JP7712179B2 - 画像投影装置および画像投影方法 - Google Patents

Description

本発明は、画像投影装置および画像投影方法に関し、特に虚像を表示するための表示部に対して投影画像を照射する画像投影装置および画像投影方法に関する。

従来から、車両内に各種情報を表示する装置として、アイコンを点灯表示する計器盤が用いられている。また、表示する情報量の増加とともに、計器盤に画像表示装置を埋め込むことや、計器盤全体を画像表示装置で構成することも提案されている。

しかし、計器盤は車両のフロントガラス（ウィンドシールド）より下方に位置しているため、計器盤に表示された情報を運転者が視認するには、運転中に視線を下方に移動させる必要があるため好ましくない。そこで、フロントガラスに画像を投影して、運転者が車両の前方を視認したときに情報を読み取れるようにするヘッドアップディスプレイ（以下ＨＵＤ：Ｈｅａｄ Ｕｐ Ｄｉｓｐｌａｙ）も提案されている（例えば、特許文献１，２を参照）。

特開２０１９－１１９２４８号公報 特開２０１９－１１９２６２号公報

また、より多くの情報を提示するために、運転支援ＨＵＤ装置を用いて複数の画像をウィンドシールドに投影することも提案されている。しかし、複数の画像を異なる距離に虚像として投影して結像するためには、画像照射部と投影光学系を複数備える必要があり、インストルメントパネル内に収容するためには設計の自由度が低いという問題があった。そこで本願出願人は、一つの画像照射部内に複数の画像を表示し、プリズム等の光分岐部によって各画像の光路を分岐することで、省スペース化を図った画像投影装置を提案している。

図６は、一画面で複数の画像を投影するための従来技術の画像投影装置を示す模式図である。図６に示すように、従来の画像投影装置は、画像照射部１と、反射鏡２と、自由曲面ミラー３と、光分岐部４と、自由曲面ミラー５と、ウィンドシールド６を備えている。このような画像投影装置では、画像照射部１から照射された光の一部は光分岐部４で分岐されて自由曲面ミラー５、自由曲面ミラー３およびウィンドシールド６で反射されて運転者の視点に到達し、遠方に虚像８が結像される。画像照射部１から照射された光の他の一部は、反射鏡２、自由曲面ミラー３およびウィンドシールド６で反射されて運転者の視点に到達し、近方に虚像７が結像される。

したがって、従来技術の画像投影装置では、水平方向から数度下方の遠方（図６中では運転者から１５ｍ程度）に虚像８が投影され、運転者が運転支援情報を視認するための視線移動を小さくすることができる。また、さらに下方の近方（図６中では運転者から３ｍ程度）に虚像７が投影され、視線を移動することで車速表示等を良好に視認することができる。しかし、車両の走行中には、走行状態や路面状態に応じて車両自体と画像投影装置が振動するため、虚像７，８の結像位置が振動により変位して視認性が低下するという問題があった。

図７は、従来技術の画像投影装置において、画像照射部１で表示される表示領域を示す模式図である。画像照射部１において全表示領域１ａは、画像を表示できる全ての領域を示している。全表示領域１ａには、近方に結像される近方画像を表示する近方表示領域１ｂと、遠方に結像される遠方画像を表示する遠方表示領域１ｃが設けられている。図６に示した画像投影装置では、近方表示領域１ｂに表示された近方画像を照射する光が反射鏡２を介して近方に虚像７として結像され、遠方表示領域１ｃに表示された遠方画像を照射する光が光分岐部４を介して遠方に虚像８として結像される。しかし、車両の走行時には車両と画像投影装置が振動するため、虚像７，８の結像位置が背景に対して変動し、画像の視認性が低下するという問題が生じる。

