JP6695062B2 - 表示システム、制御装置、制御方法、プログラム、及び移動体 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、表示システム、制御装置、制御方法、プログラム、及び移動体に関する。本発明は、より詳細には、虚像を投影する表示システム、当該表示システムに用いられる調整部を備えた制御装置、当該表示システムの制御方法及びプログラム、並びに、当該表示システムを備えた移動体に関する。

従来例として、特許文献１に記載の車両用表示装置を例示する。この車両用表示装置は、コンバイナーが組み込まれた防風ガラスに表示像を投影する。車両用表示装置は、防風ガラスの下方に設置され、光源部とコリメーターであるレンズと透過型の表示体とを有する発光表示手段を備える。車両用表示装置では、コンバイナーに向けて照射する光の方向に、車速に応じて発光表示手段（例えばレンズ）を前後に動かして、表示する虚像の結像位置を変化させる。その結果、虚像の観測者（アイボックス）から虚像までの視距離を変更することができる。

実開平６−８７０４３号公報

ところで、光源部の輝度が一定の場合、視距離を変更させるために特許文献１の車両用表示装置のように単にレンズを前後に動かすと、虚像を観測する観測者にとっては、虚像の輝度が変動したような違和感を覚える可能性がある。そのため、虚像の表示品位が低下し、虚像の視認性が低下する可能性がある。

本発明は上記事由に鑑みてなされ、虚像の表示品位及び視認性の低下の抑制を図ることができる表示システム、制御装置、制御方法、プログラム、及び移動体を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る表示システムは、画像形成部と、投影部と、を備える。前記画像形成部は、表示面を有し、前記表示面に画像を形成する。前記投影部は、前記画像形成部の出力光により前記画像に対応する虚像を対象空間に投影する。当該表示システムは、アイボックスから前記虚像までの視距離を変更可能に構成される。当該表示システムは、前記視距離が変化しても前記投影部により投影される前記虚像の表示画角が一定であるように、前記画像形成部に表示する前記画像のサイズを変更するように構成される。当該表示システムは、前記表示画角が一定であるように前記サイズを変更しても、前記虚像の明るさが所定の目標範囲内に収まるように、前記視距離に応じて前記虚像の明るさを調整する調整部を、更に備える。

本発明の一態様に係る制御装置は、上記表示システムに用いられる調整部を備える。

本発明の一態様に係る制御方法は、表示システムの制御方法である。当該表示システムは、画像形成部と、投影部と、を備える。前記画像形成部は、表示面を有し、前記表示面に画像を形成する。前記投影部は、前記画像形成部の出力光により前記画像に対応する虚像を対象空間に投影する。当該表示システムは、アイボックスから前記虚像までの視距離を変更可能に構成される。当該表示システムは、前記視距離が変化しても前記投影部により投影される前記虚像の表示画角が一定であるように、前記画像形成部に表示する前記画像のサイズを変更するように構成される。当該制御方法は、前記表示画角が一定であるように前記サイズを変更しても、前記虚像の明るさが所定の目標範囲内に収まるように、前記視距離に応じて前記虚像の明るさを調整する調整処理を有する。

本発明の一態様に係るプログラムは、コンピュータシステムに上記表示システムの制御方法を実行させる。

本発明の一態様に係る移動体は、上記表示システムと、前記投影部からの光を反射する反射部材と、を備える。

本発明は、虚像の表示品位及び視認性の低下の抑制を図ることができる、という利点がある。

図１は、一実施形態に係る表示システムの概略ブロック図である。 図２は、同上の表示システムを備える移動体（自動車）の概念図である。 図３は、同上の移動体を運転するユーザの視野を示す概念図である。 図４Ａは、同上の表示システムにおいて、視距離を変更する際に画像サイズを調整しない場合における虚像の様子を示す図であり、図４Ｂは、視距離を変更する際に画像サイズを調整する場合における画像の様子を示す図である。 図５は、同上の表示システムにおける調整部の動作を説明するためのフローチャート図である。 図６は、同上の表示システムの変形例３の概略ブロック図である。 図７は、一実施形態に係る制御装置を備えた表示システムの概略ブロック図である。

（１）概要
以下の実施形態は、本発明の様々な実施形態の一つに過ぎない。以下の実施形態は、本発明の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。また、以下の実施形態において説明する図１〜図７は、模式的な図であり、図１〜図７中の各構成要素の大きさの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。

本実施形態の表示システム１は、図１に示すように、画像形成部２と、投影部３と、を備える。画像形成部２は、表示面２１０を有し、表示面２１０に画像７（図４Ｂ参照）を形成する。投影部３は、画像形成部２の出力光により画像７に対応する虚像３００を対象空間４００に投影する。ここで言う「対象空間」は、例えば表示システム１の像が結像される領域を含んだ空間であることを想定する。

表示システム１は、図１〜図３に示すように、移動体としての自動車１００に用いられるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ：Head-Up Display）であることを想定する。したがって、対象空間４００は、自動車１００の車室外の空間であり、主に自動車１００のウインドシールド１０１（反射部材）前方の空間である。

ただし、表示システム１は、自動車１００に用いられるヘッドアップディスプレイに限定されず、例えば、二輪車、電車、航空機、建設機械、及び船舶等、自動車１００以外の移動体にも適用可能である。さらに、表示システム１は、ヘッドアップディスプレイに限定されず、現実世界に情報を重畳するＡＲ（Augmented Reality：拡張現実）表示装置に適用されてもよい。

また、表示システム１は、図１に示すように、アイボックス８００から虚像３００までの視距離Ｌ０を変更可能に構成される。アイボックス８００は、虚像３００の観測者（ユーザ２００）の眼が存在すると想定される空間領域である。

