車載情報提供装置
【課題】乗員に提供する情報を表示する車載情報提供装置において、観察画像と乗員の頭部との間の相対変位を補正する光学的補正量を可変にする。
【解決手段】車載情報提供装置１００は、乗員の頭部（とくに眼球）と乗員が観察する画像表示部１０５による画面との間に生じる相対変位の変化に起因する観察画像の動きを画像遠方結像部１０６による光学的な補正によってキャンセルする。画像表示部１０５を射出光束の中心線（光軸）の方向に進退移動可能に構成し、通常状態では画像遠方結像部１０６の焦点位置に、補正ゲインの変更が指示された状態では画像遠方結像部１０６の焦点距離より短い位置へ移動させる。
【解決手段】車載情報提供装置１００は、乗員の頭部（とくに眼球）と乗員が観察する画像表示部１０５による画面との間に生じる相対変位の変化に起因する観察画像の動きを画像遠方結像部１０６による光学的な補正によってキャンセルする。画像表示部１０５を射出光束の中心線（光軸）の方向に進退移動可能に構成し、通常状態では画像遠方結像部１０６の焦点位置に、補正ゲインの変更が指示された状態では画像遠方結像部１０６の焦点距離より短い位置へ移動させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両内で画像などを表示する車載情報提供装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の乗員が移動中の車両内で車両に固定されている表示画面を見る場合、車両の揺動に伴って画面と乗員との間に相対変位が生じる。一般に、視覚情報から得られる体の運動情報と前庭器（三半規管、耳石）から得られる運動情報とが一致しない場合、人は揺動に対する違和感や不快感を感じる。乗員が車両内から外部風景を見ている場合、視覚、前庭器いずれからも空間内での自身の動きに関する情報が得られ、これらの情報が一致するため違和感は生じない。一方、乗員が車両内の表示画面を注視している場合、視覚からは画面と乗員との相対変位に関する情報しか得られないため、視覚情報から判断した自身の動きと、前庭器からの運動情報から判断した自身の動きとの間に不一致が生じ、違和感や不快感が発生する。
【０００３】
特許文献１には、ディスプレイと観察者の間に光学素子を配設し、画像を無限遠表示させることにより、観察者のディスプレイに対する位置が上下、左右にずれても観察者にとって表示画像が無限遠の位置に固定されて見えるように、観察者と表示画像との相対変位を光学的に補正する技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−７３７８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の技術では、ディスプレイ、光学素子および観察者が一直線上に並んでいる場合は、観察者と表示画像とに相対変位が生じても観察者は光学的に補正された画像を観察できるが、観察者が上記一直線上に位置していない場合には、観察者に観察される画像が光学素子から外れてしまう（はみ出してしまう）おそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による車載情報提供装置は、車両の乗員に提供する情報を表示する表示手段からの光束を画像遠方結像手段の収束光学系によって略平行光にするとともに、変更指示に応じて、収束光学系および表示手段間の光路長と収束光学系の焦点距離との関係を変化させるようにしたものである。
本発明による車載情報提供装置は、車両の乗員に提供する情報を表示する画面からの光束を収束光学系によって略平行光にするとともに、変更指示に応じて、収束光学系および画面間の光路長と収束光学系の焦点距離との関係を変化させるようにしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明による車載情報提供装置では、変更指示に応じて収束光学系および表示手段（画面）間の光路長と収束光学系の焦点距離との関係を変化させることによって光学的な補正量を可変に構成したので、表示情報を収束光学系から外れにくくするように、光学的な補正量を変化させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
（第一の実施形態）
図１(a)〜図１(c)は、本発明の第一の実施形態による車載情報提供装置に備えられる基本光学系を説明する図である。凸レンズによる実像を説明する図１(a)において、焦点距離ｆの凸レンズＬから距離ｘ1（ただし、ｘ1＞ｆ）の位置に、高さｙ1の物体Ｏが載置されている。この場合の凸レンズＬは、物体Ｏと反対側の距離ｘ2の位置に高さｙ2の倒立像（実像）を結像する。このとき、ガウスのレンズ公式（１）が成立する。
１／ｆ＝(１／ｘ１)＋(１／ｘ2) （１）
【０００９】
倒立像と物体Ｏの大きさの比（倍率）Ｍは次式（２）で表され、距離ｘ2は次式（３）で表すことができる。
Ｍ＝ｆ／(ｘ1−ｆ) （２）
ｘ2＝ｆ×ｘ1／(ｘ1−ｆ) （３）
【００１０】
凸レンズによる虚像を説明する図１(b)において、上述した凸レンズＬから距離ｘ1（ただし、ｘ1＜ｆ）の位置に、高さｙ1の上記物体Ｏが載置されている。この場合の凸レンズＬは、物体Ｏと同じ側の距離ｘ2の位置に高さｙ2の正立像（虚像）を結像する。ここで、物体Ｏの距離ｘ1を焦点距離ｆに近づけると、式（１）より距離ｘ2は負（物体Ｏと同じ側）の無限大となる。この状態でレンズＬに対して物体Ｏと反対側から観察すると、無限遠に正立虚像が観察される。
【００１１】
図１(c)は、観察者の眼の位置と虚像が観察される方向との関係を説明する図である。図１(c)において、物体Ｏと反対側の焦点Ｆから観察される虚像の方向（角度）をθ0とすると、次式（４）が成立する。
θ0≒tanθ0＝ｙ1／ｆ （４）
【００１２】
また、焦点Ｆから下方（レンズＬと平行）に距離ｙ3だけずらした点ep1から虚像が観察される方向（角度）をθ1とすると、次式（５）が成立する。
θ1≒tanθ1＝｛ｙ1＋(ｆ−ｘ1)ｙ3／ｆ｝／ｆ （５）
【００１３】
上式（４）および（５）より、観察者の眼の位置が焦点Ｆから距離ｙ3離れた点ep1へ移動した場合に生じる虚像の観察方向の変化dθは次式（６）で表される。
dθ＝(ｆ−ｘ1)ｙ3／ｆ2 （６）
【００１４】
上式（６）は、距離ｘ1を焦点距離ｆに近づけるとdθが０に近づき、観察者の眼の位置の変位ｙ3にかかわらず虚像の観察方向が一定になることを意味する。すなわち、観察者の眼と観察される像との間の相対変位が光学的な補正によってキャンセルされる。
【００１５】
一方、上式（６）は、距離ｘ1を０に近づけるとdθがｙ3／ｆに近づき、観察者の眼の位置の変位ｙ3が虚像の観察方向の変化に比例することを意味する。すなわち、観察者の眼と観察される像との間の相対変位は光学的に補正されない。
【００１６】
本実施形態では、物体Ｏと凸レンズＬとの距離ｘ1を焦点距離ｆより短くすることにより、観察者の眼と観察される虚像との相対変位に対する光学的な補正量を変化させる。
【００１７】
図２は、本実施形態による車載情報提供装置の構成を説明する図である。図２において、車載情報提供装置１００は、ゲイン設定部１０１と、制御部１０２と、表示部駆動部１０３と、画像入力部１０４と、画像表示部１０５と、画像遠方結像部１０６とを有する。車両の乗員である観察者は、車両内の座席（不図示）に着座して画像表示部１０５によって表示される画像などの情報を観察する。
【００１８】
ゲイン設定部１０１は、乗員の頭部（とくに眼）と乗員が観察する画面（画像表示部１０５からの光束ＦＬ）との間に生じる相対変位を光学的に補正するための補正ゲイン信号を制御部１０２へ出力する。補正ゲイン信号は、通常状態ではあらかじめゲイン設定部１０１に設定されている初期値の信号が出力される。補正ゲインの変更を指示する信号がゲイン設定部１０１に入力された場合には、入力信号に応じて変更された補正ゲイン信号が出力される。補正ゲインの変更を指示する信号は、不図示の操作部材が乗員によって操作されると、操作量に応じた操作信号として当該操作部材からゲイン設定部１０１へ入力される。画像表示部１０５からの光束ＦＬについては後述する。
【００１９】
制御部１０２は、入力された補正ゲイン信号に応じて画像表示部１０５の画面位置を移動させるための移動制御信号を表示部駆動部１０３へ送出する。制御部１０２はさらに、車載情報提供装置１００の各部を制御するように構成されている。
【００２０】
表示部駆動部１０３は、制御部１０２から入力された移動制御信号に応じて、画像表示部１０５を進退移動させる。画像表示部１０５の進退移動については後述する。画像入力部１０４は、画像表示部１０５に表示させる元の画像を入力し、入力された画像信号（享楽画像などの表示データ）を画像表示部１０５の入力インターフェイスに応じた表示信号として画像表示部１０５へ出力する。
【００２１】
画像表示部１０５は、たとえば、小型ＬＣＤ（液晶表示器）によって構成され、入力された表示信号による画像などを表示する。画像遠方結像部１０６は、画像表示部１０５に表示されている画像を光学的に遠方結像させる。
【００２２】
