JP2017015806A - Virtual image display device - Google Patents

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賢二 渡邊
Kenji Watanabe
賢二 渡邊
広之 三宅
Hiroyuki Miyake
広之 三宅
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a virtual image display device capable of simultaneously producing a plurality of virtual images at positions at different distances from a user as well as capable of suitably producing a virtual image that gives no uncomfortable feelings to the user.SOLUTION: In the virtual image display device, a screen for displaying an image projected by a projector 4 is constituted by a transmissive screen 5A and a reflective screen 5B; and images projected onto the transmissive screen 5A and the reflective screen 5B are reflected by a concave mirror 6 and a windshield 7 of a vehicle 2 and visually recognized by a crew 8 of the vehicle 2 to produce a virtual image of the images visually recognized by the crew 8 of the vehicle. The display device is configured to partially overlap a first optical path as an optical path of light from a light source transmitted by the transmissive screen 5A and a second optical path as an optical path of light from a light source reflected by the reflective screen 5B.SELECTED DRAWING: Figure 10

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。   The present invention relates to a virtual image display device that displays a virtual image visually recognized by a user.

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。   Conventionally, various means have been used as information providing means for providing driving information such as route guidance and obstacle warnings to passengers of moving bodies such as vehicles. For example, display on a liquid crystal display installed on a moving body, sound output from a speaker, and the like. In recent years, as one of such information providing means, a head-up display device (hereinafter referred to as HUD) is used in a space different from a position where an image is actually displayed using an illusion of human eyes. There is a virtual image display device for visually recognizing an image.

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。例えば、障害物に対する警告の虚像を生成する為には、その障害物が実際に存在する位置に虚像を生成することが望ましい。また、道路の右左折を案内する虚像を生成する場合には、右左折する地点に虚像を生成することが望ましい。一方で、車速を表示する虚像や地図画像の虚像等については環境に重畳しないようにできる限りユーザに近い位置に生成することが望ましい。即ち、虚像の種類毎にその虚像を生成するのに適したユーザからの距離は異なるので、複数の虚像を生成する場合については虚像毎にそれぞれユーザからの距離が異なる位置に生成することが望ましい。   Here, in order to provide more effective information by the virtual image display device, it is important to appropriately set the position for generating the virtual image (more specifically, the distance from the user viewing the virtual image to the virtual image) It is. For example, in order to generate a virtual image of a warning for an obstacle, it is desirable to generate a virtual image at a position where the obstacle actually exists. In addition, when generating a virtual image that guides a right or left turn of a road, it is desirable to generate a virtual image at a point where the right or left turns. On the other hand, it is desirable to generate a virtual image displaying a vehicle speed, a virtual image of a map image, and the like at a position as close to the user as possible so as not to be superimposed on the environment. That is, since the distance from the user suitable for generating the virtual image is different for each type of virtual image, when generating a plurality of virtual images, it is desirable to generate each virtual image at a position where the distance from the user is different. .

しかしながら、ユーザから虚像までの距離は、HUD内部に配置された投影鏡(凹面鏡等)から映像を表示する映像表示面(スクリーン、液晶ディスプレイ等)までの距離に依存するので、映像表示面が一面のみであれば基本的にユーザからの距離が異なる位置に複数の虚像を同時に生成することはできない。そこで、特開2013−83675号公報には、スクリーンを複数のスクリーンに分割し、スクリーン毎に表示された映像から虚像を生成することによって、ユーザからの距離が異なる位置に複数の虚像を同時に生成することについて開示されている。   However, since the distance from the user to the virtual image depends on the distance from the projection mirror (concave mirror, etc.) arranged inside the HUD to the video display surface (screen, liquid crystal display, etc.) for displaying the video, the video display surface is one surface. However, it is basically impossible to simultaneously generate a plurality of virtual images at positions at different distances from the user. Therefore, Japanese Patent Laid-Open No. 2013-83675 discloses that a screen is divided into a plurality of screens and a virtual image is generated from an image displayed for each screen, thereby simultaneously generating a plurality of virtual images at positions at different distances from the user. Has been disclosed.

特開2013−83675号公報(第4−7頁、図1)JP 2013-83675 A (page 4-7, FIG. 1)

しかしながら、上記特許文献1に記載の技術では、映像を表示するスクリーンを複数のスクリーンに分割するので、図17に示すように各スクリーン101、102の間(即ち、スクリーン101の光路とスクリーン102の光路の間)に隙間が生じることとなる。その隙間は映像を表示できないので、複数のスクリーン101、102に跨る大きな映像の虚像を生成する場合には、隙間によって虚像が分断されてしまう問題がある。   However, in the technique described in Patent Document 1, a screen for displaying an image is divided into a plurality of screens. Therefore, as shown in FIG. 17, between the screens 101 and 102 (that is, the optical path of the screen 101 and the screen 102. A gap is generated between the optical paths. Since the image cannot be displayed in the gap, when generating a virtual image of a large image across the plurality of screens 101 and 102, there is a problem that the virtual image is divided by the gap.

更に、生成された虚像をユーザが視認する場合において、隙間部分に該当するエリアが暗く視認され、ユーザに違和感を感じさせる問題も生じる。例えば、図18に示すように車両を運転するユーザのフロントウィンドウの前方に虚像を生成させるHUDでは、一方のスクリーンに表示された映像に基づく虚像が生成されるエリア103と、他方のスクリーンに表示された映像に基づく虚像が生成されるエリア104の間にあるエリア105が暗く視認されることとなる。   Furthermore, when the user visually recognizes the generated virtual image, the area corresponding to the gap portion is visually recognized darkly, which causes a problem that makes the user feel uncomfortable. For example, as shown in FIG. 18, in a HUD that generates a virtual image in front of a front window of a user driving a vehicle, an area 103 in which a virtual image is generated based on an image displayed on one screen is displayed on the other screen. The area 105 between the areas 104 where the virtual image based on the generated video is generated is visually recognized darkly.

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、ユーザからの距離が異なる位置に複数の虚像を同時に生成することを可能にする一方で、ユーザに違和感を感じさせることのない虚像を適切に生成す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。   The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and allows a user to feel a sense of incongruity while simultaneously generating a plurality of virtual images at different positions from the user. It is an object of the present invention to provide a virtual image display device that can appropriately generate a virtual image that does not exist.

前記目的を達成するため本発明に係る虚像表示装置は、光源から出力される光に基づいて生成される映像を投射するプロジェクタと、前記光源の光を透過させることによって前記プロジェクタから投射された映像の一部である第1映像を表示する透過型スクリーンと、前記光源の光を反射させることによって前記プロジェクタから投射された映像の一部である第2映像を表示する反射型スクリーンと、前記透過型スクリーンに表示された前記第1映像と前記反射型スクリーンに表示された前記第2映像をそれぞれ反射させてユーザに視認させることによって前記第1映像及び前記第2映像の虚像を生成する投影鏡と、を有し、前記透過型スクリーンによって透過された前記光源の光路である第1光路と、前記反射型スクリーンによって反射された前記光源の光路である第2光路との一部を重複させる。
尚、「光路」とは、光源から出力された光が通る経路をいう。例えば、透過型スクリーンから投影鏡までを結ぶ光路とは、光が透過型スクリーンから投影鏡に到達するまでの光の経路であり、基本的には透過型スクリーン(特に映像が表示された位置)から投影鏡までを直線で結ぶ経路となる。但し、透過型スクリーンと投影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。
In order to achieve the above object, a virtual image display device according to the present invention includes a projector that projects an image generated based on light output from a light source, and an image projected from the projector by transmitting light from the light source. A transmissive screen that displays a first image that is part of the image, a reflective screen that displays a second image that is part of the image projected from the projector by reflecting light from the light source, and the transmissive screen. A projection mirror that generates a virtual image of the first image and the second image by reflecting the first image displayed on the mold screen and the second image displayed on the reflective screen to allow the user to visually recognize the image. A first optical path that is an optical path of the light source that is transmitted by the transmissive screen, and is reflected by the reflective screen. And to overlap a portion of the second optical path is an optical path of the light source.
The “optical path” means a path through which light output from the light source passes. For example, the optical path from the transmissive screen to the projection mirror is a path of light from the transmissive screen to the projection mirror, and is basically a transmissive screen (particularly the position where the image is displayed). This is a path connecting the projector to the projection mirror with a straight line. However, when a means for changing the traveling direction of light by refracting or reflecting light (for example, a mirror or a lens) is disposed between the transmissive screen and the projection mirror, the means makes a predetermined angle. This applies to refracted or reflected paths.

前記構成を有する本発明に係る虚像表示装置によれば、映像を表示する映像表示面として、透過型スクリーンと反射型スクリーンの2つのスクリーンを用いることによって、ユーザからの距離が異なる位置に複数の虚像を同時に生成することが可能となる。その一方で、透過型スクリーンによって透過された光源の光路と、反射型スクリーンによって反射された光源の光路とを重複させることによって、複数のスクリーンを用いた場合であっても従来のようにスクリーンの隙間に該当するエリアが暗く視認されることなく、虚像が分断される等の不具合も解消できる。その結果、ユーザに違和感を感じさせることのない適切な虚像を生成することが可能となる。   According to the virtual image display device according to the present invention having the above-described configuration, by using two screens of a transmissive screen and a reflective screen as video display surfaces for displaying video, a plurality of positions at different distances from the user are used. A virtual image can be generated simultaneously. On the other hand, by overlapping the optical path of the light source transmitted by the transmissive screen and the optical path of the light source reflected by the reflective screen, even when a plurality of screens are used, It is possible to solve problems such as the virtual image being divided without the area corresponding to the gap being visually recognized dark. As a result, it is possible to generate an appropriate virtual image that does not make the user feel uncomfortable.

