JP6287351B2

JP6287351B2 - ヘッドアップディスプレイ装置

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Publication number: JP6287351B2
Application number: JP2014041849A
Authority: JP
Inventors: 賢二渡邊
Original assignee: Aisin AW Co Ltd
Current assignee: Aisin AW Co Ltd
Priority date: 2014-03-04
Filing date: 2014-03-04
Publication date: 2018-03-07
Anticipated expiration: 2034-03-04
Also published as: JP2015166230A

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２０１０−１２５９１０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、運転情報（例えば、速度表示、経路案内表示等）を虚像として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２０１０−１２５９１０号（第６−７頁、図３）

ここで、ＨＵＤにおいてユーザに適切に虚像を視認させる為には、予め決められた範囲内にユーザの両眼が位置する必要があった。即ち、ＨＵＤは、ＨＵＤ内部にあるスクリーンや液晶パネル等の描画手段に描画された映像を、フロントガラスやコンバイナー等に反射させてユーザに両眼に視認させる必要があるが、ＨＵＤとユーザの眼の位置関係が厳密に対応してなければ描画手段に描画された映像をユーザの両眼に視認させることができなかった。

従って、車両の搭乗時にはＨＵＤとユーザの眼の位置関係が対応していたとしても、その後にユーザの姿勢が変更されること等によってＨＵＤとユーザの眼の位置関係にズレが生じ、ユーザに適切に虚像を視認させることができなくなる場合があった。例えば、位置関係にズレを生じて片眼のみが描画手段に描画された映像を視認できる状態となると、虚像の遠近感を得ることができない。従って、虚像の生成された位置が重要となる情報を出力する場合（例えば、障害物に対する警告の虚像として、障害物が実際に存在する位置に虚像を生成した場合や、道路の右左折を案内する虚像として、右左折する地点に虚像を生成した場合）には、ユーザに適切な情報提供ができない問題があった。

尚、上記特許文献１には、運転者の視線方向や顔の向きをカメラ等で検出し、視線方向に合わせて虚像の表示を行うことにより、虚像を適切な位置に視認させる技術については開示されている。しかしながら、上記特許文献１では視線方向や顔の向きの変化については考慮しているが、ユーザの眼の位置の変化については考慮しておらず、上述したような遠近感の欠如に対しては対応できなかった。

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、ＨＵＤとユーザの眼の位置関係にズレが生じ、ユーザに適切に虚像を視認させることができない状況となった場合であっても、補強映像を追加することによって必要な情報をユーザに提供することを可能に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、スクリーン（２０、２１）と、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をユーザに視認させることによって前記映像の虚像を生成する虚像生成手段（１１、１２）と、を有するヘッドアップディスプレイ装置であって、前記スクリーンに投射された前記映像を視認可能な前記ユーザの眼の位置の範囲である視認可能範囲を取得する範囲取得手段（３１）と、を有し、前記視認可能範囲に前記ユーザの両眼が含まれている場合には、前記プロジェクタは第１映像を前記スクリーンに投射し、前記視認可能範囲から前記ユーザの少なくとも一方の眼が外れている場合には、前記プロジェクタは前記第１映像に加えて前記ユーザの遠近感を補強する補強映像を追加して前記スクリーンに投射し、前記補強映像は、前記第１映像に基づいて内容が決定され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、ユーザの姿勢が変化すること等によってＨＵＤとユーザの眼の位置関係にズレが生じ、ユーザに両眼で適切に虚像を視認させることができず、遠近感を得ることができない状況となった場合であっても、補強映像を追加することによって遠近感を補強することが可能となる。その結果、虚像の生成された位置が重要となる情報を出力する場合（例えば、障害物に対する警告の虚像として、障害物が実際に存在する位置に虚像を生成した場合や、道路の右左折を案内する虚像として、右左折する地点に虚像を生成した場合）においても、ユーザに適切な情報提供が可能となる。
また、視認可能範囲からユーザの両眼が外れている場合においても補強画像を投射するので、その後に視認可能範囲にユーザの片眼が進入した場合において、進入時点からタイムラグを生じさせずにユーザに適切な情報提供が可能となる。
また、ユーザに視認させたい元々の虚像である第１虚像の内容に応じて補強映像の内容を決定するので、第１虚像の内容に応じた適切な補強映像の虚像を生成することが可能となる。従って、第１虚像によってユーザに提供したい情報をより確実にユーザに提供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第１投射レンズ及び第２投射レンズを示した図である。第２投射レンズの移動態様を示した図である。第１スクリーンと第２スクリーンをそれぞれ示した図である。第１スクリーンと第２スクリーンに対するプロジェクタの映像の投射態様を示した図である。第２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。第１スクリーンと第２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それぞれ示した図である。第１スクリーン及び第２スクリーンの光路に対する交差方向への移動態様を示した図である。第１スクリーンと第２スクリーンを上下方向に移動させた場合におけるプロジェクタの映像の投射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。視認可能範囲を示した図である。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。位置設定テーブルの一例を示した図である。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。乗員の少なくとも一方の眼が視認可能範囲から外れている場合において、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。乗員の少なくとも一方の眼が視認可能範囲から外れている場合において、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。乗員の少なくとも一方の眼が視認可能範囲から外れている場合において、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。乗員の少なくとも一方の眼が視認可能範囲から外れている場合において、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。

