(57)【要約】【課題】２つの虚像を互いに異なる距離に投影可能であって、安価に大型化を回避することができるヘッドアップディスプレイ装置を提供すること。【解決手段】ヘッドアップディスプレイ装置１００は、移動体のウィンドシールド８を利用した表示スクリーン２０と、移動体の進行方向に対向する状態で配置される第１光学ミラー１７ａと、第１光学ミラー１７ａに対向する状態で第１光学ミラー１７ａよりもアイボックスＥＢから遠い側に配置される第２光学ミラー１７ｂと、遠虚像ＩＭ１及び近虚像ＩＭ２の元になる画像を形成する共通の表示素子３１と、表示素子３１の光射出側に隣接して配置される第３光学ミラー１７ｃとを備え、近虚像ＩＭ２の表示位置は、遠虚像ＩＭ１の表示位置と異なって、かつ、遠虚像ＩＭ１の表示位置よりも上にあり、近虚像ＩＭ２は、警告表示を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体のウィンドシールドを利用した表示スクリーンと、
前記移動体の進行方向に対向する状態で配置される第１光学ミラーと、
前記第１光学ミラーに対向する状態で前記第１光学ミラーよりもアイボックスから遠い側に配置される第２光学ミラーと、
遠虚像及び近虚像の元になる画像を形成する共通の表示素子と、
前記表示素子の光射出側に隣接して配置される第３光学ミラーとを備え、
前記近虚像の表示位置は、前記遠虚像の表示位置と異なって、かつ、前記遠虚像の表示位置よりも上にあり、
前記近虚像は、警告表示を含むことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項２】
前記第１光学ミラーの面積は、前記第２光学ミラーの面積よりも小さく、第３光学ミラーの面積は、前記第１光学ミラーの面積よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項３】
前記第１光学ミラーと前記第２光学ミラーとは、自由曲面を有することを特徴とする請求項１及び２のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項４】
前記第３光学ミラーは、平面であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項５】
前記第３光学ミラーは、自由曲面を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項６】
前記表示素子は、矩形の表示領域を有し、前記第３光学ミラーは、光軸に垂直な基準軸が前記表示素子の長辺方向に対して平行に延びるように配置されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項７】
前記第３光学ミラーは、前記近虚像を形成する光路上に配置され、前記第１光学ミラーは、前記遠虚像を形成する光路上に配置されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項８】
前記第２光学ミラーにおいて、前記遠虚像を形成する光が入射する第１入射領域と、前記近虚像を形成する光が入射する第２入射領域とは、少なくとも一部が重なっていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項９】
