JP2017122894A

JP2017122894A - 画像投射装置、画像投射方法および画像投射プログラム

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Publication number: JP2017122894A
Application number: JP2016002743A
Authority: JP
Inventors: 瀧沢　昭彦; Akihiko Takizawa; 昭彦瀧沢
Original assignee: Alpine Electronics Inc
Current assignee: Alpine Electronics Inc
Priority date: 2016-01-08
Filing date: 2016-01-08
Publication date: 2017-07-13
Anticipated expiration: 2036-01-08
Also published as: JP6598686B2

Abstract

【課題】焦点距離を変化させて画像を投射する際の視認性の低下を抑制する画像投射装置を提供する。【解決手段】画像投射装置は、第1の投射光学系により画像を投射可能な第１の投射部と、第２の投射光学系により画像を投射可能な第２の投射部と、第１および第２の投射部が第１の焦点距離ｆ１で画像を投射する第１の投射モードと、第１の投射部が第１の焦点距離ｆ１で画像を投射し、第２の投射部が第２の焦点距離ｆ２で画像を投射する第２の投射モードとを有する。第１の投射モードから第２の投射モードに切替わるとき、一旦、第１の投射部の第１の焦点距離ｆ１が中間の焦点距離ｆｃに変化され、第２の投射部の第２の焦点距離ｆ２が中間の焦点距離ｆｃに変化される。【選択図】図８

Description

本発明は、画像を投射する画像投射装置に関し、特に、車両のフロントガラス上に画像を投射する画像投射装置に関する。

運転者を支援するための運転支援情報を表示する１つの手段として、ヘッドアップディスプレイ（以下、ＨＵＤと略す）が実用化されている。典型的なＨＵＤは、車内に設置された投射装置からのフロントガラスまたはそこに備え付けられたスクリーンに画像を投射し、運転者からは、フロントガラス越しの現実空間にあたかも物体が存在するかのような虚像を生成する。ＨＵＤを利用すると、運転者の視線方向に運転支援情報を表示することができるため、車内の液晶ディスプレイ等を見る場合と比較して、運転者の視線移動を減らすことができる。

ＨＵＤは、投射光学系の焦点距離等を調整することで投射する画像の大きさや位置を調整することができる。また、特許文献１は、スクリーンや投射レンズの位置を動かすことにより異なる位置に複数の画像を表示したり、駐車時に大きな１つの画像を表示したりするＨＵＤを開示している。

特開２０１５−１１２１７号公報

特許文献１に記載されるように、ＨＵＤにより、異なる焦点距離を有する複数の画像をフロントガラス上に表示させることが可能である。図１７（Ａ）は、走行中の表示例、図１７（Ｂ）は、停車中の表示例であり、図１８（Ａ）、（Ｂ）は、それらを側方から表したときの模式図である。例えば、図１７（Ａ）に示すように、車両に２つのＨＵＤ＿ＡおよびＨＵＤ＿Ｂが搭載されているとき、車両の走行中に、ＨＵＤ＿Ａによって焦点距離ｆ１の画像１Ａ（例えば、速度情報）がフロントガラス上に投射され、ＨＵＤ＿Ｂによって焦点距離ｆ２の画像１Ｂ（例えば、進行方向）がフロントガラス上に投射される。このとき、運転者Ｕは、図１８（Ａ）に示すように、画像１Ａの虚像１Ａ’を車両の近方に視認し、画像１Ｂの虚像１Ｂ’を車両の遠方に視認する。運転者Ｕから虚像１Ａ’、距離１Ｂ’までの距離は、Ｌｆ、Ｌｎであり、Ｌｆ＞Ｌｎである。

停車中には、図１７（Ｂ）に示すように、ＨＵＤ＿１ＡおよびＨＵＤ＿１Ｂによって焦点距離ｆ２に画像２Ａ、画像２Ｂが投射され、図１８（Ｂ）に示すように、運転者Ｕは、距離Ｌｎの位置に、画像２Ａの虚像２Ａ’、画像２Ｂの虚像２Ｂ‘を視認する。画像２Ａは、例えば、進行方向であり、画像２Ｂは、車両の速度情報であるが、このような表示以外に、画像２Ａと画像２Ｂとを合成した１つの画像Ｘを表示することも可能である。なお、ＨＵＤ＿ＡおよびＨＵＤ＿Ｂは、１つのＨＵＤに含まれる２つの投射光学系であってもよいし、２つのＨＵＤから構成されるものであってもよい。

上記のような焦点距離の異なる画像の表示の切替えを車両の速度等に連動して行う場合、渋滞等が発生すると、走行／停止が繰り返され、その都度、表示が切替わることになる。走行／停止のサイクルが長い場合には、それほど気にならないが、サイクルが短くなると、焦点距離の大きな画像と焦点距離の小さな画像の表示が頻繁に切替わることになり、運転者にとってそのような表示が却って目障りとなったり、あるいは視認性が低下してしまう。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、焦点距離を変化させて画像を投射する際の視認性の低下を抑制する画像投射装置、画像投射方法および画像投射プログラムを提供することを目的とする。

本発明に係る画像投射装置は、第１の投射光学系により画像を投射可能な第１の投射手段と、第２の投射光学系により画像を投射可能な第２の投射手段と、第１の投射手段および第２の投射手段が第１の焦点距離で画像を投射する第１の投射モードと、第１の投射手段が第１の焦点距離で画像を投射し、第２の投射手段が第２の焦点距離で画像を投射する第２の投射モードと、車両の状態を検出する車両状態検出手段と、前記車両状態検出手段の検出結果に基づき第１および第２の投射手段を制御し、投射モードの切替えを制御する切替制御手段とを有し、前記切替制御手段は、第２の投射モードから第１の投射モードに切替えるとき、第１の投射手段の第１の焦点距離を中間の焦点距離に変化させ、かつ第２の投射手段の第２の焦点距離を前記中間の焦点距離に変化させ、前記中間の焦点距離は第１の焦点距離よりも大きく、かつ第２の焦点距離よりも小さい。