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。

また、ダッシュボード３の上面には車内カメラ９が設置される。ここで、車内カメラ９は、例えばＣＣＤ等の固体撮像素子を用いたものであり、図１に示すように撮像方向を運転席に向けて設置される。そして、運転席に座った乗員７の顔を撮像する。尚、ＨＵＤ１は、後述のように車内カメラ９により撮像した撮像画像から乗員７の両眼の位置を夫々検出し、ＨＵＤ１との位置関係から乗員７の各眼がスクリーン５に投射された映像を視認できる状態にあるか否かを判定する。

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は映像を投射する為の投射レンズ１５を備えているが、本実施形態では投射レンズ１５は第１投射レンズ１６と第２投射レンズ１７の２つの投射レンズから構成され、それぞれ異なる映像を投射可能に構成する。ここで、図３はプロジェクタ４が備える第１投射レンズ１６及び第２投射レンズ１７を示した図である。

図３に示すように第１投射レンズ１６及び第２投射レンズ１７は、一の円形状のレンズを上下方向に分割した分割形状を有する。更に、下方にある第２投射レンズ１７は、光路に沿って前後方向に移動可能に構成されている。一方、第１投射レンズ１６の位置は固定とする。具体的には、第２投射レンズ１７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に示すように第２投射レンズ１７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、第２投射レンズ１７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、第２投射レンズ１７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、第２投射レンズ１７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。また、本実施形態ではスクリーン５は、第１スクリーン２０と第２スクリーン２１の２枚のスクリーンから構成される。ここで、図５は第１スクリーン２０と第２スクリーン２１をそれぞれ示した図である。

図５に示すように第１スクリーン２０は、上方に映像が投射される被投射エリア２２を有しており、通常時においては図６に示すようにプロジェクタ４の第１投射レンズ１６から投射された映像が表示される。一方、第２スクリーン２１は、下方に映像が投射される被投射エリア２３を有しており、通常時においては図６に示すようにプロジェクタ４の第２投射レンズ１７から投射された映像が表示される。即ち、第１スクリーン２０と第２スクリーン２１にはプロジェクタ４から映像が跨って投射される。また、後述のように本実施形態では第１スクリーン２０と第２スクリーン２１は一体に光路に対して交差する方向に移動可能に構成されており、その結果、第１投射レンズ１６から投射された映像の一部が第２スクリーン２１に投射されたり、第２投射レンズ１７から投射された映像の一部が第１スクリーン２０に投射される場合もある（図１０参照）。

