(57)【要約】  車両のダッシュボード上に配置されるポータブルヘッドアップディスプレイデバイスである。デバイスは、表面への取り付けまたは配置に適しており、システム電子部品およびプロジェクタを含むハウジングを含む。ハウジング上にプロジェクタの後方に配置される湾曲した高ゲイン反射スクリーンは、プロジェクタによって生成される画像を受け、その画像を、ハウジングの前部付近に配置される半透明の湾曲コンバイナに反射する。虚像がコンバイナに現れ、それは、コンバイナを越える距離の焦点を有する。１つまたは複数の後方向きセンサおよび制御電子部品は、ドライバによるハンドジェスチャを検出し、画像の表示におけるデバイスの動作を制御する。デバイスは、ダッシュボードの形状に適合される整合可能フットを介してダッシュボードに取り付けられる。ハウジングとフット内に保持されるパック要素との間を結合する磁石は、デバイスの取り外しおよび再配置を容易にする。【選択図】図３ａ
2017531212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
前記ハウジング内に配置されるプロジェクタエンジンと、
高ゲインの内面を有し、前記プロジェクタエンジンからの光が前記内面に入射するように前記ハウジングに結合される、湾曲スクリーンと、
凹面を有し、前記スクリーンから反射される光が前記凹面に入射するように前記ハウジングに結合される、半透明の湾曲コンバイナと
を含む、ポータブルヘッドアップディスプレイデバイス。
【請求項２】
前記スクリーンを前記ハウジングに回転可能に結合するための第１のヒンジと、
前記コンバイナを前記ハウジングに回転可能に結合するための第２のヒンジと
をさらに含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記スクリーンの前記内面が、略球状凹面である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記スクリーンが、前記プロジェクタエンジンからの入射光の方向から上方に傾けられるように前記ハウジングに結合され、
前記コンバイナが、前記スクリーンからの反射光の方向から上方に傾けられるように前記ハウジングに結合される、
請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記スクリーンの前記凹面が、歪曲を補償するように非球状であり、
前記コンバイナの前記凹面が、歪曲を補償するように非球状である、
請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
前記スクリーンを前記ハウジングに回転可能に結合するための第１のヒンジと、
前記コンバイナを前記ハウジングに回転可能に結合するための第２のヒンジと
をさらに含む、請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
画像を前記スクリーンの前記内面に投影するように前記プロジェクタエンジンを制御する制御電子部品
をさらに含み、
前記制御電子部品が、前記コンバイナに現れる画像における歪曲を補償するように、投影される画像を予歪するように前記プロジェクタエンジンを制御する、
請求項４に記載のデバイス。
【請求項８】
前記スクリーンの前記内面のゲインが、少なくとも約４．０である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記スクリーンの前記内面が、若干拡散するように光を反射するように、粗面化面およびコーティングからなる群から選択される表面処理を有する、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記スクリーンの前記内面が、区分的セグメントに構築される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記区分的セグメントが、フレネル面として構成される、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記プロジェクタエンジンが、複数の光源素子を含み、前記複数の光源素子が、それらのうちの他のものによって発せられるのとは異なる選ばれた色の狭波長の光をそれぞれ発し、
前記スクリーンの前記内面が、前記光源によって発せられる光の波長に対応する選ばれた波長の光を反射する二色性コーティングを含む、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記コンバイナの前記凹面が、前記光源によって発せられる光の波長に対応する選ばれた波長の光を反射する二色性コーティングを含む、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記コンバイナの前記凹面が、前記光源によって発せられる光の波長に対応する選ばれた波長の光を反射する二色性コーティングを含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記コンバイナの前記凹面が、前記コンバイナと前記スクリーンとの間の距離の２倍を上回る曲率半径を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記デバイスの使用者によるハンドジェスチャに応答して信号を生成する後方向きセンサと、
前記センサおよび前記プロジェクタエンジンに接続され、前記センサによって生成される信号から使用者によるハンドジェスチャを検出し前記ジェスチャに応答して画像を投影するように前記プロジェクタエンジンを制御する、制御電子部品と
をさらに含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１７】
マイクロフォン
をさらに含み、
前記制御電子部品が、前記マイクロフォンに接続され、さらに、前記マイクロフォンを通じて受け取るオーディオコマンドに応答して画像を投影するように前記プロジェクタエンジンを制御する、
請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記後方向きセンサが、カメラを含む、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記カメラが、赤外光に対する感光性を有し、
前記デバイスは、
赤外線発光体
をさらに含み、
前記スクリーンが、前記ハウジングに取り付けられるスクリーンクロージャ内に配置され、前記カメラが、前記スクリーンクロージャに取り付けられ、前記赤外線発光体が、前記カメラの上の位置において前記スクリーンクロージャに取り付けられる、
請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記コンバイナの凸面に紫外光を投影する第２のプロジェクタ
をさらに含み、
前記制御電子部品が、前記第２のプロジェクタに接続され、画像を投影するように前記第２のプロジェクタを制御し、
前記コンバイナの前記凸面が、前記第２のプロジェクタによって投影される画像が見えるように紫外光に対する感光性を有する、
請求項１６に記載のデバイス。
【請求項２１】
画像を撮影する前方向きカメラ
をさらに含み、
前記制御電子部品が、前記前方向きカメラに接続され、前記前方向きカメラによって撮影される画像上の道路位置インジケーションに応答して画像を投影するように前記プロジェクタエンジンを制御する、
請求項１６に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記ハウジング内に配置される１つまたは複数の振動補償モータと、
前記ハウジング内に配置される、振動を感知するための姿勢センサと、
前記姿勢センサに接続され、前記姿勢センサからの信号に応答して前記１つまたは複数の振動補償モータを制御する制御電子部品と
をさらに含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記１つまたは複数の振動補償モータが、前記スクリーンおよび前記コンバイナのうちの１つまたは複数に接続される、請求項２２に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記ハウジング内に配置される、振動を感知するための姿勢センサと、
前記姿勢センサに接続され、前記姿勢センサによって感知される振動を補償するように、投影のときに前記画像が予歪されるように、前記姿勢センサからの信号に応答して、前記スクリーンの前記内面に画像を投影するように前記プロジェクタを制御する、制御電子部品と
をさらに含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項２５】
前記ヘッドアップディスプレイデバイスの付近にある外部コンピューティングデバイスと通信するためのトランシーバと
前記トランシーバに接続され、前記外部コンピューティングデバイスにおいて実行されるアプリケーションからのグラフィックデータを表す画像を前記スクリーンの前記内面上に投影するように前記プロジェクタエンジンを制御する、ディスプレイサブシステムと
を含む、制御電子部品
をさらに含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項２６】
車両のドライバに見える画像を生成する方法であって、
ヘッドアップディスプレイデバイスを車両の運転席の前にあるダッシュボード上に配置するステップと、
前記ヘッドアップディスプレイデバイスに取り付けられる湾曲スクリーンの内面に向けて、後方に画像を投影するように前記ヘッドアップディスプレイデバイス内のプロジェクタエンジンを動作させるステップであって、前記スクリーンの前記内面が、高ゲインを有しドライバから逸れた方を向く、ステップと、
投影画像を、前記スクリーンから前記ヘッドアップディスプレイデバイスに取り付けられる半透明の湾曲コンバイナの、前記ドライバの方に向く凹面に反射するステップと
を含む、方法。
【請求項２７】
前記スクリーンが、前記プロジェクタエンジンからの入射光の方向から上方に傾けられるように、前記ハウジングに結合され、
前記コンバイナが、前記スクリーンからの反射光の方向から上方に傾けられるように、前記ハウジングに結合され、
前記プロジェクタエンジンを動作させるステップが、前記コンバイナに現れる画像におけるキーストーン形歪曲を補償するように、投影のときに前記画像を予歪するステップを含む、
請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記プロジェクタエンジンを動作させるステップが、複数の光源素子のそれぞれからの光を変調するステップを含み、各光源素子が、前記複数の光源素子のうちの他のものによって発せられるのとは異なる選ばれた色の狭波長の光を発する、
請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
ドライバによるハンドジェスチャを検出するステップと、
第１のハンドジェスチャに応答して第１の画像を投影するように前記プロジェクタエンジンを動作させるステップと
をさらに含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
前記第１の画像を投影するようにプロジェクタエンジンを動作させるステップの後にオーディオコマンドを検出するステップと、
前記オーディオコマンドに応答して第２の画像を投影するように前記プロジェクタエンジンを動作させるステップと
をさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記第１の画像を投影するようにプロジェクタエンジンを動作させるステップの後に第２のハンドジェスチャを検出するステップと、
前記第２のハンドジェスチャに応答して第３の画像を投影するように前記プロジェクタエンジンを動作させるステップと
をさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記ハンドジェスチャを検出するステップが、カメラ、赤外線カメラ、静電容量センサ、電磁センサおよび超音波センサからなる群から選択される１つまたは複数のセンサによって実施される、請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】
前記ハンドジェスチャを検出するステップが、赤外線カメラによって実施され、
赤外光によりドライバを照明するステップ
をさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３４】
前記ヘッドアップディスプレイデバイスにおいて外部通信を受信するステップと、
次いで、前記外部通信に応答して画像を投影するように前記プロジェクタエンジンを動作させるステップと、
ドライバによるハンドジェスチャを検出するステップと、
次いで、第３のハンドジェスチャに応答して、異なる画像を投影するように前記プロジェクタエンジンを動作させるステップと
をさらに含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３５】
前記ヘッドアップディスプレイデバイスの近くにある通信デバイスとペアになるように前記ヘッドアップディスプレイデバイス内のトランシーバを動作させるステップ
をさらに含み、
前記外部通信が、前記通信デバイスによって受信され前記トランシーバに伝えられる、
請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記ヘッドアップディスプレイデバイスにおいて周辺光の状態を感知するステップ
をさらに含み、
前記プロジェクタエンジンを動作させるステップが、前記感知された周辺光の状態に応答して、投影される光の輝度を調節するステップを含む、
請求項２６に記載の方法。
【請求項３７】
ハウジングと、
前記ハウジング内に配置されるプロジェクタエンジンと、
前記ハウジングに結合されるスクリーンであって、前記プロジェクタエンジンからの光が前記スクリーンの表面に入射される、スクリーンと、
前記スクリーンから反射される光を受けるように前記ハウジングに結合される半透明コンバイナと、
前記ハウジングに取り付けられる、前記デバイスの使用者によるハンドジェスチャに応答して信号を生成する少なくとも１つの後方向きセンサと、
前記センサおよび前記プロジェクタエンジンに接続され、前記センサによって生成される信号から使用者によるハンドジェスチャを検出し、前記ジェスチャに応答して画像を投影するように前記プロジェクタエンジンを制御する、制御電子部品と
を含む、ポータブルヘッドアップディスプレイデバイス。
【請求項３８】
ハウジングに取り付けられるマイクロフォン
をさらに含み、
前記制御電子部品が、さらに、前記マイクロフォンに接続され、前記マイクロフォンを通して受けるオーディオコマンドに応答して画像を投影するように前記プロジェクタエンジンを制御する、