このような車両走行時の振動による虚像７，８の結像位置の変化を抑制するために、車両の振動を検知するセンサを備えておき、センサの検知結果に応じて画像照射部１での画像表示位置を補正する方法が考えられる。センサが車両の振動を検知した場合には、その振動方向と変位量を算出して、近方表示領域１ｂと遠方表示領域１ｃの表示位置をそれぞれマージン領域１ｄ，１ｅ内で変化させる。これにより、振動による虚像７，８の変位をマージン領域１ｄ，１ｅ内での変位で相殺して、近方画像と遠方画像の結像位置の変化を抑制することができる。

しかし、このようなマージン領域１ｄ，１ｅ内で近方表示領域１ｂと遠方表示領域１ｃの表示位置を変化させる方法では、全表示領域１ａ内において振動を相殺するためにマージン領域１ｄ，１ｅを確保しておく必要がある。これは例えば、図７に示したように近方表示領域１ｂと遠方表示領域１ｃの上下にそれぞれ１５％程度の変位量を確保する場合には、表示できる画像サイズが３０％小さくなることを意味する。したがって、虚像７，８として結像できる画像サイズを大きくすることができず、虚像７，８として表示される近方画像と遠方画像の視認性が低下するという問題が発生する。

そこで本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、有効な画像表示面積を確保しながらも、車両の振動による結像位置の変動を抑制して画像の視認性を向上させることが可能な画像投影装置および画像投影方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の画像投影装置は、虚像を表示するための表示部に対して投影画像を照射する画像投影装置であって、第１画像および第２画像を照射する画像照射部と、前記表示部を介して前記第１画像を第１画像光として視点方向に照射する第１光学部と、前記表示部を介して前記第２画像を第２画像光として視点方向に照射する第２光学部と、前記第１画像光と前記第２画像光を分岐する光分岐部と、振動情報に基づいて、前記画像照射部に対する前記光分岐部の角度を変更して、前記表示部に対する前記第１画像光の入射角度を変更する第１光学駆動部とを備えることを特徴とする。

このような本発明の画像投影装置では、振動情報に基づいて、表示部に対する第１画像光の入射角度の補正量を算出し、補正量に応じて第１光学駆動部を制御して、第１画像の結像位置を補正するため、有効な画像表示面積を確保しながらも、車両の振動による結像位置の変動を抑制して画像の視認性を向上させることが可能となる。

また、本発明の一態様では、振動を検知し前記振動情報を取得する振動検知部と、前記振動情報に基づいて前記入射角度の補正量を算出し、前記補正量に応じて前記第１光学駆動部を制御して、前記第１画像の結像位置を補正する補正制御部とを備える。

また、本発明の一態様では、前記虚像の結像位置は、前記第１画像のほうが前記第２画像よりも視点位置から遠い。

また、本発明の一態様では、前記光分岐部はプリズムである。

また、本発明の一態様では、前記振動情報に基づいて前記表示部に対する前記第２画像光の入射角度を変更する第２光学駆動部を備える。

また、本発明の一態様では、前記第１光学駆動部は、前記第１光学部を構成する光学部材の何れかの角度を変更する。

また上記課題を解決するために、本発明の画像投影方法は、虚像を表示するための表示部に対して投影画像を照射する画像投影方法であって、第１画像を第１画像光とし、第２画像を第２画像光として光分岐部で分岐して、前記表示部を介して視点方向に照射する画像照射工程と、振動情報を取得する振動検知工程と、前記振動情報に基づいて、前記光分岐部の角度を変更して、前記表示部に対する前記第１画像光の入射角度を変更して、前記第１画像の結像位置を補正する補正制御工程とを備えることを特徴とする。

本発明では、有効な画像表示面積を確保しながらも、車両の振動による結像位置の変動を抑制して画像の視認性を向上させることが可能な画像投影装置および画像投影方法を提供することができる。

