特開 2024-168641 ヘッドアップディスプレイ装置及び乗り物

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024168641

(43)【公開日】2024-12-05

(54)【発明の名称】ヘッドアップディスプレイ装置及び乗り物

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/01 20060101AFI20241128BHJP

   G02F 1/13 20060101ALI20241128BHJP

   G09G 3/20 20060101ALI20241128BHJP

   G09G 3/36 20060101ALI20241128BHJP

   B60K 35/23 20240101ALI20241128BHJP

   G09G 3/34 20060101ALI20241128BHJP

【ＦＩ】

G02B27/01

G02F1/13 505

G09G3/20 680B

G09G3/36

B60K35/00 A

G09G3/34 J

【審査請求】未請求

【請求項の数】18

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023085487

(22)【出願日】2023-05-24

(71)【出願人】

【識別番号】000005810

【氏名又は名称】マクセル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001689

【氏名又は名称】青稜弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】山本 智貴

【テーマコード（参考）】

2H088

2H199

3D344

5C006

5C080

【Ｆターム（参考）】

2H088EA23

2H088EA32

2H088HA18

2H088HA21

2H088HA24

2H088HA28

2H088MA20

2H199DA03

2H199DA12

2H199DA15

2H199DA19

2H199DA28

2H199DA29

2H199DA33

2H199DA34

2H199DA36

2H199DA44

2H199DA48

3D344AA08

3D344AA26

3D344AA27

3D344AA30

3D344AC25

3D344AD13

5C006AF62

5C006AF63

5C006BF39

5C006EA01

5C006EC09

5C080AA10

5C080AA17

5C080BB05

5C080DD20

5C080DD29

5C080JJ01

5C080JJ02

5C080JJ06

5C080KK20

(57)【要約】

【課題】
発熱による表示パネルの寿命低下を抑制するヘッドアップディスプレイ装置を提供すること。本発明によれば、持続可能な開発目標の「3すべての人に健康と福祉を」に貢献する。
【解決手段】
ヘッドアップディスプレイ装置は、表示パネルと、光源部と、照射範囲調整部と、を備えている。光源部は、表示パネルへ出力する光を発光する構成である。照射範囲調整部は、表示パネルへの光の照射範囲を調整する構成である。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

表示パネルと、
前記表示パネルへ光を出射する光源部と、
前記表示パネルから出射された映像光を反射して、反射された映像光を表示領域へ投射する映像光投射部と、を有し、
前記表示パネルへ入射する光の照射範囲を調整する照射範囲調整部と、を備える、
ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。

【請求項2】

請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記照射範囲調整部は、
前記照射範囲調整部に入射した光のうち、前記照射範囲を形成するための光を透過し、前記照射範囲を形成しない光を吸収、または、反射する、
ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。

【請求項3】

請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記照射範囲調整部は、
前記照射範囲調整部に入射した光のうち、前記照射範囲を形成するための光を反射し、前記照射範囲を形成しない光を吸収、または、透過する、
ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。

【請求項4】

請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記照射範囲調整部は、
前記照射範囲調整部へ入射した光のうち、前記照射範囲を形成するための光を変調して出射する液晶素子と、
前記液晶素子の出射側に、前記液晶素子で変調された光を透過する偏光素子と、を備える、
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5】

請求項４に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記偏光素子は、反射型偏光素子である、
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6】

請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記照射範囲調整部は、
ＭＥＭＳシャッター、または、ＤＬＰによって構成されている、
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7】

請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記光源部は、それぞれＯＮ／ＯＦＦ切り替え可能な複数の光源からなる、
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8】

請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記表示パネルは、
前記照射範囲内の画素を用いて映像を描画する、
ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。

【請求項9】

請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
制御部を備え、
前記制御部は、
前記表示パネルで描画する映像に応じて、前記照射範囲を調整する、
ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。

【請求項10】

請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記照射範囲調整部は、前記表示パネルに対して、傾いて配置される、
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11】

請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記表示パネル上での描画位置の使用頻度および／または今までの使用時間に基づいて、前記照射範囲調整部により描画位置を調整する、
ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。

【請求項12】

請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
太陽光の強度を測定するセンサを、前記ヘッドアップディスプレイ装置を搭載する車両または前記ヘッドアップディスプレイ装置に備え、
前記センサの検出結果に基づいて、前記照射範囲調整部により前記照射範囲を調整する、
ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。

【請求項13】

請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記表示パネルの温度に基づいて、前記照射範囲調整部により前記照射範囲を調整する、
ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。

【請求項14】

請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記表示パネルの周囲温度に基づいて、前記照射範囲調整部により前記照射範囲を調整する、
ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。

【請求項15】

請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
位置情報と日時から算出される太陽の仰角に基づいて、前記照射範囲調整部により前記照射範囲を調整する、
ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。

【請求項16】

請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
外光の照度に基づいて、前記照射範囲調整部により前記照射範囲を調整する、
ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。

【請求項17】

請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
映像描画に使用する前記表示パネルの画素数に基づいて、前記照射範囲調整部により前記照射範囲を調整する、
ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。

【請求項18】

請求項１から請求項１７までのいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ装置を搭載した乗り物。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置及び当該ヘッドアップディスプレイを搭載した乗り物に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車等のフロントガラスに映像光を投写して虚像を形成し、例えば、ルート情報や渋滞情報などの交通情報、燃料残量や冷却水温度等の自動車情報を表示するヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ：Ｈｅａｄ Ｕｐ Ｄｉｓｐｌａｙ）装置が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－０２７７９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ＨＵＤ装置内には、光源と、映像光を出射する表示パネルと、が設けられる。ここで、表示パネルに光が入射することで、表示パネルが発熱し、表示パネルの寿命が縮まることが考えられる。そのため、発熱による表示パネルの寿命低下を抑制する技術を提供することに課題がある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明によれば、下記の態様のヘッドアップディスプレイ装置が提供される。このヘッドアップディスプレイ装置は、表示パネルと、光源部と、照射範囲調整部と、を備える。光源部は、表示パネルへ出力する光源光を発光する。照射範囲調整部は、表示パネルへの光の照射範囲を調整する。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、表示パネルへの光源からの光の照射範囲を制御し、映像の投射にあたって光源からの不要な光の入射を抑制し、表示パネルの寿命低下を抑制することができる。なお、上記した以外の課題、構成および効果は、以下の発明を実施するための形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】ＨＵＤ装置を搭載した車両の一例を示す図。

【図2】ＨＵＤ装置による映像光の投射の一例を示す図。

【図3A】表示パネルの温度上昇原因の一例を説明するための図である。

【図3B】表示パネルの温度上昇原因の一例を説明するための図である。

【図4】太陽光を原因とする表示パネルの温度上昇を抑制する方法の一例を説明するための図である。

【図5】日照センサの取り込み角の一例を示す図である。

【図6】車両情報の取得に用いる装置の一例を示す図である。

【図7A】ＨＵＤ装置における制御系の主要部の構成例を示す機能ブロック図である。

【図7B】車両のコントローラにより制御するＨＵＤ装置の主要部の構成例を示す機能ブロック図である。

【図8A】映像表示部の構造例を部分的に示した図である。

【図8B】映像表示部の構造例を部分的に示した図である。

【図9】照射範囲調整部による照射範囲の制限の一例を示す図である。

【図10】照射範囲調整部および表示パネルの具体的な構造の一例を示す図である。

【図11】照射範囲調整部の制御の一例を示す図である。

【図12】図１１に関する判定項目Ａの一例を示す図である。

【図13】角度α、β、γについて説明するための図である。

【図14】照射範囲の変更の一例を示す図である。

【図15】変形例の構造を示す図である。

【図16】変形例の構造を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。実施形態は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施することが可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。同一あるいは同様の機能を有する構成要素が複数ある場合には、同一の符号に異なる添字を付して説明する場合がある。また、これらの複数の構成要素を区別する必要がない場合には、添字を省略して説明する場合がある。

