(57)【要約】      （修正有）【課題】ＨＵＤの電源が投入された後、虚像の表示内容を所定の表示位置で視認できるまでに要する時間を短縮すること。【解決手段】本発明にかかる画像表示装置１００は、投影面を介して虚像として視認される画像に対応する表示光を投射する投射部１２０と、回動可能に設けられ、前記表示光を前記投影面に向けて反射させる回動反射部１４０と、前記回動反射部１４０を回動させて前記表示光を反射させる角度を変更する駆動部１５０と、前記投影面における所定の表示位置で前記虚像が視認されるように、前記投射部１２０における前記画像の表示領域を、前記角度に応じて調整する制御部１１０と、を備える。【選択図】図４
2019008100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影面を介して虚像として視認される画像に対応する表示光を投射する投射部と、
回動可能に設けられ、前記表示光を前記投影面に向けて反射させる回動反射部と、
前記回動反射部を回動させて前記表示光を反射させる角度を変更する駆動部と、
前記投影面における所定の表示位置で前記虚像が視認されるように、前記投射部における前記画像の表示領域を、前記角度に応じて調整する制御部と、
を備える画像表示装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記投影面において前記虚像が所定の形状で視認されるように、前記角度に応じて歪補正された前記画像に対応する前記表示光を前記投射部に投射させる
請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記投射部は、複数の画素を備える表示素子を含み、
前記制御部は、
前記表示素子における前記複数の画素の一部を前記画像の全体の前記表示領域とし、
前記投影面における所定の表示位置で前記虚像が視認されるように、前記角度の変更に応じて前記画像に対応させる画素を変更することにより、前記表示領域を調整する
請求項１又は２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記投影面において前記虚像が所定の形状で視認されるように前記角度に応じて歪補正された複数の補正画像を、前記角度ごとに対応付けて予め記憶する記憶部をさらに備え、
前記制御部は、
前記角度に対応付けられた前記補正画像を前記記憶部から読み出し、当該読み出した補正画像に対応する前記表示光を前記投射部に投射させる
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記制御部は、
前記駆動部に対して前記回動反射部を回動させるための制御信号により前記角度を識別し、
前記識別された角度に応じて前記表示領域を調整する
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記回動反射部は、
前記投射部から投射された表示光が前記投影面に投射されない状態から投射される状態となるように回動し、
前記制御部は、
前記回動反射部の回動の間に、前記投影面における所定の表示位置で前記虚像が視認されるように前記表示領域を調整する
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項７】
投影面を介して虚像として視認される画像に対応する表示光を投射する投射部と、
回動可能に設けられ、前記表示光を前記投影面に向けて反射させる回動反射部と、
前記回動反射部を回動させる駆動部と、
を備える画像表示装置における画像表示方法であって、
前記駆動部に対して、前記表示光を反射させる角度を変更するように、前記回動反射部を回動させる指示を行うステップと、
前記投影面における所定の表示位置で前記虚像が視認されるように、前記投射部における前記画像の表示領域を、前記角度に応じて調整するステップと、
を含む画像表示方法。
【請求項８】
投影面を介して虚像として視認される画像に対応する表示光を投射する投射部と、
回動可能に設けられ、前記表示光を前記投影面に向けて反射させる回動反射部と、
前記回動反射部を回動させる駆動部と、
を備えるコンピュータに、
前記駆動部に対して、前記表示光を反射させる角度を変更するように、前記回動反射部を回動させる指示を行うステップと、
前記投影面における所定の表示位置で前記虚像が視認されるように、前記投射部における前記画像の表示領域を、前記角度に応じて調整するステップと、
を実行させる画像表示プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置、画像表示方法及び画像表示プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両用表示装置として、車両や運転に関わる情報をウィンドシールド越しに虚像を投影することにより提供するヘッドアップディスプレイ（Head Up Display (HUD)）が開発されている。このようなＨＵＤでは、反射鏡である凹面鏡を用いて像を投射する構造において、実際に虚像を表示している状態における凹面鏡角度では、ある太陽光位置となる特定の条件下で太陽光が直接入射されることがある。これによりＴＦＴ（Thin Film Transistor）などの表示デバイスが高熱にさらされ、部品破壊等の故障に至ることがある。但し、自動車が移動中であれば都度状況が変化するため、特定の太陽光入射が長時間続くことはなく、この不具合には至り難い。しかし、駐停車中など、長時間同じ条件下にさらされることにより、この不具合に至ることがある。そのため、ＨＵＤは、電源ＯＦＦ状態時に凹面鏡を所定の陽光退避角度まで駆動させ、ＴＦＴの温度上昇を回避していた。