前記第１光学ミラーは、その光学面の略法線方向に駆動可能であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示素子による映像を虚像として投影するヘッドアップディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、運転者等の視線移動を減少させることによる安全運転支援を目的として、車両等のウィンドシールドを利用して虚像を投影し、運転者によって視認可能に表示するヘッドアップディスプレイ装置（以下、「ＨＵＤ装置」）の開発が盛んに行われている。従来は運転者から２〜３ｍの位置に車速やインジケータ、簡易なナビゲーションなどのコンテンツを投影するだけであったが、近年は道路に表示を重畳させた高度なナビゲーションや、車両の周囲の状況を検知するセンサーの情報などと組み合わせ、車両の周囲、特に前方に危険因子がある場合に、その危険因子にマーカーなどを重畳表示するようになりつつある。これは拡張現実（ＡＲ）とＨＵＤ装置とを組み合わせたＡＲ  ＨＵＤ装置と呼ばれるものであり、一般的に虚像の投影距離は遠くに（５ｍ〜）設定される。
【０００３】
特許文献１には、２つの虚像が互いに異なる距離に表示されるＨＵＤ装置が開示されている。この装置では、結像系として、拡大光学素子と補正光学素子とが用いられ、表示素子として、近虚像用と遠虚像用との２つが用いられている。しかしながら、この装置では、一般的なヘッドアップディスプレイ装置よりも大型でコスト高となってしまう。特にヘッドアップディスプレイ装置の大型化は、移動体のデザイン上、大きな問題となる可能性が高い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１８−１２４５０８号公報
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、２つの虚像を互いに異なる距離に投影可能あって、安価かつ大型化を回避することができるヘッドアップディスプレイ装置を提供することを目的とする。
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、移動体のウィンドシールドを利用した表示スクリーンと、移動体の進行方向に対向する状態で配置される第１光学ミラーと、第１光学ミラーに対向する状態で第１光学ミラーよりもアイボックスから遠い側に配置される第２光学ミラーと、遠虚像及び近虚像の元になる画像を形成する共通の表示素子と、表示素子の光射出側に隣接して配置される第３光学ミラーとを備え、近虚像の表示位置は、遠虚像の表示位置と異なって、かつ、遠虚像の表示位置よりも上にあり、近虚像は、警告表示を含む。
【０００７】
上記ヘッドアップディスプレイ装置では、表示素子が遠虚像及び近虚像の元になる画像を形成する共通の表示素子であるので、コストアップを回避しつつ近虚像及び遠虚像を形成することができる。この際、表示素子に隣接する第３光学ミラーは、従来の一般的なヘッドアップディスプレイ装置の構成で必要となるスペース内に収めやすく、大型化を回避することができる。また、車線はみ出しや蛇行運転といった緊急性を要する警告情報を近虚像とすることで、一般に危険因子を表示する可能性が高い遠虚像と区別することができ、運転者にとっての視認性を高めることができる。
【０００８】
本発明の具体的な側面では、上記ヘッドアップディスプレイ装置において、第１光学ミラーの面積は、第２光学ミラーの面積よりも小さく、第３光学ミラーの面積は、第１光学ミラーの面積よりも小さい。この場合、遠虚像に対応する表示光と近虚像に対応する表示光とを無駄なく第２光学ミラーに取り込んで明るい虚像を形成できる。
【０００９】
本発明の別の側面では、第１光学ミラーと第２光学ミラーとは、自由曲面を有する。この場合、画角を広くして、虚像距離の設定の自由度を高めることができる。
【００１０】
本発明のさらに別の側面では、第３光学ミラーは、平面である。この場合、第３光学ミラーの作製が簡単で、表示素子への取付が容易になる。
【００１１】
本発明のさらに別の側面では、第３光学ミラーは、自由曲面を有する。この場合、第３光学ミラーを経た表示光によって形成される虚像を高解像とすることができる。
【００１２】