好ましくは前記切替制御手段はさらに、第１の投射手段の前記中間の焦点距離を第１の焦点距離に変化させ、かつ第２の投射手段の前記中間の焦点距離を第１の焦点距離に変化させる。好ましくは第２の投射モードから第１の投射モードに切替えられるとき、第１および第２の投射手段は、一定期間、前記中間の焦点距離で画像をそれぞれ投射する。好ましくは前記切替制御手段は、第１の投射モードから第２の投射モードに切替えるとき、第１の投射手段の第１の焦点距離を中間の焦点距離に変化させ、かつ第２の投射手段の第１の焦点距離を中間の焦点距離に変化させる。好ましくは前記切替制御手段はさらに、第１の投射手段の前記中間の焦点距離を第１の焦点距離に変化させ、第２の投射手段の前記中間の焦点距離を第２の焦点距離に変化させる。好ましくは第１の投射モードから第２の投射モードに切替えられるとき、第１および第２の投射手段は、一定期間、前記中間の焦点距離で画像をそれぞれ投射する。好ましくは画像投射装置はさらに、前記車両状態検出手段の検出結果に基づき車両が停車状態か走行状態かを判定する車両状態判定手段を含み、前記切替制御手段は、停車状態と判定されたとき第１の投射モードを選択し、走行状態と判定されたとき第２の投射モードを選択する。好ましくは前記切替制御手段は、第１の投射手段および第２の投射手段が前記中間の焦点距離にあるとき、前記車両状態判定手段の判定結果を再確認し、判定結果に変更がある場合には、第１および第２の投射手段を元の投射モードに移行させる。好ましくは前記車両状態検出手段は、車両の速度情報を含み、前記車両状態判定手段は、車両の速度がしきい値未満であるとき停車状態と判定し、車両の速度がしきい値以上であるとき走行状態と判定する。好ましくは前記切替制御手段は、第１の投射手段の第１の焦点距離を前記中間の焦点距離に連続的に変化させ、かつ第２の投射手段の第１または第２の焦点距離を前記中間の焦点距離に連続的に変化させる。好ましくは前記中間の焦点距離は、第１の焦点距離と第２の焦点距離の差の１／２の値である。好ましくは第１の投射モードのとき、第１の投射手段により投射される第１の画像と第２の投射手段により投射される第２の画像とが隣接される。好ましくは第１の画像と第２の画像により合成された画像が投射される。好ましくは前記切替制御手段は、第１の投射手段および第２の投射手段の投射角度をそれぞれ制御可能である。

本発明に係る画像投射方法は、第１の投射光学系により画像を投射可能な第１の投射手段と、第２の投射光学系により画像を投射可能な第２の投射手段と、車両の状態を検出する車両状態検出手段とを有する画像投射装置におけるものであって、車両が停車状態であるとき、第１の投射モードにより第１の投射手段および第２の投射手段に第１の焦点距離で画像を投射させ、車両が走行状態であるとき、第２の投射モードにより第１の投射手段に第１の焦点距離で画像を投射させ、第２の投射手段に第２の焦点距離で画像を投射させるステップと、第２の投射モードから第１の投射モードに切替えるとき、第１の投射手段の第１の焦点距離を中間の焦点距離に変化させ、かつ第２の投射手段の第２の焦点距離を前記中間の焦点距離に変化させるステップとを含み、前記中間の焦点距離は第１の焦点距離よりも大きく、かつ第２の焦点距離よりも小さい。

好ましくは画像投射方法はさらに、第１の投射手段の前記中間の焦点距離を第１の焦点距離に変化させ、かつ第２の投射手段の前記中間の焦点距離を第１の焦点距離に変化させるステップを含む。好ましくは画像投射方法はさらに、第１の投射モードから第２の投射モードに切替えるとき、第１の投射手段の第１の焦点距離を中間の焦点距離に変化させ、かつ第２の投射手段の第１の焦点距離を中間の焦点距離に変化させるステップを含む。好ましくは画像投射方法はさらに、第１の投射手段の前記中間の焦点距離を第１の焦点距離に変化させ、第２の投射手段の前記中間の焦点距離を第２の焦点距離に変化させるステップを含む。

本発明に係る画像投射プログラムは、第１の投射光学系により画像を投射可能な第１の投射手段と、第２の投射光学系により画像を投射可能な第２の投射手段と、車両の状態を検出する車両状態検出手段とを有する画像投射装置が実行するものであって、車両が停車状態であるとき、第１の投射モードにより第１の投射手段および第２の投射手段に第１の焦点距離で画像を投射させ、車両が走行状態であるとき、第２の投射モードにより第１の投射手段に第１の焦点距離で画像を投射させ、第２の投射手段に第２の焦点距離で画像を投射させるステップと、第２の投射モードから第１の投射モードに切替えるとき、第１の投射手段の第１の焦点距離を中間の焦点距離に変化させ、かつ第２の投射手段の第２の焦点距離を前記中間の焦点距離に変化させるステップとを含み、前記中間の焦点距離は第１の焦点距離よりも大きく、かつ第２の焦点距離よりも小さい。好ましくは画像投射プログラムはさらに、第１の投射モードから第２の投射モードに切替えるとき、第１の投射手段の第１の焦点距離を中間の焦点距離に変化させ、かつ第２の投射手段の第１の焦点距離を中間の焦点距離に変化させるステップを含む。

本発明によれば、車両状態に応じて第１の投射モードおよび第２の投射モードを切替える際に、第１の投射手段および第２の投射手段の焦点距離を中間の焦点距離に一旦変化させてから、初期の投射モードに移行させるようにしたので、第１の投射モードと第２の投射モードの切替えサイクルが短くなっても、焦点距離の変化による虚像の視認距離の変化を小さくすることができ、その結果、運転者にとって視認性が向上される。