請求項３７に記載のデバイス。
【請求項３９】
前記少なくとも１つの後方向きセンサが、カメラ、赤外線カメラ、静電容量センサ、電磁センサおよび超音波センサからなる群から選択される、請求項３７に記載のデバイス。
【請求項４０】
前記少なくとも１つの後方向きセンサが、赤外光に対する感光性を有し、
デバイスは、
赤外線発光体
をさらに含む、請求項３７に記載のデバイス。
【請求項４１】
前記スクリーンが、前記ハウジングに取り付けられるスクリーンエンクロージャ内に配置され、
前記カメラが、前記スクリーンエンクロージャに取り付けられ、前記赤外線発光体が、前記カメラの上の位置において前記スクリーンエンクロージャに取り付けられる、
請求項３７に記載のデバイス。
【請求項４２】
ハウジング本体と、
前記ハウジング本体内に配置されるプロジェクタエンジンと、
前記プロジェクタエンジンから投影される光を受けるように前記ハウジングに取り付けられるディスプレイスクリーンと、
前記ハウジング本体の下面近くに配置される第１の磁石と、
第２の磁石を含むパック要素と、
フット要素と
を含み、
前記フット要素が、
前記パック要素を受けるための開口の周りに配置される補強部分と、
前記開口から離れるように前記補強部分から延びる屈曲可能部分と
を含み、
前記フット要素の前記屈曲可能部分は、前記パック要素が前記補強部分の前記開口内にあり前記第１および第２の磁石が互いに対合した状態で、湾曲面に整合可能である、
ヘッドアップディスプレイデバイス。
【請求項４３】
前記フット要素の前記屈曲可能部分が、
屈曲後にその形状を維持することができる屈曲可能コア材料と、
前記フット要素の下面における整合可能材料とを含む、
請求項４２に記載のデバイス。
【請求項４４】
前記整合可能材料が、粘着面を有する、請求項４３に記載のデバイス。
【請求項４５】
前記屈曲可能コア材料が、アルミニウム合金を含む、請求項４３に記載のデバイス。
【請求項４６】
前記フット要素の前記屈曲可能部分は、前記パック要素が前記補強部分の前記開口内にあり前記第１および第２の磁石が互いに対合した状態で、前記ハウジング本体を越えて横方向に延びる、請求項４３に記載のデバイス。
【請求項４７】
前記フット要素が、ジンバル式玉継手をさらに含み、
前記バジル式玉継手は、前記パック要素が前記補強部分の前記開口内にあり前記第１および第２の磁石が互いに対合した状態で、前記ハウジング本体の下に配置され、前記フット要素に対して前記ハウジング本体を傾けることができるようにする、
請求項４３に記載のデバイス。
【請求項４８】
前記フット要素の前記屈曲可能部分が、
前記フット要素の第１および第２の側から横方向に延びる第１および第２のウイングと、
前記フット要素の第３の側から延びるキックスタンドテール片とを含む、
請求項４３に記載のデバイス。
【請求項４９】
前記パック要素が、
前記第２の磁石を含み、前記フット要素の前記補強部分の前記開口に対応する形状を有する、本体と、
前記本体の上面にある電気コネクタと、
前記電気コネクタに電気的に接続され前記パック要素からプラグまで延びるケーブルとを含む、
請求項４２に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本発明は、車両の操縦者に、「ヘッドアップ」ディスプレイ画像とよく呼ばれる画像のような半透明画像を表示する分野にある。
【背景技術】
【０００２】
[0002]ヘッドアップディスプレイ（「ＨＵＤ」）の基本概念は、（自動車の状況における）ドライバが前方の道路から目を離さずに、またはそうではなくて前方の道路から焦点を合わせなおすことなくその情報を見ることができるように、自動車、航空機または他の車両の操縦者に、操縦者の前方に画像が表示される形態で関連情報を提供することである。典型的には、ヘッドアップディスプレイは、半透明であり、したがって、表示画像を通して道路をだいたい見ることができる。
【０００３】
[0003]従来の自動車用ＨＵＤデバイスおよびシステムは、比較的大きなフォームファクタを有する。例えば、従来の内蔵式ＨＵＤシステムの光学素子および電子部品は、自動車の計器盤内に２リットル程度の体積を占める。これらの大きな物理的体積は、従来のアフターマーケットＨＵＤシステムの成功を限定してきた。従来のアフターマーケットＨＵＤの他の制限は、日光の当たる状態における読み取りにくさ、限定された表示能力、ならびに処理の能力およびフレキシビリティを含む。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
[0004]開示の実施形態は、操縦者の前方の眺めを遮ることなく、ほとんどの最近の自動車の計器盤の上への配置に適する小型のポータブルヘッドアップディスプレイ（「ＨＵＤ」）システムを提供する。
【０００５】
[0005]開示の実施形態は、車両が太陽の方向に向けられるときを含む強烈な日差しから夜間までの範囲の状態下で、表示画像がだいたい透明であるようなシステムを提供する。
[0006]開示の実施形態は、例えば、ネットワークで結ばれたデバイスから伝えられる宛先アドレスにナビゲートすることによって、例えば、近くにあるスマートフォンなどのネットワークで結ばれたコンピューティングデバイスから受けるデータ上で動作する、自立動作することができる全処理演算システム（ｆｕｌｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ａｎｄ  ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ）として動作することができるようなシステムを提供する。
【０００６】
[0007]開示の実施形態は、画像を表示するための要素が、画像の歪曲を最小限にして簡単に調節され得るようなシステムを提供する。
[0008]開示の実施形態は、多種多様な車両のダッシュボードおよびウインドシールドの幾何形状に対して容易に取り外し可能かつ取り付け可能なようなシステムを提供する。
【０００７】
[0009]開示の実施形態は、ネットワークで結ばれたデバイスまたは他のシステムからの情報を視覚的に表示することができ、現在の状況（例えば、車速）に従ってその情報をフィルタリングすることができるようなシステムを提供する。
【０００８】
[0010]開示の実施形態は、操縦者のジェスチャを検出するための１つまたは複数のセンサ、オーディオ入出力、無線通信、環境センサ、運動センサおよび位置センサなどを含む、１つまたは複数の補助的な入出力デバイスを含むことができ、そうしたデバイスから受けた入力において動作することができるようなシステムを提供する。
【０００９】
[0011]開示の実施形態は、投影される光を効果的に使用することによって電力消費レベルを非常に低くし、それによって電池の使用量が最小になり、さらに、構造の小型化および製造コストの削減が可能になるようなシステムを提供する。
【００１０】
[0012]開示の実施形態の他の目的および利点は、図面と併せて以下の明細書を参照すれば当業者には明らかになるであろう。
[0013]本発明の実施形態は、表面への取り付けまたは配置に適しシステム電子部品およびプロジェクタを含むハウジングを含む、ヘッドアップディスプレイデバイスに実装される。ハウジングのプロジェクタの後方に配置される湾曲した高ゲイン反射スクリーンは、プロジェクタによって生成される画像を受け、それをハウジングの前部付近に配置される半透明の湾曲コンバイナに反射する。
【００１１】
[0014]他の態様によれば、本発明の実施形態は、ハウジング内のシステム電子部品によって制御されるプロジェクタのためのハウジングと、プロジェクタによって投影される画像を受ける付属スクリーンと、赤外線発光体と、赤外光に感光性を有するカメラとを含み、赤外線発光体およびカメラがともに、投影される画像を見る操縦者の方向に向けられてデバイス内に一体に取り付けられる、ヘッドアップディスプレイデバイスに実装され得る。カメラは、操縦者によるジェスチャを認識する処理能力を含むシステム電子部品に接続される。カメラの赤外光の動作によって、ディスプレイデバイスは、周囲光が最小の状態下でのジェスチャでも制御され得るようになる。
【００１２】
[0015]他の態様によれば、本発明の実施形態は、ハウジングの底部に結合され車両のダッシュボードに対して適合可能な「フット」と組み合わせられる、ハウジングおよび半透明のビューイングスクリーンと、ハウジング内の磁石に磁気作用によって結合されハウジング内の制御電子部品に電気接続をもたらすパックとを含む、ヘッドアップディスプレイデバイスに実装され得る。フットは、パックを受けるための開口を含む補強部と、補強部から延び広範な車両ダッシュボードに整合し接着可能な屈曲可能部分とを有する。屈曲可能部分は、その曲がった形状を保持する、アルミニウム合金のような材料からなるコアを含む。そうしたいくらか粘性の整合可能材料（ｃｏｎｆｏｒｍａｂｌｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ）は、屈曲可能プレートの下面に取り付けられ、それによってデバイスは、配置されると計器盤のところに留まることになる。ハウジングと電子部品および光学構成要素は、フット内に配置されるパックに結合する磁石によって容易に分離される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】[0016]実施形態によるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）デバイスの自動車適用例を示す斜視図である。
【図２ａ】[0017]一実施形態に従って構築されたＨＵＤデバイスの垂直断面図である。
【図２ｂ】一実施形態に従って構築されたＨＵＤデバイスの後方断面図である。
【図２ｃ】[0018]一実施形態による、図２ａおよび図２ｂのデバイスを組み込んだＨＵＤシステムの垂直断面および機能を示す図である。
【図３ａ】[0019]動作中の光経路を示す、一実施形態によるＨＵＤデバイスの垂直断面図である。
【図３ｂ】[0020]動作中の光経路および結像を示す、図３ａのＨＵＤデバイスの上面図である。
【図４ａ】[0021]一実施形態によるスクリーンと従来型のフラットスクリーン面を比較する、概略上面図および反射光の光度の関連のプロットである。
【図４ｂ】一実施形態によるスクリーンと従来型のフラットスクリーン面を比較する、概略上面図および反射光の光度の関連のプロットである。
【図４ｃ】一実施形態によるスクリーンと従来型のフラットスクリーン面を比較する、概略上面図および反射光の光度の関連のプロットである。
【図４ｄ】[0022]従来の反射面に対するその光学ゲイン特性を示す、一実施形態のＨＵＤデバイスにおけるスクリーンの断面図である。
【図４ｅ】[0023]各代替実施形態によるスクリーンの垂直断面図である。
【図４ｆ】各代替実施形態によるスクリーンの垂直断面図である。
【図４ｇ】各代替実施形態によるスクリーンの垂直断面図である。
【図５】[0024]図５ａは、一実施形態のＨＵＤデバイスにおけるコンバイナの断面図である。[0025]図５ｂは、他の実施形態によるマルチレンジコンバイナの断面図である。図５ｃは、他の実施形態によるマルチレンジコンバイナの正面図である。
【図６】[0026]図６ａは、一実施形態による、スクリーンおよびコンバイナが様々な角度位置にある、ＨＵＤデバイスの側面図である。図６ｂは、一実施形態による、スクリーンおよびコンバイナが様々な角度位置にある、ＨＵＤデバイスの側面図である。
【図７】[0027]一実施形態のＨＵＤデバイスにおける制御電子部品のアーキテクチャの、ブロックの形態の電気回路図である。
【図８】[0028]一実施形態による、ジェスチャ、ボイス入力および入り通信に応答する、一実施形態によるＨＵＤデバイスの動作を示す流れ図である。
【図９ａ】[0029]図８の実施形態によるＨＵＤデバイスの動作の例を示す流れ図である。
【図９ｂ】図８の実施形態によるＨＵＤデバイスの動作の例を示す流れ図である。
【図１０】[0030]一実施形態によるＨＵＤデバイスの主な物理的構成要素の分解斜視図である。
【図１１】[0031]一実施形態によるＨＵＤデバイスのハウジングの分解斜視図である。
【図１２】[0032]図１２ａは、一実施形態によるパックを含む図１１のハウジングの対合を示す平面図である。図１２ｂは、一実施形態によるパックを含む図１１のハウジングの対合を示す断面図である。
【図１３ａ】[0033]様々な実施形態のフットへのＨＵＤデバイスの取り付けの平面図および立面図である。
【図１３ｂ】様々な実施形態のフットへのＨＵＤデバイスの取り付けの平面図および立面図である。
【図１３ｃ】様々な実施形態のフットへのＨＵＤデバイスの取り付けの平面図および立面図である。
【図１３ｄ】様々な実施形態のフットへのＨＵＤデバイスの取り付けの平面図および立面図である。
【図１３ｅ】様々な実施形態のフットへのＨＵＤデバイスの取り付けの平面図および立面図である。
【図１３ｆ】様々な実施形態のフットへのＨＵＤデバイスの取り付けの平面図および立面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
[0034]本明細書に記載の１つまたは複数の実施形態は、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）デバイスおよび自動車のドライバによって使用されるようなシステムに実装される。というのも、そうした実装は、その状況において特に有利であると企図されるからである。しかし、本発明の概念は、例えば航空用途および船舶用途である他の用途、ならびに、これらに限定されるわけではないが、ビデオゲーム、広告ディスプレイ、アミューズメントパークディスプレイ、シミュレーションシステム、および透明ディスプレイが有用な他の用途にも有利に適用され得ることが企図される。したがって、以下の説明は、一例に過ぎず、特許請求されるような本発明の真の範囲を限定する意図はないと理解すべきである。
【００１５】
[0035]この説明および上述から明らかなように、本明細書に記載の本発明の実施形態は、「ヘッドアップディスプレイ」または「ＨＵＤ」としてよく知られるシースルーディスプレイデバイスに関する。図１は、自動車の状況におけるこれらの実施形態によるデバイスの一般的な適用を示している。図１に示されるように、この状況でのＨＵＤデバイス２は、車のダッシュボードＤＳＨ上に、ダッシュボードＤＳＨ内に設けられている速度計および他の計器類または操作ディスプレイ（図示せず）よりも上であり、かつステアリングホイールＳＷＨよりも上に、典型的にはドライバＤＲＶの視界内に置かれる。ＨＵＤデバイス２は、車両の運転中に、ウインドシールドＷＳＨからの道路の眺めを遮ることなく、ドライバＤＲＶに関連する情報を表示する、シースルー画像を提供する。
【００１６】
