JP6887732B2 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置、及び制御装置に関する。

車両の運転者等の運転を支援する情報をウィンドウシールドの反射部材に投影して運転者の前方に虚像を結像させるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置が知られている。虚像はウィンドウシールドよりも車両の前方に結像するので、通常、遠方を見ている運転者は車内のディスプレイを見る場合よりも少ない視線移動で運転を支援する情報を視認できる。

このようなヘッドアップディスプレイ装置において、虚像の結像位置を近方と遠方に異ならせた２レイヤのヘッドアップディスプレイ装置が考案されている（例えば、特許文献１参照）。図１は、２レイヤのヘッドアップディスプレイ装置により結像される遠方虚像１１と近方虚像１２を模式的に示す。なお、図１では説明のため遠方虚像１１と近方虚像１２が図示されているが、実際には遠方虚像１１と近方虚像１２は目に映るだけである。図１に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置は遠方と近方にそれぞれ適切な情報を表示するため、ユーザは遠方虚像１１に表示された情報と近方虚像１２に表示された情報を把握しやすくなる。

実開平７−５８８６号公報

しかしながら、従来の２レイヤのヘッドアップディスプレイ装置ではデッドゾーンが有効に活用されていないという問題がある。図２を用いて説明する。

図２は、２レイヤのヘッドアップディスプレイ装置の課題を説明する図の一例である。図２（ａ）は２レイヤのヘッドアップディスプレイ装置の概略的な構造を示し、図２（ｂ）は運転者９から見える虚像を模式的に示す。２レイヤのヘッドアップディスプレイ装置は１つの映像投影装置２１で２つの虚像を投影する。映像投影装置２１は近方用と遠方用の２レイヤに分かれた映像をディフューザ２２に投影する。ディフューザ２２が拡大した映像の一部はニアミラー２３とファーミラー２４によりそれぞれ反射され反射ミラー２５で折り返され、凹面ミラー２６で拡大され、ウィンドウシールド１３に向かって照射される。ウィンドウシールド１３ーにはコンバイナー１７が形成されており、映像は運転者９に向かって反射する。ニアミラー２３で反射される光の光路長はファーミラー２４で反射される光の光路長よりも短いため、運転者から見ると近方と遠方に別々に虚像が結像する。

しかしながら、図２（ａ）（ｂ）に示すように、このような構造の２レイヤのヘッドアップディスプレイ装置では近方虚像１２と遠方虚像１１の上下方向の間にデッドゾーン１５が形成される。デッドゾーン１５とは映像投影装置２１からの光が通過しない領域である。デッドゾーン１５は、ニアミラー２３により反射される映像とファーミラー２４により反射される映像との間に形成される。図２（ｂ）に示すように、運転者９から見た場合は隙間７（ギャップ）となる。

図３は、デッドゾーン１５が生じる理由を説明する図の一例である。図３はニアミラー２３を拡大して示す。デッドゾーン１５はニアミラー２３のエッジ部分８、つまりニアミラー表面の縁の一部のミラーコーティングが施されていない部分とミラー側面を光が通過（反射）しないために生じる。ただし、仮に、ニアミラー２３の表面の縁まで完全にミラーコーティングが施されている場合はミラー側面だけを光が通過（反射）しないことになる。光が通過しないとコンバイナー１７にも映像が届かないため、虚像を結像することが困難になる。このため運転者９には何も表示されない隙間７があるように見える。一方、隙間７がないと、運転者９の視点によって近方虚像１２が遠方虚像１１と重なってしまうため、デッドゾーン１５は２レイヤのヘッドアップディスプレイ装置を実現するうえで必要な領域となる。

本発明は、上記課題に鑑み、デッドゾーンの活用が可能な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。

本発明は、映像投影装置が投影した映像の虚像を表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、前記映像投影装置から投影される前記映像の経路上に配置された第一のミラーと、前記映像投影装置から第一のミラーに到達する経路とは異なる前記映像の経路に配置された、前記第一のミラーとは別体の第二のミラーと、前記第一のミラーが配置されることによって生じるデッドゾーンであって、前記第一のミラーと第二のミラーのいずれにも前記映像が反射されないために、前記映像投影装置からの光が通過しないデッドゾーンに配置された光源と、を有し、前記光源は前記映像の虚像とは別に虚像を表示することを特徴とする。