本発明のさらに別の側面では、表示素子は、矩形の表示領域を有し、第３光学ミラーは、光軸に垂直な基準軸が表示素子の長辺方向に対して平行に延びるように配置される。この場合、人の視界に合わせて横長の表示領域内に虚像を表示することができる。
【００１３】
本発明のさらに別の側面では、第３光学ミラーは、近虚像を形成する光路上に配置され、第１光学ミラーは、遠虚像を形成する光路上に配置される。この場合、遠虚像を下側に配置することが容易になる。
【００１４】
本発明のさらに別の側面では、第２光学ミラーにおいて、遠虚像を形成する光が入射する第１入射領域と、近虚像を形成する光が入射する第２入射領域とは、少なくとも一部が重なっている。
【００１５】
本発明のさらに別の側面では、第１光学ミラーは、その光学面の略法線方向に駆動可能である。この場合、ＡＲ表示を主目的とする遠虚像の投影距離を変えることができ、移動体の速度に応じた眼の焦点位置や、もしくは障害物があるまさにその位置に虚像を表示できるようになるため、運転者又はドライバーに情報を伝える手段として、より有効に作用する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態のＨＵＤ装置の要部を示す側方断面図である。
【図２】（Ａ）は、表示素子における表示領域を説明する平面図であり、（Ｂ）及び（Ｃ）は、表示素子に対する第３光学ミラーの配置及び固定方法の一例を説明する平面図及び側面図である。
【図３】図１の装置による投影状態を説明する概念的な斜視図である。
【図４】図１の装置による投影領域を正面から見た概念図である。
【図５】図１に示す部分を含むヘッドアップディスプレイ装置の回路構成を説明する概念的なブロック図である。
【図６】比較的遠距離にある第１投影領域における表示状態を説明する図である。
【図７】（Ａ）及び（Ｂ）は、比較的近距離にある第２投影領域における表示状態を説明する図である。
【図８】図１に示すＨＵＤ装置の変形例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しつつ、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置の具体的な実施形態について説明する。
【００１８】
図１に示すヘッドアップディスプレイ装置１００は、移動体である車両に搭載されるものであり、描画ユニット１０と表示スクリーン２０とを備える。図１において、−Ｚ方向は、移動体である車両の進行方向又は前進方向を示し、＋Ｘ方向は、運転席に座った運転者の２つの瞳ＨＴが並ぶ横方向又は水平方向に対応する。
【００１９】
ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置１００のうち、描画ユニット１０は、例えば運転席前方のダッシュボード（不図示）に埋め込むように設置され、運転関連情報や警告情報等を含む画像に対応する独立した２タイプの表示光ＨＫ１，ＨＫ２を表示スクリーン２０に向けて出射する。表示スクリーン２０は、移動体である車両のウィンドシールド８の一部に設けられている。表示スクリーン２０は、描画ユニット１０からの表示光ＨＫ１，ＨＫ２を、車両の後方に向けて反射する。表示スクリーン２０で反射された表示光ＨＫ１，ＨＫ２は、運転席に座った運転者の瞳ＨＴ及びその周辺に広がるアイボックスＥＢに導かれる。運転者は、表示スクリーン２０で反射された２タイプの表示光ＨＫ１，ＨＫ２、つまり車体の前方にある２タイプの虚像ＩＭ１，ＩＭ２を、ＨＵＤ装置１００による表示像として観察することができる。ここで、虚像ＩＭ１，ＩＭ２は、投影方向が上下にずれているだけでなく、投影距離が異なり、運転者は、虚像ＩＭ１，ＩＭ２が上下方向及び奥行方向に関して異なる位置にあると認識する。具体的には、遠虚像ＩＭ１の表示位置は、近虚像ＩＭ２の表示位置よりも下に設定されている。一方、運転者は、光透過性を有する表示スクリーン２０を透過した外界光、つまり前方の景色、前方に存在する自動車等の実像を観察することができる。結果的に、運転者は、表示スクリーン２０の背後の外界像に重ねて、表示スクリーン２０での表示光ＨＫ１，ＨＫ２の反射によって形成される運転関連情報や警告情報等を含む虚像（表示像）ＩＭ１，ＩＭ２を同時に観察することができる。
