JP6287422B2 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載可能であって、車両の乗員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。

しかしながら、ＨＵＤ等の情報提供手段の問題点として、表示された情報を乗員が注視することによって進行方向前方への注意が散漫となり、停車状態にある車両が走行可能な状態となったことに気付かないことがある。そこで、例えば特開２０１１−７３４６６号公報では、特に車両の前方に前方車両がある場合に、該前方車両の位置と前方車両までの距離を案内する虚像を生成するＨＵＤについて記載されている。この特許文献に記載された発明によれば、前方車両が動き出した場合に、ＨＵＤにより表示された虚像によって前方車両が動き出したこと、即ち停車状態にある車両が走行可能な状態となったことを車両の乗員に対して案内することが可能となる。

特開２０１１−７３４６６号公報（第３−４頁、図５、６）

しかしながら、上記特許文献１に記載されているＨＵＤでは、車両の乗員は前方車両が存在する場合には走行可能な状態となったことを把握できるが、前方車両が存在しない場合（例えば先頭で信号待ちをしている場合）には、走行可能な状態になったか否かに関わらず表示内容は変化しないので、走行可能な状態となったことを把握することができない。

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、停車状態にある車両が走行可能な状態となったことを車両の乗員に確実に把握させ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、車両（２）に設置され、スクリーン（２０、２１）と、光源（１９）から出力される光に基づいて生成される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映像の虚像を生成する虚像生成手段（１１、１２）と、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（２４）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、前記虚像を視認する前記車両の乗員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である生成距離を変更する虚像位置変更手段（３１）と、停車状態にある前記車両が走行を開始する為に前記乗員に対して注視させる必要がある注視対象地点を特定する対象特定手段（３１）と、を有するヘッドアップディスプレイ装置であって、停車状態にある前記車両が走行可能な状態となった場合に、前記虚像が前記注視対象地点へと接近する方向へ移動するように前記生成距離及び前記スクリーンにおける映像の表示位置を変更することを特徴とする。
尚、「注視対象地点」としては、交差点や車両前方の任意の場所であっても良いし、信号機、標識等の構造物でも良いし、車両や人等であっても良い。

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、停車状態にある車両が走行可能な状態となった場合に、生成された虚像を車両の乗員に注視させる必要がある注視対象地点へと移動させることによって、移動する虚像を目で追う乗員に対して必然的に注視対象地点を視認させることが可能となる。その結果、停車状態にある車両が走行可能な状態となったことを車両の乗員に確実に把握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。 プロジェクタの構成を示した図である。 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。 本実施形態に係る走行開始処理プログラムのフローチャートである。 本実施形態に係る走行開始処理プログラムのフローチャートである。 位置設定テーブルの一例を示した図である。 停車状態に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。 車両の進行方向前方に信号機がある場合の注視対象地点の設定方法について説明した図である。 車両の進行方向前方に信号機は無いが前方車両がある場合の注視対象地点の設定方法について説明した図である。 第２スクリーン及び第２投射レンズの移動態様を示した図である。 停車状態にある車両が走行を開始した場合に、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、車両２のフロントバンパの上方にはフロントカメラ９が設置される。ここで、フロントカメラ９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、光軸方向を車両２の進行方向に向けて設置される。そして、車両２の進行方向前方の周辺環境を撮像する。尚、ＨＵＤ１は、後述のようにフロントカメラ９により撮像した撮像画像に基づいて、停車状態にある車両２が走行可能な状態となったか否かを判定する。また、停車状態にある車両２が走行を開始する為に乗員７に対して注視させる必要がある注視対象地点（例えば信号機）の特定も行う。

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走査式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を用いた場合には後述の投射レンズは不要となる。

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、内部に光源１９を備えており、例えば単板式のＤＬＰプロジェクタでは光源１９から出力される光を不図示のカラーホイールに通過させた後にデジタルミラーデバイスで反射させ、投射レンズ１５を通してスクリーン５へと映像を投射する。

