JP6443236B2 - 虚像提示システム、画像投射装置および虚像提示方法 - Google Patents

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Description

本発明は、虚像提示技術に関し、特に画像表示光に基づく画像を虚像としてユーザに提示するための虚像提示システム、画像投射装置および虚像提示方法に関する。
近年、車両用表示装置としてヘッドアップディスプレイが用いられている。ヘッドアップディスプレイは、画像表示光を車両のウィンドシールドなどに向けて投射し、画像表示光に基づく虚像を車外の風景に重畳して表示する。高速道路などを走行している場合と市街地を走行している場合とでは運転者の視線が上下方向に異なることがあるため、走行中の道路の種類に応じて虚像の表示位置の高さを切り替えることで虚像の視認性が高められる（例えば、特許文献１参照）。
特開２００９−１１３７１０号公報
車両を一定速度で走行させているような場合、運転者は車両が走行する車線の中央遠方に向かう方向に視線を固定していることが多い。このとき、車両の走行位置が車線に対して左右に動くと、車外の風景のうち車両の近くに位置する手前側に見える物ほど左右に大きく動くように見える。一方で、ヘッドアップディスプレイ装置は車両に固定されていることから、走行中に表示される虚像の表示位置は車両に対して固定された位置となる。そうすると、車両の動きによって左右に動いて見える風景に対して固定された位置に虚像が重畳されることとなり、虚像の見え方が不自然になることがあった。
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、車外の風景と重畳して表示される虚像の視認性を高める技術を提供することである。
上記課題を解決するために、本発明のある態様の虚像提示システムは、車両に設けられる虚像提示面に向けて画像表示光を投射し、運転者に虚像を提示する投射部と、車両の外部にある対象物の位置を特定するための情報を取得する取得部と、取得部が取得する情報に基づいて対象物と車両の位置関係を特定するための情報を生成する特定部と、特定部が生成する情報に基づいて運転者から見た虚像の提示位置を調整する虚像位置調整部と、を備える。
本発明の別の態様は、画像投射装置である。この装置は、車両に設けられる虚像提示面に向けて画像表示光を投射し、運転者に虚像を提示する投射部と、車両の外部にある対象物の位置を特定するための情報の入力を受けて対象物と車両の位置関係を特定するための情報を生成する特定部と、特定部が生成する情報に基づいて運転者から見た虚像の提示位置を調整する虚像位置調整部と、を備える。
本発明のさらに別の態様は、虚像提示方法である。この方法は、車両の外部にある対象物の位置を特定するための情報に基づいて対象物と車両の位置関係を特定するための情報を生成するステップと、生成される位置関係を特定するための情報に基づいて車両に設けられる虚像提示面に提示される虚像の提示位置を調整するステップと、調整される提示位置に虚像が提示されるように虚像提示面に向けて画像表示光を投射するステップと、を備える。
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明によれば、車外の風景と重畳して表示される虚像の視認性を高めることができる。
実施の形態に係る虚像提示システムにより提示される虚像の見え方を模式的に示す図である。 比較例に係る虚像提示システムにより提示される虚像の見え方を模式的に示す図である。 実施の形態に係る虚像提示システムの構成を示す図である。 画像投射装置の内部構成を模式的に示す上面図である。 投射鏡駆動部の動作例を模式的に示す図である。 虚像提示システムの機能構成を示すブロック図である。 図７（ａ）及び（ｂ）は、車両前方の映像から車両位置を特定する方法を模式的に示す図である。 図８（ａ）及び（ｂ）は、画像表示素子の動作例を模式的に示す図である。 虚像提示システムにより提示位置が調整された虚像の見え方を模式的に示す図である。 虚像提示システムの動作の流れを示すフローチャートである。 変形例に係る虚像提示システムの構成を示す図である。 変形例に係る車載カメラにより撮影される映像を模式的に示す図である。 図１３（ａ）及び（ｂ）は、虚像の提示位置を調整する様子を模式的に示す図である。
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。