図３は、画像遠方結像部１０６、表示部駆動部１０３および画像表示部１０５の構成、配設位置を説明する図である。画像遠方結像部１０６は、２つの反射鏡２１および２２と、プリズムシート２３と、フレネルレンズ２４とを含む。画像などの情報を表示している画像表示部１０５から射出された光束ＦＬは、反射鏡２１によって反射されて上方の反射鏡２２へ向けて進み、さらに反射鏡２２によって反射されて左方へ進み、プリズムシート２３に入射される。
【００２３】
プリズムシート２３は、入射光を観察者（乗員）の視方向（図３の例では水平左方）へ屈折させ、フレネルレンズ２４へ向けて射出する。フレネルレンズ２４は図１の凸レンズＬに対応し、入射された光束ＦＬ（画像表示部１０５の表示画面からの光束）を観察者へ向けて略平行光として射出する。
【００２４】
駆動部２５は図２の表示部駆動部１０３に対応し、画像表示部１０５から射出される光束ＦＬの中心線（光軸）の方向に画像表示部１０５を進退移動させる。駆動部２５は、ゲイン設定部１０１（図２）から制御部１０２（図２）へ通常状態の補正ゲイン信号が入力されている場合、制御部１０２による移動制御信号に応じて画像表示部１０５の画面位置をフレネルレンズ２４の焦点に対応する位置（フレネルレンズ２４からの光路長がフレネルレンズ２４の焦点距離と合致する位置）へ移動させる。これにより、図１(b)および図１(c)において距離ｘ1＝焦点距離ｆとする場合と同様に、画像表示部１０５の表示画面からの光束ＦＬが略平行光として進行し、乗員には表示画像が無限遠に位置するように見える。この場合、画像表示部１０５からの光束ＦＬと乗員の頭部との間に上下、左右方向の相対変位が生じても、乗員が観察する画像は乗員の頭部動と一致する。つまり、上記相対変位は光学的な補正によってキャンセルされる。
【００２５】
駆動部２５は、ゲイン設定部１０１（図２）から制御部１０２（図２）へ通常状態から変更した補正ゲイン信号が入力されている場合、制御部１０２による移動制御信号に応じて画像表示部１０５の画面位置をフレネルレンズ２４の焦点距離より短い位置（フレネルレンズ２４からの光路長がフレネルレンズ２４の焦点距離より短い位置）へ移動させる。つまり、画像表示部１０５の画面位置を反射鏡２１へ近づけることによってフレネルレンズ２４に近づける。これにより、図１(b)および図１(c)において距離ｘ1＜焦点距離ｆとする場合と同様に、光学的な補正量が上記ｘ1＝ｆの場合に比べて小さくなる。したがって、画像表示部１０５からの光束ＦＬと乗員の頭部との間の相対変位が大きくなる場合でも、補正後の画像が画像遠方結像部１０６の有効領域からはみ出してしまう頻度が少なくなる。とくに、複数の乗員が画像を観察する場合など、フレネルレンズ２４の正面からではなく斜めに画像を観察する（光束ＦＬの中心線から離れた位置から観察する）乗員にとっては、画像が画像遠方結像部１０６の有効領域からはみ出さないように補正量が抑制されるため有効である。
【００２６】
上述した車載情報提供装置１００の制御部１０２で行われる表示制御処理の流れについて、図４のフローチャートを参照して説明する。図４のステップＳ１０において、制御部１０２は、画像表示部１０５の画面電源がオンされているか否かを判定する。制御部１０２は、画面電源がオンされている場合にステップＳ１０を肯定判定してステップＳ２０へ進み、画面電源がオンされていない場合にはステップＳ１０を否定判定し、ステップＳ１０の判定処理を繰り返す。
【００２７】
ステップＳ２０において、制御部１０２は、表示部駆動部１０３（駆動部２５）から入力される位置検出信号によって画像表示部１０５（ＬＣＤ）の位置を検出し、ステップＳ３０へ進む。ステップＳ３０において、制御部１０２は、補正ゲインが変更されたか否かを判定する。制御部１０２は、通常状態から変更した補正ゲイン信号が入力されている場合にステップＳ３０を肯定判定してステップＳ４０へ進み、通常状態の補正ゲイン信号が入力されている場合にはステップＳ３０を否定判定し、ステップＳ５０へ進む。
【００２８】
ステップＳ４０において、制御部１０２は、画像表示部１０５（ＬＣＤ）の位置変更を指示してステップＳ５０へ進む。具体的には、画像表示部１０５の画面位置を変更後の補正ゲインに対応する位置へ移動させるための移動制御信号を表示部駆動部１０３へ送出する。
【００２９】
ステップＳ５０において、制御部１０２は、画像表示部１０５の画面電源がオフされたか否かを判定する。制御部１０２は、画面電源がオフされた場合にステップＳ５０を肯定判定し、図４による処理を終了する。一方、制御部１０２は、画面電源がオフされていない場合にはステップＳ５０を否定判定し、ステップＳ２０へ戻って上述した処理を繰り返す。
【００３０】
以上説明した第一の実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）乗員の頭部（とくに眼球）と乗員が観察する画面（画像表示部１０５からの光束ＦＬ）との間に生じる相対変位の変化に起因する観察画像の動きを光学的な補正によってキャンセルするようにしたので、乗員にとって表示画像が空間上に停止して見える。この結果、乗員にとって画像が見やすくなる上に、乗員が得る視覚情報と前庭器（三半規管、耳石）からの運動情報とが一致するので、乗員が感じる違和感・不快感を低減することができる。
【００３１】
画像表示部１０５の表示画面からの光束ＦＬを画像遠方結像部１０６によって略平行光とする光学的な補正は、電気的な制御による補正と異なり、制御の遅延によってリアルタイムに補正できなくなるおそれがないため、とくに、観察画像の動き（相対変位の変化）の周波数成分が高い場合に有効である。
【００３２】
（２）画像表示部１０５を射出光束ＦＬの中心線（光軸）の方向に進退移動可能に構成し、通常状態では画像表示部１０５を画像遠方結像部１０６の焦点位置に、補正ゲインの変更が指示された状態では画像遠方結像部１０６の焦点距離より短い位置へ移動させるようにした。これにより、補正ゲインの変更が指示された状態では通常状態に比べて光学的な補正量を小さくする（変倍）ことが可能になり、光学補正後の画像が画像遠方結像部１０６の有効領域からはみ出してしまう頻度を少なくできる。
【００３３】
（３）光学系を構成する各部材（反射鏡２１および２２、プリズムシート２３、フレネルレンズ２４）を可動としないで固定しているので、乗員が観察する画像のブレが生じにくくなる。
【００３４】
画像表示部１０５を光軸方向に進退移動させる代わりに、反射鏡２１（反射鏡２２）もしくはフレネルレンズ２４をそれぞれ光軸方向に進退移動させることにより、結果として画像表示部１０５を画像遠方結像部１０６の焦点距離より短い距離に位置させる構成にしてもよい。
【００３５】
（第二の実施形態）
観察画像の動き（相対変位の変化）に対する光学的な補正量を調節する構成として、画像表示部自体を移動させる代わりに光学系の焦点距離を変化させる構成にしてもよい。図５は、本発明の第二の実施形態による車載情報提供装置に備えられる基本光学系を説明する図である。図５において、凸レンズＬと画像表示部（ＬＣＤ）との間に凹レンズＬａが配設されている。凹レンズＬａを画像表示部（ＬＣＤ）による射出光束の中心線（光軸）方向に進退移動させることにより、上記光学系の焦点距離を変化させる。すなわち、凹レンズＬａを凸レンズＬ側に移動させた場合、光学系の焦点距離は長くなり（Ｌ１）、凹レンズＬａを画像表示部（ＬＣＤ）側に移動させた場合、光学系の焦点距離は短くなる（Ｌ０）。光学系の焦点距離を長くした状態（Ｌ１）では、凸レンズＬによる光学的な補正量が小さくなる。
【００３６】
図６は、本発明の第二の実施形態による車載情報提供装置の構成を説明する図である。図６において、車載情報提供装置２００は、ゲイン設定部２０１と、制御部２０２と、レンズ駆動部２０３と、画像入力部２０４と、画像表示部２０５と、画像遠方結像部２０６とを有する。車両の乗員である観察者は、車両内の座席（不図示）に着座して画像表示部２０５によって表示される画像などの情報を観察する。
【００３７】
ゲイン設定部２０１は、乗員の頭部（とくに眼）と乗員が観察する画面（画像表示部２０５からの光束ＦＬ）との間に生じる相対変位を光学的に補正するための補正ゲイン信号を制御部２０２へ出力する。補正ゲイン信号は、通常状態ではあらかじめゲイン設定部２０１に設定されている初期値の信号が出力される。補正ゲインの変更を指示する信号がゲイン設定部２０１に入力された場合には、入力信号に応じて変更された補正ゲイン信号が出力される。補正ゲインの変更を指示する信号は、不図示の操作部材が乗員によって操作されると、操作量に応じた操作信号として当該操作部材からゲイン設定部２０１へ入力される。
【００３８】
制御部２０２は、入力された補正ゲイン信号に応じて凹レンズＬａの位置を移動させるための移動制御信号をレンズ駆動部２０３へ送出する。制御部２０２はさらに、車載情報提供装置２００の各部を制御するように構成されている。
【００３９】
レンズ駆動部２０３は、制御部２０２から入力された移動制御信号に応じて、凹レンズＬａを進退移動させる。凹レンズＬａの進退移動については後述する。画像入力部２０４は、画像表示部２０５に表示させる元の画像を入力し、入力された画像信号（享楽画像などの表示データ）を画像表示部２０５の入力インターフェイスに応じた表示信号として画像表示部２０５へ出力する。
