(57)【要約】【課題】  虚像面の位置を電気的要素で調整可能なヘッドアップディスプレイ装置を提供する。【解決手段】  ヘッドアップディスプレイ装置１０は、プロジェクタ３０と、スクリーン群２６，２７，２８と、制御部２９と、を備える。スクリーン群は、第１のスクリーン２６から第Ｎ（Ｎは、３以上の整数）のスクリーン２８は、プロジェクタ３０に近い方から第１〜第Ｎの順で配置されている。制御部２９は、第１のタイミング（１）において、第ｉ（ｉは１からＮまでの整数）のスクリーン２６の透明度を低状態に設定する。第１のタイミング（１）において、第１のスクリーンから第Ｎのスクリーンまでのうちの第ｉのスクリーン２６とは異なる他のスクリーン２７，２８の透明度は、高状態である。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロジェクタと、
前記プロジェクタから放出された光が放出されるスクリーン群であって、第１のスクリーンから第Ｎ（Ｎは、３以上の整数）のスクリーンを有し、前記第１のスクリーンから前記第Ｎのスクリーンが前記プロジェクタに近い方から第１〜第Ｎの順で配置されている、前記スクリーン群と、
前記スクリーン群の状態を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、第１のタイミングにおいて、前記第１のスクリーンから前記第Ｎのスクリーンまでのうちの第ｉ（ｉは１からＮまでの整数）のスクリーンの透明度を電気的に低状態に設定し、
前記第１のタイミングにおいて、前記第１のスクリーンから前記第Ｎのスクリーンまでのうちの前記第ｉのスクリーンとは異なる他のスクリーンの透明度は、高状態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２】
前記制御部は、前記第ｉのスクリーンの前記透明度が電気的に高状態である第２のタイミングにおいて、前記第１のスクリーンから前記第Ｎのスクリーンまでのうちの前記第ｉのスクリーンの隣に配置される１つのスクリーンの透明度を電気的に低状態に設定する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】
前記制御部は、前記第１のスクリーンから前記第Ｎのスクリーンの透明度を第１から第Ｎの前記順で１つずつ低状態に設定し、その後、前記第１のスクリーンから前記第Ｎのスクリーンの前記透明度を第（Ｎ−１）から第１の順で１つずつ前記低状態に設定することを特徴とする請求項２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１のタイミングを含む第１の期間において、前記第ｉのスクリーンの前記透明度は、前記低状態であり、且つ、前記第１のスクリーンから前記第Ｎのスクリーンまでのうちの前記第ｉのスクリーンを除く残りの（Ｎ−１）個のスクリーンの透明度は、前記高状態であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１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１のタイミングにおいて、前記第ｉのスクリーンの前記透明度は、下限値であり、
その後、前記制御部は、前記第ｉのスクリーンの前記透明度が上限値に到達するまで、前記第ｉのスクリーンの前記透明度を徐々に増加させる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６】
前記制御部は、
前記第ｉのスクリーンの前記透明度が前記上限値に到達するまで、前記第ｉのスクリーンの前記透明度を徐々に増加させる期間において、前記第１のスクリーンから前記第Ｎのスクリーンまでのうちの前記第ｉのスクリーンの隣に配置される１つのスクリーンの透明度を徐々に減少させることを特徴とする請求項５に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記第１のスクリーンから前記第Ｎのスクリーンを第１から第Ｎの前記順で１つずつ高状態の透明度から低状態の透明度に徐々に減少させ、その後、前記第１のスクリーンから前記第Ｎのスクリーンを第（Ｎ−１）から第１の順で１つずつ高状態の透明度から低状態の透明度に徐々に減少させることを特徴とする請求項６に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記第１のスクリーンから前記第Ｎのスクリーンを第１から第Ｎの前記順で１つずつ低状態の透明度から高状態の透明度に徐々に増加させ、その後、前記第１のスクリーンから前記第Ｎのスクリーンを第（Ｎ−１）から第１の順で１つずつ低状態の透明度から高状態の透明度に徐々に増加させることを特徴とする請求項７に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項９】
