JP2018159738A - 虚像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の乗員から路面が不連続に視認される状況においても、違和感を与えることなく路面に重畳した虚像を視認させることを可能にした虚像表示装置を提供する。【解決手段】車両の乗員８から虚像１０までの距離である結像距離Ｌを変更する手段を備え、乗員８の視線前方に虚像１０を表示する場合において、乗員８から路面を視認した際に路面の形状に起因して路面が不連続となる境界である不連続境界の位置を取得し、結像距離Ｌを変更することによって不連続境界と重複しない路面の位置に重畳して虚像１０を表示するように構成する。【選択図】図１８

Description

本発明は、車両の乗員の案内を行う虚像を表示する虚像表示装置に関する。

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

ここで、上記ＨＵＤは、乗員の前方視野の前景に重畳して虚像を生成することが可能である。また、特に進行方向を示す矢印等の車両の走行案内を行う為の虚像を生成する場合には、生成される虚像を乗員の視線前方にある路面に重畳させるとともに、虚像をできる限り路面と平行にすることが望ましい。そこで、特開２０１０−１５６６０８号公報には、車両の進行方向を示す矢印の虚像を表示する場合において、車両の進行方向前方の路面の傾斜角度を検出し、路面の傾斜に合わせて虚像も傾斜するように表示制御を行うＨＵＤについて開示されている。

特開２０１０−１５６６０８号公報（図１２）

ここで、車両の乗員から視線前方にある路面を視認する場合においては、上記引用文献１に記載されているように路面が傾斜して視認される状況以外に、路面の形状に起因して路面が不連続に視認される状況も生じ得る。例えば、図２２に示すように車両１０１の乗員の視線前方に急な下り勾配がある場合には、車両１０１の乗員の視界からは下りが開始されてから一定距離区間の路面１０２は死角となって、視認することができない。その結果、図２３に示すように乗員からは境界１０３を境にして路面１０２が不連続に視認されることとなる。そして、特に虚像１０４が境界１０３に重畳すると虚像１０４は路面１０２に沿った矢印でなく、斜め上方を向いた矢印として視認される可能性があり、乗員に違和感を与えることとなっていた。

しかしながら、上記特許文献１に記載された技術では、路面が傾斜する場合については考慮しているが、上述した路面が不連続に視認される状況については何ら考慮されていなかった。

本発明は前記従来における問題点を解消するためになされたものであり、車両の乗員から路面が不連続に視認される状況においても、違和感を与えることなく路面に重畳した虚像を視認させることを可能にした虚像表示装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため本発明に係る虚像表示装置は、装置内部に設けられた映像表示面に表示された映像を反射部材で反射させて車両の乗員に視認させることによって、前記乗員の視線前方に前記映像の虚像を視認させる虚像表示装置であって、前記乗員の視線前方にある路面と重畳して虚像を表示する虚像表示手段と、前記乗員から路面を視認した際に、路面に描かれた区画線又は路面縁部が途中で途切れる点を結んだ線分である不連続境界の位置を取得する境界取得手段と、を有し、前記虚像表示手段は、前記結像距離を変更することによって前記不連続境界と重複しない路面の位置に重畳して前記虚像を表示する。

前記構成を有する本発明に係る虚像表示装置によれば、車両の乗員から路面が不連続に視認される状況においても、路面が不連続となる境界と重複しない位置に虚像を表示することが可能となる。従って、違和感を与えることなく路面に重畳した虚像を視認させることが可能となる。

本実施形態に係るＨＵＤの車両への設置態様を示した図である。 本実施形態に係るＨＵＤの内部構成を示した図である。 スクリーンを示した図である。 スクリーンの光路に対する移動態様を示した図である。 スクリーンとミラーとの間の光路長と虚像の結像距離との関係を示した図である。 虚像の結像距離の変更態様を示した図である。 本実施形態に係るＨＵＤの構成を示したブロック図である。 本実施形態に係る虚像生成処理プログラムのフローチャートである。 車両の乗員から視認される虚像の一例を示した図である。 路面の形状パターンの分類を示した図である。 路面の形状パターンがパターン（ｂ）である場合において、車両の乗員から視認される虚像の一例を示した図である。 路面の形状と虚像の形状との対応関係を示した図である。 路面の形状パターンがパターン（ｂ）である場合において、車両の走行に伴って車両の乗員から視認される虚像の変化を示した図である。 路面の形状パターンがパターン（ｃ）である場合において、虚像の形状の補正態様を示した図である。 路面の形状パターンがパターン（ｄ）である場合において、車両の乗員から視認される虚像の一例を示した図である。 虚像表示領域と不連続境界との位置関係を示した図である。 路面の形状パターンがパターン（ｄ），（ｅ）である場合において、虚像の形状の補正態様を示した図である。 路面の形状パターンがパターン（ｄ）である場合において、車両の走行に伴って車両の乗員から視認される虚像の変化を示した図である。 虚像の表示位置の変更態様を示した図である。 路面の形状パターンがパターン（ｅ）である場合において、虚像の形状の補正態様を示した図である。 本実施形態に係る路面形状判定処理のサブ処理プログラムのフローチャートである。 従来技術の問題点について説明した図である。 従来技術の問題点について説明した図である。

