(57)【要約】【課題】本発明は自然な遠近感を持つ画像を表示可能なヘッドアップディスプレイ装置を提供することを課題とする。【解決手段】運転に必要な画像情報を車両前方の実像に重畳させて表示させるためのヘッドアップディスプレイ装置であって、表示対象物を表示する表示装置と、表示装置から出た光を屈折させる液晶レンズと、前記液晶レンズを通過した光が投影される透過型スクリーンと、前記表示装置と前記液晶レンズの制御を行う制御部と、を備え、前記液晶レンズは、屈折率が変化することによって、前記表示対象物が前記透過型スクリーンに投影されるときの前記表示対象物の像が焦点を結ぶ結像距離を調整すること特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。【選択図】図２
2018128531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車を含む車両の運転に必要な画像情報を車両前方の実像に重畳させて表示させるためのヘッドアップディスプレイ装置であって、
表示対象物を表示する表示装置と、表示装置から出た光を屈折させる液晶レンズと、前記液晶レンズを通過した光が投影される透過型スクリーンと、前記表示装置と前記液晶レンズの制御を行う制御部と、を備え、
前記液晶レンズは、屈折率が変化することによって、前記表示対象物が前記透過型スクリーンに投影されるときの前記表示対象物の像が焦点を結ぶ結像距離を調整する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】
請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記表示装置が複数の表示対象物を表示し、
前記液晶レンズが前記複数の表示対象物の各々に対して個別に前記結像距離を調整する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３】
請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記表示装置が、前記複数の表示対象物を順番に表示し、
前記液晶レンズが、前記複数の表示対象物が表示されるそれぞれのタイミングに合せて屈折率を変化させて、前記複数の表示対象物の各々に対して個別に前記結像距離を調整し、
前記複数の表示対象物の表示は一定周期で切り換えられ、全ての前記複数の表示対象物が表示された後は前記複数の表示対象物の中の最初の表示に戻り、
前記一定周期とは、前記複数の表示対象物の切り換わりを知覚することができる周期よりも早い周期である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４】
ヘッドアップディスプレイ装置に運転に必要な画像情報を車両前方の実像に重畳させて表示させるための画像表示方法であって、
前記ヘッドアップディスプレイ装置は表示装置と、液晶レンズと、透過型スクリーンと、を備え、
表示対象物を前記表示装置に表示し、
前記表示装置から出た光を前記液晶レンズによって屈折させることによって、前記表示対象物が前記透過型スクリーンに投影されるときの前記表示対象物の像が焦点を結ぶ結像距離を調整し、
前記液晶レンズを通過した光を前記透過型スクリーンに投影することを特徴とする画像表示方法。
【請求項５】
請求項４に記載の画像表示方法であって、
前記表示装置に複数の表示対象物を表示し、
前記複数の表示対象物の各々に対して個別に前記結像距離を調整するように前記液晶レンズの屈折率を変化させることを特徴とする画像表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車などのインストルメントパネルやフロントガラスに情報を表示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】
従来から、自動車などを運転する際に、運転に必要な情報を虚像として車両前方の景色に重畳させて視認可能とするヘッドアップディスプレイ装置が知られている。例えば、特許文献１には、インストルメントパネル内に文字、図形等の画像表示像を形成する表示器を設け、その表示器の表示画像を運転者の眼の方向に拡大表示させる光学部材を備えた車両用表示装置が開示されている。
【０００３】
また、特許文献２には、誘導地点から案内開始点との間に、他の案内地点が存在する場合、他の案内地点から誘導地点までの誘導表示と、他の案内地点から案内開始点までの誘導表示とで異なる画像を表示させる車載ナビゲーション装置が開示されている。