前記制御部は、映像信号の同期信号に基づき、前記第１のタイミングを生成する、請求項１乃至８の何れか１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、例えば映像信号等のコンテンツ信号に基づき、立体感のある虚像（或いは、奥行き又は距離の異なる複数の虚像）をユーザに表示可能なヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１は、動的焦点面を備える立体ヘッドアップディスプレイを開示し、特許文献１の図１の内容及び段落［００２０］，［００２３］の記載によれば、ＨＵＤ装置１０２は、特許文献１の図３の第１焦点面１６２を視線方向１７８に移動可能にさせる第１プロジェクタ１１８及び第１アクチュエータ１５６を備えている。また、そのＨＵＤ装置１０２は、第３焦点面１７０を視線方向１７８に移動可能にさせる第３プロジェクタ１２２及び第３アクチュエータ１５８も備えている。奥行き又は距離の異なる複数のグラフィック要素１６０，１６８（第１焦点面１６２及び第３焦点面１７０）の位置（焦点）は、調整可能であり、ユーザの視認性を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１８１０２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の虚像面（第１焦点面１６２及び第３焦点面１７０）の位置は、機械的要素（第１アクチュエータ１５６及び第３アクチュエータ１５８）によって調整されるので、その調整を高速に実行することができない。言い換えれば、光源（第１プロジェクタ１１８及び第３プロジェクタ１２２）の位置を高速で移動させるには、限界がある。また、虚像面の位置が機械的要素によって調整される時に、騒音又はある程度の音を発生させてしまう。
【０００５】
特に、周期的に、虚像面の位置を変化させる時には、振動が発生し得ることを発明者は認識した。また、機械的要素は、一般に、部品点数が多くなり、ヘッドアップディスプレイ装置の寸法及び重量は、機械的要素の分だけ、大きくなってしまう。
【０００６】
本発明の１つの目的は、虚像面の位置を電気的要素で調整可能なヘッドアップディスプレイ装置を提供することである。本発明のもう１つの目的は、機械的要素に起因する問題を解決する新規な構成を備えるヘッドアップディスプレイ装置を提供することである。本発明の他の目的は、以下に例示する態様及び最良の実施形態、並びに添付の図面を参照することによって、当業者に明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下に、本発明の概要を容易に理解するために、本発明に従う態様を例示する。
【０００８】
第１の態様において、ヘッドアップディスプレイ装置は、
プロジェクタと、
前記プロジェクタから出射された光が放出されるスクリーン群であって、第１のスクリーンから第Ｎ（Ｎは、３以上の整数）のスクリーンを有し、前記第１のスクリーンから前記第Ｎのスクリーンが前記プロジェクタに近い方から第１〜第Ｎの順で配置されている、前記スクリーン群と、
前記スクリーン群の状態を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、第１のタイミングにおいて、前記第１のスクリーンから前記第Ｎのスクリーンまでのうちの第ｉ（ｉは１からＮまでの整数）のスクリーンの透明度を電気的に低状態に設定し、
前記第１のタイミングにおいて、前記第１のスクリーンから前記第Ｎのスクリーンまでのうちの前記第ｉのスクリーンとは異なる他のスクリーンの透明度は、高状態である。
【０００９】
第１の形態では、第１のタイミングにおいて第ｉのスクリーンの透明度を電気的に低状態に設定する時に、他のスクリーンの透明度は、高状態である。このように、第１のタイミングにおいて第ｉのスクリーンが有効化されて、ユーザは、第ｉのスクリーン上のコンテンツに対応する虚像を認識することができる。言い換えれば、第ｉのスクリーンの位置は、機械的要素によって調整される必要がなく、第１の形態では、第１のスクリーンの透明度を電気的に制御するだけで、ユーザは、第ｉのスクリーンの位置に対応する虚像を認識することができる。第１の形態では、有効化したい位置に配置されるスクリーンを選択することによって、虚像面の位置を電気的要素で調整することができる。
【００１０】
第１の態様に従属する第２の態様において、
前記制御部は、前記第ｉのスクリーンの前記透明度が電気的に高状態である第２のタイミングにおいて、前記第１のスクリーンから前記第Ｎのスクリーンまでのうちの前記第ｉのスクリーンの隣に配置される１つのスクリーンの透明度を電気的に低状態に設定してもよい。
【００１１】
第２の形態では、第２のタイミングにおいて第ｉのスクリーンの隣に配置される１つのスクリーン（第（ｉ−１）のスクリーン又は第（ｉ＋１）のスクリーン）の透明度を電気的に低状態に設定する時に、第ｉのスクリーンの透明度は、高状態である。このように、第２のタイミングにおいて第ｉのスクリーンの代わりに、第（ｉ−１）のスクリーン又は第（ｉ＋１）のスクリーンが有効化されて、ユーザは、第（ｉ−１）のスクリーン又は第（ｉ＋１）のスクリーン上のコンテンツに対応する虚像を認識することができる。
【００１２】
第２の態様に従属する第３の態様において、
前記制御部は、前記第１のスクリーンから前記第Ｎのスクリーンの透明度を第１から第Ｎの前記順で１つずつ低状態に設定してもよく、その後、前記第１のスクリーンから前記第Ｎのスクリーンの前記透明度を第（Ｎ−１）から第１の順で１つずつ前記低状態に設定してもよい。
【００１３】
