(57)【要約】【課題】装置のコスト上昇を抑制しつつ、表示像と重なった位置若しくは隣接する位置に映る車外の風景に合わせた遠近感を形成することが可能な車両用投影表示装置を提供する。【解決手段】ＨＵＤ装置により表示される虚像２１の結像面２２が、アイポイントＥＰと前記虚像とを結ぶ視線１８の方向と直交する面に対して傾斜した状態で配置されている。平面的な虚像２１であっても実際に奥行きや遠近感が得られるので、立体像を表示する必要がない。二次元表示パネル１１をＹ軸に対して傾斜した状態で配置すると共に、二次元表示パネル１１の面と直交する軸に対して傾斜したＺ方向に出射光１３を出射する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の表示領域に平面状に形成される任意の表示像を含む光を、投影部から出射して車両のウインドシールド、若しくはその近傍に導き、前記ウインドシールド若しくはその近傍の表面で反射した前記光の表示像が所定のアイポイントで虚像として視認できるように投影する車両用投影表示装置であって、
前記虚像の結像面が、前記アイポイントと前記虚像とを結ぶ視線の方向と直交する面に対して傾斜した状態で配置されている、
ことを特徴とする車両用投影表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用投影表示装置であって、
前記表示像を表示する表示パネルが傾斜した状態で配置され、前記表示パネルの面に垂直な方向に対して方向が傾斜した傾斜軸の方向に向かう光を利用して前記投影部から出射する光を生成する、
ことを特徴とする車両用投影表示装置。
【請求項３】
請求項２に記載の車両用投影表示装置であって、
前記表示パネルは、透過型の表示デバイスであり、
更に、前記表示パネルの背面側に配置された照明用のバックライトを備える、
ことを特徴とする車両用投影表示装置。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載の車両用投影表示装置であって、
前記表示パネルの前面側に配置された光学フィルタを更に備え、
前記光学フィルタは、前記表示パネルの面に垂直な方向に対して方向が傾斜した傾斜軸の方向に向かう光を選択的に透過する、
ことを特徴とする車両用投影表示装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の車両用投影表示装置であって、
前記虚像が、前記アイポイントから視た水平方向よりも下方の位置に配置され、
少なくとも、前記アイポイントから前記虚像の下端までの距離に比べて前記虚像の上端までの距離が大きくなる方向に前記虚像の面が傾斜している、
ことを特徴とする車両用投影表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両において運転者の前方にあるウインドシールド（窓ガラス）等の光反射を利用して表示を行う車両用投影表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、一般的な車両用のヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置においては、表示すべき様々な情報を含む光の像をＨＵＤユニットからフロントウインドシールド、又はコンバイナと呼ばれる反射板に投影し、フロントウインドシールド等で反射した光が運転者の視点の方向に向かうように光路を形成する。したがって、運転者は、フロントウインドシールドを通して車両の前方の風景を視認しながら、同時にフロントウインドシールド等に映るＨＵＤの表示を虚像として視認することができる。つまり、運転者は通常の運転状態を維持したまま、視線を移動することなしに様々な情報をＨＵＤの表示により視認することができる。
【０００３】
本発明と関連のある従来技術が例えば特許文献１〜特許文献４に示されている。