デッドゾーンの活用が可能なヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。

２レイヤのヘッドアップディスプレイ装置により結像される遠方虚像と近方虚像を模式的に示す図である。 ２レイヤのヘッドアップディスプレイ装置の課題を説明する図の一例である。 デッドゾーンが生じる理由を説明する図の一例である。 車載されたヘッドアップディスプレイ装置の概略的な構成図である。 凸レンズによる虚像の結像を説明する図の一例である。 ヘッドアップディスプレイの基本的な光学系を説明する図の一例である。 ヘッドアップディスプレイ装置の構造例を示す図である。 ニアミラーに配置された光源について説明する図の一例である。 運転者から見た遠方虚像、近方虚像及び光源虚像を示す図の一例である。 ヘッドアップディスプレイ装置に運転を支援する情報を提供する車両側ユニットの機能を説明する機能ブロック図の一例である。 ナビゲーション装置が進路変更の案内情報を生成した場合に、ヘッドアップディスプレイ装置が表示する映像と光源の点灯例を示す図の一例である。 ナビゲーション装置が進路変更の案内情報を生成した場合に、ヘッドアップディスプレイ装置が表示する映像と光源の点灯例を示す図の一例である。 ヘッドアップディスプレイ装置が映像を表示できない故障をした場合に、ヘッドアップディスプレイ装置が表示する光源の点灯例を示す図の一例である。 アイボックスを説明する図の一例である。 ＡＲイメージについて説明する図の一例である。 路面にペイントされた投影画像の投影面への透視投影変換を説明する図の一例である。 ヘッドアップディスプレイ装置の動作手順を示すフローチャート図の一例である。 ニアミラーのディフューザ側の内側面に配置された光源を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。

＜ヘッドアップディスプレイ装置の概略構造＞
図４は、車載されたヘッドアップディスプレイ装置の概略的な構成図を示す。図４は説明の便宜上、１レイヤのヘッドアップディスプレイ装置を示す。本実施形態では一例として車両に搭載されたヘッドアップディスプレイ装置を例にして説明する。ヘッドアップディスプレイ装置の表示ユニット２０はダッシュボードの内部に埋め込まれており、表示ユニット２０の上面に設けられ射出窓１８からウィンドウシールド１３に向けて映像が投影される。運転者９から見ると投影された映像はウィンドウシールド１３よりも前方に虚像１０として表示される。したがって、ヘッドアップディスプレイ装置１００は表示装置の一態様である。運転者９は視線を前方の車両や路面に保ったまま（少ない視線移動で）運転を支援する情報を目視できる。運転を支援する情報については後述する。

＜ヘッドアップディスプレイの光学系＞
図５、図６を用いてヘッドアップディスプレイの光学系について説明する。図５は凸レンズによる虚像の結像を説明する図の一例であり、図６はヘッドアップディスプレイの基本的な光学系を説明する図の一例である。

図５に示すように、レンズ５１の焦点距離ｆよりもレンズ５１に対し手前に物体５２がある場合、レンズ越しの視点から虚像１０が見える。虚像１０は実際にはそこに存在せず、スクリーンを置いても物体５２の像は映らない。レンズ５１から物体５２までの距離をａ、虚像１０までの距離ｂ、焦点距離をｆとすると、これらにはよく知られているように以下の関係がある。
（１／ａ）−（１／ｂ）＝１／ｆ
距離ｂについて解くと分かるように、レンズ５１から虚像１０までの距離ｂは距離ａが大きく焦点距離ｆが小さいほど大きくなる。焦点距離ｆが一定であれば、距離ａが大きいほど距離ｂが大きくなり、運転者９から見て遠方に虚像を結像させることができる（ただし、虚像が得られるのはａ＜ｆ）。虚像１０が遠方にあるほど、通常、遠方を見ている運転者９にとっては少ない視線移動で運転を支援する情報を視認できる。

次に、図６を用いて凹面ミラー２６による虚像について説明する。映像投影装置２１がディフューザ２２に照射した映像は凹面ミラー２６で反射され拡大された後にウィンドウシールド１３のコンバイナー１７で運転者９の視線方向に反射される。この時、運転者９からはコンバイナー１７を通して画像が遠方に拡大して表示されているように見える。これは、凹面ミラー２６が図５で説明したレンズ５１と同様の働きをするためである。凹面ミラー２６の焦点距離ｆとディフューザ２２との距離Ｌ１の関係により（Ｌ１＜ｆ）、車両の前方の画像は虚像１０になり、実際にはコンバイナー１７の前方には存在しない。

ディフューザ２２と凹面ミラー２６との距離をＬ１、凹面ミラー２６とコンバイナー１７との距離Ｌ２、凹面ミラー２６が凸レンズであった場合の仮想的な虚像１０´と凹面ミラー２６までの距離をＬ３、コンバイナー１７から虚像１０までの距離Ｌ４とする。図５との対応では、距離Ｌ１が距離ａに相当し、距離Ｌ３が距離ｂに相当する。したがって、コンバイナー１７からは距離Ｌ４＝Ｌ２＋Ｌ３に虚像が結像するように見える。

運転者９の視線移動を少なくするにはＬ２又はＬ３を大きくすればよい。距離Ｌ２は車両の構造などで決まる場合が多く距離Ｌ２を大きくすることは困難な場合が多い。距離Ｌ３を大きくするには図５で説明したように凹面ミラー２６の焦点距離ｆを小さくするか又は距離Ｌ１を大きくする必要がある。距離Ｌ１を大きくする方法として、ヘッドアップディスプレイ装置１００ではいくつかのミラーで映像を折り返して距離を稼ぐ方法が採用される。