【００４０】
画像表示部２０５は、たとえば、小型ＬＣＤ（液晶表示器）によって構成され、入力された表示信号による画像などを表示する。画像遠方結像部２０６は、画像表示部２０５に表示されている画像を光学的に遠方結像させる。
【００４１】
図７は、画像遠方結像部２０６、レンズ駆動部２０３および画像表示部２０５の構成、配設位置を説明する図である。画像遠方結像部２０６は、図３に例示した構成に加えて、ゲイン変更用レンズ２７を画像表示部２０５および反射鏡２１間に有する。ゲイン変更用レンズ２７は図５の凹レンズＬａに対応する。
【００４２】
駆動部２６は図６のレンズ駆動部２０３に対応し、画像表示部２０５から射出される光束ＦＬの中心線（光軸）の方向にゲイン変更用レンズ２７を進退移動させる。駆動部２６は、ゲイン設定部２０１（図６）から制御部２０２（図６）へ通常状態の補正ゲイン信号が入力されている場合、制御部２０２による移動制御信号に応じてゲイン変更用レンズ２７を所定位置へ移動させる。この場合の画像表示部２０５の画面位置は、図５において焦点距離をＬ０とする場合と同様に、フレネルレンズ２４およびゲイン変更用レンズ２７による焦点に対応する。これにより、画像表示部２０５からの光束ＦＬと乗員の頭部との間に上下、左右方向の相対変位が生じても、乗員が観察する画像は乗員の頭部動と一致する。つまり、上記相対変位は光学的な補正によってキャンセルされる。
【００４３】
駆動部２６は、ゲイン設定部２０１（図６）から制御部２０２（図６）へ通常状態から変更した補正ゲイン信号が入力されている場合、制御部２０２による移動制御信号に応じてゲイン変更用レンズ２７を所定位置より反射鏡２１側へ移動させる。この場合の画像表示部２０５の画面位置は、図５において焦点距離をＬ１とする場合と同様に、フレネルレンズ２４およびゲイン変更用レンズ２７による焦点距離より短い位置に対応する。これにより、光学的な補正量が上記通常状態の場合に比べて小さくなる。したがって、画像表示部２０５からの光束ＦＬと乗員の頭部との間の相対変位が大きくなる場合でも、補正後の画像が画像遠方結像部２０６の有効領域からはみ出してしまう頻度が少なくなる。
【００４４】
上記車載情報提供装置２００の制御部２０２で行われる表示制御処理の流れについて、図８のフローチャートを参照して説明する。図８のステップＳ１１０において、制御部２０２は、画像表示部２０５の画面電源がオンされているか否かを判定する。制御部２０２は、画面電源がオンされている場合にステップＳ１１０を肯定判定してステップＳ１２０へ進み、画面電源がオンされていない場合にはステップＳ１１０を否定判定し、ステップＳ１１０の判定処理を繰り返す。
【００４５】
ステップＳ１２０において、制御部２０２は、レンズ駆動部２０３（駆動部２６）から入力される位置検出信号によってゲイン変更用レンズ２７の位置を検出し、ステップＳ１３０へ進む。ステップＳ１３０において、制御部２０２は、補正ゲインが変更されたか否かを判定する。制御部２０２は、通常状態から変更した補正ゲイン信号が入力されている場合にステップＳ１３０を肯定判定してステップＳ１４０へ進み、通常状態の補正ゲイン信号が入力されている場合にはステップＳ１３０を否定判定し、ステップＳ１５０へ進む。
【００４６】
ステップＳ１４０において、制御部２０２は、ゲイン変更用レンズ２７の位置変更を指示してステップＳ１５０へ進む。具体的には、ゲイン変更用レンズ２７の位置を変更後の補正ゲインに対応する位置へ移動させるための移動制御信号をレンズ駆動部２０３へ送出する。
【００４７】
ステップＳ１５０において、制御部２０２は、画像表示部２０５の画面電源がオフされたか否かを判定する。制御部２０２は、画面電源がオフされた場合にステップＳ１５０を肯定判定し、図８による処理を終了する。一方、制御部２０２は、画面電源がオフされていない場合にはステップＳ１５０を否定判定し、ステップＳ１２０へ戻って上述した処理を繰り返す。
【００４８】
以上説明した第二の実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）第一の実施形態と同様に、乗員の頭部（とくに眼球）と乗員が観察する画面（画像表示部２０５からの光束ＦＬ）との間に生じる相対変位の変化に起因する観察画像の動きを光学的な補正によってキャンセルするようにしたので、乗員にとって表示画像が空間上に停止して見える。この結果、乗員にとって画像が見やすくなる上に、乗員が得る視覚情報と前庭器（三半規管、耳石）からの運動情報とが一致するので、乗員が感じる違和感を低減することができる。また、光学的な補正は電気的な制御による補正と異なり、制御の遅延によってリアルタイムに補正できなくなるおそれがない。
【００４９】
（２）ゲイン変更用レンズ２７を画像表示部２０５からの射出光束ＦＬの中心線（光軸）の方向に進退移動可能に構成し、フレネルレンズ２４およびゲイン変更用レンズ２７による焦点距離を変更可能にする。通常状態では上記焦点距離をフレネルレンズ２４および画像表示部２０５間の光路長に合致させ、補正ゲインの変更が指示された状態では上記焦点距離を通常状態より長くするようにした。これにより、第一の実施形態と同様に、補正ゲインの変更が指示された状態では通常状態に比べて光学的な補正量を小さくする（変倍）ことが可能になり、光学補正後の画像が画像遠方結像部２０６の有効領域からはみ出してしまう頻度を少なくできる。
【００５０】
（３）フレネルレンズ２４に比べて小型のゲイン変更用レンズ２７を移動させるので、駆動部２６を小型に構成できる。この結果、高速移動が可能になるとともに、消費電力も少なく抑えられる。
【００５１】
（第三の実施形態）
乗員の頭部（とくに眼球）と乗員が観察する画面（画像表示部からの光束ＦＬ）との間に生じる相対変位の変化に起因する観察画像の動きについて、第一の実施形態（もしくは第二の実施形態）による光学的な補正のみならず、画像表示部に表示される画像を上記相対変位の変化と逆方向に変位させる電気的な補正とを組み合わせてもよい。
【００５２】
図９は、本発明の第三の実施形態による車載情報提供装置の構成を説明する図である。図９において、車載情報提供装置３００は、ゲイン設定部３０１と、乗員運動検出部３０２と、制御部３０３と、画像入力部３０４と、画像変位部３０５と、表示部駆動部３０６と、画像表示部３０７と、画像遠方結像部３０８とを有する。車両の乗員である観察者は、車両内の座席（不図示）に着座して画像表示部３０７によって表示される画像などの情報を観察する。
【００５３】
ゲイン設定部３０１は、乗員の頭部（とくに眼）と乗員が観察する画面（画像表示部３０７からの光束ＦＬ）との間に生じる相対変位を光学的に補正するための補正ゲイン信号を制御部３０３へ出力する。補正ゲイン信号は、通常状態ではあらかじめゲイン設定部３０１に設定されている初期値の信号が出力される。補正ゲインの変更を指示する信号がゲイン設定部３０１に入力された場合には、入力信号に応じて変更された補正ゲイン信号が出力される。補正ゲインの変更を指示する信号は、不図示の操作部材が乗員によって操作されると、操作量に応じた操作信号として当該操作部材からゲイン設定部３０１へ入力される。
【００５４】
乗員運動検出部３０２は、車両の回転運動（ノーズダイブやスクワットに対応する運動）を検出し、この検出値に基づいて乗員の頭部（とくに眼球）と車両（とくに、乗員が観察する画面）との間に生じる上下方向の相対動をさらに検出し、検出信号を制御部３０３へ出力する。
【００５５】
制御部３０３は、入力された補正ゲイン信号に応じて画像表示部３０７の画面位置を移動させるための移動制御信号を表示部駆動部３０６へ送出する。また、制御部３０３は、入力された上下方向の相対動を示す検出信号と入力された上記補正ゲイン信号とに基づいて、画像表示部３０７に表示させる画像の変位量を決定する。画像の変位量は、画像表示部３０７の表示画面内で画像の表示位置をリアルタイムに移動させる移動量である。制御部３０３はさらに、車載情報提供装置３００の各部を制御するように構成されている。
【００５６】
画像入力部３０４は、画像表示部３０７に表示させる元の画像を入力し、入力された画像信号（表示データ）を画像変位部３０５へ出力する。画像変位部３０５は、制御部３０３によって決定された画像の変位量にしたがって、画像表示部３０７による画像の表示位置が移動するように表示データを加工する。加工後の表示データは、画像表示部３０７の入力インターフェイスに応じた表示信号として画像表示部３０７へ出力される。
【００５７】
表示部駆動部３０６は、制御部３０３から入力された移動制御信号に応じて、画像表示部３０７を当該画像表示部３０７による射出光束の中心線（光軸）の方向に進退移動させる。画像表示部３０７は、たとえば、小型ＬＣＤ（液晶表示器）によって構成され、入力された表示信号による画像などを表示する。画像遠方結像部３０８は、画像表示部３０７に表示されている画像を光学的に遠方結像させる。
【００５８】
画像遠方結像部３０８、表示部駆動部３０６および画像表示部３０７の構成、配設位置は、図３に例示した構成と同様である。
【００５９】