【０００３】
ここで、特許文献１には、反射鏡が陽光退避角度から通常の角度まで回動するために要する時間に表示内容を演出するヘッドアップディスプレイ装置に関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−８８１２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＨＵＤの起動時において、運転者がＨＵＤからウィンドシールドに投影された虚像の表示内容を所定の表示位置で視認できるまでに要する時間が長いという問題点がある。通常のＨＵＤでは、電源の投入後に凹面鏡を陽光退避角度から所定の角度まで回動させた後に、本来の画像表示を開始する。そのため、凹面鏡を所定の角度まで回動させるまでに多く処理時間を要してしまう。
【０００６】
また、上述した特許文献１では、反射鏡が所定の角度に達するまでの間に過渡的な表示を行うものである。ここで、過渡的な表示は本来の表示内容ではなく、また、虚像が視認される位置が最終的な表示位置とはなっていない。そのため、特許文献１においても運転者がＨＵＤから投影された虚像の表示内容を所定の表示位置で視認できるまでに要する時間が長いという問題点は発生する。
【０００７】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、ＨＵＤの電源が投入された後、虚像の表示内容を所定の表示位置で視認できるまでに要する時間を短縮するための画像表示装置、画像表示方法及び画像表示プログラム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】
本発明の第１の態様は、投影面を介して虚像として視認される画像に対応する表示光を投射する投射部と、回動可能に設けられ、前記表示光を前記投影面に向けて反射させる回動反射部と、前記回動反射部を回動させて前記表示光を反射させる角度を変更する駆動部と、前記投影面における所定の表示位置で前記虚像が視認されるように、前記投射部における前記画像の表示領域を、前記角度に応じて調整する制御部と、を備える画像表示装置を提供する。
【０００９】
本発明の第２の態様は、投影面を介して虚像として視認される画像に対応する表示光を投射する投射部と、回動可能に設けられ、前記表示光を前記投影面に向けて反射させる回動反射部と、前記回動反射部を回動させる駆動部と、を備える画像表示装置における画像表示方法であって、前記駆動部に対して、前記表示光を反射させる角度を変更するように、前記回動反射部を回動させる指示を行うステップと、前記投影面における所定の表示位置で前記虚像が視認されるように、前記投射部における前記画像の表示領域を、前記角度に応じて調整するステップと、を含む画像表示方法を提供する。
【００１０】
本発明の第３の態様は、投影面を介して虚像として視認される画像に対応する表示光を投射する投射部と、回動可能に設けられ、前記表示光を前記投影面に向けて反射させる回動反射部と、前記回動反射部を回動させる駆動部と、を備えるコンピュータに、前記駆動部に対して、前記表示光を反射させる角度を変更するように、前記回動反射部を回動させる指示を行うステップと、前記投影面における所定の表示位置で前記虚像が視認されるように、前記投射部における前記画像の表示領域を、前記角度に応じて調整するステップと、を実行させる画像表示プログラムを提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、ＨＵＤの電源が投入された後、虚像の表示内容を所定の表示位置で視認できるまでに要する時間を短縮するための画像表示装置、画像表示方法及び画像表示プログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施の形態１にかかるヘッドアップディスプレイ装置が搭載されている自動車を模式的に示す図である。
【図２】本実施の形態１にかかるダッシュボード上に設置されたヘッドアップディスプレイ装置の構成を模式的に示す側面図である。
【図３】本実施の形態１にかかる投射部の構成を示す側面図である。
【図４】本実施の形態１にかかるヘッドアップディスプレイ装置の構成を示すブロック図である。
【図５】表示素子上の画素の位置と回動反射部の角度と投影面状で視認される虚像の表示位置との関係を概念的に説明するための図である。
【図６】本実施の形態１にかかるヘッドアップディスプレイ装置による画像表示処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【図７】関連技術にかかる凹面鏡の角度と表示素子の表示領域と虚像との関係を説明するための図である。
【図８】本実施の形態１にかかる凹面鏡の角度と表示素子の表示領域と虚像との関係を説明するための図である。
【図９】関連技術にかかるヘッドアップディスプレイ装置による画像表示処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下では、本発明の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図面において、同一要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略する。
