JP7798864B2 - 画像生成装置、当該画像生成装置を備える画像照射装置、及び画像照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像生成装置、当該画像生成装置を備えた画像照射装置、及び画像照射装置に関する。

将来において、公道上では自動運転モードで走行中の車両と手動運転モードで走行中の車両が混在することが予想される。

将来の自動運転社会では、車両と人間との間の視覚的コミュニケーションが益々重要になっていくことが予想される。例えば、車両と当該車両の乗員との間の視覚的コミュニケーションが益々重要になっていくことが予想される。この点において、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）を用いて車両と乗員との間の視覚的コミュニケーションを実現することができる。ヘッドアップディスプレイは、ウインドシールドやコンバイナに画像や映像を投影させ、その画像をウインドシールドやコンバイナを通して現実空間と重畳させて乗員に視認させることで、いわゆるＡＲ（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）を実現することができる。

特許文献１は、表示光を射出する表示光射出装置と、表示光射出装置からの表示光を反射する平面鏡と、平面鏡で反射された表示光を反射してウインドシールドやコンバイナに導く反射鏡と、を備えたヘッドアップディスプレイ装置が開示されている。このヘッドアップディスプレイ装置は、表示光射出装置、平面鏡、凹面鏡等を収容する筐体を有している。

また、特許文献２は、画像生成部から出射された画像を形成するための光を凹面鏡により反射させて車両のウインドシールドに投射するヘッドアップディスプレイを開示している。ウインドシールドに投射された光の一部はウインドシールドに反射されて、運転者の目に向かう。運転者は、ウインドシールド越しに見える実在の物体を背景に、目に入った反射光を、ウインドシールドを挟んで反対側（車両の外側）にある物体の像のように見える虚像として知覚する。

凹面鏡は、回転可能に構成されている。虚像が運転者の視点位置に対応した位置に表示されるように、運転者の視点位置に対応して凹面鏡が回転される。これにより、ウインドシールド上に投射される光の位置が変更される。

また、特許文献３は、画像生成装置から出射された画像を形成するための光を凹面鏡により反射させて車両のウインドシールドに投射するヘッドアップディスプレイを開示している。画像生成装置は、光源、光源から出射された光を透過させるレンズ、およびレンズを透過した光により画像を生成するための光を形成する表示デバイスを備えている。

また、特許文献４は、画像生成部から出射された画像を形成するための光を凹面鏡により反射させて車両のウインドシールドに投射するヘッドアップディスプレイを開示している。

日本国特開２０２０－１１７１０６号公報 日本国特開２０１８－２０５５０９号公報 日本国特開２０２０－１７００６７号公報 国際公開第２０２０／１１０５８０号公報

特許文献１に開示のような従来のヘッドアップディスプレイでは、プロジェクタ装置と平面鏡とは個別に筐体に固定されているため、プロジェクタ装置（画像生成装置）と平面鏡との位置精度が低下する場合があった。

そこで、本発明は、画像生成部と第一ミラーとの位置精度を向上させ、第一ミラーの小型化が実現可能な画像生成装置及び当該画像生成装置を備えた画像照射装置を提供することを目的とする。

また、運転者の視点位置に対応して凹面鏡を回転させると、凹面鏡上の光の反射位置とウインドシールド上の光の入射位置との間の光路長が変化するため、虚像の品質が変化する。

そこで、本発明は、乗員の視点位置に対応して画像の表示位置を変更可能であり、かつ、画像の品質の変化を低減する画像照射装置を提供することを目的とする。

また、特許文献３のようなヘッドアップディスプレイにおいて、表示デバイスは、凹面鏡などの他の構成部材の形状や配置の関係上、光源の光軸に垂直な方向に対して傾いて配置される場合がある。この場合、レンズの出射面に近い表示デバイスの領域は明るく照らされ、レンズの出射面に遠い表示デバイスの領域は暗く照らされる。この結果、レンズから出射されて表示デバイスに照射される光に配光むらが発生するおそれがある。

そこで、本発明は、光源の光軸に垂直な方向に対して傾斜した表示デバイスに照射される光の配光むらを抑制する画像生成装置および画像照射装置を提供することを目的とする。

また、特許文献４のようなヘッドアップディスプレイにおいて、画像生成部の光源の発光に伴って発生する熱を放熱するために、例えばヒートシンクが設けられるが、放熱構造には改善の余地がある。

そこで、本発明は、放熱効率が良好な画像照射装置を提供することを目的とする。

上記目的の一つを達成するために、本発明の一側面に係る画像生成装置は、
所定の画像を生成するための画像生成装置であって、
前記所定の画像を生成するための光を出射する画像生成部と、
前記光を反射させる第一ミラーと、
前記画像生成部を取り付けるためのブラケットと、
を備え、
前記ブラケットに、前記第一ミラーが保持されている。

また、本発明の一側面に係る画像照射装置は、
上記の画像生成装置と、
前記画像生成部により出射されて前記第一ミラーで反射された前記光が透過部材へ照射されるように、前記光を反射させる第二ミラーと、を備えている。

また、上記目的の一つを達成するために、本発明の一側面に係る画像照射装置は、
所定の画像を表示するように構成された車両用の画像照射装置であって、
前記所定の画像を生成するための光を出射する画像生成部と、
回転可能に設けられており、前記画像生成部により出射された光を反射させる反射面を有する反射部と、を備えており、
前記反射面は、曲率半径が異なる曲面を有しており、
前記反射部は、前記反射部に入射する光が前記曲率半径が異なる曲面に照射されるように回転する。

反射部を回転させると、反射面により反射される光の反射方向が変化する。これにより、反射面上の光の反射位置と反射光が投射される部材上の光の入射位置との間の光路長が変化し、所定の画像に歪みが発生する。上記のような構成によれば、反射面に入射する光は反射部の回転に応じて曲率半径が異なる曲面で反射されるので、光路長の変化により発生する所定の画像の歪みが低減される。したがって、乗員の視点位置に対応して画像の表示位置を変更可能であり、かつ、画像の品質の変化が低減される。

また、上記目的の一つを達成するために、本発明の一側面に係る画像生成装置は、
光源と、
前記光源から出射された光を透過させるレンズと、
前記レンズを透過した光により画像を生成するための光を形成する表示デバイスと、
を備えており、
前記表示デバイスは、前記光源の光軸に垂直な方向に対して傾斜しており、
前記光源は、前記傾斜に応じた位置に所定の位置からずれて配置されている。

また、上記目的の一つを達成するために、本発明の一側面に係る画像照射装置は、
所定の画像を表示するように構成された車両用の画像照射装置であって、
前記画像生成装置と、
前記画像生成装置により出射された前記光を反射させる少なくとも一つの反射部と、
を備えている。

上記のような構成によれば、光源から出射されてレンズを透過した光の一部は、レンズの出射面から遠い表示デバイスの領域に向けて出射される。したがって、光源の光軸に垂直な方向に対して傾斜した表示デバイスに照射される光の配光むらを抑制できる。

また、上記目的の一つを達成するために、本発明の一側面に係る画像照射装置は、
所定の画像を表示するように構成された車両用の画像照射装置であって、
光源を備えており、当該光源からの光により前記所定の画像を生成するための光を出射する画像生成部と、
前記画像生成部により出射された光を反射させる凹面鏡と、
を備えており、
前記画像照射装置が前記車両の車体に取り付けられた状態において、前記光源の光軸は前記凹面鏡に向けて下方に傾斜している。

上記のような構成によれば、光源で生じた熱は、空気中に伝わり、空気と共に上昇する。光源の光軸は凹面鏡に向けて下方に傾斜しているので、空気中に伝わった熱は、画像生成部の構成部品により遮られることなく空気と共に上昇する。これにより、放熱効率が良好な画像照射装置を提供できる。

本発明によれば、画像生成部と第一ミラーとの位置精度を向上させ、第一ミラーの小型化が実現可能な画像生成装置及び当該画像生成装置を備えたヘッドアップディスプレイを提供することができる。