本発明を具体的に説明する前に、概要を述べる。本発明の実施の形態は、虚像提示システムである。虚像提示システムは、車両に設けられる虚像提示面に向けて画像表示光を投射して運転者に虚像を提示する。虚像システムは、さらに、車両の外部にある対象物の位置を特定するための情報を取得する取得部と、取得部が取得する情報に基づいて対象物と車両との位置関係を特定するための情報を生成する特定部と、特定部が生成する情報に基づいて運転者から見た虚像の提示位置を調整する虚像位置調整部と、を備える。
ここで、車両の外部にある対象物とは、例えば、道路の走行車線を区画するため区画線であり、例えば、実線や破線で構成される白線などである。本実施の形態では、車両と区画線との位置関係を特定することによって、車両が走行車線の中央付近を走行しているのか、または、走行車線において右寄りまたは左寄りに走行しているのかを把握する。さらに車両の走行位置に応じて虚像の提示位置を調整し、例えば、車両が走行車線を右寄りに走行している場合には、虚像の提示位置を反対側の左側にずらす。これにより、虚像の提示位置が走行車線の中央付近に位置するようにし、虚像の視認性を高めることとする。
図１は、実施の形態に係る虚像提示システム１００により提示される虚像７０の見え方を模式的に示す図である。虚像提示システム１００は、車両５０に搭載される虚像提示面であるコンバイナ２８に向けて画像表示光を投射し、コンバイナ２８を介して虚像７０を運転者に提示する。コンバイナ２８は、例えば、運転者の正面の位置に設けられ、より具体的には、車両５０のインスツルメントパネル５４やステアリングホイール５６と運転者を結ぶ直線上に配置される。コンバイナ２８は、車外からの光を透過するように構成されており、運転者は、コンバイナ２８を介して車外の風景と虚像７０とを同時に見ることができる。
運転者に提示される虚像７０として、インスツルメントパネル５４に示される車両の走行速度などを表示するための画像や、ナビゲーション装置６２による目的地までのルート案内に関する情報を示すための画像が用いられる。このような画像は、車両前方の約１．７ｍ〜２．０ｍ程度の位置に見えるように提示され、運転者は、車外の風景に重畳された虚像を視認する。
なお、本明細書における説明において、図１に示すようなｘ軸、ｙ軸、ｚ軸で規定される直角座標系を用いる。ｘ軸は、車両の幅方向に延び、ｙ軸は、車両の高さ方向に延び、ｚ軸は、車両の長さ方向に延びる。また、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸のそれぞれの正の方向は、図１の矢印方向に規定され、負の方向は、矢印と逆向きの方向に規定される。
また、このような直角座標系に加えて、方向を示すために、前方・後方、左方・右方、上方・下方を使用することもある。前方・後方は、車両５０の前方向および後方向、つまり、車両の進行方向とする。つまり、前方は、ｚ軸の正方向に相当し、後方は、ｚ軸の負方向に相当する。左方・右方は、車両５０の左側方向および右側方向とする。つまり、左方は、ｘ軸の正方向に相当し、右方は、ｘ軸の負方向に相当する。上方・下方は、車両５０が走行する路面に垂直な方向であり、その路面に対し車両側の方向およびその反対方向を意味する。つまり、上方は、ｙ軸の正方向に相当し、下方は、ｙ軸の負方向に相当する。
図１では、直線的に延びる走行車線８０の中央付近を車両５０が走行しているときの様子を示している。ウインドシールド５２からは、地平線８６に向かって延びる走行車線８０が見えており、左区画線８２および右区画線８４のそれぞれが地平線８６に向かって走行車線８０に沿って延びている。車両５０は、左区画線８２と右区画線８４の間の中央付近を走行している。このような道路にて車両５０を一定速度で走行させる場合、運転者は、走行車線８０の中央遠方に向かう方向に視線を固定していることが多い。運転者が中央遠方に向かう方向に視線を固定しているとき、運転者からは左区画線８２と右区画線８４のちょうど間の位置に虚像７０が配置されるように見える。
図２は、比較例に係る虚像提示システム２００により提示される虚像１７０の見え方を模式的に示す図である。虚像提示システム２００は、実施の形態と異なり、車両５０の走行位置に拘わらず車両５０に対して固定された位置に虚像１７０を提示する。虚像提示システム２００は、図１に示す虚像７０と同じ位置に固定して虚像１７０を提示するように構成されており、車両前方の約１．７ｍ〜２．０ｍ先の位置に虚像１７０を提示する。