ここで、本実施形態の表示システム１は、視距離Ｌ０に応じて虚像３００の明るさを調整する調整部５０（図１参照）を、更に備える。ここでは、一例として、表示面２１０の輝度を変えることで虚像３００の明るさを調整する。ただし、虚像３００の明るさは、画像７に含まれるコンテンツの明度を変えることで虚像３００の明るさを調整してもよい（後述する変形例１を参照）。

この構成によれば、視距離Ｌ０を変更させるとき、特許文献１の車両用表示装置のように単にレンズを前後に動かす場合に比べて、観測者（ユーザ２００）に対して、虚像３００の輝度が変動したような違和感を与える可能性を低減できる。その結果、虚像３００の表示品位及び視認性の低下の抑制を図ることができる。

（２）詳細
（２．１）全体構成
以下、本実施形態の表示システム１について、図１〜図５を参照して詳しく説明する。表示システム１は、図１に示すように、表示装置４を備え、上の「（１）概要」の欄で説明した通り、一例として移動体である自動車１００に適用される。表示装置４は、一例として、自動車１００に用いられるヘッドアップディスプレイである。

また以下では、一例として、上の「（１）概要」の欄で説明した調整部５０が、表示装置４の制御部５に設けられていることを想定する。

（２．２）表示装置
表示装置４は、自動車１００のウインドシールド１０１に下方から画像７（図４Ｂ参照）を投影するように、自動車１００の車室内に設置されている。図２の例では、ウインドシールド１０１の下方のダッシュボード１０２内に、表示装置４が配置されている。表示装置４は、図１に示すように、画像形成部２と、投影部（光学系）３と、制御部５と、駆動部６と、検出部Ｘ１と、を備えている。

画像形成部２は、画像７を形成する光を出力する。本実施形態では一例として、画像形成部２は、図１に示すように、液晶パネル２１（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）、及び光源装置２２を有している。液晶パネル２１は、その前面に、表示面２１０を有し、表示面２１０に画像７を形成する。液晶パネル２１は、光源装置２２の前方に配置されている。光源装置２２は、液晶パネル２１のバックライトとして用いられる。光源装置２２は、いわゆる面光源である。光源装置２２は、発光ダイオード又はレーザダイオード等の固体発光素子を用いた、サイドライト方式の光源装置である。光源装置２２からの光は液晶パネル２１を透過して画像形成部２から出力される。

この画像形成部２では、液晶パネル２１に画像７が表示された状態で、光源装置２２が発光することにより、光源装置２２から前方に出力される光が、液晶パネル２１を透過して、液晶パネル２１の前面から前方に出力される。このとき液晶パネル２１の前面から前方に出力される光は、液晶パネル２１に表示された画像７を反映した光であるので、結果的に、画像形成部２からは、画像７を形成する光が「出力光」として出力されることになる。

ここで、液晶パネル２１の縦方向が投影される画像７の縦方向となり、液晶パネル２１の横方向が投影される画像７の横方向となる。投影される画像７の縦方向は、対象空間４００に投影される虚像３００（図１〜図３参照）の縦方向、つまりユーザ２００（図２参照）の視野内において鉛直方向に沿った方向である。投影される画像７の横方向は、対象空間４００に投影される虚像３００の横方向、つまりユーザ２００の視野内において水平方向に沿った方向である。

投影部３は、画像形成部２の出力光を反射することで画像７を投影する。本実施形態では、表示装置４は上述したようにヘッドアップディスプレイであって、反射部材であるウインドシールド１０１（図１参照）に画像７を投影するので、投影部３は、ウインドシールド１０１からなる対象物に対して画像７を投影する。

本実施形態では一例として、投影部３は、図１に示すように、ミラー３１と、ズームレンズ３２（レンズ群）とから構成されている。ズームレンズ３２は、液晶パネル２１の表示面２１０からミラー３１までの間に配置されている。ズームレンズ３２は、例えば、光の発散作用を有する駆動レンズ３２１と、集光作用を有する固定レンズ３２２とを有している。投影部３においては、液晶パネル２１の表示面２１０から出力される光の光路上に、固定レンズ３２２、駆動レンズ３２１及びミラー３１の順に並んでいる。なお、ここでは、ズームレンズ３２は、２枚のレンズからなるレンズ群であるが、レンズの数は特に限定されない。

投影部３は、画像形成部２の出力光を、まずは固定レンズ３２２で集光し、駆動レンズ３２１で発散させ、ミラー３１で反射して、ウインドシールド１０１に向けて出射する。ミラー３１は、一例として、凹面鏡である。ミラー３１は、画像形成部２の出力光が入射するように、液晶パネル２１から見て光源装置２２とは反対側、つまり液晶パネル２１の前方に配置されている。

上述したような構成により、投影部３は、画像形成部２にて形成される画像７を、適当な大きさにして、投影画像として対象物であるウインドシールド１０１に投影することで、対象空間４００に虚像３００を投影する。ここで言う「虚像」は、表示装置４から出射される光がウインドシールド１０１等の反射物にて発散するとき、その発散光線によって、実際に物体があるように結ばれる像を意味する。

表示装置４では、対象空間４００に形成される虚像３００は、図２に示すように、表示装置４の光軸５００に交差する仮想面５０１上に形成される。本実施形態では、光軸５００は、自動車１００の前方の対象空間４００において、自動車１００の前方の路面６００に沿っている。そして、虚像３００が形成される仮想面５０１は、路面６００に対して略垂直である。例えば、路面６００が水平面である場合には、虚像３００は鉛直面に沿って表示されることになる。