第１実施形態に係る画像投影装置１００の構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る画像投影装置１００の構成を示す模式図である。 第１実施形態に係る画像投影装置１００において、画像照射部１０から照射される画像の表示領域を示す模式図である。 第１実施形態に係る画像投影方法の工程を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る画像投影装置１１０の構成を示す模式図である。 一画面で複数の画像を投影するための従来技術の画像投影装置を示す模式図である。 従来技術の画像投影装置において、画像照射部１で表示される画像の表示領域を示す模式図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付すものとし、適宜重複した説明は省略する。図１は、本実施形態に係る画像投影装置１００の構成を示すブロック図である。図１に示すように画像投影装置１００は、画像照射部１０と、光分岐部２０と、第１光学部３０と、第２光学部４０と、振動検知部５０と、補正制御部６０と、光学駆動部７０を備えている。画像投影装置１００から投影された光は図示を省略するウィンドシールド（表示部）を介して運転者の視点位置に照射される。

また、画像投影装置１００は、各部と情報通信可能に接続されて、各部を制御する制御部を備えている（図示省略）。制御部の構成は限定されないが、一例として情報処理を行うためのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）や、メモリ装置、記録媒体、情報通信装置等を備えるものが挙げられる。制御部は、予め定められたプログラムに従って各部の動作を制御し、画像を含んだ情報（画像情報）を画像照射部１０に送出する。

画像照射部１０は、制御部からの画像情報に基づいて、画像を含んだ光照射する部分である。画像照射部１０の具体的構成は限定されず、例えば液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置、レーザ光源と光変調素子の組み合わせ等の従来公知のものを用いることができる。図１に示した例では、液晶表示装置の背面側から発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）により光を照射するものを用いている。後述するように、画像照射部１０は、遠方画像と近方画像をそれぞれ表示する遠方表示領域１３と近方表示領域１２を含んで構成されている。

光分岐部２０は、画像照射部１０から照射される画像の光を分岐する光学部材であり、少なくとも遠方表示領域１３で表示される第１画像を第１画像光とし、近方表示領域１２で表示される第２画像を第２画像光として分岐する。光分岐部２０は光を分岐する光学部材であれば構造は限定されず、プリズムを用いるとしてもよく、反射鏡で光の入射角と反射角を異ならせる等の手法を用いるとしてもよい。図２に示した例では光分岐部２０としてプリズムを用い、プリズムを画像照射部１０の遠方表示領域１３に重ねて配置している。したがって、遠方表示領域１３から照射された第１画像光は光分岐部２０によって第２画像光とは異なる経路で自由曲面ミラー４１で反射されて自由曲面ミラー３２に到達する。また、近方表示領域１２から照射された第２画像光は反射鏡３１で反射されて自由曲面ミラー３２に到達する。

ここで、光分岐部２０を画像照射部１０に重ねて配置するとは、平面視において光分岐部２０を配置した領域が画像照射部１０の画像表示領域と重複することを意味している。また、光分岐部２０と画像照射部１０が接触している場合も非接触の場合も重ねて配置に含まれるものとする。また、光分岐部２０と画像照射部１０の間に光を透過する光学部材や、両者の間隔を維持するための保持部材を介在させている場合も、重ねて配置に含まれる。

第１光学部３０は、遠方表示領域１３で表示された遠方画像を第１画像光として、視点方向に表示部を介して照射する光学要素の組み合わせである。第１光学部３０の光学的な構成は限定されず、複数の反射鏡やレンズ、プリズム等を組み合わせるとしてもよい。第２光学部４０は、近方表示領域１２で表示された近方画像を第２画像光として、視点方向に表示部を介して照射する光学要素の組み合わせである。第２光学部４０の光学的な構成は限定されず、複数の反射鏡やレンズ、プリズム等を組み合わせるとしてもよい。

振動検知部５０は、画像投影装置１００が搭載された車両の走行時等における振動を検知して振動情報を取得する部分である。振動検知部５０の具体的な構成は限定されないが、従来公知のジャイロセンサ等の加速度センサを用いることができる。ここでは振動検知部５０を画像投影装置１００の内部に備える場合を示しているが、画像投影装置１００の外部に別途設けられた振動検知部５０で振動情報を取得して、情報通信手段を用いて画像投影装置１００の制御部に振動情報が伝達されることで、画像投影装置１００が振動情報を取得するとしてもよい。