図２では、走行車線８０の右寄りを車両５０が走行しているときの様子を示している。車両５０の走行位置が右寄りであるため、右区画線８４は、図１の右区画線（図２にて破線で図示）よりも左側にΔｘだけずれて見える。同様に、左区画線８２も、図１の左区画線（図２にて細実線で図示）よりも左側にずれて見える。このように、車両５０の走行位置が走行車線８０に対して左右に動くと車外の風景が左右にずれて見える。また、車外の風景のうち、車両の近くに位置する手前側に見える物ほど左右に大きくずれるように見える。このため、虚像１７０が提示される車両前方の約２ｍの位置における左右のずれは、運転者が位置のずれを有意に認識できる程度に大きいと言える。
一方、虚像１７０は車両５０に対して固定されているため、運転者から見た虚像１７０の位置は左右にずれない。その結果、虚像１７０が提示される車両前方の約２ｍの位置における車外の風景は左右にずれるのに対し、虚像１７０だけが左右にずれないという見え方が生じる。逆の見方をすれば、車外の風景に対して虚像１７０の位置だけが左右にずれ、あたかも虚像１７０の提示位置が走行車線８０の右側にずれたかのような見方が生じうる。そのため、虚像１７０の提示位置を固定することによって、虚像１７０が不自然に見えるおそれが生じる。
そこで、本実施の形態では、車両の走行位置に応じて虚像７０の提示位置を調整することにより、虚像７０が車外の風景と一体となっているかのような自然な見え方を提供する。以下、実施の形態に係る虚像提示システム１００の構成について詳述する。
図３は、実施の形態に係る虚像提示システム１００の構成を示す図である。虚像提示システム１００は、画像投射装置１０と、車載カメラ４２と、車載センサ４４と、外部装置６０と、を備える。
画像投射装置１０は、いわゆるヘッドアップディスプレイ装置であり、虚像提示面であるコンバイナ２８に画像表示光を投射することで虚像７０を運転者Ｅに提示する。運転者Ｅは、コンバイナ２８およびウインドシールド５２を介して、車外の風景に重畳される虚像７０を見ることができる。そのため、運転者Ｅは、車両の運転中に視線をほとんど動かすことなく虚像７０に示される情報を得ることができる。
画像投射装置１０は、投射部１２と、投射鏡２０と、投射鏡駆動部２４と、コンバイナ２８と、制御部３０とを有する。投射部１２は、虚像７０を提示するための画像表示光を生成し、生成した画像表示光を投射鏡２０に投射する。投射鏡２０は、凹面鏡であり、投射部１２からの画像表示光を拡大してコンバイナ２８に向けて反射させる。投射鏡駆動部２４は、投射鏡２０の反射角度を調整して虚像７０の提示位置を調整する。制御部３０は、投射部１２および投射鏡駆動部２４の動作を制御する。
車載カメラ４２は、車両前方の映像を撮影するための撮像装置である。車載カメラ４２は、道路上の区画線といった車両外部の対象物が撮影可能な位置に配置され、例えば、図１に示すようにリアビューミラー５８の近傍に配置される。車載カメラ４２は、制御部３０に直接または間接的に接続されており、撮影した映像のデータを制御部３０に送信する。
車載センサ４４は、車両５０の位置や向きなどを特定するための装置である。車載センサ４４は、例えば、車速センサ、舵角センサ、加速度センサ、角加速度センサ、ＧＰＳ受信器などを含む。車載センサ４４は、制御部３０に直接または間接的に接続されており、測定したデータを制御部３０に送信する。
外部装置６０は、虚像７０として表示される画像の元データを生成する装置である。外部装置６０は、例えば、ナビゲーション装置や、携帯電話やスマートフォン、タブレットといったモバイル装置などを含む。外部装置６０は、車両の走行に関する情報をインスツルメントパネル５４に表示するための電子制御ユニット（ＥＣＵ；Electronic Control Unit）であってもよい。外部装置６０は、制御部３０に接続されており、虚像７０の表示に必要な画像データ等を制御部３０に送信する。
図４は、画像投射装置１０の内部構成を模式的に示す上面図である。
投射部１２は、光源１４、画像表示素子１６、投射レンズ１８を含む。投射部１２は、その他、図示しない光学レンズやフィルタ、鏡などの各種光学素子を含んでもよい。投射部１２は、画像表示素子１６に光源１４からの光を照明することにより画像表示光を生成し、生成した画像表示光を投射レンズ１８を通じて投射鏡２０に向けて投射する。
画像表示素子１６は、制御部３０から送信される画像データを受け、画像データに対応する画像表示光を生成するように動作する。画像表示素子１６として、例えば、反射型液晶表示素子であるＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）や、透過型液晶表示素子であるＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などが用いられる。なお、光源１４および画像表示素子１６の代わりに、自発光型の画像表示素子である有機ＥＬ（Electro Luminescence）素子が用いられてもよい。