そのため、自動車１００を運転しているユーザ２００は、図３に示すように、自動車１００の前方に広がる実空間に重ねて、表示装置４にて投影される虚像３００を見ることができる。したがって、表示装置４によれば、例えば、車速情報、ナビゲーション情報、歩行者情報、前方車両情報、車線逸脱情報、及び車両コンディション情報等の、種々の運転支援情報を、虚像３００として表示し、ユーザ２００に視認させることができる。なお、図３の例では、虚像３００は、第１虚像３００Ａと、第２虚像３００Ｂとを含む。第１虚像３００Ａの内容（以下「コンテンツ」と呼ぶ）は、矢印の向き、位置等を含む。第２虚像３００Ｂのコンテンツは、車速情報であり、一例として「５０ｋｍ／ｈ」という情報を示す。これにより、ユーザ２００は、ウインドシールド１０１の前方に視線を向けた状態から僅かな視線移動だけで、運転支援情報を視覚的に取得することができる。

制御部５は、画像形成部２（液晶パネル２１及び光源装置２２）を制御する。また、制御部５は、駆動部６を制御する。制御部５は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びメモリを主構成とするマイクロコンピュータにて構成されている。言い換えれば、制御部５は、ＣＰＵ及びメモリを有するコンピュータにて実現されており、ＣＰＵがメモリに格納されているプログラムを実行することにより、コンピュータが制御部５として機能する。プログラムは、ここでは制御部５のメモリに予め記録されているが、インターネット等の電気通信回線を通じて、又はメモリカード等の記録媒体に記録されて提供されてもよい。

制御部５は、画像形成部２を制御することで、表示面２１０に任意の画像７を形成する。すなわち、制御部５は、ソフトウェア処理により、液晶パネル２１に任意の映像コンテンツを表示（描画）させることができ、これにより、表示面２１０に任意の画像７が形成される。例えば、図３のような虚像３００（第１虚像３００Ａ及び第２虚像３００Ｂ）を対象空間４００に投影する場合、第１虚像３００Ａの内容（矢印の向き、位置等）、及び第２虚像３００Ｂの内容（車速等）については、制御部５にて決定される。さらに、制御部５は、液晶パネル２１の前面、つまり表示面２１０における画像７の位置についても決定する。要するに、制御部５は、例えば、第１虚像３００Ａに対応する画像７を、表示面２１０の上半分に表示させたり、表示面２１０の下半分に表示させたりすることができる。表示面２１０における画像７の位置が変化すれば、虚像３００の相対的な表示位置も変化する。

ところで、本実施形態の表示システム１は、図１に示すように、アイボックス８００から虚像３００までの視距離Ｌ０を変更可能に構成される。具体的には、駆動部６が、投影部３に含まれている光学素子を移動させて、視距離Ｌ０を変更する。つまり、駆動部６は、光学素子の位置を変更する。本実施形態では、駆動部６の駆動対象は、一例として、駆動レンズ３２１である。駆動部６は、制御部５の制御下で、駆動レンズ３２１を固定レンズ３２２に対して近づく方向又は遠ざかる方向に移動させることで、アイボックス８００から虚像３００までの視距離Ｌ０を増加させたり減少させたりと変更可能である。駆動部６は、例えば、モータ等の電気駆動型のアクチュエータからなる。詳細な説明は省略するが、駆動部６は、更に、液晶パネル２１の表示面２１０の位置又は向きを物理的に変更するように構成されてもよいし、ミラー３１を回転させてミラー３１の向きを変更するように構成されてもよい。

ここでは、駆動レンズ３２１と画像形成部２との間隔を縮める方向に移動させた場合に、視距離Ｌ０は大きくなる。これは、当該間隔を縮めることで、ズームレンズ３２の倍率が大きくなるためである。ただし、このとき単に当該間隔を縮めるだけでは、図４Ａに示すように、ユーザ２００から虚像３００を見たときの表示画角（視野角）も大きくなる。図４Ａは、ユーザ２００から見える虚像３００を模式的に格子状の長方形で示し、符号３０１は、視距離Ｌ０の変更前の虚像３００を表し、符号３０３は、視距離Ｌ０の変更後の虚像３００を表す。すなわち、もし、駆動レンズ３２１の移動の前と後とで画像形成部２に表示する画像７のサイズが一定のままであれば、ユーザ２００から視認される虚像３００の大きさが変化してしまう。図４Ａの例では、虚像３００の大きさが増加している。

そこで、制御部５は、視距離Ｌ０を増加させるための駆動レンズ３２１の移動の前と後とで表示画角を一定にするために、駆動レンズ３２１の移動に合わせて画像形成部２に表示する画像７のサイズを小さくしている（図４Ｂ参照）。図４Ｂは、画像形成部２の表示面２１０に形成される画像７を模式的に格子状の長方形で示し、符号７０は、サイズ変更前の画像７を表し、符号７１は、サイズ変更後の（縮小された）画像７を表す。制御部５は、駆動部６の駆動量と画像７のサイズとを決定する。このとき、駆動部６の駆動量と、表示面２１０に形成される画像７のサイズの変化量は、例えば、比例する。このように、駆動レンズ３２１の移動の前と後とで表示画角を一定にすることで、例えば視距離Ｌ０の増加に伴い虚像３００の表示画角が増加して虚像３００を見るユーザ２００に違和感を与えることを抑制できる。ただし、ここで言う「表示画角を一定にする」とは、厳密な「一定」でなくてもよく、表示画角は、許容可能な多少の誤差を含む所定の範囲内で略一定でもよい。