＜本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置の構造例＞
図７は、本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置１００の構造例を示す図である。ヘッドアップディスプレイ装置１００は、表示ユニット２０とウィンドウシールド１３に形成されたコンバイナー１７を有する。表示ユニット２０は、更に映像投影装置２１、ディフューザ２２、ニアミラー２３（第一のミラーの一例）、ファーミラー２４（第二のミラーの一例）、反射ミラー２５、凹面ミラー２６、及び、射出窓１８を有する。

映像投影装置２１は、車両に搭載された車両側ユニットから取得した運転を支援する情報に基づいて虚像として投影される映像を生成する。具体的には例えば路面に進行方向を表すマークが描画されているかのように見えるＡＲイメージを生成する。ＡＲとは「Augmented Reality」の略であり拡張現実と呼ばれる。この場合、映像投影装置２１は三次元座標系に何らかの投影画像（オブジェクトと呼ばれる）を配置して運転者の視界に相当する投影面に投影画像を透視投影変換することで、ＡＲイメージを生成する。あるいは、ＡＲ表示することなく、単に車速などの情報を生成してもよい。

また、映像投影装置２１は映像を投影する機能を有する。投影の方式としてはＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、ＤＬＰ（Digital Light Processing）、レーザプロジェクタなどがある。本実施形態では投影の方式は制限されない。

ディフューザ２２は映像投影装置２１が投影した映像（光）を拡大する役割を有する。ディフューザ２２の映像投影装置２１側の面には隙間なくマイクロレンズが形成されている。マイクロレンズは通常のレンズと比較して物像間距離を小さくできるため、距離Ｌ１を稼ぎやすい。なお、映像が広がる角度は，マイクロレンズのサイズ、各レンズの焦点距離などから決定される。

映像投影装置２１から見てディフューザ２２の背面（映像の投影方向）にはニアミラー２３とファーミラー２４が配置されている。ニアミラー２３とファーミラー２４はディフューザ２２が照射する映像（光）の経路上に配置される。ニアミラー２３はファーミラー２４よりも鉛直方向上側に配置される。これは、ニアミラー２３で反射された光のコンバイナー１７までの距離を、ファーミラー２４で反射された光よりも短くするためである。ニアミラー２３は、ディフューザ２２の上側の一部とのみ重畳している。ニアミラー２３は映像投影装置２１が投影する近方虚像用の映像を反射ミラー２５に向けて反射する。ファーミラー２４は、ディフューザ２２の下側の一部とのみ重畳している。ファーミラー２４は映像投影装置２１が投影する遠方虚像用の映像を反射ミラー２５に向けて反射する。

ニアミラー２３がどのくらいディフューザ２２と重畳し、ファーミラー２４がどのくらいディフューザ２２と重畳するかは、映像の設計方針によって調整される。すなわち、近方虚像１２として表示する運転を支援する情報を多くしたければ、ニアミラー２３とディフューザ２２の重畳面積を大きくする。遠方虚像１１として表示する運転を支援する情報を多くしたければ、ファーミラー２４とディフューザ２２の重畳面積を大きくする。なお、ニアミラー２３により映像が遮られるため、ファーミラー２４はディフューザ２２の全体と重畳していてもよい。

ニアミラー２３とファーミラー２４は互いに平行に配置されており、それぞれ平行に映像を反射する。したがって、反射ミラー２５の上方に近方虚像用の映像が到達し、反射ミラー２５の下方に遠方虚像用の映像が到達する。

一方、ニアミラー２３のエッジ部分８（反射ミラー側の側面及び表面の縁のミラーコーティングが施されていない部分）では光が反射されないため、ニアミラー２３が反射する近方虚像用の映像とファーミラー２４が反射する遠方虚像用の映像の間にはデッドゾーン１５が生じる。図３にて説明したように、ニアミラー２３の形成方法によってデッドゾーン１５の大きさや場所は変わり得るが、本実施形態ではどのような方法でニアミラー２３が形成されてもよい。ニアミラー２３の形成方法に関わらずデッドゾーン１５が生じればよい。本実施形態では、このデッドゾーン１５を活用するため、ニアミラー２３の反射ミラー２５側の側面に光源２７が配置される。詳細は後述する。

反射ミラー２５はニアミラー２３及びファーミラー２４のそれぞれが反射した映像を凹面ミラー２６に向けて反射する。反射ミラー２５はニアミラー２３用とファーミラー２４用に分かれていてもよい。ニアミラー２３用の反射ミラー２５と、ファーミラー２４用の反射ミラー２５の配置を異ならせることで、近方虚像１２をより手前に、遠方虚像１１をより遠方に投影することが可能になる。反射ミラー２５は近方虚像用の映像と遠方虚像用の映像を凹面ミラー２６に向けて並行に反射する。

凹面ミラー２６は上記のように、映像を拡大してコンバイナー１７に向けて反射すると共に虚像を結像させるためのレンズの役割を果たす。凹面ミラー２６の上方には近方虚像用の映像が到達し、下方には遠方虚像用の映像が到達する。凹面ミラー２６が反射した映像は表示ユニット２０の射出窓１８を通過してコンバイナー１７に到達する。凹面ミラー２６は映像の全体がコンバイナー１７に到達するように大きさ、角度、及び、位置が設計される。