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

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

図１に示すようにＨＵＤ１は、車両２のダッシュボード３内部に設置されており、内部にプロジェクタ４やプロジェクタ４からの映像が投射される映像表示面としてのスクリーン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。例えばユーザに対して警告対象となる対象物（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）、現在車速、案内標識、地図画像、交通情報、ニュース、天気予報、時刻、接続されたスマートフォンの画面、テレビ番組等がある。

また、本実施形態のＨＵＤ１では、フロントウィンドウ（反射部材）７で反射して乗員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１０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１０はスクリーン５に投射された映像であるが、ミラーや凹面鏡６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、凹面鏡６を介することによってサイズも変更する。

ここで、虚像１０を生成する位置、より具体的には乗員８から虚像１０までの距離（以下、結像距離という）Ｌについては、ＨＵＤ１が備える凹面鏡６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。特に、本実施形態では後述のようにスクリーン５の位置を光路に沿って前後方向に移動可能に構成する。その結果、結像距離Ｌを適宜変更することが可能となる。例えば結像距離Ｌを２．５ｍ〜３０ｍの間で変更することが可能である。

また、車両のフロントバンパの上方やルームミラーの裏側等にはフロントカメラ１１が設置される。フロントカメラ１１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１１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１０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１１の代わりにミリ波レーダ等のセンサを用いても良い。

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

図２に示すようにＨＵＤ１は、プロジェクタ４と、スクリーン５と、凹面鏡６と、反射ミラー１２と、カバーガラス１３と、制御回路部１４と、ＣＡＮインターフェース１５とから基本的に構成されている。

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

一方、スクリーン５は、装置内部にあってプロジェクタ４から投射された映像が投射される被投射媒体であり、例えばすりガラス等の拡散板やマイクロレンズアレイ等からなる透過型スクリーンが用いられる。ここで、図３はスクリーン５を示した図である。

図３に示すようにスクリーン５は、映像が投射される被投射エリア２１を有しており、プロジェクタ４から投射された映像が表示される映像表示面である。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。また、スクリーン５は、光路に沿って前後方向に移動可能に構成されている。具体的には、スクリーン５の背面側にあるスクリーン前後駆動モータ２２を駆動させることによって、図４に示すようにスクリーン５を光路に沿って前後方向に移動させることが可能となる。その結果、スクリーン５と凹面鏡６との間の光路長が変更される。

そして、ＨＵＤ１ではスクリーン５と凹面鏡６との間の光路長に、スクリーン５に投射された映像の虚像１０が生成される位置（具体的には乗員８から虚像１０までの距離である結像距離Ｌ）が依存することとなる。具体的には図５に示すようにスクリーン５を、スクリーン５と凹面鏡６との間の光路長Ｄが短くなる側に移動させると、結像距離Ｌが短くなる（即ち、乗員８からはより近くに虚像１０が視認されるようになる）。一方で、スクリーン５を、スクリーン５と凹面鏡６との間の光路長Ｄが長くなる側に移動させると、結像距離Ｌが長くなる（即ち、乗員８からはより遠くに虚像１０が視認されるようになる）。従って、スクリーン５を光路に沿って前後方向に移動させることによって、図６に示すように乗員８から虚像１０までの距離である結像距離Ｌの長短を、予め決められた範囲（例えば２．５ｍ〜３０ｍ）で変更することが可能となる。

従って、ＨＵＤ１は、虚像１０を生成する位置（具体的には乗員８から虚像１０までの距離である結像距離Ｌ）を決定すると、決定された結像距離Ｌに対応する位置に虚像１０を生成する為の光路長Ｄ（即ち、スクリーン５の位置）を決定し、その後に決定された位置へとスクリーン５を移動させるように構成する。或いは、結像距離Ｌとスクリーン５の位置を予め対応付けて記憶しておき、決定された結像距離Ｌに対応する位置へとスクリーン５を移動させるように構成する。

また、スクリーン前後駆動モータ２２はステッピングモータからなる。そして、ＨＵＤ１は、制御回路部１４から送信されるパルス信号に基づいてスクリーン前後駆動モータ２２を制御し、スクリーン５の前後位置を設定位置に対して適切に位置決めすることが可能となる。

また、プロジェクタ４とスクリーン５の代わりに乗員８に視認させる映像を表示する手段として液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等を用いても良い。その場合には、液晶ディスプレイのバックライトや有機ＥＬディスプレイの発光素子が光源に相当し、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイにおいて映像の表示される面が液晶表示面に相当する。

一方、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の視線前方に映像の虚像１０（図１参照）を生成する投影鏡である。そして、フロントウィンドウ７とともに虚像表示手段を構成する。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。

一方、反射ミラー１２は、図２に示すようにプロジェクタ４から投射された映像を反射して光路を変更し、スクリーン５へと投射する反射板である。

また、カバーガラス１３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１３を介して乗員８に視認させる。尚、カバーガラス１３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１３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。

また、制御回路部１４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７は本実施形態に係るＨＵＤ１の構成を示したブロック図である。

図７に示すように制御回路部１４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８参照）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１４は、プロジェクタ４、スクリーン前後駆動モータ２２とそれぞれ接続され、プロジェクタ４や各種モータの駆動制御を行う。

