WO2015029598A1 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

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WO2015029598A1
WO2015029598A1 PCT/JP2014/067920 JP2014067920W WO2015029598A1 WO 2015029598 A1 WO2015029598 A1 WO 2015029598A1 JP 2014067920 W JP2014067920 W JP 2014067920W WO 2015029598 A1 WO2015029598 A1 WO 2015029598A1
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screen
moving
lens
image
projection lens
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PCT/JP2014/067920
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賢二 渡邊
広之 三宅
尚哉 大行
慎太郎 廣原
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アイシン・エィ・ダブリュ株式会社
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Publication date
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    • G02B2027/0185—Displaying image at variable distance

Definitions

  • the present invention relates to a head-up display device that can be mounted on a moving body and generates various images that are visually recognized by a passenger of the moving body.
  • HUD head-up display device
  • the HUD installed on the vehicle as a moving body is located in front of the vehicle window (for example, the front window) as seen from the vehicle occupant as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-288388. It is possible to generate a virtual image superimposed on the foreground of the front visual field. As a result, the occupant can reduce the line-of-sight movement as much as possible when visually confirming the driving information, and can further reduce the burden during driving.
  • the position (more specifically, the distance from the occupant to the virtual image) where the virtual image is generated.
  • the position more specifically, the distance from the occupant to the virtual image
  • Patent Document 1 discloses that the position of the liquid crystal display panel on which an image for generating a virtual image is displayed can be moved back and forth along the optical path, and the position for generating the virtual image is adjusted. Has been.
  • HUD using a liquid crystal display panel as a display means for displaying an image for generating a virtual image is described in Patent Document 1, but as another method, the display means is used as a projector for projecting an image. It is also possible to configure a screen that displays an image projected from the projector. In the HUD having such a configuration, in order to display a clear image on the screen, it is necessary to accurately focus the lens of the projector on the position of the screen.
  • the focal point of the projection lens 102 is that of the screen 101 before the movement. Since the position is adjusted, the focal point shifts with respect to the screen 101 after the movement when the position of the projection lens 102 is fixed. As a result, there has been a problem that a clear image cannot be displayed on the screen 101.
  • the present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a head-up display device capable of generating a high-quality image as a virtual image.
  • a head-up display device (1) includes a screen (20, 21), a projector (4) using a projection lens (16, 17) that projects an image on the screen, and a screen. And a virtual image generation means (11, 12) that generates a virtual image of the video from the video projected on the head.
  • the head-up display device generates a virtual image that is visible to the user.
  • the screen and the projection lens are configured to be movable along the optical path of the projector, and further include the following means.
  • a virtual image position determining means (31) for determining a position for generating a virtual image a screen position determining means for determining a screen position for moving the screen based on the position determined by the virtual image position determining means, Screen moving means (31) for moving the screen to the screen position determined by the screen position determining means, and a lens position for determining the lens position for moving the projection lens based on the screen position determined by the screen position determining means Determining means, and lens moving means (31) for moving the projection lens to the lens position determined by the lens position determining means.
  • the projection lens and the screen are moved along the optical path, so that the distance from the user to the virtual image can be adjusted by moving the screen, while the screen is moved. Even in such a case, since the image projected from the projection lens can be focused on the screen, a high-quality image can be generated as a virtual image.
  • the screen position is determined based on the determined position of the virtual image, so that the image regarding the object such as an obstacle or an intersection whose distance from the user is displaced is displayed as a virtual image. In this case, a virtual image can be generated at an appropriate position according to the distance from the user to the object.
  • the position of the projection lens is determined based on the determined position of the screen, the image projected from the projection lens is generated on the screen while generating a virtual image at an appropriate position according to the distance from the user to the object. It is also possible to focus on.
  • FIG. 1 is a diagram showing an installation mode of the HUD 1 according to the present embodiment on the vehicle 2.
  • the HUD 1 is installed inside the dashboard 3 of the vehicle 2, and has a projector 4 and a screen 5 on which an image from the projector 4 is projected. Then, the image projected on the screen 5 is reflected on the front window 6 in front of the driver's seat through the mirror and Fresnel lens provided in the HUD 1 as will be described later, and is made visible to the passenger 7 of the vehicle 2. ing. Note that the image projected on the screen 5 includes information related to the vehicle 2 and various information used for assisting the driving of the occupant 7.
  • warnings for obstacles other vehicles and pedestrians
  • guidance information set by the navigation device and guidance information based on the guidance route (such as arrows indicating the direction of turning left and right), current vehicle speed, guidance signs, map images, traffic information,
  • the occupant 7 when the occupant 7 visually recognizes an image projected on the screen 5 by reflecting the front window 6, the occupant 7 is not at the position of the front window 6 but at the front of the front window 6.
  • An image projected on the screen 5 at a distant position is configured to be visually recognized as a virtual image 8.
  • the virtual image 8 that can be seen by the occupant 7 is an image projected on the screen 5, but the vertical direction is reversed because the image is projected through the mirror.
  • the size is changed by using a Fresnel lens.
  • the position where the virtual image 8 is generated more specifically, the distance L from the occupant 7 to the virtual image 8 (hereinafter referred to as a generation distance) L, the shape and position of the mirror and Fresnel lens provided in the HUD 1, and the screen 5 with respect to the optical path It is possible to appropriately set the position depending on the position.
  • the position of the screen 5 is configured to be movable in the front-rear direction along the optical path as will be described later.
  • the generation distance L can be changed as appropriate.
  • the generation distance L can be changed between 2.5 m and 20 m.
  • FIG. 2 is a diagram showing an internal configuration of the HUD 1 according to the present embodiment.
  • the HUD 1 basically includes a projector 4, a screen 5, a reflection mirror 10, a mirror 11, a Fresnel lens 12, a control circuit unit 13, and a CAN interface 14.
  • the projector 4 is a video projection device using an LED light source as a light source, and is a DLP projector, for example.
  • a liquid crystal projector or an LCOS projector may be used.
  • the projector 4 includes a projection lens 15 for projecting an image.
  • the projection lens 15 is composed of two projection lenses, a first projection lens 16 and a second projection lens 17, which are different from each other. Configure to project video.
  • FIG. 3 is a diagram showing the first projection lens 16 and the second projection lens 17 provided in the projector 4.
  • the first projection lens 16 and the second projection lens 17 have a divided shape obtained by dividing one circular lens in the vertical direction.
  • the second projection lens 17 below is configured to be movable in the front-rear direction along the optical path.
  • the position of the first projection lens 16 is fixed.
  • the focal point of the image projected from the second projection lens 17 is made to coincide with the position of the screen 5 after the movement.
  • the second projection lens 17 is also moved to follow.
  • the lens driving motor 18 is a stepping motor.
  • the HUD 1 can control the lens driving motor 18 based on the pulse signal transmitted from the control circuit unit 13 and appropriately position the second projection lens 17 with respect to the set position.
  • the screen 5 is a projection medium on which the image projected from the projector 4 is projected, and for example, a Fresnel screen or a diffusion screen is used.
  • the screen 5 includes two screens, a first screen 20 and a second screen 21.
  • FIG. 5 is a view showing the first screen 20 and the second screen 21.
  • the first screen 20 has a projection area 22 on which an image is projected upward, and the image projected from the first projection lens 16 of the projector 4 is displayed as shown in FIG. 6. Is done.
  • the 2nd screen 21 has the to-be-projected area 23 in which an image
  • the first screen 20 and the second screen 21 are arranged at predetermined intervals in the front-rear direction along the optical path so that the projection areas 22 and 23 do not overlap as shown in FIGS. 2 and 6.
  • the virtual image 8 includes a virtual image of a video projected on the first screen 20 (hereinafter referred to as a first virtual image 8A) and a virtual image of a video projected on the second screen 21 (hereinafter referred to as a second virtual image 8B). It will be composed of.
  • the second screen 21 is configured to be movable in the front-rear direction along the optical path.
  • the position of the first screen 20 is fixed with respect to the front-rear direction.
  • the distance between the first screen 20 and the second screen 21 is changed as shown in FIG. 7 by driving the screen front / rear drive motor 24 on the back side of the second screen 21.
  • the two screens 21 can be moved in the front-rear direction along the optical path.
  • the position where the second virtual image 8B, which is the virtual image of the image projected on the second screen 21 is generated (specifically, the generation distance L2 that is the distance from the occupant 7 to the second virtual image 8B) is changed. Is possible.
  • the generation distance L2 depends on the distance from the mirror 11 to the second screen 21. That is, the generation distance L ⁇ b> 2 is changed in length depending on the distance from the mirror 11 to the second screen 21. For example, the generation distance L2 increases as the distance from the mirror 11 to the second screen 21 increases, and the generation distance L2 decreases as the distance from the mirror 11 to the second screen 21 decreases.
  • the generation distance L2 is increased (that is, the second virtual image 8B is viewed farther from the passenger 7). It becomes like).
  • the generation distance L2 is shortened (that is, the second virtual image 8B is visible closer to the occupant 7). Will come to be). Since the position of the first screen 20 is fixed in the front-rear direction, the position (specifically, from the occupant 7 to the first virtual image 8A, which is a virtual image of the image projected on the first screen 20).