また、本発明によれば、乗員の視点位置に対応して画像の表示位置を変更可能であり、かつ、画像の品質の変化を低減する画像照射装置を提供することができる。

また、本発明によれば、光源の光軸に垂直な方向に対して傾斜した表示デバイスに照射される光の配光むらを抑制できる。

また、本発明によれば、放熱効率が良好な画像照射装置を提供できる。

第一実施形態に係る画像生成装置及びヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）を備えた車両システムのブロック図である。 図１に示すＨＵＤの構成を示す模式図である。 図１に示すＨＵＤの画像生成装置と凹面鏡を示す斜視図である。 図１に示す画像生成装置の構成を示す斜視図である。 図４に示す平面鏡の取り付け状態を示す断面図である。 第二実施形態に係るヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）の構成を示す模式図である。 乗員の視点位置に対応して異なる位置に表示される虚像オブジェクトを形成するための光の光路を説明するための図である。 図６に示す凹面鏡の反射面において凹面鏡に入射する光により照射される領域を示す図である。 乗員の視点が基準位置にあるときに乗員に視認される虚像オブジェクトを示す図である。 乗員の視点が基準位置よりも高い位置にあるときに乗員に視認される虚像オブジェクトを示す図である。 乗員の視点が基準位置よりも低い位置にあるときに乗員に視認される虚像オブジェクトを示す図である。 乗員の視点位置に対応して異なる位置に表示される虚像オブジェクトを形成するための光の光路を説明するための図である。 乗員の視点位置に対応して異なる位置に表示される虚像オブジェクトを形成するための光の光路を説明するための図である。 図６に示す凹面鏡の反射面において凹面鏡に入射する光により照射される領域を示す図である。 乗員の視点が基準位置にあるときに乗員に視認される虚像オブジェクトを示す図である。 乗員の視点が基準位置よりも高い位置にあるときに乗員に視認される虚像オブジェクトを示す図である。 乗員の視点が基準位置よりも低い位置にあるときに乗員に視認される虚像オブジェクトを示す図である。 第三実施形態に係るヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）の構成を示す模式図である。 図１８示す画像生成装置の構成を示す断面模式図である。 参考形態に係る画像生成装置の構成を示す断面模式図である。 図１９に示す画像生成装置における光源から出射される光の光路を示す断面模式図である。 第四実施形態に係るヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）の構成を示す模式図である。 図２２に示すＨＵＤの画像生成部の構成を説明するための模式図である。 画像生成部の構成の別例を示す模式図である。 画像生成部の構成の別例を示す模式図である。 図２５のヒートシンクの構成を説明するための斜視図である。 ＨＵＤの構成の別例を示す模式図である。

［第一実施形態］
本発明の第一実施形態（以下、本実施形態という。）について図面を参照しながら説明する。
本実施形態では、説明の便宜上、「左右方向」、「上下方向」、「前後方向」について適宜言及する場合がある。これらの方向は、図２に示すＨＵＤ（Ｈｅａｄ－Ｕｐ Ｄｉｓｐｌａｙ）２０について設定された相対的な方向である。ここで、「左右方向」は、「左方向」および「右方向」を含む方向である。「上下方向」は、「上方向」および「下方向」を含む方向である。「前後方向」は、「前方向」および「後方向」を含む方向である。左右方向は、図２では示されていないが、上下方向および前後方向に直交する方向である。

図１を参照して、本実施形態に係るＨＵＤ２０を備える車両システム２について説明する。車両システム２が搭載された車両１は、例えば、自動運転モードで走行可能な車両（自動車）であってもよい。

図１に示すように、車両システム２は、車両制御部３と、センサ５と、カメラ６と、レーダ７と、ＨＭＩ（Ｈｕｍａｎ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）８と、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）９と、無線通信部１０と、記憶装置１１とを備える。また、車両システム２は、ステアリングアクチュエータ１２と、ステアリング装置１３と、ブレーキアクチュエータ１４と、ブレーキ装置１５と、アクセルアクチュエータ１６と、アクセル装置１７とを備える。さらに、車両システム２は、ＨＵＤ２０を備える。

車両制御部３は、車両１の走行を制御するように構成されている。車両制御部３は、例えば、少なくとも一つの電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）により構成されている。

センサ５は、加速度センサ、速度センサおよびジャイロセンサのうち少なくとも一つを含む。センサ５は、車両１の走行状態を検出して、走行状態情報を車両制御部３に出力するように構成されている。センサ５は、運転者が運転席に座っているかどうかを検出する着座センサ、運転者の顔の方向を検出する顔向きセンサ、外部天候状態を検出する外部天候センサおよび車内に人がいるかどうかを検出する人感センサ等をさらに備えてもよい。

カメラ６は、一以上の外部カメラ６Ａと、内部カメラ６Ｂとを含む。外部カメラ６Ａは、車両１の周辺環境を示す画像データを取得した上で、当該画像データを車両制御部３に送信するように構成されている。内部カメラ６Ｂは、車両１の内部に配置されると共に、乗員を示す画像データを取得するように構成されている。内部カメラ６Ｂは、例えば、乗員の視点Ｅ（図２で後述する）をトラッキングするアイトラッキングカメラとして機能する。内部カメラ６Ｂは、例えば、ルームミラーの近傍、あるいはインストルメントパネルの内部等に設けられている。

レーダ７は、ミリ波レーダ、マイクロ波レーダ、およびレーザーレーダ（例えば、ＬｉＤＡＲユニット）のうちの少なくとも一つを含む。例えば、ＬｉＤＡＲユニットは、車両１の周辺環境を示す３Ｄマッピングデータ（点群データ）を取得した上で、当該３Ｄマッピングデータを車両制御部３に送信するように構成されている。

ＨＭＩ８は、運転者からの入力操作を受付ける入力部と、走行情報等を運転者に向けて出力する出力部とから構成される。入力部は、ステアリングホイール、アクセルペダル、ブレーキペダル、車両１の運転モードを切替える運転モード切替スイッチ等を含む。出力部は、各種走行情報を表示するディスプレイ（ＨＵＤを除く）である。

ＧＰＳ９は、車両１の現在位置情報を取得し、当該取得された現在位置情報を車両制御部３に出力するように構成されている。

無線通信部１０は、車両１の周囲にいる他車に関する情報を他車から受信すると共に、車両１に関する情報を他車に送信するように構成されている（車車間通信）。また、無線通信部１０は、信号機や標識灯等のインフラ設備からインフラ情報を受信すると共に、車両１の走行情報をインフラ設備に送信するように構成されている（路車間通信）。また、無線通信部１０は、歩行者が携帯する携帯型電子機器から歩行者に関する情報を受信すると共に、車両１の自車走行情報を携帯型電子機器に送信するように構成されている（歩車間通信）。

記憶装置１１は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）やＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の外部記憶装置である。記憶装置１１は、車両制御部３からの要求に応じて、地図情報や車両制御プログラムを車両制御部３に出力するように構成されている。

ステアリングアクチュエータ１２は、車両１が自動運転モードで走行する場合、ステアリング制御信号を車両制御部３から受信して、ステアリング装置１３を制御するように構成されている。ブレーキアクチュエータ１４は、ブレーキ制御信号を車両制御部３から受信して、ブレーキ装置１５を制御するように構成されている。アクセルアクチュエータ１６は、アクセル制御信号を車両制御部３から受信して、アクセル装置１７を制御するように構成されている。

車両制御部３は、走行状態情報、周辺環境情報、現在位置情報、地図情報等に基づいて、車両１の走行を自動的に制御する。運転モードは、自動運転モードと手動運転モードとからなる。自動運転モードでは、車両１の走行は車両システム２により自動制御される。一方、手動運転モードでは、ステアリング制御信号、アクセル制御信号およびブレーキ制御信号が運転者の手動操作によって生成されるので、車両１の走行は運転者により制御される。自動運転モードは、例えば、完全自動運転モードと、高度運転支援モードと、運転支援モードとからなる。

ＨＵＤ２０は、所定の情報（以下、ＨＵＤ情報という。）が車両１の外部の現実空間（特に、車両１の前方の周辺環境）と重畳されるように、当該ＨＵＤ情報を車両１の乗員に向け画像として表示するように構成されている。ＨＵＤ２０によって表示されるＨＵＤ情報は、例えば、車両１の走行に関連した車両走行情報及び／又は車両１の周辺環境に関連した周辺環境情報（特に、車両１の外部に存在する対象物に関連した情報）等である。ＨＵＤ２０は、車両１と乗員との間の視覚的インターフェースとして機能するＡＲディスプレイである。

ＨＵＤ２０は、画像生成装置（ＰＧＵ：Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｕｎｉｔ）３０と、制御部２５とを備えている。
画像生成装置３０は、車両１の乗員に向けて表示される所定の画像を生成するための光を出射するように構成されている。画像生成装置３０は、例えば、車両１の状況に応じて変化する変化画像を生成するための光を出射可能である。

制御部２５は、ＨＵＤ２０の各部の動作を制御する。制御部２５は、車両制御部３に接続されており、例えば、車両制御部３から送信される車両走行情報や周辺環境情報等に基づいて、画像生成装置３０の動作を制御するための制御信号を生成し、生成された制御信号を画像生成装置３０に送信する。制御部２５は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のプロセッサとメモリが搭載され、メモリから読みだしたコンピュータプログラムをプロセッサが実行して、画像生成装置３０等の動作を制御する。なお、本実施形態では、車両制御部３と制御部２５とは別個の構成として設けられているが、車両制御部３と制御部２５が一体的に構成されてもよい。例えば、車両制御部３と制御部２５は、単一の電子制御ユニットにより構成されていてもよい。

次に、本実施形態に係るＨＵＤ２０の具体的な構成について、図２～図５を参照して説明する。図２は、車両１に搭載されたＨＵＤ２０を車両１の側面側から見た模式図である。図３は、画像生成装置３０と凹面鏡４０とを示す図である。図４は、画像生成装置３０の構成を示す斜視図である。

図２に示すように、ＨＵＤ２０は、少なくともＨＵＤ２０の一部が車両１の内部に位置する。具体的には、ＨＵＤ２０は、車両１の室内の所定箇所に設置されている。例えば、ＨＵＤ２０は、車両１のダッシュボード内に配置されてもよい。