コンバイナー１７は２つの機能を有する。１つは凹面ミラー２６で反射された映像を運転者側に反射させる機能である（反射部材の機能）。もう１つはコンバイナー１７を介して運転者９が得る視界を確保する機能（透過機能）である。コンバイナー１７の運転者側の面にはビームスプリッターが形成されているため、入射する映像の少なくとも一部を運転者９に向けて反射する。また、外光の少なくとも一部が透過して運転者９の目に到達する。これにより、運転者９は虚像と前方背景の両方を同時に見ることができる。

なお、コンバイナー１７の車外側の面は車内側の面とほぼ同じ曲率を有しているため、コンバイナー１７を透過する光に対してレンズ効果を持たず、背景が歪むことはない。

図７から明らかなように、ディフューザ２２からニアミラー２３、反射ミラー２５、及び、凹面ミラー２６を経る光路長と、ディフューザ２２からファーミラー２４、反射ミラー２５、及び、凹面ミラー２６を経る光路長とでは、後者の方が長い。したがって、近方虚像１２は遠方虚像１１よりも運転者９から見て手前に結像し、遠方虚像１１は近方虚像１２よりも運転者９から見て遠方に結像する。

＜ニアミラーの反射ミラー側の側面に配置された光源＞
図８は、ニアミラー２３に配置された光源２７について説明する図の一例である。ニアミラー２３の反射ミラー２５側の側面には１つ以上の光源２７が配置される。ニアミラー２３の反射ミラー２５側のエッジ部分８が近方虚像用の映像を反射しないため、デッドゾーン１５が生じることを図２、図３にて説明した。本実施形態では、エッジ部分８の一部をなす側面に光源２７が配置されることが特徴の１つになっている。デッドゾーン１５が生じる原因であるニアミラー２３のエッジ部分８に光源２７が配置されることで、近方虚像１２と遠方虚像１１の間に生じる隙間７に光源２７の光を表示できる。

ニアミラー２３の反射ミラー２５側の側面から反射ミラー２５、及び、反射ミラー２５から凹面ミラー２６を経る光路長は、ディフューザ２２からニアミラー２３、反射ミラー２５、及び、凹面ミラー２６を経る光路長よりも短いので、光源２７の虚像である光源虚像１６は運転者９から見て最も手前に結像する。

なお、光源２７は、光を発する発光部材であればよい。好ましくは小型で所定以上の光量が低消費電力で得られる発光部材が採用される。具体的には、ＬＥＤ、又は、ＥＬ（Electronic Luminescent）素子が挙げられる。この他、電球、レーザーダイオード (半導体レーザー) などでもよい。

図９は、運転者９から見た遠方虚像１１、近方虚像１２及び光源虚像１６を示す図の一例である。図９（ａ）は光源２７が点灯した状態を、図９（ｂ）は光源２７が消灯した状態をそれぞれ示す。鉛直方向上側に遠方虚像１１が結像し、鉛直方向下側に近方虚像１２が結像する。そして、デッドゾーン１５により生じる遠方虚像１１と近方虚像１２の間の隙間７に、光源虚像１６が結像する。図９（ａ）と図９（ｂ）を比較すると明らかなように、ニアミラー２３の反射ミラー２５側の側面に光源２７が配置されることで、光源虚像１６が得られ、光源虚像１６による運転を支援する情報の提供が可能になる。

＜デッドゾーンを活用した運転支援＞
以下では、デッドゾーン１５を活用した運転支援の一例を説明する。
図１０（ａ）は、ヘッドアップディスプレイ装置１００に運転を支援する情報を提供する車両側ユニットの機能を説明する機能ブロック図の一例である。車両側ユニット２００は車両から収集された各種の運転を支援する情報をヘッドアップディスプレイ装置１００に提供する制御装置である。具体的にはＥＣＵ（Electronic Control Unit）であるが、１台のＥＣＵである必要はなく、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）などの車載ネットワークに接続された複数のＥＣＵであることが想定される。なお、ヘッドアップディスプレイ装置１００もＣＡＮに接続してよい。

車両側ユニット２００は、前方レーダ３１、後方レーダ３２、ナビゲーション装置３３、光源制御部３４、ＨＵＤ監視部３６、及び、支援情報生成部３５を有している。前方レーダ３１は、車両の前方にレーダを照射してその反射波から対象物（障害物）を検出する。対象物までの距離と方位を検出できる。前方レーダ３１はステレオカメラでもよい。後方レーダ３２は、運転者９の死角となる後方（例えば後側方）の対象物を検出する。この場合、少なくとも左後側方又は右後側方などの方位が検出され、好ましくは距離も検出される。

ナビゲーション装置３３は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）などで自車位置を検出すると共に道路地図に自車位置を表示する。また、道路地図に目的地までの経路を表示したり、進路変更の手前で進行方向を案内したりすることで目的地まで運転者９を誘導する。片道に複数のレーン（車線）がある道路では、右折専用又は左折専用のレーンなど適切なレーンを運転者９に案内する。