[0036]以下の説明から明らかになるように、この実施形態によるＨＵＤデバイス２は、持ち運ぶことができ、様々な車両のダッシュボードＤＳＨの上に簡単に配置され、他の車両での使用またはドライバＤＲＶが公共の駐車場に車を停めたときなどのセキュリティ目的で簡単に取り外し可能なように構築される。したがって、これらの実施形態では、ＨＵＤデバイス２は、ドライバの視界を大きく遮ることなく、ダッシュボードＤＳＨの上に置くことができるように、コンパクトなサイズを有するように構築される。
【００１７】
[0037]図２ａの断面図は、いくつかの実施形態によるＨＵＤデバイス２の様々な構成要素を概略的に示している、図２ａに示されるように、ハウジング４は、例えば、以下に説明されるようなＨＵＤデバイス２の操作に関わるデータおよび画像の処理を実行する１つまたは複数のプリント回路基板上に取り付けられ得るような制御電子部品６を取り囲む。いくつかの実施形態による制御電子部品６のアーキテクチャおよび機能は、以下に詳細に説明される。
【００１８】
[0038]ハウジング４は、さらに、説明のために映写システムを参照する、プロジェクタエンジン１０を取り囲む。プロジェクタエンジン１０は、これらの実施形態によるＨＵＤデバイス２における使用に適した画像の投影に必要な光学素子、光変調素子および光源デバイスを含む。プロジェクタエンジン１０に含まれる光学素子は、適切なレンズ、鏡、光均一化デバイス、偏光デバイス、光を組み合わせるダイクロイックフィルタのようなフィルタ、および、当業界で既知であり最新のプロジェクタの構造に含まれるような他の光学デバイスのうちのいくつかまたはすべてを含むように企図される。プロジェクタエンジン１０に含まれる光変調デバイスは、Ｔｅｘａｓ  ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓからのＤＬＰ（商標）デバイスなどのデジタル・マイクロミラー・アレイ・デバイス（ＤＭＤ）、リキッド・クリスタル・オン・シリコン（ＬＣＯＳ）光変調器、ＬＣＤプロジェクタまたは他のタイプの空間光変調器に使用されているもののような透過型ＬＣＤディスプレイのような当業界で既知のものを含む、いくつかのタイプのうちのうちのいずれかであってよい。いくつかの実施形態での使用に適した他のタイプの光変調デバイスは、レーザ光走査（ＬＢＳ）プロジェクタを含み、そこにおいて、レーザ光源は、電子的または別のやり方で変調され、レーザ光線は、画像、および任意の他の形態の画像投影を走査する１つまたは複数の可動鏡によって走査される。プロジェクタエンジン１０に含まれる光源は、１つもしくは複数のＬＥＤ、１つもしくは複数のレーザ、または他の光源であってよい。例えば、赤、緑および青色のＬＥＤまたはレーザは、「フルカラー」ディスプレイとして知られているものをサポートするように、ＤＭＤおよびＬＣＯＳ変調器によく使用されているが、もちろん、それに加えて、または別法として、他の色の光も使用することができる。これらの技術のいずれにおいても、プロジェクタエンジン１０は、当業界で既知のように、これらの素子を制御するための適切な電子部品も含むように企図される。
【００１９】
[0039]プロジェクタエンジン１０は、この実施形態では、ハウジング４の後縁近くに取り付けられるスクリーンエンクロージャ１３内の湾曲スクリーン１２に向けて、後方に（すなわち、ドライバＤＲＶの方に向けて）画像を投影する。以下に詳細に説明されるように、スクリーン１２は、プロジェクタエンジン１０によって投影される光が、スクリーン１２上に「実」像を形成するように、プロジェクタエンジン１０に対して位置決めされる、反射面、例えば高ゲインの湾曲反射面である。スクリーン１２の構造は、以下により詳細に説明される。
【００２０】
[0040]これらの実施形態によれば、スクリーン１２は、この実像をコンバイナ１４に向けて前方に（すなわち、ウインドシールドの方に向けて）反射する。これらの実施形態によるコンバイナ１４は、半透明の湾曲要素であり、二方向からの光、すなわち、ウインドシールドＷＳＨを透過する光、およびスクリーン１２からの反射光を組み合わせて、図１の配置でのドライバＤＲＶに見えるような、組み合わせられた「虚」像を形成する。コンバイナ１４は、車両の前方の道路状況および他の視覚情報（すなわち、ウインドシールドを通って入ってくる光）をコンバイナ１４を通してドライバＤＲＶが見ることができるようにするだけでなく、プロジェクタエンジン１０によって投影されスクリーン１２によって反射されるコンバイナ１４上の画像もドライバＤＲＶが見ることができるという意味で、半透明である。コンバイナ１４の構造は、以下により詳細に説明される。
【００２１】
[0041]図２ｂは、後方から、すなわち図１のドライバＤＲＶの観察点からのＨＵＤデバイス２を示している。図２ｂから明らかなように、ドライバＤＲＶは、スクリーンエンクロージャ１３の背面を見ることになる。スクリーンエンクロージャ１３内には、スクリーン１２（図２ａ）が（図２ｂにおいて影で示される）プロジェクタエンジン１０に向かい合うように配置される。以下に詳細に説明されるようなスクリーン１２およびコンバイナ１４の構造および配置により、プロジェクタエンジン１０によって投影される光によってもたらされる画像は、スクリーン１２に画像ＩＭＧ＿１２を形成する。画像ＩＭＧ＿１２は、スクリーン１２から反射され、図２ｂに示されるように、画像ＩＭＧ＿１４としてコンバイナ１４上に現れる。このように、画像ＩＭＧ＿１４は、実行される特定の機能に応じてハウジング４内の制御電子部品６によって生成されるグラフィックスおよびその他の視覚情報を、ドライバＤＲＶに見えるように提供する。スクリーンエンクロージャ１３は、図２ｂから明らかなように、プロジェクタエンジン１０によって発せられる光が直接ドライバＤＲＶに届かないようにする働きをする。上述し以下により詳細に説明されるように、これらの実施形態によるコンバイナ１４は半透明なので、ドライバＤＲＶは、ＩＭＧ＿１４が道路の眺めに効果的に重ね合わせられて、コンバイナ１４を通して前方の道路を見ることができる。
【００２２】
[0042]図２ａおよび図２ｂは、さらに、様々な実施形態に実装可能なＨＵＤデバイス２の様々な補助構成要素を示している。この実施形態では、ドライバＤＲＶに向けて照準が定められる後方向きカメラ１８Ｒがスクリーンエンクロージャ１３のドライバ側に取り付けられる。以下により詳細に説明されるように、後方向きカメラ１８によって取得される画像データは、制御電子部品６に伝えられ、そこで、これらのデータは、ドライバＤＲＶによるジェスチャを識別し、これらの識別されたジェスチャに応答して様々な制御機能を実行するように処理される。夜間にこの機能を可能にするために、後方向きカメラ１８Ｒは、赤外光に感光性を有し、スクリーンエンクロージャ１３のドライバ側の面には、赤外線発光体１９（例えば、赤外光を発するＬＥＤ）がドライバＤＲＶに向かい合うように取り付けられる。これらの実施形態によれば、赤外線発光体１９は、カメラ１８Ｒで撮影される画像におけるステアリングホイールＳＷＨ（図１）の影の影響を減少させるために、後方向きカメラ１８の上に取り付けられることが好ましいことが発見された。あるいは、後方向きカメラ１８の代わりに、またはそれに加えて、他のジェスチャ検出技術が実装されてもよく、その例は、奥行きセンサ、光度立体視センサ（ｐｈｏｔｏｍｅｔｒｉｃ  ｓｔｅｒｅｏ  ｓｅｎｓｏｒ）および２つのカメラ配置を含む。
【００２３】
[0043]いくつかの実施形態では、スクリーンエンクロージャ１３の上縁には、ダイレクトレンズ光ブロック（ｄｉｒｅｃｔ  ｌｅｎｓ  ｌｉｇｈｔ  ｂｌｏｃｋ）１７が取り付けられる。ダイレクトレンズ光ブロック１７は、不透明な構造体であり、プロジェクタエンジン１０によって発せられた光が、特に高身長のドライバの場合、ドライバＤＲＶの目に直接入るのを遮る。例えば、ダイレクトレンズ光ブロック１７は、不透明のプラスチック板として構築されてよく、様々な設置においてこの光ブロック機能を果たすように、ドライバＤＲＶによってスクリーンエンクロージャ１３の上縁に対して上下にスライドされて調節され得る。
【００２４】
[0044]いくつかの実施形態では、コンバイナ１４の上縁には、ウインドシールドＷＳＨの方向に照準が定められる前方向きカメラ１８Ｆが設けられ得る。これらの実施形態では、前方向きカメラ１８Ｆは、ウインドシールドＷＳＨを通して見える道路の車線内もしくは間の車両の位置、道路状況または他の環境パラメータに関連する画像データを制御電子部品６に伝え、制御電子部品６は、その情報に応答して、コンバイナ１４に表示されるための情報を生成する。図２ａは、さらに、ハウジング４上に取り付けられる周辺光センサ２１を示している。周辺光センサ２１は、いくつかの実施形態では、周辺光レベルを制御電子部品６に伝える。必要に応じて、１つ以上のそうした周辺光センサ２１がＨＵＤデバイス２内に実装されてもよい。周辺光センサ２１が実装される場合、制御電子部品６は、典型的には周囲が明るい状態では表示画像の輝度を上げ、夜間は輝度を下げるように、プロジェクタエンジン１０によって投影される光の輝度および他の特性を調節することができる。
【００２５】
[0045]図２ａは、ヒンジ１６Ｃによってハウジング４に物理的に連結されるコンバイナ１４、および、ヒンジ１６Ｓによってハウジング４に物理的に連結されるスクリーン１２を示している。ヒンジ１６Ｃによって、コンバイナ１４の角度が、その軸周りに回転的に調節可能になり、ヒンジ１６Ｓによって、スクリーン１２の角度が、その軸周りに回転的に調節可能になる（各軸は、図２ａのページに出入りする）。調節することができることで、様々なダッシュボードＤＳＨの幾何形状について（すなわち、ダッシュボードＤＳＨの上面の平坦さに関わらず）、画像の最小限の歪曲で、ドライバＤＲＶに対して表示される画像の良好な可視性が確実になる。これについては、以下により詳細に説明される。
【００２６】
[0046]図２ｃは、いくつかの実施形態による、自動車の状況における様々な機能と組み合わされる通信システムへのＨＵＤデバイス２の実装形態を示している。この例では、ＨＵＤデバイス２は、近く（すなわち、車内）のデバイスとのローカル通信のためのＢｌｕｅｔｏｔｈまたは他の近距離無線通信（ＮＦＣ）タイプ、セルラーおよび人工衛星などのより長距離の通信機能など、従来の技術による無線送受信を実行するように動作可能な、制御電子部品６の一部として、またはそれと接続される無線通信機能を含む。それに加えて、または別法として、ＦＭおよび他のラジオ通信が実装されてもよい。この例では、システムは、一般的にはドライバＤＲＶ個人のものでありＨＵＤデバイス２との通信のための適切なソフトウェアが入っているスマートフォンＳＰＨを含む。このスマートフォンＳＰＨとの通信により、ＨＵＤデバイス２は、交通、天気、テキストメッセージおよび電子メールなどに関するオンラインアクセス可能な情報を表示することができるようになる。図２ｃに示される実施形態のシステムは、さらに、１つまたは複数の後部カメラＲＣＭを含む。後部カメラＲＣＭは、自動車の車内に配置されてよく、例えば、車両の外側後部、天井または運転席の後ろなどの車内に配置されてよく、ＨＵＤデバイス２と後部カメラＲＣＭとの通信によって、ＨＵＤデバイス２は、車両後部からの眺めまたはドライバＤＲＶの後部車内の眺めを写した画像をコンバイナ１４上に表示することが可能になり、場合によっては、ドライバＤＲＶが振り向く、または道路から目を離さす必要がなくなる。やはりまた図２ｃに示されるように、ＨＵＤデバイス２のＵＳＢポート２１は、ＨＵＤデバイス２が設置されている車両のオンボード診断ポートＯＢＤＰとの有線通信のために設けられ、この接続によって、運転パラメータまたは車両の状態に関する情報が、直接またはナビゲーション情報（次の補給ステーションまでの距離）と併せて、ドライバＤＲＶに対してコンバイナ１４に表示され得るようになる。本明細書を参照する当業者は、これらの機能を容易に実装することができ、それに加えて、または別法として、過度の実験なくして、要望通りに図２ｃに示されるもの以外の他の機能を簡単に実装することができることが企図される。
【００２７】
[0047]図３ａおよび図３ｂは、それぞれ、本発明のいくつかの実施形態による基本的な光経路の測面図および上面図である。図３ａおよび図３ｂのそれぞれに示されるように、プロジェクタエンジン１０は、画像経路ＩＭＧ＿１０に沿って光をスクリーン１２に向かって投影し、スクリーン１２上に実（人間が見ることができる）像を形成する。その画像は、スクリーン１２によって反射されて画像経路ＩＭＧ＿１２を経てコンバイナ１４へと向かい、その一部がコンバイナ１４によって反射され、中心視線ＣＬＯＳに沿って進みドライバＤＲＶに見えるようになる。上述したように、コンバイナ１４は、ウインドシールドＷＳＨを通して入ってくるような外部光に対して半透明に構築される。この半透明ということには、コンバイナが、スクリーン１２によって反射される光を部分的に反射することが含まれる。これらの特性は、コンバイナ１４の表面のコーティングによって達成され得る。例えば、コンバイナ１４の表面は、３０％反射コーティングを有し、その場合、スクリーン１２から反射してくる光の３０％がドライバＤＲＶの方に向けて反射され、その一方で、ウインドシールドＷＳＨを通して受ける外部光の約７０％がコンバイナ１４を透過してドライバＤＲＶに見えることになる。これらの実施形態によるコンバイナ１４の具体的な構造は、以下により詳細に説明される。
【００２８】
[0048]プロジェクタエンジン１０によってスクリーン１２上に投影される画像は「実」像なので、スクリーン１２に焦点が合うように画像を投影するようにプロジェクタエンジン１０を構築し配置すると便利である。この例では、スクリーン１２は、プロジェクタエンジン１０のレンズの焦点面内に配置される。プロジェクタエンジン１０のレンズの焦点距離が約１００ｍｍの一例では、スクリーン１２は、プロジェクタエンジン１０から約１００ｍｍの距離に配置される。ＤＭＤまたはＬＣＯＳ光変調器タイプのプロジェクタとして構築されるプロジェクタエンジン１０の場合、製造業者における焦点の調整が必要であり、その後、システムの使用のために所定位置に固定された状態にされ得る。しかし、レーザ照射を用いたプロジェクタ１０の場合、焦点深度は、追加の焦点調整が必要ないほど十分である。レーザは、所与の中心周波数において非常に狭い帯域幅／線幅を有するので、レーザの使用は、スクリーン１２における帯域通過フィルタなどのような光学素子と相まってより良好なパフォーマンスをもたらすことができることが当業者には理解されよう。
【００２９】
