(57)【要約】【課題】使用環境に適した表示形態の虚像表示装置を提供する。【解決手段】虚像表示装置としてのＨＵＤ装置は、車両に搭載されるように構成され、車両外の景色と重畳するような虚像を表示する。ＨＵＤ装置は、画像を表示し、画像の表示光を投射する投射系と、表示光を受光して虚像の中間像を結像する中間像結像素子と、投射系のＦナンバーを変更するＦナンバー可変機構５１と、虚像の周囲の明るさが暗い暗環境下では、暗環境下よりも明るさが明るい明環境下に対してＦナンバーが大きくなるように、Ｆナンバー可変機構５１を制御するＦナンバー制御部６３と、を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両（１）に搭載されるように構成され、前記車両外の景色と重畳するような虚像（ＶＲＩ）を表示する虚像表示装置であって、
画像を表示し、前記画像の表示光を投射する投射系（２１）と、
前記表示光を受光して前記虚像の中間像を結像する中間像結像素子（３１）と、
前記投射系のＦナンバーを変更するＦナンバー可変機構（５１）と、
前記虚像の周囲の明るさが暗い暗環境下では、前記暗環境下よりも前記明るさが明るい明環境下に対して前記Ｆナンバーが大きくなるように、前記Ｆナンバー可変機構を制御するＦナンバー制御部（６３）と、を備える虚像表示装置。
【請求項２】
車両（１）に搭載されるように構成され、前記車両外の景色と重畳するような虚像（ＶＲＩ）を表示する虚像表示装置であって、
画像を表示し、前記画像の表示光を投射する投射系（２１）と、
前記表示光を受光して前記虚像の中間像を結像する中間像結像素子（３１）と、
前記投射系のＦナンバーを変更するＦナンバー可変機構（５１）と、
夜間では、昼間に対して前記Ｆナンバーが大きくなるように、前記Ｆナンバー可変機構を制御するＦナンバー制御部（６３）と、を備える虚像表示装置。
【請求項３】
前記Ｆナンバー可変機構は、
互いに径が異なる複数の開口（５４）を中心軸（ＣＡ）に対する周方向に並べて設けた遮光盤（５３）により形成され、開口絞りとして機能する回転絞り（５２）と、
前記遮光盤を前記中心軸のまわりに回動させる駆動部（５６）と、を有する請求項１又は２に記載の虚像表示装置。
【請求項４】
前記Ｆナンバー可変機構は、
複数の絞り羽根（２５３）を重ね合わせて開口（２５４）を形成し、開口絞りとして機能する虹彩絞り（２５２）と、
前記絞り羽根を駆動して前記開口の径を変化させる駆動部（２５６）と、を有する請求項１又は２に記載の虚像表示装置。
【請求項５】
照度センサにより検出された照度に基づき、前記照度と前記Ｆナンバーとの負の相関関係を示す変換テーブル（６ｂ）を参照することによって算出された、前記Ｆナンバーの目標値を取得する目標値取得部（６２）を、さらに備える請求項１から４のいずれか１項に記載の虚像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この明細書による開示は、虚像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両に搭載されるように構成された虚像表示装置が知られている。特許文献１に開示の装置は、液晶パネル及び当該液晶パネルを照明する照明ユニットを備えている。そして、照明ユニットのＦナンバーは、虚像の輝度ムラを低減するような値に設定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１３４１７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
さて、虚像表示装置において、車両外の景色と重畳するような虚像を表示するにあたっては、周囲の明るさに関わらず高い表示品位が求められる。高い表示品位を実現するには、周囲の明るさに対して適切な表示形態にすべきである。例えば昼間等の周囲が明るい明環境下では、明るい景色に対しても負けないような高輝度で虚像を表示すべきである。また例えば夜間等の周囲が暗い暗環境下では、非表示画素が目立たないように、非表示画素の輝度を抑制し、高コントラストで虚像を表示すべきである。
【０００５】