第３の形態では、第１のスクリーンから第Ｎのスクリーンを順次に有効化することができ、その後、第（Ｎ−１）のスクリーンから第１のスクリーンを順次に有効化することがきる。第３の形態では、有効化されるスクリーンの位置が順次に変化するので、ユーザは、虚像面の位置が第１のスクリーンに対応する虚像面の位置と第Ｎのスクリーンに対応する虚像面の位置との間で往復する、その虚像面上の虚像を認識することができる。常に、隣のスクリーンが有効化されるので、ユーザの視点に対する虚像の距離変動が小さくなり、ユーザの視認性を向上させることができる。
【００１４】
第１〜第３の態様の何れか１つの態様に従属する第４の態様において、
前記第１のタイミングを含む第１の期間において、前記第ｉのスクリーンの前記透明度は、前記低状態であってもよく、且つ、前記第１のスクリーンから前記第Ｎのスクリーンまでのうちの前記第ｉのスクリーンを除く残りの（Ｎ−１）個のスクリーンの透明度は、記高状態であってもよい。
【００１５】
第４の態様では、第１の期間において、第ｉのスクリーンだけが有効化され、その期間において、第ｉのスクリーンの透明度は、低状態である。言い換えれば、第ｉのスクリーンを電気的に選択する時に、その制御は、第１の期間中固定することができるので、第４の態様では、虚像面の位置を電気的要素で簡易に調整することができる。
【００１６】
第１の態様に従属する第５の態様において、
前記第１のタイミングにおいて、前記第ｉのスクリーンの前記透明度は、下限値であってもよく、
その後、前記制御部は、前記第ｉのスクリーンの前記透明度が上限値に到達するまで、前記第ｉのスクリーンの前記透明度を徐々に増加させてもよい。
【００１７】
第５の態様では、第ｉのスクリーンの透明度が徐々に増加するので、第ｉのスクリーンの位置に対応する虚像は、徐々に消える。従って、第５の態様では、ユーザが虚像を視認する時の負担が軽減される。
【００１８】
第５の態様に従属する第６の態様において、
前記制御部は、
前記第ｉのスクリーンの前記透明度が前記上限値に到達するまで、前記第ｉのスクリーンの前記透明度を徐々に増加させる期間において、前記第１のスクリーンから前記第Ｎのスクリーンまでのうちの前記第ｉのスクリーンの隣に配置される１つのスクリーンの透明度を徐々に減少させてもよい。
【００１９】
第６の態様では、第ｉのスクリーンの透明度が徐々に増加する時に、第ｉのスクリーンの隣に配置される１つのスクリーン（第（ｉ−１）のスクリーン又は第（ｉ＋１）のスクリーン）の透明度が徐々に減少する。このように、第ｉのスクリーンの代わりに、第（ｉ−１）のスクリーン又は第（ｉ＋１）のスクリーンが有効化される時に、ユーザは、第（ｉ−１）のスクリーン又は第（ｉ＋１）のスクリーン上のコンテンツに対応する虚像を徐々に認識することができる。従って、第６の態様では、ユーザが虚像を視認する時の負担が軽減される。
【００２０】
第６の態様に従属する第７の態様において、
前記制御部は、前記第１のスクリーンから前記第Ｎのスクリーンを第１から第Ｎの前記順で１つずつ高状態の透明度から低状態の透明度に徐々に減少させてもよく、その後、前記第１のスクリーンから前記第Ｎのスクリーンを第（Ｎ−１）から第１の順で１つずつ高状態の透明度から低状態の透明度に徐々に減少させてもよい。
【００２１】
第７の形態では、第１のスクリーンから第Ｎのスクリーンを順次に有効化することができ、その後、第（Ｎ−１）のスクリーンから第１のスクリーンを順次に有効化することがきる。第７の形態では、有効化されるスクリーンの位置が順次に変化するので、ユーザは、虚像面の位置が第１のスクリーンに対応する虚像面の位置と第Ｎのスクリーンに対応する虚像面の位置との間で往復する、その虚像面上の虚像を認識することができる。常に、隣のスクリーンが有効化されるので、ユーザの視点に対する虚像の距離変動が小さくなり、ユーザの視認性を向上させることができる。加えて、第７の形態では、有効化される時に、スクリーンの透明度が徐々に変化するので、ユーザの負担が軽減される。
【００２２】
第７の態様に従属する第８の態様において、
前記制御部は、前記第１のスクリーンから前記第Ｎのスクリーンを第１から第Ｎの前記順で１つずつ低状態の透明度から高状態の透明度に徐々に増加させてもよく、その後、前記第１のスクリーンから前記第Ｎのスクリーンを第（Ｎ−１）から第１の順で１つずつ低状態の透明度から高状態の透明度に徐々に増加させてもよい。
【００２３】
第８の形態では、無効化される時に、スクリーンの透明度が徐々に変化するので、ユーザの負担が軽減される。
【００２４】
第１〜第８の態様の何れか１つの態様に従属する第９の態様において、
前記制御部は、映像信号の同期信号に基づき、前記第１のタイミングを生成してもよい。
【００２５】
第９の態様では、第１のタイミングが映像信号の同期信号に基づくので、映像信号を構成するフレーム単位で、第ｉのスクリーンを選択して、有効化することができる。
【００２６】
当業者は、例示した本発明に従う態様が、本発明の精神を逸脱することなく、さらに変更され得ることを容易に理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に従うヘッドアップディスプレイ装置の概略構成例を示す。
【図２】図１の表示部の概略構成例を示す。
【図３】図１の制御部の概略構成例を示す。
【図４】図３のスクリーン群の制御例を示す。
【図５】図３のスクリーン群の他の制御例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下に説明する最良の実施形態は、本発明を容易に理解するために用いられている。従って、当業者は、本発明が、以下に説明される実施形態によって不当に限定されないことを留意すべきである。