【０００４】
これらの車両用表示装置や車載ナビゲーション装置における文字や画像は、いずれも二次元画像を表示する表示装置の画面を、特定の焦点距離に投影した表示画像である。そのため、表示画像の遠近を表現するために、画像の大小や表示の濃淡を使用している。そのため、異なる距離に表示されるべき画像が、全て同じ焦点距離に表示され、表示画像の遠近感に違和感を覚える場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１８６８２号公報
【特許文献２】国際公開第２０１５／１８６３２６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の事情に鑑み、本発明は自然な遠近感を持つ画像を表示可能なヘッドアップディスプレイ装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するための手段として、本発明は、自動車を含む車両の運転に必要な画像情報を車両前方の実像に重畳させて表示させるためのヘッドアップディスプレイであって、表示対象物を表示する表示装置と、表示装置から出た光を屈折させる液晶レンズと、前記液晶レンズを通過した光が投影される透過型スクリーンと、前記表示装置と前記液晶レンズの制御を行う制御部と、を備え、前記液晶以パネルは、屈折率が変化することによって、前記表示対象物が前記透過型スクリーンに投影されるときの前記表示対象物の像が焦点を結ぶ結像距離を調整することを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置である。
【０００８】
また、本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、前記表示装置が複数の表示対象物を表示し、前記液晶レンズが前記複数の表示対象物の各々に対して個別に前記結像距離を調整してもよい。
【０００９】
また、本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、前記表示装置が、前記複数の表示対象物を順番に表示し、前記液晶レンズが、前記複数の表示対象物が表示されるそれぞれのタイミングに合せて屈折率を変化させて、前記複数の表示対象物の各々に対して個別に前
記結像距離を調整し、前記複数の表示対象物の表示は一定周期で切り換えられ、全ての前記複数の表示対象物が表示された後は前記複数の表示対象物の中の最初の表示に戻り、前記一定周期とは、前記複数の表示対象物の切り換わりを知覚することができる周期よりも早い周期であってもよい。
【００１０】
また、本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置に運転に必要な画像情報を車両前方の実像に重畳させて表示させるための画像表示方法であって、前記ヘッドアップディスプレイ装置は表示装置と、液晶レンズと、透過型スクリーンと、を備え、表示対象物を前記表示装置に表示し、前記表示装置から出た光を前記液晶レンズによって屈折させることによって、前記表示対象物が前記透過型スクリーンに投影されるときの前記表示対象物の像が焦点を結ぶ結像距離を調整し、前記液晶レンズを通過した光を前記透過型スクリーンに投影してもよい。
【００１１】
また、本発明の画像表示方法は、前記表示装置に複数の表示対象物を表示し、前記複数の表示対象物の各々に対して個別に前記結像距離を調整するように前記液晶レンズの屈折率を変化させてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のヘッドアップディスプレイ装置および画像表示方法によれば、複数の表示画像毎に結像距離を調整可能であるため、異なる距離に表示されるべき画像であっても違和感の無い遠近感を備えた表示が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のアクティブマトリクス駆動の液晶レンズの断面図。
【図２】本発明のヘッドアップディスプレイ装置の構成例を示す概略説明図。
【図３】本発明のヘッドアップディスプレイ装置における焦点距離が異なる複数の画像の表示例を示す説明図。
【図４】本発明のヘッドアップディスプレイ装置の画像表示方法を示す説明図。
【図５】本発明のアクティブマトリクス駆動の液晶レンズの動作を説明する説明図。
