１ｂで処理した運転席画像からオブジェクトの抽出、または切り出しを行うことによってユーザー９００の頭部や目（瞳９１０）を検出するとともに、運転席画像に付随する奥行情報から車体８１１内におけるユーザー９００の頭部の存否とともにユーザー９００の目の空間的な位置（結果的に視線の方向）を算出する。運転席用画像処理部７１ｂおよび判断部７１ｃは、例えば、ＣＰＵ、およびＲＡＭ、ＲＯＭ、ＨＤＤ等の記憶装置により構成される。
【００３６】
環境監視部７２は、前方に近接する自動車、自転車、歩行者などのオブジェクトを識別するとともに、オブジェクトまでの距離を判定する。環境監視部７２は、外部用カメラ７２ａ、外部用画像処理部７２ｂ、および判断部７２ｃを有する。外部用カメラ７２ａは車体８１１内外の適所に設置されており、ユーザー９００または車両８００の前方、側方などの外部画像を撮影する。外部用画像処理部７２ｂは、外部用カメラ７２ａで撮影した画像に対して明るさ補正などの各種画像処理を行い、判断部７２ｃでの処理を容易にする。判断部７２ｃは、外部用画像処理部７２ｂで処理した外部画像からオブジェクトの抽出、または切り出しを行うことによって自動車、自転車、歩行者などのオブジェクトの存否および大きさを検出するとともに、外部画像に付随する奥行情報から車両８００前方におけるオブジェクトの空間的な位置を算出する。外部用画像処理部７２ｂおよび判断部７２ｃは、例えば、ＣＰＵ、およびＲＡＭ、ＲＯＭ、ＨＤＤ等の記憶装置により構成される。
【００３７】
なお、内部用カメラ７１ａや外部用カメラ７２ａは、例えば複眼型の３次元カメラを含む。すなわち、両カメラ７１ａ、７２ａは、結像用のレンズと、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサー、その他の撮像素子とを一組とするカメラ素子をマトリックス状に配列したものであり、撮像素子用の駆動回路をそれぞれ含む。各カメラ７１ａ、７２ａを構成する複数のカメラ素子は、例えば奥行方向の異なる位置にピントを合わせるようになっており、あるいは相対的な視差を検出できるようになっており、各カメラ素子から得た画像の状態（フォーカス状態、オブジェクトの位置など）を解析することで、画像内の各領域、またはオブジェクトまでの距離を判定する。
【００３８】
なお、上述したような複眼型のカメラ７１ａ、７２ａに代えて、またはこれとともに、２次元カメラと赤外距離センサーとを組み合わせたものを用いてもよい。これにより、撮影した画面内の各部に関して奥行方向の距離情報を得ることができる。また、複眼型のカメラ７１ａ、７２ａに代えて、２つの２次元カメラを分離配置したステレオカメラによって、撮影した画面内の各部（領域、またはオブジェクト）に関して奥行方向の距離情報を得ることができる。その他、単一の２次元カメラにおいて、焦点距離を高速で変化させながら撮像を行うことによって、撮影した画面内の各部に関して奥行方向の距離情報を得てもよい。
【００３９】
さらに、複眼型の外部用カメラ７２ａに代えて、ＬＩＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  Ａｎｄ  Ｒａｎｇｉｎｇ）技術を用いてもよい。これにより、検出領域内の各部（領域またはオブジェクト）に関して奥行方向の距離情報を得ることができる。ＬＩＤＡＲ技術により、パルス状のレーザー照射に対する散乱光を測定し、遠距離にあるオブジェクトまでの距離や拡がりを計測して視野内のオブジェクトまでの距離情報やオブジェクトの拡がりに関する情報を取得できる。このＬＩＤＡＲ技術のようなレーダーセンシング技術と画像情報からオブジェクトの距離などを検出する技術と組み合わせることによって、オブジェクトの検出精度を高めることができる。
【００４０】