また、ＣＡＮ（コントローラエリアネットワーク）インターフェース１５は、車両内に設置された各種車載器や車両機器の制御装置間で多重通信を行う車載ネットワーク規格であるＣＡＮに対して、データの入出力を行うインターフェースである。そして、ＨＵＤ１は、ＣＡＮを介して、各種車載器や車両機器の制御装置（例えば、ナビゲーション装置４８、ＡＶ装置４９等）と相互通信可能に接続される。それによって、ＨＵＤ１は、ナビゲーション装置４８やＡＶ装置４９等から取得した情報を投影可能に構成する。

続いて、前記構成を有するＨＵＤ１においてＣＰＵ３１が実行する虚像生成処理プログラムについて図８に基づき説明する。図８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１０を生成するプログラムである。尚、以下の図８及び図２１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。但し、以下の図８及び図２１にフローチャートで示されるプログラムはナビゲーション装置４８のＣＰＵが実行し、ナビゲーション装置４８からＨＵＤ１に対して虚像の表示に関する指示信号を送信し、信号を受信したＨＵＤ１が信号に従って虚像の表示を行うようにしても良い。その場合には本発明に係る虚像表示装置は、ナビゲーション装置４８或いはＨＵＤ１とナビゲーション装置４８からなる。

先ず、虚像生成処理プログラムではステップ（以下、Ｓと略記する）１において、ＣＰＵ３１は、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。例えばユーザに対して警告対象となる対象物（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）、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。特に本実施形態では、ナビゲーション装置４８で設定された案内経路に基づく案内情報である車両の進行方向を示す矢印を出力する構成とする。

また、虚像１０の結像距離Ｌは基準距離となる２０ｍに設定する。尚、スクリーン５の現在位置が、虚像１０の結像距離Ｌが２０ｍとなる位置に配置されていない場合には、スクリーン前後駆動モータ２２を駆動させて、虚像１０の結像距離Ｌが２０ｍとなる位置へとスクリーン５を移動させる。また、本実施形態では結像距離Ｌの基準距離を２０ｍとしているが、２０ｍ以外（例えば１５ｍや２５ｍ）としても良い。

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等が存在しない場合には、図９に示すように車両の進行方向前方に、車両が現在走行する道路における車両の進行方向（カーブ形状の道路を除けば基本的には直進方向）を示す矢印の虚像１０を生成する。一方、車両の進行方向前方に右左折の対象となる交差点等が接近した場合には、交差点の通過方向を指し示す矢印の虚像１０を生成する。その結果、乗員８から基準距離（２０ｍ）前方の位置に車両の進行方向を示す矢印の虚像１０が生成されることとなり、乗員８は虚像１０を視認する際に視線移動を極力少なくすることが可能である。尚、本実施形態では特に矢印の虚像１０を地面上、より具体的には虚像１０の下端が地面上に位置するように虚像１０を生成する。

但し、後述のように車両２の進行方向前方に乗員８から路面を視認した際に路面の形状に起因して路面が不連続となる境界である不連続境界が接近した場合には、結像距離Ｌを基準距離から変更することによって不連続境界と重複しない路面の位置に重畳して虚像１０を表示するように制御する。

次にＳ２においてＣＰＵ３１は、後述の路面形状判定処理（図２１）を実行する。尚、路面形状判定処理は、フロントカメラ１１により前方環境を撮像した画像に基づいて、乗員８の視線前方にある路面の形状が予め分類されたいずれのパターンに該当するかを判定する処理である。

ここで、本実施形態では上記Ｓ２の路面形状判定処理において特に乗員８の視線前方にある路面の形状が、図１０に示す（ａ）〜（ｅ）のパターンに該当するかを判定する。尚、（ａ）は勾配の無い平坦な路面が継続する場合の路面形状を示す。（ｂ）は路面縁部（区画線）の角度が途中で変化し、例えば視線前方に下り勾配がある場合の路面形状を示す。（ｃ）は同じく路面縁部（区画線）の角度が途中で変化するとともに路面先端が平坦（即ち遠方の路面が死角で視認できない）となっており、例えば視線前方に下り勾配があり、更にその先に下り勾配のある場合の路面形状を示す。（ｄ）は路面の一部が路面形状に起因して乗員の死角となることにより不連続となっており、例えば視線前方に急な下り勾配がある場合の路面形状を示す。（ｅ）は同じく路面の一部が路面形状に起因して乗員の死角となることにより不連続となり、更に路面先端が平坦となっており、例えば視線前方に急な下り勾配があり、更にその先に下り勾配のある場合の路面形状を示す。尚、（ａ）〜（ｅ）の詳細な判定方法については後述する。

続いて、Ｓ３においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ２の路面形状判定処理において乗員の視線前方にある路面の形状が、特に図１０に示す（ａ）〜（ｃ）のいずれかのパターンと判定されたかを判定する。

そして、前記Ｓ２の路面形状判定処理において乗員の視線前方にある路面の形状が（ａ）〜（ｃ）のいずれかのパターンであると判定された場合（Ｓ３：ＹＥＳ）には、Ｓ４へと移行する。それに対して、前記Ｓ２の路面形状判定処理において乗員の視線前方にある路面の形状が（ａ）〜（ｃ）のパターンには該当しないと判定された場合（Ｓ３：ＮＯ）には、Ｓ９へと移行する。