しかしながら、特許文献１の構成では、液晶パネルの偏光板が照明ユニットによる照明光を半分程度吸収してしまうので、効率的に高輝度化できない。また、非表示画素でも照明光が液晶パネルを少し透過してしまうため、高コントラスト化にも限界がある。したがって、使用環境に適した表示形態とすることは困難であった。
【０００６】
この明細書の開示による目的のひとつは、使用環境に適した表示形態の虚像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ここに開示された態様のひとつは、車両（１）に搭載されるように構成され、車両外の景色と重畳するような虚像（ＶＲＩ）を表示する虚像表示装置であって、
画像を表示し、画像の表示光を投射する投射系（２１）と、
表示光を受光して虚像の中間像を結像する中間像結像素子（３１）と、
投射系のＦナンバーを変更するＦナンバー可変機構（５１）と、
虚像の周囲の明るさが暗い暗環境下では、暗環境下よりも明るさが明るい明環境下に対してＦナンバーが大きくなるように、Ｆナンバー可変機構を制御するＦナンバー制御部（６３）と、を備える。
【０００８】
このような態様によると、Ｆナンバー可変機構によって変更可能な投射系のＦナンバーは、暗環境下にて、明環境下に対して大きくなるように、制御される。したがって、明環境下では、比較的小さなＦナンバーを以って、投射系が画像の表示光を多く取り込んで投射することにより中間像が結像される。故に、中間像の輝度が高まり、延いては虚像を高輝度で表示することができる。一方、暗環境下では、比較的大きなＦナンバーを以って、投射系が画像の表示光のうち迷光等の中間像結像素子への投射を規制する。故に、中間像のコントラストが高まり、延いては虚像を高コントラストで表示することができる。以上により、使用環境に適した表示形態の虚像表示装置を提供することができる。
【０００９】
また、ここに開示された態様のひとつは、車両（１）に搭載されるように構成され、車両外の景色と重畳するような虚像（ＶＲＩ）を表示する虚像表示装置であって、
画像を表示し、画像の表示光を投射する投射系（２１）と、
表示光を受光して虚像の中間像を結像する中間像結像素子（３１）と、
投射系のＦナンバーを変更するＦナンバー可変機構（５１）と、
夜間では、昼間に対してＦナンバーが大きくなるように、Ｆナンバー可変機構を制御するＦナンバー制御部（６３）と、を備える。
【００１０】
このような態様によると、Ｆナンバー可変機構によって変更可能な投射系のＦナンバーは、夜間にて、昼間に対して大きくなるように、制御される。したがって、昼間では、比較的小さなＦナンバーを以って、投射系が画像の表示光を多く取り込んで投射することにより中間像が結像される。故に、中間像の輝度が高まり、延いては虚像を高輝度で表示することができる。一方、夜間では、比較的大きなＦナンバーを以って、投射系が画像の表示光のうち迷光等の中間像結像素子への投射を規制する。故に、中間像のコントラストが高まり、延いては虚像を高コントラストで表示することができる。以上により、使用環境に適した表示形態の虚像表示装置を提供することができる。
【００１１】
なお、括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態のＨＵＤ装置の車両への搭載状態を示す図である。
【図２】第１実施形態の投射系、回転絞り及び中間像結像素子を示す図である。
【図３】第１実施形態のＦナンバー可変機構を示す図である。
【図４】第１実施形態の車両システムを示すブロック図である。
【図５】第１実施形態の投射系のＦナンバーと、輝度及びコントラストとの関係を示すグラフである。
【図６】第１実施形態によるフローチャートである。
【図７】第２実施形態のＦナンバー可変機構を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合せることができる。
【００１４】
（第１実施形態）
図１に示すように、本開示の第１実施形態による虚像表示装置は、車両１としての自動車に搭載されるように構成され、当該車両１のインストルメントパネル２内に収容されているヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤ装置）１０となっている。ここで車両１とは、自動車、鉄道車両の他、航空機、船舶、移動しないゲーム用筐体等の各種乗り物を含むように広義に解される。