ＨＵＤ２０は、ＨＵＤ本体部２１を備えている。ＨＵＤ本体部２１は、筐体部２２と、出射窓２３とを備えている。出射窓２３は可視光を透過させる透明板で構成されている。ＨＵＤ本体部２１は、筐体部２２の内部に、画像生成装置３０と、凹面鏡４０（第二ミラーの一例）とを備えている。なお、ＨＵＤ２０の制御部２５は、本実施形態では画像生成装置３０内に収容されている。

図２及び図３に示すように、凹面鏡４０は、筐体部２２内において、画像生成装置３０の前方に設けられている。凹面鏡４０は、画像生成装置３０から出射される光の光路上に配置されている。凹面鏡４０は、画像生成装置３０から出射された光を透過部材１８（例えば、車両１のフロントウィンドウ）に向けて反射するように構成されている。凹面鏡４０は、所定の画像を形成するために凹状に湾曲した反射面を有し、画像生成装置３０から出射され結像された光の像を所定の倍率で反射させる。凹面鏡４０の反射面（画像生成装置３０と対向する面）には、例えば、アルミニウム等の金属が蒸着されることで反射膜が形成されている。

凹面鏡４０は、左右の両側部に支持軸４１を備える。凹面鏡４０は、支持軸４１を介して筐体部２２に支持されている。また、凹面鏡４０は、支持軸４１を中心として回動可能であり、回動することで画像生成装置３０に対する向きを変化させることができるように構成されている。凹面鏡４０は、例えば駆動機構４２を有している。駆動機構４２は、制御部２５から送信される制御信号に基づいて凹面鏡４０の位置及び向きを変化させることができるように構成されている。

画像生成装置３０は、筐体部２２内において凹面鏡４０と対向するように設けられている。画像生成装置３０から出射された光は、凹面鏡４０で反射されてＨＵＤ本体部２１の出射窓２３から出射される。ＨＵＤ本体部２１の出射窓２３から出射された光は、透過部材１８に照射される。出射窓２３から透過部材１８に照射された光の一部は、乗員の視点Ｅに向けて反射される。この結果、乗員は、画像生成装置３０から出射された光を透過部材１８の前方の所定の距離において形成される虚像（所定の画像）として認識する。このように、ＨＵＤ２０によって表示される画像が透過部材１８を通して車両１の前方の現実空間に重畳される結果、乗員は、所定の画像により形成される虚像オブジェクトＩが車両外部に位置する道路上に浮いているように視認することができる。

ここで、乗員の視点Ｅは、乗員の左目の視点又は右目の視点のいずれかであってもよい。または、視点Ｅは、左目の視点と右目の視点を結んだ線分の中点として規定されてもよい。乗員の視点Ｅの位置は、例えば、内部カメラ６Ｂによって取得された画像データに基づいて特定される。乗員の視点Ｅの位置は、所定の周期で更新されてもよいし、車両１の起動時に一回だけ決定されてもよい。

なお、虚像オブジェクトＩとして２Ｄ画像（平面画像）を形成する場合には、所定の画像を任意に定めた単一距離の虚像となるように投影する。虚像オブジェクトＩとして３Ｄ画像（立体画像）を形成する場合には、互いに同一または互いに異なる複数の所定の画像をそれぞれ異なる距離の虚像となるように投影する。また、虚像オブジェクトＩの距離（乗員の視点Ｅから虚像までの距離）は、画像生成装置３０から乗員の視点Ｅまでの距離を調整する（例えば画像生成装置３０と凹面鏡４０との間の距離を調整する）ことによって適宜調整可能である。

図３及び図４に示すように、本実施形態に係る画像生成装置３０は、画像生成部３１と、平面鏡３２（第一ミラーの一例）と、ブラケット３３と、ヒートシンク３６と、を備えている。

画像生成部３１は、所定の画像を生成するための光を出射する。画像生成部３１は、ブラケット３３に搭載されている。

平面鏡３２は、画像生成部３１から出射された光を凹面鏡４０に向けて反射させるための部材である。平面鏡３２は、画像生成部３１から出射された光の光路上において、画像生成部３１と凹面鏡４０との間に設けられている。平面鏡３２は、画像生成部３１が搭載されたブラケット３３に保持されている。平面鏡３２は、画像生成部３１から出射された光を凹面鏡４０に向けて反射するよう、画像生成部３１の光出射面に対して一定の角度を成すようにして配置されている。平面鏡３２の反射面（画像生成部３１と対向する下面）には、例えば、アルミニウム等の金属が蒸着されることにより、反射膜が形成されている。なお、アルミ蒸着等で反射膜を平面鏡３２に形成する代わりに、平面鏡３２自体を、光を反射可能な白色系の樹脂素材で作製してもよい。

ブラケット３３は、画像生成部３１を筐体部２２に取り付けるための部材である。ブラケット３３は、例えば、樹脂材料によって形成されている。ブラケット３３は、基体３４と、基体３４から突出する一対の突出部３５Ａ，３５Ｂとを備える。

基体３４は、矩形状の平板部材で構成されている。基体３４の中央部には開口３４ａが設けられ、当該開口３４ａに画像生成部３１が挿通された状態で取り付けられている。また、基体３４の左右の両端部には、ブラケット３３を筐体部２２に固定するためのネジ穴３４ｂが設けられている。ブラケット３３は、基体３４の上面が筐体部２２の固定面（例えば、筐体部２２の底面）と平行となるように筐体部２２に固定される。

一対の突出部３５Ａ，３５Ｂは、それぞれ矩形状の平板部材で構成されている。一対の突出部３５Ａ，３５Ｂは、基体３４の中央部に固定される画像生成部３１を左右方向から挟むように配置されている。各突出部３５Ａ，３５Ｂは、画像生成部３１から出射される光の出射方向に向かって、すなわちＨＵＤ２０の上方向に向かって基体３４から突出している。各突出部３５Ａ，３５Ｂは、その先端部が、前側よりも後側の方が低くなるように傾斜して形成されている。そして、突出部３５Ａ，３５Ｂの先端部には、当該先端部の傾斜に沿って平面鏡３２が取り付けられている。平面鏡３２は、突出部３５Ａと突出部３５Ｂとの間の上方側を覆うように取り付けられている。突出部３５Ａと突出部３５Ｂとの間の前側及び後側は、開放された状態とされている。突出部３５Ａ，３５Ｂにおけるそれぞれの画像生成部３１側の側面は、画像生成部３１から出射される光を反射しないように、例えば、黒色塗装されていることが好ましい。

図５は、平面鏡３２のブラケット３３に対する取付状態を示す画像生成装置３０の断面図である。図５に示すように、画像生成部３１は、基板１０２に搭載された光源１０１と、光源１０１の上側に配置されたレンズ１０３と、レンズ１０３の上側に配置された表示デバイス１０４とを備えている。基板１０２の下側には、ヒートシンク３６が取り付けられている。

レンズ１０３は、光源１０１から出射された光を透過または反射して表示デバイス１０４に向けて出射するように構成されている。表示デバイス１０４は、例えば、液晶ディスプレイ、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）等である。表示デバイス１０４の上面は、レンズ１０３を透過した光源１０１の光を平面鏡３２に向けて出射する画像生成部３１の光出射面を構成する。

図４に示すように、各突出部３５Ａ，３５Ｂの先端部は基体３４の搭載面に対して一定の角度θ１を有するように傾斜している。各突出部３５Ａ，３５Ｂの先端部の傾斜に沿って平面鏡３２が取り付けられている。すなわち、平面鏡３２は、画像生成部３１が搭載されている基体３４の搭載面に対して角度θ１を有するように、各突出部３５Ａ，３５Ｂの先端部に取り付けられている。

また、画像生成部３１の光出射面である表示デバイス１０４は、画像生成部３１が搭載されている基体３４の搭載面に対して角度θ３を有するように取り付けられている。これにより、光源１０１から出射した光の反射光が直接的に光源１０１に入射することを防いでいる。角度θ３は、光源１０１に直接入射する反射光を抑制できる角度であればよい。

なお、平面鏡３２と基体３４の搭載面との成す角度θ１は、画像生成部３１の光出射面である表示デバイス１０４と基体３４の搭載面との成す角度θ３よりも大きくなるように構成されている。すなわち、平面鏡３２は、表示デバイス１０４に対して所定の角度θ２を有するように取り付けられている。ここで、θ２＋θ３＝θ１である。このように、平面鏡３２がブラケット３３の突出部３５Ａ，３５Ｂに一定の角度θ１を有するように取り付けられることにより、光源１０１から出射された光は、平面鏡３２で反射され、さらに凹面鏡４０で反射されて透過部材１８へと照射される。

また、図５に示すように、表示デバイス１０４から平面鏡３２までの距離は、平面鏡３２から凹面鏡４０までの距離よりも短くなるように構成されている。すなわち、画像生成部３１の光出射面である表示デバイス１０４から平面鏡３２の反射面までの距離をＬ１とし、平面鏡３２の反射面から凹面鏡４０の反射面までの距離をＬ２とすると、Ｌ１＜Ｌ２となるように各部材の取付位置が設定されている。