Ｓ４においてＣＰＵ３１は、フロントカメラ１１で撮像した画像に基づいて、乗員の視線前方において路面の勾配角度が変化する路面の境界（以下、勾配変化境界という）を検出する。具体的には、区画線（区画線が無い場合には道路縁部）を検出し、区画線の角度が途中で変化する点を結んだ線分を勾配変化境界として検出する。例えば、乗員の視線前方に図１１に示すようなパターン（ｂ）の路面形状がある場合には、線分５１が勾配変化境界となる。但し、パターン（ａ）の路面形状に関しては勾配変化境界は存在しないのでＳ４〜Ｓ８の処理は省略しても良い。

その後、Ｓ５においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ３で検出された勾配変化境界と、前方環境において特に虚像１０を重畳することが可能なエリア（以下、虚像表示領域という）とを比較し、虚像表示領域内に勾配変化境界があるか否か判定する。尚、虚像表示領域は例えばスクリーン５のサイズ等のＨＵＤ１の設計値に基づいて決定される。

そして、虚像表示領域内に勾配変化境界があると判定された場合（Ｓ５：ＹＥＳ）には、Ｓ６へと移行する。それに対して、虚像表示領域内に勾配変化境界がないと判定された場合（Ｓ５：ＮＯ）には、虚像表示領域内に勾配変化境界があると判定されるまで前記Ｓ１の段階における表示制御を維持し、虚像１０の表示を継続して行う。

Ｓ６においてＣＰＵ３１は、フロントカメラ１１で撮像した画像に基づいて、虚像表示領域内における区画線（区画線が存在しない場合には道路縁部）の座標を検出する。

続いてＳ７においてＣＰＵ３１は、結像距離Ｌを基準距離（２０ｍ）で維持する一方で、虚像１０が勾配変化境界に跨る場合には、矢印の虚像１０の形状を補正する。具体的には、前記Ｓ６で検出した座標に基づいて矢印の虚像１０が道路のパース（区画線、縁部）に沿う形状となるように、スクリーン５に投射する矢印の形状を補正する。より具体的には、図１２に示すように虚像１０を重畳する位置の路面のパース（区画線、縁部）から虚像１０までの距離Ｘが固定（但し矢印先端の三角形状の部分は除く）されるように、スクリーン５に投射する矢印の形状を補正する。

その結果、図１３に示すように車両の走行に伴って矢印の虚像１０の形状が変化することとなる。特に勾配変化境界５１を虚像１０が跨ぐ場合であっても、虚像１０が斜め上方を向いた矢印として視認されることなく、勾配が変化する路面に沿った虚像１０として乗員８に視認させることが可能となる。

また、パターン（ｃ）の路面形状に関しては、特に勾配変化境界よりも遠方に虚像を表示する場合において、矢印の虚像１０の先端が平坦になっている路面の先端からはみ出さないように、スクリーン５に投射する矢印の形状を補正するのが望ましい。例えば、図１４に示すように矢印のサイズを縮小したり、矢印の長さを短くすることが可能である。

その後、Ｓ８においてＣＰＵ３１は、再度、虚像表示領域内に勾配変化境界があるか否か判定する。詳細については前記Ｓ５と同様であるので省略する。

そして、虚像表示領域内に勾配変化境界があると判定された場合（Ｓ８：ＹＥＳ）には、Ｓ６へと戻る。そして、道路のパース（区画線、縁部）に沿う形状の矢印の虚像１０となるように、スクリーン５に投射する矢印の形状の補正を継続して行う。それに対して、虚像表示領域内に勾配変化境界がないと判定された場合（Ｓ８：ＮＯ）には、虚像１０の表示制御を前記Ｓ１の段階へと戻して虚像の表示を継続して行い、走行案内の終了（例えば目的地への到着）に伴って虚像の表示を終了する。

一方、Ｓ９においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ２の路面形状判定処理において乗員の視線前方にある路面の形状が、特に図１０に示す（ｄ）、（ｅ）のいずれかのパターンと判定されたかを判定する。

そして、前記Ｓ２の路面形状判定処理において乗員の視線前方にある路面の形状が（ｄ）、（ｅ）のいずれかのパターンであると判定された場合（Ｓ９：ＹＥＳ）には、Ｓ１０へと移行する。それに対して、前記Ｓ２の路面形状判定処理において乗員の視線前方にある路面の形状が（ｄ）、（ｅ）のパターンにも該当しないと判定された場合（Ｓ９：ＮＯ）には、前記Ｓ１の段階における虚像１０の表示制御を継続して行い、走行案内の終了（例えば目的地への到着）に伴って虚像の表示を終了する。

Ｓ１０においてＣＰＵ３１は、フロントカメラ１１で撮像した画像に基づいて、乗員の視線前方において乗員が路面を視認した際に路面の形状に起因して路面が不連続となる境界（以下、不連続境界という）を検出する。具体的には、路面に描かれた区画線（区画線が無い場合には路面縁部）を検出し、区画線が途中で途切れる点を結んだ線分を不連続境界として検出する。例えば、乗員の視線前方に図１５に示すようなパターン（ｄ）の路面形状がある場合には、線分５５が不連続境界となる。