ＨＵＤ監視部３６はヘッドアップディスプレイ装置１００を監視して故障の有無及び故障がある場合には内容を検出する。ＨＵＤ監視部３６は定期的に表示ユニット２０と通信して、通信の可否を判断する。通信できる場合は、表示ユニット２０のステータスを取得して異常がないか、異常がある場合にはどのような異常かを判断する。これにより、例えばヘッドアップディスプレイ装置１００が映像を表示できない等の故障があるかどうかを検出できる。

支援情報生成部３５は、前方レーダ３１及び後方レーダ３２の検出結果、並びに、ナビゲーション装置３３が提供する案内情報に基づいて運転を支援する情報の表示をヘッドアップディスプレイ装置１００及び光源制御部３４に要求する。また、ＨＵＤ監視部３６が検出する監視結果に応じて光源制御部３４に光源２７の制御を要求する。

光源制御部３４は、ニアミラー２３の反射ミラー２５側の側面に配置された光源２７の点灯を制御する。光源制御部３４は、主に、運転支援のために光源２７を制御する場合と、ヘッドアップディスプレイ装置１００の状態を運転者９に知らせるために光源２７を制御する場合がある。

なお、ヘッドアップディスプレイ装置１００の構成は上記の通りである。補足すると映像投影装置２１は、支援情報生成部３５から取得した運転を支援する情報から投影する投影画像を決定し、この投影画像をＡＲ表示するために投影画像を透視投影変換する。投影画像には種々のものがあるが、例えば、レーン移動誘導のための投影画像、後方接近車両警告の投影画像等がある。ＡＲ表示により、これらの投影画像が例えば路面にペイントされているかのような虚像が運転者９の前方に結像する。

図１０（ａ）の構成では、光源制御部３４が車両側ユニットに配置されるため、表示ユニット２０の監視の信頼性が高く、表示ユニット２０の故障時にも独立して光源制御部３４が光源２７の点灯を制御できるという利点がある。しかし、光源制御部３４が表示ユニット２０の光源２７を制御するインタフェースが必要であり、表示ユニット２０を監視するＨＵＤ監視部３６が車両側ユニット２００に必要になるという不都合がある。

そこで、図１０（ｂ）に示すように、光源制御部３４がヘッドアップディスプレイ装置１００側に配置されることが有効である。図１０（ｂ）は、ヘッドアップディスプレイ装置１００に運転を支援する情報を提供する車両側ユニット２００の機能を説明する機能ブロック図の変形例である。図１０（ｂ）では表示ユニット２０が光源制御部３４を有している。このような構成では、光源制御部３４が映像投影装置２１を監視するのでＨＵＤ監視部３６は不要になる。また、表示ユニット２０と車両側ユニットのインタフェースは支援情報生成部３５と映像投影装置２１が通信できるだけでよくなる。したがって、車両側ユニット２００の変更箇所の増大を抑制でき、通信負荷を低減できるので、運転支援に関するコストを低減できる。以下では、特に説明しない場合、図１０（ａ）の構成を念頭にして説明する。

＜支援情報生成部による制御の例＞
支援情報生成部３５は、例えば以下のような運転を支援する情報を生成する。
（１）ナビゲーション装置３３が進路変更の案内情報を生成した場合
・支援情報生成部３５はレーン移動誘導のＡＲイメージの表示を表示ユニット２０に要求する。
・支援情報生成部３５はレーン移動誘導の光源制御を光源制御部３４に要求する。
（２）後方レーダ３２が車両後側方の対象物を検出した場合
・支援情報生成部３５は後方接近車両警告のＡＲイメージの表示を表示ユニット２０に要求する。
・支援情報生成部３５は後方接近車両警告の光源制御を光源制御部３４に要求する。
（３）ヘッドアップディスプレイ装置１００が映像を表示できない故障をした場合
・支援情報生成部３５はヘッドアップディスプレイの故障警告の光源制御を光源制御部３４に要求する。

<<表示例１>>
図１１は、ナビゲーション装置３３が進路変更の案内情報を生成した場合に、ヘッドアップディスプレイ装置１００が表示する映像と光源２７の点灯例を示す図の一例である。図１１（ａ）は運転者９から見た虚像を模式的に示し、図１１（ｂ）は近方虚像１２、光源虚像１６、及び遠方虚像１１を模式的に示す。図１１（ａ）の虚像と図１１（ｂ）の虚像は同じものである。

遠方虚像１１としてレーン移動誘導のＡＲイメージ４１が表示されている。レーン移動誘導の投影画像の形状は、底辺が白線に平行で頂点が右側にある三角形である。これが透視投影変換によりＡＲイメージ４１に変換されることで、路面に直接、ペイントされているように変形された遠方虚像１１が投影されている。したがって、運転者９は路面の白線などと比較して少ない違和感でＡＲイメージ４１を視認することができる。