[0049]いくつかの実施形態によれば、スクリーン１２は、プロジェクタエンジン１０からの光を受ける略球状の内側湾曲面を有するように構築される。スクリーン１２の湾曲の程度は、その面からコンバイナ１４へと反射されコンバイナ１４で反射される光線がドライバＤＲＶの瞳に焦点が合うように選択される。ドライバＤＲＶの瞳がコンバイナ１４から通常約７６．２センチメートル（約３０インチ）のところにあると予想される自動車の状況におけるダッシュボードＨＵＤデバイス２の一例では、スクリーン１２の内側表面の曲率半径が約４４０ｍｍ程度の場合、良好な結果をもたらす。さらに、当業界で既知のように、球面は、球体の表面の一セクションに近似した凹面である。この説明のための用語「略球状」は、完全な球状ではないが球状に限りなく近い面を示し、したがって、これらの実施形態の状況では、完全な球面と同様に作用する。図２ｂのドライバからの眺めを参照すると、プロジェクタエンジン１０から投影される画像は、映写レンズのオフセットのないフラットスクリーンについて設計される場合、画像は、スクリーン１２の傾斜により若干「キーストーン形」（底部よりも上部が幅広）になり、スクリーン１２の湾曲により若干樽形に歪んで（スクリーンの中央よりも外側の方が小さく）、スクリーン１２に現れることになる。コンバイナ１４へと反射されそれに現れるとき、湾曲スクリーン１２の外面がスクリーン１２の中心よりもコンバイナ１４からさらに離れているので、コンバイナ１４の湾曲の光学的影響によって、現れる樽形歪曲がさらに増すことになる。しかし、いくつかの実施形態では、スクリーン１２は、表面が本発明の実施形態の目的のために完全に球状なものと同様の作用をするが、完全には球状でないことを意味する「略球状の」面を有するように、具体的には、ともにスクリーン１２の内面の傾きおよび湾曲の結果として生じるキーストーン形歪曲または樽形歪曲を補正する助けとなるように若干非球状であることにより構築される。
【００３０】
[0050]あるいは、またはそれに加えて、これらの歪曲は、光学的にプロジェクタエンジン１０の映写レンズの設計によって、または（上記で定義したような「略球状」を残しつつ）コンバイナ１４を若干非球状にすることによって、またはドライバＤＲＶが見るときにコンバイナ１４において正しく見えるように画像を予歪させて投影するように画像をデジタル処理することによって、またはこれらの技術を組み合わせることによって、補正されてもよい。
【００３１】
[0051]これらの実施形態によれば、スクリーン１２は、光学的な意味での、高スクリーン「ゲイン」を有するように構築される。当業界で既知のように、スクリーンゲインは、スクリーン面に垂直な方向に反射される光のピーク輝度の指標である。映写スクリーンの業界で一般的に理解されるように、スクリーンゲインは相対的な尺度であり、一般的に、ゲイン１．０は、すべての視野角から完全に均一にスクリーンに投影されるのと同じ輝度の光を反射し、光の吸収がなくすべての光が再放射される、スクリーンを指している。ゲインは、一般的に、スクリーンが最も明るい観測点であるスクリーンの真正面からその点におけるスクリーンの接線に対して垂直に測定される。したがって、この点におけるゲインの測定値は、「ゼロ度視野軸（ｖｉｅｗｉｎｇ  ａｘｉｓ）におけるピークゲイン」として知られている。１．０のゲインを有する表面は、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）塊、およびマットホワイトスクリーンを含む。１．０を上回るゲインを有するスクリーンは、投影される光よりも反射される光が明るく、例えば、ゲイン１．５と評価されたスクリーンは、ゲイン１．０と評価されたものよりも、スクリーンに垂直な方向に５０％より明るい光を反射する。しかし、ゲインが１．０を上回るスクリーンは、すべての視野角において同じ輝度の光を反射するわけではない。むしろ、スクリーンを見ようとある角度に横に動くと、投影画像の輝度が低下することになる。
【００３２】
[0052]図４ａおよび図４ｂは、プロジェクタエンジン１０が光をスクリーンに投影するＨＵＤデバイス２の光学装置の状況における、光がスクリーンから湾曲コンバイナ１４に向かって反射されるときの、１（１．０）ゲインおよび高ゲインのフラットスクリーンの相対的な反射輝度をそれぞれ示している。図４ａおよび図４ｂは、図３ｂに示されるのと同じ向きにおける「上−下」の眺めであり、それぞれのスクリーン１１２、１１２’の中心点および中心から外れた２つの点に投影された同一の白色画像の光の光パターンを示しており、また、それぞれのスクリーン１１２、１１２’の表面に反射されてコンバイナ１４に向かう光線のプロファイルを示している。図４ａのスクリーン１１２は、従来の１ゲインのフラットスクリーンであり、そこで反射されるプロジェクタエンジン１０からの光は、プロジェクタエンジン１０の真正面の中心位置から（すなわち、スクリーン１１２に垂直な方向の光を受ける点）であろうと、プロジェクタエンジン１０からある角度にある中心から外れた点であろうと、スクリーン１１２上の各点から全方向に均一に反射する。スクリーン１１２が１ゲインでありフラット面なので、反射光は、図４ａの左手側のプロットに示されるように、コンバイナ１４の表面に沿ったすべての点で受けられるものについて、均一光度（すなわち、１．０の相対光度）の光になる。しかし、反射光はスクリーン１１２の表面から１８０°にわたって広がり、その一方でコンバイナ１４はその１８０°に広がった光のほんの一部だけしかカバーしないことを考えると、スクリーン１１２からの反射光の大半は、コンバイナ１４を外れることになる。プロジェクタエンジン１０によって投影される均一白色画像の場合について、コンバイナ１４を見ている者は、均一白色であるが薄暗い画像を見ることになる。
【００３３】
[0053]図４ｂは、同じ状況における、高ゲイン（Ｇｘ＞１のゲイン）のフラットスクリーン１１２’の反射特性を示している。図４ｂに示されるスクリーン１１２’から反射する光線は、反射光の振幅がより高く（すなわち、光線の長さが図４ａに示されるよりも長く）、それは、スクリーン１１２’が、スクリーン１１２よりも反射性がより高いが、反射光の方向性は、図４ａのスクリーン１１２からのものに比べて中心プロファイルへとより限定されることを示している。反射光の振幅は、最も明るい点から遠ざかるにつれて、比較的急激に低下する光度を有する。スクリーン１１２’の中心位置からの反射光は、コンバイナ１４に集中スポットとして受けられ、スクリーン１１２’の中心から外れた位置からの反射光は、コンバイナ１４から遠ざかるように反射する傾向にある。したがって、図４ｂの例にあるコンバイナ１４を見る者は、中心に「ホットスポット」を見ることになり、そのホットスポットは、見る者がコンバイナ１４を見る角度に合わせて（例えば、図４ｂに点線プロットによって示されるプロファイルへと）動き、したがって、任意の視野角において、画像の一部は非常に明るいスポットを有し、その一方で画像の残りの部分は暗くなる。
【００３４】
[0054]図４ｃは、これらの実施形態による、ＨＵＤデバイス２に使用されるような略球状の高ゲインスクリーン１２によって反射される光の性質を示している。この例では、上述したように、プロジェクタエンジン１０が、スクリーン１２が鏡だった場合の焦点により近づくように、スクリーン１２の曲率半径は、プロジェクタエンジン１０とスクリーン１２との間の距離の約２倍ある。この曲率によって、中心から外れた位置からの反射光線束は、コンバイナ１４を外れる角度に大部分が反射されるのではなく、スクリーンの中心位置から反射される光に概ね平行に反射される。図４ｃの左手側にある光プロファイルのプロットに示されるように、ゲインＧｘおよびスクリーン１２の曲率の結果、コンバイナ１４の全範囲にわたって、ゲインＧｘにほぼ相当する光度の非常に均一な明るさの画像になる。実際、この高ゲインの略球状に湾曲した表面のスクリーン１２構造は、図４ｂにおけるスクリーン１１２’の高ゲインの利点と、図４ａにおけるゲイン１のスクリーン１１２の近均一性の利点の両方をもたらす。
【００３５】
[0055]これらの実施形態によれば、略球状のスクリーン１２は、１ゲインのフラットスクリーンによってもたらされるものと同じくらいの明るさとして知覚され得る画像を、しかしながら低電力の（すなわち、ゲインＧｘのスクリーン１２について、１／Ｇｘ輝度の光を投影する）プロジェクタエンジン１０から、コンバイナ１４での画像の輝度の均一性が良好な状態で生成することができる。プロジェクタエンジン１０によって出力される光度を減少させることができることは、ＨＵＤデバイス２の消費電力およびそこから発生する熱を減少させ、結果的に、システム全体のコストをより低くする。さらに、高ゲインのスクリーン１２は、プロジェクタエンジン１０以外の方向からの光、特に周辺光を含むような光がコンバイナ１４へと反射されないことを高める。
【００３６】
[0056]これらの実施形態によれば、スクリーン１２のゲインは、必ずしも、達成可能な最高ゲインとは限らない。スクリーン１２が高反射鏡である場合（純粋の鏡は無限ゲインを有する）、コンバイナ１４における画像は、スクリーン１２に投影される画像と同じサイズの明るい長方形としてしか現れず、したがって自動車の状況では、ドライバＤＲＶが簡単に見るには小さすぎる。したがって、スクリーン１２が、その表面において反射される光を幾分拡散させ、反射される画像がスクリーン１２自体におけるよりも幅広になるように広げられることが有用である。
【００３７】
[0057]これらの実施形態によれば、スクリーン１２は、鏡のゲインに近い非常に高いゲインを有するが、画像が目に見えるようにする十分な拡散または他の光散乱特性を有する（すなわち、「鏡」ではなく「スクリーン」として機能を果たす）ように構築される。例えば、スクリーン１２は、少なくとも４．０、好ましくは６．０以上、少なくとも約２０．０までのゲインを有するように構築され得ることが企図される。スクリーン１２についてのこれらのゲインは、従来の映写スクリーンのゲインが０．７〜２．５であることと比較すると非常に高い。これらの非常に高いゲインにおいて、スクリーン１２は、若干拡散させる鏡として作用し、それが良好な画像を生成するのに寄与する。スクリーン１２の表面における拡散は、スクリーン１２の内側反射面にいくらか粗い材料を選択することによって、または表面をいくらか粗面化することによって、または表面にコーティングを施すことによって、具現化され得る。さらに、上述したように、キーストーン形および樽形の歪曲の補正の助けとなるように、上述したように実質的な球状を残しつつ、スクリーン１２を若干非球状にすることが望ましいことがある。これらの効果によって、結果的に、光のプロファイルが若干異なるようになり、反射光がやや広がり、コンバイナ１４の中央領域における反射光の強度が幾分不均一になる。このスクリーン１２の表面の拡散性によって、結果的に、スクリーン１２の表面に反射光が極端に集中しなくなり、それが本発明により発見され、それによって、スクリーン１２の光学特性が向上される。
【００３８】
[0058]次に、図４ｄを参照すると、一実施形態によるスクリーン１２の構造がより詳細に説明される。上述したように、スクリーン１２の機能は、「実」（すなわち、目に見える）像を結像するようにプロジェクタエンジン１０によってスクリーン１２に投影される光を、コンバイナ１４に拡散することである。この実施形態では、スクリーン１２の形状、具体的には、その内側（すなわち凹形の）反射面の形状は、上述したように、略球状である。これらの実施形態によるＨＵＤデバイス２では、スクリーン１２は、不透明であることが好ましく、したがって、スクリーン１２の内面に入射するプロジェクタエンジン１０からの光は、スクリーン１２によってドライバＤＲＶに届かなくされる。したがって、この実施形態によるスクリーン１２は、ガラス、プラスチック、またはそれ自体が不透明（すなわち、光吸収性）であるもしくは（例えば、鏡の背面に類似した）光吸収材料でコーティングされる構造的観点から適当である他の支持材料から形成される、支持構造３０を含む。スクリーンは、さらに、上述したように、高ゲインで入射光を反射するように滑らかなまたはそうではない内側反射（凹）面３２を有する。内面３２は、その材料次第では単純に支持構造３０自体の表面として、または支持構造３０に施されるアルミニウムもしくはステンレス鋼などの材料として、または特別なスクリーンプラスチックフィルム、金属フィルムもしくはホイルとして、または支持構造３０の表面に施される他のタイプの反射コーティングとして構築され得る。いずれの場合も、スクリーン１２の内面３２は、その材料固有であるにしても、内面３２の粗面化または内面３２へのコーティングの塗布により達成されるにしても、拡散特性を有さなければならなない。
【００３９】
[0059]図４ｄの実施形態では、スクリーン１２は、光源が比較的狭い帯域の光を発するＬＥＤまたはレーザであるプロジェクタエンジン１０を有利に活用するように構築される。この実施形態によれば、これらの狭帯域は、図４ｄに示されるようにスクリーン１２の内面３２に二色性コーティング３４を施すことによって、ＨＵＤデバイス２の光学性能および特性をさらに向上させるのに活用され得る。二色性コーティング３４は、ＬＥＤおよびレーザ光源の波長に合わせられる。一実施形態によれば、二色性コーティング３４は、プロジェクタエンジン１０によって発せられる光の３つ色（赤、緑および青）を中心とする特定の波長域を通すが、スクリーン１２に当たることがある周辺光の大半を含む他の波長の光を（例えば、吸収または透過により）除く、「三帯域通過フィルタ」を構成することができる。したがって、コンバイナ１４へと反射されドライバＤＲＶに見える画像のコントラストが向上されることになる。
【００４０】
[0060]他のコーティングは、例えば、引っ掻き抵抗性など、その機械的な特性を向上させるように、スクリーン１２の内面３２に施されてもよい。
[0061]略球状形のスクリーン１２は、その高いスクリーンゲインにより、高指向性である。したがって、これらの実施形態では、スクリーン１２は、図３ａに示されるように、プロジェクタエンジン１０からの投影される光の方向に対して上方に傾けられる。輝度の最適化のため、この上方傾斜の角度は、投影される光とコンバイナ１４の中心との間の角度θ未満であり、例えば、約θ／２の上方傾斜である。いくつかの実施形態では、スクリーン１２の位置および傾斜角度（例えば、θ／２）は、固定されてよく、他の実施形態では、スクリーン１２は、コンバイナ１４への照準を調節するために、または保管のためにスクリーン１２を閉じるために、傾けることができる。
【００４１】
[0062]いくつかの実装形態では、スクリーン１２の傾斜によって、反射画像が若干「キーストーン形」になる、すなわち、コンバイナ１４で見える反射画像は底部よりも上部が幅広になる。上述したように、このキーストーン形の影響は、例えば、プロジェクタエンジン１０のレンズを用いて光学的に、または若干非球面の内面を有するようにスクリーン１２を構築することによって、または例えばキーストーン形になるのを補償しコンバイナ１４に歪んでいない画像をもたらすように画像データを予めデジタル処理することによって、または光学とデジタルでの補正を組み合わせることによって、減少され得る。必要ならば、「キーストーン形になる」のを補正するそうした事前処理は、コンバイナ１４における画像の見た目のサイズがドライバの目とコンバイナ１４との間の距離に従って変わることを考慮してデジタル調節および予歪にドライバの目の位置の変化が考慮に入れられるように、後方向きカメラＲＣＭからの情報の一部に基づいてなされ得る。
