JP2016064759A - 虚像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザと虚像が生成される位置の間に他車両等の障害物が進入した場合であっても、ユーザに虚像を適切に視認させることを可能にした虚像表示装置を提供する。【解決手段】プロジェクタ４から、映像をスクリーン５に投射し、スクリーン５に投射された映像を車両２のフロントウィンドウ６に反射させて車両の乗員７に視認させることによって、車両の乗員７が視認する映像の虚像を生成する。また、障害物が虚像８の生成位置に接近することを検出した場合に、スクリーン５に対して映像を投射する位置を変更することによって、虚像８が生成される位置を地面より下方へと移動させ、虚像８が生成される位置が地面より下方へと移動する。その後に、スクリーン５とミラーとの間の光路長を変更することにより、虚像８が生成される位置を乗員７側へと移動させるように構成する。【選択図】図１

Description

本発明は、ユーザが視認する虚像を表示する虚像表示装置に関する。

従来より、車両等の移動体の乗員に対して経路案内や障害物の警告等の運転情報を提供する情報提供手段として、様々な手段が用いられている。例えば、移動体に設置された液晶ディスプレイによる表示や、スピーカから出力する音声等である。そして、近年、このような情報提供手段の一つとして、ヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤという）のような人間の目の錯覚を利用して実際に映像が表示された位置と異なる空間上に映像を視認させる虚像表示装置がある。

ここで、例えば移動体として特に車両に対して設置されたＨＵＤは、特開２０１１−７３４６６号公報に記載されているように、車両の乗員から見て車両のウィンドウ（例えばフロントウインドウ）の前方に、前方視野の前景に重畳して、運転情報（例えば、前方車両を示すマークや車間距離を示すマーク等）を虚像として生成することが可能である。その結果、乗員は運転情報を視認する際に視線移動を極力少なくすることが可能であり、運転時の負担をより少なくすることが可能となる。

特開２０１１−７３４６６号公報（第３−４頁、図１）

ここで、上記特許文献１に記載された虚像表示装置では、虚像を視認するユーザから予め設定された所定距離前方の位置に虚像を生成する。従って、所定距離を比較的長い距離に設定した場合では、ユーザと虚像が生成される位置の間に他車両等の障害物が進入する場合も多い。その場合には、ユーザからは虚像が障害物の中に埋め込まれたように視認されることとなるので、ユーザが虚像を視認し難くなる問題があった。

本発明は前記従来における問題点を解消するためになされたものであり、ユーザと虚像が生成される位置の間に他車両等の障害物が進入した場合であっても、ユーザに虚像を適切に視認させることを可能にした虚像表示装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため本発明に係る虚像表示装置は、スクリーンと、映像を前記スクリーンに投射するプロジェクタと、前記スクリーンに投射された前記映像を反射させてユーザに視認させることによって前記映像の虚像を生成する凹面鏡を含む虚像生成手段と、前記スクリーンと前記凹面鏡との間の光路長を変更する光路長変更手段と、障害物が前記虚像の生成位置に接近することを検出した場合に、前記スクリーンに対して前記映像を投射する位置を変更することによって、前記虚像が生成される位置を地面より下方へと移動させる虚像位置移動手段と、前記虚像位置移動手段によって前記虚像が生成される位置が地面より下方へと移動した後に、前記光路長変更手段によって前記スクリーンと前記凹面鏡との間の光路長を変更することにより、前記虚像が生成される位置を前記ユーザの視線方向に沿って前記ユーザ側へと移動させる虚像距離変更手段と、を有することを特徴とする。
尚、ユーザの視線方向とは、ユーザが虚像を視認する方向であり、ユーザの位置と虚像の生成位置とを結んだ直線の長さ方向にも相当する。

前記構成を有する本発明に係る虚像表示装置によれば、ユーザと虚像が生成される位置の間に他車両等の障害物が進入した場合であっても、虚像が生成される位置を地面より下方へと移動させることにより虚像と障害物とを重複させないように構成するので、ユーザに虚像を適切に視認させることが可能となる。また、虚像が生成される位置を地面より下方へと移動させた後に虚像が生成される位置をユーザ側へと移動させるので、虚像が地面に埋め込まれるように視認される違和感を最終的に解消することが可能となる。

本実施形態に係るＨＵＤの車両への設置態様を示した図である。 本実施形態に係るＨＵＤの内部構成を示した図である。 ＨＵＤを構成するプロジェクタを示した図である。 ＨＵＤを構成するスクリーンを示した図である。 スクリーンの光路に対する移動態様を示した図である。 スクリーンとミラーとの間の光路長と虚像の生成距離との関係を示した図である。 虚像の生成距離の変更態様を示した図である。 本実施形態に係るＨＵＤの構成を示したブロック図である。 本実施形態に係る虚像生成処理プログラムのフローチャートである。 車両の乗員から視認できる虚像の一例を示した図である。 車両の進行方向前方に割り込んだ障害物を示した図である。 車両の進行方向前方に割り込んだ障害物と虚像が生成される位置との関係を示した図である。 車両の乗員から視認できる虚像と障害物の視認態様を示した図である。 虚像の生成位置を変更する処理の詳細について説明した図である。 虚像の生成位置を変更した後における車両の乗員から視認できる虚像と障害物の視認態様を示した図である。

以下、本発明に係る虚像生成装置について、車両に搭載されたヘッドアップディスプレイ装置に具体化した一実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。

先ず、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤという）１の構成について図１を用いて説明する。図１は本実施形態に係るＨＵＤ１の車両２への設置態様を示した図である。