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。

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。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、プロジェクタ４による映像の投射範囲は第１スクリーン２０と第２スクリーン２１に跨って設定される。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、後述の走行開始処理プログラム（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が実行する走行開始処理プログラムについて図１２及び図１３に基づき説明する。図１２及び図１３は本実施形態に係る走行開始処理プログラムのフローチャートである。ここで、走行開始処理プログラムは車両のＡＣＣがＯＮされた後に実行され、停車状態にある自車両が走行を開始する際に、車両の乗員に注視対象地点を視認させる為の虚像を生成するプログラムである。尚、以下の図１２及び図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。

先ず、走行開始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、車両に搭載された車速センサにより車両の現在車速を検出し、車速が０か否か、即ち自車両が停車状態にあるか否かを判定する。

そして、自車両が停車状態にあると判定された場合（Ｓ１：ＹＥＳ）には、Ｓ２へと移行する。それに対して、自車両が停車状態にないと判定された場合（Ｓ１：ＮＯ）には、自車両が停車状態になるまで待機する。

Ｓ２においてＣＰＵ３１は、フラッシュメモリ３４から位置設定テーブル（図１４）を読み出し、固定表示位置とする為の第２スクリーン２１の位置を決定する。ここで、固定表示位置は、乗員７から第２虚像８Ｂまでの距離である生成距離Ｌ２が、乗員７から第１虚像８Ａまでの距離である生成距離Ｌ１（例えば２．５ｍ）と同距離、即ち生成距離Ｌ２が変更可能な範囲で最も短い距離となる位置をいう。更に、Ｓ３においてＣＰＵ３１は、位置設定テーブルに基づいて固定表示位置とする為の第２投射レンズ１７の位置についても決定する。尚、位置設定テーブルでは、図１４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の位置が規定されている。また、第２スクリーン２１の位置に対応付けて第２投射レンズ１７の位置について規定されている。

次に、Ｓ４においてＣＰＵ３１は、第２スクリーン２１を現在位置から前記Ｓ２で特定された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、Ｓ４においてＣＰＵ３１は、第２投射レンズ１７を現在位置から前記Ｓ３で特定された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、Ｓ５においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ４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Ｓ４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、第２スクリーン２１は固定表示位置に移動し、第２投射レンズ１７は固定表示位置にある第２スクリーン２１上に焦点を合わせた位置に移動する。

次に、Ｓ６においてＣＰＵ３１は、第２スクリーン２１及び第２投射レンズ１７の移動が完了したか否かを判定する。具体的には、第２スクリーン２１や第２投射レンズ１７から駆動を完了したことを示す信号を受信した場合に、第２スクリーン２１及び第２投射レンズ１７の移動が完了したと判定する。

そして、第２スクリーン２１及び第２投射レンズ１７の移動が完了したと判定された場合（Ｓ６：ＹＥＳ）には、Ｓ７へと移行する。それに対して、第２スクリーン２１及び第２投射レンズ１７の移動が完了していないと判定された場合（Ｓ６：ＮＯ）には、移動が完了するまで待機する。

次に、Ｓ７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、テレビ画面等がある。特に本実施形態では車両が停車した通常の状態では、上記映像の内、車両の現在車速の映像とテレビ画面を投射する構成とする。また、プロジェクタ４により投射対象とするスクリーンは、第１スクリーン２０であっても良いし第２スクリーン２１であっても良いが、以下では第１スクリーン２０に投射した例を示す。

その結果、図１５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とテレビ画面がそれぞれ生成され、停車した車両の乗員から視認可能となる。

次に、Ｓ８においてＣＰＵ３１は、フロントカメラ９の撮像画像を取得する。尚、フロントカメラ９は、図１に示すように車両２の進行方向前方の周辺環境を撮像するように光軸と撮像範囲が設計されている。