【００１５】
ＨＵＤ装置１０は、車両１のウインドシールド３に設けられた投影部３ａへ向けて画像を投射する。これにより、ＨＵＤ装置１０は、画像を、視認者としての車両１の乗員により視認可能に虚像表示する。すなわち、投影部３ａにて反射される表示光が、車両１の室内に設定された視認領域ＥＢに到達することにより、視認領域ＥＢにアイポイントＥＰが位置する乗員が当該表示光を虚像ＶＲＩとして知覚する。そして、乗員は、虚像ＶＲＩとして表示される各種情報を認識することができる。虚像表示される各種情報としては、例えば車速、燃料残量等の車両１の状態を示す情報、又は視界補助情報、道路情報等のナビゲーション情報等が挙げられる。
【００１６】
以下において、特に断り書きがない限り、前、後、上、下、左及び右が示す各方向は、水平面ＨＰ上の車両１を基準として記載される。
【００１７】
車両１のウインドシールド３は、例えばガラスないし合成樹脂により透光性の板状に形成された透過部材であり、インストルメントパネル２よりも上方に配置されている。ウインドシールド３は、前方から後方へ向かう程、インストルメントパネル２とは離間するように傾斜して配置されている。ウインドシールド３は、画像の光が投影される投影部３ａを、滑らかな凹面状又は平面状に形成している。なお、投影部３ａは、ウインドシールド３に設けられていなくてもよい。例えば車両１と別体となっているコンバイナを車両１内に設置して、当該コンバイナに投影部３ａが設けられていてもよい。
【００１８】
視認領域ＥＢは、ＨＵＤ装置１０により表示される虚像ＶＲＩが所定の規格を満たすように（例えば虚像ＶＲＩ全体が所定の輝度以上となるように）視認可能となる空間領域であって、アイボックスとも称される。視認領域ＥＢは、典型的には、車両１に設定されたアイリプスと重なるように設定される。アイリプスは、両眼それぞれに対して設定され、乗員のアイポイントＥＰの空間分布を統計的に表したアイレンジに基づいて、楕円体状の仮想的な空間として設定されている。
【００１９】
このようなＨＵＤ装置１０の具体的構成を、図２〜４も用いて、以下に説明する。ＨＵＤ装置１０は、ハウジング１１、投射系２１、中間像結像素子３１、導光部４１、Ｆナンバー可変機構５１、及び制御ユニット６１等により構成されている。
【００２０】
ハウジング１１は、図１に示すように、例えば合成樹脂ないし金属等により、各要素２１，３１，４１，５１，６１を収容する中空形状を呈しており、車両１のインストルメントパネル２内に設置されている。ハウジング１１は、投影部３ａと対向する上面部に、光学的に開口する窓部１２を有している。窓部１２は、例えば表示光を透過可能な防塵シート１３で覆われている。
【００２１】
投射系２１は、画像を表示し、その画像の表示光を投射する。図２に示すように、本実施形態の投射系２１は、ＤＬＰ（Digital Light Processingは登録商標）型のプロジェクタとなっている。投射系２１は、光源２２、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）２４、及び投射レンズ２６等により構成されている。
【００２２】
光源２２は、ＤＭＤ２４へ向けて白色光を投射する。光源２２には、発光ダイオード、水銀ランプ、キセノンランプ等が採用され得る。光源２２とＤＭＤ２４との光路上には、光源２２からの光を集光する集光レンズが設けられてもよい。
【００２３】
ＤＭＤ２４は、複数のマイクロミラーを２次元に配列したＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスである。各マイクロミラーは、個別に可動する。マイクロミラーのオン状態では光源２２から投射された光は、表示光として投射レンズ２６へ向けて反射されるようになっている。マイクロミラーのオフ状態では、光源２２から投射された光は、投射系２１の光路外部に配置された吸収体へ向けて反射されるようになっている。したがって、制御ユニット６１又は制御ユニット６１とは別に設けられた描画コントローラからの電気信号に基づいて、各マイクロミラーが画像の１画素として適宜駆動することで、画像が生成され、表示される。