特許文献１では、遊技機の表示画面において、疑似立体表示を行うために、文字パターン等の表示領域に隣接する背景領域に陰影を表示させている。
【０００４】
特許文献２では、疑似立体表示を可能にするために、表示部と、その表示部に表示された映像を観察位置に向けて反射するミラーと、そのミラーの角度を変化させる角度可変手段とを備えている。
【０００５】
特許文献３では、奥行き方向の適正な配置位置に容易に取り付けることが可能な車両用表示装置（ＨＵＤ装置）を示している。
【０００６】
特許文献４は、ＨＵＤ装置において、独立した右目用ディスプレイおよび左目用ディスプレイを用いて、右目用虚像と左目用虚像とをそれぞれ表示して、立体像を表示させることを示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−４７３７４号公報
【特許文献２】特開２００９−１４５８２９号公報
【特許文献３】特開２０１３−２４１０３５号公報
【特許文献４】特開２０１４−１０４１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
車両用のＨＵＤにおいては、虚像として投影される表示像と、車外の実際の風景とが重なった状態で表示されるのが一般的である。この場合、ＨＵＤが表示する表示像は平面的な像であるため、立体的な風景と、平面的な像とが同じ位置で重なって多少不自然な状態で運転者に視認される。具体的には、遠近感のある風景と、遠近感のない表示像とが重なるので、運転者が風景及び表示像のいずれかを視認する際に、目の焦点を調節しにくい状況になる。また、風景及び表示像の距離感の違いにより運転者が違和感を感じる可能性がある。
【０００９】
そこで、ＨＵＤの表示像を遠近感をもって表示できれば、上記のような問題を解消又は緩和できると考えられる。しかしながら、特許文献４のような技術を採用する場合には、複数のディスプレイが必要になるので、装置のコストが大幅に上昇するのは避けられない。また、特許文献３の技術では、表示位置の前後方向の調節が可能であるが遠近感をもった表示はできない。また、特許文献２の技術では、ミラーの角度の変化に伴って像を表示する位置が大きく移動してしまうので、表示像の位置を固定することができない。また、特許文献１の技術では、背景の濃淡を用いた擬似的な立体表示であり、視認する目の位置から像までの距離は一定であるので、実際には遠近感が得られない。
【００１０】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、装置のコスト上昇を抑制しつつ、表示像と重なった位置若しくは隣接する位置に映る車外の風景に合わせた遠近感を形成することが可能な車両用投影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】
【００１１】
前述した目的を達成するために、本発明に係る車両用投影表示装置は、下記（１）〜（５）を特徴としている。
（１）  所定の表示領域に平面状に形成される任意の表示像を含む光を、投影部から出射して車両のウインドシールド、若しくはその近傍に導き、前記ウインドシールド若しくはその近傍の表面で反射した前記光の表示像が所定のアイポイントで虚像として視認できるように投影する車両用投影表示装置であって、
前記虚像の結像面が、前記アイポイントと前記虚像とを結ぶ視線の方向と直交する面に対して傾斜した状態で配置されている、
ことを特徴とする車両用投影表示装置。
（２）  上記（１）に記載の車両用投影表示装置であって、
前記表示像を表示する表示パネルが傾斜した状態で配置され、前記表示パネルの面に垂直な方向に対して方向が傾斜した傾斜軸の方向に向かう光を利用して前記投影部から出射する光を生成する、
ことを特徴とする車両用投影表示装置。
（３）  上記（２）に記載の車両用投影表示装置であって、
前記表示パネルは、透過型の表示デバイスであり、
更に、前記表示パネルの背面側に配置された照明用のバックライトを備える、
ことを特徴とする車両用投影表示装置。