【００４２】
[0063]他の実施形態によれば、図４ｅから図４ｇの垂直（すなわち、図３ａと同じ方向に沿った）断面図に示されるように、スクリーン１２は、その内側凹面に様々な変化を有するように構築され得る。まず、図４ｅを参照すると、図面には、区分的（ｐｉｅｃｅ−ｗｉｓｅ）セグメントのように形成される内面を有するようなスクリーン１２ｅが示されている。各セグメントは、投影画像を上方傾斜によりコンバイナ１４の方に向けて反射する。この区分的傾斜の１つの目的は、スクリーン１２全体を上方に傾けることを減少させるまたはなくすことであり、それによって、キーストーン形に画像が歪むことおよび画像の焦点が変動することが減少されるまたはなくなる。図４ｅから図４ｇに示されるこれらの区分的セクションの相対長さは、説明のみを目的としており、これらの区分的セクションは、コンバイナ１４における目に見える画像上の区分的セクションの境界のアーチファクトを減少させるように、極めて小さく作られることが企図される。図４ｆのスクリーン１２ｆに示されるように、区分的に分けられた内面は、全体的な球状湾曲と組み合わせられてもよい。
【００４３】
[0064]図４ｇに示されるような他の実施形態によれば、スクリーン１２ｇは、「フレネルスクリーン」として構築され、その場合、スクリーンの湾曲部は、フレネルレンズおよびミラーについて当業界で既知のように、（図４ｇに破線によって示される）球状スクリーンのオリジナルの湾曲を区分的に平坦化することによって具現化される。しかし、フレネルミラーとは異なり、スクリーン１２ｇの内面は、上述したように若干散乱性であり、したがって、光がその上に投影されると「実」像が現れることになる。フレネルスクリーン１２ｇの区分的セグメントの寸法は、反射画像におけるあらゆる目に見える顕著な影響を減少させるように、（顕微鏡的な寸法と同じくらい）極小を含む任意の寸法であってよい。
【００４４】
[0065]上述したように、コンバイナ１４は、ウインドシールドＷＳＨからの光とスクリーン１２からその内面に反射される画像を組み合わせてドライバＤＲＶに知覚可能な組み合わせられた画像を形成する、半透明の湾曲要素である。さらに、コンバイナ１４は、これらの実施形態では、スクリーン１２に投影される画像を拡大するので、したがって、スクリーン１２が、垂直方向により短くされ、スクリーン１２の上越しのドライバＤＲＶのコンバイナ１４の可視性が向上される。さらに、以下により詳細に説明されるように、コンバイナ１４の配置および形状は、実際の位置よりもドライバＤＲＶからさらに遠くに知覚画像の焦点を動かす効果がある。その結果、これらの実施形態におけるコンバイナ１４は、画像をドライバＤＲＶの遠くの視界に入れるので、道路、交通および車両前方の遠い外界の眺めにある他のものと一緒にＨＵＤデバイス２によってもたらされる画像に彼の焦点がより容易に合いやすくなる。
【００４５】
[0066]図５ａの断面図に示される一実施形態によれば、コンバイナ１４は、その主要な構造的要素として、いずれも光学的品質のものが好ましい、ポリカーボネート（例えば、ＵＶ安定化ポリカーボネート）もしくは他の透明プラスチックまたはガラス材料から形成される透明な光学素子４０を含む。光学素子４０は、典型的には、数ミリメートル程度の厚さであることが企図される。この説明より明らかなように、外部の光と反射画像を組み合わせる機能を実施するために、光学素子４０は、例えば図３ａの配置におけるウインドシールドＷＳＨを通る光など、そこで受ける入射光を透過する外面（すなわち凸面）、および、スクリーン１２からのその上に反射される入射光を反射する内面（すなわち凹面）を画成する。
【００４６】
[0067]図５ａに示される実施形態によれば、光学素子４０は、ドライバＤＲＶがスクリーン１２上に投影される画像を見るのに必要な反射特性をもたらするように、その内面に反射コーティング４２を有する。ほとんどの波長をほぼ等しく反射する、蒸着アルミニウムまたは他の金属などのミラーコーティングを含むコーティング４２には、様々な材料が適する。コーティング４２は、好ましくはスクリーン１２からの（すなわち、コンバイナ１４の凹面の方に向かう）光をまったく反射しないわけではなく、例えば、一例では、蒸着アルミニウムのコーティング４２は、スクリーン１２からの光を約３０％反射し、反対方向（すなわち、図３ａの配置におけるウインドシールドＷＳＨ）からくる光を約７０％を透過する。他の実装形態によれば、コーティング４２は、プロジェクタエンジン１０によって発せられる光の色を反射し、その一方で、ウインドシールドＷＳＨを通過しコンバイナ１４の外面に当たる外部の可視光に対しては概ね透過性がある三帯域通過フィルタを実装するように、スクリーン１２に対して上述したような従来の二色性反射コーティングとして実装され得る。例えば、プロジェクタエンジン１０が光源としてレーザを含む場合、コーティング４２は、車両の前方からの外部光を通すように比較的狭い反射波長帯域、したがって非常に広い通過帯域を有するように選択され得る。この構造によって、結果的に、後部から車両に入るわずかな日光しか反射されてドライバＤＲＶの目に入らなくなり、したがって、日差しが明るい状況下での、コンバイナ１４に見える画像のコントラストが向上される。
【００４７】
[0068]ＨＵＤデバイス２のこの構成では、スクリーン１２上の実像は、拡大され、虚像としてコンバイナ１４によってドライバＤＲＶの方向に反射される。したがって、コンバイナ１４の焦点距離および配置は、虚像の倍率および見掛の画像焦点距離を決定することになる。当業界で良く理解されるように、凹球面鏡（この場合、コンバイナ１４）において見える物体（この場合、スクリーン１２における画像）は、拡大されることになり、見掛の焦点ポイントは、鏡の焦点距離、鏡から対象物までの距離、および鏡から観測者までの距離の関数として変わる。そうした鏡では、焦点と反射凹面との間にある対象物の反射画像は、拡大され、焦点および位置の両方の観点からも、物体が物理的にあるところよりも目から遠く離れて「仮想的に」現れる。一般的に、物体が鏡の焦点距離に近づくにつれて拡大が増大し、物体は、位置および焦点ともに、鏡のさらに後ろに現れる。上述したように、コンバイナ１４における虚像は、ドライバＤＲＶからコンバイナ１４を越えた距離（例えば、光学的には「無限」）のところに現れることが好ましく、それによって彼が道路から目を離さずに表示情報を簡単に見ることができるようになる。
【００４８】
[0069]スクリーン１２からコンバイナ１４の湾曲部までの距離、およびコンバイナ１４の曲率半径は、これらの概念に従って選択され、次にそれについて本発明のこの実施形態に関連して説明する。物理的なこととして、半径「Ｒ」の略球状の反射面は、Ｒ／２の焦点を有する。この説明の目的のため、コンバイナ１４の半径は、光学素子４０の内面の一般曲率（ｇｅｎｅｒａｌ  ｃｕｒｖａｔｕｒｅ）として定義され、一般的に、コンバイナ１４の外側は、光学素子４０のほぼ厚さ分その内側とは異なる曲率半径を有することになる。光学素子４０のような同様の曲率半径の内面および外面を有する透明な球状素子を通過する光は、歪みが最小限に抑えられ、その拡大が受ける影響が最小限に抑えられることが観察された。コンバイナ１４における反射虚像が遠くに現れるその距離は、スクリーン１２とコンバイナ１４との間の距離がコンバイナ１４の焦点距離に近づくにつれて増加するので、コンバイナ１４からスクリーン１２までの距離は、コンバイナ１４の焦点距離を超えない範囲で可能な限り大きくするべきである。その逆に、この距離がコンバイナ１４の焦点距離を超えると、画像は不安定になる。一実装形態では、例えば、光学素子４０の内面の曲率半径が約３００ｍｍ程度に選択された場合、結果的に、コンバイナ１４の焦点距離は約１５０ｍｍになる。この実装形態では、コンバイナ１４とスクリーン１２との間の距離は、具体的に以下に説明されるようにスクリーン１２とコンバイナ１４の能力を考慮してこの不安定さの可能性を回避するように４５ｍｍのマージンをもたらすように、約１１５ｍｍに選択された。この構成において、スクリーン１２とコンバイナ１４との間の距離がコンバイナ１４の曲率半径の１／２未満である場合、コンバイナ１４によって最小の歪曲および拡大にされたコンバイナ１４を通したウインドシールドＷＳＨの外の眺めと、コンバイナ１４が実際あるところよりもドライバＤＲＶの前方のより遠くの距離に現れるコンバイナ１４の内面上のスクリーン１２からの拡大反射虚像とが合わされて、ドライバＤＲＶに提供される。これらの実施形態では、光学素子４０、したがってコンバイナ１４は、完全に球状ではないが球状に限りなく近く、したがってこれらの実施形態の状況では完全な球面と同様の作用をすることを意味する、「略球状」面になるように湾曲されることが好ましい。これらの実施形態により、コンバイナ１４の内面を略球状にしつつ若干非球状にすることが、スクリーン１２からそこに反射される画像におけるキーストーン形および樽形の歪曲の補正の助けとなり得ることが発見された。
【００４９】
[0070]図５ａに示される実施形態では、コンバイナ１４は、さらに、光学素子４０を通る両方向における光透過を向上させ、ドライバＤＲＶの方に二重画像が現れるのを減少させるように、その外側、すなわち凸面に配置される反射防止コーティング４４を有する。反射防止コーティング４４は、当業界で既知のそうしたコーティングについての従来の材料から形成され、従来のやり方で光学素子４０に適用され得ることが企図される。
【００５０】
[0071]図５ｂおよび図５ｃは、他の実施形態による、「マルチレンジ」コンバイナ１１４を示している。マルチレンジコンバイナ１１４は、１つ以上の焦点距離を有するように構築され、この実装形態では、下側部分１４４ｎとは異なる曲率半径したがって焦点距離の上側部分１１４ｆを有し、２つの部分間に急な移行部がある。あるいは、コンバイナ１１４は、例えば、累進焦点眼鏡と同様に焦点距離が徐々に移り変わって、異なる焦点距離部分間に穏やかな移行部を有するように構築されてもよい。曲率半径の違いは、コンバイナ部分１１４ｆ、１１４ｎの凹面側および凸面側の両方に実施されてよく、あるいは、凸面側だけに（すなわち、光学素子の厚さを変えることによって外面において一定の曲率半径を維持することで）実施されてもよい。図５ｂおよび図５ｃの例では、上側部分１１４ｆは、下側部分１１４ｎよりも曲率半径が小さく、したがって焦点距離が短い。その結果、部分１１４ｆ、１１４ｎは、本質的に、スクリーン１２から同じ距離にあるので、より短い焦点距離の上側部分１１４ｆにおけるスクリーン１２からの反射画像は、下側部分１１４ｎにおけるものよりも、さらに遠くに現れより拡大されることになる。この代替構造における変形形態も企図され、例えば、追加の部分を設けることによって２つ以上の倍率が具現化されてもよく、さらに代替実施形態では、図５ｂおよび図５ｃの上側および下側構成ではなく、異なる倍率部分が横に並ぶように具現化されてもよい。
【００５１】
[0072]次に、図３ａに戻って参照して、この実施形態によるＨＵＤデバイス２におけるプロジェクタエンジン１０、スクリーン１２およびコンバイナ１４の構成の全体的な機能について説明する。上述したように、プロジェクタエンジン１０は、光を画像経路ＩＭＧ＿１０に沿ってスクリーン１２の方に投影し、例えばドライバＤＲＶの要求を受けて、または別のやり方で車両の運転に関連するような、制御電子部品６によって生成される情報に対応する実（人が見ることのできる）像をスクリーン１２に形成する。スクリーン１２が上方（例えば、角度θ／２）に傾けられ上述したような内側反射面を有するので、画像は、画像経路ＩＭＧ＿１２に沿ってコンバイナ１４へと反射される。コンバイナ１４は、上述したように半透明であり、「虚」像をその内面から反射するだけでなく、ウインドシールドＷＳＨを通して受ける外部光を透過し、それらが組み合わされて、結果的に、中心視線ＣＬＯＳに沿ってドライバＤＲＶに見える画像になる。
【００５２】
[0073]上述したように、スクリーン１２は、プロジェクタエンジン１０からの距離の約２倍の曲率半径の略球状の内面を有する。したがって、実像がスクリーン１２に現れるように、プロジェクタエンジン１０は、スクリーン１２からだいたいその湾曲反射内面の焦点に当たる距離のところに置かれる。例えば、この実施形態によるＨＵＤデバイス２の一実装形態は、プロジェクタエンジン１０から約１００ｍｍに配置される曲率半径約２００ｍｍの内側高ゲイン反射面を有するスクリーン１２を含む。スクリーン１２の内面は、例えば粗面化されるまたはコーティングが施されることによって、実像を若干拡散させ、それによってスクリーン１２におけるこの実像が、しっかりとは焦点が合わないが見ることができるようになる。しかし、スクリーン１２の内面は高ゲインを有するので、それが反射する光は、優れた輝度のものになり、スクリーン１２が上方に傾けられるので、コンバイナ１４の大部分にわたって比較的均一に向けられるようになる。投影される光の成分についての帯域通過フィルタをもたらすようなその内面における二色性コーティング３４、および、図４ｅから図４ｇに記載されるようなその内面を区分的な形状にすることなど、スクリーン１２の追加の機能は、この実施形態によるＨＵＤデバイス２の構成において、スクリーン１２の光学性能をさらに向上させるように、適宜もたらされてよい。
【００５３】
[0074]コンバイナ１４は、図３ａの経路ＩＭＧ＿１２に沿って、半透明のコンバイナ１４の内面の曲率半径の半分未満の距離に配置され、プロジェクタエンジン１０よりも上に位置決めされる。コンバイナ１４のこの位置決めおよび形状によって、スクリーン１２によって反射される画像が拡大されてコンバイナ１４に現れ、その拡大された画像が、コンバイナ１４自体の物理的な位置よりもドライバＤＲＶの前方遠くにある見掛の焦点で反射する。スクリーン上の画像は、使用者には拡大されより遠くにあるように見え、それは、当業者には「虚像」と考えられ、したがって、ドライバＤＲＶの頭部の動きが、やはりまた、コンバイナ１４の画像を「動かす」ことになり、したがって、広い角度にわたる表示画像の良好な視認性がもたらされる。スクリーン１２における実像に対してコンバイナ１４における虚像が拡大されることによって、スクリーン１２の垂直方向の寸法を物理的に短くすることが可能になり、それによってドライバＤＲＶがスクリーン１２の上越しにコンバイナ１４上の画像をより見やすくなる。コンバイナ１４の半透明の性質により、この拡大され焦点が遠くにされた画像は、ドライバＤＲＶの観測点から、コンバイナ１４の前方すなわち外面から透過される外の眺めと組み合わされる。したがって、この実施形態によるＨＵＤデバイス２のこの構成の結果、好都合には、情報を見るためにドライバＤＲＶが彼の焦点を前方の道路から大きく合わせなおす必要なくして、制御電子部品６によって生成されるような関連情報がドライバＤＲＶに提供されるようになる。この実施形態による有益な結果は、簡単に移動させることができ、取り外すことができ、多種多様な自動車、トラックおよび他の車両に配置することができる、従来の餅はポータブルダッシュボード・トップ・モジュールに収められ得るＨＵＤデバイス２によって提供される。