  • the generation distance L1) that is the distance to one virtual image 8A is fixed. Therefore, by changing the generation distance L2, the distance (
  • each screen is arranged so that the projection area 22 of the first screen 20 is positioned above the projection area 23 of the second screen 21, but the mirror 11.
  • the image is inverted upside down, so that the second virtual image 8B is generated above the first virtual image 8A with reference to the direction intersecting the optical path.
  • the first screen 20 and the second screen 21 are configured to be integrally movable in a direction crossing the optical path. Specifically, by driving a screen vertical drive motor 25 on the side surface of the first screen 20, the first screen 20 and the second screen 21 are integrally moved in a direction crossing the optical path as shown in FIG. It becomes possible. As a result, as shown in FIG. 10, the first projection mode in which the image from the projector 4 is projected on the first screen 20 and the second screen 21, and the image from the projector 4 is projected only on the first screen 20. It is possible to switch the projection mode of the image on the screen 5 between the second projection mode to be performed.
  • the HUD 1 basically has different types of video images (for example, the first projection lens 16 presents the current vehicle state) between the first projection lens 16 and the second projection lens 17.
  • the vehicle speed image and the second projection lens 17 project guidance information and warning information image) on each screen.
  • the projection mode is the second projection mode
  • one video for example, the first projection lens 16
  • the first projection lens 16 that is basically a combination of the images projected by the first projection lens 16 and the second projection lens 17.
  • the image on the lower half of the television screen is projected on the first screen 20 and the image on the upper half of the television screen is projected on the second projection lens 17.
  • the first projection lens 16 and the second projection lens 17 may be configured to project different types of images.
  • the screen front / rear drive motor 24 and the screen vertical drive motor 25 are each composed of a stepping motor. Then, the HUD 1 can control the screen front / rear drive motor 24 based on the pulse signal transmitted from the control circuit unit 13 and appropriately position the front / rear position of the second screen 21 with respect to the set position. The HUD 1 controls the screen vertical drive motor 25 based on the pulse signal transmitted from the control circuit unit 13 and appropriately positions the vertical positions of the first screen 20 and the second screen 21 with respect to the set position. Is possible.
  • the reflecting mirror 10 is a reflecting plate that reflects the image projected from the projector 4 to change the optical path and project it onto the screen 5 as shown in FIG.
  • the mirror 11 is a projection unit that reflects the image light from the screen 5 and projects a virtual image 8 (see FIG. 1) in front of the occupant 7 through the front window 6.
  • a spherical concave mirror, an aspheric concave mirror, or a free-form curved mirror for correcting distortion of a projected image is used.
  • the Fresnel lens 12 is a magnifying glass for generating a virtual image 8 by enlarging the image projected on the screen 5 as shown in FIG. And in HUD1 which concerns on this embodiment, the image
  • the image projected on the screen 5 at a distant position is enlarged and is visually recognized by the occupant as a virtual image 8 (see FIG. 1).
  • control circuit unit 13 is an electronic control unit that controls the entire HUD 1.
  • FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of the HUD 1 according to the present embodiment.
  • the control circuit unit 13 includes a CPU 31 as an arithmetic device and a control device, a RAM 32 used as a working memory when the CPU 31 performs various arithmetic processes, a control program, and a table generation described later.
  • An internal storage device such as a ROM 33 storing a processing program (see FIG. 12), a virtual image generation processing program (see FIG. 14) and the like, a program read from the ROM 33, and a flash memory 34 for storing a position setting table described later is provided.
  • the control circuit unit 13 is connected to the projector 4, the lens drive motor 18, the screen front / rear drive motor 24, and the screen vertical drive motor 25, respectively, and performs drive control of the projector 4 and various motors.
  • the CAN (controller area network) interface 14 is an interface for inputting / outputting data to / from CAN which is an in-vehicle network standard for performing multiplex communication between various on-vehicle devices installed in a vehicle and control devices for vehicle equipment. It is.
  • the HUD 1 is connected to a control device (for example, the navigation device 48, the AV device 49, etc.) of various vehicle-mounted devices and vehicle equipment via the CAN so as to be able to communicate with each other. Accordingly, the HUD 1 is configured to be able to project output screens of the navigation device 48, the AV device 49, and the like.
  • FIG. 12 is a flowchart of the table generation processing program according to this embodiment.
  • the table generation processing program is a program that is executed at the time of initial setting of the HUD 1 and creates a position setting table used when the second screen 21 and the second projection lens 17 are moved. Note that the programs shown in the flowcharts of FIGS. 12 and 14 below are stored in the RAM 32 and ROM 33 provided in the HUD 1 and executed by the CPU 31.
  • step (hereinafter abbreviated as S) 1 in the table generation processing program the CPU 31 uses a coefficient D (n) indicating a generation distance L2 that is a distance from the occupant 7 to the second virtual image 8B as an initial value. Set to 2.5 [m].
  • the CPU 31 determines the new position of the second screen 21 for displacing the generation distance L2 from the current value of D (n) to D (n) +0.1 [m]. Calculate from the value. Specifically, the movement amount Ds (n) and the movement direction of the second screen 21 are determined. However, the moving direction is the direction away from the mirror 11 along the optical path of the light source (the direction approaching the light source).
  • the CPU 31 moves the movement time Ts (necessary for moving the second screen 21 for displacing the generation distance L2 from the current value of D (n) to D (n) +0.1 [m].
  • the CPU 31 moves the focus of the image projected from the second projection lens 17 when the second screen 21 moves Ds (n) in the direction away from the mirror 11 (direction approaching the light source).
  • the position of the new second projection lens 17 for matching the position of the two screens 21 is calculated from the design value of the HUD 1 and the like. Specifically, the movement amount Dl (n) and the movement direction of the second projection lens 17 are determined.
  • the moving direction is the direction opposite to the second screen 21 along the optical path of the light source, that is, the direction approaching the mirror 11 (the direction moving away from the light source).
  • the CPU 31 calculates a moving speed Vl (n) for moving the second projection lens 17 from the design value of the HUD 1 or the like. Specifically, the movement of the second projection lens 17 is interlocked with the movement of the second screen 21, that is, the movement is completed simultaneously when the movement of the second projection lens 17 is started simultaneously with the second screen 21.
  • the CPU 31 stores Ds (n), Ts (n), Dl (n), and Vl (n) calculated in S2 to S5 in the memory in correspondence with the current value of D (n). Store.
  • n is incremented by “+1” in S7. Furthermore, 0.1 [m] is added to the current value of D (n).
  • the CPU 31 determines whether or not the current count value n is 184 or more, that is, the value of D (n) is 20.0 [m] or more with 2.5 [m] as an initial value. It is determined whether the processes of S2 to S7 have been executed every 0.1 m.
  • the position setting table includes the movement amount of the second screen 21 when the generation distance L2 is added or subtracted by 0.1 [m] for each generation distance L2, and the second screen 21.
  • the movement time, the movement amount of the second projection lens 17, and the movement speed of the second projection lens are stored.
  • the moving direction of the second screen 21 is a direction away from the mirror 11 along the optical path of the light source (a direction approaching the light source) when the generation distance L2 is added by 0.1 [m], and the second projection
  • the moving direction of the lens 17 is the opposite direction.
  • the movement direction of the second screen 21 is a direction approaching the mirror 11 along the optical path of the light source (a direction away from the light source), and the second projection
  • the moving direction of the lens 17 is the opposite direction.
  • the created position setting table is stored in the flash memory 34 or the like, and is used when moving the second projection lens 17 and the second screen 21 in a virtual image generation processing program (FIG. 14) described later. Further, the table generation processing program may be executed when the HUD 1 is first activated, or may be configured to be executed in advance on the factory side before product shipment.
  • FIG. 14 is a flowchart of the virtual image generation processing program according to the present embodiment.
  • the virtual image generation processing program is executed after the ACC of the vehicle is turned on, and a virtual image 8 that warns the other vehicle when another vehicle traveling in another lane in front of the traveling direction of the own vehicle interrupts.
  • a program that generates it is assumed that the image projection mode on the screen 5 is always in the first projection mode (FIG. 10).
  • the CPU 31 determines whether another vehicle traveling in another lane in front of the forward walking of the host vehicle has interrupted. Specifically, the distance sensor is always detected by a distance measuring sensor, and it is determined that the other vehicle has interrupted when the distance changes shorter by a predetermined amount or more at a time. Further, when the direction indicator information of the other vehicle traveling in the lane adjacent to the lane in which the host vehicle travels is acquired and it is detected that the direction indicator on the lane side in which the host vehicle travels is detected, It may be determined that an interrupt has been performed.
  • the CPU 31 obtains the distance R from the own vehicle to the other vehicle that interrupted (hereinafter referred to as the interrupting vehicle) based on the detection result of the distance measuring sensor or the like.
  • the distance R is acquired using a captured image captured by the front camera instead of the distance measuring sensor.
  • the CPU 31 determines whether or not the distance R acquired in S12 is 20 m or less.
  • the distance serving as the determination criterion in S13 is determined by the HUD1 standard, and specifically, is the longest generation distance L2 at which the second virtual image 8B can be generated by the HUD1.
  • the second screen 21 is moved in the front-rear direction along the optical path to generate the second virtual image 8B that is a virtual image of the image projected on the second screen 21 (specifically, Can change the generation distance L2) that is the distance from the occupant 7 to the second virtual image 8B (see FIG. 8).