図１に示すようにＨＵＤ１は、車両２のダッシュボード３内部に設置されており、内部にプロジェクタ４やプロジェクタ４からの映像が投射されるスクリーン５を有する。そして、スクリーン５に投射された映像を、後述のようにＨＵＤ１が備えるミラーやフレネルレンズを介し、更に運転席の前方のフロントウィンドウ６に反射させて車両２の乗員７に視認させるように構成されている。尚、スクリーン５に投射される映像としては、車両２に関する情報や乗員７の運転の支援の為に用いられる各種情報がある。例えば障害物（他車両や歩行者）に対する警告、ナビゲーション装置４８で設定された案内経路（走行予定経路）や案内経路に基づく案内情報（右左折方向を示す矢印等）、現在車速、案内標識、地図画像、交通情報、ニュース、天気予報、時刻、接続されたスマートフォンの画面、テレビ番組等がある。

また、本実施形態のＨＵＤ１では、フロントウィンドウ６を反射して乗員７がスクリーン５に投射された映像を視認した場合に、乗員７にはフロントウィンドウ６の位置ではなく、フロントウィンドウ６の先の遠方の位置にスクリーン５に投射された映像が虚像８として視認されるように構成される。尚、乗員７が視認できる虚像８はスクリーン５に投射された映像であるが、ミラーを介するので上下方向は反転する。また、フレネルレンズを介することによってサイズも変更する。

ここで、虚像８を生成する位置、より具体的には乗員７から虚像８までの距離（以下、生成距離という）Ｌについては、ＨＵＤ１が備えるミラーやフレネルレンズの形状や位置、光路に対するスクリーン５の位置等によって適宜設定することが可能である。特に、本実施形態では後述のようにスクリーン５の位置を光路に沿って前後方向に移動可能に構成する。その結果、生成距離Ｌを適宜変更することが可能となる。例えば生成距離Ｌを２．５ｍ〜２０ｍの間で変更することが可能である。

また、車両のフロントバンパの上方にはフロントカメラ１７が設置される。フロントカメラ１７は、例えばＣＣＤ等の固体撮像素子を用いたカメラにより構成された撮像装置であり、光軸方向を車両の進行方向前方に向けて設置される。そして、フロントカメラ１７により撮像された撮像画像に対して画像処理が行われることによって、後述のように乗員７と虚像８が生成される位置の間に他車両等の障害物が進入したことが検出される。尚、障害物の進入を検出する手段としてはフロントカメラ１７の代わりにミリ波レーダ等のセンサを用いても良い。

次に、図２を用いてＨＵＤ１のより具体的な構成について説明する。図２は、本実施形態に係るＨＵＤ１の内部構成を示した図である。

図２に示すようにＨＵＤ１は、プロジェクタ４と、スクリーン５と、反射ミラー１０と、ミラー（凹面鏡）１１と、フレネルレンズ１２と、制御回路部１３と、ＣＡＮインターフェース１４とから基本的に構成されている。

ここで、プロジェクタ４は光源としてＬＥＤ光源やランプ光源やレーザ光源を用いた映像投射装置であり、例えばレーザ走査式プロジェクタとする。尚、プロジェクタ４としてはＤＬＰプロジェクタや液晶プロジェクタやＬＣＯＳプロジェクタを用いても良い。尚、レーザ走査式プロジェクタ以外を用いた場合にはプロジェクタ４に対して別途投射レンズを配置する必要がある。

図３はプロジェクタ４の構成を示した図である。図３に示すようにプロジェクタ４は、内部にレーザ光の光源１５を備えており、例えばレーザ走査式プロジェクタでは光源１５から出力されるレーザ光をＭＥＭＳミラー１６で反射させ、スクリーン５上に走査させることによってスクリーン５に所望の映像を投射する。

一方、スクリーン５は、プロジェクタ４から投射された映像が投射される被投射媒体であり、例えばすりガラス等の拡散板やマイクロレンズアレイ等からなる透過型スクリーンが用いられる。ここで、図４はスクリーン５を示した図である。

図４に示すようにスクリーン５は、映像が投射される被投射エリア２２を有しており、プロジェクタ４から投射された映像が表示される。尚、乗員７はプロジェクタ４によって投射された映像を投射側とは逆側から視認することとなる。また、スクリーン５は、光路に沿って前後方向に移動可能に構成されている。具体的には、スクリーン５の背面側にあるスクリーン前後駆動モータ２４を駆動させることによって、図５に示すようにスクリーン５を光路に沿って前後方向に移動させることが可能となる。その結果、スクリーン５とミラー１１との間の光路長が変更される。

そして、ＨＵＤ１ではスクリーン５とミラー１１との間の光路長に、スクリーン５に投射された映像の虚像８が生成される位置（具体的には乗員７から虚像８までの距離である生成距離Ｌ）が依存することとなる。具体的には図６に示すようにスクリーン５を、スクリーン５とミラー１１との間の光路長Ｄが短くなる側に移動させると、生成距離Ｌが短くなる（即ち、乗員７からはより近くに虚像８が視認されるようになる）。一方で、スクリーン５を、スクリーン５とミラー１１との間の光路長Ｄが長くなる側に移動させると、生成距離Ｌが長くなる（即ち、乗員７からはより遠くに虚像８が視認されるようになる）。従って、スクリーン５を光路に沿って前後方向に移動させることによって、図７に示すように乗員７から虚像８までの距離である生成距離Ｌの長短を、予め決められた範囲（例えば２．５ｍ〜２０ｍ）で変更することが可能となる。