【図６】本発明のヘッドアップディスプレイ装置の別の構成例を示す概略説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜ヘッドアップディスプレイ装置＞
図２を用いて、本発明のヘッドアップディスプレイ装置について説明する。本発明のヘッドアップディスプレイ装置１０は、画像を表示する表示装置２と、アクティブマトリクス駆動の液晶レンズ４と、ミラー３と、透過型スクリーン５と、表示装置２と液晶レンズ４の動作を制御する制御装置７とを備えている。制御装置７は、中央制御装置１１に接続されて通信可能な状態となっている。本発明のヘッドアップディスプレイ装置１０は、運転に必要な画像情報を車両前方の風景に重畳させて表示させることができ、図２に例示した様に、光学系の構成は、光学系の中にアクティブマトリクス駆動の液晶レンズ４を使用したことが、従来のヘッドアップディスプレイ装置と異なる。
【００１５】
液晶レンズ４は、表示装置２のすぐ前方に設けられ、その間は密着していても良いし、隙間が空いていてもよい。液晶レンズ４の面積は表示装置２と同じでもよいし、それよりも大きくても良いが、少なくとも表示装置２において画像を表示する領域と重なっている必要がある。表示装置２から出た光は液晶レンズ４を通過する。詳しくは後述するが、液晶レンズ４は電界が印加されることで凸レンズと同じような機能を有するようになり、表示装置２から出た光は液晶レンズ４を通過することによって屈折する。
【００１６】
液晶レンズ４を通過した光はミラー３によって角度を曲げられ、透過型スクリーン５に
投影される。光は液晶レンズ４によって屈折させられているので、表示装置２に表示された画像は所定の距離で結像することになり、運転者は透過型スクリーン５に投影された画像を、所定の距離に存在している虚像として認識することができる。透過型スクリーン５に投影された画像は、運転者から観察すると半透明に見え、車両の前方の風景と重畳して視認することができる。
【００１７】
＜表示装置＞
表示装置は限定されないが、図２に例示したように、光学系が複雑にならないため、透過型の表示装置２を好適に使用できる。表示装置２は、表示パネル２−１と光源１を備えている。光源１は、表示パネル２−１の裏面から均一な強度分布を持った白色光を照射する装置であり、冷陰極管やＬＥＤ素子が使用可能である。図２では表示パネル２−１と光源１との間は離されているが、両者は密着していても良いし、導光板等の他の層をさらに備えていても良い。
【００１８】
また反射型の液晶表示装置やＤＭＤ（Ｄｅｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）などの反射型表示装置を使用することも可能である。その場合は、光学系を反射型表示装置用に変更した光学系を使用すれば良い。
【００１９】
表示装置２は、速度表示や曲がり角を示す矢印、ブレーキをかけることの指示といった情報を表示対象物として表示する。情報の内容は上記のものに限られるものではなく、運転者が自動車などを運転する際に必要または有益な情報であれば何でもよい。また、表示する情報は１つだけである必要はなく、一時停止指示と速度標識というように複数の画像を同時に表示させても良いし、文字を表示させても良い。本明細書中では、１つ以上の文字や画像といった情報全てを指して単に「画像」と表現することがある。
【００２０】
＜液晶レンズ＞
図１を用いて、本発明のアクティブマトリクス駆動の液晶レンズを説明する。ヘッドアップディスプレイにおいては、液晶表示装置から出た光が液晶レンズを透過する必要がある。液晶レンズ４は、アクティブマトリクス基板４−１と、透明電極４−６を備えたガラス基板４−４と、液晶層４−３と、を備えている。アクティブマトリクス基板４−１のアクティブマトリクスが形成された面と、ガラス基板４−４の透明電極４−６が形成された面と、を向かい合うように配置して形成した空間に液晶層４−３が備えられている。
【００２１】
液晶レンズ４に使用するアクティブマトリクス基板４−１には、結晶シリコンを用いた薄膜トランジスタを使用する。結晶シリコンを用いた薄膜トランジスタとしては、多結晶シリコンを使用した薄膜トランジスタと単結晶シリコンを使用した薄膜トランジスタがあるが、多結晶シリコンは、結晶粒界が存在するため、素子特性の均一化が困難である。また、液晶レンズ４においては、後述する切り換え周期を速くするために十分に動作速度が速いことが求められ、寸法が小さくても大きな電流を流す必要があるため、単結晶シリコンを使用した薄膜トランジスタが好ましい。
