JP6281323B2 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ユーザが視認する各種映像を生成するヘッドアップディスプレイ装置に関する。

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）がある。

ここで、例えば移動体として特に車両に対して設置されたＨＵＤは、特開昭６０−１８３２４０号公報に記載されているように、車両の乗員から見て車両のウィンドウ（例えばフロントウインドウ）の前方に、前方視野の前景に重畳して虚像を生成することが可能である。その結果、乗員は運転情報を視認する際に視線移動を極力少なくすることが可能であり、運転時の負担をより少なくすることが可能となる。

特開昭６０−１８３２４０号公報（第２頁、図１）

ここで、車両の乗員の運転時の負担をより少なくする為には、虚像を生成する位置（より具体的には乗員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。

そして、上記特許文献１の技術では、フレネルレンズの位置を光路に沿って移動可能に構成することによって結像位置、即ち虚像を生成する位置を変更する技術について提案されている。しかしながら、上記特許文献１の技術ではフレネルレンズの位置に応じたフレームレートの制御については行われていなかった。

ここで、虚像を生成する位置に関わらず出力する映像のフレームレートを固定とした場合には、以下の問題が生じていた。
例えば、フレームレートを低く固定して設定すると、画像の瞬時の切り替えができないことから、特に乗員から近い位置に生成されることが多いリアルタイムに変動する情報（例えば車速情報）の案内や、緊急性を要する情報の案内が適切にできない問題がある。
一方で、そのような情報を適切に表示する為にフレームレートを高く固定して設定すると、画像の瞬時の切り替えは可能となるが、視認する乗員の注目度が高くなり過ぎる問題がある。従って、特に乗員から遠い位置に生成されることが多い緊急性を有さず、変動も少ない情報（例えば走行案内に用いる案内矢印等）についても高いフレームレートで出力すると、ユーザの視線が該情報に固定されてしまい、走行に支障が生じる問題があった。また、フレームレートを高く設定するには、映像を出力するプロジェクタ等に高い性能が要求され、更に電力消費量が高くなる問題もある。

本発明は前記従来における問題点を解消するためになされたものであり、虚像を生成する位置に応じて出力する映像のフレームレートを変更することによって、出力する映像に最適なフレームレートを設定可能であり、ユーザに虚像を適切に視認させることが可能としたヘッドアップディスプレイ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ヘッドアップディスプレイ装置（１）は、車両に搭載され、スクリーン（５）と、光源（５１）から出力される光を用いて映像を前記スクリーンに投射するプロジェクタ（４）と、前記スクリーンに投射された前記映像から前記車両の走行支援に用いる前記映像の虚像（８）を生成する虚像生成手段（１１、１２）と、前記プロジェクタから前記映像を投射する際に、投射される前記映像のフレームレートを設定するフレームレート設定手段（３１）と、を有し、前記フレームレート設定手段は、前記映像のフレームレートを設定する時点における前記虚像を視認するユーザから前記虚像生成手段により生成される前記虚像までの距離が長い程、フレームレートが低くなるように設定することを特徴とする。

前記構成を有する本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置によれば、虚像を生成する位置に応じて出力する映像のフレームレートを変更することによって、出力する映像に最適なフレームレートを設定することが可能となる。例えば、ユーザから近い位置に生成されることが多いリアルタイムに変動する情報（例えば車速情報）の案内や、緊急性を要する情報の案内については、高いフレームレートで出力することにより適切に案内することが可能となる。一方で、特にユーザから遠い位置に生成されることが多い緊急性を有さず、変動も少ない情報（例えば走行案内に用いる案内矢印等）の案内についてはフレームレートを低くして出力することによって、ユーザの視線が該情報に固定されることを防止できる。また、プロジェクタの電力消費量や処理負荷についても削減することが可能となる。