上述した車載情報提供装置３００の制御部３０３で行われる表示制御処理の流れについて、図１０のフローチャートを参照して説明する。図１０のステップＳ２１０において、制御部３０３は、画像表示部３０７の画面電源がオンされているか否かを判定する。制御部３０３は、画面電源がオンされている場合にステップＳ２１０を肯定判定してステップＳ２２０へ進み、画面電源がオンされていない場合にはステップＳ２１０を否定判定し、ステップＳ２１０の判定処理を繰り返す。
【００６０】
ステップＳ２２０において、制御部３０３は、表示部駆動部３０６から入力される位置検出信号によって画像表示部３０７（ＬＣＤ）の位置を検出し、ステップＳ２３０へ進む。ステップＳ２３０において、制御部３０３は、補正ゲインが変更されたか否かを判定する。制御部３０３は、通常状態から変更した補正ゲイン信号が入力されている場合にステップＳ２３０を肯定判定してステップＳ２４０へ進み、通常状態の補正ゲイン信号が入力されている場合にはステップＳ２３０を否定判定し、ステップＳ２５０へ進む。
【００６１】
ステップＳ２４０において、制御部３０３は、画像表示部３０７（ＬＣＤ）の位置変更を指示してステップＳ２５０へ進む。具体的には、画像表示部３０７の画面位置を変更後の補正ゲインに対応する位置へ移動させるための移動制御信号を表示部駆動部３０６へ送出する。
【００６２】
ステップＳ２５０において、制御部３０３は乗員動検出部３０２へ指令を送出し、乗員動を検出させてステップＳ２６０へ進む。これにより、乗員の頭部（とくに眼球）と車両（とくに、乗員が観察する画面）との間に生じる上下方向の相対動の検出信号が乗員動検出部３０２から制御部３０３へ入力される。
【００６３】
ステップＳ２６０において、制御部３０３は、画像変位部３０５へ画像変位量を示すデータを送るとともに、画像シフトを行うように指令を出力してステップＳ２７０へ進む。制御部３０３は、乗員動検出部３０２によって検出された上下方向の相対動を光学的に補正する場合の不足分に応じて、不足分をキャンセルするために必要な画像表示部３０７上の表示画像の上下方向の変位量を算出し、この変位量を示すデータを画像変位部３０５へ送出する。光学的な補正量の不足は、ゲイン設定部３０１から入力される補正ゲイン信号が通常状態の補正ゲイン信号から変更されている場合に生じるので、画像表示部３０７上における画像変位量は、補正ゲイン信号の変更量に応じて算出される。画像シフトの指令を受けた画像変位部３０５は、画像入力部３０４から入力された表示データに対し、上記変位量に応じて表示データを加工する。
【００６４】
ステップＳ２７０において、制御部３０３は、画像表示部３０７へ指令を送り、加工後の表示データによる画像を表示させてステップＳ２８０へ進む。これにより、画面内を上下方向に移動した画像が画像表示部３０７に表示される。ステップＳ２８０において、制御部３０３は、画像表示部３０７の画面電源がオフされたか否かを判定する。制御部３０３は、画面電源がオフされた場合にステップＳ２８０を肯定判定し、図１０による処理を終了する。一方、制御部３０３は、画面電源がオフされていない場合にはステップＳ２８０を否定判定し、ステップＳ２２０へ戻って上述した処理を繰り返す。
【００６５】
以上説明した第三の実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）乗員の頭部（とくに眼球）と乗員が観察する画面（画像表示部３０７からの光束ＦＬ）との間に生じる相対変位の変化に起因する観察画像の動きを光学的な補正によってキャンセルするようにしたので、乗員にとって表示画像が空間上に停止して見える。この結果、乗員にとって画像が見やすくなる上に、乗員が得る視覚情報と前庭器（三半規管、耳石）からの運動情報とが一致するので、乗員が感じる違和感・不快感を低減することができる。
【００６６】
（２）画像表示部３０７を射出光束ＦＬの中心線（光軸）の方向に進退移動可能に構成し、通常状態では画像遠方結像部３０８の焦点位置に、補正ゲインの変更が指示された状態では画像遠方結像部３０８の焦点距離より短い位置へ移動させるようにした。これにより、補正ゲインの変更が指示された状態では通常状態に比べて光学的な補正量を小さくする（変倍）ことが可能になり、光学補正後の画像が画像遠方結像部３０８の有効領域からはみ出してしまう頻度を少なくできる。
【００６７】
（３）上記（２）で光学的な補正量を小さく変倍したことにより、乗員動検出部３０２で検出された上下方向の相対動（相対変位の変化）に対する補正量が不足する場合には、不足分を電気的な制御（相対動の動きと逆方向への画像シフト）によってキャンセルするようにしたので、乗員が感じる違和感・不快感をより低減することができる。
【００６８】
（４）相対動の上下方向についてのみ、光学的な補正と電気的な補正とを組み合わせるようにしたので、相対動の上下方向と左右方向とで補正量を異ならせることができる。したがって、乗員が感じる違和感・不快感に応じて、観察画像の動きを必要な方向について適切にキャンセルできる。
【００６９】
以上説明した第三の実施形態では、第一の実施形態による光学的な補正と電気的な補正（画像表示部に表示される画像を上記相対変位の変化と逆方向にシフトする）とを組み合わせる例を説明したが、第二の実施形態による光学的な補正と電気的な補正とを組み合わせてもよい。
【００７０】
特許請求の範囲における各構成要素と、発明を実施するための最良の形態における各構成要素との対応について説明する。表示手段は、たとえば、画像表示部１０５（２０５／３０７）によって構成される。画像遠方結像手段は、たとえば、画像遠方結像部１０６（２０６／３０８）によって構成される。収束光学系は、たとえば、フレネルレンズ２４（もしくはフレネルレンズ２４およびゲイン変更用レンズ２７）によって構成される。変倍手段は、たとえば、表示部駆動部１０３（３０６）もしくはレンズ駆動部２０３によって構成される。表示位置移動手段は、たとえば、画像変位部３０５によって構成される。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する上で、上記の実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係に何ら限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】(a)〜(c)は基本光学系を説明する図である。
【図２】第一の実施形態による車載情報提供装置の構成を説明する図である。
【図３】画像遠方結像部、表示部駆動部および画像表示部の構成、配設位置を説明する図である。
【図４】制御部で行われる表示制御処理の流れを説明するフローチャートである。
【図５】基本光学系を説明する図である。
【図６】第二の実施形態による車載情報提供装置の構成を説明する図である。
【図７】画像遠方結像部、レンズ駆動部および画像表示部の構成、配設位置を説明する図である。
【図８】制御部で行われる表示制御処理の流れを説明するフローチャートである。
【図９】第三の実施形態による車載情報提供装置の構成を説明する図である。
【図１０】制御部で行われる表示制御処理の流れを説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００７２】
２４…フレネルレンズ
２７…ゲイン変更用レンズ
１０１（１０２、３０１）…ゲイン設定部
１０２（２０２、３０３）…制御部
１０３（３０６）…表示部駆動部
１０４（２０４、３０４）…画像入力部
１０５（２０５、３０７）…画像表示部
１０６（２０６、３０８）…画像遠方結像部
２０３…レンズ駆動部
３０２…乗員動検出部
３０５…画像変位部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両内で画像などを表示する車載情報提供装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の乗員が移動中の車両内で車両に固定されている表示画面を見る場合、車両の揺動に伴って画面と乗員との間に相対変位が生じる。一般に、視覚情報から得られる体の運動情報と前庭器（三半規管、耳石）から得られる運動情報とが一致しない場合、人は揺動に対する違和感や不快感を感じる。乗員が車両内から外部風景を見ている場合、視覚、前庭器いずれからも空間内での自身の動きに関する情報が得られ、これらの情報が一致するため違和感は生じない。一方、乗員が車両内の表示画面を注視している場合、視覚からは画面と乗員との相対変位に関する情報しか得られないため、視覚情報から判断した自身の動きと、前庭器からの運動情報から判断した自身の動きとの間に不一致が生じ、違和感や不快感が発生する。
【０００３】