本発明の第１の実施例に係る画像投射装置の構成を示す図である。本実施例の第１および第２の投射部の構成例を示す図である。第１および第２の投射部による画像の投射例を示す図である。本発明の第１の実施例に係る画像投射プログラムの機能的な構成例を示す図である。第１の実施例に係る車両状態、判定要素および投射モードの関係を示した図である。第１の投射モードを例示する図である。第１の投射モードへの切替を例示する図である。第２の投射モードへの切替を例示する図である。投射光学系の焦点距離を連続的に変化させたときの虚像の移動を示す図である。第１の実施例に係る画像投射装置の動作を示すフロー図である。第１の投射モードから第２の投射モードへの切替フローを示す図である。第２の投射モードから第１の投射モードへの切替フローを示す図である。第１の実施例の第１の投射モードおよび第２の投射モードの画像の投射例を示す図である。第２の実施例に係る車両状態、判定要素および投射モードの関係を示した図である。第２の実施例に係る画像投射装置の動作を示すフローチャートである。第２の実施例の第１の投射モード、第２の投射モード、第３の投射モード時の虚像の位置を説明する図である。第３の投射モード時の画像の投射例を示す図である。第２の実施例の変形例に係る画像投射装置の動作を示すフローチャートである。従来のＨＵＤの表示例である。従来のＨＵＤの表示例示である。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本発明の実施形態に係る画像投射装置は、ＨＵＤに代表されるような投射システムを有する。好ましい実施態様では、画像投射装置は、車両のフロントガラスまたはそのスクリーン上に画像を投射し、実空間に重畳された虚像を運転者に見せることができる。投射される画像は、好ましくは、運転者にとって有益な情報、例えば運転支援情報である。

図１は、本発明の第１の実施例に係る画像投射装置の構成を示す図である。本実施例に係る画像投射装置１０は、第１の投射光学系を有する第１の投射部１００、第２の投射光学系を有する第２の投射部１１０、第１の投射部１００および第２の投射部１１０によって投射される画像を生成する画像生成部１２０、記憶部１３０、車両の状態を検出する車両状態検出部１４０、ナビゲーション部１５０、および制御部１６０を含んで構成される。

第１の投射部１００は、画像生成部１２０によって生成された画像データに基づき光源からの光を変調する光変調手段と、光変調手段により変調された光を投射する第１の投射光学系とを備えている。第１の投射光学系は、例えば、レンズ、またはプリズム等の光学部材を含み、光変調手段により変調された光を車内のフロントガラス等のスクリーン上に投射する。第１の投射光学系の焦点距離および／または投射方向は、制御部１６０からの制御により可変することができる。第２の投射部１１０は、第１の投射部１００と実質的に同様の構成を有するが、第２の投射部１１０は、第１の投射部１００とは独立にその焦点距離や投射方向が可変される。

図２に、第１の投射部の構成例を示す。第１の投射部１００は、光源１０１、照明光学系１０２、光変調手段１０３、投射光学系１０４、アクチュエータ１０５を含む。光源１０１は、例えば、発光ダイオードアレイ等の半導体発光素子等から構成される。照明光学系１０２は、光源１０１からの光を集束し、所定のアスペクト比の光を光変調手段１０３へ提供する。光変調手段１０３は、例えば、液晶デバイス、あるいは複数の可変ミラーが２次元的に配置されたディジタルミラーデバイスなどから構成される。光変調手段１０３は、画像生成部１２０からの画像データに従い照射された光を空間的に変調する。投射光学系１０４は、変調された光をスクリーン１０６上に投射する。

アクチュエータ１０５は、制御部１６０からの制御信号Ｓ１に基づき投射光学系１０４に含まれるレンズの位置あるいはプリズムの位置等を移動させることで焦点距離を調整可能である。ある態様では、投射光学系１０４は、連続的に焦点距離を変化させることで、ズームアップまたはズームダウンされる画像を投射する。さらにアクチュエータ１０５は、制御部１６０からの制御信号Ｓ１に基づき投射光学系１０４の投射方向を調整することもできる。例えば、投射光学系１０４の光軸を傾けることで、投射方向、つまりスクリーン上に投射される画像の位置を変えることができる。

図３に、画像投射装置によって投射される画像の一例を示す。例えば、画像投射装置１０は、図３（Ａ）に示すように車内のダッシュボード内に設置される。第１の投射部１００は、例えば、短い焦点距離ｆ１で画像１００Ａをフロントガラス上に投射し、このとき、運転者Ｕは、図３（Ｂ）に示すように、視点ｏから前方の距離Ｌ１に虚像１００Ａ’を視認する。また、第２の投射部１１０は、例えば、長い焦点距離ｆ２で画像１１０Ａを投射し、このとき、運転者Ｕは、車両の遠方の距離Ｌ２にその虚像１１０Ａ’を視認する。

画像生成部１２０は、車両状態に応じた情報を運転者に提供するため、その画像データを生成する。例えば、走行状態であれば、車速情報、タコメータ情報、現在時刻、燃料計、等の情報を提供するための画像データが生成される。また、ナビゲーション部１５０が動作されている場合には、目的地までの距離、到着予想時間、案内ルート、次の交差点案内などの情報を提供するための画像データが生成される。さらに、画像投射装置１０が外部の交通情報配信サーバと通信する機能を備えていたり、あるいは路側機等から配信される情報を受信する機能を備えている場合には、交通情報配信サーバからの渋滞情報等や路側機からの信号機情報を提示するための画像データを生成することができる。さらに車載カメラを利用した障害物検知システムを搭載している場合には、自車の前方に存在する車両を取り囲むような枠状の画像データを生成し、これを実際の前方車両に重畳させるようにしてもよい。画像生成部１２０は、制御部１６０の制御下において、画像投射装置１０の投射モードに応じて第１の投射部１００および第２の投射部１１０によって投射される画像のための画像データを生成する。

記憶部１３０は、種々のデータを格納することができ、例えば、画像生成部１２０に必要な画像データを格納したり、あるいは制御部１６０が実行するプログラムなどを格納することができる。さらにナビゲーション部１５０で使用される地図データ等を記憶することもできる。

車両状態検出部１４０は、車両の状態に関する情報を取得する。例えば、車速パルス情報、ギアポジション情報、ブレーキ情報、ウインカー情報などである。さらに車載カメラが搭載されている場合には、その撮像データから得られる車両状態に関する情報を取得するようにしてもよい。車両状態検出部１４０の検出結果は、制御部１６０へ提供され、後述するように画像投射装置１０の投射モードの決定に利用される。