【００２９】
図１は、本発明に従うヘッドアップディスプレイ装置の概略構成例を示す。図１に示されるように、ヘッドアップディスプレイ装置１０は、表示部２０と、制御部２９と、を備える。また、ヘッドアップディスプレイ装置１０は、映像信号を生成又は出力する映像信号生成部（広義には、コンテンツ信号生成部）６０を更に備えることができる。なお、制御部２９は、映像信号生成部６０の機能を有し、制御部２９自身で映像信号等のコンテンツ信号を生成してもよい。
【００３０】
図１において、ヘッドアップディスプレイ装置１０は、例えば、四輪車等の車両の例えば前部に設けられたインストルメントパネルＩｎに取り付けられている。図１のヘッドアップディスプレイ装置１０は、典型的には、例えば運転席の前方に配置されて、車両情報を運転者（広義には、ユーザ）Ｍｎに提供することができる。ここで、車両情報は、車速等の車両の計器情報であってもよく、或いは、道路標識等の道路の標識情報であってもよく、或いは、走行中又は走行予定の方向を示すナビゲーション情報であってもよく、前方、後方、周囲等の車両、歩行者等の障害物情報であってもよく、或いは、これらの任意の組み合わせであってもよく、車両に関係する任意の情報である。なお、ヘッドアップディスプレイ装置１０に表示されるコンテンツは、車両情報に限定されず、任意の表示コンテンツであってもよい。
【００３１】
なお、ヘッドアップディスプレイ装置１０は、四輪車以外の二輪車等の他の車両に適用されてもよい。また、ヘッドアップディスプレイ装置１０は、車両に限らず、他の乗り物（例えば建設機械等の乗用型作業機）に適用されてもよい。
【００３２】
図１のヘッドアップディスプレイ装置１０は、表示部２０から放出された光（コンテンツ）を拡大すると共に反射させる拡大反射鏡（具体的には、凹面鏡であり、広義には、コンテンツを反射させる例えば平面鏡である反射鏡）１２と、拡大反射鏡１２によって拡大され反射された光（コンテンツ）反射させるコンバイナ（広義には、透過反射部）１３と、を更に備えることができる。なお、コンバイナ１３は、透光性と反射性とを併せ持つ被投影部材と呼ぶことができ、透過反射部（被投影部材）は、車両のウインドシールド（フロントガラス）の一部に形成又は一体化されてもよい。
【００３３】
図１の拡大反射鏡１２は、凹面鏡によって構成されているが、表示部２０から放出された光（コンテンツ）を反射する反射機構は、図１の拡大反射鏡１２（凹面鏡）に限定されるものではない。即ち、反射機構は、１つの拡大反射鏡１２に代えて、光（コンテンツ）を拡大する複数の拡大反射鏡で構成されてもよい。また、反射機構は、少なくとも１つの拡大反射鏡に加えて、或いは、少なくとも１つの拡大反射鏡の代わりに、光（コンテンツ）を反射する少なくとも１つの平面反射鏡で構成されてもよい。
【００３４】
図１のコンバイナ１３は、典型的には、透明板状の樹脂製の部材であるが、これに限定されるものではない。運転者Ｍｎは、コンバイナ１３等の透過反射部（被投影部材）に投影された光（コンテンツ）の虚像を視認するのと同時に、コンバイナ１３又は自車両よりも前方の車外の状況も視認することができる。
【００３５】
表示部２０がコンバイナ１３等の透過反射部（被投影部材）に光（コンテンツ）を投影する時に、運転者Ｍｎ等のユーザは、コンバイナ１３上の光（コンテンツ）に対応する虚像を視認することができる。図１において、表示部２０は、ハウジング２１を有し、ハウジング２１内に例えば３枚のスクリーン２６，２７，２８を有し、運転者Ｍｎは、第１のコンテンツ（図３の例において、例えば走行中の道路（直線道路））を表示可能な第１のスクリーン２６の位置に対応する第１の虚像面Ｖａで第１のコンテンツの虚像を視認することができる。同様に、図１の運転者Ｍｎは、第２及び第３のコンテンツ（図３の例において、例えば道路標識（車両進入禁止）、及び例えば車速（５８ｋｍ／ｈ））を表示可能な第２及び第３のスクリーン２７，２８の位置に対応する第２及び第３の虚像面Ｖｂ，Ｖｃで第２及び第３のコンテンツの虚像を視認することができる。ヘッドアップディスプレイ装置１０は、奥行き又は距離の異なる複数の虚像を表示可能であり、ユーザは、全体として、立体感のある虚像を認識することができる。
【００３６】
図１の制御部２９及び映像信号生成部６０は、１例として、ハウジング２１の外部に設けられているが、制御部２９及び／又は映像信号生成部６０は、ハウジング２１の内部に収納されていてもよい。
【００３７】
図２は、図１の表示部の概略構成例を示す。図２に示されるように、表示部２０は、プロジェクタ３０を更に有し、プロジェクタ３０から放出された光が投影されるスクリーン群は、第１のスクリーンから例えば第３のスクリーン２６，２７，２８を有し、第１のスクリーンから第３のスクリーンは、プロジェクタ３０に近い方から第１〜第３の順で配置されている。制御部２９は、スクリーン群の状態を制御することができる。制御部２９は、通電によって、コンテンツを表示する第１〜第３のスクリーン２６〜２８を選択可能である。なお、スクリーン群は、４枚以上のスクリーンで構成されてもよい。
【００３８】
