(57)【要約】【課題】限られた設置空間内でもユーザに虚像を提示する方向を適切に変更することができる画像表示装置を提供する。【解決手段】画像表示装置は、画像信号に基づいて画像表示光を生成する画像生成部と、画像生成部が生成した画像表示光を投射する投射部と、  投射部が投射した画像表示光を虚像として提示するコンバイナ（４００）と、コンバイナを少なくとも一つの回動面に沿って回動させる回動部（３３１）とを備え、投射部はコンバイナの回動に基づいて、画像表示光を投射する方向を変化させる。【選択図】図５
2014010370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像信号に基づいて画像表示光を生成する画像生成部と、
前記画像生成部が生成した画像表示光を投射する投射部と、
前記投射部が投射した画像表示光を虚像として提示するコンバイナと、
前記コンバイナを少なくとも一つの回動面に沿って回動させる回動部とを備え、
前記投射部は前記コンバイナの回動に基づいて、前記画像表示光を投射する方向を変化させる
ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記投射部は前記画像生成部が生成した画像表示光を第１の方向に投射する第１投射ミラーと、その第１投射ミラーが投射した画像表示光を前記第１の方向と垂直な第２の方向に投射する第２投射ミラーとを備え、
前記投射部は、前記回動部が前記コンバイナを前記第１の方向と平行な回動面にそって角度θだけ回動させた場合に、前記第１投射ミラーを角度（１／２）θだけ回動させ、前記第２投射ミラーを角度θだけ回動させる
ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
車両のルームミラーに取り付ける取り付け部をさらに備え、
前記投射部は、前記画像生成部が生成した画像表示光を前記車両の底面に対し略平行な方向に投射する第１投射ミラーと、その第１投射ミラーが投射した画像表示光を前記車両の底面に対し垂直な方向に投射する第２投射ミラーと、その第２投射ミラーが投射した画像表示光を前記コンバイナの方向に投射する第３投射ミラーとを備え、
前記投射部は、前記回動部が前記コンバイナを前記車両の底面に略平行な回動面にそって角度θだけ回動させた場合に、前記第１投射ミラーを角度（１／２）θだけ回動させ、前記第２投射ミラーを角度θだけ回動させ、前記第３投射ミラーを角度θだけ回動させる
ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項４】
車両のルームミラーに取り付ける取り付け部をさらに備え、
前記投射部は、前記画像生成部が生成した画像表示光を前記車両の底面に対し略平行な方向に投射する第１投射ミラーと、その第１投射ミラーが投射した画像表示光を前記車両の底面に対し略垂直な方向に投射する第２投射ミラーと、その第２投射ミラーが投射した画像表示光を前記コンバイナの方向に投射する第３投射ミラーとを備え、
前記投射部は、前記回動部が前記コンバイナを前記車両の底面に略垂直な回動面にそって角度θだけ回動させた場合に、前記第１投射ミラーを回動させず、前記第２投射ミラーを角度（１／２）θだけ回動させ、前記第３投射ミラーを角度θだけ回動させる
ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像表示装置に関し、より詳細にはユーザに虚像を提示する方向を適切に変更することができる画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、画像表示装置として、ＬＥＤや半導体レーザー光源を利用したいわゆるヘッドアップディスプレイが開発されている。ヘッドアップディスプレイはコンバイナと呼ばれる光学素子を備えている。このコンバイナは、車外から入る光を透過すると共に、投射された画像表示光に係る画像をユーザに虚像として表示させる。このコンバイナを介して、ユーザは実際に見ている風景に虚像を重畳して認識することができる。
【０００３】
上述したようなヘッドアップディスプレイは、運転者が視線方向や目の焦点位置を殆んど変更させることなく、車外の風景と各種情報を表示する画像を認識することができるため、車両用の表示装置として近年注目を集めている。そして、運転者の視線方向等に対して適切な虚像を提示するための技術開発も盛んに行われている。
【０００４】
例えば特許文献１には、コンバイナに向かって画像を投影するミラーの角度を調整する事で、運転者の目の位置に上下方向の違いが生じても虚像が認識できる方法が提案されている。また特許文献２には、コンバイナと画像生成部全体を一体として角度調整する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２２９３６６号公報
【特許文献２】特許第４８４７６２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところでヘッドアップディスプレイは、その搭載位置や大きさに様々な制限が要求される。例えば車両に搭載されるヘッドアップディスプレイでは、様々な車種に応じて適切に設置可能であることが求められる。また設置された後も、運転者の座高に応じて運転者の目の位置が変化した場合等でも、適切に虚像を提示できることが求められる。