次に、Ｓ９においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ８で取得したフロントカメラ９の撮像画像に対して画像認識処理を行うことによって、撮像画像に含まれる前方車両と信号機を検出する。尚、画像認識処理としては例えばテンプレートマッチング方式を用いる。尚、テンプレートマッチング方式を用いた画像認識処理については公知であるので詳細は省略する。また、フロントカメラ９の撮像画像から前方車両を検出した場合には、自車両から前方車両までの距離についても検出する。更に、信号機を検出した場合には、信号機の表示色についても検出する。

続いて、Ｓ１０においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ８で取得したフロントカメラ９の撮像画像から信号機が検出できたか否か、即ち、車両の進行方向前方に信号機があるか否かを判定する。

そして、車両の進行方向前方に信号機があると判定された場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）には、Ｓ１１へと移行する。それに対して、車両の進行方向前方に信号機が無いと判定された場合（Ｓ１０：ＮＯ）には、Ｓ１４へと移行する。

Ｓ１１においてＣＰＵ３１は、車両の進行方向前方にあると判定された信号機の表示色が青（進行許可状態）であるか否かを判定する。

そして、車両の進行方向前方にあると判定された信号機の表示色が青（進行許可状態）であると判定された場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、即ち、信号機が進行不可状態から進行許可状態へと切り換わることによって、停車状態にある車両が走行可能な状態となったと判定された場合には、Ｓ１２へと移行する。それに対して、車両の進行方向前方にあると判定された信号機の表示色が黄や赤（進行不可状態）であると判定された場合（Ｓ１１：ＮＯ）には、Ｓ８へと戻り、信号機の表示色が青となるまで待機する。

Ｓ１２においてＣＰＵ３１は、車両の進行方向前方にあると判定された信号機の位置座標を取得する。例えば、図１６に示すフロントカメラ９の撮像画像５１が取得された場合においては、車両の進行方向前方に信号機５２があるので、信号機５２の位置座標（より具体的には信号機５２の点灯箇所の位置座標）Ｘが取得される。

次に、Ｓ１３においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ１２で取得された信号機の位置座標Ｘを、停車状態にある車両が走行を開始する為に乗員に対して注視させる必要がある注視対象地点として特定する。その後、図１３のＳ１７へと移行する。

一方、Ｓ１４においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ８で取得したフロントカメラ９の撮像画像から前方車両が検出できたか否か、即ち自車両の進行方向前方に前方車両があるか否かを判定する。

そして、自車両の進行方向前方に前方車両があると判定された場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）には、Ｓ１５へと移行する。それに対して、自車両の進行方向前方に前方車両も無いと判定された場合（Ｓ１４：ＮＯ）には、信号機や前方車両が検出できず停車状態にある車両が走行可能な状態となったか否かの判断が困難であるので、前記Ｓ７で生成された虚像８の位置を変更することなく当該走行開始処理プログラムを終了する。

Ｓ１５においてＣＰＵ３１は、車両の進行方向前方にあると判定された前方車両までの距離が変化したか否かを判定する。

そして、車両の進行方向前方にあると判定された前方車両までの距離が変化したと判定された場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）、即ち、前方車両が走行を開始し、停車状態にある車両が走行可能な状態となったと判定された場合には、Ｓ１６へと移行する。それに対して、車両の進行方向前方にあると判定された前方車両までの距離が変化していないと判定された場合（Ｓ１５：ＮＯ）には、Ｓ８へと戻り、信号機の表示色が青となるまで待機する。

Ｓ１６においてＣＰＵ３１は、車両の進行方向前方の上方の任意の地点Ｙを、停車状態にある車両が走行を開始する為に乗員に対して注視させる必要がある注視対象地点として特定する。その後、図１３のＳ１７へと移行する。尚、地点Ｙは例えば図１７に示すようにフロントカメラ９の撮像画像５１において検出された前方車両５３の所定距離上方の地点としても良いし、仮想の信号機の点灯箇所がある地点としても良い。