補正制御部６０は、振動検知部５０で取得された振動情報に基づいて、第１光学部３０から表示部に対する第１画像光の入射角度の補正量を算出し、補正量に応じて光学駆動部７０を制御して、第１画像の結像位置を補正する部分である。補正制御部６０は、制御部で実行されるプログラムで実現される機能であり、予め定められた手順に応じて各工程を実行する。ここでは補正制御部６０を画像投影装置１００の内部に備える場合を示しているが、画像投影装置１００の外部に別途設けられた補正制御部６０で振動情報に基づいて補正量を算出し、情報通信手段を用いて補正量が伝達されるとしてもよい。また、外部で算出された補正量に基づいて光学駆動部７０に対する制御信号を生成し、情報通信手段を用いて光学駆動部７０の駆動を制御するとしてもよい。

光学駆動部７０は、第１光学部３０の光路を変更することで、表示部に対する第１画像光の入射角度を変更する部分である。光学駆動部７０の構成は限定されないが、例えば第１光学部３０や光分岐部２０の角度を変更するモータ装置や、光の進行方向を電気的に制御する光学素子等を用いることができる。光学駆動部７０は、本発明における第１光学駆動部に相当している。光学駆動部７０としてモータ装置を用いる場合には、回転角度を精密に制御することができるステッピングモータを用いることが好ましい。

図２は、本実施形態に係る画像投影装置１００の構成を示す模式図である。図２に示すように画像投影装置１００は、画像照射部１０と、光分岐部２０と、振動検知部５０と、補正制御部６０と、光学駆動部７０と、反射鏡３１と、自由曲面ミラー３２と、自由曲面ミラー４１と、外光カットフィルタ８０を備えている。ここで、自由曲面ミラー４１と自由曲面ミラー３２の組み合わせが本発明における第１光学部３０を構成している、また、反射鏡３１と、自由曲面ミラー３２と、自由曲面ミラー４１の組み合わせが本発明における第２光学部４０を構成している。

図２に示した例では、画像照射部１０から照射された光の一部は第１光学部３０およびウィンドシールド（表示部）を介して第１画像光を視点方向に照射する。また、画像照射部１０から照射された光の他の一部は、第２光学部４０およびウィンドシールド（表示部）を介して第２画像光を視点方向に照射する。第１光学部３０や第２光学部４０には、必要に応じて凸レンズや凹レンズを配置して光径の拡大や縮小をするとしてもよい。また、光分岐部２０、反射鏡３１、自由曲面ミラー３２、自由曲面ミラー４１と、外光カットフィルタ８０の配置や向きは図２に示されたものに限定されない。

反射鏡３１は、画像照射部１０から照射された第２画像光が入射し、第１画像光を自由曲面ミラー３２方向に反射する光学部材である。図２に示した例では、反射鏡３１として凸面形状のミラーを示しているが、第１画像光を虚像として投影するために必要な光学設計されたものを用いることができ、必要に応じて凹面鏡、平面鏡、自由曲面ミラー等を用いることができる。また、反射鏡３１を省略して、画像照射部１０からの第１画像光が自由曲面ミラー３２に直接入射するとしてもよい。

自由曲面ミラー３２は、反射鏡３１で反射された第２画像光が入射し、ウィンドシールド方向に第２画像光を反射する凹面鏡である。自由曲面ミラー３２の反射面は、ウィンドシールドを介して虚像として投影するために、運転者の視点方向に光径が拡大するように設計されている。ここで、視点方向に光径が拡大するとは、反射後に光径が一貫して拡大する場合だけでなく、光径が縮小して中間地点において結像した後に拡大する場合も含む。

自由曲面ミラー４１は、光分岐部２０を介して第１画像光が入射し、第１画像光を自由曲面ミラー３２方向に反射する光学部材である。自由曲面ミラー４１の反射面は、ウィンドシールドを介して虚像として投影するために、運転者の視点方向に光径が拡大するように設計されている。ここで、視点方向に光径が拡大するとは、反射後に光径が一貫して拡大する場合だけでなく、光径が縮小して中間地点において結像した後に拡大する場合も含む。