【００２４】
ここで、光源２２とＤＭＤ２４との間に、互いに異なる色（例えば赤、緑及び青）のダイクロイックフィルタを周方向に並べたカラーホイールが配置されていてもよい。カラーホイールが高速回転することにより、光源２２からＤＭＤ２４に照射される光の色を時分割することができる。この分割時間に合わせて各マイクロミラーのオン状態及びオフ状態が切り替わることにより、ＤＭＤ２４は、カラー画像を表示可能となる。
【００２５】
このように、ＤＭＤ２４のミラー配列面２４ａにおいて、既に２次元の画像が実像として表示される。ＤＭＤ２４より後の光学系は、ミラー配列面２４ａ上の画像を、虚像ＶＲＩへとリレーするべく存在し、画像を虚像表示に適した形態へと変換する。
【００２６】
投射レンズ２６は、ＤＭＤ２４と中間像結像素子３１との間の光路上に配置されている。投射レンズ２６は、ＤＭＤ２４からの表示光を集光して中間像結像素子３１における中間像の形成範囲へ全面的に投射する。具体的に投射レンズ２６は、１つのレンズ素子又は複数のレンズ素子を有するレンズ群により構成される。
【００２７】
本実施形態の投射レンズ２６は、前側レンズ素子２７及び後側レンズ素子２８を有している。前側レンズ素子２７は、後側レンズ素子２８よりもＤＭＤ２４側に配置されている。
【００２８】
前側レンズ素子２７は、アクロマートレンズとなっており、全体として正の光学パワーを有している。前側レンズ素子２７は、凹レンズ２７ａと凸レンズ２７ｂとを互いに貼り合わせて形成されている。凹レンズ２７ａは、凸レンズ２７ｂよりもＤＭＤ２４側に配置されている。凹レンズ２７ａは、例えばガラスないし合成樹脂からなる透光性の光学材料であって、凸レンズ２７ｂに対して高屈折率かつ高分散の光学材料により形成されている。凸レンズ２７ｂは、例えばガラスないし合成樹脂からなる透光性の光学材料であって、凹レンズ２７ａに対して低屈折率かつ低分散の光学材料により形成されている。後側レンズ素子２８は、単一の凸レンズとなっており、正の光学パワーを有している。後側レンズ素子２８は、例えばガラスないし合成樹脂からなる透光性に形成されている。
【００２９】
ＤＭＤ２４は、表示光を、画像全体を構成する１つの光束状に射出し、当該表示光は、投射レンズ２６に集光されることによって、平行化される。ここでいう平行化とは、表示光をＤＭＤ２４から射出された直後の状態よりも平行光束に近づけることを意味し、表示光を完全な平行光束にするものに限られない。投射レンズ２６を透過した表示光は、中間像結像素子３１に入射する。
【００３０】
中間像結像素子３１は、マイクロレンズないしマイクロミラー等の微小光学素子を２次元に配列したスクリーン部材である。各微小光学素子は、投射レンズ２６よりも十分に絶対値が小さな焦点距離を有している。かかる焦点距離に基づいて、各微小光学素子は、投射系２１から受光した表示光を、中間像結像素子３１の内部又は近傍の像点に、結像させる。各像点が面状に配列されることで、ＤＭＤ２４のミラー配列面２４ａ上の画像と実質的に共役な中間像が、実像として結像される。１つの像点が中間像における１画素に対応する。
【００３１】
各像点から表示光は、各微小光学素子の焦点距離に基づいた拡がり角にて、拡散されつつ、導光部４１へと入射するようになっている。したがって、中間像結像素子３１は、視認領域ＥＢの範囲を拡大する視認領域拡大素子として、機能している。
【００３２】
導光部４１は、図１に示すように、中間像からの表示光を、ウインドシールド３へと導光する。具体的に導光部４１は、凹面鏡４２を有している。凹面鏡４２は、例えば合成樹脂ないしガラス等からなる基材の表面に、反射面４２ａとしてアルミニウム等を蒸着させること等により形成されている。反射面４２ａは、滑らかな凹面状に形成されている。凹面鏡４２は、中間像結像素子３１を経由した表示光を反射することで、虚像ＶＲＩのサイズを中間像のサイズに対して拡大する機能を有する。
【００３３】