その後、Ｓ１１においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ１０で検出された不連続境界と、前方環境において虚像１０を重畳することが可能な虚像表示領域とを比較し、虚像表示領域内に不連続境界があるか否か判定する。尚、虚像表示領域は例えばスクリーン５のサイズ等のＨＵＤ１の設計値に基づいて決定される。

そして、虚像表示領域内に不連続境界があると判定された場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）には、Ｓ１２へと移行する。それに対して、虚像表示領域内に不連続境界がないと判定された場合（Ｓ１１：ＮＯ）には、虚像表示領域内に不連続境界があると判定されるまで前記Ｓ１の段階における表示制御を維持し、虚像１０の表示を継続して行う。

Ｓ１２においてＣＰＵ３１は、フロントカメラ１１で撮像した画像に基づいて、虚像表示領域内において、特に乗員から“乗員に対して不連続境界よりも近傍の路面”までの距離を取得する。例えば、図１６に示すように乗員から“虚像表示領域５６の下端縁部と不連続境界５５の中間点Ｐに位置する路面”までの距離を取得する。また、前記Ｓ１２においてＣＰＵ３１は、不連続境界よりも乗員に対して近傍側の区画線（区画線が存在しない場合には道路縁部）の座標についても検出する。

Ｓ１３においてＣＰＵ３１は、フロントカメラ１１で撮像した画像に基づいて、虚像表示領域内において、特に乗員から“乗員に対して不連続境界よりも遠方の路面”までの距離を取得する。例えば、図１６に示すように乗員から“虚像表示領域５６の上端縁部と不連続境界５５の中間点Ｑに位置する路面”までの距離を取得する。また、前記Ｓ１３においてＣＰＵ３１は、不連続境界よりも乗員に対して遠方側の区画線（区画線が存在しない場合には道路縁部）の座標についても検出する。

次にＳ１４においてＣＰＵ３１は、現在表示されている矢印の虚像１０のサイズを変更することなく、乗員８と不連続境界の間の路面の位置に虚像１０を表示することが可能か否かを判定する。具体的には、図１６に示すように虚像表示領域５６の下端縁部から不連続境界５５までの距離Ｔを取得し、距離Ｔが表示対象となる矢印の虚像の全長よりも長い場合に、現在表示されている矢印の虚像１０のサイズを変更することなく乗員８と不連続境界の間の路面の位置に虚像１０を表示することが可能と判定する。

そして、現在表示されている矢印の虚像１０のサイズを変更することなく、乗員８と不連続境界の間の路面の位置に虚像１０を表示することが可能と判定された場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）には、Ｓ１５へと移行する。それに対して、現在表示されている矢印の虚像１０のサイズを変更することなく、乗員８と不連続境界の間の路面の位置に虚像１０を表示することができないと判定された場合（Ｓ１４：ＮＯ）には、Ｓ１６へと移行する。

Ｓ１５においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ１２で取得した乗員から“乗員に対して不連続境界よりも近傍の路面”までの距離を結像距離Ｌとし、不連続境界に跨らない乗員８と不連続境界の間の路面の位置に虚像１０を表示する。また、前記Ｓ１２で検出した座標に基づいて矢印の虚像１０が道路のパース（区画線、縁部）に沿う形状（例えば道路のパースから虚像までの距離を固定）となるように、スクリーン５に投射する矢印の形状についても補正する。尚、結像距離Ｌの変更制御はスクリーン５の位置を変更することにより行う。具体的には、スクリーン前後駆動モータ２２を駆動させることにより、結像距離Ｌに対応するスクリーン５の位置へとスクリーン５を移動させる制御を行う。尚、各結像距離Ｌに対応するスクリーン５の位置はフラッシュメモリ３４に格納された位置設定テーブルで予め規定されている。その後、Ｓ１２へと戻る。

一方、Ｓ１６においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ１２で取得した乗員から“乗員に対して不連続境界よりも近傍の路面”までの距離を結像距離Ｌとし、乗員８と不連続境界の間の路面の位置に虚像１０を表示する。また、前記Ｓ１２で検出した座標に基づいて矢印の虚像１０が道路のパース（区画線、縁部）に沿う形状（例えば道路のパースから虚像までの距離を固定）となるように、スクリーン５に投射する矢印の形状についても補正する。

更に、前記Ｓ１６においてＣＰＵ３１は、矢印の虚像１０が不連続境界に跨らないようにスクリーン５に投射する矢印の形状を補正する。具体的には、車両の移動に伴ってスクリーン５に投射する矢印の映像を後端側から段階的に消去する。尚、矢印の虚像１０は乗員側が後端側に視認される形状を有する。その結果、図１７に示すように車両の進行に伴って乗員８と不連続境界の間で虚像１０を表示することが可能となる領域が狭くなったとしても、虚像１０を不連続境界を跨ぐことなく表示することが可能となる。また、虚像１０の全体のサイズを小さくする場合に比べて、虚像１０の矢印の指し示す方向が分かり難くなる虞もない。

その後、Ｓ１７においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ１０で検出された不連続境界と、前方環境において虚像１０を重畳することが可能な虚像表示領域とを比較し、虚像表示領域の中心が不連続境界よりも乗員に対して遠方側にあるか否か判定する。