（４）  上記（２）又は（３）に記載の車両用投影表示装置であって、
前記表示パネルの前面側に配置された光学フィルタを更に備え、
前記光学フィルタは、前記表示パネルの面に垂直な方向に対して方向が傾斜した傾斜軸の方向に向かう光を選択的に透過する、
ことを特徴とする車両用投影表示装置。
（５）  上記（１）乃至（４）のいずれか１項に記載の車両用投影表示装置であって、
前記虚像が、前記アイポイントから視た水平方向よりも下方の位置に配置され、
少なくとも、前記アイポイントから前記虚像の下端までの距離に比べて前記虚像の上端までの距離が大きくなる方向に前記虚像の面が傾斜している、
ことを特徴とする車両用投影表示装置。
【００１２】
上記（１）の構成の車両用投影表示装置によれば、表示される前記虚像の結像面が、視線の方向と直交する面に対して傾斜している。そのため、運転者の視点の位置に相当するアイポイントと前記虚像との間の距離については、前記虚像の下端と上端とで違いが生じる。つまり、特別な立体像を表示しなくても、前記虚像上の領域毎に上下位置の違いに応じた遠近感、つまり奥行きが発生する。この虚像上の遠近感を、実際の風景における遠近感に合わせることも可能である。
上記（２）の構成の車両用投影表示装置によれば、前記表示パネルの面に垂直な方向に対して傾斜した方向の光を利用して前記虚像を形成するので、前記虚像の結像面が、視線の方向と直交する面に対して傾斜するように配置することができる。つまり、前記表示パネルを傾斜状態で配置することにより、前記虚像の結像面も傾斜させることができる。
上記（３）の構成の車両用投影表示装置によれば、前記バックライトを用いて背面側から前記表示パネルを照明することにより、前記傾斜軸の方向に対しても十分に大きい光量の光を出射することが可能になる。
上記（４）の構成の車両用投影表示装置によれば、前記表示パネルが傾斜している場合であっても、前記虚像の表示に必要な光を、前記傾斜軸の方向に効率良く出射することが可能になり、高輝度の虚像表示が可能になる。
上記（５）の構成の車両用投影表示装置によれば、傾斜している前記虚像上の上下方向の遠近感の違いが、前記アイポイントから道路の路面等を視た場合の遠近感の違いと近い状態になる。これにより、運転者が感じる違和感を解消することができ、位置の違いによる目の焦点調節も容易になる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の車両用投影表示装置によれば、装置のコスト上昇を抑制しつつ、表示像と重なった位置若しくは隣接する位置に映る車外の風景に合わせた遠近感を形成することが可能である。すなわち、格別に立体像を形成しなくても、表示される虚像の面が傾斜していることにより所望の遠近感が得られる。
【００１４】
以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、車両用投影表示装置を搭載した車両を側方から視た状態の各部の光路を示す光路図である。
【図２】図２は、車両の運転者が視認可能な車両前方の風景及び表示される虚像の具体例を示す正面図である。
【図３】図３は、図１の車両用投影表示装置に利用可能な二次元表示パネル及びその周辺部の構成例（１）を示す側面図である。
【図４】図４は、図１の車両用投影表示装置に利用可能な二次元表示パネル及びその周辺部の構成例（２）を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の車両用投影表示装置に関する具体的な実施の形態について、各図を参照しながら以下に説明する。
【００１７】
＜車両用投影表示装置の概要＞
本発明の実施形態の車両用投影表示装置を搭載した車両を側方から視た状態の各部のレイアウト及び光路の概要を図１に示す。本実施形態の車両用投影表示装置は、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）を構成している。
【００１８】