なお、画像形成部２の表示面２１０に表示する画像７のサイズとは、表示面２１０を構成する画素のうち、コンテンツを表示するために使用する画素を用いて表示される画像のサイズである。

そして、本実施形態の制御部５は、図１に示すように、駆動部６による視距離Ｌ０の変更に応じて、虚像３００の明るさを調整する調整部５０を備える。調整部５０については、次の「（２．３）調整部」の欄で詳しく説明する。

検出部Ｘ１は、周囲の照度、例えば、表示装置４の像が結像される領域を含んだ、車室外の対象空間４００における照度を検出し、検出した照度を制御部５に送出するように構成されている。

検出部Ｘ１は、図１に示すように、照度センサＸ１０、増幅部Ｘ１１、及びＡ／Ｄ変換部Ｘ１２等を備えている。照度センサＸ１０は、例えば対象空間４００の照度を検出するフォトＩＣ（Integrated Circuit）で構成され、自動車１００のダッシュボード１０２内における開口部１０３付近に配置されている。照度センサＸ１０は、対象空間４００の照度に応じた照度電圧（アナログ信号）を、増幅部Ｘ１１に出力する。増幅部Ｘ１１は、照度センサＸ１０から入力されてきた信号を増幅して、Ａ／Ｄ変換部Ｘ１２に出力する。Ａ／Ｄ変換部Ｘ１２は、増幅部Ｘ１１の出力信号をデジタル信号に変換して、照度の値（検出値）として制御部５に送出する。

（２．３）調整部
以下、制御部５の調整部５０を中心とする構成について具体的に説明する。なお、上述した画像形成部２の映像コンテンツの描写や駆動部６の駆動に関する基本的な制御処理については、ここでは適宜に説明を省略する場合もある。

制御部５は、図１に示すように、調整部５０と、入力部５１と、出力部５２と、記憶部５３と、を備えている。なお、記憶部５３は、上記メモリであってもよいし、上記メモリとは別に設けられてもよい。

制御部５は、不図示の操作部を通じてユーザ２００から操作入力を受け付けるか、又は、表示する映像コンテンツに応じて自動制御の中で、駆動部６を通じて視距離Ｌ０を変更する制御を行う。そして、調整部５０は、その視距離Ｌ０の変更に合わせて、虚像３００の明るさを調整する（調整処理）ように構成される。ここでは、調整部５０は、視距離Ｌ０が増加するほど、虚像３００の明るさを明るくする。また調整部５０は、表示面２１０の輝度を変えることで虚像３００の明るさを調整する。要するに、制御部５は、駆動部６の駆動量に応じて、液晶パネル２１に表示される画像７のサイズと、液晶パネル２１から出力される光量との両方を変更する。

記憶部５３は、データを書き換え可能なメモリであって、不揮発性メモリであることが好ましい。記憶部５３は、例えば、駆動量と画像７のサイズとを対応付けた第１データ、及び駆動量とバックライト（光源装置２２）の光量（目標値）とを対応付けた第２データを、予め記憶している。第１データは、上述した通り、駆動量と画像７のサイズの変化量が比例するデータであることが好ましい。第２データは、光源装置２２の光量分布を予め試験等で分析して得られたものであることが好ましい。特に、光源装置２２から表示面２１０に照射される光度（カンデラ）は、その表示面２１０の全領域で完全に均一ではなく、ある程度のばらつきがある。例えば表示面２１０の中心領域ほど光度は強い。そのため、表示面２１０における画像７の表示位置（例えば表示面２１０の中心領域に表示させるか、中心領域よりも上部又は下部等に表示させるか）によっても、投影される虚像３００の輝度が変わってくる。したがって、表示面２１０の面積に対する光源装置２２の光量分布は、視距離Ｌ０の変更に合わせて行われる調整部５０の調整処理において、重要なパラメータの１つである。その結果、第２データは、表示面２１０における画像７の表示位置（Ｘ−Ｙ座標）にそれぞれ対応する複数の光量（目標値）を含んでいることが好ましい。

特に、上述したように、制御部５は、視距離Ｌ０を増加（又は減少）させるための駆動レンズ３２１の移動の前と後とで表示画角を一定にするために、駆動レンズ３２１の移動に合わせて画像形成部２に表示する画像７のサイズを変えている。しかし、画像７のサイズが例えば縮小すると、表示面２１０上で画像７の表示のために使用される使用範囲が狭くなることになる。その結果、もし調整部５０が設けられていなくて光源装置２２の光量が変わらなければ、ユーザ２００に見える虚像３００の輝度が下がることになる。

一方、調整部５０は、視距離Ｌ０が変更しても、虚像３００の輝度が略一定になるように、すなわち虚像３００の輝度が所定の目標範囲内に収まるように、第２データに基づいて制御信号を生成する。制御部５は、制御信号を画像形成部２に出力して、虚像３００の明るさを調整する。そのため、虚像３００の表示画角を一定に保つために画像７のサイズを変更したとしても、ユーザ２００に見える虚像３００の明るさが変動して虚像３００が薄暗くぼやけて見えるといったことを抑制できる。したがって、虚像３００の表示品位及び視認性の低下の抑制を図ることができる。

なお、調整部５０は、現在の光量から、第２データに基づいて決定した目標値の光量にかけて、比例的に漸増するよりもカーブを描くように指数関数的に漸増するように光源装置２２の光量を制御することが好ましい。