本実施形態に係るＨＵＤの車両への設置態様を示した図である。 本実施形態に係るＨＵＤの内部構成を示した図である。 プロジェクタが備える投射レンズを示した図である。 投射レンズの移動態様を示した図である。 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前後方向への移動態様を示した図である。 スクリーンに投射された映像によって生成される虚像を示した図である。 本実施形態に係るＨＵＤの構成を示したブロック図である。 本実施形態に係る虚像生成処理プログラムのフローチャートである。 通常時の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。 虚像を遠距離に生成する際の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。 第２スクリーンを移動させた場合の第２スクリーンと第２投射レンズの位置関係を示した図である。 位置設定テーブルの一例を示した図である。 生成距離とフレームレートの関係の一例を示した図である。 生成距離とフレームレートの関係の一例を示した図である。

以下、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置について具体化した一実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。

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

図１に示すようにＨＵＤ１は、車両２のダッシュボード３内部に設置されており、内部にプロジェクタ４やプロジェクタ４からの映像が投射されるスクリーン５を有する。そして、スクリーン５に投射された映像を、後述のようにＨＵＤ１が備えるミラーやフレネルレンズを介し、更に運転席の前方のフロントウィンドウ６に反射させて車両２の乗員７に視認させるように構成されている。尚、スクリーン５に投射される映像としては、車両２に関する情報や乗員７の運転の支援の為に用いられる各種情報がある。例えば障害物（他車両や歩行者）に対する警告、ナビゲーション装置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６を反射して乗員７がスクリーン５に投射された映像を視認した場合に、乗員７にはフロントウィンドウ６の位置ではなく、フロントウィンドウ６の先の遠方の位置にスクリーン５に投射された映像が虚像８として視認されるように構成される。尚、乗員７が視認できる虚像８はスクリーン５に投射された映像であるが、ミラーを介するので上下方向は反転する。また、フレネルレンズを介することによってサイズも変更する。

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

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

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

ここで、プロジェクタ４は光源としてＬＥＤ光源やレーザー光源を用いた映像投射装置であり、例えばＤＬＰプロジェクタとする。尚、プロジェクタ４としては液晶プロジェクタやＬＣＯＳプロジェクタやレーザー走査式プロジェクタを用いても良い。尚、レーザー走査式プロジェクタを用いた場合には後述の投射レンズは不要となる。また、プロジェクタ４は出力する映像のフレームレートを変更可能に構成されており、例えば１５ｆｐｓ〜３０ｆｐｓの間でフレームレートを任意に変更可能に構成されている。また、プロジェクタ４は映像を投射する為の投射レンズ１５を備える。ここで、図３はプロジェクタ４が備える投射レンズ１５を示した図である。

図３に示すように投射レンズ１５は、円形状のレンズであり、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、投射レンズ１５の背面側にあるレンズ駆動モータ１８を駆動させることによって、図４に示すように投射レンズ１５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。特に、本実施形態では、後述のようにスクリーン５を光路に沿って前後方向に移動させる場合において、投射レンズ１５から投射される映像の焦点を移動後のスクリーン５の位置に一致させる為に、投射レンズ１５も追従して移動させる構成とする。

また、レンズ駆動モータ１８はステッピングモータからなる。そして、ＨＵＤ１は、制御回路部１３から送信されるパルス信号に基づいてレンズ駆動モータ１８を制御し、投射レンズ１５の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、スクリーン５は、プロジェクタ４から投射された映像が投射される被投射媒体であり、例えばフレネルスクリーンや拡散型スクリーン等が用いられる。ここで、図５はスクリーン５を示した図である。

図５に示すようにスクリーン５は、映像が投射される被投射エリア２２を有しており、プロジェクタ４の投射レンズ１５から投射された映像が表示される。また、スクリーン５は、光路に沿って前後方向に移動可能に構成されている。具体的には、スクリーン５の背面側にあるスクリーン前後駆動モータ２４を駆動させることによって、図６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、図７に示すようにスクリーン５に投射された映像の虚像８が生成される位置（具体的には乗員７から虚像８までの距離である生成距離Ｌ）を変更することが可能である。尚、生成距離Ｌは、ミラー１１からスクリーン５までの距離に依存する。即ち、生成距離Ｌは、ミラー１１からスクリーン５までの距離に応じて長短を変更される。例えば、ミラー１１からスクリーン５までの距離が長くなると生成距離Ｌが長くなり、ミラー１１からスクリーン５までの距離が短くなると生成距離Ｌが短くなる。