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。It is the figure which showed the installation aspect to the vehicle of HUD which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るHUDの内部構成を示した図である。It is the figure which showed the internal structure of HUD which concerns on this embodiment. プロジェクタの構成を示した図である。It is the figure which showed the structure of the projector. スクリーンを示した図である。It is the figure which showed the screen. スクリーンへの映像の投射態様を示した図である。It is the figure which showed the projection aspect of the image | video on a screen. 第1ミラー及び第2ミラーを示した図である。It is the figure which showed the 1st mirror and the 2nd mirror. 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長の変更態様を示した図である。It is the figure which showed the change aspect of the optical path length by moving a 1st mirror and a 2nd mirror. 透過型スクリーンを透過する光路と反射型スクリーンにより反射される光路をそれぞれ示した図である。It is the figure which each showed the optical path which permeate | transmits a transmissive screen, and the optical path reflected by a reflective screen. 車両の乗員から視認される虚像の位置を示した図である。It is the figure which showed the position of the virtual image visually recognized from the passenger | crew of a vehicle. 透過型スクリーンを透過する光路と反射型スクリーンにより反射される光路の重複態様を示した図である。It is the figure which showed the duplication aspect of the optical path which permeate | transmits a transmissive screen, and the optical path reflected by a reflective screen. スクリーンへの投射される映像と車両の乗員から視認される虚像の対応関係を示した図である。It is the figure which showed the correspondence of the image projected on a screen, and the virtual image visually recognized from the passenger | crew of a vehicle. 本実施形態に係るHUDの構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the structure of HUD which concerns on this embodiment. 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。It is a flowchart of the virtual image generation processing program which concerns on this embodiment. 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。It is the figure which showed an example of the virtual image which can be visually recognized from the passenger | crew of a vehicle, when a 1st mirror and a 2nd mirror are in a reference position. 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。It is the figure which showed the obstacle interrupted ahead of the advancing direction of a vehicle. 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。It is the figure which showed an example of the virtual image which can be visually recognized from the passenger | crew of a vehicle, when a 1st mirror and a 2nd mirror exist in a panel display position. 従来技術の問題点について説明した図である。It is a figure explaining the problem of the prior art. 従来技術の問題点について説明した図である。It is a figure explaining the problem of the prior art.

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。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, a virtual image display device according to the invention will be described in detail with reference to the drawings with regard to an embodiment in which the virtual image display device is embodied in a head-up display device mounted on a vehicle.

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。   First, the configuration of a head-up display device (hereinafter referred to as HUD) 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing an installation mode of the HUD 1 according to the present embodiment on the vehicle 2.

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6を介し、更に運転席の前方のフロントウィンドウ7に反射させて車両2の乗員8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8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。   As shown in FIG. 1, the HUD 1 is installed inside the dashboard 3 of the vehicle 2, and includes a projector 4 and a screen 5 on which an image from the projector 4 is projected. Then, the image projected on the screen 5 is reflected on the front window 7 in front of the driver's seat through the mirror and concave mirror 6 provided in the HUD 1 as will be described later, and is made visible to the passenger 8 of the vehicle 2. ing. The image projected on the screen 5 includes information related to the vehicle 2 and various information used for assisting driving of the occupant 8. For example, warnings for obstacles (other vehicles and pedestrians), guidance information set by the navigation device, guidance information based on the guidance route (arrows indicating right and left turn directions, etc.), warnings to be displayed on the road surface (attention to rear-end collision, speed limit, etc.) ), Current vehicle speed, information signs, map images, traffic information, news, weather forecast, time, connected smartphone screen, TV program, and the like.

また、本実施形態のHUD1では、フロントウィンドウ7を反射して乗員8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8にはフロントウィンドウ7の位置ではなく、フロントウィンドウ7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9として視認されるように構成される。尚、乗員8が視認できる虚像9はスクリーン5に投射された映像であるが、凹面鏡6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り、それらの反転を考慮してスクリーン5への映像の投射を行う必要がある。また、フレネルレンズや凹面鏡6を介することによってサイズも変更する。   Moreover, in HUD1 of this embodiment, when the passenger | crew 8 visually recognizes the image which reflected the front window 7 and was projected on the screen 5, it is not the position of the front window 7, but the front of the front window 7 on the passenger | crew 8. An image projected on the screen 5 at a distant position is configured to be visually recognized as a virtual image 9. The virtual image 9 that can be seen by the occupant 8 is an image projected on the screen 5, but the vertical direction and the horizontal direction may be reversed via the concave mirror 6 or the mirror. It is necessary to project the image to the camera. Further, the size is also changed through the Fresnel lens and the concave mirror 6.

ここで、虚像9を生成する位置、より具体的には乗員8から虚像9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6やフレネルレンズの曲率、スクリーン5と凹面鏡6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6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6までの光路に沿った距離(光路長)によって生成距離Lが決定される。   Here, regarding the position where the virtual image 9 is generated, more specifically, the distance L from the occupant 8 to the virtual image 9 (hereinafter referred to as a generation distance) L, the curvature of the concave mirror 6 and the Fresnel lens provided in the HUD 1, the screen 5 and the concave mirror 6 It is possible to set appropriately depending on the relative position and the like. For example, if the curvature of the concave mirror 6 or the Fresnel lens is fixed, the generation distance L is determined by the distance (optical path length) along the optical path from the position where the image is displayed on the screen 5 to the concave mirror 6.

ここで、本実施形態のHUD1は、後述のようにスクリーン5が、光源の光を透過させることによってプロジェクタ4から投射された映像を表示する透過型スクリーン5Aと、光源の光を反射させることによってプロジェクタ4から投射された映像を表示する反射型スクリーン5Bの組み合わせからなる。そして、透過型スクリーン5Aに表示された映像に基づく虚像9と、反射型スクリーン5Bに表示された映像に基づく虚像9をそれぞれ生成する。また、反射型スクリーン5Bに表示された映像に基づく虚像9の生成距離Lについては固定(例えば2.5m)とするが、透過型スクリーン5Aに表示された映像に基づく虚像9の生成距離Lは、透過型スクリーン5Aと凹面鏡6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ることによってその距離を変更可能に構成する。例えば生成距離Lを3m〜40mの間で変更可能に構成する。   Here, in the HUD 1 of this embodiment, as described later, the screen 5 reflects the light of the light source and the transmission type screen 5A that displays the image projected from the projector 4 by transmitting the light of the light source. It consists of a combination of a reflective screen 5B for displaying an image projected from the projector 4. Then, a virtual image 9 based on the video displayed on the transmissive screen 5A and a virtual image 9 based on the video displayed on the reflective screen 5B are generated. The generation distance L of the virtual image 9 based on the image displayed on the reflective screen 5B is fixed (for example, 2.5 m), but the generation distance L of the virtual image 9 based on the image displayed on the transmission screen 5A is The distance between the transmissive screen 5A and the concave mirror 6 can be changed by moving the position of the mirror that changes the direction of the optical path. For example, the generation distance L can be changed between 3 m and 40 m.

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10が設置される。フロントカメラ10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10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、フロントウィンドウ7越しに乗員8に視認される前方環境(即ち虚像9が重畳される環境)の状況等が検出される。尚、フロントカメラ10の代わりにミリ波レーダ等のセンサを用いても良い。   A front camera 10 is installed above the front bumper of the vehicle, behind the rearview mirror, and the like. The front camera 10 is an imaging device configured by a camera using a solid-state imaging device such as a CCD, for example, and is installed with the optical axis direction facing forward in the traveling direction of the vehicle. Then, by performing image processing on the captured image captured by the front camera 10, the situation of the front environment (that is, the environment in which the virtual image 9 is superimposed) viewed by the occupant 8 through the front window 7 is detected. Is done. A sensor such as a millimeter wave radar may be used instead of the front camera 10.

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。   Next, a more specific configuration of the HUD 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram showing an internal configuration of the HUD 1 according to the present embodiment.

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、凹面鏡6と、第1ミラー11と、第2ミラー12と、第3ミラー13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。   As shown in FIG. 2, the HUD 1 includes a projector 4, a screen 5, a concave mirror 6, a first mirror 11, a second mirror 12, a third mirror 13, a cover glass 15, a control circuit unit 16, This is basically composed of a CAN interface 17.

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。   Here, the projector 4 is an image projection apparatus using an LED light source, a lamp light source, or a laser light source as a light source, and is, for example, a laser scanning projector. The projector 4 may be a DLP projector, a liquid crystal projector, or an LCOS projector. When a projector other than the laser scanning projector is used, it is necessary to separately arrange a projection lens for the projector 4.

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。   FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the projector 4. As shown in FIG. 3, the projector 4 includes a laser light source 18 inside. For example, in a laser scanning projector, the laser light output from the light source 18 is reflected by the MEMS mirror 19 and scanned on the screen 5. As a result, a desired image is projected onto the screen 5.