【００１４】
まず、本発明が解決しようとする課題について説明する。図９は、関連技術にかかるヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ）による画像表示処理の流れを説明するためのフローチャートである。まず、ＨＵＤに電源が投入される（Ｓ９０１）。次に、ＨＵＤは、凹面鏡について陽光退避角度から所定の角度までの回動を開始する。言い換えると、ＨＵＤは、陽光退避位置Ｘからユーザ表示設定位置Ｚまで凹面鏡の移動を開始する（Ｓ９１０）。その後、凹面鏡がユーザ表示設定位置Ｚまで移動した場合（Ｓ９３１でＹＥＳ）に、ＨＵＤは、ユーザ表示設定位置Ｚに応じた画像処理を行った上で、画像表示を開始する（Ｓ９３２）。そして、凹面鏡がユーザ表示設定位置Ｚまでの移動を完了し（Ｓ９４０）、ＨＵＤは起動処理を完了する（Ｓ９５０）。そのため、運転者はＨＵＤの起動時間中にはウィンドシールド越しに虚像を視認できない。つまり、運転者がＨＵＤの電源を投入してからウィンドシールド越しに虚像を視認できるようになるまでに要する時間である表示開始時間が長いという問題点がある。
【００１５】
そして、特許文献１においても上述したように当該問題点が発生する。さらに、特許文献１においては、過渡的な表示を行う際に、視認される虚像に大きな歪みが発生し得るという問題点もある。そのため、ユーザの視認性が著しく劣ってしまう。
【００１６】
尚、反射鏡を回動させる駆動速度を上げて表示開始時間を短くすることも考えられる。しかし、この場合、駆動ノイズが大きくなるために虚像の表示内容の品質が保てなくなる。また、この場合、反射鏡を回動させるモータの脱調など駆動上の不具合が発生し得る。
【００１７】
そこで、上述した課題を解決するための実施の形態を以下に説明する。
【００１８】
＜実施の形態１＞
（全体構成）
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の説明では、本実施の形態にかかる画像表示装置が自動車に搭載されるヘッドアップディスプレイ装置となっている。さらに、ヘッドアップディスプレイ装置が、自動車のダッシュボードに搭載されているものとして説明を行う。尚、ヘッドアップディスプレイ装置は、自動車以外の車両や、車両以外の他の乗物に取り付けてもよい。
【００１９】
図１は、自動車１のダッシュボード１０上に設置されたヘッドアップディスプレイ装置１００の構成を模式的に示す図である。図１では、運転者Ｕを観察者としている。ヘッドアップディスプレイ装置１００からは所望の画像を表示させるように、生成、調整された表示光ＬＡが発射される。ヘッドアップディスプレイ装置１００はステアリングホイール１２の前方に配置されている。
【００２０】
この表示光ＬＡは、ウィンドシールド（フロントガラス）１１に向けて射出される。ウィンドシールド１１は可視光の一部を透過して、一部を反射する。したがって、ウィンドシールド１１は、表示光ＬＡを運転者Ｕの方向に反射する。ウィンドシールド１１で反射した表示光ＬＡは、運転者Ｕの眼に入射し、網膜上に像を結ぶ。同時に、ウィンドシールド１１には外界からの外光ＬＢも入射する。外光ＬＢはウィンドシールド１１を透過して、運転者Ｕの眼に入射する。したがって、外界からの外光ＬＢとヘッドアップディスプレイ装置１００からの表示光ＬＡとがオーバーレイ（重畳）し、運転者Ｕの視界には外界の実景とヘッドアップディスプレイ装置１００によって生成等された画像とが同時に見えることになる。ヘッドアップディスプレイ装置１００は、ウィンドシールド１１の前方に虚像を表示させる。これにより、運転者Ｕがステアリングホイール１２を操作中であっても、視線を落とさずに画像を視認することができる。尚、ウィンドシールド１１は、本実施の形態にかかる投影面である。
【００２１】
なお、以下の説明では、ヘッドアップディスプレイ装置１００が自動車１のダッシュボード１０上に置かれている状態での方向を基準に説明する。すなわち、自動車１の方向を基準の方向とする。例えば、ウィンドシールド１１側を前方として、運転者Ｕ側を後方として説明する。同様に、自動車１のルーフ側を上方とし、地面側を下方とし、自動車１の横方向（左右方向）を側方として説明する。
【００２２】
（ヘッドアップディスプレイ装置１００）
図２を用いて、ヘッドアップディスプレイ装置１００の構成について詳細に説明する。図２は、ヘッドアップディスプレイ装置１００の構成を模式的に示す側面図である。ヘッドアップディスプレイ装置１００は、制御部１１０と、投射部１２０と、反射鏡１３０と、凹面鏡１４０と、駆動部１５０と、記憶部１６０と、を備えている。
【００２３】
投射部１２０は、表示光ＬＡを投射するプロジェクタを有している。具体的には、投射部１２０は、光を発生する光源、制御信号に応じて光源で発生した光を変調する光変調素子、及び光を投射する投射レンズ等を有している。例えば、光変調素子である液晶パネルがバックライト光源からの光を変調する。あるいは、光変調素子として、ＭＥＭＳ（Micro Electronics Mechanical System）ミラー等の走査ミラーを用いることができる。この場合、レーザダイオードやＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの光源からの光を、制御信号に応じて走査ミラーが走査する。