また、第１スクリーン２０と第２スクリーン２１は、図２及び図６に示すように被投射エリア２２、２３が重ならないように、光路に沿って前後方向に所定間隔で並べて配置される。従って、本実施形態では虚像８は、第１スクリーン２０に投射された映像の虚像（以下、第１虚像８Ａという）と、第２スクリーン２１に投射された映像の虚像（以下、第２虚像８Ｂという）から構成されることとなる。

また、第２スクリーン２１は、光路に沿って前後方向に移動可能に構成されている。一方、第１スクリーン２０の位置は前後方向に対して固定とする。具体的には、第２スクリーン２１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７に示すように第１スクリーン２０と第２スクリーン２１との間の距離を変更し、第２スクリーン２１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、第２スクリーン２１に投射された映像の虚像である第２虚像８Ｂが生成される位置（具体的には乗員７から第２虚像８Ｂまでの距離である生成距離Ｌ２）を変更することが可能である。尚、生成距離Ｌ２は、ミラー１１から第２スクリーン２１までの距離に依存する。即ち、生成距離Ｌ２は、ミラー１１から第２スクリーン２１までの距離に応じて長短を変更される。例えば、ミラー１１から第２スクリーン２１までの距離が長くなると生成距離Ｌ２が長くなり、ミラー１１から第２スクリーン２１までの距離が短くなると生成距離Ｌ２が短くなる。

例えば、第２スクリーン２１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Ｌ２が長くなる（即ち、乗員７からはより遠くに第２虚像８Ｂが視認されるようになる）。一方、第２スクリーン２１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Ｌ２が短くなる（即ち、乗員７からはより近くに第２虚像８Ｂが視認されるようになる）。尚、第１スクリーン２０の位置は前後方向に対して固定であるので、第１スクリーン２０に投射された映像の虚像である第１虚像８Ａが生成される位置（具体的には乗員７から第１虚像８Ａまでの距離である生成距離Ｌ１）は固定である。即ち、生成距離Ｌ２を変更することによって、第１虚像８Ａから第２虚像８Ｂまでの距離（｜Ｌ２−Ｌ１｜）が変更されることとなる。

従って、仮に第１スクリーン２０と第２スクリーン２１が光路に沿ってミラー１１から同距離にある場合には、車両２の前方の同位置に第１虚像８Ａと第２虚像８Ｂが生成されることとなるが、第１スクリーン２０と第２スクリーン２１がミラー１１から光路に沿って異なる距離にある場合には、図８に示すように第１虚像８Ａと第２虚像８Ｂとがそれぞれ異なる位置に生成されることとなる。また、図５及び図６に示すように、第１スクリーン２０の被投射エリア２２は、第２スクリーン２１の被投射エリア２３よりも上方に位置するように各スクリーンは配置されるが、ミラー１１によって映像が上下反転されるので、光路に対して交差する方向を基準にして、第２虚像８Ｂが第１虚像８Ａの上方に生成されることとなる。

また、本実施形態では第１スクリーン２０及び第２スクリーン２１を、光路に交差する方向に一体に移動可能に構成されている。具体的には、第１スクリーン２０の側面にあるスクリーン上下駆動モータ２５を駆動させることによって、図９に示すように第１スクリーン２０と第２スクリーン２１とスクリーン前後駆動モータ２４とを一体に光路に交差する方向（より具体的には第１スクリーン２０と第２スクリーン２１の並び方向である鉛直方向）に移動させることが可能となる。その結果、図１０に示すように、第１スクリーン２０と第２スクリーン２１を対象としてプロジェクタ４からの映像を投射する第１投射態様と、第１スクリーン２０のみを対象としてプロジェクタ４からの映像を投射する第２投射態様との間で、スクリーン５への画像の投射態様を切り換えることが可能となる。