ナビゲーション部１５０は、ＧＰＳ信号や自立航法センサなどを利用して自車位置を算出し、算出された自車位置周辺の道路地図を液晶ディスプレイへ表示したり、目的地までの経路を探索し、探索経路の案内を行ったりする。また、探索経路の案内をするとき、交差点等における直進、右折、左折等の案内情報が提示される。ナビゲーション部１５０によって提示される情報は、必要に応じて画像生成部１２０へ提供され、そのような情報は、第１の投射部１００または第２の投射部１１０によっても投射可能である。

制御部１６０は、画像投射装置１０の各部を制御する。好ましい態様では、制御部１６０は、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含むマイクロコントローラ等から構成され、ＲＯＭまたはＲＡＭは、各部を制御するためのプログラムを格納することができる。本実施例では、制御部１６０は、第１および第２の投射部１００、１１０の投射を制御する画像投射プログラム２００を実行する。

図４は、第１の実施例に係る画像投射プログラムの機能的な構成例を示す図である。画像投射プログラム２００は、車両情報取得部２１０、車両状態判定部２２０、投射モード決定部２３０、切替制御部２４０、第１アクチュエータ制御部２５０、第２アクチュエータ制御部２６０を含んで構成される。

車両情報取得部２１０は、車両状態検出部１４０により検出された車両に関する情報を取得する。例えば、車内バスを介して、速度情報、ギアポジション情報、ウインカー情報、ブレーキ情報等が取得される。車両状態判定部２２０は、車両情報取得部２１０によって取得された情報に基づき車両の状態を判定する。第１の実施例では、車両が停車状態か走行状態かを判定する。この判定は、例えば、速度情報やギアポジション情報等が用いられる。図５に、車両状態と、これを判定する判定基準と、投射モードとの関係の一例を示す。車両状態判定部２２０は、ギアポジションがドライブギアであり、かつ車速が２０ｋｍ／ｈ未満であるとき、車両が停車状態であると判定する。また、ギアポジションがドライブギアであり、かつ車速が２０ｋｍ／ｈ以上であるとき、走行状態であると判定する。図５の判定基準は一例であり、例えば、撮像カメラ（図示せず）からの撮像画像やブレーキ情報を用いて判定するものであっても良い。さらにギアポジションがパーキングであるとき、停車状態と判定するようにしてもよい。

車両状態判定部２２０の判定結果は、投射モード決定部２３０に提供される。投射モード決定部２３０は、車両状態判定部２２０の判定結果に基づき第１の投射モードまたは第２の投射モードを決定する。図５に示すように、投射モード決定部２３０は、車両が停車状態と判定されたとき第１の投射モード、走行状態と判定されたとき第２の投射モードと決定する。

第１の投射モードは、第１の投射部１００および第２の投射部１１０がそれぞれ同一の焦点距離で画像を投射するモードであり、第２の投射モードは、第１の投射部１００および第２の投射部１１０が異なる焦点距離で画像を投射するモードである。好ましくは、第１の投射モードでは、第１および第２の投射部１００、１１０がそれぞれ短い焦点距離ｆ１で画像を投射し、第２の投射モードでは、第１の投射部１００が短い焦点距離ｆ１で画像を投射し、第２の投射部１１０が長い焦点距離ｆ２で画像を投射する。図６（Ａ）は、第１の投射モードの例示である。第１の投射部１００により第１の焦点距離ｆ１で画像１００Ａが投射され、第２の投射部１１０により第１の焦点距離ｆ１で画像１１０Ａが投射される。この例では、画像１００Ａと１１０Ａとが隣接するように投射されている。図６（Ｂ）は、横から見たときの虚像の様子を示しており、運転者Ｕは、画像１００Ａ、１１０Ａのそれぞれの虚像１００Ａ’、１１０Ａ’を視点ｏから近方の距離Ｌ１で視認する。

第２の投射モードでは、図３（Ａ）に示すように、第１の投射部１００により第１の焦点距離ｆ１で画像１００Ａが投射され、第２の投射部１１０により第２の焦点距離ｆ２で画像１１０Ａが投射される。そして、図３（Ｂ）に示すように、運転者Ｕは、近方の距離Ｌ１に虚像１００Ａ’を視認し、遠方の距離Ｌ２に虚像１１０Ａ’を視認する。

切替制御部２４０は、車両状態判定部２２０の判定結果が変更されたとき、第１の投射モードから第２の投射モード、または第２の投射モードから第１の投射モードへの切替えを行う。切替制御部２４０は、第１の投射モードから第２の投射モード、または第２の投射モードから第１の投射モードへ切替えるとき、焦点距離の変化が急激にならないように、第１の投射部１００の第１の焦点距離ｆ１を中間の焦点距離ｆｃに変化させ、第２の投射部１１０の第１または第２の焦点距離ｆ１／ｆ２を同じ中間の焦点距離ｆｃに変化させ、第１および第２の投射部１００、１１０により中間の焦点距離ｆｃで画像を一定期間だけ投射させた後に、最終的な第１の投射モードまたは第２の投射モードの焦点距離に変化される。

切替制御部２４０は、投射モードの切替えを行うとき、第１アクチュエータ制御部２５０を介して第１の投射部１００のアクチュエータ１０５を制御し、投射光学系１０４の焦点距離を可変させ、かつ第２アクチュエータ制御部２６０を介して第２の投射部１１０のアクチュエータ１０５を制御し、投射光学系１０４の焦点距離を可変させる。このとき、必要に応じて第１の投射部１００と第２の投射部１１０の投射角度を可変させることもできる。

例えば、第２の投射モード（図３）から第１の投射モード（図６）に切替わるとき、第１の投射部１００の第１の焦点距離ｆ１が中間の焦点距離ｆｃに変化され、第２の投射部１１０の第２の焦点距離ｆ２が中間の焦点距離ｆｃに変化され、第１および第２の投射部１００、１１０が中間の焦点距離ｆｃに一致した後に、第１および第２の投射部１００、１１０の中間の焦点距離ｆｃがそれぞれ第１の焦点距離ｆ１に変化される。