外光カットフィルタ８０は、画像照射部１０とウィンドシールドの間において、第１画像光の経路上に配置され、赤外光および／または紫外光を遮断して可視光を透過する波長特性を有する光学部材である。図２では、外光カットフィルタ８０をウィンドシールドと自由曲面ミラー３２との間に配置した例を示しているが、画像照射部１０に入射する外光をカットすることが出来れば配置場所は限定されない。外光カットフィルタ８０が配置されていることで、ウィンドシールドの上方から入射してくる太陽光などの外光に含まれる赤外光および／または紫外光を遮断する。これにより、太陽光が自由曲面ミラー３２、反射鏡３１および自由曲面ミラー４１を介して画像照射部１０の画像表示領域に到達した場合の温度上昇や表示面の劣化を抑制することができる。また、外光カットフィルタ８０は可視光を透過するため、第１画像光は外光カットフィルタ８０を良好に透過し、虚像の投影には影響しない。

ウィンドシールド（図示省略）は、車両の運転席前方に設けられて可視光を透過する部分である。ウィンドシールドは、車両の内側面では自由曲面ミラー３２から入射した第１画像光および第２画像光を視点方向に対して反射し、車両の外部からの光を視点方向に対して透過するため、本発明における表示部に相当している。ここでは表示部としてウィンドシールドを用いた例を示したが、ウィンドシールドとは別に表示部としてコンバイナーを用意し、自由曲面ミラー３２からの光を視点方向に反射するとしてもよい。また、車両の前方に位置するものに限定されず、搭乗者の視点に対して画像を投影するものであれば側方や後方に配置するとしてもよい。

虚像は、ウィンドシールドで反射された第１画像光および第２画像光が運転者等の視点（アイボックス）に到達した際に、空間中に結像されたように表示される画像である。虚像が結像される位置は、画像照射部１０から照射された光が、反射鏡３１、自由曲面ミラー３２、自由曲面ミラー４１およびウィンドシールドで反射された後に視点方向に進行する際の拡がり角度によって決まる。

図２に示した例では、光学駆動部７０をステッピングモータで構成し、光分岐部２０の角度を変更する構成としている。本実施形態では車両の走行時等において、振動検知部５０で取得した振動情報に基づいて補正制御部６０が補正量を算出し、光学駆動部７０に制御信号を送出する。光学駆動部７０が制御信号に従って駆動され、光分岐部２０が紙面に垂直な方向を回転軸として回転され、画像照射部１０との相対的な角度が変更される。これにより、第１画像光が光分岐部２０を通過した後の光路が変更され、遠方画像の結像位置は紙面上下方向に移動する。

図３は、本実施形態に係る画像投影装置１００において、画像照射部１０から照射される画像の表示領域を示す模式図である。全表示領域１１は、画像照射部１０の画像を表示する領域全体である。全表示領域１１の一部は近方表示領域１２であり、他の一部は遠方表示領域１３である。遠方表示領域１３には第１画像が表示され、近方表示領域１２には第２画像が表示される。近方表示領域１２に表示される第２画像としては、速度と音量インジケータ、進行方向ガイド等が挙げられる。また、遠方表示領域１３に表示される第１画像としては、注意喚起の画像や緊急情報等の運転に関する補助的な情報が挙げられる。

図２に示した画像投影装置１００では、遠方表示領域１３に重なる位置に光分岐部２０であるプリズムを配置し、遠方表示領域１３からの第１画像光と近方表示領域１２からの第２画像光の経路を分岐させている。遠方表示領域１３で表示された第１画像は、光分岐部２０、自由曲面ミラー４１、自由曲面ミラー３２、外光カットフィルタ８０およびウィンドシールドを介して運転者の視点に到達する。また、近方表示領域１２で表示された第２画像は、反射鏡３１、自由曲面ミラー３２、外光カットフィルタ８０およびウィンドシールドを介して運転者の視点に到達する。第１画像光および第２画像光は、それぞれ第１光学部３０および第２光学部４０によって光径が拡大して視点に到達するため、運転者は第１画像光および第２画像光による第１画像および第２画像光の虚像が所定距離に結像されているように視認する。ここで、虚像の結像位置は、第１画像のほうが第２画像よりも視点位置から遠いものとなっている。