そして、ＨＵＤ１は、投射態様が第１投射態様にある場合には、基本的に第１投射レンズ１６と第２投射レンズ１７とで異なる種類の映像（例えば、第１投射レンズ１６では車両の現在車速の映像、第２投射レンズ１７では案内情報や警告情報の映像）をそれぞれ各スクリーンに投射する。一方、投射態様が第２投射態様にある場合には、基本的に第１投射レンズ１６と第２投射レンズ１７とでそれぞれ投射された映像を組み合わせた一の映像（例えば、第１投射レンズ１６ではテレビ画面の下半分の映像、第２投射レンズ１７ではテレビ画面の上半分の映像）を第１スクリーン２０に投射する。それによって、第２投射態様では、分割線の無いより大きいサイズの映像を虚像として生成することが可能となる。尚、第２投射態様であっても第１投射レンズ１６と第２投射レンズ１７とで異なる種類の映像を投射する構成とすることも可能である。

また、スクリーン前後駆動モータ２４及びスクリーン上下駆動モータ２５はそれぞれ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スクリーン前後駆動モータ２４を制御し、第２スクリーン２１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、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スクリーン上下駆動モータ２５を制御し、第１スクリーン２０及び第２スクリーン２１の上下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。

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、フロントウィンドウ６を介してスクリーン５の映像を乗員７に視認させることにより、乗員７の前方に虚像８（図１参照）を生成する虚像生成手段である。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、第１スクリーン２０や第２スクリーン２１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、生成される虚像は第１スクリーン２０や第２スクリーン２１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１１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１１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１２参照）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、スクリーン上下駆動モータ２５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１２に基づき説明する。図１２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、車両の乗員であるユーザに視認可能な虚像を生成するとともに、乗員の両眼で虚像を視認できない状況では遠近感を補強する補強映像を追加して投射するプログラムである。以下の図１２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。尚、以下の説明では、スクリーン５への画像の投射態様は常に第１投射態様（図１０）にあるとして説明する。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から第２虚像８Ｂまでの距離である生成距離Ｌ２が最も短い距離である２．５ｍとなるように、第２スクリーン２１の位置が設定されていると仮定して説明する。

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、視認可能範囲を設定する。ここで、視認可能範囲は、ＨＵＤ１に内蔵された第１スクリーン２０及び第２スクリーン２１に投射された映像を視認可能なユーザの眼の位置の範囲をいう。ここで、ＨＵＤ１は、前記したように内部にあるスクリーンに描画された映像を、フロントウィンドウ６に反射させてユーザに視認させる構成を有し、視認させる為にはＨＵＤ１とユーザの眼の位置関係を厳密に対応させる必要がある。そこで、ＣＰＵ３１は、先ず車内カメラ９で運転席に着座した車両の乗員７の顔を撮像し、撮像画像に対して画像処理を行うことによって乗員７の左右の眼の位置を検出する。そして、ＨＵＤ１の位置や角度を調整することによって、図１３に示すように車両の乗員７の左右の眼が含まれる範囲（例えば横１３ｃｍ縦４ｃｍ）に視認可能範囲５１を設定する。尚、ＨＵＤ１自体ではなくＨＵＤ１に内蔵されたミラー１１、プロジェクタ４、スクリーン５等の位置や角度を調整することにより視認可能範囲５１を設定してもよい。尚、前記Ｓ１で設定された視認可能範囲５１は、フラッシュメモリ３４等の記憶媒体に記憶される。

次に、Ｓ２においてＣＰＵ３１は、車内カメラ９で運転席に着座した車両の乗員７の顔を撮像し、撮像画像に対して画像処理を行うことによって乗員７の左右の眼の位置を検出する。尚、以降は所定間隔で乗員７の左右の眼の位置の検出を継続して行う。

続いて、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、Ｓ５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、Ｓ４へと移行する。