【００２２】
透明な基板上に、単結晶シリコンのトランジスタを形成するには、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）技術を使用して、ＭＯＳ−ＦＥＴを石英ガラス基板上に形成することができる。このようにして形成したアクティブマトリクス基板を用いて作成する液晶装置は、透過型ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）と呼ばれる。透過型ＬＣＯＳを用いることで画素を細かく形成できるため、屈折率変化が滑らかな液晶レンズを作製することができ、高精細な像を得ることができる。
【００２３】
図１における配向層４−２は、公知の液晶層の製造方法により作製することができる。例えば、液状のポリイミドを塗布し、熱キュアした後、配向処理を施す事によって作製す
ることができるが、これに限定する必要は無く、光配向性を持つ感光性樹脂を基板に塗布した後、斜め方向からの紫外線照射により形成可能な光配向膜を使用しても良い。
【００２４】
図１における液晶層４−３に用いられる液晶モードとしては、例えばポジ型（Ｐ型）のネマティック液晶を用いたホモジニアスモードが用いられる。ホモジニアスモードでは、電界を印加しない時には基板面に対して水平方向に液晶分子を配向させ、電界を印加した時に液晶分子のダイレクタが垂直方向に向かって傾かせる。液晶の配向は、液晶層４−３を挟むように設けられた配向層４−２によって制御される。本実施形態では、ホモジニアスモードを用いた場合について説明する。ネマティック液晶としては、Ｅ４４（メルク社製）やＭＬＣ６０８０（メルク社製）を好適に使用することができるが、これらに限定する必要はない。厚さとしては、例えば３０μｍ程度とすることができる。
【００２５】
なお、液晶モードとして、ネガ型（Ｎ型）のネマティック液晶を用いた垂直配向（ＶＡ：Vertical Alignment）モードを用いてもよい。ＶＡモードでは、電界を印加しない時には基板面に対して垂直方向に液晶分子を配向させ、電界を印加した時に水平方向に向かって傾く。
【００２６】
図１における画素電極４−５は、アクティブマトリクス基板に形成する画素電極であり、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）を好適に使用することができる。
【００２７】
図１における透明電極４−６は、アクティブマトリクス基板のアクティブマトリクスが形成された面に対向したガラス基板４−４の面に形成された透明導電性薄膜からなる透明電極である。ＩＴＯを好適に使用できるが、これに限定する必要は無く、仕様にしたがって適する透明導電性薄膜を選定すれば良い。
【００２８】
図１における透明電極４−６を形成するガラス基板４−４としては、無アルカリガラスを好適に使用できるが、これに限定する必要はなく、透明で、アクティブマトリクスに悪影響がある物質が液晶層４−３に出て来ないような材料で、製造プロセスの最高温度に耐え得る材料であれば使用可能である。
【００２９】
＜アクティブマトリクス駆動の液晶レンズの製造方法＞
本発明のアクティブマトリクス駆動の液晶レンズの製造方法は、アクティブマトリクスとして、石英基板上にＳＯＩ技術を使用して形成したトランジスタアレイを作製し、画素電極４−５としてＩＴＯのパターンを形成してアクティブマトリクス基板４−１を作製した後、最後に配向膜４−２ａを形成したものを用意する。
【００３０】
一方で、無アルカリガラス基板をガラス基板４−４として、その上に透明電極４−６を形成し、その上に配向膜４−２ｂを形成した基板を用意する。
【００３１】
これらのアクティブマトリクス基板４−１の上に配向膜４−２ａを形成したものと、ガラス基板４−４の上の透明電極４−６の上に配向膜４−２ｂを形成したものの、配向膜４−２ａと配向膜４−２ｂとを向い合わせにして、ガラス基板４−４側の端部に形成した封止材により両者を貼り合せることにより、液晶を封入するセルを形成する。ここで、このセルのセルギャップを一定に保持するための樹脂製のビーズを一定の分布密度を持たせていずれかの基板に分散させた後、貼り合せても良いし、予めセルギャップを一定に保持するためのスペーサを、いずれかの基板に、印刷やフォトリソグラフィ技術を用いて形成しておいても良い。
【００３２】