【００２４】
投射部１２０は、制御信号に応じて、表示光ＬＡを投射する。具体的には、投射部１２０は投射画像に応じた表示光ＬＡを生成して、前方に向けて出射する。投射部１２０の上後方には、反射鏡１３０が配置されている。そして、反射鏡１３０の上前方には、凹面鏡１４０が配置されている。したがって、投射部１２０からの表示光ＬＡは、反射鏡１３０に入射する。そして、反射鏡１３０により反射された表示光ＬＡは、凹面鏡１４０に入射する。
【００２５】
凹面鏡１４０は、投射部１２０からの表示光ＬＡを上方に反射する。凹面鏡１４０で反射された表示光ＬＡが拡がりながら進むため、表示される画像が拡大される。凹面鏡１４０の上方には、ウィンドシールド１１が配置されている。したがって、凹面鏡１４０で反射した表示光ＬＡは、ウィンドシールド１１に入射する。言い換えると、凹面鏡１４０は、表示光ＬＡをウィンドシールド１１に向けて反射させる。凹面鏡１４０は、表示光ＬＡをウィンドシールド１１に導く光学系を構成する。表示光ＬＡをウィンドシールド１１に導く光学系は、凹面鏡１４０のほかに、レンズや反射鏡等などのその他の光学部品を有していてもよい。
【００２６】
また、凹面鏡１４０は、駆動部１５０により反射面が上方と後方の間で回動可能に設けられている。そのため、凹面鏡１４０は、回動反射部と呼ぶこともできる。また、駆動部１５０は、凹面鏡１４０を回動させて、凹面鏡１４０が表示光ＬＡを反射させる角度を変更する。駆動部１５０は、例えば、制御部１１０からの制御信号により動作するステッピングモータ等である。
【００２７】
ウィンドシールド１１は、入射した表示光ＬＡの一部を反射して、虚像Ｖを表示させる。したがって、上述のように、ウィンドシールド１１で反射した表示光は運転者Ｕの眼に入射する。
【００２８】
制御部１１０は、プロセッサやメモリなどを有する情報処理装置であり、ヘッドアップディスプレイ装置１００全体を統括的に制御する。制御部１１０は、外部又は記憶部１６０から入力された表示データに基づいて、制御信号を生成する。そして、制御部１１０は、制御信号を投射部１２０に出力する。
【００２９】
記憶部１６０は、揮発性又は不揮発性の記憶装置である。記憶部１６０には、表示データとして表示対象の画像が歪補正された補正画像や制御プログラムが記憶されている。
【００３０】
（投射部１２０）
次に、投射部１２０の構成について、図３を用いて説明する。図３は、投射部１２０の構成を示す図である。投射部１２０は、光源１２１と、ライトトンネル１２２と、フレネルレンズ１２３と、拡散板１２４と、表示素子１２５と、を備えている。
【００３１】
光源１２１は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode)等であり、光を放出する。光源１２１からのライトトンネル１２２に入射する。ライトトンネル１２２はその内部に反射面を備える導光部材であり、光が表示素子１２５のほぼ全面に入射するように、光源１２１からの光を拡げる。すなわち、ライトトンネル１２２は、ＬＥＤからの光を面状の光に変換する。ライトトンネル１２２を通過した光は、フレネルレンズ１２３に入射する。
【００３２】
フレネルレンズ１２３は、ライトトンネル１２２から出射された光を屈折する。フレネルレンズ１２３を通過した光は拡散板１２４に入射する。拡散板１２４は光を拡散する。拡散板１２４を通過した光は、表示素子１２５に入射する。
【００３３】
表示素子１２５は、液晶パネルなどの光変調素子である。表示素子１２５は、例えば、ＴＦＴや透過型液晶パネルであり、マトリクス状に配列された複数の画素を備えている。そして、それぞれの画素は、制御信号に応じて制御される。したがって、表示素子１２５は、制御部１１０からの制御信号に応じて、光を変調する。具体的には、表示素子１２５は、階調データを含む制御信号に応じて、画素ごとに透過率を制御する。表示素子１２５を通過した光は、制御信号に応じた表示光ＬＡとなる。これにより、投射部１２０は、所望の画像を形成するための表示光ＬＡを生成することができる。
【００３４】
なお、投射部１２０は、透過型の液晶パネルを利用したものに限らず、反射型の液晶パネルや、ＭＥＭＳミラーなどの他の光変調素子を利用してもよい。さらに、投射部１２０は、投影レンズなどの他の光学部品を備えていてもよい。
【００３５】
ここで、表示素子１２５は、複数の画素のうち一部を、表示対象画像の全体に対応する表示領域として用いるものとする。そして、表示素子１２５は、制御部１１０からの制御信号により、複数の画素のうち表示領域の範囲を変更する。
【００３６】
（制御構成）
次に、ヘッドアップディスプレイ装置１００の制御構成について、図４を用いて説明する。図４は、ヘッドアップディスプレイ装置１００の制御構成を示すブロック図である。制御部１１０は、駆動制御部１１１と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１２と、投射制御部１１３と、表示制御部１１４とを備える。
【００３７】
尚、ヘッドアップディスプレイ装置１００は、ＣＰＵ１１２が記憶部１６０に記憶された制御プログラム（不図示）を読み込み、実行する。これにより、ＣＰＵ１１２は、本実施の形態にかかる駆動制御部１１１、投射制御部１１３及び表示制御部１１４を制御する。そのため、制御部１１０は、汎用的なコンピュータ装置により実現してもよい。