Ｓ４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による第１スクリーン２０及び第２スクリーン２１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。特に本実施形態は遠距離の位置に虚像を生成する必要が生じていない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固定の第１スクリーン２０に投射する構成とする。

その結果、図１４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、第１虚像８Ａ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１４に示す例では第１虚像８Ａ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虚像までの距離を変更する必要が無く、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。また、第１スクリーン２０に加えて第２スクリーン２１にも映像を投射する構成としても良い。その後、Ｓ１０へと移行する。

一方、Ｓ５においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ１で設定した視認可能範囲をフラッシュメモリ３４等から読み出すことにより取得し、車内カメラ９で直近に検出した車両の乗員の左右の眼の位置と比較する。そして、視認可能範囲に乗員の両眼が含まれるか否か判定する。

ここで、前記Ｓ１で視認可能範囲を設定した時点では、必ず視認可能範囲に乗員の両眼が含まれることとなるが、その後に乗員が姿勢を変化させること等によって視認可能範囲から乗員の眼が外れる場合がある。

そして、視認可能範囲に乗員の両眼が含まれ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、視認可能範囲から乗員の少なくとも一方の眼が外れていると判定された場合（Ｓ５：ＮＯ）には、Ｓ８へと移行する。

Ｓ６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に第２スクリーン２１や第２投射レンズ１７の移動制御を行う。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。尚、第２スクリーン２１や第２投射レンズ１７を移動させる際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１５に示すように生成距離Ｌ２毎に、該生成距離Ｌ２に第２虚像８Ｂを生成する為の第２スクリーン２１及び第２投射レンズ１７の位置が規定されている。

その後、Ｓ７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（案内交差点の右左折を示す矢印や車線変更を示す矢印等）に関する映像を投射する。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。

例えば、図１６に示すように右左折対象となる交差点６０が接近し、第２虚像８Ｂ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Ｌ２に設定する。本実施形態に係るＨＵＤ１は、前記したように第２スクリーン２１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Ｌ２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Ｌ２だけ離れた位置に第２虚像８Ｂが生成されるように第２スクリーン２１の位置を制御する。その結果、第２虚像８Ｂが生成される位置は、乗員７から設定された生成距離Ｌ２前方の位置（図１６に示す例では左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第２虚像８Ｂの位置を対応させることが可能となり、乗員７は、第２虚像８Ｂ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。また、図１６に示すように交差点が複数ある場合でも右左折対象となる交差点を容易に識別することが可能となる。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Ｌ２も変更するように構成する。また、前記Ｓ４で行われた車両の車速等の近距離用映像の投射については前記Ｓ７においても継続して行うように構成しても良い。その結果、第２虚像８Ｂと第１虚像８Ａが夫々異なる位置に同時に生成されることとなる。

一方、Ｓ８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に第２スクリーン２１や第２投射レンズ１７の移動制御を行う。尚、具体的な処理は前記Ｓ６と同様であるので説明は省略する。

次に、Ｓ９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による映像の投射を開始する。尚、投射される映像は前記Ｓ７でも説明した遠距離用の映像（図１６参照）に加えて、ユーザの遠近感を補強する補強映像を追加して投射する。ここで、遠近感を補強する補強映像は、同時に出力される遠距離用の映像に基づいて内容が決定される。

具体的には、案内交差点での走行態様を案内する映像（交差点の右左折を示す矢印等）では、補強映像は輪郭線の映像であり、該輪郭線の虚像を、案内交差点の交差道路や案内交差点の周辺施設（右左折の際の目印となる施設）の輪郭に重畳させて視認させるように生成する。また、補強映像は案内交差点名称、車両の現在位置から案内交差点までの距離、車両の現在位置から案内交差点までの交差点数としても良い。