この様にして作製したセルの封止材の一部には、液晶を封入する開口部が形成されており、液晶を封入する際には、セルを減圧状態にした後、その開口部を液晶の液体内部に埋
没させてから減圧状態を開放することにより、液晶がセル内に導入され、本発明のアクティブマトリクス駆動の液晶レンズを作製することができる。
【００３３】
ここでは、セルを形成してから液晶を封入する工程を例にとって説明したが、これに限定する必要はなく、例えば、セルを形成する前に、ガラス基板４−４側に液晶層４−３となる液晶を滴下する滴下注入法を使用しても構わない。
【００３４】
図５のように、液晶レンズ４は、隣り合う画素で異なる電界を印加することにより、それらの画素における屈折率を異なるようにすることができる。ホモジニアスモードの場合、画素に強い電界を印加するほど液晶分子は垂直方向に傾くので、その画素部分の屈折率が小さくなる。反対に、画素に印加する電界を弱くすると液晶分子は水平方向に近い角度で傾くので、屈折率は大きくなる。画素に電界を印加しないと液晶分子はほぼ完全に水平方向に配列するので、その画素の屈折率は最大となる。
【００３５】
屈折率が異なる画素を設けることによって液晶レンズ４上で屈折率の勾配を設けることができ、表示装置２を出て液晶レンズ４を通過する光は、屈折率の大きい方向に向かって屈折する。
【００３６】
表示装置２が表示する個々の画像と重なる領域に対して、当該画像が表示される位置の中心から放射状に外側に向うに連れて、アクティブマトリクス駆動の液晶レンズ４の液晶層４−３に印加される電界を強くすることにより、中心から外側に向うに連れて屈折率が小さくなるので、電界を印加されている領域は凸レンズと同じ効果を生じ、電界が印加されている領域を通過した光は一点で結像する。液晶レンズ４から光が結像する距離までのことを結像距離と言う。印加される電界が最も弱い中心から、印加される電界が最も強い端部までの画素数が多いほど屈折率の勾配が緩やかになるので結像距離は長くなり、画素数が少ないほど屈折率の勾配が急になるので結像距離は短くなる。運転者は、結像距離が長い画像を遠くにあると感じ、結像距離が近い画像を近くにあると感じる。結像距離は、最も強く印加する電界の強さを調整することによっても制御することができる。
【００３７】
従来の技術では全ての画像を常に同じ結像距離において結像させるしかなかったが、表示装置２から出た光を結像させる手段として液晶レンズ４を用いることにより、アクティブマトリクスの画素電極に印加する電界を制御することによって任意の結像距離に結像させることが可能となり、運転者に対して表示する表示対象物の表現に自由度を持たせることができる。
【００３８】
＜ミラー＞
図２に例示した車載用のヘッドアップディスプレイ装置１０では、透過型の表示装置２の表示画面をミラー３によって９０°傾けた方向に透過型スクリーンと自動車のフロントガラスがあり、表示装置２に表示された画像は透過型スクリーンに投影される。
【００３９】
ミラー３の設置数や表示画面を傾ける角度は、表示装置２の表示画面と運転者の視認位置６がなす角度によって設定すれば良く、表示画面を傾ける角度は９０°に限られることはない。図２の場合は、表示装置２の表示画面と運転者の視認位置６がなす角度は１８０°だが、例えば表示装置２の表示画面と運転者の視認位置６がなす角度が２７０°の場合は、ミラーをもう１枚増やすことによって実現可能である。１枚のミラーで曲げる角度は、例えば１２０°でも良い。
【００４０】
図６に例示したように、液晶レンズ４とミラー３の間に、光学系を挿入した構成であっても良い。図６では、光学系として１枚の凸レンズ９を例示したが、これに限定するものではなく、運転者によって視認される画像が視認され易くする光学系であれば良い。凸レ
ンズを設けることにより、結像距離を短くすることができるので、運転者から見てより近い位置に画像を表示させることができる。
【００４１】
＜透過型スクリーン＞
透過型スクリーン５には、ミラー３で反射した画像が写し出され、運転者は写し出された画像を視認することができる。透過型スクリーン５は、フロントガラスと一体型でも良いし、コンバイナとして設けられても良い。フロントガラス一体型の方が、運転中に車両前方から視線を動かす距離が短くなるのでより安全で、風景と重畳して表示しやすくなるのでより自然な見え方となる。
【００４２】
＜中央制御装置＞