図１に示したＨＵＤユニット１０は、車両の運転席の前方に配置されたダッシュボードの内側に組み込まれている。ＨＵＤユニット１０の内部には、二次元表示パネル１１及び反射鏡１５が備わっている。二次元表示パネル１１は、数値、文字、図形など様々なパターンの可視情報を必要に応じて表示することが可能な画面を有している。具体例としては、現在の車両のスピードメータの表示値を表す数値や「ｋｍ／ｈ」等の文字を画面に表示することができる。また、二次元表示パネル１１は、画面に表示した可視情報を含む光を出射光１３として出射することができる。
【００１９】
二次元表示パネル１１からの出射光１３は、反射鏡１５に向かい、更に反射鏡１５の表面で反射して上方に向かう出射光１６としてＨＵＤユニット１０の開口部（図示せず）から出射される。反射鏡１５は拡大光学系を形成する。ＨＵＤユニット１０から出射された出射光１６は、車両のウインドシールド（窓ガラス）１７のある領域１７ａで反射され、視点ＥＰに向かう。
【００２０】
したがって、車両の運転者等が視点ＥＰの位置から視線１８の方向を視た場合には、ウインドシールド１７の領域１７ａの前方の位置で虚像２１を視認することができる。すなわち、二次元表示パネル１１の画面に表示された可視像の内容と同じ像が、虚像２１として虚像結像面２２の位置に結像する。
【００２１】
したがって、車両の運転者は、視点ＥＰの位置から視線１８の方向を視た場合に、車両外の風景（道路の路面や自車のボンネットなど）と位置が重なった状態で、ＨＵＤユニット１０の表示像である虚像２１を視認することができる。
【００２２】
図１に示した構成において特徴的な事項は、虚像結像面２２の向きが、視線１８と直交する向きに対して傾斜していることである。また、傾斜した虚像結像面２２を形成するために、図１に示した二次元表示パネル１１の向きは、虚像結像面２２と同じように傾斜して配置されている。更に、出射光１３の光軸も、二次元表示パネル１１の面に垂直な方向に対して傾斜している。
【００２３】
＜運転者の視認状況の具体例＞
車両の運転者が視認可能な車両前方の風景及び表示される虚像の具体例を図２に示す。すなわち、車両の運転席に着座した状態の運転者は、例えば図２に示すような風景３０を透明なウインドシールド１７を介して視認することができる。また、図１のＨＵＤユニット１０を搭載した車両の場合には、例えば図１に示すＨＵＤ表示領域２０の位置に表示される虚像２１も同時に視認することができる。
【００２４】
＜風景の視認状況＞
図２に示すように、運転者が視認する風景３０には、路面３０ａ、路面上の車線標示３０ｂなどが含まれており、これらの風景３０は道路上の前方にある無限遠点３１に向かって収束するような状況として視認される。例えば、運転者が視認する領域の下端から無限遠点３１に対応する上下方向の位置Ｙｃまでの範囲の領域Ａ１においては、上に向かうに従って、路面３０ａ及び車線標示３０ｂの幅が小さくなる。つまり、上に向かうに従って、対象物までの距離が遠くなっていることが分かる。また、上下方向の位置Ｙｃから上端までの範囲の領域Ａ２では、下に向かうに従って、対象物までの距離が遠くなっていることが分かる。尚、無限遠点３１は、通常の状態では運転者が視点ＥＰから水平方向前方を視た場合の遠方に位置している。
【００２５】
＜虚像の視認状況＞
図２に示したように、虚像２１が表示されるＨＵＤ表示領域２０は、台形のような形状を呈している。つまり、領域上端２０ａのＸ方向の幅は、領域下端２０ｂの幅よりも小さくなっている。したがって、ＨＵＤ表示領域２０の形状は、無限遠点３１に向かって収束する風景３０の距離感と同じような距離感を運転者に与えることになる。
【００２６】
実際には、図２に示すＨＵＤ表示領域２０は、図１に示した虚像結像面２２に相当する。つまり、視点ＥＰからＨＵＤ表示領域２０の領域上端２０ａまでの距離は、領域下端２０ｂまでの距離よりも大きい。したがって、視点ＥＰから視て領域上端２０ａは領域下端２０ｂよりも遠方の位置にあり、傾斜しているＨＵＤ表示領域２０に結像される虚像２１は、現実に遠近感を与えることができる。