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、光源18の光を透過させることによってプロジェクタ4から投射された映像を表示する透過型スクリーン5Aと、光源18の光を反射させることによってプロジェクタ4から投射された映像を表示する反射型スクリーン5Bの組み合わせからなる。図4はスクリーン5を示した図である。図4に示すように透過型スクリーン5A及び反射型スクリーン5Bは、連続した一の面となるように光源18の光路に対して垂直方向に一体に繋ぎ合わされる。また、透過型スクリーン5Aと反射型スクリーン5Bの面積比は、例えば3:1とするが、その比率は適宜変更可能である。例えば面積比を1:1としても良い。   On the other hand, the screen 5 is a projection medium onto which the image projected from the projector 4 is projected. The screen 5A displays the image projected from the projector 4 by transmitting the light from the light source 18, and the light source 18. It is composed of a combination of a reflective screen 5B that displays an image projected from the projector 4 by reflecting the light. FIG. 4 shows the screen 5. As shown in FIG. 4, the transmission type screen 5A and the reflection type screen 5B are integrally connected in the vertical direction with respect to the optical path of the light source 18 so as to form one continuous surface. The area ratio between the transmission screen 5A and the reflection screen 5B is, for example, 3: 1, but the ratio can be changed as appropriate. For example, the area ratio may be 1: 1.

ここで、スクリーン5を構成する透過型スクリーン5Aは、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5Aは、図5に示すように光源18からの光を透過させることによってプロジェクタ4から投射された映像が表示される。尚、乗員8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。   Here, the transmissive screen 5A constituting the screen 5 is made of, for example, a diffusion plate such as ground glass, a microlens array, or the like. The transmissive screen 5A displays the image projected from the projector 4 by transmitting light from the light source 18 as shown in FIG. In addition, the passenger | crew 8 will visually recognize the image | video projected by the projector 4 from the opposite side to a projection side.

一方、スクリーン5を構成する反射型スクリーン5Bは、例えばポリ塩化ビニル(PVC)の表面に反射層として特殊な塗料、ガラスビーズ、金属層等を配置することにより構成される。反射型スクリーン5Bは、図5に示すように光源18からの光を反射させることによってプロジェクタ4から投射された映像が表示される。尚、乗員8はプロジェクタ4によって投射された映像を投射側から視認することとなる。   On the other hand, the reflection type screen 5B constituting the screen 5 is constituted by arranging a special paint, glass beads, a metal layer, etc. as a reflection layer on the surface of polyvinyl chloride (PVC), for example. As shown in FIG. 5, the reflection type screen 5 </ b> B reflects the light from the light source 18 to display the image projected from the projector 4. The occupant 8 visually recognizes the image projected by the projector 4 from the projection side.

透過型スクリーン5Aと反射型スクリーン5Bでは、乗員8の視認方向が逆方向となっているが、後述のように透過型スクリーン5Aによって透過された光源18の光路(以下、第1光路22という)を、第1ミラー11及び第2ミラー12によって折り返し、反射型スクリーン5Bによって反射された光源18の光路(以下、第2光路23という)と同一方向とすることによって乗員8からは透過型スクリーン5Aに表示された映像と反射型スクリーン5Bに表示された映像を同時に視認可能(即ち、透過型スクリーン5Aに表示された映像に基づく虚像9と反射型スクリーン5Bに表示された映像に基づく虚像9を同時に視認可能)に構成される。   In the transmissive screen 5A and the reflective screen 5B, the viewing direction of the occupant 8 is opposite, but the optical path of the light source 18 transmitted by the transmissive screen 5A as will be described later (hereinafter referred to as the first optical path 22). Is turned back by the first mirror 11 and the second mirror 12 and made the same direction as the optical path of the light source 18 reflected by the reflective screen 5B (hereinafter referred to as the second optical path 23), from the occupant 8 to the transmissive screen 5A. And the image displayed on the reflective screen 5B can be viewed at the same time (ie, the virtual image 9 based on the image displayed on the transmissive screen 5A and the virtual image 9 based on the image displayed on the reflective screen 5B). It can be viewed at the same time.

また、凹面鏡6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8に視認させることによって、乗員8の前方に映像の虚像9(図1参照)を生成する投影鏡である。特に本実施形態では、透過型スクリーン5Aに表示された映像に基づく虚像9(以下、第1虚像9Aという)と、反射型スクリーン5Bに表示された映像に基づく虚像9(以下、第2虚像9Bという)をそれぞれ生成する。尚、凹面鏡6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。   The concave mirror 6 is a projection mirror that generates a virtual image 9 (see FIG. 1) in front of the occupant 8 by enlarging and reflecting the image displayed on the screen 5 and causing the occupant 8 to visually recognize the image. In particular, in the present embodiment, a virtual image 9 (hereinafter referred to as a first virtual image 9A) based on an image displayed on the transmissive screen 5A and a virtual image 9 (hereinafter referred to as a second virtual image 9B) based on the image displayed on the reflective screen 5B. Each). As the concave mirror 6, a spherical concave mirror, an aspherical concave mirror, or a free-form curved mirror for correcting distortion of a projected image is used.

一方、第1ミラー11は、透過型スクリーン5Aと凹面鏡6とを結ぶ第1光路22に沿って透過型スクリーン5Aと凹面鏡6との間に配置され、透過型スクリーン5AからX方向(第1方向)で入射する第1光路22を、X方向と異なるY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、透過型スクリーン5Aと凹面鏡6とを結ぶ第1光路22に沿って透過型スクリーン5Aと凹面鏡6との間に配置され、透過型スクリーン5AからY方向で入射する第1光路22を、Y方向と異なるZ方向(第2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X方向となす角度が45度、第2ミラー12の反射面がZ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X方向とZ方向は互いに平行且つ逆方向となるように構成する。   On the other hand, the first mirror 11 is disposed between the transmissive screen 5A and the concave mirror 6 along the first optical path 22 connecting the transmissive screen 5A and the concave mirror 6, and is arranged in the X direction (first direction) from the transmissive screen 5A. ) Is a light reflecting means for changing the first optical path 22 incident in the Y direction different from the X direction. Similarly, the second mirror 12 is disposed between the transmissive screen 5A and the concave mirror 6 along the first optical path 22 connecting the transmissive screen 5A and the concave mirror 6, and enters the first direction from the transmissive screen 5A in the Y direction. This is a light reflecting means for changing the optical path 22 to a Z direction (second direction) different from the Y direction. In particular, in this embodiment, as shown in FIG. 6, the angle formed by the reflecting surface of the first mirror 11 with the reflecting surface of the second mirror is 90 degrees, and further, the angle formed by the reflecting surface of the first mirror 11 with the X direction is The first mirror 11 and the second mirror 12 are arranged so that the angle formed by the reflection surface of the second mirror 12 with respect to the Z direction is 45 degrees. That is, in the present embodiment, the X direction and the Z direction are configured to be parallel and opposite to each other.

また、第1ミラー11及び第2ミラー12は、X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24(移動機構)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X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。   Moreover, the 1st mirror 11 and the 2nd mirror 12 are comprised so that a movement is possible integrally along a X direction. Specifically, by driving a mirror drive motor 24 (moving mechanism) on the back side of the first mirror 11 and the second mirror 12, the first mirror 11 and the second mirror 12 are moved to X as shown in FIG. It is possible to move in the front-rear direction with respect to the direction parallel to the direction.

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、透過型スクリーン5Aから凹面鏡6までを結ぶ第1光路22の光路長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が長くなる。具体的には光路長は、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は6mm長くなる。そして、光路長を変更させた結果、後述のように乗員8から透過型スクリーン5Aに表示された映像に基づいて生成される第1虚像9A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。   Then, by moving the first mirror 11 and the second mirror 12, the optical path length of the first optical path 22 connecting the transmission screen 5A to the concave mirror 6 is changed. Specifically, as shown in FIG. 7, when the first mirror 11 and the second mirror 12 are moved in a direction approaching the screen 5, the optical path length is shortened. On the other hand, when the first mirror 11 and the second mirror 12 are moved in the direction away from the screen 5, the optical path length becomes longer. Specifically, the optical path length is displaced by a distance that is twice the amount of movement of the first mirror 11 and the second mirror 12. That is, if the first mirror 11 and the second mirror 12 are moved 5 mm toward the screen 5, the optical path length is shortened by 1 cm, and the first mirror 11 and the second mirror 12 are moved 3 mm away from the screen 5. If this is done, the optical path length becomes 6 mm longer. As a result of changing the optical path length, the length of the generation distance L, which is the distance from the occupant 8 to the first virtual image 9A generated based on the video displayed on the transmission screen 5A, is changed as will be described later. Is possible.

尚、本実施形態では図6に示すようにZ方向とZ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X方向とZ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、X方向とZ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、透過型スクリーン5Aから凹面鏡6までを結ぶ第1光路22の光路長を変更することが可能である。   In this embodiment, as shown in FIG. 6, the Z direction and the Z direction are parallel to each other and opposite to each other, but the X direction and the Z direction are necessarily parallel to each other and opposite to each other. do not have to. Specifically, if the first mirror 11 and the second mirror 12 are arranged so that the X direction and the Z direction are different from each other by 90 degrees or more, the first mirror 11 and the second mirror 12 are moved to transmit the first mirror 11 and the second mirror 12. The optical path length of the first optical path 22 connecting the mold screen 5A to the concave mirror 6 can be changed.