図４は、本実施形態に係る画像投影方法の工程を示すフローチャートである。はじめに、ステップＳ１の画像照射工程では、画像照射部１０の近方表示領域１２で近方画像（第２画像）を表示し、遠方表示領域１３で遠方画像（第１画像）を表示し、それぞれ第２画像光と第１画像光として照射する。第１画像光および第２画像光の照射と虚像の結像については上述して説明したものと同様である。第１画像光および第２画像光の照射を行った後にステップＳ２に移行する。

次にステップＳ２の振動検知工程では、振動検知部５０で車両の振動を検知して振動情報を取得し、取得した振動情報を補正制御部６０に送出する。具体例として、振動検知部５０に加速度センサを用いた場合には、加速度センサで検出した加速度の情報を振動情報として補正制御部６０に送出する。または、加速度センサで検出した加速度の情報を所定期間内で積分して、速度および位置の変化量を算出して位置の変化量を振動情報として補正制御部６０に送出する。振動情報を補正制御部６０に送出した後に、ステップＳ３に移行する。

次にステップＳ３の補正量算出工程では、取得した振動情報に基づいて補正制御部６０が光学駆動部７０の制御信号を生成する。振動情報として加速度の情報を取得した場合には、所定期間内で積分して速度および位置の変化量を算出し、位置の変化量をウィンドシールドへの入射角度の変化量に変換する。また、ウィンドシールドへの入射角度の変化量から第１光学部３０での光路の回転角度を算出し、第１光学部３０の光路をその回転角度の逆方向に変化させるように制御信号を生成する。一例としては、光分岐部２０であるプリズムを光学駆動部７０に備えて、光分岐部２０の画像照射部１０に対する相対角度を変化させる場合には、光分岐部２０の屈折率と第１画像光の入射角を考慮して回転角度を求める。補正制御部６０は制御信号を生成した後に光学駆動部７０に制御信号を送出し、ステップＳ４に移行する。

次にステップＳ４の補正制御工程では、補正量算出工程で生成された制御信号に基づいて、光学駆動部７０が駆動されて第１光学部３０の光路が変更される。光分岐部２０に光学駆動部７０を設けた場合には、光分岐部２０を回転させて自由曲面ミラー４１への入射角度が変更される。これにより、虚像の結像位置は車両の振動と反対方向に制御され、車両の振動による背景との位置ずれが相殺されて視認性が向上する。光学駆動部７０の駆動制御を行った後にステップＳ５に移行する。

次にステップＳ５の終了判断工程では、画像照射方法を終了するかを判断し、終了しない場合にはステップＳ１に移行し振動補正のフィードバック制御が継続される。終了する場合には、フィードバック制御のループから脱して制御を終了する。ここでは補正量算出工程と補正制御工程を別工程として説明したが、補正制御工程で補正量の算出も行うとしてもよい。

上述したように、本実施形態の画像投影装置１００および画像投影方法では、振動情報に基づいて第１光学部３０を制御して第１画像の結像位置を補正する。振動による結像位置の変動は、フィードバック制御されて光学的に補正されるため、図３に示したように全表示領域１１内にマージン領域を設ける必要がない。したがって、有効な画像表示面積を確保して近方表示領域１２と遠方表示領域１３の面積を大きくし、大きな第１画像および第２画像を投影することができる。これにより、車両の振動による結像位置の変動を抑制して画像の視認性を向上させることが可能となる。