  • the generation distance L2 is the longest.
  • the criterion of said S13 will be 20 m.
  • the longest generation distance L2 that can generate the second virtual image 8B by the HUD 1 is 30 m
  • the determination criterion in S13 is 30 m. In the following example, it is assumed that the longest generation distance L2 that can generate the second virtual image 8B by the HUD 1 is 20 m.
  • the CPU 31 sets the target generation distance De, which is the target value of the generation distance L2 of the second virtual image 8B, to the distance R acquired in S12.
  • the CPU 31 sets the target generation distance De, which is the target value of the generation distance L2 of the second virtual image 8B, to 20 m which is the maximum distance. Thereafter, the CPU 31 controls the position of the second screen 21 so that the second virtual image 8B is generated at a position separated from the occupant 7 by the target generation distance De set in S14 or S15 as described later.
  • the CPU 31 acquires the current generation distance L2 of the second virtual image 8B.
  • the CPU 31 determines whether or not the generation distance L2 of the current second virtual image 8B acquired in S6 is equal to or less than the target generation distance De set in S14 or S15, that is, the current second virtual image. It is determined whether the position where 8B is generated is closer to the occupant side than the target position.
  • the CPU 31 executes a first screen movement process (FIG. 16) described later.
  • a position separated by the target generation distance De set in S14 or S15 based on the position setting table (FIG. 13) created in the table generation processing program (FIG. 12). Is a program for moving and controlling the positions of the second screen 21 and the second projection lens 17 so that the second virtual image 8B is generated.
  • the CPU 31 executes a second screen movement process (FIG. 17) described later.
  • a position separated by the target generation distance De set in S14 or S15 based on the position setting table (FIG. 13) created in the table generation process program (FIG. 12). Is a program for moving and controlling the positions of the second screen 21 and the second projection lens 17 so that the second virtual image 8B is generated.
  • the CPU 31 transmits a signal to the projector 4, and starts projecting an image by the projector 4.
  • the video projected by the projector 4 includes information related to the vehicle 2 and various types of information used for assisting the driving of the occupant 7. For example, warnings for obstacles (other vehicles and pedestrians), guidance information set by the navigation device and guidance information based on the guidance route (such as arrows indicating the direction of turning left and right), current vehicle speed, guidance signs, map images, traffic information, There are news, weather forecast, time, screen of connected smartphone, TV program and so on.
  • the image projected on the first screen 20 by the first projection lens 16 is an image of the current vehicle speed of the vehicle.
  • the image projected onto the second screen 21 by the second projection lens 17 is a warning image for the interrupting vehicle.
  • the second screen 21 is disposed below the first screen 20 as shown in FIG. Accordingly, as a result of reflection by the mirror 11, the second virtual image 8B that is a virtual image of the image projected on the second screen 21 is generated above the first virtual image 8A that is a virtual image of the image projected on the first screen 20. Will be.
  • a numerical value indicating the current vehicle speed is generated as the first virtual image 8 ⁇ / b> A in the vicinity of the lower edge of the front window 6 and in front of the front window 6, and is visible to the passenger.
  • a frame surrounding the interrupting vehicle 61 is generated as the second virtual image 8B in the vicinity of the center of the front window 6 and in front of the front window 6, and is visible to the passenger.
  • the position where the first virtual image 8A is generated (specifically, the generation distance L1 which is the distance from the occupant 7 to the first virtual image 8A) is also fixed.
  • the position is 2.5 m ahead of the occupant 7.
  • the generation distance L1 may be other than 2.5 m. However, if the generation distance L1 is too long, the first virtual image 8A will be embedded in the road surface, so it is preferably about 2 m to 4 m.
  • FIG. 15 although it is set as the structure which displays the image
  • the generation distance L1 is fixed to an appropriate distance (for example, 2.5 m)
  • the interrupt vehicle 61 approaches the host vehicle as shown in FIG. 15 and the position where the second virtual image 8B is generated is displaced. Even so, it is possible to prevent the generation of an unnatural virtual image that is embedded in the road surface. Furthermore, the vehicle occupant can reduce the line-of-sight movement as much as possible when visually recognizing the first virtual image 8A, and can further reduce the burden during driving.
  • the position where the second virtual image 8B is generated is the position ahead of the target generation distance De set in S14 or S15 from the vehicle occupant (ie, the position of the interrupting vehicle 61). . Therefore, the occupant can reduce the movement of the line of sight as much as possible when visually recognizing the second virtual image 8B, and can further reduce the burden during driving.
  • the CPU 31 determines whether or not the elapsed time t from the start of video projection by the projector 4 in S20 is equal to or longer than a predetermined time Y (for example, 5 seconds).
  • the predetermined time Y can be changed as appropriate depending on the content of the projected image.
  • the projection of the video by the projector 4 is terminated (S22). Note that only the projection by the second projection lens 17 may be terminated and the projection by the first projection lens 16 may be continued.
  • the CPU 31 obtains the distance R from the own vehicle to the interrupting vehicle again.
  • the CPU 31 determines whether or not the difference between the target generation distance De set in S14 or S15 and the distance R acquired in S21 is a predetermined distance X (for example, 2 m) or more.
  • the predetermined distance X can be changed as appropriate depending on the content of the projected image.
  • the process proceeds to S13. To do. Thereafter, the target generation distance De is newly set based on the newly acquired distance R (S14, S15), and the second screen 21 is moved. As a result, even if the distance from the own vehicle to the interrupting vehicle has changed greatly, the second virtual image 8B can be generated at the position of the interrupting vehicle after the change.
  • FIG. 16 is a flowchart of a sub-processing program for the first screen movement process.
  • the CPU 31 determines whether or not the current generation distance L2 of the second virtual image 8B is the target generation distance De set in S14 or S15.
  • the second screen 21 and the second projection lens are used. 17 movement control is complete
  • the process proceeds to S32.
  • the CPU 31 adds 0.1 m to the current generation distance L2 based on the position setting table (FIG. 13) (that is, the position where the second virtual image 8B is generated is 0.1 m from the occupant than the current position).
  • a new position (specifically, a movement amount and a movement direction) of the second screen 21 is determined.
  • the moving direction is a direction away from the mirror 11 along the optical path of the light source (a direction approaching the light source). Further, the moving speed of the second screen 21 is the maximum moving speed of the second screen 21.
  • the CPU 31 adds 0.1 m to the current generation distance L2 based on the position setting table (FIG. 13) (that is, the position where the second virtual image 8B is generated from the occupant rather than the current position).
  • a new position (specifically, a movement amount and a movement direction) and a movement speed of the second projection lens 17 for a distance of 0.1 m are determined.
  • the moving direction is a direction approaching the mirror 11 along the optical path of the light source (a direction away from the light source).
  • the CPU 31 determines the drive amount (number of pulses) of the screen front-rear drive motor 24 necessary to move the second screen 21 by the movement amount determined in S32. Similarly, the driving amount (number of pulses) of the lens driving motor 18 necessary for moving the second projection lens 17 by the moving amount determined in S33 is determined.
  • the CPU 31 transmits a signal to the projector 4, and starts correcting the video output by the projector 4. Specifically, in accordance with the change of the position of the second screen 21, processing for adjusting the distortion and size of the image projected from the second projection lens 17 to the second screen 21 is performed. Thereby, it is possible to generate an appropriate virtual image without distortion or the like even while the screen is moving.
  • the CPU 31 transmits to the screen front / rear drive motor 24 a pulse signal for driving the screen front / rear drive motor 24 by the drive amount determined in S34.
  • a pulse signal for driving the lens driving motor 18 by the driving amount determined in S34 is transmitted to the lens driving motor 18.
  • the lens drive motor 18 is also transmitted with a signal for instructing a moving speed for moving the second projection lens 17.
  • the screen front / rear drive motor 24 and the lens drive motor 18 that have received the pulse signal drive based on the received pulse signal.
  • the second screen 21 moves by the same movement amount determined in the movement direction determined in S32, and the second projection lens 17 moves in the same movement direction and movement determined in S33. Move at speed.
  • the CPU 31 determines whether or not the movement of the second screen 21 and the second projection lens 17 is completed. Specifically, the movement of the second screen 21 and the second projection lens 17 is received when a signal indicating that the drive is completed is received from the screen front / rear drive motor 24 or the lens drive motor 18 that transmitted the pulse signal in S36. Is determined to be complete.
  • the CPU 31 transmits a signal to the projector 4, and starts projecting an image in which correction corresponding to the position of the second screen 21 after the movement is performed by the projector 4. Specifically, an image whose distortion and size are corrected according to the position of the second screen 21 after movement is output. Thereafter, the process proceeds to S31, and it is determined whether or not the generation distance L2 of the second virtual image 8B after the movement of the second screen 21 has reached the target generation distance De set in S14 or S15.
  • FIG. 17 is a flowchart of a sub-processing program for the second screen movement process.
  • the CPU 31 determines whether or not the current generation distance L2 of the second virtual image 8B is the target generation distance De set in S14 or S15.
  • the CPU 31 subtracts 0.1 m from the current generation distance L2 based on the position setting table (FIG. 13) (i.e., sets the position where the second virtual image 8B is generated to the occupant side relative to the current position).
  • a new position (specifically, a moving amount and a moving direction) of the second screen 21 for moving 1 m is determined.