【００３８】
ここで、ヘッドアップディスプレイ装置１００の電源がＯＦＦされている状態においては、凹面鏡１４０は陽光退避位置となる角度となっている。つまり、この状態においては、太陽光が凹面鏡１４０に入射しないか、入射したとしても少なくとも太陽光が表示素子１２５には入射しないものとする。そして、ヘッドアップディスプレイ装置１００に電源が投入された時から、ＣＰＵ１１２は、駆動部１５０の位置制御信号を駆動制御部１１１へ通知する。
【００３９】
駆動制御部１１１は、ＣＰＵ１１２から通知された位置制御信号を、駆動部１５０に対して出力する。駆動部１５０は、駆動制御部１１１からの位置制御信号に応じて凹面鏡１４０を回動させる。ここで、ユーザは予めヘッドアップディスプレイ装置１００の通常動作時における凹面鏡１４０の角度を示すユーザ表示設定位置を設定しているものとする。そのため、ＣＰＵ１１２は、起動時に凹面鏡１４０を陽光退避位置からユーザ表示設定位置まで回動させるように、駆動制御部１１１に対して指示を行う。
【００４０】
併せて、ＣＰＵ１１２は、駆動制御部１１１に対して指示を行う位置制御信号に応じて、投射制御部１１３に対して表示対象画像の表示領域の調整の指示、及び、表示制御部１１４に対して表示対象画像の歪補正の指示を行う。すなわち、投射制御部１１３は、ＣＰＵ１１２からの指示に応じて、光源１２１の制御を行う。また、表示制御部１１４は、ＣＰＵ１１２からの指示に応じて、表示素子１２５の制御を行う。その際、投射制御部１１３及び表示制御部１１４は、ＣＰＵ１１２から指示される位置制御信号に応じて表示対象画像に基づく制御信号を生成する。投射制御部１１３は、生成した制御信号を投射部１２０の光源１２１に出力する。また、表示制御部１１４は、生成した制御信号を投射部１２０の表示素子１２５に出力する。
【００４１】
投射部１２０は、上記したように、制御信号に応じて変調された表示光ＬＡを出射する。具体的には、光源１２１は、投射制御部１１３からの制御信号に応じた輝度の光を発生する。表示素子１２５は、光源１２１からの光を変調する。ここで、表示素子１２５は、表示制御部１１４からの制御信号に応じて、全ての画素のうち一部を用いて、表示対象画像の表示領域とする。これにより、表示対象画像に対応する表示光ＬＡが投射部１２０から投射される。表示光ＬＡは反射鏡１３０及び凹面鏡１４０を介して、ウィンドシールド１１に投射される。
【００４２】
ここで、表示制御部１１４の処理について詳細に説明する。表示制御部１１４は、ウィンドシールド１１における所定の表示位置で虚像Ｖが視認されるように、投射部１２０における画像の表示領域を、凹面鏡１４０の角度に応じて調整する。ここで、表示制御部１１４は、駆動部１５０に対して凹面鏡１４０を回動させるための制御信号により、つまり、駆動部１５０の位置制御信号のパルスに基づいて凹面鏡１４０の角度を識別する。そして、表示制御部１１４は、識別された角度に応じて表示素子１２５における表示対象画像の表示領域を調整する。そのため、駆動部１５０からの角度のフィードバックが不要であり、迅速に投射制御を行うことができる。また、「所定の表示位置」とは、運転者Ｕがヘッドアップディスプレイ装置１００の通常動作時において視認できる虚像Ｖと同等の位置であることを示す。言い換えると、「所定の表示位置」とは、ヘッドアップディスプレイ装置１００が起動し、凹面鏡１４０が陽光退避位置からユーザ表示設定位置まで回動し終えた後に、ウィンドシールド１１において虚像Ｖとして視認される位置と同等の位置であることを示す。そのため、運転者Ｕは、ヘッドアップディスプレイ装置１００の起動直後で、凹面鏡１４０がユーザ表示設定位置の角度に到達する前においても、凹面鏡１４０がユーザ表示設定位置まで回動した際と同等の表示位置で、ウィンドシールド１１を介して虚像Ｖを視認できる。つまり、運転者Ｕは、凹面鏡１４０が回動中であっても、ウィンドシールド１１上の通常の位置で虚像Ｖを視認できる。
【００４３】
また、表示制御部１１４は、ウィンドシールド１１における所定の表示位置で虚像Ｖが視認されるように、凹面鏡１４０の角度の変更に応じて表示対象画像に対応させる画素を変更することにより、表示領域を調整する。
【００４４】
ここで、図５を用いて、表示素子１２５上の画素の位置と凹面鏡１４０の角度とウィンドシールド１１上で視認される虚像の表示位置との関係を概念的に説明する。まず、凹面鏡１４０は、陽光退避位置Ｘから位置Ｙ１へ回動し、位置Ｙ１からユーザ表示設定位置Ｚへ回動するものとする。そして、凹面鏡１４０が陽光退避位置Ｘの角度の場合には、表示素子１２５からは表示光が投射されない。また、凹面鏡１４０がユーザ表示設定位置Ｚの角度の場合には、関連技術及び本実施の形態で共に、表示対象画像の特定の点について、表示素子１２５の画素ＰＺから表示光が投射されるものとする。この場合、当該表示光は、光路Ｌ１Ｚを経由して反射鏡１３０で反射し、光路Ｌ２Ｚを経由してユーザ表示設定位置Ｚにおける凹面鏡１４０で反射し、光路Ｌ３Ｚを経由してウィンドシールド１１で反射して、光路Ｌ４Ｚを経由して運転者Ｕの眼に入射する。そして、運転者Ｕは、ウィンドシールド１１越しに位置ＰＶＺにおいて、当該特定の点を視認する。つまり、表示対象画像の当該特定の点は、凹面鏡１４０がユーザ表示設定位置Ｚの角度の場合には、位置ＰＶＺにおいて虚像として視認されることを示す。言い換えると、位置ＰＶＺは、通常動作時における虚像の所定の表示位置といえる。