【０００７】
ここで特許文献１に提案されている、コンバイナに向かって画像を投影するミラーの角度を調整する方法では、調整のためにコンバイナに入射する光線の角度を変化させている。従って、変化させられる光線の角度が大きくなるとコンバイナ上で虚像として認識される画像が歪んでしまう恐れがある。また、特許文献２に提案されている装置では、角度調整のために装置が大型化し、設置されるスペースに限りがある車内では適切な調整が行えない、又はそもそも設置することができないという問題が生じることが推察される。
【０００８】
本発明は、上述の事情に鑑みてされたものであり、限られた設置空間内でもユーザに虚像を提示する方向を適切に変更することができる画像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】
【０００９】
本発明の車両用表示装置は、画像信号に基づいて画像表示光を生成する画像生成部と、
前記画像生成部が生成した画像表示光を投射する投射部と、前記投射部が投射した画像表示光を虚像として提示するコンバイナと、前記コンバイナを少なくとも一つの回動面に沿って回動させる回動部とを備え、前記投射部は前記コンバイナの回動に基づいて、前記画像表示光を投射する方向を変化させる、ことを特徴とする画像表示装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、限られた設置空間内でもユーザに虚像を提示する方向を適切に変更することができる画像表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態の車両用表示装置であるヘッドアップディスプレイについて車両内部からの斜視図である。
【図２】画像生成部の光学系の内部構成を光の経路と共に示す図である。
【図３】画像生成部の光学系の内部構成を光の経路と共に示す別の図である。
【図４】ルームミラーに取り付けられたヘッドアップディスプレイの上面図である。
【図５】コンバイナを角度θ運転者側に傾けた場合のコンバイナ及び光学系の一部について示す図である。
【図６】コンバイナを角度θだけ運転者側に傾けた場合の各投射ミラーの回転角等の関係を示す表である。
【図７】左ハンドルの車両用に角度を−θ回転させた場合の示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。かかる実施形態に示す具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１３】
［全体構成］
以下に画像表示装置の一例として車両用のヘッドアップディスプレイをあげ、このヘッドアップディスプレイを実施形態として説明する。図１は、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ１０について、このヘッドアップディスプレイ１０が取り付けられたルームミラー６００から車両の図示しないウィンドシールドの方に向かう視野により観察した態様を示す斜視図である。
【００１４】
ヘッドアップディスプレイ１０は、図示しない把持機構等により車両内部のルームミラー６００のミラー面に取付けられて使用される。ダッシュボードの上方面の広さなど、ヘッドアップディスプレイ１０を搭載可能なスペースは車種によって様々である。本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ１０は、ルームミラーに取り付けることができるため、ルームミラー６００を備えてさえいれば、車種を問わずに適切に搭載することができる。
【００１５】
なお、以後の説明において、前方・後方、左方・右方及び上方・下方の各方向は以下の通りとする。前方・後方は、ヘッドアップディスプレイ１０が搭載された車両の前方向及び後方向とする。左方・右方は、ヘッドアップディスプレイ１０が搭載された車両の左側方向及び右側方向とする。上方・下方は、ヘッドアップディスプレイ１０が搭載された車両が位置する路面に垂直で、その路面に対し車両側の方向及びその反対方向を意味する。
【００１６】
ヘッドアップディスプレイ１０は、コンバイナ４００に虚像として表示される画像に係る画像信号を生成し、その生成された画像信号を出力する回路基板（不図示）を備える。この回路基板は、ナビゲーション装置やメディア再生装置などの図示しない外部装置から出力された画像信号が入力された場合に、その入力された信号に対して所定の処理を行った後、出力することもできる。
【００１７】