次に、Ｓ１７においてＣＰＵ３１は、第２虚像８Ｂの生成距離Ｌ２を最大距離である２０ｍに設定する。

その後、Ｓ１８においてＣＰＵ３１は、フラッシュメモリ３４から位置設定テーブル（図１４）を読み出し、生成距離Ｌ２を２０ｍとする為の第２スクリーン２１の位置を決定する。更に、Ｓ１９においてＣＰＵ３１は、位置設定テーブルに基づいて第２投射レンズ１７の位置についても決定する。尚、位置設定テーブルでは、前記したように第２スクリーン２１の位置に対応付けて第２投射レンズ１７の位置について規定されている。

続いて、Ｓ２０においてＣＰＵ３１は、第２スクリーン２１の現在位置から前記Ｓ１８で決定された位置まで、第２スクリーン２１を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、第２投射レンズ１７の現在位置から前記Ｓ１９で決定された位置まで、第２投射レンズ１７を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、Ｓ２１においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ２０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Ｓ２０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、第２スクリーン２１及び第２投射レンズ１７は固定表示位置から移動を開始し、生成距離Ｌ２は２．５ｍから２０ｍへと徐々に変化する。

ここで、第２スクリーン２１及び第２投射レンズ１７の位置は、図１８に示すようにプロジェクタ４の光源１９の光路５５に沿って移動可能に構成される。そして、ミラー１１から第２スクリーン２１までの距離に生成距離Ｌ２が依存する。従って、第２スクリーン２１が光路に沿ってミラー１１から離間する方向（即ち第２投射レンズ１７に近づく方向）に移動すれば、乗員７から第２スクリーン２１に投射された映像に基づいて生成される第２虚像８Ｂまでの距離である生成距離Ｌ２は徐々に長くなる。また、生成距離Ｌ２を長く変更する為に、第２スクリーン２１を第２投射レンズ１７側に移動させた場合であっても、第２スクリーン２１の移動に伴って第２投射レンズ１７も第２スクリーン２１側に移動することにより投射される映像の焦点を第２スクリーン２１上に合わせた状態を維持できる。それによって、第２スクリーン２１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、Ｓ２３においてＣＰＵ３１は、ＨＵＤ１によって生成された虚像が前記Ｓ１３又はＳ１６で設定された注視対象地点へ接近するように、プロジェクタ４による映像の投射位置を変更させる。更に、映像の表示サイズについても、生成距離Ｌ２が長くなるに従って徐々に小さくなるように変更する。尚、前記Ｓ７でプロジェクタ４が映像を第１スクリーン２０に投射していた場合には、先ず第１スクリーン２０から第２スクリーン２１へと映像の投射位置を変更した後に、前記Ｓ２３の処理を行う必要がある。

前記Ｓ２２における第２スクリーン２１の移動及び前記Ｓ２３における表示制御を行った結果、図１９に示すように、車両の進行方向前方の近距離（２．５ｍ）に生成されていた虚像が、注視対象地点Ｘに設定された信号機５２へと徐々に接近するように乗員から遠ざかることとなる。また、虚像の位置が乗員から遠ざかるに従って、虚像のサイズも徐々に小さくなる。即ち、注視対象地点Ｘに向かって虚像が徐々に近づき、集束していくこととなり、虚像を視認するユーザは必然的に注視対象地点Ｘを視認することとなる。その結果、信号機５２が進行不可状態から進行許可状態へと切り換わったことを車両の乗員に確実に把握させることが可能となる。また、信号機が検出できなかった場合には、車両の進行方向前方の上方の任意の地点に虚像が近づき、集束することとなるが、その場合であっても乗員の視線を進行方向前方に向けることが可能となり、車両が走行可能な状態となったことを乗員に把握させることが可能となる。

次に、Ｓ２４においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ２２で生成距離Ｌ２が変更されてから所定時間経過したか否かを判定する。