【００２７】
しかも、虚像結像面２２の傾きにより形成される虚像２１上の遠近感と、その近傍の風景３０の遠近感とが同じ方向に現れる。つまり、虚像２１と風景３０は、共に無限遠点３１の位置に近づくに従って遠方であることを感じさせる状態になり、視覚上の違和感が生じにくいし、運転者の目の焦点調節も容易になる。
【００２８】
＜二次元表示パネル１１の構成例（１）＞
図１の車両用投影表示装置に利用可能な二次元表示パネル及びその周辺部の構成例（１）を図３に示す。
【００２９】
図３に示した構成においては、前述の二次元表示パネル１１として、透過型液晶表示パネル１１Ａを採用している。また、透過型液晶表示パネル１１Ａの背面側にバックライト１２を配置している。
【００３０】
図３に示すように、平板形状の透過型液晶表示パネル１１Ａの面は、縦方向（Ｙ軸）に対して所定角度θだけ傾斜した状態で固定されている。バックライト１２は、Ｚ軸方向に向けて照明光１２ａを照射する。照明光１２ａとしては例えば白色光を用いる。照明光１２ａは、透過型液晶表示パネル１１Ａを透過する際に、表示像１１ａの内容に従って濃淡や色彩が変調され、出射光１３としてＺ方向に出射される。
【００３１】
透過型液晶表示パネル１１Ａが傾斜しているので、表示像１１ａ上の互いに異なる位置の点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、Ｚ軸方向に互いにずれた位置に存在している。つまり、点Ｐ１の座標（ｙ１，ｚ１）、点Ｐ２の座標（ｙ２，ｚ２）、点Ｐ３の座標（ｙ３，ｚ３）の間には光軸方向（Ｚ方向）の位置の違いがある。
【００３２】
したがって、例えば図１の虚像２１を表示する場合の光源となる各点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のＺ方向の位置の違いによって、虚像結像面２２は透過型液晶表示パネル１１Ａと同様に傾斜した状態になる。つまり、透過型液晶表示パネル１１Ａを傾斜した状態で配置すると共に、透過型液晶表示パネル１１Ａの面と垂直な方向に対し傾斜した方向（Ｚ）に出射光１３を出射することにより、虚像結像面２２が傾斜した状態になるように、虚像２１を表示することができる。
【００３３】
＜二次元表示パネル１１の構成例（２）＞
図１の車両用投影表示装置に利用可能な二次元表示パネル及びその周辺部の構成例（２）を図４に示す。
【００３４】
図４に示した構成においては、前述の二次元表示パネル１１として、自発光型表示パネル１１Ｂを採用している。具体的には、自発光型表示パネル１１Ｂとして有機ＥＬ表示パネルを利用できる。図３に示した構成と同様に、平面形状の自発光型表示パネル１１Ｂの面は、縦方向（Ｙ軸）に対して所定角度θだけ傾斜した状態で固定されている。
【００３５】
また、図４の構成では自発光型表示パネル１１Ｂの前面側に光学フィルタ１４を配置してある。光学フィルタ１４は、表示像１１ａからＺ軸方向に向かう出射光１３を得るために必要な機能を提供する。具体例としては、光学フィルタ１４に方向選択性を有する光学部材を用いて、Ｚ方向に向かう光を透過し、Ｚ方向以外の光は遮光する特性を持たせる。これにより、出射光１３以外の余分な光が反射鏡１５に向かうのを防止できる。
【００３６】
また、自発光型表示パネル１１Ｂにおける表示視野角が比較的狭い場合には、光を屈折する光学材料を光学フィルタ１４に用いて、自発光型表示パネル１１Ｂからの光の出射方向が最大になる方向（一般的には面に垂直な方向）が傾斜して、Ｚ方向を向くように光を屈折させる。これにより、出射光１３の光量を増やすことができ、虚像２１の視認性が改善される。
【００３７】
＜上記以外の変形の可能性＞
図１に示した車両用投影表示装置においては、二次元表示パネル１１の位置及び傾斜角度が固定されている場合を想定しているが、調整機構を設けて、位置及び傾斜角度を適宜手動で修正できるように構成しても良い。これにより、視点ＥＰの位置の変化に合わせて虚像２１の表示位置を調整したり、ユーザ（運転者）の好みに合わせて虚像２１の遠近感（奥行き）を調整することが可能になる。