図７は、第２の投射モードから第１の投射モードへの切替えを行うときの虚像を模式的に示している。図７（Ａ）に示すように、第１の投射部１００の第１の焦点距離ｆ１が中間の焦点距離ｆｃに変化されたとき、その虚像１００Ａ’の位置が距離Ｌ１からＬｃとなるように遠方に向けて移動する。一方、第２の投射部１１０の第２の焦点距離ｆ２が中間の焦点距離ｆｃに変化されたとき、その虚像１１０Ａ’の位置が距離Ｌ２からＬｃとなるように近方に向けて移動する。運転者Ｕは、視点ｏから距離Ｌｃの位置に２つの虚像１００Ａ’、１１０Ａ’を視認する。好ましくは、中間の焦点距離ｆｃは、ｆｃ＝（ｆ１＋ｆ２）／２であり、このとき、Ｌｃ＝（Ｌｎ＋Ｌｆ）／２となる。この場合、第１および第２の投射部１００、１１０の各アクチュエータ１０５は、投射光学系の焦点距離を同一距離だけ変化させることになる。なお、便宜上、２つの虚像１００Ａ’、虚像１１０Ａ’が距離Ｌｃの位置にあるとき、この位置を出迎え位置と呼ぶことがある。次に、図７（Ｂ）に示すように、第１および第２の投射部１００、１１０の中間の焦点距離ｆｃが第１の焦点距離ｆ１に変化され、運転者Ｕは、視点ｏから距離Ｌ１の位置に虚像１００Ａ’および虚像１１０’を視認する。

１つの態様では、虚像１００Ａ’、１１０Ａ’が出迎え位置にあるとき、切替制御部２４０は、車両状態判定部２３０の判定結果を再確認するようにしてもよい。すなわち、虚像が出迎え位置にあるとき、車両状態判定手段２３０の判定結果に変更がない場合には、第１の投射モードに移行するが、車両状態判定手段２３０の判定結果が変更されている場合には（この場合、判定結果が走行状態に変更されている場合）、第２の投射モードに戻るようにしてもよい。

一方、第１の投射モードから第２の投射モードの切替えを行う場合には、図８（Ａ）に示すように、第１および第２の投射部１００、１１０の第１の焦点距離ｆ１を中間の焦点距離ｆｃに変化させ、２つの虚像１００Ａ’、１１０Ａ’を出迎え位置に移動させる。次に、図８（Ｂ）に示すように、第１の投射部１００の中間の焦点距離ｆｃを第１の焦点距離ｆ１に変化させ、その虚像１００Ａ’を距離Ｌ１の位置に移動させ、第２の投射部１１０の中間の焦点距離ｆｃを第２の焦点距離ｆ２に変化させ、その虚像１１０Ａ’を距離Ｌ２の位置に移動させる。この場合にも、出迎え位置にあるとき、切替制御部２４０は、車両状態判定部２３０の判定結果を再確認し、その結果に基づき第２の投射モードへ移行させるようにしてもよい。

なお、第１および第２の投射部１００、１１０の焦点距離は、第１アクチュエータ制御部２５０および第２アクチュエータ制御部２６０を介して段階的にあるいは連続的に変化されるようにしてもよい。図９（Ａ）は、第２の投射部１１０の第２の焦点距離ｆ２が中間の焦点距離ｆｃに変化するときの画像の投射例を示している。例えば、時刻ｔ１のとき、第１の焦点距離で画像１１０Ａが投射され、時刻ｔ２のとき、第１の焦点距離よりも大きい焦点距離で画像１１０Ａが投射され、時刻ｔ３のとき、中間の焦点距離ｆｃで画像１１０Ａが投射される。このとき、図９（Ｂ）に示すように、時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３において、虚像１１０Ａ’が徐々に遠方に移動するように運転者Ｕによって視認される。

次に、第１の実施例に係る画像投射装置の動作を図１０Ａのフローを参照して説明する。なお、画像投射プログラム２００は、例えば、車両のＡＣＣモードがオンになったとき、特定のアプリケーションが起動されたとき、あるいはユーザー入力により起動が指示されたとき等に実行が開始される。

画像投射プログラム２００が起動されると、車両情報取得部２１０は、車両状態検出部１４０によって検出された車両状態情報を取得する（Ｓ１００）。次に、車両状態判定部２２０は、取得した車両状態情報に基づき、例えば図５に示すような判定基準に従い、停車状態か、走行状態かを判定する（Ｓ１０２）。この判定結果に基づき、投射モード決定部２３０は、停車状態であれば第１の投射モードと決定し（Ｓ１０４）、走行状態であれば第２の投射モードを決定する（Ｓ１０６）。切替制御部２４０は、車用状態判定部２２０の判定結果を監視し、モードの切替えの有無を判定する（Ｓ１０８）。停車状態または走行状態の判定に変更がなければ、そのまま現在の投射モードが維持され（Ｓ１１０）、停車状態から走行状態、または走行状態から停車状態に判定の変更が生じたとき、投射モードを切替えるための制御を実行する（Ｓ１１２）。

図１０Ｂは、第１の投射モードから第２の投射モードへ切替えるときのフローである。停車状態から走行状態に判定結果が変化すると、第１の投射モードから第２の投射モードへ切替えが開始される（Ｓ１２０）。切替制御部２４０は、第１アクチュエータ制御部２５０を介して第１の投射部１００の投射光学系１０４の焦点距離を、第１の焦点距離ｆ１から中間の焦点距離ｆｃに変化させ、第２アクチュエータ制御部２６０を介して第２の投射部１１０の投射光学系１０４の焦点距離を、第１の焦点距離ｆ１から中間の焦点距離ｆｃに変化させる（Ｓ１２２）。この様子は、図８（Ａ）に示される。

２つの虚像１００Ａ’、１１０Ａ’を出迎え位置に一定期間表示させた場合には、好ましくは、切替制御部２４０によって走行状態の判定結果が継続されているか否かが再確認される（Ｓ１２４）。走行状態が維持されている場合には、第２の投射モードへ移行される。すなわち、切替制御部２４０は、第１アクチュエータ制御部２５０を介して第１の投射部１００の投射光学系１０４の焦点距離を、中間の焦点距離ｆｃから第１の焦点距離ｆ１に変化させ、第２アクチュエータ制御部２６０を介して第２の投射部１１０の投射光学系１０４の焦点距離を、中間の焦点距離ｆｃから第２の焦点距離ｆ２に変化させる（Ｓ１２６）。この様子は、図８（Ｂ）に示される。