凹面鏡４２に反射された表示光は、防塵シート１３を透過することでＨＵＤ装置１０の外部へ射出され、ウインドシールド３の投影部３ａに入射する。投影部３ａに反射された表示光が視認領域ＥＢ内の乗員のアイポイントＥＰに到達すると、当該乗員は虚像ＶＲＩを視認可能となるのである。ここで、投影部３ａは、透過部材としてのウインドシールド３に設けられているので、虚像ＶＲＩは、ウインドシールド３を通して視認される車両１外の景色と重畳して表示される。
【００３４】
また、凹面鏡４２は、制御ユニット６１による制御に基づいて、左右方向に伸びる回転軸４２ｂのまわりに回動可能となっている。こうした回動によって、虚像ＶＲＩの表示位置を上下方向に変位するように調整することができる。
【００３５】
なお、導光部４１は、例えば凹面鏡、平面鏡、凸面鏡、レンズ等の複数の光学部材を適宜組み合わせて構成することもできる。
【００３６】
Ｆナンバー可変機構５１は、図２，３に示すように、中間像の結像に影響する投射系２１のＦナンバーを変更する機構である。Ｆナンバー可変機構５１は、回転絞り５２及び駆動部５６等により構成されている。
【００３７】
回転絞り５２は、投射系２１の開口絞りとして機能する。回転絞り５２は、投射系２１の設計時に設定された絞り面と実質的に共役な位置に配置されている。特に本実施形態では、前側レンズ素子２７と後側レンズ素子２８との間に位置する投射レンズ２６の射出瞳の位置に、回転絞り５２が配置されている。
【００３８】
回転絞り５２は、遮光性の（より詳細には黒色の）円盤５３を、遮光盤として有している。円盤５３には、複数の開口５４が形成されている。複数の開口５４は、円盤５３の中心軸ＣＡ外において周方向に並ぶように形成され、互いに径を異ならせている。各開口５４は、真円状に形成されている。
【００３９】
駆動部５６は、円盤５３を、当該円盤５３の中心軸ＣＡのまわりに回動駆動させる。具体的に駆動部５６は、例えばクローポール構造の永久磁石型ステッピングモータである。駆動部５６は、制御ユニット６１からの電気信号に応じて回転を出力することによって、回転絞り５２を、いずれか１つの開口５４の中心が投射系２１の光軸を通過するような回転角となるように、回動させる。径が大きな開口５４である程、Ｆナンバーは小さくなり、径が小さな開口５４である程、Ｆナンバーは大きくなる。ただし、径を小さく設定し過ぎると、回折の影響で中間像及び虚像ＶＲＩが不鮮明になるため、当該回折の影響を考慮して最小の開口５４の径が設定される。
【００４０】
図４に示す制御ユニット６１は、いわゆるコンピュータであり、少なくとも１つのプロセッサ、メモリ装置、入出力インターフェースを含む電子回路を主体として構成されている。プロセッサは、メモリ装置に記憶されているコンピュータプログラムを実行する演算回路である。メモリ装置は、例えば半導体メモリ等によって提供され、プロセッサによって読み取り可能なコンピュータプログラム等を非一時的に格納するための非遷移的実体的記憶媒体である。
【００４１】
制御ユニット６１は、光源２２、ＤＭＤ２４、凹面鏡４２及びＦナンバー可変機構５１に対して通信可能に接続されている。加えて、制御ユニット６１は、通信を用いた電気信号の入力によって車両１のＥＣＵ（Electric Control Unit）６等により構成される車両システムからの各種情報を取得可能に構成されている。なお、制御ユニット６１と各通信対象との間の通信においては、有線通信、無線通信を問わず各種の好適な通信方式が採用され得る。
【００４２】
制御ユニット６１は、目標値取得部６２及びＦナンバー制御部６３等の制御部を、コンピュータプログラムの実行により演算処理を行なう処理部として備える。
【００４３】
目標値取得部６２は、Ｆナンバーの目標値を、ＥＣＵ６から取得する。Ｆナンバーの目標値は、以下のように算出される。
【００４４】
逐次、照度センサ５が車両１よりも前方（すなわち車両１外の虚像ＶＲＩの周囲）の照度を検出している。照度センサ５は、例えばインストルメントパネル２に設置される。照度センサ５により検出された照度は、ＥＣＵ６に入力される。
【００４５】