以上説明したように、本実施形態の画像生成装置３０は、所定の画像を生成するための光を出射する画像生成部３１と、画像生成部３１から出射された光を反射させる平面鏡３２（第一ミラーの一例）と、画像生成部３１を取り付けるためのブラケット３３と、を備え、当該ブラケット３３に、平面鏡３２が保持されている。この構成によれば、平面鏡３２がブラケット３３に保持されることで、画像生成部３１と平面鏡３２とが一体化されている。そのため、画像生成部３１に対する平面鏡３２の取り付け位置のばらつきを抑制でき、画像生成部３１に対する平面鏡３２の位置精度を高めることができる。また、平面鏡３２は、アルミ蒸着処理等が施される比較的高価な部材であるが、本実施形態によれば、画像生成部３１に対する平面鏡３２の位置精度が高まるので、平面鏡３２を小型化することができ、部品コストの削減が可能となる。

また、画像生成装置３０によれば、ブラケット３３は、画像生成部３１が搭載された基体３４と、画像生成部３１を挟むようにして配置され、画像生成部３１からの光の出射方向に向かって基体３４から突出する、一対の突出部３５Ａ，３５Ｂと、を有している。そして、一対の突出部３５Ａ，３５Ｂに平面鏡３２が搭載されている。このような簡便な構成のブラケット３３を用いることで、画像生成部３１に対する平面鏡３２の位置精度を向上させることができるとともに、平面鏡３２の小型化を実現できる。

また、画像生成装置３０によれば、各突出部３５Ａ，３５Ｂは、その先端部が、画像生成部３１が搭載されるブラケット３３の基体３４の搭載面に対して一定の角度θ１が付けられるように構成されており、当該先端部に平面鏡３２が取り付けられている。このため、画像生成部３１の光出射面である表示デバイス１０４と平面鏡３２の反射面とのなす角度が所望の角度θ２となるように、平面鏡３２を画像生成部３１に一体化することができる。

また、本実施形態のヘッドアップディスプレイ２０（画像照射装置の一例）は、画像生成装置３０と、画像生成部３１により出射されて平面鏡３２で反射された光が透過部材１８へ照射されるように、光を反射させる凹面鏡４０（第二ミラーの一例）と、を備えている。この構成によれば、画像生成部３１から出射された光を平面鏡３２と凹面鏡４０という複数のミラー部材で反射させることで、平面鏡３２の位置精度を維持しつつも筐体部２２内における画像生成部３１から透過部材１８までの光路長を長くすることができる。これにより、虚像（所定の画像）を生成するために必要な光路長を担保しつつも、ヘッドアップディスプレイ全体の小型化を実現できる。

また、ヘッドアップディスプレイ２０によれば、画像生成部３１の光出射面である表示デバイス１０４と平面鏡３２の反射面との距離Ｌ１が、平面鏡３２の反射面と凹面鏡４０の反射面との距離Ｌ２よりも短くなるように構成されている。このように、画像生成部３１と平面鏡３２との距離Ｌ１を短くすることにより、平面鏡３２到達時における出射光の広がりを抑えることができるとともに、平面鏡３２到達時における出射光の到達位置ずれを抑えることができる。このため、平面鏡３２をさらに小型化することができる。

上記実施形態では、画像生成装置３０のブラケット３３を樹脂材料で形成する場合について説明したが、これに限られない。例えば、ブラケット３３を、放熱性の高い金属材料（例えばアルミ部材）で構成するようにしてもよい。この構成によれば、ブラケット３３自体をヒートシンクとして機能させることができる。その場合、例えば、上記実施形態のようなヒートシンク３６を設けなくてもよい。また、ヒートシンク３６に加えて、あるいはヒートシンク３６の代わりに、例えば、突出部３５Ａ，３５Ｂのそれぞれの外側面に放熱フィンを設けるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、凹面鏡４０がＨＵＤ本体部２１の筐体部２２に支持される構成について説明したが、これに限られない。例えば、凹面鏡４０は、画像生成装置３０のブラケット３３に支持されるようにしてもよい。また、凹面鏡４０を画像生成装置３０のブラケット３３に支持する構成の場合には、平面鏡３２を設けることなく、画像生成部３１から出射される光を凹面鏡４０のみで反射させて透過部材１８に照射するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、透過部材１８として車両１のフロントウィンドウ（ウィンドシールド）を一例として挙げたが、これに限られない。例えば、透過部材１８は、フロントウィンドウの内側に設けるコンバイナ（不図示）としてもよい。コンバイナは、例えば、透明なプラスチックディスクで構成される。ＨＵＤ本体部２１の画像生成装置３０からコンバイナに照射された光の一部は、フロントウィンドウに光を照射した場合と同様に、乗員の視点Ｅに向けて反射される。

さらに、車両の運転モードの区分や表示形態は、各国における自動運転に係る法令又は規則に沿って適宜変更されてもよい。同様に、本実施形態の説明で記載された「完全自動運転モード」、「高度運転支援モード」、「運転支援モード」のそれぞれの定義はあくまでも一例であって、各国における自動運転に係る法令又は規則に沿って、これらの定義は適宜変更されてもよい。

［第二実施形態］
以下、本発明の第二実施形態について図面を参照しながら説明する。図面に示された各部材の寸法は、説明の便宜上、実際の各部材の寸法とは異なる場合がある。また、図面において、矢印Ｕは、図示された構造の上方向を示している。矢印Ｄは、図示された構造の下方向を示している。矢印Ｆは、図示された構造の前方向を示している。矢印Ｂは、図示された構造の後方向を示している。矢印Ｌは、図示された構造の左方向を示している。矢印Ｒは、図示された構造の右方向を示している。これらの方向は、図６に示されたＨＵＤ２０について設定された相対的な方向である。

図６は、第二実施形態に係るＨＵＤ２０を車両１の側面側から見た模式図である。ＨＵＤ２０は、車両１に設けられている。例えば、ＨＵＤ２０は、車両１のダッシュボード内に配置される。ＨＵＤ２０は、画像照射装置の一例である。

ＨＵＤ２０は、車両１と車両１の乗員との間の視覚的インターフェースとして機能する。具体的には、所定の情報が車両１の外部の現実空間（特に、車両１の前方の周辺環境）と重畳されるように、当該情報を所定の画像として表示するように構成されている。画像は、静止画または動画（映像）を含みうる。ＨＵＤ２０によって表示される情報は、例えば、車両１の走行に関連した車両走行情報及び／又は車両１の周辺環境に関連した周辺環境情報（特に、車両１の外部に存在する対象物に関連した情報）等である。

図６に示すように、ＨＵＤ２０は、ＨＵＤ本体部２１を備える。ＨＵＤ本体部２１は、筐体部（ハウジング）２２と、出射窓２３とを有する。出射窓２３は可視光を透過させる透明板で構成されている。ＨＵＤ本体部２１は、筐体部２２の内部に、画像生成部（ＰＧＵ）２４と、制御部２５と、凹面鏡２６と、駆動機構２８とを有する。凹面鏡２６は、反射部の一例である。

画像生成部２４は、所定の画像を生成するための光を出射するように構成されている。画像生成部２４は、筐体部２２に固定されている。画像生成部２４から出射される光は、例えば、可視光である。画像生成部２４は、詳細な図示は省略するが、光源と、光学部品と、表示デバイスとを有する。光源は、例えば、ＬＥＤ光源またはレーザ光源である。ＬＥＤ光源は、例えば、白色のＬＥＤ光源である。レーザ光源は、例えば、赤色レーザ光と、緑光レーザ光と、青色レーザ光をそれぞれ出射するように構成されたＲＧＢレーザ光源である。光学部品は、プリズム、レンズ、拡散板、拡大鏡等を適宜有する。光学部品は、光源から出射された光を透過して表示デバイスに向けて出射する。表示デバイスは、液晶ディスプレイ、ＤＭＤ等である。画像生成部２４の描画方式は、ラスタースキャン方式、ＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）方式またはＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）方式であってもよい。ＤＬＰ方式またはＬＣＯＳ方式が採用される場合、画像生成部２４の光源はＬＥＤ光源であってもよい。なお、液晶ディスプレイ方式が採用される場合、画像生成部２４の光源は白色ＬＥＤ光源であってもよい。

制御部２５は、ＨＵＤ２０の各部の動作を制御する。制御部２５は、車両１の車両制御部（図示せず）に接続されており、例えば、車両制御部から送信される車両走行情報や周辺環境情報等に基づいて、画像生成部２４の動作を制御するための制御信号を生成し、生成された制御信号を画像生成部２４に送信する。制御部２５は、ＣＰＵ等のプロセッサとメモリが搭載され、メモリから読みだしたコンピュータプログラムをプロセッサが実行して、画像生成部２４等の動作を制御する。

凹面鏡２６は、画像生成部２４から出射された光の光路上に配置されている。具体的には、凹面鏡２６は、筐体部２２内において、画像生成部２４の前側に配置されている。凹面鏡２６は、画像生成部２４から出射された光を透過部材１８（例えば、車両１のフロントウィンドウ）に向けて上方に反射するように構成されている。凹面鏡２６は、反射面２６１により画像生成部２４から出射され結像された光の像を所定の倍率で反射させる。凹面鏡２６は、凹状に湾曲している反射面２６１を有する。反射面２６１は、曲率半径が異なる曲面を有している。たとえば、反射面２６１は、上下方向に沿って異なる曲率半径を有するように形成されうる。曲率半径は連続的に変化してもよいし、所定の範囲毎に段階的に変化してもよい。