また、本実施形態では第1ミラー11及び第2ミラー12をX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X方向と平行な方向に移動させる必要はなく、X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、透過型スクリーン5Aから凹面鏡6までを結ぶ第1光路22の光路長を変更することが可能である。   In the present embodiment, the first mirror 11 and the second mirror 12 are configured to move in a direction parallel to the X direction. However, the first mirror 11 and the second mirror 12 are not necessarily moved in a direction parallel to the X direction. For example, it may be configured to move in different directions (5 degrees or 10 degrees). Even in this case, it is possible to change the optical path length of the first optical path 22 connecting the transmission screen 5A to the concave mirror 6 by moving the first mirror 11 and the second mirror 12.

また、ミラー駆動モータ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24を制御し、第1ミラー11及び第2ミラー12の第1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。   The mirror drive motor 24 is a stepping motor. And HUD1 controls the mirror drive motor 24 based on the pulse signal transmitted from the control circuit part 16, and positions the position along the 1st optical path 22 of the 1st mirror 11 and the 2nd mirror 12 appropriately. Is possible.

そして、上述のように第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、図8及び図9に示すように透過型スクリーン5Aから凹面鏡6までを結ぶ第1光路22の光路長X1の距離を変更可能に構成することによって、透過型スクリーン5Aに投射された映像に基づく第1虚像9Aが生成される位置(具体的には乗員8から第1虚像9Aまでの距離である生成距離L)を変更することが可能である。具体的には、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、透過型スクリーン5Aから凹面鏡6までを結ぶ第1光路22の光路長X1が長くなり、その結果、生成距離Lが長くなる(即ち、乗員8からはより遠くに第1虚像9Aが視認されるようになる)。一方で、第1ミラー11及び第2ミラー12をスクリーン5に近づく方向へと移動させると、透過型スクリーン5Aから凹面鏡6までを結ぶ第1光路22の光路長X1が短くなり、その結果、生成距離Lが短くなる(即ち、乗員8からはより近くに第1虚像9Aが視認されるようになる)。   In the HUD 1 of the present embodiment configured so that the positions of the first mirror 11 and the second mirror 12 can be moved as described above, the first connection from the transmission screen 5A to the concave mirror 6 is performed as shown in FIGS. By configuring the distance of the optical path length X1 of one optical path 22 to be changeable, a position (specifically, from the occupant 8 to the first virtual image 9A from which the first virtual image 9A based on the image projected on the transmission screen 5A is generated). It is possible to change the generation distance L) which is the distance up to. Specifically, when the first mirror 11 and the second mirror 12 are moved away from the screen 5, the optical path length X1 of the first optical path 22 connecting the transmissive screen 5A to the concave mirror 6 is increased, and as a result , The generation distance L becomes long (that is, the first virtual image 9A is viewed farther from the passenger 8). On the other hand, when the first mirror 11 and the second mirror 12 are moved in the direction approaching the screen 5, the optical path length X1 of the first optical path 22 connecting the transmission screen 5A to the concave mirror 6 is shortened, resulting in generation. The distance L is shortened (that is, the first virtual image 9A is viewed closer to the passenger 8).

従って、本実施形態に係るHUD1は、第1虚像9Aを生成する位置(具体的には乗員8から第1虚像9A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に対応する位置に第1虚像9Aを生成する為の光路長X1(即ち、第1ミラー11及び第2ミラー12の位置)を決定し、その後に決定された光路長X1となるように第1ミラー11及び第2ミラー12を移動させるように構成する。   Therefore, when the position at which the HUD 1 according to the present embodiment generates the first virtual image 9A (specifically, the generation distance L that is the distance from the occupant 8 to the first virtual image 9A) is determined, the determined generation distance L is determined. The optical path length X1 (that is, the position of the first mirror 11 and the second mirror 12) for generating the first virtual image 9A at the corresponding position is determined, and then the first mirror is set to the optical path length X1 determined thereafter. 11 and the second mirror 12 are configured to move.

また、生成距離Lを変更することが可能な範囲は、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、第1虚像9Aの生成距離Lが3m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、第1虚像9Aの生成距離Lが40mとなるように設計する。   The range in which the generation distance L can be changed is determined by the range in which the first mirror 11 and the second mirror 12 can be moved. In particular, in this embodiment, the first mirror 11 and the second mirror 12 are designed so that the generation distance L of the first virtual image 9A is 3 m in a state where the first mirror 11 and the second mirror 12 are moved to the most screen 5 side. On the other hand, when the first mirror 11 and the second mirror 12 are moved to the position farthest from the screen 5, the generation distance L of the first virtual image 9A is designed to be 40 m.

その一方で、図8及び図9に示すように反射型スクリーン5Bから凹面鏡6までを結ぶ第2光路23については、第1ミラー11及び第2ミラー12を介さないので、第1ミラー11及び第2ミラー12の位置がどのように変化しても、第2光路23の光路長X2は不変である。従って、反射型スクリーン5Bに投射された映像に基づく第2虚像9Bが生成される位置(具体的には乗員8から第2虚像9Bまでの距離である生成距離L)は常に固定となる。ここで、透過型スクリーン5Aから凹面鏡6までを結ぶ第1光路22の光路長X1と、反射型スクリーン5Bから凹面鏡6までを結ぶ第2光路23の光路長X2を異なる距離とすれば、乗員8からの距離が異なる位置に第1虚像9Aと第2虚像9Bを同時に生成することが可能となる。   On the other hand, as shown in FIGS. 8 and 9, the second optical path 23 connecting the reflective screen 5B to the concave mirror 6 does not pass through the first mirror 11 and the second mirror 12, so No matter how the position of the two mirrors 12 changes, the optical path length X2 of the second optical path 23 does not change. Accordingly, the position where the second virtual image 9B based on the image projected on the reflective screen 5B is generated (specifically, the generation distance L that is the distance from the occupant 8 to the second virtual image 9B) is always fixed. Here, if the optical path length X1 of the first optical path 22 connecting the transmissive screen 5A to the concave mirror 6 and the optical path length X2 of the second optical path 23 connecting the reflective screen 5B to the concave mirror 6 are different distances, the occupant 8 It is possible to simultaneously generate the first virtual image 9A and the second virtual image 9B at positions having different distances from each other.

また、本実施形態に係るHUD1は、透過型スクリーン5Aによって透過された第1光路22と、反射型スクリーン5Bによって反射された第2光路23との一部を重複させるように第1ミラー11及び第2ミラー12が配置される。具体的には、図10に示すように特に透過型スクリーン5Aの内、反射型スクリーン5Bとの境界に隣接する箇所を通過する第2ミラー12から凹面鏡6までの間の第1光路22と、反射型スクリーン5Bの内、透過型スクリーン5Aとの境界から最も離れた箇所で反射する反射型スクリーン5Bから凹面鏡6までの間の第2光路23とが重複する。そして、重複する箇所について第1光路22は反射型スクリーン5Bによって遮断されることとなり、第2光路23が優先的に凹面鏡6へと到る。尚、虚像を生成できる範囲を広くする為に重複するエリアはできる限り狭くするのが望ましい。   In addition, the HUD 1 according to the present embodiment includes the first mirror 11 and the first mirror 11 so as to overlap a part of the first optical path 22 transmitted by the transmissive screen 5A and the second optical path 23 reflected by the reflective screen 5B. A second mirror 12 is arranged. Specifically, as shown in FIG. 10, in particular, the first optical path 22 between the second mirror 12 and the concave mirror 6 that passes through a location adjacent to the boundary with the reflective screen 5B in the transmissive screen 5A, Of the reflection type screen 5B, the second optical path 23 between the reflection type screen 5B and the concave mirror 6 that is reflected at a position farthest from the boundary with the transmission type screen 5A overlaps. And the 1st optical path 22 will be interrupted | blocked by the reflective screen 5B about the overlapping part, and the 2nd optical path 23 will reach the concave mirror 6 preferentially. In order to widen the range in which the virtual image can be generated, it is desirable to make the overlapping areas as narrow as possible.