表示制御部２６は、主制御部６０の制御下で虚像表示装置２０を動作させて、表示スクリーン２４３の背後に虚像距離が変化する３次元的な虚像ｉ２を表示させる。表示制御部２６は、例えば、ＣＰＵ、およびＲＡＭ、ＲＯＭ、ＨＤＤ等の記憶装置により構成される。表示制御部２６は、主制御部６０を介して環境監視部７２から受信したオブジェクトまでの距離および大きさなどを含む情報に基づいて、虚像表示装置２０に表示させる虚像ｉ２を生成する。虚像ｉ２は、例えば表示スクリーン２４３の背後に存在する自動車、自転車、歩行者その他のオブジェクトＯＢ（後述の図１１参照）に対してその奥行き方向位置に関して周辺に位置するフレームＦ（図１１参照）のような標識になる。
【００４１】
表示制御部２６は、主制御部６０を介して運転者検出部７１からユーザー９００の存在や目の位置に関する検出出力を受け取る。これにより、虚像表示装置２０による虚像ｉ２の投影の自動的な開始や停止が可能になる。また、ユーザー９００の視線の方向のみに虚像ｉ２の投影を行うこともできる。さらに、ユーザー９００の視線の方向の虚像ｉ２のみを明るくする、点滅するなどの強調を行った投影もできる。
【００４２】
図５は、虚像ｉ２の調光に関する、虚像表示装置２０のブロック図である。なお、図５においては、虚像ｉ２の調光に関連しない虚像表示装置２０の構成は省略している。調光とは輝度の調整である。輝度は、光の明るさである。虚像ｉ２の調光は、中間像ｉ１の調光、表示面２１ａに形成された像の調光、および光源であるＬＥＤの調光によってなされる。すなわち、中間像ｉ１の調光、表示面２１ａに形成された像の調光、および光源であるＬＥＤの調光等は、虚像ｉ２の調光に帰着する。以下、特記した場合を除き、虚像ｉ２の調光については、単に「調光」とも称する。
【００４３】
虚像表示装置２０は、表示制御部２６、ドライバー２１２、表示素子２１、ドライバー２２２、および絞り２２１を含む。虚像表示装置２０は、このような構成により、表示素子２１および絞り２２１をそれぞれ制御することで調光を行う。
【００４４】
表示制御部２６は、予め生成された制御テーブル２６１を記憶する。制御テーブル２６１は、調光設定値ごとに、光源制御値および絞り制御値の組合せを規定したテーブルである。調光設定値は、車両８００のＥＣＵから送信される、要求される虚像ｉ２の輝度に対応する設定値である。光源制御値は、光源を構成する表示素子２１の調光のための制御値であり、具体的には、表示素子２１の輝度に対応した離散値の制御値である。絞り制御値は、絞り２２１による絞りの調整のための制御値であり、具体的には、絞り２２１による絞り量に対応した離散値の制御値である。
【００４５】
表示制御部２６は、受信した調光設定値に基づいて、当該調光設定値に対応する、光源制御値および絞り制御値の組合せにより、表示素子２１および絞り２２１による調光を制御する。具体的には、表示制御部２６は、表示素子２１を駆動するドライバー２１２へ光源制御値を含む制御信号を送信することで、表示素子２１のＬＥＤに印加する制御電圧をドライバー２１２から表示素子２１へ出力させる。これにより、当該ＬＥＤの駆動電流を増減させることで当該ＬＥＤの輝度を変える調光をする。ドライバー２１２は、例えば、半導体集積回路により構成し得る。表示制御部２６は、絞り２２１を駆動するドライバー２２２へ絞り制御値を含む制御信号を送信することで、絞り２２１の絞り量を制御する制御トルクをドライバー２２２から絞り２２１へ出力させる。これにより、表示素子２１からの光を絞ることで輝度を変える調光をする。ドライバー２２２は、例えば、ステッピングモーターにより構成し得る。
【００４６】
図６は、制御テーブル２６１の例を示す図である。
【００４７】
制御テーブル２６１には、調光設定値、理想調光倍率、絞り制御値、および光源制御値が規定される。なお、図６には、説明を簡単にするために、絞り調光倍率、光源調光倍率、および実際の調光倍率も併せて示されている。理想調光倍率は、調光設定値に対応して予め設定された理想の調光倍率である。具体的には、理想調光倍率は、暗い光に対する感度の方が明るい光に対する感度よりも高いという人間の目の特性に整合させて、調光設定値に対応して予め設定された虚像ｉ２の理想設定輝度の、虚像ｉ２の最大輝度に対する比である。従って、理想調光倍率は、調光設定値の最小設定間隔に対応した調光倍率の変化量が、調光設定値の小さい側（すなわち虚像ｉ２の輝度が低い側）で比較的小さく、調光設定値の大きい側（すなわち虚像ｉ２の輝度が高い側）で比較的大きな値に設定される。