また、スクリーン前後駆動モータ２４はステッピングモータからなる。そして、ＨＵＤ１は、制御回路部１３から送信されるパルス信号に基づいてスクリーン前後駆動モータ２４を制御し、スクリーン５の前後位置を設定位置に対して適切に位置決めすることが可能となる。

一方、反射ミラー１０は、図２に示すようにプロジェクタ４から投射された映像を反射して光路を変更し、スクリーン５へと投射する反射板である。

また、ミラー１１は、図２に示すようにスクリーン５からの映像光を反射させ、フロントウィンドウ６を介してスクリーン５の映像を乗員７に視認させることにより、乗員７の前方に虚像８（図１参照）を生成する手段であり、反射ミラー１０やフロントウィンドウ６とともに虚像生成手段を構成する。ミラー１１としては、球面凹面鏡や、非球面凹面鏡、若しくは投影映像の歪みを補正するための自由曲面鏡が用いられる。尚、スクリーン５に対して投射された映像は、ミラー１１によって反射されるので、生成される虚像はスクリーン５に対して投射された映像と上下が反転した像となる。

また、フレネルレンズ１２は、図２に示すようにスクリーン５に投射された映像を拡大して虚像８を生成する為の拡大鏡である。そして、本実施形態に係るＨＵＤ１では、スクリーン５に投射された映像を、ミラー１１やフレネルレンズ１２を介し、更にフロントウィンドウ６に反射させて乗員７に視認させることによって、フロントウィンドウ６の先の遠方の位置にスクリーン５に投射された映像が拡大され、虚像８として乗員に視認される（図１参照）。

また、制御回路部１３は、ＨＵＤ１の全体の制御を行う電子制御ユニットである。ここで、図８は本実施形態に係るＨＵＤ１の構成を示したブロック図である。

図８に示すように制御回路部１３は、演算装置及び制御装置としてのＣＰＵ３１、並びにＣＰＵ３１が各種の演算処理を行うにあたってワーキングメモリとして使用されるＲＡＭ３２、制御用のプログラムのほか、後述の虚像生成処理プログラム（図９参照）等が記録されたＲＯＭ３３、ＲＯＭ３３から読み出したプログラムや後述の位置設定テーブルを記憶するフラッシュメモリ３４等の内部記憶装置を備えている。また、制御回路部１３は、プロジェクタ４、スクリーン前後駆動モータ２４とそれぞれ接続され、プロジェクタ４や各種モータの駆動制御を行う。

また、ＣＡＮ（コントローラエリアネットワーク）インターフェース１４は、車両内に設置された各種車載器や車両機器の制御装置間で多重通信を行う車載ネットワーク規格であるＣＡＮに対して、データの入出力を行うインターフェースである。そして、ＨＵＤ１は、ＣＡＮを介して、各種車載器や車両機器の制御装置（例えば、ナビゲーション装置４８、ＡＶ装置４９等）と相互通信可能に接続される。それによって、ＨＵＤ１は、ナビゲーション装置４８やＡＶ装置４９等から取得した情報を投影可能に構成する。

続いて、前記構成を有するＨＵＤ１においてＣＰＵ３１が実行する虚像生成処理プログラムについて図９に基づき説明する。図９は本実施形態に係る虚像生成処理プログラムのフローチャートである。ここで、虚像生成処理プログラムは車両のＡＣＣ電源がＯＮされた後に実行され、車両の乗員７に視認させる虚像８を生成するプログラムである。尚、以下の図９にフローチャートで示されるプログラムは、ＨＵＤ１が備えているＲＡＭ３２やＲＯＭ３３に記憶されており、ＣＰＵ３１により実行される。

先ず、虚像生成処理プログラムではステップ（以下、Ｓと略記する）１において、ＣＰＵ３１は、虚像８の生成距離Ｌを基準距離となる最長距離の２０ｍに設定する。尚、スクリーン５の現在位置が、虚像８の生成距離Ｌが２０ｍとなる位置（スクリーン５とミラー１１との間の光路長が最長となる位置）に配置されていない場合には、スクリーン前後駆動モータ２４を駆動させて、虚像８の生成距離Ｌが２０ｍとなる位置へとスクリーン５を移動させる。また、本実施形態では生成距離Ｌの基準距離を最長距離である２０ｍとしているが、２０ｍ以外（例えば１５ｍや１０ｍ）としても良い。

次に、Ｓ２においてＣＰＵ３１は、プロジェクタ４へと信号を送信し、プロジェクタ４によるスクリーン５への映像の投射を開始する。尚、プロジェクタ４により投射される映像としては、車両２に関する情報や乗員７の運転の支援の為に用いられる各種情報がある。例えば障害物（他車両や歩行者）に対する警告、ナビゲーション装置４８で設定された案内経路（走行予定経路）や案内経路に基づく案内情報（車両の進行方向を示す矢印等）、現在車速、案内標識、地図画像、交通情報、ニュース、天気予報、時刻、接続されたスマートフォンの画面、テレビ画面等がある。特に本実施形態では、ナビゲーション装置４８で設定された案内経路に基づく案内情報である車両の進行方向を示す矢印を出力する構成とする。