特許文献１には、ディスプレイと観察者の間に光学素子を配設し、画像を無限遠表示させることにより、観察者のディスプレイに対する位置が上下、左右にずれても観察者にとって表示画像が無限遠の位置に固定されて見えるように、観察者と表示画像との相対変位を光学的に補正する技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−７３７８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の技術では、ディスプレイ、光学素子および観察者が一直線上に並んでいる場合は、観察者と表示画像とに相対変位が生じても観察者は光学的に補正された画像を観察できるが、観察者が上記一直線上に位置していない場合には、観察者に観察される画像が光学素子から外れてしまう（はみ出してしまう）おそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による車載情報提供装置は、車両の乗員に提供する情報を表示する表示手段からの光束を画像遠方結像手段の収束光学系によって略平行光にするとともに、変更指示に応じて、収束光学系および表示手段間の光路長と収束光学系の焦点距離との関係を変化させるようにしたものである。
本発明による車載情報提供装置は、車両の乗員に提供する情報を表示する画面からの光束を収束光学系によって略平行光にするとともに、変更指示に応じて、収束光学系および画面間の光路長と収束光学系の焦点距離との関係を変化させるようにしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明による車載情報提供装置では、変更指示に応じて収束光学系および表示手段（画面）間の光路長と収束光学系の焦点距離との関係を変化させることによって光学的な補正量を可変に構成したので、表示情報を収束光学系から外れにくくするように、光学的な補正量を変化させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
（第一の実施形態）
図１(a)〜図１(c)は、本発明の第一の実施形態による車載情報提供装置に備えられる基本光学系を説明する図である。凸レンズによる実像を説明する図１(a)において、焦点距離ｆの凸レンズＬから距離ｘ1（ただし、ｘ1＞ｆ）の位置に、高さｙ1の物体Ｏが載置されている。この場合の凸レンズＬは、物体Ｏと反対側の距離ｘ2の位置に高さｙ2の倒立像（実像）を結像する。このとき、ガウスのレンズ公式（１）が成立する。
１／ｆ＝(１／ｘ１)＋(１／ｘ2) （１）
【０００９】
倒立像と物体Ｏの大きさの比（倍率）Ｍは次式（２）で表され、距離ｘ2は次式（３）で表すことができる。
Ｍ＝ｆ／(ｘ1−ｆ) （２）
ｘ2＝ｆ×ｘ1／(ｘ1−ｆ) （３）
【００１０】
凸レンズによる虚像を説明する図１(b)において、上述した凸レンズＬから距離ｘ1（ただし、ｘ1＜ｆ）の位置に、高さｙ1の上記物体Ｏが載置されている。この場合の凸レンズＬは、物体Ｏと同じ側の距離ｘ2の位置に高さｙ2の正立像（虚像）を結像する。ここで、物体Ｏの距離ｘ1を焦点距離ｆに近づけると、式（１）より距離ｘ2は負（物体Ｏと同じ側）の無限大となる。この状態でレンズＬに対して物体Ｏと反対側から観察すると、無限遠に正立虚像が観察される。
【００１１】
図１(c)は、観察者の眼の位置と虚像が観察される方向との関係を説明する図である。図１(c)において、物体Ｏと反対側の焦点Ｆから観察される虚像の方向（角度）をθ0とすると、次式（４）が成立する。
θ0≒tanθ0＝ｙ1／ｆ （４）
【００１２】
また、焦点Ｆから下方（レンズＬと平行）に距離ｙ3だけずらした点ep1から虚像が観察される方向（角度）をθ1とすると、次式（５）が成立する。
θ1≒tanθ1＝｛ｙ1＋(ｆ−ｘ1)ｙ3／ｆ｝／ｆ （５）
【００１３】
上式（４）および（５）より、観察者の眼の位置が焦点Ｆから距離ｙ3離れた点ep1へ移動した場合に生じる虚像の観察方向の変化dθは次式（６）で表される。
dθ＝(ｆ−ｘ1)ｙ3／ｆ2 （６）
【００１４】
上式（６）は、距離ｘ1を焦点距離ｆに近づけるとdθが０に近づき、観察者の眼の位置の変位ｙ3にかかわらず虚像の観察方向が一定になることを意味する。すなわち、観察者の眼と観察される像との間の相対変位が光学的な補正によってキャンセルされる。
【００１５】
一方、上式（６）は、距離ｘ1を０に近づけるとdθがｙ3／ｆに近づき、観察者の眼の位置の変位ｙ3が虚像の観察方向の変化に比例することを意味する。すなわち、観察者の眼と観察される像との間の相対変位は光学的に補正されない。
【００１６】
本実施形態では、物体Ｏと凸レンズＬとの距離ｘ1を焦点距離ｆより短くすることにより、観察者の眼と観察される虚像との相対変位に対する光学的な補正量を変化させる。
【００１７】
図２は、本実施形態による車載情報提供装置の構成を説明する図である。図２において、車載情報提供装置１００は、ゲイン設定部１０１と、制御部１０２と、表示部駆動部１０３と、画像入力部１０４と、画像表示部１０５と、画像遠方結像部１０６とを有する。車両の乗員である観察者は、車両内の座席（不図示）に着座して画像表示部１０５によって表示される画像などの情報を観察する。
【００１８】
ゲイン設定部１０１は、乗員の頭部（とくに眼）と乗員が観察する画面（画像表示部１０５からの光束ＦＬ）との間に生じる相対変位を光学的に補正するための補正ゲイン信号を制御部１０２へ出力する。補正ゲイン信号は、通常状態ではあらかじめゲイン設定部１０１に設定されている初期値の信号が出力される。補正ゲインの変更を指示する信号がゲイン設定部１０１に入力された場合には、入力信号に応じて変更された補正ゲイン信号が出力される。補正ゲインの変更を指示する信号は、不図示の操作部材が乗員によって操作されると、操作量に応じた操作信号として当該操作部材からゲイン設定部１０１へ入力される。画像表示部１０５からの光束ＦＬについては後述する。
【００１９】
制御部１０２は、入力された補正ゲイン信号に応じて画像表示部１０５の画面位置を移動させるための移動制御信号を表示部駆動部１０３へ送出する。制御部１０２はさらに、車載情報提供装置１００の各部を制御するように構成されている。
【００２０】
表示部駆動部１０３は、制御部１０２から入力された移動制御信号に応じて、画像表示部１０５を進退移動させる。画像表示部１０５の進退移動については後述する。画像入力部１０４は、画像表示部１０５に表示させる元の画像を入力し、入力された画像信号（享楽画像などの表示データ）を画像表示部１０５の入力インターフェイスに応じた表示信号として画像表示部１０５へ出力する。
【００２１】
画像表示部１０５は、たとえば、小型ＬＣＤ（液晶表示器）によって構成され、入力された表示信号による画像などを表示する。画像遠方結像部１０６は、画像表示部１０５に表示されている画像を光学的に遠方結像させる。
【００２２】
図３は、画像遠方結像部１０６、表示部駆動部１０３および画像表示部１０５の構成、配設位置を説明する図である。画像遠方結像部１０６は、２つの反射鏡２１および２２と、プリズムシート２３と、フレネルレンズ２４とを含む。画像などの情報を表示している画像表示部１０５から射出された光束ＦＬは、反射鏡２１によって反射されて上方の反射鏡２２へ向けて進み、さらに反射鏡２２によって反射されて左方へ進み、プリズムシート２３に入射される。
【００２３】
プリズムシート２３は、入射光を観察者（乗員）の視方向（図３の例では水平左方）へ屈折させ、フレネルレンズ２４へ向けて射出する。フレネルレンズ２４は図１の凸レンズＬに対応し、入射された光束ＦＬ（画像表示部１０５の表示画面からの光束）を観察者へ向けて略平行光として射出する。
【００２４】
駆動部２５は図２の表示部駆動部１０３に対応し、画像表示部１０５から射出される光束ＦＬの中心線（光軸）の方向に画像表示部１０５を進退移動させる。駆動部２５は、ゲイン設定部１０１（図２）から制御部１０２（図２）へ通常状態の補正ゲイン信号が入力されている場合、制御部１０２による移動制御信号に応じて画像表示部１０５の画面位置をフレネルレンズ２４の焦点に対応する位置（フレネルレンズ２４からの光路長がフレネルレンズ２４の焦点距離と合致する位置）へ移動させる。これにより、図１(b)および図１(c)において距離ｘ1＝焦点距離ｆとする場合と同様に、画像表示部１０５の表示画面からの光束ＦＬが略平行光として進行し、乗員には表示画像が無限遠に位置するように見える。この場合、画像表示部１０５からの光束ＦＬと乗員の頭部との間に上下、左右方向の相対変位が生じても、乗員が観察する画像は乗員の頭部動と一致する。つまり、上記相対変位は光学的な補正によってキャンセルされる。
【００２５】
駆動部２５は、ゲイン設定部１０１（図２）から制御部１０２（図２）へ通常状態から変更した補正ゲイン信号が入力されている場合、制御部１０２による移動制御信号に応じて画像表示部１０５の画面位置をフレネルレンズ２４の焦点距離より短い位置（フレネルレンズ２４からの光路長がフレネルレンズ２４の焦点距離より短い位置）へ移動させる。つまり、画像表示部１０５の画面位置を反射鏡２１へ近づけることによってフレネルレンズ２４に近づける。これにより、図１(b)および図１(c)において距離ｘ1＜焦点距離ｆとする場合と同様に、光学的な補正量が上記ｘ1＝ｆの場合に比べて小さくなる。したがって、画像表示部１０５からの光束ＦＬと乗員の頭部との間の相対変位が大きくなる場合でも、補正後の画像が画像遠方結像部１０６の有効領域からはみ出してしまう頻度が少なくなる。とくに、複数の乗員が画像を観察する場合など、フレネルレンズ２４の正面からではなく斜めに画像を観察する（光束ＦＬの中心線から離れた位置から観察する）乗員にとっては、画像が画像遠方結像部１０６の有効領域からはみ出さないように補正量が抑制されるため有効である。