【００４８】
理想設定輝度Ｌｖは、調光設定値を指数とする指数関数であり、例えば下記式により与えられる。
【００４９】
【数１】
2020154027.tif 000003
【００５０】
ここで、αはバイアス値であり、色度を担保しつつ発光できる虚像ｉ２の最小輝度（Ｌｖ（ｍｉｎ））である。Ｌｖ（ｍａｘ）は、虚像ｉ２の最大輝度である。ｃｏｍｍａｎｄ（ｍａｘ）は調光設定値の最大値であり、ｃｏｍｍａｎｄは調光設定値である。
【００５１】
理想調光倍率Ｒｖは、調光設定値を指数とする指数関数であり、下記式により与えられる。
【００５２】
【数２】
2020154027.tif 000004
【００５３】
絞り制御値は、絞り制御値を構成する離散値である。表示制御部２６は、絞り制御値に対応する絞り量になるように絞り２２１の絞り量を制御する。これにより、表示素子２１からの光を絞ることで輝度を変える調光がなされる。絞り調光倍率は、絞り制御値に対応した調光倍率である。例えば、絞り制御値が２０（最大値）のときは、絞り調光倍率は１（最大）となる。離散値である絞り制御値は、例えば、２０を最大値、１を最小値とする整数値であり、この場合、絞り調光倍率の設定間隔は、例えば約０．０６〜０．１６となり得る。
【００５４】
光源制御値は、光源制御値を構成する離散値であり、表示素子２１の光の光量が、光源制御値に対応する光量になるように、表示素子２１のＬＥＤに印加される制御電圧が制御される。これにより、表示素子２１の光の輝度を変える調光がなされる。光源調光倍率は、光源制御値に対応した調光倍率である。例えば、光源制御値が２５（最大値）のときは、光源調光倍率は１（最大）となる。離散値である光源制御値は、例えば２５を最大値、０を最小値とする整数値であり、この場合、絞り調光倍率の設定間隔は、例えば約０．０１〜０．０７となり得る。
【００５５】
調光倍率は、絞り調光倍率と光源調光倍率との積である。調光倍率に、表示素子２１の最大輝度を乗じた値が、虚像ｉ２の輝度になる。
【００５６】
図７は光源調光テーブルの例を示す図である。図８は絞り調光テーブルの例を示す図である。光源調光テーブルには、光源制御値と光源調光倍率との関係が規定される。絞り調光テーブルには、絞り制御値と絞り調光倍率との関係を規定される。
【００５７】
光源制御値および絞り制御値は離散値である。制御テーブルには、理想調光倍率に、光源調光倍率と絞り調光倍率との積が最も近くなる、光源調光倍率および絞り調光倍率にそれぞれ対応する、光源制御値および絞り制御値の組合せが、調光設定値ごとに規定される。制御テーブルは、光源制御値と光源調光倍率との関係を規定した光源調光テーブルと、絞り制御値と絞り調光倍率との関係を規定した絞り調光テーブルと、を用いて、理想調光倍率に、光源調光倍率と絞り調光倍率との積が最も近くなる、光源調光倍率および絞り調光倍率にそれぞれ対応する、光源制御値および絞り制御値の組合せを算出することで作成され得る。
【００５８】
表示制御部２６は、表示素子２１のみによる調光、表示素子２１および絞り２２１を併用した調光、ならびに絞り２２１のみによる調光の少なくともいずれか２つの調光により、調光設定値に基づく虚像ｉ２の調光を行う。図６の例においは、制御テーブル２６１の丸数字１で示す領域は、光源制御値に基づいて、表示素子２１のみによる調光を行う領域である。具体的には、絞り制御値を２０に固定し、光源制御値を変えることによる調光が行われる。制御テーブル２６１の丸数字２で示す領域は、表示素子２１および絞り２２１を併用した調光を行う領域である。具体的には、絞り制御値および光源制御値の両方を変えることによる調光が行われる。
【００５９】