【0009】

先ず、図１－図５を参照しながら、ＨＵＤ装置等の概要について説明する。

【0010】

図１は、ヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ装置）１を搭載した車両２の構成例を示す概略図である。車両２および運転者に対して、水平方向Ｘは、左右方向、車両の横方向または車両の幅方向であり、鉛直方向Ｚは、車両の上下方向、縦方向であり、車両の横方向に対し直交する水平方向Ｙは、車両の前後方向または車両の進行方向である。

【0011】

ＨＵＤ装置１は、車両２の各部に設置されたカメラ及び各種センサなどから車両情報４を取得する。各種センサは、例えば、車両２で生じた各種イベントを検出したり、走行状況に係る各種パラメータの値を定期的に検出したり、ナビゲーション装置からの道路等の情報を取得したりする。車両情報４には、例えば、車両２の速度情報やギア情報、ハンドル操舵角情報、ランプ点灯情報、外光情報、距離情報、赤外線情報、エンジンＯＮ／ＯＦＦ情報、カメラ映像情報、加速度ジャイロ情報、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）情報、ナビゲーション情報、車車間通信情報、および路車間通信情報などが含まれる。カメラ映像情報は、車内カメラ映像情報や車外カメラ映像情報がある。ＧＰＳ情報の中には緯度および経度の他に現在時刻情報なども含まれる。

【0012】

ＨＵＤ装置１は、このような車両情報４に基づいて、ウィンドシールド３の表示領域５へ映像光を投射する。これによって、ＨＵＤ装置１は、投射映像に対応する虚像を、風景に重畳させて車両２の運転者（運転者の視点）に視認させる。本実施形態では、ウィンドシールド３の表示領域５へ映像光を投射することを説明するが、映像光を投射する投射部はコンバイナなどの投射部材でもよい。

【0013】

ＨＵＤ装置１は、車両２の制御ユニット１００と接続されており、ＨＵＤ装置１と制御ユニット１００は通信可能である。制御ユニット１００は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）とされ、例えば、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）による通信を行う。

【0014】

コントローラ１００又は制御ユニット１００は、データの入出力に基づいて車両２の制御を行い、ＨＵＤ装置１に接続される構成により、車載システムＳが構成される。すなわち、車載システムＳは、車両情報４を用いてコントローラ１００が車両２を制御可能なシステムである。

【0015】

図２は、図１の車両２の一部、ＨＵＤ装置１の構成例を示す概略図である。図２のＨＵＤ装置１は、照明光学系６３と、表示パネル６４と、光源６５と、ミラーＭ１と、反射ミラーＭ２と、を備える。ＨＵＤ装置１は、光源６５から出射される光（言い換えると、光源光）を用いて、反射ミラーＭ２を介してミラーＭ１に映像光を出射し、ミラーＭ１で反射された映像光をウィンドシールド３またはコンバイナのような投射部または投射部材に投射する装置である。光源６５は、代表的には、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）光源を含んで構成され、複数個の光源を配列して用いてもよい。表示パネル６４は、代表的には、液晶パネル（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＬＣＤ）である。表示パネル６４は、制御部１０１から指示され入力された映像データに基づいて、映像を作成し、当該表示パネル６４の表示素子の表示面に表示する。本発明の実施の形態では、ＨＵＤ装置１は、制御部１０１を備える装置となる。また、後述する図７Ｂに示すように、制御部１０１を有さない場合には、車両２のコントローラ１００を制御部１０１として機能することも可能となる。コントローラ１００により制御する場合、ＨＵＤ装置１の制御部１０１の制御とほぼ同じとなり、以下の実施の形態はＨＵＤ装置１の制御部１０１を用いて説明する。表示パネル６４は、映像データに応じて、光源６５からの光の透過率を画素毎に変調することで、表示領域５へ投射するための映像を形成し、映像光７（言い換えると投射光）として投射する。

【0016】

また、表示パネル６４は液晶パネルに限らず拡散機能を有するスクリーン板としてもよい。拡散機能を有するスクリーン板に映像を投写する手段として、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）または液晶パネルの像を投写レンズと組み合わせて投写する手段や、微小電気機械システム（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）を用いる手段でもよい。

【0017】

照明光学系６３は、光源６５と表示パネル６４の間に配置される。照明光学系６３は、光源光を調整する構成であり、例えば、光源光を略平行光に収束するレンズ等を用いて適宜に構成される。

【0018】

ミラーＭ１は光路上で後段に配置されたミラーである。ミラーＭ１は、反射ミラーＭ２からの映像光を、設定された角度の方向または所定方向へ向けて拡大して反射する映像投射部として機能する。ミラーＭ１は、例えば、凹面鏡（拡大鏡）であり、反射ミラーＭ２と表示領域５の間の映像光７の光路上に設けられる。ミラーＭ１は、表示パネル６４から出射された映像光７を表示領域５に投射することで、投射された映像光７を虚像９として運転者６等の利用者に視認させる映像光投射部として機能する。本実施形態のミラーＭ１は、凹面の反射面を有するミラーにより構成されている。

【0019】

反射ミラーＭ２は光路上で前段に配置されたミラーである。反射ミラーＭ２は、例えば、平面鏡であり、表示パネル６４とミラーＭ１との間の映像光７の光路上に設けられる。反射ミラーＭ２は、表示パネル６４からの映像光７をミラーＭ１に反射する映像光反射部として機能する。また、反射ミラーＭ２は、例えば、ガラス基材に、可視光を反射し、赤外光を透過する誘電体多層膜が形成されたコールドミラーとしてもよい。詳細は後述するが、ＨＵＤ装置１に入射した太陽光は、ミラーＭ１で反射した後、反射ミラーＭ２を経由して表示パネル６４へ集光し、表示パネル６４を焼損させる。反射ミラーＭ２をコールドミラーとした場合、太陽光に含まれる赤外光は、反射ミラーＭ２を透過するため、表示パネル６４へ到達せず、表示パネル６４の焼損を防止することができる。また、映像光７の光路を短くする場合、ミラーＭ１のみが配置されてもよく、反射ミラーＭ２が配置されなくてもよい。すなわち、この場合、表示パネル６４からの映像光７が、ミラーＭ１に直接的に入射し、ミラーＭ１は、入射した映像光７を表示領域５に投射する。一方、映像光７の光路を長くする場合、反射ミラーＭ２が複数配置されてよいし、レンズユニットと組み合わせて配置されてもよい。

【0020】

また、ＨＵＤ装置１は、光源６５と表示パネル６４の間に、照射範囲調整部８１を備える。この照射範囲調整部８１は、表示パネル６４に入射する光の照射範囲を調整するものである。照射範囲調整部８１は、照射範囲調整部８１に入射した光のうち、表示パネル６４に入射する光の照射範囲を形成するための光を透過し、表示パネル６４に入射する光の照射範囲を形成しない光を吸収、または、反射する。また、照射範囲調整部８１は、照射範囲調整部８１に入射した光のうち、表示パネル６４に入射する光の照射範囲を形成するための光を反射し、表示パネル６４に入射する光の照射範囲を形成しない光を吸収、または、透過する。その詳細の実施例については後述する。

【0021】

ＨＵＤ装置１は、例えば、映像光７が通過する開口部が形成されたダッシュボード内に配置される。なお、この開口部には、例えば、透光性のカバーが設けられてもよい。

【0022】

また、表示パネル６４と、反射ミラーＭ２との間には、レンズが設置されてもよい。このレンズは、虚像９の形成のために必要な光学距離を調整する、または、光学的な収差や歪を補正するためのレンズであり、表示パネル６４からの投射光を拡大して反射ミラーＭ２に入射させる機能を有する。

【0023】

次に、図３を参照しながら、表示パネル６４の温度上昇原因の一例を説明する。表示パネル６４の温度上昇の原因は、主として、周囲温度Ｔａの上昇と、表示パネル６４への太陽光入射による温度上昇と、表示パネル６４への映像光入射による温度上昇と、の３種類が考えられる。

【0024】

すなわち、図３Ａに示すように、太陽６０からの太陽光６０ａが、ＨＵＤ装置１内に入り込み、ＨＵＤ装置１内のミラー（この例では、ミラーＭ１および反射ミラーＭ２）で反射される。そして、この太陽光６０ａが表示パネル６４に入射し、表示パネル６４が太陽光を吸収することで、表示パネル６４の温度が上昇する。また、光源６５からの光においても同様に、表示パネル６４が光源６５からの光を吸収することで、表示パネル６４の温度が上昇する。