例えば、スクリーン５をプロジェクタ４側（ミラー１１までの距離が長くなる側）に移動させると、生成距離Ｌが長くなる（即ち、乗員７からはより遠くに虚像８が視認されるようになる）。一方、スクリーン５をプロジェクタ４と反対側（ミラー１１までの距離が短くなる側）に移動させると、生成距離Ｌが短くなる（即ち、乗員７からはより近くに虚像８が視認されるようになる）。

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

また、ミラー１１は、図２に示すようにスクリーン５からの映像光を反射させて、フロントウィンドウ６を介して、乗員７の前方に虚像８（図１参照）を投影する投影手段である。ミラー１１としては、球面凹面鏡や、非球面凹面鏡、若しくは投影映像の歪みを補正するための自由曲面鏡が用いられる。尚、スクリーン５に対して投射された映像は、反射ミラー１０やミラー１１によって反射されるので、生成される虚像はスクリーン５に対して投射された映像と上下左右がそれぞれ反転した像となる。

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

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

図８に示すように制御回路部１３は、演算装置及び制御装置としてのＣＰＵ３１、並びにＣＰＵ３１が各種の演算処理を行うにあたってワーキングメモリとして使用されるＲＡＭ３２、制御用のプログラムのほか、後述の虚像生成処理プログラム（図９参照）等が記録されたＲＯＭ３３、ＲＯＭ３３から読み出したプログラムや後述の位置設定テーブルを記憶するフラッシュメモリ３４等の内部記憶装置を備えている。また、制御回路部１３は、プロジェクタ４、レンズ駆動モータ１８、スクリーン前後駆動モータ２４とそれぞれ接続され、プロジェクタ４や各種モータの駆動制御を行う。

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

続いて、前記構成を有するＨＵＤ１においてＣＰＵ３１が実行する虚像生成処理プログラムについて図９に基づき説明する。図９は本実施形態に係る虚像生成処理プログラムのフローチャートである。ここで、虚像生成処理プログラムは車両のＡＣＣがＯＮされた後に実行され、必要に応じて虚像を生成する位置やフレームレートを変化させつつ車両の乗員に視認可能な虚像８を生成するプログラムである。尚、以下の図９にフローチャートで示されるプログラムは、ＨＵＤ１が備えているＲＡＭ３２やＲＯＭ３３に記憶されており、ＣＰＵ３１により実行される。また、本実施形態では車両のＡＣＣがＯＮされた時点では、乗員７から虚像８までの距離である生成距離Ｌが最も短い距離である２．５ｍとなるように、スクリーン５や投射レンズ１５の位置が設定されていると仮定して説明する。

先ず、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に制御信号を送信し、プロジェクタ４のフレームレートを最大値に設定する。尚、本実施形態では１５ｆｐｓ〜３０ｆｐｓの間でプロジェクタ４のフレームレートを設定可能であるので、前記Ｓ１では３０ｆｐｓにフレームレートを設定する。

次に、Ｓ２においてＣＰＵ３１は、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。ここで、プロジェクタ４により投射される映像としては、車両２に関する情報や乗員７の運転の支援の為に用いられる各種情報がある。例えば障害物（他車両や歩行者）に対する警告、ナビゲーション装置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通常の走行状態では、上記映像の内、車両の現在車速の映像を投射する構成とする。

その結果、図１０に示すように、フロントウィンドウ６の下縁付近で且つフロントウィンドウ６の前方２．５ｍ先に、虚像８として現在車速を示す数値が生成され、乗員から視認可能となる。尚、図１０に示す例では虚像８として現在車速の映像を表示させる構成としているが、それ以外の情報、例えば案内標識、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、近距離にある緊急性のある障害物への警告等の生成距離Ｌを近距離で固定して表示した方が良い映像についても表示させる構成としても良い。

次に、Ｓ３においてＣＰＵ３１は、最短距離である２．５ｍよりも遠方の位置に虚像を生成する必要が生じたか否かを判定する。ここで、遠距離の位置に虚像を生成する必要がある場合としては、例えば、案内交差点等の走行案内を行う必要がある地点が接近した場合や、割り込み車両等の障害物が車両の前方に新たに出現した場合等がある。