【００４５】
また、関連技術においては、上述した通り、凹面鏡１４０が位置Ｙ１の角度の場合には通常、表示対象画像の投射は行われない。そこで、仮に関連技術において凹面鏡１４０が位置Ｙ１の角度の場合に表示対象画像の投射を行った場合について説明する。この場合、関連技術では表示対象画像の表示領域が一定であるため、表示対象画像の特定の点は、表示素子１２５の画素ＰＺから表示光が投射される。そして、当該表示光は、光路Ｌ１Ｚを経由して反射鏡１３０で反射し、光路Ｌ２Ｚを経由して位置Ｙ１における凹面鏡１４０で反射する。そのため、当該表示光は、光路Ｌ３Ｗを経由してウィンドシールド１１で反射して、光路Ｌ４Ｗを経由して運転者Ｕの眼に入射する。そして、運転者Ｕは、ウィンドシールド１１越しに位置ＰＶＷにおいて、当該特定の点を視認する。つまり、表示対象画像の当該特定の点は、関連技術において、凹面鏡１４０が位置Ｙ１の角度の場合には、位置ＰＶＷにおいて虚像として視認される。そのため、通常動作時の位置ＰＶＺとは異なる位置ＰＶＷで虚像として視認されるため、関連技術では視認性が低下する。
【００４６】
これに対して、本実施の形態では、凹面鏡１４０が位置Ｙ１の角度の場合には、表示対象画像の特定の点を、表示素子１２５の画素ＰＹ１から表示光として投射する。そして、当該表示光は、光路Ｌ１Ｙ１を経由して反射鏡１３０で反射し、光路Ｌ２Ｙ１を経由して位置Ｙ１における凹面鏡１４０で反射する。そのため、当該表示光は、ユーザ表示設定位置Ｚの角度の場合と同様に、光路Ｌ３Ｚを経由してウィンドシールド１１で反射して、光路Ｌ４Ｚを経由して運転者Ｕの眼に入射する。そして、運転者Ｕは、ウィンドシールド１１越しに位置ＰＶＺにおいて、当該特定の点を視認する。つまり、表示対象画像の当該特定の点は、凹面鏡１４０が位置Ｙ１の角度の場合でも、ユーザ表示設定位置Ｚの角度の場合と同様に、位置ＰＶＺにおいて虚像として視認される。そのため、本実施の形態では、凹面鏡１４０が位置Ｙ１の角度の場合に、表示対象画像の当該特定の点が、ウィンドシールド１１における所定の表示位置ＰＶＺで虚像Ｖが視認されるように、投射部１２０における画像の表示領域、つまり、画素の位置を画素ＰＺから画素ＰＹ１に変更している。これにより、本実施の形態では関連技術と比べて凹面鏡１４０が回動中においても虚像の視認性が維持できる。
【００４７】
図４に戻り説明を続ける。
表示制御部１１４は、ウィンドシールド１１において虚像Ｖが所定の形状で視認されるように、凹面鏡１４０の角度に応じて歪補正された補正画像に対応する表示光を投射部１２０に投射させる。ここで、「所定の形状」とは、運転者Ｕがヘッドアップディスプレイ装置１００の通常動作時において視認できる虚像Ｖと同等の形状であることを示す。そして、ウィンドシールド１１は湾曲しているため、同じ形状の表示対象画像を表示素子１２５から投射した場合、凹面鏡１４０の角度が異なることにより、ウィンドシールド１１において視認される虚像Ｖに歪が生じる。そこで、例えば、凹面鏡１４０がユーザ表示設定位置Ｚの角度の場合と位置Ｙ１の角度の場合とで、異なる歪補正を行うことで、いずれの場合にも同等の形状の虚像Ｖとして視認させることができる。すなわち、凹面鏡１４０がユーザ表示設定位置Ｚの角度の場合における表示対象画像から視認される虚像Ｖの形状を目標として、位置Ｙ１の角度の場合において当該表示対象画像に対して歪補正を行った補正画像を表示素子１２５から投射する。
【００４８】
具体的には、予めシミュレーションにより、様々な凹面鏡１４０の角度により表示対象画像をウィンドシールド１１に投影した場合の虚像Ｖの形状を予測する。そして、各角度に対応する予測された虚像Ｖの形状を、ユーザ表示設定位置Ｚの角度の場合における虚像Ｖの形状に近付くようにそれぞれベクトル演算における歪補正値を変化させる。そして、同じ表示対象画像に対して凹面鏡１４０の各角度に応じて異なる歪補正を行った複数の補正画像を生成する。そして、記憶部１６０に生成された複数の補正画像１６１、１６２、・・・を凹面鏡１４０の角度ごとに対応付けて記憶しておく。尚、補正画像１６１等は、ロゴやスタートアップ画面を表示対象画像の一例とし、これらを歪補正したものであってもよい。表示制御部１１４は、ＣＰＵ１１２から指示される位置制御信号により凹面鏡１４０の現在の角度を識別し、識別した角度に対応する補正画像を記憶部１６０から読み出す。そして、投射制御部１１３は、読み出した補正画像に対応する表示光を投射部１２０に投射させる。尚、補正画像を記憶部１６０に記憶しておく代わりに、表示制御部１１４が表示対象画像に対して角度に応じてリアルタイムに歪補正を行っても構わない。但し、予め生成しておいた補正画像を用いることにより、処理を高速化できる。
【００４９】
または、表示制御部１１４は、外部機器（不図示）から補正画像を取得してもよい。ここで、外部機器は、ヘッドアップディスプレイ装置１００で表示するための表示対象画像から角度に応じた歪補正を行い、歪補正後の補正画像をヘッドアップディスプレイ装置１００に出力する。例えば、外部機器は、カーナビゲーション装置、ＣＡＮ（Control Area Network）を介して接続された他の装置などである。また、外部機器は、スマートフォンやタブレット端末などの外部端末であってもよい。