【００２６】
上述した車載情報提供装置１００の制御部１０２で行われる表示制御処理の流れについて、図４のフローチャートを参照して説明する。図４のステップＳ１０において、制御部１０２は、画像表示部１０５の画面電源がオンされているか否かを判定する。制御部１０２は、画面電源がオンされている場合にステップＳ１０を肯定判定してステップＳ２０へ進み、画面電源がオンされていない場合にはステップＳ１０を否定判定し、ステップＳ１０の判定処理を繰り返す。
【００２７】
ステップＳ２０において、制御部１０２は、表示部駆動部１０３（駆動部２５）から入力される位置検出信号によって画像表示部１０５（ＬＣＤ）の位置を検出し、ステップＳ３０へ進む。ステップＳ３０において、制御部１０２は、補正ゲインが変更されたか否かを判定する。制御部１０２は、通常状態から変更した補正ゲイン信号が入力されている場合にステップＳ３０を肯定判定してステップＳ４０へ進み、通常状態の補正ゲイン信号が入力されている場合にはステップＳ３０を否定判定し、ステップＳ５０へ進む。
【００２８】
ステップＳ４０において、制御部１０２は、画像表示部１０５（ＬＣＤ）の位置変更を指示してステップＳ５０へ進む。具体的には、画像表示部１０５の画面位置を変更後の補正ゲインに対応する位置へ移動させるための移動制御信号を表示部駆動部１０３へ送出する。
【００２９】
ステップＳ５０において、制御部１０２は、画像表示部１０５の画面電源がオフされたか否かを判定する。制御部１０２は、画面電源がオフされた場合にステップＳ５０を肯定判定し、図４による処理を終了する。一方、制御部１０２は、画面電源がオフされていない場合にはステップＳ５０を否定判定し、ステップＳ２０へ戻って上述した処理を繰り返す。
【００３０】
以上説明した第一の実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）乗員の頭部（とくに眼球）と乗員が観察する画面（画像表示部１０５からの光束ＦＬ）との間に生じる相対変位の変化に起因する観察画像の動きを光学的な補正によってキャンセルするようにしたので、乗員にとって表示画像が空間上に停止して見える。この結果、乗員にとって画像が見やすくなる上に、乗員が得る視覚情報と前庭器（三半規管、耳石）からの運動情報とが一致するので、乗員が感じる違和感・不快感を低減することができる。
【００３１】
画像表示部１０５の表示画面からの光束ＦＬを画像遠方結像部１０６によって略平行光とする光学的な補正は、電気的な制御による補正と異なり、制御の遅延によってリアルタイムに補正できなくなるおそれがないため、とくに、観察画像の動き（相対変位の変化）の周波数成分が高い場合に有効である。
【００３２】
（２）画像表示部１０５を射出光束ＦＬの中心線（光軸）の方向に進退移動可能に構成し、通常状態では画像表示部１０５を画像遠方結像部１０６の焦点位置に、補正ゲインの変更が指示された状態では画像遠方結像部１０６の焦点距離より短い位置へ移動させるようにした。これにより、補正ゲインの変更が指示された状態では通常状態に比べて光学的な補正量を小さくする（変倍）ことが可能になり、光学補正後の画像が画像遠方結像部１０６の有効領域からはみ出してしまう頻度を少なくできる。
【００３３】
（３）光学系を構成する各部材（反射鏡２１および２２、プリズムシート２３、フレネルレンズ２４）を可動としないで固定しているので、乗員が観察する画像のブレが生じにくくなる。
【００３４】
画像表示部１０５を光軸方向に進退移動させる代わりに、反射鏡２１（反射鏡２２）もしくはフレネルレンズ２４をそれぞれ光軸方向に進退移動させることにより、結果として画像表示部１０５を画像遠方結像部１０６の焦点距離より短い距離に位置させる構成にしてもよい。
【００３５】
（第二の実施形態）
観察画像の動き（相対変位の変化）に対する光学的な補正量を調節する構成として、画像表示部自体を移動させる代わりに光学系の焦点距離を変化させる構成にしてもよい。図５は、本発明の第二の実施形態による車載情報提供装置に備えられる基本光学系を説明する図である。図５において、凸レンズＬと画像表示部（ＬＣＤ）との間に凹レンズＬａが配設されている。凹レンズＬａを画像表示部（ＬＣＤ）による射出光束の中心線（光軸）方向に進退移動させることにより、上記光学系の焦点距離を変化させる。すなわち、凹レンズＬａを凸レンズＬ側に移動させた場合、光学系の焦点距離は長くなり（Ｌ１）、凹レンズＬａを画像表示部（ＬＣＤ）側に移動させた場合、光学系の焦点距離は短くなる（Ｌ０）。光学系の焦点距離を長くした状態（Ｌ１）では、凸レンズＬによる光学的な補正量が小さくなる。
【００３６】
図６は、本発明の第二の実施形態による車載情報提供装置の構成を説明する図である。図６において、車載情報提供装置２００は、ゲイン設定部２０１と、制御部２０２と、レンズ駆動部２０３と、画像入力部２０４と、画像表示部２０５と、画像遠方結像部２０６とを有する。車両の乗員である観察者は、車両内の座席（不図示）に着座して画像表示部２０５によって表示される画像などの情報を観察する。
【００３７】
ゲイン設定部２０１は、乗員の頭部（とくに眼）と乗員が観察する画面（画像表示部２０５からの光束ＦＬ）との間に生じる相対変位を光学的に補正するための補正ゲイン信号を制御部２０２へ出力する。補正ゲイン信号は、通常状態ではあらかじめゲイン設定部２０１に設定されている初期値の信号が出力される。補正ゲインの変更を指示する信号がゲイン設定部２０１に入力された場合には、入力信号に応じて変更された補正ゲイン信号が出力される。補正ゲインの変更を指示する信号は、不図示の操作部材が乗員によって操作されると、操作量に応じた操作信号として当該操作部材からゲイン設定部２０１へ入力される。
【００３８】
制御部２０２は、入力された補正ゲイン信号に応じて凹レンズＬａの位置を移動させるための移動制御信号をレンズ駆動部２０３へ送出する。制御部２０２はさらに、車載情報提供装置２００の各部を制御するように構成されている。
【００３９】
レンズ駆動部２０３は、制御部２０２から入力された移動制御信号に応じて、凹レンズＬａを進退移動させる。凹レンズＬａの進退移動については後述する。画像入力部２０４は、画像表示部２０５に表示させる元の画像を入力し、入力された画像信号（享楽画像などの表示データ）を画像表示部２０５の入力インターフェイスに応じた表示信号として画像表示部２０５へ出力する。
【００４０】
画像表示部２０５は、たとえば、小型ＬＣＤ（液晶表示器）によって構成され、入力された表示信号による画像などを表示する。画像遠方結像部２０６は、画像表示部２０５に表示されている画像を光学的に遠方結像させる。
【００４１】
図７は、画像遠方結像部２０６、レンズ駆動部２０３および画像表示部２０５の構成、配設位置を説明する図である。画像遠方結像部２０６は、図３に例示した構成に加えて、ゲイン変更用レンズ２７を画像表示部２０５および反射鏡２１間に有する。ゲイン変更用レンズ２７は図５の凹レンズＬａに対応する。
【００４２】
駆動部２６は図６のレンズ駆動部２０３に対応し、画像表示部２０５から射出される光束ＦＬの中心線（光軸）の方向にゲイン変更用レンズ２７を進退移動させる。駆動部２６は、ゲイン設定部２０１（図６）から制御部２０２（図６）へ通常状態の補正ゲイン信号が入力されている場合、制御部２０２による移動制御信号に応じてゲイン変更用レンズ２７を所定位置へ移動させる。この場合の画像表示部２０５の画面位置は、図５において焦点距離をＬ０とする場合と同様に、フレネルレンズ２４およびゲイン変更用レンズ２７による焦点に対応する。これにより、画像表示部２０５からの光束ＦＬと乗員の頭部との間に上下、左右方向の相対変位が生じても、乗員が観察する画像は乗員の頭部動と一致する。つまり、上記相対変位は光学的な補正によってキャンセルされる。
【００４３】
駆動部２６は、ゲイン設定部２０１（図６）から制御部２０２（図６）へ通常状態から変更した補正ゲイン信号が入力されている場合、制御部２０２による移動制御信号に応じてゲイン変更用レンズ２７を所定位置より反射鏡２１側へ移動させる。この場合の画像表示部２０５の画面位置は、図５において焦点距離をＬ１とする場合と同様に、フレネルレンズ２４およびゲイン変更用レンズ２７による焦点距離より短い位置に対応する。これにより、光学的な補正量が上記通常状態の場合に比べて小さくなる。したがって、画像表示部２０５からの光束ＦＬと乗員の頭部との間の相対変位が大きくなる場合でも、補正後の画像が画像遠方結像部２０６の有効領域からはみ出してしまう頻度が少なくなる。
【００４４】
上記車載情報提供装置２００の制御部２０２で行われる表示制御処理の流れについて、図８のフローチャートを参照して説明する。図８のステップＳ１１０において、制御部２０２は、画像表示部２０５の画面電源がオンされているか否かを判定する。制御部２０２は、画面電源がオンされている場合にステップＳ１１０を肯定判定してステップＳ１２０へ進み、画面電源がオンされていない場合にはステップＳ１１０を否定判定し、ステップＳ１１０の判定処理を繰り返す。
【００４５】