中央制御装置１１は、制御装置７の他に、カーナビゲーションシステム、速度計等の計器類、アクセルやブレーキ等の制御系、自車位置推定システム等と接続されており、自動車の走行に関わる全ての演算を行い、これらの制御を行っている。本実施形態では、制御装置７が中央制御装置１１とは異なるように記載しているが、中央制御装置１１の一部の機能を利用して制御装置７を構成していても構わない。
【００４３】
自車位置推定システムは、ＧＰＳ、カメラ、距離センサなどから構成され、車両の位置を特定することができる。ＧＰＳを用いた場合には、例えば地図上での車両の位置を取得することができる。カメラを用いた場合には、例えば周囲の車両の有無や路面状況、道路標識に書かれた情報を取得することができる。赤外線レーザやミリ波などの距離センサを用いた場合には、例えば周囲の障害物や路面までの距離を取得することができる。また、カーナビゲーションシステムと相互に通信を行い、取得する情報の精度を高めることもできる。
【００４４】
中央制御装置１１は、自車位置推定システムが取得した周囲の状況に関する情報や距離情報、カーナビゲーションシステムからの経路指示、計器類が示す情報、制御系の駆動状況等を受け取る。これらの情報を受け取ると、運転者に対する指示、注意喚起通知、自動車のステータス情報といった、運転者に対して表示する画像、および、画像が表示されるべき結像距離を決定し、制御装置７へ送る。
【００４５】
＜制御装置＞
制御装置７は、中央制御装置１１が決定した画像が表示されるように、表示装置２の制御を行う。また制御装置７は、中央制御装置１１が決定した結像距離に画像が表示されるように、液晶レンズ４に印加する電界の強さおよび印加する領域を制御し、液晶レンズ４の屈折率を調整する。
【００４６】
＜画像表示方法＞
以下、ヘッドアップディスプレイ装置に画像を表示する方法について説明する。
【００４７】
（単独画像の場合）
中央制御装置１１が表示する画像を決定し、それが１つだけの場合、表示装置２は画像を一つだけ表示する。液晶レンズ４において、表示装置２に表示された画像と重なる領域には電界が印加され、中央制御装置１１が決定した結像距離となるように、屈折率の勾配が調整される。これにより、表示装置２から出て、液晶レンズ４を通過した光はミラー３で反射した後に透過型スクリーン５に投影され、運転者からは、所定の結像距離に画像が車両前方の風景と重畳して見えることになる。
【００４８】
（複数画像の場合）
運転者に対して表示する画像が１つとは限らず、２つ以上の画像を表示させたい場合もある。例えば、車両が交差点を右折しようとしており、交差点に対向車も進入しようとし
ている場合、交差点を右に曲がることを指示する矢印と、前方からこちらに向かってくる対向車に注意を向けさせる警告を同時に表示させたい。ただし、矢印は交差点を曲がることの指示なので近くに矢印を表示させたいが、警告は前方から向かってくる対向車を示すものなので遠くに警告を表示させたい。本発明のヘッドアップディスプレイ装置によれば、このように複数の画像が表示されている距離を異なるように視認させることが可能である。
【００４９】
中央制御装置１１が２つの表示する画像を決定した場合について説明する。２つの画像を画像１、画像２とし、それぞれの結像距離をＦ１、Ｆ２（Ｆ１＜Ｆ２）とする。図３に示す様に、表示装置２は画像１、画像２を表示する。液晶レンズ４において、表示装置２に表示された画像１および画像２と重なるそれぞれの領域には異なる強さの電界が印加され、中央制御装置１１が決定した結像距離Ｆ１およびＦ２となるように、それぞれの領域の屈折率の勾配が調整される。これにより、表示装置２から出て、液晶レンズ４を通過した光はミラー３で反射した後に透過型スクリーン５に投影され、運転者からは、画像１が結像距離Ｆ１に、画像２が結像距離Ｆ２に車両前方の風景と重畳して見えることになる。このようにして、画像１が運転者にとって画像２よりも手前に表示されているように見える。
【００５０】
ここでは２つの画像を表示する場合について説明したが、表示する画像は必要に応じて３つ以上としてもよい。また、Ｆ１とＦ２は必ずしも異なる必要はなく、同じ結像距離としてもよい。
【００５１】
次に、本発明のヘッドアップディスプレイ装置の別形態の画像表示方法について説明する。図４に例示した様に、周期的に高速で表示を切り換えて表示する画像表示方法である。
【００５２】
中央制御装置１１が車両の状況に応じて運転者に対して表示する画像、および、画像が表示されるべき結像距離を決定することは、上述の画像表示方法と同じである。以下では、上述の画像表示方法と異なる点について説明する。
【００５３】