その結果、例えばナビゲーション装置４８において案内経路が設定されており、車両の進行方向前方に特に右左折の対象となる交差点が存在しない場合には、図１０に示すように車両の進行方向前方に直進方向を示す矢印の虚像８を生成する。尚、車両の進行方向前方に右左折の対象となる交差点が接近した場合には、直進方向を示す矢印に替えて右左折を示す矢印の虚像８を生成する。その結果、乗員７から基準距離（２０ｍ）前方の位置に車両の進行方向を示す矢印の虚像８が生成されることとなり、乗員７は虚像８を視認する際に視線移動を極力少なくすることが可能である。また、特に右左折を示す矢印の虚像８を生成する場合には、右左折の対象となる交差点の位置に対応させて虚像８を生成することが望ましい。即ち、乗員７から右左折対象となる交差点までの距離を算出し、算出した距離を目標生成距離に設定し、生成距離Ｌが目標生成距離となるようにプロジェクタ４の光路に沿ってスクリーン５を移動させるように構成する。尚、その後に車両が移動することによって乗員７から右左折対象となる交差点までの距離が変化すれば、それに伴って生成距離Ｌも変更される。それによって、右左折の対象となる交差点の位置を乗員７は明確に特定することが可能となる。尚、本実施形態では特に矢印の虚像８を地面上、より具体的には虚像８の下端が地面上に位置するように虚像８を生成する。

続いて、Ｓ３においてＣＰＵ３１は、フロントカメラ１７で撮像した撮像画像を取得する。その後、取得した撮像画像に対して画像処理を行うことによって車両の進行方向前方に位置する障害物や区画線を検出する。尚、障害物としては道路上を移動する移動体である他車両、自転車、歩行者等が該当する。

その後、Ｓ４においてＣＰＵ３１は、車両の進行方向前方に割り込みを行った障害物、即ち虚像８の生成位置に接近する障害物があるか否か判定する。具体的には、図１０に示すように障害物（図１０に示す例では２輪車）５１が車両２の走行する車線５２の区画線５３を超えて車両２の走行する車線５２内に進入した場合に、車両の進行方向前方に割り込みを行った障害物があると判定する。尚、区画線５３が無い道路などでは、例えば車両と虚像８の生成位置の間に直線を設定し、該直線から所定距離（例えば５ｍ）以内に障害物が近付いた場合に、車両の進行方向前方に割り込みを行った障害物があると判定するように構成しても良い。

そして、車両の進行方向前方に割り込みを行った障害物がある、即ち虚像８の生成位置に接近する障害物があると判定された場合（Ｓ４：ＹＥＳ）には、Ｓ５へと移行する。それに対して、車両の進行方向前方に割り込みを行った障害物が無い、即ち虚像８の生成位置に接近する障害物が無いと判定された場合（Ｓ４：ＮＯ）には、スクリーン５への映像の投射を継続しつつ当該虚像生成処理プログラムを終了する。

Ｓ５においてＣＰＵ３１は、車両から割り込みを行った障害物までの距離Ｒを取得する。具体的には、フロントカメラ１７で撮像した画像や車両に設置された測距センサ等のその他センサの検出結果に基づいて取得する。

次に、Ｓ６においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ５で取得された車両から割り込みを行った障害物までの距離Ｒと、現在設定されている生成距離Ｌとを比較し、距離Ｒが生成距離Ｌよりも短いか否か、即ち障害物の位置が虚像８の生成位置と乗員７の間にあるか否か判定する。

そして、距離Ｒが生成距離Ｌよりも短い、即ち障害物の位置が虚像８の生成位置と乗員７の間にあると判定された場合（Ｓ６：ＹＥＳ）には、仮に障害物が虚像８の方向へと移動すると、乗員７から障害物が虚像８と重複して視認され、特に虚像８が障害物の中に埋め込まれたように視認される虞があると推定する。従って、虚像８の生成位置を移動させるためにＳ７へと移行する。

一方、距離Ｒが生成距離Ｌと同距離又は長い、即ち障害物の位置が虚像８の生成位置と乗員７の間にないと判定された場合（Ｓ６：ＮＯ）には、仮に障害物が虚像８の方向へと移動したとしても、乗員７から障害物が虚像８と重複して視認されることなく明確に視認することができると推定する。従って、虚像８の生成位置を移動させることなくスクリーン５への映像の投射を継続し、Ｓ３へと戻る。

Ｓ７においてＣＰＵ３１は、車両の進行方向前方に割り込みを行ったと判定された障害物の移動方向と移動速度を取得する。具体的には、フロントカメラ１７で撮像した画像や車両に設置された測距センサ等のその他センサの検出結果に基づいて取得する。

次に、Ｓ８においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ７で取得した障害物の移動方向及び移動速度に基づいて、障害物と虚像８が光路上で重複するまでの時間Ｔ１を算出する。尚、光路上で重複するとは、図１２に示すように障害物５１と虚像８の前後方向の位置のずれは問わず、車両２の乗員７から虚像８までの直線（光路）上に障害物５１の少なくとも一部が位置すれば重複するとみなす。即ち、図１３に示すように車両の進行方向前方を視認する乗員７が、虚像８と障害物５１が一部でも重複しているように見える場合が、光路上で重複する場合となる。

続いて、Ｓ９においてＣＰＵ３１は、生成距離Ｌを障害物までの距離Ｒよりも短くする、即ち虚像８の生成位置を障害物の位置よりも乗員７側に移動する為に必要な時間Ｔ２を算出する。具体的には、生成距離Ｌを距離Ｒよりも短い距離（例えばＲ−１ｍ）へと変更する為に必要なスクリーン５の移動時間がＴ２として算出される。尚、ＨＵＤ１は設定可能な生成距離Ｌ（本実施形態では２．５ｍ〜２０ｍの間の０．５ｍ単位）毎に、該生成距離Ｌを実現する為のスクリーン５の位置を対応付けた位置設定テーブルを予めフラッシュメモリ３４等に記憶しており、ＣＰＵ３１は上記位置設定テーブルとスクリーン５の移動速度を用いてＴ２を算出する。