また、調整部５０は、視距離Ｌ０の変更の有無に関わらず、検出部Ｘ１から検出値を周期的に受け取り、その検出値に応じて、虚像３００の輝度を調整する。例えば、昼夜の時間帯又は自動車１００がトンネル内に進入したとき等に起因して周囲の照度が変わると、虚像３００の視認性が低下するおそれがある。そこで、記憶部５３は、検出値と光源装置２２の光量（目標値）とを対応付けたデータを予め記憶している。視認性の低下を防ぐため、調整部５０は、記憶部５３内のデータに基づいて、検出部Ｘ１から受け取った検出値に対応する目標の光量に略一致するように光源装置２２を制御し、虚像３００の輝度を調整する。また調整部５０は、このような自動的な輝度調整以外に、不図示の操作部を通じてユーザ２００から所定の操作入力を受け付けることで、光源装置２２を制御し、虚像３００の輝度を調整する。

入力部５１は、信号線Ｓ１１（図１参照）を介して検出部Ｘ１のＡ／Ｄ変換部Ｘ１２の出力端と電気的に接続されている。入力部５１は、検出部Ｘ１から照度の検出値を、周期的に受け取るように構成されている。

出力部５２は、信号線Ｓ１２（図１参照）を介して画像形成部２に電気的に接続されている。出力部５２は、調整部５０にて生成された制御信号を、画像形成部２に出力するように構成されている。画像形成部２は、制御信号を受け取ると、当該制御信号に応じた光量となるように、光源装置２２における光源の点灯制御を行う点灯回路に、当該光源の光出力を変更させる。

ここで、調整部５０は、視距離Ｌ０の変更の際に、検出部Ｘ１から受け取る検出値も考慮して、虚像３００の明るさを調整することが好ましい。例えば、第２データは、日中用、夜間用、トンネル内用等にそれぞれ対応する複数種類のデータテーブルを含んでもよい。調整部５０は、取得した検出値から現在の時間帯が例えば夜間であると判定すれば、夜間用のデータテーブルを選択し、当該データテーブルに基づいて、駆動部６の駆動量に対応する光源装置２２の光量（目標値）を決定してもよい。

なお、制御部５は、自動車１００に搭載されているＥＣＵ（Electronic Control Unit）と電気的に接続されて、ＥＣＵと各種の電気信号の送受信を行うように構成されている。

（２．４）調整部の動作
以下、図５のフローチャート図を参照しながら調整部５０の動作について説明する。ここでは、一例として、図１に示すように、視距離Ｌ０を第１距離Ｌ１から第２距離Ｌ２に増加させる場合を想定して説明する。

まず、制御部５は、視距離Ｌ０の変更を決定すると、第１距離Ｌ１と第２距離Ｌ２との差に対応する駆動部６の駆動量（ここでは駆動レンズ３２１の変位量）を決定（演算）する（ステップＳ１）。駆動量が決定すると、制御部５は、記憶部５３内の第１データを参照して、駆動量に対応する画像７の縮小サイズを決定する（ステップＳ２）。また、制御部５は、調整部５０による調整処理の実行を開始する（ステップＳ３）。

調整部５０は、記憶部５３内の第２データを参照し、検出部Ｘ１から受け取った直近の検出値を用いて、現在の照度に合ったデータテーブルを選択する（ステップＳ４）。調整部５０は、選択されたデータテーブルに基づいて、駆動量、及び表示面２１０における画像７の表示位置に対応する光源装置２２の光量（目標値）を決定する（ステップＳ５）。

駆動レンズ３２１の変位量、画像７のサイズ、及び光量の目標値が確定すると、制御部５は、駆動部６及び画像形成部２にそれらの情報を含んだ制御信号を送出する（ステップＳ６）。具体的には、制御部５は、駆動部６を制御して、駆動レンズ３２１を固定レンズ３２２に対して確定した変位量だけ近づくように移動させる（図１の矢印参照）。また、制御部５は、駆動部６の制御と同時に、画像形成部２に、画像７のサイズを縮小させる。更に、制御部５は、画像形成部２に、光源装置２２の現在の光量を目標値の光量まで漸増させる。

その結果、アイボックス８００から第１距離Ｌ１の位置にあった虚像３００（３０１）は、アイボックス８００から更に遠ざかり、アイボックス８００から第２距離Ｌ２の位置に移動する（図１の虚像３００（３０２）を参照）。そして、本実施形態では、虚像３００の視距離Ｌ０が変更されたとしても、調整部５０の調整処理により、虚像３００の表示品位及び視認性の低下の抑制を図ることができる。

（３）変形例
以下に、いくつかの変形例について列記する。以下では上述した実施形態を「基本例」と呼ぶ。以下に説明する変形例の各々は、上述した基本例や他の変形例と適宜組み合わせて適用可能である。

（３．１）変形例１
基本例では、調整部５０は、表示面２１０の輝度を変えることで虚像３００の明るさを調整している。しかし、調整部５０は、画像７に含まれるコンテンツの明度（色の明暗）を変えることで虚像３００の明るさを調整するように構成されてもよい。もちろん、調整部５０は、表示面２１０の輝度とコンテンツの明度との両方を適宜に変えることで、虚像３００の明るさを調整するように構成されてもよい。液晶パネル２１は、例えば、フルカラー表示が可能なＬＣＤであってもよい。

具体的には、調整部５０は、画像７に含まれるコンテンツに応じて、明度を変える。例えば、図３において、車速情報というコンテンツを含む第２虚像３００Ｂについては、視距離Ｌ０を変えずに、矢印の向きというコンテンツを含む第１虚像３００Ａのみの視距離Ｌ０を変更する場合がある。仮に、視距離Ｌ０が第１距離Ｌ１のとき、第２虚像３００Ｂの表示色が白色に近い薄い灰色であるとする。調整部５０は、視距離Ｌ０が第２距離Ｌ２に変更されるとき、徐々に黒色の量が増すように第２虚像３００Ｂの明度を下げてもよい。視距離Ｌ０が増加したときに、明度を下げることで、第１虚像３００Ａが薄暗くぼやけるといったことを抑制できる。