光源制御値は離散値であるため、表示素子２１のみによる調光では、実際の調光倍率を理想調光倍率に近づけることは比較的困難である。表示素子２１のみによる調光、表示素子２１および絞り２２１を併用した調光、ならびに絞り２２１のみによる調光の少なくともいずれか２つの調光を行うことにより、実際の調光倍率を理想調光倍率に近づけることが容易になる。
【００６０】
図９は、表示素子２１のみによる調光と、表示素子２１および絞り２２１を併用した調光とをする場合の、調光設定値と虚像ｉ２の輝度との関係を示す図である。
【００６１】
図９の例においては、グレーの両方向矢印で示す、虚像ｉ２の輝度が低い領域においては、表示素子２１および絞り２２１を併用した調光をする。黒の両方向矢印で示す、虚像ｉ２の輝度が高い領域においては、表示素子２１のみによる調光をする。より具体的には、虚像ｉ２の輝度が低い領域において、表示素子２１および絞り２２１を併用した調光をするとともに、当該領域で虚像ｉ２の輝度を最大にする際に、表示素子２１の輝度（表示面２１ａに形成された像の輝度）を最小値（Ｌｖ（ＬＥＤｍｉｎ））に、絞りを全開（絞り制御値を最大）にする。虚像ｉ２の輝度が高い領域では、絞りを全開にしたままで、表示素子２１のみによる調光をする。なお、虚像ｉ２の輝度が低い領域においては、絞り制御値との関係で、表示素子２１の輝度は最小値以外とし得る。これにより、虚像ｉ２の輝度が低い領域において高精度な調光ができる。さらに、虚像ｉ２の輝度が高い領域においては、絞りを全開にすることで、絞り２２１の、光を遮光する部分（例えば、虹彩絞りであれば、絞り羽根の部分）に表示素子２１からの強い光が当たらないようにすることで、絞り２２１の経時劣化を抑制して信頼性を向上できる。
【００６２】
図１０は、表示素子２１および絞り２２１を併用した調光と、絞り２２１のみによる調光とをする場合の、調光設定値と虚像ｉ２の輝度との関係を示す図である。
【００６３】
図１０の例においては、グレーの両方向矢印で示す、虚像ｉ２の輝度が低い領域においては、絞り２２１のみによる調光をする。黒の両方向矢印で示す、虚像ｉ２の輝度が高い領域においては、表示素子２１および絞り２２１を併用した調光をする。より具体的には、虚像ｉ２の輝度が低い領域において、絞り２２１のみによる調光をし、当該領域で虚像ｉ２の輝度を最大にする際、図９の例とは異なり、絞りを全開（絞り設定値を最大）にしない。虚像ｉ２の輝度が低い領域では、表示素子２１の輝度（表示面２１ａに形成された像の輝度）は、最小値（Ｌｖ（ＬＥＤｍｉｎ））に固定され得る。虚像ｉ２の輝度が高い領域では、表示素子２１および絞り２２１を併用した調光をする。これにより、虚像ｉ２の輝度が高い領域において、輝度を上げる際に表示素子２１の光量を上げる調光だけでなく、絞り２２１による絞り量を小さくして絞り２２１を通過する表示素子２１からの光の光量を大きくする調光が可能となる。これにより、表示素子２１のＬＥＤの駆動電流を上げることによる消費電力の増大を抑制きる。
【００６４】
なお、図示は省略するが、例えば、虚像ｉ２の輝度が低い領域においては、絞り２２１のみによる調光をし、虚像ｉ２の輝度が高い領域においては、表示素子２１のみによる調光をしてもよい。
【００６５】
図１１は、虚像の表示状態を説明するための斜視図である。運転者であるユーザー９００の前方は観察視野に相当する検出領域ＤＦとなっている。検出領域ＤＦ内、すなわち、道路およびその周辺に、歩行者などである人のオブジェクトＯＢ１、ＯＢ３や、自動車などである移動体のオブジェクトＯＢ２が存在する。この場合、ヘッドアップディスプレイ装置１０の主制御部６０は、虚像表示装置２０によって３次元的な虚像ｉ２（ｉ２１〜ｉ２３）を投影させ、各オブジェクトＯＢ１、ＯＢ２、ＯＢ３に対して関連情報像としてのフレームＦ１、Ｆ２、Ｆ３を付加する。この際、ユーザー９００から各オブジェクトＯＢ１、ＯＢ２、ＯＢ３までの距離が異なるので、フレームＦ（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３）を表示させる虚像ｉ２１、ｉ２２、ｉ２３の虚像距離は、環境監視部７２が判定したユーザー９００または車両８００から各オブジェクトＯＢ１、ＯＢ２、ＯＢ３までの距離に相当させている。