そして、虚像表示領域の中心が不連続境界よりも乗員に対して遠方側にあると判定された場合（Ｓ１７：ＹＥＳ）には、Ｓ１８へと移行する。それに対して、虚像表示領域の中心が不連続境界よりも乗員に対して近傍側にあると判定された場合（Ｓ１７：ＮＯ）には、Ｓ１６へと戻る。

Ｓ１８においてＣＰＵ３１は、ＨＵＤ１の結像距離Ｌを前記Ｓ１３で取得した乗員から“乗員に対して不連続境界よりも遠方の路面”までの距離へと変更する。また、乗員８に対して不連続境界よりも遠方の路面の位置に虚像１０が表示されるようにスクリーン５に対する映像の表示位置についても制御する。また、虚像の表示位置を変更した後においても、前記Ｓ１３で検出した座標に基づいて矢印の虚像１０が道路のパース（区画線、縁部）に沿う形状（例えば道路のパースから虚像までの距離を固定）となるように、スクリーン５に投射する矢印の形状についても補正する（図１２参照）。

上記Ｓ１０〜Ｓ１８の処理を行った結果、図１８に示すように車両が不連続境界に接近する方向に移動する場合において、矢印の虚像１０の表示位置が不連続境界５５の手前側から奥側へと変化することとなる。より具体的には、乗員８から不連続境界５５までの距離が所定距離以上である場合には、乗員８と不連続境界５５の間の路面の位置に重畳する結像距離Ｌで当該位置に虚像１０が表示され、乗員８から不連続境界５５までの距離が所定距離未満となった後には、乗員８に対して不連続境界５５よりも遠方の路面の位置に重畳する結像距離Ｌで当該位置に虚像１０が表示される。従って、不連続境界５５を虚像１０が跨ぐことなく、路面に沿った虚像１０を乗員８に視認させることが可能となる。尚、所定距離は虚像表示領域５６の中心に不連続境界５５が位置する時点の乗員８から不連続境界５５までの距離となる。

ここで、本実施形態では結像距離Ｌを変更することによって不連続境界５５と重複しない路面の位置に虚像１０を移動させるので、単にスクリーン５に対する映像の表示位置を上下動することによって虚像１０を移動させる場合と比較して、図１９に示すように虚像１０が路面から大きく浮いたり路面中に埋め込まれる等の事象を生じさせることがない。従って、路面と虚像１０とを適切に重畳した状態を維持した状態で、不連続境界５５と重複しない位置に虚像１０を移動させることが可能となる。但し、本実施形態においてもスクリーン５に対する映像の表示位置を必ず変更しないわけではなく、結像距離Ｌを変更するのに合わせてスクリーン５に対する映像の表示位置を補正する場合はある。

また、パターン（ｅ）の路面形状に関しては、特に不連続境界５５よりも遠方に虚像を表示する場合において、矢印の虚像１０の先端が平坦になっている路面の先端からはみ出さないように、スクリーン５に投射する矢印の形状を補正するのが望ましい。例えば、図２０に示すように矢印のサイズを縮小したり、矢印の長さを短くすることが可能である。

次に、前記Ｓ２において実行される路面形状判定処理のサブ処理について図２１に基づき説明する。図２１は路面形状判定処理のサブ処理プログラムのフローチャートである。

先ず、Ｓ２１においてＣＰＵ３１は、フロントカメラ１１により前方環境を撮像した画像に基づいて、乗員８の視線前方にある路面のパース（区画線がある場合には区画線、区画線が無い場合には道路縁部）を検出する。

次に、Ｓ２２においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ２１で検出した路面のパースについて、角度が変化する角度変化点があるか否か判定する。

そして、路面のパースについて角度が変化する角度変化点があると判定された場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）には、Ｓ２４へと移行する。それに対して、路面のパースについて角度が変化する角度変化点がないと判定された場合（Ｓ２２：ＮＯ）には、乗員の視線前方にある路面の形状は、勾配の無い平坦な路面が継続する“パターン（ａ）”に該当する路面形状であると判定する（Ｓ２３）。その後、Ｓ３へと移行する。

一方、Ｓ２４においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ２１で検出した路面のパースについて、パースが途中で途切れることなく連続しているか否か判定する。

そして、路面のパースについて連続していると判定された場合（Ｓ２４：ＹＥＳ）には、Ｓ２５へと移行する。それに対して、路面のパースについて連続せずに途中で分断されていると判定された場合（Ｓ２４：ＮＯ）には、Ｓ２８へと移行する。

Ｓ２５においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ２１で検出した路面のパースに基づいて、路面の先端が平坦になっているか否か判定する。

そして、路面の先端が平坦になっていないと判定された場合（Ｓ２５：ＮＯ）には、乗員の視線前方にある路面の形状は、視線前方に下り勾配がある“パターン（ｂ）”に該当する路面形状であると判定する（Ｓ２６）。その後、Ｓ３へと移行する。

一方、路面の先端が平坦になっていると判定された場合（Ｓ２５：ＹＥＳ）には、乗員の視線前方にある路面の形状は、視線前方に下り勾配があり、更にその先に下り勾配のある“パターン（ｃ）”に該当する路面形状であると判定する（Ｓ２６）。その後、Ｓ３へと移行する。

また、Ｓ２８においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ２１で検出した路面のパースに基づいて、路面の先端が平坦になっているか否か判定する。