投射鏡駆動部２４は、投射鏡駆動軸２１、投射鏡ギア２２、モータ２５、モータギア２６、中間ギア２７を有する。投射鏡駆動軸２１は、投射鏡２０の裏面などに取り付けられ、その回転により投射鏡２０の向きを変化させる。投射鏡駆動軸２１には、同軸の投射鏡ギア２２が設けられる。モータ２５の回転軸にはモータギア２６が設けられ、中間ギア２７を介してモータ２５の回転力が投射鏡ギア２２に伝達される。
投射鏡駆動部２４は、モータ２５を駆動することにより、投射鏡駆動軸２１を矢印で示すように回転させ、投射鏡２０に投射される画像表示光の反射角を調整する。投射鏡駆動部２４は、画像表示光の反射角を調整することにより、コンバイナ２８を介して提示される虚像７０の提示位置を調整する。本実施の形態において、投射鏡駆動部２４は、虚像７０の提示位置が左右方向に移動可能となるように構成される。
図５は、投射鏡駆動部２４の動作例を模式的に示す図であり、投射鏡２０を矢印で示すように反時計回りに回転させた様子を示している。投射鏡２０の向きを変化させることにより、投射鏡２０により反射されてコンバイナ２８に投射される画像表示光の投射位置が左側にずれる。これにより、コンバイナ２８を介して提示される虚像７０の提示位置が左側にずらすことができる。
図６は、虚像提示システム１００の機能構成を示すブロック図である。虚像提示システム１００は、画像投射装置１０と、取得部４０と、外部装置６０と、を備える。
本明細書のブロック図において示される各ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵをはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組み合わせによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者に理解されるところである。
取得部４０は、車載カメラ４２や車載センサ４４などを含み、車両５０の外部にある対象物の位置を特定するための情報を取得して画像投射装置１０に送信する。外部装置６０は、ナビゲーション装置６２、モバイル装置６４、電子制御ユニット６６などを含み、虚像７０の表示に用いる画像データを画像投射装置１０に送信する。
制御部３０は、画像処理部３２と、特定部３４と、虚像位置調整部３６とを含む。画像処理部３２は、外部装置６０から受信する画像データを用いて虚像７０を表示するための画像信号を生成し、生成した画像信号に基づいて投射部１２を駆動させる。
特定部３４は、取得部４０からの情報に基づいて車両５０と対象物との位置関係を特定する情報を生成する。特定部３４は、車載カメラ４２が撮影する車両前方の映像から対象物となる区画線の位置を画像認識し、走行車線８０の左右に位置する左区画線８２および右区画線８４の配置から車両５０と区画線の位置関係を特定する。
図７（ａ）及び（ｂ）は、車両前方の映像から車両位置を特定する方法を模式的に示す図である。図７（ａ）は、車両５０が走行車線８０の中央付近を走行している場合に撮影される映像であり、上述の図１に示す走行状況に対応する。車載カメラ４２により撮影される車両前方の映像には、走行車線８０、左区画線８２、右区画線８４、地平線８６などが含まれる。一方、図７（ｂ）は、車両５０が走行車線８０の右側を走行している場合に撮影される映像であり、上述の図２に示す走行状況に対応する。
特定部３４は、撮影される映像に対して中央基準線９０と水平基準線９２を設定する。中央基準線９０は、車両５０の進行方向（ｚ方向）または高さ方向（ｙ方向）に延びるように設定される基準線であり、車両５０の中央位置または運転席の横方向（ｘ方向）の位置を示す。水平基準線９２は、横方向（ｘ方向）に延びるように設定される基準線であり、虚像７０が提示される位置を示す。水平基準線９２の高さｈは、虚像７０が提示される約１．７ｍ〜２．０ｍ先の位置として設定される。
中央基準線９０および水平基準線９２の位置は、制御部３０に予め記憶される。例えば、虚像提示システム１００が車両５０の専用品として搭載されるような場合には、コンバイナ２８や車載カメラ４２の設置位置等に応じて適切な値が予め設定される。なお、虚像提示システム１００が車両５０に後から搭載されるような汎用品である場合には、ユーザの操作によって中央基準線９０および水平基準線９２の位置が設定されてもよい。また、中央基準線９０の位置は、車載カメラ４２からの映像から割り出すこととしてもよい。例えば、左区画線８２および右区画線８４（または、これらの延長線）の交点の位置から中央基準線９０の位置を求めることができる。