【００２０】
描画ユニット１０は、表示像を形成する表示装置３０と、表示装置３０を動作させる表示駆動部１８と、表示装置３０からの表示光ＨＫ１，ＨＫ２が入射する結像用のミラー光学系１７と、を備える。描画ユニット１０のうちミラー光学系１７と、描画ユニット１０の上方に配置された表示スクリーン２０とを組み合わせたものは、表示装置３０の表示面３１ａに形成された表示像を虚像に変換する虚像生成光学系１００ｂを構成する。
【００２１】
表示装置３０は、表示素子３１と、照明装置３２とを備える。表示素子３１は、例えばＬＣＤその他である透過型の表示パネルであり、例えばＸＺ面に沿って広がる表示面３１ａにおいて、２次元的な画像を静止画や動画として表示することができる。照明装置３２は、表示素子３１を背後から均一に照明する。表示素子３１は、近虚像ＩＭ２及び遠虚像ＩＭ１の元になる画像を形成する共通の表示素子である。
【００２２】
図２（Ａ）に示すように、表示素子３１の表示面３１ａは、矩形の輪郭を有する表示領域ＤＡである。この表示領域ＤＡの長手方向は、図１に示すミラー光学系１７の光軸ＡＸ１，ＡＸ２を含むＹＺ面に垂直な±Ｘ方向に延びている。表示素子３１の表示領域ＤＡは、その長手方向に直交する方向に略２分割されており、一対の表示領域ＤＡ１，ＤＡ２を有する。第１の表示領域ＤＡ１からは、表示光ＨＫ１が射出され、第１の表示領域ＤＡ１には、遠虚像ＩＭ１に対応する画像が形成される。第２の表示領域ＤＡ２からは、表示光ＨＫ２が射出され、第２の表示領域ＤＡ２には、近虚像ＩＭ２に対応する画像が形成される。両表示領域ＤＡ１，ＤＡ２は、±Ｘ方向に延びる細長い矩形の輪郭を有し、略等しい面積を有するが、両表示領域ＤＡ１，ＤＡ２の面積は、虚像ＩＭ１，ＩＭ２のサイズに応じて適宜変更することができ、図示のものには限られない。一対の表示領域ＤＡ１，ＤＡ２間には、迷光を防止する観点で非表示領域ＮＤが形成されているが、非表示領域ＮＤは、単に表示を行わないだけであり、必須のものではない。
【００２３】
図１に戻って、ミラー光学系１７は、表示素子３１の表示面３１ａに形成された画像を表示スクリーン２０と協働して拡大する拡大光学系であり、運転者の前方に表示像としての虚像ＩＭ１，ＩＭ２を形成する。ミラー光学系１７は、反射光学系であり、反射素子として光学的なパワーを有する２枚の第１及び第２光学ミラー１７ａ，１７ｂを含む。このうち第１光学ミラー１７ａは、遠距離用の反射素子となっている。ミラー光学系１７は、近距離用の反射素子として、第３光学ミラー１７ｃを含む。第３光学ミラー１７ｃは、表示素子３１の表示面３１ａに隣接して配置されている。つまり、第３光学ミラー１７ｃは、表示素子３１の光射出側に隣接した状態で配置されている。ここで、隣接とは、第３光学ミラー１７ｃが表示面３１ａに接しない場合を含む。結果的に、第３光学ミラー１７ｃは、近虚像ＩＭ２を形成する光路上に配置され、第１光学ミラー１７ａは、遠虚像ＩＭ１を形成する光路上に配置される。
【００２４】