  • the moving direction is a direction approaching the mirror 11 along the optical path of the light source (a direction away from the light source).
  • the moving speed of the second screen 21 is the maximum moving speed of the second screen 21.
  • the CPU 31 subtracts 0.1 m from the current generation distance L2 based on the position setting table (FIG. 13) (i.e., the position where the second virtual image 8B is generated is occupant side from the current position). To determine the new position (specifically, the moving amount and moving direction) and moving speed of the second projection lens 17.
  • the moving direction is a direction away from the mirror 11 along the optical path of the light source (a direction approaching the light source).
  • the CPU 31 determines the drive amount (number of pulses) of the screen front-rear drive motor 24 necessary for moving the second screen 21 by the movement amount determined in S42. Similarly, the driving amount (number of pulses) of the lens driving motor 18 necessary for moving the second projection lens 17 by the moving amount determined in S43 is determined. Since the subsequent processing of S44 to S48 is the same as the processing of S34 to S38 of the first screen movement processing (FIG. 16) already described, description thereof will be omitted.
  • the positions of the second screen 21 and the second projection lens 17 are configured to be movable along the optical path 52 of the light source 51 of the projector 4 as shown in FIG. Since the generation distance L2 depends on the distance from the mirror 11 to the second screen 21, the position of the second screen 21 in the first screen movement process (FIG. 16) and the second screen movement process (FIG. 17) described above. Is moved so that the distance from the mirror 11 to the second screen 21 is a distance corresponding to the target generation distance De set in S14 or S15.
  • the position of the second projection lens 17 is determined to be a position for focusing the image projected from the second projection lens 17 on the second screen 21.
  • the second projection lens 17 follows the optical path. Therefore, it moves in a direction approaching the second screen 21 which is the opposite direction.
  • the second projection lens 17 follows the optical path. Therefore, it moves in the direction away from the second screen 21 which is the opposite direction.
  • the second screen 21 repeats until the generation distance L2 reaches the target generation distance De set in S14 or S15, with the movement amount by which the generation distance L2 is displaced by 0.1 m as the first unit amount. Move (S32 to S37, S42 to S47). Further, each time the second screen 21 moves by the first unit amount, the second projection lens 17 moves by the second unit amount so that the image is focused on the second screen 21 after the movement. In addition, the time for the second screen 21 to move by the first unit amount is the same as the time for the second projection lens 17 to move by the second unit amount, and the movement start timing is also linked.
  • the second screen 21 is mirrored to change the generation distance L2. Even when moved to the 11th side, it is possible to maintain a state where the focus of the image projected from the second projection lens 17 is always on the second screen 21. As a result, a clear image can be projected even during and after the movement of the second screen 21.
  • the second screen 21 is moved toward the second projection lens 17 in order to change the generation distance L2 longer, the distance from the second projection lens 17 or the light source 51 to the second screen 21 becomes a factor. As a result, the brightness of the image projected on the second screen 21 increases. Conversely, if the second screen 21 is moved away from the second projection lens 17 in order to shorten the generation distance L2, the distance from the second projection lens 17 or the light source 51 to the second screen 21 is increased. As a factor, the brightness of the image projected on the second screen 21 decreases. As a result, even when the distance from the vehicle occupant to the second virtual image 8B is increased, the second virtual image 8B can be brightened, so that the visibility to the second virtual image 8B can be improved. . On the other hand, when the distance from the vehicle occupant to the second virtual image 8B is short, it is possible to prevent the occupant's field of view from being blocked by the second virtual image 8B by suppressing the brightness of the second virtual image 8B. It becomes possible.
  • the second screen 21 is moved to the second projection lens 17 side in order to change the generation distance L2 to be longer, the same is caused because the distance from the second projection lens 17 to the second screen 21 is reduced.
  • the size of the video projected on the second screen 21 is reduced.
  • the size of the second virtual image 8B can be reduced accordingly. It becomes possible to generate the second virtual image 8B having an appropriate size according to the distance from the passenger to the second virtual image 8B.
  • images are projected from the projector 4 using the LED light source via the first projection lens 16 and the second projection lens 17, respectively.
  • the image projected on the screen 21 and reflected to the front window 6 of the vehicle 2 by the image projected on the first screen 20 and the second screen 21 to be visually recognized by the vehicle occupant 7 allows the image of the image viewed by the vehicle occupant 7 to be viewed.
  • the second projection lens 17 and the second screen 21 are independently movable along the optical path, and the second screen 21 is moved to adjust the generation distance L2 from the occupant to the virtual image.
  • the second projection lens 17 Since the second projection lens 17 is moved in accordance with the movement of the second screen 21 so that the image projected from the projection lens 17 is focused on the second screen 21, the occupant 7 is moved by moving the second screen 21. While the generation distance L2 from the second virtual image 8B to the second virtual image 8B can be adjusted, the image projected from the second projection lens 17 can be focused on the second screen 21 even when the second screen 21 is moved. Therefore, it is possible to generate a high-quality image as a virtual image.
  • the position of the 2nd screen 21 is determined based on the position of the determined 2nd virtual image 8B after determining the position which produces
  • the second virtual image 8B can be generated at an appropriate position according to the distance from the user to the object.
  • the position of the second projection lens 17 is determined based on the determined position of the second screen 21, the virtual image is generated at an appropriate position according to the distance from the vehicle occupant to the target, It is also possible to focus the image projected from the two projection lens 17 on the second screen 21.
  • the virtual image is generated in front of the front window 6 of the vehicle 2 by the HUD 1, but the virtual image may be generated in front of a window other than the front window 6.
  • the object to be reflected by the HUD 1 may be a visor (combiner) installed around the front window 6 instead of the front window 6 itself.
  • the HUD 1 is installed on the vehicle 2, but it may be installed on a moving body other than the vehicle 2.
  • it can be installed on a ship or an aircraft.
  • you may install in the ride type attraction installed in an amusement facility.
  • a virtual image can be generated around the ride so that the rider can visually recognize the virtual image.
  • the first virtual image 8A does not need to change the generation distance of the current vehicle speed, guidance signs, map images, traffic information, news, weather forecast, time, connected smartphone screen, TV program, and the like.
  • the information virtual image is displayed, but the first virtual image 8A is similar to the second virtual image 8B, and the image regarding an object such as an obstacle or an intersection whose distance from the vehicle is displaced (that is, the generation distance needs to be displaced). (Information) may be displayed.
  • the second screen 21 is configured to be movable in the front-rear direction along the optical path.
  • the first screen 20 may be configured to be movable.
  • the first projection lens 16 may be configured to be movable. In that case, the generation distance L1 of the first virtual image 8A can be changed.
  • the screen is composed of two screens, a first screen 20 and a second screen 21, and the lens of the projector 4 is composed of two lenses, a first projection lens 16 and a second projection lens 17.
  • the number of screens and lenses may be only one pair or three or more pairs.
  • a lamp or a laser may be used in addition to the LED.
  • the head-up display device can also have the following configuration, and in that case, the following effects can be obtained.
  • the first configuration is as follows. Based on the screen position determined by the screen position determining means, a screen movement determining means for determining a moving direction and a moving amount for moving the screen to the screen position, and a lens position determining means. And a lens movement determining means for determining a moving direction and a moving amount for moving the lens to the lens position based on the lens position, and the screen moving means is controlled by the screen movement determining means. The screen is moved according to the determined moving direction and moving amount, and the lens moving means moves the lens according to the moving direction and moving amount determined by the lens moving determining means.
  • the moving direction and the moving amount of the screen are determined based on the determined position of the virtual image, so the distance from the user is displaced.
  • the moving direction and the moving amount of the screen are determined based on the determined position of the virtual image, so the distance from the user is displaced.
  • the movement direction and movement amount of the projection lens are determined based on the determined movement direction and movement amount of the screen, projection is performed while generating a virtual image at an appropriate position according to the distance from the user to the object. It is also possible to focus the image projected from the lens on the screen.
  • the second configuration is as follows.
  • the lens movement determining means determines the position of the projection lens so that the image projected from the projection lens is focused on the screen.
  • the distance from the user to the virtual image can be adjusted by moving the screen, while the image projected from the projection lens is displayed on the screen even when the screen is moved. Since focusing can be performed, it is possible to generate a high-quality image as a virtual image.
  • the third configuration is as follows.
  • the lens movement determining means determines the movement direction so as to move the projection lens in a direction different from the screen along the optical path.
  • the projection lens and the screen are focused on the screen by moving the projection lens and the screen in different directions along the optical path.
  • the image projected from the projection lens can be focused on the screen regardless of which direction the screen moves in any direction along the optical path. Further, it is not necessary to provide a clearance in the distance from the light source to the projection lens, and the apparatus can be downsized.
  • the fourth configuration is as follows.
  • the screen moving means repeatedly performs a first operation of moving the screen in a predetermined first unit amount in the moving direction determined by the screen movement determining means until the movement amount determined by the screen movement determining means is moved,
  • the moving means repeatedly performs the second operation of moving the projection lens in the movement direction determined by the lens movement determining means by a predetermined second unit amount until the movement amount determined by the lens movement determining means is moved, and
  • the projection lens performs the second operation so that the image projected from the projection lens is focused on the screen after moving the first unit amount.