従って、図11に示すように透過型スクリーン5Aに対して上方から順にエリアA〜Cを設定し、反射型スクリーン5Bに対してエリアDを設定すると、反射型スクリーン5Bとの境界に隣接するエリアCを透過する第1光路22は上述したように第1ミラー11及び第2ミラー12によって反射された後に反射型スクリーン5Bによって遮断される。従って、エリアCに表示された映像の虚像は生成されない。一方、エリアBを透過する第1光路22は、第1ミラー11及び第2ミラー12によって反射され、エリアDで反射される第2光路23の下方を通過する。その際、エリアBを透過する第1光路22とエリアDで反射される第2光路23の間には隙間が生じない。更に、エリアAを透過する第1光路22は、エリアBを通過する第1光路22の下方を隙間なく通過する。従って、フロントウィンドウ7の前方には、エリアAに表示された映像に基づく虚像が表示されるエリアと、エリアBに表示された映像に基づく虚像が表示されるエリアと、エリアDに表示された映像に基づく虚像が表示されるエリアとが、隙間なく配置される。尚、凹面鏡6で反射されることによって上下方向が反転されるので、エリアAに表示された映像に基づく虚像が表示されるエリアが最も上方に位置し、エリアDに表示された映像に基づく虚像が表示されるエリアが最も下方に位置する。   Accordingly, as shown in FIG. 11, when areas A to C are set in order from the top with respect to the transmissive screen 5A and the area D is set with respect to the reflective screen 5B, the area adjacent to the boundary with the reflective screen 5B. As described above, the first optical path 22 that transmits C is reflected by the first mirror 11 and the second mirror 12 and then blocked by the reflective screen 5B. Therefore, a virtual image of the video displayed in area C is not generated. On the other hand, the first optical path 22 that passes through the area B is reflected by the first mirror 11 and the second mirror 12 and passes below the second optical path 23 that is reflected by the area D. At this time, there is no gap between the first optical path 22 that transmits the area B and the second optical path 23 that is reflected by the area D. Further, the first optical path 22 that passes through the area A passes below the first optical path 22 that passes through the area B without a gap. Accordingly, in front of the front window 7, an area where a virtual image based on the video displayed in the area A is displayed, an area where a virtual image based on the video displayed in the area B is displayed, and an area D are displayed. The area where the virtual image based on the video is displayed is arranged without a gap. Since the vertical direction is reversed by being reflected by the concave mirror 6, the area where the virtual image based on the video displayed in the area A is displayed is located at the uppermost position, and the virtual image based on the video displayed in the area D is displayed. The area where is displayed is located at the bottom.

一方、第3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からの光や反射型スクリーン5Bで反射された光源18からの光を、凹面鏡6の方向に更に反射することによってHUD1内で第1光路22及び第2光路23を変更する光の反射手段である。   On the other hand, as shown in FIG. 2, the third mirror 13 receives the light from the light source 18 reflected by the first mirror 11 and the second mirror 12 and the light from the light source 18 reflected by the reflective screen 5B. The light reflecting means changes the first optical path 22 and the second optical path 23 in the HUD 1 by further reflecting in the direction of.

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6によって反射され、カバーガラス15を介して乗員8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6の代わりに平面の鏡を用いることも可能である。   The cover glass 15 is a transmissive plate-like member disposed on the upper surface of the HUD 1. The image displayed on the screen 5 is reflected by the concave mirror 6 and is made visible to the occupant 8 through the cover glass 15. Note that a Fresnel lens may be used as the cover glass 15. When a Fresnel lens is used as the cover glass 15, a flat mirror can be used instead of the concave mirror 6.

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12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。   The control circuit unit 16 is an electronic control unit that controls the entire HUD 1. Here, FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of the HUD 1 according to the present embodiment.

図12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13参照)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。   As shown in FIG. 12, the control circuit unit 16 includes a CPU 31 as an arithmetic device and a control device, a RAM 32 used as a working memory when the CPU 31 performs various arithmetic processes, a control program, and a virtual image generation described later. A ROM 33 in which a processing program (see FIG. 13) and the like are recorded, an internal storage device such as a flash memory 34 for storing a program read from the ROM 33 and a position setting table to be described later are provided. The control circuit unit 16 is connected to the projector 4 and the mirror drive motor 24, respectively, and controls the drive of the projector 4 and various motors.

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。   The CAN (controller area network) interface 17 is an interface for inputting / outputting data to / from CAN, which is a vehicle-mounted network standard that performs multiplex communication between various vehicle-mounted devices and vehicle equipment control devices installed in the vehicle. It is. The HUD 1 is connected to a control device (for example, the navigation device 48, the AV device 49, etc.) of various vehicle-mounted devices and vehicle equipment via the CAN so as to be able to communicate with each other. Thereby, the HUD 1 is configured to be able to project information acquired from the navigation device 48, the AV device 49, and the like.

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13に基づき説明する。図13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(accessory power supply)がONされた後に実行され、車両の乗員8に視認させる虚像9を生成するプログラムである。尚、以下の図13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。   Next, a virtual image generation processing program executed by the CPU 31 in the HUD 1 having the above configuration will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a flowchart of the virtual image generation processing program according to the present embodiment. Here, the virtual image generation processing program is a program that is executed after an ACC power supply (accessory power supply) of the vehicle is turned on, and generates a virtual image 9 that is visually recognized by the passenger 8 of the vehicle. The program shown in the flowchart of FIG. 13 below is stored in the RAM 32 or ROM 33 provided in the HUD 1 and executed by the CPU 31.

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、透過型スクリーン5Aに投射された映像に基づいて生成される第1虚像9Aの生成距離Lが40mとなる第1光路22の光路長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。   First, in step (hereinafter abbreviated as S) 1 in the virtual image generation processing program, the CPU 31 sets the positions of the first mirror 11 and the second mirror 12 to the “reference position”. Here, the “reference position” is a position that realizes the optical path length of the first optical path 22 in which the generation distance L of the first virtual image 9A generated based on the image projected on the transmission screen 5A is 40 m. For example, the position farthest from the screen 5 is the “reference position”.

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24を駆動させて、“基準位置”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が40mとなる位置としているが、40m以外(例えば20mや30m)としても良い。   When the current positions of the first mirror 11 and the second mirror 12 are not arranged at the “reference position (for example, the position farthest from the screen 5)”, the mirror drive motor 24 is driven to “reference”. The first mirror 11 and the second mirror 12 are moved to “position”. In this embodiment, the “reference position” is a position where the generation distance L is 40 m, but may be other than 40 m (for example, 20 m or 30 m).

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8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、透過型スクリーン5Aと反射型スクリーン5Bとは異なる種類の映像を表示する。また、透過型スクリーン5Aには、周辺環境に重畳させて乗員8に視認させることにより案内を行う虚像を生成する為の映像を出力する。例えば、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。一方、反射型スクリーン5Bには、周辺環境に重畳させずに乗員8に視認させることにより案内を行う虚像を生成する為の映像を出力する。例えば、車両の現在の車速や車両周辺の地図画像を出力する構成とする。   Next, in S <b> 2, the CPU 31 transmits a signal to the projector 4 and starts projecting an image on the screen 5 by the projector 4. The video projected by the projector 4 includes information related to the vehicle 2 and various information used for assisting the driving of the occupant 8. For example, a warning for an obstacle (another vehicle or a pedestrian), a guidance route (scheduled travel route) set by the navigation device 48, guidance information based on the guidance route (such as an arrow indicating the traveling direction of the vehicle), and a warning displayed on the road surface (Notes of rear-end collision, speed limit, etc.), current vehicle speed, information signs, map images, traffic information, news, weather forecast, time, connected smartphone screen, TV screen, etc. In particular, in this embodiment, the transmissive screen 5A and the reflective screen 5B display different types of images. The transmission screen 5A outputs an image for generating a virtual image for guidance by being superimposed on the surrounding environment and visually recognized by the occupant 8. For example, an arrow indicating the traveling direction of the vehicle, which is guidance information based on the guidance route set by the navigation device 48, is output. On the other hand, on the reflective screen 5B, an image for generating a virtual image for guidance by outputting it to the occupant 8 without being superimposed on the surrounding environment is output. For example, the current vehicle speed of the vehicle and a map image around the vehicle are output.

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14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第1虚像9Aと、車両の現在の車速を示す第2虚像9Bをそれぞれ生成する。また、矢印の第1虚像9Aについては、地面上、より具体的には第1虚像9Aの下端が地面上に位置するように生成するのが望ましい。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第1虚像9Aを生成する。その結果、乗員8から40m前方付近に車両の進行方向を示す矢印の虚像が生成されることとなり、乗員8は虚像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。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8から第1虚像9Aまでの距離が障害物までの距離よりも短い距離となる(S7)ように構成する。   As a result, for example, when a guidance route is set in the navigation device 48, and there is no intersection to be turned right or left in front of the vehicle in the traveling direction, the vehicle travels straight ahead in the traveling direction of the vehicle as shown in FIG. A first virtual image 9A indicating a direction and a second virtual image 9B indicating the current vehicle speed of the vehicle are respectively generated. The first virtual image 9A indicated by the arrow is desirably generated on the ground, more specifically, such that the lower end of the first virtual image 9A is positioned on the ground. Note that when an intersection to be turned left or right approaches in front of the traveling direction of the vehicle, the first virtual image 9A of the arrow indicating the right / left turn is generated instead of the arrow indicating the straight traveling direction. As a result, a virtual image of an arrow indicating the traveling direction of the vehicle is generated in the vicinity of 40 m ahead of the occupant 8, and the occupant 8 can minimize the movement of the line of sight when viewing the virtual image. However, when there is an obstacle ahead in the traveling direction of the vehicle as will be described later, the distance from the occupant 8 to the first virtual image 9A is shorter than the distance to the obstacle (S7). .