【００５４】
[0075]本発明に関連して、プロジェクタエンジン１０を、ＨＵＤデバイス２の背面近く（すなわち、ドライバＤＲＶから最も遠く）に、コンバイナ１４よりも下、制御電子部品６よりも上のところに配置するといくつかの利点をもたらすことが発見された。プロジェクタエンジン１０を、ハウジング４の境界内でスクリーン１２から可能な限り遠くに配置することによって、スクリーン１２の必要な傾斜角度が減少され、それによってキーストーン形歪曲が減少され得る。さらに、プロジェクタエンジン１０をスクリーン１２の焦点近くにするためには、スクリーン１２の曲率半径はプロジェクタエンジン１０とスクリーン１２との間の距離の約２倍になるようにするのが最適であるので、この距離を最大限にすることによって、スクリーン１２の曲率半径が可能な限り大きくされ、それによってスクリーン１２からコンバイナ１４に反射される画像における歪曲が最小限に抑えられる（プロジェクタエンジン１０をより近くに配置すると、スクリーン１２の湾曲部がより小さい半径を有することが必要となり、それによって画像の歪曲が増すことになる）。プロジェクタエンジン１０を制御電子部品６の上に配置することによって、制御電子部品６が上に配置されるプリント回路基板が、プロジェクタエンジン１０とスクリーン１２との間の光経路に干渉しなくなり、それによって、制御電子部品６内の構成要素についての形成因子の束縛が緩和され、やはりまた、よりコンパクトな製品設計が実現されることが確実になる。
【００５５】
[0076]さらに、図３ａは、プロジェクタエンジン１０の上を越えてドライバＤＲＶの方に向かって後方に延びる「ライトフード」４Ｈを有するようなハウジング４を示している。ライトフード４Ｈは、ドライバＤＲＶがスクリーン１２の上越しに、目には不快なほど眩しく見えるプロジェクタエンジン１０のレンズを直接見るのを防止する助けとなる。ライトフード４Ｈは、当然ながら、スクリーン１２に投影される画像も、スクリーン１２からコンバイナ１４へと反射される画像の光も遮ってはならない。いくつかの実装形態では、これらの制約によって、特に、傾斜角度θしたがって上述したようなキーストーン形歪曲を制限するように可能な限り短いスクリーン１２を有することが望ましいことを考慮すると、プロジェクタエンジン１０のレンズが直接見えることを完全にブロックするライトフード４Ｈの能力が制限されることがある。したがって、それらの実装形態では、スクリーンハウジング１３の背面（ドライバ側）近くに「ダイレクト光レンズブロック」１７が設けられてよく、特定の設置に応じて、光を遮るように上下される得ることが好ましい。ダイレクト光レンズブロック１７は、スクリーンハウジング１３のすべてまたは一部だけであってよい。
【００５６】
[0077]この実施形態では、ヒンジ１６Ｃ、１６Ｓは、それぞれ、コンバイナ１４およびスクリーン１２をハウジング４に結合し、それによって、ダッシュボードＤＳＨ上の特定の配置に便利であり得るようにそれらの要素のそれぞれの回転が可能になり、見える画像における歪曲が減少される。いくつかの実施形態は、設置の範囲にわたる使用者による調節プロセスを簡単にするように、ヒンジ１６Ｃだけしか含まないが、ヒンジ１６Ｃおよび１６Ｓの両方を含めば、図６ａおよび図６ｂに関連して一例として次に説明されるように、画像忠実度を最適化する追加の能力がもたらされ得る。図６ａにおいて、コンバイナ１４およびスクリーン１２は、ＨＵＤデバイス２の特定の配置についてドライバＤＲＶに最適な眺めをもたらすように、ヒンジ１６Ｃおよびヒンジ１６Ｓによってそれぞれ傾けられる。図６ａにそれぞれ示されるコンバイナ１４およびスクリーン１２の光軸ＯＸＣおよびＯＸＳは、当業界で既知のやり方で、それぞれの略球状面の旋回軸になる。ＨＵＤデバイス２におけるコンバイナ１４およびスクリーン１２のこの構成において、光軸ＯＸＣおよびＯＸＳが互いに平行でなくなるにつれて、スクリーン１２からコンバイナ１４に反射される画像における歪曲および収差が増すことになる。したがって、コンバイナ１４に見える画像における最適な忠実度は、光軸ＯＸＣおよびＯＸＳが最大限に平行になるように、ヒンジ１６Ｃおよび１６Ｓによってコンバイナ１４およびスクリーン１２を回転させることによって達成される。図６ｂは、図６ａのものとは異なる、ダッシュボードＤＳＨがより低いような車両にＨＵＤデバイス２を設置する一例を示しており、したがって可視画像を得るのにコンバイナ１４が回転されなければならない。この例では、コンバイナ１４およびスクリーン１２は、両方とも、それぞれのヒンジ１６Ｃおよび１６Ｓによって回転的に傾けられ、それによって、プロジェクタエンジン１０からの直接光がスクリーン１２からコンバイナ１４のドライバＤＲＶの可視位置へと適切に反射されるようになるだけでなく、画像の忠実度が最適にされることが確実になる。図６ｂに示されるように、ヒンジ１６Ｃによるコンバイナ１４の回転と共にそれに対応してヒンジ１６Ｓによるスクリーン１２を回転させることによって、それぞれの光軸ＯＸＳおよびＯＸＣが互いに対して最大限に平行方向になり、それによって画像における歪曲および収差が最小限に抑えられる。したがって、この実施形態によれば、コンバイナ１４に表示される画像の忠実度は、多種多様な車両、ダッシュボードの高さおよび形状にわたって維持され得る。
【００５７】
[0078]図７は、ＨＵＤデバイス２の特定の具現形態に、個別に、いくつかを組み合わせて、または適宜含まれ得る、機能構成要素および機能を含む、これらの実施形態による制御電子部品６の一般化された機能アーキテクチャを示すブロック図である。したがって、すべての実装形態が、これらの構成要素および機能を一つ一つ含むように企図されるわけではなく、むしろこの説明およびアーキテクチャは、システムデザイナおよびシステムインテグレータによって必要に応じて含まれ得る多くのタイプの機能を例示するためだけにもたらされる。さらに、図示の機能のうちの多くのものは、必要に応じて他の機能と一緒に単一の集積回路に組み込まれてよい。いずれの場合でも、本明細書を参照する当業者なら、過度の実験なしに、特定の実装のために必要に応じて所望の機能を適切な集積回路およびディスクリート構成要素に簡単に実装することができることが企図される。
【００５８】
[0079]このアーキテクチャに示されるように、ＨＵＤデバイス２の基本機能を実行する制御電子部品６における主な機能は、システムＣＰＵ２００と、ディスプレイサブシステム２０２とを含む。それらは、適切なバスコネクションによって互いに接続される。システムＣＰＵ２００は、１つまたは複数の「コア」、キャッシュメモリ、ならびに、これらに限定されないがビデオコントローラおよび他の可能な機能を含むオンボード周辺機器を含む、ＡＲＭ  ＣＰＵのようなフルフレッジド（ｆｕｌｌ−ｆｌｅｄｇｅｄ）プロセッサシステムによって具現化され得る。これらの実施形態におけるシステムＣＰＵ２００に適したプロセッサタイプの一例は、Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒから市販されている、ＡＲＭ  ＣＯＲＴＥＸ−Ａ９ｉ．ＭＸ６シリーズのマルチコアプロセッサである。システムＣＰＵ２００と通信するメモリリソース２０１は、典型的には、当業界で既知のような、メインデータメモリとしての従来のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）と、プログラム記憶ためのフラッシュメモリなどの不揮発性記憶装置と、不揮発性データメモリとを含む。
【００５９】
[0080]ディスプレイサブシステム２０２は、プロジェクタエンジン１０によって表示される画像を生成する適当な電子部品を含む。ディスプレイサブシステム２０２のアーキテクチャの一例が本明細書において提供されるが、的確なディスプレイシステムは、当業者には理解されるようなディスプレイデバイス要件に従って変わる。図７の例では、ディスプレイ電子部品２０２は、ディスプレイＡＳＩＣ２０４を含む。ディスプレイＡＳＩＣ２０４は、メモリ２０５に記憶されているプログラム命令を実行する、または照明管理制御２０７を介して光源２０６（例えば、レーザもしくはＬＥＤ）の出力を制御するおよび空間光変調器（ＳＬＭ）２０８を制御する制御ロジックを実行する。上述したように、この実施形態での使用に適したＳＬＭ２０８の例は、従来のやり方で光源２０６によって発せられる光を変調する１つまたは複数のＤＭＤ、ＬＣＯＳまたはＬＢＳデバイスを含むことができる。メモリ２０５は、ＲＡＭ、または、ＳＬＭ要件に合うように画像を処理し再フォーマットする他のワーキングメモリを含むことができる。さらに、メモリ２０５は、ＳＬＭのための解像度、およびホワイトバランシングのためによく使用されるような様々な輝度レベルにおけるＬＥＤに関するデータなどの制御情報の不揮発性記憶装置を含むことができる。
【００６０】
[0081]ディスプレイサブシステム２０２は、さらに、それ自体の対応するプログラムおよびデータメモリリソース２１１と共に、例えば図７に示される任意選択のディスプレイＣＰＵ２１０によってもたらされるような、ＳＬＭ２０８および光源２０６を制御するためのそれ自体の追加の計算能力を含むことができる。例えば、ＨＵＤデバイス２の多くの実装形態は、外部の明るい日光から夜間の暗闇にわたる、車内で経験し得る広範な周囲光に対応するディスプレイのための広範な調光範囲を必要とすることが企図される。この広い範囲にわたって、ＬＥＤ光源２０６を制御することは難しいことがあり、したがって、光センサフィードバックをシステムに組み入れることが望ましいことがある。図７の例では、ディスプレイＣＰＵ２１０は、１つまたは複数の周辺光センサ２１（図２ｃおよび図７）からの信号を受信し、それらの信号に応答して、システムＣＰＵ２００に負荷を掛けずに、予め選択された使用者の好みの輝度と併せて、光源２０６による照明のレベル、場合によってＳＬＭ２０８の動作を制御する。任意選択で、周辺光センサ２１は、図７に提案されているように、システムＣＰＵ２００に直接接続されてもよい。
【００６１】
[0082]図７に示されるように、特定の実装形態に応じて、いくつかの任意選択機能が制御電子部品６内にもたらされてもよい。典型的には、ハードウェア入力／出力２１５は、フラッシュ／ＳＤカードポート、ＵＳＢ接続、オーディオイン、オーディオアウトおよび最新のコンピューティングシステムで見られるような同様のものなど、１つまたは複数のポートをもたらすことができることが企図される。ハードウェア入力／出力２１５は、さらに、車両のオンボード診断ポート（ＯＢＤ）との有線通信のためにもたらされ得る。無線トランシーバ２１６は、スマートフォンＳＰＨ、車載オーディオシステム、車両のオンボード診断ポートおよび他の車載機能、車両内外の他のところにある近接検出器などの無線センサ、ならびに車載カメラなど、近くのデバイスとの通信のためにもたらされ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＮＦＣ、赤外線（ＩＲ）など、１つまたは複数の従来の近距離無線通信手段により動作することができる。
【００６２】
[0083]ＨＵＤデバイス２は、スピーカ２１８かマイクロフォン２１９のどちからまたは両方を含む、それ自体のオーディオ機能を含むことができ、そうだとしても、または車載オーディオシステムを介してオーディオ信号を受信生成するとしても、オーディオＤＳＰ２２０は、適切なデジタル処理、音声認識および音声合成などを実行するようにもたらされ得る。ＧＰＳ受信機２１３は、やはりまた、制御電子部品６の一部として設けられてよく、位置情報の処理のためにシステムＣＰＵ２００に接続される。いくつかの実施形態では、ハウジング４内には、ジャイロスコープ２２３が実装され、やはりまたハウジング４内またはハウジング４をダッシュボードＤＳＨに取り付ける取り付け構造内に配置される１つまたは複数のモータを用いた１つまたは複数の方向における振動および他の運動からのＨＵＤデバイス２の安定化を助ける。モータは、ＨＵＤデバイス２全体の動きまたはプロジェクタエンジン１０のレンズもしくは鏡のような光学構造のうちの１つもしくは複数だけの動きを減少させ、ドライバＤＲＶに見える画像の移動を減少させる。この場合、制御電子部品６内のシステムＣＰＵ２００に接続されそれによって制御され得るモータコントロール２２は、これらの振動補償モータまたはコンバイナ１４を傾けるもしくは動かすように実装され得るような１つもしくは複数の他の任意選択のモータを制御するようにもたらされ得る。
【００６３】
[0084]電力管理機能２２４は、制御電子部品６の電力を制御し、電圧を、様々な機能を動作させるのに適切なものに変換するのにもたらされる。電力管理機能２２４は、車両もしくは家庭の電源、ＵＳＢ接続もしくは他の有線による電源、１つもしくは複数の電池、１つもしくは複数のソーラーデバイス、またはデバイスを動かすもしくはある種の電池を充電するのに電力を供給する誘導接続（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）などの他のデバイスを含む、１つまたは複数の電源からシステム電力の供給を受けることができることが企図される。そうした電力管理機能２２４は、典型的には、関連の充電回路を含む。電池が設けられる場合、この電源は、電力が中断してもある時間の間システムのすべてまたはその一部に電力を供給し続けるのに使用され、電力管理機能２２４は、車両に障害が起こったことを検出するように加速度計２２７（または、他のタイプの運動センサ）からの情報を用いるなどして、イベントに応答して制御電子部品６を「起こす」ことができる。
【００６４】
[0085]制御電子部品６の１つまたは複数の場所またはＨＵＤデバイス２内の他のところにある１つまたは複数の温度センサ２２６は、システム温度を感知するのにもたらされ得る。この温度情報は、警告を出す、場合によってはシステムの諸部品をそれらの保護のためにシャットダウンさせることに使用され得る、または、温度の影響を補償するために光源２０６のＬＥＤおよび／もしくはレーザの１つもしくは複数の色の輝度を調節することに使用され得る。例えば、高温の日に炎天下に置かれると、ＨＵＤデバイス２は、非常に高温になり、ディスプレイサブシステム２０２または光源２０６などのデバイスのうちのいくつかは、操作されるとダメージを受ける恐れがあり、その場合、システムＣＰＵ２００は、ファンの電源をオンにするか、温度が許容可能なレベルまで下がるまでディスプレイサブシステム２０２および光源２０６の電源がオンにされないようにするかを決定するソフトウェアを実行することができる。
【００６５】