その後、Ｓ１０においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ８で算出された障害物と虚像８が光路上で重複するまでの時間Ｔ１と、前記Ｓ９で算出された虚像８の生成位置を障害物の位置よりも乗員７側に移動する為に必要な時間Ｔ２とを比較し、Ｔ２がＴ１以下か否か判定する。尚、Ｔ２がＴ１以下となる場合は、障害物と虚像８が光路上で重複する前までに、スクリーン５とミラー１１との間の光路長を変更することにより、虚像８が生成される位置を障害物よりも乗員７側へと移動することができる場合である。一方、Ｔ２がＴ１より長い場合は、障害物と虚像８が光路上で重複する前までに、虚像８が生成される位置を障害物よりも乗員７側へと移動することができない場合である。

そして、Ｔ２がＴ１以下であると判定された場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、即ち、障害物と虚像８が光路上で重複する前までに、スクリーン５とミラー１１との間の光路長を変更することにより、虚像８が生成される位置を障害物よりも乗員７側へと移動することができると判定された場合には、Ｓ１２へと移行する。一方、Ｔ２がＴ１より長いと判定された場合（Ｓ１０：ＮＯ）、即ち、障害物と虚像８が光路上で重複する前までに、虚像８が生成される位置を障害物よりも乗員７側へと移動することができないと判定された場合には、Ｓ１１へと移行する。

Ｓ１１においてＣＰＵ３１は、スクリーン５に対して映像を投射する位置を変更することによって、虚像８が生成される位置を地面より下方へと移動させる。具体的には、図１４に示すように、スクリーン５に対して投射する映像５５の位置を、上方へと移動させる。その結果、映像５５に基づいて生成される虚像８の位置は、鉛直方向に下方（地面側）へと移動することとなる。そして、図１４に示すように地面より下方へと虚像８が生成される位置が移動すると、障害物が虚像８に接近した場合であっても障害物５１と虚像８とが光路上で重複することがない。即ち車両の進行方向前方を視認する乗員７に対して、虚像８と障害物５１とを重複させずに視認させることが可能となる。尚、前記Ｓ１１において映像５５の投射位置を移動する距離は、障害物と虚像８とが光路上で重複しなくなる最短の距離とする。

次に、Ｓ１２においてＣＰＵ３１は、虚像８の生成距離Ｌを障害物までの距離Ｒよりも短い距離Ｒ´に設定する。尚、Ｒ´は、障害物までの距離Ｒよりも短く、且つ生成距離ＬをＲ´に設定した際に虚像８の下端が地面上又は地面より上方となる距離（即ち、地面に虚像８が埋め込まれることのない距離）とする。尚、ＨＵＤ１の構造上、スクリーン５に対する映像の投射位置を変更しなくても、生成距離Ｌが短くなるようにスクリーン５を移動させれば投射された映像に基づいて生成される虚像８の位置はより上方となる。

続いて、Ｓ１３において、ＣＰＵ３１はスクリーン５に対して投射する映像５５のサイズを、前記Ｓ１２で新たに設定された虚像の生成距離Ｌ（＝Ｒ´）に応じたサイズに変更する。尚、一般的に人間は遠くに見えるものほど小さく見え、近くに見えるものほど大きく見える。そして、前記Ｓ１２では生成距離Ｌをより短い距離へと変更するので、Ｓ１３では図１４に示すように映像５５をより大きいサイズへと変更する。その結果、乗員７からは近い距離に見える虚像８ほどより大きいサイズで視認されることとなるので、人間の感覚に適合した虚像８のサイズを視認させることが可能となる。尚、本実施形態では映像５５のサイズの変更は、スクリーン５の移動前に行う構成としているが、スクリーン５の移動と同時に行う構成としても良いし、スクリーン５の移動が終わった後に行う構成としても良い。

その後、Ｓ１４において、ＣＰＵ３１はスクリーン前後駆動モータ２４を駆動させて、虚像８の生成距離Ｌが前記Ｓ１２で設定された距離Ｒ´となる位置へとスクリーン５を移動させる。

以下に、上記Ｓ１４の処理の詳細について説明する。
先ず、ＣＰＵ３１は、虚像８の生成距離Ｌの目標値となる目標生成距離Ｄｅを距離Ｒ´に設定する。次に、ＣＰＵ３１は、フラッシュメモリ３４から位置設定テーブルを読み出し、目標生成距離Ｄｅだけ離れた位置に虚像８を生成する為のスクリーン５の位置（目標移動位置）を取得する。尚、位置設定テーブルは、設定可能な生成距離Ｌ（本実施形態では２．５ｍ〜２０ｍの間の０．５ｍ単位）毎に、該生成距離Ｌに虚像８を生成する為のスクリーン５の位置が規定されている。続いて、ＣＰＵ３１は、スクリーン５を目標移動位置へ移動させるのに必要なスクリーン前後駆動モータ２４の駆動量（パルス数）を決定する。その後、ＣＰＵ３１は、決定された駆動量だけスクリーン前後駆動モータ２４を駆動させる為のパルス信号をスクリーン前後駆動モータ２４へと送信する。そして、パルス信号を受信したスクリーン前後駆動モータ２４は、受信したパルス信号に基づいて駆動を行う。その結果、スクリーン５は設定された目標生成距離Ｄｅだけ離れた位置に虚像８が生成される目標移動位置に移動することとなる。