【００５０】
（処理フロー）
図６は、本実施の形態１にかかるヘッドアップディスプレイ装置による画像表示処理の流れを説明するためのフローチャートである。前提として、ヘッドアップディスプレイ装置１００の電源がＯＦＦされており、凹面鏡１４０は陽光退避位置Ｘとなっている。
【００５１】
そこで、まず、ヘッドアップディスプレイ装置１００に電源が投入される（Ｓ１０１）。次に、ヘッドアップディスプレイ装置１００は、凹面鏡１４０について陽光退避位置Ｘからユーザ表示設定位置Ｚまでの回動を開始する（Ｓ１１０）。具体的には、制御部１１０は、位置制御信号を駆動部１５０へ出力する。そして、駆動部１５０は、制御部１１０からの位置制御信号に応じて凹面鏡１４０を回動させる。
【００５２】
続いて、凹面鏡１４０が位置Ｙ１まで移動した場合（Ｓ１１１でＹＥＳ）に、制御部１１０は、位置Ｙ１の角度に応じた歪補正を行った補正画像を、表示素子１２５の画素のうち位置Ｙ１の角度に応じた表示領域に表示して、投射させる（Ｓ１１２）。ここで、制御部１１０は、上述したように位置制御信号に基づいて凹面鏡１４０の角度を識別してもよいし、駆動部１５０のスライド抵抗の位置から角度を識別してもよい。また、ステップＳ１１２により、凹面鏡１４０が位置Ｙ１の時点から、運転者Ｕによりウィンドシールド１１越しに虚像Ｖが視認される。
【００５３】
そして、凹面鏡１４０が位置Ｙ２まで移動した場合（Ｓ１２１でＹＥＳ）に、制御部１１０は、位置Ｙ２の角度に応じた歪補正を行った補正画像を、表示素子１２５の画素のうち位置Ｙ１２の角度に応じた表示領域に表示して、投射させる（Ｓ１２２）。以降、制御部１１０は、凹面鏡１４０が移動した位置における角度に応じて、ステップＳ１１２及びＳ１２２と同等の処理を繰り返す。尚、ヘッドアップディスプレイ装置１００は、表示対象画像が映像データである場合、フレーム単位にステップＳ１１２及びＳ１２２と同等の処理を繰り返す。これにより、運転者Ｕは、各角度に対応して表示された虚像Ｖの映像を連続的に違和感少なく視認することができる。
【００５４】
その後、凹面鏡１４０がユーザ表示設定位置Ｚまで移動した場合（Ｓ１３１でＹＥＳ）に、制御部１１０は、ユーザ表示設定位置Ｚの角度に応じた歪補正を行った補正画像を、表示素子１２５の画素のうちユーザ表示設定位置Ｚの角度に応じた表示領域に表示して、投射させる（Ｓ１３２）。そして、凹面鏡１４０がユーザ表示設定位置Ｚまでの移動を完了し（Ｓ１４０）、ヘッドアップディスプレイ装置１００は起動処理を完了する（Ｓ１５０）。
【００５５】
続いて、凹面鏡の角度と表示素子の表示領域と虚像との関係を、関連技術と本実施の形態とを比較して説明する。図７は、関連技術にかかる凹面鏡の角度と表示素子の表示領域と虚像との関係を説明するための図である。また、図８は、本実施の形態１にかかる凹面鏡の角度と表示素子の表示領域と虚像との関係を説明するための図である。尚、ユーザ表示設定位置Ｚにおける表示素子の表示領域は、実際には歪補正されているが、ここでは、説明の容易化のため、長方形としている。
【００５６】
図７の左端の列は、図５と同様に、凹面鏡１４０の位置（角度）における光路の概念を示す。すなわち、位置Ｙ１の場合、凹面鏡１４０から反射される表示光は、光路Ｌ３Ｚとは異なる光路Ｌ３Ｗを経由する。そして、図７の中央の列は、表示素子に表示される表示対象画像と表示素子内の表示位置、つまり、表示領域を示す。上述した通り、関連技術では表示素子１２５における表示領域が凹面鏡１４０の角度によらず一定であり、角度に応じた歪補正もされていない。そのため、図７の右端の列に示すように、位置Ｙ１の場合、ユーザ表示設定位置Ｚの場合と比べて、虚像Ｖの表示位置が下であり、画像全体が表示し切れていない。また、位置Ｙ１の場合、ユーザ表示設定位置Ｚの場合と比べて、虚像Ｖの形状に歪が生じている。つまり、関連技術において、凹面鏡１４０が位置Ｙ１の状態では、運転者Ｕがウィンドシールド１１越しの虚像Ｖを、通常動作における表示位置、かつ、正常な形状で視認することができない。そのため、関連技術において、凹面鏡１４０が位置Ｙ１の状態では、運転者Ｕが虚像Ｖの表示コンテンツを全て、正確に把握することができない。そして、関連技術では、運転者Ｕは、凹面鏡１４０がユーザ表示設定位置Ｚの状態となって初めて、ウィンドシールド１１越しの虚像Ｖを、通常動作における表示位置、かつ、正常な形状で視認することができようになる。そのため、関連技術では、ヘッドアップディスプレイ装置に電源が投入されてから、運転者Ｕがウィンドシールド１１越しに、通常動作における表示位置、かつ、正常な形状で虚像Ｖを視認できるまでに要する時間が長い。
【００５７】
これに対し、図８の左端の列は、位置Ｙ１、Ｙ２及びＺのそれぞれにおいて、凹面鏡１４０により反射された表示光は、同じ光路Ｌ３Ｚを経由する。具体的には、位置Ｙ１、Ｙ２及びＺのそれぞれにおいて、表示素子１２５上の特定の点の表示位置が異なる。例えば、凹面鏡１４０が位置Ｙ２の角度の場合、表示光は、光路Ｌ１Ｙ２を経由して反射鏡１３０で反射し、光路Ｌ２Ｙ２を経由して位置Ｙ２における凹面鏡１４０で反射する。そのため、当該表示光は、ユーザ表示設定位置Ｚ及び位置Ｙ１の角度の場合と同様に、光路Ｌ３Ｚを経由してウィンドシールド１１で反射して、光路Ｌ４Ｚを経由して運転者Ｕの眼に入射する。そして、運転者Ｕは、ウィンドシールド１１越しに位置ＰＶＺにおいて、当該特定の点を視認することができる。