駆動機構２８は、制御部２５から送信される制御信号に基づいて凹面鏡２６の位置（反射面２６１の向き）を変化させることができるように構成されている。凹面鏡２６は、駆動機構２８により、回転軸２６Ａを中心として回転されることにより所定の位置に変位する。

画像生成部２４から出射された光は、凹面鏡２６で反射されてＨＵＤ本体部２１の出射窓２３から出射される。ＨＵＤ本体部２１の出射窓２３から出射された光は、透過部材１８に照射される。出射窓２３から透過部材１８に照射された光の一部は、乗員の視点Ｅに向けて反射される。この結果、乗員は、ＨＵＤ本体部２１から出射された光を透過部材１８の前方の所定の距離において形成される虚像（所定の画像）として認識する。このように、ＨＵＤ２０によって表示される画像が透過部材１８を通して車両１の前方の現実空間に重畳される結果、乗員は、所定の画像により形成される虚像オブジェクトＩが車両外部に位置する道路上に浮いているように視認することができる。

虚像オブジェクトＩとして２Ｄ画像（平面画像）を形成する場合は、所定の画像は任意に定めた単一距離の虚像となるように投影される。虚像オブジェクトＩとして３Ｄ画像（立体画像）を形成する場合は、互いに同一または互いに異なる複数の所定の画像がそれぞれ異なる距離の虚像となるように投影される。虚像オブジェクトＩの距離（乗員の視点Ｅから虚像までの距離）は、画像生成部２４から乗員の視点Ｅまでの距離を調整することによって適宜調整可能である。例えば、画像生成部２４と凹面鏡２６との間の光路長を調整することによって、虚像オブジェクトＩの距離を適宜調整可能である。

虚像オブジェクトＩの表示位置は、乗員の視点Ｅの位置に応じて変更される。例えば、乗員の視点Ｅの位置は、車両１の内部に配置されたカメラによって取得された画像データに基づいて制御部２５により特定されうる。乗員の視点Ｅは、乗員の左目の視点又は右目の視点のいずれかであってもよい。または、視点Ｅは、左目の視点と右目の視点を結んだ線分の中点として規定されてもよい。

制御部２５は、特定された乗員の視点Ｅの位置に基づいて制御信号を生成する。駆動機構２８は、制御信号に基づいて凹面鏡２６を回転させる。凹面鏡２６の位置（反射面２６１の向き）が変位することにより、透過部材１８に投射される光の入射位置が変化する。この結果、乗員の視点Ｅの位置に対応した位置に虚像オブジェクトＩが表示される。なお、乗員の視点Ｅの位置は、乗員からの入力操作に基づいて特定されてもよい。

図７は、参考形態であって、異なる高さの乗員の視点Ｅ１～Ｅ３に対応して虚像オブジェクトＩ１～Ｉ３の表示位置が変更される場合における凹面鏡１２６から反射される光の光路を示している。図７では、回転軸１２６Ａが凹面鏡１２６に入射する光の光軸と交差する場合に形成される光の光路が示されている。なお、「光の光軸」とは光の束の中心の光の軸を意味するものであり、図面に示される光路は光の光軸の経路を示している。

例えば、凹面鏡１２６が所定の位置（回転の基準となる位置）にあるとき、画像生成部２４から出射された光は光路Ｌ０を進み、凹面鏡１２６上の所定の点Ｒ０に入射する。図８に例示されるように、反射面１２６１において、点Ｒ０を中心とする所定の領域Ａ１が画像生成部２４から出射された光により照射される。凹面鏡１２６により反射された光は光路Ｌ１を進んで、透過部材１８の点Ｐ１に入射する。透過部材１８の点Ｐ１に入射した光の一部は、乗員の視点Ｅ１に向けて反射される。この結果、視点Ｅ１を有する乗員により、虚像オブジェクトＩ１が視認される。図９に例示されるように、虚像オブジェクトＩ１は、所定の領域Ａ１に対応する矩形を有する。

他方、図７に例示されるように乗員の視点Ｅ２が視点Ｅ１よりも高い位置にある場合、凹面鏡１２６は画像生成部２４側に回転される。凹面鏡１２６の回転軸１２６Ａは凹面鏡１２６に入射する光の光軸と交差するので、凹面鏡１２６が回転された場合でも、画像生成部２４から出射された光は凹面鏡１２６上の所定の点Ｒ０に入射する。すなわち、図８に例示されるように、領域Ａ１と同様に、反射面１２６１において、点Ｒ０を中心とする所定の領域Ａ２が画像生成部２４から出射された光により照射される。凹面鏡１２６により反射された光は光路Ｌ２を進んで、透過部材１８の点Ｐ２に入射する。透過部材１８の点Ｐ２に入射した光の一部は、乗員の視点Ｅ２に向けて反射される。この結果、視点Ｅ２を有する乗員により、虚像オブジェクトＩ２が視認される。

乗員の視点Ｅ３が視点Ｅ１よりも低い位置にある場合、凹面鏡１２６は画像生成部２４とは反対側に回転される。凹面鏡１２６の回転軸１２６Ａは凹面鏡１２６に入射する光の光軸と交差するので、画像生成部２４から出射された光は、凹面鏡１２６上の所定の点Ｒ０に入射する。すなわち、図８に例示されるように、領域Ａ１と同様に、反射面１２６１において、点Ｒ０を中心とする所定の領域Ａ３が画像生成部２４から出射された光により照射される。凹面鏡１２６により反射された光は光路Ｌ３を進んで、透過部材１８の点Ｐ３に入射する。透過部材１８の点Ｐ３に入射した光の一部は、乗員の視点Ｅ３に向けて反射される。この結果、視点Ｅ３を有する乗員により、虚像オブジェクトＩ３が視認される。

ところが、乗員の視点Ｅ２，Ｅ３が視点Ｅ１とは異なる位置にある場合、後述するように、凹面鏡１２６上の光が入射する点（反射位置）Ｒ２，Ｒ３と透過部材１８上の光が入射する点（入射位置）Ｐ２，Ｐ３との間の光路長が変化する。これにより、表示される虚像オブジェクトＩ２，Ｉ３に歪みが発生する。

例えば、乗員の視点Ｅ２の場合、凹面鏡１２６上の点Ｒ２と透過部材１８上の点Ｐ２との間の光路長が凹面鏡１２６上の光が入射する点Ｒ１と透過部材１８上の光が入射する点Ｐ１との間の光路長よりも長くなる。これにより、図１０に例示されるように、虚像オブジェクトＩ２に歪みが発生し、虚像オブジェクトＩ２は上側と下側が上方に凸状に湾曲した形状となる。

あるいは、乗員の視点Ｅ３の場合、凹面鏡１２６上の光が入射する点Ｒ３と透過部材１８上の光が入射する点Ｐ３との間の光路長が凹面鏡１２６上の光が入射する点Ｒ１と透過部材１８上の光が入射する点Ｐ１との間の光路長よりも短くなる。これにより、図１１に例示されるように、虚像オブジェクトＩ３に歪みが発生し、虚像オブジェクトＩ３は上側と下側が下方に凸状に湾曲した形状となる。

これに対して、本実施形態に係る凹面鏡２６は、凹面鏡２６に入射する光が曲率半径が異なる曲面に照射されるように回転するように、構成される。例えば、凹面鏡２６は、回転軸２６Ａが画像生成部２４により出射されて凹面鏡２６に入射する光の光軸と交差しないように、配置される。本例においては、図６に例示されるように、反射面２６１は上下方向に沿って異なる曲率半径を有しており、回転軸２６Ａは凹面鏡２６に入射する光の光軸に対して上方にずれている。

図１２および図１３は、本実施形態に係る凹面鏡２６から反射される光の光路を示している。図１２および図１３に例示されるように、凹面鏡２６が所定の位置Ｂ１（回転の基準となる位置）にあるとき、画像生成部２４から出射された光は光路Ｌ０を進み、凹面鏡２６上の所定の点Ｒ１に入射する。図１４に例示されるように、反射面２６１において、回転軸２６Ａよりも下方に位置する点Ｒ１を中心とする所定の領域Ａ１１が、画像生成部２４から出射された光により照射される。凹面鏡２６により反射された光は光路Ｌ１１を進んで、透過部材１８の点Ｐ１１に入射する。透過部材１８の点Ｐ１１に入射した光の一部は、乗員の視点Ｅ１に向けて反射される。この結果、視点Ｅ１を有する乗員により、虚像オブジェクトＩ１１が視認される。図１５に例示されるように、虚像オブジェクトＩ１１は、所定の領域Ａ１１に対応する矩形を有する。

他方、図１２に例示されるように乗員の視点Ｅ２が視点Ｅ１よりも高い位置にある場合、凹面鏡２６は画像生成部２４側に回転される。図１３に例示されるように、凹面鏡２６は、位置Ｂ１から－θだけ回転された位置Ｂ２に変位する。回転軸２６Ａは凹面鏡２６に入射する光の光軸に対して上方にずれているので、画像生成部２４から出射された光は、凹面鏡２６上の点Ｒ１よりも上方に位置する点Ｒ２に入射する。図１４に例示されるように、反射面２６１において、点Ｒ２を中心とする領域Ａ１２が画像生成部２４から出射された光により照射される。凹面鏡２６により反射された光は光路Ｌ１２を進んで、透過部材１８の点Ｐ１２に入射する。透過部材１８の点Ｐ１２に入射した光の一部は、乗員の視点Ｅ２に向けて反射される。この結果、視点Ｅ２を有する乗員により、虚像オブジェクトＩ１２が視認される。