図２に示されるように、表示部２０のハウジング２１には、好ましくは、プロジェクタ３０から放出された光が透過する中間スクリーン２３と、中間スクリーン２３の近傍に配置され中間スクリーン２３を透過した光が透過するフィールドレンズ２４と、フィールドレンズ２４（広義には、フィールドレンズ光学系）を通過した光が透過するテレセントリックレンズ２５（広義には、テレセントリック光学系）と、が収納されている。なお、テレセントリックレンズ２５を通過した光が、第１のスクリーンから第Ｎ（図２の例において、Ｎ＝３）のスクリーンに投影されている。
【００３９】
図２のテレセントリックレンズ２５は、光の進行方向を基準として第１〜第３のスクリーン２６〜２８のうち最も上流側に位置する第１のスクリーン２６と、プロジェクタ３０との間に配置されている。テレセントリック光学系は、テレセントリックレンズ２５を通過した主光線Ｌ１は、光軸ＣＬに平行に進む。このため、第１〜第３のスクリーン２６〜２８に略同じ大きさの光（例えば、映像）を生成することができる。図２のテレセントリックレンズ２５は、例えば像側テレセントリックレンズを採用することができる。なお、テレセントリック光学系には、複数のレンズから構成されていてもよく、また、例えば両側テレセントリックレンズ（両側テレセントリック系）が採用されてもよい。
【００４０】
図２のフィールドレンズ２４は、テレセントリックレンズ２５及びプロジェクタ３０の間に配置されている。フィールドレンズ２４は、視野の周辺部の光の進行方向を揃えることができ、光（例えば、映像）の全体を鮮明に映し出すことができる。なお、フィールドレンズ光学系は、フィールドレンズ２４を含む複数のレンズから構成されていてもよい。
【００４１】
光軸ＣＬを基準として、図２のハウジング２１は、好ましくは、フィールドレンズ２４の焦点に直行する絞り壁部２１ａを有している。絞り壁部２１ａは、焦点を囲い、小さな丸穴状に形成された絞り穴部２１ｂを有している。
【００４２】
図２のプロジェクタ３０は、例えば映像信号に基づいて映像を表す光を投影するものであり、周知の構成を採用することができる。図２の例において、プロジェクタ３０は、典型的には、青、赤、緑の３つの発光素子３１〜３３と、これらの発光素子３１〜３３から出射された光を透過し且つ反射する２つのダイクロイックミラー３４，３５と、これらのダイクロイックミラー３４，３５を透過し又は反射した光が反射されるプリズムレンズ３６と、このプリズムレンズ３６の一辺に沿って配置されたＤＭＤ（Digital Micromirror Device）３７と、プリズムレンズ３６において反射された光が透過する投影レンズ３８と、を有することができる。
【００４３】
第１〜第３のスクリーン２６〜２８は、光軸ＣＬに沿ってそれぞれ平行に配置されている。第１〜第３のスクリーン２６〜２８は、透明状態または不透明状態を電気的に切り替え可能な例えば強誘電性液晶で構成することができる。例えば第１のスクリーン２６が選択される時に、受光した光を拡散透過する不透明状態（図４，５で示す「拡散」の状態）とされた第１のスクリーン（例えば、最もプロジェクタ側のスクリーン）２６には、映像等のコンテンツが表示される。このとき、映像が映し出される第１のスクリーン２６以外の第２及び第３のスクリーン２７，２８は、１例として、透明状態（図４，５で示す「透過」の状態）とされている。第１〜第３のスクリーン２６〜２８のうちの映像が映し出されるスクリーン２６〜２８は、制御部２９によって瞬時に且つ連続的に切り替え可能である。
【００４４】
第１〜第３のスクリーン２６〜２８の各々は，透明状態または不透明状態を電気的に切り替え可能な液晶層と、液晶層を挟んで対を成して配置される透明電極層と、これらを挟む一定の厚みの透明フィルム層と、を有する。なお、透明電極層は、例えばＩＴＯ（酸化インジウムスズ）で構成される。また、透明フィルム層は、例えばポリカーボネートで構成される。第１〜第３のスクリーン２６〜２８の各々には、液晶型の調光フィルム（例えば、日本板硝子ウムプロダクツ株式会社から入手可能なＵＭＵフィルム）を採用することができる。なお、調光フィルムの構成及び駆動方法は、例えば、特開２０１７−０２６９２０号公報、特開平０９−２６９５１２号公報、特開２００４−０２０９４１号公報等に開示されたものを採用してもよい。
【００４５】
図２の第１〜第３のスクリーン２６〜２８の透明（透過）状態と不透明（拡散）状態とを、ＪＩＳＫ７１０５やＪＩＳＫ７１３６で示される平行光線透過率とヘイズ値（曇り度合）を用いて、以下のように設定することができる。第１〜第３のスクリーン２６〜２８の透明（透過）状態は、１例として、平行光線透過率が６５％以上（好ましくは７０％以上）であり、かつヘイズ値が２０％未満（好ましくは１０％未満）である。第１〜第３のスクリーン２６〜２８の不透明（拡散）状態は、１例として、平行光線透過率が２０％未満（好ましくは５％未満）、かつヘイズ値が８０％以上（好ましくは９０％以上）である。
【００４６】
図２の制御部２９は、映像信号と同期させて第１〜第３のスクリーン２６〜２８の透明状態または不透明状態を切り替え可能である。この切り替えにより、例えば、特定のタイミングの映像を表す光を第１〜第３のスクリーン２６〜２８のうちの特定の位置に配置される特定のスクリーンに投影可能である。
【００４７】
図２の表示部２０は、プロジェクタ３０で映像を表す光を生成し、制御部２９が例えば映像信号に同期させて第１〜第３のスクリーン２６〜２８の状態を高速に制御することにより、特定のタイミングの映像を表す光が投影される特定のスクリーンの特定の位置を高速に変化させて、１例として、ヘッドアップディスプレイ装置１０は、奥行きのある３Ｄ映像を表示可能である。