第１光学ミラー１７ａは、移動体の進行方向に対向し−Ｚ方向に向かう状態で配置されており、ＹＺ断面において−Ｚ方向に凸面を向けている。第１光学ミラー１７ａは、反射面として自由曲面を有する。第２光学ミラー１７ｂは、移動体の後方である＋Ｚ方向に対向する状態で配置されており、ＹＺ断面において＋Ｚ方向に凹面を向けている。第２光学ミラー１７ｂは、反射面として自由曲面を有する。ここで、第２光学ミラー１７ｂは、第１光学ミラー１７ａに対向する状態で、第１光学ミラー１７ａよりもアイボックスＥＢから遠い側、つまり車両前方側に配置されている。第１光学ミラー１７ａの面積は、第２光学ミラー１７ｂの面積よりも小さく、第３光学ミラー１７ｃの面積は、第１光学ミラー１７ａの面積よりも小さい。つまり、比較的面積が大きい第２光学ミラー１７ｂによって、第１光学ミラー１７ａからの表示光ＨＫ１と、第３光学ミラー１７ｃからの表示光ＨＫ２とをロスなく取り込めるようにしている。第１及び第２光学ミラー１７ａ，１７ｂは、ＹＺ断面を挟んで対称性を有するが、これに限らずＸ方向に関して非対称性を持ったものとすることもできる。
【００２５】
第３光学ミラー１７ｃは、例えば平面であり、光学的なパワーを有しない。第３光学ミラー１７ｃは、非球面とすることもできる。説明簡略化のため光学系がＹＺ断面を挟んで対称である場合を仮定すると、第３光学ミラー１７ｃの中央を通る法線ＮＯは、ＹＺ面に平行に延びている。つまり、第３光学ミラー１７ｃは、その基準軸ＳＸが表示素子３１の長辺方向又はＸ方向に対して平行に延びるように配置されている。ここで、第３光学ミラー１７ｃの基準軸ＳＸは、ミラー光学系１７の光軸ＡＸ１，ＡＸ２に垂直に延びるものであり、第３光学ミラー１７ｃの長手方向と一致している。第３光学ミラー１７ｃの反射面は、基準軸ＳＸを通ってＸＹ面に平行な面を基準軸ＳＸのまわりに適宜の傾斜角で回転させた状態に相当するものとなっている。ただしこれに限らず、第３光学ミラー１７ｃは、Ｘ方向に関して傾きや曲率といった形状的特性に関して非対称性を持ったものとすることもできる。この場合、第３光学ミラー１７ｃの延びる方向に表示素子３１の長辺方向を一致させることが望ましい。
【００２６】
図２（Ｂ）及び２（Ｃ）に示すように、表示素子３１は、ホルダー４１によって図示を省略する筐体に固定されており、ホルダー４１には、表示素子３１に対して第３光学ミラー１７ｃを取り付けるための固定部材４１ａが２箇所に形成されている。固定部材４１ａを利用することで、第３光学ミラー１７ｃを表示素子３１の表示面３１ａに対して精密に位置決めして固定することができる。なお、第３光学ミラー１７ｃが表示素子３１に固定された状態で、第３光学ミラー１７ｃの表示素子３１側の端部１７ｅは、図２（Ａ）に示す非表示領域ＮＤの位置で表示素子３１に対向して、表示素子３１の表面に接触し或いは隣接して配置される。表示素子３１に対して第３光学ミラー１７ｃを固定するホルダー４１の構造は、図示した構造に限らず、様々な構造を有するものとすることができ、表示素子３１のホルダー４１以外によって第３光学ミラー１７ｃを固定することもできる。
【００２７】
図１に戻って、表示スクリーン２０は、例えばウィンドシールド８の内面に貼り付けるように固定された半透過性を有する半透過シート２１を有する。表示スクリーン２０の半透過シート２１は、反射率を調節した誘電体多層膜又は金属膜からなる半透過反射膜を樹脂製の基材上に形成したシートとすることができるが、かかる半透過反射膜を有する立体構造を内蔵したフレネルレンズとすることもできる。半透過シート２１は、ウィンドシールド８を構成するガラス板間に挟み込むようなものであってもよい。なお、ウィンドシールド８での反射角度が例えば６０度程度であれば、反射率が１５％程度確保され、特に半透過反射型のコートを設けなくても透過性を有する反射面として用いることができる。
【００２８】