乗員の視点Ｅ３が視点Ｅ１よりも低い位置にある場合、凹面鏡２６は画像生成部２４とは反対側に回転される。図１３に例示されるように、凹面鏡２６は、位置Ｂ１から＋θだけ回転されて位置Ｂ３に変位する。回転軸２６Ａは凹面鏡２６に入射する光の光軸に対して上方にずれているので、画像生成部２４から出射された光は、凹面鏡２６上の凹面鏡２６上の点Ｒ１よりも下方に位置する点Ｒ３に入射する。図１４に例示されるように、反射面２６１において、点Ｒ３を中心とする領域Ａ１３が画像生成部２４から出射された光により照射される。凹面鏡２６により反射された光は、光路Ｌ１３を進んで、透過部材１８の点Ｐ１３に入射する。透過部材１８の点Ｐ１３に入射した光の一部は、乗員の視点Ｅ３に向けて反射される。この結果、視点Ｅ３を有する乗員により、虚像オブジェクトＩ１３が視認される。

乗員の視点Ｅ２，Ｅ３が視点Ｅ１とは異なる位置にある場合、凹面鏡２６上の光が入射する点Ｒ１２、点Ｒ１３と透過部材１８の光が入射する点Ｐ１２、Ｐ１３との間の光路長は変化する。しかしながら、凹面鏡２６の反射面２６１に入射する光は、領域Ａ１１が有する曲面の曲率半径とは異なる曲率半径の曲面を有する領域Ａ１２、Ａ１３により反射される。これにより、光路長の変化により発生する虚像オブジェクトＩ１２、Ｉ１３の歪みが低減される。したがって、乗員の視点Ｅの位置に対応して虚像の表示位置を変更可能であり、かつ、虚像の品質の変化が低減される。

本実施形態において、図１４に例示されるように、ＨＵＤ２０は、凹面鏡２６に入射する光により照射される領域Ａ１１，Ａ１２が部分的に重複するように構成されうる。同様に、ＨＵＤ２０は、凹面鏡２６に入射する光により照射される領域Ａ１１，Ａ１３が部分的に重複するように構成されうる。領域Ａ１１，Ａ１２または領域Ａ１１，Ａ１３は、第一照射領域と第二照射領域の一例である。このような構成によれば、虚像オブジェクトＩ１２，Ｉ１３の歪みを低減しつつ、凹面鏡２６のサイズの増加が抑制される。

なお、ＨＵＤ２０は、領域Ａ１１，Ａ１２，Ａ１３を重複させないように構成されてもよい。この場合、領域Ａ１１，Ａ１２，Ａ１３を部分的に重複させる場合と比較して、凹面鏡２６のサイズが増加するものの、虚像オブジェクトＩ１２，Ｉ１３の歪みをより低減できる。

本実施形態において、反射面２６１は、上方に位置する領域の曲率半径が下方に位置する領域の曲率半径よりも大きくなるように形成されうる。曲率半径は、上方に向かうほど大きくなるように変化してもよいし、所定の範囲毎に段階的に変化してもよい。

このような構成によれば、例えば反射面２６１上の光が入射する点Ｒ２と透過部材１８上の光が入射する点Ｐ１２との間の光路長が長い場合、反射面２６１の曲率半径が大きい上方の領域で光を反射させることにより、虚像オブジェクトＩ１２の歪みを抑制できる。例えば、図１６に例示されるように、下側の歪みが低減された虚像オブジェクトＩ１２が形成されうる。

例えば反射面２６１上の光が入射する点Ｒ３と透過部材１８上の光が入射する点Ｐ１３との間の光路長が短い場合、反射面２６１の曲率半径が小さい下方の領域で光を反射させることにより、虚像オブジェクトＩ１３の歪みを抑制できる。例えば、図１７に例示されるように、上側の歪が低減された虚像オブジェクトＩ１３が形成されうる。

上記の実施形態において、画像生成部２４から出射された光は、平面鏡などの光学部品を介して凹面鏡２６に入射するように構成されてもよい。

上記の実施形態において、反射面２６１は、その全体が凹状に湾曲している。しかしながら、反射面２６１は、少なくとも一部の領域が凹状に湾曲しており、凹状に湾曲した領域において曲率半径が異なる曲面が形成される構成も採用されうる。

上記の実施形態において、回転軸２６Ａは凹面鏡２６に入射する光の光軸に対して上方にずれている。しかしながら、ＨＵＤ２０は、回転軸２６Ａが凹面鏡２６に入射する光の光軸に対して下方にずれるように構成されてもよい。

上記の実施形態において、凹面鏡２６は、回転軸２６Ａが画像生成部２４により出射されて凹面鏡２６に入射する光の光軸と交差しないように、配置されている。しかしながら、凹面鏡２６が凹面鏡２６に入射する光が曲率半径が異なる曲面に照射されるように回転するように構成されているのであれば、ＨＵＤ２０は他の構成も有するように構成されうる。

上記の実施形態において、画像生成部２４から出射された光は、凹面鏡２６で反射されて透過部材１８に照射されるように構成されている。しかしながら、例えば、凹面鏡２６で反射された光は、透過部材１８の内側に設けたコンバイナ（不図示）に照射されるようにしてもよい。コンバイナは、例えば、透明なプラスチックディスクで構成される。ＨＵＤ本体部２１の画像生成部２４からコンバイナに照射された光の一部は、透過部材１８に光を照射した場合と同様に、乗員の視点Ｅに向けて反射される。

［第三実施形態］
以下、本発明の第三実施形態について図面を参照しながら説明する。図１８は、第三実施形態に係るＨＵＤ２０を車両１の側面側から見た模式図である。図１８に示すように、ＨＵＤ２０は、ＨＵＤ本体部２１を備える。ＨＵＤ本体部２１は、筐体部２２と、出射窓２３とを有する。出射窓２３は可視光を透過させる透明板で構成されている。ＨＵＤ本体部２１は、筐体部２２の内部に、画像生成装置（ＰＧＵ）３０と、制御部２５と、凹面鏡２６と、平面鏡２７とを有する。凹面鏡２６は、反射部の一例である。

画像生成装置３０は、所定の画像を生成するための光を出射するように構成されている。画像生成装置３０は、筐体部２２に固定されている。画像生成装置３０から出射される光は、例えば、可視光である。

制御部２５は、ＨＵＤ２０の各部の動作を制御する。制御部２５は、車両１の車両制御部（図示せず）に接続されており、例えば、車両制御部から送信される車両走行情報や周辺環境情報等に基づいて、画像生成装置３０の動作を制御するための制御信号を生成し、生成された制御信号を画像生成装置３０に送信する。制御部２５は、ＣＰＵ等のプロセッサとメモリが搭載され、メモリから読みだしたコンピュータプログラムをプロセッサが実行して、画像生成装置３０等の動作を制御する。

平面鏡２７は、画像生成装置３０から出射される光の光路上に配置されている。具体的には、平面鏡２７は、画像生成装置３０の上方に配置され、画像生成装置３０から出射された光を凹面鏡２６に向けて反射するように構成されている。平面鏡２７は、平面状の反射面を有し、画像生成装置３０から出射されて結像された光の像を同一の倍率で反射させる。

凹面鏡２６は、画像生成装置３０から出射されて平面鏡２７により反射された光の光路上に配置されている。具体的には、凹面鏡２６は、筐体部２２内において、画像生成装置３０及び平面鏡２７の前側に配置されている。凹面鏡２６は、画像生成装置３０から出射された光を透過部材１８（例えば、車両１のフロントウィンドウ）に向けて反射するように構成されている。凹面鏡２６は、凹状に湾曲した反射面を有する。凹面鏡２６は、画像生成装置３０から出射され結像された光の像を所定の倍率で反射させる。凹面鏡２６は、駆動機構２８により回転可能に構成されてもよい。

上記のように構成されたＨＵＤ２０においては、図１８に例示されるように、画像生成装置３０から出射された光Ｌ１は、凹面鏡２６及び平面鏡２７で反射されてＨＵＤ本体部２１の出射窓２３から出射される。ＨＵＤ本体部２１の出射窓２３から出射された光は、透過部材１８に照射される。出射窓２３から透過部材１８に照射された光の一部は、乗員の視点Ｅに向けて反射される。この結果、乗員は、ＨＵＤ本体部２１から出射された光を透過部材１８の前方の所定の距離において形成される虚像（所定の画像）として認識する。このように、ＨＵＤ２０によって表示される画像が透過部材１８を通して車両１の前方の現実空間に重畳される結果、乗員は、所定の画像により形成される虚像オブジェクトＩが車両外部に位置する道路上に浮いているように視認することができる。