そして、前記Ｓ２２で生成距離Ｌ２が変更されてから所定時間経過したと判定された場合（Ｓ２４：ＹＥＳ）には、当該走行開始処理プログラムを終了する。その後は、第２スクリーン２１を再度移動させて生成距離Ｌ２を変更前の距離に復帰する。そして、車両の走行に応じた新たな虚像（例えば案内標識、地図画像、交通情報）を車両の状況に合わせて適切な位置に随時生成する。一方、前記Ｓ２２で生成距離Ｌ２が変更されてから所定時間経過していないと判定された場合（Ｓ２４：ＮＯ）には、継続して虚像の表示を行う。

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２スクリーン２１は光路に沿って移動可能とし、光路に対して第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が生成される位置を変更可能とする。そして、フロントカメラ９の撮像画像から停車状態にある車両が走行を開始する為に乗員に対して注視させる必要がある注視対象地点を特定し（Ｓ１３、Ｓ１６）、停車状態にある車両が走行可能な状態となった場合に、虚像が注視対象地点へと接近する方向へ移動するように第２虚像８Ｂの生成位置を変更する（Ｓ２２、Ｓ２３）ので、移動する虚像を目で追う乗員に対して必然的に注視対象地点を視認させることが可能となる。その結果、停車状態にある車両が走行可能な状態となったことを車両の乗員に確実に把握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、本実施形態では注視対象地点へと接近するように移動させる虚像として、車両の車速やテレビ画面を例に挙げているが、移動させる虚像は他の虚像（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等）であっても良い。また、生成されている全ての虚像を注視対象地点へと移動させるのではなく、一部の虚像のみを移動させる構成としても良い。

また、本実施形態では第２スクリーン２１の可動範囲を、生成距離Ｌ２が２．５ｍ〜２０ｍの間で変位するように設定しているが、生成距離Ｌ２の下限や上限は適宜変更することが可能である。

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。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。
車両に設置され、スクリーンと、光源から出力される光に基づいて生成される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映像の虚像を生成する虚像生成手段と、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、前記虚像を視認する前記車両の乗員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である生成距離を変更する虚像位置変更手段と、停車状態にある前記車両が走行を開始する為に前記乗員に対して注視させる必要がある注視対象地点を特定する対象特定手段と、を有するヘッドアップディスプレイ装置であって、停車状態にある前記車両が走行可能な状態となった場合に、前記虚像が前記注視対象地点へと接近する方向へ移動するように前記生成距離及び前記スクリーンにおける映像の表示位置を変更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、停車状態にある車両が走行可能な状態となった場合に、生成された虚像を車両の乗員に注視させる必要がある注視対象地点へと移動させることによって、移動する虚像を目で追う乗員に対して必然的に注視対象地点を視認させることが可能となる。その結果、停車状態にある車両が走行可能な状態となったことを車両の乗員に確実に把握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。
前記虚像位置変更手段は、停車状態にある前記車両が走行可能な状態となった場合に、前記生成距離を長くすることによって前記虚像を前記注視対象地点へと接近する方向へ移動させ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、車両の乗員に近い位置にある虚像が徐々に乗員から遠い位置にある注視対象地点へと移動するので、移動する虚像を目で追う乗員に対して無理な視線移動をさせることなく自然に注視対象地点を視認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。
停車状態にある前記車両が走行可能な状態となった場合に、前記生成距離を変更するのに伴って前記虚像のサイズを徐々に小さく変更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、車両の乗員に近い位置にある虚像が徐々に乗員から遠い位置にある注視対象地点へと移動することを虚像のサイズを変更することによって違和感なく表現することが可能となる。また、虚像が注視対象地点へと集束することとなるので、乗員に対してより確実に注視対象地点を視認させ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。
前記車両の進行方向前方にある信号機を検出する信号機検出手段を有し、前記注視対象地点を前記信号機検出手段によって検出された前記信号機と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、停車状態にある車両が走行可能な状態となった場合に、走行可能な状態となったことを示す信号機を車両の乗員に視認させることが可能となる。その結果、走行可能な状態となったことを乗員に容易に把握させ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。
前記信号機検出手段によって前記信号機が検出されなかった場合に、前記注視対象地点を前記車両の進行方向前方にある所定地点とする。
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、停車状態にある車両が走行可能な状態となった場合に、車両の進行方向前方に信号機が検出できなかった場合であっても、車両の視線方向を進行方向前方に向けることが可能となる。その結果、走行可能な状態となったことを乗員に把握させ易い状態とすることが可能となる。