【００４８】
図３は、図１の制御部の概略構成例を示す。図３に示されるように、制御部２９は、コンテンツ信号として、例えば映像信号を入力し、映像信号に基づきプロジェクタ３０及び第１〜第３のスクリーン２６〜２８を制御する。なお、１例として、第１〜第６のフレームを含む映像信号は、図１の映像信号生成部６０によって生成されている。図３の例において、第１及び第５のフレームは、走行中の道路（直線道路）を表し、第２、第４及び第６のフレームは、例えば道路標識（車両進入禁止）を表し、第３のフレームは、例えば車速（５８ｋｍ／ｈ）を表す。制御部２９に入力されるコンテンツ信号は、１つの映像信号に限定されず、第１〜第３のスクリーン２６〜２８にそれぞれ対応する例えば３種類の映像信号が入力されてもよい。また、映像信号は、同期信号を含んでいなくてもよく、同期信号は、映像信号とは別に生成されてもよい。
【００４９】
同期信号抽出部１３３は、映像信号を入力し、１例として、映像信号から同期信号及び画像信号を抽出する。また、表示制御部１３４は、同期信号及び画像信号に基づき、プロジェクタ３０（例えば図２の発光素子３１〜３３及びＤＭＤ３７）を制御する。また、第１〜第３の電圧発生回路１３６〜１３８は、それぞれ、同期信号に基づき、第１〜第３のスクリーン２６〜２８の状態を制御する。プロジェクタ３０が映像を表す光が第１〜第３のスクリーン２６〜２８に投影される時に、第１〜第３のスクリーン２６〜２８のうちの特定のスクリーンが選択されることによって、映像を表す光が投影される特定のスクリーンの特定の位置を変化させることができる。
【００５０】
具体的には、映像信号を構成するフレーム単位で、特定のスクリーンを選択するために、同期信号抽出部１３３は、同期信号として、例えばフレーム同期信号を抽出し、そのフレーム同期信号を第１〜第３のスクリーン２６〜２８の駆動部（第１〜第３の電圧発生回路１３６〜１３８）に送る。第１の電圧発生回路１３６は、フレーム同期信号に基づき、第１のスクリーン２６を駆動する電圧を第１のスクリーン２６に送る。同様に、第２及び第３の電圧発生回路１３７，１３８は、それぞれ、フレーム同期信号に基づき、第２及び第３のスクリーン２７，２８を駆動する電圧を第２及び第３のスクリーン２７，２８に送る。なお、第２及び第３の電圧発生回路１３７，１３８は、同期信号抽出部１３３からのフレーム同期信号の代わりに、第１の電圧発生回路１３６からの同期信号を入力し、その同期信号に基づき、第２及び第３のスクリーン２７，２８を制御してもよい。
【００５１】
なお、第１〜第３のスクリーン２６〜２８の駆動部は、第１〜第３の電圧発生回路１３６〜１３８に限定されるものではない。駆動部は、１又は複数の専用の電圧発生回路の代わりに、例えば１又は複数の共用の電圧発生回路と１又は複数のスイッチとを有してもよく、そのスイッチの代わりに、電圧の位相調整可能な移相器、遅延回路等の位相調整部で構成されてもよい。
【００５２】
図４は、図３のスクリーン群の制御例を示す。図４（Ａ）に示されるように、第１のスクリーン２６は、第１の電圧発生回路１３６によって生成される矩形波の電圧値（振幅）によって制御される。１例として、例えば１００Ｖの交流電圧が第１のスクリーン２６に印加される時に、第１のスクリーン２６の透明度は、印加電圧に対応する上限値で高状態に設定される。他方、１例として、ゼロＶの交流電圧が第１のスクリーン２６に印加される時に、第１のスクリーン２６の透明度は、印加電圧に対応する下限値で低状態に設定される。
【００５３】
図４（Ａ）中の矢印で示される第１のタイミングにおいて、例えばゼロＶの交流電圧が印加される第１のスクリーン２６の透明度は、電気的に低状態に設定される。その第１のタイミングにおいて、例えば固定（例えば１００Ｖ）の交流電圧が印加される第２及び第３のスクリーン２７，２８の透明度は、電気的に高状態に設定される。図４（Ａ）中の矢印で示される第１のタイミングを含む第１の期間（第１のフレーム期間）において、第１のスクリーン２６だけが有効化されて、ユーザは、第１のスクリーン２６上の映像等のコンテンツに対応する虚像を認識することができる。
【００５４】
次に、映像信号中の第１のフレームが第２のフレームに切り替わる時に、例えばゼロＶの交流電圧が第１のスクリーン２６の隣の第２のスクリーン２７に印加され、例えば固定（例えば１００Ｖ）の交流電圧が第１及び第３のスクリーン２６，２８に印加される。従って、図４（Ｂ）中の矢印で示される第２のタイミングを含む第２の期間（第２のフレーム期間）において、第２のスクリーン２７だけが有効化されて、ユーザは、第２のスクリーン２７上のコンテンツに対応する虚像を認識することができる。
【００５５】
なお、図４（Ｂ）に示されるように、第２のスクリーン２７は、第２の電圧発生回路１３７によって生成される矩形波の電圧値（振幅）によって制御される。１例として、例えば１００Ｖの交流電圧が第２のスクリーン２７に印加される時に、第２のスクリーン２７の透明度は、印加電圧に対応する上限値で高状態に設定される。他方、１例として、ゼロＶの交流電圧が第２のスクリーン２７に印加される時に、第２のスクリーン２７の透明度は、印加電圧に対応する下限値で低状態に設定される。
【００５６】