なお、近方虚像１２には何もＡＲイメージ４１が表示されていないが、近方虚像１２に右方向への移動を誘導するＡＲイメージ４１が表示されてもよい。

一方、光源虚像１６は、５つの光が右方向に移動しながら点滅する。すなわち、５つの光が左から右に順番に点灯及び消灯する。光源虚像１６の光に左から１〜５の符号を付した場合、光１が点灯及び消灯し、次に光２が点灯及び消灯し、次に光３が点灯及び消灯し、次に光４が点灯及び消灯し、次に光５が点灯及び消灯する。こうすることで光が徐々に右方向に移動するように見えるため、レーン移動誘導のＡＲイメージ４１と同様に右方向への移動を効果的に誘導できる。また、光源虚像１６は運転者９から見て最も手前に結像するので、より訴求効果が高いものとなる。

<<表示例２>>
図１２は、ナビゲーション装置３３が進路変更の案内情報を生成した場合に、ヘッドアップディスプレイ装置１００が表示する映像と光源２７の点灯例を示す図の一例である。図１２（ａ）は運転者９から見た虚像を模式的に示し、図１２（ｂ）は近方虚像１２、光源虚像１６、及び遠方虚像１１を模式的に示す。図１２（ａ）の虚像と図１２（ｂ）の虚像は同じものである。

遠方虚像１１として後方接近車両警告のＡＲイメージ４１が表示されている。後方接近車両警告の投影画像の形状は、底辺が車軸に平行で頂点が前方側にある三角形である。これが透視投影変換によりＡＲイメージ４１に変換されることで、路面に直接、ペイントされているように変形された遠方虚像１１が投影されている。したがって、運転者９は路面の白線などと比較して少ない違和感でＡＲイメージ４１を視認することができる。

なお、近方虚像１２には何もＡＲイメージ４１が表示されていないが、近方虚像１２に後方接近車両警告のＡＲイメージ４１が表示されてもよい。

一方、光源虚像１６は、５つの光のうち左端の光が点滅する。光源虚像１６の光に左から１〜５の符号を付した場合、光１だけが点滅する。左側の光１が点滅することで、レーン移動誘導のＡＲイメージ４１と同様に左後側方からの障害物の接近を効果的に注意喚起できる。また、光源虚像１６は運転者９から見て最も手前に結像するので、より訴求効果が高いものとなる。

<<表示例３>>
図１３は、ヘッドアップディスプレイ装置１００が映像を表示できない故障をした場合に、ヘッドアップディスプレイ装置１００が表示する光源２７の点灯例を示す図の一例である。ヘッドアップディスプレイ装置１００は故障しているため近方虚像１２及び遠方虚像１１は表示されない。これに対し、光源制御部３４は光源２７の全てを点滅させることでヘッドアップディスプレイ装置１００の故障を運転者９に報知する。

一定時間、点滅させた後、光源制御部３４は点滅を終了させ、表示例１、２に示したように光源２７の点灯制御による運転の支援を継続する。このように、ニアミラー２３に光源２７が配置されることで、ヘッドアップディスプレイ装置１００が故障した際に、デッドゾーン１５を利用して運転の支援を継続できる。

＜アイボックスについて＞
図１４はアイボックスを説明する図の一例である。なお、図１４では説明の便宜上、１レイヤのヘッドアップディスプレイ装置を示す。運転者９の体格や運転席に着座した際の姿勢等は運転者９によって同じとは限らないので、運転者９の目の位置も変化する。このため、ヘッドアップディスプレイ装置では代表的な運転者９の目の位置を中心とする一定領域が想定されている。運転者９の目がこの領域内にある限りは虚像を視認できるように、ヘッドアップディスプレイの光学系が設計されている。そして、このように設定された一定領域（視認領域）をアイボックス１９と称する。

図１４では、コンバイナー１７が凹面ミラー２６で反射した光を、アイボックス１９をカバーして反射できるように、凹面ミラー２６の角度（コンバイナー１７による映像の反射方向）、及び、反射ミラー２５の角度等が設計されている。

図１４は１レイヤのヘッドアップディスプレイ装置が例示されているが、２レイヤのヘッドアップディスプレイ装置の場合も同様であり、ニアミラー２３及びファーミラー２４のそれぞれで反射された光が、運転者９の目に向けてコンバイナー１７で反射されることでアイボックス１９が形成される。

＜ＡＲイメージの作成について＞
図１５はＡＲイメージ４１について説明する図の一例である。図１５（ａ）は投影画像５３が仮に車両６の前方の路面にペイントされている場合の想定図である。このような投影画像５３が路面に実際にペイントされていると仮定すると、運転者９からは遠方ほど小さい右向きの三角形（レーン移動誘導の投影画像）が見える。一例として、車両の車幅方向をｘ軸、鉛直方向をｙ軸、進行方向をｚ軸とする。三角形の頂点の１つの座標を（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）とする。

図１５（ｂ）は同様に路面にペイントされたレーン移動誘導と車両６の側面図である。車両６と共に移動する所定の原点（例えば車両の中心）をとると、路面までの高さｙ_１は既知になる。また、車両６のどのくらい前方にレーン移動誘導の投影画像５３が表示されることが運転を支援する上で効果的かは実験的に定められている。したがって、前方までの距離ｚ_１は設定値となる。車両６の中心から車幅方向のどのくらいの距離にレーン移動誘導の投影画像５３が表示されることが運転を支援する上で効果的かは実験的に定められている。したがって、車幅方向の距離ｘ_１は設定値となる。以上から（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）は既知である。