特定部３４は、設定される中央基準線９０および水平基準線９２を用いて、中央基準線９０から左区画線８２までの水平基準線９２に沿った長さａと、中央基準線９０から右区画線８４までの水平基準線９２に沿った長さｂを計測する。特定部３４は、計測した長さａ、ｂを用いて、車両５０の走行位置の左右ずれの割合ｃ＝（ａ−ｂ）／（ａ＋ｂ）を求める。例えば、図７（ａ）に示すように車両５０の走行位置が中央であり、それぞれの長さａ，ｂが等しい場合、割合ｃ＝０となる。一方、車両５０の走行位置が左区画線８２の真上である場合には、ｃ＝−１となり、車両５０の走行位置が右区画線８４の真上である場合には、ｃ＝１となる。図７（ｂ）に示すように、それぞれの長さの比ａ：ｂ＝２：１の場合には、ｃ＝１／３となる。特定部３４は、このようにして車両５０の走行位置がどの程度左右にずれているかを示す割合ｃを算出し、走行車線８０に対する車両５０の走行位置を特定する。特定部３４は、特定した車両５０の走行位置に関する情報を虚像位置調整部３６に通知する。
また、特定部３４は、車載センサ４４からの情報に基づいて車両５０の進行方向、言いかえれば、車両５０が直進しているか、左右に曲がって進んでいるを特定する。さらに、特定部３４は、車載センサ４４からの情報に基づいて車両５０の振動の状況を特定する。特定部３４は、例えば、舵角センサ、加速度センサ、角加速度センサなどの情報に基づいて車両５０の進行方向や振動の状態を特定する。特定部３４は、特定した車両５０の進行方向および振動状態に関する情報を虚像位置調整部３６に通知する。
虚像位置調整部３６は、特定部３４からの情報に基づいて投射部１２および投射鏡駆動部２４の動作を制御して虚像７０の提示位置を調整する。虚像位置調整部３６は、画像位置調整部３７と、投射位置調整部３８とを有する。投射位置調整部３８は、図５に示すように投射鏡駆動部２４の動作を制御することにより、画像表示光の投射位置を調整する。一方、画像位置調整部３７は、画像表示素子１６の動作を制御することにより、投射部１２により生成される画像表示光に含まれる画像の位置を調整する。
図８（ａ）及び（ｂ）は、画像表示素子１６の動作例を模式的に示す図であり、画像位置調整部３７による画像表示素子１６の制御例を模式的に示している。図８（ａ）は、画像表示素子１６の有効表示領域１６ａの中央に画像表示領域１６ｂが割り当てられる様子を示しており、この場合、虚像７０の提示位置は投射される画像表示光の中央付近となる。一方、図８（ｂ）は、有効表示領域１６ａのうち左上の位置に画像表示領域１６ｂが割り当てられる様子を示している。この場合、虚像７０の提示位置は投射される画像表示光の左上の方となる。画像位置調整部３７は、このように画像表示領域１６ｂの位置を調整することで虚像７０の提示位置を調整する。
虚像位置調整部３６は、特定部３４からの情報に基づいて虚像７０の提示位置の調整量および調整方向を決定する。車両５０の走行位置が右寄りであると特定される場合、つまり、特定部３４が算出した割合ｃ＞０の場合、虚像７０の提示位置が左側へずれるように提示位置を調整する。逆に、車両５０の走行が左寄りであると特定される場合、つまり、特定部３４が算出した割合ｃ＜０の場合、虚像７０の提示位置が右側にずれるようにする。
虚像位置調整部３６は、特定部３４が算出したずれの量、つまり、割合ｃの絶対値の大きさに応じて虚像７０の提示位置のずれ量を設定する。虚像位置調整部３６は、例えば、割合ｃの大きさに所定の比例定数を乗算することにより虚像７０の提示位置の調整量を決定する。虚像位置調整部３６は、割合ｃの大きさの範囲ごとに虚像７０の提示位置の調整量が対応づけられたテーブルを参照することにより、虚像７０の提示位置の調整量を決定してもよい。後者の場合、テーブルに設定された割合ｃの大きさの一定範囲内においては、虚像７０の提示位置の調整量が一定となるようにテーブルの値が設定されてもよい。例えば、割合ｃの値が−０．０５≦ｃ≦０．０５の範囲となる場合に、虚像７０の提示位置が中央となるようにテーブルの値が設定されてもよい。
図９は、虚像提示システム１００により提示位置が調整された虚像７０の見え方を模式的に示す図である。図９は、車両５０が走行車線８０の右側を走行している場合を示しており、図７（ｂ）に示す車両前方の映像が撮影される場合に対応する。この場合、特定部３４にて算出される割合ｃ＝１／３であるから、虚像位置調整部３６は、虚像７０が左側にずれて提示されるように提示位置を調整する。その結果、虚像７０は、図示されるように、ステアリングホイール５６の中央位置から左側にずれた位置に提示され、例えば、走行車線８０の中央付近に提示される。このようにして虚像７０の提示位置を調整することにより、運転者から見た虚像７０と左区画線８２および右区画線８４との位置関係が車両５０の走行中において所定の位置関係に維持されるようにすることができる。