[0086]いくつかの実施形態によれば、ＨＵＤデバイス２は、ドライバＤＲＶからの入力に応答して、プロジェクタエンジン１０によって投影されコンバイナ１４に現れる画像を生成する。安全性から考えて、ドライバＤＲＶが、運転中に車両を制御し損なわないように、またはドライバＤＲＶが前方の道路から目を離さないように、ＨＵＤデバイス２に入力をもたらすことができることが好ましい。図７に示される制御電子部品６のアーキテクチャを含む上述したＨＵＤデバイス２の実施形態では、これらの入力は、図２ａおよび図２ｂに示されるような後方向きカメラ１８Ｒによって検出されるようなドライバＤＲＶによるジェスチャを含む。あるいは、静電容量センサ、電磁センサ、超音波センサおよびジェスチャ認識分野で理解されている他のセンサなどの他のタイプのセンサが、後方向きカメラ１８Ｒに追加される、またはそれに取って代わってもよい。奥行きの知覚を向上させることによってジェスチャ認識を助けるように、多数の後方向きカメラ１８Ｒが実装されてもよい。さらに、多数の後方向きカメラ１８Ｒは、日中使用する間にジェスチャを検出するように可視光に対する感光性のある１つのカメラ、および夜間に使用する間にジェスチャを捉えるように赤外線（ＩＲ）に対する感光性のある他のカメラを含むこともできる。ドライバＤＲＶによるこれらのジェスチャは、マイクロフォン２１９を介して受け取る、あるいはスマートフォンＳＰＨまたは車載オーディオシステムなどに接続されＨＵＤデバイス２と無線で接続されるデバイスを介して受け取る、ボイスコマンドと組み合わせられて、コンバイナ１４にそれについてのビジュアルコンテンツが表示され得る広範な機能を提供する。
【００６６】
[0087]本明細書に具体的に述べられるもの以外の他のカメラおよびセンサが、追加的に、または別法として、必要に応じて実装されてよい。
[0088]次に、図８、９ａおよび９ｂを参照して、一実施形態による、プロジェクタエンジン１０およびスクリーン１２によってコンバイナ１４にビジュアルコンテンツを投影するときの制御電子部品６の動作、および後方向きカメラ１８Ｒによって検出されるようなドライバＤＲＶによるジェスチャに応答するコンバイナ１４の動作の一例について説明する。
【００６７】
[0089]図８は、ドライバのジェスチャおよびコマンドに対する応答を含むＨＵＤデバイス２の一般化された動作を示す流れ図である。電源オンシーケンス５０は、ＨＵＤデバイス２の電源をオンにすることから始まり、システムＣＰＵ２００による適切な初期化ルーチンの実行、および電源オンセルフテストシーケンスなどの実行を含む。プロセス５２では、システムＣＰＵ２００は、スマートフォンＳＰＨ、ならびに、場合によっては、車載オーディオシステム、オンボード診断ポート（ＯＢＤＰ）、後部取り付け車載カメラＲＣＭおよびこの設備に利用可能および使用可能な同様のものを含む車両のいくつかの機能を含む、それに近接する様々なデバイスとその通信をペアにするように適切なルーチンを実行する。電源オンシーケンス５０およびペアリングプロセス５２に続いて、プロセス５４において、制御電子部品６は、ＨＵＤデバイス２をデフォルト状態にし、コンバイナ１４における表示のためにプロジェクタエンジン１０に対応する画像データを送る。このデフォルト状態は、ドライバＤＲＶの視野内にあるコンバイナ１４に、現在の車速、またはナビゲーションシステムマップ上での現在位置、または単なる「スプラッシュ」スクリーンを表示することであってよいことが企図される。この動作の時点で、ＨＵＤデバイス２は、ドライバＤＲＶからのコマンドを受けるまたは入り通信に応答する準備をする。このデフォルト状態において、必要に応じて、後方向きカメラ１８Ｒおよび制御電子部品６に関連する他の機能が、ドライバＤＲＶからの入力または通信ネットワークを通した入力を受けるように動作することができることが企図される。
【００６８】
[0090]この実施形態によれば、プロセス５５において、ドライバＤＲＶは、所定のハンドジェスチャを行い、それが後方向きカメラ１８Ｒによって検出されることによってＨＵＤデバイス２による機能を呼び出すことができる。この「ホーム」ジェスチャは、「親指を立てる」ジェスチャ、「２本の指を立てる」ジェスチャまたはその他の別の手の位置もしくは動きであってよく、後方向きカメラ１８Ｒの視界に入るようにステアリングホイールＳＷＨ（図１）の上でドライバＤＲＶによって行われることが好ましい。図７に示されるアーキテクチャでは、プロセス５５において、後方向きカメラ１８Ｒは、画像をシステムＣＰＵ２００に送り、システムＣＰＵ２００がドライバＤＲＶがＨＵＤデバイス２に対してコマンドを与えたいことを示すための所定の「ホーム」ジェスチャを検出するように画像認識ルーチンを実行する。この動作の一例は図９ａに示されており、そこにおいて、プロセス５４において表示されるデフォルト状態が画像６５である。画像６５は、現在の車速、移動方向などの情報を含み、図示されるように、いくつかの保留リマインダ（ｐｅｎｄｉｎｇ  ｒｅｍｉｎｄｅｒ）が表示される。プロセス５５において所定の「ホーム」ジェスチャ、この例では「親指を立てる」ジェスチャが検出されると、システムＣＰＵ２００によって、オーディオ・コマンド・リスナー・ルーチンを起動するプロセス５７が実行される。このプロセス５７では、制御電子部品６が、例えば図９ａの画像６７によって示されるような「リスニング」メッセージをコンバイナ１４に表示するように、データをプロジェクタエンジン１０に出す。次いで、マイクロフォン２１９、スマートフォンＳＰＨまたは適切なオーディオ入力機器から受けるボイスコマンドの内容を検出する適切な音声認識ルーチンがＣＰＵ２００によって実行される。
【００６９】
[0091]この実施形態によれば、プロセス５９において、比較的広範なオーディオコマンドがシステムＣＰＵ２００による実行に利用可能である。図９ｂは、一例として、ビジネスタイプ（例えば、「ピッツァ」）のインターネット検索を実行する「検索」、スマートフォンＳＰＨからＴＷＩＴＴＥＲソーシャルネットワークに投稿するショートテキストメッセージを作成する「ツイート」、電話通信網を通して連絡を取るようにテキストメッセージを作成する「テキスト」、スマートフォンＳＰＨで電話を掛けるための「コール」、およびナビゲーション機能の呼び出しを含む他のそうしたコマンドを含む、そうしたいくつかのコマンドを示している。これらのオーディオコマンドのうちの１つの受信に応答して、例えば、図９ａの例において、コンバイナ１４に表示される画像６９ａ〜６９ｄのうちの１つを押すことによって、プロセス５９において、システムＣＰＵ２００は、対応するコマンドを実行し対応するコンテンツを表示する。当然、プロセス５９のコマンド実行には、追加のボイスコマンドまたはハンドジェスチャが必要とされ得る（例えば、ハンドジェスチャまたは「センド」ボイスコマンドによってテキストもしくはツイートを確定する）。本明細書を参照する当業者なら、必要に応じて特定の実装形態のためのそうした機能を簡単に実装することができることが企図される。
【００７０】
[0092]プロセス５９におけるコマンドの実行後、制御電子部品６は、さらなる命令を待つまたは入り通信に応答することに戻り、場合によっては、その時点での画像がコンバイナ１４に表示された状態になる。これらのその時点での画像は、図９ａの画像６５のように、デフォルト状態であってもよく、または、例えば、図９ｂの画像７１によって示されるような、所望の目的地に向かうために次に曲がるところに関するナビゲーション情報である、プロセス５９で実行されたコマンドの結果であってもよい。
【００７１】
[0093]例えば通信の受信に応答して、接続デバイス（スマートフォンＳＰＨ）によって伝えられるようなプロセス５６における外部通信の受信に応答して、制御電子部品６は、プロセス５８において、外部通信に対応する通知を生成しコンバイナ１４に表示する。図９ｂは、外部通信の受信に応答して、ＨＵＤデバイス２によって表示される通知の例を示している。画像７３ａは、「ツイータ」のプロフィール写真およびスクリーン名を含むＴＷＩＴＴＥＲソーシャルネットワークから受ける「ツイート」の通知を示しており、画像７３ｂ、７３ｃは、発信者の連絡先名または「発信者ＩＤ」のインジケーションおよび彼らの電話番号をそれぞれ含む、着信電話および着信テキストメッセージの通知を示している。これらの通知は、画像７３ａ’のような、通知画像７３ａと一緒にすぐに表示されないがコマンドにより入手可能な二次情報を含むことができる。
【００７２】
[0094]この実施形態によれば、ドライバＤＲＶからのハンドジェスチャまたはボイスコマンドは、受け取った通知に対する応答を制御する入力をもたらす。これらのジェスチャおよびコマンドは、例えば、プロセス６０において、後方向きカメラ１８Ｒおよびマイクロフォン２１９からの入力に応答してシステムＣＰＵ２００によって実行されるルーチンを用いて検出される。例えば、画像７３ａ’のような二次通知が利用可能な場合、ドライバＤＲＶは、１本の指を立てて左方向にスワイプさせることによって二次通知を見たいという要求を示す。このハンドジェスチャが、プロセス６０においてシステムＣＰＵ２００によって検出されると、それに応答して、プロセス６２において、制御電子部品６は、画像７３ａ’を表示する。（画像７３ａ’における「リスニング」アイコンによって示されるような）この時点において、ドライバＤＲＶにより出されるボイスコマンド（例えば、「リツイート」、「リプライ」など）が、プロセス６０の他の段階において検出され、プロセス６２において制御電子部品６によって適切なアクションが取られる。あるいは、図９ｂに示される例では、プロセス６０において検出されるドライバＤＲＶによる１本の指を立てて右方向にスワイプするハンドジェスチャによって、制御電子部品が、プロセス６２において通知を「取り下げ」、それによってディスプレイはその前の状態（例えば、ナビゲーション画像７１）に戻る、またはデフォルト画像（例えば、速度計画像６５）に戻り、次のジェスチャ、コマンドまたは入り通信を待つ。
【００７３】
[0095]本明細書を参照する当業者には、それ自体かスマートフォンＳＰＨなどの接続デバイスのどちらかを介してＨＵＤデバイス２およびその制御電子部品６によってもたらされ得るような追加の機能を容易に理解でき、また、過度の実験なしに、特定の実装形態においてそれらの機能を容易に具現化することができることが企図される。
【００７４】
[0096]そうした追加の機能の１つのタイプは、ディスプレイサブシステム２０２による二次画像の生成である。例えば、ＨＵＤデバイス２は、さらに、ハウジング４内に、またはハウジング４外にあるがディスプレイサブシステム２によって制御可能な、紫外線（ＵＶ）波長ＬＥＤまたはレーザを含むことができ、コンバイナ１４のウインドシールド側は、ＵＶ光による刺激を受ける薄膜蛍光体または他の層でコーティングされ得る。この代替構成では、ディスプレイサブシステム２０２は、例えば、他のドライバまたは通行人に見えるロゴまたは他のシンボル画像を投影するように、コンバイナ１４の外側可視面に画像を生成しそれを輝かせるようにＵＶ  ＬＥＤまたはレーザを制御することができる。
【００７５】
[0097]いくつかの実施形態では、ＨＵＤデバイス２は、主に、図２ｃのシステム図におけるスマートフォンＳＰＨのような、付属のコンピューティングデバイスのための単純なディスプレイデバイスとして機能することができ、その場合、制御電子部品６は、付属のコンピューティングデバイス上で動くアプリケーションのためのディスプレイとして機能するように適当なグラフィックデータを生成する。その場合、この構成では、ＨＵＤデバイス２は、インターネット、ＧＰＳまたは他の通信形態への接続を含むことができる付属のコンピューティングデバイスに実装されている機能を活用し、したがって、例えば輝度を調節するように周辺光センサ２１に応答してプロジェクタエンジン１０を制御する機能である、ディスプレイの動作に関わる機能だけを最小限維持する、コンピュータ的により有能な実装形態の回路よりも劣る回路によって具現化されてよい。他の実施形態では、ＨＵＤデバイス２自体が、図７に対して上述したようにそれ自体上のコンプリート・コンピューティング・プラットフォームであってよく、または、中間レベルの機能を有することもでき、その場合、演算のうちのいくつかが、付属のコンピューティングデバイスにおいて実施される他の動作と共に、制御電子部品６によって実行される。
【００７６】
[0098]上述したように、後方向きカメラ１８Ｒの追加またはその代わりのセンサは、これらの実施形態によるジェスチャ検出に使用可能であり、そうしたセンサには、当業界で既知のような、デジタルカメラ、赤外線カメラ、ならびに静電容量、電磁気（例えば、レーダ）、紫外線および他のメカニズムを使用したセンサがある。一実施形態では、後方向きカメラ１８Ｒは、夜間の使用中にジェスチャを捉えるのに使用可能な赤外線（ＩＲ）カメラである。この実施形態では、図２ｂに示されるＩＲ発光体１９（例えば、赤外線発光ＬＥＤ）の一例は、夜間の状態の間、ドライバＤＲＶを照明するようにもたらされる。この実施形態によれば、ＩＲカメラ１８Ｒの上にＩＲ発光体を配置することによって、ジェスチャにステアリングホイールＳＷＨの影が映る可能性が大幅に減少することが観察された。さらに、この実施形態によれば、減少されたデューティサイクル（例えば、約１５％未満）におけるＩＲ発光体１９による照明は、より高いＩＲデューティサイクルで起こり得るドライバの不快さを引き起こすことなく、ジェスチャ検出に十分であることが観察された。
【００７７】
[0099]いくつかの実施形態によれば、前方向きカメラ１９Ｆは、ＨＵＤデバイス２に組み込まれてよく、例えば図２ａに示されるようなコンバイナ１４の上部に取り付けられ得る。前方向きカメラ１９Ｆは、可視光および／または不可視光を検出し処理するために、制御電子部品６にとっての可視性を、ＣＰＵ２００に対して直接もたらすか、光学画像プロセッサ２２５（図７）によって処理されるようにもたらす。前方向きカメラ１９Ｆは、例えば、画像プロセッサ２２５またはシステムＣＰＵ２００（または両方）が、車線マーカおよび境界を検出するために解釈することができる画像を撮影することができる。画像プロセッサまたはシステムＣＰＵ２００（または両方）は、その情報を用いて、車両が現在いる車線を含む車両が道路に対してどこに位置するか、または車両が道路を外れているかどうか、またはジグザグに走行しているかを検出し、それに従ってドライバＤＲＶに警告を出すことができる。前方向きカメラ１９Ｆによって取得される画像の他の情報は、交通情報、標識からの情報、道路脇に停まっている車両などの危険情報などを含むことができる。前方向きカメラ１９Ｆによって取得される画像情報は、画像プロセッサ２２５またはシステムＣＰＵ２００のどちらかまたは両方によって処理され、さらに、例えばコンバイナ１４に表示するための位置、方向、速度および他の結果を得るために、ＧＰＳ受信機２１３、集積回路ジャイロスコープセンサ２２３、加速度計２２７またはＨＵＤデバイス２内の他のセンサからの信号と組み合わされ得る。さらに、車線変更の安全性および駐車の補助などの情報を提供するために、外部または接続されている後部カメラＲＣＭ（図２ｃ）からの情報がシステムＣＰＵ２００によって組み合わされ得る。さらに、後方向きカメラＲＣＭからの画像は、ドライバが長時間にわたって間を閉じているかどうかを検出するために、画像プロセッサ２５またはシステムＣＰＵ２００によって処理され、もしそうなら、例えば、予め選択された時間内に目が開いていることが検出されない場合、ＨＵＤデバイス２は、可聴の、視覚の（閃光）、または振動による警告を発することができる。