そして、路面の先端が平坦になっていないと判定された場合（Ｓ２８：ＮＯ）には、乗員の視線前方にある路面の形状は、視線前方に急な下り勾配がある“パターン（ｄ）”に該当する路面形状であると判定する（Ｓ２９）。その後、Ｓ３へと移行する。

一方、路面の先端が平坦になっていると判定された場合（Ｓ２８：ＹＥＳ）には、乗員の視線前方にある路面の形状は、視線前方に急な下り勾配があり、更にその先に下り勾配のある“パターン（ｅ）”に該当する路面形状であると判定する（Ｓ３０）。その後、Ｓ３へと移行する。その後、ＣＰＵ３１は判定された路面形状に基づいて虚像１０の表示制御を行う（Ｓ３〜Ｓ１８）。

以上詳細に説明した通り、本実施形態に係るＨＵＤ１によれば、車両の乗員８から虚像１０までの距離である結像距離Ｌを変更する手段を備え、乗員８の視線前方に虚像１０を表示する場合において、乗員８から路面を視認した際に路面の形状に起因して路面が不連続となる境界である不連続境界の位置を取得し（Ｓ１０）、結像距離Ｌを変更することによって不連続境界と重複しない路面の位置に重畳して虚像１０を表示する（Ｓ１５〜Ｓ１８）ので、車両２の乗員８から路面が不連続に視認される状況においても、乗員８から虚像１０までの結像距離Ｌを変更することによって路面が不連続となる境界と重複しない位置に虚像１０を表示することが可能となる。従って、違和感を与えることなく路面に重畳した虚像１０を視認させることが可能となる。

尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは勿論である。
例えば、本実施形態ではＨＵＤ１によって車両２のフロントウィンドウ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（反射部材）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。

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

また、本実施形態では乗員８の視線前方にある路面の形状を、図１０に示す（ａ）〜（ｅ）のいずれかのパターンに該当するか否か判定しているが、判定対象として（ａ）〜（ｅ）以外のパターンを含めても良い。例えば、不連続境界が複数あるパターンについて含めても良い。

また、本実施形態では虚像１０として特に車両の進行方向を示す矢印を表示しているが、他の虚像を表示しても良い。例えばユーザに対して警告対象となる対象物（他車両や歩行者）に対する警告、案内標識、交通情報等がある。

また、本実施形態では乗員８から虚像１０までの距離である結像距離Ｌを変更する手段として、スクリーン５を光路に沿って移動させる手段を用いているが、スクリーン５から凹面鏡６までの距離を変更可能な手段であれば他の手段を用いても良い。例えば、凹面鏡６を移動させても良いし、スクリーン５と凹面鏡６の間の光路上にミラーを配置し、ミラーを移動させても良い。また、スクリーン５を光路に対して傾けて設置し、スクリーン５に対して映像を表示する位置を変更することによって、結像距離Ｌを変更することも可能である。

また、本実施形態では投射レンズが不要となるレーザ走査式プロジェクタを用いているが、レーザ走査式プロジェクタ以外のプロジェクタ（例えば、ＤＬＰプロジェクタ、液晶プロジェクタ、ＬＣＯＳプロジェクタ）を用いても良い。また、プロジェクタ４とスクリーン５の代わりに乗員８に視認させる映像を表示する手段として液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等を用いても良い。

また、本実施形態ではＨＵＤ１のＣＰＵ３１が虚像生成処理プログラム（図８）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。

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

例えば、第１の構成は以下のとおりである。
装置内部に設けられた映像表示面（５）に表示された映像を反射部材（７）で反射させて車両（２）の乗員（８）に視認させることによって、前記乗員の視線前方に前記映像の虚像（１０）を視認させる虚像表示装置（１）であって、前記乗員の視線前方にある路面と重畳して虚像を表示する虚像表示手段（３１）と、前記乗員から路面を視認した際に、路面に描かれた区画線又は路面縁部が途中で途切れる点を結んだ線分である不連続境界（５５）の位置を取得する境界取得手段（３１）と、を有し、前記虚像表示手段は、前記結像距離を変更することによって前記不連続境界と重複しない路面の位置に重畳して前記虚像を表示する。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、車両の乗員から路面が不連続に視認される状況においても、路面が不連続となる境界と重複しない位置に虚像を表示することが可能となる。従って、違和感を与えることなく路面に重畳した虚像を視認させることが可能となる。

また、第２の構成は以下のとおりである。
前記乗員から前記虚像までの距離である結像距離を変更する距離変更手段（３１）を有し、前記虚像表示手段（３１）は、前記結像距離を変更することによって前記不連続境界（５５）と重複しない路面の位置に重畳して前記虚像を表示する。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、虚像が路面から大きく浮いたり路面中に埋め込まれる等の事象を生じさせることなく、路面と虚像とを適切に重畳した状態を維持した状態で、路面が不連続となる境界と重複しない位置に虚像を移動させることが可能となる。

また、第３の構成は以下のとおりである。
前記虚像表示手段（３１）は、前記車両（２）が前記不連続境界（５５）に接近する方向に移動する場合において、前記乗員（８）から前記不連続境界までの距離が所定距離以上である場合には、前記乗員と前記不連続境界の間の路面の位置に重畳して前記虚像（１０）を表示し、前記乗員から前記不連続境界までの距離が所定距離未満となった後には、前記乗員に対して前記不連続境界よりも遠方の路面の位置に重畳して前記虚像を表示する。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、車両が不連続境界へと接近するのに伴って、虚像の表示位置を不連続境界の手前側から奥側へと切り替えるので、路面が不連続となる境界と重複しない位置に虚像を表示することが可能となる。

