JP2016102967A - 虚像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザから生成される虚像までの距離について変位可能な構成を有する一方で、装置の大型化、複雑化、コスト上昇を招くことなく鮮明な虚像を生成可能とした虚像表示装置を提供する。【解決手段】プロジェクタ４から出力した映像をスクリーン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８を生成する。また、第１ミラー１１及び第２ミラー１２を光路２２に沿って移動させることによって、スクリーン５から凹面鏡１４までを結ぶ光路２２の光路長Ｘを変更可能に構成し、光路長Ｘの変更に基づいて乗員７から虚像８までの距離を変位させるように構成する。【選択図】図２

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、虚像表示装置によってより効果的な情報の提供を行う為には、虚像を生成する位置（より具体的には虚像を視認するユーザから虚像までの距離）を適切に設定することが重要である。そこで、例えば特開２００９−１５０９４７号公報では、プロジェクタからの映像を投射する対象となるスクリーンの位置を光路に沿って前後に移動可能に構成し、虚像を生成する位置を調整することが開示されている。また、特表２０１３−５３５７００号公報では、プロジェクタから投射される光を反射するミラーを配置し、ミラーの位置や角度を変更することによって、虚像を生成する位置を調整することが開示されている。

特開２００９−１５０９４７号公報（第５−６頁、図１） 特表２０１３−５３５７００号公報（第７−９頁、図６）

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、スクリーンを移動させることによってプロジェクタからスクリーンまでの距離が変位し、焦点のずれ等が生じて鮮明な映像が得られない問題があった。また、焦点を合わせる為には、レンズを駆動させる為の機構が別途必要となり、装置の大型化、複雑化、コスト上昇を招くこととなる。

一方、上記特許文献２に記載の技術では、ミラーの位置や角度を変えることによってコンバイナーに入射される光路の角度が変化してしまう問題があった。ここで、ＨＵＤにおいてユーザに適切に虚像を視認させる為には、予め決められた範囲内にユーザの両眼が位置する必要があった。即ち、ＨＵＤは、ＨＵＤ内部にあるスクリーンや液晶パネル等の表示手段に表示された映像を、フロントガラスやコンバイナー等に反射させてユーザに両眼に視認させる必要があるが、光路とユーザの眼の位置関係が厳密に対応してなければ表示手段に表示された映像をユーザの両眼に視認させることができなかった。従って、フロントガラスやコンバイナー等に入射される光路の角度が変化すると、光路とユーザの眼の位置関係にずれが生じ、ユーザに適切に虚像を視認させることができなくなる。

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、ユーザから生成される虚像までの距離について変位可能な構成を有する一方で、装置の大型化、複雑化、コスト上昇を招くことなく鮮明な虚像を生成可能と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、光源からの光を用いて映像を表示する映像表示面と、前記映像表示面に表示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投影鏡と、前記映像表示面と前記投影鏡とを結ぶ光路に沿って前記映像表示面と前記投影鏡との間に配置され、前記映像表示面から第１方向で入射する前記光路を、前記第１方向と異なる第２方向に変更する第１ミラーと、前記光路に沿って前記映像表示面と前記投影鏡との間に配置され、前記第１ミラーから前記第２方向で入射する前記光路を、前記第２方向と異なる第３方向に変更する第２ミラーと、前記第１ミラー及び前記第２ミラーを前記第１方向に沿って移動させる移動手段と、を有し、前記第１方向と前記第３方向は互いに平行とされるとともに、逆方向となることを特徴とする。
尚、「光路」とは、映像表示面における映像の表示に用いられる光源（例えばプロジェクタ、液晶パネルのバックライト、有機ＥＬディスプレイの発光素子等）から出力された光が通る経路をいう。例えば、映像表示面から凹面鏡までを結ぶ光路とは、光が映像表示面から凹面鏡に到達するまでの光の経路であり、基本的には映像表示面（特に映像が表示された位置）から凹面鏡までを直線で結ぶ経路となる。但し、映像表示面と凹面鏡の間に光を屈折したり反射することによって光の進行方向を変更する手段（例えばミラーやレンズ等）が配置されている場合には、該手段で所定角度に屈折又は反射された経路が該当する。

前記構成を有する本発明に係る虚像表示装置によれば、第１ミラー及び第２ミラーの位置を変位させることによって映像表示面から投影鏡までの光路長を変更し、ユーザから生成される虚像までの距離について任意に変更可能となる。一方で、レンズを駆動させる為の機構等の複雑な機構を必要とすることなく鮮明な虚像を生成可能であり、品質の向上とともに装置の小型化、コスト低下も実現可能となる。また、第１ミラー及び第２ミラーを移動させた場合でも、第１方向、第２方向及び第３方向が変位しない、即ちフロントガラスやコンバイナー等への光路の入射角度は変化しないので、光路とユーザの眼の位置関係にずれを生じさせることなく、ユーザに適切に虚像を視認させ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。 プロジェクタの構成を示した図である。 スクリーンを示した図である。 スクリーンの傾斜態様を示した図である。 第１ミラー及び第２ミラーを示した図である。 第１ミラー及び第２ミラーを移動させることによる光路表の変更態様を示した図である。 虚像の生成距離を説明した図である。 車両の乗員から視認される虚像を示した図である。 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。 第１ミラー及び第２ミラーが基準位置にある場合に虚像を生成可能な範囲を示した図である。 第１ミラー及び第２ミラーが基準位置にある場合に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。 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。 虚像の生成位置の変更前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。 第１ミラー及び第２ミラーがパネル表示位置にある場合に虚像を生成可能な範囲を示した図である。 第１ミラー及び第２ミラーがパネル表示位置にある場合に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。 本実施形態に係る交差点案内処理プログラムのフローチャートである。 虚像重畳エリアを示した図である。 道路距離の測定方法を示した図である。 車両が対象交差点に所定距離以内に接近した場合において乗員から視認できる虚像の一例を示した図である。 虚像として生成する矢印の傾斜角度の変位例を示した図である。 中心線を示した図である。 車両が対象交差点の近傍に到達した場合において乗員から視認できる虚像の一例を示した図である。 虚像として生成する矢印の向きの変位例を示した図である。 映像の投射位置と生成距離の制御方法について説明した図である。