次に、映像信号中の第２のフレームが第３のフレームに切り替わる時に、例えばゼロＶの交流電圧が第２のスクリーン２７の隣の第３のスクリーン２８に印加され、例えば固定（例えば１００Ｖ）の交流電圧が第１及び第２のスクリーン２６，２７に印加される。従って、図４（Ｃ）中の矢印で示される第３のタイミングを含む第３の期間（第３のフレーム期間）において、第３のスクリーン２８だけが有効化されて、ユーザは、第３のスクリーン２８上のコンテンツに対応する虚像を認識することができる。
【００５７】
なお、図４（Ｃ）に示されるように、第３のスクリーン２８は、第３の電圧発生回路１３８によって生成される矩形波の電圧値（振幅）によって制御される。１例として、例えば１００Ｖの交流電圧が第３のスクリーン２８に印加される時に、第３のスクリーン２８の透明度は、印加電圧に対応する上限値で高状態に設定される。他方、１例として、ゼロＶの交流電圧が第３のスクリーン２８に印加される時に、第３のスクリーン２８の透明度は、印加電圧に対応する下限値で低状態に設定される。
【００５８】
次に、映像信号中の第３のフレームが第４のフレームに切り替わる時に、例えばゼロＶの交流電圧が第１のスクリーン２６ではなく、第３のスクリーン２８の隣の第２のスクリーン２７に印加される。従って、図４（Ｂ）中の矢印で示される第４のタイミングを含む第４の期間（第４のフレーム期間）において、第２のスクリーン２７だけが有効化されて、ユーザは、第２のスクリーン２７上のコンテンツに対応する虚像を認識することができる。
【００５９】
次に、映像信号中の第４のフレームが第５のフレームに切り替わる時に、例えばゼロＶの交流電圧が第２のスクリーン２７の隣の第１のスクリーン２６に印加され、例えば固定（例えば１００Ｖ）の交流電圧が第２及び第３のスクリーン２７，２８に印加される。従って、図４（Ａ）中の矢印で示される第５のタイミングを含む第５の期間（第５のフレーム期間）において、第１のスクリーン２６だけが有効化されて、ユーザは、第１のスクリーン２６上のコンテンツに対応する虚像を認識することができる。
【００６０】
このように、図４の例では、第１のスクリーン２６から第３のスクリーン２８を順次に有効化することができ、その後、第２のスクリーン２７から第１のスクリーン２６を順次に有効化することがきる。有効化される特定のスクリーンの特定の位置が順次に変化するので、ユーザは、虚像面の位置が第１のスクリーン２６に対応する虚像面Ｖａの位置と第３のスクリーン２８に対応する虚像面Ｖｃの位置との間で往復する、その虚像面上の虚像を認識することができる。常に、隣のスクリーンが有効化されるので、ユーザの視点に対する虚像の距離変動が小さくなり、ユーザの視認性を向上させることができる。
【００６１】
例えば図４に示されるように、有効化される特定のスクリーンの特定の位置は、順次往復するが、図４の例に限定されない。具体的には、このような往復において、往復の折り返しに位置する第１のスクリーン２６と第３のスクリーン２８とが有効化されるそれぞれの期間を、これらのスクリーン間、即ち第１のスクリーン２６及び第３のスクリーン２８間に位置する第２のスクリーン２７が有効化される期間の例えば２倍に設定されるように、映像信号が生成されてもよい。これにより、単位時間当たりの有効化される期間が、第１〜第３のスクリーン２６〜２８それぞれで均等になるため、各スクリーン上のコンテンツに対応する虚像の視認性を揃えやすくなる。代替的に、映像信号はそのままで、往復の折り返しに位置する第１のスクリーン２６と第３のスクリーン２８とが有効化されるそれぞれの期間において、プロジェクタ３０から放出される光の出力強度を一時的に増大させてもよい。図４の例では、映像信号が例えば第１〜第６のフレームを有しているが、スクリーン毎に、画像信号が準備されて、有効化される特定のスクリーンに応じて、その準備された画像信号でプロジェクタ３０が制御されて、第１〜第３のスクリーン２６〜２８に画像が映し出されてもよい。
【００６２】
なお、図４の例では、ＤＭＤ３７が１フレーム期間中、常に制御されることを想定している。言い換えれば、図４の例では、各フレームは、表示期間のみを含み、非表示期間を含まないことを想定している。仮に、各フレームが非表示期間を含む時には、各フレーム中、表示期間だけ、第１〜第３のスクリーン２６〜２８のうちの特定のスクリーンの透明度が低状態に設定されてもよい。
【００６３】
図５は、図３のスクリーン群の他の制御例を示す。図５（Ａ）に示されるように、第１のスクリーン２６は、第１の電圧発生回路１３６によって生成される台形波の電圧値（振幅）によって制御される。また、第３のスクリーン２８は、第３の電圧発生回路１３８によって生成される台形波の電圧値（振幅）によって制御される。第２のスクリーン２７は、１例として、第２の電圧発生回路１３７によって生成される三角波の電圧値（振幅）によって制御される。
【００６４】
図５（Ａ）中の矢印で示される第１のタイミングにおいて、第１のスクリーン２６の透明度は、印加電圧に対応する下限値で低状態に設定される。その後、印加電圧の増加とともに、第１のスクリーン２６の透明度は、上限値に到達し、その上限値で高状態に設定される。この時、図５（Ｂ）中の矢印で示される第２のタイミングにおいて、第２のスクリーン２７の透明度は、印加電圧に対応する下限値で低状態に設定される。
【００６５】