例えば、図１７に示すように右左折対象となる交差点６０が接近し、第２虚像８Ｂ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。その場合には、Ｓ７と同様に左折対象となる交差点６０の位置に第２虚像８Ｂとして左折を示す矢印を生成する。更に、前記Ｓ９では案内交差点の交差道路６１の輪郭に重畳して車両の乗員に視認させる位置に輪郭線の虚像６２を生成する。従って、乗員７が片眼のみで虚像を視認し、遠近感が得られない場合であっても、乗員は輪郭線の虚像６２と交差道路６１との重複態様から、右左折対象となる交差点６０を特定することが可能となる。

また、図１８に示すように、案内交差点の周辺に位置する施設６３の輪郭に重畳して車両の乗員に視認させる位置に輪郭線の虚像６４を生成しても良い。尚、施設６３は右左折の目印となる施設、即ち、交差点６０に面し、且つ車両の乗員から視認できる看板を有する施設（例えば、コンビニエンスストア、ガソリンスタンド等）であることが望ましい。そして、乗員７が片眼のみで虚像を視認し、遠近感が得られない場合であっても、輪郭線の虚像６４と施設６３との重複態様から、右左折対象となる交差点６０を特定することが可能となる。

また、図１９に示すように、車両の現在位置から案内交差点までの距離、車両の現在位置から案内交差点までの交差点数を示す虚像６５を生成しても良い。その場合であっても、車両の乗員は生成された虚像６５の内容から、右左折対象となる交差点６０を特定することが可能となる。

一方、車線変更を案内する映像（車線変更の地点や方向を示す矢印等）を遠距離用の虚像として生成する場合では、補強映像は区画線の映像であり、Ｓ９においてＣＰＵ３１は該区画線の虚像を、車線変更を案内する地点周辺の車線境界線に重畳させて視認させるように生成する。

例えば、図２０に示すように車線変更を行うべき地点が接近し、第２虚像８Ｂとして車線変更の地点や方向を示す矢印を表示する場合について説明する。その場合には、Ｓ７と同様に車線変更を行うべき地点の位置に第２虚像８Ｂとして車線変更を示す矢印を生成する。更に、前記Ｓ９では車線変更を案内する地点周辺の車線境界線に重畳して視認させる位置に区画線の虚像６６を生成する。従って、乗員７が片眼のみで虚像を視認し、遠近感が得られない場合であっても、乗員は区画線の虚像６６と前方道路の路面との重複態様から、車線変更を行うべき地点及びどの車線へと車線変更すべきかを特定することが可能となる。

その後、Ｓ１０においてＣＰＵ３１は、現在生成されている虚像の位置を変更する必要が生じたか否かを判定する。ここで、現在生成されている虚像の位置を変更する必要がある場合としては、例えば、案内交差点の右左折を示す矢印や車線変更を示す矢印の虚像を生成していた場合には、車両の走行に伴って車両から案内交差点や車線変更を行うべき地点までの距離が変化した場合がある。また、障害物を囲む枠の虚像を生成していた場合には、車両から該障害物までの距離が変更した場合がある。

そして、現在生成されている虚像の位置を変更する必要が生じたと判定された場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）には、Ｓ３へと戻る。そして、必要に応じて第２スクリーン２１の位置を変更するとともに第１スクリーン２０や第２スクリーン２１に対して映像の投射を行い、虚像の生成を行う（Ｓ４、Ｓ７、Ｓ９）。一方、現在生成されている虚像の位置を変更する必要が生じていないと判定された場合（Ｓ１０：ＮＯ）には、Ｓ１１へと移行する。

その後、Ｓ１１においてＣＰＵ３１は、第１スクリーン２０や第２スクリーン２１に対する映像の投射を終了するか否かを判定する。

そして、第１スクリーン２０や第２スクリーン２１に対する映像の投射を終了すると判定された場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）には、当該虚像生成処理プログラムを終了する。一方、第１スクリーン２０や第２スクリーン２１に対する映像の投射を終了しないと判定された場合（Ｓ１１：ＮＯ）にはＳ３へと戻り、継続して第１スクリーン２０や第２スクリーン２１に対する映像の投射を行う。