明度の目標値は、第１虚像３００Ａの表示色単独によって決定されてもよいが、第１虚像３００Ａの近くに表示されている、視距離Ｌ０を変更しない第２虚像３００Ｂの表示色との相関によって決定されてもよい。

あるいは、調整部５０は、視距離Ｌ０を変更する際に、虚像３００のコンテンツ自体を変更してもよい。例えば視距離Ｌ０が第１距離Ｌ１のとき、車速情報及びナビゲーション情報の両方のコンテンツを含む虚像３００を表示させて、第２距離Ｌ２に変更時に、ナビゲーション情報のコンテンツを消して車速情報のコンテンツのみを含む虚像３００を表示してもよい。この場合、調整部５０は、コンテンツの変更に応じて明度も変更してもよい。

（３．２）変形例２
基本例では、制御部５は、視距離Ｌ０を変更する際に、駆動レンズ３２１の移動の前と後とで虚像３００の表示画角を一定にするように、画像７のサイズを変えている。しかし、駆動レンズ３２１の移動の前と後とで虚像３００の表示画角は一定でなくてもよい。

調整部５０は、例えば、視距離Ｌ０を増加する際に、逆に、虚像３００の表示画角は小さくなるように、画像７のサイズを変えてもよい。また、虚像３００の表示画角を一定にするか否かについては、画像７に含まれるコンテンツに応じて適宜に変更されてもよい。

（３．３）変形例３
基本例では、画像形成部２は、バックライト付きの液晶パネル２１（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）を有しているが、ＬＣＤに限定されない。表示装置４は、図６に示すように、拡散透過型のスクリーン２３と、スクリーン２３に対してスクリーン２３の背後から光を照射する照射部２４と、を有した画像形成部２Ａを有してもよい（変形例３）。

照射部２４は、走査型の光照射部であって、スクリーン２３に対して光を照射する。これにより、スクリーン２３の前面又は背面（ここでは前面）からなる表示面２３０には、照射部２４からの光によって画像７（図４Ｂ参照）が描画され、スクリーン２３を透過する光により、対象空間４００に虚像３００が形成される。

照射部２４は、レーザ光を出力する光源２４１と、光源２４１からの光を走査する走査部２４２と、レンズ２４３と、を有している。光源２４１は、レーザ光を出力するレーザモジュールからなる。走査部２４２は、光源２４１からの光を走査することにより、表示面２３０を走査する光をスクリーン２３に照射する。ここで、走査部２４２は、表示面２３０の縦方向及び横方向に対し、二次元的に光を走査する、ラスタスキャン（Raster scan)を行う。つまり、走査部２４２は、表示面２３０に形成される輝点を走査することで、二次元の画像を形成する。走査部２４２は、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いた微小な走査ミラーを有している。つまり、走査部２４２は、レーザ光を反射する光学素子（ミラー部）を含み、光学素子を回転させることによって、光源２４１からの光を、光学素子の回転角度（振れ角）に応じた向きに反射する。これにより、走査部２４２は、光源２４１からの光を走査する。この走査部２４２は、光学素子を、互いに直交する２軸を中心に回転させることにより、二次元的に光を走査するラスタスキャンを実現する。

なお、本変形例の表示装置４は、第１ミラー３３と第２ミラー３４とを有した投影部３Ａを有している。第１ミラー３３及び第２ミラー３４は、画像形成部２Ａから出力される光の光路上に、第１ミラー３３、第２ミラー３４の順で配置されている。第１ミラー３３は、画像形成部２Ａの出力光を、第２ミラー３４に向けて反射する。第２ミラー３４は、第１ミラー３３で反射された画像形成部２Ａの出力光を、ウインドシールド１０１に向けて反射する。第１ミラー３３は凸面鏡であって、第２ミラー３４は凹面鏡である。

本変形例では、駆動部６の駆動対象は、スクリーン２３である。制御部５は、視距離Ｌ０を変更するために、駆動部６を制御して、スクリーン２３を駆動する。駆動部６は、制御部５の制御下で、スクリーン２３をレンズ２４３に対して近づく方向又は遠ざかる方向に移動させることで、アイボックス８００から虚像３００までの視距離Ｌ０を増加させたり減少させたりと変更可能である。

制御部５の調整部５０は、視距離Ｌ０の変更に合わせて、虚像３００の明るさを調整する（調整処理）ように構成される。制御部５は、駆動部６の駆動量に応じて、スクリーン２３に表示される画像７のサイズと、光源２４１から出力される光量の両方を変更する。

本変形例においても、視距離Ｌ０の変更により起こり得る虚像３００の表示品位及び視認性の低下を、抑制することができる。

（３．４）変形例４
基本例では、調整部５０が、表示装置４の制御部５に設けられている。しかし、調整部５０は、表示装置４とは別体となって設けられてもよい。例えば、図７に示すように、調整部５０を備えた制御装置１０が、表示装置４とは別体となって設けられてもよい。