以下、図１を参照して、ＨＵＤ装置１００における光路の概要について説明する。表示素子３１の表示領域ＤＡ１から射出された表示光ＨＫ１は、第１光学ミラー１７ａで反射されて前方に射出され、第２光学ミラー１７ｂで反射されて上方に射出される。第２光学ミラー１７ｂで反射された表示光ＨＫ１は、表示スクリーン２０によって部分的に反射されてアイボックスＥＢにある運転者の瞳ＨＴに入射する。表示素子３１の表示領域ＤＡ２から射出された表示光ＨＫ２は、第３光学ミラー１７ｃで反射されて前方に射出され、第２光学ミラー１７ｂで反射されて上方に射出される。第２光学ミラー１７ｂで反射された表示光ＨＫ２は、表示スクリーン２０によって部分的に反射されてアイボックスＥＢにある運転者の瞳ＨＴに入射する。この際、第１光学ミラー１７ａで反射された表示光ＨＫ１と、第３光学ミラー１７ｃで反射された表示光ＨＫ２とは、平行に近い状態で進み第２光学ミラー１７ｂに入射する。ただし、表示光ＨＫ１，ＨＫ２が発散していることに起因して、両表示光ＨＫ１，ＨＫ２は、第２光学ミラー１７ｂに対して縦方向に関して部分的にオーバーラップした状態で入射する。つまり、第２光学ミラー１７ｂにおいて、遠虚像ＩＭ１を形成する表示光ＨＫ１が入射する第１入射領域ＩＡ１と、近虚像ＩＭ２を形成する表示光ＨＫ２が入射する第２入射領域ＩＡ２とは、少なくとも一部が重なっている。また、最終的に瞳ＨＴに入射する表示光ＨＫ１，ＨＫ２の光軸ＡＸ１，ＡＸ２は、上下のＹ方向に関して異なる角度を有するものとなっており、運転者にとっては、表示光ＨＫ１による遠虚像ＩＭ１が下側に配置され、表示光ＨＫ２による近虚像ＩＭ２が上側に配置される。さらに、第３光学ミラー１７ｃのパワーや、第１及び第３光学ミラー１７ａ，１７ｃを通る光路長の差に起因して、遠虚像ＩＭ１と近虚像ＩＭ２との間に十分な投影距離の差が実現される。
【００２９】
図３を参照して、虚像ＩＭ１，ＩＭ２の見え方について説明する。移動体である車両２の運転席６から見た場合において、正面の水平方向よりも下側であって路面ＲＳに近い遠方又は遠距離に遠視領域（第１投影領域）ＦＳが設定され、運転者は、遠視領域ＦＳに遠虚像ＩＭ１を認識する。また、車両２の運転席６から見た場合において、正面の水平方向よりも上側であって路面ＲＳから離れた近距離に近視領域（第２投影領域）ＮＳが設定されている。図４は、運転席６から見た遠虚像ＩＭ１と近虚像ＩＭ２との配置関係の具体例を示している。なお、図３等に示す遠視領域ＦＳ及び近視領域ＮＳの配置やサイズは単なる例示であり、遠視領域ＦＳ及び近視領域ＮＳは、車両２の用途や仕様に応じて適宜変更することができる。
【００３０】
図５は、ＨＵＤ装置１００の全体構造を説明するブロック図であり、ＨＵＤ装置１００は、その一部として図１に示す描画ユニット１０と表示スクリーン２０とを含む。以下では、描画ユニット１０と表示スクリーン２０とを合わせて画像表示装置２００と呼ぶ。画像表示装置２００には、表示装置３０、表示駆動部１８等が含まれる。
【００３１】
ＨＵＤ装置１００は、画像表示装置２００のほかに、環境監視部７２と、主制御装置９０とを備える。
【００３２】
環境監視部７２は、検出領域内に存在するオブジェクトを検出するオブジェクト検出部を含み、前方の近くに存在する移動体や人、具体的には自動車、自転車、歩行者、路上付帯物等をオブジェクトとして識別し、オブジェクトの３次元的な位置情報を抽出する３次元計測器を有する。環境監視部（オブジェクト検出部）７２は、３次元計測器として、外部用カメラ７２ａと、外部用画像処理部７２ｂと、判断部７２ｃとを備える。外部用カメラ７２ａは、可視又は赤外域において外界像の撮影を可能にする。外部用カメラ７２ａは、車両２内外の適所に設置されており、ドライバー又はウィンドシールド８の前方の検出領域を外部画像として撮影する。外部用画像処理部７２ｂは、外部用カメラ７２ａで撮影した外部画像に対して明るさ補正等の各種画像処理を行って判断部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を経た外部画像からオブジェクト画像の抽出又は切り出しを行うことによって自動車、自転車、歩行者、路上付帯物等のオブジェクトの存否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２前方におけるオブジェクトの空間的な位置を算出し３次元的な位置情報として記憶部７２ｍに保管する。