【００３８】
二次元表示パネル１１については、透過型、自発光型の他に反射型の表示パネルを利用することも可能である。
【００３９】
図２に示した例では、ＨＵＤ表示領域２０と風景３０との位置が重なるように配置してあるが、ウインドシールド１７と隣接する箇所、例えばダッシュボード上などにコンバイナ（反射板）を配置し、コンバイナの領域に虚像２１が映るようにレイアウトを変更しても良い。
【００４０】
図２に示した例では、ＨＵＤ表示領域２０が無限遠点３１と対応する位置Ｙｃよりも下方に位置しているので、領域上端２０ａが領域下端２０ｂよりも遠方に配置されるように虚像結像面２２の傾斜方向を定めてある。したがって、ＨＵＤ表示領域２０が位置Ｙｃよりも上方に配置される場合には、反対に領域下端２０ｂが領域上端２０ａよりも遠方に配置されるように虚像結像面２２の傾斜を定めることが想定される。
【００４１】
ここで、上述した本発明に係る車両用投影表示装置の実施形態の特徴をそれぞれ以下（１）〜（５）に簡潔に纏めて列記する。
（１）  所定の表示領域に平面状に形成される任意の表示像を含む光を、投影部（ＨＵＤユニット１０）から出射して車両のウインドシールド（１７）、若しくはその近傍に導き、前記ウインドシールド若しくはその近傍の表面で反射した前記光の表示像が所定のアイポイント（視点ＥＰ）で虚像（２１）として視認できるように投影する車両用投影表示装置であって、
前記虚像の結像面（虚像結像面２２）が、前記アイポイントと前記虚像とを結ぶ視線（１８）の方向と直交する面に対して傾斜した状態で配置されている、
ことを特徴とする車両用投影表示装置。
（２）  上記（１）に記載の車両用投影表示装置であって、
前記表示像を表示する表示パネル（二次元表示パネル１１）が傾斜した状態で配置され、前記表示パネルの面に垂直な方向に対して方向が傾斜した傾斜軸（Ｚ）の方向に向かう光を利用して前記投影部から出射する光を生成する、
ことを特徴とする車両用投影表示装置。
（３）  上記（２）に記載の車両用投影表示装置であって、
前記表示パネルは、透過型の表示デバイス（透過型液晶表示パネル１１Ａ）であり、
更に、前記表示パネルの背面側に配置された照明用のバックライト（１２）を備える、
ことを特徴とする車両用投影表示装置。
（４）  上記（２）又は（３）に記載の車両用投影表示装置であって、
前記表示パネルの前面側に配置された光学フィルタ（１４）を更に備え、
前記光学フィルタは、前記表示パネルの面に垂直な方向に対して方向が傾斜した傾斜軸（Ｚ）の方向に向かう光を選択的に透過する、
ことを特徴とする車両用投影表示装置。
（５）  上記（１）乃至（４）のいずれか１項に記載の車両用投影表示装置であって、
前記虚像が、前記アイポイント（ＥＰ）から視た水平方向よりも下方の位置（Ａ１）に配置され、
少なくとも、前記アイポイントから前記虚像の下端（領域下端２０ｂ）までの距離に比べて前記虚像の上端（領域上端２０ａ）までの距離が大きくなる方向に前記虚像の面が傾斜している、
ことを特徴とする車両用投影表示装置。
【符号の説明】
【００４２】
１０  ＨＵＤユニット
１１  二次元表示パネル
１１ａ  表示像
１１Ａ  透過型液晶表示パネル
１１Ｂ  自発光型表示パネル
１２  バックライト
１２ａ  照明光
１３，１６  出射光
１４  光学フィルタ
１５  反射鏡
１７  ウインドシールド
１８  視線
２０  ＨＵＤ表示領域
２０ａ  領域上端
２０ｂ  領域下端
２１  虚像
２２  虚像結像面
３０  風景
３０ａ  路面
３０ｂ  路面上の車線標示
３１  無限遠点
Ａ１，Ａ２  領域
【図１】
2016053686.tif 000003
【図２】
2016053686.tif 000004
【図３】
2016053686.tif 000005
【図４】
2016053686.tif 000006