そして、遠距離の位置に虚像を生成する必要が生じたと判定された場合（Ｓ３：ＹＥＳ）には、Ｓ４へと移行する。それに対して、遠距離の位置に虚像を生成する必要が生じていないと判定された場合（Ｓ３：ＮＯ）にはＳ２へと戻り、プロジェクタ４によるスクリーン５への近距離用の映像の投射を継続して行う。

Ｓ４においてＣＰＵ３１は、プロジェクタ４へと信号を送信し、前記Ｓ２で投射が開始された近距離用の映像の投射を一旦中断する。

次に、Ｓ５においてＣＰＵ３１は、虚像を生成する必要のある位置へと虚像を生成する為のスクリーン５の位置（以下、目標スクリーン移動位置という）を決定する。ここで、虚像を生成する必要のある位置とは、例えば、案内交差点等の走行案内を行う必要がある地点が接近した場合には該地点の位置であり、割り込み車両等の障害物が車両の前方に新たに出現した場合には該障害物の位置となる。更に、Ｓ５においてＣＰＵ３１は、虚像を生成する必要のある位置へと虚像を生成する為の投射レンズ１５の位置（以下、目標レンズ移動位置という）についても決定する。

例えば、図１１に示すように右左折対象となる交差点６０が接近し、虚像８として右左折を示す案内矢印を表示する場合について説明する。先ず、乗員７から右左折対象となる交差点６０までの距離をナビゲーション装置から取得した車両位置や地図情報に基づいて算出し、算出した距離を生成距離Ｌに設定する。本実施形態に係るＨＵＤ１は、前記したようにスクリーン５を光路に沿って前後方向に移動させることによって生成距離Ｌを変更することが可能である（図６参照）。従って、ＣＰＵ３１は乗員７から生成距離Ｌだけ離れた位置に虚像８が生成されるようにスクリーン５の位置を制御する。その結果、虚像８が生成される位置は、乗員７から設定された生成距離Ｌ前方の位置（図１１に示す例では右折対象となる交差点６０の位置）となる。従って、乗員７が視認する前方の風景と虚像８の位置を対応させることが可能となり、乗員７は、虚像８を視認する際にも視線移動を極力少なくすることが可能である。尚、その後に車両が移動することによって乗員７から右左折対象となる交差点までの距離が変化すれば、それに伴って生成距離Ｌも変更するように構成する。

次に、図１２を用いてスクリーン５及び投射レンズ１５の位置の制御についてより詳細に説明する。ここで、スクリーン５及び投射レンズ１５の位置は、図１２に示すようにプロジェクタ４の光源５１の光路５２に沿って移動可能に構成される。そして、ミラー１１からスクリーン５までの距離に生成距離Ｌが依存するので、スクリーン５の位置は、ミラー１１からスクリーン５までの距離が設定された生成距離Ｌに対応する距離となるように決定される。尚、スクリーン５の位置の決定にはフラッシュメモリ３４に記憶された位置設定テーブルが用いられる。位置設定テーブルは、図１３に示すように生成距離Ｌ毎に、該生成距離Ｌに虚像８を生成する為のスクリーン５の位置が規定されている。

一方、投射レンズ１５の位置は、投射レンズ１５から投射された映像の焦点をスクリーン５上に合わせる位置に決定される。即ち、生成距離Ｌを長くする為にスクリーン５が光路に沿ってミラー１１から離間する方向（即ち投射レンズ１５に近づく方向）に移動すれば、投射レンズ１５は光路に沿ってその逆方向であるスクリーン５に近づく方向へと移動することとなる。一方、生成距離Ｌを短くする為にスクリーン５が光路に沿ってミラー１１へ近づく方向（即ち投射レンズ１５から離間する方向）に移動すれば、投射レンズ１５は光路に沿ってその逆方向であるスクリーン５から離間する方向へと移動することとなる。即ち、設定された生成距離Ｌに基づいて、光路５２におけるスクリーン５の位置が先ず決定され、決定されたスクリーン５の位置に基づいて、光路５２における投射レンズ１５の位置が決定されることとなる。また、投射レンズ１５とスクリーン５は、光路５２に沿って互いに異なる方向に移動することとなる。尚、位置設定テーブルには、図１３に示すようにスクリーン５の位置に対応付けて投射レンズ１５の位置についても予め規定されており、投射レンズ１５の位置の決定には位置設定テーブルが用いられる。