以下、本発明に係る虚像表示装置について、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が備えるミラーや凹面鏡を介し、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で設定された案内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）、路面に表示する警告（追突注意、制限速度等）、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、凹面鏡やミラーを介することによって上下方向や左右方向が反転する場合がある。尚、本実施形態では後述のように凹面鏡と複数のミラーを介するが、ミラーの数を適正化することによりスクリーン５に投射された映像は、上下方向や左右方向が反転されることなく虚像８として視認されることとなる。また、フレネルレンズや凹面鏡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が備える凹面鏡やフレネルレンズの曲率、スクリーン５と凹面鏡との相対位置等によって適宜設定することが可能である。例えば、凹面鏡やフレネルレンズの曲率が固定であれば、スクリーン５において映像の表示された位置から凹面鏡までの光路に沿った距離によって生成距離Ｌが決定される。そして、本実施形態のＨＵＤ１では、後述のようにスクリーン５と凹面鏡との間で光路の方向を変更するミラーの位置を移動させたり、傾斜したスクリーン５に対して映像を投影する位置を変えることによってその距離を変更可能に構成する。その結果、生成距離Ｌを適宜変更可能となる。例えば生成距離Ｌを２．５ｍ〜４０ｍ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やルームミラーの裏側等にはフロントカメラ９が設置される。フロントカメラ９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９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。また、後述のようにフロントウィンドウ６越しに乗員７に視認される前方環境、即ち虚像８が重畳される背景について乗員７から背景上の各地点までの距離（道路距離）についても検出される。更に、ＨＵＤ１によって虚像８を生成可能な範囲と重畳して乗員７から視認される前方環境のエリア（以下、虚像重畳エリアという）についてもフロントカメラ９により撮像された撮像画像に基づいて検出される。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９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、第１ミラー１１と、第２ミラー１２と、反射ミラー１３と、凹面鏡１４と、カバーガラス１５と、制御回路部１６と、ＣＡＮインターフェース１７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１８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１８から出力されるレーザ光をＭＥＭＳミラー１９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、映像が投射される映像投射面として被投射エリア２１を有しており、光源１８からの光を用いてプロジェクタ４から投射された映像が表示される。即ち、スクリーン５が映像の表示される映像表示面に相当する。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、プロジェクタ４とスクリーン５の代わりに乗員７に視認させる映像を表示する手段として液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等を用いても良い。その場合には、液晶ディスプレイのバックライトや有機ＥＬディスプレイの発光素子が光源に相当し、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイにおいて映像の表示される面が液晶表示面に相当する。

また、スクリーン５は、スクリーン５と凹面鏡１４とを結ぶ光源１８の光路２２に対して傾斜するように配置されている。より具体的には、生成される虚像８の下端が上端よりもユーザ側に位置する方向、即ち、図５に示すようにスクリーン５の上端が光源１８（プロジェクタ４）側となる方向に傾斜して配置されている。尚、スクリーン５の傾斜角θ（光路２２に対して垂直な面からの傾斜で定義する）は、生成距離Ｌを変更可能とする範囲（例えば２．５ｍ〜４０ｍ）や生成される虚像８を傾斜させる角度に基づいて適宜設定される。例えば３度とする。

また、第１ミラー１１は、スクリーン５と凹面鏡１４とを結ぶ光路２２に沿ってスクリーン５と凹面鏡１４との間に配置され、スクリーン５から第１方向で入射する光路２２を、第１方向と異なる第２方向に変更する光の反射手段である。同じく第２ミラー１２は、スクリーン５と凹面鏡１４とを結ぶ光路２２に沿ってスクリーン５と凹面鏡１４との間に配置され、スクリーン５から第２方向で入射する光路２２を、第２方向と異なる第３方向に変更する光の反射手段である。特に本実施形態では、図６に示すように第１ミラー１１の反射面が第２ミラーの反射面となす角度が９０度で、更に、第１ミラー１１の反射面が第１方向となす角度が４５度、第２ミラー１２の反射面が第３方向となす角度が４５度となるように第１ミラー１１及び第２ミラー１２を配置する。即ち、本実施形態では特に第１方向と第３方向は互いに平行とされるとともに逆方向となるように構成する。

また、第１ミラー１１及び第２ミラー１２は、第１方向に沿って一体に移動可能に構成されている。具体的には、第１ミラー１１及び第２ミラー１２の背面側にあるミラー駆動モータ２３を駆動させることによって、図６に示すように第１ミラー１１及び第２ミラー１２を第１方向と平行な方向に対して前後方向に移動させることが可能となる。

そして、第１ミラー１１及び第２ミラー１２を移動させることによって、スクリーン５から凹面鏡１４までを結ぶ光路２２の光路長Ｘが変更されることとなる。具体的には図７に示すように第１ミラー１１及び第２ミラー１２を、スクリーン５に近づく方向へと移動させると光路長Ｘが短くなる。一方で、第１ミラー１１及び第２ミラー１２を、スクリーン５から遠ざかる方向へと移動させると光路長Ｘが長くなる。具体的には光路長Ｘは、第１ミラー１１及び第２ミラー１２の移動量の倍の距離を変位することとなる。即ち、第１ミラー１１及び第２ミラー１２をスクリーン５に近づく方向へと５ｍｍ移動させれば光路長Ｘは１ｃｍ短くなり、第１ミラー１１及び第２ミラー１２をスクリーン５から遠ざかる方向へと３ｍｍ移動させれば光路長Ｘは６ｍｍ長くなる。そして、光路長Ｘを変更させた結果、後述のように乗員７から虚像８までの距離である生成距離Ｌの長短を変更することが可能となる。

尚、本実施形態では図６に示すように第１方向と第３方向が互いに平行で逆方向となるように構成しているが、必ずしも第１方向と第３方向が互いに平行で逆方向となるように構成する必要はない。具体的には、第１方向と第３方向が９０度以上異なる方向となるように第１ミラー１１及び第２ミラー１２を配置すれば、第１ミラー１１及び第２ミラー１２を移動させることによって、スクリーン５から凹面鏡１４までを結ぶ光路２２の光路長Ｘを変更することが可能である。

また、本実施形態では第１ミラー１１及び第２ミラー１２を第１方向に平行な方向へ移動させる構成としているが、必ずしも第１方向と平行な方向に移動させる必要はなく、第１方向と所定角度（例えば５度や１０度）異なる方向に移動させる構成としても良い。その場合であっても、第１ミラー１１及び第２ミラー１２を移動させることによって、スクリーン５から凹面鏡１４までを結ぶ光路２２の光路長Ｘを変更することが可能であり、本願の目的を達する。

また、ミラー駆動モータ２３はステッピングモータからなる。そして、ＨＵＤ１は、制御回路部１６から送信されるパルス信号に基づいてミラー駆動モータ２３を制御し、第１ミラー１１及び第２ミラー１２の光路２２に沿った位置を適切に位置決めすることが可能となる。