そして、上記処理により虚像８の生成距離Ｌが前記Ｓ１２で設定された距離Ｒ´となる位置へとスクリーン５を移動させると、虚像８の生成される位置は乗員７の視線方向（車両の進行方向）に沿って乗員７側へと移動し、障害物よりも近い乗員７から距離Ｒ´離れた位置となる。その結果、図１４及び図１５に示すように障害物５１が虚像８に接近した場合であっても乗員７に対して虚像８と障害物５１とを重複せずに視認させることができる。更に、虚像８が地面に埋め込まれたように視認されることもなく、且つ、虚像８のサイズも新たな生成距離Ｌに応じたサイズとなるので、乗員７が違和感なく虚像８を視認することが可能となる。

尚、前記Ｓ１０でＴ２がＴ１以下であると判定された場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、即ち、障害物と虚像８が光路上で重複する前までに、スクリーン５とミラー１１との間の光路長を変更することにより、虚像８が生成される位置を障害物よりも乗員７側へと移動することができると判定された場合には、虚像８の生成位置を地面の下方に移動しなくても生成距離Ｌを短くすることのみによって乗員７から障害物が虚像８と重複して視認されることを防止できる。従って、前記Ｓ１１の処理は行わずに前記Ｓ１２〜Ｓ１４において映像のサイズ変更及びスクリーン５の移動が行われる。その場合には、虚像８が一度も地面に埋め込まれたように視認されることもなく、且つ障害物が虚像８に接近した場合であっても図１５に示すように乗員７からは虚像８が障害物５１と重複せずに視認することができる。

以上詳細に説明した通り、本実施形態に係るＨＵＤ１によれば、プロジェクタ４から、映像をスクリーン５に投射し、スクリーン５に投射された映像を車両２のフロントウィンドウ６に反射させて車両の乗員７に視認させることによって、車両の乗員７が視認する映像の虚像を生成する。また、障害物５１が虚像８の生成位置に接近することを検出した場合に、スクリーン５に対して映像を投射する位置を変更することによって、虚像８が生成される位置を地面より下方へと移動させる（Ｓ１１）。そして、虚像８が生成される位置が地面より下方へと移動した後に、スクリーン５とミラー１１との間の光路長を変更することにより、虚像８が生成される位置を乗員７側へと移動させる（Ｓ１４）ので、虚像８を視認する乗員７と虚像８が生成される位置の間に他車両等の障害物が進入した場合であっても、虚像８が生成される位置を地面より下方へと移動させることにより虚像８と障害物とを重複させず、乗員７に虚像８を適切に視認させることが可能となる。また、虚像８が生成される位置を地面より下方へと移動させた後に虚像８が生成される位置を乗員７側へと移動させることによって、虚像８が地面に埋め込まれるように視認される違和感を最終的に解消することが可能となる。

尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは勿論である。
例えば、本実施形態ではＨＵＤ１によって車両２のフロントウィンドウ６の前方に虚像を生成する構成としているが、フロントウィンドウ６以外のウィンドウの前方に虚像を生成する構成としても良い。また、ＨＵＤ１により映像を反射させる対象はフロントウィンドウ６自身ではなくフロントウィンドウ６の周辺に設置されたバイザー（コンバイナー）であっても良い。

また、本実施形態では車両２に対してＨＵＤ１を設置する構成としているが、車両２以外の移動体に設置する構成としても良い。例えば、船舶や航空機等に対して設置することも可能である。また、アミューズメント施設に設置されるライド型アトラクションに設置しても良い。その場合には、ライドの周囲に虚像を生成し、ライドの乗員に対して虚像を視認させることが可能となる。

また、本実施形態ではスクリーン５を光路に沿って移動させることによって、スクリーン５とミラー１１との間の光路長を変更する構成としているが、スクリーン５は固定とし、ミラー１１を光路に沿って移動させることによって、スクリーン５とミラー１１との間の光路長を変更する構成としても良い。

また、本実施形態では案内経路に沿った車両の進行方向を案内する矢印を虚像８として生成する構成としているが、進行方向を案内する矢印以外の虚像８を生成する構成としても良い。例えば、障害物（他車両や歩行者）に対する警告、渋滞情報、事故情報、現在車速、案内標識、地図画像、交通情報、ニュース、天気予報、時刻、接続されたスマートフォンの画面、テレビ画面等を虚像８として生成する構成としても良い。その場合であって、虚像生成処理プログラム（図９）によって障害物と重複しないようにそれらの虚像８の生成位置を変更することが可能である。

また、本実施形態では投射レンズが不要となるレーザ走査式プロジェクタを用いているが、レーザ走査式プロジェクタ以外のプロジェクタ（例えば、ＤＬＰプロジェクタ、液晶プロジェクタ、ＬＣＯＳプロジェクタ）を用いても良い。

また、本実施形態では、スクリーンを１枚のスクリーンから構成しているが、スクリーンの数は２枚以上としても良い。また、スクリーンを２枚以上とした場合には、全てのスクリーンを光路に沿って移動可能に構成しても良いし、一部のスクリーンのみを光路に沿って移動可能に構成しても良い。