ヘッドアップディスプレイ１０は、上記回路基板から出力された画像信号に基づく画像表示光を生成するための、光源２３１及び反射型の液晶表示パネルであるＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）等の画像表示素子２４０、及び各種光学レンズ等を含む画像生成部５０を備える。なお、本実施形態では画像表示素子２４０として反射型液晶表示パネルであるＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon）を用いる場合を例示するが、画像表示素子２４０としてＤＭＤ（Digital Micromirror Device）を用いてもよい。その場合、適用する表示素子に応じた光学系及び駆動回路で構成するものとする。また、光源２３１及び画像表示素子２４０は、図２を参照して後に詳述する。
【００１８】
ヘッドアップディスプレイ１０は、実像が結像される中間像スクリーン及び各種投射ミラーを含み、生成された画像表示光の投射方向を決定する投射部３００を有する。さらに、ヘッドアップディスプレイ１０は、投射された画像表示光を虚像４５０として表示させるための、略凹面形状を有するコンバイナ４００と、コンバイナ４００と投射部３００とを接続するコンバイナ支持アーム４２０と、を有している。画像生成部５０は、運転者側の面に、ルームミラーのミラーの代わりとなる代替ミラー５２を備え、ルームミラーの役割を果たしている。なお図１において、投射部３００から投射された画像表示光がコンバイナ４００に至るまでの光路が投射軸３２０として示されている。
【００１９】
コンバイナ４００は、コンバイナ支持アーム４２０を介して画像生成部５０に対して上方及び下方に回動可能となっている。また、投射部３００は画像生成部５０に対してコンバイナ４００と一体的に左方及び右方に回動可能に設けられている。したがって、この投射部３００を回動させることで、コンバイナ支持アーム４２０を介してコンバイナ４００を回動させることができる。以上の構成によって、ユーザは、コンバイナの向きを自分の目線や好みにあわせて調整することができる。
【００２０】
画像生成部５０は、運転者側の面にルームミラーのミラーの代わりとなる代替ミラー５２を備え、この代替ミラー５２がルームミラー６００が有する後方確認のための役割を果たしている。ヘッドアップディスプレイ１０をルームミラー６００のミラーを覆うように装着していても、ユーザはこの代替ミラー５２により車両後方を確認しながら運転を行うことができる。
【００２１】
［光学系］
次にヘッドアップディスプレイ１０の内部構成について説明する。図２及び図３は共に画像生成部５０の内部構成を光の経路と共に示す図である。図２は画像生成部５０の内部構成、及び投射部３００の内部構成の一部を光路とともに示す図である。図３は投射部３００の内部構成、及び画像生成部５０の内部構成の一部を、コンバイナ４００まで投射される光の光路とともに示す図である。
【００２２】
まず図２を参照して画像生成部５０の光学系の内部構成及び画像表示光に係る光路について説明する。画像生成部５０の光学系は、光源２３１、コリメートレンズ２３２、ＵＶ−ＩＲ（UltraViolet-Infrared Ray）カットフィルタ２３３、偏光子２３４、フライアイレンズ２３５、反射鏡２３６、フィールドレンズ２３７、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ２３８、１／４波長板２３９、画像表示素子２４０、検光子２４１、投射レンズ群２４２、及びヒートシンク２４３を備える。
【００２３】
光源２３１は白色、又は青色、緑色、及び赤色の三色の光を発する発光ダイオードからなる。光源２３１には発光にともない発生する熱を放冷するためのヒートシンク２４３が取り付けられている。光源２３１が発光した光は、コリメートレンズ２３２によって平行光に変えられる。ＵＶ−ＩＲカットフィルタ２３３は、コリメートレンズ２３２を通過した平行光から紫外光及び赤外光を吸収し除去する。偏光子２３４は、ＵＶ−ＩＲカットフィルタ２３３を通過した光を乱れのないＰ偏光へと変える。そしてフライアイレンズ２３５が、偏光板を通過した光の明るさを均一に整える。
【００２４】
反射鏡２３６は、フライアイレンズ２３５の各セルを通過した光の光路を９０度変更する。反射鏡２３６で反射された光はフィールドレンズ２３７によって集光される。フィールドレンズ２３７が集光した光は、Ｐ偏光を透過するワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ２３８及び１／４波長板２３９を介して、画像表示素子２４０に照射される。
【００２５】
画像表示素子２４０は、画素毎に赤色、緑色、及び青色のカラーフィルタを備えている。画像表示素子２４０に照射された光は、各画素に対応する色となり、画像表示素子２４０の備える液晶組成物によって変調が施され、Ｓ偏光の画像表示光となってワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ２３８に向けて射出される。射出されたＳ偏光の画像表示光はワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ２３８で反射され、光路を変えて検光子２４１を通過した後に投射レンズ群２４２へ入射される。
【００２６】
投射レンズ群２４２を透過した画像表示光は、画像生成部５０を出て投射部３００に入る。そして投射部３００が備える第１投射ミラー３５１が、入ってきた画像表示光の光路を変更する。