本実施形態では、第１画像光として遠方画像を照射し、第２画像光として近方画像を照射する例を示したが、第１画像光を近方画像として近い位置に結像し、第２画像光を遠方画像として遠い位置に結像するとしてもよい。しかし、遠方画像は運転者の視点位置から結像位置までの距離が遠く、振動による結像位置のブレによって生じる背景とのズレが大きくなりやすい。したがって、第１画像光を遠方画像として遠い距離に結像し、振動情報に基づいて結像位置を補正することで、背景との位置ずれを抑制して視認性を向上させる効果を高めることができる。

また、光分岐部２０としてプリズムを用いることで、画像照射部１０を部分的に覆って一部の光を分岐する際の位置合わせや光学設計が容易となる。また、反射鏡を用いて光を分岐する場合と比較すると、光分岐部２０としてプリズムを用いることで、光を分岐するために確保するための容積を小さくして装置の小型化を図ることができる。また、プリズムは反射鏡３１、自由曲面ミラー３２、自由曲面ミラー４１等よりも小型で軽量なため、光学駆動部７０で回転動作を行う際のトルクが小さくなり、光学駆動部７０として低出力のものを用いて小型化を図ることができる。また、プリズムは小型で軽量なため、回転動作する際の精度を向上させ、補正時の回転速度を高めることができる。

上述したように本実施形態の画像投影装置および画像投影方法では、振動情報に基づいて、ウィンドシールド（表示部）に対する第１画像光の入射角度の補正量を算出し、補正量に応じて光学駆動部７０を制御して、第１画像の結像位置を補正する。これにより、有効な画像表示面積を確保しながらも、車両の振動による結像位置の変動を抑制して画像の視認性を向上させることが可能となる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図５を用いて説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。図５は、本実施形態に係る画像投影装置１１０の構成を示す模式図である。図５に示すように画像投影装置１１０は、画像照射部１０と、光分岐部２０ａ，２０ｂと、反射鏡３１と、自由曲面ミラー３２と、自由曲面ミラー４１と、振動検知部５０と、補正制御部６０と、光学駆動部７０ａ，７０ｂと、外光カットフィルタ８０とを備えている。本実施形態では、光分岐部２０ａ，２０ｂおよび光学駆動部７０ａ，７０ｂを設けて、第１光学部３０および第２光学部４０のどちらも振動補正を行う点が第１実施形態と異なっている。

図５に示した画像投影装置１１０では、遠方表示領域１３に重なる位置に光分岐部２０ａを配置し、遠方表示領域１３からの第１画像光を自由曲面ミラー４１方向に分岐している。光分岐部２０ａは本発明における第１光分岐部に相当している。また、近方表示領域１２に重なる位置に光分岐部２０ｂを配置し、近方表示領域１２からの第２画像光を反射鏡３１方向に分岐している。光分岐部２０ｂは本発明における第２光分岐部に相当している。

画像投影装置１１０では、遠方表示領域１３で表示された第１画像は、光分岐部２０ａ、自由曲面ミラー４１、自由曲面ミラー３２、外光カットフィルタ８０およびウィンドシールドを介して運転者の視点に到達する。また、近方表示領域１２で表示された第２画像は、光分岐部２０ｂ、反射鏡３１、自由曲面ミラー３２、外光カットフィルタ８０およびウィンドシールドを介して運転者の視点に到達する。

光学駆動部７０ａ，７０ｂは、それぞれ光分岐部２０ａ，２０ｂに設けられて画像照射部１０に対する相対的な角度を変更し、それぞれが本発明における第１光学駆動部と第２光学駆動部に相当している。振動検知部５０および補正制御部６０は、車両の振動を検知して振動情報に基づいて光学駆動部７０ａ，７０ｂをそれぞれ個別に制御して、振動による第１画像と第２画像の結像位置の変動を補正する。