判断部７２ｃの記憶部７２ｍには、外部画像からオブジェクト画像の抽出を可能にするソフトウエアが保管されており、外部画像からオブジェクト画像を抽出する動作時には、記憶部７２ｍから必要となるソフトウエアやデータが読み出される。判断部７２ｃにより、例えば得られた画像内の各オブジェクト要素の形状、大きさ、色等から、オブジェクト要素に対応するオブジェクトが何かを検出することができる。その際の判断基準は、予め登録されている情報とのパターンマッチングを行ってマッチングの度合からオブジェクトが何かを検出する方法などがある。また、処理速度を高める観点で、画像から車線を検知し、その車線内にあるターゲット又はオブジェクト要素について、上記の形状、大きさ、色等からオブジェクトの検出を行うこともできる。
【００３３】
表示駆動部１８は、主制御装置９０の制御下で表示装置３０を動作させて、表示スクリーン２０の背後に、遠虚像ＩＭ１と近虚像ＩＭ２とを独立して表示させる。
【００３４】
主制御装置９０は、画像表示装置２００、環境監視部７２等の動作を調和させる役割を有する。主制御装置９０は、環境監視部７２によって検出したオブジェクトの空間的な位置に対応するように、表示装置３０によって投影される遠虚像ＩＭ１の表示内容を調整する。すなわち、主制御装置９０は、環境監視部７２から受信したオブジェクト情報から、画像表示装置２００に表示させる虚像ＩＭ１，ＩＭ２の元になる画像を生成する。具体的には、主制御装置９０は、遠虚像ＩＭ１を外界像に重ねることで、外界像に対して情報を付加したＡＲ（Augmented Reality）表示を行う。また、主制御装置９０は、近虚像ＩＭ２を外界像とは関係なく表示することで、運転に関連する警告表示を含む情報を表示する。警告表示には、車線のはみ出し、蛇行運転等が含まれるが、これに限らず、速度情報、走行環境に関する情報を含めることができる。
【００３５】
図示を省略しているが、ＨＵＤ装置１００は、車両２に付随する各種センサーから情報を得ている。例えばＨＵＤ装置１００は、車両２から移動速度、走行位置等の情報を得ている。
【００３６】
図６は、ＨＵＤ装置１００によって表示される遠虚像ＩＭ１の表示例を示している。遠虚像ＩＭ１として表示されるＡＲ表示像ＦＩ１は、例えば表示スクリーン２０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に対して、例えばその周辺に位置するフレーム枠ＨＷのような標識とすることができる。ＡＲ表示像ＦＩ１は、前方に危険因子が潜んでいるケースを示している。このような表示により、運転者に対して、自動車、自転車、歩行者その他の周囲に存在する物体に関して注意を喚起することができる。
【００３７】
図７（Ａ）は、ＨＵＤ装置１００によって表示される近虚像ＩＭ２の表示例を示している。近虚像ＩＭ２として表示される警告表示像ＦＩ２は、例えば自車を示すマークＭ１の周囲に車線はみ出しマークＭ２１，Ｍ２２と、蛇行マークＭ３１とを含む。図７（Ｂ）に示すように、車両２が道路ＲＯ上を所定速度以上で走行している場合において、車両２がセンターラインＣＬを超えて右側に移動した場合、自車を示すマークＭ１が点灯し、右側の車線はみ出しマークＭ２１が点滅する。なお、図示を省略するが、車両２が道路ＲＯ上を所定速度以上で走行している場合において、車両２がサイドラインＳＬを超えて左側に移動した場合、自車を示すマークＭ１が点灯し、左側の車線はみ出しマークＭ２２が点滅する。さらに、車両２が道路ＲＯ上を所定速度以上で走行しつつ車体がふらついて蛇行している場合、自車を示すマークＭ１が点灯し、下側の蛇行マークＭ３１が点滅する。近虚像ＩＭ２は、運転者の正面であって近距離に表示されるので、遠虚像ＩＭ１又はＡＲ表示像ＦＩ１と混同することを回避して強い注意喚起力を発揮することができる。