そして、上述のように光路２２に対して傾斜するようにスクリーン５を配置し、且つ第１ミラー１１及び第２ミラー１２の位置を移動可能に構成した本実施形態のＨＵＤ１では、スクリーン５に対して投射される映像２６の位置を変更することや、第１ミラー１１及び第２ミラー１２を移動させることによって、図８に示すようにスクリーン５に投射された映像２６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）や虚像８の傾斜角を変更することが可能である。

ここで、生成距離Ｌや虚像８の傾斜角は、スクリーン５から凹面鏡１４までを結ぶ光路２２の光路長Ｘとスクリーン５において映像２６が表示される位置、より具体的にはスクリーン５において映像２６の表示された位置から凹面鏡までの光路２２に沿った距離に依存する。従って、本実施形態では、第１ミラー１１及び第２ミラー１２の位置を移動させたり、傾斜したスクリーン５に対して映像２６を投影する位置を変えることによって生成距離Ｌや虚像８の傾斜角を変更することが可能である。具体的には、スクリーン５に投射する映像２６の位置を上方に移動させたり、第１ミラー１１及び第２ミラー１２をスクリーン５から遠ざかる方向へと移動させると、スクリーン５において映像２６の表示された位置から凹面鏡までの光路２２に沿った距離が長くなり、その結果、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）。また、第１ミラー１１及び第２ミラー１２をスクリーン５から遠ざかる方向へと移動させると、地表面に対する虚像８の傾斜の角度φは小さくなる（即ち、より地表面に平行に近い虚像８となる）。一方で、スクリーン５に投射する映像２６の位置を下方に移動させたり、第１ミラー１１及び第２ミラー１２をスクリーン５に近づく方向へと移動させると、スクリーン５において映像２６の表示された位置から凹面鏡１４までの光路２２に沿った距離が短くなり、その結果、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）。また、第１ミラー１１及び第２ミラー１２をスクリーン５に近づく方向へと移動させると、地表面に対する虚像８の傾斜の角度φは大きくなる（即ち、より地表面に垂直に近い虚像８となる）。

従って、ＨＵＤ１は、虚像８を生成する位置（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）を決定すると、決定された生成距離Ｌに対応する位置に虚像８を生成する為の光路長Ｘ（即ち、第１ミラー１１及び第２ミラー１２の位置）やスクリーン５に対して映像２６を投射する位置を決定し、その後に決定された光路長Ｘとなるように第１ミラー１１及び第２ミラー１２を移動させ、更にスクリーン５に対して映像２６を投射する位置も制御するように構成する。より具体的には、先ず第１ミラー１１及び第２ミラー１２の位置を決定することによって生成距離Ｌを変更可能な下限値と上限値が設定され、その後にスクリーン５に対して映像２６を投射する位置を適宜変更することによって、設定された下限値から上限値までの範囲内で生成距離Ｌを変更可能に構成する。

尚、生成距離Ｌは、上述したようにスクリーン５において映像２６の表示された位置から凹面鏡までの光路２２に沿った距離に依存するので、特にスクリーン５に対して表示する映像２６の位置が、凹面鏡１４からの距離が変わる方向（即ちスクリーン５の短辺方向）に変位した場合に変位する。また、映像２６の表示位置の変位量に対する生成距離Ｌの変位量は、映像２６が表示される位置から凹面鏡１４までの距離で異なる。即ち、映像２６が表示される位置が凹面鏡１４から遠い（即ちスクリーン５の上方）ほど、映像２６の表示位置の変位量に対する生成距離Ｌの変位量は大きくなる。即ち、スクリーン５の下方では、映像２６の表示位置を変位させても生成距離Ｌは大きく変わらないが、スクリーン５の上方では、映像２６の表示位置をわずかに変位させた場合でも、生成距離Ｌが大きく変位することとなる。

また、生成距離Ｌを変更することが可能な範囲や虚像８の傾斜角度φを変更することが可能な範囲は、スクリーン５の傾斜角度θや第１ミラー１１及び第２ミラー１２を移動可能な範囲によって決定される。特に本実施形態では、第１ミラー１１及び第２ミラー１２を最もスクリーン５側に移動させた状態では、傾斜角度φは９０度に極めて近い角度であって、映像２６の投射する位置に関わらず生成距離Ｌがほぼ２．５ｍとなるように設計する。一方、第１ミラー１１及び第２ミラー１２を最もスクリーン５から離れた位置に移動させた状態では、傾斜角度φは０度に近い角度であって、被投射エリア２１の最も下方に投射された映像２６の虚像８の下端の生成距離Ｌが１５ｍであり、被投射エリア２１の最も上方に投射された映像２６の虚像８の上端の生成距離Ｌが４０ｍとなるように設計する。即ち、被投射エリア２１の下端から上端までに跨る映像２６を表示すると、乗員７からの距離が１５ｍから４０ｍの区間に跨る虚像８が生成されることとなる。

ここで、スクリーン５に対して投射された映像２６は、凹面鏡１４によって反射されるが、第１ミラー１１、第２ミラー１２、反射ミラー１３においても反射されるので、生成される虚像８はスクリーン５に対して投射された映像と上下左右は反転しない像となる。即ち、スクリーン５の上方に投射された映像２６ほど、その映像２６に基づいて生成される虚像８も乗員７から鉛直方向上側に視認され、スクリーン５の下方に投射された映像２６ほど、その映像２６に基づいて生成される虚像８も乗員７から鉛直方向下側に視認される。従って、乗員７から遠くの位置に生成される虚像８ほど乗員７からは上方に視認できる。ここで、車両の乗員７がフロントウィンドウ６越しに前方環境を視認する場合には、基本的に遠くに位置するものほど上方に見える。従って、スクリーン５を傾斜させることによって視認できる前方環境と虚像８とを対応させ、虚像８と前方環境との重畳表示を見やすくすることが可能となる。

また、生成距離Ｌが長い虚像８ほど傾斜角φは小さくなるので、例えば車両の進行方向を案内する矢印や路面に表示する警告等の周辺環境に重畳させて乗員７に視認させることにより案内を行う虚像８を生成する場合には、生成距離Ｌを長く設定する（例えば２０ｍとする）ことによって、虚像８をできる限り路面（地表面）に沿って生成する。その結果、生成された虚像８を周辺環境に適切に重畳させることが可能となる。一方で、例えば車両の現在車速やＴＶ画面、地図画像等の周辺環境に重畳させずに乗員７に視認させることにより案内を行う虚像８を生成する場合には、生成距離Ｌを短く設定する（例えば２．５ｍとする）ことによって、虚像８を路面（地表面）に対してできる限り垂直に生成する。その結果、ユーザに見易い虚像８を生成することが可能となる。