図１６は、路面にペイントされた投影画像５３の投影面５４への透視投影変換を説明する図の一例である。映像投影装置２１は投影画像の透視投影変換を行うが、透視投影変換には投影面５４の設定が必要になる。投影面５４とは投影画像５３が投影される２次元平面である。投影面５４は運転者９の視界を表す。ヘッドアップディスプレイ装置１００がＡＲイメージ４１を表示する場合、運転者はコンバイナー越しに前方を見るため、コンバイナー１７の付近のほぼ垂直な平面が投影面５４として設定される。投影面５４の位置はアイボックス１９の位置等に応じて実験的に決定されてよい。したがって、投影面５４の中心座標（ｘ_０，ｙ_０，ｚ_０）は投影面５４がどこに設定されるかにより上記のｘ、ｙ、ｚ座標系で算出される。投影面５４の大きさもアイボックス１９及びコンバイナー１７の大きさから適宜、決定されている。

映像投影装置２１はこの投影面５４に対し透視投影変換を行う。投影面５４に投影された投影画像５３の座標をｘ_２，ｙ_２，ｚ_２とすると、同次座標系の射影変換は以下で表すことができる。

この変換を投影画像の各画素ごとに行うことで、映像投影装置２１はＡＲイメージ４１を作成できる。左辺の第４成分でｘ_２，ｙ_２を割ることで投影面５４の座標が得られる。

＜動作手順＞
図１７（ａ）は、ヘッドアップディスプレイ装置１００の動作手順を示すフローチャート図の一例である。図１７（ａ）の処理は、例えばヘッドアップディスプレイ装置１００の起動中、繰り返し実行される。

前方レーダ３１及び後方レーダ３２が障害物を検出したり、ナビゲーション装置３３が案内情報を生成したりする（Ｓ１０）。

支援情報生成部３５は検出結果又は案内情報から運転を支援する情報を生成し、表示ユニット２０に送出する（Ｓ２０）。例えば、レーン移動誘導又は後方接近車両警告に関する情報を生成する。

表示ユニット２０の映像投影装置２１は運転を支援する情報に基づいて、ＡＲイメージ４１を作成する（Ｓ３０）。すなわち、レーン移動誘導又は後方接近車両警告に応じて決まっている投影画像５３を透視投影変換してＡＲイメージ４１を作成する。

映像投影装置２１は作成したＡＲイメージ４１をディフューザ２２に向けて投影する（Ｓ４０）。これにより、ＡＲイメージ４１を含む近方虚像１２又は遠方虚像１１が結像する。

ステップＳ３０と並行して、表示ユニット２０の映像投影装置２１は運転を支援する情報に基づいて点灯方法を光源制御部３４に指示する（Ｓ５０）。これにより、光源制御部３４は光源２７を点灯させる（Ｓ６０）。

ＨＵＤ監視部３６はヘッドアップディスプレイ装置１００のステータスを随時、周期的、又は、定期的に確認しており、ヘッドアップディスプレイ装置１００が故障したか否かを判断する（Ｓ７０）。

ステップＳ７０の判断がＹｅｓの場合、ＨＵＤ監視部３６は支援情報生成部３５にその旨を通知するので、支援情報生成部３５が光源制御部３４に光源２７を点滅させる（Ｓ８０）。

図１７（ｂ）は、ヘッドアップディスプレイが故障した後のヘッドアップディスプレイ装置１００の動作手順を示すフローチャート図の一例である。図１７（ｂ）のステップＳ１０、Ｓ５０，Ｓ６０は図１７（ａ）の同一ステップと同様になる。したがって、ヘッドアップディスプレイ装置１００が故障した後も、ヘッドアップディスプレイ装置１００は引き続き光源虚像１６で運転支援を継続できる。なお、図１７（ｂ）の制御を行うには、表示ユニット２０の特に映像投影装置２１が故障しても運転を支援する情報に基づいて光源制御部３４が光源２７を制御できる図１０（ａ）の構成が好ましい。

＜光源の別の配置例＞
光源２７はディフューザ２２から凹面ミラー２６までの間のデッドゾーン１５に配置されていればよく、配置場所はニアミラー２３の反射ミラー２５側の側面には限られない。

図１８は、ニアミラー２３のディフューザ２２側の内側面に配置された光源２７を示す。図１８のニアミラー２３は中空になっており内側に空間がある。したがって、ディフューザ２２側の内側面に配置された光源２７が点灯すると、反射ミラー２５側の側面から反射ミラー２５に向かって光が照射される。したがってこの場合も、デッドゾーン１５に光源虚像１６を結像させることができる。また、光源２７から凹面ミラー２６までの距離が長くなるので、反射ミラー２５側の側面に配置される場合よりも遠方に光源虚像１６を結像でき、運転者９が少ない視線移動で光源虚像１６を確認できる。