【００２７】
次に図３を参照して投射部３００の内部構成及び画像表示光の光路について説明する。投射部３００は、第１投射ミラー３５１、第２投射ミラー３５２、第３投射ミラー３５３、及び中間像スクリーン３６０を備える。
【００２８】
投射部３００の第１投射ミラー３５１で折り曲げられた画像表示光の光路は、第２投射ミラー３５２で下方に折り曲げられた後、第３投射ミラー３５３で斜め下方かつ車両前方に折り曲げられた後、中間像スクリーン３６０で実像を結像させる。結像した実像は、投射軸３２０に沿って前方に配置されたコンバイナ４００に投射される。運転者は、コンバイナ４００に投射された画像表示光に基づく画像を虚像として風景に重畳させて視認する。
【００２９】
上述した通り、投射部３００は画像生成部５０に対して左右方向に回動可能な構成となっている。そして、コンバイナ４００は投射部３００に対して上下方向に回動可能となっている。さらに投射部３００はギアボックス等の図示しない回動機構を備えており、このギアボックスは、投射部３００又はコンバイナ４００の回動にあわせて、第１投射ミラー３５１、第２投射ミラー３５２、第３投射ミラー３５３、及び中間像スクリーン３６０を回動させる。この第１投射ミラー３５１、第２投射ミラー３５２、第３投射ミラー３５３、及び中間像スクリーン３６０の回動の詳細については、後に詳述する。
【００３０】
図４は、ルームミラー６００に取り付けられたヘッドアップディスプレイ１０について説明するための上面図である。この図においては、コンバイナ４００は、ルームミラー６００に対して運転者側に傾けられていない。このとき、投射部３００からコンバイナ４００への画像表示光の投射方向は、運転者（ユーザ）がコンバイナ４００をみるときの視線方向とずれている。したがって、投射部３００から射出された画像表示光がコンバイナ４００で反射され、ユーザがその画像表示光に基づいて虚像を認識することができる視認可能領域が運転者からの眼の位置からずれてしまう。そのため、この場合は、画像表示光に基づく虚像を運転者が適切に視認することができない。特に反射光により後方を確認するためのルームミラー６００のユーザに対する向きと、運転中のユーザの視線方向にあわせた調整を行わなければならないコンバイナ４００のユーザに対する向きとは、通常互いに一致しない。
【００３１】
そこで本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ１０では、コンバイナ４００の向きだけを調整できるとともに、その向きの調整に基づいてコンバイナ４００に投射される画像表示光の方向を適切に調整し、画像表示光に基づく虚像を運転者に適切に視認させることができる構成となっている。以下、その構成について詳述する。
【００３２】
図５は、ヘッドアップディスプレイ１０が右ハンドルの車両に搭載され、コンバイナ４００の向きが角度θだけ左方に変更された場合のコンバイナ４００及び光学系の一部について示す図である。以下ではコンバイナ４００を左方又は右方に回動させる場合の回動部３３１の回動軸に垂直な平面を水平面とよぶ。水平面は、車両の底面に対し平行な面となる。また、コンバイナ４００を上方又は下方に回動させる場合の回動軸に垂直な平面を垂直面とよぶ。垂直面は、車両の底面に対して垂直な面に平行な面となる。
【００３３】
ルームミラー６００に取り付けられるヘッドアップディスプレイでは、ルームミラーの向きによっては水平面が車両の底面とは平行にならず、また垂直面は車両の底面に垂直な面とは平行にならないことがある。説明及び理解の容易のため、ルームミラー６００が、そのミラーの光軸が車両の底面に対し平行でかつステアリングが切られていない場合の車両の進行方向と平行な状態にあるときに、ヘッドアップディスプレイ１０を取り付けた際のコンバイナ４００の調整に対し、上記のようなルームミラーの向きの変更を考慮して、水平面を車両の底面に対し略平行な面とし、垂直面を車両の底面に対して垂直な面に略平行な面として以下説明する。
【００３４】
運転者がコンバイナ４００を水平面上で角度θだけ回動させると、図４には図示しないコンバイナ支持アーム４２０を介して投射部３００が画像生成部５０に対して同じ方向に角度θだけ回動する。投射部３００が備える第２投射ミラー３５２、第３投射ミラー３５３、及び中間像スクリーン３６０は、この投射部３００の回動にあわせて、水平面と平行な面に沿って、コンバイナ４００の回動と同じ回転軸で、同じ方向に角度θだけ回動することになる。これらの回動の回動軸は第１投射ミラー３５１の主光線の反射点を通るように各部が構成されている。
【００３５】
一方で、同じく投射部３００が備える第１投射ミラー３５１は、角度調整機構の一つである第１投射ミラーギアボックス３４１により、水平面と平行な面に沿って、コンバイナ４００の回動と同じ回転軸で、同じ方向に角度θ／２だけ回転するように調整される。これにより、中間像スクリーン３６０を通過してコンバイナ４００に向かう画像表示光の投射方向とコンバイナ４００との相対的な位置関係は、コンバイナ４００が回動される前のものと同じとなる。したがって、ユーザは、コンバイナ４００を回動させて、そのユーザに対する向きを変更させた場合も、コンバイナ上に虚像として認識される画像を歪みのない画像とすることができる。