ＥＣＵ６は、いわゆるコンピュータであり、少なくとも１つのプロセッサ、メモリ装置、入出力インターフェースを含む電子回路を主体として構成されている。プロセッサは、メモリ装置に記憶されているコンピュータプログラムを実行する演算回路である。メモリ装置は、例えば半導体メモリ等によって提供され、プロセッサによって読み取り可能なコンピュータプログラム等を非一時的に格納するための非遷移的実体的記憶媒体である。
【００４６】
ＥＣＵ６に設けられたとあるメモリ装置６ａは、変換テーブル６ｂを記憶している。この変換テーブル６ｂは、前方の照度とＦナンバーの目標値との関係をデータベース化したデータテーブルである。すなわち、ＥＣＵ６は、照度センサ５により検出された照度に基づいて、変換テーブル６ｂを参照し、検出された照度に対して適切なＦナンバーを目標値として算出する。
【００４７】
この変換テーブル６ｂは、照度とＦナンバーとの負の相関関係を示している。すなわち、照度が増加する程、これと対になるＦナンバーが減少するように、変換テーブル６ｂが設計されている。
【００４８】
ＥＣＵ６は、こうして算出されたＦナンバーの目標値を、ＨＵＤ装置１０の制御ユニット６１へと出力する。こうして目標値取得部６２は、制御ユニット６１に入力されたＦナンバーの目標値を取得可能となる。
【００４９】
Ｆナンバー制御部６３は、複数の開口５４の中から、目標値取得部６２により取得されたＦナンバーの目標値に最も近いＦナンバーを実現する径をもつ開口５４を選択する。より好ましくは、複数の開口５４の中から、目標値取得部６２により取得されたＦナンバーの目標値と一致するＦナンバーを実現する径をもつ開口５４が選択される。そして、Ｆナンバー制御部６３は、選択された開口５４の中心が投射系２１の光軸を通過するように、回転絞り５２の回転角を変更する。
【００５０】
より詳細に、Ｆナンバー制御部６３は、当該回転角分だけ駆動部５６を駆動させる電気信号を、当該駆動部５６へ出力する。この結果、円盤５３が所望の回転角となるように回動し、投射系２１の光束を絞る開口絞りの径が変更される。したがって、投射系２１のＦナンバーが変更される。
【００５１】
上述のように、照度とＦナンバーとの負の相関関係を示す変換テーブル６ｂが用いられているので、検出された照度が小さい程、投射系２１のＦナンバーは大きく設定される。故に、夜間では、昼間に対して投射系２１のＦナンバーが大きくなるように、Ｆナンバー可変機構５１が制御される。
【００５２】
本実施形態において厳密には、昼間であっても、車両１がトンネル内部を走行する場合においては、照度センサ５により検出される照度が小さくなるから、投射系２１のＦナンバーは、屋外を走行する場合よりも大きくなる。すなわち、虚像ＶＲＩの周囲の明るさが暗い暗環境下では、当該暗環境下よりも明るさが明るい明環境下に対して投射系２１のＦナンバーが大きくなるように、Ｆナンバー可変機構５１が制御される。
【００５３】
なお、Ｆナンバーの目標値を算出されるために検出される物理量は、照度に限られず、明るさを示す諸々の物理量であればよい。
【００５４】
投射系２１のＦナンバーが減少する程、中間像及び虚像ＶＲＩの輝度は高くなる。また、図５に示すように、Ｆナンバーが増大する程、中間像及び虚像ＶＲＩのコントラストは高くなる。したがって、Ｆナンバーの変更により、調光制御とコントラスト制御とをまとめて実施することができる。
【００５５】
以下、本実施形態のＦナンバー制御処理を図６のフローチャートを用いて説明する。この一連の処理は、所定時間毎に実施される。
【００５６】
まず、ステップＳ１では、照度センサ５が車両１よりも前方の照度を検出する。ステップＳ１の処理後、ステップＳ２へ移る。
【００５７】
ステップＳ２では、ＥＣＵ６が照度センサ５により検出された照度を取得し、変換テーブル６ｂを参照して、Ｆナンバーの目標値を算出する。ステップＳ２の処理後、ステップＳ３へ移る。
【００５８】
ステップＳ３では、ＨＵＤ装置１０において目標値取得部６２がＥＣＵ６により算出されたＦナンバーの目標値を取得する。ステップＳ３の処理後、ステップＳ４へ移る。
【００５９】
ステップＳ４では、Ｆナンバー制御部６３が投射系２１のＦナンバーが目標値に近づくように、駆動部５６を駆動させる。ステップＳ４の処理後、ステップＳ５へ移る。
【００６０】
ステップＳ５では、駆動部５６により回転絞り５２が回転され、投射系２１の光軸を通過する開口５４が変更される。以上により、投射系２１のＦナンバーが変更され、一連の処理が終了される。