【００７８】
[0100]これらの実施形態によれば、ＨＵＤデバイス２は、取り外しおよび再設置の著しい時間および労力の必要なしに、簡単にある車両のダッシュボードの上から取り外されて他の車両に設置可能な、ポータブルデバイスとして構築される。次に、図１０を参照すると、図１０は、３つの主な物理的構成要素である、ハウジング４と、「フット」９０と、「パック」９５とを有するようなＨＵＤデバイス２の分解図である。上述したように、プロジェクタエンジン１０の光学素子、スクリーン１２およびコンバイナ１４ならびに制御電子部品６の大部分は、カメラ１８Ｆ、１８Ｒなどの付属構成要素と共に、ハウジング４内に具現化される、またはそれに取り付けられる。
【００７９】
[0101]図１１は、ハウジング４の構造の分解図である。ハウジング４は、上部シェル１０４と腹部１０６とを含み、その両方が、ポリカーボネートまたは他のプラスチックで形成されてよく、腹部１０６は、必要なら、エラストマーの外側コーティング付きで形成され得る。コンバイナヒンジ１０２は、コンバイナ１４をシェル１０４に取り付ける別個のピンを含む押出成形のアルミニウムヒンジであり、ＨＵＤデバイス２の使用のときおよび収納のときに、コンバイナ１４をそれぞれ開けるまたは閉じるのに使用される。図６ａおよび図６ｂに対して上述したように、コンバイナヒンジ１６Ｃは、トルクが低く、ヒンジの安定性が高い、当業界で既知のハヤナ（Ｈａｙａｎａ）ヒンジのようなヒンジであり、それによって、振動下での望ましくない回転を阻止しつつコンバイナ１４の細かい調節が可能になる。コンバイナヒンジ１６Ｃは、この実施形態では、ヒンジブラケット１０８を介して腹部１０６に取り付けられる。図１１において明らかなように、スクリーン１２は、ハウジング４が組み立てられるときにシェル１０４の開口を通って延びるように、ヒンジ１６Ｓ（図１１には示されない）によって腹部２０６に取り付けられる。ライトブロック１７は、プロジェクタエンジン１０（図１１には示されない）からの光がドライバＤＲＶの目に届くのを遮るように、シェル１０４または直接スクリーン１２に取り付けられる。この実施形態では、くぼみ１１０は、腹部１０６の中央に形成され、パック９５と対合しパック９５と制御電子部品６（図１１には示されない）との間の電気接続を通す磁石を受容する。その両方については、以下に詳細に説明する。
【００８０】
[0102]図１０を再び参照すると、この実施形態におけるパック９５は、２つの主な機能である、ＨＵＤデバイス２への外部電気接続をもたらす機能、およびフット９０がそれに取り付けられる取り付けプラットフォームとしての機能、を果たす成形プラスチック本体である。パック９５を介してもたらされる電気接続は、ケーブル９６を介した電源（例えば、車内のシガレットライタ）および通信機器（例えば、車両のオンボード診断ポートＯＤＰ、またはスマートフォンＳＰＨなどの接続デバイス）のどちらかまたは両方への電気接続であってよい。当業界で既知のように、オンオード診断ポートＯＢＤＰは、典型的には、ＨＵＤデバイス２に電力と車両情報を伝達する信号の両方を提供する。ケーブル９６は、典型的な車両における様々な電源およびデータ信号源に差し込まれる適切なアダプタを支持することができる。パック９５の上部にあるコネクタ９８は、それが（例えば、以下に説明されるように、磁石によって）ハウジング４に対合されるとパック９５の上に位置することになる制御電子部品６の対応するコネクタに、ケーブル９６を接続する。パック９５の取り付けプラットフォーム機能は、図１０に示されるように、フット９０の対応する開口１００に嵌合する、その外周によって具現化される。
【００８１】
[0103]図１２ａおよび図１２ｂは、（明確にするためにフット９０のない状態の）ハウジング４に対するパック９５の対合を示している。図１２ａの上から下に沿った断面図に示され、図１１に対して上述したように、パック９５は、コネクタ９８が腹部１０６の対応する開口を通って上方に延びる状態で、腹部１０６の中央位置を占める。コネクタ９８は、（図１２ａの線図および図１２ｂの断面図に示される）回路基板１２４の端子（例えば、ポゴピン）と対合する。回路基板１２４上には、制御電子部品６が、プロジェクタエンジン１０の下に取り付けられる。腹部１０６は、図１２ｂにおいて明らかなように、パック９５内の対応する磁石１２０Ｐと対合し、パック９５に対してハウジング４を自己整列させ固定する、対応するくぼみ１１０（図１１）内の磁石１２０Ｈを含む。フット９０は、次に説明されるように、パック９５に固定されるので、ハウジング４は、この構成によってダッシュボードＤＳＨ上の所定位置に固定されるようになる。
【００８２】
[0104]図１０に示されるように、この実施形態のフット９０は、パック９５が上述したようにその中に嵌合される若干堅いが屈曲可能な要素であり、様々な形状のダッシュボードに整合するように使用者によって曲げられ得る。この実施形態では、フット９０は、特定のダッシュボードＤＳＨに整合するように折られた後、所定位置に残ることができ、その一方で、ハウジング４は、取り外され得る。パック９５は、フット９０の下の所定位置にあるままでもなくてもよい。このように、フット９０がダッシュボードＤＳＨ上の所定位置に残ったまま、ハウジング４およびその中身（典型的にはシステムのより高価な構成要素）が、迅速かつ簡単に取り外され、収納または他の車両へと動かされ得る。
【００８３】
[0105]この実施形態では、フット９０は、屈曲可能かつ適合可能なセクションと組み合わされる「補強」コアを含むように構築される。例えば、図１０を参照すると、補強コアは、開口１００の周りに延びるフット９０の内側（例えば、図１０の若干より厚くなって見えるフット９０の部分）を示し、その一方で、フット９０の屈曲可能かつ適合可能なセクションは、開口１００から後ろに延びるウイング１３２とキックスタンド片１３０とを含む。この屈曲可能セクションは、屈曲可能かつ適合可能であるが、屈曲後にその形状を維持する傾向のあるような「復原力」を有するコア材料から構築され得る。この点で「復原力」のある屈曲可能セクションの材料に適当な材料の例は、様々なアルミニウム合金を含み、フット９０の隆起部分を形成する補強コア部分は、より堅い鋳造金属から形成され得る。フット９０のコアのこれらのコア部分は、フット９０の少なくとも下面がその表面に若干粘着性のある整合可能材料を有して、より軟質なコーティング材料、例えば、プラスチックまたはゴム材料で覆われてよい。この外側整合可能材料は、粘りのあるエラストマーおよびいくつかの既知のシリコン材料など、本質的に粘着性であってよく、または、整合可能コアと、その整合可能コア上に塗布またはテープで付けられる粘着性材料との合成であってもよい。
【００８４】
[0106]この実施形態によれば、様々な形状のフット９０の多数のバージョンがＨＵＤデバイス２にもたらされてよく、フット９０の各バージョンは、車両のダッシュボードの特定のタイプに合うように適している。図１３ａから図１３ｄは、若干傾斜したダッシュボード、「ピーク」のあるダッシュボード、およびドライバから遠ざかるにつれて中度から極端に傾斜するダッシュボードを含む、車の広範なダッシュボードに適するような、図１０のフット９０の「標準」バージョンのＨＵＤデバイス２の実装形態を示している。図１３ａおよび図１３ｂは、フラット面上において、パック９５（図示せず）に対合されるときの、フット９０の上部のハウジング４の配置を示している。図１３ｃは、中−低プロファイルを有するウインドシールドＷＳＨの比較的標準的なダッシュボードＤＳＨにおけるＨＵＤデバイス２の配置を示している。図１３ｃの正面図および側面図の両方から明らかなように、ウイング１３２およびキックスタンド１３０は、ダッシュボードＤＳＨの湾曲に相似的に整合し、コンバイナ１４は、ウインドシールドＷＳＨに当たらないように上述したように調節可能である。図１３ｄは、標準的なフット９０を含むが、ステアリングホイールＳＷＨのプロファイルよりも上のピークからドライバＤＲＶから遠ざかるように傾斜するダッシュボードＤＳＨ上に配置されている、ＨＵＤデバイス２を示している。この設置では、フット９０のウイング１３２は、ダッシュボードＤＳＨのピークに整合し、その一方で、キックスタンド１３０は、ダッシュボードＤＳＨの遠ざかるように傾斜する面の上にハウジング４の後部を上に支えるように折られ、それによって、コンバイナ１４が、傾斜を隔てるにもかかわらずドライバＤＲＶの視界に入る状態が確実になる。
【００８５】
[0107]図１３ｅは、フット９０ＭＩＮの「最小」バーションのＨＵＤデバイス２を示している。最小フット９０ＭＩＮは、ダッシュボードＤＳＨが高く、ダッシュボードＤＳＨとウインドシールドＷＳＨとの間のスペースが狭いスポーツカーに最も良く適することが企図される。したがって、フット９０ＭＩＮの厚さは、図１３ｅの側面図に示されるように、可能な程度まで最小化される。
【００８６】
[0108]図１３ｆは、ジンバル式バージョンのフット９０ＧＭＢのＨＵＤデバイス２を示している。ジンバル式フット９０ＧＭＢは、ステアリングホイールＳＷＨに対して比較的低い、または極端に傾斜しているダッシュボードＤＳＨに最も良く適することが企図され、バン、いくつかのハイブリッドカー、および「ミニ」がこのプロファイルの車の例である。図１３ｆに示されるように、ジンバル式フット９０ＧＭＢは、比較的平坦なプロファイルを有するが、ダッシュボードＤＳＨ上に配置されるときにハウジング４がフット９０ＧＭＢ自体の取る角度とは著しく異なる角度に傾斜され得るようにするジンバル式玉継手（ｇｉｍｂａｌｅｄ  ｂａｌｌ  ｊｏｉｎｔ）１３５を含む。
【００８７】
[0109]ＨＵＤデバイス２についての取り付け構成をもたらすこれらの各実施形態は、広範な車両タイプおよび構造において、具体的には様々な形状のダッシュボードおよびウインドシールドにわって使用可能である。さらに、これらの実施形態によって、そうしたハウジング４がフット９０およびパック９５から簡単に取り外され、後で簡単に再び取り付け可能になる。したがって、ＨＵＤデバイス２は、持ち運び可能デバイスとして具現化され、多数の車両の間で迅速かつ簡単に設置可能および移動可能であり、それによって使用者は、公共の場所に車両を駐車するときに盗難に遭う危険がなくなる。
【００８８】
[0110]さらに、これらの実施形態において、フット１００は、例えば鋳造金属の補強コアと、さらに、アルミニウム合金などの「復原力」のある屈曲可能材料のコアをそれ自体含みプラスチックまたはゴム材料で覆われ、少なくとも下面に整合可能な若干粘着性のあるまたは粘りのある材料を有する屈曲可能部分（例えば、ウイング１３０およびキックスタンド部分１３２）とを含む、として上述されている。特にフット１００の屈曲可能部分にコア部分を含む構造は、ダッシュボードＤＳＨ上におけるＨＵＤデバイス２の安定した配置を可能にするだけでなく、ダッシュボードＤＳＨからのプロジェクタエンジン１０、スクリーン１２およびコンバイナ１４の機械的な隔離をもたらし、したがって、道路を走行するときの車両の振動からコンバイナ１４に表示される画像を安定化させる。そうした機械的な隔離をもたらす他の従来のデバイスも、必要に応じてＨＵＤデバイス２に任意選択でもたらされてよい。
【００８９】
[0111]別法としてまたはそれに加えて、いくつかの実施形態において、表示画像を安定化させる他のアプローチが実装されてもよい。そうした１つのアプローチによれば、「姿勢センサ」、例えばジャイロスコープ２２３（あるいは、傾斜計、または、十分に高い帯域幅もしくはリフレッシュレートの他のタイプの姿勢センサ）が、ＨＵＤデバイス２内、例えばハウジング４内において、制御電子部品６が実装されるプリント回路基板に取り付けられて含まれてもよい。この姿勢センサ（例えば、ジャイロスコープ２２３）によって検出される振動は、システムＣＰＵ２００に伝えられ、システムＣＰＵ２００が、１つまたは複数の振動補償モータを制御して、ハウジング４の動きまたはプロジェクタエンジン１０内のレンズもしくは鏡、スクリーン１２およびコンバイナ１４などの光学構造のうちの１つまたは複数の動きを、従来の能動サーボ制御技術を用いて減少させることができる。これらの振動補償モータの別法として、またはそれに加えて、システムＣＰＵ２００（または、実装されていればディスプレイＣＰＵ２１０）は、姿勢センサ（例えば、ジャイロスコープ２２３）からの信号に応答して、コンバイナ１４の表示画像を効果的に安定化させるように、姿勢センサからの信号に応答して投影画像を「予歪」するソフトウェアルーチンを実行することができる。
【００９０】
[0112]１つまたは複数の実施形態が本明細書に記載されているが、当然のことながら、これらの実施形態に対する修正形態および代替形態も企図され、そうした修正形態および代替実施形態は、本発明の利点および利得の１つまたは複数を得ることができ、それらは本明細書および図面を参照する当業者には明らかであろう。そうした修正形態および代替形態は、本明細書において以下に特許請求されるような本発明の範囲内にあることが企図される。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図４ｅ】
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【図４ｆ】
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【図４ｇ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１３ｃ】
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【図１３ｄ】
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【図１３ｅ】
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【図１３ｆ】
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【国際調査報告】
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2017531212.tif 000036
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