【００３６】
以上のように、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ１０によれば、車両内の設置スペースに制約がある場合であっても、装置全体を動かすことなくコンバイナ４００の向き及びコンバイナ４００に投射される画像表示光の方向を調整することができる。そしてヘッドアップディスプレイ１０では、コンバイナ４００のみではなく、投射される画像表示光の投射方向も併せて適切に調整できるため、ユーザは調整後も歪みのない適切な画像を視認することができる。
【００３７】
図６は、上述したコンバイナ４００、第１投射ミラー３５１、第２投射ミラー３５２、第３投射ミラー３５３、及び中間像スクリーン３６０の回転角及び減速比の関係を示す表である。この表に示されるように、コンバイナ４００が水平面上を角度θだけ回転された場合、第１投射ミラー３５１は角度θ／２だけ回転され、第２投射ミラー３５２、第３投射ミラー３５３及び中間像スクリーン３６０は角度θだけ回転される。ユーザがコンバイナ４００の向きを変更する際の回転角と、各投射ミラー及び中間像スクリーン３６０の回転角度の関係を上述のようにすることで、コンバイナの向きの変更に応じて、投射される画像表示光の投射方向が適切に変更されることになる。
【００３８】
図７は、ヘッドアップディスプレイ１０が左ハンドルの車両に搭載されコンバイナ４００の向きが角度−θだけ右方に変更された場合のコンバイナ４００及び光学系の一部について示す図である。この場合であっても、図５及び図６で説明したのと同様に、第１投射ミラー３５１が角度−θ／２だけ回動され、第２投射ミラー３５２、第３投射ミラー３５３及び中間像スクリーン３６０がそれぞれ角度−θだけ回動される。
【００３９】
以上のようにヘッドアップディスプレイ１０は、運転席と助手席の間に設けられるルームミラーに取り付けられ、水平面上でコンバイナ４００を回動でき、その回動にあわせて画像表示光の投射方向が適切に変更できる。したがって、右ハンドル用の車両で使用するユーザ、及び左ハンドル用の車両で使用するユーザの両方に適切な虚像を提示することができる。
【００４０】
次にコンバイナ４００が垂直面で回動される場合について説明する。ユーザは上述したコンバイナ支持アーム４２０を介してコンバイナ４００を上方又は下方に回動させることができる。このときコンバイナは回動軸に垂直な垂直面上で回動することになる。コンバイナ４００が垂直面上で角度φだけ回動されると、投射部３００が有するギアボックスにより、第２投射ミラーが角度φ／２だけ、第３投射ミラーが角度φだけ、中間像スクリーン３６０が角度φだけ、同じく垂直面上で回動される。これらの回動とコンバイナ４００の回動とは、水平面の回動と同様に回動軸が同じになるように各部が構成されている。
【００４１】
したがって、ヘッドアップディスプレイ１０では、コンバイナ４００のみではなく、投射される画像表示光の投射方向も併せて適切に調整できるため、ユーザは調整後も歪みのない適切な画像を視認することができる。これにより、運転者の座高や姿勢により目線の高さが変化する場合でも、運転者は歪みのない適切な虚像を認識することができる。
【００４２】
上述の実施形態におけるコンバイナ４００の回動機構は例示にすぎず、コンバイナ４００を水平面又は垂直面で回動できるものであればいかなるものを採用してもよい。また、上述の実施形態で説明した投射ミラー等の各光学素子の回動機構についても例示にすぎず、コンバイナの回動に基づいて画像表示光のコンバイナへの投射方向を変更できるものであれば、いかなるものを採用してもよい。
【００４３】
更に、上述の実施形態においては、水平面及び垂直面で回動することとしたが、互いに垂直に交わる２つの平面である第１平面および第２平面の面内でそれぞれ回動する機構で、対応する投射ミラーを有するものであれば、各投射ミラーに上述した角度θ及び角度φの回動の角度を適用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１０  ヘッドアップディスプレイ、  ５０  画像生成部、  ３００  投射部、  ３２０  投射軸、  ３３１  回動部、  ３４１  第１投射ミラーギアボックス、  ３５１  第１投射ミラー、  ３５２  第２投射ミラー、  ３５３  第３投射ミラー、  ３６０  中間像スクリーン、  ４００  コンバイナ、  ４２０  コンバイナ支持アーム、  ６００  ルームミラー。
【図１】
2014010370.tif 000003
【図２】
2014010370.tif 000004
【図３】
2014010370.tif 000005
【図４】
2014010370.tif 000006
【図５】
2014010370.tif 000007
【図６】
2014010370.tif 000008
【図７】
2014010370.tif 000009