【００３８】
上記実施形態によるヘッドアップディスプレイ装置１００では、表示素子３１が近虚像ＩＭ２及び遠虚像ＩＭ１の元になる画像を形成する共通のものであるので、コストアップを回避しつつ近虚像ＩＭ２及び遠虚像ＩＭ１を形成できる。この際、表示素子３１に隣接する第３光学ミラー１７ｃは、従来の一般的なヘッドアップディスプレイ装置の構成で必要となるスペース内に収めやすく、大型化を回避することができる。また、車線はみ出しや蛇行運転といった緊急性を要する警告情報を近虚像ＩＭ２とすることで、一般に危険因子を表示する可能性が高い遠虚像ＩＭ１と区別することができ、運転者にとっての視認性を高めることができる。緊急性を要する警告情報を表示する時は音も同時に発するように設定すれば、居眠り運転や脇見運転などをしている場合にも効果的である。
【００３９】
以上では、具体的な実施形態としてのヘッドアップディスプレイ装置について説明したが、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、上記のものには限られない。例えば、上記実施形態において、表示素子３１の位置に拡散スクリーンを配置し、拡散スクリーンに画像を投影することもできる。この場合、表示素子上の画像を拡散スクリーンに投影する投影光学系が必要になる。また、画像を形成する表示素子は、ＬＣＤのような透過型の表示パネルに限らず、ＬＣＯＳ、ＤＭＤといった反射型の表示パネルであってもよい。
【００４０】
図１を参照して、第１光学ミラー１７ａについては、その光学面ＯＳ１の略法線方向に沿って駆動させることができる。第１光学ミラー１７ａを法線ＮＯの方向に略沿ってシフト移動させるため、第１光学ミラー１７ａに付随して、表示駆動部１８と連動するミラー駆動部１１８を設ける。このように第１光学ミラー１７ａを法線ＮＯ方向に略沿って移動させる場合、ＡＲ表示を主目的とする遠虚像ＩＭ１の投影距離を変えることができ、移動体の速度に応じた眼の焦点位置や、もしくは障害物があるまさにその位置に虚像を表示できるようになるため、ドライバー又は運転者に情報を伝える手段として、より有効に作用する。
【００４１】
図８は、図１に示すＨＵＤ装置１００の変形例を示している。この場合、図１に示すＨＵＤ装置１００と全体として同様の構造を有するが、第３光学ミラー１１７ｃが自由曲面を有する。この場合、３光学ミラー１１７ｃを経た表示光ＨＫ２によって形成される近虚像ＩＭ２を高解像とすることができる。
【符号の説明】
【００４２】
２…車両、  ６…運転席、  ８…ウィンドシールド、  １０…描画ユニット、  １７…ミラー光学系、  １７ａ…第１光学ミラー、  １７ｂ…第２光学ミラー、  １７ｃ…第３光学ミラー、  １７ｅ…端部、  １８…表示駆動部、  ２０…表示スクリーン、  ２１…半透過シート、  ３０…表示装置、  ３１…表示素子、  ３１ａ…表示面、  ３２…照明装置、  ４１…ホルダー、  ７２…環境監視部、  ７２ａ…外部用カメラ、  ７２ｂ…外部用画像処理部、  ７２ｃ…判断部、  ７２ｍ…記憶部、  ９０…主制御装置、  １００…ヘッドアップディスプレイ装置、  ２００…画像表示装置、  ＡＸ１，ＡＸ２…光軸、  ＤＡ…表示領域、  ＤＡ１，ＤＡ２…表示領域、  ＥＢ…アイボックス、  ＦＩ１…ＡＲ表示像、  ＦＩ２…警告表示像、  ＦＳ…遠視領域、  ＨＫ１，ＨＫ２…表示光、  ＨＴ…瞳、  ＨＷ…フレーム枠、  ＩＡ１，ＩＡ２…入射領域、  ＩＭ１…遠虚像、  ＩＭ２…近虚像、  ＮＤ…非表示領域、  ＮＳ…近視領域、  ＯＢ…オブジェクト、  ＳＸ…基準軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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