【００５８】
図８の中央の列では、凹面鏡１４０の角度に応じて表示素子１２５の表示領域の位置が異なることを示す。また、凹面鏡１４０の角度に応じて表示対象画像に対する歪補正の度合いが異なることを示す。しかし、上述した通り凹面鏡１４０がいずれの角度であっても、表示光は同じ光路Ｌ３Ｚを経由するため、図８の右端の列に示すように、位置Ｙ１、Ｙ２及びＺのそれぞれにおいて、ウィンドシールド１１上で同等の表示位置及び形状の虚像Ｖを視認することができる。
【００５９】
尚、上記のことから、前記回動反射部は、前記投射部から投射された表示光が前記投影面に投射されない状態から投射される状態となるように回動し、前記制御部は、前記回動反射部の回動の間に、前記投影面における所定の表示位置で前記虚像が視認されるように前記表示領域を調整するものといえる。
【００６０】
以上のことから本実施の形態により、ＨＵＤの電源が投入された後、虚像の表示内容を所定の表示位置で視認できるまでに要する時間を短縮することができる。特に本実施の形態では、上述の通り、凹面鏡の角度に応じて投射部の表示領域を調整することから、運転者Ｕは凹面鏡１４０が回動中から虚像Ｖの表示コンテンツを通常の表示位置で視認を開始できる。つまり、運転者Ｕは関連技術よりも速く、正確な虚像Ｖの視認を開始できる。そして、通常動作と同等の視認性を維持した虚像をより長く視認することができる。
【００６１】
ここで、ウィンドシールドとＨＵＤとの距離やウィンドシールドの角度、湾曲度合等が車両ごとに異なるため、本実施の形態では、表示素子の全ての画素を用いず、表示素子の全画素のうち一部を残して使用する。例えば、表示素子の中央部付近の画素を用いて描画し、周辺部分は余裕を持たせて使用しない。そして、本実施の形態では、通常動作時は表示領域として利用されていない領域も有効活用することで、より速く通常動作の表示位置で虚像を視認させることができる。
【００６２】
また、本実施の形態では、上述の通り、凹面鏡の角度に応じて歪補正された補正画像を投射することから、運転者Ｕは凹面鏡１４０の回動中であっても、画像コンテンツや微細な文字等を鮮明な虚像Ｖとしてより速く視認できる。そのため、ＨＵＤの起動の当初から最終形の表示位置及び形状の虚像を視認させることができる。
【００６３】
尚、本実施の形態は、ＨＵＤの起動時に限らず、ＨＵＤの電源がＯＦＦされた時にも適用可能である。これにより、ＨＵＤの終了時にもより長く、正確な表示位置かつ形状の虚像を視認させることができる。
【００６４】
＜その他の発明の実施の形態＞
以上、本発明を上記実施の形態に即して説明したが、本発明は上記実施の形態の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。
【００６５】
また、上述の通信装置の任意の処理は、CPU（Central Processing Unit）にコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。この場合、コンピュータプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、CD-ROM（Read Only Memory）、CD-R、CD-R/W、半導体メモリ（例えば、マスクROM、PROM（Programmable ROM）、EPROM（Erasable PROM）、フラッシュROM、RAM（random access memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
【００６６】
また、コンピュータが上述の実施の形態の機能を実現するプログラムを実行することにより、上述の実施の形態の機能が実現される場合だけでなく、このプログラムが、コンピュータ上で稼動しているOS（Operating System）もしくはアプリケーションソフトウェアと共同して、上述の実施の形態の機能を実現する場合も、本発明の実施の形態に含まれる。さらに、このプログラムの処理の全てもしくは一部がコンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットによって行われて、上述の実施の形態の機能が実現される場合も、本発明の実施の形態に含まれる。
【符号の説明】
【００６７】
１  自動車
１０  ダッシュボード
１１  ウィンドシールド
１２  ステアリングホイール
Ｕ  運転者
Ｖ  虚像
１００  ヘッドアップディスプレイ装置
１１０  制御部
１１１  駆動制御部
１１２  ＣＰＵ
１１３  投射制御部
１１４  表示制御部
１２０  投射部
１２１  光源
１２２  ライトトンネル
１２３  フレネルレンズ
１２４  拡散板
１２５  表示素子
１３０  反射鏡
１４０  凹面鏡
１５０  駆動部
１６０  記憶部
１６１  補正画像
１６２  補正画像
Ｘ  陽光退避位置
Ｙ１  位置
Ｙ２  位置
Ｚ  ユーザ表示設定位置
【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】
2019008100.tif 000009
【図８】
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【図９】
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