虚像位置調整部３６は、特定部３４が特定する車両５０の進行方向に応じて虚像７０の提示位置を調整してもよい。例えば、車両５０が右にカーブする道路に沿って走行していると特定される場合、虚像位置調整部３６は、虚像７０が右側にずれて提示されるように提示位置を調整してもよい。これにより、右カーブの先に向けられる運転者の視線方向に虚像７０を提示することができる。逆に、車両５０が左にカーブする道路に沿って走行していると特定される場合には、虚像７０が左側にずれて提示されるように提示位置を調整してもよい。また、車両５０が上り坂を走行していると特定される場合、虚像位置調整部３６は、虚像７０が下側にずれて提示されるように提示位置を調整してもよい。逆に、車両５０が下り坂を走行していると特定される場合、虚像７０が上側にずれて提示されるように提示位置を調整してもよい。
虚像位置調整部３６は、特定部３４が特定する車両５０の振動状態に応じて虚像７０の提示位置を調整してもよい。具体的には、車両５０の振動方向と逆向きに虚像７０がずれて提示されるように提示位置を調整してもよい。これにより、車両５０の振動によって虚像７０がぶれて見えてしまう影響を緩和できる。
虚像位置調整部３６は、特定部３４が特定する情報の種類に応じて、画像位置調整部３７および投射位置調整部３８を使い分けて虚像７０の提示位置を調整してもよい。例えば、特定部３４が特定する車両５０の走行位置に応じて提示位置を調整する場合には、投射位置調整部３８が虚像７０の提示位置を調整してもよい。また、特定部３４が特定する車両５０の振動状態に応じて提示位置を調整する場合には、画像位置調整部３７が虚像７０の提示位置を調整してもよい。なお、画像位置調整部３７および投射位置調整部３８のいずれか一方のみを用いて提示位置の調整をしてもよいし、双方による調整機能を組み合わせて提示位置を調整してもよい。
以上の構成による虚像提示システム１００の動作を説明する。図１０は、虚像提示システム１００の動作の流れを示すフローチャートである。車両の外部にある対象物の位置を特定するための情報を取得し（Ｓ１０）、対象物と車両の位置関係を特定するための情報を生成する（Ｓ１２）。生成される位置関係を特定するための情報に基づいて虚像提示位置を調整し（Ｓ１４）、調整された提示位置に虚像が提示されるように画像表示光を投射する（Ｓ１６）。
本実施の形態に係る虚像提示システム１００によれば、車両外部の対象物と車両５０との位置関係を特定し、その位置関係に基づいて虚像７０の提示位置を調整することができる。特に、虚像７０が提示される車両前方の約２ｍ先の位置に見える車外の風景の動きと揃うように虚像７０の提示位置を調整することができる。その結果、車外の風景に対して虚像７０があたかも動いているかのように見えるという不自然な見え方を緩和させることができる。これにより、提示する虚像７０の視認性を高めることができる。
つづいて、変形例について説明する。図１１は、変形例に係る虚像提示システム１００の構成を模式的に示す図である。本変形例は、車載カメラ４２が運転者Ｅの視点とほぼ同じ位置に設けられており、車載カメラ４２が車外の風景と虚像７０とを同時に撮影できる点で上述の実施の形態と相違する。以下、本変形例について、上述の実施の形態との相違点を中心に説明する。
図１２は、変形例に係る車載カメラ４２により撮影される映像を模式的に示す図である。図示されるように、本変形例に係る車載カメラ４２により撮影される映像には、走行車線８０、左区画線８２、右区画線８４および地平線８６を含む車外の風景とともに虚像７０が含まれる。車載カメラ４２により撮影された映像は、制御部３０に送信される。
特定部３４は、撮影された映像に対して水平基準線９４を設定する。水平基準線９４の高さｈは、上述の実施の形態と異なり、虚像７０が提示される高さ位置よりも遠方に設定される。水平基準線９４の位置ｈは、例えば、車両前方の１０ｍ〜２０ｍ程度先の位置に設定される。また特定部３４は、画像認識により水平基準線９４と左区画線８２の交点を基準点８３として設定する。
特定部３４は、さらに、虚像水平位置検出線９６および虚像高さ位置検出線９８を設定する。虚像水平位置検出線９６は、虚像７０の水平位置を示す検出線であり、虚像高さ位置検出線９８は、虚像７０の高さ位置を示す検出線である。特定部３４は、画像認識により虚像７０の左上の位置を検出点９９として設定し、検出点９９を通る水平方向および上下方向に延びる検出線をそれぞれ虚像水平位置検出線９６および虚像高さ位置検出線９８として設定する。