  • the head-up display device having the above configuration, even when the screen is moved to the projection lens side or the opposite side in order to change the position where the virtual image is generated, the image projected from the projection lens The focus can always be kept on the screen. As a result, a clear image can be projected during and after the movement of the screen.
  • the fifth configuration is as follows.
  • the first operation and the second operation are started at the same timing, and the value obtained by dividing the second unit amount by the time required for the screen to move the first unit amount is moved by the lens moving means. It is characterized by speed.
  • the head-up display device since the movement of the screen and the projection lens can be linked, the screen is projected from the projection lens before, during and after the movement of the first unit amount. The image can be kept focused on the screen at all times.
  • the sixth configuration is as follows.
  • the projector is characterized in that while the screen is moved by the screen moving means, the image is continuously projected onto the screen while correcting the image according to the change in the position of the screen.
  • the head-up display device having the above configuration, it is possible to generate an appropriate virtual image without distortion or the like even while the screen is moving.

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Abstract

　高い品質の映像を虚像として生成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。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を光路に沿って移動させることによって乗員から虚像までの距離を調整するとともに、第２投射レンズ１７から投射された映像を第２スクリーン２１上で焦点を合わせるように第２スクリーン２１の移動に伴って第２投射レンズ１７を移動させるように構成する。

Description

ヘッドアップディスプレイ装置
　本発明は、移動体に搭載可能であって、移動体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。
　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２００９－２８８３８８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２００９－２８８３８８号公報（第３－５頁、図２）
　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、虚像として生成する為の映像が表示される液晶表示パネルの位置を光路に沿って前後に移動可能に構成し、虚像を生成する位置を調整することが開示されている。
　ここで、上記特許文献１には虚像として生成する為の映像を表示する表示手段として液晶表示パネルを用いたＨＵＤについて説明されているが、他の方式として上記表示手段を、映像を投射するプロジェクタと、プロジェクタから投射された映像を映し出すスクリーンにより構成することも可能である。そして、このような構成を有するＨＵＤでは、鮮明な映像をスクリーンに表示させる為には、プロジェクタのレンズの焦点をスクリーンの位置に正確に合わせる必要がある。
　しかし、例えば図１９に示すように、乗員から虚像までの距離を遠方へと変更する為にスクリーン１０１を投射レンズ１０２側に移動させることとすると、投射レンズ１０２の焦点は移動前のスクリーン１０１の位置に合わせているので、投射レンズ１０２の位置を固定した状態では移動後のスクリーン１０１に対して焦点のズレが生じる。その結果、鮮明な映像をスクリーン１０１に表示させることができない問題が生じていた。
　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、高い品質の映像を虚像として生成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、映像をスクリーンに投射する投射レンズ（１６、１７）を用いたプロジェクタ（４）と、スクリーンに投射された映像から映像の虚像を生成する虚像生成手段（１１、１２）と、を有し、ユーザに視認可能な虚像を生成するヘッドアップディスプレイ装置である。また、スクリーンと投射レンズはプロジェクタの光路に沿って移動可能に構成され、更に以下の手段を備える。具体的には、虚像を生成する位置を決定する虚像位置決定手段（３１）と、虚像位置決定手段により決定された位置に基づいて、スクリーンを移動させるスクリーン位置を決定するスクリーン位置決定手段と、スクリーン位置決定手段により決定されたスクリーン位置へとスクリーンを移動させるスクリーン移動手段（３１）と、スクリーン位置決定手段により決定されたスクリーン位置に基づいて、投射レンズを移動させるレンズ位置を決定するレンズ位置決定手段と、レンズ位置決定手段により決定されたレンズ位置へと投射レンズを移動させるレンズ移動手段（３１）と、を有する。
　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、投射レンズ及びスクリーンを光路に沿って夫々移動させるので、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一方、スクリーンを移動させた場合であっても投射レンズから投射された映像をスクリーン上で焦点を合わせることができるので、高い品質の映像を虚像として生成することが可能となる。また、虚像を生成する位置を決定した後に、決定された虚像の位置に基づいてスクリーンの位置を決定するので、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、決定されたスクリーンの位置に基づいて、投射レンズの位置を決定するので、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しつつ、投射レンズから投射された映像をスクリーン上で焦点を合わせることも可能となる。
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。 本実施形態に係るテーブル生成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。 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。 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１スクリーン移動処理のサブ処理プログラムのフローチャートである。 第２スクリーン移動処理のサブ処理プログラムのフローチャートである。 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。 従来技術の問題点について説明した図である。
　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プロジェクタを用いても良い。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、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、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。そして、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。従って、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及び第２スクリーン２１を一体に光路に交差する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。
　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、後述のテーブル生成処理プログラム（図１２参照）や虚像生成処理プログラム（図１４参照）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が実行するテーブル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テーブル生成処理プログラムのフローチャートである。ここで、テーブル生成処理プログラムはＨＵＤ１の初期設定時に実行され、第２スクリーン２１及び第２投射レンズ１７を移動させる際に用いる位置設定テーブルを作成するプログラムである。尚、以下の図１２及び図１４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、テーブル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、乗員７から第２虚像８Ｂまでの距離である生成距離Ｌ２を示す係数Ｄ（ｎ）を、初期値である２．５[ｍ]に設定する。
　次に、Ｓ２においてＣＰＵ３１は、現在のＤ（ｎ）の値からＤ（ｎ）＋０．１[m]へと生成距離Ｌ２を変位させる為の第２スクリーン２１の新たな位置を、ＨＵＤ１の設計値等から算出する。具体的には、第２スクリーン２１の移動量Ｄｓ（ｎ）と移動方向を決定する。但し、移動方向は光源の光路に沿ってミラー１１から遠ざかる方向（光源に近づく方向）となる。
　続いて、Ｓ３においてＣＰＵ３１は、現在のＤ（ｎ）の値からＤ（ｎ）＋０．１[m]へと生成距離Ｌ２を変位させる為の第２スクリーン２１の移動に必要な移動時間Ｔｓ（ｎ）を、ＨＵＤ１の設計値等から算出する。具体的には、第２スクリーン２１を移動させる場合には第２スクリーン２１の最大移動速度で移動させると仮定し、算出する。即ち、第２スクリーン２１の最大移動速度をＶｓとすると、以下の式（１）により算出される。
　　　Ｔｓ（ｎ）＝Ｄｓ（ｎ）／Ｖｓ・・・・（１）