虚像オブジェクトＩとして２Ｄ画像（平面画像）を形成する場合は、所定の画像は任意に定めた単一距離の虚像となるように投影される。虚像オブジェクトＩとして３Ｄ画像（立体画像）を形成する場合は、互いに同一または互いに異なる複数の所定の画像がそれぞれ異なる距離の虚像となるように投影される。虚像オブジェクトＩの距離（乗員の視点Ｅから虚像までの距離）は、画像生成装置３０から乗員の視点Ｅまでの距離を調整する（例えば画像生成装置３０と凹面鏡２６との間の光路長を調整する）ことによって適宜調整可能である。

次に、図１９を用いて、画像生成装置３０の構成について説明する。図１９に例示されるように、画像生成装置３０は、光源２４１、レンズ２４２および表示デバイス２４３を備えている。レンズ２４２は、光源２４１の上側に配置される。表示デバイス２４３は、レンズ２４２の上側に配置される。画像生成装置３０は、さらにレンズホルダやヒートシンクなどを備えうる。

光源２４１は、例えば、ＬＥＤ光源またはレーザ光源である。ＬＥＤ光源は、例えば、白色のＬＥＤ光源である。レーザ光源は、例えば、赤色レーザ光と、緑光レーザ光と、青色レーザ光をそれぞれ出射するように構成されたＲＧＢレーザ光源である。光源２４１は、基板２４４に搭載されている。基板２４４は、例えば、電気回路の配線が表面や内部にプリントされた絶縁体からなるプリント基板である。

レンズ２４２は、光源２４１から出射された光を透過させて表示デバイス２４３に向けて出射するように構成されている。レンズ２４２は、例えば、光源２４１からの光が入射される入射面２４２Ａおよび当該入射した光が出射される出射面２４２Ｂのいずれも凸面状に形成された非球面凸レンズである。

表示デバイス２４３は、レンズ２４２を透過した光源２４１の光により所定の画像を生成するための光を形成する。表示デバイス２４３は、例えば、液晶ディスプレイ、ＤＭＤ等である。

表示デバイス２４３は、光源２４１の光軸Ａｘ１に垂直な方向（本例においては前後方向）に対して傾いて配置されている。具体的には、レンズ２４２から出射された光が入射する表示デバイス２４３の入射面２４３Ａが光源２４１の光軸Ａｘ１に垂直な方向に対して角度θだけ傾いている。本明細書において用いられる「光源２４１の光軸」という表現は、光源２４１から出射される光の中で輝度が最も高い光の線を意味する。たとえば、光源２４１がＬＥＤ光源の場合、ＬＥＤ光源の光軸とは、ＬＥＤ光源の発光面２４１Ａにおいて輝度が最も高い中心を通り発光面２４１Ａの法線に平行な直線を意味する。

光源２４１は、表示デバイス２４３の傾斜に応じた位置に配置されている。光源２４１が配置される位置は、所定の位置からずれている。「所定の位置」とは、例えば、レンズ２４２の後側焦点位置に対応する位置である。所定の位置に対する光源２４１の位置のずれ（距離）は、光源２４１の光軸Ａｘ１に垂直な方向に対する表示デバイス２４３の傾斜角度θに応じて適宜設定されうる。例えば、光源２４１は、表示デバイス２４３の傾斜角度θが大きいほど、所定の位置からより離れた位置に配置される。

光源２４１は、所定の位置に対して、表示デバイス２４３の傾斜により表示デバイス２４３の入射面２４３Ａがレンズ２４２の出射面２４２Ｂに近づく方向（図１９において前方向）にずれている。すなわち、光源２４１は、表示デバイス２４３の傾斜の向きに応じた方向に、所定の位置からずれて配置されている。本例においては、光源２４１の光軸Ａｘ１は、レンズ２４２の光軸Ａｘ２に平行であり、且つ、光軸Ａｘ２に対して表示デバイス２４３の入射面２４３Ａがレンズ２４２の出射面２４２Ｂに近い側にずれている。例えば、光軸Ａｘ２に対する光軸Ａｘ１のずれの距離Ｄは、傾斜角度θが約１５［ｄｅｇ］であり、光源２４１が縦横それぞれの幅Ｗが１ｍｍである平面視四角形のＬＥＤ光源である場合、０．５ｍｍである。

例えば、光源２４１がレンズ２４２の後方焦点位置に配置される場合、図２０に例示されるように、参考形態に係る画像生成装置３０Ｚの光源２４１から出射された光は、レンズ２４２の入射面２４２Ａに入射する。レンズ２４２の形状は非球面凸レンズであるので、光源２４１から出射された光は、レンズ２４２に入射し、出射面２４２Ｂから光軸Ａｘ１に平行な光となって表示デバイス２４３に入射する。

ところが、表示デバイス２４３は光源２４１の光軸Ａｘ１に垂直な方向に対して傾いているので、表示デバイス２４３の入射面２４３Ａにおいて、レンズ２４２の出射面２４２Ｂから遠ざかる領域Ｒ１に入射する光の量は、レンズ２４２の出射面２４２Ｂに近づく領域Ｒ２に入射する光の量よりも少なくなる。この結果、レンズ２４２から出射されて表示デバイス２４３に照射される光に配光むらが発生するおそれがある。

これに対して、本実施形態に係る画像生成装置３０によれば、光源２４１は表示デバイス２４３の傾斜に応じた位置に所定の位置からずれて配置されている。これにより、図２１に例示されるように、光源２４１から出射されてレンズ２４２の出射面２４２Ｂから出射される光の一部は光源２４１の所定の位置からのずれの方向とは反対方向（本例においては後方向）に向けて出射される。この結果、光源２４１の光軸Ａｘ１に垂直な方向に対して傾斜した表示デバイス２４３に照射される光の配光むらを抑制できる。

また、本実施形態においては、光源２４１の光軸Ａｘ１は、レンズ２４２の光軸Ａｘ２に平行な状態で光軸Ａｘ２に対してずれている。このような構成によれば、基板２４４上において光源２４１の位置をずらすだけなので、レンズ２４２の形状や向きを変更することなく、簡単な構成で、配光ムラを抑制できる。

画像生成装置３０は、二つ以上の光源２４１を備えてもよい。

レンズ２４２は、入射面２４２Ａと出射面２４２Ｂのいずれも凸面状に形成された非球面凸レンズであるが、他の形状を有するレンズでもよい。

画像生成装置３０から出射された光は、凹面鏡２６で反射されて透過部材１８に照射されるように構成されているが、これに限られない。例えば、凹面鏡２６で反射された光は、透過部材１８の内側に設けたコンバイナ（不図示）に照射されるようにしてもよい。コンバイナは、例えば、透明なプラスチックディスクで構成される。ＨＵＤ本体部２１の画像生成装置３０からコンバイナに照射された光の一部は、透過部材１８に光を照射した場合と同様に、乗員の視点Ｅに向けて反射される。

［第四実施形態］
以下、本発明の第四実施形態について図面を参照しながら説明する。図２２は、第四実施形態に係るＨＵＤ２０を車両１の側面側から見た模式図である。図２２に示すように、ＨＵＤ２０は、ＨＵＤ本体部２１を備える。ＨＵＤ本体部２１は、筐体部２２と、出射窓２３とを有する。出射窓２３は可視光を透過させる透明板で構成されている。ＨＵＤ本体部２１は、画像生成部（ＰＧＵ）２４と、制御部２５と、凹面鏡２６とを有する。画像生成部２４、制御部２５および凹面鏡２６は、筐体部２２に収容されている。凹面鏡２６は、反射部の一例である。

画像生成部２４は、所定の画像を生成するための光Ｌを出射するように構成されている。画像生成部２４は、筐体部２２に固定されている。画像生成部２４から出射される光は、例えば、可視光である。

制御部２５は、ＨＵＤ２０の各部の動作を制御する。制御部２５は、車両１の車両制御部（図示せず）に接続されている。制御部２５は、例えば、車両制御部から送信される車両走行情報及び／又は周辺環境情報に基づいて、画像生成部２４の動作を制御するための制御信号を生成し、生成された制御信号を画像生成部２４に送信する。

制御部２５は、ＣＰＵ等のプロセッサとメモリを搭載している。メモリから読みだしたコンピュータプログラムをプロセッサが実行することにより、画像生成部２４等の動作が制御される。なお、制御部２５は、車両制御部と一体的に構成されてもよい。この点において、制御部２５と車両制御部は、単一の電子制御ユニットにより構成されていてもよい。

凹面鏡２６は、画像生成部２４から出射された光Ｌの光路上に配置されている。具体的には、凹面鏡２６は、筐体部２２内において、画像生成部２４の前側に配置されている。凹面鏡２６は、画像生成部２４から出射された光Ｌを透過部材１８（例えば、車両１のフロントウィンドウ）に向けて反射するように構成されている。凹面鏡２６は、凹状に湾曲した反射面を有する。凹面鏡２６は、画像生成部２４から出射され結像された光の像を所定の倍率で反射させる。凹面鏡２６は、駆動機構（図示せず）により回転可能に構成されうる。