その結果、例えば生成距離Ｌを長く変更する為に、スクリーン５を投射レンズ１５側に移動させた場合であっても、スクリーン５の移動に伴って投射レンズ１５もスクリーン５側に移動することにより投射される映像の焦点をスクリーン５上に合わせた状態を維持できる。それによって、スクリーン５を移動させた後においても鮮明な映像を投射することが可能となる。

次に、Ｓ６においてＣＰＵ３１は、スクリーン５を現在位置から前記Ｓ５で特定された目標スクリーン移動位置まで移動させるのに必要なスクリーン前後駆動モータ２４の駆動量（パルス数）を決定する。同じく、Ｓ６においてＣＰＵ３１は、投射レンズ１５を現在位置から前記Ｓ５で特定された目標レンズ移動位置まで移動させるのに必要なレンズ駆動モータ１８の駆動量（パルス数）を決定する。

その後、Ｓ７においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ６で決定された駆動量だけスクリーン前後駆動モータ２４を駆動させる為のパルス信号をスクリーン前後駆動モータ２４へと送信する。同じく、前記Ｓ６で決定された駆動量だけレンズ駆動モータ１８を駆動させる為のパルス信号をレンズ駆動モータ１８へと送信する。そして、パルス信号を受信したスクリーン前後駆動モータ２４やレンズ駆動モータ１８は、受信したパルス信号に基づいて駆動を行う。その結果、スクリーン５は目標スクリーン移動位置に移動し、投射レンズ１５は目標スクリーン移動位置にあるスクリーン５上に焦点を合わせた位置に移動する。

次に、Ｓ８においてＣＰＵ３１は、スクリーン５及び投射レンズ１５の移動が完了したか否かを判定する。具体的には、前記Ｓ７でパルス信号を送信したスクリーン前後駆動モータ２４やレンズ駆動モータ１８から駆動を完了したことを示す信号を受信した場合に、スクリーン５及び投射レンズ１５の移動が完了したと判定する。

そして、スクリーン５及び投射レンズ１５の移動が完了したと判定された場合（Ｓ８：ＹＥＳ）には、Ｓ９へと移行する。それに対して、スクリーン５及び投射レンズ１５の移動が完了していないと判定された場合（Ｓ８：ＮＯ）には、移動が完了するまで待機する。

Ｓ９においてＣＰＵ３１は、プロジェクタ４に制御信号を送信し、プロジェクタ４のフレームレートを現在の生成距離Ｌに応じた値に設定する。ここで、本実施形態では前記したように１５ｆｐｓ〜３０ｆｐｓの間でプロジェクタ４のフレームレートを設定可能である。そして、乗員７から虚像８までの距離である生成距離Ｌが長い程、フレームレートが低くなるように設定する。例えば、図１４に示す例では生成距離Ｌが最も短い２．５ｍでフレームレートを最も高い３０ｆｐｓに設定し、生成距離Ｌの増加に応じてフレームレートを徐々に低くし、生成距離Ｌが最も長い２０ｍではフレームレートを最も低い１５ｆｐｓに設定する。また、図１４に示す例では、特に生成距離Ｌが長くなる程、該距離の変化量に対するフレームレートの変化量の比率が大きくなるようにフレームレートを変更して設定する。

尚、生成距離Ｌに対するフレームレートは、図１５に示すように生成距離Ｌに応じて複数段階に設定するように構成しても良い。例えば図１５に示す例では、生成距離ＬがＸｍ以下ではフレームレートを最も高い３０ｆｐｓに設定し、生成距離ＬがＸｍより長い場合にはフレームレートを最も低い１５ｆｐｓに設定する。尚、Ｘｍは虚像と前方車両とが重複する虞の無い最大距離とし、例えば４ｍとする。