【0025】

次に、表示パネル６４周辺を拡大したものを図３Ｂに示す。周囲温度Ｔａは、表示パネル６４の周囲の温度であり、車外の天候や気温に左右される。表示パネル６４の温度は、周囲温度Ｔａに、ＨＵＤ装置１内に入射した太陽光による温度上昇ΔＴ（Ｉ）と、光源６５からの光による温度上昇ΔＴ（Ｌ）を加えたものである。従って、表示パネル６４の温度上昇を抑制するためには、液晶パネル６４へ入射する太陽光、または、光源からの光を低減する必要がある。なお、周囲温度Ｔａは、ＨＵＤ装置１内部の空間温度としてもよいし、または、本実施の形態のようなＨＵＤ装置１はダッシュボード内に収納されているので、ダッシュボード内の温度としてもよい。一方、ダッシュボード上などに配置されている場合、車内の空間温度としてもよい。

【0026】

表示パネル６４へ入射する太陽光を低減する手段として、例えば、ＨＵＤ装置１は、日照センサ６６と、遮断機構６７と、を備える。日照センサ６６は、上方から入射する太陽光を検知する。本実施の形態における日照センサ６６は、ウィンドシールド３またはコンバイナなどへの映像光７が通過する開口部の周辺に設けられているが、これに限らず、太陽光を検知できる場所であればよい。また、車両の温度センサは日照センサ６６として機能することも可能となる。遮断機構６７は、ミラーＭ１と、このミラーＭ１を駆動させる駆動機構６２と、を含む機構である。一例として、表示パネル６４の温度上昇は、日照センサ６６からの検知結果に基づき遮断機構６７を用いてミラーＭ１の角度を調整して抑制することができる。

【0027】

すなわち、図４に示すように、日照センサ６６が太陽光６０ａを検知した場合、ＨＵＤ装置１の制御部１０１またはコントローラ１００は、駆動機構６２を制御し、太陽光６０ａが表示パネル６４に入射しない光路となるように、ミラーＭ１の角度を調整させる。この状態では、表示パネル６４を保護することができる。従って、ＨＵＤ装置１を使用しない場合などでは、この状態にすることで、表示パネル６４の温度上昇を抑制することができる。

【0028】

次に、図５を参照しながら、日照センサ６６の取り込み角について説明する。同図におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の向きは、図１の場合と同様である。日照センサ６６の取り込み角は、表示パネル６４に集光する太陽光６０ａの光路に検知範囲６６ａが重なるように、設定される。なお、本実施形態のＨＵＤ装置１には、映像光を外部に出射する開口部７１が形成されてもよい。また、この開口部７１には、例えば、透光性のカバーが設けられてもよい。

【0029】

次に、図６を参照しながら、車両情報の取得に用いる装置の一例について説明する。また、図７を参照しながら、ＨＵＤ装置の制御系について説明する。図６は、車両情報の取得に用いる装置の一例を示す。図７は、ＨＵＤ装置における制御系の主要部の構成例を示す機能ブロック図である。

【0030】

ＨＵＤ装置１の車両情報取得部１０１５は、例えば、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）インタフェースやＬＩＮ（Ｌｏｃａｌ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｎｅｔｗｏｒｋ）インタフェースなどに対応した通信プロトコルに基づいて、データを取得することができる。なお、コントローラ１００も同様にしてデータを取得することができる。

【0031】

図６に示すように、車両情報４は、車両情報取得部１０１５に接続されるカメラ及び各種センサなどのデバイスを用いて取得される。なお、図６の各種デバイスに関しては、適宜、削除や、他の種類のデバイスの追加や、他の種類のデバイスへの置換が可能である。また、車両情報取得部１０１５を備えなくてもよい。このような場合、車両２のコントローラ１００は、制御と情報取得との機能を両方とも有している。

【0032】

車速センサ９０１は、車両２の速度を検出し、検出結果である速度情報の生成に用いられる。シフトポジションセンサ９０２は、現在のギアを検出し、検出結果となるギア情報の生成に用いられる。ハンドル操舵角センサ９０３は、現在のハンドル操舵角を検出し、検出結果となるハンドル操舵角情報の生成に用いられる。ヘッドライトセンサ９０４は、ヘッドライトのＯＮ／ＯＦＦを検出し、検出結果となるランプ点灯情報の生成に用いられる。

【0033】

照度センサ９０５および色度センサ９０６は、車両２の外光を検出し、検出結果となる外光情報の生成に用いられる。測距センサ９０７は、車両２と外部の物体との間の距離または外部の物体と物体との間の距離などを検出し、検出結果となる距離情報の生成に用いられる。赤外線センサ９０８は、車両２の近距離における物体の有無や距離などを検出し、検出結果となる赤外線情報の生成に用いられる。エンジン始動センサ９０９は、エンジンのＯＮ／ＯＦＦを検出し、検出結果となるＯＮ／ＯＦＦ情報の生成に用いられる。

【0034】

加速度センサ９１０およびジャイロセンサ９１１は、車両２の加速度および角速度を検出し、車両２の姿勢や挙動を表す加速度ジャイロ情報の生成に用いられる。温度センサ９１２は、車内外の温度を検出し、検出結果となる温度情報の生成に用いられる。

【0035】

路車間通信用無線送受信機９１３は、車両２と、道路、標識、信号等との間の路車間通信によって、路車間通信情報を生成する。車車間通信用無線送受信機９１４は、車両２と周辺の他の車両との間の車車間通信によって、車車間通信情報を生成する。車内用カメラ９１５および車外用カメラ９１６は、車内および車外を撮影し、車内のカメラ映像情報および車外のカメラ映像情報の生成に用いられる。具体的には、車内用カメラ９１５は、例えば、運転者６の姿勢や、眼の位置、動きなどを撮影するＤＭＳ（Ｄｒｉｖｅｒ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）用のカメラなどである。この場合、撮像された映像を解析することで、運転者６の疲労状況や視線の位置などが把握できる。

【0036】

一方、車外用カメラ９１６は、例えば、車両２の前方や後方などの周囲の状況を撮影する。この場合、撮像された映像を解析することで、周辺に存在する他の車両や人などの障害物の有無、建物や地形、雨や積雪、凍結、凹凸などといった路面状況、および道路標識などを把握可能になる。また、車外用カメラ９１６には、例えば、走行中の状況を映像で記録するドライブレコーダなども含まれる。

【0037】

ＧＰＳ受信機９１７は、ＧＰＳ衛星からＧＰＳ信号を受信することで得られるＧＰＳ情報を生成する。例えば、ＧＰＳ受信機９１７によって、現在時刻、緯度および経度を取得可能である。ＶＩＣＳ（Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ、登録商標）受信機９１８は、ＶＩＣＳ信号を受信することで得られるＶＩＣＳ情報を生成する。ＧＰＳ受信機９１７やＶＩＣＳ受信機９１８は、ナビゲーションシステムの一部として設けられてもよい。

【0038】

また、ＨＵＤ装置１は、表示パネル６４の周囲温度Ｔａを検出可能である温度センサ（不図示）を備える。この温度センサは、ＨＵＤ装置１内に搭載される。ＨＵＤ装置１は、この温度センサから表示パネル６４の周囲温度Ｔａのデータを取得してもよい。また、コントローラ１００も同様にして、この温度センサから表示パネル６４の周囲温度Ｔａのデータを取得してもよい。

【0039】

次に、ＨＵＤ装置１の制御系について説明する。制御部１０１は、ＨＵＤ装置１の全体および各部を制御するコントローラに相当し、主に、ＨＵＤ装置１における投射映像（虚像）の表示の制御や、音声出力の制御などを行う。制御部１０１は、例えば、配線基板などを用いて構成されている。図７Ａに示すように、制御部１０１は、この配線基板上に実装されている、車両情報取得部１０１５、マイクロコントローラ（ＭＣＵ）１０１０、不揮発性メモリ１０１１、揮発性メモリ１０１２、音声用ドライバ１０２５、表示用ドライバ１０２１、および通信部１０１６等を備える。