ステップＳ１２０において、制御部２０２は、レンズ駆動部２０３（駆動部２６）から入力される位置検出信号によってゲイン変更用レンズ２７の位置を検出し、ステップＳ１３０へ進む。ステップＳ１３０において、制御部２０２は、補正ゲインが変更されたか否かを判定する。制御部２０２は、通常状態から変更した補正ゲイン信号が入力されている場合にステップＳ１３０を肯定判定してステップＳ１４０へ進み、通常状態の補正ゲイン信号が入力されている場合にはステップＳ１３０を否定判定し、ステップＳ１５０へ進む。
【００４６】
ステップＳ１４０において、制御部２０２は、ゲイン変更用レンズ２７の位置変更を指示してステップＳ１５０へ進む。具体的には、ゲイン変更用レンズ２７の位置を変更後の補正ゲインに対応する位置へ移動させるための移動制御信号をレンズ駆動部２０３へ送出する。
【００４７】
ステップＳ１５０において、制御部２０２は、画像表示部２０５の画面電源がオフされたか否かを判定する。制御部２０２は、画面電源がオフされた場合にステップＳ１５０を肯定判定し、図８による処理を終了する。一方、制御部２０２は、画面電源がオフされていない場合にはステップＳ１５０を否定判定し、ステップＳ１２０へ戻って上述した処理を繰り返す。
【００４８】
以上説明した第二の実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）第一の実施形態と同様に、乗員の頭部（とくに眼球）と乗員が観察する画面（画像表示部２０５からの光束ＦＬ）との間に生じる相対変位の変化に起因する観察画像の動きを光学的な補正によってキャンセルするようにしたので、乗員にとって表示画像が空間上に停止して見える。この結果、乗員にとって画像が見やすくなる上に、乗員が得る視覚情報と前庭器（三半規管、耳石）からの運動情報とが一致するので、乗員が感じる違和感を低減することができる。また、光学的な補正は電気的な制御による補正と異なり、制御の遅延によってリアルタイムに補正できなくなるおそれがない。
【００４９】
（２）ゲイン変更用レンズ２７を画像表示部２０５からの射出光束ＦＬの中心線（光軸）の方向に進退移動可能に構成し、フレネルレンズ２４およびゲイン変更用レンズ２７による焦点距離を変更可能にする。通常状態では上記焦点距離をフレネルレンズ２４および画像表示部２０５間の光路長に合致させ、補正ゲインの変更が指示された状態では上記焦点距離を通常状態より長くするようにした。これにより、第一の実施形態と同様に、補正ゲインの変更が指示された状態では通常状態に比べて光学的な補正量を小さくする（変倍）ことが可能になり、光学補正後の画像が画像遠方結像部２０６の有効領域からはみ出してしまう頻度を少なくできる。
【００５０】
（３）フレネルレンズ２４に比べて小型のゲイン変更用レンズ２７を移動させるので、駆動部２６を小型に構成できる。この結果、高速移動が可能になるとともに、消費電力も少なく抑えられる。
【００５１】
（第三の実施形態）
乗員の頭部（とくに眼球）と乗員が観察する画面（画像表示部からの光束ＦＬ）との間に生じる相対変位の変化に起因する観察画像の動きについて、第一の実施形態（もしくは第二の実施形態）による光学的な補正のみならず、画像表示部に表示される画像を上記相対変位の変化と逆方向に変位させる電気的な補正とを組み合わせてもよい。
【００５２】
図９は、本発明の第三の実施形態による車載情報提供装置の構成を説明する図である。図９において、車載情報提供装置３００は、ゲイン設定部３０１と、乗員運動検出部３０２と、制御部３０３と、画像入力部３０４と、画像変位部３０５と、表示部駆動部３０６と、画像表示部３０７と、画像遠方結像部３０８とを有する。車両の乗員である観察者は、車両内の座席（不図示）に着座して画像表示部３０７によって表示される画像などの情報を観察する。
【００５３】
ゲイン設定部３０１は、乗員の頭部（とくに眼）と乗員が観察する画面（画像表示部３０７からの光束ＦＬ）との間に生じる相対変位を光学的に補正するための補正ゲイン信号を制御部３０３へ出力する。補正ゲイン信号は、通常状態ではあらかじめゲイン設定部３０１に設定されている初期値の信号が出力される。補正ゲインの変更を指示する信号がゲイン設定部３０１に入力された場合には、入力信号に応じて変更された補正ゲイン信号が出力される。補正ゲインの変更を指示する信号は、不図示の操作部材が乗員によって操作されると、操作量に応じた操作信号として当該操作部材からゲイン設定部３０１へ入力される。
【００５４】
乗員運動検出部３０２は、車両の回転運動（ノーズダイブやスクワットに対応する運動）を検出し、この検出値に基づいて乗員の頭部（とくに眼球）と車両（とくに、乗員が観察する画面）との間に生じる上下方向の相対動をさらに検出し、検出信号を制御部３０３へ出力する。
【００５５】
制御部３０３は、入力された補正ゲイン信号に応じて画像表示部３０７の画面位置を移動させるための移動制御信号を表示部駆動部３０６へ送出する。また、制御部３０３は、入力された上下方向の相対動を示す検出信号と入力された上記補正ゲイン信号とに基づいて、画像表示部３０７に表示させる画像の変位量を決定する。画像の変位量は、画像表示部３０７の表示画面内で画像の表示位置をリアルタイムに移動させる移動量である。制御部３０３はさらに、車載情報提供装置３００の各部を制御するように構成されている。
【００５６】
画像入力部３０４は、画像表示部３０７に表示させる元の画像を入力し、入力された画像信号（表示データ）を画像変位部３０５へ出力する。画像変位部３０５は、制御部３０３によって決定された画像の変位量にしたがって、画像表示部３０７による画像の表示位置が移動するように表示データを加工する。加工後の表示データは、画像表示部３０７の入力インターフェイスに応じた表示信号として画像表示部３０７へ出力される。
【００５７】
表示部駆動部３０６は、制御部３０３から入力された移動制御信号に応じて、画像表示部３０７を当該画像表示部３０７による射出光束の中心線（光軸）の方向に進退移動させる。画像表示部３０７は、たとえば、小型ＬＣＤ（液晶表示器）によって構成され、入力された表示信号による画像などを表示する。画像遠方結像部３０８は、画像表示部３０７に表示されている画像を光学的に遠方結像させる。
【００５８】
画像遠方結像部３０８、表示部駆動部３０６および画像表示部３０７の構成、配設位置は、図３に例示した構成と同様である。
【００５９】
上述した車載情報提供装置３００の制御部３０３で行われる表示制御処理の流れについて、図１０のフローチャートを参照して説明する。図１０のステップＳ２１０において、制御部３０３は、画像表示部３０７の画面電源がオンされているか否かを判定する。制御部３０３は、画面電源がオンされている場合にステップＳ２１０を肯定判定してステップＳ２２０へ進み、画面電源がオンされていない場合にはステップＳ２１０を否定判定し、ステップＳ２１０の判定処理を繰り返す。
【００６０】
ステップＳ２２０において、制御部３０３は、表示部駆動部３０６から入力される位置検出信号によって画像表示部３０７（ＬＣＤ）の位置を検出し、ステップＳ２３０へ進む。ステップＳ２３０において、制御部３０３は、補正ゲインが変更されたか否かを判定する。制御部３０３は、通常状態から変更した補正ゲイン信号が入力されている場合にステップＳ２３０を肯定判定してステップＳ２４０へ進み、通常状態の補正ゲイン信号が入力されている場合にはステップＳ２３０を否定判定し、ステップＳ２５０へ進む。
【００６１】
ステップＳ２４０において、制御部３０３は、画像表示部３０７（ＬＣＤ）の位置変更を指示してステップＳ２５０へ進む。具体的には、画像表示部３０７の画面位置を変更後の補正ゲインに対応する位置へ移動させるための移動制御信号を表示部駆動部３０６へ送出する。
【００６２】
ステップＳ２５０において、制御部３０３は乗員動検出部３０２へ指令を送出し、乗員動を検出させてステップＳ２６０へ進む。これにより、乗員の頭部（とくに眼球）と車両（とくに、乗員が観察する画面）との間に生じる上下方向の相対動の検出信号が乗員動検出部３０２から制御部３０３へ入力される。
【００６３】
ステップＳ２６０において、制御部３０３は、画像変位部３０５へ画像変位量を示すデータを送るとともに、画像シフトを行うように指令を出力してステップＳ２７０へ進む。制御部３０３は、乗員動検出部３０２によって検出された上下方向の相対動を光学的に補正する場合の不足分に応じて、不足分をキャンセルするために必要な画像表示部３０７上の表示画像の上下方向の変位量を算出し、この変位量を示すデータを画像変位部３０５へ送出する。光学的な補正量の不足は、ゲイン設定部３０１から入力される補正ゲイン信号が通常状態の補正ゲイン信号から変更されている場合に生じるので、画像表示部３０７上における画像変位量は、補正ゲイン信号の変更量に応じて算出される。画像シフトの指令を受けた画像変位部３０５は、画像入力部３０４から入力された表示データに対し、上記変位量に応じて表示データを加工する。
【００６４】