そして、前記Ｓ９においてＣＰＵ３１は、図１４や図１５に従って現在の生成距離Ｌに対応するフレームレートの値を特定し、特定した値にプロジェクタ４のフレームレートを設定するようにプロジェクタ４に対して制御信号を送信する。

次に、Ｓ１０においてＣＰＵ３１は、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。ここで、プロジェクタ４により投射される映像は、現在の車両の状況によって異なる。例えば案内交差点等の走行案内を行う必要がある地点が接近した状況では走行案内情報（交差点の右左折を示す矢印等）に関する映像を投射する（図１１参照）。また、割り込み車両等の障害物が車両の前方に新たに出現した状況では障害物への警告情報（障害物を囲む枠等）に関する映像を投射する。

続いて、Ｓ１１においてＣＰＵ３１は、遠距離の位置へ虚像を生成する必要が無くなったか否かを判定する。ここで、遠距離の位置へ虚像を生成する必要が無くなった場合としては、例えば、案内交差点等の走行案内を行う必要がある地点が接近していた状況では、該地点を通り過ぎた場合である。また、割り込み車両等の障害物が車両の前方に新たに出現した状況では、該障害物が車両から一定距離以上に遠ざかった場合である。

そして、遠距離の位置へ虚像を生成する必要が無くなったと判定された場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）には、Ｓ１２へと移行する。それに対して、継続して遠距離の位置へ虚像を生成する必要があると判定された場合（Ｓ１１：ＮＯ）にはＳ１０へと戻り、プロジェクタ４によるスクリーン５への遠距離用の映像の投射を継続して行う。

Ｓ１２においてＣＰＵ３１は、プロジェクタ４へと信号を送信し、前記Ｓ１０で投射が開始された遠距離用の映像の投射を終了する。

次に、Ｓ１３においてＣＰＵ３１は、スクリーン５を現在位置から前記Ｓ７の移動を行う前の位置、即ち生成距離Ｌが最も短い距離である２．５ｍとなる位置まで移動させるのに必要なスクリーン前後駆動モータ２４の駆動量（パルス数）を決定する。同じく、Ｓ１３においてＣＰＵ３１は、投射レンズ１５を現在位置から前記Ｓ７の移動を行う前の位置まで移動させるのに必要なレンズ駆動モータ１８の駆動量（パルス数）を決定する。

その後、Ｓ１４においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ１３で決定された駆動量だけスクリーン前後駆動モータ２４を駆動させる為のパルス信号をスクリーン前後駆動モータ２４へと送信する。同じく、前記Ｓ１３で決定された駆動量だけレンズ駆動モータ１８を駆動させる為のパルス信号をレンズ駆動モータ１８へと送信する。そして、パルス信号を受信したスクリーン前後駆動モータ２４やレンズ駆動モータ１８は、受信したパルス信号に基づいて駆動を行う。その結果、スクリーン５は前記Ｓ７の移動を行う前の位置、即ち生成距離Ｌが最も短い距離である２．５ｍとなる位置に移動し、投射レンズ１５は移動後のスクリーン５上に焦点を合わせた位置に移動する。

次に、Ｓ１５においてＣＰＵ３１は、スクリーン５及び投射レンズ１５の移動が完了したか否かを判定する。具体的には、前記Ｓ１４でパルス信号を送信したスクリーン前後駆動モータ２４やレンズ駆動モータ１８から駆動を完了したことを示す信号を受信した場合に、スクリーン５及び投射レンズ１５の移動が完了したと判定する。

そして、スクリーン５及び投射レンズ１５の移動が完了したと判定された場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）には、Ｓ１へと戻る。その後、フレームレートが再び最大値に設定され、近距離用の映像（例えば車両の現在車速の映像）の投射を行う。それに対して、スクリーン５及び投射レンズ１５の移動が完了していないと判定された場合（Ｓ１５：ＮＯ）には、移動が完了するまで待機する。