また、第1虚像9Aとして特に右左折を示す矢印の虚像を生成する場合には、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を生成することが望ましい。例えば、乗員8から右左折対象となる案内交差点までの距離を算出し、第1虚像9Aの生成距離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第1ミラー11及び第2ミラー12の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8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、それに伴って第1ミラー11及び第2ミラー12の位置も変更される。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8は明確に特定することが可能となる。   In addition, when a virtual image of an arrow indicating a right / left turn is generated as the first virtual image 9A, it is desirable to generate a virtual image corresponding to the position of the guidance intersection that is the target of the right / left turn. For example, the distance from the occupant 8 to the guidance intersection to be turned left and right is calculated, and the first mirror 11 is set so that the generation distance L of the first virtual image 9A (particularly the distance to the tip position of the arrow) is the calculated distance. In addition, the position of the second mirror 12 is changed. If the distance from the occupant 8 to the guidance intersection to be turned left and right changes as the vehicle moves thereafter, the positions of the first mirror 11 and the second mirror 12 are changed accordingly. As a result, the occupant 8 can clearly identify the position of the guidance intersection to be turned left or right.

続いて、S3においてCPU31は、フロントカメラ10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。   Subsequently, in S <b> 3, the CPU 31 acquires a captured image captured by the front camera 10. Thereafter, an obstacle and a lane marking located in front of the traveling direction of the vehicle are detected by performing image processing on the acquired captured image. In addition, other vehicles, bicycles, pedestrians, etc., which are moving bodies moving on the road, correspond to the obstacles.

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15に示すように障害物(図15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。   Thereafter, in S4, the CPU 31 determines whether or not there is an obstacle that has interrupted ahead of the vehicle in the traveling direction, that is, an obstacle that approaches the virtual image generation position. Specifically, as shown in FIG. 15, the obstacle (two-wheeled vehicle in the example shown in FIG. 15) enters the lane 52 where the vehicle 2 travels beyond the lane marking 53 of the lane 52 where the vehicle 2 travels. In this case, it is determined that there is an obstacle that has interrupted in front of the traveling direction of the vehicle. Note that, on a road without the lane marking 53, for example, a straight line connecting the vehicle to the virtual image generation position is set, and when an obstacle approaches within a predetermined distance (for example, 5 m) from the straight line, the vehicle travels forward. It may be configured to determine that there is an obstacle that has interrupted.

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、透過型スクリーン5A及び反射型スクリーン5Bへの映像の投射を継続しつつS3へと戻る。   Then, when it is determined that there is an obstacle that has interrupted ahead in the traveling direction of the vehicle, that is, there is an obstacle approaching the virtual image generation position (S4: YES), the process proceeds to S5. On the other hand, when it is determined that there is no obstacle that interrupts in the forward direction of the vehicle, that is, there is no obstacle approaching the virtual image generation position (S4: NO), the transmissive screen 5A and the reflection The process returns to S3 while continuing to project the image on the mold screen 5B.

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10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。   In S5, the CPU 31 obtains the distance R from the vehicle to the obstacle that interrupted. Specifically, it is acquired based on the detection result of an image captured by the front camera 10 or other sensors such as a distance measuring sensor installed in the vehicle.

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、現在の第1虚像9Aの生成距離L(即ち40m)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第1虚像9Aと乗員8の間にあるか否か判定する。   Next, in S6, the CPU 31 compares the distance R from the vehicle acquired in S5 to the interrupted obstacle with the current generation distance L (that is, 40 m) of the first virtual image 9A. It is determined whether the distance is longer than the generation distance L, that is, whether the position of the obstacle is between the first virtual image 9A and the occupant 8.

そして、距離Rが現在の第1虚像9Aの生成距離Lよりも長い、即ち障害物の位置が第1虚像9Aと乗員8の間にないと判定された場合(S6:YES)には、仮に障害物が第1虚像9Aの方向へと移動したとしても、障害物と第1虚像9A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8に対して、第1虚像9Aと障害物とを重複させずに視認させることが可能となる。従って、透過型スクリーン5A及び反射型スクリーン5Bへの映像の投射を継続しつつS3へと戻る。   If it is determined that the distance R is longer than the current generation distance L of the first virtual image 9A, that is, the position of the obstacle is not between the first virtual image 9A and the occupant 8 (S6: YES), Even if the obstacle moves in the direction of the first virtual image 9A, the obstacle and the first virtual image 9A do not overlap on the optical path. That is, it becomes possible for the occupant 8 who visually recognizes the front in the traveling direction of the vehicle to visually recognize the first virtual image 9A and the obstacle without overlapping. Accordingly, the process returns to S3 while continuing to project the image on the transmission screen 5A and the reflection screen 5B.

一方、距離Rが現在の第1虚像9Aの生成距離Lと同距離又は短い、即ち障害物の位置が第1虚像9Aと乗員8の間にあると判定された場合(S6:NO)には、仮に障害物が第1虚像9Aの方向へと移動すると、乗員8から障害物が第1虚像9Aと重複して視認される虞があり、その結果、第1虚像9A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、第1虚像9Aによる案内態様を変更する為にS7へと移行する。   On the other hand, when it is determined that the distance R is equal to or shorter than the current generation distance L of the first virtual image 9A, that is, the position of the obstacle is between the first virtual image 9A and the occupant 8 (S6: NO) If the obstacle moves in the direction of the first virtual image 9A, the obstacle may be seen from the occupant 8 overlapping with the first virtual image 9A. As a result, the first virtual image 9A is in the obstacle. It is estimated that there is a risk of being visually recognized as embedded. Accordingly, the process proceeds to S7 in order to change the guidance mode by the first virtual image 9A.

S7においてCPU31は、ミラー駆動モータ24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、透過型スクリーン5Aに投射された映像に基づいて生成される第1虚像9Aの生成距離Lが3mとなる第1光路22の光路長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。   In S7, the CPU 31 drives the mirror drive motor 24 to change the positions of the first mirror 11 and the second mirror 12 from “reference position” to “panel display position”. Here, the “panel display position” is a position that realizes the optical path length of the first optical path 22 in which the generation distance L of the first virtual image 9A generated based on the image projected on the transmission screen 5A is 3 m. . For example, the position closest to the screen 5 is the “panel display position”.

尚、前記S7におけるミラー駆動モータ24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毎(本実施形態では3m(パネル表示位置)と40m(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(即ち第1光路22の光路長)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ミラー駆動モータ24を駆動させる為のパルス信号をミラー駆動モータ24へと送信する。そして、パルス信号を受信したミラー駆動モータ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、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”を第1虚像9Aの生成距離Lが3mとなる位置としているが、距離Rよりも短い距離であれば3m以外(例えば2.5mや5m)としても良い。   The driving of the mirror drive motor 24 in S7 is performed using the position setting table read from the flash memory 34. Here, the position setting table is associated with each settable generation distance L (in this embodiment, two types of 3 m (panel display position) and 40 m (reference position)), and the first mirror 11 and the second mirror 12. (That is, the optical path length of the first optical path 22) is defined. Then, the CPU 31 sets the drive amount (number of pulses) of the mirror drive motor 24 necessary to move the first mirror 11 and the second mirror 12 from the “reference position” to the “panel display position” based on the position setting table. decide. Thereafter, the CPU 31 transmits to the mirror drive motor 24 a pulse signal for driving the mirror drive motor 24 by the determined drive amount. The mirror drive motor 24 that has received the pulse signal drives based on the received pulse signal. As a result, the first mirror 11 and the second mirror 12 move from the “reference position” to the “panel display position”. In this embodiment, the “panel display position” is a position where the generation distance L of the first virtual image 9A is 3 m. However, if the distance is shorter than the distance R, it may be other than 3 m (for example, 2.5 m or 5 m). good.

次に、S8においてCPU31は、プロジェクタ4へと信号を送信し、特に透過型スクリーン5Aへと投射す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8に視認させることにより案内を行う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8に視認させることにより案内を行う虚像を生成する為の映像へと切り替える。具体的には、車両の進行方向を示す矢印を、路面に重畳させる矢印の形状から単純に方向を示す矢印の形状へと変化する。   Next, in S <b> 8, the CPU 31 transmits a signal to the projector 4, and in particular changes the content of the image projected onto the transmissive screen 5 </ b> A. Specifically, from a video for generating a virtual image for guidance by superimposing on the surrounding environment and causing the occupant 8 to visually recognize, a virtual image for guiding is generated by causing the occupant 8 to visually recognize without superimposing on the surrounding environment. Switch to the video to do. Specifically, the arrow indicating the traveling direction of the vehicle changes from the shape of the arrow superimposed on the road surface to the shape of the arrow indicating the direction.

その結果、図17に示すように障害物51が第1虚像9Aに接近した場合であっても、第1虚像9Aを生成する位置は自車両の先端に近い3m先の位置となるので、障害物51と第1虚像9Aとが光路上で重複することがない。尚、その後に障害物51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。また、前記S8において、透過型スクリーン5Aへと投射する映像の内容を、車両の進行方向を示す矢印から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へと変更するように構成しても良い。   As a result, as shown in FIG. 17, even when the obstacle 51 approaches the first virtual image 9A, the position where the first virtual image 9A is generated is a position 3 m away from the tip of the host vehicle. The object 51 and the first virtual image 9A do not overlap on the optical path. If the obstacle 51 subsequently moves from the front in the vehicle traveling direction, the positions of the first mirror 11 and the second mirror 12 are returned to the reference position, and the content of the projected image is also returned to the content of S2. It is desirable to configure. In S8, the content of the image projected on the transmission screen 5A is changed from the arrow indicating the traveling direction of the vehicle to the map information around the vehicle and the guidance information based on the guidance route set by the navigation device 48 or the guidance route. It may be configured to be changed.