以上詳細に説明した通り、本実施形態に係るＨＵＤ１によれば、プロジェクタ４から、第１投射レンズ１６及び第２投射レンズ１７を介して夫々映像を第１スクリーン２０及び第２スクリーン２１に投射し、第１スクリーン２０及び第２スクリーン２１に投射された映像を車両２のフロントウィンドウ６に反射させて車両の乗員７に視認させることによって、車両の乗員７が視認する映像の虚像を生成する。また、第１スクリーン２０や第２スクリーン２１に投射された映像を視認可能な乗員７の眼の位置の範囲である視認可能範囲を取得し（Ｓ１）、視認可能範囲から乗員７の少なくとも一方の眼が外れている場合に、乗員７の遠近感を補強する補強映像を追加して第１スクリーン２０や第２スクリーン２１に投射する（Ｓ９）ので、ユーザの姿勢が変化すること等によってＨＵＤとユーザの眼の位置関係にズレが生じ、ユーザに両眼で適切に虚像を視認させることができず、遠近感を得ることができない状況となった場合であっても、補強映像を追加することによって遠近感を補強することが可能となる。その結果、虚像の生成された位置が重要となる情報を出力する場合（例えば、障害物に対する警告の虚像として、障害物が実際に存在する位置に虚像を生成した場合や、道路の右左折を案内する虚像として、右左折する地点に虚像を生成した場合）においても、ユーザに適切な情報提供が可能となる。
また、視認可能範囲からユーザの両眼が外れている場合においても補強画像を投射するので、その後に視認可能範囲にユーザの片眼が進入した場合において、進入時点からタイムラグを生じさせずにユーザに適切な情報提供が可能となる。

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

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

また、本実施形態では補強映像として、輪郭線や区画線や文字等を用いているが、ユーザの遠近感を補強する映像であれば他の映像でも良い。例えば、矢印や記号等であっても良い。また、補強映像を投射する対象となるスクリーンは第１スクリーン２０であっても良いし第２スクリーン２１であっても良い。

また、本実施形態では、視認可能範囲からユーザの少なくとも一方の眼が外れている場合に補強映像を投射する構成としているが、ユーザの両眼が外れている場合には虚像を視認できないことから補強画像を投射しない構成としても良い。

また、本実施形態では、スクリーンを第１スクリーン２０と第２スクリーン２１の２枚のスクリーンから構成し、プロジェクタ４のレンズを第１投射レンズ１６と第２投射レンズ１７の２つのレンズから構成しているが、スクリーンとレンズの数は１対又は３対以上としても良い。また、プロジェクタ４の光源としてはＬＥＤ以外に、ランプやレーザを用いても良い。

また、本実施形態では、第２スクリーン２１のみを光路に沿って前後方向に移動可能に構成しているが、第１スクリーン２０についても移動可能に構成しても良い。同様に、第１投射レンズ１６についても移動可能に構成しても良い。一方で、第１スクリーン２０と第２スクリーン２１を共に位置が固定された固定スクリーンとしても良い。また、第２スクリーン２１のみを光路に沿って前後方向に移動可能に構成し、第２投射レンズ１７については位置を固定する構成としても良い。