また、本発明に係る虚像表示装置を具体化した実施例について上記に説明したが、虚像表示装置は以下の構成を有することも可能であり、その場合には以下の効果を奏する。

例えば、第１の構成は以下のとおりである。
スクリーンと、映像を前記スクリーンに投射するプロジェクタと、前記スクリーンに投射された前記映像を反射させてユーザに視認させることによって前記映像の虚像を生成する凹面鏡を含む虚像生成手段と、前記スクリーンと前記凹面鏡との間の光路長を変更する光路長変更手段と、障害物が前記虚像の生成位置に接近することを検出した場合に、前記スクリーンに対して前記映像を投射する位置を変更することによって、前記虚像が生成される位置を地面より下方へと移動させる虚像位置移動手段と、前記虚像位置移動手段によって前記虚像が生成される位置が地面より下方へと移動した後に、前記光路長変更手段によって前記スクリーンと前記凹面鏡との間の光路長を変更することにより、前記虚像が生成される位置を前記ユーザの視線方向に沿って前記ユーザ側へと移動させる虚像距離変更手段と、を有することを特徴とする。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、ユーザと虚像が生成される位置の間に他車両等の障害物が進入した場合であっても、虚像が生成される位置を地面より下方へと移動させることにより虚像と障害物とを重複させないように構成するので、ユーザに虚像を適切に視認させることが可能となる。また、虚像が生成される位置を地面より下方へと移動させた後に虚像が生成される位置をユーザ側へと移動させるので、虚像が地面に埋め込まれるように視認される違和感を最終的に解消することが可能となる。

また、第２の構成は以下のとおりである。
前記障害物が前記虚像の生成位置に接近することを検出した場合に、前記障害物と前記虚像が前記光路上で重複する前までに、前記光路長変更手段によって前記スクリーンと前記凹面鏡との間の光路長を変更することにより、前記虚像が生成される位置を前記障害物よりも前記ユーザ側へと移動することができるか否かを判定する移動判定手段を有し、前記移動判定手段によって、前記障害物と前記虚像が前記光路上で重複する前までに、前記虚像が生成される位置を前記障害物よりも前記ユーザ側へと移動することができないと判定された場合には、前記虚像位置移動手段及び前記虚像距離変更手段による前記虚像の生成位置の移動を行い、前記移動判定手段によって、前記障害物と前記虚像が前記光路上で重複する前までに、前記虚像が生成される位置を前記障害物よりも前記ユーザ側へと移動することができると判定された場合には、前記虚像位置移動手段による前記虚像の生成位置の移動を行うことなく、前記虚像距離変更手段による前記虚像の生成位置の移動のみを行うことを特徴とする。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、虚像が生成される位置を地面より下方へと移動させなくともスクリーンと凹面鏡との間の光路長を変更することによって、虚像と障害物とを重複させずに視認させることができる場合には、スクリーンへの映像の投射位置の変更を行わないように構成する。従って、虚像が一度も地面に埋め込まれるように視認されることもなく、且つ虚像と障害物とを重複させないように虚像の生成位置を変更することができる。従って、ユーザに虚像をより適切に視認させることが可能となる。

また、第３の構成は以下のとおりである。
前記虚像位置移動手段は、前記障害物の位置が前記虚像の生成位置と前記ユーザの間にある場合に、前記スクリーンに対して前記映像を投射する位置を変更することを特徴とする。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、ユーザから虚像と障害物とが重複し、虚像が障害物の中に埋め込まれたように視認される状況となることが予測される場合に、虚像が生成される位置を地面より下方へと移動させるので、障害物が虚像の生成位置に近づいた場合であってもユーザに虚像を適切に視認させることが可能となる。

また、第４の構成は以下のとおりである。
車両に搭載され、前記虚像生成手段は、前記車両の進行方向前方に前記車両の乗員に視認させる前記虚像を生成し、前記虚像位置移動手段は、前記障害物が前記車両の走行する車線の区画線を超えて前記車線に進入した場合に、前記スクリーンに対して前記映像を投射する位置を変更することを特徴とする。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、車両の乗員であるユーザから虚像と障害物とが重複して視認される状況となるか否かを、障害物の動きから正確に予測することが可能となる。そして、ユーザから虚像と障害物とが重複して視認される状況となることが予測される場合に、虚像が生成される位置を地面より下方へと移動させることにより虚像と障害物とを重複させないように構成するので、ユーザから虚像が障害物の中に埋め込まれたように視認されることを確実に防止できる。

また、第５の構成は以下のとおりである。
前記虚像は、前記車両の走行予定経路に沿った走行を案内する画像であって、前記虚像生成手段は、前記車両の進行方向前方の地面上に前記虚像を生成することを特徴とする。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、特に車両の走行予定経路に沿った走行を案内する虚像を生成する場合において、虚像と障害物とを重複させず、ユーザに虚像を適切に視認させることが可能となる。従って、走行予定経路に沿った走行案内を虚像によって適切に行うことが可能となる。

また、第６の構成は以下のとおりである。
前記虚像位置移動手段によって前記虚像が生成される位置が地面より下方へと移動した後に、前記スクリーンに対して投射する前記映像のサイズを、前記虚像距離変更手段による移動後の前記虚像の生成位置に応じたサイズに変更するサイズ変更手段を有することを特徴とする。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、虚像の生成位置をユーザ側に移動させる場合に、移動後の虚像の生成位置に応じたサイズで虚像を生成するので、虚像の生成位置をユーザ側に移動させた場合であってもユーザが違和感なく虚像を視認することが可能となる。