【0040】

図７Ｂは、車両のコントローラにより制御するＨＵＤ装置の主要部の構成例を示す機能ブロック図である。車両のコントローラ１００は、図７Ａの制御部１０１として機能する。図７Ｂの基本制御は図７Ａと同じであるが、ここで差異点を説明する。図７Ｂに示すように、ＨＵＤ装置１は制御部を有さない。すべての情報は車両情報取得部１０１５及び送信部１０１６により受信し、受信した信号に基づき投射映像（虚像）を表示し、音声の出力などを行う。また、映像処理部１０１３は、図７Ａの映像処理部の機能と異なり、映像を作成しないので、車両から受け取った映像を処理（例えばデコード）して表示する。一方、図７Ｂの映像処理部１０１３を有さない場合、ＭＣＵ１０１０内で処理してもよい。車両情報取得部１０１５及び送信部１０１６は一つにまとめてもよい。

【0041】

ＭＣＵ１０１０は、広く知られているように、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）のようなプロセッサや、メモリに加え、各種周辺機能を備えている。したがって、この制御部１０１内のＭＣＵ１０１０を除く各ブロックは、適宜、ＭＣＵ１０１０内に搭載されてもよい。図７Ｂの場合についても同様に、適宜のブロックが、ＭＣＵ１０１０内に搭載されてもよい。また、制御部１０１は、ＭＣＵ１０１０を用いた実装に限定されず、ＥＣＵで実装してもよいし、他の半導体デバイスを用いた実装でもよい。制御部１０１は、ＨＵＤ装置１の筐体内に実装されたコントローラであってもよいし、筐体外に実装されたコントローラであってもよい。

【0042】

図７において、ＭＣＵ１０１０は、車両情報４を、車両情報取得部１０１５を介して受信する。ＭＣＵ１０１０は、車両情報４などに基づいて、音声出力装置１０４１に向けた音声データや、映像表示部２００に向けた映像データなどを生成する。制御部１０１は、音声処理部１０１４と、映像処理部１０１３と、保護処理部１０６０と、を備える。これらの各部は、主に、不揮発性メモリ１０１１または揮発性メモリ１０１２に格納されるプログラムをＭＣＵ１０１０のＣＰＵが読み出して実行することで実現される。

【0043】

音声処理部１０１４は、必要に応じて、車両情報４などに基づいた音声データを処理する。音声データは、例えば、ナビゲーションシステムの音声案内を行う場合や、ＡＲ機能によって運転者６に警告を発する場合などに生成される。音声用ドライバ１０２５は、音声データに基づいて音声出力装置１０４１を駆動し、音声出力装置１０４１に音声を出力させる。

【0044】

映像処理部１０１３は、車両情報４などに基づいて、図１等の表示領域５に投射される投射映像の表示内容を定める映像データを処理する。表示用ドライバ１０２１は、映像データに基づいて、表示パネル６４に含まれる各表示素子（画素）を駆動する。これによって、映像表示部２００または映像表示ユニット２００は、映像データに基づいて、表示領域５へ投射するための映像を作成、表示する。

【0045】

なお、制御部１０１は、歪み補正部と、光源調整部と、ミラー調整部と、を備えてもよい。歪み補正部は、映像データに対して歪み補正を加えた補正後の映像データを生成する。具体的には、歪み補正部は、図１に示したように、ＨＵＤ装置１からの映像を表示領域５に投射した場合にウィンドシールド３の曲率によって生じる映像の歪みを補正する。そして、表示用ドライバ１０２１は、歪み補正部からの補正後の映像データに基づいて、表示パネル６４に含まれる各表示素子（画素）を駆動する。これによって、映像表示部２００は、補正後の映像データに基づいて、表示領域５へ投射するための映像を作成、表示する。

【0046】

光源調整部は、画像形成部ＰＧＵ１または画像形成ユニットＰＧＵ１内の光源の輝度などを調整する。制御部１０１は、光源の駆動に用いるドライバである光源駆動部１０２２を用いて光源６５を制御する。ミラー調整部は、ウィンドシールド３における表示領域５の位置を調整する必要がある場合に、駆動機構６２の駆動を介してミラーＭ１の設置角度を調整または変更する。制御部１０１は、駆動機構６２の駆動に用いるドライバであるミラー駆動部を用いて駆動機構６２を制御する。

【0047】

保護処理部１０６０は、日照センサ６６からの検知結果に基づいて、表示パネル６４を保護する。制御部１０１は、日照センサ６６からの検知結果に基づいて、照射範囲調整部用ドライバ１０２６を用いて、照射範囲調整部８１を制御する。照射範囲調整部８１の制御の例、および、照射範囲調整部８１の構造については、後で詳しく説明する。

【0048】

不揮発性メモリ１０１１は、主に、ＭＣＵ１０１０内のＣＰＵで実行されるプログラムや、ＭＣＵ１０１０内の各部の処理で使用する設定パラメータや、規定の音声データおよび映像データなどを予め記憶する。

【0049】

揮発性メモリ１０１２は、主に、取得された車両情報４や、ＭＣＵ１０１０内の各部の処理過程で使用される各種データを適宜記憶する。通信部１０１６は、通信インタフェースが実装された装置であり、ＨＵＤ装置１の外部との間で、ＣＡＮやＬＩＮなどに従った通信プロトコルに基づいて通信を行う。通信部１０１６は、車両情報取得部１０１５と一体であってもよい。操作入力部１０１７は、運転者６等の操作内容を受け付ける。なお、図７Ａの制御部１０１内の各部は、適宜、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などの専用回路によって実装されてもよい。図７Ｂにおいても同様に、適宜、各構成が専用回路によって実装されてもよい。また、ＨＵＤ装置１は、音声入力装置１０４２を備えてもよく、例えば、運転者６等が、音声により操作内容を入力してもよい。本実施の形態では、不揮発性メモリ１０１１と揮発性メモリ１０１２をそれぞれ有する構成となっているが、上記の処理を一つのメモリによって機能させてもよい。

【0050】

次に、映像表示部２００について具体的に説明する。映像表示部または映像表示ユニット２００は、映像光を投射する画像形成部ＰＧＵ１を備える。画像形成部ＰＧＵ１は、映像データに基づいて映像を表示し、表示した映像の映像光を投射する。画像形成部ＰＧＵ１は、光源６５と、映像表示素子を有する液晶パネルＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）等の表示パネル６４と、を備える。

【0051】

画像形成部ＰＧＵ１は、光源６５から出射される光（言い換えると、光源光）を用いて、表示パネル６４に形成された映像の映像光を投射する、プロジェクタ（投射型映像表示装置）である。光源６５は、代表的には、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を含んで構成される。

【0052】

表示パネル６４は、映像データに基づいて、映像を作成し、当該表示パネル６４の表示画面に表示する。本実施の形態の映像データは、制御部１０１からの指示に基づき入力された映像データを例として説明する。表示パネル６４は、映像データに応じて、光源６５からの光の透過率を画素毎に変調することで、表示領域５へ投射するための映像を形成し、映像光（言い換えると投射光）として投射する。

【0053】

また、表示パネル６４は液晶パネルに限らず拡散機能を有するスクリーン板としてもよい。拡散機能を有するスクリーン板に映像を投写する手段として、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）または液晶パネルの像を投写レンズと組み合わせて投写する手段や、微小電気機械システム（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）を用いる手段でもよい。

【0054】

光源６５は、例えば半導体光源素子を用いて構成され、所定の光源光を生成して表示パネル６４に供給する。光源６５は、表示パネル６４のバックライト光源として機能する。半導体光源素子は、代表的にはＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）素子が用いられる。光源６５は、複数個の光源を配列したものでもよい。

【0055】

一例では、光源６５（ＬＥＤ基板）、コリメータ、導光体、偏光変換素子、および拡散板等によって光源装置が構成される。コリメータ、導光体、偏光変換素子、および拡散板等は、適宜に配置することができる。なお、光源装置はほかの構成でもよい。