【００６１】
（作用効果）
以上説明した第１実施形態の作用効果を以下に改めて説明する。
【００６２】
第１実施形態によると、Ｆナンバー可変機構５１によって変更可能な投射系２１のＦナンバーは、暗環境下にて、明環境下に対して大きくなるように、制御される。したがって、明環境下では、比較的小さなＦナンバーを以って、投射系２１が画像の表示光を多く取り込んで投射することにより中間像が結像される。故に、中間像の輝度が高まり、延いては虚像ＶＲＩを高輝度で表示することができる。一方、暗環境下では、比較的大きなＦナンバーを以って、投射系２１が画像の表示光のうち迷光等の中間像結像素子３１への投射を規制する。故に、中間像のコントラストが高まり、延いては虚像ＶＲＩを高コントラストで表示することができる。以上により、使用環境に適した表示形態のＨＵＤ装置１０を提供することができる。
【００６３】
また、第１実施形態によると、Ｆナンバー可変機構５１によって変更可能な投射系２１のＦナンバーは、夜間にて、昼間に対して大きくなるように、制御される。したがって、昼間では、比較的小さなＦナンバーを以って、投射系２１が画像の表示光を多く取り込んで投射することにより中間像が結像される。故に、中間像の輝度が高まり、延いては虚像ＶＲＩを高輝度で表示することができる。一方、夜間では、比較的大きなＦナンバーを以って、投射系２１が画像の表示光のうち迷光等の中間像結像素子３１への投射を規制する。故に、中間像のコントラストが高まり、延いては虚像ＶＲＩを高コントラストで表示することができる。以上により、使用環境に適した表示形態のＨＵＤ装置１０を提供することができる。
【００６４】
また、第１実施形態によると、互いに径が異なる複数の開口５４を、遮光盤としての円盤５３の中心軸ＣＡに対する周方向に並べて形成された回転絞り５２は、駆動部５６により、当該中心軸ＣＡのまわりに回動される。回転絞り５２が開口絞りとして機能し、回動によって異なる径の開口５４が投射系２１の光束を絞ることとなるから、当該投射系２１のＦナンバーを容易に変更することができる。
【００６５】
また、第１実施形態によると、照度センサ５により検出された照度に基づき、照度とＦナンバーとの関係を示す変換テーブル６ｂを参照することによって、投射系２１のＦナンバーの目標値が算出される。したがって、実際の虚像ＶＲＩの周囲の明るさに基づいて、投射系２１のＦナンバーが変更される。この結果、例えば車両１が暗いトンネル内部を走行する環境下にて、照度センサ５の検出結果をすぐに反映し、コントラストを重視した虚像ＶＲＩの表示形態を実現することができる。このように、使用環境への適合性を高めることができる。
【００６６】
（第２実施形態）
図７に示すように、第２実施形態は第１実施形態の変形例である。第２実施形態について、第１実施形態とは異なる点を中心に説明する。
【００６７】
第２実施形態のＦナンバー可変機構５１は、虹彩絞り２５２及び駆動部２５６等により構成されている。虹彩絞り２５２は、投射系２１の開口絞りとして機能し、第１実施形態と同様の位置に配置されている。
【００６８】
虹彩絞り２５２は、複数の遮光性の絞り羽根２５３を重ね合わせて、中心部に開口２５４を１つ形成している。虹彩絞り２５２の開口２５４は、非真円の多角形状等に形成される反面、各絞り羽根２５３を徐々に開閉することにより、径を滑らかに変更することができる。
【００６９】
駆動部２５６は、第１実施形態と同様のステッピングモータであるが、各絞り羽根２５３と機械的に連結されて、各絞り羽根を徐々に開閉駆動することができる。
【００７０】
第２実施形態のＦナンバー制御部６３は、こうした虹彩絞り２５２に合わせて、目標値取得部６２により取得されたＦナンバーの目標値と一致するＦナンバーを実現する径を決定する。そして、Ｆナンバー制御部６３は、開口２５４の径が決定された値となるように、Ｆナンバー可変機構５１に虹彩絞り２５２の絞り羽根２５３を開閉させる。
【００７１】