例えば、３つの異なる画像ａ、画像ｂ、画像ｃを、それぞれ結像距離Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃに表示する場合、表示装置２は、まず画像ａを表示する。画像ａの表示されるタイミングに合わせて、液晶レンズ４には所定の電界が印加されて屈折率が変化し、表示装置２に表示された画像ａは結像距離Ｌａの位置に結像する。これらは一定の時間の間に行われ、通常は０．０１秒以下である。画像ａが表示され、Ｌａに結像している期間をＴｉｍｅ１とする。
【００５４】
表示装置は、次に画像ｂを表示する。画像ｂの表示されるタイミングに合わせて、液晶レンズ４にはＴｉｍｅ１の時よりも弱い電界が印加されて屈折率が変化し、表示装置２に表示された画像ｂは結像距離Ｌｂの位置に結像する。これらはＴｉｍｅ１と同じ長さの間行われる。画像ｂが表示され、Ｌｂに結像している間の期間をＴｉｍｅ２とする。
【００５５】
表示装置は、続いて画像ｃを表示する。画像ｃの表示されるタイミングに合わせて、液晶レンズ４にはＴｉｍｅ２の時よりもさらに弱い電界が印加されて屈折率が変化し、結像距離Ｌｃの位置に結像する。これらはＴｉｍｅ１およびＴｉｍｅ２と同じ長さの間行われる。画像ｃが表示され、Ｌｃに結像している間の期間をＴｉｍｅ３とする。
【００５６】
Ｔｉｍｅ３の終了後は、液晶表示２の表示および液晶レンズ４への電界の印加はＴｉｍｅ１の状態に戻り、以後Ｔｉｍｅ１〜Ｔｉｍｅ３がくり返される。このＴｉｍｅ１〜Ｔｉｍｅ３の表示を切り替える切り替え周期を一定周期とし、一定周期が、人が表示の切り
換わりを知覚することができる周期よりも早い周期でくり返すことにより、人の眼にはＴｉｍｅ１とＴｉｍｅ２とＴｉｍｅ３で表示された異なる画像ａ、画像ｂ、画像ｃがそれぞれ異なる結像距離Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃに結像した画像が、全て重なって見える。例えば、一定周期を１８０Ｈｚ以上とすることにより、Ｔｉｍｅ１とＴｉｍｅ２とＴｉｍｅ３が高速で繰り返されるために人の目には切り換えの間隔を認識することができなくなり、全ての画像が重なって見える。３６０Ｈｚでは画像が表示されていない時間がより短くなるため画像の表示が滑らかになり、より違和感の無い画像表示となる。このような構成とすることで、複数の画像をそれぞれ異なる結像距離で結像させるために、表示装置２と液晶レンズ４を同時に複数の領域を処理する必要がなくなり、制御が簡便になる。
【００５７】
以上のようにして、本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、表示装置から出た光を結像させる手段として液晶レンズを用いているので、液晶レンズに印加する電界を制御することにより、任意の結像距離に画像を結像させることが可能となる。これにより、運転者に対して表示する表示対象物の表現に自由度を持たせることができる。
【００５８】
また本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、表示装置が表示する複数の画像毎に、それらの画像それぞれに対応して異なる結像距離を設定して透過型スクリーンに投影することができる。そのため、運転者が視認する画像として、遠くに結像する画像と近くに結像する画像を表示できるため、運転者にとって違和感のない自然な遠近感を備えた表示となる。
【符号の説明】
【００５９】
１・・・光源
２・・・表示装置
２−１・・・表示パネル
３・・・ミラー
４・・・（アクティブマトリクス駆動の）液晶レンズ
４−１・・・アクティブマトリクス基板
４−２ａ・・・液晶配向層（アクティブマトリクス基板側）
４−２ｂ・・・液晶配向層（ガラス基板側）
４−３・・・液晶層
４−４・・・ガラス基板
４−５・・・画素電極（アクティブマトリクス基板）
４−６・・・透明電極
５・・・透過型スクリーン
６・・・運転者の視認位置
７・・・制御装置
９・・・凸レンズ
１０、１０´・・・ヘッドアップディスプレイ装置
１１・・・中央制御装置
【図１】
2018128531.tif 000003
【図２】
2018128531.tif 000004
【図３】
2018128531.tif 000005
【図４】
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【図５】
2018128531.tif 000007
【図６】
2018128531.tif 000008