なお、虚像ｉ２１、ｉ２２、ｉ２３の投影距離は離散的であり、オブジェクトＯＢ１、ＯＢ２、ＯＢ３までの現実の距離に対して正確に一致しない場合がある。しかしながら、虚像ｉ２１、ｉ２２、ｉ２３の投影距離と、オブジェクトＯＢ１、ＯＢ２、ＯＢ３までの現実の距離との差が大きくなければ、ユーザー９００の視点が（Ｘ方向で）動いても視差が生じにくく、オブジェクトＯＢ１、ＯＢ２、ＯＢ３とフレームＦ１、Ｆ２、Ｆ３との配置関係を略維持できる。
【００６６】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態と第１実施形態とで異なる点は次の点である。第１実施形態では、ＬＥＤとＤＭＤの組合せが光源を構成し、中間スクリーン２３が像形成部を構成する。一方、本実施形態は、液晶素子５３のバックライト５１が光源を構成し（図１０参照）、バックライト５１の光を利用して像を形成する液晶素子５３が像形成部を構成する。また、絞り２２１を、液晶素子５３と虚像形成光学系２４との間の光軸上に設ける。その他の点については、本実施形態は第１実施形態と同様であるため、重複する説明は省略または簡略化する。
【００６７】
図１２は、第１実施形態に係る虚像表示装置２０と本実施形態に係る虚像表示装置２０とを比較して示す図である。図１２のＡは、第１実施形態に係る虚像表示装置２０を示しており、図１２のＢは、本実施形態に係る虚像表示装置２０を示している。
【００６８】
上述したように、第１実施形態は、ＤＭＤ２１２とＬＥＤ２１１の組合せが光源を構成し、中間スクリーン２３が像形成部を構成する。絞り２２１は、光源と像形成部との間の光軸ＡＸ上に設けられる。一方、本実施形態は、上述したように、バックライト５１が光源を構成し、液晶素子５３が像形成部を構成する。絞り２２１は、像形成部と虚像形成光学系２４との間の光軸ＡＸ上に設けられる。
【００６９】
本実施形態では、液晶素子５３を光軸ＡＸ方向に、駆動部（図示せず）により移動させることで、液晶素子５３上の像（第１実施形態における中間像ｉ１に相当）の位置を光軸ＡＸ方向へ移動させる。これにより、虚像形成光学系２４により、当該像の位置に対応した虚像距離に虚像ｉ２を表示させる。
【００７０】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態と上述の実施形態とで異なる点は次の点である。上述した実施形態では、虚像表示装置２０はＨＵＤに適用されている。一方、本実施形態では、虚像表示装置２０をＨＭＤ（Ｈｅａｄ  Ｍｏｕｎｔｅｄ  Ｄｉｓｐｌａｙ）に適用する。その他の点については、本実施形態は第１実施形態と同様であるため、重複する説明は省略または簡略化する。
【００７１】
ＨＭＤの装着時に、装着者の目の前に配置される透明板を支持するフレームに制御ボックスを設け、虚像表示装置２０の表示スクリーン２４３以外の構成を制御ボックス内に配置する。透明板は、全反射プリズムを母材とし、全反射プリズムの内部の装着者の目に対向する部分にＨＯＥ（Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔ）が設けられた平面板とし得る。ＨＯＥは、半透過性を有する平面鏡であり、表示スクリーン２４３に代替する。中間スクリーン２３に形成された中間像ｉ１の表示光Ｄ１を、ミラー２４１、２４２を介してＨＯＥで運転席８１６に座ったユーザー９００の瞳９１０の方向へ反射させることで、ユーザー９００のアイボックスに導く。これにより、ユーザー９００は、反射板で反射された表示光Ｄ１による表示像としての虚像ｉ２を、ＨＯＥを透過するシースルー像の実像と重ねられて観察できる。ミラー２４２からＨＯＥに至る光軸ＡＸを含む光路は、ＨＯＥの母材としてＨＯＥと一体化された全反射プリズム内部を利用できる。
【００７２】
本発明に係る実施形態は、以下の効果を奏する。