以上説明した第２実施形態によると、複数の絞り羽根２５３を重ね合わせて開口２５４を形成した虹彩絞り２５２に対して、駆動部２５６が絞り羽根２５３を駆動して開口２５４の径を変化させる。虹彩絞り２５２が開口絞りとして機能し、滑らかに径が変化するその開口２５４が投射系２１の光束を絞ることとなるから、虚像表示を継続したまま、当該投射系２１のＦナンバーを連続的に変更することができる。したがって、Ｆナンバー変更時に乗員に与える違和感を低減することができる。
【００７２】
（他の実施形態）
以上、複数の実施形態について説明したが、本開示は、それらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。
【００７３】
具体的に変形例１としては、第１実施形態の回転絞り５２及び第２実施形態の虹彩絞り２５２は、絞り面と共役な位置であれば、投射レンズ２６に配置されていなくてもよい。例えば、光源２２とＤＭＤ２４との間に、回転絞り５２又は虹彩絞り２５２を配置することができる。
【００７４】
変形例２としては、投射系２１は、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）型のプロジェクタであってもよい。この例では、ＤＭＤ２４に代えて、反射型の液晶パネルが採用されることとなる。
【００７５】
変形例３としては、中間像結像素子３１は、透光性の基材に拡散粒子を分散してなる拡散板型のスクリーン部材であってもよい。
【００７６】
変形例４としては、Ｆナンバー制御部６３が投射系２１のＦナンバーを変更するようにＦナンバー可変機構５１を制御すると共に、光源２２の発光強度を変更してもよい。例えば、投射系２１のＦナンバーが小さく変更されると共に、光源２２の発光強度が大きくなるように変更されてもよい。また例えば、投射系２１のＦナンバーが大きく変更されると共に、光源２２の発光強度が小さくなるように変更されてもよい。Ｆナンバーと発光強度とがまとめて変更されることによって、極めて高い調光比を実現することができる。
【００７７】
変形例５としては、ＥＣＵ６に代えて、制御ユニット６１のメモリ装置に変換テーブル６ｂが記憶されていてもよい。この例では、検出された照度を制御ユニット６１が取得し、制御ユニット６１に処理部として設けられた目標値算出部が、第１実施形態のＥＣＵ６と同様に、Ｆナンバーの目標値を算出する。そして、目標値取得部６２は、目標値算出部からＦナンバーの目標値を取得することができる。
【００７８】
変形例６としては、Ｆナンバー制御部６３は、照度センサ５の検出値に基づかずに、時刻等に関連付けられたＦナンバーの目標値に応じて、Ｆナンバー可変機構５１を制御してもよい。この形態であっても、Ｆナンバー制御部６３は、夜間では、昼間に対してＦナンバーが大きくなるように、Ｆナンバー可変機構５１を制御することができる。
【００７９】
変形例７としては、制御ユニット６１による処理のうち少なくとも一部は、古典的なアナログ回路、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等によってハードウエア的に実現されてもよく、ニューラルネットワークを用いた人工知能アルゴリズムによって実現されてもよい。
【００８０】
本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサを構成する専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の装置及びその手法は、専用ハードウエア論理回路により、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の装置及びその手法は、コンピュータプログラムを実行するプロセッサと一つ以上のハードウエア論理回路との組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。
【符号の説明】
【００８１】
１：車両、２１：投射系、３１：中間像結像素子、５１：Ｆナンバー可変機構、６３：Ｆナンバー制御部、ＶＲＩ：虚像
【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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