また、第６の構成は以下のとおりである。
前記車両が交差点で停車する状態で、前記車両の進行方向前方にある信号機が進行不可状態から進行許可状態へと切り換わった場合に、停車状態にある前記車両が走行可能な状態となったと判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、信号機の点灯状態から車両が走行可能な状態となったか否かを正確に判定することが可能となる。

また、第７の構成は以下のとおりである。
前記車両が交差点で停車する状態で、前記車両の進行方向前方に位置する前方車両が走行を開始した場合に、停車状態にある前記車両が走行可能な状態となったと判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、前方車両の走行状態から車両が走行可能な状態となったか否かを正確に判定することが可能となる。

また、第８の構成は以下のとおりである。
前記虚像位置変更手段によって前記生成距離が変更されてから所定時間経過した後に、前記生成距離を変更前の距離に復帰する復帰手段を有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、停車状態にある車両が走行可能な状態となったことを車両の乗員に確実に把握させた後には、再び車両の走行に応じた新たな虚像を車両の状況に合わせて随時生成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
１９ 光源
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
３１ ＣＰＵ
３２ ＲＡＭ
３３ ＲＯＭ
３４ フラッシュメモリ
５１ 撮像画像
５２ 信号機
５３ 前方車両
５５ 光路

Claims (8)

1. 車両に設置され、
   スクリーンと、
   光源から出力される光に基づいて生成される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映像の虚像を生成する虚像生成手段と、
   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、前記虚像を視認する前記車両の乗員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である生成距離を変更する虚像位置変更手段と、
   停車状態にある前記車両が走行を開始する為に前記乗員に対して注視させる必要がある注視対象地点を特定する対象特定手段と、を有するヘッドアップディスプレイ装置であって、
   停車状態にある前記車両が走行可能な状態となった場合に、前記虚像が前記注視対象地点へと接近する方向へ移動するように前記生成距離及び前記スクリーンにおける映像の表示位置を変更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. 前記虚像位置変更手段は、停車状態にある前記車両が走行可能な状態となった場合に、前記生成距離を長くすることによって前記虚像を前記注視対象地点へと接近する方向へ移動させ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. 停車状態にある前記車両が走行可能な状態となった場合に、前記生成距離を変更するのに伴って前記虚像のサイズを徐々に小さく変更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. 前記車両の進行方向前方にある信号機を検出する信号機検出手段を有し、
   前記注視対象地点を前記信号機検出手段によって検出された前記信号機とすることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。
5. 前記信号機検出手段によって前記信号機が検出されなかった場合に、前記注視対象地点を前記車両の進行方向前方にある所定地点とすることを特徴とする請求項４に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
6. 前記車両が交差点で停車する状態で、前記車両の進行方向前方にある信号機が進行不可状態から進行許可状態へと切り換わった場合に、停車状態にある前記車両が走行可能な状態となったと判定することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。
7. 前記車両が交差点で停車する状態で、前記車両の進行方向前方に位置する前方車両が走行を開始した場合に、停車状態にある前記車両が走行可能な状態となったと判定することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。
8. 前記虚像位置変更手段によって前記生成距離が変更されてから所定時間経過した後に、前記生成距離を変更前の距離に復帰する復帰手段を有することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。

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