ステップＳ２７０において、制御部３０３は、画像表示部３０７へ指令を送り、加工後の表示データによる画像を表示させてステップＳ２８０へ進む。これにより、画面内を上下方向に移動した画像が画像表示部３０７に表示される。ステップＳ２８０において、制御部３０３は、画像表示部３０７の画面電源がオフされたか否かを判定する。制御部３０３は、画面電源がオフされた場合にステップＳ２８０を肯定判定し、図１０による処理を終了する。一方、制御部３０３は、画面電源がオフされていない場合にはステップＳ２８０を否定判定し、ステップＳ２２０へ戻って上述した処理を繰り返す。
【００６５】
以上説明した第三の実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）乗員の頭部（とくに眼球）と乗員が観察する画面（画像表示部３０７からの光束ＦＬ）との間に生じる相対変位の変化に起因する観察画像の動きを光学的な補正によってキャンセルするようにしたので、乗員にとって表示画像が空間上に停止して見える。この結果、乗員にとって画像が見やすくなる上に、乗員が得る視覚情報と前庭器（三半規管、耳石）からの運動情報とが一致するので、乗員が感じる違和感・不快感を低減することができる。
【００６６】
（２）画像表示部３０７を射出光束ＦＬの中心線（光軸）の方向に進退移動可能に構成し、通常状態では画像遠方結像部３０８の焦点位置に、補正ゲインの変更が指示された状態では画像遠方結像部３０８の焦点距離より短い位置へ移動させるようにした。これにより、補正ゲインの変更が指示された状態では通常状態に比べて光学的な補正量を小さくする（変倍）ことが可能になり、光学補正後の画像が画像遠方結像部３０８の有効領域からはみ出してしまう頻度を少なくできる。
【００６７】
（３）上記（２）で光学的な補正量を小さく変倍したことにより、乗員動検出部３０２で検出された上下方向の相対動（相対変位の変化）に対する補正量が不足する場合には、不足分を電気的な制御（相対動の動きと逆方向への画像シフト）によってキャンセルするようにしたので、乗員が感じる違和感・不快感をより低減することができる。
【００６８】
（４）相対動の上下方向についてのみ、光学的な補正と電気的な補正とを組み合わせるようにしたので、相対動の上下方向と左右方向とで補正量を異ならせることができる。したがって、乗員が感じる違和感・不快感に応じて、観察画像の動きを必要な方向について適切にキャンセルできる。
【００６９】
以上説明した第三の実施形態では、第一の実施形態による光学的な補正と電気的な補正（画像表示部に表示される画像を上記相対変位の変化と逆方向にシフトする）とを組み合わせる例を説明したが、第二の実施形態による光学的な補正と電気的な補正とを組み合わせてもよい。
【００７０】
特許請求の範囲における各構成要素と、発明を実施するための最良の形態における各構成要素との対応について説明する。表示手段は、たとえば、画像表示部１０５（２０５／３０７）によって構成される。画像遠方結像手段は、たとえば、画像遠方結像部１０６（２０６／３０８）によって構成される。収束光学系は、たとえば、フレネルレンズ２４（もしくはフレネルレンズ２４およびゲイン変更用レンズ２７）によって構成される。変倍手段は、たとえば、表示部駆動部１０３（３０６）もしくはレンズ駆動部２０３によって構成される。表示位置移動手段は、たとえば、画像変位部３０５によって構成される。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する上で、上記の実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係に何ら限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】(a)〜(c)は基本光学系を説明する図である。
【図２】第一の実施形態による車載情報提供装置の構成を説明する図である。
【図３】画像遠方結像部、表示部駆動部および画像表示部の構成、配設位置を説明する図である。
【図４】制御部で行われる表示制御処理の流れを説明するフローチャートである。
【図５】基本光学系を説明する図である。
【図６】第二の実施形態による車載情報提供装置の構成を説明する図である。
【図７】画像遠方結像部、レンズ駆動部および画像表示部の構成、配設位置を説明する図である。
【図８】制御部で行われる表示制御処理の流れを説明するフローチャートである。
【図９】第三の実施形態による車載情報提供装置の構成を説明する図である。
【図１０】制御部で行われる表示制御処理の流れを説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００７２】
２４…フレネルレンズ
２７…ゲイン変更用レンズ
１０１（１０２、３０１）…ゲイン設定部
１０２（２０２、３０３）…制御部
１０３（３０６）…表示部駆動部
１０４（２０４、３０４）…画像入力部
１０５（２０５、３０７）…画像表示部
１０６（２０６、３０８）…画像遠方結像部
２０３…レンズ駆動部
３０２…乗員動検出部
３０５…画像変位部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
乗員に提供する情報を表示する表示手段と、
前記乗員と前記表示手段との間の光路上に配設され、前記表示手段からの光束を略平行光にする収束光学系を含む画像遠方結像手段と、
変更指示に応じて、前記収束光学系および前記表示手段間の光路長と前記収束光学系の焦点距離との関係を変化させる変倍手段とを備えることを特徴とする車載情報提供装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車載情報提供装置において、
前記変倍手段は、前記表示手段を前記光路上で前記収束光学系に近づけるように移動させることにより、前記収束光学系および前記表示手段間の光路長を前記焦点距離より短くすることを特徴とする車載情報提供装置。
【請求項３】
請求項１に記載の車載情報提供装置において、
前記変倍手段は、前記収束光学系の焦点距離を長くすることにより、前記収束光学系および前記表示手段間の光路長を前記焦点距離より短くすることを特徴とする車載情報提供装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の車載情報提供装置において、
車両の動きに起因して生じる前記表示手段からの光束および前記乗員の頭部間の相対変位をキャンセルするように、前記表示手段に表示される情報の表示位置を前記相対変位と逆方向に移動させる表示位置移動手段をさらに備えることを特徴とする車載情報提供装置。
【請求項５】
乗員に提供する情報を表示し、
前記表示された画面からの光束を収束光学系によって略平行光にし、
変更指示に応じて、前記収束光学系および前記画面間の光路長と前記収束光学系の焦点距離との関係を変化させることを特徴とする車載情報提供装置。
【請求項１】
乗員に提供する情報を表示する表示手段と、
前記乗員と前記表示手段との間の光路上に配設され、前記表示手段からの光束を略平行光にする収束光学系を含む画像遠方結像手段と、
変更指示に応じて、前記収束光学系および前記表示手段間の光路長と前記収束光学系の焦点距離との関係を変化させる変倍手段とを備えることを特徴とする車載情報提供装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車載情報提供装置において、
前記変倍手段は、前記表示手段を前記光路上で前記収束光学系に近づけるように移動させることにより、前記収束光学系および前記表示手段間の光路長を前記焦点距離より短くすることを特徴とする車載情報提供装置。
【請求項３】
請求項１に記載の車載情報提供装置において、
前記変倍手段は、前記収束光学系の焦点距離を長くすることにより、前記収束光学系および前記表示手段間の光路長を前記焦点距離より短くすることを特徴とする車載情報提供装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の車載情報提供装置において、
車両の動きに起因して生じる前記表示手段からの光束および前記乗員の頭部間の相対変位をキャンセルするように、前記表示手段に表示される情報の表示位置を前記相対変位と逆方向に移動させる表示位置移動手段をさらに備えることを特徴とする車載情報提供装置。
【請求項５】
乗員に提供する情報を表示し、
前記表示された画面からの光束を収束光学系によって略平行光にし、
変更指示に応じて、前記収束光学系および前記画面間の光路長と前記収束光学系の焦点距離との関係を変化させることを特徴とする車載情報提供装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−２８５０００（Ｐ２００６−２８５０００Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１０６０２１（Ｐ２００５−１０６０２１）
【出願日】平成１７年４月１日（２００５．４．１）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月１日（２００５．４．１）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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