また、第７の構成は以下のとおりである。
前記サイズ変更手段は、前記虚像位置移動手段によって前記虚像が生成される位置が地面より下方へと移動した後であって前記虚像距離変更手段による前記虚像が生成される位置の移動を行う前に、前記映像のサイズを変更することを特徴とする。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、虚像の生成位置をユーザ側に移動させる場合において、移動後の虚像の生成位置に応じたサイズとなるように虚像のサイズを予め変更するので、虚像の生成位置を変更した後にユーザが違和感なく虚像を視認することが可能となる。

また、第８の構成は以下のとおりである。
前記光路長変更手段は、前記スクリーンを前記光路に沿って移動させることにより前記スクリーンと前記凹面鏡との間の光路長を変更することを特徴とする。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、簡易な構成及び制御によってユーザから虚像が生成される位置までの距離を変更可能となる。

また、第９の構成は以下のとおりである。
前記虚像距離変更手段は、前記虚像が生成される位置を前記障害物よりも前記ユーザ側であって前記虚像の下端が地面上又は地面より上方となる位置まで移動させることを特徴とする。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、虚像の生成位置をユーザ側に移動させることによって、虚像が地面に埋め込まれるように視認される違和感を解消することが可能となる。

１ ヘッドアップディスプレイ装置
２ 車両
３ ダッシュボード
４ プロジェクタ
５ スクリーン
６ フロントウィンドウ
７ 乗員
８ 虚像
１７ フロントカメラ
２４ スクリーン前後駆動モータ
３１ ＣＰＵ
３２ ＲＡＭ
３３ ＲＯＭ
３４ フラッシュメモリ
５１ 障害物
５５ 映像

Claims (9)

1. スクリーンと、
   映像を前記スクリーンに投射するプロジェクタと、
   前記スクリーンに投射された前記映像を反射させてユーザに視認させることによって前記映像の虚像を生成する凹面鏡を含む虚像生成手段と、
   前記スクリーンと前記凹面鏡との間の光路長を変更する光路長変更手段と、
   障害物が前記虚像の生成位置に接近することを検出した場合に、前記スクリーンに対して前記映像を投射する位置を変更することによって、前記虚像が生成される位置を地面より下方へと移動させる虚像位置移動手段と、
   前記虚像位置移動手段によって前記虚像が生成される位置が地面より下方へと移動した後に、前記光路長変更手段によって前記スクリーンと前記凹面鏡との間の光路長を変更することにより、前記虚像が生成される位置を前記ユーザの視線方向に沿って前記ユーザ側へと移動させる虚像距離変更手段と、を有することを特徴とする虚像表示装置。
2. 前記障害物が前記虚像の生成位置に接近することを検出した場合に、前記障害物と前記虚像が前記光路上で重複する前までに、前記光路長変更手段によって前記スクリーンと前記凹面鏡との間の光路長を変更することにより、前記虚像が生成される位置を前記障害物よりも前記ユーザ側へと移動することができるか否かを判定する移動判定手段を有し、
   前記移動判定手段によって、前記障害物と前記虚像が前記光路上で重複する前までに、前記虚像が生成される位置を前記障害物よりも前記ユーザ側へと移動することができないと判定された場合には、前記虚像位置移動手段及び前記虚像距離変更手段による前記虚像の生成位置の移動を行い、
   前記移動判定手段によって、前記障害物と前記虚像が前記光路上で重複する前までに、前記虚像が生成される位置を前記障害物よりも前記ユーザ側へと移動することができると判定された場合には、前記虚像位置移動手段による前記虚像の生成位置の移動を行うことなく、前記虚像距離変更手段による前記虚像の生成位置の移動のみを行うことを特徴とする請求項１に記載の虚像表示装置。
3. 前記虚像位置移動手段は、前記障害物の位置が前記虚像の生成位置と前記ユーザの間にある場合に、前記スクリーンに対して前記映像を投射する位置を変更することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の虚像表示装置。
4. 車両に搭載され、
   前記虚像生成手段は、前記車両の進行方向前方に前記車両の乗員に視認させる前記虚像を生成し、
   前記虚像位置移動手段は、前記障害物が前記車両の走行する車線の区画線を超えて前記車線に進入した場合に、前記スクリーンに対して前記映像を投射する位置を変更することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の虚像表示装置。
5. 前記虚像は、前記車両の走行予定経路に沿った走行を案内する画像であって、
   前記虚像生成手段は、前記車両の進行方向前方の地面上に前記虚像を生成することを特徴とする請求項４に記載の虚像表示装置。
6. 前記虚像位置移動手段によって前記虚像が生成される位置が地面より下方へと移動した後に、前記スクリーンに対して投射する前記映像のサイズを、前記虚像距離変更手段による移動後の前記虚像の生成位置に応じたサイズに変更するサイズ変更手段を有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の虚像表示装置。
7. 前記サイズ変更手段は、前記虚像位置移動手段によって前記虚像が生成される位置が地面より下方へと移動した後であって前記虚像距離変更手段による前記虚像が生成される位置の移動を行う前に、前記映像のサイズを変更することを特徴とする請求項６に記載の虚像表示装置。
8. 前記光路長変更手段は、前記スクリーンを前記光路に沿って移動させることにより前記スクリーンと前記凹面鏡との間の光路長を変更することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の虚像表示装置。
9. 前記虚像距離変更手段は、前記虚像が生成される位置を前記障害物よりも前記ユーザ側であって前記虚像の下端が地面上又は地面より上方となる位置まで移動させることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の虚像表示装置。

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