一方、反射ミラー１３は、図２に示すように第１ミラー１１及び第２ミラー１２によって反射された光源１８からの光を、凹面鏡１４の方向に更に反射することによってＨＵＤ１内で光路２２を変更する光の反射手段である。

また、凹面鏡１４は、スクリーン５に表示された映像を拡大して反射させて乗員７に視認させることによって、乗員７の前方に映像の虚像８（図１参照）を生成する投影鏡である。尚、凹面鏡１４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。

また、カバーガラス１５は、ＨＵＤ１の上面に配置された透過性の板状部材である。そして、スクリーン５に表示された映像は凹面鏡１４によって反射され、カバーガラス１５を介して乗員７に視認させる。尚、カバーガラス１５としてはフレネルレンズを用いても良い。また、カバーガラス１５としてフレネルレンズを用いる場合には、凹面鏡１４の代わりに平面の鏡を用いることも可能である。

また、制御回路部１６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１０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１０に示すように制御回路部１６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１１参照）や交差点案内処理プログラム（図１９参照）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１６は、プロジェクタ４、ミラー駆動モータ２３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１７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１１に基づき説明する。図１１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１１及び図１９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、第１ミラー１１及び第２ミラー１２の位置を“基準位置”に設定する。ここで、“基準位置”は、被投射エリア２１の最も下方に投射された映像２６に基づいて生成される虚像８の下端の生成距離Ｌ（即ち被投射エリア２１内の映像２６の表示位置に基づく生成距離Ｌの変更可能範囲の下限）が１５ｍとなる光路長Ｘを実現する位置とする。例えば最もスクリーン５から離れた位置が“基準位置”となる。

尚、前述したように乗員７から離れた位置に生成される虚像８は路面に対して平行となる方向に傾斜される。従って、第１ミラー１１及び第２ミラー１２の位置を“基準位置”に設定した場合には、被投射エリア２１の最も上方に投射された映像２６に基づいて生成される虚像８の上端の生成距離Ｌ（即ち被投射エリア２１内の映像２６の表示位置に基づく生成距離Ｌの変更可能範囲の上限）は、４０ｍとなる。即ち、被投射エリア２１の下端から上端までに跨る映像２６を表示すると、図１２に示すように乗員７からの距離が１５ｍから４０ｍの区間に跨る虚像８が生成されることとなる。

尚、第１ミラー１１及び第２ミラー１２の現在位置が、“基準位置（例えば最もスクリーン５から離れた位置）”に配置されていない場合には、ミラー駆動モータ２３を駆動させて、虚像８の生成距離Ｌが“基準距離”となる位置へと第１ミラー１１及び第２ミラー１２を移動させる。また、本実施形態では“基準位置”を生成距離Ｌの変更可能範囲の下限が１５ｍとなる位置としているが、１５ｍ以外（例えば１０ｍや２０ｍ）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）、路面に表示する警告（追突注意、制限速度等）、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、生成される虚像８を周辺環境に重畳させて乗員７に視認させることにより案内を行う虚像８（第１の虚像）を生成する為の映像を出力する。具体的には、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１３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。また、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。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、後述のように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（図１９参照）。その結果、乗員７から１５ｍ〜４０ｍ前方のいずれか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。尚、１５ｍ〜４０ｍの範囲内のどの位置に虚像８を生成するかについては、被投射エリア２１に対して映像２６を投射する位置に基づいて詳細に設定することが可能である。基本的には、乗員から虚像８の下端までの距離が２０ｍとなる位置に映像２６を投射する。但し、後述のように車両の進行方向前方に障害物が存在する場合には、乗員から虚像８の下端までの距離が２０ｍよりも短い距離（例えば１５ｍ）となるように映像２６の投射位置を変更する（Ｓ７）ように構成する。

また、前記Ｓ２でスクリーン５に投射した映像に基づいて生成される虚像８は、路面に対して平行となる方向に傾斜して生成されるので、生成された虚像８を周辺環境（即ち路面）に適切に重畳させることが可能となる。尚、特に右左折を示す矢印の虚像８を生成する場合には、後述のように右左折の対象となる案内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案内交差点までの距離を算出し、生成距離Ｌ（特に矢印の先端位置までの距離）が算出された距離となるように映像２６の投射位置を変更するように構成する。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案内交差点までの距離が変化すれば、それに伴って映像２６の投射位置も変更される。それによって、右左折の対象となる案内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、案内交差点が接近した場合における矢印の虚像８の表示態様については後述する。

続いて、Ｓ３においてＣＰＵ３１は、フロントカメラ９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１４に示すように障害物（図１４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、例えば車両から虚像８の生成位置までを結ぶ直線を設定し、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（第１の虚像の生成）を継続しつつＳ３へと戻る。

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９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、現在の生成距離Ｌの変更可能範囲の下限（即ち１５ｍ）とを比較し、距離Ｒが生成距離Ｌよりも長いか否か、即ち障害物の位置が虚像８を生成可能な範囲と乗員７の間にあるか否か判定する。

そして、距離Ｒが現在の生成距離Ｌの変更可能範囲の下限よりも長い、即ち障害物の位置が虚像８を生成可能な範囲と乗員７の間にないと判定された場合（Ｓ６：ＹＥＳ）には、仮に障害物が虚像８の方向へと移動したとしても、少なくとも映像２６の投射位置を変更すれば乗員７から障害物が虚像８と重複して視認されることを回避でき、虚像８を明確に視認させることができると推定する。従って、虚像８による案内態様を変更することなくＳ７へと移行する。

一方、距離Ｒが現在の生成距離Ｌの変更可能範囲の下限と同距離又は短い、即ち障害物の位置が虚像８を生成可能な範囲と乗員７の間にあると判定された場合（Ｓ６：ＮＯ）には、仮に障害物が虚像８の方向へと移動すると、映像２６の投射位置をどのように変更しても乗員７から障害物が虚像８と重複して視認される虞があり、その結果、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による案内態様を変更する為にＳ９へと移行する。