【0056】

光源装置は、偏光変換素子によって、ランダム偏光の光を、直線偏光の光に変換する。よって、導光体において、残留応力が内在していたとしても、その残留応力の影響、すなわち偏光状態の変化は、偏光変換素子での直線偏光への変換によって対処される。例えば、表示パネル６４への入射光は、残留応力の影響、すなわち偏光状態の変化が解消された光となる。

【0057】

また、偏光変換素子と表示パネル６４との間には、光学素子として、凹レンズまたはフレネルレンズが配置されてもよい。この光学素子（凹レンズまたはフレネルレンズ）の機能は、表示パネル６４の後段のレンズへの配光制御（光線入射角度・領域の制御）である。この光学素子は、拡散板に対し前後のいずれに配置されてもよい。この光学素子と拡散板とが一体化された部材でもよい。

【0058】

なお、前記レンズは、表示パネル６４とミラーＭ１との間に設けてもよい。この場合、レンズは、補正レンズでもよいし、他のレンズでもよく、当該レンズによって、後述するミラーＭ１への光線の出射方向を調整することで、ミラーＭ１の形状と合わせて歪曲収差などの調整を行うことができる。さらに、当該レンズの光軸方向における厚みを、表示パネル６４の上下方向（虚像９の上下方向に相当）において変化させることで、表示パネル６４とミラーＭ１の光学的な距離を変え、車両の前後方向または進行方向における虚像９の虚像距離を、上下方向で連続的に変化させることができる。すなわち、虚像９は、上方から下方にかけて連続的に虚像距離が短くなっていく。これによって、運転者が見る風景と重畳した虚像を表示することができる。なお、表示パネル６４を光軸に対して傾けて虚像の上下方向の倍率を変えることでも、同様に、虚像９の上下方向における虚像距離を連続的に変化させることができる。

【0059】

また、映像表示部２００は、ミラーＭ１を有する。ミラーＭ１は、例えば、凹面鏡（拡大鏡）であり、光路上で後段に配置される。ミラーＭ１は、表示パネル６４から出射された映像光を表示領域５に投射することで、投射された映像光を虚像として運転者等の利用者（ユーザー）に視認させる映像光投射部として機能する。表示パネル６４から出射された映像光（言い換えると投射光）は、ミラーＭ１で反射されて、ウィンドシールド３の表示領域５へ向かう。従って、ＨＵＤ装置１のユーザーは、その映像光を虚像として視認できる。

【0060】

これにより、運転者は、表示領域５に投射された映像光を、透明のウィンドシールド３の先の虚像９として、車外の風景（例えば道路や建物、人など）に重畳される形で視認することができる。投射映像である虚像は、例えば、道路標識や、自車の現速度や、風景上の対象物に付加される各種情報など、様々なものがある。これにより、風景上の対象物に各種情報を付加して表示するような拡張現実（ＡＲ）機能などが実現される。

【0061】

なお、ミラーＭ１には、駆動機構６２が取り付けられており、駆動機構６２にてミラーＭ１の角度調整が可能である。駆動機構６２によりミラーＭ１の設置角度を調整することで、ウィンドシールド３上の表示領域５および虚像の位置を調整可能となっている。駆動機構６２は、ステッピングモータ等を含む機構である。駆動機構６２は、制御部１０１からの制御に基づいて、ミラーＭ１の設置角度を調整または変更する。また、ユーザーの手動操作に基づいて、ミラーＭ１の設置角度を調整可能とされてもよい。これにより、運転者６が表示領域５に視認する虚像の位置を例えば上下方向に調整可能となっている。また、例えば、ミラーＭ１の有効な面積を調整すること等により、表示領域５の面積または表示領域５の表示領域の位置が調整され、適切な量の情報を表示領域５へ投射可能になる。

【0062】

本実施形態では、映像表示部２００は、日照センサ６６と、照射範囲調整部８１と、を含む。次に、図８－図１４を用いて、照射範囲調整部の機能、制御部１０１または車両２のコントローラ１００による制御の例などを、具体的に説明する。なお、図において、ｚ’軸は、照射範囲調整部８１から表示パネル６４への光の光路に沿った方向を示しており、あるいは、照射範囲調整部８１から出射された光を表示パネル６４へ入射する方向を示す。ｘ’軸は、表示パネル６４の左右方向、または横方向に対応する。ｙ’軸は、表示パネル６４の左右方向または横方向に対し直交する方向に対応する。

【0063】

上述したように、表示パネル６４には、太陽光のみならず、光源６５からの光によっても温度上昇が生じ得る。そこで、ＨＵＤ装置１は、表示パネル６４に光が照射される範囲を調整する照射範囲調整部８１を用いて、照射範囲を調整することで、光源６５からの光の入射に基づく表示パネル６４の温度上昇を抑制する。

【0064】

図８Ａは、映像表示部の構造例を部分的に示した図である。この例では、光源６５からの光路６５ｐ上に、コリメータレンズなどの光学素子６３、照射範囲調整部８１、表示パネル６４が配置されている。照射範囲調整部８１は、光学素子６３で所定の配光特性に調整された光が表示パネル６４へ入射するとき、表示パネル６４上における光の入射範囲を任意に調整する。図８Ａでは、照射範囲調整部８１により範囲Ａ１が遮光されている。従って、表示パネル６４への光の不要な入射が抑制され、表示パネル６４の発熱を抑制し、寿命の低下を抑制することができる。なお、表示パネル６４と照射範囲調整部８１が干渉してモアレが発生する可能性があるため、拡散板８２は表示パネル６４と照射範囲調整部８１との間に設置するのが望ましい。

【0065】

図８Ｂは、映像表示部の構造例を部分的に示した図である。図８Ｂに示す構造は図８Ａの構造とは異なり、複数の光源６５を配列し、各光源のＯＮ／ＯＦＦを個別制御するローカルディミング方式を採用している。ローカルディミングとの組み合わせにより、不要な光源をＯＦＦすることで、光源からの発熱も抑えられ、消費電力も低減でき、また、照射範囲調整部の劣化も抑制できる。すなわち、この構造では、光源ＯＮ／ＯＦＦによる表示パネル６４へ入射する光の照射範囲の調整が実現されている。図８Ｂ（３つの光源を備える例）では、３つの光源６５のうち真ん中の１つの光源がＯＦＦとなっており、これにより、同図における表示パネル６４の範囲Ａ２への光の入射が制限されている。

【0066】

これに加えて、この構造では、照射範囲調整部８１による照射範囲の調整が実現されている。図８Ｂでは、２つの光源６５がＯＮとなっており、これらの光源６５からの光の一部が照射範囲調整部８１によって制限され、同図における範囲Ａ３の表示パネル６４への光の入射が制限されている。従って、単純なローカルディミングのみでは、繊細な照射範囲の調整はできないが、ローカルディミングと照射範囲調整部８１を組み合わせる構造により、繊細な照射範囲制御が実現される。また、ローカルディミング方式とし、複数の光源６５のうちの不要な光源をＯＦＦとすることで、照射範囲調整部８１の劣化も抑制することができる。

【0067】

次に、図９を参照しながら、照射範囲の調整／制御の一例を説明する。図９の例では、照射範囲調整部８１は、表示パネル６４の描画に合わせて、照射範囲を調整している。すなわち、照射範囲調整部８１は、表示パネル６４で描画する文字（映像Ｉ２）や図形（映像Ｉ１）などの輪郭を囲うように照射範囲を合わせる。また、文字を描画する場合、照射範囲調整部８１は、連続した文字（映像Ｉ２）の全体を囲うように照射範囲を設定している。すなわち、図９の例では、照射範囲調整部８１は、ハッチングで示す範囲Ｓ１に入射する光源光６５ｂを透過させ、それ以外の範囲Ｓ２に入射する光源光６５ｂを遮光する。また、描画する文字や映像などの全体輪郭を囲うように照射範囲を合わせてもよいし。描画する文字や映像などの輪郭をそれぞれ囲うように照射範囲を合わせてもよい。