また、第４の構成は以下のとおりである。
前記虚像（１０）を重畳させることが可能なエリア（５６）と前記不連続境界（５５）の位置を比較する位置比較手段（３１）を有し、前記所定距離は、前記エリアの中心に前記不連続境界が位置する時点の前記乗員から前記不連続境界までの距離とする。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、車両が不連続境界へと接近するのに伴って、虚像の表示位置をより表示スペースの広いエリアへと切り替えるので、路面が不連続となる境界と重複しない位置に虚像を表示することが可能となるとともに、虚像の視認性についても低下させることが無い。

また、第５の構成は以下のとおりである。
前記車両（２）が前記不連続境界（５５）に接近する方向に移動する場合において、前記乗員（８）から前記不連続境界までの距離が所定距離以上である場合に、前記車両の移動に伴って前記映像表示面（５）に表示された映像の一部を段階的に消去する映像補正手段（３１）を有する。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、虚像の表示可能な位置が狭くなったとしても、虚像を不連続境界を跨ぐことなく表示することが可能となる。また、虚像の全体のサイズを小さくする場合に比べて、虚像の視認性が低下することを防止できる。

また、第６の構成は以下のとおりである。
前記虚像（１０）は前記乗員側が後端側に視認される矢印の虚像であって、前記映像補正手段（３１）は、前記車両の移動に伴って前記映像表示面（５）に表示された矢印の映像を後端側から段階的に消去する。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、虚像の表示可能な位置が狭くなったとしても、虚像を不連続境界を跨ぐことなく表示することが可能となる。また、虚像の全体のサイズを小さくする場合に比べて、虚像の矢印の指し示す方向が分かり難くなる虞もない。

また、第７の構成は以下のとおりである。
前記虚像表示手段（３１）は、前記虚像（１０）を重畳する位置の路面縁部から前記虚像までの距離を固定して前記虚像を表示する。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、虚像を重畳する対象となる路面の幅に応じて虚像のサイズを変更するので、乗員に見易い虚像を表示することが可能となる。

１ ヘッドアップディスプレイ装置
２ 車両
３ ダッシュボード
４ プロジェクタ
５ スクリーン
６ 凹面鏡
７ フロントウィンドウ
８ 乗員
１０ 虚像
１１ フロントカメラ
２２ スクリーン前後駆動モータ
３１ ＣＰＵ
３２ ＲＡＭ
３３ ＲＯＭ
３４ フラッシュメモリ
５１ 勾配変化境界
５５ 不連続境界
５６ 虚像表示領域

Claims (7)

1. 装置内部に設けられた映像表示面に表示された映像を反射部材で反射させて車両の乗員に視認させることによって、前記乗員の視線前方に前記映像の虚像を視認させる虚像表示装置であって、
   前記乗員の視線前方にある路面と重畳して虚像を表示する虚像表示手段と、
   前記乗員から路面を視認した際に、路面に描かれた区画線又は路面縁部が途中で途切れる点を結んだ線分である不連続境界の位置を取得する境界取得手段と、を有し、
   前記虚像表示手段は、前記不連続境界と重複しない路面の位置に重畳して前記虚像を表示する虚像表示装置。
2. 前記乗員から前記虚像までの距離である結像距離を変更する距離変更手段を有し、
   前記虚像表示手段は、前記結像距離を変更することによって前記不連続境界と重複しない路面の位置に重畳して前記虚像を表示する請求項１に記載の虚像表示装置。
3. 前記虚像表示手段は、
   前記車両が前記不連続境界に接近する方向に移動する場合において、
   前記乗員から前記不連続境界までの距離が所定距離以上である場合には、前記乗員と前記不連続境界の間の路面の位置に重畳して前記虚像を表示し、
   前記乗員から前記不連続境界までの距離が所定距離未満となった後には、前記乗員に対して前記不連続境界よりも遠方の路面の位置に重畳して前記虚像を表示する請求項１又は請求項２に記載の虚像表示装置。
4. 前記虚像を重畳させることが可能なエリアと前記不連続境界の位置を比較する位置比較手段を有し、
   前記所定距離は、前記エリアの中心に前記不連続境界が位置する時点の前記乗員から前記不連続境界までの距離とする請求項３に記載の虚像表示装置。
5. 前記車両が前記不連続境界に接近する方向に移動する場合において、前記乗員から前記不連続境界までの距離が所定距離以上である場合に、前記車両の移動に伴って前記映像表示面に表示された映像の一部を段階的に消去する映像補正手段を有する請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の虚像表示装置。
6. 前記虚像は前記乗員側が後端側に視認される矢印の虚像であって、
   前記映像補正手段は、前記車両の移動に伴って前記映像表示面に表示された矢印の映像を後端側から段階的に消去する請求項５に記載の虚像表示装置。
7. 前記虚像表示手段は、前記虚像を重畳する位置の路面縁部から前記虚像までの距離を固定して前記虚像を表示する請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の虚像表示装置。

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