Ｓ７においてＣＰＵ３１は、スクリーン５に対して映像２６を投射する位置を変更することによって、生成距離Ｌが車両から割り込みを行った障害物までの距離Ｒよりも短い距離となるようにする。具体的には、図１５に示すように、スクリーン５に対して投射する映像２６の位置を、下方へと移動させる。その結果、スクリーン５において映像２６の表示された位置から凹面鏡までの光路２２に沿った距離が短くなり、映像２６に基づいて生成される虚像８の位置は、乗員７からより近くに視認されるようになる。従って、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、図１６に示すように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Ｓ７において映像２６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。従って、ＣＰＵ３１は、先ず障害物と虚像８とが光路上で重複しなくなる条件を満たす最長の生成距離Ｌ（例えばＲ−１ｍ）を特定し、その生成距離Ｌを実現する為の映像２６の表示位置を決定し、その後に決定された表示位置に映像２６が表示されるようにプロジェクタ４の投射を制御する。尚、生成距離Ｌとスクリーン５における映像２６の表示位置との対応関係は、予めテーブル等で規定し、フラッシュメモリ３４等に記憶する構成とする。

続いて、Ｓ８において、ＣＰＵ３１はスクリーン５に対して投射する映像２６のサイズを、前記Ｓ７で変更された虚像の生成距離Ｌ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Ｓ７では生成距離Ｌをより短い距離へと変更するので、Ｓ８では図１５及び図１６に示すように映像２６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２６のサイズの変更は、投射位置を変更した後に行う構成としているが、投射位置の変更と同時に行う構成としても良いし、投射位置の変更をする前に行う構成としても良い。その後、Ｓ３へと戻る。

一方、Ｓ９においてＣＰＵ３１は、ミラー駆動モータ２３を駆動させて、第１ミラー１１及び第２ミラー１２の位置を“基準位置”から“パネル表示位置”に変更する。ここで、“パネル表示位置”は、被投射エリア２１の最も下方に投射された映像２６に基づいて生成される虚像８の下端の生成距離Ｌ（即ち被投射エリア２１内の映像２６の位置に基づく生成距離Ｌの変更可能範囲の下限）が２．５ｍとなる光路長Ｘを実現する位置とする。例えば最もスクリーン５に近づく位置が“パネル表示位置”となる。

尚、前述したように乗員７から接近した位置に生成される虚像８は路面に対してほぼ垂直となる。従って、第１ミラー１１及び第２ミラー１２の位置を“パネル表示位置”に変更した場合には、被投射エリア２１の最も上方に投射された映像２６に基づいて生成される虚像８の上端の生成距離Ｌ（即ち被投射エリア２１内の映像２６の位置に基づく生成距離Ｌの変更可能範囲の上限）についても２．５ｍ（より正確には２．５ｍわずかに長い距離）となる。即ち、被投射エリア２１の下端から上端までに跨る映像２６を表示すると、図１７に示すように乗員７からの距離が２．５ｍの位置に路面に対してほぼ垂直な虚像８が生成されることとなる。

尚、前記Ｓ９におけるミラー駆動モータ２３の駆動は、フラッシュメモリ３４から読み出した位置設定テーブルを用いて行う。ここで、位置設定テーブルは、設定可能な生成距離Ｌの変更可能範囲の下限毎（本実施形態では２．５ｍ（パネル表示位置）と１５ｍ（基準位置）の２種類）に対応付けて、第１ミラー１１及び第２ミラー１２の位置（即ち光路長Ｘ）が規定されている。そして、ＣＰＵ３１は、位置設定テーブルに基づいて第１ミラー１１及び第２ミラー１２を“基準位置”から“パネル表示位置”へ移動させるのに必要なミラー駆動モータ２３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ミラー駆動モータ２３を駆動させる為のパルス信号をミラー駆動モータ２３へと送信する。そして、パルス信号を受信したミラー駆動モータ２３は、受信したパルス信号に基づいて駆動を行う。その結果、第１ミラー１１及び第２ミラー１２は“基準位置”から“パネル表示位置”へと移動することとなる。また、本実施形態では“パネル表示位置”を生成距離Ｌの変更可能範囲の下限が２．５ｍとなる位置としているが、２．５ｍ以外（例えば３ｍや５ｍ）としても良い。

次に、Ｓ１０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により投射される映像の内容を変更する。具体的には、周辺環境に重畳させて乗員７に視認させることにより案内を行う虚像８（第１の虚像）を生成する為の映像から、周辺環境に重畳させずに乗員７に視認させることにより案内を行う虚像８（第２の虚像）を生成する為の映像へと切り替える。本実施形態では、周辺環境に重畳させずに乗員７に視認させることにより案内を行う虚像８として、特に車両周辺の地図情報及びナビゲーション装置４８で設定された案内経路や案内経路に基づく案内情報を出力する構成とする。

その結果、図１８に示すように障害物が虚像８に接近した場合であっても、虚像８を生成する位置は自車両の先端に近い２．５ｍ先の位置となるので、障害物５１と虚像８とが光路上で重複することがない。また、虚像をできる限り路面に対して垂直方向に生成するので、乗員７に視認し易い虚像８となる。尚、その後に障害物が車両の進行方向前方から移動した場合には、第１ミラー１１及び第２ミラー１２の位置を再び基準位置に戻し、投射する映像の内容もＳ２の内容に戻すように構成することが望ましい。

続いて、ＨＵＤ１においてＣＰＵ３１が実行する交差点案内処理プログラムについて図１９に基づき説明する。図１９は本実施形態に係る交差点案内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、案内交差点を案内する虚像８を生成するプログラムである。

尚、以下の説明では、前述した虚像生成処理プログラム（図１１）において第１ミラー１１及び第２ミラー１２の位置が“基準位置”に設定されており、且つ乗員から２０ｍ離れた位置に、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が表示されていることを前提として説明する。

先ず、Ｓ２１においてＣＰＵ３１は、ＣＡＮを介してナビゲーション装置４８から車両の現在位置の検出結果に基づいて取得する。尚、車両の現在位置は、高精度ロケーション技術を用いて詳細に特定することが望ましい。ここで、高精度ロケーション技術とは、車両後方のカメラから取り込んだ白線や路面ペイント情報を画像認識により検出し、更に、白線や路面ペイント情報を予め記憶した地図情報ＤＢと照合することにより、走行車線や高精度な車両位置を検出可能にする技術である。尚、高精度ロケーション技術の詳細については既に公知であるので省略する。