本実施形態の画像投影装置および画像投影方法でも、振動情報に基づいて、ウィンドシールド（表示部）に対する第１画像光と第２画像光の入射角度の補正量を算出し、補正量に応じて光学駆動部７０ａ，７０ｂを制御して、第１画像と第２画像の結像位置を補正する。これにより、有効な画像表示面積を確保しながらも、車両の振動による結像位置の変動を抑制して画像の視認性を向上させることが可能となる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。第１実施形態および第２実施形態では、光分岐部２０を用いて画像照射部１０から照射される光を分岐して、遠方画像および近方画像として異なる距離に投影して虚像を結像していた。しかし、画像照射部１０で表示する画像を一つとして、光分岐部２０と第２光学部４０を用いずに第１光学部３０で一つの虚像を結像するとしてもよい。この場合には、光学駆動部７０を自由曲面ミラー４１に設けて、自由曲面ミラー４１の画像照射部１０に対する相対的な角度を変更する構成とすることができる。このとき、光学駆動部７０の制御は第１実施形態と同様であり、振動検知部５０で車両の振動情報を取得し、振動情報に基づいて補正制御部６０で補正量を算出し、光学駆動部７０の駆動を制御する制御信号を生成する。

本実施形態の画像投影装置および画像投影方法でも、振動情報に基づいて、ウィンドシールド（表示部）に対する第１画像光の入射角度の補正量を算出し、補正量に応じて光学駆動部７０を制御して、第１画像と第２画像の結像位置を補正する。これにより、有効な画像表示面積を確保しながらも、車両の振動による結像位置の変動を抑制して画像の視認性を向上させることが可能となる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１００，１１０…画像投影装置
１０…画像照射部
１１…全表示領域
１２…近方表示領域
１３…遠方表示領域
２０，２０ａ，２０ｂ…光分岐部
３０…第１光学部
３１…反射鏡
３２，４１…自由曲面ミラー
４０…第２光学部
５０…振動検知部
６０…補正制御部
７０，７０ａ，７０ｂ…光学駆動部
８０…外光カットフィルタ

Claims (7)

1. 虚像を表示するための表示部に対して投影画像を照射する画像投影装置であって、
   第１画像および第２画像を照射する画像照射部と、
   前記表示部を介して前記第１画像を第１画像光として視点方向に照射する第１光学部と、
   前記表示部を介して前記第２画像を第２画像光として視点方向に照射する第２光学部と、
   前記第１画像光と前記第２画像光を分岐する光分岐部と、
   振動情報に基づいて、前記画像照射部に対する前記光分岐部の角度を変更して、前記表示部に対する前記第１画像光の入射角度を変更する第１光学駆動部とを備えることを特徴とする画像投影装置。
2. 請求項１に記載の画像投影装置であって、
   振動を検知し前記振動情報を取得する振動検知部と、
   前記振動情報に基づいて前記入射角度の補正量を算出し、前記補正量に応じて前記第１光学駆動部を制御して、前記第１画像の結像位置を補正する補正制御部とを備えることを特徴とする画像投影装置。
3. 請求項１または２に記載の画像投影装置であって、
   前記虚像の結像位置は、前記第１画像のほうが前記第２画像よりも視点位置から遠いことを特徴とする画像投影装置。
4. 請求項１から３の何れか一つに記載の画像投影装置であって、
   前記光分岐部はプリズムであることを特徴とする画像投影装置。
5. 請求項１から４の何れか一つに記載の画像投影装置であって、
   前記振動情報に基づいて前記表示部に対する前記第２画像光の入射角度を変更する第２光学駆動部を備えることを特徴とする画像投影装置。
6. 請求項１から５の何れか一つに記載の画像投影装置であって、
   前記第１光学駆動部は、前記第１光学部を構成する光学部材の何れかの角度を変更することを特徴とする画像投影装置。
7. 虚像を表示するための表示部に対して投影画像を照射する画像投影方法であって、
   第１画像を第１画像光とし、第２画像を第２画像光として光分岐部で分岐して、前記表示部を介して視点方向に照射する画像照射工程と、
   振動情報を取得する振動検知工程と、
   前記振動情報に基づいて、前記光分岐部の角度を変更して、前記表示部に対する前記第１画像光の入射角度を変更して、前記第１画像の結像位置を補正する補正制御工程とを備えることを特徴とする画像投影方法。