　その後、Ｓ４においてＣＰＵ３１は、第２スクリーン２１がミラー１１から遠ざかる方向（光源に近づく方向）にＤｓ（ｎ）移動する場合において、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第２スクリーン２１の位置に一致させる為の新たな第２投射レンズ１７の位置を、ＨＵＤ１の設計値等から算出する。具体的には、第２投射レンズ１７の移動量Ｄｌ（ｎ）と移動方向を決定する。但し、移動方向は光源の光路に沿って第２スクリーン２１と逆方向、即ちミラー１１に近づく方向（光源から遠ざかる方向）となる。
　次に、Ｓ５においてＣＰＵ３１は、第２投射レンズ１７を移動させる移動速度Ｖｌ（ｎ）を、ＨＵＤ１の設計値等から算出する。具体的には、第２スクリーン２１の移動と第２投射レンズ１７の移動を連動させる、即ち、第２スクリーン２１と同時に第２投射レンズ１７の移動を開始した場合に同時に移動を完了するように移動速度Ｖｌ（ｎ）を算出する。具体的には、以下の式（２）により算出される。
　　　Ｖｌ（ｎ）＝Ｄｌ（ｎ）／Ｔｓ（ｎ）・・・・（２）
　その後、Ｓ６においてＣＰＵ３１は、現在のＤ（ｎ）の値に対応させて、前記Ｓ２～Ｓ５で算出されたＤｓ（ｎ）、Ｔｓ（ｎ）、Ｄｌ（ｎ）、Ｖｌ（ｎ）をメモリに格納する。
　その後、Ｓ７においてｎを「＋１」カウントする。更に、現在のＤ（ｎ）の値を０．１[ｍ]加算する。
　次に、Ｓ８においてＣＰＵ３１は、現在のカウント値ｎが１８４以上となったか否か、即ち、Ｄ（ｎ）の値が２．５[m]を初期値として２０．０[m]以上となるまで０．１ｍ毎に上記Ｓ２～Ｓ７の処理を実行したか否か判定される。
　そして、現在のカウント値ｎが１８４以上となったと判定された場合（Ｓ８：ＹＥＳ）には、当該テーブル生成処理プログラムを終了する。それに対して、現在のカウント値ｎが１８４未満であると判定された場合（Ｓ８：ＮＯ）には、０．１[ｍ]加算した新たなＤ（ｎ）の値を対象としてＳ２以降の処理を継続して行う。
　そして、上記テーブル生成処理プログラムを実行した結果、算出結果に基づいて位置設定テーブルが作成される。尚、位置設定テーブルは、図１３に示すように生成距離Ｌ２毎に、該生成距離Ｌ２を０．１[m]加算又は減算させる際の第２スクリーン２１の移動量と、第２スクリーン２１の移動時間と、第２投射レンズ１７の移動量と、第２投射レンズの移動速度がそれぞれ記憶される。尚、第２スクリーン２１の移動方向は、生成距離Ｌ２を０．１[m]加算させる場合には、光源の光路に沿ってミラー１１から遠ざかる方向（光源に近づく方向）であり、第２投射レンズ１７の移動方向はその逆方向となる。一方、第２スクリーン２１の移動方向は、生成距離Ｌ２を０．１[m]減算させる場合には、光源の光路に沿ってミラー１１に近づく方向（光源から遠ざかる方向）であり、第２投射レンズ１７の移動方向はその逆方向となる。
　尚、作成された位置設定テーブルはフラッシュメモリ３４等に格納され、後述の虚像生成処理プログラム（図１４）において第２投射レンズ１７や第２スクリーン２１の移動を行わせる際に用いられる。また、テーブル生成処理プログラムは、ＨＵＤ１を最初に起動した際に行うこととしても良いし、製品出荷前に予め工場側で行う構成としても良い。
　続いて、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１４に基づき説明する。図１４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、自車両の進行方向前方に他の車線を走行する他車両が割り込みを行った場合に、該他車両を警告する虚像８を生成するプログラムである。また、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。
　先ず、虚像生成処理プログラムではＳ１１において、ＣＰＵ３１は、自車両の進行歩行前方に他の車線を走行する他車両が割り込みを行ったか否かを判定する。具体的には、前方車両との距離を測距センサで常時検出する構成とし、その距離が一度に所定量以上短く変化した場合に、他車両が割り込みを行ったと判定する。また、自車両が走行する車線と隣接する車線を走行する他車両の方向指示器情報を取得し、自車両の走行する車線側の方向指示器が作動したことを検出した場合に、他車両が割り込みを行ったと判定しても良い。
　そして、自車両の進行歩行前方に他の車線を走行する他車両が割り込みを行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、割り込み車両が無いと判定された場合（Ｓ１１１：ＮＯ）には、当該虚像生成処理プログラムを終了する。
　Ｓ１２においてＣＰＵ３１は、自車両から割り込みを行った他車両（以下、割り込み車両という）までの距離Ｒを測距センサ等の検出結果に基づいて取得する。測距センサの代わりにフロントカメラで撮像した撮像画像を用いて距離Ｒを取得する構成としても良い。
　Ｓ１３においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ１２で取得された距離Ｒが２０ｍ以下であるか否か判定する。尚、前記Ｓ１３の判定基準となる距離は、ＨＵＤ１の規格によって決定され、具体的にはＨＵＤ１によって第２虚像８Ｂを生成できる最長の生成距離Ｌ２とする。前記したように、本実施形態では第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を生成する位置（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（図８参照）。第２スクリーン２１を最もプロジェクタ４側に移動させた場合に、生成距離Ｌ２が最長となる。そして、ＨＵＤ１によって第２虚像８Ｂを生成できる最長の生成距離Ｌ２が２０ｍである場合には、前記Ｓ１３の判定基準は２０ｍとなる。一方、ＨＵＤ１によって第２虚像８Ｂを生成できる最長の生成距離Ｌ２が３０ｍである場合には、前記Ｓ１３の判定基準は３０ｍとなる。以下の例では、ＨＵＤ１によって第２虚像８Ｂを生成できる最長の生成距離Ｌ２が２０ｍであるとして説明する。
　そして、前記Ｓ１２で取得された距離Ｒが２０ｍ以下であると判定された場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）には、Ｓ１４へと移行する。それに対して、前記Ｓ１２で取得された距離Ｒが２０ｍより長いと判定された場合（Ｓ１３：ＮＯ）には、Ｓ１５へと移行する。
　Ｓ１４においてＣＰＵ３１は、第２虚像８Ｂの生成距離Ｌ２の目標値となる目標生成距離Ｄｅを前記Ｓ１２で取得された距離Ｒに設定する。一方、Ｓ１５においてＣＰＵ３１は、第２虚像８Ｂの生成距離Ｌ２の目標値となる目標生成距離Ｄｅを最大距離である２０ｍに設定する。その後、ＣＰＵ３１は後述のように乗員７から前記Ｓ１４又はＳ１５で設定された目標生成距離Ｄｅ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。
　続いて、Ｓ１６においてＣＰＵ３１は、現在の第２虚像８Ｂの生成距離Ｌ２を取得する。
　次に、Ｓ１７においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ６で取得した現在の第２虚像８Ｂの生成距離Ｌ２が、前記Ｓ１４又はＳ１５で設定された目標生成距離Ｄｅ以下であるか否か、即ち、現在第２虚像８Ｂが生成されている位置が目標とする位置よりも乗員側にあるか否か判定される。
　そして、現在の第２虚像８Ｂの生成距離Ｌ２が、前記Ｓ１４又はＳ１５で設定された目標生成距離Ｄｅ以下であると判定された場合（Ｓ１７：ＹＥＳ）には、Ｓ１８へと移行する。それに対して、現在の第２虚像８Ｂの生成距離Ｌ２が、前記Ｓ１４又はＳ１５で設定された目標生成距離Ｄｅより大きいと判定された場合（Ｓ１７：ＮＯ）には、Ｓ１９へと移行する。
　Ｓ１８においてＣＰＵ３１は、後述の第１スクリーン移動処理（図１６）を実行する。尚、第１スクリーン移動処理では、前記したテーブル生成処理プログラム（図１２）において作成された位置設定テーブル（図１３）に基づいて、前記Ｓ１４又はＳ１５で設定された目標生成距離Ｄｅ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及び第２投射レンズ１７の位置を移動制御するプログラムである。
　同じくＳ１９においてＣＰＵ３１は、後述の第２スクリーン移動処理（図１７）を実行する。尚、第２スクリーン移動処理では、前記したテーブル生成処理プログラム（図１２）において作成された位置設定テーブル（図１３）に基づいて、前記Ｓ１４又はＳ１５で設定された目標生成距離Ｄｅ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及び第２投射レンズ１７の位置を移動制御するプログラムである。
　次に、Ｓ２０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、第１投射レンズ１６によって第１スクリーン２０に投射する映像は、車両の現在車速の映像とする。また、第２投射レンズ１７によって第２スクリーン２１に投射する映像は、割り込み車両に対する警告の映像とする。尚、本実施形態では、図２に示すように第１スクリーン２０の下方に第２スクリーン２１が配置される。従って、ミラー１１によって反射された結果、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は、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の上方に生成されることとなる。
　従って、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。また、フロントウィンドウ６の中央付近で且つフロントウィンドウ６の前方に、第２虚像８Ｂとして割り込み車両６１を囲む枠が生成され、乗員から視認可能となる。ここで、第１スクリーン２０は位置が固定であることから第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）も固定であり、乗員７から２．５ｍ前方の位置とする。尚、生成距離Ｌ１は、２．５ｍ以外としても良い。但し、生成距離Ｌ１を長くし過ぎると、第１虚像８Ａが路面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。
　そして、図１５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、テレビ番組等の車両からの距離を変位させる必要が無い情報の映像についても表示させる構成としても良い。そして、生成距離Ｌ１を適切な距離（例えば２．５ｍ）に固定することによって、仮に図１５に示すように割り込み車両６１が自車両に接近し、第２虚像８Ｂを生成する位置が変位した場合であっても、路面に埋め込まれるような不自然な虚像が生成されることを防止できる。更に、車両の乗員は第１虚像８Ａ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。
　一方、図１５に示すように第２虚像８Ｂが生成される位置は、車両の乗員から前記Ｓ１４又は前記Ｓ１５で設定された目標生成距離Ｄｅ前方の位置（即ち、割り込み車両６１の位置）となる。従って、乗員は、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り、運転時の負担をより少なくすることが可能となる。
　その後、Ｓ２１においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ２０でプロジェクタ４による映像の投射を開始してからの経過時間ｔが所定時間Ｙ（例えば５秒）以上となったか否か判定する。尚、所定時間Ｙは投射する映像の内容によっても適宜変更することが可能である。
　そして、プロジェクタ４による映像の投射を開始してからの経過時間ｔが所定時間Ｙ以上となったと判定された場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）には、プロジェクタ４による映像の投射を終了する（Ｓ２２）。尚、第２投射レンズ１７による投射のみを終了し、第１投射レンズ１６による投射は継続する構成としても良い。