他方、出迎え位置にある状態で停車状態に判定結果が変更された場合には、切替制御部２４０は、第２の投射モードへ移行せず、第１の投射モードに戻すため、第１アクチュエータ制御部２５０を介して第１の投射部１００の投射光学系１０４の焦点距離を、中間の焦点距離ｆｃから第１の焦点距離ｆ１に変化させ、第２アクチュエータ制御部２６０を介して第２の投射部１１０の投射光学系１０４の焦点距離を、中間の焦点距離ｆｃから第１の焦点距離ｆ１に変化させる（Ｓ１２８）。

図１０Ｃは、第２の投射モードから第１の投射モードへ切替えるときのフローである。走行状態から停車状態に判定結果が変化すると、第２の投射モードから第１の投射モードへ切替えが開始される（Ｓ１３０）。切替制御部２４０は、第１アクチュエータ制御部２５０を介して第１の投射部１００の投射光学系１０４の焦点距離を、第１の焦点距離ｆ１から中間の焦点距離ｆｃに変化させ、第２アクチュエータ制御部２６０を介して第２の投射部１１０の投射光学系１０４の焦点距離を、第２の焦点距離ｆ２から中間の焦点距離ｆｃに変化させる（Ｓ１３２）。

２つの虚像１００Ａ’、１１０Ａ’を出迎え位置に一定期間表示させた場合には、好ましくは、切替制御部２４０によって停車状態の判定結果が継続されているか否かが再確認される（Ｓ１３４）。停車状態が維持されている場合には、第１の投射モードへ移行される。すなわち、切替制御部２４０は、第１アクチュエータ制御部２５０を介して第１の投射部１００の投射光学系１０４の焦点距離を、中間の焦点距離ｆｃから第１の焦点距離ｆ１に変化させ、第２アクチュエータ制御部２６０を介して第２の投射部１１０の投射光学系１０４の焦点距離を、中間の焦点距離ｆｃから第１の焦点距離ｆ１に変化させる（Ｓ１３６）。

他方、出迎え位置にある状態で走行状態に判定結果が変更された場合には、切替制御部２４０は、第２の投射モードに戻すため、第１アクチュエータ制御部２５０を介して第１の投射部１００の投射光学系１０４の焦点距離を、中間の焦点距離ｆｃから第１の焦点距離ｆ１に変化させ、第２アクチュエータ制御部２６０を介して第２の投射部１１０の投射光学系１０４の焦点距離を、中間の焦点距離ｆｃから第２の焦点距離ｆ２に変化させる（Ｓ１３８）。

なお、第１の投射モードおよび第２の投射モードで投射される画像は任意であるが、例えば、第２の投射モードでは、図１１（Ａ）に示すように、速度情報の画像１００Ａと進行方向の画像１１０Ａを投射し、第１の投射モードでは、第２の投射モードのときと異なる画像を表示することができ、例えば、図１１（Ｂ）に示すように、２つの画像１００Ａと１００Ｂの合成が、スピードメーターと進行方向を表すような１つの画像にしてもよい。こうすることで、１つの大きな投射画面を利用してサイズの大きな画像を投射することができる。

このように第１の実施例によれば、停車状態または走行状態に応じて第１の投射モードまたは第２の投射モードの切替えを行うとき、運転者にとって遠方と近方の中間位置に虚像を表示させた後に、遠方または近方に虚像を移動させるようにしたので、例えば渋滞等の道路を走行中に、走行状態と停車状態のサイクルが短時間で繰り返されるような状況においても、虚像の位置変化を小さくし、運転者の視認性を向上させることができる。さらに、第１の投射モードでは、２つの虚像の合成により１つの画像を表示することで、より大きな画像による情報を運転者Ｕに提示することが可能となる。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。第１の実施例では、画像投射装置は、図５に示すように、第１の投射モードと第２投射モードの２つの投射モードを有するが、第２の実施例では、さらに第３の投射モードを有する。第３の投射モードは、有料道路または高速道路のような道路を高速走行しているときの投射モードである。

図１２に、第２の実施例による車両状態と、その判定要素と、投射モードとの関係を示す。第２の実施例では、車両の状態に新たに高速走行状態を含む。高速走行状態か否かの判定は、ギアポジション情報、速度情報、ナビゲーション部１５０の地図データ等を用いて行うことができる。例えば、ギアポジションがドライブギアにあり、かつ速度が２０ｋｍ／ｈ以上、８０ｋｍ／ｈ未満のとき、走行状態と判定され、ギアポジションがドライブギアであり、かつ速度が８０ｋｍ／ｈ以上のとき、高速走行状態と速度される。走行状態あるいは高速走行状態か否かは、自車が走行している道路のリンクデータに含まれる道路種別や道路属性を参照してもよい。但し、例外的に、自車が走行している道路が一般道路であっても、交通量が少なく、かつ次の信号までの距離が一定以上であるような場合には、高速走行状態と判定するようにしもてよい。交通量の判定は、車載カメラによって撮像された画像、あるいは外部の道路交通情報配信サーバからの情報、路側機からの情報などを参照することができる。なお、図１２に示す判定基準は一例である。

車両状態判定部２２０によって高速走行状態と判定されると、投射モード決定部２３０は、第３の投射モードを決定する。第３の投射モードでは、第１の投射部１００の投射光学系が第３の焦点距離にされ、第２の投射部１１０の投射光学系も同じく第３の焦点距離にされる。第３の焦点距離は、第２の投射モードのときの第２の焦点距離よりも大きく、従って、第３の投射モードのときの虚像は、運転者Ｕによってさらに遠方に視認される。