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。
虚像生成手段は、補強映像に基づいて生成される虚像を、補強映像と対応する前方環境に重畳させてユーザに視認させるように生成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、補強映像と前方環境を重畳させてユーザに視認させることによって、ユーザが遠近感を得られない状態であっても、重畳態様を参照させることによって虚像の生成された位置を特定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。
プロジェクタは、視認可能範囲にユーザの両眼が含まれている場合には、第１映像をスクリーンに投射し、視認可能範囲からユーザの少なくとも一方の眼が外れている場合には、第１映像に加えて第１映像に基づいて内容が決定される補強映像をスクリーンに投射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、ユーザに視認させたい元々の虚像である第１虚像の内容に応じて補強映像の内容を決定するので、第１虚像の内容に応じた適切な補強映像の虚像を生成することが可能となる。従って、第１虚像によってユーザに提供したい情報をより確実にユーザに提供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。
第１映像は、案内交差点でのユーザの走行態様を案内する映像であり、補強映像は、輪郭線の映像であり、虚像生成手段は、補強映像に基づいて生成される輪郭線の虚像を、案内交差点の交差道路の輪郭に重畳させてユーザに視認させるように生成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、ユーザが片眼のみで第１虚像を視認し、遠近感が得られない場合であっても、ユーザは輪郭線の虚像と交差道路との重複態様から、案内交差点の位置を特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。
第１映像は、案内交差点でのユーザの走行態様を案内する映像であり、補強映像は、輪郭線の映像であり、虚像生成手段は、補強映像に基づいて生成される輪郭線の虚像を、案内交差点の周辺施設の輪郭に重畳させてユーザに視認させるように生成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、ユーザが片眼のみで第１虚像を視認し、遠近感が得られない場合であっても、ユーザは輪郭線の虚像と周辺施設との重複態様から、案内交差点の位置を特定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。
第１映像は、車両の車線変更を案内する映像であり、補強映像は、区画線の映像であり、虚像生成手段は、補強映像に基づいて生成される区画線の虚像を、車線変更を案内する地点周辺の車線境界線に重畳させてユーザに視認させるように生成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、ユーザが片眼のみで第１虚像を視認し、遠近感が得られない場合であっても、ユーザは区画線の虚像と道路の路面との重複態様から、車線変更を行うべき地点及びどの車線へと車線変更すべきかを特定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フロントウィンドウ
７乗員
８虚像
１６第１投射レンズ
１７第２投射レンズ
１８レンズ駆動モータ
２０第１スクリーン
２１第２スクリーン
２４スクリーン前後駆動モータ
２５スクリーン上下駆動モータ
３１ＣＰＵ
３２ＲＡＭ
３３ＲＯＭ
３４フラッシュメモリ
５１視認可能範囲

Claims

スクリーンと、
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をユーザに視認させることによって前記映像の虚像を生成する虚像生成手段と、を有するヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記スクリーンに投射された前記映像を視認可能な前記ユーザの眼の位置の範囲である視認可能範囲を取得する範囲取得手段と、を有し、
前記視認可能範囲に前記ユーザの両眼が含まれている場合には、前記プロジェクタは第１映像を前記スクリーンに投射し、
前記視認可能範囲から前記ユーザの少なくとも一方の眼が外れている場合には、前記プロジェクタは前記第１映像に加えて前記ユーザの遠近感を補強する補強映像を追加して前記スクリーンに投射し、
前記補強映像は、前記第１映像に基づいて内容が決定されることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
前記虚像生成手段は、前記補強映像に基づいて生成される虚像を、前記補強映像と対応する前方環境に重畳させて前記ユーザに視認させるように生成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。
前記第１映像は、案内交差点での前記ユーザの走行態様を案内する映像であり、
前記補強映像は、輪郭線の映像であり、
前記虚像生成手段は、前記補強映像に基づいて生成される前記輪郭線の虚像を、前記案内交差点の交差道路の輪郭に重畳させて前記ユーザに視認させるように生成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。
前記第１映像は、案内交差点での前記ユーザの走行態様を案内する映像であり、
前記補強映像は、輪郭線の映像であり、
前記虚像生成手段は、前記補強映像に基づいて生成される前記輪郭線の虚像を、前記案内交差点の周辺施設の輪郭に重畳させて前記ユーザに視認させるように生成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。
前記第１映像は、車両の車線変更を案内する映像であり、
前記補強映像は、区画線の映像であり、
前記虚像生成手段は、前記補強映像に基づいて生成される前記区画線の虚像を、車線変更を案内する地点周辺の車線境界線に重畳させて前記ユーザに視認させるように生成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。