　一方、プロジェクタ４による映像の投射を開始してからの経過時間ｔが所定時間Ｙ未満であると判定された場合（Ｓ２１：ＮＯ）には、Ｓ２３へと移行する。
　Ｓ２３においてＣＰＵ３１は、自車両から割り込み車両までの距離Ｒを再度取得する。
　次に、Ｓ２４においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ１４又は前記Ｓ１５で設定された目標生成距離Ｄｅと前記Ｓ２１で取得された距離Ｒの差分が所定距離Ｘ（例えば２ｍ）以上であるか否か判定する。尚、所定距離Ｘは投射する映像の内容によっても適宜変更することが可能である。
　そして、前記Ｓ１４又は前記Ｓ１５で設定された目標生成距離Ｄｅと前記Ｓ２３で取得された距離Ｒの差分が所定距離Ｘ以上であると判定された場合（Ｓ２４：ＹＥＳ）には、Ｓ１３へと移行する。その後、新たに取得された距離Ｒに基づいて目標生成距離Ｄｅを新たに設定し（Ｓ１４、Ｓ１５）、第２スクリーン２１の移動を行う。その結果、自車両から割り込み車両までの距離が大きく変化した場合であっても、変更後の割り込み車両の位置に第２虚像８Ｂを生成することが可能となる。
　一方、前記Ｓ１４又は前記Ｓ１５で設定された目標生成距離Ｄｅと前記Ｓ２３で取得された距離Ｒの差分が所定距離Ｘ未満であると判定された場合（Ｓ２４：ＮＯ）には、Ｓ２１へと移行し、現在の映像の投射を継続して行う。
　次に、前記Ｓ１８において実行される第１スクリーン移動処理のサブ処理について図１６に基づき説明する。図１６は第１スクリーン移動処理のサブ処理プログラムのフローチャートである。
　先ず、Ｓ３１においてＣＰＵ３１は、現在の第２虚像８Ｂの生成距離Ｌ２が、前記Ｓ１４又はＳ１５で設定された目標生成距離Ｄｅであるか否か判定する。
　そして、現在の第２虚像８Ｂの生成距離Ｌ２が、前記Ｓ１４又はＳ１５で設定された目標生成距離Ｄｅであると判定された場合（Ｓ３１：ＹＥＳ）には、第２スクリーン２１及び第２投射レンズ１７の移動制御を終了し、Ｓ２０へと移行する。それに対して、現在の第２虚像８Ｂの生成距離Ｌ２が、前記Ｓ１４又はＳ１５で設定された目標生成距離Ｄｅでないと判定された場合（Ｓ３１：ＮＯ）には、Ｓ３２へと移行する。
　Ｓ３２においてＣＰＵ３１は、位置設定テーブル（図１３）に基づいて、現在の生成距離Ｌ２を０．１ｍ加算する（即ち、第２虚像８Ｂが生成される位置を現在の位置よりも乗員から０．１ｍ遠方とする）為の第２スクリーン２１の新たな位置（具体的には移動量と移動方向）を決定する。尚、移動方向は光源の光路に沿ってミラー１１から遠ざかる方向（光源に近づく方向）となる。また、第２スクリーン２１の移動速度は、第２スクリーン２１の最大の移動速度となる。
　次に、Ｓ３３においてＣＰＵ３１は、位置設定テーブル（図１３）に基づいて、現在の生成距離Ｌ２を０．１ｍ加算する（即ち、第２虚像８Ｂが生成される位置を現在の位置よりも乗員から０．１ｍ遠方とする）為の第２投射レンズ１７の新たな位置（具体的には移動量と移動方向）及び移動速度を決定する。尚、移動方向は光源の光路に沿ってミラー１１に近づく方向（光源から遠ざかる方向）となる。
　次に、Ｓ３４においてＣＰＵ３１は、第２スクリーン２１を前記Ｓ３２で決定された移動量だけ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を前記Ｓ３３で決定された移動量だけ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。
　続いて、Ｓ３５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により出力される映像の補正を開始する。具体的には、第２スクリーン２１の位置の変更に伴って、第２投射レンズ１７から第２スクリーン２１へと投射される映像の歪みやサイズを調整する処理等を行う。それによって、スクリーンの移動中においても歪み等の無い適切な虚像を生成することが可能となる。
　次に、Ｓ３６においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ３４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Ｓ３４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。また、レンズ駆動モータ１８には第２投射レンズ１７を移動させる移動速度を指示する信号についても送信する。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は前記Ｓ３２で決定された移動方向に同じく決定された移動量だけ移動し、第２投射レンズ１７は前記Ｓ３３で決定された移動方向に同じく決定された移動量且つ移動速度で移動する。
　続いて、Ｓ３７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、前記Ｓ３６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、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（Ｓ３７：ＹＥＳ）には、Ｓ３８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（Ｓ３７：ＮＯ）には、移動が完了するまで待機する。
　Ｓ３８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により移動後の第２スクリーン２１の位置に対応する補正が行われた映像の投射を開始する。具体的には、移動後の第２スクリーン２１の位置に応じて歪みやサイズの補正された映像を出力する。その後、Ｓ３１へと移行し、第２スクリーン２１の移動後の第２虚像８Ｂの生成距離Ｌ２が、前記Ｓ１４又はＳ１５で設定された目標生成距離Ｄｅに到達したか否かが判定される。
　次に、前記Ｓ１９において実行される第２スクリーン移動処理のサブ処理について図１７に基づき説明する。図１７は第２スクリーン移動処理のサブ処理プログラムのフローチャートである。
　先ず、Ｓ４１においてＣＰＵ３１は、現在の第２虚像８Ｂの生成距離Ｌ２が、前記Ｓ１４又はＳ１５で設定された目標生成距離Ｄｅであるか否か判定する。
　そして、現在の第２虚像８Ｂの生成距離Ｌ２が、前記Ｓ１４又はＳ１５で設定された目標生成距離Ｄｅであると判定された場合（Ｓ４１：ＹＥＳ）には、第２スクリーン２１及び第２投射レンズ１７の移動制御を終了し、Ｓ２０へと移行する。それに対して、現在の第２虚像８Ｂの生成距離Ｌ２が、前記Ｓ１４又はＳ１５で設定された目標生成距離Ｄｅでないと判定された場合（Ｓ４１：ＮＯ）には、Ｓ４２へと移行する。
　Ｓ４２においてＣＰＵ３１は、位置設定テーブル（図１３）に基づいて、現在の生成距離Ｌ２を０．１ｍ減算する（即ち、第２虚像８Ｂが生成される位置を現在の位置よりも乗員側へ０．１ｍ移動させる）為の第２スクリーン２１の新たな位置（具体的には移動量と移動方向）を決定する。尚、移動方向は光源の光路に沿ってミラー１１に近づく方向（光源から遠さかる方向）となる。また、第２スクリーン２１の移動速度は、第２スクリーン２１の最大の移動速度となる。
　次に、Ｓ４３においてＣＰＵ３１は、位置設定テーブル（図１３）に基づいて、現在の生成距離Ｌ２を０．１ｍ減算する（即ち、第２虚像８Ｂが生成される位置を現在の位置よりも乗員側へ０．１ｍ移動させる）為の第２投射レンズ１７の新たな位置（具体的には移動量と移動方向）及び移動速度を決定する。尚、移動方向は光源の光路に沿ってミラー１１から遠ざかる方向（光源へ近づく方向）となる。
　次に、Ｓ４４においてＣＰＵ３１は、第２スクリーン２１を前記Ｓ４２で決定された移動量だけ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を前記Ｓ４３で決定された移動量だけ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。尚、以降のＳ４４～Ｓ４８の処理については、既に説明した第１スクリーン移動処理（図１６）のＳ３４～Ｓ３８の処理と同様であるので説明は省略する。
　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から第２スクリーン２１までの距離に生成距離Ｌ２が依存するので、上述した第１スクリーン移動処理（図１６）や第２スクリーン移動処理（図１７）では、第２スクリーン２１の位置は、ミラー１１から第２スクリーン２１までの距離が前記Ｓ１４又はＳ１５で設定された目標生成距離Ｄｅに対応する距離となるように移動される。
　一方、第２投射レンズ１７の位置は、第２投射レンズ１７から投射された映像の焦点を第２スクリーン２１上に合わせる位置に決定される。即ち、生成距離Ｌ２を長くする為に第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、第２投射レンズ１７は光路に沿ってその逆方向である第２スクリーン２１に近づく方向へと移動することとなる。一方、生成距離Ｌ２を短くする為に第２スクリーン２１が光路に沿ってミラー１１へ近づく方向（即ち第２投射レンズ１７から離間する方向）に移動すれば、第２投射レンズ１７は光路に沿ってその逆方向である第２スクリーン２１から離間する方向へと移動することとなる。また、前記したように第２スクリーン２１は生成距離Ｌ２を０．１ｍ変位させる移動量を第１単位量として、生成距離Ｌ２が前記Ｓ１４又は前記Ｓ１５で設定された目標生成距離Ｄｅとなるまで繰り返し移動する（Ｓ３２～Ｓ３７、Ｓ４２～Ｓ４７）。更に、第２投射レンズ１７は、第２スクリーン２１が上記第１単位量移動する度に、移動後の第２スクリーン２１上で映像の焦点を合わせるように、第２単位量ずつ移動する。また、第２スクリーン２１が第１単位量移動する時間と、第２投射レンズ１７が第２単位量移動する時間も同一時間とし、移動開始タイミングもリンクさせる。
　その結果、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、生成距離Ｌ２を短く変更する為に、第２スクリーン２１をミラー１１側に移動させた場合であっても、第２投射レンズ１７から投射される映像の焦点を常に第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の移動中及び移動後においても鮮明な映像を投射することが可能となる。
　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側に移動させると、第２投射レンズ１７や光源５１から第２スクリーン２１までの距離が近くなるのを要因として、第２スクリーン２１上に投射された映像の明度が上昇する。逆に、生成距離Ｌ２を短く変更する為に、第２スクリーン２１を第２投射レンズ１７から離れる方向に移動させると、第２投射レンズ１７や光源５１から第２スクリーン２１までの距離が遠くなるのを要因として、第２スクリーン２１上に投射された映像の明度が低下する。その結果、車両の乗員から第２虚像８Ｂまでの距離が遠くなる場合であっても、第２虚像８Ｂを明るくすることができるので第２虚像８Ｂへの視認性を向上させることが可能となる。一方で、車両の乗員から第２虚像８Ｂまでの距離が近くなる場合には、第２虚像８Ｂの明るさを抑えることにより、第２虚像８Ｂによって乗員の視界が遮られることを防止することが可能となる。
　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側に移動させると、第２投射レンズ１７から第２スクリーン２１までの距離が近くなるのを要因として、同じ映像をプロジェクタ４から投射した場合であっても第２スクリーン２１上に映し出される映像のサイズは小さくなる。その結果、プロジェクタ４から投射される映像のサイズを変更しなくとも、車両の乗員から第２虚像８Ｂまでの距離が遠くなると、それに伴って第２虚像８Ｂのサイズも小さくすることができるので、乗員から第２虚像８Ｂまでの距離に応じた適切なサイズの第２虚像８Ｂを生成することが可能となる。