【００７３】
光源のみによる調光、光源および絞りを併用する調光、ならびに絞りのみによる調光のうち、少なくともいずれか２つの調光により、調光設定値ごとに、光源制御値および絞り制御値の組合せを規定した制御テーブルを用いて、調光設定値に基づいて、光源および絞りによる調光を制御する。これにより、虚像の調光精度を向上できるとともに、調光による消費電力の増大を抑制できる。
【００７４】
さらに、光源制御値および絞り制御値は離散値とする。また、制御テーブルには、光源制御値と光源調光倍率との関係を規定した光源調光テーブルと、絞り制御値と絞り調光倍率との関係を規定した絞り調光テーブルと、を用いて、理想調光倍率に、光源調光倍率と絞り調光倍率との積が最も近くなる、光源調光倍率および絞り調光倍率にそれぞれ対応する、光源制御値および絞り制御値の組合せが、調光設定値ごとに規定される。これにより、簡単に虚像の調光精度を向上できるとともに、調光による消費電力の増大を抑制できる。
【００７５】
さらに、理想調光倍率を、調光設定値を指数とする指数関数により算出する。これにより、より簡単かつ効果的に虚像の調光精度を向上できる。
【００７６】
本発明は、上述した実施形態に限定されない。
【００７７】
例えば、図９の例においては、虚像ｉ２の輝度が低い領域において、表示素子２１および絞り２２１を併用した調光をするとともに、当該領域で虚像ｉ２の輝度を最大にする際に、絞りを全開にしている。そして、虚像ｉ２の輝度が高い領域では、絞りを全開にしたままで、表示素子２１のみによる調光をしている。しかし、虚像ｉ２の輝度が低い領域において、虚像ｉ２の輝度を最大にする際に、絞りを全開にせずに、投影光学系２２の中間スクリーン２３側の焦点深度との関係から適切な絞り量に設定し得る。
【００７８】
また、制御テーブルを用いた調光を、光源のみによる調光、光源および絞りを併用する調光、ならびに絞りのみによる調光の３つの調光により、調光設定値に基づいて行ってもよい。
【符号の説明】
【００７９】
１０    ヘッドアップディスプレイ装置、
２０    虚像表示装置、
２１    表示素子、
２１ａ    表示面、
２１１    ＬＥＤ、
２１２    ＤＭＤ、
２２    投影光学系、
２２１    絞り、
２３    中間スクリーン、
２４    虚像形成光学系、
２４１、２４２    ミラー、
２４３    表示スクリーン、
２５    中間スクリーン駆動部、
２６    表示制御部、
２７    ハウジング、
５１    バックライト、
５３    液晶素子、
６０    主制御部、
７１    運転者検出部、
７２    環境監視部、
８００    車両、
８１１    車体、
８１２    フロントウィンドウ、
８１３    ハンドル、
８１４    ダッシュボード、
８１５    ディスプレイ、
８１６    運転席、
９００    ユーザー、
９１０    瞳、
ＡＸ    光軸、
Ｄ１    表示光、
ＤＦ    検出領域、
Ｆ、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３    フレーム、
ＯＢ    対象物、
ｉ１    中間像、
ｉ２、ｉ２１、ｉ２２、ｉ２３    虚像。
【図１】
2020154027.tif 000005
【図２】
2020154027.tif 000006
【図３】
2020154027.tif 000007
【図４】
2020154027.tif 000008
【図５】
2020154027.tif 000009
【図６】
2020154027.tif 000010
【図７】
2020154027.tif 000011
【図８】
2020154027.tif 000012
【図９】
2020154027.tif 000013
【図１０】
2020154027.tif 000014
【図１１】
2020154027.tif 000015
【図１２】
2020154027.tif 000016