続いて、Ｓ２２においてＣＰＵ３１は、車両の進行方向前方の所定距離以内（例えば１ｋｍ以内）に対象交差点があるか否か判定する。ここで、本実施形態では“対象交差点”は、ナビゲーション装置４８により走行案内を行う場合に案内対象となる交差点（案内対象交差点）とする。より具体的には、車両が走行予定経路に沿って走行する場合に、車両が道なり方向以外に通過する交差点、車両が右左折する交差点、車両方位が所定角度以上（例えば３０度）変位する交差点等が該当する。従って、前記Ｓ２２においてＣＰＵ３１は、ＣＡＮを介してナビゲーション装置４８から車両の走行予定経路、即ちナビゲーション装置４８で現在設定されている案内経路を取得する。そして、取得した走行予定経路に含まれる対象交差点を特定した後に前記Ｓ２１で取得した車両の現在位置とを比較し、車両の進行方向前方の所定距離以内（例えば１ｋｍ以内）に対象交差点があるか否か判定する。

そして、車両の進行方向前方の所定距離以内に対象交差点があると判定された場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）には、Ｓ２３へと移行する。それに対して、車両の進行方向前方の所定距離以内に対象交差点が無いと判定された場合（Ｓ２２：ＮＯ）には、Ｓ２１へと戻る。

Ｓ２３においてＣＰＵ３１は、図２０に示すようにフロントカメラ９により撮像された撮像画像とＨＵＤ１の各種設計値に基づいて、ＨＵＤ１によって虚像８を生成可能な範囲と重畳して乗員７から視認される前方環境のエリア（虚像重畳エリア５５）を特定する。

続いて、Ｓ２４においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ２３で特定された虚像重畳エリア５５から対象交差点までの距離Ｙを算出する。より具体的には、図２０に示すように虚像重畳エリア５５の上端から対象交差点５６の下端までの距離を距離Ｙとして算出する。

以下に、前記Ｓ２４の虚像重畳エリア５５から対象交差点５６までの距離Ｙの算出方法の詳細について説明する。
先ずＣＰＵ３１は、フロントカメラ９で撮像した撮像画像に基づいて道路距離の測定を行う。尚、“道路距離”は、フロントウィンドウ６越しに乗員７に視認される前方環境、即ち虚像８が重畳される背景中の各地点について乗員７からの距離を示したものである。その結果、図２１に示すようにフロントウィンドウ６越しに乗員７に視認される前方環境の各地点が乗員７からどの程度離れた地点であるのかを特定することが可能となる。次に、ＣＰＵ３１は、測定された道路距離に基づいて、乗員７から虚像重畳エリア５５の上端までの距離Ｙ１と、乗員７から対象交差点５６の下端までの距離Ｙ２をそれぞれ特定し、その差分（Ｙ２−Ｙ１）を距離Ｙとして算出する。尚、“道路距離”を用いずに前記Ｓ２１で検出された車両の現在位置と地図情報に基づいて算出する構成としても良い。

次に、Ｓ２５においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ２４で算出された虚像重畳エリア５５から対象交差点までの距離Ｙが０以下となったか否か、即ち、虚像重畳エリア５５の少なくとも一部が対象交差点に進入したか否かを判定する。

そして、前記Ｓ２４で算出された虚像重畳エリア５５から対象交差点５６までの距離Ｙが０以下となった、即ち、虚像重畳エリア５５の少なくとも一部が対象交差点５６に進入したと判定された場合（Ｓ２５：ＹＥＳ）には、Ｓ２７へと移行する。それに対して、前記Ｓ６で算出された虚像重畳エリア５５から対象交差点５６までの距離Ｙが０以下でない、即ち、虚像重畳エリア５５が対象交差点５６に進入していないと判定された場合（Ｓ２５：ＮＯ）には、Ｓ２６へと移行する。

Ｓ２６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による投射する映像を補正する。具体的には、対象交差点５６における車両の通過方向側に傾斜した矢印の虚像８となるように補正する。尚、矢印の向きについては車両が現在走行する道路における車両の進行方向（例えば直進方向）に固定し、対象交差点の通過方向側に回転させることはない。その結果、図２２に示すように対象交差点５６における車両の通過方向側（図２２に示す例では右方向とする）に傾斜した矢印の虚像８が生成されることとなり、乗員７は虚像８を視認することによって次の対象交差点での通過方向を事前に把握することが可能である。

また、本実施形態では虚像重畳エリア５５から対象交差点５６までの距離Ｙが短くなる程、傾斜角度が大きい矢印の虚像を生成する。具体的には、図２３に示すように距離Ｙが３００ｍ以下となるまでは矢印を水平方向とし、３００ｍ以下となった後に１０ｍ短くなるごとに矢印の水平方向からの傾斜角度αを２度ずつ対象交差点５６における車両の通過方向側に大きくする構成とする。そして、虚像重畳エリア５５から対象交差点５６までの距離Ｙが０となった時点では、車両の通過方向に６０度傾斜した矢印の虚像８が生成されることとなる。その結果、乗員７は虚像８として生成される矢印の傾斜角度から次の対象交差点までの距離についても把握することが可能である。その後、Ｓ２１へと戻る。尚、図２３に示す例では、矢印の傾斜を開始するタイミングを距離Ｙが３００ｍ以下となるタイミングとしているが、そのタイミングは適宜変更することが可能である。例えば距離Ｙが５００ｍ以下となるタイミングとしても良い。

一方、Ｓ２７においてＣＰＵ３１は、車両が対象交差点を通過した後に走行する車線の中心を通過し且つ該車線と平行な直線（以下、中心線という）を特定する。例えば、図２４に示すように車両２の走行予定経路が対象交差点５６を右折する経路である場合には、車両が右折後に進入する車線５７の中心を通過し、車線５７と平行な線が中心線５８として特定される。

次に、Ｓ２８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による投射する映像を補正する。具体的には、対象交差点５６における車両の通過方向側に更に傾斜させるとともに、前記Ｓ２６では固定していた矢印の向きについても車両の現在の進行方向（例えば直進方向）から対象交差点における車両の通過方向を向くように段階的に回転させるように補正する。その結果、図２５に示すように対象交差点５６における車両の通過方向側（図２５に示す例では右方向とする）に傾斜し、且つ通過方向を向いた矢印の虚像８が対象交差点５６に重畳して生成されることとなり、乗員７は虚像８を視認することによって対象交差点の位置と対象交差点での通過方向を正確に把握することが可能である。