【0068】

なお、映像描画する画素と照射範囲を正確に合わせることは容易ではないので、照射範囲調整部８１は、表示パネル６４に描画する対象が良好に含まれるように、表示パネル６４に描画された画像より広い範囲を照射範囲に設定してもよい。また、照射範囲調整部８１から表示パネル６４に入射する映像光に角度があっても、映像描画への影響が低い。

【0069】

照射範囲調整部８１が遮光する範囲Ｓ２により、映像を描画しない領域に光が照射されないので、表示パネル６４の温度が低減され、例えば、パネル信頼性の向上が図られる。なお、照射範囲調整部８１の階調を調整することで、画像の色の濃淡を表すグラデーション、明るさの調節も可能である。通常、映像の明るさは、光源に印加する電圧のＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、パルス幅変調）制御によって明るさを調整するが、デューティー比が小さすぎるとフリッカーが発生する。ここで、照射範囲調整部８１とＬＥＤのＰＷＭ制御を合わせることで、例えば、フリッカーを抑制しながら暗くすることができる。

【0070】

次に、図１０を参照しながら、照射範囲調整部８１および表示パネル６４の具体的な構造例について説明する。照射範囲調整部８１は、照射範囲調整部８１へ入射した光のうち、照射範囲を形成するための光を変調して出射する液晶素子８１ａと、液晶素子８１ａの出射側に、液晶素子８１ａで変調された光を透過する偏光素子と、を備える。偏光素子は、反射型偏光素子と吸収型偏光素子のいずれでもよい。図１０に示すように、照射範囲調整部８１は、液晶素子８１ａの両側に、偏光素子を有する構造である。図１０の偏光素子は、反射型偏光素子Ａである第１偏光素子と、反射型偏光素子Ｂである第２偏光素子と、を有する。反射型偏光素子Ａと反射型偏光素子Ｂは、図示しないが、液晶素子８１ａへ、ＯＣＡ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｌｅａｒ Ａｄｈｅｓｉｖｅ）を用いて直接貼合してもよいし、ガラス基材に反射型偏光素子Ａまたは反射型偏光素子ＢがＯＣＡを用いて貼合されたものを、液晶素子８１ａの入射側と出射側にそれぞれ設けてもよい。なお、反射型偏光素子Ａと反射型偏光素子Ｂは、どちらも吸収型偏光素子で代替してもよいが、吸収型偏光素子の光吸収によって照射範囲調整部８１が高温となり、熱によって劣化してしまうため、反射型偏光素子を用いるのが望ましい。また、表示パネル６４は、液晶素子６４ａの両側に、吸収型偏光素子Ａ（６４ｂ）と、吸収型偏光素子Ｂ（６４ｃ）と、を有する構造である。なお、表示パネル６４では、映像のコントラストを得るために、消光比が大きい吸収型偏光素子を用いる。

【0071】

ここで、偏光素子の透過軸角度に関して、反射型偏光素子Ｂ（８１ｃ）と吸収型偏光素子Ａ（６４ｂ）は、透過軸が平行となるように設定されている。反射型偏光素子Ａ（８１ｂ）と反射型偏光素子Ｂ（８１ｃ）は、透過軸が直交となるように設定されており、吸収型偏光素子Ａ（６４ｂ）と吸収型偏光素子Ｂ（６４ｃ）は、透過軸が直交となるように設定されている。言い換えると、反射型偏光素子Ｂ（８１ｃ）と吸収型偏光素子Ａ（６４ｂ）は、反射軸と吸収軸が平行となるように設定されている。反射型偏光素子Ａ（８１ｂ）と反射型偏光素子Ｂ（８１ｃ）は反射軸が直交となるように設定されており、吸収型偏光素子Ａ（６４ｂ）と吸収型偏光素子Ｂ（６４ｃ）は吸収軸が直交となるように設定されている。

【0072】

この例では、光源６５から出射された映像光（ランダム偏光）が反射型偏光素子Ａ（８１ｂ）に入射し、入射した映像光のうち、Ｐ偏光成分は反射型偏光素子Ａ（８１ｂ）で反射し、Ｓ偏光成分は反射型偏光素子Ａ（８１ｂ）を透過して液晶素子８１ａへ入射する。そして、液晶素子８１ａに入射したＳ偏光のうち、液晶素子８１ａによってＰ偏光へと変調された光は、反射型偏光素子Ｂ（８１ｃ）を透過し、表示パネル６４へ入射する。一方、液晶素子８１ａによって変調されなかった光は、反射型偏光素子Ｂ（８１ｃ）で反射され、表示パネル６４に入射しない。ここで、液晶素子８１ａは、画素毎に階調を調整することができるので、液晶素子８１ａに入射した光が、反射型偏光素子Ｂ（８１ｃ）を透過するか、または、反射型偏光素子（８１ｃ）で反射するかを、画素毎に調整できる。すなわち、照射範囲調整部８１を用いることで、表示パネル６４へ光が入射する範囲を、任意に調整することができる。また、表示パネル６４において、液晶素子６４ａは、偏光変換する性質を有する構造であり、吸収型偏光素子Ａ（６４ｂ）はＳ偏光を吸収し、吸収型偏光素子Ｂ（６４ｃ）はＰ偏光を吸収する。

【0073】

この例では、照射範囲調整部８１はＰ偏光を出射し、表示パネル６４はＳ偏光を出射する構成であるが、例えばそれぞれの偏光素子の特性を逆として、照射範囲調整部８１はＳ偏光を出射し、表示パネル６４はＰ偏光を出射する構成であってもよい。ただし、ウィンドシールド３に対してＳ偏光での入射の方が望ましい。

【0074】

照射範囲調整部８１は、表示映像を描画しないため、カラーフィルタは不要であり、液晶素子８１ａは低画素数でもよい。カラーフィルタは、その特性上、可視光の一部を光吸収する。そのため、照射範囲調整部８１の透過率が低下する問題が生じる。また、当該液晶素子８１ａは、透過率の高い素子、すなわち、開口率の大きい液晶素子が望ましい。通常、液晶素子は、低画素数の方が、画素サイズが大きく、光を遮る電極や配線部分が有効領域に占める面積の割合も小さいため、開口率が大きい。また、一例として、照射範囲調整部８１はＭＥＭＳシャッター方式の構造が採用されてもよい。

【0075】

次に、図１１－図１３を参照しながら、ＨＵＤ装置１の制御部１０１による照射範囲調整部８１の調整例について説明する。図１１に示すように、先ず、制御部１０１またはコントローラ１００は、図１２に示す判定項目Ａに対する判定を行う（Ｓ１００）。そして、判定結果［１］である場合、照射範囲調整部８１により表示パネル６４の照射範囲を調整せず、照射範囲調整部８１からすべての光を透過させる（Ｓ１０１）。判定結果［２］である場合、表示パネル６４で描画する映像に応じて、照射範囲調整部８１により表示パネル６４の照射範囲を調整する（Ｓ１０２）。判定結果［３］である場合、、照射範囲調整部８１により表示パネル６４の照射範囲を調整せず、光源６５からのすべての光を遮光する（Ｓ１０３）。照射範囲調整部８１により調整する表示パネル６４の照射範囲とは、照射範囲調整部８１により出射された光を表示パネル６４へ入射する光の範囲と称する。

【0076】

図１２を参照しながら、上記の判定項目Ａの一例を説明する。例１では、日照センサ６６による太陽光６０ａの検出が判定項目であり、制御部１０１またはコントローラ１００は、日照センサ６６による太陽光６０ａが検出されない場合に判定結果［１］を判定し、日照センサ６６による太陽光６０ａが検出された場合に判定結果［２］を判定する。例２では、日照センサ６６で検出した太陽光６０ａの強度が判定項目であり、制御部１０１またはコントローラ１００は、日照センサ６６で検出した太陽光６０ａの強度が所定閾値又は予め設定された閾値を超えない場合に判定結果［１］を判定し、日照センサ６６で検出した太陽光６０ａの強度が所定閾値又は予め設定された閾値を超えた場合に判定結果［２］を判定する。