特定部３４は、基準点８３から虚像水平位置検出線９６までの距離ｕと、基準点８３から虚像高さ位置検出線９８までの距離ｖとを計測し、基準点８３と検出点９９の位置関係を特定する。特定部３４は、特定した基準点８３と検出点９９の位置関係を示す情報を虚像位置調整部３６に送信する。特定部３４は、例えば、虚像７０を提示すべき基準となる位置を規定するための基準距離ｕ０，ｖ０を保持し、計測した距離と基準距離との差ｕ−ｕ０，ｖ−ｖ０の値を虚像位置調整部３６に送信する。
虚像位置調整部３６は、基準点８３と検出点９９の位置関係が所定の位置関係となるように、虚像７０の提示位置を調整するフィードバック制御を行う。虚像位置調整部３６は、特定部３４から送信される計測距離と基準距離との差ｕ−ｕ０，ｖ−ｖ０に基づいて提示位置の調整方向および調整量を決定する。これにより、虚像７０の検出点９９と基準点８３との距離が基準距離ｕ０，ｖ０に維持されるように調整する。
図１３（ａ）及び（ｂ）は、虚像７０の提示位置を調整する様子を模式的に示す図である。図１３（ａ）は、調整前の虚像７０の位置を示し、図１３（ｂ）は調整後の虚像７０の位置を示している。図１３（ａ）に示されるように、車載カメラ４２からの映像を用いて基準点８３と検出点９９の位置関係を示す距離ｕ，ｖが計測される。計測した距離ｕ，ｖに基づいて虚像７０の提示位置を調整することにより、図１３（ｂ）に示すように基準点８３から検出点９９までの距離が基準距離ｕ０，ｖ０にとなるように虚像７０の提示位置が調整される。これにより、対象物である左区画線８２と虚像７０の位置が所定の位置関係となるように維持しながら虚像７０を提示することができる。
本変形例では、車両前方の約１０ｍ〜２０ｍの位置に設けられる水平基準線９４を基準にして虚像７０の位置が調整される。左区画線８２と水平基準線９４の交点である基準点８３の位置は、上述の実施の形態に係る中央基準線９０の位置とは異なり、車両５０の走行位置に応じて変化しうる。しかしながら、水平基準線９４は虚像７０よりも車両前方の遠い位置に設けられるため、走行位置の違いによる基準点８３の左右位置のずれは、虚像７０の左右位置のずれよりも小さい。したがって、基準点８３を基準としても虚像７０の左右位置のずれを有意に検出して虚像７０の提示位置を調整することができる。
水平基準線９４が設定される車両前方の約１０ｍ〜２０ｍの位置は、車両５０が一定速度で走行しているような状況であれば、前方を走る車両などが通常存在しない領域である。したがって、車両５０の走行中において前方車両等によって左区画線８２が遮られてしまい、基準点８３が検出できない状況となる可能性が少ないと言える。本変形例において水平基準線９４をこのような位置に設定することで、基準点８３が適切に検出されるようにすることができる。これにより、虚像７０の提示位置を好適に調節することができる。
以上、本発明を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
上述の実施の形態では、虚像位置調整部３６が画像位置調整部３７と投射位置調整部３８の双方を含む構成を示した。さらなる変形例においては、虚像位置調整部３６が画像位置調整部３７および投射位置調整部３８のいずれか一方のみを含んでもよい。この場合、画像表示素子１６および投射鏡駆動部２４のいずれか一方によってのみ虚像提示位置が調整されてもよい。
上述の実施の形態では、投射鏡２０の向きが投射鏡駆動部２４により左右方向に調整可能である構成を示した。さらなる変形例においては、投射鏡２０の向きが上下方向に調整可能であってもよいし、左右方向および上下方向の双方に調整可能であってもよい。上下方向に向きが調整可能な投射鏡２０を用いることで、虚像７０の提示位置を上下方向に調整してもよい。
上述の実施の形態では、画像表示素子１６および投射鏡駆動部２４を用いて虚像７０の提示位置を調整する場合を示した。さらなる変形例においては、これらとは別の構成要素を用いて虚像７０の提示位置を調整することとしてもよい。例えば、投射部１２に含まれる投射レンズ１８を用いて虚像７０の提示位置を調整してもよい。例えば、投射レンズ１８の位置を画像表示光の光軸に対して変位させることにより、画像表示光の投射方向を変化させて虚像７０の提示位置を調整してもよい。
上述の実施の形態では、特定部３４が車載カメラ４２および車載センサ４４の双方からの情報に基づいて虚像７０の提示位置の調整に用いられる情報を生成することとした。さらなる変形例においては、車載カメラ４２および車載センサ４４のいずれか一方の情報のみに基づいて虚像７０の提示位置の調整に用いられる情報を生成してもよい。例えば、車載カメラ４２の情報のみを用いる場合は、車外の対象物との位置関係のずれを緩和させる目的のためにのみ虚像７０の提示位置を調整してもよい。一方、車載センサ４４からの情報のみを用いる場合は、例えば、車両５０の振動による虚像７０のぶれを緩和させる目的のために虚像７０の提示位置を調整してもよい。さらなる変形例においては、車載カメラ４２の情報を用いて車両５０の振動を検出してもよいし、車載センサ４４の情報を用いて車両５０の走行位置を検出してもよい。