図２２に例示されるように、ＨＵＤ２０が車両１の車体１９に取り付けられた状態において、画像生成部２４から出射される光Ｌは、凹面鏡２６に向けて前方斜め下方に出射される。画像生成部２４から出射された光Ｌは、凹面鏡２６で反射されてＨＵＤ本体部２１の出射窓２３から出射される。ＨＵＤ本体部２１の出射窓２３から出射された光は、透過部材１８に照射される。出射窓２３から透過部材１８に照射された光の一部は、乗員の視点Ｅに向けて反射される。この結果、乗員は、ＨＵＤ本体部２１から出射された光を透過部材１８の前方の所定の距離において形成される虚像（所定の画像）として認識する。このように、ＨＵＤ２０によって表示される画像が透過部材１８を通して車両１の前方の現実空間に重畳される結果、乗員は、所定の画像により形成される虚像オブジェクトＩが車両外部に位置する道路上に浮いているように視認することができる。

図２３に例示されるように、画像生成部２４は、光源２４１と、光学部品の一例であるレンズ２４２と、表示デバイス２４３と、基板（配線基板）２４４と、を備えている。光源２４１は、例えば、ＬＥＤ光源またはレーザ光源である。ＬＥＤ光源は、例えば、白色のＬＥＤ光源である。レーザ光源は、例えば、赤色レーザ光と、緑光レーザ光と、青色レーザ光をそれぞれ出射するように構成されたＲＧＢレーザ光源である。光源２４１は、基板２４４に搭載されている。

レンズ２４２は、プリズム、レンズ、拡散板、拡大鏡等を適宜有する。本例においては、画像生成部２４は、レンズ２４２としてレンズを有している。レンズ２４２は、光源２４１から出射された光を透過して表示デバイス２４３に向けて出射する。表示デバイス２４３は、液晶ディスプレイ、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）等である。表示デバイス２４３は、レンズ２４２を透過した光源２４１の光により所定の画像を生成するための光を形成する。

図２３に例示されるように、ＨＵＤ２０が車体１９に取り付けられた状態において、光源２４１の光軸Ａｘは凹面鏡２６に向けて下方に傾斜している。本明細書において用いられる「光源２４１の光軸」という表現は、光源２４１から出射される光の中で輝度が最も高い光の線を意味する。たとえば、光源２４１がＬＥＤ光源の場合、ＬＥＤ光源の光軸とは、ＬＥＤ光源の発光面において輝度が最も高い中心を通り発光面の法線に平行な直線を意味する。

光源２４１は、発光する際に発熱する。光源２４１で生じた熱は、空気中に伝わり、空気Ａ１と共に上昇する。光源２４１の光軸Ａｘは凹面鏡２６に向けて下方に傾斜しているので、空気中に伝わった熱は、レンズ２４２や表示デバイス２４３により遮られることなく空気Ａ１と共に上昇する。これにより、放熱効率が良好なＨＵＤ２０を提供できる。また、光源２４１で生じた熱によりレンズ２４２や表示デバイス２４３が影響を受けることを抑制できる。

画像生成部２４の基板２４４は、金属により形成されるベース基板を有してもよい。例えば、ベース基板は、アルミニウムから形成されうる。ベース基板の上には絶縁層が形成され、絶縁層の上には配線層が形成される。ベース基板が金属から形成される場合、基板２４４は、光源２４１から生じた熱を放熱する放熱部材として機能する。すなわち、光源２４１で生じた熱は基板２４４に伝わり、基板２４４のベース基板により効率的に放熱される。

図２４に例示されるように、画像生成部２４は、光源２４１から生じた熱を放熱するヒートシンク２４５を備えてもよい。ヒートシンク２４５は、ＨＵＤ２０が車体１９に取り付けられた状態において、ヒートシンク２４５の少なくとも一部が光源２４１よりも上方に位置するように、配置されうる。本例においては、ヒートシンク２４５は、基板２４４における光源２４１が搭載されている面とは反対側の面全体を覆うように設けられている。

光源２４１で生じた熱はヒートシンク２４５に伝わり、ヒートシンク２４５により効率的に放熱される。また、ヒートシンク２４５の一部は光源２４１よりも上方に位置するので、ヒートシンク２４５から空気中に伝わった熱は画像生成部２４により遮られずに空気Ａ２と共に上昇する。これにより、放熱効率が向上する。

図２５と図２６に例示されるように、ヒートシンク２４５Ａは、複数のフィン２４５Ａ１を有してもよい。複数のフィン２４５Ａ１の各々は、光源２４１の光の出射方向とは反対方向に突出している。複数のフィン２４５Ａ１の各々は、ＨＵＤ２０が車体１９に取り付けられた状態において突出方向の長さＬ（図２６）が上方に行くほど長くなるように形成されうる。

光源２４１で生じた熱は、ヒートシンク２４５Ａから空気中に伝わり、空気Ａ３とともに上昇する。フィン２４５Ａ１の上部における突出方向の長さが長いので、ヒートシンク２４５Ａに伝わった熱は、ヒートシンク２４５Ａの上部から効率良く放熱されやすくなる。

なお、基板２４４に搭載される光源２４１の数およびフィン２４５Ａ１の数は、図２６の形態に限定されない。

図２７に例示されるように、ＨＵＤ２０Ａの筐体部２２は、開口２２１を備えてもよい。開口２２１は、ＨＵＤ２０Ａが車両１の車体１９に取り付けられた状態において、筐体部２２の上部に設けられうる。本例においては、開口２２１は画像生成部２４の上方に位置している。

光源２４１で生じた熱は空気Ａ１と共に、筐体部２２の開口２２１から排出される。特に、開口２２１が画像生成部２４の上方に位置する場合には、光源２４１で生じた熱を空気と共に速やかに開口２２１から排出できる。これにより、放熱効率が向上する。

加えて、筐体部２２の下部には開口２２２が設けられてもよい。上昇する空気Ａ１の流れに伴って開口２２２から筐体部２２内に空気が取り込まれ、筐体部２２内部で上昇する空気の対流Ａ４が生じるので、光源２４１で生じた熱が開口２２１から空気Ａ１と共に排出されやすくなる。

開口２２２に加えてまたは代えて、ＨＵＤ２０Ａは、筐体部２２内において空気を対流させるためのファン２９を備えてもよい。ファン２９により筐体部２２内に強制的な空気の対流Ａ５が生じるので、光源２４１で生じた熱が空気と共に排出されやすくなる。

なお、ＨＵＤ２０Ａの画像生成部２４は、図２４や図２５に例示されるようにヒートシンクを有してもよい。

ヒートシンク２４５，２４５Ａは、基板２４４の面全体を覆うように設けられており、その一部が光源２４１よりも下方に位置している。しかしながら、ヒートシンク２４５，２４５Ａは、ヒートシンク２４５，２４５Ａの全体が光源２４１よりも上方に位置するように、配置されてもよい。

画像生成部２４から出射された光は、凹面鏡２６で反射されて透過部材１８に照射されるように構成されているが、これに限られない。例えば、凹面鏡２６で反射された光は、透過部材１８の内側に設けたコンバイナ（不図示）に照射されるようにしてもよい。コンバイナは、例えば、透明なプラスチックディスクで構成される。ＨＵＤ本体部２１の画像生成部２４からコンバイナに照射された光の一部は、透過部材１８に光を照射した場合と同様に、乗員の視点Ｅに向けて反射される。

以上、本発明の第一実施形態から第四実施形態について説明をしたが、本発明の技術的範囲が本実施形態の説明によって限定的に解釈されるべきではないのは言うまでもない。本実施形態は単なる一例であって、請求の範囲に記載された発明の範囲内において、様々な実施形態の変更が可能であることが当業者によって理解されるところである。本発明の技術的範囲は請求の範囲に記載された発明の範囲及びその均等の範囲に基づいて定められるべきである。

本出願は、２０２１年３月３１日出願の日本特許出願２０２１－０６０９７１号、２０２１年３月３１日出願の日本特許出願２０２１－０６０９７２号、２０２１年３月３１日出願の日本特許出願２０２１－０６０９７３号及び２０２１年３月３１日出願の日本特許出願２０２１－０６０９７４号に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

Claims (4)

1. 所定の画像を生成するための画像生成装置であって、
   前記所定の画像を生成するための光を出射する画像生成部と、
   前記光を反射させる第一ミラーと、
   前記画像生成部を取り付けるためのブラケットと、
   を備え、
   前記ブラケットは、
   前記画像生成部が搭載された基体と、
   前記画像生成部を挟むようにして配置され、前記画像生成部からの光の出射方向に向かって前記基体から突出する、一対の突出部と、を含み、
   前記一対の突出部に前記第一ミラーが搭載されている、画像生成装置。
2. 前記一対の突出部のそれぞれは、その先端部が、前記基体の、前記画像生成部が搭載される面に対して一定の角度が付けられるように構成されており、
   前記先端部に前記第一ミラーが取り付けられている、請求項１に記載の画像生成装置。
3. 請求項１または２に記載の画像生成装置と、
   前記画像生成部により出射されて前記第一ミラーで反射された前記光が透過部材へ照射されるように、前記光を反射させる第二ミラーと、を備えている、車両用の画像照射装置。
4. 前記画像生成部の光出射面と前記第一ミラーの反射面との距離は、前記第一ミラーの前記反射面と前記第二ミラーの反射面との距離よりも短い、請求項３に記載の画像照射装置。