　以上詳細に説明した通り、本実施形態に係るＨＵＤ１によれば、ＬＥＤ光源を用いたプロジェクタ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投射レンズ１７及び第２スクリーン２１は、それぞれ独立して光路に沿って移動可能とし、第２スクリーン２１を移動させることによって乗員から虚像までの生成距離Ｌ２を調整するとともに、第２投射レンズ１７から投射された映像を第２スクリーン２１上で焦点を合わせるように第２スクリーン２１の移動に伴って第２投射レンズ１７を移動させるので、第２スクリーン２１を移動させることによって乗員７から第２虚像８Ｂまでの生成距離Ｌ２を調整できる一方、第２スクリーン２１を移動させた場合であっても第２投射レンズ１７から投射された映像を第２スクリーン２１上で焦点を合わせることができるので、高い品質の映像を虚像として生成することが可能となる。また、第２虚像８Ｂを生成する位置を決定した後に、決定された第２虚像８Ｂの位置に基づいて第２スクリーン２１の位置を決定するので、車両の乗員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第２虚像８Ｂを生成することが可能となる。更に、決定された第２スクリーン２１の位置に基づいて、第２投射レンズ１７の位置を決定するので、車両の乗員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しつつ、第２投射レンズ１７から投射された映像を第２スクリーン２１上で焦点を合わせることも可能となる。
　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、本実施形態では第１虚像８Ａとして、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、テレビ番組等の生成距離を変位させる必要が無い情報の映像を表示させることとしているが、第１虚像８Ａも第２虚像８Ｂと同様に車両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（即ち生成距離を変位させる必要がある情報）を表示す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。その場合には、第１虚像８Ａの生成距離Ｌ１について変更可能となる。
　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一対のみ又は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。
　前記スクリーン位置決定手段により決定された前記スクリーン位置に基づいて、前記スクリーンを前記スクリーン位置へと移動させる為の移動方向と移動量を決定するスクリーン移動決定手段と、前記レンズ位置決定手段により決定された前記レンズ位置に基づいて、前記レンズを前記レンズ位置へと移動させる為の移動方向と移動量を決定するレンズ移動決定手段と、を有し、前記スクリーン移動手段は、前記スクリーン移動決定手段により決定された移動方向と移動量に従って前記スクリーンを移動させ、前記レンズ移動手段は、前記レンズ移動決定手段により決定された移動方向と移動量に従って前記レンズを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、虚像を生成する位置を決定した後に、決定された虚像の位置に基づいてスクリーンの移動方向と移動量を決定するので、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、決定されたスクリーンの移動方向と移動量に基づいて、投射レンズの移動方向と移動量を決定するので、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しつつ、投射レンズから投射された映像をスクリーン上で焦点を合わせることも可能となる。
　また、第２の構成は以下のとおりである。
　レンズ移動決定手段は、投射レンズから投射された映像をスクリーン上で焦点を合わせるように投射レンズの位置を決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一方、スクリーンを移動させた場合であっても投射レンズから投射された映像をスクリーン上で焦点を合わせることができるので、高い品質の映像を虚像として生成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。
　レンズ移動決定手段は、投射レンズを光路に沿ってスクリーンと互いに異なる方向に移動するように移動方向を決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、投射レンズ及びスクリーンを光路に沿って互いに異なる方向に移動させることによって、投射レンズから投射された映像をスクリーン上で焦点を合わせるので、投射レンズ及びスクリーンの移動を最小限とし、且つスクリーンが光路に沿ってどちらの方向に移動したとしても、投射レンズから投射された映像をスクリーン上で焦点を合わせることが可能となる。また、光源から投射レンズまでの距離にクリアランスを設ける必要が無く装置を小型化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。
　スクリーン移動手段は、スクリーン移動決定手段により決定された移動方向へスクリーンを所定の第１単位量移動させる第１の動作を、スクリーン移動決定手段により決定された移動量を移動するまで繰り返し行い、レンズ移動手段は、レンズ移動決定手段により決定された移動方向へ投射レンズを所定の第２単位量移動させる第２の動作を、レンズ移動決定手段により決定された移動量を移動するまで繰り返し行い、スクリーンにおいて第１の動作が行われる度に、投射レンズから投射された映像を第１単位量移動した後のスクリーン上で焦点を合わせるように、投射レンズにおいて第２の動作が行われ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、虚像の生成される位置を変更する為に、スクリーンを投射レンズ側又は反対側に移動させた場合であっても、投射レンズから投射される映像の焦点を常にスクリーン上に合わせた状態を維持できる。それによって、スクリーンの移動中及び移動後においても鮮明な映像を投射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の動作と第２の動作は同じタイミングで開始され、第２単位量を、スクリーンが第１単位量を移動するのに必要な時間で除した値を、レンズ移動手段による投射レンズの移動速度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、スクリーンと投射レンズの移動をリンクさせることができるので、スクリーンが第１単位量を移動する前、移動中及び移動後において、投射レンズから投射される映像の焦点を常にスクリーン上に合わせた状態を維持できる。
　また、第６の構成は以下のとおりである。
　プロジェクタは、スクリーン移動手段によるスクリーンの移動が行われている間において、スクリーンの位置の変化に応じて映像を補正しつつスクリーンに継続して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、スクリーンの移動中においても歪み等の無い適切な虚像を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
　　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　　光源
　　５２　　光路

Claims (7)

  1. 　スクリーンと、
    　映像を前記スクリーンに投射する投射レンズを用いたプロジェクタと、
    　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、
    　前記虚像を生成する位置を決定する虚像位置決定手段と、を有し、
    　前記スクリーンと前記投射レンズは前記プロジェクタの光路に沿って移動可能に構成され、
    　前記虚像位置決定手段により決定された位置に基づいて、前記スクリーンを移動させるスクリーン位置を決定するスクリーン位置決定手段と、
    　前記スクリーン位置決定手段により決定された前記スクリーン位置へと前記スクリーンを移動させるスクリーン移動手段と、
    　前記スクリーン位置決定手段により決定された前記スクリーン位置に基づいて、前記投射レンズを移動させるレンズ位置を決定するレンズ位置決定手段と、
    　前記レンズ位置決定手段により決定された前記レンズ位置へと前記投射レンズを移動させるレンズ移動手段と、を有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. 　前記スクリーン位置決定手段により決定された前記スクリーン位置に基づいて、前記スクリーンを前記スクリーン位置へと移動させる為の移動方向と移動量を決定するスクリーン移動決定手段と、
    　前記レンズ位置決定手段により決定された前記レンズ位置に基づいて、前記レンズを前記レンズ位置へと移動させる為の移動方向と移動量を決定するレンズ移動決定手段と、を有し、
    　前記スクリーン移動手段は、前記スクリーン移動決定手段により決定された移動方向と移動量に従って前記スクリーンを移動させ、
    　前記レンズ移動手段は、前記レンズ移動決定手段により決定された移動方向と移動量に従って前記レンズを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. 　前記レンズ位置決定手段は、前記投射レンズから投射された前記映像を前記スクリーン上で焦点を合わせるように前記投射レンズの位置を決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. 　前記レンズ移動決定手段は、前記投射レンズを前記光路に沿って前記スクリーンと互いに異なる方向に移動するように前記移動方向を決定することを特徴とする請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  5. 　前記スクリーン移動手段は、前記スクリーン移動決定手段により決定された移動方向へ前記スクリーンを所定の第１単位量移動させる第１の動作を、前記スクリーン移動決定手段により決定された移動量を移動するまで繰り返し行い、
    　前記レンズ移動手段は、前記レンズ移動決定手段により決定された移動方向へ前記投射レンズを所定の第２単位量移動させる第２の動作を、前記レンズ移動決定手段により決定された移動量を移動するまで繰り返し行い、
    　前記スクリーンにおいて前記第１の動作が行われる度に、前記投射レンズから投射された前記映像を前記第１単位量移動した後の前記スクリーン上で焦点を合わせるように、前記投射レンズにおいて前記第２の動作が行われることを特徴とする請求項２又は請求項４に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  6. 　前記第１の動作と前記第２の動作は同じタイミングで開始され、
    　前記第２単位量を、前記スクリーンが前記第１単位量を移動するのに必要な時間で除した値を、前記レンズ移動手段による前記投射レンズの移動速度とす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。
  7. 　前記プロジェクタは、前記スクリーン移動手段による前記スクリーンの移動が行われている間において、前記スクリーンの位置の変化に応じて前記映像を補正しつつ前記スクリーンに継続して投射することを特徴とする請求項１乃至請求項６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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