また、本実施形態では虚像重畳エリア５５の内、特に虚像８と重畳して視認される地点（具体的には虚像重畳エリア５５の上端から矢印の幅の１／２だけ下方の地点とする）が、前記Ｓ２７で特定された中心線に到達するまでに、矢印の向きの変更を完了するように構成する。更に、矢印の向きの変更が完了するのと同時に、矢印の傾斜角度の変更も完了するように構成する。具体的には、図２６に示すように虚像重畳エリア５５の少なくとも一部が対象交差点に進入した時点から車両の走行に伴って傾斜角度αを６０度から段階的に９０度まで変位させる。特に、虚像８と重畳して視認される地点が前記Ｓ２７で特定された中心線に到達する時点で傾斜角度αが９０度となるようにする。一方、矢印の回転角度βについても虚像重畳エリア５５の少なくとも一部が対象交差点に進入した時点から車両の走行に伴って段階的に９０度（対象交差点５６における車両の通過方向）まで変位させる。そして、虚像８と重畳して視認される地点が前記Ｓ２７で特定された中心線に到達する時点で矢印の回転角度βが９０度となるようにする。その結果、車両の走行に伴って矢印の虚像８の向きを、車両の現在の進行方向から対象交差点における車両の通過方向へと違和感なく変位させることが可能である。その後、Ｓ２９へと移行する。

Ｓ２９においてＣＰＵ３１は、虚像重畳エリア５５の内、特に虚像８と重畳して視認される地点（具体的には虚像重畳エリア５５の上端から矢印の幅の１／２だけ下方の地点とする）が、前記Ｓ２７で特定された中心線に到達したか否か、即ち生成される虚像８の矢印の向きの対象交差点５６における車両の通過方向への変更が完了したか否か判定する。尚、前記Ｓ２９の判定はフロントカメラ９により撮像された撮像画像や前記Ｓ２４で測定された“道路距離”を用いて行う。

そして、虚像重畳エリア５５の内、特に虚像８と重畳して視認される地点が、前記Ｓ２７で特定された中心線に到達した、即ち生成される虚像８の矢印の向きの対象交差点５６における車両の通過方向への変更が完了したと判定された場合（Ｓ２９：ＹＥＳ）には、Ｓ３０へと移行する。それに対して、虚像重畳エリア５５の内、特に虚像８と重畳して視認される地点が、前記Ｓ２７で特定された中心線に到達していない、即ち生成される虚像８の矢印の向きの対象交差点５６における車両の通過方向への変更が完了していないと判定された場合（Ｓ２９：ＮＯ）にはＳ２８へと戻り、映像の補正を継続して行う。

Ｓ３０においてＣＰＵ３１は、虚像重畳エリア５５の内、虚像８と重畳して視認される地点（特に矢印の先端と重畳して視認される地点）が、前記Ｓ２７で特定された中心線上に維持されるようにスクリーン５に対する映像の投射位置（即ち生成距離Ｌ）を制御する。

具体的には、図２７に示すように、スクリーン５に対して投射する映像２６の位置を、車両が対象交差点へ接近するのに伴って徐々に下方へと移動させる。尚、前述したようにスクリーン５は光路２２に対して傾斜して配置されている（図８参照）ので、スクリーン５に対して投射する映像２６の位置が下方に移動すると、乗員７から虚像８までの距離である生成距離Ｌは徐々に短くなる。従って、ＣＰＵ３１は、乗員７から中心線までの距離が乗員から矢印の先端までの距離と同距離となるように映像２６の投射位置を制御する。その結果、車両が対象交差点へと接近した場合であっても乗員７からは、虚像８の矢印の先端と重畳して視認される地点が中心線上に維持され、対象交差点を正確に特定することが可能となる。

次に、Ｓ１３においてＣＰＵ３１は、車両が旋回を開始するか、或いは虚像重畳エリア５５の下端が中心線より上方に移動したか否かを判定する。

そして、車両が旋回を開始した、或いは虚像重畳エリア５５の下端が中心線より上方に移動したと判定された場合（Ｓ３１：ＹＥＳ）には、当該交差点案内処理プログラムを終了する。その後、矢印の虚像８は一旦消去された後に、図１３に示すように車両から基準距離前方の位置に、対象交差点通過後に車両が走行する道路における車両の進行方向（カーブ形状の道路を除けば基本的には直進方向）を示す矢印の虚像８が再度生成されることとなる。

一方、車両が旋回を開始しておらず、且つ虚像重畳エリア５５の下端が中心線より上方にも位置しないと判定された場合（Ｓ３１：ＮＯ）にはＳ３０へと戻り、映像の補正を継続して行う。

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、第１ミラー１１及び第２ミラー１２を光路２２に沿って移動させることによって、スクリーン５から凹面鏡１４までを結ぶ光路２２の光路長Ｘを変更可能に構成し、光路長Ｘの変更に基づいて乗員７から虚像８までの距離を変位させる。その結果、乗員７から生成される虚像８までの距離について任意に変更可能となる一方で、レンズを駆動させる為の機構等の複雑な機構を必要とすることなく鮮明な虚像８を生成可能であり、品質の向上とともに装置の小型化、コスト低下も実現可能となる。また、第１ミラー１１及び第２ミラー１２を移動させた場合でも、第１方向、第２方向及び第３方向が変位しない、即ちフロントウィンドウ６への光路２２の入射角度は変化しないので、光路２２と乗員７の眼の位置関係にずれを生じさせることなく、乗員７に適切に虚像８を視認させ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、本実施形態では車両の前方に障害物が割り込んだ場合であって、且つ障害物の位置が虚像８を生成可能な範囲と乗員７の間にあると判定された場合（Ｓ６：ＮＯ）に、第１ミラー１１及び第２ミラー１２の位置を“基準位置”から“パネル表示位置”に移動させる（Ｓ９）構成としているが、車両が停車したことを検出した場合に、第１ミラー１１及び第２ミラー１２の位置を“基準位置”から“パネル表示位置”に移動させる構成としても良い。尚、車両が停車されたことの検出は、例えば車両２に設置された車速センサにより行う。

また、本実施形態では第１ミラー１１及び第２ミラー１２を光路に沿って一体に移動させることによって、スクリーン５から凹面鏡１４までを結ぶ光路２２の光路長Ｘを変更する構成としているが、第１ミラー１１や第２ミラー１２は固定とし、スクリーン５や凹面鏡１４を光路に沿って移動させることによって、光路長Ｘを変更する構成としても良い。また、第１ミラー１１と第２ミラー１２は一体で移動可能な構成であれば、別々の駆動源で駆動させる構成としても良い。