以上詳細に説明した通り、本実施形態に係るＨＵＤ１によれば、プロジェクタ４から出力した映像をスクリーン５に投射し、スクリーン５に投射された映像を車両２のフロントウィンドウ６に反射させて車両の乗員７に視認させることによって、車両の乗員７が視認する映像の虚像を生成する。また、プロジェクタ４から投射される映像のフレームレートを変更可能に構成し、虚像を視認するユーザから生成される虚像までの距離が長い程、フレームレートが低くなるように設定する（Ｓ９）ので、虚像を生成する位置に応じて出力する映像のフレームレートを変更することによって、出力する映像に最適なフレームレートを設定することが可能となる。例えば、ユーザから近い位置に生成されることが多いリアルタイムに変動する情報（例えば車速情報）の案内や、緊急性を要する情報の案内については、高いフレームレートで出力することにより適切に案内することが可能となる。一方で、特にユーザから遠い位置に生成されることが多い緊急性を有さず、変動も少ない情報（例えば走行案内に用いる案内矢印等）の案内についてはフレームレートを低くして出力することによって、ユーザの視線が該情報に固定されることを防止できる。また、プロジェクタの電力消費量や制御負荷についても削減することが可能となる。

尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは勿論である。
例えば、本実施形態ではＨＵＤ１によって車両２のフロントウィンドウ６の前方に虚像を生成する構成としているが、フロントウィンドウ６以外のウィンドウの前方に虚像を生成する構成としても良い。また、ＨＵＤ１により映像を反射させる対象はフロントウィンドウ６自身ではなくフロントウィンドウ６の周辺に設置されたバイザー（コンバイナー）であっても良い。また、プロジェクタ４としてはＬＥＤを光源とするプロジェクタ以外のプロジェクタを用いても良い。

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、本実施形態では通常時では乗員７から虚像８までの距離である生成距離Ｌが最も短い距離である２．５ｍとなるように、スクリーン５や投射レンズ１５の位置を設定しているが、２．５ｍ以外としても良い。但し、生成距離Ｌを長くし過ぎると、虚像８が前方車両に埋め込まれることとなるので、２ｍ〜４ｍ程度であることが好ましい。

また、本実施形態では、スクリーン５を光路に沿って前後方向に移動可能に構成しているが、スクリーン５の位置は固定としても良い。また、スクリーン５のみを光路に沿って前後方向に移動可能に構成し、投射レンズ１５については位置を固定する構成としても良い。

また、本実施形態では、スクリーンを１枚のスクリーンから構成しているが、スクリーンの数は２枚以上としても良い。また、スクリーンを２枚以上とした場合には、全てのスクリーンを光路に沿って移動可能に構成しても良いし、一部のスクリーンのみを光路に沿って移動可能に構成しても良い。また、スクリーンを２枚以上とした場合には、プロジェクタの数もスクリーンの数に対応させることによって、スクリーン毎にフレームレートを変更することが可能となる。

また、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置を具体化した実施例について上記に説明したが、ヘッドアップディスプレイ装置は以下の構成を有することも可能であり、その場合には以下の効果を奏する。

例えば、第１の構成は以下のとおりである。
スクリーンを光源の光路に沿って移動させる移動手段と、
移動手段によってスクリーンを光源の光路に沿って移動させることにより、ユーザから虚像生成手段により生成される虚像までの距離を変更する虚像位置変更手段と、を有し、フレームレート設定手段は、虚像位置変更手段によって変更されたユーザから虚像までの距離に応じてフレームレートを設定することを特徴とする。
上記構成を有するヘッドアップディスプレイ装置によれば、スクリーンを移動させることによってユーザから虚像までの距離を調整できる。従って、ユーザからの距離が変位する障害物や交差点等の対象物に関する映像を虚像として表示させる場合に、ユーザから対象物までの距離に応じた適切な位置に虚像を生成することが可能となる。更に、調整後のユーザから虚像までの距離に応じて出力する映像のフレームレートを変更することによって、出力する映像に最適なフレームレートを設定することが可能となる。

また、第２の構成は以下のとおりである。
フレームレート設定手段は、ユーザから虚像までの距離の増加に応じてフレームレートが徐々に低くなるように設定することを特徴とする。
上記構成を有するヘッドアップディスプレイ装置によれば、ユーザから虚像までの距離が遠くなればなるほどフレームレートが小さくなるので、ユーザから虚像までの距離に応じて出力する映像に適した適切な値にフレームレートを設定することが可能となる。