【0077】

例３では、周囲温度Ｔａ、映像輝度、太陽光強度から推定される表示パネル６４の温度が判定項目であり、制御部１０１またはコントローラ１００は、周囲温度Ｔａ、映像輝度、太陽光強度から推定される表示パネル６４の温度が所定閾値又は予め設定された閾値を超えない場合に判定結果［１］を判定し、周囲温度Ｔａ、映像輝度、太陽光強度から推定される表示パネル６４の温度が所定閾値又は予め設定された閾値を超えた場合に判定結果［２］を判定する。なお、表示パネル６４の温度推定には、映像輝度の代わりに光源のＰＷＭ制御で設定されるデューティー比と光源に流れる電流値を用いてもよい。例４では、周囲温度Ｔａ、映像輝度、太陽光強度から推定される一定時間後の表示パネル６４の温度が判定項目であり、制御部１０１またはコントローラ１００は、周囲温度Ｔａ、映像輝度、太陽光強度から推定される一定時間後の表示パネル６４の温度が所定閾値又は予め設定された閾値を超えない場合に判定結果［１］を判定し、周囲温度Ｔａ、映像輝度、太陽光強度から推定される一定時間後の表示パネル６４の温度が所定閾値又は予め設定された閾値を超えた場合に判定結果［２］を判定する。

【0078】

例５では、ミラーＭ１を用いた遮断機構６７の動作における異常検知が判定項目であり、制御部１０１またはコントローラ１００は、ミラーＭ１に関する動作の異常が検知された場合に判定結果［３］を判定する。ミラーＭ１に関する動作が異常となる場合、表示パネル６４の保護動作が働かなくなる。よって、表示パネル６４を保護するため、制御部１０１は、照射範囲調整部８１により表示パネル６４の照射範囲を調整せず、光源６５からのすべての光を遮光する。

【0079】

例６では、ミラーＭ１を用いた遮断機構６７の動作状況が判定項目であり、制御部１０１またはコントローラ１００は、遮断機構６７の動作中に判定結果［３］を判定する。制御部１０１またはコントローラ１００は、遮断機構６７が働いているときには、照射範囲調整部８１により表示パネル６４の照射範囲を制御しない。

【0080】

例７では、表示パネル６４の周囲温度Ｔａが判定項目であり、制御部１０１またはコントローラ１００は、周囲温度Ｔａの温度が所定閾値を超えない場合に判定結果［１］を判定し、周囲温度Ｔａの温度が所定閾値を超えた場合に判定結果［２］を判定する。なお、周囲温度Ｔａは、表示パネル６４の周囲温度でもよいし、ＨＵＤ装置１の内部空間温度、または、ダッシュボード内温度でもよい。

【0081】

例８では、車両の位置情報（経度、緯度）と日時から算出される太陽高度又は仰角αが判定項目であり、制御部１０１またはコントローラ１００は、角度αが所定の範囲内にないときに判定結果［１］を判定し、角度αが所定の範囲内にあるときに判定結果［２］を判定する。

【0082】

例９では、車両の位置情報（経度、緯度）と日時から算出される太陽高度又は仰角αおよび太陽方位角β、さらに、車両の向き又は方位角γに対する、太陽の相対方位角β－γが判定項目である。制御部１０１またはコントローラ１００は、α、β、および、β－γが所定の範囲内にないときに、判定結果［１］を判定する。制御部１０１またはコントローラ１００は、α、β、β－γのうちの何れかが所定の範囲内にあるときに、判定結果［２］を判定する。

【0083】

ここで、図１３を参照しながら、上記の例８および例９に関する角度α、β、γについて説明する。図１３に示すように、角度αは太陽高度又は仰角となる。角度βは太陽６０の方位角となる。角度γは車両２の方位角となる。角度β－γは、太陽の車両向きに対する相対方位角である。従って、例８および例９では、太陽光が表示パネルへ入射する条件（太陽高度および方位角）を考慮した判定が行われ、太陽光が表示パネルへ入射し易い条件では、照射範囲が調整される。なお、角度α、β、γは、公知の方法で取得することができる。

【0084】

例１０では、車両の照度センサ９０５で取得した車両の外光の照度が判定項目であり、制御部１０１またはコントローラ１００は、車両の外光の照度が所定閾値を超えない場合に判定結果［１］を判定し、車両の外光の照度が所定閾値を超えた場合に判定結果［２］を判定する。

【0085】

例１１では、車両の温度センサ９１２で取得した温度（すなわち、車内外の温度）が判定項目であり、制御部１０１またはコントローラ１００は、当該温度が所定閾値を超えない場合に判定結果［１］を判定し、当該温度が所定閾値を超えた場合に判定結果［２］を判定する。

【0086】

例１２では、ＨＵＤ装置１の動作における異常検知が判定項目であり、制御部１０１またはコントローラ１００は、ＨＵＤ装置１の動作の異常が検知された場合に判定結果［３］を判定する。例えば、ＨＵＤ装置１の異常動作によって、映像輝度が異常に明るくなってしまい、車両の運転が妨害されてしまう。このような場合に、照射範囲調整部８１で映像光を遮光する手段は有効である。

【0087】

例１３では、ＨＵＤ装置１の動作状況が判定項目であり、制御部１０１またはコントローラ１００は、ＨＵＤ装置１が起動しているときは判定結果［２］を判定し、照射範囲調整部８１により表示パネル６４の照射範囲を常に調整する。

【0088】

例１４では、映像描画に使用する表示パネル６４の画素数が判定項目であり、制御部１０１またはコントローラ１００は、使用する画素数が所定閾値を超えた場合に判定結果［１］を判定し、使用する画素数が所定閾値を超えない場合に判定結果［２］を判定する。すなわち、映像描画に使用する画素数が多い場合、照射範囲調整部８１により表示パネル６４の照射範囲を調整することによる、表示パネル６４の温度上昇を抑える効果が弱くなるので、制御部１０１またはコントローラ１００は、映像描画に使用する画素数が多い場合には照射範囲調整部８１により表示パネル６４の照射範囲を調整しない。

【0089】

制御部１０１またはコントローラ１００は、Ｓ１００のタイミングで、上記の例１～例１４の何れか一つの項目に基づいた判定を行うことができる。そして、制御部１０１またはコントローラ１００は、その判定結果に応じた制御を行うことができる。

【0090】

また、制御部１０１またはコントローラ１００は、Ｓ１００のタイミングで、上記の例１～例１４の複数の項目に基づいた判定をしてもよい。ここで、判定項目間において異なる判定結果が出力された場合、制御部１０１またはコントローラ１００は、例えば、判定結果［３］、判定結果［２］、判定結果［１］の順で優先して制御を行ってもよい。判定結果［３］、判定結果［２］、判定結果［１］の順で優先順位が高いので、例えば、例１～例１４のうちの３つの判定項目を用いた判定によって判定結果［３］と判定結果［２］と判定結果［１］が出力された場合、制御部１０１は、優先順位の高い判定結果［３］に基づく制御を行うことができる。なお、判定結果［３］、判定結果［２］、判定結果［１］の優先順位は、この順に限らない。

【0091】

また、図１２に示す判定項目Ａは、適宜に変更されてもよい。新たな判定項目が追加されてもよいし、判定項目の一部が省略されてもよいし、複数の判定項目を組み合わせてもよい。

【0092】

次に、表示パネル６４の劣化を更に抑制する技術について説明する。表示パネル６４上で光が照射されている箇所は、劣化が進みやすい。そこで、表示パネル６４上の映像の描画位置を変えることで、表示パネル６４上の長寿命化が図られる。すなわち、表示パネル６４の繰り返しの使用により、表示パネル６４には、頻繁に絵が描画される領域と、あまり描画されない領域と、が形成される。そこで、あまり描画されない領域に描画位置を移すことで、表示パネル６４の更なる長寿命化が図られる。このような、表示パネル６４上での描画位置の移動は、例えば、車両のイグニッションスイッチがＯＮとなる度（ＨＵＤ装置１の起動時）に実施してもよいし、一定期間が経過したときに実施してもよい。また、車両の走行中以外、いつ実施してもよい。なお、表示パネル６４上の映像の描画位置は表示パネル６４へ入射する光の範囲、あるいは、照射範囲となる。