図５（Ａ）中の矢印で示される第１のタイミングを含む第１の期間（第１のフレーム期間）において、第１のスクリーン２６だけが実質的に有効化されて、ユーザは、第１のスクリーン２６上の映像等のコンテンツに対応する虚像を認識することができる。第１のフレーム期間の後半及び第２のフレーム期間の前半において、第１のスクリーンの透明度が徐々に増加するので、第１のスクリーン２６の位置に対応する虚像は、徐々に消える。従って、図５の例では、ユーザが虚像を視認する時の負担が軽減される。
【００６６】
図５（Ａ）〜図５（Ｃ）中の矢印で示される第１のタイミング〜第３のタイミング（各フレームの中間時点）で、それぞれ、第１〜第３のスクリーン２６〜２８は、下限値の透明度を有する。具体的には、第１のフレーム期間において、第１のスクリーン２６の透明度は、中間値から下限値まで徐々に減少し、その後、下限値から上限値に向かって、中間値まで徐々に増加する。第１のフレーム期間において、第２のスクリーン２７の透明度は、中間値から上限値まで徐々に増加し、その後、上限値から下限値に向かって、中間値まで徐々に減少する。第１のフレーム期間において、第３のスクリーン２８の透明度は、上限値に固定される。
【００６７】
次に、図５（Ｂ）中の矢印で示される第２のタイミングを含む第２の期間（第１のフレーム期間に後続する第２のフレーム期間）において、第１のスクリーン２６の透明度は、中間値から上限値まで徐々に増加し、その後、上限値に固定される。第２のフレーム期間において、第２のスクリーン２７の透明度は、中間値から下限値まで徐々に減少し、その後、下限値から上限値に向かって、中間値まで徐々に増加する。第３のフレーム期間において、第２のスクリーン２７の透明度が下限値に到達した時点から、第３のスクリーン２８の透明度は、上限値から下限値に向かって、中間値まで徐々に減少する。第２のフレーム期間において、第２のスクリーン２７だけが実質的に有効化されて、ユーザは、第２のスクリーン２７上の映像等のコンテンツに対応する虚像を認識することができる。
【００６８】
図５の例では、図４の例と同様に、第１のスクリーン２６から第３のスクリーン２８を順次に有効化することができ、その後、第２のスクリーン２７から第１のスクリーン２６を順次に有効化することができる。有効化される特定のスクリーンの特定の位置が順次に変化するので、ユーザは、虚像面の位置が第１のスクリーン２６に対応する虚像面Ｖａの位置と第３のスクリーン２８に対応する虚像面Ｖｃの位置との間で往復する、その虚像面上の虚像を認識することができる。常に、隣のスクリーンが有効化されるので、ユーザの視点に対する虚像の距離変動が小さくなり、ユーザの視認性を向上させることができる。加えて、図５の例では、有効化される時に、スクリーンの透明度が徐々に変化するので、ユーザの負担が軽減される。
【００６９】
なお、図５の例では、第１〜第３のスクリーン２６〜２８は、台形波の電圧値又は三角波の電圧値によって制御されていたが、台形波又は三角波は、直ぐに繰り返されてなくてもよい。すなわち、例えば第１のスクリーン２６の透明度は、中間値から下限値まで徐々に減少し、その後、直ぐに上限値に向かって増加しているが、中間値から下限値まで徐々に減少した時に、その下限値は、所定の期間固定されてもよい。この下限値に固定される期間は、第１〜第３のスクリーン２６〜２８の制御全てに設けられてもよく、一部のスクリーンの制御にのみ設けられてもよく、スクリーン毎に異なる長さで設けられてもよい。
【００７０】
例えば、往復の折り返しに位置する第１のスクリーン２６と第３のスクリーン２８と有効化される時に、第１のスクリーン２６及び第３のスクリーン２８の透明度が下限値に固定されるそれぞれの期間を、第１のスクリーン２６と第３のスクリーン２８との間に位置する第２のスクリーン２７が下限値に固定される期間より長く設定してもよい。１例として、第１のスクリーン２６と第３のスクリーン２８との透明度が下限値に固定される期間が、第２のスクリーン２７の透明度が上限値となる時点から、その上限値から下限値に到達して再び上限値となる時点までの期間と同じになるように設定されてもよい。また、往復の折り返しに位置する第１のスクリーン２６と第３のスクリーン２８との透明度が下限値で固定されるそれぞれの期間において、プロジェクタ３０の出力強度を一時的に増大させてもよい。
【００７１】
本発明は、上述の例示的な実施形態に限定されず、また、当業者は、上述の例示的な実施形態を特許請求の範囲に含まれる範囲まで、容易に変更することができるであろう。
【符号の説明】
【００７２】
１０・・・ヘッドアップディスプレイ装置、１２・・・拡大反射鏡、１３・・・コンバイナ、２０・・・表示部、２１・・・ハウジング、２１ａ・・・壁部、２１ｂ・・・穴部、２３・・・中間スクリーン、２４・・・フィールドレンズ、２５・・・テレセントリックレンズ、２６，２７，２８・・・スクリーン、２９・・・制御部、３０・・・プロジェクタ、３１，３２，３３・・・発光素子、３４，３５・・・ダイクロイックミラー、３６・・・プリズムレンズ、３７・・・ＤＭＤ、３８・・・投影レンズ、６０・・・映像信号生成部、１３３・・・同期信号抽出部、１３４・・・表示制御部、１３６，１３７，１３８・・・電圧発生回路、ＣＬ・・・光軸、Ｌ１・・・光線。
【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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