図１３は、第２の実施例に係る画像投射装置の動作を示すフローチャートである。先ず、車両情報取得部２１０は、車両状態検出部１４０、ナビゲーション部１５０あるいは撮像カメラ等から車両情報を取得する（Ｓ２００）。車両状態判定部２２０は、取得された車両情報に基づき車両状態を判定する（Ｓ２０２）。第２の実施例では、少なくとも３つの停車状態、走行状態、高速走行状態（図１２）を有し、そのいずれかの状態が判定される。車両状態判定部２２０によって車両状態が判定されると、投射モード決定部２３０は、判定された車両状態に応じた投射モード、すなわち停車状態であれば第１の投射モード（Ｓ２０４）、走行状態であれば第２の投射モード（Ｓ２０６）、高速走行状態であれば第３の投射モードを決定する（Ｓ２０８）。

図１４（Ａ）は、第２の投射モードから第３の投射モードに切替わるときの虚像の位置を例示している。第２の投射モードのとき、第１の投射部１００が第１の焦点距離で画像１００Ａを投射し、第２の投射部１１０が第２の焦点距離で画像１１０Ａを投射し、それ故、虚像１００Ａ’が距離Ｌ１に位置し、虚像１１０Ａ’が距離Ｌ２に位置する。第３の投射モードに切替わるとき、第１の投射部１００の第１の焦点距離ｆ１が第３の焦点距離ｆ３に変化され、第２の投射部１１０の第２の焦点距離ｆ２が第３の焦点距離に変化される。その結果、運転者Ｕは、視点ｏから遠方の距離Ｌ３にその虚像１００Ａ’１１０Ａ’を視認する。

第３の投射モードでは、図１５（Ａ）に示すように２つの虚像１００Ａ’、１１０Ａ’を隣接させる投射態様に限られず、例えば、図１５（Ｂ）に示すように、２つの虚像１００Ａ’と１１０Ａ’とが分離するような投射態様であってもよい。この場合、第１または第２の投射部の投射方向も可変される。また、虚像１００Ａ’、１１０Ａ’を、運転者Ｕの視線方向から外れる位置に投射されるようにしても良い。この場合、第１アクチュエータ制御部２５０は、予め決められた方向に投射角度を変更するか、運転者の視線を検出する視線検出カメラが搭載されている場合には、検出された視線方向に虚像１００Ａ’または１１０Ａ’が重ならないように、投射角度が調整される。

第２の実施例においても第１の実施例のときと同様に、モードの切替えを行うときに、一旦、中間の焦点距離ｆｃで画像を投射してから最終的な投射モードの焦点距離に変化させるようにしてもよい。図１６に、切替えを行うときのフローチャートを示す。ここで、ステップＳ２００〜Ｓ２０８は、図１３と同様である。切替制御部２４０は、車両状態判定部２２０の判定結果に基づき投射モードの切替えの有無を判定し（Ｓ２１０）、第１の投射モードと第２の投射モード間で投射モードを変更する場合には、第１の実施例のときと同様の制御が行われる。

第２の投射モードから第３の投射モード、あるいは第３の投射モードから第２の投射モードへ変更される場合には、第１の投射部１００の第１の焦点距離ｆ１が第３の焦点距離ｆ３に大きく変化されるため、第１の照射部１００の中間の焦点距離ｆｃを、第２の焦点距離ｆ２に設定するようにしてもよい。この様子を図１４（Ｂ）に示す。すなわち、第２の投射モードから第３の投射モードへ切替えられるとき、第１の投射部１００の第１の焦点距離ｆ１が中間の焦点距離ｆｃ（ｆｃ＝第２の焦点距離ｆ２）に変化され、一旦、第２の投射部１１０の第２の焦点距離ｆ２と一致させる。次に、第１および第２の投射部１００、１１０の第２の焦点距離を第３の焦点距離に変化させる。

第２の実施例では、高速走行状態と判定された場合には、第３の投射モードによりさらに遠方に虚像１００Ａ’、１１０Ａ’を表示させるようにしたので、高速走行時、運手者Ｕの視線が遠方に向けられるとき、その視線方向に画像を見ることができ、視認性がより向上される。さらに第２の投射モードから第３の投射モードへ切替えるとき、第１の投射部１００の第１の焦点距離ｆ１を第２の投射部１１０の第２の焦点距離ｆ２に一致させてから第３の焦点距離ｆ３に変化させるようにしたので、運転者にとっても違和感なく虚像を視認することができる。

上記実施例では、第１の投射部１００と第２の投射部を備える構成を例示したが、これは物理的に別箇の２つの投射部を備える構成であってもよいし、共通する部分を共有することで２つの投射部が機能的に実現される構成であってもよい。また、上記実施例においては、停車状態または走行状態に応じて投射モードの切替えを行うとき、中間位置に虚像を表示させた後に、遠方または近方に虚像を移動させるようにしているが、ここでいう中間位置とは、厳密な中間点を意味するものではなく、遠方と近方の間に位置すればいずれであっても良い。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の要旨の範囲において、種々の変形、変更が可能である。

１Ａ：ＨＵＤ１Ｂ：ＨＵＤ
１０：画像投射装置１００：第１の投射部
１００Ａ’：虚像１０１：光源
１０２：照明光学系１０３：光変調手段
１０４：投射光学系１０５：アクチュエータ
１０６：スクリーン１１０：第２の投射部
１１０Ａ’：虚像１２０：画像生成部
１３０：記憶部１４０：車両状態検出部
１５０：ナビゲーション部１６０：制御部
２００：画像投射プログラム２１０：車両情報取得部
２２０：車両状態判定部２３０：投射モード決定部
２４０：切替制御部２５０：第１アクチュエータ制御部
２６０：第２アクチュエータ制御部Ｕ：運転者