また、図１８（ｂ）に示すように光ファイバを光源２７とすることもできる。図１８（ａ）と同様にニアミラー２３のディフューザ２２側の内側面に光源２７が配置され、この光源２７にファイバ２８が接続されている。したがって、ニアミラー２３の反射ミラー２５側の側面から光が照射される。

図１８（ａ）及び図１８（ｂ）において光源２７はニアミラー２３内のどこに配置されてもよく、ディフューザ２２側の内側面には限られない。

また、ニアミラー２３の他、反射ミラー２５のデッドゾーン１５に対応する位置に光源２７が埋め込まれていてもよい。

＜まとめ＞
以上説明したように、本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置１００は２レイヤのヘッドアップディスプレイ装置１００において、ニアミラー２３に光源２７を配置することで虚像の表示による表現の自由度を高める効果がある。また、従来、２レイヤのヘッドアップディスプレイ装置１００で課題となっている描画不可領域（デッドゾーン１５又は隙間７）を活用することができる。光源虚像１６は、運転者９の視点に対して近方虚像１２よりも近い正面に配置されるので、運転者９は光源虚像１６に気づきやすい。また、従来の２レイヤのヘッドアップディスプレイ装置１００の機構を大きく変更することなく光源２７の配置だけで実現可能である。これによりコストパフォーマンスのよいヘッドアップディスプレイ装置を提供できる。

＜その他の適用例＞
以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等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において種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、本実施形態では鉛直方向上側に遠方虚像１１が配置され、下側に近方虚像１２が配置されたが、この関係は逆でもよい。この場合、ニアミラー２３をファーミラー２４よりもディフューザに対し遠方に配置して、ニアミラー２３から凹面ミラー２６までの距離と、ファーミラー２４から凹面ミラー２６までの距離の大小関係を逆にする。

また、本実施形態では遠方虚像１１と近方虚像１２が上下に分割されているが、左右に分割されてもよい。

また、ディフューザが２つの構成の場合に生じるデッドゾーンに対しても、光源を適切に配置することで、デッドゾーンを有効に活用できる。

また、本実施形態では遠方虚像１１と近方虚像１２に運転を支援する情報が表示され、光源虚像１６により運転を支援する情報が表示されると説明したが、光源虚像１６は各種の情報を表示できる。例えば、電話・メールの着信、サーバなどからのお知らせ（ニュース等）の受信等を点灯や点滅により表示できる。

また、光源２７はニアミラー２３の側面に配置されると説明したが、図３で説明したエッジ部分８であれば光源２７を配置してよい。したがって、ニアミラー２３が映像を反射する反射面のうち反射ミラー２５に近い方の端部に光源２７が配置されてもよい。

また、本実施形態ではヘッドアップディスプレイ装置１００が車両６に搭載された例を説明したが、車両６以外の移動体に搭載されてもよい。例えば、飛行機、電車、船舶、自動二輪車、又は、車椅子などに搭載できる。

１１ ：遠方虚像
１２ ：近方虚像
１５ ：デッドゾーン
１６ ：光源虚像
２１ ：映像投影装置
２２ ：ディフューザ
２３ ：ニアミラー
２４ ：ファーミラー
２５ ：反射ミラー
２６ ：凹面ミラー
２７ ：光源
１００ ：ヘッドアップディスプレイ装置

Claims (7)

1. 映像投影装置が投影した映像の虚像を表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、
   前記映像投影装置から投影される前記映像の経路上に配置された第一のミラーと、
   前記映像投影装置から第一のミラーに到達する経路とは異なる前記映像の経路に配置された、前記第一のミラーとは別体の第二のミラーと、
   前記第一のミラーが配置されることによって生じるデッドゾーンであって、前記第一のミラーと第二のミラーのいずれにも前記映像が反射されないために、前記映像投影装置からの光が通過しないデッドゾーンに配置された光源と、を有し、
   前記光源は前記映像の虚像とは別に虚像を表示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. 前記デッドゾーンは、前記第一のミラーにより反射される前記映像と前記第二のミラーにより反射される前記映像との間に形成され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. 更に、前記映像投影装置が投影した映像を拡大するディフューザと、
   前記第一のミラー及び前記第二のミラーで反射された前記映像を凹面ミラーに向けて反射する反射ミラーと、
   前記反射ミラーで反射された前記映像をウィンドウシールドに向けて反射する前記凹面ミラーと、を有し、
   前記光源は、前記デッドゾーンの内、前記ディフューザから前記凹面ミラーまでの間に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
4. 前記光源は、前記第一のミラーの、前記映像投影装置から遠い方の側面に配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
5. 前記光源は、中空の構造の前記第一のミラーの内部に配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
6. 前記映像投影装置が移動体に搭載されている場合、
   前記映像投影装置は移動体から運転を支援する情報を取得し、前記第一のミラーにより反射される映像と前記第二のミラーにより反射される映像を生成し、
   運転を支援する情報に応じて前記光源の点灯を制御する光源制御部を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
7. 前記ヘッドアップディスプレイ装置の故障が検出された場合、前記光源制御部は、運転を支援する情報に応じて前記光源の点灯を制御することを特徴とする請求項６に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

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