また、第３の構成は以下のとおりである。
フレームレート設定手段は、ユーザから虚像生成手段により生成される虚像までの距離が長くなる程、該距離の変化量に対するフレームレートの変化量の比率が大きくなるようにフレームレートを変更して設定することを特徴とする。
上記構成を有するヘッドアップディスプレイ装置によれば、ユーザから虚像までの距離が遠くなればなるほど距離に対するフレームレートの減少割合が大きくなるので、ユーザから虚像までの距離に応じて出力する映像に適した適切な値にフレームレートを設定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。
フレームレート設定手段は、ユーザから虚像までの距離が所定の閾値以下である場合には、フレームレートを所定の第１レート値に設定し、ユーザから虚像までの距離が閾値より長い場合には、フレームレートを第１レート値より低い第２レート値に設定することを特徴とする。
上記構成を有するヘッドアップディスプレイ装置によれば、ユーザから虚像までの距離が閾値より大きいか否かに応じて、フレームレートを段階的に設定することにより、出力する映像に適した適切な値にフレームレートを設定することが可能となる。また、フレームレートを段階的に変更するので変更に係る制御を簡略化することが可能となる。

また、第５の構成は以下のとおりである。
車両に搭載され、閾値は、虚像と前方車両とが重複する虞の無い最大距離であることを特徴とする。
上記構成を有するヘッドアップディスプレイ装置によれば、前方車両と重複しない範囲において生成される虚像についてはフレームレートを高く設定するので、特に乗員から近い位置に生成されることが多いリアルタイムに変動する情報（例えば車速情報）の案内や、緊急性を要する情報の案内を適切に行うことが可能となる。

１ ヘッドアップディスプレイ装置
２ 車両
３ ダッシュボード
４ プロジェクタ
５ スクリーン
６ フロントウィンドウ
７ 乗員
８ 虚像
１５ 投射レンズ
１８ レンズ駆動モータ
２４ スクリーン前後駆動モータ
３１ ＣＰＵ
３２ ＲＡＭ
３３ ＲＯＭ
３４ フラッシュメモリ
５１ 光源
５２ 光路

Claims (6)

1. 車両に搭載され、
   スクリーンと、
   光源から出力される光を用いて映像を前記スクリーンに投射するプロジェクタと、
   前記スクリーンに投射された前記映像から前記車両の走行支援に用いる前記映像の虚像を生成する虚像生成手段と、
   前記プロジェクタから前記映像を投射する際に、投射される前記映像のフレームレートを設定するフレームレート設定手段と、を有し、
   前記フレームレート設定手段は、前記映像のフレームレートを設定する時点における前記虚像を視認するユーザから前記虚像生成手段により生成される前記虚像までの距離が長い程、フレームレートが低くなるように設定することを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記スクリーンを前記光源の光路に沿って移動させる移動手段と、
   前記移動手段によって前記スクリーンを前記光源の光路に沿って移動させることにより、前記ユーザから前記虚像生成手段により生成される前記虚像までの距離を変更する虚像位置変更手段と、を有し、
   前記フレームレート設定手段は、前記虚像位置変更手段によって変更された前記ユーザから前記虚像までの距離に応じてフレームレートを設定することを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
3. 前記フレームレート設定手段は、前記ユーザから前記虚像までの距離の増加に応じてフレームレートが徐々に低くなるように設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
4. 前記フレームレート設定手段は、前記ユーザから前記虚像生成手段により生成される前記虚像までの距離が長くなる程、該距離の変化量に対するフレームレートの変化量の比率が大きくなるようにフレームレートを変更して設定することを特徴とする請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
5. 前記フレームレート設定手段は、
   前記ユーザから前記虚像までの距離が所定の閾値以下である場合には、フレームレートを所定の第１レート値に設定し、
   前記ユーザから前記虚像までの距離が前記閾値より長い場合には、フレームレートを前記第１レート値より低い第２レート値に設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
6. 前記閾値は、前記虚像と前方車両とが重複する虞の無い最大距離であることを特徴とする請求項５に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

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