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から投射された映像を表示する為のスクリーンを透過型スクリーン5Aと反射型スクリーン5Bから構成し、透過型スクリーン5Aと反射型スクリーン5Bに投射された映像を凹面鏡6及び車両2のフロントウィンドウ7に反射させてそれぞれ車両の乗員8に視認させることによって、車両の乗員8が視認する映像の虚像を生成する。また、HUD1は、透過型スクリーン5Aによって透過された光源の光路である第1光路と、反射型スクリーン5Bによって反射された光源の光路である第2光路との一部を重複させるように構成する。その結果、乗員8からの距離が異なる位置に複数の虚像を同時に生成することが可能となる。その一方で、複数のスクリーンを用いた場合であっても従来のようにスクリーンの隙間に該当するエリアが暗く視認されることなく、虚像が分断される等の不具合も解消できる。その結果、ユーザに違和感を感じさせることのない適切な虚像を生成することが可能となる。   As described above in detail, according to the HUD 1 according to the present embodiment, the screen for displaying the image projected from the projector 4 is configured by the transmissive screen 5A and the reflective screen 5B, and the transmissive screen 5A and the reflective screen are displayed. The image projected on the mold screen 5 </ b> B is reflected on the concave mirror 6 and the front window 7 of the vehicle 2 so as to be visually recognized by the vehicle occupant 8, thereby generating a virtual image of the image visually recognized by the vehicle occupant 8. Further, the HUD 1 is configured to overlap a part of the first optical path that is the optical path of the light source transmitted by the transmissive screen 5A and the second optical path that is the optical path of the light source reflected by the reflective screen 5B. . As a result, it is possible to simultaneously generate a plurality of virtual images at positions where the distance from the occupant 8 is different. On the other hand, even when a plurality of screens are used, problems such as dividing a virtual image can be solved without the area corresponding to the gap between the screens being visually recognized as dark. As a result, it is possible to generate an appropriate virtual image that does not make the user feel uncomfortable.

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7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7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7自身ではなくフロントウィンドウ7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。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various improvements and modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
For example, in the present embodiment, the virtual image is generated in front of the front window 7 of the vehicle 2 by the HUD 1, but the virtual image may be generated in front of a window other than the front window 7. In addition, the object to be reflected by the HUD 1 may be a visor (combiner) installed around the front window 7 instead of the front window 7 itself.

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。   In the present embodiment, the HUD 1 is installed on the vehicle 2. However, the HUD 1 may be installed on a moving body other than the vehicle 2. For example, it can be installed on a ship or an aircraft. Moreover, you may install in the ride type attraction installed in an amusement facility. In that case, a virtual image can be generated around the ride so that the rider can visually recognize the virtual image.

また、本実施形態では透過型スクリーン5Aと反射型スクリーン5Bを一体に構成しているが、透過型スクリーン5Aと反射型スクリーン5Bは必ずしも一体である必要はない。尚、プロジェクタ4がレーザプロジェクタであれば、スクリーン毎のプロジェクタからの距離が異なっていても、映像を適切に表示可能である。   In this embodiment, the transmissive screen 5A and the reflective screen 5B are integrally formed. However, the transmissive screen 5A and the reflective screen 5B are not necessarily integrated. In addition, if the projector 4 is a laser projector, an image can be appropriately displayed even if the distance from the projector differs for each screen.

また、本実施形態では透過型スクリーン5Aと反射型スクリーン5Bとにそれぞれ異なる映像を表示する構成としているが、透過型スクリーン5Aと反射型スクリーン5Bに跨った映像を表示する構成としても良い。本実施形態では各スクリーンの間にある隙間によって虚像が分断されないので、よりサイズの大きい虚像についても適切に生成することが可能となる。   In this embodiment, different images are displayed on the transmissive screen 5A and the reflective screen 5B, respectively, but an image straddling the transmissive screen 5A and the reflective screen 5B may be displayed. In this embodiment, since the virtual image is not divided by the gap between the screens, it is possible to appropriately generate a virtual image having a larger size.

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、透過型スクリーン5Aから凹面鏡6までを結ぶ第1光路22の光路長X1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6を光路に沿って移動させることによって、光路長X1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。   In the present embodiment, the first mirror 11 and the second mirror 12 are moved integrally along the optical path to change the optical path length X1 of the first optical path 22 connecting the transmission screen 5A to the concave mirror 6. However, the first mirror 11 and the second mirror 12 may be fixed, and the optical path length X1 may be changed by moving the screen 5 and the concave mirror 6 along the optical path. In addition, the first mirror 11 and the second mirror 12 may be configured to be driven by different driving sources as long as the first mirror 11 and the second mirror 12 are configured to move together.

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。   In this embodiment, a laser scanning projector that does not require a projection lens is used, but a projector other than the laser scanning projector (for example, a DLP projector, a liquid crystal projector, or an LCOS projector) may be used.

また、本実施形態ではHUD1のCPU31が虚像生成処理プログラム(図13)の各ステップを実行する構成としているが、HUD1以外の車載器(例えばナビゲーション装置48)や車両の制御を行うECU等が一部または全部の処理を実行する構成としても良い。   In the present embodiment, the CPU 31 of the HUD 1 is configured to execute each step of the virtual image generation processing program (FIG. 13). However, an in-vehicle device (for example, the navigation device 48) other than the HUD 1 or an ECU that controls the vehicle is one. It is good also as a structure which performs a part or all process.

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。   Moreover, although the embodiment which actualized the virtual image display device according to the present invention has been described above, the virtual image display device can also have the following configuration, and in that case, the following effects can be obtained.

例えば、第1の構成は以下のとおりである。
光源(18)から出力される光に基づいて生成される映像を投射するプロジェクタ(4)と、前記光源の光を透過させることによって前記プロジェクタから投射された映像の一部である第1映像を表示する透過型スクリーン(5A)と、前記光源の光を反射させることによって前記プロジェクタから投射された映像の一部である第2映像を表示する反射型スクリーン(5B)と、前記透過型スクリーンに表示された前記第1映像と前記反射型スクリーンに表示された前記第2映像をそれぞれ反射させてユーザに視認させることによって前記第1映像及び前記第2映像の虚像(9A、9B)を生成する投影鏡(6)と、を有し、前記透過型スクリーンによって透過された前記光源の光路である第1光路(22)と、前記反射型スクリーンによって反射された前記光源の光路である第2光路(23)との一部を重複させる。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、映像を表示する映像表示面として、透過型スクリーンと反射型スクリーンの2つのスクリーンを用いることによって、ユーザからの距離が異なる位置に複数の虚像を同時に生成することが可能となる。その一方で、透過型スクリーンによって透過された光源の光路と、反射型スクリーンによって反射された光源の光路とを重複させることによって、複数のスクリーンを用いた場合であっても従来のようにスクリーンの隙間に該当するエリアが暗く視認されることなく、虚像が分断される等の不具合も解消できる。その結果、ユーザに違和感を感じさせることのない適切な虚像を生成することが可能となる。
For example, the first configuration is as follows.
A projector (4) that projects an image generated based on light output from the light source (18), and a first image that is a part of the image projected from the projector by transmitting light from the light source. A transmissive screen (5A) for displaying, a reflective screen (5B) for displaying a second image that is part of the image projected from the projector by reflecting the light of the light source, and the transmissive screen A virtual image (9A, 9B) of the first video and the second video is generated by reflecting the displayed first video and the second video displayed on the reflective screen to allow the user to visually recognize the first video and the second video displayed on the reflective screen. A projection mirror (6), a first optical path (22) that is an optical path of the light source transmitted by the transmissive screen, and a reflective screen. A portion of the second optical path is an optical path of the reflected light source (23) to overlap.
According to the virtual image display device having the above-described configuration, a plurality of virtual images are simultaneously generated at different distances from the user by using two screens of a transmissive screen and a reflective screen as a video display surface for displaying video. It becomes possible to do. On the other hand, by overlapping the optical path of the light source transmitted by the transmissive screen and the optical path of the light source reflected by the reflective screen, even when a plurality of screens are used, It is possible to solve problems such as the virtual image being divided without the area corresponding to the gap being visually recognized dark. As a result, it is possible to generate an appropriate virtual image that does not make the user feel uncomfortable.

また、第2の構成は以下のとおりである。
前記透過型スクリーン(5A)から前記投影鏡(6)までを結ぶ前記第1光路(22)の光路長と、前記反射型スクリーン(5B)から前記投影鏡までを結ぶ前記第2光路(23)の光路長と、が異なる距離である。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、透過型スクリーンに投射した映像に基づく虚像と反射型スクリーンに投射した映像に基づく虚像を、それぞれユーザからの距離が異なる位置に同時に生成することが可能となる。
The second configuration is as follows.
The optical path length of the first optical path (22) connecting the transmissive screen (5A) to the projection mirror (6) and the second optical path (23) connecting the reflective screen (5B) to the projection mirror. Is a different distance from the optical path length.
According to the virtual image display device having the above-described configuration, it is possible to simultaneously generate a virtual image based on the image projected on the transmission screen and a virtual image based on the image projected on the reflection type screen at different positions from the user. Become.