また、本実施形態では第１ミラー１１及び第２ミラー１２を第１方向に平行な方向へ移動させる構成としているが、必ずしも第１方向と平行な方向に移動させる必要はなく、第１方向と所定角度（例えば５度や１０度）異なる方向に移動させる構成としても良い。その場合であっても、第１ミラー１１及び第２ミラー１２を移動させることによって、スクリーン５から凹面鏡１４までを結ぶ光路２２の光路長Ｘを変更することが可能であり、本願の目的を達する。

また、本実施形態では第１ミラー１１及び第２ミラー１２が基準位置にある場合には、周辺環境に重畳させて乗員７に視認させることにより案内を行う虚像８として、車両の進行方向を示す矢印を生成する構成としているが、障害物（他車両や歩行者）に対する警告、路面に表示する警告（追突注意、制限速度等）等を虚像８として生成する構成としても良い。

一方、本実施形態では第１ミラー１１及び第２ミラー１２がパネル表示位置にある場合には、周辺環境に重畳させずに乗員７に視認させることにより案内を行う虚像８として、車両周辺の地図情報及びナビゲーション装置４８で設定された案内経路や案内経路に基づく案内情報を生成する構成としているが、現在車速、案内標識、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。

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、プロジェクタ４とスクリーン５の代わりに乗員７に視認させる映像を表示する手段として液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等を用いても良い。

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。
光源からの光を用いて映像を表示する映像表示面と、前記映像表示面に表示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投影鏡と、前記映像表示面と前記投影鏡とを結ぶ光路に沿って前記映像表示面と前記投影鏡との間に配置され、前記映像表示面から第１方向で入射する前記光路を、前記第１方向と異なる第２方向に変更する第１ミラーと、前記光路に沿って前記映像表示面と前記投影鏡との間に配置され、前記第１ミラーから前記第２方向で入射する前記光路を、前記第２方向と異なる第３方向に変更する第２ミラーと、前記第１ミラー及び前記第２ミラーを前記第１方向に沿って移動させる移動手段と、を有し、前記第１方向と前記第３方向は互いに平行とされるとともに、逆方向とな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、第１ミラー及び第２ミラーの位置を変位させることによって映像表示面から投影鏡までの光路長を変更し、ユーザから生成される虚像までの距離について任意に変更可能となる。一方で、レンズを駆動させる為の機構等の複雑な機構を必要とすることなく鮮明な虚像を生成可能であり、品質の向上とともに装置の小型化、コスト低下も実現可能となる。また、第１ミラー及び第２ミラーを移動させた場合でも、第１方向、第２方向及び第３方向が変位しない、即ちフロントガラスやコンバイナー等への光路の入射角度は変化しないので、光路とユーザの眼の位置関係にずれを生じさせることなく、ユーザに適切に虚像を視認させることが可能となる。また、第１ミラー及び第２ミラーの位置を変位させることによって、映像表示面から投影鏡までの光路長をユーザの任意の距離だけ正確に増減させることが可能である。具体的には、光路長を、第１ミラー及び第２ミラーの移動距離に対して倍の距離だけ変位させ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。
前記ユーザから前記虚像までの距離である生成距離を決定する生成距離決定手段と、前記生成距離決定手段により決定された前記生成距離に対応する位置に前記虚像を生成する為の前記第１ミラー及び前記第２ミラーの位置を決定するミラー位置決定手段と、を有し、前記移動手段は、前記ミラー位置決定手段によって決定された位置に前記第１ミラー及び前記第２ミラーを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、第１ミラーと第２ミラーの位置、即ち映像表示面から投影鏡までの光路長を制御することによって任意に設定された位置に虚像を生成す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。
前記第１ミラーの反射面が前記第２ミラーの反射面となす角度は９０度であ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、第１ミラー及び第２ミラーによって方向が変更される光路を、第１ミラー及び第２ミラーの位置を変位させることによって光路長を変更可能な条件を満たしつつ、できる限り簡易な形状とす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。
前記第１ミラーの反射面が前記第１方向となす角度は４５度であり、前記第２ミラーの反射面が前記第３方向となす角度は４５度であ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、第１ミラー及び第２ミラーによって方向が変更される光路を、より簡易なコの字形状とすることが可能となる。従って、映像表示面から投影鏡までの光路長について、第１ミラー及び第２ミラーを用いたより容易な制御で正確に増減させることが可能である。

また、第５の構成は以下のとおりである。
前記移動手段は、前記第１ミラー及び前記第２ミラーを一体に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、第１ミラー及び第２ミラーを一体に移動させることによって、簡易な駆動機構によって第１方向、第２方向及び第３方向を変位させることなく映像表示面から投影鏡までの光路長を増減させることが可能である。

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
９ フロントカメラ
１１ 第１ミラー
１２ 第２ミラー
１４ 凹面鏡
２１ 被投射エリア
２２ 光路
２３ ミラー駆動モータ
３１ ＣＰＵ
３２ ＲＡＭ
３３ ＲＯＭ
３４ フラッシュメモリ
５１ 障害物

Claims (5)

1. 光源からの光を用いて映像を表示する映像表示面と、
   前記映像表示面に表示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投影鏡と、
   前記映像表示面と前記投影鏡とを結ぶ光路に沿って前記映像表示面と前記投影鏡との間に配置され、前記映像表示面から第１方向で入射する前記光路を、前記第１方向と異なる第２方向に変更する第１ミラーと、
   前記光路に沿って前記映像表示面と前記投影鏡との間に配置され、前記第１ミラーから前記第２方向で入射する前記光路を、前記第２方向と異なる第３方向に変更する第２ミラーと、
   前記第１ミラー及び前記第２ミラーを前記第１方向に沿って移動させる移動手段と、を有し、
   前記第１方向と前記第３方向は互いに平行とされるとともに、逆方向となることを特徴とする虚像表示装置。
2. 前記ユーザから前記虚像までの距離である生成距離を決定する生成距離決定手段と、
   前記生成距離決定手段により決定された前記生成距離に対応する位置に前記虚像を生成する為の前記第１ミラー及び前記第２ミラーの位置を決定するミラー位置決定手段と、を有し、
   前記移動手段は、前記ミラー位置決定手段によって決定された位置に前記第１ミラー及び前記第２ミラーを移動させることを特徴とする請求項１に記載の虚像表示装置。
3. 前記第１ミラーの反射面が前記第２ミラーの反射面となす角度は９０度であ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. 前記第１ミラーの反射面が前記第１方向となす角度は４５度であり、
   前記第２ミラーの反射面が前記第３方向となす角度は４５度であることを特徴とする請求項３に記載の虚像表示装置。
5. 前記移動手段は、前記第１ミラー及び前記第２ミラーを一体に移動させることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の虚像表示装置。

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