Claims

第１の投射光学系により画像を投射可能な第１の投射手段と、
第２の投射光学系により画像を投射可能な第２の投射手段と、
第１の投射手段および第２の投射手段が第１の焦点距離で画像を投射する第１の投射モードと、
第１の投射手段が第１の焦点距離で画像を投射し、第２の投射手段が第２の焦点距離で画像を投射する第２の投射モードと、
車両の状態を検出する車両状態検出手段と、
前記車両状態検出手段の検出結果に基づき第１および第２の投射手段を制御し、投射モードの切替えを制御する切替制御手段とを有し、
前記切替制御手段は、第２の投射モードから第１の投射モードに切替えるとき、第１の投射手段の第１の焦点距離を中間の焦点距離に変化させ、かつ第２の投射手段の第２の焦点距離を前記中間の焦点距離に変化させ、前記中間の焦点距離は第１の焦点距離よりも大きく、かつ第２の焦点距離よりも小さい、画像投射装置。
前記切替制御手段はさらに、第１の投射手段の前記中間の焦点距離を第１の焦点距離に変化させ、かつ第２の投射手段の前記中間の焦点距離を第１の焦点距離に変化させる、請求項１に記載の画像投射装置。
第２の投射モードから第１の投射モードに切替えられるとき、第１および第２の投射手段は、一定期間、前記中間の焦点距離で画像をそれぞれ投射する、請求項１または２に記載の画像投射装置。
前記切替制御手段は、第１の投射モードから第２の投射モードに切替えるとき、第１の投射手段の第１の焦点距離を中間の焦点距離に変化させ、かつ第２の投射手段の第１の焦点距離を中間の焦点距離に変化させる、請求項１に記載の画像投射装置。
前記切替制御手段はさらに、第１の投射手段の前記中間の焦点距離を第１の焦点距離に変化させ、第２の投射手段の前記中間の焦点距離を第２の焦点距離に変化させる、請求項３に記載の画像投射装置。
第１の投射モードから第２の投射モードに切替えられるとき、第１および第２の投射手段は、一定期間、前記中間の焦点距離で画像をそれぞれ投射する、請求項４または５に記載の画像投射装置。
画像投射装置はさらに、前記車両状態検出手段の検出結果に基づき車両が停車状態か走行状態かを判定する車両状態判定手段を含み、前記切替制御手段は、停車状態と判定されたとき第１の投射モードを選択し、走行状態と判定されたとき第２の投射モードを選択する、請求項１ないし６いずれか１つに記載の画像投射装置。
前記切替制御手段は、第１の投射手段および第２の投射手段が前記中間の焦点距離にあるとき、前記車両状態判定手段の判定結果を再確認し、判定結果に変更がある場合には、第１および第２の投射手段を元の投射モードに移行させる、請求項７に記載の画像投射装置。
前記車両状態検出手段は、車両の速度情報を含み、前記車両状態判定手段は、車両の速度がしきい値未満であるとき停車状態と判定し、車両の速度がしきい値以上であるとき走行状態と判定する、請求項７または８に記載の画像投射装置。
前記切替制御手段は、第１の投射手段の第１の焦点距離を前記中間の焦点距離に連続的に変化させ、かつ第２の投射手段の第１または第２の焦点距離を前記中間の焦点距離に連続的に変化させる、請求項１ないし９いずれか１つに記載の画像投射装置。
前記中間の焦点距離は、第１の焦点距離と第２の焦点距離の差の１／２の値である、請求項１ないし１０いずれか１つに記載の画像投射装置。
第１の投射モードのとき、第１の投射手段により投射される第１の画像と第２の投射手段により投射される第２の画像とが隣接される、請求項１ないし１１いずれか１つに記載の画像投射装置。
第１の画像と第２の画像により合成された画像が投射される、請求項１２に記載の画像投射装置。
前記切替制御手段は、第１の投射手段および第２の投射手段の投射角度をそれぞれ制御可能である、請求項１ないし１３いずれか１つに記載の画像投射装置。
第１の投射光学系により画像を投射可能な第１の投射手段と、第２の投射光学系により画像を投射可能な第２の投射手段と、車両の状態を検出する車両状態検出手段とを有する画像投射装置における画像投射方法であって、
車両が停車状態であるとき、第１の投射モードにより第１の投射手段および第２の投射手段に第１の焦点距離で画像を投射させ、車両が走行状態であるとき、第２の投射モードにより第１の投射手段に第１の焦点距離で画像を投射させ、第２の投射手段に第２の焦点距離で画像を投射させるステップと、
第２の投射モードから第１の投射モードに切替えるとき、第１の投射手段の第１の焦点距離を中間の焦点距離に変化させ、かつ第２の投射手段の第２の焦点距離を前記中間の焦点距離に変化させるステップとを含み、前記中間の焦点距離は第１の焦点距離よりも大きく、かつ第２の焦点距離よりも小さい、画像投射方法。
画像投射方法はさらに、第１の投射手段の前記中間の焦点距離を第１の焦点距離に変化させ、かつ第２の投射手段の前記中間の焦点距離を第１の焦点距離に変化させるステップを含む、請求項１５に記載の画像投射方法。
画像投射方法はさらに、第１の投射モードから第２の投射モードに切替えるとき、第１の投射手段の第１の焦点距離を中間の焦点距離に変化させ、かつ第２の投射手段の第１の焦点距離を中間の焦点距離に変化させるステップを含む、請求項１５に記載の画像投射方法。
画像投射方法はさらに、第１の投射手段の前記中間の焦点距離を第１の焦点距離に変化させ、第２の投射手段の前記中間の焦点距離を第２の焦点距離に変化させるステップを含む、請求項１７に記載の画像投射方法。
第１の投射光学系により画像を投射可能な第１の投射手段と、第２の投射光学系により画像を投射可能な第２の投射手段と、車両の状態を検出する車両状態検出手段とを有する画像投射装置が実行する画像投射プログラムであって、
車両が停車状態であるとき、第１の投射モードにより第１の投射手段および第２の投射手段に第１の焦点距離で画像を投射させ、車両が走行状態であるとき、第２の投射モードにより第１の投射手段に第１の焦点距離で画像を投射させ、第２の投射手段に第２の焦点距離で画像を投射させるステップと、
第２の投射モードから第１の投射モードに切替えるとき、第１の投射手段の第１の焦点距離を中間の焦点距離に変化させ、かつ第２の投射手段の第２の焦点距離を前記中間の焦点距離に変化させるステップとを含み、前記中間の焦点距離は第１の焦点距離よりも大きく、かつ第２の焦点距離よりも小さい、画像投射プログラム。
画像投射プログラムはさらに、第１の投射モードから第２の投射モードに切替えるとき、第１の投射手段の第１の焦点距離を中間の焦点距離に変化させ、かつ第２の投射手段の第１の焦点距離を中間の焦点距離に変化させるステップを含む、請求項１９に記載の画像投射プログラム。