表示システム１は、表示装置４と制御装置１０とから構成される。表示装置４は、画像形成部２と、投影部３と、駆動部６と、（調整部５０以外の制御機能を有する）制御部５と、検出部Ｘ１と、（制御装置１０との信号の送受信が可能な）通信インタフェースと、を備える。表示装置４の制御部５は、制御装置１０から虚像３００の輝度調整用の制御信号を受けると、当該制御信号に応じて画像形成部２を制御する。この場合、制御装置１０は、例えば自動車１００に搭載されているＥＣＵ（Electronic Control Unit）で、調整部５０の機能がＥＣＵに設けられてもよい。

（３．５）その他の変形例
画像形成部２として、例えば、有機発光ダイオード（エレクトロルミネッセンス）パネルが用いられてもよい。

視距離Ｌ０の変更時における、駆動部６の駆動対象は、基本例の駆動レンズ３２１や、変形例３のスクリーン２３以外にも、例えば、ミラーや液晶パネル２１であってもよい。

基本例における制御部５（主に調整部５０）と同様の機能は、コンピュータプログラム、又はプログラムを記録した非一時的な記録媒体等で具現化されてもよい。ここで、調整部５０の実行主体は、コンピュータシステムを含んでいる。コンピュータシステムは、ハードウェアとしてのプロセッサ及びメモリを主構成とする。コンピュータシステムのメモリに記録されたプログラムをプロセッサが実行することによって、調整部５０の実行主体としての機能が実現される。プログラムは、コンピュータシステムのメモリに予め記録されてもよいが、電気通信回線を通じて提供されてもよいし、コンピュータシステムで読み取り可能なメモリカード、光学ディスク、ハードディスクドライブ等の記録媒体に記録されて提供されてもよい。コンピュータシステムのプロセッサは、半導体集積回路（ＩＣ）又は大規模集積回路（ＬＳＩ）を含む１乃至複数の電子回路で構成される。複数の電子回路は、１つのチップに集約されてもよいし、複数のチップに分散して設けられてもよい。複数のチップは、１つの装置に集約されてもよいし、複数の装置に分散して設けられてもよい。

また、基本例の制御部５は、１つの装置で実現されているが、この構成に限定されない。例えば、制御部５における複数の機能のうちの少なくとも１つの機能が、２つ以上の装置に分散して設けられてもよい。同様に、検出部Ｘ１における照度センサＸ１０、増幅部Ｘ１１、及びＡ／Ｄ変換部Ｘ１２の機能のうちの少なくとも１つの機能が、２つ以上の装置に分散して設けられてもよい。また、制御部５の少なくとも一部の機能は、例えば、クラウド（クラウドコンピューティング）によって実現されてもよい。

（４）利点
以上説明したように、第１の態様に係る表示システム（１）は、画像形成部（２、２Ａ）と、投影部（３、３Ａ）と、を備える。画像形成部（２、２Ａ）は、表示面（２１０、２３０）を有し、表示面（２１０、２３０）に画像（７）を形成する。投影部（３、３Ａ）は、画像形成部（２、２Ａ）の出力光により画像（７）に対応する虚像（３００）を対象空間（４００）に投影する。表示システム（１）は、アイボックス（８００）から虚像（３００）までの視距離（Ｌ０）を変更可能に構成される。表示システム（１）は、視距離（Ｌ０）に応じて虚像（３００）の明るさを調整する調整部（５０）を、更に備える。第１の態様によれば、虚像（３００）の表示品位及び視認性の低下の抑制を図ることができる。

第２の態様に係る表示システム（１）に関して、第１の態様において、調整部（５０）は、更に、周囲の照度に応じて虚像（３００）の明るさを調整することが好ましい。第２の態様によれば、虚像（３００）の表示品位及び視認性の低下を更に抑制できる。

第３の態様に係る表示システム（１）に関して、第１又は第２の態様において、調整部（５０）は、表示面（２１０、２３０）の輝度を変えることで虚像（３００）の明るさを調整することが好ましい。第３の態様によれば、簡素な構成でありながら、虚像（３００）の表示品位及び視認性の低下を抑制できる。

第４の態様に係る表示システム（１）に関して、第１〜第３の態様のいずれか１つにおいて、調整部（５０）は、画像（７）に含まれるコンテンツの明度を変えることで虚像（３００）の明るさを調整することが好ましい。第４の態様によれば、簡素な構成でありながら、虚像（３００）の表示品位及び視認性の低下を抑制できる。

第５の態様に係る表示システム（１）に関して、第１〜第４の態様のいずれか１つにおいて、調整部（５０）は、視距離（Ｌ０）が増加するほど、虚像（３００）の明るさを明るくすることが好ましい。第５の態様によれば、視距離（Ｌ０）の増加に伴う虚像（３００）の表示品位及び視認性の低下（例えば薄暗くぼやける等）を抑制できる。

第６の態様に係る表示システム（１）に関して、第１〜第５の態様のいずれか１つにおいて、投影部（３、３Ａ）により投影される虚像（３００）の表示画角は、視距離（Ｌ０）が変化しても一定であることが好ましい。第６の態様によれば、例えば視距離（Ｌ０）の増加に伴い虚像（３００）の表示画角が増加して虚像（３００）の観測者に違和感を与えるといった事態を抑制できる。ただし、ここで言う「一定」とは、厳密な「一定」でなくてもよく、表示画角は、許容可能な多少の誤差を含む所定の範囲内で略一定でもよい。

第７の態様に係る表示システム（１）に関して、第６の態様において、調整部（５０）は、虚像（３００）の明るさが所定の目標範囲内に収まるように、視距離（Ｌ０）に応じて虚像（３００）の明るさを調整することが好ましい。第７の態様によれば、例えば虚像（３００）の表示画角を一定に保つために画像（７）のサイズを変更したときに観測者に見える虚像（３００）の明るさが変動することを抑制できる。