上述の実施の形態では、対象物として道路の車線を区画するための区画線を用いる場合を示した。さらなる変形例においては、車両の周辺にあって運転者が視認可能な異なる物体を目標物として用いてもよい。例えば、自車の前方を走行する車両の位置を対象物とし、前方車両の位置を用いて自車の走行位置を特定してもよい。
上述の実施の形態では、虚像提示面としてコンバイナ２８を用いる場合を示した。さらなる変形例においては、車両５０のウインドシールド５２を虚像提示面として用いてもよい。また、虚像提示面は、運転者の正面の位置に設けられなくてもよく、運転者の正面から少しずれた車両中央の位置に設けられてもよい。
上述の実施の形態では、虚像７０の提示位置が車両前方の約１．７ｍ〜２．０ｍである場合を示した。さらなる変形例においては、虚像の提示位置が車両前方のさらに遠い位置であってもよい。例えば、虚像の提示位置が車両前方の約５ｍ〜１０ｍ程度となるように画像投射装置１０が構成されてもよい。この場合、走行位置の検出に用いる水平基準線９２の位置は、虚像の提示位置と同じ車両前方の５ｍ〜１０ｍ程度の位置となるように設定されることが望ましい。
Ｅ…運転者、１０…画像投射装置、１２…投射部、２０…投射鏡、２４…投射鏡駆動部、２８…コンバイナ、３０…制御部、３４…特定部、３６…虚像位置調整部、４０…取得部、４２…車載カメラ、４４…車載センサ、５０…車両、５２…ウインドシールド、６０…外部装置、７０…虚像、８０…走行車線、８２…左区画線、８４…右区画線、１００…虚像提示システム。

Claims (5)

  1. 車両に設けられる虚像提示面に向けて画像表示光を投射し、運転者に虚像を提示する投射部と、
    前記車両の外部にある対象物の位置を特定するための情報を取得する取得部と、
    前記取得部が取得する情報に基づいて前記対象物と前記車両の位置関係を特定するための情報を生成する特定部と、
    前記特定部が生成する情報に基づいて運転者から見た虚像の提示位置を調整する虚像位置調整部と、を備え、
    前記取得部は、前記車両が走行する車線に沿って延びる区画線を含む車両前方の映像を撮影する撮像装置を含み、前記撮像装置は、前記虚像提示面に提示される虚像と前記区画線の双方が含まれる映像が撮影可能な位置に設けられ、
    前記特定部は、前記撮像装置が撮影する映像から前記虚像と前記区画線の位置関係を特定するための情報を生成し、
    前記虚像位置調整部は、前記特定部が生成する前記虚像と前記区画線の位置関係を特定するための情報に基づいて前記虚像の提示位置を調整することを特徴とする虚像提示システム。
  2. 前記虚像位置調整部は、運転者から見た前記対象物と前記虚像の位置関係が所定の位置関係に維持されるよう前記虚像の提示位置を調整することを特徴とする請求項１に記載の虚像提示システム。
  3. 前記特定部は、前記車両が走行する車線の左右それぞれに延びる二つの区画線と前記車両の位置関係を特定するための情報を生成することを特徴とする請求項１または２に記載の虚像提示システム。
  4. 車両に設けられる虚像提示面に向けて画像表示光を投射し、運転者に虚像を提示する投射部と、
    前記虚像提示面に提示される虚像と前記車両が走行する車線に沿って延びる区画線の双方が含まれる映像に基づいて、前記虚像と前記区画線の位置関係を特定するための情報を生成する特定部と、
    前記特定部が生成する前記虚像と前記区画線の位置関係を特定するための情報に基づいて運転者から見た虚像の提示位置を調整する虚像位置調整部と、を備えることを特徴とする画像投射装置。
  5. 車両に設けられる虚像提示面に提示される虚像と前記車両が走行する車線に沿って延びる区画線の双方が含まれる映像に基づいて、前記虚像と前記区画線の位置関係を特定するための情報を生成するステップと、
    前記生成される前記虚像と前記区画線の位置関係を特定するための情報に基づいて運転者から見た虚像の提示位置を調整するステップと、
    前記調整される提示位置に虚像が提示されるように前記虚像提示面に向けて画像表示光を投射するステップと、を備えることを特徴とする虚像提示方法。
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