また、第3の構成は以下のとおりである。
前記透過型スクリーン(5A)及び前記反射型スクリーン(5B)は、連続した一の面により構成される。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、複数のスクリーンを一体に構成することによって、複数のスクリーンを用いた場合であっても装置をより小型化且つ簡略化することが可能となる。
The third configuration is as follows.
The transmissive screen (5A) and the reflective screen (5B) are constituted by one continuous surface.
According to the virtual image display device having the above-described configuration, it is possible to further reduce the size and simplify the device even when a plurality of screens are used by integrally configuring a plurality of screens.

また、第4の構成は以下のとおりである。
前記第1映像と前記第2映像とは異なる映像である。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、異なる映像に基づく虚像をユーザからの距離が異なる位置に同時に生成することが可能となる。
The fourth configuration is as follows.
The first video and the second video are different videos.
According to the virtual image display device having the above-described configuration, it is possible to simultaneously generate virtual images based on different videos at positions at different distances from the user.

また、第5の構成は以下のとおりである。
前記第1光路(22)に沿って前記透過型スクリーン(5A)と前記投影鏡(6)との間に配置され、前記透過型スクリーンから第1方向で入射する前記第1光路(22)を、前記投影鏡(6)へ向かうとともに前記第1方向と平行且つ逆方向となる第2方向に変更する反射ミラー(11、12)を有する。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、透過型スクリーンを透過した光源の光路を反射ミラーにより折り返すことによって、透過型スクリーンを透過した光源の光路と反射型スクリーンを反射した光源の光路との一部を重複させ、光路の方向も同一方向とすることが可能となる。
The fifth configuration is as follows.
The first optical path (22) that is disposed between the transmission screen (5A) and the projection mirror (6) along the first optical path (22) and is incident in the first direction from the transmission screen. And reflecting mirrors (11, 12) that go to the projection mirror (6) and change to a second direction that is parallel to and opposite to the first direction.
According to the virtual image display device having the above-described configuration, the light path of the light source that has passed through the transmissive screen is folded back by the reflection mirror, whereby the light path of the light source that has passed through the transmissive screen and the light path of the light source that has reflected from the reflective screen are It is possible to make the optical path directions the same in the same direction.

また、第6の構成は以下のとおりである。
前記反射ミラー(11、12)から前記投影鏡(6)までの間の前記第1光路(22)と、前記反射型スクリーン(5B)から前記投影鏡(6)までの間の前記第2光路(23)との一部を重複させる。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、透過型スクリーンを透過した光源の光路を反射ミラーにより折り返すことによって、折り返した後の透過型スクリーンを透過した光源の光路と反射型スクリーンを反射した光源の光路とを適切に重複させることが可能となる。
The sixth configuration is as follows.
The first optical path (22) from the reflecting mirror (11, 12) to the projection mirror (6) and the second optical path from the reflective screen (5B) to the projection mirror (6) A part of (23) is overlapped.
According to the virtual image display device having the above configuration, the light path of the light source that has passed through the transmissive screen is folded back by the reflection mirror, whereby the light path of the light source that has passed through the transmissive screen after the turn and the light source that has reflected the reflective screen are reflected. It is possible to appropriately overlap the optical path.

また、第7の構成は以下のとおりである。
前記反射ミラー(11、12)を前記第1方向に沿って移動させる移動機構(24)を有する。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、反射ミラーの位置を変位させることによって透過型スクリーンから投影鏡までの光路長を変更し、ユーザから透過型スクリーンに表示された映像に基づいて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。
The seventh configuration is as follows.
A moving mechanism (24) for moving the reflecting mirror (11, 12) along the first direction;
According to the virtual image display device having the above configuration, the optical path length from the transmissive screen to the projection mirror is changed by displacing the position of the reflecting mirror, and is generated based on the image displayed on the transmissive screen from the user. The distance to the virtual image can be arbitrarily changed.

また、第8の構成は以下のとおりである。
前記ユーザから前記第1映像の虚像(9A)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(31)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第1映像の虚像を生成する為の前記反射ミラーの位置を決定するミラー位置決定手段(31)と、を有し、前記移動機構(24)を制御して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反射ミラー(11、12)を移動させる。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、反射ミラーの位置、即ち透過型スクリーン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。
The eighth configuration is as follows.
A generation distance determining means (31) for determining a generation distance that is a distance from the user to the virtual image (9A) of the first video, and a position corresponding to the generation distance determined by the generation distance determination means. Mirror position determining means (31) for determining the position of the reflecting mirror for generating a virtual image of one image, and the position determined by the mirror position determining means by controlling the moving mechanism (24) The reflecting mirror (11, 12) is moved to the position.
According to the virtual image display device having the above configuration, it is possible to generate a virtual image at an arbitrarily set position by controlling the position of the reflection mirror, that is, the optical path length from the transmission screen to the projection mirror.

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
5A 透過型スクリーン
5B 反射型スクリーン
6 凹面鏡
7 フロントウィンドウ
8 乗員
9 虚像
10 フロントカメラ
11 第1ミラー
12 第2ミラー
22 第1光路
23 第2光路
24 ミラー駆動モータ
31 CPU
32 RAM
33 ROM
34 フラッシュメモリ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Head-up display apparatus 2 Vehicle 3 Dashboard 4 Projector 5 Screen 5A Transmission type screen 5B Reflective type screen 6 Concave mirror 7 Front window 8 Crew 9 Virtual image 10 Front camera 11 First mirror 12 Second mirror 22 First optical path 23 Second optical path 24 mirror drive motor 31 CPU
32 RAM
33 ROM
34 Flash memory

Claims (8)

光源から出力される光に基づいて生成される映像を投射するプロジェクタと、
前記光源の光を透過させることによって前記プロジェクタから投射された映像の一部である第1映像を表示する透過型スクリーンと、
前記光源の光を反射させることによって前記プロジェクタから投射された映像の一部である第2映像を表示する反射型スクリーンと、
前記透過型スクリーンに表示された前記第1映像と前記反射型スクリーンに表示された前記第2映像をそれぞれ反射させてユーザに視認させることによって前記第1映像及び前記第2映像の虚像を生成する投影鏡と、を有し、
前記透過型スクリーンによって透過された前記光源の光路である第1光路と、前記反射型スクリーンによって反射された前記光源の光路である第2光路との一部を重複させる虚像表示装置。
A projector that projects an image generated based on light output from a light source;
A transmissive screen that displays a first image that is part of an image projected from the projector by transmitting light from the light source;
A reflective screen that displays a second image that is part of the image projected from the projector by reflecting light from the light source;
The first image displayed on the transmissive screen and the second image displayed on the reflective screen are respectively reflected and made visible to the user to generate virtual images of the first image and the second image. A projection mirror,
A virtual image display device that overlaps a part of a first optical path that is an optical path of the light source transmitted by the transmissive screen and a second optical path that is an optical path of the light source that is reflected by the reflective screen.
前記透過型スクリーンから前記投影鏡までを結ぶ前記第1光路の光路長と、前記反射型スクリーンから前記投影鏡までを結ぶ前記第2光路の光路長と、が異なる距離である請求項1に記載の虚像表示装置。   The optical path length of the first optical path connecting the transmission screen to the projection mirror and the optical path length of the second optical path connecting the reflection screen to the projection mirror are different distances. Virtual image display device. 前記透過型スクリーン及び前記反射型スクリーンは、連続した一の面により構成される請求項1又は請求項2に記載の虚像表示装置。   The virtual image display device according to claim 1, wherein the transmissive screen and the reflective screen are configured by one continuous surface. 前記第1映像と前記第2映像とは異なる映像である請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の虚像表示装置。   The virtual image display device according to claim 1, wherein the first video and the second video are different videos. 前記第1光路に沿って前記透過型スクリーンと前記投影鏡との間に配置され、前記透過型スクリーンから第1方向で入射する前記第1光路を、前記投影鏡へ向かうとともに前記第1方向と平行且つ逆方向となる第2方向に変更する反射ミラーを有する請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の虚像表示装置。   The first optical path that is disposed between the transmission screen and the projection mirror along the first optical path and is incident in the first direction from the transmission screen is directed to the projection mirror and the first direction. The virtual image display device according to claim 1, further comprising a reflection mirror that changes in a second direction that is parallel and opposite. 前記反射ミラーから前記投影鏡までの間の前記第1光路と、前記反射型スクリーンから前記投影鏡までの間の前記第2光路との一部を重複させる請求項5に記載の虚像表示装置。   The virtual image display device according to claim 5, wherein a part of the first optical path between the reflection mirror and the projection mirror overlaps with the second optical path between the reflection screen and the projection mirror. 前記反射ミラーを前記第1方向に沿って移動させる移動機構を有する請求項5又は請求項6に記載の虚像表示装置。   The virtual image display device according to claim 5, further comprising a moving mechanism that moves the reflecting mirror along the first direction. 前記ユーザから前記第1映像の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第1映像の虚像を生成する為の前記反射ミラーの位置を決定するミラー位置決定手段と、を有し、
前記移動機構を制御して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反射ミラーを移動させる請求項7に記載の虚像表示装置。
Generation distance determining means for determining a generation distance that is a distance from the user to the virtual image of the first video;
Mirror position determining means for determining a position of the reflecting mirror for generating a virtual image of the first image at a position corresponding to the generation distance determined by the generation distance determining means;
The virtual image display device according to claim 7, wherein the moving mirror is controlled to move the reflecting mirror to a position determined by the mirror position determining unit.
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