第８の態様に係る表示システム（１）に関して、第１〜第７の態様のいずれか１つにおいて、投影部（３）は、光学素子として、上記出力光を透過するズームレンズ（３２）を有することが好ましい。また投影部（３）は、ズームレンズ（３２）の位置の変更により、視距離（Ｌ０）を変更可能とすることが好ましい。第８の態様によれば、簡素な構成でありながら、視距離（Ｌ０）の変更を実現できる。

第９の態様に係る表示システム（１）に関して、第１〜第８の態様のいずれか１つにおいて、画像形成部（２）は、前面が表示面（２１０）を構成する液晶パネル（２１）と、液晶パネル（２１）のバックライトとなる光源装置（２２）と、を有することが好ましい。第９の態様によれば、液晶パネル（２１）を有した表示システム（１）であっても、虚像（３００）の表示品位及び視認性の低下を抑制できる。

第１０の態様に係る制御装置（１０）は、第１〜第９の態様のいずれか１つにおける表示システム（１）に用いられる調整部（５０）を備える。第１０の態様によれば、虚像（３００）の表示品位及び視認性の低下を抑制できる制御装置（１０）を提供できる。

第１１の態様に係る制御方法は、表示システム（１）の制御方法である。表示システム（１）は、画像形成部（２、２Ａ）と、投影部（３、３Ａ）と、を備える。画像形成部（２、２Ａ）は、表示面（２１０、２３０）を有し、表示面（２１０、２３０）に画像（７）を形成する。投影部（３、３Ａ）は、画像形成部（２、２Ａ）の出力光により画像（７）に対応する虚像（３００）を対象空間（４００）に投影する。表示システム（１）は、アイボックス（８００）から虚像（３００）までの視距離（Ｌ０）を変更可能に構成される。制御方法は、視距離（Ｌ０）に応じて虚像（３００）の明るさを調整する調整処理を有する。第１１の態様によれば、虚像（３００）の表示品位及び視認性の低下を抑制できる制御方法を提供できる。

第１２の態様に係るプログラムは、コンピュータシステムに、第１１の態様における表示システム（１）の制御方法を実行させる。第１２の態様によれば、虚像（３００）の表示品位及び視認性の低下を抑制することが可能な機能を提供できる。

第１３の態様に係る移動体（例えば自動車１００）は、第１〜第９の態様のいずれか１つにおける表示システム（１）と、投影部（３、３Ａ）からの光を反射する反射部材（例えばウインドシールド１０１）と、を備える。第１３の態様によれば、虚像（３００）の表示品位及び視認性の低下を抑制できる移動体を提供できる。

１ 表示システム
２、２Ａ 画像形成部
２１ 液晶パネル
２１０、２３０ 表示面
２２ 光源装置
３、３Ａ 投影部
３２ ズームレンズ
１０ 制御装置
５０ 調整部
７ 画像
１００ 自動車（移動体）
１０１ ウインドシールド（反射部材）
３００ 虚像
４００ 対象空間
８００ アイボックス
Ｌ０ 視距離

Claims (11)

1. 表示面を有し、前記表示面に画像を形成する画像形成部と、前記画像形成部の出力光により前記画像に対応する虚像を対象空間に投影する投影部と、を備える表示システムであって、当該表示システムは、アイボックスから前記虚像までの視距離を変更可能に構成され、かつ前記視距離が変化しても前記投影部により投影される前記虚像の表示画角が一定であるように、前記画像形成部に表示する前記画像のサイズを変更するように構成され、
   前記表示画角が一定であるように前記サイズを変更しても、前記虚像の明るさが所定の目標範囲内に収まるように、前記視距離に応じて前記虚像の明るさを調整する調整部を、更に備える、
   表示システム。
2. 前記調整部は、更に、周囲の照度に応じて前記虚像の明るさを調整する、
   請求項１に記載の表示システム。
3. 前記調整部は、前記表示面の輝度を変えることで前記虚像の明るさを調整する、
   請求項１又は２に記載の表示システム。
4. 前記調整部は、前記画像に含まれるコンテンツの明度を変えることで前記虚像の明るさを調整する、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の表示システム。
5. 前記調整部は、前記視距離が増加するほど、前記虚像の明るさを明るくする、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の表示システム。
6. 前記投影部は、
   光学素子として、前記出力光を透過するズームレンズを有し、
   前記ズームレンズの位置の変更により、前記視距離を変更可能とする、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の表示システム。
7. 前記画像形成部は、
   前面が前記表示面を構成する液晶パネルと、
   前記液晶パネルのバックライトとなる光源装置と、
   を有する、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の表示システム。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の表示システムに用いられる前記調整部を備える、
   制御装置。
9. 表示面を有し、前記表示面に画像を形成する画像形成部と、前記画像形成部の出力光により前記画像に対応する虚像を対象空間に投影する投影部と、を備える表示システムの制御方法であって、当該表示システムは、アイボックスから前記虚像までの視距離を変更可能に構成され、かつ前記視距離が変化しても前記投影部により投影される前記虚像の表示画角が一定であるように、前記画像形成部に表示する前記画像のサイズを変更するように構成され、
   前記表示画角が一定であるように前記サイズを変更しても、前記虚像の明るさが所定の目標範囲内に収まるように、前記視距離に応じて前記虚像の明るさを調整する調整処理を有する、
   表示システムの制御方法。
10. コンピュータシステムに請求項９に記載の表示システムの制御方法を実行させる、
    プログラム。
11. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の表示システムと、
    前記投影部からの光を反射する反射部材と、を備える、
    移動体。

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