【0093】

ここで、ミラーＭ１の角度を変えることにより、ウィンドシールド３に投射する映像の位置を、表示領域５上で上下方向に容易に調整することができるので、表示パネル６４上で上下方向に照射範囲を動かすことが好ましい。すなわち、図１４に示すように、描画する絵Ｉ３、言い換えれば、照射範囲Ｓ３は、表示パネル６４上において上下方向で動かすことが好ましい。ここで、ミラーＭ１を用いた位置調整を考慮して、表示パネル６４上において、描画する絵Ｉ３に関する移動量、および、描画位置ＰＡから描画位置ＰＢへの移動量は、同じであることが望ましい。

【0094】

従って、制御部１０１またはコントローラ１００は、照射範囲および／または表示パネル６４上の描画位置を上下方向に移す制御を行い、さらに、駆動機構６２を駆動しミラーＭ１の角度を調整することで、運転者が視認する描画対象（オブジェクト）の位置を調整する制御を行ってもよい。その一方で、制御部１０１またはコントローラ１００は、表示パネル６４上の単独の描画対象だけの照射範囲および／または描画位置を変更する制御を行ってもよい。

【0095】

制御部１０１またはコントローラ１００は、一例として、表示パネル６４上での描画位置の使用頻度に基づいて、照射範囲および／または表示パネル６４上の描画位置を移す制御を行ってもよい。また、制御部１０１またはコントローラ１００は、表示パネル６４上での描画位置の今までの使用時間に基づいて、照射範囲および／または表示パネル６４上の描画位置を移す制御を行ってもよい。

【0096】

次に、図１５を参照しながら、変形例の構造について説明する。上記と同様の説明は省略することがある。図１５の例では、照射範囲調整部９１は、入射側の反射型偏光素子Ａが省略されており、出射側の反射型偏光素子Ｂ（偏光素子）（９１ｂ）を有する。反射型偏光素子Ｂ（９１ｂ）は、図示しないが、液晶素子９１ａへ、ＯＣＡ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｌｅａｒ Ａｄｈｅｓｉｖｅ）を用いて直接貼合してもよいし、ガラス基材に反射型偏光素子Ｂ（９１ｂ）がＯＣＡを用いて貼合されたものを、液晶素子９１ａの出射側に設けてもよい。なお、反射型偏光素子Ｂ（９１ｂ）は、吸収型偏光素子で代替してもよいが、吸収型偏光素子の光吸収によって照射範囲調整部９１が高温となり、熱によって劣化してしまうため、反射型偏光素子を用いるのが望ましい。照射範囲調整部９１には、直線偏光の光が入射する。なお、光源６５からの光は、適宜に配置される偏光変換素子を透過し、照射範囲調整部９１に入射する。

【0097】

ここで、偏光素子の透過軸角度に関して、反射型偏光素子Ｂ（９１ｂ）と吸収型偏光素子Ａ（６４ｂ）は、透過軸が平行となるように設定されている。吸収型偏光素子Ａ（６４ｂ）と吸収型偏光素子Ｂ（６４ｃ）は、透過軸が直交となるように設定されている。言い換えると、反射型偏光素子Ｂ（９１ｂ）と吸収型偏光素子Ａ（６４ｂ）は、反射軸と吸収軸が平行となるように設定されている。吸収型偏光素子Ａ（６４ｂ）と吸収型偏光素子Ｂ（６４ｃ）は、吸収軸が直交となるように設定されている。

【0098】

この例では、映像光（Ｓ偏光）が液晶素子９１ａに入射し、液晶素子９１ａによってＰ偏光へと変調された光は、反射型偏光素子Ｂ（９１ｂ）を透過し、表示パネル６４へ入射する。一方、液晶素子８１ａによって変調されなかった光は、反射型偏光素子Ｂ（９１ｂ）で反射され、表示パネル６４に入射しない。ここで、液晶素子９１ａは、画素毎に階調を調整することができるので、液晶素子９１ａに入射した光が、反射型偏光素子Ｂ（９１ｂ）を透過するか、または、反射型偏光素子（９１ｂ）で反射するかを、画素毎に調整できる。すなわち、照射範囲調整部９１を用いることで、表示パネル６４へ光が入射する範囲を、任意に調整することができる。また、表示パネル６４において、液晶素子６４ａは、偏光変換する性質を有する構造であり、吸収型偏光素子Ａ（６４ｂ）はＳ偏光を吸収し、吸収型偏光素子Ｂ（６４ｃ）はＰ偏光を吸収する。

【0099】

この例では、照射範囲調整部９１はＰ偏光を出射し、表示パネル６４はＳ偏光を出射する構成であるが、それぞれの偏光素子の特性を逆として、照射範囲調整部９１はＳ偏光を出射し、表示パネル６４はＰ偏光を出射する構成であってもよい。ただし、ウィンドシールド３に対してＳ偏光での入射の方が望ましい。

【0100】

照射範囲調整部９１は、表示映像を描画しないため、カラーフィルタは不要であり、液晶素子９１ａは低画素数でもよい。カラーフィルタは、その特性上、可視光の一部を光吸収する。そのため、照射範囲調整部９１の透過率が低下する問題が生じる。また、当該液晶素子９１ａは、透過率の高い素子、すなわち、開口率の大きい液晶素子が望ましい。通常、液晶素子は、低画素数の方が、画素サイズが大きく、光を遮る電極や配線部分が有効領域に占める面積の割合も小さいため、開口率が大きい。また、一例として、照射範囲調整部９１はＭＥＭＳシャッター方式の構造が採用されてもよい。

【0101】

次に、図１６を参照しながら、変形例の構造について説明する。上記と同様の説明は省略することがある。図１６の例では、照射範囲調整部９５は、表示パネル６４に入射させる光を反射させ、表示パネル６４に入射させない光を透過させる構造である。なお、照射範囲調整部９５へ入射する映像光は、ランダム偏光でも直線偏光でもよい。直線偏光を用いる場合では、光源６５からの光は、適宜に配置される偏光変換素子を透過し、照射範囲調整部９５に入射する。

【0102】

表示パネル６４の全領域にわたって照射する範囲の調整を行うことができるように、照射範囲調整部９５の大きさ及び／又は配置が決定される。当該変形例では、照射範囲調整部９５は表示パネル６４に対して傾き、表示パネル６４のサイズより大きいが、これに限らない。そして、ＨＵＤ装置１の制御部１０１またはコントローラ１００は、照射範囲調整部９５を調整し、照射範囲Ｓ１’の光を反射させることで、表示パネル６４に光を入射させる。このとき、光を照射しない範囲Ｓ２’の光は、照射範囲調整部９５を透過する。

【0103】

この例では、照射範囲調整部９５はＰ偏光を反射し、表示パネル６４はＳ偏光を出射する構成であるが、照射範囲調整部９５はＳ偏光を反射し、表示パネル６４はＰ偏光を出射する構成であってもよい。ただし、ウィンドシールド３に対してＳ偏光での入射の方が望ましい。

【0104】

一例として、照射範囲調整部９５は、ＭＥＭＳシャッター方式の構造、または、ＤＬＰ方式の構造が採用されてもよい。

【0105】

本発明は前述した内容に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲の趣旨内における様々な変形例及び同等の構成が含まれる。例えば、前述した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに本発明は限定されない。また、例えば、実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をしてもよい。

【0106】

光源部が単一の光源６５により構成されてもよい。また、光源部が複数の光源６５により構成されてもよい。

【0107】

前述したように、実施の形態に係る技術、光源と表示パネルとの間に照射範囲調整部を備えることで、発熱による表示パネルの寿命低下を抑制することが可能になる。また、照射範囲調整部の光の透過割合が高いので、運転者に対し、運転支援などのためのよりよい虚像を提供でき、安全運転などに寄与する情報表示装置（ヘッドアップディスプレイ装置）を提供できる。これにより、交通事故を防止することが可能となる。さらに、国連の提唱する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ：Sustainable Development Goals）の「３．すべての人に健康と福祉を」に貢献することが可能になる。

【符号の説明】

【0108】

６４ 表示パネル
６５ 光源
８１ 照射範囲調整部

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】